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CN107015236A - 光电传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过提高来自投光元件的光量，并且防止受光元件上的受光光斑尺寸变大来进一步提高性能的光电传感器。具备如下的透镜，该透镜被安装于投光元件(11)的、与投光透镜(12)相对的位置，且与通过投光透镜(12)的中心和受光透镜(13)的中心的直线垂直方向的曲率大于与通过投光透镜(12)的中心和受光透镜(13)的中心的直线平行方向的曲率。

Description

光电传感器
技术领域
本发明涉及一种光电传感器，其为遵循三角测距的原理的距离设定型的光电传感器，该光电传感器将聚光透镜安装于投光元件来构成光学系统。
背景技术
一直以来，已知有遵循三角测距原理的距离设定型的光电传感器。
首先，使用图1，说明在一般的距离设定型的光电传感器中采用的三角测距的原理、以及通过将聚光透镜安装于距离设定型的光电传感器来有效利用投射的光的机理。
如图1的(b)所示，在距离设定型的光电传感器中，例如通过投光透镜102将作为发光源的投光LED等投光元件101发出的光投射到检测区域，并照射到检测体20的表面。然后，在检测体20的表面漫反射的光(的一部分)通过受光透镜103会聚，并被受光元件104接收。
受光元件104例如为多段光电二极管等受光元件，如图1的(b)所示，分别在检测体20存在于比较近距离的距离A的情况、存在于比较远距离的距离B的情况中，在相应于距离的位置接收在检测体20的表面漫反射的光。即，受光元件104上的受光位置因到检测体20的距离而发生变化。
因此，能够通过检测受光元件104上的受光位置来测定到检测体20的距离。
另一方面，在以前公开了在光电传感器中，将球面的聚光透镜安装于发光元件或受光元件，构成光学系统的技术(例如，专利文献1)。
通过粘贴聚光透镜，能够使投射的光会聚来提高光量，因此也在图1的(a)所示的距离设定型的光电传感器中应用该技术，将球面的聚光透镜105安装于图1的(b)所说明的投光元件101，有效利用来自投光元件101的光。
图2为对聚光透镜的效果进行说的图。
如图2所示，通过将聚光透镜105安装于投光元件101，能够有效利用投射的光，大幅提高投光功率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-13989号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，图3的(a)为表示在例如图1所说明的那样的光电传感器中，将球面的聚光透镜105安装于投光元件101的情况下的受光元件104上的受光范围的变化的图。另外，在图3的(a)中a所表示的为检测体20在距离A处的情况下的受光元件104上的受光范围，b所表示的为检测体20在距离B处的情况下的受光元件104上的受光范围。另外，在图3的(a)中c所表示的为受光范围a与受光范围b重叠的部分。
若将球面的聚光透镜105安装于投光元件101的话，则如图3的(a)所示，受光范围变大。
即，若将球面的聚光透镜105安装于投光元件101的话，则受光元件104上的受光分布的宽度在X方向和Y方向上、即在接收通过了光透镜103的光的表面的横向和纵向上，共同变大。
相对于此，图3的(b)为表示在一般的距离设定型的光电传感器中，没有将图1的(a)所示的聚光透镜105安装于发光元件以及受光元件的情况、即图1的(b)的受光元件上的受光范围的变化的图。
若与图3的(a)所示的受光范围相比，在图3的(b)中，相比于图3的(a)，受光元件上的受光范围变窄(参照图3(b)的a’、b’)。
然而，若通过安装聚光透镜105而导致Y方向的受光宽度增大的话，则存在着在例如检测体20的位置变化小的情况下，可能无法正确地检测该检测体20的位置变化这样的问题。
具体的，在检测体20的位置从距离B变化为距离A的情况下，如图3的(a)所示，受光元件104上的受光范围也从b向a变化，但是由于在图3的(a)的c所示的范围中b与a重叠，因此受光元件104表面的受光信号的变化量小，难以获得到检测体20的距离变化了的判断。
本发明正是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种光电传感器，该光电传感器通过提高来自投光元件的光量，并且防止受光元件上的受光光斑尺寸变大，来提高针对检测体的位置变化的灵敏度，进一步提高性能。
解决问题的技术手段
本发明所涉及的光电传感器具有：投光元件，其经由投光透镜将光投射到检测体；以及受光元件，其经由受光透镜接收在检测体上漫反射的光，该光电传感器根据受光元件上的受光位置测定或判定到检测体的距离，该光电传感器具备透镜，所述透镜被安装于投光元件的、与投光透镜相对的位置，且与通过投光透镜的中心和受光透镜的中心的直线垂直方向的曲率大于与通过投光透镜的中心和受光透镜的中心的直线平行方向的曲率。
发明的效果
根据本发明，能够提供通过提高来自投光元件的光量，并且防止受光元件上的受光光斑尺寸变大来进一步提高性能的光电传感器。
附图说明
图1为对距离设定型的光电传感器进行说明的图，图1的(b)为对在一般的距离设定型的光电传感器中采用的三角测距的原理进行说明的图，图1的(a)为说明将聚光透镜安装于距离设定型的光电传感器的情况的图。
图2为对聚光透镜的效果进行说明的图。
图3为表示在如图1所说明的光电传感器中，将球面的聚光透镜安装于投光元件的情况下的受光元件上的受光位置的变化的图。
图4为本发明的实施方式1所涉及的光电传感器的截面图。
图5为对在本发明的实施方式1所涉及的光电传感器中采用的三角测距的原理进行说明的图。
图6为对一般的双锥形状(バイコーニック形状)的透镜进行说明的图。
图7为表示将双锥形状的聚光透镜粘贴在投光元件上而成的、本实施方式1的光电传感器的受光元件上的受光位置的变化的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。
实施方式1
图4为本发明的实施方式1所涉及的光电传感器100的截面图。
图4所示，光电传感器100将投光元件11以及受光元件14安装于光电传感器100的支架200的背面侧所具备的印刷电路板16。
另外，光电传感器100将投光透镜12和受光透镜13一体成型而成的透镜体17安装于光电传感器100的支架200的前面部所设置的透镜安装部170。
与使用图1说明的现有的距离设定型的光电传感器同样，实施方式1所涉及的光电传感器100为遵循三角测距的原理的光电传感器100，其遵循该三角测距的原理，测定到检测体20的距离(详细后述)。
投光元件11经由投光透镜12将光投射到检测体。投光元件11由例如发光二极管(LED)构成。
投光透镜12将由投光元件11发射的光投射到检测区域。
受光透镜13将在检测体20的表面漫反射的、从光源即投光元件11投射的光会聚。
受光元件14经由受光透镜13接收由受光透镜13会聚的光。受光元件14由例如多段光电二极管构成。
另外，根据受光元件14受光的受光范围，光电传感器100的距离算出部(省略图示)算出到检测体20的距离。
另外，在该实施方式1所涉及的光电传感器100中，在投光元件11的前方、即与投光透镜12相对的位置，安装有双锥形状的聚光透镜15。与球面的聚光透镜105同样，双锥形状的聚光透镜15会聚由投光元件11投射的光。
另外，在该实施方式1中，聚光透镜15通过粘贴在投光元件11上而被安装，但是并不限于此，例如，也可以使用安装工具安装于投光元件11，只要设置于投光元件11的前方、即投光元件11的与投光透镜12相对的位置即可。
图5为对在本发明的实施方式1所涉及的光电传感器100中采用的三角测距的原理进行说明的图。遵循该原理，光电传感器100测定到检测体20的距离。
如图5所示，通过投光透镜12将作为发光源的投光元件11发出的光投射到检测区域，并照射到检测体20的表面。然后，在检测体20的表面漫反射的光的一部分由受光透镜13会聚，通过该受光透镜13，被受光元件14接收。
受光元件14为例如多段光电二极管等受光元件，如图5所示，分别在检测体20存在于比较近距离的距离A处的情况下、存在于比较远距离的距离B处的情况下，在相应于距离的位置上接收在检测体20的表面漫反射的光。即，受光位置因到检测体20的距离而发生变化。
因此，能够通过检测受光元件14上的受光位置，测定到检测体20的距离。
另外，在本发明所涉及的光电传感器中，在遵循上述的方法测定到检测体20的距离的基础上，也可以为用于将该距离的值提供给用户的装置，或者，用于判定该距离的值是否属于预先规定的一定的范围，并将该判定结果提供给用户的装置。
在此，对设置于投光元件11的双锥形状的聚光透镜15进行详细地说明。
图6为对一般的双锥形状的透镜进行说明的图。
所谓的双锥形状为在透镜的正交的方向、即将透镜的凸面朝上的状态下的X方向和Y方向上，分别具有不同的曲率的形状(参照图6的(a))。
在此，如图6所示，聚光透镜15被形成为X方向的曲率大于Y方向的曲率(参照图6的(b)(c))。
在该实施方式1中，将如图6所示的双锥形状的透镜作为聚光透镜15，以与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线垂直的方向为X方向，与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线平行的方向为Y方向的方式，粘贴安装于投光元件11上。
即，在与投光透镜12相对的表面中，以聚光透镜15的、与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线垂直的方向的曲率大于与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线平行的方向的曲率的方式，将聚光透镜15粘贴在投光元件11上。
另外，在此，所谓的垂直没有必要为必须垂直，包括大致垂直。另外，在此，所谓的平行没有必要为必须平行，包括大致平行。
图7为表示将双锥形状的聚光透镜15粘贴在投光元件11上的、该实施方式1的光电传感器100的受光元件14上的受光范围的变化的图。另外，在图7中a所表示的为检测体20在距离A处的情况下的受光元件14上的受光范围，b所表示的为检测体20在距离B处的情况下的受光元件14上的受光范围。
如图7所示，通过将聚光透镜15作为双锥形状的透镜，Y方向、即接收通过了受光透镜13的光的表面上的纵向的受光范围宽度变得小于X方向、即接收通过了受光透镜13的光的表面上的横向的受光范围宽度，在例如检测体20的位置从距离B变化到距离A的情况下(参照图5)，由于在受光位置重叠的部分消失，与图3的(a)的情况相比较，受光元件14表面上的受光信号的变化量增大。具体来说，能够确切地检测从距离B向距离A的检测体20的位置变化。
如此，通过将双锥形状的聚光透镜15粘贴在投光元件11上，能够提高来自投光元件11的光量，并且使受光元件14上的纵向的受光宽度直径小于横向的受光宽度直径，能够提高针对位置变化的灵敏度。
另外，虽然在该实施方式1中将聚光透镜15作成了双锥形状，但是不限于此，例如也可以将柱面透镜安装于投光元件11上，只要安装于投光元件11的透镜被形成为X方向的曲率大于Y方向的曲率即可。即，只要在与投光透镜12相对的表面中，与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线垂直的方向的曲率大于与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线平行的方向的曲率即可。
如上所述，根据实施方式1，以具备如下透镜(聚光透镜15)的方式而构成，该透镜被安装于投光元件11的、与投光透镜12相对的位置，且与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线垂直方向的曲率大于与通过投光透镜12的中心和受光透镜13的中心的直线平行方向的曲率，因此能够提供通过提高来自投光元件11的光量，并且抑制受光元件14上的纵向的受光宽度直径的增大来进一步提高性能的光电传感器100。
另外，本申请发明在该发明的范围内，能够进行实施方式的任意的构成要素的变形，或实施方式的任意的构成要素的省略。
符号说明
11、101 投光元件
12、102 投光透镜
13、103 受光透镜
14、104 受光元件
15、105 聚光透镜
17 透镜体
20 检测体
100 光电传感器
170 透镜安装部
200 支架。

Claims (3)

1.一种光电传感器，其具有：投光元件，其经由投光透镜将光投射到检测体；以及受光元件，其经由受光透镜接收在所述检测体上漫反射的所述光，所述光电传感器根据所述受光元件上的受光位置测定或判定到所述检测体的距离，所述光电传感器的特征在于，
具备透镜，所述透镜被安装于所述投光元件的、与所述投光透镜相对的位置，且与通过所述投光透镜的中心和所述受光透镜的中心的直线垂直的方向的曲率大于与通过所述投光透镜的中心和所述受光透镜的中心的直线平行的方向的曲率。
2.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，
所述透镜为双锥透镜。
3.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，
所述透镜为柱面透镜。
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