JPH0659025A - マルチ式光センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発光素子から出射した光を該受光素子で受光
し、間に物体が侵入すると該受光素子が受光不能となる
ことを利用して、物体の有無を検出する光センサを、２
組以上隣接して使用するマルチ式の光センサに関し、指
向性の悪い安価な素子であっても高精度に位置検出で
き、しかも総ての発光／受光素子の光軸が平行となるよ
うに実装可能とすることを目的とする。 【構成】透過型の光センサを２組以上隣接して配置して
なるマルチ式の光センサにおいて、隣接する光センサS
1、S2の発光素子Ａと受光素子ｂが隣接するように配置
することで、隣接する光センサS1、S2の発光素子Ａ、Ｂ
同士、受光素子ａ、ｂ同士が隣接しないような構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子と受光素子を
対向配置して、該発光素子から出射した光を該受光素子
で受光し、間に物体が侵入すると該受光素子が受光不能
となることを利用して、物体の有無を検出する光センサ
を、２組以上隣接して使用するマルチ式の光センサに関
する。光センサは、目標物体の有無や位置を非接触で検
出できるという利点がある。

【０００２】

【従来の技術】図５は光センサを配置形式で分類したも
ので、（１）図は発光素子Ａから出射した光が、物体１
で反射されて受光素子ａに受光されるように配置したも
ので、物体１が存在しない場合は、発光素子Ａから出射
した光は受光素子ａに受光されない。このような反射型
の光センサの場合は、発光素子Ａと受光素子ａが比較的
接近して配置されるので、両方の素子Ａ、ａが一体のホ
ルダー２に取り付けられている。

【０００３】これに対し、（２）図は発光素子Ａと受光
素子ａが対向して配置されており、間に物体１が有る
と、発光素子Ａから出射した光が該物体１で遮られて受
光素子ａで受光不能となり、物体１が存在しない場合
は、発光素子Ａからの光が受光素子ａで受光される。こ
の場合も、発光素子Ａと受光素子ａとの距離が小さいた
め、共に一体のホルダー３に取り付けられている。

【０００４】（３）図も発光素子Ａと受光素子ａが対向
配置されており、透過型となっているが、発光素子Ａと
受光素子ａ間の距離が離れている。そのため、発光素子
Ａと受光素子ａは、それぞれ別々のホルダー４、５に取
り付けられている。

【０００５】（１）図や（２）図のように発光素子Ａと
受光素子ａの間隔が小さい場合は、発光素子Ａから出射
した光が充分に拡がる前に、受光素子ａで受光されるた
め、受光素子ａの受光光量は充分大きく、誤検出するよ
うな恐れは少ない。これに対し、（３）図のように発光
素子Ａと受光素子ａが離れていると、発光素子Ａから出
射した光が受光素子ａに届くような位置では、光が充分
に拡がっているために、受光素子ａの受光光量が弱い。

【０００６】このように弱い光でもオン状態となるよう
に設定すると、間に物体１が存在しているにも係わら
ず、他の光でもオン状態となり、誤検出する恐れがあ
る。これを防止するには、指向性の狭い発光素子および
受光素子を用いることになるが、そのために高価な発光
／受光素子を用いなければならず、特に多数の発光素子
を用いる装置の場合、製造コストが高くなる。なお、発
光素子としては例えば赤外発光ダイオードが、受光素子
としてはフォトダイオードが使用される。

【０００７】安価で指向性の悪い発光素子や受光素子を
用いた場合には、次のような問題も生じる。図６は、発
光素子Ａと受光素子ａからなる光センサS1に隣接して、
別の発光素子Ｂと受光素子ｂが配設されている。そのた
め、物体１が実線で示すようにの位置に有る場合は、
両発光素子Ａ、Ｂの光路に何も存在しないため、受光素
子はａ、ｂともに受光し、オン状態となる。

【０００８】いま、実線で示す物体１が矢印a₁方向に移
動して鎖線の位置まで来ると、発光素子Ａからの出射光
が遮られて、受光素子ａが受光不能となることによっ
て、物体１が位置まで来たことが検出される。物体１
が同じ方向にさらに移動して、破線で示す位置まで来る
と、発光素子Ｂからの出射光も遮られて、受光素子ｂも
受光不能となることによって、物体１が位置まで来た
ことが検出される。

【０００９】このように、物体１が位置にあるのか、
位置に有るのかを検出するには、２組の光センサS1、
S2が必要となる。そして、安価で指向性の悪い発光素子
の場合は、図７に示すように、発光素子Ａ、Ｂからの出
射光La、Lbの拡がり角θが大きく、しかも受光素子ａ、
ｂもφで示すように、受光可能な領域に拡がりがある。

【００１０】そのため、物体１が鎖線で示すように、発
光素子Ａと受光素子ａ間の光軸位置を通過して位置ま
で来ているにも係わらず、隣接する発光素子Ｂからの出
射光が、位置の受光素子ａに受光される。その結果、
受光素子ａは、物体１が位置に到来していないものと
判断することになり、誤検出する。このような問題は、
位置ととの間隔ｄが小さくなるほど、発生しやす
い。

【００１１】２組の光センサS1、S2を隣接して配置する
と、前記のような問題が発生するので、図８では、位
置には、発光素子Ａと受光素子ａを光軸が水平になるよ
うに配設し、位置には、発光素子Ｂと受光素子ｂを光
軸が垂直となるように配設してある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、それぞれ
の発光素子Ａ、Ｂの光軸が直交するように配置すると、
発光素子Ａ、Ｂおよび受光素子ａ、ｂの指向性が広くて
も、水平方向の発光素子Ａからの出射光が、垂直方向の
受光素子ｂに入射したり、垂直方向の発光素子Ｂからの
出射光が水平方向の受光素子ａに入射するようなことは
ないので、誤検出の恐れはない。

【００１３】図６のように２組の光センサS1、S2を隣接
して実装する場合は、両光センサの発光素子Ａ、Ｂを共
通のホルダーに実装し、また受光素子ａ、ｂも共通のホ
ルダーｈに実装できる。これに対し、図８のように直交
して配置した構成にすると、それぞれの素子Ａ、ａ、
Ｂ、ｂを別々のホルダーに取り付けなければならず、構
造が複雑となり、しかもそれぞれの素子相互間の位置合
わせも困難である。また、発光素子Ｂと受光素子ｂを垂
直方向に配設するため、装置の高さ方向の寸法が大きく
なり、小型化の妨げとなる。

【００１４】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、複数の光センサを用いて２以上の位置検出を行
なうマルチ式光センサにおいて、指向性の悪い安価な素
子であっても高精度に位置検出でき、しかも総ての発光
／受光素子の光軸が平行となるように実装可能とするこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は本発明によるマル
チ式光センサの基本原理を説明する図である。各図にお
いて、ローマ字の大文字は発光素子側を、ローマ字の小
文字は受光素子側を示している。そして、互いに対向配
置された発光素子Ａと受光素子ａとで光センサＳ１を構
成し、他の発光素子Ｂと受光素子ｂとで別の光センサＳ
２を構成している。このような発光素子と受光素子の対
からなる光センサが、S1、S2…と、２組以上配設され、
マルチ式光センサを構成している。

【００１６】請求項１の発明は、このようなマルチ式の
光センサにおいて、（１）図のように、隣接する光セン
サS1、S2の発光素子Ａと受光素子ｂが隣接するように配
置し、隣接する光センサS1、S2の発光素子Ａ、Ｂ同士、
受光素子ａ、ｂ同士が隣接しないような構成としたもの
である。

【００１７】請求項２の発明は、 (2)図のように、請求
項１における隣接する光センサS1、S2の発光素子Ａと受
光素子ｂとの間に遮光体６、７を介在させた構成であ
る。

【００１８】請求項３の発明は、（３）図のように、請
求項１における隣接する光センサS1、S2の発光素子Ａと
受光素子ｂとを、発光素子Ａ、Ｂからの出射光の光軸方
向にずらして配置した構成である。

【００１９】請求項４の発明は、（４）図のように、請
求項１または請求項２、請求項３における複数の光セン
サS1、S2…を、それぞれの発光素子の光軸が直交するよ
うに多数配列してなる構成である。

【００２０】

【作用】請求項１のように、隣接する光センサS1、S2の
発光素子Ａと受光素子ｂが隣接するように配置されてお
り、隣接する光センサS1、S2の発光素子Ａ、Ｂ同士、受
光素子ａ、ｂ同士が隣接しないため、図の上側の光セン
サS1の発光素子Ａからの出射光Laがθのような拡がりを
持っていて、受光素子ａと隣接する素子Ｂに入射して
も、該素子Ｂは発光素子なため、誤検出の問題は生じな
い。光センサS2の発光素子Ｂの出射光が、対応する受光
素子ｂの隣の発光素子Ａに入射しても、同様になんら問
題はない。

【００２１】したがって、本発明によれば、発光素子
Ａ、Ｂや受光素子ａ、ｂの指向性が悪くても、誤検出の
恐れはなく、安価な素子を利用できる。また、隣接する
光センサS1、S2の発光素子Ａと受光素子ｂが隣接してい
るので、共通のホルダーh1に実装でき、図６に示す従来
構造と同様に、構造が簡素化され、かつ高さ方向の寸法
を小さくして、薄型構造を実現できる。

【００２２】（１）図のように、隣接する光センサS1、
S2の発光素子Ａと受光素子ｂを隣接配置しても、発光素
子Ａからは弱い光８が横方向に漏れるので、発光素子Ａ
と受光素子ｂを密接して配置すると、光センサS2側の受
光素子ｂに漏れ光８が入射して誤検出する恐れがある。

【００２３】これに対し、請求項２のように、隣接する
光センサS1、S2の発光素子Ａ（Ｂ）と受光素子ｂ（ａ）
との間に遮光体７（６）を介在させると、発光素子Ａ、
Ｂから受光素子ｂ、ａ側への漏れ光が遮断されるので、
誤検出の恐れはない。したがって、隣接する発光素子Ａ
（Ｂ）と受光素子ｂ（ａ）を密接して配置でき、その結
果、図６〜８における検出位置〜の間隔ｄを小さく
して、高精度の位置検出を行なうことが可能となる。

【００２４】請求項３のように、隣接する光センサS1、
S2の発光素子Ａと受光素子ｂとを、発光素子Ａ、Ｂの光
軸Ia方向にずらして配置した構成にすると、発光素子Ａ
から出射した横方向への漏れ光８が、受光素子ｂの受光
可能領域φ内に入ることはできない。したがって、この
場合も、隣接する光センサS1、S2の発光素子Ａ（Ｂ）と
受光素子ｂ（ａ）を接近して配置しても、誤検出の恐れ
ない。

【００２５】請求項４のように、請求項１または請求項
２、請求項３における光センサを、それぞれの発光素子
の光軸が直交するように多数配列した場合、横方向の光
軸Ixと縦方向の光軸Iyの交点に指などを挿入すると、当
該交点の横方向および縦方向の光が指で遮られるので、
指などを挿入した位置( 座標 )を検出できる。

【００２６】また、請求項２、３の思想によって、隣接
する光センサS1、S2の発光素子からの漏れ光が隣接する
受光素子へ入射するのを防止できるので、縦方向の光セ
ンサS1、S2の間隔および横方向の光センサS1、S2の間隔
を接近させることで、光軸のピッチを狭くして、位置検
出精度を高めることができる。

【００２７】

【実施例】次に本発明によるマルチ式光センサが実際上
どのように具体化されるかを実施例で説明する。図２は
請求項１の発明の実施例を、図６に対応して示した斜視
図である。この実施例は、物体１が位置に来たかどう
か、また位置に来たかどうかを検出するもので、２つ
の位置を検出する例である。

【００２８】そのため、片方の光センサS1の発光素子Ａ
に隣接して他方の光センサS2の受光素子ｂを配設し、か
つ共通のホルダーh1に実装してある。また、片方の光セ
ンサS1の受光素子ａに隣接して他方の光センサS2の発光
素子Ｂを配設し、かつ共通のホルダーh2に実装してあ
る。

【００２９】図６の従来構造では、図７で説明したよう
に、片方の光センサS1の発光素子Ａからの出射光の光軸
位置を物体１が通過しても、隣接する発光素子Ｂからの
出射光が、光センサS1の受光素子ａに入射するため、誤
検出する恐れがあったが、図２の構成では、図６の発光
素子Ｂの位置に有るのは受光素子ｂなため、受光素子ａ
には対応する発光素子Ａからの光しか入射せず、誤検出
の恐れはない。

【００３０】しかしながら、発光素子Ａと受光素子ｂを
あまり接近させると、発光素子Ａから横方向への弱い漏
れ光が受光素子ｂに入射して誤検出を来す恐れがあるの
で、検出位置差ｄが小さい装置では、請求項２のよう
に、発光素子Ａと受光素子ｂ間、発光素子Ｂと受光素子
ａ間に、遮光用の板などを設けて、漏れ光を物理的に遮
断するのが有効である。

【００３１】あるいは、請求項３のように、隣接する光
センサS1、S2の発光素子Ａと受光素子ｂを光軸方向にず
らし、また発光素子Ｂと受光素子ａを光軸方向にずらす
構成でもよい。

【００３２】図３は請求項３の発明の実施例である。図
１の(3) 図においては、発光素子Ａ、Ｂをそれぞれ隣接
する光センサの受光素子ｂ、ａより後方にずらしている
が、図３(1) は逆に受光素子ｂ、ａをそれぞれ隣接する
発光素子Ａ、Ｂより後退させた配置である。このよう
に、発光素子Ａより、隣接する受光素子ｂが後退してい
ると、発光素子Ａから出射した漏れ光８が、当該発光素
子Ａより後方を照射することはないので、後方の受光素
子ｂに漏れ光が入射して誤検出する恐れはない。

【００３３】図１の (3)図および図３の (1)図はとも
に、各発光素子Ａ、Ｂと対向する受光素子ａ、ｂとの間
隔Ｄは、すべての光センサS1、S2で一定であるのに対
し、図３(2) のように、隣接する光センサS1、S2の発光
素子Ａ（Ｂ）と受光素子ａ（ｂ）との間隔を変え、光セ
ンサS1の発光／受光素子間隔D1より、隣接する光センサ
S2の発光／受光素子間隔D2を小さく（あるいは、大き
く）することでも、隣接する発光素子Ａ（Ｂ）と受光素
子ｂ（ａ）を光軸方向にずらすことができる。

【００３４】図４（１）は請求項４の発明を画面タッチ
スイッチに実施した例であり、同図（２）は従来の画面
タッチスイッチを示す図である。（２）図に示すよう
に、従来の画面タッチスイッチは、光軸が横（Ｘ）方向
の発光素子Ａ…Ｚを隣接配置し、対向する辺に受光素子
ａ…ｚが、発光素子Ａ…Ｚと１対１で対応するように対
向配置されている。光軸が縦（Ｙ）方向においても、発
光素子Ａ…Ｚが隣接配置され、対向する辺に受光素子ａ
…ｚが、発光素子Ａ…Ｚと１対１で対応するように対向
配置されている。

【００３５】そのため、例えば発光素子Ａ、Ｃからの出
射光が、対向する受光素子ａ、ｃだけでなく、隣接する
受光素子ｂにも入射するため、例えば横向きのＢ−ｂ間
と、縦向きのＢ−ｂ間の位置９を指でタッチして発光素
子Ｂ、Ｂの出射光を遮っても、発光素子Ａ、Ｃからの出
射光が受光素子ｂ、ｂに入射するため、縦のＢ−ｂと横
のＢ−ｂの交点をタッチしていないと判断されることに
なり、誤検出となる。

【００３６】これに対し、（１）図では縦横とも、請求
項１の思想によって、隣接する光センサS1、S2の発光素
子同士が隣接しないように、すなわち隣接する光センサ
S1、S2の発光素子Ａと受光素子ｂが隣接するように配列
してある。その結果、例えば横向きの発光素子Ａ、Ｃか
らの出射光が、対向する受光素子ａ、ｃと隣接する素子
Ｂに入射しても、当該素子Ｂは発光素子なため、発光素
子Ａ、Ｃからの出射光が他の受光素子に入射することは
ない。

【００３７】その結果、Ｂ−ｂとＢ−ｂの交点９を指な
とでタッチしたとき、縦横の受光素子ｂ、ｂには、対向
する発光素子Ｂ、Ｂからの出射光しか入射しない。した
がって、Ｂ−ｂとＢ−ｂの交点９を指なとでタッチした
とき、発光素子Ｂ、Ｂ以外の発光素子からの光を受光す
ることはないので、当該位置９の通過光が遮断されて、
対応する受光素子ｂ、ｂが受光不能となり、正確にタッ
チ位置を検出できる。

【００３８】また図示実施例は、請求項３の思想によ
り、隣接する発光素子Ａと受光素子ｂを光軸方向にずら
してある。すなわち、図においては、受光素子ａ、ｂ…
が、発光素子Ａ、Ｂ…より後退するように配置されてい
る。

【００３９】そのため、各発光素子Ａ、Ｂ…から横方向
への漏れ光が、後方に有る隣接する受光素子ｂに入射す
ることは有り得ず、受光素子ｂが隣接する発光素子Ａか
らの漏れ光を受けて誤検出する恐れはない。したがっ
て、隣接する各光センサS1、S2…の配列ピッチを小さく
して、位置検出の精度を上げることができる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１によれば、マルチ式光センサに
おける隣接する光センサS1、S2間において、発光素子
Ａ、Ｂ…同士が隣接していないため、各受光素子ａ、ｂ
の正面の発光素子Ａ、Ｂの両側には受光素子ｂ、ａしか
存在しないので、受光素子ｂ、ａに、対向する発光素子
Ａ、Ｂ以外の発光素子からの光が入射して、誤検出を引
き起こすことはない。

【００４１】その結果、指向性の悪い安価な発光／受光
素子を使用しても、誤検出の恐れがない。また、発光素
子Ａと受光素子ｂを隣接して配置できるので、発光素子
Ａと受光素子ｂを共通のホルダーh1に実装でき、図８に
示すように２組の光センサを直交配置した従来構成に比
べて構造が簡素化され、また高さ方向の寸法を薄くし
て、装置を小型化できる。

【００４２】請求項２によれば、隣接する光センサS1、
S2の発光素子Ａ（Ｂ）と受光素子ｂ（ａ）との間に遮光
体７（６）が介在していて、隣接する発光素子Ａ、Ｂか
ら横方向への漏れ光８が遮断されるので、誤検出防止が
より確実となり、隣接する光センサS1、S2を接近して配
置し、位置検出精度を上げることができる。

【００４３】請求項３によれば、隣接する発光素子Ａと
受光素子ｂを、発光素子の光軸方向にずらして配置する
ため、隣接する発光素子Ａ、Ｂから横方向への漏れ光８
の届かない位置に、受光素子ｂ、ａが位置している。し
たがって、隣接する発光素子Ａと受光素子ｂの間隔ｄを
小さくしても、誤検出する恐れがなく、前記のように遮
光体を介在させなくても、検出位置精度が向上し、構造
も簡素化される。

【００４４】請求項４のように、多数の光センサS1、S2
…を、光軸が直交するように配置して、座標位置を検出
する装置において、請求項１の思想を実施すると、各受
光素子ａ、ｂ…と対向する発光素子Ａ、Ｂ…以外の発光
素子からの光を受光することはなくなり、誤検出を防止
できる。しかも、請求項２、３の思想を実施して、隣接
する発光素子Ａと受光素子ｂのピッチを小さくすると、
座標位置の検出精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマルチ式光センサの基本原理を説
明する図である。

【図２】請求項１の発明の実施例を示す斜視図である。

【図３】請求項３の発明の実施例を示す図である。

【図４】請求項４の発明を画面タッチスイッチに実施し
た例と従来の画面タッチスイッチを示す図である。

【図５】光センサを配置形式で分類して示した側面図で
ある。

【図６】従来のマルチ式光センサの使用状態を示す斜視
図である。

【図７】発光素子および受光素子の指向特性を説明する
図である。

【図８】２組の光センサを直交配置した従来構成の斜視
図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ… 発光素子 ａ、ｂ… 受光素子 １ 物体（被検出物体） ２、３、４、５ ホルダー ｈ、h1、h2 ホルダー ６、７ 遮光体 ８ 発光素子からの漏れ光 ９ タッチ位置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子を対向して配置し、
   該発光素子から出射した光を該受光素子で受光し、間に
   物体が侵入すると該受光素子が受光不能となることで、
   物体の有無を検出する透過型の光センサを２組以上隣接
   して配置してなるマルチ式の光センサにおいて、 隣接する光センサS1、S2の発光素子Ａと受光素子ｂが隣
   接するように配置することで、隣接する光センサS1、S2
   の発光素子Ａ、Ｂ同士、受光素子ａ、ｂ同士が隣接しな
   いような構成としたことを特徴とするマルチ式光セン
   サ。
2. 【請求項２】 請求項１における隣接する光センサS1、
   S2の発光素子Ａ（Ｂ）と受光素子ｂ（ａ）との間に遮光
   体７（６）を介在させたことを特徴とするマルチ式光セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 請求項１における隣接する光センサS1、
   S2の発光素子Ａと受光素子ｂとを、発光素子Ａ、Ｂから
   の出射光の光軸方向にずらして配置したことを特徴とす
   るマルチ式光センサ。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２、請求項３にお
   ける複数の光センサS1、S2…を、それぞれの発光素子の
   光軸が直交するように多数配列してなることを特徴とす
   るマルチ式光センサ。