JPH0625809U - 光ファイバ式光電スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光素子と光ファイバ、及び又は、受光素子
と光ファイバの結合効率を改善し、光電スイッチの感度
を向上させる。 【構成】 発光素子１と光ファイバ３の間にコーン形光
学器５を設置する。コーン形光学器５は、円錐台形のコ
アー５ａの外周をクラッド５ｂで囲ったもので、両端に
大口径の光出入口10と小口径の光出入口11を有する。大
口径の光出入口10が発光素子１の前面に光結合され、小
口径の光出入口11が光ファイバ３の端面に光結合され
る。発光素子１の発光チップ１ａを発光させると、その
光は所定の指向角で拡がり、最大指向角の光をも発光素
子１の前面から光学器５の大口径光出入口10に入射し
て、小口径の光出入口11に導かれ、その光のほとんどが
光ファイバ３に入射する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、所定の検出空間における物体の有無を光ファイバを使って検出する 光ファイバ式光電スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】

所定の検出空間での物体の有無検出を行う光電スイッチは、フレキシブルな光 ファイバを使ったものが、狭い検出空間にも適用できて汎用性に優れる理由で多 用されている。この光ファイバ式光電スイッチの従来例を図４に示し、これを説 明する。

【０００３】 図４は光電スイッチの光学系部分を示す。すなわち、一対の発光素子１および 受光素子２と、その各々に一端が光結合された投光用光ファイバ３と受光用光フ ァイバ４である。発光素子１は、赤外発光ＬＥＤ等であり、発光チップ１ａを内 蔵する。受光素子２は、フォトトランジスタ等であり、受光チップ２ａを内蔵す る。 なお、発光素子１と受光素子２は、投光信号と受光信号の制御を行うアンプ回 路（図示省略）に接続されている。

【０００４】 図５に示すように、発光素子１の発光チップ１ａは電極を兼ねる反射板１ｂの 凹部１ｃに設置される。発光チップ１ａを通電により発光させると、その光は凹 部１ｃの内面を反射し、発光素子１の前面を透過して光ファイバ３に入射する。

【０００５】 光ファイバ３は、屈折率大のコアー３ａを屈折率小のクラッド３ｂで囲んだガ ラスファイバやプラスチックファイバなどである。光ファイバ３の一端面が、発 光素子１の前面に突き合わせ結合される。光ファイバ３の他端は、検出空間７に 配置される。発光素子１から光ファイバ３の一端に入射した光は、光ファイバ３ のコアー３ａを通過して、他端から検出空間７に投射される。

【０００６】 受光素子２とその光ファイバ４は、発光素子１とその光ファイバ３と同様な構 造である。検出空間７の両側に投光用光ファイバ３と受光用光ファイバ４の各先 端が、互いに光軸を一致させて対向配置される。

【０００７】 検出空間７に物体が無い場合、投光用光ファイバ３から受光用光ファイバ４に 光が入射し、この光が光ファイバ４を通過して受光素子２の受光チップ２ａで受 光され、受光チップ２ａが電気信号を出力する。検出空間７に物体が有って、こ の物体が投光用光ファイバ３の光を遮光すると、受光用光ファイバ４に光が入射 せず、受光素子２ａは動作しない。

【０００８】 上記図示例は透過型のものであるが、投光用光ファイバ３から検出位置に照射 し、その反射光を受光用光ファイバ４で受ける反射型の光電スイッチも同様の原 理である。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

発光素子１は直径が数ｍｍ程度と小形化され、光ファイバ３は線径が０．５ｍ ｍ程度とますます細径化されて、それぞれに品質改善や用途拡大がなされている 。このことは受光素子２も同じである。ところが、発光素子１とその光ファイバ ３の結合効率が悪く、同様に受光素子２とその光ファイバ４の結合効率が悪くて 、後述の問題を引き起こしていた。

【００１０】 すなわち、図５に示すように、発光素子１から投射される光は、ある指向角を もって拡がり、細い光ファイバ３に入射するのは発光素子１の光軸近傍のものだ けで、他の光は無駄となる。そこで、発光チップ１ａの光を反射板１ｂの凹部１ ｃで反射させるなどして、発光素子１からの光の指向角をより小さくし、光ファ イバ３により多くの光が入射するように工夫がなされているが、未だ光無駄が多 いのが現状である。

【００１１】 また、発光素子１と光ファイバ３は光軸を一致させて結合されるが、結合時や 結合後に両者間の光軸にズレが生じることがある。この光軸のズレは、発光素子 １から光ファイバ３への光の入射量を減じ、光無駄を多くする。

【００１２】 同様に受光用光ファイバ４から受光素子２に入射される光も、所定の指向角で 拡がり、その光の一部が受光素子２ａに受光されるだけで、光無駄が多いのが現 状である。

【００１３】 かかる光無駄が発光素子１と光ファイバ３、受光素子２と光ファイバ４の結合 効率を悪くし、光電スイッチの感度を悪くしていた。

【００１４】 また、一対の光ファイバ３、４は、自身の光減衰率を計算して、光電スイッチ としての機能が発揮できる範囲で、その有効最大長が決められる。ところが、発 光素子１と光ファイバ３の結合効率が悪く、光ファイバ３に入射する光量の絶対 値が低いこともあって、線径０．５ｍｍ程度の光ファイバ３の場合、その有効最 大長は数１０ｃｍ程度までであり、それ以上にすることが難しかった。その結果 、発光素子１及び受光素子２と検出空間７の距離の最大が数１０ｃｍ程度と制約 を受け、光電スイッチが使用できる環境の拡大化を難しくしている。

【００１５】 本考案の目的とするところは、発光素子及び又は受光素子と光ファイバの結合 効率を上げて、感度の良い、光ファイバの長尺化を可能にした光電スイッチを提 供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、発光素子及び又は受光素子と光ファイバを、この両者間に光軸を一 致させて配置したコーン形光学器で光結合することにより、上記目的を達成する 。

【００１７】

【作用】 コーン形光学器は、円錐台形のコアーの外周にクラッドが形成された短寸の光 ファイバで、大口径の光出入口と小口径の光出入口を両端に有し、大口径の光出 入口に入射した光は集光されて小口径の光出入口から投射され、逆に小口径の光 出入口に入射した光は指向角規制されて大口径の光出入口から投射される。

【００１８】 したがって、コーン形光学器を、その大口径の光出入口を発光素子に向け、小 口径の光出入口を光ファイバの端面に向けて設置すると、発光素子の光はコーン 形光学器で集光されて光ファイバに入射するので、コーン形光学器が光無駄を少 なくし、発光素子と光ファイバの結合効率を良くする。また、コーン形光学器を 、その大口径の光出入口を受光素子に向け、小口径の光出入口を光ファイバの端 面に向けて設置すると、光ファイバからの光の指向角の大きな、従来無駄になっ ていた光がコーン形光学器で受光素子に向けて集光されて入射し、コーン形光学 器が光無駄を少なくして、受光素子と光ファイバの結合効率を良くする。

【００１９】 また、コーン形光学器による上記結合効率の改善で、光ファイバに入射する光 量が増し、その分、光電スイッチの感度が上がり、光ファイバの有効最大長が長 くできる。

【００２０】

【実施例】

図１乃至図３に示す実施例について説明する。なお、同図実施例の図４及び図 ５と同一又は相当部分には同一符号を付し、異なる点について説明する。

【００２１】 図１の実施例は、発光素子１と光ファイバ３の間にコーン形光学器５を光軸を 合わせて配置したこと、及び、受光素子２と光ファイバ４の間にコーン形光学器 ６を光軸を合わせて配置したことを特徴とする。

【００２２】 投光側のコーン形光学器５は、図２に示すように、円錐台形のコアー５ａの外 周をクラッド５ｂで囲った構造で、これは短寸の光ファイバ（図示せず）を円錐 台形に圧縮などして製造される。この光学器５は、両端に大口径の光出入口10と 小口径の光出入口11を有する。大口径の光出入口10が発光素子１の前面に光結合 され、小口径の光出入口11が光ファイバ３の端面に光結合されて、コーン形光学 器５が発光素子１と光ファイバ３を光結合する。

【００２３】 光学器５の大口径光出入口10でのコアー５ａの口径は、発光素子１の前面の光 投射口の口径にほぼ一致する。光学器５の小口径光出入口11でのコアー５ａの口 径は、光ファイバ３の一端のコアー３ａの口径とほぼ一致する。

【００２４】 したがって、発光素子１の発光チップ１ａを発光させると、その光は所定の指 向角で拡がり、最大指向角の光をも発光素子１の前面から光学器５の大口径光出 入口10に入射する。光学器５のコアー５ａに入射した光は、クラッド５ｂで反射 して集光されて小口径光出入口11に導かれ、そのほとんどが光ファイバ３のコア ー３ａに入射する。

【００２５】 つまり、光学器５は、発光素子１からの光のほとんどを光ファイバ３に導き、 外部に漏れる光無駄をほぼ皆無にして、発光素子１と光ファイバ３の結合効率を 上げる。光ファイバ３への入射光量の増大で、光電スイッチとしての機能を発揮 する範囲で光ファイバ３の有効最大長が長くできる。例えば、線径０．５ｍｍの 光ファイバ３の場合、その有効最大長は１ｍを超えることが分かっている。

【００２６】 図３は、上記光学器５の実用上の構造と取付け構造が示してある。例えば光学 器５は、円錐台形の中央部５ｃの両側に平行部５ｄ、５ｅを有する構造で、円筒 状の口金８に収納保持される。口金８を発光素子１と光ファイバ３に連結するこ とにより、光学器５が発光素子１と光ファイバ３の間に光軸を一致させて固定配 置される。

【００２７】 受光側のコーン形光学器６は、光ファイバ４の先端から投射される光を無駄な く受光素子２の受光チップ２ａに導くサイズ、構造である。この光学器６も、円 錐台形のコアー６ａの外周をクラッド６ｂで囲った構造であり、両端に小口径の 光出入口12と大口径の光出入口13を有する。小口径の光出入口12が光ファイバ４ の端面に光結合され、大口径の光出入口13が受光素子２の前面に光結合される。

【００２８】 受光側光学器６は、投光側光学器５と逆の原理で光ファイバ４の光を無駄なく 受光素子２に導き、光ファイバ４と受光素子２の結合効率を上げる。したがって 、受光側光ファイバ４の有効最大長も長くできる。

【００２９】 なお、上記実施例は、発光素子と受光素子の両方にコーン形光学器を設置した が、この例に限らず、光電スイッチの種類、用途によっては、発光素子側だけに 、あるいは受光素子側だけにコーン形光学器を配置するようにしてもよい。

【００３０】

【考案の効果】

本考案によれば、コーン形光学器の追加により発光素子と光ファイバの結合効 率や、受光素子と光ファイバの結合効率が一段と向上して、光電スイッチの感度 改善が容易に図れる効果がある。

【００３１】 また、コーン形光学器の追加で光ファイバに入射する光量が増し、その分、光 電スイッチの機能を発揮する範囲での光ファイバの有効最大長が長くできて、よ り多くの環境に適用できる汎用性に優れた光電スイッチが提供できる効果もある 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す光電スイッチの部分断
面を含む要部の側面図

【図２】図１光電スイッチの投光側の光結合構造を示す
拡大断面図

【図３】図１光電スイッチの投光側の実用上での構造を
示す部分断面を含む側面図

【図４】従来の光電スイッチの要部の側面図

【図５】図４光電スイッチの投光側の光結合構造を示す
拡大断面図

【符号の説明】

１ 発光素子 ２ 受光素子 ３ 光ファイバ ４ 光ファイバ ５ コーン形光学器 ６ コーン形光学器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 槙野 節夫 大阪府大阪市北区曽根崎２丁目１番12号 北陽電機株式会社内 (72)考案者 森 利宏 大阪府大阪市北区曽根崎２丁目１番12号 北陽電機株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子を光ファイバで光結
   合してなる光電スイッチにおいて、 発光素子及び受光素子の少なくとも一方と光ファイバ
   を、この両者間に光軸を一致させて配置したコーン形光
   学器で光結合したことを特徴とする光ファイバ式光電ス
   イッチ。