(57)【要約】【課題】  光反射型センサの検出性能を向上させる。【解決手段】  光透過性の受光ガイド部６と、該受光ガイド部６の基端部に設けられ、前記受光ガイド部６に入射された検出対象からの反射光を受光する受光部３と、遮光部材５を介在して前記受光ガイド部６の周部を囲むように配設された光透過性の筒状発光ガイド部４と、該発光ガイド部４の基端部に設けられ、前記発光ガイド部４を通して前記検出対象に発光光を照射する発光部２とを備える。前記発光ガイド部４の内側の先端角部が面取りされている。【選択図】    図１
2011053009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の受光ガイド部と、
該ガイド部の基端部に設けられ、前記受光ガイド部に入射された検出対象からの反射光を受光する受光部と、
遮光部材を介在して前記受光ガイド部の周部を囲むように配設された光透過性の筒状発光ガイド部と、
該発光ガイド部の基端部に設けられ、前記発光ガイド部を通して前記検出対象に発光光を照射する発光部とを有し、且つ、
前記発光ガイド部の内側の先端角部が面取りされていることを特徴とする光反射型センサ。
【請求項２】
前記面取りは、Ｒ面取り、またはＣ面取りであることを特徴とする請求項１に記載の光反射型センサ。
【請求項３】
前記発光ガイド部の先端を光軸方向に押圧すると動作し、前記発光部への通電を可能とするスイッチ部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光反射型センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光反射型センサを筒状のケースに収納して成るハンディタイプのマーク検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反射型センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子からの発光光を検出対象に照射し、該検出対象からの反射光を受光素子で受光することにより検出対象を検出するようにした光反射型センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の光反射型センサは、例えば、図６（ａ）に示すように、発光素子６２及び受光素子６３を遮光性のキャップＰ内に所定の間隔を持って並設すると共に、該キャップＰ内に遮光部材で仕切られた光透過性樹脂材６４、６６を充填することにより構成されている。
【０００３】
上記構成の光反射型センサでは、所定領域内に検出対象６１が存在していると、発光素子６２から発せられた光が検出対象６１に入射し、検出対象６１において反射されて再度受光素子６３に入光し、該受光素子６３において光電変換されて、上記検出対象６１の存在を電気的な検出出力として得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６４−３８５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、通常、光反射型センサでは、構造上、検出対象６１の検出の際には、発光素子６２の光軸が検出対象６１にほぼ直交するように配置されるが、図６（ｂ）に示すように、光反射型センサの光軸に対して検出対象６１が一定以上の傾きを持って配置された場合は、検出対象６１で反射された発光素子６２からの発光光が受光素子６３を外れる方向に進むため、反射光を該受光素子６３で十分に受光できなくなり、その結果、受光素子６３による検出対象６１の検出動作が不安定になったり、或いは、検出不可になったりするという問題が残されていた。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、検出可能な光反射型センサの光軸に対する検出対象の傾き範囲の許容量を拡大することにより、検出性能の向上を図った光反射型センサ、及びこれを用いたマーク検出器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、光透過性の受光ガイド部と、該ガイド部の基端部に設けられ、前記受光ガイド部に入射された検出対象からの反射光を受光する受光部と、遮光部材を介在して前記受光ガイド部の周部を囲むように配設された光透過性の筒状発光ガイド部と、該発光ガイド部の基端部に設けられ、前記発光ガイド部を通して前記検出対象に発光光を照射する発光部とを有し、且つ、前記発光ガイド部の内側の先端角部が面取りされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光ガイド部は、内側の先端角部が面取りされているので、発光ガイド部内を伝播してきた発光部からの発光光が、この面取り部より外部に放射され、その境界面において中央の受光ガイド部側に屈折しながら進み、検出対象に入射するため、検出対象が反射型センサの光軸に対してある程度傾いていても、検出対象からの反射光を十分に受光ガイド部に入光させることが可能となり、受光部において検出対象を確実に検出することができる。
【０００９】
また、発光部からの発光光を伝播する発光ガイド部が中央に位置する受光ガイド部の周部を囲むように配設されているため、検出対象が光反射型センサの光軸に対して如何なる方向に傾いていたとしても、検出対象からの反射光を確実、且つ、十分に受光ガイド部に入光させることができ、受光部において検出対象を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る光反射型センサの構成を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図である。
【図２】本発明に係る光反射型センサによる検出対象の検出を示す説明図で、（ａ）は発光部の光軸に対して検出対象が傾きを有する場合を示し、（ｂ）は検出対象が光軸に対して直交位置にある場合を示している。
【図３】ゲーム学習器に使用されるマーク検出器の構成を示す図である。
【図４】マーク検出器の外観図である。
【図５】ゲーム学習器に使用される問題カードの例を示す図である。
【図６】従来の光反射型センサによる検出対象の検出を示す説明図で、（ａ）は発光部の光軸に対して検出対象が直交位置にある場合を示し、（ｂ）は検出対象が光軸に対して傾きを有する場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態につき、図１〜図５を用いて説明する。
【００１２】
先ず、図１、図２を用いて、本実施形態による光反射型センサについて説明する。
図１は、本実施形態による光反射型センサ１の構成を示している。
図１中、符号２は、発光部（発光素子）を示し、この発光部２の光軸方向には、該発光部２からの発光光を伝播する発光ガイド部４が配設されている。該発光ガイド部４は、空気より屈折率の大きい光透過性部材にて構成されている。
本実施形態では、上記光透過性部材としてアクリル樹脂を使用しているが、この他、例えば、ポリカーボネイト、ポリイミド、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が使用可能である。
図１（ｂ）に示すように、この発光ガイド部４は筒状と成され、その中空部分には、上記発光ガイド部４との間に遮光部材（例えば、光の透過率が極めて小さい部材として、ポリ塩化ビニル系の熱収縮性のチューブ等）を介して、円柱状の上記光透過性部材で成る受光ガイド部６が配設されており、該受光ガイド部６の基端部には、上記受光ガイド部６内を伝播してきた光を受光する受光部３（受光素子）が配設されている。
【００１３】
また、この筒状発光ガイド部４の先端側は、中央に位置する受光ガイド部６より幾分光軸方向に突出しており、且つ、この突出部分の内側、すなわち、先端角部が面取り加工された面取り部７がリング状に形成されている。この面取り部７の面取り形状は、Ｃ面取り（図１（ａ）では、放物線形状としている）やＲ面取り（図２参照）とすることができる。
【００１４】
また、上記発光部２及び受光部３は、それぞれ絶縁性の支持板８上に並設されており、該支持板８の背部には、光反射型センサ１の検出面１０が押圧されることにより作動（オン）するスイッチ部９が設けられ、スイッチオン時に該スイッチ部９を介して図示しない外部からの駆動電流が上記発光部２に供給されるようになっている。
【００１５】
尚、符号Ｐは、上記した光反射型センサ１の構成要素が収容される遮光性のキャップを示すが、本光反射型センサ１は外乱光の影響を受け難い構造であるから、敢えて、このキャップＰは設けなくても構わない。
【００１６】
図２は、上記構成の光反射型センサ１による検出対象１１の検出を示す説明図である。
図２（ａ）は、発光部２の光軸に対して検出対象１１が傾きを持っている場合を示している。
本構成によれば、発光部２からの発光光は、筒状の発光ガイド部４内を反射しながらガイド内の全体に伝播していき、発光ガイド部４の先端部において、発光光は、リング状の面取り部７（但し、図２では面取り形状をＲ面取りとしている）より、該面取り部７と受光ガイド部６の入光面６ａとで囲まれる空間部（空気中）Ａに放射され、この放射光が検出対象１１に向けて照射される。
【００１７】
この時、面取り部７から放射された光は、発光ガイド部４より屈折率の小さい空間部Ａとの境界面において、やや内側（受光ガイド部６側）に屈折して検出対象１１に対してほぼ直交する状態で入射するようになる。
従って、検出対象１１において反射された光は、空間部Ａのほぼ中央に位置する受光ガイド部６の入光面６ａより入光し、該受光ガイド部６内を伝播して受光部３において確実に受光される。該受光部３において受光光は電気信号に変換され、検出信号として図示しない外部回路に出力される。
【００１８】
尚、発光ガイド部４の面取り部７と受光ガイド部６の入光面６ａで囲まれる空間部Ａには、例えば、上記した光透過性材料の内の発光ガイド部４より屈折率の小さい光透過性材料を充填しても良い。こうすることにより、各ガイド部の各端面６ａ、７を傷付きや汚れ、埃等から保護することができる。
【００１９】
他方、図２（ｂ）は、光反射型センサ１の検出面１０が検出対象１１とほぼ水平になるようにセットされている場合、すなわち、検出対象１１が光軸に対してほぼ直交（θ＝９０°）する位置にある場合を示している。
この場合も、上記同様、発光部２からの発光光は面取り部７から空間部Ａの中央にむけて放射されるが、検出対象１１と受信ガイド部６の入光面６ａが近接しているため、検出対象１１において反射された光は、受信ガイド部６の入光面６ａに入光し、受光部３において確実に受光されることになる。
【００２０】
以上、本実施形態の光反射型センサ１によれば、発光ガイド部４は、内側の先端角部が面取りされているので、発光ガイド部４内を伝播した光は、この面取り部７より空間部Ａに放射され、且つ、その境界面において中央の受光ガイド部６側に屈折しながら進み、検出対象１１に入射するため、検出対象１１が光反射型センサ１の光軸に対してある程度の傾きがあっても、検出対象１１からの反射光を十分、且つ、確実に受光ガイド部６の入光面６ａに入光させることが可能となり、これにより、受光部３において検出対象１１を確実に検出することができる。
因みに、本実施形態では、面取り部７の面取り形状を放物線形状のようなＣ面取りとした場合は、検出対象１１の検出において、光反射型センサ１の光軸に対する検出対象１１の許容可能な傾き角度θを最大４５°にすることができた。
【００２１】
また、発光部２の発光光を伝播する発光ガイド部４は、中央に位置する受光ガイド部６の周部全体を囲むように配設されているため、光反射型センサ１の光軸に対して検出対象１１が如何なる方向に傾いていたとしても、検出対象１１からの反射光を確実に受光ガイド部６に入光させることができ、検出対象１１を確実に検出することができる。
【００２２】
次に、図３〜図５を用いて、本発明に係るゲーム型学習器の実施の形態について説明する。
図３は、ゲーム学習器に使用されるマーク検出器の構成を示す図、図４はマーク検出器の外観図、図５は、ゲーム学習器に使用される問題カードの例を示す図である。
【００２３】
本実施形態のゲーム型学習器は、四角形の厚紙に学習問題とその回答がプリントされた多数の問題カード３０と、該学習問題の回答欄にプリントされた回答マークを読み取るためのマーク検出器２０との組合せで構成されている。
【００２４】
図３に示すように、マーク検出器２０は、上述した本発明の光反射型センサ１と、該光反射型センサ１の駆動、及びセンサ検出信号の処理を行う制御部として、発振器２１、変調器２２、フィルタ２３、増幅器２４、検波器２５、直流増幅器２６、発光ダイオード（ＬＥＤ）２７等を備える。これらの回路は、図示しないプリント基板に一括実装されている。
【００２５】
発振器２１は、センサ検出信号を変調するための所定周期のパルス信号を発生する。
変調器２２は、このパルス信号により光反射型センサ１の発光部２をパルス駆動する。
フィルタ２３は、受光部３から出力された検出信号に含まれる電源ノイズや蛍光灯のノイズノズ等を除去する。
増幅器２４は、ノイズが除去された検出信号を所定の電圧レベルに増幅する。
検波器２５は、パルス変調されている検出信号を検波して直流分を取り出す。
直流増幅器は、検波器２５で取り出された直流分を電流増幅し、発光ダイオード２７を駆動して点灯させる。
尚、直流電源４０は、光反射型センサ１のスイッチ部９を介して上記制御部の電源ライン（ＶＣＣ、ＧＮＤ）に接続されている。
【００２６】
そして、上記した光反射型センサ１と制御部が、プラスチック製のペン型ケース５０に収容されることにより、図４に示すハンディタイプのマーク検出器２０が構成される。
【００２７】
図４に示すように、光反射型センサ１は、ペン型ケース５０の先端部より検出面１０を少々突出させた状態でペン軸方向に遊動可能に保持されていると共に、このペン型ケース５０の他端には、表示用としての発光ダイオード２７が配設されている。
また、直流電源（電池パックを使用）４０は、リード線４１によりペン型ケース５０に接続されている。
【００２８】
次に、図３〜図５を参照して、上記構成のゲーム型学習器の動作を説明する。
ここでは、学習者が漢字の学習を行う場合について説明する。ゲーム型学習器には、多数の漢字問題カード３０が用意されており、その１例が図５に示されている。
【００２９】
図５に示すように、問題カード３０の回答欄には、バスに「のる」を示す正しい漢字として３つの回答漢字イ〜ハと、これら回答漢字イ〜ハに対応させた選択用のマーク３１〜３３がプリントされている。
これら回答漢字イ〜ハの内、正しい漢字に対応するマーク（本例では、マーク３２）のみが光反射型センサ１の照射光を反射するように、カーボン非含有の塗料にてプリントされており、他方、誤った回答漢字に対応するマーク（本例では、マーク３１、３３）については、光が反射しないよう、カーボン含有の塗料にてプリントされている。
【００３０】
従って、本実施形態のゲーム型学習器では、学習者がマーク検出器２０の先端部（光反射型ンサ１の検出面１０）をマーク３１〜３３に押し当てると、その時の発光ダイオード２７の点灯／非点灯により、学習者が行った漢字問題に対する回答の正解／不正解を目視で確認することができる。
すなわち、学習者が「のる」の正しい回答漢字を選択すべく、マーク検出器２０の先端部（検出面１０）を該当する問題カード３０のマーク３１〜３３に押し当てると、先ず、スイッチ部９がオンし、該スイッチ部９を介して外部の直流電源４０より制御部に電源が供給される。また、光反射型センサ１の発光部２は、変調器２２からの変調信号によりパルス駆動されて発光する。
【００３１】
ここで、学習者がマーク３１〜３３の内の正しい漢字のマーク３２を選択すると、発光部２からの発光光がこのマーク３２において反射され、その反射光が受光部３により受光されると共に、該受光部３より検出信号が出力される。検出信号は、上述したフィルタ２３、増幅器２４、検波器２５等を経て直流分が抽出されると共に、直流増幅器２６を介して発光ダイオード２７を駆動して点灯させる。これにより、学習者は、回答が正解であることを知る。
他方、学習者がマーク３１〜３３の内の誤った漢字のマーク３１、又は３３を選択した場合は、発光部２からの発光光がこれらのマーク３１、３３上で反射されないため、受光部３より検出信号は出力されず、発光ダイオード２７は点灯しない。これにより、学習者は、回答が不正解であることを知る。
【００３２】
尚、本例では、正解／不正解の確認用として発光ダイオード２７を用いたが、発光ダイオード２７に替えて、例えば、ブザーを用い、その鳴動音によって正解／不正解を確認するようにしても良い。
【００３３】
以上、本実施形態のゲーム型学習器では、学習者による回答チェックの際、学習者自身（児童）がマーク検出器２０を手に握って操作するため、マーク検出器２０の先端部が問題カード３０のマークに対して斜めに押し当てられる可能性は大きいが、マーク検出器２０には、本発明の光反射型センサ１が使用されているため、例え、マーク検出器２０の先端部を問題カード３０のマーク３１〜３３に対して斜めに押し当てたとしても、マーク３１〜３３の検出は確実であり、正解／不正解を誤表示することはない。
【００３４】
また、本発明のマーク検出器２０では、光反射型センサ１の先端が押し当てられることによりスイッチ部９がオンして、制御部に電流が供給されるように構成されているため、ゲーム型学習器の非使用期間において、電力消費は殆ど生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上、本実施形態では、光反射型センサ１をゲーム型学習器のマーク検出器２０に用いた例を説明したが、これに限るものではなく、従来の光反射型センサが適用可能な検出対象の検出機構にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  光反射型センサ
２  発光部
３  受光部
４  発光ガイド部
５  遮光部材
６  受光ガイド部
７  面取り部
９  スイッチ部
１１  検出対象
２０  マーク検出器
５０  ケーシング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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