CN106568504B

CN106568504B - 光电开关

Info

Publication number: CN106568504B
Application number: CN201610878154.XA
Authority: CN
Inventors: 槻木伸一; 叶田壮兵; 马场崎雄
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-10-08
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2036-10-08
Also published as: US9933306B2; CN106568504A; DE102016219508A1; JP6774174B2; US20170102266A1; JP2017073323A

Abstract

本发明提供一种光电开关，该光电开关能够在抑制检测光的光接收量不均匀性和颜色不均匀性的同时减小整个设备的尺寸。光电开关包括：表面安装型LED，其构造为生成包括色相不同的多个颜色分量的光；光遮蔽物，其布置在表面安装型LED与光投射透镜之间以遮蔽光学开口周围的光，从表面安装型LED到光投射透镜的光穿过该光学开口；光接收元件，其构造为选择性地接收光以生成多个光接收信号；控制器，其构造为基于光接收信号控制表面安装型LED的光投射量。

Description

光电开关

技术领域

本发明涉及光电开关，并且更具体地涉及接收来自检测区域的反射光以获取颜色信息并执行工件判断的光电开关的改善。

背景技术

光电开关是用于使用光来检测工件的检测器。光电开关投射检测光，并且接收由工件反射或透射的光或一些其它的光，从而执行工件判断。光电开关基于工件判断的结果生成检测信号。光电开关的类型包括光接收量型光电开关，其通过使用来自包括工件的检测区域的反射光或透射光的光接收量来执行工件判断；距离测量型光电开关，其测量相距工件的距离以执行工件判断；以及颜色判别型光电开关，其通过判别工件表面的颜色来执行工件判断。

光接收量型光电开关通过使用由于以下不同而产生的光接收量的变化来执行工件判别：工件表面的反射率或颜色的不同、相距工件的距离的不同、工件表面的倾斜度(倾斜角)不同等。这是适用于大量使用的通用光电开关。

此外，距离测量型光电开关将根据工件的形状测量作为相距工件的距离的特性，从而执行工件判断。这不易受工件表面的反射率和颜色的变化或工件表面的倾斜度(倾斜角)的变化的影响。此外，颜色判别型光电开关通过使用工件表面的颜色来执行工件判断。这不易受工件表面的反射率变化、相距工件的距离的变化或工件表面的倾斜度(倾斜角)的变化的影响。

常规的颜色判别型光电开关包括：用于分别生成红色、绿色和蓝色检测光的三个光发射元件(发光元件)；用于接收反射光以生成光接收信号的一个光接收元件；以及用于将检测光导向光投射位置的光缆(例如，未审查的日本专利公开No.2005-134363和未审查的日本专利公开No.H11-330940)。三个光发射元件均具有这样的结构：发光二极管安装在与引导框架形成为一体的杯体中，并且发光二极管的周边由环氧树脂等成型为炮弹形。光电开关还包括：波长选择型分色镜，其用于使从每个光发射元件发射的光对准于同一轴线；以及聚光透镜，其用于将对准于同一轴线的光聚集到光缆。在该光电开关中，基于使各个光发射元件以分时段的方式(时分方式)依次地照射而获得的三个颜色的光接收量水平来判别工件的颜色。此外，从光发射元件发射的检测光通过光缆传送，从而获得具有减少的光量不均匀性的光投射斑。

在上述常规的光电开关中，由于需要使用光缆来减少检测光的光量不均匀性(颜色不均匀性)，因此即使可以减少检测器的头部的尺寸，但也难以减小整个检测器的尺寸。当检测光的光量不均匀性较大时，对比光投射斑小的工件进行的颜色判别的精确度降低。此外，上述光电开关的光学系统需要包括三个炮弹型光发射元件、两个波长选择型分色镜以及一个聚光透镜，并且该光学系统因而具有较大的尺寸。因此，难以减小整个检测器的尺寸。

此外，上述光电开关的光学系统由于光发射元件被分为三部分因此在散热性能方面具有优势。然而，由于是炮弹型光发射元件，如果增加驱动电流以获得高的光投射强度，则散热问题将变得明显，从而难以同时实现高的光投射强度和减小的尺寸。此外，在前述光电开关中，为使三个光发射元件的光发射强度比率恒定不变，通过监视器PD检测每个光发射元件的光发射强度以控制光投射强度，从而使每个光发射元件的光发射强度恒定不变。因此，存在用于检测的动态范围较小的问题。

发明内容

本发明是考虑到以上情况而作出的。本发明的目的是提供这样的光电开关：能够在抑制检测光的光接收量不均匀性和颜色不均匀性的同时减小整个设备的尺寸。此外，本发明的目的是提供这样的光电开关：能够在确保高的光投射强度的同时减小整个设备的尺寸。此外，本发明的目的是提供这样的光电开关：能够拓宽用于检测的动态范围。

根据本发明的一个实施例的光电开关包括：发光二极管，其安装在电路板的表面上并且生成含有色相不同的两个或更多个颜色分量(颜色成分)的检测光；光缝(slit)，其具有小于发光二极管的光发射表面的开口，并且布置为使得开口面向光发射表面；光投射透镜，其用于将已穿过开口的检测光聚集在检测区域中；光接收元件，其用于选择性地接收来自检测区域的与两个或更多个特定波长相关联的反射光，从而生成分别与各个特定波长的光接收量对应的两个或更多个光接收信号；光接收透镜，其用于将来自检测区域的反射光聚集在光接收元件的光接收表面上；光投射量控制单元，其用于基于光接收信号来控制发光二极管的光投射量；颜色信息获取单元，其用于基于分别与特定波长对应的两个或更多个光接收信号而获取颜色信息；一致度计算单元，其用于将所获取的颜色信息与基准颜色的颜色信息进行比较以计算这两个颜色信息的一致度；以及检测信号生成单元，其用于将一致度与预先限定的判断阈值进行比较以执行工件判断，并且基于工件判断的结果生成检测信号。

该光电开关是颜色判别型光电开关。通过将用于生成含有色相不同的两个或更多个颜色分量的检测光的发光二极管用作用于光投射的光源，减少了检测光的光量不均匀性和颜色不均匀性。因此，可以在抑制检测光的光接收量不均匀性和颜色不均匀性的同时减小整个设备的尺寸。此外，由于与炮弹型光发射元件相比安装在电路板的表面上的发光二极管具有良好的散热性能，因此可以在确保高的光投射强度的同时减小设备的尺寸。此外，由于确保了高的光投射强度并且基于接收来自检测区域的反射光所得到的光接收信号来控制发光二极管的光投射量，因此可以拓宽用于检测的动态范围。

除了上述构造外，根据本发明的另一实施例的光电开关包括：金属散热片，其布置为面向电路板的后表面；以及板状间隔件，其由导热树脂制成，并且该板状间隔件与电路板的后表面和金属散热片的前表面接触。该构造使得当从与电路板交叉的方向看去时，该间隔件布置为与发光二极管的光发射表面重叠。

利用这种构造，将在发光二极管中生成的热量从电路板经由间隔件传输到散热片，并且利用电路板与散热片之间的空间或散热片的后表面的空间而将热量释放，从而能够改善散热性能。具体地说，由于间隔物布置为与发光二极管的光发射表面重叠，因此在发光二极管中生成的热量被有效地传导到散热片。

除了上述构造之外，根据本发明的又一实施例的光电开关包括：壳体，其由导热材料制成，并且该壳体容纳发光二极管、光缝、光投射透镜、光接收元件和光接收透镜；以及块状导热部件，其由导热树脂制成。构造为使得导热部件布置在壳体的侧壁与散热片的弯曲部之间。利用这种构造，将在发光二极管中生成的热量从电路板经由间隔件传输到散热片，并且经由导热部件传导到壳体，从而能够进一步改善散热性能。

除了上述构造之外，根据本发明的又一实施例的光电开关包括：片状屏蔽部件，其具有导热性和绝缘性能，并且片状屏蔽部件沿所述侧壁布置。利用这种构造，可以对壳体的内部空间进行电屏蔽或磁屏蔽而不会阻止热量从电路板和散热片向壳体传导。例如，在壳体附有静电时，在壳体的内部空间中，可以防止由于放电而导致的诸如发光二极管等电路元件的损坏。

除了上述构造之外，根据本发明的又一实施例的光电开关包括：显示单元，用于将一致度显示在设置于壳体的后表面上的显示面板上。利用这种构造，可以容易地确认根据工件判断的一致度。

除了上述构造之外，根据本发明的又一实施例的光电开关包括：判断阈值指定单元，其用于基于在操作键上执行的按压操作而指定判断阈值，该操作键设置在壳体的后表面上。构造为使得显示单元将判断阈值显示在显示面板上。利用这种构造，可以任意地指定工件判断的判断阈值，或改变之前限定的判断阈值。

除了上述构造之外，根据本发明的又一实施例的光电开关包括：光投射斑调节单元，其用于操作调节螺钉，从而调节相距由检测光形成的光投射斑的距离或由检测光形成的光投射斑的尺寸。利用这种构造，可以任意地指定或改变相距光投射斑的距离或光投射斑的尺寸。

除了上述构造之外，根据本发明的又一实施例的光电开关构造为使得，光投射斑调节单元由凸轮板和凸轮滑动件组成，其中：凸轮板具有相对于调节螺钉的旋转轴线而倾斜的长孔，并且凸轮板伴随调节螺钉的旋转而沿旋转轴线方向移动；凸轮滑动件具有布置在长孔中的滑动部，并且凸轮滑动件伴随凸轮板的移动而沿光投射透镜的光轴方向移动，并且凸轮滑动件通过滑动部沿长孔的内壁面的移动来使光投射透镜沿光轴方向移动。利用这种构造，通过操作调节螺钉，光投射透镜沿光轴方向移动并且发光二极管与光投射透镜之间的距离发生变化，从而可以调节沿光轴方向相距光投射斑的距离或调节光投射斑的尺寸。

除了上述构造之外，根据本发明的又一实施例的光电开关构造为使得，光投射透镜和光接收透镜中的至少一个是色差校正透镜，并且色差校正透镜由具有彼此不同的色散能力的两个或更多个光学透镜组成。利用这种构造，校正了检测光的色差，从而可以使形成在检测区域中的光投射斑的轮廓清晰。

根据本发明，将生成含有色相不同的两个或更多个颜色分量的检测光的发光二极管用作用于光投射的光源，从而可以提供这样的光电开关：能够在抑制检测光的光接收量不均匀性和颜色不均匀性的同时减小整个设备的尺寸。此外，将安装在电路板的表面上的发光二极管用作用于光投射的光源，从而可以提供这样的光电开关：能够在确保高的光投射强度的同时减小设备的尺寸。此外，在确保高的光投射强度的同时，基于接收来自检测区域的反射光所得到的光接收信号控制发光二极管的光投射量，从而可以提供具有较宽的检测用动态范围的光电开关。

附图说明

图1A和图1B是示出根据本发明的实施例的光电开关的一个构造实例的平面图；

图2是示出在沿切割线A-A切开图1A和图1B的光电开关的情况下的截面的剖视图；

图3是示出展开形式的图1A和图1B的光电开关的透视图；

图4是示出展开形式的图3的光学模块的透视图；

图5是示意性地示出用于光投射的光学构件的说明图；

图6是示出展开形式的光投射透镜模块的透视图；

图7A和图7B是示出光投射斑调节器的构造实例的平面图；

图8A和图8B是示出壳体的上表面和后表面的平面图；

图9是示出图1A和图1B的光电开关中的功能性构造的一个实例的框图；以及

图10是示出图9的主控制部的构造实例的框图。

具体实施方式

下面，将参考附图描述本发明的实施例。在本说明书中，出于便利性的目的，将光投射透镜的光轴(主轴)的方向作为纵向进行说明。然而，这不是限制根据本发明的光电开关在使用时的位置。

<光电开关1>

图1A和图1B是示出根据本发明的实施例的光电开关1的一个构造实例的平面图，并且示出了颜色判别型光电开关1。图1A示出了壳体10的前表面，并且图1B示出了壳体10的右侧表面。图2是示出在沿切割线A-A切开图1A和图1B的光电开关1的情况下的截面的剖视图。该图示出了当从箭头方向观看时的截面的情况。图3是示出展开形式的图1A和图1B的光电开关1的透视图。图4是示出展开形式的图3的光学模块12的透视图。

光电开关1是这样的检测器：投射检测光并接收来自检测区域的反射光以执行工件判断，然后基于工件判断的结果输出检测信号。通过判别工件表面的颜色执行工件判断，并且输出表示工件是否为期望的工件的检测信号。

该光电开关1由以下部分构成：光投射/接收窗口盖体2、工件判断指示器3、线缆4、操作键5和6、壳体10、绝缘膜11、光学模块12、主基板13以及屏蔽片14。

壳体10是用于容纳电路元件和光学构件的壳体，并且由壳体主体10a和主体盖体15构成。壳体主体10a是右侧表面敞开的盒状体。主体盖体15是用于遮蔽壳体主体10a的开口的遮蔽盖板，并且安装在壳体主体10a上。壳体主体10a和主体盖体15由导热材料形成。导热材料是具有导热性的材料，并且散热性能优良。

例如，使用与树脂等相比具有较高热导率的金属作为导热材料来形成壳体主体10a和主体盖体15。在该光电开关1中，使用锌的压铸件来制造壳体10。应该注意到，可以使用通过添加填料改善热导率和强度的树脂作为导热材料来形成壳体10。

检测光从壳体10的前表面发射，并且来自检测区域的反射光入射到前表面上。光投射/接收窗口盖体2是盖住形成在壳体主体10a的前表面上的用于光投射/接收的开口的起保护作用的透明板。光投射/接收窗口盖体2安装在壳体主体10a上。

工件判断指示器3和操作键6布置在壳体10的上表面上。工件判断指示器3是根据工件判断的结果发光的指示灯，并且布置在壳体的上表面的前端。操作键6是在指定用于工件判断的基准颜色时使用的按压型输入按钮。

线缆4的引出部以及操作键5布置在壳体10的后表面上。操作键5是在指定用于工件判断的阈值时使用的按压型输入按钮，并且由上键5a和下键5b构成。通过操作上键5a可以递增数值，并且通过操作下键5b可以递减数值。

线缆4由用于向壳体10中的电路元件供电的供电线缆以及用于传输控制信号和检测信号的信号线缆构成。线缆4的引出部布置在壳体的后表面的下端。该引出部布置在由三个表面(壳体10的后表面、底表面(下表面)和左侧表面)形成的拐角处。

绝缘膜11具有电绝缘性能，并且是沿壳体主体10a的侧壁布置的片状屏蔽部件。该绝缘膜11是使电路元件与壳体10电绝缘的树脂制的膜，并且布置为粘附于左侧壁。

尽管优选的是绝缘膜11具有高导热性，但当膜的厚度低于约0.5mm时，热阻足够低而无需特别地考虑导热性。更优选地，当厚度为约0.1mm时，热量可以经由绝缘膜11散发到壳体10。应该注意到，散热性能和电绝缘性能均可以通过夹设替代绝缘膜11的具有高导热性和绝缘性能的绝缘材料来实现。

<光学模块12>

光学模块12由以下部分构成：光接收基板16、光缝17、光学基架18、螺旋弹簧19、光投射透镜模块20、光接收透镜30、发光二极管40、光投射基板41、散热片42、间隔件43以及导热部件44。光学基架18是支撑光学构件和电路板的支撑部件。

发光二极管40是生成含有色相不同的两个或更多个颜色分量的检测光的光发射元件。该发光二极管40由生成作为检测光的白光的矩形半导体芯片制成，并且安装在光投射基板41的表面上。光投射基板41是设置有诸如发光二极管40等用于光投射的电路元件的电路板。该光投射基板41固定在光学基架18上，并且使发光二极管40面向前方。

散热片42是用于散发在诸如发光二极管40等电路元件中生成的热量的散热片部件，并且由金属片形成。例如，使用铝制的散热片42。该散热片42由元件面向部421，基板附接部422、423以及侧壁面向部424构成。散热片42布置为面向光投射基板41的后表面。应该注意到，散热片42不限于金属片而只要是具有高导热性的部件即可，并且例如可以由导热树脂形成。

元件面向部421形成在与光投射基板41平行的位置，并且当从与光投射基板41交叉的方向观看时，元件面向部421与发光二极管40的光发射表面重叠。基板附接部422、423均位于比元件面向部421靠前的位置，并且分别经由弯曲部与元件面向部421连接。散热片42通过将基板附接部422、423安装到光投射基板41而固定在光投射基板41上。光投射基板41分别在与形成在散热片42的基板附接部422、423中的配合孔425对应的位置处形成有通孔411。将散热片42安装在光学基架18上，并且将光投射基板41夹置在散热片42与光学基架18之间，且将间隔件43夹置在散热片42与光投射基板41之间，从而使得散热片42固定到光投射基板41和光学基架18上。侧壁面向部424是与壳体主体10a的左侧壁平行的弯曲部，并且与元件面向部421连接。

间隔件43是由具有电绝缘性能的导热树脂制成的板状导热部件，并且与光投射基板41的后表面以及散热片42的前表面接触。该间隔件43布置在元件面向部421与光投射基板41之间，从而当从与光投射基板41交叉的方向观看时，间隔件43与发光二极管40的光发射表面重叠。

间隔件43优选为由诸如橡胶、弹性体或凝胶状体等对于凹凸表面和弯曲表面具有高的粘合追从能力的部件形成。间隔件43附着到光投射基板41的后表面和散热片42的前表面，从而实现高散热性能。例如，间隔件43由具有电绝缘性能和导热性的硅橡胶、乙烯酸树脂、弹性体或凝胶状体制成。

导热部件44是由导热树脂制成的块状部件，并且布置在壳体主体10a的侧壁与散热片42的侧壁面向部424之间。该导热部件44由沿竖直方向延伸的平板构成。例如，间隔件43和导热部件44由硅橡胶形成。当散热片42由金属制成时，导热部件44优选为具有电绝缘性能。当未设置绝缘膜11时，导热部件44优选具有电绝缘性能。

导热部件44优选为由诸如橡胶、弹性体、凝胶状体等对凹凸表面和弯曲表面具有高的粘合追从能力的部件形成。导热部件44附着在布置在壳体主体10a的侧壁上的绝缘膜11上以及散热片42的侧壁面向部424上，从而实现高散热性能。例如，导热部件44由具有电绝缘性能和导热性的硅橡胶、乙烯酸树脂、弹性体或凝胶状体制成。当未设置绝缘膜11时，导热部件44附着在壳体主体10a的侧壁上以及散热片42的侧壁面向部424上。

光缝17是具有比发光二极管40的光发射表面小的开口的光学元件，并且布置为使得开口面向光发射表面。该光缝17由形成有通孔的金属板构成，并且板表面经过发黑处理或板表面形成有黑色涂膜。光缝17优选为具有经过亚光发黑处理的板表面，或形成有亚光黑色涂膜的板表面。在该光缝17中，开口由通孔构成。例如，光缝17由不锈钢形成。光缝17的开口具有圆形或矩形形状。光缝17固定在光学基架18上，

光投射透镜模块20是包括光投射透镜21的光学单元，并且以可沿光轴方向移动的方式安装在光学基架18上。光投射透镜21是这样的光学元件：在检测区域形成已穿过光缝17的开口的检测光的图像。

光接收基板16是设置有诸如光接收元件等用于光接收的电路元件的电路板。光接收基板16在光接收元件的光接收表面面向前方的状态下被固定在光学基架18上。光接收透镜30是这样的光学元件：在光接收表面上形成从检测区域发射的反射光的图像。用于光接收的光学构件和电路元件布置在比光投射透镜模块20更接近底部的一侧。

螺旋弹簧19是相对于壳体主体10a向下偏压光学基架18或光投射斑调节器(将在后文中描述)以防止松动的偏压部件。该螺旋弹簧19布置在壳体主体10a的上壁与光学模块12之间。

前述绝缘膜11布置在壳体主体10a与光学模块12之间。导热部件44布置为与绝缘膜11和散热片42的侧壁面向部424接触。

主基板13是设置有诸如运算电路等电路元件的电路板。该主基板13安装在光学基架18上，并且具有面向主体盖体15侧的电路形成表面。主基板13可以仅一个表面是电路形成表面，也可以两个表面都是电路形成表面。屏蔽片14是具有静电的、磁的或电磁的屏蔽性能的片状屏蔽部件。屏蔽片14是用于以静电的、磁的或电磁的方式隔离壳体10中的电路元件的片材。屏蔽片14布置在主基板13与主体盖体15之间。屏蔽片14可以覆盖有具有电绝缘性能的树脂制膜。

图5是示意性地示出用于光投射的光学构件的说明图，该图示出了发光二极管40、光缝17和光投射透镜21。该发光二极管40是这样的白色LED(发光二极管)：将具有互补关系的两种颜色的光混合以生成白光。

例如，发光二极管40是由通过层压用于发射蓝光的半导体元件层401和具有荧光体的荧光体层402而形成的叠层构成的。在荧光体层402中，通过树脂或玻璃固定荧光体。荧光体由半导体元件层401的发射光所激发，并且荧光体发射诸如黄光等波长长于蓝光的光。

光投射透镜21是用于抑制色差的色差校正透镜，该色差校正透镜由具有彼此不同的色散能力的两个或更多个光学透镜组成。例如，光投射透镜21是消色差透镜，并且由两个光学透镜(高色散透镜211和低色散透镜212)组成。

高色散透镜211是具有高色散能力的凹透镜。低色散透镜212是具有低色散能力的凸透镜。高色散透镜211布置在比低色散透镜212更靠近发光二极管40的一侧。应该注意到，由三个光学透镜组成的复消色差透镜可被用于光投射透镜21。

光缝17布置在发光二极管40与光投射透镜21之间。例如，光缝17布置在发光二极管40的附近并且在光投射透镜21的焦点的周围。具体地说，光缝17布置在距离发光二极管40约0.1mm的位置。发光二极管40的光发射表面的尺寸约为1mm，而光缝17的开口的直径为0.27mm。光缝17的厚度为约0.1mm。

从发光二极管40的光发射表面发射的检测光中来自发光二极管40的外周处的光被光缝17遮蔽。穿过光缝17的开口的检测光受到光投射透镜21的折射作用，并且光的图像作为光投射斑8形成在检测区域7中。光投射侧上的光缝17不减少光量，而是将光缝部中的图像形成为光投射斑8，从而使得斑较清晰而不存在光亮不均匀和颜色不均匀。

此外，为光投射透镜21采用消色差透镜使得色差减小。因此，可以获得具有清晰轮廓的光投射斑8。通过使发光二极管40与光投射透镜21之间的距离可变，从光投射透镜21到检测区域7的距离可以在30mm至500mm的范围内变化。

应该注意到，光缝17的开口可以仅是透过从发光二极管40发射的检测光的一部分的开口。例如，作为通孔的替代，开口可以是形成在透明玻璃板中的透光窗口。

<光投射透镜模块20>

图6是示出展开形式的光投射透镜模块20的透视图。该光投射透镜模块20由光投射透镜21、透镜架22、透镜按压件23和O形环24构成。透镜架22是用于保持光投射透镜21的筒状保持部件，并且容纳光投射透镜21的一部分。

该透镜架22用作光投射斑调节器(将在后文中描述)的凸轮滑动件，并且设置有与凸轮板啮合的滑动部221。滑动部221是从透镜架22的外周表面突出的柱状突起部。

透镜按压件23由围绕光投射透镜21的一部分的环状的环部231以及沿光投射透镜21的光轴方向从环部231延伸的四个挂钩部232构成。通过将透镜按压件23安装在容纳光投射透镜21的透镜架22上而将光投射透镜21固定在透镜架22上。

O形环24是环形密封部件，并且布置在透镜架22和光投射透镜21上。布置在透镜架22的外周表面上的O形环24使透镜架22相对于光学基架18位于中央，并且O形环24在透镜架22沿光轴方向移动时增加摩擦阻力。此外，布置在光投射透镜21的外周表面上的O形环24使光投射透镜21相对于透镜按压件23位于中央。

<光投射斑调节器50>

图7A和图7B是示出光投射斑调节器50的构造实例的平面图。图7A示出了光投射透镜模块20已被拉到后表面侧的情况，并且图7B示出了光投射透镜模块20已被推到前表面侧的情况。

光投射透镜模块20以可沿光投射透镜21的光轴方向(即，沿纵向)移动的方式被光学基架18保持，并且光投射透镜模块20在竖直方向和水平方向上的移动被限制。具体地说，布置在光投射透镜模块20的透镜架22上的O形环24与光学基架18接触，由此限制光投射透镜模块20沿竖直方向和水平方向的移动，以及增加沿光轴方向的摩擦阻力，从而可以改善抗冲击性。

光投射斑调节器50由调节螺钉(将在后文中描述)、伴随调节螺钉的旋转而沿竖直方向移动的凸轮板51以及用作凸轮滑动件的透镜架22构成。光投射斑调节器50通过操作调节螺钉来调节由检测光形成的光投射斑8的距离或尺寸。光投射斑8是形成在检测区域7中的光缝图像。可以调节沿光轴方向相距光投射斑8的距离或光投射斑8的尺寸(斑直径)。调节螺钉围绕竖直旋转轴线旋转。

凸轮板51由具有相对于竖直方向倾斜的长孔52的金属板构成。两个凸轮板51布置在光学基架18的左右两侧，并且光投射透镜模块20被夹置在这两个凸轮板51之间。

透镜架22的滑动部221布置在凸轮板51的长孔52内。透镜架22伴随凸轮板51的移动而沿纵向移动。即，通过逆时针旋转调节螺钉以向下按压凸轮板51，光投射透镜模块20被拉到后表面侧。这时，光投射斑8的图像未形成在任何地方而是发生发散，从而光投射斑8的直径为最大。

另一方面，通过顺时针旋转调节螺钉以向上拉拽凸轮板51，光投射透镜模块20被推到前表面侧。这时，光投射斑8的图像形成位置是最近的位置，并且在图像形成位置光投射斑8的直径也最小。例如，图像形成位置越远，则光投射斑8的直径越大。当相距光投射斑8的图像形成位置的距离为100mm时，图像形成位置中的光投射斑8的直径Φ为：Φ＝3.5mm。当相距光投射斑8的图像形成位置的距离为500mm时，图像形成位置中的光投射斑8的直径Φ为：Φ＝18mm。应该注意到，在除光投射斑8的图像形成位置以外的位置的光投射斑8的直径大于图像形成位置中的光投射斑8的直径。即，通过调节螺钉可以任意地调节光投射斑8的直径。

图8A和图8B是示出壳体10的上表面和后表面的平面图。图8A示出了设置在上表面上的工件判断指示器3、操作键6和调节螺钉9，并且图8B示出了设置在后表面上的操作键5和显示面板60。

调节螺钉9是构成光投射斑调节器50的操作装置，并且用于调节图像形成位置或光投射斑8的斑直径。通过围绕竖直旋转轴线顺时针或逆时针旋转调节螺钉9，凸轮板51沿竖直方向移动，并且光投射透镜模块20沿纵向移动。通过以这种方式操作调节螺钉9，即使在光电开关1安装之后也可以改变相距光投射斑8的距离以及光投射斑8的斑直径。

显示面板60是用于显示用于工件判断的阈值以及一致度的显示设备。例如，显示面板60是七段式显示器。应该注意到，诸如LCD(液晶显示器)等有源矩阵驱动型显示设备可以用于显示面板60。

图9是示出图1A和图1B的光电开关中的功能性构造的一个实例的框图。该光电开关1由以下部分构成：主控制部100、光投射驱动部101、颜色滤波器(滤色器)102、光接收元件103、放大部104、存储器105、供电部106、输入/输出部107、显示部108以及操作部109。

主控制部100控制投射/接收光，并且基于光接收信号执行工件判断。光投射驱动部101基于主控制部100的指示来驱动发光二极管40。例如，主控制部100对待指示给光投射驱动部101的光投射量进行控制。光投射量基于从光接收元件103接收的光量来进行控制，从而使得光接收量保持在一定范围内。

在工件具有高反射率的情况下，由于光接收量相对较大，因此主控制部100基于光接收量向光投射驱动部101指示相对较小的光投射量。另一方面，在工件具有低反射率的情况下，由于光接收量相对较小，因此主控制部100基于光接收量向光投射驱动部101指示相对较大的光投射量。此外，光投射驱动部101基于主控制部100的光投射量的指示和光投射定时的指示而脉冲驱动发光二极管40。在脉冲驱动发光二极管40时，可以通过监视器PD(未示出)来测量发光二极管40的脉冲光发射量，并且可以控制光投射驱动部101使得测得的光发射量与预定目标值一致。在这种情况下，通过调节目标值，主控制部100可以调节发光二极管40的光发射量。

光接收元件103选择性地接收来自检测区域7的与两个或更多个特定波长相关联的反射光，并且生成分别与各个特定波长的光接收量对应的两个或更多个光接收信号。该光接收元件103是两个或更多个PD(光电二极管)31在光接收基板16上二维排列的多分区PD单元。例如，PD 31以12×24的矩阵形式排列。

颜色滤波器102是选择性地透过具有与二维位置对应的特定波长的颜色分量的光的光学元件，并且布置在光接收元件103的光接收表面上。在该颜色滤波器102中，分别选择性地透过红光、绿光和蓝光的R滤波器区域、G滤波器区域和B滤波器区域以矩阵形式排列。R滤波器区域、G滤波器区域和B滤波器区域中的任何一个都由微小的矩形区域构成，并且与PD 31相关联地形成。

例如，在竖直方向和水平方向两个方向上，B滤波器区域、G滤波器区域和R滤波器区域按该顺序重复地布置。此外，R滤波器区域、G滤波器区域和B滤波器区域中的任一者都形成相同数量的滤波器区域。使用如这样所述的颜色滤波器102能够使光接收元件103的每个PD 31选择性地接收红光、绿光或蓝光。

通常地，当相距工件的距离改变时，形成在光接收元件103的光接收表面上的光投射斑8的图像的位置和尺寸也发生改变。因此，当颜色分量的分割数目较小时，RGB的信号比因相距工件的距离的变化而发生改变，使得难以精确地辨别工件表面上的颜色。与之对比，将前述多分区PD单元用作光接收元件103可以抑制RGB的信号比的变化，从而使得颜色辨别不易受距离变化的影响。

另一方面，当颜色分量的分割数目大时，信号比因距离的变化而发生的改变较小，但形成在PD 31之间的分隔部的比例较大，从而导致光接收损失的增加。此外，由于连接至PD 31的接线增加，因此寄生电容增大，从而导致放大器电路中的S/N比劣化。考虑到这些情况，当滤波器是正方形时，一个滤波器区域的优选尺寸为具有50μm至200μm的边长。滤波器的形状不限于正方形，还可以是矩形、其它四边形或六边形。在这种情况下，滤波器的面积优选为2500平方μm至40000平方μm。

此外，当相距工件的距离改变时，形成在光接收元件103的光接收表面上的光投射斑8的图像的尺寸越大，则RGB信号比的变化越小。因此，优选地将光接收元件103布置在位于由光接收透镜30形成的光投射斑8的图像的位置之前或之后的散焦位置。

同时，当光投射斑8的图像处于跑出光接收元件103的光接收表面的边缘的状态时，光接收量较小，从而无法检测具有低反射率的工件。考虑到这些情况，将光接收透镜30与光接收元件103之间的距离调节为使得光投射斑8的图像包括不少于50个滤波器区域。

放大部104是将从每个PD 31输入的光接收信号放大并将被放大的信号输出到主控制部100的放大单元。该放大部104可以切换增益。具有特定波长的每个颜色分量的光接收信号被放大并输出到主控制部100。主控制部100以与主控制部100调节发光二极管40的光发射量类似的方式，基于来自光接收元件103的表示光接收量的光接收信号来控制放大部104的增益，使得光接收量保持在一定范围内。主控制部100可基于光接收信号控制放大部104的增益和发光二极管40的光发射量两者。

存储器105保存用于工件判断的阈值、基准颜色的颜色信息等。供电部106经由线缆4与诸如控制器等外部装备连接，并且基于主控制部100的控制向主控制部100和光投射驱动部101供应直流电。输入/输出部107经由线缆4与诸如控制器等外部装备连接。输入/输出部107接收控制信号、将接收的信号输出到主控制部100并且将从主控制部100输入的检测信号传输到外部装备。

显示部108基于主控制部100的控制在显示面板60上显示用于工件判断的阈值以及一致度。操作部109基于操作键5、6中的每一个上的按压操作生成操作信号，并且将生成的操作信号输出到主控制部100。

<主控制部100>

图10是示出图9的主控制部100的构造实例的框图。该主控制部100由以下部分构成：光投射量控制部110、颜色信息获取部111、基准颜色指定部112、基准颜色存储部113、一致度计算部114、阈值指定部115、阈值存储部116以及检测信号生成部117。

光投射量控制部110基于从放大部104输入的光接收信号来控制光投射驱动部101从而调节由发光二极管40投射的光的光量。例如，在反射光的光接收量超过一定水平的情况下，执行以下控制：减小光投射量，并且当光接收量降至一定水平以下时，增加光投射量以使光投射量返回到初始状态。

在该光投射量控制部110中，基于从放大部104输入的光接收信号来控制放大部104以切换增益。例如，在反射光的光接收量超过一定水平的情况下，执行以下控制：减小放大部104的增益，并且当反射光的光接收量降至低于一定水平时，增大放大部104的增益以使增益返回到初始状态。基于RGB中的任何一个的光接收量执行光投射量的上述控制。作为选择，基于通过组合RGB的光接收量中的每一个所获得的参数来执行光投射量的上述控制。

颜色信息获取部111基于与特定波长对应的两个或更多个光接收信号而获取颜色信息，并且将已获取的颜色信息输出到一致度计算部114和基准颜色指定部112。基于三个颜色的光接收量水平来限定所获取的颜色信息。例如，在假定红光的光接收量水平为R₁、绿光的光接收量水平为G₁、蓝光的光接收量水平为B₁，并且光接收量总和为：M_k＝R_k+G_k+B_k时，通过使用三个颜色的光接收量水平的比率(r_k＝R_k/M_k，g_k＝G_k/M_k，b_k＝B_k/M_k)以组(r₁，g₁，b₁)来表示颜色。

基于在操作键6上执行的按压操作，基准颜色指定部112将由颜色信息获取部111获取的颜色信息(r₀，g₀，b₀)指定为基准颜色的颜色信息。然后，基准颜色存储部113保存由基准颜色指定部112记录的基准颜色的颜色信息(r₀，g₀，b₀)。

一致度计算部114将由颜色信息获取部111获取的颜色信息(r₁，g₁，b₁)与记录在基准颜色存储部113中的基准颜色的颜色信息(r₀，g₀，b₀)进行比较。基于比较的结果，一致度计算部114计算两个颜色信息的一致度C，并且将一致度C输出到检测信号生成部117。一致度C是表示颜色的一致度的一维参数，并且由当前光接收量相对于基准颜色的光接收量的相对值构成。使用该一致度C，作出待比较的颜色与记录为用于工件判断的基准的颜色的相似程度的定量评价。

例如，一致度C由在不小于0且不大于999的范围内的整数表示。当工件的颜色与基准颜色完全一致时，一致度C为999。显示部108将通过一致度计算部114计算的一致度C显示在显示面板60上。尽管已将各个颜色的光接收量水平的比率的r_k、g_k、b_k的组(r_k，g_k，b_k)作为颜色信息的实例，但在本发明中，颜色信息的构造不限于该实例。例如，可以将红光的光接收量水平、绿光的光接收量水平和蓝光的光接收量水平的组(R_k，G_k，B_k)用作为颜色信息。此外，颜色信息不限于RGB颜色系统，可以将由基于诸如Lab等颜色系统的各个颜色分量的值组成的组当作颜色信息。

阈值指定部115基于在操作键5上执行的按键操作将用于工件判断的阈值指定为判断阈值。显示部108将通过阈值指定部115指定的判断阈值显示在显示面板60上。然后，阈值存储部116保存由阈值指定部115记录的判断阈值。

检测信号生成部117将由一致度计算部114计算的一致度C与判断阈值进行比较以执行工件判断。检测信号生成部117基于工件判断结果生成检测信号并将检测信号输出到输入/输出部107。

根据本实施例，通过将生成含有色相不同的两个或更多个颜色分量的检测光的发光二极管40用作用于光投射的光源，可以减少检测光的光量不均匀性和颜色不均匀性，从而可以在抑制检测光的光量不均匀性和颜色不均匀性的同时减小整个设备的尺寸。此外，由于与炮弹型光发射元件相比安装在光投射基板41的表面上的发光二极管40具有良好的散热性能，因此可以在确保高的光投射强度的同时减小设备的尺寸。此外，由于确保了高的光投射强度并且基于接收来自检测区域7的反射光所得到的光接收信号来控制发光二极管40的光投射量，因此可以拓宽用于检测的动态范围。

此外，由于通过将色差校正透镜用作光投射透镜21来校正检测光的色差，因此可以使形成在检测区域7中的光投射斑8的轮廓清晰。

在本实施例中，已描述了将消色差透镜用于光投射透镜21的情况的实例。然而，在本发明中，光学模块12的构造不限于该实例。例如，光学模块12可以构造为将诸如消色差透镜等色差校正透镜用于光接收透镜30。作为选择，在光学模块12中，色差校正透镜既可用于光投射透镜21也可用于光接收透镜30。

此外，在本实施例中已描述了这样的情况的实例：使用用于使反射光的颜色分量在平面上分隔开的水平颜色分隔型光接收元件103。然而，在本发明中，光接收元件103的构造不限于该实例。例如，光接收元件103可以是这样的竖直颜色分隔型半导体元件：由通过在电路板上层压硅而形成的叠层构成，并且利用不同颜色的硅的光学特性不同而沿硅层的深度方向分隔颜色分量。在这种竖直颜色分隔型光接收元件中，根据光的波长与深度之间的关系执行光电转换，这使得与水平颜色分隔型光接收元件相比光接收量损失较小。

Claims

1.一种光电开关，包括：

表面安装型LED，其安装在电路板的第一表面上并且构造为生成含有色相不同的多个颜色分量的光；

光投射透镜，其构造为将由所述表面安装型LED生成的光朝向检测区域聚集；

光遮蔽物，其布置在所述表面安装型LED与所述光投射透镜之间以遮蔽光学开口周围的光，从所述表面安装型LED到所述光投射透镜的光穿过所述光学开口；

光接收元件，其构造为选择性地接收来自所述检测区域的与多个特定波长相关联的光，从而生成分别与各个特定波长的光接收量对应的多个光接收信号；

光接收透镜，其构造为将来自所述检测区域的光聚集在所述光接收元件的光接收表面上；

壳体，其由导热材料制成并且构造为容纳所述表面安装型LED、所述光遮蔽物、所述光投射透镜、所述光接收元件和所述光接收透镜；

间隔件，其由导热树脂制成，并且接触所述电路板的与所述第一表面相反的后表面；

散热片，其与所述间隔件接触，并且通过所述间隔件与所述电路板的后表面热联接；

导热部件，其由导热树脂制成，并且设置在所述壳体的侧壁与所述散热片的侧壁面向部之间；以及

控制器，其构造为基于所述光接收信号控制所述表面安装型LED的光投射量，

其中，所述光电开关构造为：

基于分别与所述特定波长对应的所述多个光接收信号而获取接收颜色，

将所述接收颜色与基准颜色进行比较从而计算所述接收颜色与所述基准颜色二者的一致度，并且

将所述一致度与预定阈值进行比较从而生成表示工件判断的检测信号。

2.根据权利要求1所述的光电开关，包括：

片状屏蔽部件，其具有导热性和绝缘性能并且沿所述侧壁布置。

3.根据权利要求1所述的光电开关，包括：

显示单元，其构造为将所述一致度显示在设置于所述壳体的后表面上的显示面板上。

4.根据权利要求3所述的光电开关，包括：

判断阈值指定单元，其用于基于在操作键上执行的按压操作而指定判断阈值，所述操作键设置在所述壳体的后表面上，

其中，所述显示单元将所述判断阈值显示在所述显示面板上。

5.根据权利要求1所述的光电开关，其中，所述光投射透镜和所述光接收透镜中的至少一者是色差校正透镜，并且所述色差校正透镜由具有彼此不同的色散能力的两个或更多个光学透镜组成。

6.一种光电开关，包括：

光投射斑调节单元，其构造为操作调节螺钉，从而调节所述光投射透镜与由被所述光投射透镜聚集的光形成的光投射斑相距的距离或所述光投射斑的尺寸；

光接收透镜，其构造为将来自所述检测区域的光聚集在所述光接收元件的光接收表面上；以及

控制器，其构造为基于所述光接收信号控制所述表面安装型LED的光投射量，其中，所述光电开关基于分别与所述特定波长对应的所述多个光接收信号而获取接收颜色，将所述接收颜色与基准颜色进行比较从而计算所述接收颜色与所述基准颜色二者的一致度，并且将所述一致度与预定阈值进行比较从而生成表示工件判断的检测信号；

其中，所述光投射斑调节单元包括：

凸轮板，其具有相对于所述调节螺钉的旋转轴线而倾斜的长孔，并且所述凸轮板伴随所述调节螺钉的旋转而沿所述旋转轴线方向移动；以及凸轮滑动件，其具有布置在所述长孔中的滑动部，并且所述凸轮滑动件伴随所述凸轮板的移动而沿所述光投射透镜的光轴方向移动，并且

所述凸轮滑动件通过所述滑动部沿所述长孔的内壁面的移动来使所述光投射透镜沿所述光轴方向移动。