(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する投光素子と、前記投光素子が放射した光から光ビームを形成する矩形状の第１のレンズと、前記第１のレンズで形成された光ビ−ムが検出対象に照射されて生じる光スポットからの光を集光する矩形状の第２のレンズと、前記第２のレンズが集光した光を受光する受光素子と、各レンズをそれぞれ保持する器体とを備え、前記器体には、各レンズの両側縁の各一方がそれぞれ収納され内面が各レンズの表裏両面にそれぞれ対向する保持溝と、器体にレンズを固定するための接着剤を各レンズの前記保持溝に収納された側縁の中間部に注入する注入口とが設けられていることを特徴とする光電センサ。
【請求項２】
前記注入口は前記保持溝において前記レンズの表裏の一面に面した部位に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
【請求項３】
前記注入口は前記保持溝において前記レンズの表裏の面に交差した部位に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
【請求項４】
前記第１のレンズを挟んで前記第２のレンズが２つ設けられ、前記第２のレンズの側縁が収納された保持溝はそれぞれ前記レンズが並んだ方向に沿って延び、前記第１のレンズの側縁が収納された保持溝は前記レンズが並んだ方向に交差する方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
【請求項５】
請求項１記載の光電センサの製造方法であって、前記レンズの各側縁を前記保持溝にそれぞれ挿入した後に、前記注入口から接着剤を前記レンズの前記保持溝に収納された側縁の中間部に接着剤が付着するように注入することにより前記レンズを前記器体に固定することを特徴とする光電センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的手段により検出対象の有無や検出対象までの距離などを検出する光電センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、投光素子が放射した光を受光素子が検出することにより検出対象の有無や検出対象までの距離などを検出する光電センサが提供されている。
【０００３】
光電センサとして、図７に示すように、投光素子１が放射し検出対象Ｔで反射された光を受光素子３で検出するいわゆる反射型光電センサのうち検出対象までの距離を検出する光電センサを例に挙げて説明する。この光電センサに用いられる受光素子３は、入射光の位置によって出力が変化する半導体位置検出素子（ＰＳＤ）や２つのフォトダイオードを隣接させた２分割フォトダイオード等である。投光素子１には例えば赤外線を放射するＬＥＤやレーザダイオード等を用いる。
【０００４】
投光素子１の放射した光は投光レンズ（第１のレンズ）２ａを通して光ビームに形成され、この光ビームによって検出対象Ｔに生じる光スポットＰ１からの光が受光レンズ（第２のレンズ）２ｂによって集光され受光素子３の受光面上に光スポットＰ２を形成する。また、投光レンズ２ａと受光レンズ２ｂとは器体４に保持されている。ここで、投光レンズ２ａと受光レンズ２ｂとはそれぞれの光軸が、ともに受光素子３の受光面に垂直であって、かつ受光素子３が入射光の位置の変化に感度を有する方向に離れるように配置されている。
【０００５】
このように投光レンズ２ａおよび受光レンズ２ｂを配置することにより、光スポットＰ２の位置は検出対象Ｔまでの距離が近いほど投光レンズ２ａの光軸から離れる。従って受光素子３の出力から検出対象Ｔまでの距離が得られる。以下に具体的に説明する。投光レンズ２ａの光軸と受光レンズ２ｂの光軸との距離をＢＬ１とし、受光レンズ２ｂの中心Ｒから投光レンズ２ａの光軸に下ろした垂線と投光レンズ２ａの光軸との交点を点ｒとする。光スポットＰ１からの光により、投光レンズ２ａの光軸との距離がＢＬＤ１である受光素子３の受光面上の測定基準位置（例えば受光面の中間部）に光スポットＰ２が形成されるとき、点ｒと検出対象Ｔとの距離をＬ１とする。
【０００６】
点ｒとの距離がＬ１よりΔＬだけ短い検出対象Ｔに形成された光スポットＰ１’からの光によって、測定基準位置よりも距離ΔＬ１だけ投光レンズ２ａの光軸から離れた位置に光スポットＰ２’が形成されたとする。点Ｒから投光レンズ２ａの光軸への垂線の両端と点Ｐ１’とを頂点とする３角形と、点Ｐ２’から投光レンズ２ａの光軸への垂線の両端と点Ｐ１’とを頂点とする３角形との相似からΔＬはΔＬ１を用いて次式で表される。
【０００７】
【数１】
0003726750.tif 000002
【０００８】
つまり、受光素子３の出力から得られるΔＬ１をもとに三角測量の原理を利用してΔＬを求めることができる。
【０００９】
ところで、受光レンズの中心Ｒと受光素子３の受光面との距離をＬ２とすると、点Ｒから投光レンズ２ａの光軸への垂線の両端と点Ｐ１とを頂点とする３角形と、点Ｐ２から投光レンズ２ａの光軸への垂線の両端と点Ｐ１とを頂点とする３角形との相似からＬ１はＬ２を用いて次式で表される。
【００１０】
【数２】
0003726750.tif 000003
【００１１】
言い換えると、ΔＬ１とΔＬとの関係およびＬ１は、ＢＬ１、ＢＬＤ１およびＬ２つまり投光素子１、受光素子３およびレンズ２ａ，２ｂの相互の位置関係によって決定される。光電センサの性能との関連を説明するため、上の２つの式からＢＬＤ１を消去して変形した次の式を用いる。
【００１２】
【数３】
0003726750.tif 000004
【００１３】
上の式から分かるように、受光レンズの中心Ｒと受光素子３の受光面との距離Ｌ２を変化させずに受光レンズ２ｂの中心Ｒと投光レンズ２ａの光軸との距離ＢＬ１を大きくすると、同じＬ１とΔＬとに対してΔＬ１が大きくなる。すなわち受光レンズ２ｂの受光面の幅は限られているから測定可能な距離の範囲は狭くなるが、同じΔＬに対して受光素子３の出力がより大きく変化するから距離測定の分解能が高くなる。受光素子３と投光レンズ２ａの光軸との位置関係および受光素子３と受光レンズ２ｂとの位置関係も同様に光電センサの性能に影響を与える。
【００１４】
測定可能な距離の範囲および距離測定の分解能を設計通りとするために投光素子１、受光素子３、および各レンズ２ａ，２ｂの相互の位置関係は製造時に調整される。一般的には、投光素子１および受光素子３は器体４に対して固定された回路基板（図示せず）にそれぞれ実装することにより位置を決定し、各レンズ２ａ，２ｂを固定する位置をそれぞれ調整する。
【００１５】
レンズ２ａ，２ｂを固定する位置の調整を容易にするために、以下に説明する技術が提案されている。図８に示すようにレンズ２ａ，２ｂは矩形板状の表裏の面の中央部にレンズ部が形成された形状とし、器体４にはレンズ２ａ，２ｂを露出させるレンズ窓４ｄを設け、レンズ窓２ｄの周縁において互いに対向する一対の面にはレンズ２ａ，２ｂの両側縁の各一方がそれぞれ挿入される保持溝４ａを設ける。そして、器体４に例えば投光レンズ２ａを装着するにあたっては、投光レンズ２ａの両側縁をそれぞれ保持溝４ａに挿入し、図８の矢印Ａで示すように保持溝４ａに沿った方向に投光レンズ２ａを器体４に対してスライドさせて位置を調整し、その後に接着剤を用いて投光レンズ２ａを器体４に固定する。このとき、従来は接着剤を矢印Ｄ１で示すように投光レンズ２ａの角部から保持溝４ａに沿って保持溝４ａと投光レンズ２ａとの間に注入していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レンズ２ａ，２ｂの保持溝４ａに沿った方向の端部に付着した接着剤が硬化時に収縮することにより、レンズ２ａ，２ｂが保持溝４ａに沿った方向の引っ張り力を受けて接着剤の硬化前に調整した位置から移動し、かつ移動距離が一様でないことから光電センサの性能にばらつきが生じていた。ネジなどの部品を追加すれば接着剤が硬化した後にレンズの位置を調整することも可能ではあるが、この場合は追加する部品のためのコストがかかるという問題があった。
【００１７】
上記においては測距用の反射型光電センサについて述べたが、例えば投光レンズから照射された光ビームを受光レンズへ反射する反射体を備え、反射体と器体との間に検出対象が存在した場合に受光素子への入射光量の減少から検出対象の存在を検出する光電センサであっても、投光レンズおよび受光レンズの位置がずれることによって光ビームが設計通りの向きに照射されなかったり受光素子の受光部から一部が外れて集光されたりすれば光の利用効率が低下し感度の低下に繋がるので、接着剤の硬化に伴うレンズの移動を防止することは重要である。
【００１８】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズを器体に固定する接着剤の硬化に伴うレンズの移動を防ぐことができる光電センサおよびその製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光を放射する投光素子と、前記投光素子が放射した光から光ビームを形成する矩形状の第１のレンズと、前記第１のレンズで形成された光ビ−ムが検出対象に照射されて生じる光スポットからの光を集光する矩形状の第２のレンズと、前記第２のレンズが集光した光を受光する受光素子と、各レンズをそれぞれ保持する器体とを備え、前記器体には、各レンズの両側縁の各一方がそれぞれ収納され内面が各レンズの表裏両面にそれぞれ対向する保持溝と、器体にレンズを固定するための接着剤を各レンズの前記保持溝に収納された側縁の中間部に注入する注入口とが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記注入口は前記保持溝において前記レンズの表裏の一面に面した部位に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記注入口は前記保持溝において前記レンズの表裏の面に交差した部位に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記第１のレンズを挟んで前記第２のレンズが２つ設けられ、前記第２のレンズの側縁が収納された保持溝はそれぞれ前記レンズが並んだ方向に沿って延び、前記第１のレンズの側縁が収納された保持溝は前記レンズが並んだ方向に交差する方向に沿って延びていることを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１の発明の製造方法であって、前記レンズの各側縁を前記保持溝にそれぞれ挿入した後に、前記注入口から接着剤を前記レンズの前記保持溝に収納された側縁の中間部に接着剤が付着するように注入することにより前記レンズを前記器体に固定することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（実施形態１）
本実施形態における光電センサの基本的な構成は従来例で述べた測距用の反射型光電センサと同様であるから、共通の部分については図７を用いて説明する。本実施形態における光電センサは、図７に示すように、光を放射する投光素子１と、投光素子１が放射した光から光ビームを形成する第１のレンズとしての投光レンズ２ａと、投光レンズ２ａから照射された光ビームによって検出対象Ｔに生じる光スポットからの光を集光する第２のレンズとしての受光レンズ２ｂと、受光レンズ２ｂによって集光された光を検出する受光素子３と、投光レンズ２ａおよび受光レンズ２ｂを保持する器体４とを備える。
【００２６】
図１に示すように、レンズ２ａ，２ｂは矩形板状の表裏の面の中央部にレンズ部が形成された形状であって、器体４にはレンズ２ａ，２ｂのレンズ部を露出させるレンズ窓４ｄが設けられている。そして、器体４のレンズ窓４ｄの周縁において互いに対向する面にレンズ２ａ，２ｂの両側縁の各一方がそれぞれ挿入される保持溝４ａが設けられている。また、器体４において保持溝４ａの側部にはレンズ２ａ，２ｂの保持溝４ａに収納される側縁の中間部を露出させレンズ窓４ｄの内側へ開放された注入切欠き４ｂが注入口として設けられている。すなわち注入切欠き４ｂは保持溝４ａにおいてレンズ２ａ，２ｂの表裏の一面に面した部位に設けられている。
【００２７】
この光電センサにおいて例えば投光レンズ２ａを器体４に固定する際は、投光レンズ２ａの両側縁をそれぞれ保持溝４ａに挿入し投光レンズ２ａの位置を調整した後に矢印Ｄ２で示すように注入切欠き４ｂから接着剤を注入する。このとき投光レンズ２ａの角部に接着剤が付着しないように接着剤の注入量を調節する。受光レンズ２ｂも同様にして器体４に固定する。
【００２８】
本実施形態によれば、レンズ２ａ，２ｂを器体４に固定する接着剤は注入切欠き４ｂを通してレンズ２ａ，２ｂの保持溝４ａに沿った側縁の中間部に注入され、レンズ２ａ，２ｂの角部に付着しないので、接着剤が硬化時に収縮してもレンズ２ａ，２ｂは保持溝４ａに沿った方向の引っ張り力をほとんど受けない。つまり接着剤の硬化に伴うレンズ２ａ，２ｂの移動を防ぐことができ、従って接着剤の硬化後にレンズ２ａ，２ｂの位置を調整するためのネジなどの部品の追加を不要としながらもレンズ２ａ，２ｂの位置を設計通りとすることができるから品質のばらつきが抑えられる。また、レンズ２ａ，２ｂが器体４の外部へ一面を向けて固定される光電センサの場合は注入切欠き４ｂは保持溝４ａにおいてレンズ２ａ，２ｂの外側の面に面した部位に設ければ接着剤の注入が容易である。
【００２９】
なお、注入口はレンズ２ａ，２ｂの保持溝４ａに沿った側縁の中間部に開口していればよい。例えば図２のように各保持溝４ａの底部すなわちレンズ２ａ，２ｂの表裏の面に交差した各部位にそれぞれ貫設された注入穴４ｆを注入口として矢印Ｄ３で示す方向から接着剤を注入すれば、レンズ２ａ，２ｂの両側における接着剤の硬化時の収縮による引っ張り力が互いに打ち消し合うことによりレンズ２ａ，２ｂの位置を更にずれにくくすることができる。さらに、図３のように注入切欠き４ｂと注入穴４ｆとの両方を設けてもよい。この場合、矢印Ｄ２の方向と矢印Ｄ３の方向とのどちらから接着剤を注入してもよい。以上に述べたどの形状の注入口であっても、接着剤の硬化時にレンズが移動することを防ぐ効果はあるので、接着剤を注入する装置の仕様に合わせて注入口の形状を適宜選択することができる。
【００３０】
上記実施形態においては測距用の反射型光電センサについて述べたが、例えば従来例において述べた検出対象の有無を判定する光電センサであっても、同様にして投光レンズおよび受光レンズを固定することにより、接着剤の硬化に伴うレンズの移動が防止され、投光レンズで形成される光ビームの向きのずれや受光レンズが集光する位置のずれ等に起因する光の利用効率の低下によって感度が低下することを防ぐことができる。
【００３１】
（実施形態２）
本実施形態における光電センサは実施形態１と同様の受光素子を備えた測距用の反射型光電センサであって、図４に示すように１つの投光素子１が放射した光が投光レンズ２ａを通過して形成された光ビームが検出対象Ｔに形成する光スポットを検出する受光素子３と受光レンズ２ｂとを２組備える。受光レンズ２ｂは発光レンズ２ａを挟んで配置されている。
【００３２】
受光素子３と受光レンズ２ｂとが投光レンズ２ａの光軸を挟んで２組配置されているので、検出対象Ｔに形成される光スポットの位置が機械的な誤差や光の反射むらによって投光レンズ２ａの光軸と受光レンズ２ｂの光軸とが並ぶ方向の一方にずれることによる誤差が例えば２つの受光素子３の出力を加算することによって相殺されるから、受光素子３と受光レンズ２ｂとを１組のみ備える測距用の光電センサに比べて、より誤差の少ない距離測定に用いることができる。
【００３３】
この光電センサに用いられる器体４は図５に示すように直方体形に形成されている。以下、方向は図５を基準とし、紙面奥を前方として説明する。器体４の前面の中央部には発光レンズ２ａが図５の矢印Ｂの向きに挿入されるレンズ挿入口（図示せず）が開口し、器体４の左右両面にはそれぞれ受光レンズ２ｂが図５の矢印Ｃの向きに挿入されるレンズ挿入口４ｃが開口している。各レンズ挿入口４ｃの両側部は保持溝４ａとして機能する。また、器体の上面には各１つのレンズ挿入口４ｃに連通してそれぞれレンズ２ａ，２ｂを露出させる３つの矩形状のレンズ窓４ｄが左右に並設されている。さらに、受光レンズ２ｂの側縁の中間部へ接着剤を注入するための注入口として注入穴４ｆが左右両端の各レンズ挿入口４ｃの両側方において器体４の前後面に開口している。また、投光レンズ２ａを器体４に固定する接着剤を注入するための貫通穴４ｅが器体４の後面の中央部に開口している。
【００３４】
本実施形態によれば、受光レンズ２ｂを器体４に固定する接着剤は注入穴４ｆを通して受光レンズ２ｂの側縁の中間部へ注入され、受光レンズ２ｂの左右の端部には付着しないので接着剤が硬化時に収縮しても受光レンズ２ｂはレンズ挿入穴４ｃに沿った方向の引っ張り力をほとんど受けず、従って接着剤の硬化に伴う受光レンズ２ｂの移動を防ぐことができる。
【００３５】
ここで、従来例の説明で述べたように光電センサの距離測定の分解能と測定可能な距離の範囲とは受光レンズ２ｂの光軸と投光レンズ２ａの光軸との距離に依存する。一方、本実施形態においては投光レンズ２ａを挟んで受光レンズ２ｂが２つ設けられていて、受光レンズ２ｂが収納されるレンズ挿入口４ｃはそれぞれ前記レンズが並んだ方向に沿って延びているので、各受光レンズ２ｂをそれぞれレンズ挿入口４ｃに沿ってスライドさせて投光レンズ２ａの光軸と各受光レンズ２ｂの光軸との距離をそれぞれ調整することにより、光電センサの距離測定の分解能と測定可能な距離の範囲とを容易に設定することができる。
【００３６】
ここで、上記実施形態において注入口は注入穴４ｆのみとしたが、例えば図６に示すように各レンズ窓４ｄのレンズ２ａ，２ｂが挿入される方向に沿った各側部の中間部にそれぞれ注入切欠き４ｂを注入口としてさらに設ければ、投光レンズ２ａを器体４に固定する際には接着剤を中央のレンズ窓４ｄの側部に設けた注入切欠き４ｂから注入することにより接着剤の硬化時に投光レンズ２ａがほとんど移動しないので、従来の方法で投光レンズ２ａを固定する場合と比べて光ビームの照射方向を精度良く設定でき、光の利用効率の低下による感度の低下を防ぐことができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、レンズを器体に固定する接着剤は注入口を通してレンズの保持溝に沿った側縁の中間部に注入され、レンズの保持溝に沿った方向の端部に付着しないので、接着剤が硬化時に収縮してもレンズの位置がほとんどずれない。従ってレンズを固定した後にレンズの位置を調整するためのねじなどの部品を追加することなく接着剤の硬化に伴うレンズの移動を防ぐことができる。
【００３８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、注入口を保持溝においてレンズの表裏の一面に面した部位に設けるので、レンズが器体の外部へ一面を向けて固定される光電センサの場合、レンズの外側の面に面した部位に注入口を設ければ接着剤の注入が容易である。
【００３９】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、第１のレンズを挟んで第２のレンズが２つ設けられていて、前記第２のレンズの側縁が収納された保持溝はそれぞれ前記レンズが並んだ方向に沿って延びているので、第２のレンズをレンズ挿入口に沿ってスライドさせて第１のレンズの光軸と各第２のレンズの光軸との距離をそれぞれ調整することにより検出対象を検出可能な距離の範囲などを容易に調整することができる。
【００４０】
請求項５の発明は、請求項１記載の発明の製造方法であって、レンズの各側縁を保持溝にそれぞれ挿入した後に、注入口から接着剤をレンズの保持溝に収納された側縁の中間部に接着剤が付着するように注入することにより、接着剤がレンズの保持溝に沿った方向の端部に付着しないので、接着剤の硬化時の収縮に伴うレンズの移動を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部を示す斜視図である。
【図２】同上の別の形態を示す斜視図である。
【図３】同上の更に別の形態を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態２を示す説明図である。
【図５】同上の要部を示す斜視図である。
【図６】同上の別の形態を示す斜視図である。
【図７】光電センサの例を示す説明図である。
【図８】従来の光電センサの要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  投光素子
２ａ  投光レンズ
２ｂ  受光レンズ
３  受光素子
４  器体
４ａ  保持溝
４ｂ  注入切欠き
４ｃ  レンズ挿入口
４ｆ  注入穴
【図１】
0003726750.tif 000005
【図２】
0003726750.tif 000006
【図３】
0003726750.tif 000007
【図４】
0003726750.tif 000008
【図５】
0003726750.tif 000009
【図６】
0003726750.tif 000010
【図７】
0003726750.tif 000011
【図８】
0003726750.tif 000012