(57)【要約】【課題】透光性の窓部に汚れや水滴等が付着した場合においてもこれを検知対象と誤検知することなく、本来の検知対象を正確に検知することのできる反射型光センサを提供する。【解決手段】検知対象１０に向けて光を照射する発光素子２２と、検知対象１０からの反射光を受光する受光素子２４とが同軸状に配置された反射型光センサ１２において、窓部３０の位置から所定距離離隔した位置で検知感度がピークとなるように反射型光センサ１２を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象に向けて光を窓部を透過して照射する発光素子と、該検知対象からの反射光を受光する受光素子とが同軸状に配置された反射型光センサにおいて、
前記窓部の位置から所定距離離隔した位置で検知感度がピークとなるように構成したことを特徴とする反射型光センサ。
【請求項２】
請求項１において、前記発光素子が赤外線を発光するＬＥＤであることを特徴とする反射型光センサ。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記発光素子と受光素子とが背中合せに互いに逆向きに配置されており、前記検知対象からの反射光を反射体にて前記受光素子に向けて反射及び集光するように成してあることを特徴とする反射型光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は検知対象に向けて光を照射する発光素子と、検知対象からの反射光を受光する受光素子とが同軸状に配置された反射型光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子から検知対象に向けて発光を行い、検知対象からの反射光を受光素子で受光して検知対象を検知するようになした反射型光センサ（以下単に光センサとする）が公知である。
例えば下記特許文献１にはこの種の光センサが開示されている。
この特許文献１には光電スイッチ（光センサ）についての発明が示され、そこにおいて図９に示しているように基板２００の前面に発光素子２０２と受光素子２０４とを異軸に隣合せで配置し、発光素子２０２から検知対象に向けて赤外線を発光するとともに、その検知対象からの反射光を可視光カットフィルタ２０６により可視光を除いた上で受光素子２０４で受光し、検知対象の有無を判定するようになした点が開示されている。
【０００３】
しかしながらこの光センサの場合、同方向を向く発光素子２０２と受光素子２０４とが隣合せで配置してあるため、それら発光素子２０２及び受光素子２０４の配置のためのスペースが広くなり、光センサを十分に小型化することが難しい問題があった。
【０００４】
更にこの光センサでは、発光素子２０２と受光素子２０４とが同方向を向いて隣合せで配置してあるため、発光素子２０２から発せられた光が直接受光素子２０４側に回り込んで受光されてしまい、その回り込んだ光によってノイズが生じ、検知対象に対する検知感度に悪影響を及ぼす問題があった。
加えてこの光センサでは、受光素子２０４で受光することのできる、検知対象からの反射光の受光面積が小さいため、検知感度を十分に高めることが難しく、そのような中で検知感度を高めようとすると、センサ全体がより一層大型化してしまう。
【０００５】
これに対して発光素子と受光素子とを同軸状に且つ向きを逆向きにして背中合せに配置して成る光センサが例えば下記特許文献２に開示されている。
図１０はその具体例を示している。
同図において２０２は発光素子、２０４はこれと背中合せに配置された受光素子で、２０７は凹面鏡（反射鏡）、２０８は前方に配置された反射鏡である。
この光センサの場合、発光素子２０２からの照射光を前方の反射鏡２０８で反射させて受光素子２０４で受光させるようにし、そしてその光路内に検知対象が入って光が遮られたときの受光素子２０４での光量の減少変化によって検知対象を検出する。
【０００６】
これに対して、上記のような前方の反射鏡２０８を設けないで発光素子２０２からの光を直接検知対象で反射させてこれを受光素子２０４で受光し、その受光量の増大に基づいて検知対象の有無を検出するといったことも可能である。
特にこの種光センサは至近距離の検知対象を検出するのに適している。
【０００７】
図１１はその具体例を示している。
この図１１に示すものは本出願人が先の特許願（特願２００３−１２６０６４号：未公開）にて提案した光センサの一具体例を示したもので、図中２１０は検知対象（ここでは人の指）、２１２は可視光カットフィルタ、２１４は基板でその前面に発光素子２０２が、また後面に受光素子２０４が背中合せに配置されている。
【０００８】
この光センサでは、発光素子２０２から検知対象に向けて照射された光が検知対象２１０で反射され、その反射光が可視光カットフィルタ２１２を通過した後、反射鏡２０７で反射及び集光されて受光素子２０４で受光される。
即ち検知対象２１０が発光素子２０２の前方に入って来ると受光素子２０４での受光量が増大し、これに基づいて検知対象２１０を検出する。
【０００９】
以上のように検知対象２１０に向けて光を照射する発光素子２０２と受光素子２０４とを同軸状に配置して成る光センサの場合、発光素子２０２及び受光素子２０４による占有スペースを小さくし得て光センサ自体を小型化することが可能である。
また発光素子２０２から受光素子２０４への直接的な光の回り込みを抑制でき、光センサの検知感度を高めることができる。
【００１０】
ところで発光素子２０２と受光素子２０４とを同軸状に配置して成るこの種光センサの場合、特に図１１に示しているように発光素子２０２からの光を検知対象２１０で反射させて受光素子２０４で受光し、その受光量が増大することをもって検知対象２１０を検出する光センサの場合、検知対象２１０が光センサに対して近い位置であるほど検知感度が高まるものと考えられる。
しかしながらこの場合次のような問題が発生する。
【００１１】
即ち、例えば光センサを透光性の窓部に臨んでその内側に配置した場合、その窓部に汚れが付着したり水滴が付着したりすると、最短距離にある汚れや水滴等を光センサが感度高く検知してしまい、あたかも検知対象２１０が存在しているかのように誤検知をしてしまう問題が生ずる。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２７４９６７号公報
【特許文献２】特開昭４９−１１１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はこのような事情を背景とし、透光性の窓部に汚れや水滴等が付着した場合においてもこれを検知対象と誤検知することなく、本来の検知対象を正確に検知することのできる反射型光センサを提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
而して請求項１のものは、検知対象に向けて光を窓部を透過して照射する発光素子と、該検知対象からの反射光を受光する受光素子とが同軸状に配置された反射型光センサにおいて、前記窓部の位置から所定距離離隔した位置で検知感度がピークとなるように構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２のものは、請求項１において、前記発光素子が赤外線を発光するＬＥＤであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記発光素子と受光素子とが背中合せに互いに逆向きに配置されており、前記検知対象からの反射光を反射体にて前記受光素子に向けて反射及び集光するように成してあることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００１７】
以上のように本発明は、発光素子と受光素子とを同軸状に配置した光センサ（反射型光センサ）において、窓部の位置から所定距離離隔した位置で検知感度がピークとなるようにかかる光センサを構成したものである。
前述したように発光素子と受光素子とを同軸状に配置して成る光センサにおいては、検知対象が光センサに対して近い位置にあるほど検知感度が高くなると考えられたが、本発明者等が様々な研究を行う中で発光素子の照射角度を様々に変化させたところ、窓部を有する光センサの検知感度がその窓部の位置から離れた位置で最大となること、即ち窓部の位置から離れた位置で検知感度がピークに達し、その前後の位置で検知感度が低下すること、またそのピークの位置は発光素子の照射角度によって変化することを見出した。
本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
【００１８】
即ち本発明は、発光素子と受光素子とを同軸状に配置して成る光センサにおいて、検知感度が窓部の位置からある程度離れた位置でピークとなるように光センサを構成したもので、本発明によれば、その検知感度がピークとなる位置を適当に設定しておくことによって、即ち目的とする検知エリアでそのピークが生ずるように設定しておくことで、透光性の窓部に汚れや水滴等が付着してもこれを検知対象と誤検知せず、窓部の前方に検知対象が存在するときのみこれを正確に検知するようになすことができる。
【００１９】
ここで上記発光素子は赤外線を発光するＬＥＤと成しておくことができる（請求項２）。
また発光素子と受光素子とを背中合せに互いに逆向きに配置し、検知対象からの反射光を反射体で受光素子に向けて反射及び集光するように成しておくことができる（請求項３）。
また本発明において、発光素子の照射角は２０°（光軸の片側角度で光量が光軸方向（厳密に光軸方向でない場合もある）の最大光量の１／２となる角度）以下とすることが望ましく、より望ましくは１０°以下である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は検知対象（この例では人の指）で、１２は検知対象１０を検知する本例の光センサ（反射型光センサ）である。
この光センサ１２は、容器状をなす本体１４を有している。ここで本体１４は、第１部材１６と第２部材１８との分割構成とされている。
【００２１】
２０は発光素子２２と受光素子２４とを保持する基板で、図２に示しているようにここでは円形状をなしている。
この基板２０からは一対のアーム２５が互いに逆向きに延び出していて、それらアーム２５が第１部材１６の周方向２箇所に形成された保持溝２６に挿入され、第１部材１６と第２部材１８とによって軸方向に挟持されている。
即ちこの実施形態において、基板２０は一対のアーム２５によって第１部材１６の開口部の中心に位置するように本体１４に取り付けられている。
【００２２】
この基板２０には、検知対象１０に向けて光照射する上記発光素子２２がその前面且つ中心部に取り付けられており、またその後面且つ中心部には、図１に示すように受光素子２４が発光素子２２と同軸状に且つ発光素子２２とは逆向きの後方向きで取り付けられている。
ここで発光素子２２は赤外線ＬＥＤから成っており、また受光素子２４はフォトダイオードから成っている。
本体１４の底面は凹曲面を成す反射鏡（反射体）２８とされており、また本体１４の前端の開口部２９には円形の窓部３０が設けられている。窓部３０は可視光カットフィルタにて構成されている。
【００２３】
本実施形態では、発光素子２２から前方に所定の照射角（図１の部分拡大図中のαで、最大光量の１／２の光量となる光軸の片側の角度）で光（赤外線光）が窓部３０を透過して照射される。
前方に照射された光は、そこに検知対象１０があるとその検知対象１０で反射され、そしてその反射光は可視光カットフィルタから成る窓部３０を透過して反射鏡２８で反射及び集光されて受光素子２４に受光される。
そしてその受光量の大小に基づいて前方の検知対象１０が検知される。
【００２４】
本実施形態では、光センサ１２厳密には窓部３０の前面から前方３５ｍｍの位置で検知感度が最大（ピーク）となるように発光素子２２の光の照射角度が選ばれている。
【００２５】
図３は発光素子２２の照射角度を様々に変化させたときの検知感度が最大（ピーク）となる位置と照射角度との関係を表したものである。
尚図３において横軸は検知対象までの距離、厳密には基板２０の後面から検知対象までの距離を窓部３０を基準として表し、また縦軸は出力相対値を表している。ここで出力相対値は、出力が最大となるときを１００％で表し他を最大値に対する相対値として表している。
【００２６】
この図３に示す結果は、図４に示す条件の下で測定した結果を表している。
詳しくは、光センサ１２として反射鏡２８の直径をφ３０ｍｍ，基板２０の直径をφ１５ｍｍ，反射鏡２８の底位置（中心位置）から基板２０の後面までの距離を３０ｍｍ，基板２０の後面から窓部３０の前面までの距離を２５ｍｍ，窓部３０の前面から板状の検知対象１０Ａまでの距離を３５ｍｍ（従って基板２０の後面から検知対象１０Ａまでの距離は６０ｍｍ）とし、照射角度が様々に異なった発光素子２２を用いて受光量を測定した結果を表している。
【００２７】
図３に示しているように、この実験結果では発光素子２２の照射角度を５°としたときに窓部３０から３５ｍｍのところ（基板から距離６０ｍｍのところ）で出力相対値のピークが現れている。
そして照射角度をこれよりも大きくして行くに従ってそのピークの位置が近距離側にシフトしている。
また照射角度５０°のものについては特段のピークの存在は認められなかった。
【００２８】
このように発光素子２２の照射角度によってピークが現れ、またそのピークの位置が変化する理由について現段階では必ずしも確認されてはいないが、１つの理由として検知対象１０Ａの位置が近過ぎると基板２０による遮光によって反射鏡２８に入射する反射光の光量、ひいては受光素子２４に受光される光量が減少することが考えられる。
【００２９】
図５はこれを模式的に表したものである。
図５において、（Ｂ）は検知対象１０が丁度検知感度がピークとなる位置にあるときを、また（Ａ）は検知対象１０が近過ぎる場合を、更に（Ｃ）は検知対象１０がピークの位置よりも遠い位置にあるときをそれぞれ表している（図では窓部３０は省略してある）。
【００３０】
図５（Ａ）に示しているように、検知対象１０が窓部３０に近過ぎると反射光の多くが基板２０によって遮られ、受光素子２４に受光される受光量が少なくなる（図中Ｐは基板２０を通過する反射光の輪を表している）。
また一方図５（Ｃ）に示しているように検知対象１０の距離が遠いと、基板２０にて遮られる光の量は少なくなるものの、検知対象１０が遠くなることによって、検知対象１０からの反射光が広い範囲に亘って放射（反射）される結果、やはり反射鏡２８に入射する反射光の光量が少なくなり、受光素子２４で受光される受光量が減少する。
【００３１】
図５（Ａ）において受光素子２４に受光される反射光量の減少は、発光素子２２の照射角によって影響を受け、発光素子２２の照射角が小さくなるほどこうした傾向は助長される。
一方照射角が広くなれば、反射鏡２８に入射する反射光に対する基板２０の遮蔽効果も相対的に小となり、そしてこのことが、発光素子２２の照射角の変化によって検知感度のピークが現れ、且つそのピークの位置が近距離側或いは遠距離側にシフトすることの１つの理由であると考えられる。
【００３２】
以上は発光素子２２の照射角を変化させることによって検知感度のピークの位置を設定位置とする場合の例であるが、発光素子２２の照射角を一定に保持しておいて、基板２０の大きさを様々に変化させることによって検知感度のピークを所定位置に設定し、またその位置を変化させるといったことも可能である。
或いはまた、反射鏡２８の曲率或いは焦点を変化させることで同様の目的を達するようになすことも可能である。
【００３３】
図６はこれを模式的に表したものである（図では窓部３０は省略してある）。
図６（Ｂ）は検知対象１０が設定位置にあるときに、その反射光が受光素子２４に対して良好に結像した状態、即ち反射鏡２８の曲率ないし焦点距離をそのように設定した場合を表している。
この場合、図６（Ａ）の状態即ち検知対象１０の位置がこれよりも近い位置にある状態では、検知対象１０からの反射光は受光素子２４上に良好に結像せず感度は低くなる。
【００３４】
また逆に図６（Ｃ）に示しているように検知対象１０が図６（Ｂ）に示す位置よりも遠い位置にあるとき、同じように受光素子２４上に反射光が良好に結像せず、やはり検知感度は低くなる。
従ってこのように反射鏡２８の曲率ないし焦点距離を変えることによって、検知感度がピークとなる位置を変化させるといったことも可能である。
【００３５】
以上のような本実施形態によれば、光センサ１２の検知感度がピークとなる位置を適当に設定しておくことによって、即ち目的とする検知エリアでそのピークが生ずるように設定しておくことで、透光性の窓部に汚れや水滴等が付着してもこれを検知対象１０と誤検知せずに、窓部３０前方に存在する検知対象１０を正確に検知するようになすことができる。
またこの光センサ１２では反射鏡２８への反射光の入射面積を広く取ることができるので、センサ表面（発光を妨げない箇所）に文字等を入れておくことができ、これによりセンサ視認性を向上せしめることができる。
【００３６】
図７は本発明の他の実施形態を示している。
この実施形態は、第２部材１８に半径方向内方への突出部３２を環状に設けて、反射光の光路に影響を与えない範囲で本体１４の開口部を狭くした例である。
尚この突出部３２の内周面は前方側に小径となるテーパ面３４となしてある。
このようにすることによって外乱光の影響を少なくすることができる。
【００３７】
図８は本発明の更に他の実施形態を表している。
この例は、発光素子２２と受光素子２４とをそれぞれ別々の基板２０，３６に取り付け、且つそれらを同じ前方向きに同軸状に配置した例である。
この実施形態では、検知対象１０からの反射光をレンズ３８で集光した上、その後方の受光素子２４に受光させる。
【００３８】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の位置実施形態である反射型光センサを示す図である。
【図２】図１における反射型光センサを分解して示す斜視図である。
【図３】図１における発光素子の照射角度と検知感度のピークとの関係を表した図である。
【図４】図３の関係を測定したときの条件を示した図である。
【図５】発光素子の照射角度と検知対象の位置及び受光量との関係を表す説明図である。
【図６】反射鏡の焦点と検知対象の距離及び受光量との関係を表す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態を示す図である。
【図９】従来の反射型光センサの例を示す図である。
【図１０】図９とは異なる従来の反射型光センサの一例を示す図である。
【図１１】本出願人の先願に係る反射型光センサの一例を比較例として示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０，１０Ａ  検知対象
１２  反射型光センサ
２２  発光素子
２４  受光素子
２８  反射鏡
３０  窓部
【図１】
2005181157.tif 000003
【図２】
2005181157.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】
2005181157.tif 000009
【図８】
2005181157.tif 000010
【図９】
2005181157.tif 000011
【図１０】
2005181157.tif 000012
【図１１】
2005181157.tif 000013