(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投光するとともにその反射光を受光し、受光した反射光に基づいて物体を検出する光電スイッチであって、
装置本体に固定されるとともに、光を出力する発光部と、
前記発光部から出力される光を受けるレンズと、
前記レンズを保持するレンズ保持部と、
装置本体に固定されるとともに、装置本体に対して回転せずに前記発光部から出力される光の光軸方向へスライド可能な状態で前記レンズ保持部を支持する支持部と、
装置本体に回転可能でかつ装置本体から前記光軸方向に沿って外方に突出する状態で支持されるとともに、前記レンズ保持部と螺合する内周面を有する回転部と、
前記レンズ保持部を前記発光部から出力される光の光軸方向へ付勢する付勢手段と、
前記回転部の回転をロックするロック部とを備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項２】
前記回転部は、前記回転部の回転方向に沿って形成される複数の係止部を含み、
前記ロック部は、前記発光部から出力される光の光軸方向に移動または前記光軸方向と交わる方向を回転中心として回動することにより前記複数の係止部の隣接する係止部間に介装されて前記回転部の回転をロックすることを特徴とする請求項１記載の光電スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光部から出力される光をレンズを介して投光し、発光部に対するレンズの位置を調整することができる光電スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工場の生産ライン等で物体の有無を検出するために光電スイッチが用いられている。この光電スイッチは、物体が光電スイッチの検出領域内に位置するように光電スイッチと物体との距離を調整し、物体の検出領域に光を投射し、物体からの帰還光を受光することにより、物体の有無を判定するものである。
【０００３】
このような従来の光電スイッチの一つに、物体までの検出距離が調整できるように、発光部となるレーザダイオードを内周面に雌ねじが形成された円筒状の発光部ホルダに固定し、発光部ホルダの雌ねじに螺合する雄ねじが外周面に形成されたレンズホルダにレンズを固定し、発光部ホルダの雌ねじにレンズホルダの雄ねじを螺合させたものがある。この光電スイッチでは、発光部ホルダに対してレンズホルダを回転させることにより発光部に対するレンズの位置を移動させ、レンズから投光される光の物体上のスポット形状およびスポット位置を可変させ、物体と光電スイッチとの距離に合わせてスポットを調整している。
【０００４】
また、上記の従来の光電スイッチには、内周面に発光部ホルダと同様の雌ねじ部が形成されたナット状のロック部材をレンズホルダの雌ねじ部に螺合させ、ロック部を締め込むことによりロック部の端面と投光部ホルダの端面とを当接させて発光部に対するレンズの位置をロックしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の光電スイッチでは、ねじ機構によりレンズホルダを移動しているため、雄ねじと雌ねじとの間のクリアランスに起因するねじ機構のガタにより発光部に対するレンズの位置がずれ、投光される光の物体上のスポット形状が変化したり、スポット位置が変化してしまう。
【０００６】
また、ねじ機構によりレンズホルダを回転させるため、レンズホルダに固定されたレンズ自体も回転し、発光部から出力される光の光軸に対してレンズの中心がずれている場合、レンズホルダの回転に伴い光軸の周りをレンズの中心が回転し、この場合も、投光される光の物体上のスポット形状が変化したり、スポット位置が変化してしまう。
【０００７】
さらに、上記のナット状のロック部材によりレンズホルダを締め付けてレンズ位置をロックしようとすると、ロック動作の前後でねじ機構のガタの分だけレンズの位置が移動し、せっかく調整した位置からレンズの位置がずれてしまい、やはり、投光される光の物体上のスポット形状が変化したり、スポット位置が変化してしまう。
【０００８】
上記の課題を解決するため、発光部とレンズとの間の距離を長くすることにより、光軸に対するレンズのずれの許容値を緩和することも考えられるが、発光部となるレーザダイオードの開口は決まっているため、発光部からの出射光量に対するレンズ面への入射光量が少なくなり、レンズへの入光効率が低下する。また、レンズへの入光効率を上げるためにレンズの面積を大きくすると、投光部が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、発光部から出力される光の光軸に対するレンズの中心位置を高精度に保持しながら、発光部に対してレンズを光軸方向に高精度に移動させることができる光電スイッチを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
（１）第１の発明
第１の発明に係る光電スイッチは、光を投光するとともにその反射光を受光し、受光した反射光に基づいて物体を検出する光電スイッチであって、装置本体に固定されるとともに、光を出力する発光部と、発光部から出力される光を受けるレンズと、レンズを保持するレンズ保持部と、装置本体に固定されるとともに、装置本体に対して回転せずに発光部から出力される光の光軸方向へスライド可能な状態でレンズ保持部を支持する支持部と、装置本体に回転可能でかつ装置本体から前記光軸方向に沿って外方に突出する状態で支持されるとともに、レンズ保持部と螺合する内周面を有する回転部と、レンズ保持部を発光部から出力される光の光軸方向へ付勢する付勢手段と、回転部の回転をロックするロック部とを備えるものである。
【００１１】
本発明に係る光電スイッチにおいては、光を出力する発光部が装置本体に固定され、発光部から出力される光を受けるレンズを保持するレンズ保持部が、装置本体に固定された支持部により装置本体に対して回転せずに発光部から出力される光の光軸方向へスライド可能な状態で支持されている。したがって、支持部がレンズ保持部に対してすべり軸受として機能し、光軸に垂直な方向に対してネジ機構のような大きなガタのない状態で、レンズ保持部すなわちレンズを発光部に対して光軸方向にスライドさせることができ、発光部に対してレンズを高精度に移動することができる。
【００１２】
また、レンズ保持部と螺合する内周面を有する回転部が装置本体に回転可能でかつ装置本体から前記光軸方向に沿って外方に突出する状態で装置本体に支持されているので、回転部を回転させることにより、回転部に螺合するレンズ保持部を光軸方向に移動させることができる。このとき、回転部が回転し、レンズ保持部は回転部の回転に応じてスライドするので、レンズ保持部すなわちレンズは回転せずに光軸方向に移動する。したがって、発光部から出力される光の光軸方向に対するレンズの中心位置を組立時の高精度に位置調整された位置に保持した状態でレンズを移動することができる。
【００１３】
この結果、発光部から出力される光の光軸に対するレンズの中心位置を高精度に保持しながら、発光部に対してレンズを光軸方向に高精度に移動させることができる。
また、レンズ保持部が発光部から出力される光の光軸方向へ付勢されているので、レンズ保持部と回転部との螺合部における光軸方向のガタをなくすことができ、より高精度に光軸方向にスライドさせて移動することができる。
【００１６】
（２）第２の発明
第２の発明に係る光電スイッチは、第１の発明に係る光電スイッチの構成において、回転部は、回転部の回転方向に沿って形成される複数の係止部を含み、ロック部は、発光部から出力される光の光軸方向に移動または光軸方向と交わる方向を回転中心として回動することにより複数の係止部の隣接する係止部間に介装されて回転部の回転をロックするものである。
【００１７】
この場合、ロック部を発光部から出力される光の光軸方向に移動または光軸方向と交わる方向を回転中心として回動することにより、回転部の回転方向に沿って形成された複数の係止部のうち隣接する係止部間にロック部が介装され、回転部の回転がロックされる。このように、光の光軸方向すなわち回転部の回転中心軸に沿ってロック部が介装されるので、回転部をほとんど回転させることなく、回転部をロックすることができる。また、ロック部が係止部間に介装されたときにロック部が係止部に当接しても、回転部がわずかに回転することによりロック部からの応力を開放することができ、ロック部から回転部を介してレンズ保持部およびレンズに不要な応力を与えることがない。この結果、ロック動作の前後で発光部に対するレンズの位置をほとんど変化させることなく、高精度にレンズを位置調整した状態でレンズをロックすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光電スイッチについて説明する。この光電スイッチは、光を発生する発光手段および光を受けて受光量に応じた受光信号を出力する受光手段を有し、前記発光手段により発生された光を検出領域に投射するとともに検出領域からの帰還光を前記受光手段により受光することにより検出領域における物体の有無を検知するものである。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態による光電スイッチを一方向から見た外観斜視図であり、図２は、図１の光電スイッチを他方向から見た外観斜視図である。
【００２０】
図１および図２の光電スイッチ１では、筐体となるケース１１に光を投光する発光手段となる投光部２が設けられるとともに、投光部２の横に投光部２から投光された光を受ける物体が反射する反射光を受光する受光手段となる受光部３が設けられる。光電スイッチ１は、投光部２から投光された光を受ける物体が反射する光のうち受光部３に入射する光を受光し、受光量等により物体の有無を検出し、検出結果を出力する。
【００２１】
光電スイッチ１のケース１１の投光部２および受光部３が設けられた受発光面の反対側の側面、すなわち受発光面の背面には表示部４が設けられている。表示部４には、ＬＥＤ（発光ダイオード）等が設けられ、受光部３による受光量等を表示する。
【００２２】
また、投光部２は、図中の矢印方向に鏡筒カバー２０を回転させることにより、以下に説明するように、内部の発光部となるレーザダイオードに対する投光レンズの位置を可変して焦点距離を変化させ、物体上のスポットの形状および位置を調整することができる。
【００２３】
図３は、図１に示す光電スイッチの主として投光部２の部分を示す一部断面図であり、図４は、図３に示す投光部を背面から見た一部断面図である。
【００２４】
図３および図４に示すように、ケース１１の受発光面に対して略垂直に設けられる側面には、レーザホルダ１２が一体に形成されている。レーザホルダ１２の中心部には貫通孔が形成され、この貫通孔に発光部となるレーザダイオード１３が嵌挿され、レーザホルダ１２にレーザダイオード１３が固定されている。
【００２５】
レーザホルダ１２には、レンズ保持部となるレンズホルダ１５をスライド可能に支持するための支持部となるガイド部１４が嵌着されている。レンズホルダ１５の内側には投光レンズ１６が固定されている。円筒状のガイド部１４には、レンズホルダ１５が高精度なはめあい状態（例えば、ガイド部１４の内径とレンズホルダ１５の外径とのクリアランスが約１０〜２０μｍ程度）で挿入されている。ガイド部１４はすべり軸受として機能し、レンズホルダ１５がレーザダイオード１３から出力される光の光軸方向に沿ってガタなくかつスムーズにスライド可能な状態に保持される。
【００２６】
このように、ケース１１、レーザホルダ１２およびガイド部１４が固定部（装置本体）となる。ケース１１、レーザホルダ１２およびガイド部１４は、これらの全てまたはその一部を一体に形成してもよい。
【００２７】
また、レーザホルダ１２とレンズホルダ１５との間には、付勢手段となるコイルばね１７が介装されており、レンズホルダ１５は、コイルばね１７により光軸方向に沿ってレーザダイオード１３から離れる方向に付勢されている。
【００２８】
レンズホルダ１５の投光レンズ１６側の外周面には雄ねじが形成され、鏡筒部１８の内周面にはレンズホルダ１５の雄ねじに螺合する雌ねじが形成され、鏡筒部１８がレンズホルダ１５に螺合されている。鏡筒部１８の外周面には鏡筒カバー２０が嵌着されている。鏡筒部１８の内周部の一方の端部付近には正反射を防止するための反射防止板２１が固定されている。鏡筒部１８の内周部の他方の端部には鏡筒保持部１９が嵌着されている。
【００２９】
また、鏡筒カバー２０のレーザダイオード１３側の端部と鏡筒保持部１９の投光レンズ１６側の端部との間にケース１１が介装され、鏡筒カバー２０、鏡筒部１８および鏡筒保持部１９がケース１１に対して回転可能な状態で支持されている。
【００３０】
したがって、鏡筒カバー２０を回動させることにより、鏡筒カバー２０、鏡筒部１８、鏡筒保持部１９および反射防止板２１が一体となり回転され、鏡筒カバー２０、鏡筒部１８および鏡筒保持部１９が回転部となる。鏡筒カバー２０、鏡筒部１８および鏡筒保持部１９は、これらの全てまたはその一部を一体に形成してもよい。
【００３１】
鏡筒保持部１９の外周面には鏡筒保持部１９の回転方向に沿って複数の係止部２５が一定ピッチでギヤ状に形成され、各係止部２５はその断面が略三角形状で隆起した形状を有し、隣接する係止部２５間に略逆三角形状の谷部が形成されている。係止部２５の形状および数等は、図示の例に特に限定されず、他の形状および数でもよい。
【００３２】
鏡筒保持部１９の側方には、多段円柱状のロック部２２が配置され、ロック部２２の両端がケース１１およびケース１１に固定される上蓋２６に支持され、ロック部２２が回転可能な状態に支持されている。ロック部２２の両端にはすりわり２４が設けられ、すりわり２４にねじ回しの先端を差し込んでロック部２２を図中の矢印方向すなわち光軸方向と直交する方向を回転中心として回動させることができる。
【００３３】
また、ロック部２２の中間部分には一方向（図３中下方向）に隆起する断面が略三角形状の二つの凸部２３が形成されている。図３および図４に示す状態は、ロック部２２により鏡筒保持部１９すなわち回転部がロックされていない状態を示している。凸部２３の形状および数等は、図示の例に特に限定されず、他の形状および数でもよい。
【００３４】
上記のように構成された光電スイッチ１の投光部２では、レーザダイオード１３がレーザホルダ１２に固定され、ガイド部１４がレーザホルダ１２に固定され、レーザダイオード１３から出力される光を受ける投光レンズ１６を保持するレンズホルダ１５が、ガイド部１４によりレーザダイオード１３から出力される光の光軸方向へスライド可能な状態で支持されている。
【００３５】
このとき、ガイド部１４にレンズホルダ１５が高精度なはめあい状態で挿入されているので、光軸方向と直交する方向にガタのない状態でレンズホルダ１５すなわち投光レンズ１６をレーザダイオード１３に対して光軸方向にスライドさせることができる。
【００３６】
また、レンズホルダ１５と螺合する鏡筒部１８が鏡筒保持部１９および鏡筒カバー２０とともに光軸方向を回転中心として回転可能な状態でケース１１に支持されているので、鏡筒カバー２０を回転させることにより、鏡筒部１８に螺合するレンズホルダ１５を光軸方向に移動させることができる。
【００３７】
このとき、鏡筒部１８が回転し、レンズホルダ１５は鏡筒部１８の回転に応じてスライドするので、レンズホルダ１５すなわち投光レンズ１６は回転せずに光軸方向に移動する。したがって、レーザダイオード１３から出力される光の光軸方向に対する投光レンズ１６の中心位置を組立時の高精度に位置調整された位置に保持した状態で投光レンズ１６を移動することができる。
【００３８】
この結果、レーザダイオード１３から出力される光の光軸に対する投光レンズ１６の中心位置を高精度に保持しながら、レーザダイオード１３に対して投光レンズ１６を光軸方向に高精度に移動させることができる。
【００３９】
また、コイルばね１７によりレンズホルダ１５がレーザダイオード１３から出力される光の光軸方向へ付勢されているので、レンズホルダ１５と鏡筒部１８との螺合部における光軸方向のガタをなくすことができ、より高精度に光軸方向にスライドさせて移動することができる。なお、付勢手段は、上記のコイルばねに特に限定されず、板ばね、皿ばね等の他のばねまたは弾性ゴム等の弾性部材等を用いてもよい。
【００４０】
図５は、ロック部２２により鏡筒保持部１９がロックされているロック状態における図１に示す光電スイッチの主として投光部２の部分を示す一部断面図であり、図６は、図５に示す投光部を背面から見た一部断面図である。
【００４１】
使用者がねじ回しをすりわり２４に挿入し、ロック部２２を９０度回転させると、図５および図６に示すように、ロック部２２の凸部２３が鏡筒保持部１９の係止部２５の間に介装される。この状態で鏡筒カバー２０を回転させようとしても、鏡筒保持部１９の係止部２５がロック部２２の凸部２３と当接し、鏡筒カバー２０は回転せず、ロック部２２により鏡筒保持部１９がロックされ、レーザダイオード１３に対する投光レンズ１６の位置が固定される。
【００４２】
ここで、図５および図６に示すロック状態でロック部２２の凸部２３と鏡筒保持部１９の係止部２５との間には鏡筒保持部１９の回転方向に所定のクリアランスができるように両者の断面形状が設定されている。したがって、凸部２３が係止部２５間のちょうど真中に介装された場合、凸部２３と係止部２５とは当接しない。この結果、ロック部２２から鏡筒保持部１９を介して投光レンズ１６に不要な応力が伝達されることがなく、また、鏡筒保持部１９が回転しないので、ロック動作の前後でレーザダイオード１３に対する投光レンズ１６の位置がまったく変化せず、高精度に投光レンズ１６を位置調整した状態でそのまま投光レンズ１６をロックすることができる。
【００４３】
また、係止部２５の位置が少しずれており、凸部２３と係止部２５とが当接しながら凸部２３が係止部２５の間に介装される場合、鏡筒保持部１９はロック部２２以外にその回転を規制する部材がないため、鏡筒保持部１９がやや回転することにより凸部２３からの不要な応力を解放することができる。したがって、この場合も、ロック部２２から鏡筒保持部１９を介して投光レンズ１６に不要な応力が伝達されることがない。また、この場合、鏡筒保持部１９がやや回転するが、鏡筒保持部１９の回転量に対する光軸方向の移動量は非常に小さいので、ロック動作の前後でレーザダイオード１３に対する投光レンズ１６の位置がほとんど変化せず、高精度に投光レンズ１６を位置調整した状態で投光レンズ１６をロックすることができる。
【００４４】
このように、本実施の形態では、レーザダイオード１３から出力される光の光軸に対する投光レンズ１６の中心位置を高精度に保持しながら焦点距離を調整することができる。また、焦点調整後のロック動作の前後でレーザダイオード１３に対する投光レンズ１６の位置がほとんど変化しないので、スポットを変化させずに投光レンズ１６をロックすることができる。また、ロック後は投光レンズ１６がロックされているので、物体の検出中にスポットが変化することもない。したがって、焦点距離の調整操作、ロック操作および検出操作が容易となり、短時間で所望の物体の有無を容易に検出することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、ロック機構として光軸方向と直交する方向を回転中心として回動するロック部２２を用いたが、光軸方向に沿って直線的に移動して係止部２５間に介装されるロック部を用いてもよい。また、係止部２５を鏡筒保持部１９の外周面に設けたが、係止部を鏡筒保持部１９の内周面に形成し、この係止部間に介装されるロック部を用いてもよい。
【００４６】
また、本発明が適用される光電スイッチは、光を投光するものであれば、上記の光電スイッチに特に限定されず、反射型または透過型、アンプ内蔵型またはアンプ分離型、投光光学系と受光光学系とを分離した分離光学系またはビームスプリッタ等を用いた同軸光学系等のいずれの光電スイッチにも適用することができ、また、物体までの距離等を測定するための光電センサおよび光変位計、色の濃淡等を識別するカラー判別センサ等の他の光学装置にも同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。また、発光部としてレーザダイオードを用いたが、ＬＥＤ等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による光電スイッチを一方向から見た外観斜視図である。
【図２】図１の光電スイッチを他方向から見た外観斜視図である。
【図３】図１に示す光電スイッチの主として投光部の部分を示す一部断面図である。
【図４】図３に示す投光部を背面から見た一部断面図である。
【図５】ロック部により鏡筒保持部がロックされているロック状態における図１に示す光電スイッチの主として投光部の部分を示す一部断面図である。
【図６】図５に示す投光部を背面から見た一部断面図である。
【符号の説明】
１  光電スイッチ
２  投光部
３  受光部
４  表示部
１１  ケース
１２  レーザホルダ
１３  レーザダイオード
１４  ガイド部
１５  レンズホルダ
１６  投光レンズ
１７  コイルばね
１８  鏡筒部
１９  鏡筒保持部
２０  鏡筒カバー
２１  反射防止板
２２  ロック部
２３  凸部
２４  すりわり
２５  係止部
２６  上蓋
【図１】
0004312342.tif 000002
【図２】
0004312342.tif 000003
【図３】
0004312342.tif 000004
【図４】
0004312342.tif 000005
【図５】
0004312342.tif 000006
【図６】
0004312342.tif 000007