专利名称：光电传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种将投射接收光作为媒体来检测对象物的光电传感器，特别是涉及一种可提高有关从投射光部发出的检测媒体光(投射光束)的光学设定自由度的光电传感器。
背景技术：
例如在日本公开专利特开2001-264453号公报等中公开了用于在工厂的生产线等上检测物体的有无的长距离型的光电传感器。这种光电传感器一般构成为具有传感头单元和放大单元的放大分离型光电传感器。传感头单元具有检测规格各不相同的各种类型的产品，例如在离开传感器的前方70±15mm的位置上实现了光点直径为50μm的极小光点反射型，例如在离开传感器的前方1m的位置上实现了光点直径约1.5mm并将其通过反射镜而返回传感头的直线光返回型，例如在离开传感器的前方300mm的位置上实现了面宽约70mm的线状断面光束的长距离面反射型等等。
为了正确地进行物体检测，这种长距离型的光电传感器必须设定在使检测媒体光即投射光束总是与检测对象相配合的最佳状态下。但是，有关该投射光束的设定，现有技术中存在各种各样的问题。
其一是关于投射光束的光轴偏角的问题。实际的产品中，通常投射光束的偏角精度好的为±2度，差的则有±5度左右的偏角。在此，若投射光束的光轴偏离2度，则在前方300mm处就表现为光轴偏离10mm。存在光轴偏角的原因主要是投射光透镜和投射光元件(光源)之间的偏心，为了消除该偏心，必须对传感头的各构成部件的精度有非常高的要求，从成本上考虑难以实现。所以在安装传感器时，无论怎样提高传感头壳体与支撑部件之间的定位精度，因为传感头本身对投射光束就具有光轴偏角，所以难以使投射光束的光轴朝向正确的方向。因此，在实际的安装现场，需要在传感头壳体和支撑部件之间插入角度及位置调整机构，不仅成本高而且安装作业麻烦。特别是这种长距离型的光电传感器安装时的光轴调整范围是微妙的，所以要实现既可自由变更角度又可以确实在角度调整后的状态下进行固定的角度调整机构是极其困难的，即使终于完成了角度调整，为了固定而紧固螺栓时的紧固应力也容易再次发生光轴偏移。
其二是针对传感器头体内的构成部件，即使基本上不作改变，但是若投射光束的形状规格(收束光线、发散光线、夹缝光等)不同，必须购入与此相配的各不相同的传感器产品，这就加大了用户这部分的负担，即使对厂商来说，从制造成本以及产品管理方面来看，增加传感器产品的品种也会导致成本的提高。
发明内容
本实用新型是着眼于上述问题点，其目的是在这种长距离型的光电传感器中，提高有关于投射光束的各个方面的设定自由度。
本实用新型的更具体的一个目的在于提供一种光电传感器，即使固定了传感头壳体，也可以微调投射光束的光轴偏角。
本实用新型的更具体的另一个目的在于提供一种光电传感器，即使传感头壳体本身维持通用，也能自由设定投射光束的形状。
参照说明书的以下的叙述，本领域技术人员当可容易理解本实用新型的更进一步的其他目的以及作用效果。
本实用新型的光电传感器一体或者分体地具有向检测对象区域投射检测媒体光的投射光部和接收来自前述检测对象区域的反射光或者透射光的接收光部。在此，所谓“一体”是指反射型传感器，而“分体”则是指透射型光电传感器。
在前述投射光部包含有产生检测媒体光的光源和投射光透镜，该投射光透镜用于使来自前述光源的检测媒体光平行化或者聚光，并使射束光点或者聚焦点形成在前述检测对象区域内。在此，为了形成聚焦点，作为“光源”最好采用激光光源，但并不限于此。所谓“平行化”不仅仅是形成完全的平行光的情况，也包含形成在检测对象区域中并不过宽而能够形成射束光点程度的发散光的情况(基本平行化)。
另外，前述投射光部中还包含有偏角调整装置，可微调从投射光部向检测对象区域投射的检测媒体光的光轴偏角。
按照这样的结构，因为包含有即使因投射光透镜和投射光元件(光源)之间的偏心等原因而存在投射光束的光轴偏角也能微调检测媒体光(投射光束)的光轴偏角的偏角调整装置，所以使用该偏角调整装置对光轴偏角进行微调，就可以修正产品自身所具有的光轴偏角。而且，按照本实用新型，即使在现场安装完成后，也可微调投射光束的光轴偏角，所以即使要进行光轴配合而牢固地安装，因安装时的旋拧应力而发生光轴偏移的情况下，使用该偏角调整装置也不必再次重新安装，就可以进行光轴整合。如前面所述，按照本实用新型，不需要客户方在传感头和支撑部件之间另外准备角度调整机构，就可以简单地进行安装作业，因为用户方不需要特别的安装工具或角度调整机构，所以也能够降低成本。
作为本实用新型光电传感器的前述偏角调整装置，可以采用具有平面的检测媒体光入射面和射出面并根据相对于前述检测媒体光的配置状态变化而使检测媒体光的入射角变化的玻璃等透射性媒质。
作为本实用新型光电传感器的偏角调整装置，最好采用插入前述光源和前述投射光透镜之间的光路上(为非平行光束)并且可绕与该光路正交的轴转动地被支撑着的平行平面玻璃。在此，所谓“平行平面玻璃”是指具有均匀的一定厚度并且两面相互平行的玻璃板。
按照这样的结构，平行平面玻璃可绕与光源和投射光透镜之间的光路正交的轴转动地被支撑着，所以当平行平面玻璃转动时，相对于平行平面玻璃的入射角发生变化，结果，根据斯涅耳定律，在入射点及射出点光路弯折，从射出侧看的情况下，光源的位置略微向与光轴正交的方向移动。结果，检测对象区域的聚焦点也随着上述假想的光源的移动而略微偏移，从而能够微调投射光束的光轴偏角。这时，伴随着平行平面玻璃的转动的假想的光源的移动量是极其微少的，所以相对于平行平面玻璃的转动的光轴偏角的调整量是极其平缓的，可以进行高精度的微调。另外，若减小平行平面玻璃的厚度，则该调整量就变得更加平缓，所以调整该厚度可以作成与用途相符的恰当的产品。
本实用新型的优选实施例中，前述光源和前述投射光透镜一体地被固定在光学基座上，并且前述平行平面玻璃经玻璃夹框可转动地被支撑在光学基座上，在前述玻璃夹框上还设置有转动操作用的旋钮操作件。
按照这样的结构，使旋钮操作件转动就可以直接使平行平面玻璃转动，伴随于此，从光源至投射光透镜的光路适当弯折，光源的位置假想偏移，由此可以微调光轴偏角。而且，光源、投射光透镜及玻璃夹框都同定在共用的光学基座上，所以容易进行光学定位，同时通过光学部件的一体化也能够获得制作方面的种种优点。这时，若经橡胶等缓冲件将玻璃夹框可转动地支撑在光学基座上，就可以避免因冲击或振动而使平行平面玻璃发生摇摆，也就能够避免检测对象区域内的聚焦点发生变动。
上述本实用新型的光电传感器中，还可以具有光芒调整装置，用于调整从前述投射光透镜射出的光线的聚焦点距离。
例如通过利用上述平行平面玻璃的光轴偏角的微调，使光轴偏角的变动的同时还使光路长产生变动，有可能使聚焦点的位置即聚光位置发生偏移，或者射束光点的大小发生变化。即使在这种情况下，若设置有光芒调整装置，在调整光轴偏角后，用光芒调整装置调整聚焦点距离，就可以以正好聚焦于检测对象物上的状态或者以期望的射束光点的大小进行光轴偏角的微调，可以提高使用便利性。
在本实用新型优选的实施例中，前述光芒调整装置包含有可沿其光轴进退自如地支撑前述投射光透镜的螺杆机构，并且在螺杆的端部设置有转动操作用的旋钮操作件。
按照这样的结构，转动操作旋钮操作件使螺杆机构动作，使投射光透镜沿该光轴进行细微的进退，由此可进行高精度的光芒微调。
本实用新型的光电传感器，包含在前面具有投射光用窗口的传感头壳体和选择单元，该选择单元可自由拆装地安装在前述传感头壳体的前面，并且经透镜保持架把光芒变更透镜保持在与前述投射光用窗口整合的位置上。
在前述传感头壳体内包含有产生检测媒体光的光源、将来自该光源的检测媒体光聚光并从前述投射光用窗口射出的投射光透镜、用于调整从前述投射光用窗口射出的光线的聚焦点距离的光芒调整装置。
按照这样的结构，从光源发出的检测媒体光经过传感头壳体内的投射光透镜和固定于选择单元的光芒变更透镜这两个透镜的影响而最终作为投射光束向外部射出，所以若使用光芒调整装置进行聚焦点距离调整，根据选择单元侧的光芒变更透镜的特性，可以变更投射光束的形状。所以相对于共用的传感头壳体，准备光芒变更透镜特性不同的多种选择单元，若选择其中的一个安装于传感头壳体，即使传感头壳体是共用的，也可以容易地实现具有各种形状的投射光束。由此，在厂家一方，不需要准备因投射光束形状的不同而各不相同的传感头单元，可以减少工序并且使部件管理更加容易，另一方面，在用户方，因传感头壳体是共用的，只要购入必要的选择单元即可，所以可以实现期望的计测系统的低成本化。
这时，若使用全周均匀发散型的光芒变更透镜作为光芒变更透镜，即使从传感头壳体自身射出的投射光束是聚光型的，而对于最终从选择单元射出的投射光束，可以作成光束断面为圆形的发散型。在此，所谓“发散型”是指具有光束的断面形状随着越向前方越扩大的倾向的投射光束。
若采用平面发散型的光芒变更透镜作为光芒变更透镜，可以实现相当于夹缝光或者线形光束的投射光束。
另外，若使保持前述光芒变更透镜的透镜保持架绕光轴转动，使用各向异性光芒偏振光透镜作为光芒变更透镜的情况下，伴随着透镜保持架的转动，可以绕光轴转动调整该各向异性。特别是，若使用平面发散型的透镜作为各向异性光芒变更透镜，可以有选择地实现例如以垂直面为基准面的线形光束和以水平面为基准面的线形光束。
图1是示出传感头的电气及光学构成的模式图；图2(a)、图2(b)是可调整偏角的光学系统的作用说明图(之一)；图3(a)、图3(b)是可调整偏角的光学系统的作用说明图(之二)；图4(a)、图4(b)是可调整偏角的光学系统的作用说明图(之三)；图5是可调整偏角的光学系统的作用说明图(之四)；图6(a)、图6(b)是示出将平面玻璃板的微调效果与在光源位置得到同等的微调效果的情况进行比较的说明图；图7是可调整偏角和调整光芒的光学系统的作用说明图；图8是从传感头的斜后方看的立体图；图9是从传感头的斜前方看的立体图；图10是从斜上方看的安装了各种光学组件的光学基座；图11是将构成投射光部的光学组件取出来表示的分解立体图；图12是光轴调整组件的立体图；图13是投射光透镜组件的立体图；图14是可调整光点直径的传感头的分解立体图；图15(a)、图15(b)是可调整光点直径的选择单元的说明图；图16(a)、图16(b)是传感头单体的构成及作用说明图；图17(a)、图17(b)、图17(c)是光点直径调整动作的说明图；图18(a)、图18(b)是可调整光点直径的传感头的说明图；图19是可调整夹缝光的宽度的传感头的分解立体图；图20(a)、图20(b)是可调整夹缝光的宽度的选择单元的说明图；图21(a)、图21(b)是选择单元的透镜支撑结构的说明图；图22(a)、图22(b)是选择单元的透镜支撑结构的说明图；图23(a)、图23(b)是夹缝光照射型的传感头的说明图；图24是夹缝光照射型传感头的模式立体图；图25(a)、图25(b)是夹缝光的宽度调整作用的说明图；图26是夹缝光照射型传感器的应用例(之一)的示意图；图27是夹缝光照射型传感器的应用例(之二)的示意图。
具体实施方式
下面，根据附图详细说明本实用新型的几个优选实施例。下面的实施例仅是本实用新型的一个例子而已，当然本实用新型的宗旨应由权利要求的记载来限定。
图1是示出本实用新型所适用的传感头的电气及光学构成的模式图。图中虽未示出该光电传感器，但该光电传感器是由传感头单元和放大单元构成的被称为放大分离型的发散反射型光电传感器。其中，图1所示的是传感头单元内的主要构成要件。即，在该图中，传感头1是一体地具有投射光部2和接收光部3。在投射光部2内包含有投射光电路21、激光光源22、平行平面玻璃23、投射光透镜24。
投射光电路21的作用是根据图中未示出的放大部所供给的信号适当地驱动激光光源22，由激光光源22射出激光束。另外，该投射光电路21的功能还包括自动功率控制等的激光功率控制。作为激光，例如可以采用可见光激光、红外线激光等。
激光光源22包含有半导体激光元件，根据来自投射光电路21的信号，生成作为检测媒体光的激光而输出。
投射光透镜24具有如下功能将从激光光源22射出后、透过后述的平面玻璃板23而到来的激光聚光，并将其作为投射光束5而向检测对象区域投射。图中所示的投射光透镜24在光轴方向可动地即沿光轴可自由进退地被支撑着，通过使该投射光透镜24沿光轴移动，就可以实现从投射光透镜射出的光线的聚焦点距离调整(光芒调整)。
另外，图中标号4所表示的是放置在离开投射光透镜24的前方适当距离的检测对象区域内的检测物。当恰当地进行先前所说明的使用投射光透镜24的光芒调整时，在检测物4的表面上由投射光束形成微细直径的聚焦点P。
接着，说明作为本实用新型的主要部分的平面玻璃板(平行平面玻璃)23。平面玻璃板23是具有均匀的适当厚度且两面(激光的入射面及射出面)相互平行的玻璃板。该平面玻璃板23可绕正交于由激光光源22和投射光透镜连接成的光轴的轴r转动地被支撑着。如后面的详细说明，通过使该平面玻璃板23转动适当的角度，可以微调投射光束5的光轴偏角。
接着，说明接收光部3的结构。在接收光部3中包含有接收光透镜31、接收光元件32、接收光电路33。从形成在检测物4的表面的聚焦点P产生的发散反射光的一部分5′入射至接收光透镜31。接受光透镜31具有聚光作用，结果，发散反射光5′聚焦于接收光元件的接收光面上。
接收光元件32例如由光电晶体管或光电二极管等构成，生成具有与接收光光量成正比的电平的电信号。这样，由接收光元件32生成的电信号被送往接收光电路33。
接收光电路33将从接收光元件32得来的电信号放大，同时送往未图示的放大部。
这样，图1所示的传感头1一体地具有投射光部2和接收光部3，该投射光部2向放置检测物4的检测对象区域投射作为检测媒体光的投射光束5，该接收光部3接收来自检测对象区域的检测物4的发散反射光。而在投射光部2包含有偏角调整装置，可微调从投射光部2向放置于检测对象区域的检测物4投射的作为检测媒体光的投射光束的光轴偏角。在该例中，偏角调整装置由平行平面玻璃即平面玻璃板23构成，插入在激光光源22和投射光透镜24之间的光路上，且可绕与该光路正交的轴r转动地被支撑着。
而且，在投射光部2中包含有光芒调整装置，用于调整从投射光透镜24射出的光线即投射光束聚焦点距离。在该例中，光芒调整装置由可沿光轴进退自如地支撑着的投射光透镜24构成。
图2(a)、图2(b)是表示使用可自由转动的平面玻璃板的可调整偏角的光学系统的作用说明图(之一)，图3(a)、图3(b)也是该作用说明图(之二)。另外，在这些图中，是从平面玻璃板23的转轴r的方向所见的状态示出包含有激光光源22、平面玻璃板23、投射光透镜24的光学系统。在此，将平面玻璃板23的转轴r的方向设定为Y方向，将同该转动轴r及光轴都正交的方向设定为X方向。另外，将平面玻璃板23的转角设定为θ，将平面玻璃板23与投射光透镜24的平行状态设定为θ＝0°，将平面玻璃板按顺时针方向转动的状态设定为θ的+方向，将按逆时针方向转动的状态设定为-方向。
在图2中，示出了偏角调整前(θ＝0°)的光学系统与偏角调整后(θ＝+45°)的光学系统之间进行的比较。即，如图2(a)所示，偏角调整前的光学系统中，从激光光源22发出的激光以0°入射角入射平面玻璃板23，所以从激光光源22所发出的激光无论是在平面玻璃板23的入射面还是射出面都不会弯折而直线传播。结果，从光源22发出的激光和没有平面玻璃板23一样直线传播，到达投射光透镜24，所以投射光束5的形状根据投射光透镜24的规定的特性而聚光，在放置于检测对象区域的检测物4的表面生成微细直径的聚焦点P0。
如图2(b)所示，在偏角调整后的光学系统中，因为平面玻璃板23处于转动了θ＝45°的状态，所以从激光光源22所发出的激光光束以-45°的入射角射入平面玻璃板23。因此，无论平面玻璃板23的入射面还是射出面光轴都发生弯折，如图中实线所示，从投射光透镜24观察，激光光源22表现为如同略微向X方向的-侧移动一样的状态。结果，如该图中的实线所示，在检测物的略微前面，在向X方向的+侧偏离的位置产生聚焦点P1，实现所谓光轴偏角的微调。
另外，在偏角调整后的光学系统中，平面玻璃板23的弯折作用会略微延长从激光光源22至检测物4的光路长，聚焦点P1比检测物4向前面移动该延长量，检测物4上的实际投射光束的光点直径增大。但是，这种程度的光点直径的增大对实际的检测几乎不产生障碍。可是检测物4在极其微细的情况下会出现一些问题，这种情况可以通过后面所述的光芒调整来解决。
图3中，示出了偏角调整前(θ＝0°)的光学系统与偏角调整后(θ＝-45°)的光学系统的比较。在该情况下，因为平面玻璃板23按逆时针方向转动θ＝-45°，所以从激光光源22射出的激光光束以+45°的角度入射到平面玻璃板23，通过在入射面及射出面光轴弯折，从投射光透镜24观察，激光光源22表现出如同略微向X方向的+侧移动一样的状态。结果，如图中实线所示，在检测物4的略微之前，且向X方向的-侧略微偏离的位置产生聚焦点P2，由此可实现光轴的偏角调整功能。
另外，新的聚焦点P2这时也产生在检测物4的略微之前，结果，在检测物4表面上的实际的光点直径增大，但是和前面所述的情况相同，对检测几乎没有障碍。在有障碍的情况下，利用后面所述的光芒调整功能使聚焦点P2的位置向光轴方向偏移，可以解决问题。
接着，图4示出使用了断面为楔形的非平行平面玻璃25的可调整偏角的光学系统的作用说明图。在该图中，与图2及图3相同的构成部件标注相同的标号而省略说明。
在该例中，在激光光源22与投射光透镜24之间插入有断面为楔形的非平行平面玻璃板25。该玻璃板25可在与X方向即与投射光透镜24平行的方向上往复移动地被支撑着。
在图4(a)中所示的偏角调整前的光学系统中，非平行平面玻璃25固定在X方向的基准位置上，在该状态下，从激光光源22发出的激光光束以规定的入射角(不是0)射入非平行平面玻璃25，所以无论入射面还是射出面光轴都发生弯折，激光光束垂直入射到投射光透镜24。结果，从投射光透镜24射出的投射光束5的光轴与投射光透镜的光轴一致，在放置于检测对象区域内的检测物4的表面产生聚焦点P0。
在图4(b)中示出的偏角调整后的光学系统中，如该图中实线所示，非平行平面玻璃25定位于向X方向的-侧移动规定距离的状态。这时，非平行平面玻璃25的入射面及射出面中的入射角及射出角都不改变，但是非平行平面玻璃25内的光路长增加了板厚增加量，所以从投射光透镜24观察的激光光源22的位置略微向X方向的+侧偏移。结果，如该图中实线所示，在放置于检测对象区域的对象物4的前面，在略微向X方向的-侧偏移的位置上产生聚焦点P1，实现所谓的光轴偏角调整功能。在该情况下，产生在检测物4的表面上的实际的光点直径增大，但是对实际的检测几乎不产生障碍。不过在光点直径增大成为问题的微细检测物的情况下，通过后面所述的光芒调整功能使聚焦点P1的位置向光轴方向偏移，就可以解决这样的问题。
接着，图5示出由激光光源22自身的移动而可以调整偏角的光学系统的作用说明图。在该图中，与图2～图4相同的构成部分标注同一标号而省略说明。
在该例中，激光光源22自身可在X方向上直线移动地被支撑着，由适当的可动机构用来自外部的操作力可使激光光源22自身在X方向上微细移动。
按照这种结构，如图中实线所示，若激光光源22自身在X方向上微细移动，则聚焦点P1的位置可向与激光光源22的移动方向相反的方向偏移该微细移动量，可在检测物4附近的向X方向的+方向略微移动的位置上产生聚焦点P1。另外，检测物4的实际的光点直径增大的问题可以同前述一样利用后面所述的光芒调整功能进行修正。
以上说明的三种偏角调整机构虽然通过适当而平缓的设计操作量与调整量的关系可以容易地投入实用，但其中如图2及图3所示的使用平行平面玻璃的偏角调整机构中，在其原理上可以将操作量与调整量的关系设定成高倍率，结果，可以实现操作性良好且平缓的微调机构。
即，图6示出将平面玻璃板转动机构的微调效果与在光源位置得到同等的微调效果的情况相比较的说明图。
如图6(a)所示，设定平面玻璃板23的板厚为0.55mm的情况下，在实现0°～约2°范围的光轴偏角(γ)的情况下，平面玻璃板23的转动角(θ)为0～45°，可以获得极高倍率的平缓的操作性。
相对于此，若要以激光光源22在X方向上的移动实现相同的聚焦点移动量(例如0.13mm)，激光光源22自身也必须向X方向仅移动-0.13mm这样极其微细的量，操作量与调整量的关系变得极其敏感，若不另外设计相当高倍率的缓冲机构，以操作者的手动操作难以真正实现。
接着，图7示出先前多次叙述过的可进行偏角调整及光芒调整的光学系统的作用说明图。在该例中，通过聚光透镜24自身可沿光轴方向(Z方向)移动，根据偏角调整可将沿光轴方向移动的聚焦点P1的位置修正到检测物4的表面上。
即，如先前在图2～图4中说明的那样，若根据偏角调整增加从激光光源22至检测物4的光路长，新的聚焦点P1或P2略微移动到检测物4的前面，其结果是检测物4上的实际的光点直径增大(成为焦点模糊不清的状态)。但是，如图7所示，若聚光透镜24沿光轴移动，光路长被修正该移动量，使新的聚焦点P1的位置移动到检测物4的表面上，在检测物4的表面上可以正常地形成极其微细的光点。从而，即使是米粒或线绳这样的极其微细的检测对象物，利用本实用新型的偏角调整及光芒调整，正确地照射投射光束，由检测物的有无而引起的反射光量的变化很明确，从而可以提高检测精度。
以上根据模式图概念性地说明了本实用新型，毫无疑问，本实用新型的光电传感器作为具有适当尺寸及形状的传感头单元而能够实现，如此实现的传感头单元的具体的结构的一例由图8～图13示出。
图8示出从传感头的斜后方看的立体图，图9示出从传感头的斜前方看的立体图。从这些图中可以清楚，传感头单元1a的壳体由具有上面板101、下面板102、左侧面板103、右侧面板104、后面板105的宽度相对较窄的长方体状的壳体构成。在传感头单元1a的前面侧，设置有投射接收光窗口106，在该投射接收光窗口106上嵌入有具有透过激光光束(例如红外线)而遮挡可见光性质的塑料制的窗板。另外，在这些图中标号111是用于安装后面所述的选择单元的固定槽。
传感头单元1a的壳体的上面板101上设置有圆孔108，在该圆孔108内配置有光轴调整旋钮107。在壳体的后面板105上也形成有圆孔109，在该圆孔109内配置有光芒调整旋钮110。光轴调整旋钮107及光芒调整旋钮110都是圆筒型的转动式操作件，在其前端分别形成可嵌合一字型改锥的前端的一字型槽107a、110a。
图10是从斜上方看的安装了构成光电传感器的各种光学组件的光学基座的立体图。如该图所示，在光学基座112上，安装有以投射光部2和接收光部3为主体的各种光学部件。
投射光部2包含有光源组件220、光轴调整组件230、投射光透镜组件240。另外，接收光部3包含有接收光透镜组件310、光电变换组件320。
图11是将构成投射光部的光学组件取出来表示的分解立体图。如该图所示，构成投射光部2的光源组件220包含有激光元件221和支撑该激光元件221的投射光基板222。如图12所示，构成投射光部的光轴调整组件230包括构成平行平面玻璃的玻璃板231、压入并固定该玻璃板231的玻璃夹框232、构成该玻璃夹框232的转动滑动面的橡胶制的O型环233、一体地从玻璃夹框232突出的光轴调整旋钮107。如先前所说明的那样，光轴调整旋钮107由圆筒状操作件构成，其前端面形成一字型改锥可插入的一字型槽107a。如图13所示，投射光透镜组件240设置有投射光透镜241、固定投射光透镜241的透镜保持架242、一体地向透镜保持架242的侧方突出的导向块243。在导向块243上形成有后面所述的供螺杆旋入的螺纹孔244。
返回到图10，光源组件220一体地固定于光学基座112上。另一方面，投射光透镜组件240在与光源组件220相面对的状态下，可自由改变其距离。即，如图11所示，构成投射光透镜组件240的导向块243上插通有构成螺杆机构的作为螺杆的轴113，另一方面，在轴113的相对端部，经止轴配件114而设置有光芒调整旋钮110。如图10所示，从上方把止轴配件114压入并牢固地固定在直立设置于光学基座112上的轴支撑部件115内。因此，当用一字型改锥等转动光芒调整旋钮110时，导向块243和轴113的螺合进退作用就可使投射光透镜组件240沿光轴进退。结果，可实现先前说明的光芒调整作用。另外，在图10中，因为接收光部3不是本实用新型的要件所以没有详细说明，标号321是安装接收光元件的接收光元件基板。
按照具有由以上构成形成的构造的传感头单元1a，例如在图8的外观图中，用一字型改锥的前端转动光轴调整旋钮107，就可以实现图2及图3中说明的光轴调整作用，另一方面，通过将一字型改锥插入到光芒调整旋钮110中转动，如先前参照图7说明的那样，可以实现光芒调整操作。所以在工作现场利用其安装孔100a、100b将传感头单元1a安装于支撑部件上后，通过适当操作光轴调整旋钮107及光芒调整旋钮110就可自由地对投射光束的光轴偏角及聚焦点距离进行微调，即使对于比较远方的细微检测对象物，也可以进行正确的定位配合，也可以进行精度乃至灵敏度高的检测运作。
接着，说明对以上所述的附有光芒调整功能的光电传感器单元安装上新开发的选择单元而扩大光电传感器单元的功能所采取的措施。
如图14所示，本实用新型的光电传感器具有传感头壳体10和选择单元11。传感头壳体10是由塑料制成，形成为宽度较窄的长方体状，在其前面侧设置有投射光窗口10a和接收光窗口10b。另外，在传感头壳体10的前端部的上面及下面分别形成有用于安装选择单元11的卡槽111。
另一方面，选择单元11为具有前面板11f及在其上下设置的上支撑片11a、下支撑片11b的截面呈“コ”字形的塑料制部件，在其前面板11f上设置有圆筒状透镜保持架12、四角形状的接收光用窗口11e。而在透镜保持架12内嵌入作为本实用新型的要件的光芒变更透镜13。另外，如图15(a)所示，在上支撑片11a及下支撑片11b的前端部的内侧面上，形成有固定于壳体10侧的卡槽111内的固定爪11c、11d。
将选择单元11按压于壳体10的前面，上支撑片11a、下支撑片11b张开而弯曲，其前端的固定爪11c、11d嵌合于壳体10的卡槽111中，由此选择单元11就紧固地安装于壳体10上。
另外，在该安装状态下，在壳体10侧的投射光用窗口10a的前面配置选择单元11侧的光芒变更透镜13，同时两者的中心相互正好对应一致，所以如图18(b)所示，从内置于壳体10内的激光光源发出的激光光束由壳体10内部的投射光透镜24和保持于选择单元11的光芒变更透镜13双方进行光束整形后，以特定的光束形状向检测对象区域照射。
这时向检测对象区域照射的投射光束的形状由光芒变更透镜13的特性而定。在此作为光芒变更透镜13，可以采用各种特性的透镜。在图15(b)中标号13a表示的是全周均匀发散型的单面凹透镜。该单面凹透镜13a的一面为平面，而另一面为球面或者凹面。因此从平面侧入射的光在球面侧被发散射出。
如18(b)所示，在传感头壳体10内内置有利用螺杆机构而可在光轴方向上自由进退的投射光透镜24，光芒调整旋钮110的转动可自由变更该投射光透镜与激光光源22之间的距离。另外，针对具体的螺杆机构及光芒调整旋钮的结构，如先前参照图11等说明的一样。
现在假设传感头单元1a的特性如同图16(a)及图16(b)一样。即，光芒调整功能的作用可将到投射光束5的聚焦点5a的距离调整在50～300mm的范围内；另外，使聚焦点5a的光点直径为800μm左右。进一步，如图16(b)所示，光芒调整旋钮的操作量与光点直径的关系可以设定为，旋钮位置在“1”处为8mm，旋钮位置在“2”处为800μm，旋钮位置在“3”处为3mm，而沿着连接3点的直线变化。若使用由以上结构构成的光电传感器单元1a及嵌入了如图15(b)所示的全周均匀发散型透镜13a的选择单元11，如图17(a)～图17(c)所示，当图18(b)的各投射光透镜24的位置如a、b、c那样的移动时，从透镜13a射出的投射光束5的光点直径在规定的范围内呈大、中、小变化。
所以根据该例，相对于投射光束5的特性呈聚束型光束，如图17所示，作为传感头单元1a单体，把选择单元11安装于其上，就能够将从选择单元11射出的投射光束5的形状变更成圆形发散型。即，光芒调整旋钮110的转动操作能使图18中的光束直径W1在规定范围内大小变化，在检测物4上形成适当的圆形射束光点，可以实现最恰当的测试环境。
作为应当安装于选择单元11的透镜保持架12上的光芒变更透镜13，并不限定于上述的全周均匀发散型透镜，也可以是仅在圆周上0°及180°位置上平面展开的平面展开型透镜。图19就示出了使用这种平面展开型的光芒变更透镜的例子。
如图19所示，在该例中，对于共用的传感头壳体10，准备有两种选择单元11-1、11-2。在其中一个选择单元11-1的透镜保持架12上，嵌入有向水平方向发散光的平面发散型的光芒变更透镜13b，而在另一个选择单元11-2上嵌入有向垂直方向发散光的平面发散型的光芒变更透镜13c。在此，如图20(b)所示，平面发散型的光芒变更透镜的断面形状为正面图为细长的长方形；侧面图为正方形或者长方形；平面图的一侧为凹面而另一侧为平面。
如图21(a)及图21(b)所示，这些平面发散型的光芒变更透镜13b、13c例如压入嵌合而固定于透镜保持架12内。在图中，标号14是为在选择单元上固定配合透镜13b、13c而开的窗口。
根据图19所示的两种选择单元11-1、11-2，选择其中的任意一个，安装于传感头壳体10上，由此，如图23(a)、图23(b)所示，投射光束5的形状能够做成向垂直方向或者水平方向发散的所谓线形光束状，与传感头壳体10内的光芒变更功能相结合，在实现具有垂直方向的光束宽度为W2或者水平方向的光束宽度为W3的线形光束状的投射光束5的同时，通过光芒调整旋钮110的操作可以任意变更这些光束的宽度。
即，如图24所示，采用选择单元11-2可以得到在垂直方向上发散的宽度为W2的线形光束；而采用选择单元11-1可以实现在水平方向上发散的宽度为W3的线形光束。
在此，如图22(a)及图22(b)所示，透镜保持架的部分是由从选择单元侧突出的内筒12b和在其外周上所嵌入的外筒12a构成，若采用将平面发散型的光芒变更透镜13b或者13c压入嵌合于该外筒12a的中心凹部，使外筒12a相对于内筒12b绕光轴转动，就可以将平面发散型光芒变更透镜的发散方向变更为任意角度方向，若采用这种结构，在采用共用的选择单元11的同时，可以实现自由变更图24所示的水平方向发散特性和垂直方向发散特性。
图25示出如此构成的选择单元的夹缝光的宽度调整的作用说明图。如图25(a)所示，若把夹缝光的尺寸定义为X、Y，如图25(b)所示，对应于由光芒调整旋钮的操作所控制的投射光透镜的位置，也可以自由变更X方向及Y方向的光束宽度。从而，适当设计平面发散型透镜的特性，与根据光芒调整功能的投射光透镜的进退调整相结合，就可以实现具有所希望的光束形状的投射光束。
在图26中，示出了使用如此实现的线形光束状的投射光束5的传感器的具体应用例。在该例中，在整个面绘满了图案的袋体的连续生产工序中，仅向连续袋体6中的条形码6a部分照射投射光束5，就能够不受周围图案部分的影响，而正确的读取条形码。这样，在采用线形光束状的检测光的情况下，适于使用CCD(电荷耦合器件)等作为接收光部的接收光元件。
另一方面，在图27的例中，通过进一步扩大线形光束状的投射光束5的宽度，而将投射光束5的照射区域扩大至传送带7的运送宽度，由此用1台传感器可以有效地检测出从传送皮带7落下的小型部件8。
这样，按照本实用新型的将传感头壳体和选择单元组合起来而构成的光电传感器，可任意变更投射光束5的形状，是产业界的各种应用例都期待的产品。
由以上说明可知，按照本实用新型，在这种长距离型的光电传感器中，可以提高有关于投射光束的各个方面的设定自由度。
特别是，按照本实用新型，即使在固定传感头壳体的情况下，也可以微调投射光束的光轴偏角，另外，在保持传感头壳体自身可共用的情况下，可以自由设定变更投射光束的形状。
权利要求1.一种光电传感器，其特征在于一体或者分体地具有向检测对象区域投射检测媒体光的投射光部和接收来自前述检测对象区域的反射光或者透射光的接收光部；在所述投射光部中包含有产生检测媒体光的光源和投射光透镜，该投射光透镜用于使来自该光源的检测媒体光平行化或者聚光，在所述检测对象区域形成射束光点或者聚焦点；在所述投射光部中还包含有偏角调整装置，可微调从投射光部向检测对象区域投射的检测媒体光的光轴偏角。
2.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于所述偏角调整装置是具有平行的检测媒体光入射面和射出面并根据对所述检测媒体光的配置状态变化而使检测媒体光的入射角变化的透射性媒质。
3.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于所述偏角调整装置是插入在所述光源和所述投射光透镜之间的光路中并且可绕与该光路正交的轴转动地被支撑着的平行平面玻璃。
4.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于所述光源和所述投射光透镜一体地被固定在光学基座上，并且所述平行平面玻璃用玻璃夹框可转动地被支撑在光学基座上，在所述玻璃夹框上还设置有转动操作用的旋钮操作件。
5.如权利要求1～4任意一项所述的光电传感器，其特征在于还具有光芒调整装置，用于调整从所述投射光透镜射出的光线的聚焦点距离。
6.一种光电传感器，其特征在于包含在前面具有投射光用窗口的传感头壳体和选择单元，该选择单元可自由拆装地安装在所述传感头壳体的前面，并且经透镜保持架把光芒变更透镜保持在与所述投射光用窗口整合的位置上；在所述传感头壳体内包含有产生检测媒体光的光源、将来自该光源的检测媒体光聚光并从所述投射光用窗口射出的投射光透镜、用于调整从所述投射光用窗口射出的光线的聚焦点距离的光芒调整装置。
7.如权利要求6所述的光电传感器，其特征在于所述光芒变更透镜是全周均匀发散型的光芒变更透镜。
8.如权利要求6所述的光电传感器，其特征在于所述光芒变更透镜是平面发散型的光芒变更透镜。
9.如权利要求6～8中任意一项所述的光电传感器，其特征在于保持所述光芒变更透镜的透镜保持架可绕光轴转动。
专利摘要一种长距离型的光电传感器，可以提高有关投射光束各个方面的设定自由度。该光电传感器一体或者分体地具有向检测对象区域投射检测媒体光的投射光部和接收来自前述检测对象区域的反射光或者透射光的接收光部，前述投射光部中包含有产生检测媒体光的光源和投射光透镜，前述投射光透镜用于使来自前述光源的检测媒体光平行化或者聚光，并将射束光点或者聚焦点形成在前述检测对象区域内。前述投射光部中还包含有偏角调整装置，可微调从投射光部向检测对象区域投射的检测媒体光的光轴偏角。
文档编号G01J1/02GK2685826SQ03205328
公开日2005年3月16日 申请日期2003年8月5日 优先权日2002年8月7日
发明者及川贵弘, 千贺匡 申请人:欧姆龙株式会社