KR940001142B1 - 포트다이오드의 광반사 스펙트럼을 이용한 물체의 검지장치. - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

포토다이오드의 광반사 스펙트럼을 이용한 물체의 검지장치

제1도는 본 발명에 관한 검지장치의 외관사시도.

제2도는 제1도의 일부단면설명도.

제3도는 제1광학체의 설명도로서, 도면(a)는 외관사시도. 도면(b)는 평면도. 도면(c)는 (b)에서의 c-c선 단면도. 도면(d)는 (b)에서의 d-d선 단면도.

제4도는 제2광학체의 설명도이며, 그 도면의 (a)는 외관사시도, 그 도면의 (b)는 평면도.

제5도는 종래의 평면 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 검지장치 2 : 제1광학채

3 : 제2광학체 3a : 제2반사부

4 : 발광소자 5 : 수광소자(受光素子)

6 : 구동제어회로 21 : 투광렌즈부

22 : 제1반사부 23 : 수광렌즈부

본 발명은 물체의 검지장치로서 특히 정제(錠制)된 약품이나 전자 부품등 비교적 소형의 피검출 물체가 검지공간를 통과하는 것을 정확하게 검지하도록 한 포토 다이오드의 광반사 스팩트럼을 이용한 물체의 검지장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 검지장치로서는 종래 제5도에 나타내는 것과 같은 것이 알려져 있다.

도면에 있어서, 1은 집광렌즈, 발광소자등으로된 장치 본체를 탑재한 하우징 (1 a)과 구동제어회로(45)로 구성되는 소위 투과형의 검지 장치이다.

4는 발광소자로서의 적외선 발광다이오드(4a)를 복수병설한 투광부이고, 41은 각 발광다이오드(4a)에 대향하는 집광렌즈(41a)를 다수 병설하여서 된 집광부이다.

1b는 하우징(1a)의 대략 중앙에 형성되며, 피검지 물체(7)가 통과하는 검지공간이다. 42는 검지공간(1b)을 사이에 두고 집광부(41)에 대향 설치되고, 집광부(41)로부터의 광속(光束)의 입광폭을 제한하여 검출분해 능력을 향상시키기 위한 슬릿트판이다.

44는 상기 슬릿트판(42)을 통하여 집광부(41)로부터 입사하는 광속을 수광하여 광전 변환하기 위한 수광판이며, 평판 형상으로 형성된 실리콘, 포트다이오드 등으로 구성되어 있다.

또한 43은 슬릿트판(42)과 수광판(44)과의 사이에 설치되는 가시광차단 필터이다.

구동제어회로(45)는 전원회로(45a), 투광부(4)의 점등(點燈) 구동회로(45b), 수광판(44)으로 부터의 전기신호를 증폭하기위한 신호증폭회로(45c)로 구성되며, 그 출력신호는 도시되지 않은 컴퓨터등으로 보내어져서 처리된다.

전원이 투입되면, 투광부(4)에 있어서의 각 발광소자(4a)가 점등함으로써, 검지공간(1b)에 광막이 형성된다.

이 광막의 사이로 전자제품, 정제약품 등의 피검출물체(7)가 통과하면, 광속의 일부를 차광하므로, 수광판(44)으로의 입광량이 변화하고, 이것에 의해서 생긴 미약한 전기적 변화를 증폭회로(45c)로 증폭하여 전기신호로서 출력한다.

그리고, 출력신호는 전술한 바와 같이 컴퓨터로 처리되어 피검지물체의 수량 검출등에 이용된다.

그러나, 상기 종래의 검지장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 투광부는 적외선 발광다이오드 등의 발광소자를 다수 사용하여 구성하고 있으므로, 부품코스트, 제조 코스트가 높아질뿐아니라, 소비전류도 증가하여, 검출 코스트가 증가한다. 또한 다수의 발광소자를 사용하므로 발열 대책도 필요하게 된다.

(2) 수광판, 즉, 판 형상으로 형성한 수광소자는 면적이 크므로, 원가 코스트가 높아지고, 외부 입사광이 영향에 약하며 그 양향을 받으면 복사전자파 노이즈를 발생시키게 되므로 오동작(誤動作)이 많이 발생한다.

(3) 집광렌즈로부터 수광판으로 입사되는 광속을 슬리트판에 의해 일부차단하여, 단면판 형상으로 정형(整形)하고 있으므로 발광소자로부터 방사된 광속의 대부분이 무효광속으로 되고, 일부의 광속밖에 이용할 수 없기 때문에 수광판에서의 검지 감도가 저하한다.

본 발명은 구동제어회로기판상에 발광소자 및 수광소자를 간격져 일체로 설치하고, 이러한 발광소자 및 수광소자에 대향하여 투광렌즈부와 수광렌즈부를 일체로 형성하는 한편, 발광소자로부터 수광 소자에 이르는 빛 경로에 반사경을 설치하여, 검지공간에 광막(光膜)을 형성하는 구성을 실현시킴으로서 상기 종래의 문제점을 해결하려고 하는 것이다.

본 발명은 투광렌즈부와 수광렌즈부 및 이들 사이에 설치되는 반사경인 제1반사부로 구성되는 제1광학체는 투명수지재로서 일체로 형성되어 있다. 또, 이 제1광학체에 대향하여 검지공간을 형성하는 제2광학체는 반사경인 제2반사부를 가지며, 제1광학체와 마찬가지로 투명 수지재로서 일체로 형성되어 있다. 그리고 발광소자 및 수광 소자를 갖는 구동 제어회로기판으로 형성되어 있다. 상기 제1광학체는 구동제어회로기판에 인접해 설치되어 있으며, 상기 제2광학체는 제1광학체에 소정의 거리를 두고, 즉, 검지공간을 형성하여 대향 설치되어 있으며 이들 각각은 상자체에 일체로 탑재되고 있다. 구동제어 회로에 있어서의 점등 구동회로에 전원이 투입되고, 발광소자가 발광하여 적외선을 방사하면, 그 앞면에 설치된 제1광학체의 투광렌즈부에 의해서 집광되고, 검지공간을 통하여 대향하는 제2광학체의 제2반사부의 반사경의 중앙부로부터 좌반부로 부채꼴 형태의 광속이 조사되어, 반사경면상에 가늘고 긴 빛의 형상을 투영(投映)한다.

이 광속은 여기에서 첫번째로 반사를 하고, 이때 약간 집광되어서 제1광학체의 제1반사부에 투영된다.

이어서 광속은 제1반사부의 반사경으로 두번째의 반사를 하고, 약간 확산하여 대향하는 제2광학체의 제2반사부에서의 반사경의 중앙에서 우반부에 이른다.

여기에서 세번째의 반사가 이루워지고, 광속은 제1광학체의 수광렌즈부를 통하여 수광소자에 입광하고, 광전(光電)변환된다.

이와같이 하여 검지공간에는 평면 형상의 광막이 형성되고, 피검지 물체는 이 광막을 통과할 때에 검지되는 것이다.

[실시예]

본 발명의 실시예를 도면에 의거 설명한다.

제1도 내지 제4도는 본 발명의 1실시예를 나타내는 도면이다.

제1도는 본 발명에 관한 검지장치이 외관사시도.

제2도는 그 장치의 일부단면 평면도이다.

도면에서 1은 검지장치이며, 검지공간(1b)을 갖는 상자체(1a)내에 후술하는 각 광학체와 기판을 수납하여 구성되어 있다. 2는 투광렌즈부(21), 수광렌즈부(23)및 제1반사부로서의 구면(球面), 또는 원통면의 블록면경(22)이 투명수지재로 일체로 구성된 제1광학체이다.

3은 검지공간(1b)을 사이에 두고, 제1광학체(2)와 대향하여 설치되는 제2광학체이며, 제2반사부인 구면이 오목면 반사경(3a)을 가지며, 투명 수지재에 의해 일체로 형성되어 있다. 4는 발광소자로서 적외선 발광다이오드, 5는 수광소자로서 포토트랜지스터이며, 각각 구동제어 회로기판(6)의 양 끝 부분에 설치되며, 발광소자(4)는 투광렌즈부(21)에, 수광소자(5)는 수광렌즈부(23)에 각각 대향하고 있다.

7은 제1광학체(2)와 제2광학체(3)에 끼워지는 검지공간(1b)을 통과하는 피검지 물체이며, 7a, 7b는 각각 피검지물체(7)가 검지공간(1b)에 전개되는 광막을 통과할때에 형성되는 2가지 경우의 예로서 반사경로를 나타내고 있다.

제3도는 제1광학체(2)의 설명도이며, 그 도면의 (a)(b)는 각각 사시도, 평면도이고(c)(d)는 그 도면(b)에 있어서의 C-C선, d-d선 단면도이다.

제1광학체(2)는 “ㄷ”자형 형상의 기부(基部)에 투광렌즈부(21), 제1반사부로서의 구면, 또는 원통면이 불록면경(22)및 수광렌즈부(23)를 포함하고 투명 수지재로서 일체로 형성되어 있다.

투광렌즈부(21)는 제3도(a)에서는 앞쪽, 도면(b)에서는 아래쪽에 돌출형성되는 제1투광렌즈(21a)와 여기에 대략 대향하는 위치에서 제1투광렌즈(21a)의 반대측에 형성되는 제2투광렌즈(21b)로 구성되어 있다.

제3도(c)에서 나타낸 바와 같이 제1투광렌즈(21a)는 비구면(非球面)이 블록렌즈, 제2투광렌즈(21b)는 비구면이 원통렌즈로 되어 있다.

제1반사부로서의 블록면경(22)은 제3(a)에서 제1광학체(2)의 앞쪽, 도면(b)에서는 아래쪽에 원형오목부분을 돌출시키고, 여기에 진공증착 도금을 하여, 경면(鏡面)을 형성함으로서 돌출부분과 반대면이 불록면경으로서 기능하도록 되어 있다.

수광렌즈부(23)는 비구면이 볼록렌즈인 제1수광렌즈(23a), 비구면의 원통렌즈인 제2수광렌즈(23b)로 구성되어 있으나, 각각의 위치 관계와 기타는 투광렌즈부(21)의 경우와 완전히 동일하다.

제4도는 제2광학체(3)의 설명도이다. 도면(a)는 사시도, 그 도면(b)는 b-b선 단면도이다.

“ㄷ”자 형상을 이루는 제2광학체(3)는 제1광학체(2)의 제2투광렌즈(21b), 제1반사부로서의 오목면의 반사경(3a)을 가지며, 투명 수시재로서 일체로 형성되어, 그 경면에는 진공증착 도금이 되어 있다.

이 실시예에서는 제1반사부로서의 오목면 반사경(3a)은 각각 구면의 같은 모양, 같은 곡률인 우측 오목면 반사경(3a1)과 좌측 오목면 반사경(3a2)으로 구성되어 있으나, 좌우측으로 분할함이 없이, 하나의 오목면경으로 구성 하더라도 좋을 것임은 물론이다.

본 발명은 제1광학체(2), 상기 제1광학체(2)으 후방(도면의 아래쪽)에 인접되고, 발광소자(4), 수광소자(5)를 탑재한 구동제어회로기판(6), 및 제1광학체(2)와 검지공간(1b)을 사이에 두고 대향하는 제2광학체(3)가 상자체(1a)에 각각 수납된 검지장치(1)로 구성되어 있다.

다음에 이 실시예의 작용을 설명한다.

전원 “온”에 의해 구동제어 회로(6)는 도시하지 않은 점등 구동회로에 의해서 발광소자(4)가 적외선을 방사하게 된다. 그러면 앞면에 설치된 투광렌즈부(21)에 의해서 집광되고 검지공간(1b)을 통해서 제2집학체(3)의 좌측 오목면 반사경(3a2)에 조사된다. 즉, 발광소자(4)로부터 투광렌즈부(21)에 입광한 빛은 제1투광렌즈(21a), 제2투광렌즈(21b)를 통과 함으로써, 좌측 오목면 반사경(3a2)을 향하여 부채꼴 모양으로 방사되어서, 경면상에서 옆으로 길고 가느다란 빛의 형상을 투영함과 동시에, 여기에서 첫번째로 반사를 하고, 약간 집광되어 제1반사부의 볼록면경(22)에 투사된다. 이것을 상세히 설명하면, 발광소자(4)로부터 제1투광렌즈(21a)를 통하여 제2투광렌즈(21b)에 도달한 광속(光速)은 제2투광렌즈(21b)가 비구면의 원통렌즈이기 때문에, 이곳을 통과할 때, 상하방향으로 집속되어 제2투광렌즈(21b)와 두께와 거의 같은 두께를 갖는 층상의 광속(光速)이 되어 좌측 오목면 반사경(3a2)에 투사되게 된다. 이와 같이 하여, 광속은 슬리트판을 사용하지 않아도 층상화된다.

이어서 광속은 이 블록면경(22)에서 두번째로 반사를 하면서 약간 확산되고 제2광학체(3)의 우측 오목면 반사경(3a1)에 이른다. 이 경면에 투영되는 빛의 형상은 전술한 좌측 오목면 반사경(3a2)과 동일하게 옆으로 길고 가느다란 것으로 된다.

그리고 이 우측 오목면 반사경(3a1)에서 세번째로 반사를 하여 수광렌즈부(2 3)에 이르며, 그곳에서 집광된 빛은 수광소자(5)에 입광된다.

이 우측 오목면 반사경(3a1)과 수광렌즈부(23)사이에 전개되는 광속은 전술한 좌측 오목면 반사경(3a2)과 투광렌즈부(21)와의 사이와 동일하게 부채꼴로 되며, 제2수광렌즈(23b), 제1수광렌즈(23a)를 통하여 수광소자(5)의 수광면에 집광된다.

이와 같이 하여, 발광소자(4)로부터 출력된 빛은 제1광학체(2)와 제2광학체 ( 3)와의 사이에서 재반사 되는 과정을 반복하는 동작을 하면서 검지공간(1b)에 검지용 광막을 형성한다.

그리고 제2도에 나타내는 바와 같이 검지공간(1b)에 피검지물체(7)가 통과하면 광막의 일부가 차광되고 수광 소자(5)로 입력되는 입광량이 감소하게 되므로 수광소자 (5)로부터 출력되는 전기 신호는 변화를 나타내게 된다.

이 미약한 전기적 변화는 구동제어회로(5)에서의 증폭회로로 증폭되어 출력된다.

그런데 피검지물체(7)가 검지공간(1b)의 광막이 통과할 때에 발생하는 차광부분은 전술한 바와같이 2가지 예로서 발생한다.

즉, 좌측 오목면 반사경(3a2)으로부터 볼록면경(22)으로 향하는 광속에 형성되는 차광부분(7a)과 볼록면경(22)으로부터 우측 오목면 반사경(3a1)으로 향하는 광속에 형성되는 차광부분(7b)과의 2가지 경우이다.

이러한 차광부분(7a), (7b)도 각각 반사를 반복하여 수광소자(5)에 이른다. 그 결과, 피검출물체(7)가 제2도에 나타내는 것과는 크기의 경우에는, 광막을 통과할때 수광소자(5)에는 입광량의 약 3분의 2가 차광되며, 광량의 변화율은 종래 기술과 비교하여 약 2배인 66%에 달하며, 이 결과 검지감도는 현저히 향상된다.

또한 발광소자(4)로부터 수광소자(5)에 이르는 빛의 경로는 반사를 반복하여 길게 이루어지며 광속은 이긴 광로로 재반사되는 과정을 수행하면서 수광소자(5)로 집광하도록 되어 있다. 말하자면 투광렌즈체(21)의 초점거리가 길게 된다. 이 때문에 외부로부터 입사되는 빛의 영향이 매우 적게 된다.

본 발명은 이상에서 기술한 구성 및 작용에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 구동제어 회로기판에 발광소자, 수광소자를 일체로 설치함으로써 최단 배선이 가능하게 되며, 소형화가 실현되고 생상성도 향상되어 제조 크스트가 감소된다.

(2) 발광소자가 1개로 족하므로 보다 소형화가 가능하게되는 한편, 소비전류, 발열양이 감소된다.

(3) 수광소자는 1㎜×1㎜이하의 소편(小片)칩으로 할 수있으며, 종래 기술에서의 포토다이오드의

∼

의 소형화가 가능하다. 따라서, 외부로부터 입력되는 빛에 의한 전자파 노이즈의 영향이 현저하게 감소하여, 검지정밀도가 향상되는 한편, 원가 코스트가 감소된다.

(4) 발광소자의 수광소자와의 사이의 광로가 길어지므로 외부의 입사광의 영향을 받기 어렵게 되므로 가시광컷트 필터가 불필요하게 된다.

(5) 발광소자로부터의 광은 제2투광렌즈에 의해 상하방향으로의 확산이 제한되어 제2투광렌즈의 두께와 거의 같은 두께의 층상의 광속(光束)이 되기 때문에 슬리트판을 통과시켜 광속의 상하부분을 차단하여 층상의 광속을 형성하여 수광소자에 투사하는 종래의 기술에 비하여 광량의 감소 없기 때문에 검지감도가 향상될 뿐 아니라 슬리트판이 불필요하게 되어 소형화가 되며 원가 코스트의 감소가 이루어진다.

(6) 피 검지물체에 의한 차광부부이 2부분에서 형성되므로 차광에 의한 수광 소자로의 입광변화량이 종래에 비하여 약 2배로 되어, 검지 감도가 향상한다.

(7) 투광렌즈부, 제2반사부 및 수광렌즈부는 제1광학체로서, 제2반사부는 제2광학체로서 각각 일체로 형성되어 있으므로 위치 정밀도가 확보됨과 동시에, 조립이 용이하게 되어 생산성이 향상된다.

Claims (1)

1. 발광소자와 수광소자 사이의 공간을 통과하는 피검출체를 검지하는 장치에 있어서, 투광렌즈부(21)와 수광렌즈부(23)사이에 제1반사부(22)를 갖는 투명 수지래로 일체로 형성된 제1광학체(2)와, 제2반사부(3a)를 갖고 상기 제1광학체(2)와 대향하여 피검출체가 통과하는 공간을 형성하는 투명수지재로 형성된 제2광학체(3)와, 상기 투광렌즈부(21)을 통하여 빛을 상기 제2반사부(3a)로 방사하는 발광소자(4)와 상기 수광렌즈부(23)를 통하여 입사하는 빛에 따라서 이것을 전기신호로 변환하는 수광소자 (5)를 구비한 구동제어 회로기판(6)을 상자에 일체로 설치하고, 상기 투광렌즈부(21)는 발광소자(4)로부터 빛이 입사되는 비구면의 볼록렌즈로 이루어진 제1투광렌즈 (21a)와 입사한 빛을 제2반사부(3a)로 방사하는 비구면의 원통렌즈로 이루어진 제2투광렌즈(21b)로 구성되고, 상기 수광렌즈부(23)는 수광소자(4)로 빛을 집광하는 비구면의 볼록렌즈로 이루어진 제1수광렌즈(23a)와 제2반사부(3a)로부터 입사되는 빛을 수광하는 비구면의 원통렌즈로 이루어진 제2수광렌즈(23b)로 구성되고, 상기 제1반사부(22)는 진공증착 도금막으로 거울면이 형성된 구면 또는 원통면의 볼록거울로 구성되고 상기 제2반사부(3a)는 진공증착 도금막으로 거울면이 형성된 오목거울로 구성된 것을 특징으로 하는 검지장치.

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