JPH08222098A - 近接スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凹面鏡の第１部分の焦点に位置する光源から
の発光光の接近する物体からの反射光を、前記凹面鏡の
第２部分の焦点に位置する光センサで受けるようにし
て、極めて適切な応答特性を備えた近接スイッチをもた
らすこと。 【解決手段】 それぞれ１つ以上の光源（５）および光
センサ（６）を近接スイッチ凹面鏡（１）の第１部分
（３）および第２部分（４）にそれぞれ設け、光源
（５）からの発光光（８）が第１部分（３）の監視方向
へ向けられ、前記方向から接近する物体からの反射光
（９）が第２部分（４）により光センサ（６）向けられ
るように構成し、光源（５）と光センサ（６）との間に
凹面鏡の第１部分（３）と第２部分（４）を分離するプ
レート（２）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なく共１つの光
源と、少なく共１つの光センサとを有する近接スイッチ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】問題の形式の光近接スイッチには一般
に、光源と、以下に光センサと称される感光性素子とが
含まれる。望ましくは、物体の接近につき監視される方
向に、光源の光が焦点を合わされ、かつ向けられる。物
体がこの方向から近づくと、物体により光が反射され、
一般に矢張り焦点を合わされた様態でセンサに突き当た
る。物体が密接すると、反射光の強度は増大する。限界
値を越えると近接スイッチが応答する。

【０００３】光ファイバを含む実施例が英国特許公開明
細書（ＧＢＡ）第２１７８８４０号に記載されている。
しかし、光ファイバから出現する光の高い拡散および光
を受ける光ファイバの直径は小さいから、この実施例の
有効範囲は狭い。更にまた、近接スイッチ上に反射され
る光の強度も所与の最小距離を過ぎると減少する。

【０００４】既述の如く、光および集束光学素子が大抵
の場合に備えられる。それは、近接スイッチが応答する
感度と、その距離とを増大させる目的に役立つ。同時
に、それにより、面からの反射が不充分な物体の場合に
も、近接スイッチの応答が確実に得られる。

【０００５】独国特許公開明細書（ＤＥ−Ａ１）第４０
１３７４３号により、レンズおよびプリズムの利用が周
知されている。開示された近接スイッチは、発出された
光線と、光センサの観測の場との交差部分により画定さ
れる、定められた空間素子に存在する物体に応答する。
レンズ・システムは、光源の光、スイッチへ反射された
光のそれぞれ、を光センサ上へ集束させる目的に役立
つ。プリズムの回転により、近接スイッチからの空間素
子の距離を調整することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例では、光
源および光センサに設けられたそれぞれのレンズは、そ
のサイズの低減に制限があり、また断面積を全て利用す
ることが充分できないので小型化に問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、最も適
切な応答特性を備えた、小型化可能の近接スイッチをも
たらすことにある。

【０００８】この目的は、光源により発出された光が凹
面鏡の第１部分に監視される方向へ向けられ、かつ前記
の監視される方向から接近する物体により近接スイッチ
の方向へ反射された光が凹面鏡の第２部分によって光セ
ンサへ向けられるような態様で、凹面鏡の第１部分が光
源へ結合され、凹面鏡の第２部分が光センサへ結合され
るようにした近接スイッチにより達成される。従属クレ
イムは好適な実施例に関連を有する。

【０００９】一般的に言えば、本発明の近接スイッチに
は、光学的集束および指向素子として役立つ、分割され
た凹面鏡が備えられている。凹面鏡の一方の部分は光源
によって照明され、光を集束し、かつそれを観測方向に
向ける。凹面鏡の第２部分は、近接スイッチ上に突き当
たる光、例えば接近する物体により反射される光、を集
中するのに役立つ。発光ダイオード（ＬＥＤ）や光トラ
ンジスタのような小さい使用可能サイズの光源や光セン
サと組み合った、単一の光学的要素、即ち凹面鏡、にお
ける必要な光学の結合により、本発明の近接スイッチを
極めて小さく、コンパクトにすることができる。

【００１０】

【実施例】本発明を、図面につき、例示的な実施例とし
て更に以下に説明する。

【００１１】図１に示す本発明の近接スイッチの基本構
成によれば、近似スイッチには、支持プレート２により
半部分３および４の２つに分割された凹面鏡１が含まれ
ている。支持プレート２の上側には光源５、例えば発光
ダイオード（ＬＥＤ）が、また下側には光トランジスタ
や光ダイオードのような光センサ６が設けられている。
望ましくは、支持プレート２に、光源５や光センサ６に
必要な電気接続線路が設けられる。更に詳述すれば、そ
れはプリント配線板であっても良く、従って、近接スイ
ッチの図示されないその他の電子部品を支持プレート２
上へ配置することができる。

【００１２】光源５により発出された光は凹面鏡の上半
部により偏向され、光線８の形態で発出される。ここで
若し、例えば拡散反射する表面を有する物体が近接スイ
ッチに接近すると、突き当たる光８の若干部分が、近接
スイッチの凹面鏡の下半部４へ反射される。下部凹面鏡
４は、突き当たる光９を光センサ６上へ大きく集中させ
る。近接スイッチ上に反射される光の量は、物体が近接
すればする程増大し、従って、ある距離を過ぎると反射
光は光センサ６の強度限界値を超過し、近接スイッチが
信号を生成する。

【００１３】近接スイッチの作動に鑑みて、光源により
生成される全体の光の最大比率を監視される方向に向か
わせ、また逆に、とりわけ接近する物体からの反射によ
り光度の損失を補償すべく光センサへ反射光を最大限に
効率的に集束をさせることが望ましい。

【００１４】光源５からの光が光センサ６を直接に照明
することを防止するため、支持板２は光源の光に対して
不透過性であり、望ましくは凹面鏡を完全に分割するも
のである。

【００１５】光センサ６および光源５は、可能な限り、
凹面鏡の半部分の焦点にそれぞれ配置される。従って、
発出される光は光軸に対してほぼ平行に発出され、光セ
ンサ６と下方の凹面鏡半部分４とから成る光センサ組立
体も、この光に対する感度を最大にする。この場合、光
軸は、場合に応じそれぞれの凹面鏡半部分自体が個々に
有するものであり、焦点と凹面鏡の最近点との間の接続
線路により画定される。本例示的な実施例においては、
２つの凹面鏡半部分の光軸は、合致している。

【００１６】本発明の近接スイッチの利点は、図２を考
察すれば明らかである。同じ取付けサイズの在来の構造
の近接スイッチに設けられるような２つのレンズ１０が
破線で示されている。凹面鏡１の直径をｄで示した場合
断面積が１／４πｄ² となる。従って、反射光８の発光
面積と反射光９の受容断面積は各々１／８πｄ² であ
る。

【００１７】対照的に、在来構造のセンサは、レンズ１
０の断面積を有するのみであり、その各々がｄ／２の直
径、従って１／４π（ｄ／２）² ＝１／１６πｄ² の通
過面積を備えている。従って、受光および発光に利用可
能な本発明の近接スイッチの面は、レンズを備えた在来
構造のそれの２倍の大きさになる。

【００１８】さらに別の問題として上記在来構造では１
／２の距離を有してレンズ光軸が２本あるのに対して、
本発明の近接スイッチには１本の光軸しかない。すなわ
ち本発明では物体がセンサに極めて近接していても、光
センサにあたる反射光の量は切換限界値を超えるに十分
であると期待できる。しかし、在来構造にあっては、近
い範囲での調整が特別に行われない限り、物体が極めて
近い場合の照明光度の低減が予想される。

【００１９】最後に、図３には、本近接スイッチの開発
における出発点として役立つ極めて単純化された構造が
示されている。プレートの形態の平たんな支持材上に
は、光源２５および光センサ２６が配置されている。光
源とセンサとの間に、支持材２１に対してほぼ垂直であ
り、かつ光源２５の光に対して可成り不透過性の分離壁
２２が配置されている。支持材２１および分離壁２２の
双方には、光源２５と光センサ２６への配線が設けられ
ている。更に詳述すれば、それらはプリント配線板であ
っても良い。この実施例は、発射光２８に対する光源２
５と、受光２９に対する光センサ２６との指向特性を有
するものの、集束または指向要素を全く備えていない。
しかし、この場合に入手可能な光源や光センサを以てし
ては、近接スイッチを十分な感度とできないことが認め
られた。また、２つのプレート、即ち分離壁２２および
支持材２１、には裸線導体を設けなければならず、適宜
の相互距離に光源２５と光センサ２６とを配置しなけれ
ばならない。従って、小型化された回路内へ、これらの
２要素を他の必要な構成諸要素と一緒に統合することは
不可能である。

【００２０】既述の、近接スイッチの好適な実施例によ
れば、本発明の概念を逸脱することなく数多くの修正が
可能であり、特に重要な若干のそれらを以下に列挙す
る。

【００２１】光源５および光センサ６の光学的分離は、
それらの対応的な指向特性によっても達成できるが、そ
の場合支持材２は鏡を完全に分割するものでなく、かつ
逆効果となる場合がある。凹面鏡の２つの半部分３、４
は、球面状、放物面状またはその他何れかのような異な
る形状を備えることができ、発射光を集束し指向する機
能を有する限り、入射光は保持される。また、前記凹面
鏡の半部分が凹面鏡の中心で分割したものでなく、中心
以外の別の所の凹面鏡の部分とし、従って例えばこれら
部分の光軸が一致していないような場合も考えられる。

【００２２】また、光センサ上への光源の光の直接照射
のみを防止すること、および分割されない単一の凹面鏡
を使用することも考えられる。そのための予備条件は、
物体が接近する際に検出可能かつ評価可能な光度の増大
がもたらされる様態で、光源により発射されるわずかな
比率の光のみが近接スイッチの鏡および／またはその他
の諸要素上での反射により直接または間接に光センサへ
送られることである。

【００２３】上記のように単一の光センサ６と単一点光
源５の代りに、複数の光源やセンサを備えることもでき
る。この関係においては、凹面鏡４に対応するセクタ３
を、光センサとする各光源またはそのグループへ対応さ
せること、即ち、凹面鏡１を適当数のセグメントに分割
すること、も考えられる。例えば４等分して光源および
光センサを交互に設け、すなわち光源を第１および第３
象限に配置し、また光センサを第２および第４象限に配
置した場合、とりわけ近接状態で高い感度を期待するこ
とができる。また、凹面鏡１の分割が対称的である必要
はないが、分割の適当な設計を以てすれば、より大き
い、またはより小さい比率の鏡面を、光センサではなく
光源に対応することができる。従って、例えば光源およ
び光センサの開口確度の差異は、鏡領域の光学的用途に
それぞれ用いて補整することもできる。

【００２４】光源および光センサはまた、例えば次の諸
目的の１方または双方に役立てるため、様々に位置付け
することができる。 ・監視される空間要素を交点の位置により画定するため
の、凹面鏡の諸部分の光軸の相対傾斜。この場合、凹面
鏡の諸部分もまた、望ましくは、更に交差角を鈍角とす
るためにある相対角度に配置されている。 ・例えば応答距離の調整のための、発光されかつ／また
は受光される光の分散または集束特性。

【００２５】光源は、発光半導体のほかはフィラメント
やグロー・ランプなど従来の形態のものである。更に詳
述すれば、レーザ・ダイオードのようなレーザ発光光源
も利用可能であり、それにより、わずかな分散を伴う発
出光線を得ることができる。同様に、特に出力信号が受
光される光度の関数である全ての従来の構成要素が光セ
ンサとして利用可能である。小型化のために半導体素子
は、特に、所要の制御および供給回路機構の１部分とし
て集積回路内に編入され得るので、光源および光センサ
の双方用として推奨されている。１つの同じ集積回路に
光源と光センサとを配置するという極端な場合も考えら
れるが、その場合それらは、例えばチップにより、また
は対応的な分離壁もしくは指向特性によって光学的に解
離される。

【００２６】凹面鏡はほとんど全て、即ちその前面およ
び背面が金属被覆されているガラスから現行の方法に従
って製造できるが、金属被覆されたプラスチック材料で
構成することもできる。環境的な諸影響に対するその耐
性を増すため、少なく共光源の光に対してほとんど透明
な物質で鏡を充てんすることもできる。透明なモールド
樹脂は、この目的に特に適っている。

【００２７】図４にはこの種の実施例が示されている。
それが図１の実施例に対応している限り、同じ表示が用
いられている。凹面鏡１の内部は、光源５により発射さ
れる光に対して透過性の化合物３１で満たされている。
モールド化合物へ進入した光が出射する際に光の分散を
回避すべく、ガラスのプレート３２により平たんな境界
層が確保される。

【００２８】プレート３２用に、別の材料、望ましくは
それにより所要のプレートが簡単に製造される材料、を
用いることができる。これに関しては、石英ガラスやア
クリルガラス、さもなければ凹面鏡を充てんするために
用いる材料から成る前以て作られたディスク、が考えら
れる。そのため、化合物３１とプレート３２との間で通
過光に対する屈折率は、ほとんどわずかな差であり、こ
の境界層の平たん度に対する要求条件を緩和できる。さ
もなければ、最適効率の観点から、この内部境界層につ
いても平たん度をできるかぎり向上させることが望まし
い。

【００２９】プレート３２を備えるのみで、凹面鏡を充
てんしないことも可能である。更に、センサの極めて密
封された封止を達成するため、通常の封止手段をとるこ
とができる。

【００３０】本凹面鏡が、そのほとんど円形の形状の故
に、例えば、最適におねじを備えるようにされ、それに
より、面内にそれをねじ込み得ることは銘記されるべき
である。別の形態は差込み継手である。本近接スイッチ
の接触は、通常の方法の１つで、例えば接触プラグまた
は接続ケーブルにより行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の近接スイッチの断面を示す図。

【図２】本発明のレンズおよび実施例を含む、実施例の
比較のための平面図を示す図。

【図３】近接スイッチの簡単な実施例の断面を示す図。

【図４】近接スイッチの別の実施例の断面を示す図。

【符号の説明】 １ 凹面鏡 ２ 支持プレート ３ 第１部分 ４ 第２部分 ５ 光源 ６ 光センサ ８ 光 ９ 光 ３２ プレート

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なく共１つの光源（５）と、少なく共
   １つの光センサ（６）とを有する近接スイッチにおい
   て、光源（５）により発出された光（８）が凹面鏡
   （１）の第１部分（３）に監視される方向へ向けられ、
   かつ前記の監視される方向から接近する物体により近接
   スイッチの方向へ反射された光（９）が凹面鏡の第２部
   分（４）によって光センサ（６）へ向けられるような様
   態で、凹面鏡の第１部分（３）が光源（５）と関連づけ
   られ、凹面鏡の第２部分（４）が光センサ（６）と関連
   づけられるようにした近接スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された近接スイッチにお
   いて、凹面鏡の第１および第２部分（３，４）が凹面鏡
   （１）の光学的隔離によって生起され、前記光学的隔離
   により、近接スイッチの応答を誘起させる程の量の光
   が、接近する物体に反射されることなく光源（５）から
   光センサ（６）へ通過し得ることが防止されるようにし
   た近接スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載された近接スイッチにお
   いて、隔離装置が、凹面鏡（１）の軸線にほぼ平行な壁
   （２）から成るようにした近接スイッチ。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載された近
   接スイッチにおいて、少なく共、光源（５）により発出
   された光に対し不透過性であるようにした近接スイッ
   チ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載された近接スイッチにお
   いて、凹面鏡（１）の第１（３）および第２（４）部分
   が、少なく共部分的に若しくは完全にオーバラップする
   ようにした近接スイッチ。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までの何れか１項
   に記載された近接スイッチにおいて、光源（５）および
   ／または光センサ（６）が、凹面鏡の結合された部分
   （３，４）の付近、若しくは焦点内に配置されるように
   した近接スイッチ。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６までの何れか１項
   に記載された近接スイッチにおいて、光源（５）および
   光センサ（６）が、凹面鏡（１）内に突出する支持プレ
   ート（２）のそれぞれ前、後面上に配置された光電子光
   学的構成要素をなし、前記支持プレート（２）が本質的
   に光学的隔離装置を構成するようにした近接スイッチ。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７までの何れか１項
   に記載された近接スイッチにおいて、第１（３）および
   第２（４）鏡部分が相等しく、凹面鏡の光学的隔離によ
   って対称的分割されて得られる近接スイッチ。
9. 【請求項９】 請求項１から請求項８までの何れか１項
   に記載された近接スイッチにおいて、凹面鏡の部分
   （３，４）が、少なく共光源（５）により発出される光
   に対して透明な物質で充てんされるようにした近接スイ
   ッチ。
10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９までの何れか１
    項に記載された近接スイッチにおいて、鏡の部分（３，
    ４）が凹面をなし、放物面または球面の形状を有するよ
    うにした近接スイッチ。
11. 【請求項１１】 請求項１から請求項１０までの何れか
    １項に記載された近接スイッチにおいて、凹面鏡（１）
    の開口部が、少なく共光源（５）により発出される光に
    対して透明なプレート（３２）で完全に被覆されるよう
    にした近接スイッチ。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載された近接スイッチ
    において、遷移光の小さい分散を確保するため、少なく
    共、スイッチの外面に該当するプレート（３２）の表面
    がほぼ平たんであるようにした近接スイッチ。