JPH0372683A - 反射型センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は発光素子と受光素子を備え、発光素子から発
せられ、被検出物によって反射された反射光を受光素子
で検知することにより物体の検出を行う反射型センサに
関する。

（従来の技術） 第１０図は従来の反射型センサの構成を示す部分断面図
である。図において、３１は例えば光不透過性の合成樹
脂利料を用いて構成されたハウジングケースである。こ
のハウジングケース３１には二箇所に図示しない収納部
が設けられており、一方の収納部には例えば赤外発光ダ
イオード等の発光素子３２が、他方の収納部には例えば
フォトトランジスタ等の受光素子３３がそれぞれ収納さ
れる。そして、上記画素子が収納されることにより、発
光素子と受光素子の光軸どうしが所定の光結合角θを持
って交わるような反射型センサが構成される。

なお、３４はこの反射型センサに対向した位置に配置さ
れた被検出物であり、３５及び３６は上記両収納部に対
応して開口された光通過用の窓である。

さらに従来では第１１図に示すように、発光素子３２及
び受光索子３３それぞれの前方に集光用レンズ３７．３
８が外付けされた反射型センサも開発されている。

ところで、第１０図のような構成の反射型センサでは、
収納部に発光側及び受光側の各素子を収納する際に容易
に挿入ができるように、上記画素子と各収納部との間に
は所定のクリアランス（寸法差）が設定されている。こ
のため、発光素子及び受光素子を収納部に収納したとき
に、画素子が正規の位置からずれて挿入されることによ
って光軸（光結合角）にずれが発生し、光伝達特性が変
動するという不都合がある。この光伝達特性の変動は受
光素子側のコレクタ電流の低下や、検出距離特性のピー
ク位置の変動となって現れる。

第１２図は第１０図中に示すように光軸にずれが発生し
たときの検出距離特性の変動状態を示す特性図であり、
横軸には検出距離を、縦軸には受光素子であるフォトト
ランジスタのコレクタ電流値（相対値）をそれぞれとっ
ている。図において実線は光軸のなす角度が第１０図中
における正規の角度θのときの特性であり、破線はこの
正規の〉 角度θに対し小さな角度θ″（θＳθ“）で両光軸が交
わるとき特性であり、さらに−点鎖線は正く 規の角度θに対し大きな角度θ″　（θ〜θ／）で両光
軸が交わるときの特性である。

いま、第１０図及び第１２図に示すように、角度θのと
きの検出距離がＤの場合、角度θ″のときの検出距離は
Ｄよりも短いＤ′となり、角度θ″のときの検出距離は
Ｄよりも長いＤ″となる。

また、第１３図は検出距離かり、Ｄ’　、Ｄ″それぞれ
のときの、被検出物３４の表面に照ｎ＝ｔされる発光ス
ポットＬ及び受光素子３３が光を感知する受光スポット
Ｐの領域を示したものであり、両スポットが重なってい
る領域が光結合している部分である。

このように、発光素子と受光素子の光軸のなす角度に差
が生じると、検出距離にも差が発生する。

このように第１０図に示す従来のセンサでは、各製品毎
に検出距離特性が異なる可能性があるため、使用者が調
整を行って検出距離を設定する必要があり、取扱いが極
めて繁雑になるという問題がある。また、被検出物が紙
のように薄く、波打った状態のときにこれを検出しよう
とする場合に、誤検出する可能性が大きくなるという問
題もある。

さらに第１１図に示すように外付レンズで集光するセン
サの場合、ハウジングケースと外付レンズとの間にもク
リアランスがあり、それに加えて狭指向性となっている
ため第１０図のものの問題点がより拡大されることにな
る。

（発明が解決しようとする課題） この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、従来のセンサで問題になっていた光伝達特性のば
らつきを抑えることにより、誤検出の防止及び調整の簡
略化又は無調整化をも可能にする反射型センサを提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題、を解決するための手段） この発明の反射型センナは、ハウジングケースに設けら
れた光通過用の窓の開口面積が発光素子側よりも受光素
子側で小さくされてなることを特徴とする。

さらにこの発明の反射型センサは、発光素子及び受光素
子に集光用レンズがそれぞれ設けられた反射型センサで
あって、両集光用レンズの曲率か発光素子側よりも受光
素子側で小さくされてなることを特徴とする。

（作用） 光通過用の窓の開口面積を発光素子側よりも受光素子側
で小さくするか、もしくは発光素子及び受光素子に集光
用レンズがそれぞれ設けられた反射型センサにおいては
両集光用レンズの曲率が発光素子側よりも受光素子側で
小さくすることにより、受光素子の出力値のピークがあ
る範囲を持つようになる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する
。

第１図はこの発明に係る反射型センサの一実施例による
外観形状を示す斜視図である。図において、１は光不透
過性の合成樹脂材料、例えば黒色色素を混合したポリカ
ーボネート樹脂等からなるハウジングケースであり、こ
のハウジングケース１の中央部には発光素子及び受光素
子を収納するための収納部２．３が設けられている。そ
して、一方の収納部２には発光素子、例えば赤外発光ダ
イオード４が挿入され、かつ接着剤を用いて収納部２内
に固定されるようになっている。他方の収納部３には受
光素子、例えばフォトトランジスタ５が挿入され、かつ
接着剤を用いて収納部３内に固定されるようになってい
る。そして、上記収納部２．３に上記画素子が収納され
た状態のときに、画素子の主面からの垂線が所定の角度
を持って一点で交わるように、上記画素子が配置される
ようになっている。なお、６〜９は上記赤外発光ダイオ
ード４及びフォトトランジスタ５の外部リードである。

また、上記ハウジングケース１の収納部２．３に対応し
た位置には正方形の光通過用の窓ｌ０１１１がそれぞれ
開口されている。上記両窓１０．１１は第２図の正面図
に示すように、受光側のフォトトランジスタ５が収納さ
れる収納部３に設けられた窓ＩＩの開口面積が、発光側
の赤外発光ダイオード４が収納される収納部２に設けら
れた窓■０の開口面積よりも小さくなるように設定され
ている。

第３図は、′上記実施例のセンサを一部断面して被検出
物２０と共に示す部分断面図である。図において、赤外
発光ダイオード４内の図示しない発光ダイオードチップ
から発射された赤外光はこの赤外発光ダイオード４に一
体的に形成された集光用レンズ１２で集光され、上記窓
ｌＯを通過して被検出物２０に照射される。被検出物２
０からの反射光は上記窓１１を通過し、フォトトランジ
スタ５に一体的に形成された集光用レンズ１３で集光さ
れ、図示しないフォトトランジスタチップで検出される
。

ここで、上記ハウジングケース１の収納部２．３は、上
記赤外発光ダイオード４及びフォトトランジスタ５が収
納された状態のときに、画素子の主面からの垂線が所定
の角度θを持って被検出物２０の検出面で交わるように
形成されている。

ところで、上記実施例のセンサでも、従来と同様に、収
納部２．３に各素子を収納する際に容易に押入ができる
ように、上記画素子と各収納部との間には所定のクリア
ランスが設定されている。

このため、画素子を収納部に収納したときに、画素子が
正規の位置からずれて挿入されることによって光軸にず
れが発生し、光軸の交差角度θにずれが発生することが
ある。

しかしながら、上記実施例のセンサでは、フォトトラン
ジスタ５が収納される収納部３に設けられた窓１１の開
口面積が、赤外発光ダイオード４が収納される収納部２
に設けられた窓１０の開口面積よりも小さくなるように
設定されているので、赤外発光ダイオード４とフォトト
ランジスタ５の光軸のなす角度にある程度の差が生じた
としても、検出距離に生じる差は極めて小さくすること
かできる。

第４図は上記実施例のセンサにおける検出距離の特性図
である。ここで従来の場合と異なるのは、従来は検出距
離のピークが一点であったのに対し、上記実施例のセン
サではピークがある範囲を持つていることである。すな
わち、第５図に示すように、広い距離範囲で、発光ダイ
オード４の発光スポットＬ内にフォトトランジスタ５の
受光スポットＰが含まれている。このように、発光ダイ
オード４の発光スポットＬ内にフォトトランジスタ５の
受光スポットＰが含まれている間は、光結合している部
分が一定となっている。従って、発光ダイオード４とフ
ォトトランジスタ５とを収納部２．３内に収納して組み
立てを行う際に光軸ずれが生じたとしても、発光スポッ
トＬ内に受光スポットＰが包含されている間はフォトト
ランジスタ５側のコレクタ電流値に変化はない。また、
ピーク位置の変動については、ある範囲で一定のコレク
タ電流が出力されるため、問題はなくなると思われる。

従って、組み立て時における歩留まりも改善され、製品
のコストダウン化や量産性も高いものになり、誤検出の
防止及び調整の簡略化さらには無調整化も可能である。

なお、上記実施例では、ハウジングケース１の収納部２
．３に対応した位置に開口された光通過０ 用の窓１０．１１の形状が第６図に示すように正方形で
ある場合について説明したが、これは第７図に示すよう
に共に円形状であってもよい。

第８図はこの発明の他の実施例に係る反射型センサの一
部の断面図である。この実施例は、前記集光用レンズ１
２が一体的に形成された赤外発光ダイオード４の発光面
に外付けの集光用のレンズ１４が設けられていると共に
、前記集光用レンズ１３が一体的に形成されたフォトト
ランジスタ５の受光面にも外付けの集光用のレンズ１５
が設けられている反射型センサにこの発明を実施した場
合のものである。すなわち、この実施例は、外付けの集
光用レンズを設け、狭ビーム化することによって光結合
特性の改善を図ったセンサにこの発明を適用したもので
ある。

この実施例のセンサでは、赤外発光ダイオード４及びフ
ォトトランジスタ５に対してそれぞれ一体的に形成され
ている集光用レンズ１２．１３のレンズ径は同じにされ
ているが、外付けの集光用レンズ１４．１５のレンズ径
はフォトトランジスタ５側が１ 赤外発光ダイオード４側よりも小さくされ、フォトトラ
ンジスタ５側の外付けの集光用レンズ１５の曲率が小さ
くなるよう設定されている。

このように外付レンズのｌｂ率が受光索子側か発光側よ
りも小さくなるように設定しても、前記実施例のセンサ
において窓の開口面積を異ならせた場合と同様の効果を
得ることかできる。

なお、上記実施例では、外（＝Ｉレンズの量率を異なら
せる場合について説明したが、これは第９囚の変形例に
示すように、外（＝１レンズが没けられていないセンサ
では、赤外発光ダイオード４に一体的に形成された集光
用レンズ１２及び赤外発光ダイオード４に一体的に形成
された集光用のレンズ１３の曲率を異ならせるようにし
てもよい。

また、上記各実施例では受光素子としてフォトトランジ
スタ単体を用いる場合について説明したが、これはフォ
トトランジスタを含む〕Ｉ−トＩＣを用いるようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば誤検出２ の防止及び調整の簡略化又は無調整化をも可能にする反
射型センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る反射型センサの一実施例による
外観形状を示す斜視図、第２図は上記実施例のセンサの
正面図、第３図は上記実施例のセンサの部分断面図、第
４図は上記実施例のセンサにおける検出距離特性図、第
５図は上記実施例における発光素子と受光素子の発光及
び受光スポットの領域を示す図、第６図は上記実施例の
センサにおける窓の形状を示す図、第７図は上記実施例
の変形例による窓の形状を示す図、第８図はこの発明の
他の実施例に係る反射型センサの部分断面図、第９図は
上記実施例に係る反射型センサの部分断面図、第１０図
は従来の反射型センサの構成を示す部分断面図、第１１
図は上記とは異なる従来の反射型センサの構成を示す部
分断面図、第１２図は上記第１０図のセンサの検出距離
特性図、第１３図は上記従来のセンサにおける種々の検
出距離に対する発光スポットと受光スポットの領域３ を示す図である。 １・・・ハウジングケース、２．３・・・収納部、４・
・・赤外発光ダイオード（発光素子）、５・・・フォｌ
−トランジスタ（受光素子）、６〜９・・・外部リード
、１０、．１１・・・光ａ適用の窓、１２．１３・・・
集光用レンズ、１４、１５・・・外付けの集光用レンズ
、２ｏ・・・被検出物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光素子と受光素子とを所定の角度で光結合させ
   るハウジングケースを有する反射型センサにおいて、 上記ハウジングケースに設けられた光通過用の窓の開口
   面積が発光素子側よりも受光素子側で小さくされてなる
   ことを特徴とする反射型センサ。
2. （２）発光素子と受光素子とを所定の角度で光結合させ
   るハウジングケースを有し、発光素子及び受光素子に集
   光用レンズがそれぞれ設けられた反射型センサにおいて
   、 上記両集光用レンズの曲率が発光素子側よりも受光素子
   側で小さくされてなることを特徴とする反射型センサ。