(57)【要約】【課題】発光チップと光ファイバの中心軸がずれた場合でも光量の減衰を抑制可能なファイバ型光電センサを提供する。【解決手段】光ファイバ１０と発光チップ３の中心軸がずれた場合、この発光チップ３から光ファイバ１０へ入光する光量は減少するが、隣接する発光チップ４からも入光するようにして光量の減衰を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光素子の発光チップ搭載面に配置された発光チップが発する光を光ファイバに入光させ、当該光ファイバによって検出領域へと導光する投光光学系を備えるファイバ型光電センサにおいて、
前記投光素子は、前記光ファイバの端面に正対する位置に配置された第１の発光チップと、当該第１の発光チップの周辺に配置された任意個数の第２の発光チップとを有し、前記光ファイバの位置ずれが生じた場合に当該第２の発光チップの正面発光および側面発光のいずれか一方、またはその両方が入光することを特徴とするファイバ型光電センサ。
【請求項２】
前記光ファイバの端面と前記投光素子の発光チップ搭載面とを対面させた状態で、前記光ファイバを径方向に押圧して固定する固定部材を備え、
前記投光素子は、前記第１の発光チップおよび前記第２の発光チップが前記固定部材の押圧方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１記載のファイバ型光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ファイバ型光電センサの投光光学系の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投光素子の発光チップが発する光を光ファイバに入光させ、当該光ファイバによって検出領域へと導光する投光光学系を持ったファイバ型光電センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなファイバ型光電センサでは、投光素子が筐体内に固定されるのに対し、光ファイバは取り付けユニットを介して筐体に嵌合固定されるものが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９９３４５号公報（段落００３０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のファイバ型光電センサは以上のように構成されているので、光ファイバを筐体に嵌合固定するにあたり、寸法誤差および嵌合のアソビ（クリアランス）の影響から、光ファイバと発光チップの中心軸が必ずしも一致するとは限らなかった。また、光ファイバを動かしたときに位置ずれが生じやすく、中心軸がずれやすかった。このような理由から、光ファイバの発光チップからの取り込み光量が減衰してしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、投光素子のパッケージ内に発光チップを複数個、位置ずれが生じた場合に隣の発光チップの正面発光または側面発光を取り込めるように配置することによって、発光チップと光ファイバの中心軸がずれた場合でも光量の減衰を抑制可能なファイバ型光電センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の請求項１に係るファイバ型光電センサは、投光素子が、光ファイバの端面に正対する位置に配置された第１の発光チップと、当該第１の発光チップの周辺に配置された任意個数の第２の発光チップとを有し、光ファイバの位置ずれが生じた場合に当該第２の発光チップの正面発光および側面発光のいずれか一方、またはその両方が入光するようにしたものである。
【０００７】
この発明の請求項２に係るファイバ型光電センサは、光ファイバの端面と投光素子の発光チップ搭載面とを対面させた状態で、光ファイバを径方向に押圧して固定する固定部材を備え、投光素子は、第１の発光チップおよび第２の発光チップが固定部材の押圧方向に沿って配置されるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の請求項１によれば、第１の発光チップと光ファイバの中心軸がずれた場合でも、第２の発光チップの正面発光および側面発光のいずれか一方、またはその両方が入光するようにしたので、光量の減衰を抑制することができる。
【０００９】
この発明の請求項２によれば、第１の発光チップおよび第２の発光チップを固定部材による光ファイバの押圧方向に沿って配置するようにしたので、光ファイバがずれやすい方向にのみ第２の発光チップを配置すればよく、少数の発光チップで適切に光量減衰を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るファイバ型光電センサの投光光学系を説明する図である。
【図２】１個の発光チップを有する投光素子がなす投光光学系を示す図であり、図２（ａ）は光ファイバが正しい位置にある状態、図２（ｂ）はずれた位置にある状態を示す。
【図３】この発明の実施の形態１による２個の発光チップを有する投光素子がなす投光光学系を示す図であり、図３（ａ）は光ファイバが正しい位置にある状態、図３（ｂ）はずれた位置にある状態を示す。
【図４】実施の形態１に係るファイバ型光電センサの構成を示す正面図である。
【図５】実施の形態１に係るファイバ型光電センサの固定部材の構成を示す図であり、図５（ａ）は横断面図、図５（ｂ）は縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るファイバ型光電センサの投光光学系を説明する図である。このファイバ型光電センサは、投光素子１の発光チップ搭載面２に配置された複数の発光チップ３，４が発する光を光ファイバ１０に入光させ、当該光ファイバ１０によって検出領域へと導光する投光光学系を備える。なお、発光チップ３，４は一般的にその全面から外側へ向けて放射状に光を発するものであり、より詳しくは発光チップの中の薄い電極層が通電により発光し、これが発光チップの立方体内部で多重反射することで、発光チップの全面が発光しているように見えるものである。本明細書においては説明の便宜のため、図１に記載する発光チップ３，４の上面（即ち、光ファイバ１０の端面１１と対向する面）から発せられる光を正面発光と呼称し、発光チップ３，４の側面（光ファイバ１０の端面１１と対向していない面）から発せられる光を側面発光と呼称する。また、図面の見易さのため、発光チップ３，４が発する光のうち、説明に必要な方向成分の光のみを線として記載し、その他方向成分については記載を省略するが、これは発光チップ３，４が、図示する線の方向にのみ光を発することを意味するものではない。
【００１２】
図１の例では、ファイバ型光電センサの筐体（不図示）内に設置された投光素子１の発光チップ搭載面２に、光ファイバ１０の端面１１に正対する位置に配置された発光チップ（第１の発光チップ）３と、この発光チップ３の隣に配置された発光チップ（第２の発光チップ）４とが並んでいる。所定の固定部材によって光ファイバ１０をファイバ型光電センサの筐体に固定すると、その端面１１が投光素子１のパッケージ端面５に連結される。光ファイバ１０が正しい位置にあれば、即ち光ファイバ１０の中心軸と発光チップ３の中心軸とが一致していれば、発光チップ３の正面発光が端面１１から光ファイバ１０に入光するので光量の減衰はない。
【００１３】
一方、図１に二点鎖線で示すように、光ファイバ１０がずれた位置にあると、発光チップ３から光ファイバ１０に入光する光量が減衰してしまう。しかしながら、隣接する発光チップ４の正面発光および側面発光のいずれか一方、またはその両方が光ファイバ１０に入光するので、光量の減衰を抑制することができる。
【００１４】
ここで、光ファイバ１０の端面１１に対する発光チップ３，４の最適な配置位置の決定方法を説明する。
ファイバ型光電センサにおいて、光ファイバ１０と発光チップ３との位置ずれによる光量変化が最も大きくなるのは、以下のパラメータφ，ｄ，Ｌの値がそれぞれ最小になるときである。出願時に一般的な構成のファイバ型光電センサにおいて、各パラメータのとり得る範囲はおおよそ下記のとおりである。
光ファイバ１０のコア径φ［ｍｍ］              ０．１２５≦φ≦１．４
発光チップ３のサイズ（ｄ［ｍｍ］×ｄ）        ０．２≦ｄ≦０．４
端面１１から発光チップ３までの距離Ｌ［ｍｍ］  ０．２≦Ｌ≦１．０
【００１５】
よって、上記のパラメータφ，ｄ，Ｌの値がそれぞれ最小になるときに、発光チップ３の周辺に発光チップ４を配置することによって、光量減衰を効果的に抑制できる。発光チップ３，４同士の空間距離ｓ［ｍｍ］は、チップの発熱等の問題を考慮して、０．１≦ｓ≦０．２となるように配置することが望ましい。
【００１６】
ただし、発光チップ３，４の配置はこれに限定されるものではなく、光ファイバ１０の位置ずれに起因した光量の減衰が、設計上の許容範囲内、例えば１０％以内に収まるように配置するなど適宜決定すればよい。
また、設計上の正しい位置にある光ファイバ１０と正対する位置に１個の発光チップ３を配置するが、その周辺に配置する発光チップ４の個数は図示例のように１個に限定されるものではなく、任意の個数を配置可能である。例えば発光チップ３の周辺４方向に４個の発光チップ４を配置したり、発光チップ３の周辺８方向に８個の発光チップ４を配置したりしてもよい。
【００１７】
以下に、光量変化の具体例を示す。
図２は、発光チップ３のみ有する投光素子１がなす投光光学系を示す図であり、図３は、本実施の形態１による発光チップ３，４を有する投光素子１がなす投光光学系を示す図である。ここでは、光ファイバ１０のコア径φは０．２５［ｍｍ］、発光チップ３，４のサイズｄはそれぞれ０．２［ｍｍ］である。また、光ファイバ１０の中心軸の、発光チップ３の中心軸からのずれ量をΔ［ｍｍ］とする。さらに、投光取り込み後の光ファイバ１０からの射出量（演算例）をＰ［ｍＷ］とする。
【００１８】
光ファイバ１０が発光チップ３に正対する位置にある場合（図２（ａ））、発光チップ３の正面発光が光ファイバ１０に入光するので射出量Ｐも多い。一方、光ファイバ１０が発光チップ３に正対する位置から０．２［ｍｍ］ずれた場合（図２（ｂ））、正面発光がほとんど入光せず、主に側面発光の一部が入光するので射出量Ｐが少なくなる。
【００１９】
これに対して本実施の形態１によれば、光ファイバ１０が発光チップ３に正対する位置にある場合（図３（ａ））、発光チップ３の正面発光と発光チップ４の側面発光の一部が光ファイバ１０に入光するので射出量Ｐも多い。また、光ファイバ１０が発光チップ３に正対する位置から０．２［ｍｍ］ずれた場合（図３（ｂ））、発光チップ３の正面発光がほとんど入光しなくとも、発光チップ４の正面発光および側面発光が入光するので、射出量Ｐが減衰しない。
【００２０】
次に、ファイバ型光電センサの筐体に光ファイバ１０を固定する方法の一例を説明する。
図４は、実施の形態１に係るファイバ型光電センサの構成を示す正面図である。ファイバ型光電センサの外ケース２０の外面側には、表示器２２を有する操作部２１、開閉自在に取り付けられた操作部カバー２３、レバー２４等を設ける。また、外ケース２０の内部には投光素子、受光素子、カップリング機構、回路基板等を収容する。さらに、外ケース２０の外から内へ投光用の光ファイバ１０、受光用の光ファイバ２５、電源ライン２６を通す。ここで電源ライン２６は各素子や回路基板等に対し電源を供給する導線および、ファイバ型光電センサと外部装置（図示せず）との情報通信を行うための通信線を束ねて構成したものであるが、無論、電源を供給する導線のみを電源ライン２６とし、別途通信線に相当するラインを備えたり、あるいは有線での通信を要しない場合には通信線を省略して構成しても構わない。
【００２１】
この構成のファイバ型光電センサにおいては、レバー２４およびカップリング機構で構成される固定部材を用いて、投光用の光ファイバ１０および受光用の光ファイバ２５を固定する。この固定部材の横断面図を図５（ａ）に示し、縦断面図を図５（ｂ）に示す。
【００２２】
図５に示すように、カップリング機構３１は、光ファイバ１０，２５を挿通する穴がそれぞれ開口すると共にレバー２４に押圧されて上下方向にスライド移動するスライダ３２と、光ファイバ１０，２５を挿通させる穴がそれぞれ開口すると共にこれらの穴がスライダ３２の押圧を受けてすぼまり光ファイバ１０，２５をそれぞれ保持するキャリパ３３と、投光素子１と受光素子３４に嵌合する穴がそれぞれ開口して各素子を固定する素子ホルダ３５とから構成される。
【００２３】
また、図５に示すように、レバー２４は外ケース２０に軸支されており、回転軸３６を中心に回動してポジションＡとポジションＢを往復する。このレバー２４には、部分的に突出した形状の押圧用凸部３７が形成されており、ポジションＡのときに押圧用凸部３７がスライダ３２を押圧する。
【００２４】
レバー２４がポジションＢの位置にある状態で、光ファイバ１０をスライダ３２およびキャリパ３３の穴を通して奥に位置する投光素子１のパッケージ端面へ突き当てる。同様に光ファイバ２５も受光素子３４のパッケージ端面へ突き当てる。そして、レバー２４をポジションＡの位置に操作すると、レバー２４の押圧用凸部３７がスライダ３２を下方向に押圧する。すると、スライダ３２が下方向にスライド移動しながらキャリパ３３に荷重をかけるので、キャリパ３３が弾性変形して光ファイバ１０，２５を挿通した穴がすぼみ、光ファイバ１０，２５がキャリパ３３に把持される。
レバー２４をポジションＢの位置に操作すると、レバー２４の押圧用凸部３７によるスライダ３２への押圧が解除されるので、キャリパ３３の弾性変形が復帰して元の形状に戻る。すると、キャリパ３３の穴と光ファイバ１０，２５との間に隙間ができるので、光ファイバ１０，２５が挿抜可能になる。
【００２５】
このカップリング機構３１においては、光ファイバ１０が径方向に押圧されて固定される構造のため、径方向に位置ずれしやすい。そこで、投光素子１の発光チップ３，４を、押圧方向に沿った方向に並べて配置することにより、光ファイバ１０が押圧方向へずれた場合にも光量の減衰を抑制できる。
なお、発光チップの配置例はこれに限定されるものではなく、光ファイバ１０の固定部材の構造に応じ、光ファイバ１０がずれやすい方向に沿って複数の発光チップを配置すればよい。
【００２６】
以上より、実施の形態１に係るファイバ型光電センサは、投光素子１が、光ファイバ１０の端面１１に正対する位置に配置された発光チップ３と、この発光チップ３の周辺に配置された発光チップ４とを有し、光ファイバ１０の位置ずれが生じた場合に発光チップ４の正面発光および側面発光のいずれか一方、またはその両方が入光するように構成した。このため、位置ずれに起因する光量の減衰を抑制することができ、ひいては光量減衰による検出精度低下を低減できる。
【００２７】
また、実施の形態１に係るファイバ型光電センサは、光ファイバ１０の端面１１と投光素子１の発光チップ搭載面２とを対面させた状態で光ファイバ１０を径方向に押圧して固定する固定部材を備え、投光素子１は発光チップ３と発光チップ４が固定部材の押圧方向に沿って配置されるように構成したので、光ファイバ１０がずれやすい方向にのみ発光チップ４を配置すればよく、少数の発光チップで適切に光量減衰を抑制することができる。
【００２８】
なお、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上述した実施の形態の構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれることは言うまでもない。例えば、上述した実施の形態においてはいわゆる表面実装モールドＬＥＤのパッケージ形状を示しているが、これに限らず、ステムタイプ、モールドタイプなど各種パッケージを用いる場合であっても構わない。
【符号の説明】
【００２９】
１  投光素子
２  発光チップ搭載面
３，４  発光チップ
５  パッケージ端面
１０  光ファイバ
１１  端面
２０  外ケース
２１  操作部
２２  表示器
２３  操作部カバー
２４  レバー
２５  光ファイバ
２６  電源ライン
３１  カップリング機構
３２  スライダ
３３  キャリパ
３４  受光素子
３５  素子ホルダ
３６  回転軸
３７  押圧用凸部
【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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