(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単な光電センサ構成でありながら、高輝度、高感度化のために生じる光の回り込みの問題を解決し、小型化と簡素化を実現すること、又、検出素子部の位置を台座の伸縮により自在に行える光電センサに関する。【解決手段】  本発明の光電センサは、隣接配置した複数の高輝度の検出投光素子７と複数の高感度の受光素子６を取付ける基板を貫通する貫通穴１０を光路とし、遮光管９を用いて投光信号と受光信号を分離し、投光信号が直接的に高感度の検出受光素子６に回り込まない遮光構造の光路を設け、センサの感度を高めること、またセンサの腕樹を自在に伸縮できるようにした簡素で扱いよい光電センサに関する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光信号を発する投光素子と前記投光素子から発せられた投光信号の反射信号を受光する受光素子を具備した検出素子部と、
前記投光素子に投光信号を送出し、投光信号の反射信号を受光する前記受光素子から取り込む受光信号を検出する検出回路部と、
前記検出素子部と前記検出回路部を接続する信号配線部を備え、
前記投光素子から投光用の光路と反射信号を受光する受光用の光路において、
当該検出素子部の配線基板を貫通するそれぞれの遮光壁光路による光学的光路の分離を行い、また、検出素子部と検出回路部を接続する信号配線部を、検出素子部を支える支柱を兼ねるプリント配線基板としてセンサ全体の厚みを薄くすることを特徴とする光電センサ。
【請求項２】
請求項１において、
検出素子部先端部と検出回路部とを接続する信号配線部の一部を電気的に結合しながら同時に嵌合摺動可能とするために、可動配線或いは摺動機構を有し、摺動機構を多段接続することによりセンサ位置を必要長さに調整することができることを特徴とした光電センサ。
【請求項３】
請求項１において、
投光用の光路と、投光信号を被検出体が反射した反射信号を受光する受光用の光路の中空部内壁に、遮光管を設けることを特徴とした光電センサ。
【請求項４】
請求項１において、投光用の光路と受光用の光路それぞれの光路壁面をプリント基板の製造工程であるスルーホール加工時に、同時に導電目的あるいは、導電目的を持たず、反射面を形成し、光電センサの光路としたことを特徴とした光電センサ。
【請求項５】
請求項１において、配線基板を貫通する投光用の光路と受光用の光路に内接する投光時の焦点距離または受光の集光時の焦点距離を調節するためのレンズを設けることを特徴とした光電センサ。
【請求項６】
請求項１において、投光素子を直列接続し、駆動回路を単一化することで、センサ回路を簡素化するとともに投光面積を広げ、検出感度を上げることを特徴とした光電センサ。
【請求項７】
請求項１において、受光素子を並列接続し、検出回路を単一化することで、センサ回路を簡素化するとともに受光面積を広げ、検出感度を上げることを特徴とした光電センサ。
【請求項８】
請求項１または、請求項６から７において、投光素子を直列接続し、パルス駆動することにより、高輝度投光素子を昇温させること無く、容易に検出感度を上げることができることを特徴とした光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投光信号を投光する投光素子と、前記投光素子から投光された投光信号を被検出体が反射した反射信号として受光する受光素子を具備した検出素子部を備え、投光信号を被検出体が反射し、その反射光を受光素子で捉えることにより、被検出体の存在有無を検出する光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物品の保管や管理において、前記物品の有無や、保管位置を検出することは、これらの物品或いはこれらの物品を使用した製品の製造工程、組立工程、検査工程やこれらの物品の使用時における物の保管や管理を行う上で重要な用件であり、これらの情報をホストシステムや次工程の自動化機械に伝えることによって、製造ラインや検査ライン又は保管管理における工程の自動化を実現することができ、使用されてきた。例えば、液晶用ガラスやディスク用ガラス板、プリント基板、或いは半導体基板ウエーハの生産において、棚の物の所在位置や物の有無を検出する光電センサとして使用されてきた。
あるいは、定形物品や定形の器具の保管管理においても、物品の有無や、保管位置を検出する光電センサが用いられてきた。【０００３】
例えば、特許文献１には、投光素子から投光窓に投光用光ファイバによって投光信号を導き、投光窓から投光した投光信号が、受光窓に対向しており、受光窓から受光した受光信号を受光用光ファイバによって受光素子に導き、被検出体であるウエハに投光信号が遮られるとウエハの存在を検出する光電センサが記載されている。しかしながら、この場合、投光素子あるいは受光素子に介在する光ファイバの使用は、投光素子からの光の取り込みや、その伝達距離により投光信号或いは受光信号を減衰させ、高輝度の発光またはその受光が効率的に果たせない問題がある。すなわち、光ファイバの光の取込部分の反射や光ファイバによる光の減衰は、光信号の有効利用が難しく、光電センサの感度の改善に妨げとなる問題を内在させている。
【特許文献１】特許第２８７４０２０号公報  特許文献１は、高輝度の投光を直接被検出体に投光し、又は被検出体からの受光を直接距離をおかず高感度に受光し検出する上で問題が生じる。
【０００４】
また、表面実装型の投光素子や受光素子を用いて反射型の光電センサを構成する場合、輝度が高い場合、隣接した投光素子の投光信号が受光素子に回り込み、誤動作するため、輝度を下げて使用することが必要な場合があり、高輝度、高感度の光電センサを構成することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本件発明では、投光素子や受光素子を取付ける基板に貫通する光路を設け、投光素子と受光素子の光路の壁を遮光構造として分離し、隣接する投光或いは受光のそれぞれの素子間における光の回り込みを防止しながら高輝度投光と高感度受光を果たし、センサ感度の向上を果たし、高感度化の問題を解決したものである。
本発明は、このような従来の構成が有していた光の減衰や、複雑なセンサ構成、高輝度、高感度化のために生じる光の回り込みの問題を解決し、簡単な構造で取扱いしやすく、小型化を実現することで、同時に光電センサのコストの低減を図ること目的とするものである。
又、検出素子部の位置を台座の伸縮により自在に行えること目的とするものである。【０００６】
また、信号配線基板がガラスエポキシ樹脂の場合、当該基板を経由し、隣接するセンサに光信号が漏洩することにより、誤動作が生じたり、投光素子の高輝度化による光の漏洩で高感度化が難しくなることを解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、隣接配置した高輝度の投光素子と高感度の受光素子を取付ける基板を貫通する空洞を光路として投光信号と受光信号を遮光構造として分離し、投光信号が直接的に高感度の受光素子に回り込まない当該遮光構造の光路を設け、センサの感度を高めること、またセンサの腕樹を自在に伸縮し、センサ距離を調整できるようにしたものである。【０００８】
本発明による光電センサは、投光信号を発する投光素子と前記投光素子から発せられた投光信号の反射信号を受光する受光素子を具備した検出素子部と、
前記投光素子に投光信号を送出し、投光信号の反射信号を受光する前記受光素子から取り込む受光信号を検出する検出回路部と、
前記検出素子部と前記検出回路部を接続する信号配線部を備え、
前記投光素子から投光用の光路と反射信号を受光する受光用の光路において、
当該検出素子部の配線基板を貫通するそれぞれの遮光壁光路による光学的光路の分離を行い、また、検出素子部と検出回路部を接続する信号配線部を、検出素子部を支える支柱を兼ねるプリント配線基板としてセンサ全体の厚みを薄くすることを特徴とする。【０００９】
また、本発明による光電センサは、請求項１において、
検出素子部先端部と検出回路部とを接続する信号配線部の一部を電気的に結合しながら同時に嵌合摺動可能とするために、可動配線或いは摺動機構を有し、摺動機構を多段接続することによりセンサ位置を必要長さに調整することができることを特徴とする。【００１０】
また、本発明による光電センサは、請求項１において、
投光用の光路と、投光信号を被検出体が反射した反射信号を受光する受光用の光路の中空部内壁に、遮光管を設けることを特徴とする。【００１１】
また、本発明による光電センサは、請求項１において、投光用の光路と受光用の光路それぞれの光路壁面をプリント基板の製造工程であるスルーホール加工時に、同時に導電目的あるいは、導電目的を持たず、反射面を形成し、光電センサの光路としたことを特徴とした光電センサである。【００１２】
また、本発明による光電センサは、請求項１において、配線基板を貫通する投光用の光路と受光用の光路に内接する投光時の焦点距離または受光の集光時の焦点距離を調節するためのレンズを設けることを特徴とした光電センサである。
また、本発明による光電センサは、請求項１において、投光素子を直列接続し、駆動回路を単一化することで、センサ回路を簡素化するとともに投光面積を広げ、検出感度を上げることを特徴とした光電センサである。
また、本発明による光電センサは、請求項１において、受光素子を並列接続し、検出回路を単一化することで、センサ回路を簡素化するとともに受光面積を広げ、検出感度を上げることを特徴とした光電センサである。
また、本発明による光電センサは、請求項１または、請求項６から７において、投光素子を直列接続し、パルス駆動することにより、高輝度投光素子を昇温させること無く、容易に検出感度を上げることができることを特徴とした光電センサである。【００１３】
本発明の光電センサによれば、表面実装型の投光素子と表面実装型の受光素子をプリント基板の裏面から表面方向に装着し、裏面配線と接続を行い、投光素子と受光素子の投光と受光をプリント基板を貫通する空洞を通して投光と受光することにより、両者の間の遮光を兼ねることができる。また、プリント基板を貫通する空洞がガラスエポキシ製のように、遮光性が不完全な場合は、貫通する空洞の内壁を遮光するコーティングを施し、或いは遮光管を設けることにより、より完全な遮光構造とすることができる。また、貫通する空洞部に、集光レンズ機能のプラグとして差込、必要な焦点距離において、高輝度を得ることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光電センサの感度向上とセンサ部位の厚み低減を図ることができ、また、センサの支え部分を兼ねる信号配線部の伸縮を可能にしたことにより、従来、都度長さの異なるセンサを作製し、使用していたものが、一種類で兼ねられるようになり、応用性を改善することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の光電センサについて、図面を参照し、実施するための形態を実施例に基づき説明する。【００１６】
本発明の光電センサについて、実施例を図１から図７によって説明する。
図１に本発明による光電センサの平面摸式図を示す。
図１に示すように、検出素子部１と検出回路部３を信号配線部２で繋ぎ、信号配線部２で同時に検出素子部１を支えており、検出回路部３は、投光信号の生成と検出信号の処理を行う他、光電センサを取付け固定するベース板にねじ止めする構造なす。電源の供給と信号の授受はコネクタ４を介して配線５を経由し、次の光電センサと接続し、信号処理システムに信号の送出をする。図１の検出素子部１は、複数の検出投光素子７の両側に遮光管９または遮光板２４と複数の検出受光素子６とで構成しており、検出投光素子７の投光信号が基板を経由して漏洩することを防止している。【００１７】
図２に図１の本発明の光電センサの側面摸式図を示す。図において、信号配線部２から先の部位は、断面図として示している。図において、プリント基板２０の裏面プリント配線側から表面に貫通穴１０があいており、当該貫通穴壁が同時に遮光機能を備えるために、プリント基板２０の製造時のスルーホール加工によるメッキにより、金属鏡面となることを利用している。【００１８】
図３において、光電センサの先端近傍に位置する検出素子部１の断面拡大図を示す。図から検出投光素子７を挟んで検出受光素子６が左右にあり、検出投光素子７から投光した投光信号の反射光を検出受光素子６で検出する。プリント基板２０の裏面プリント配線側から表面に貫通穴１０があいており、この貫通穴１０の中に遮光管９を装着しており、検出投光素子７から投光した投光信号が検出受光素子６に回り込まない構造となっている。また、前述のようにプリント基板２０の製造時のスルーホール加工によるメッキにより、金属鏡面となることを利用しても良い。検出投光素子７と検出受光素子６のアノードとカソードは、それぞれプリント基板配線パターンに従った信号配線８により検出回路部３と接続している。【００１９】
図４は、本発明の実施形態に係る光電センサのブロック配線図である。
センサ本体１２は、検出素子部１と信号配線部２と検出回路部３からなり、電源である＋Ｖ端子１５と、０Ｖ端子１６を経由して接続している。検出素子部１は、検出受光素子６と検出投光素子７からなり、信号配線部２によって検出回路部３を構成する受光回路１４と投光回路１３にそれぞれ接続している。そして、投光回路１３によって駆動される検出投光素子７からの投光が被検出体１１に反射した信号を検出受光素子６によって検出し、被検出体１１の存在を検出する。また、被検出物１１の検出結果をＯＵＴ＋端子１７とＯＵＴ−端子１８から出力する。【００２０】
図５は、本発明の実施形態に係る光電センサの側面から見た断面と被検出体を検出する摸式図である。被検出体１１の検出素子部１による検出結果は、プリント基板２０の信号配線部２によって検出回路部３に伝送する。プリント基板２０の一端に設けられたコネクタ４を経由し、配線５によって検出出力信号が外部に送出される。外部には、複数の光電センサの信号を受け、これをシリアル信号化して制御装置に送出するユニットが使われるが、ここでは、詳細を割愛する。【００２１】
図６は、本発明の実施形態に係る光電センサの伸縮構造の側面摸式図である。図において、検出素子部１を支えるプリント基板２０は、摺動センサ部２２によってケース１９と嵌合摺動できる構造となっており、検出回路部３と検出素子部１は、プリント基板２０の一端から伸縮信号配線部(信号線)２１によって接続し、摺動時の信号伝達を行う構造となっている。図において、伸縮信号配線部(信号線)２１は、可動配線を使用しているが、電気的摺動機構を設けて信号の伝達を行っても良い。【００２２】
図７は、本発明の実施形態に係る光電センサの配線図である。検出素子部１は、複数の直列接続した検出投光素子７のアノードに検出回路部３から信号配線部２を経由し、＋Ｖ端子１５に接続しており、直列接続した検出投光素子７のカソード側は、直列抵抗を介して０Ｖ端子１６に接続している。＋Ｖ端子１５と０Ｖ端子１６間に投光信号が加わることによって検出投光素子７が点灯する。検出投光素子７から投光された投光信号は、被検出体１１が存在するとき、その反射光を＋Ｖ端子１５とオペアンプの−端子に直列抵抗を介して並列接続している複数の検出受光素子６のフォトトランジスタが検出し、検出電流が前記オペアンプの＋入力に加わり、オペアンプによって増幅された検出出力信号が、ＯＵＴ＋端子１７とＯＵＴ−端子１８から出力される。
このように、簡単な回路構成と光路構造とすることによって、検出投光素子７からの光の回り込みがないため、高感度で、安価な光電センサが提供することができる。
また、図７のように投光素子を直列接続しているため、駆動回路は単一とすることができ、投光面積を広げることによるセンサの高感度化が図れる。【００２３】
さらに、駆動をパルス駆動とすることにより、高輝度投光素子を用いても、素子の温度上昇を制限できるため、放熱も容易にプリント基板から放熱できるため、放熱フィンを設ける必要は無く、容易に小型化することが出来る。
また、図７のように受光素子を並列接続しているため、駆動回路は単一とすることができ、投光面積を広げることによって、容易にセンサの高感度化が図れる。【００２４】
図８に本発明の実施形態に係る検出素子部の遮光用の角穴スルーホールと遮光板の構造図を示す。この図の例では、複数の検出投光素子７と複数の検出受光素子６が、角穴スルホール２３によって隔てられており、プリント基板内を投光信号が漏洩することを遮断している。また、ここに遮蔽板２４を内接し、更に遮光を完全化することも有効である。【００２５】
図９に本発明の実施形態に係る検出素子部の側断面のスルーホールと遮光構造図を示す。検出素子部１において、図下側のプリント基板の裏面である半田面から表面に向け、貫通する空洞が開いており、半田面に表面実装型の検出受光素子６と検出投光素子７が半田２５によって信号配線８に固定されている。プリント基板の表面には、ラウンドパターン２７がプリント基板を貫通する空洞を囲む形態で施されており、スルーホールの無電解メッキ時に裏面側の円弧状の電極との間において、裏面近傍が半月状に、また、基板表面側では円周状に、メッキされ、当該メッキ面は、金属鏡面であるため、スルホール反射鏡２８が形成され、遮光効果を有する。【００２６】
図１０に図９の本発明の実施形態に係る光電センサ部のプリント基板半田面側の配線図を示す。図は、プリント基板の裏面である半田面の検出素子部１のプリント配線パターンである。検出受光素子６用のラウンドパターン２７と検出投光素子７用のラウンドパターン２７は、背中合わせの構造をしており、前記スルーホールの無電解メッキ時に裏面側の円弧状の電極を構成している。ここでは、半月状を呈しており、検出受光素子６や検出投光素子７の片側電極のみ接触できる構造にしている。【００２７】
図１１に本発明の実施形態に係る検出素子部の拡大図で、貫通穴にレンズを施した図を示す。図において、プリント基板２０に検出受光素子６又は検出投光素子７を裏面側から装着し、配線５に検出受光素子６又は検出投光素子７の電極を半田２５によってそれぞれ固定している。プリント基板２０を貫通する空洞には、遮光管９を内接しており、その中側にレンズ２９を固定している。この図のように、レンズ２９を設けることにより、検出投光素子７からの投光を適切な焦点に集光することができ、また、検出受光素子６に検出する光を集光することができる。このように、レンズ２９を用いることによって、検出感度を更に高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の利用は、従来より高感度で、簡素であるため、扱いが容易であり、安価な光電センサとして利用できるため、物品棚の物品の有無の検出に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る光電センサの平面摸式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光電センサの側面摸式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光電センサの検出素子部側面の拡大した摸式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光電センサのブロック配線図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光電センサの側面から見た断面と被検出体を検出する摸式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光電センサの伸縮構造の側面摸式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光電センサの配線図である。
【図８】本発明の実施形態に係る検出素子部の遮光用の角穴スルーホールと遮光板の構造図である。
【図９】本発明の実施形態に係る検出素子部の側断面のスルーホールと遮光構造図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る検出素子部のプリント基板半田面側の配線図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る検出素子部の拡大図であり、貫通穴にレンズを施した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  検出素子部、２  信号配線部、３  検出回路部、４  コネクタ、
５  配線、６  検出受光素子、７  検出投光素子、８  信号配線、
９  遮光管、１０  貫通穴、１１  被検出体、１２  センサ本体、
１３  投光回路、１４  受光回路、１５  ＋Ｖ端子、１６  ０Ｖ端子、
１７  ＯＵＴ＋端子、１８  ＯＵＴ−端子、１９  ケース、
２０  プリント基板、２１  伸縮信号配線部(信号線)、
２２  摺動センサ部、２３  角穴スルホール、２４  遮蔽板、
２５  半田、２６  片面スルホール、２７  ラウンドパターン、
２８  スルホール反射鏡、２９  レンズ
【図１】
2008105025.tif 000003
【図２】
2008105025.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008105025.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008105025.tif 000011
【図１０】
2008105025.tif 000012
【図１１】
2008105025.tif 000013
【国際調査報告】
2008105025.tif 000014
2008105025.tif 000015
2008105025.tif 000016
2008105025.tif 000017
2008105025.tif 000018
2008105025.tif 000019
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