(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光素子および受光素子と、投光レンズおよび受光レンズとが、前記投光素子から前記投光レンズを介して出射された光に対する反射光の一部が前記受光レンズを介して前記受光素子に導かれる関係をもって配備された反射型光電センサにおいて、
前記投光素子および前記投光レンズによって、前記投光レンズから所定距離を隔てた場所に集光する第１の検出光が出射されると共に、その集光位置の前後の所定範囲における前記第１の検出光の光路に前記受光レンズに入る光の光路が交差し、
前記投光レンズは、
集光レンズとして機能する凸レンズ部を有するレンズ本体と、
前記凸レンズ部よりも前記投光素子に近い側において前記凸レンズ部の裏面の中心部から突出する発散レンズ部とを具備し、
前記発散レンズ部は、前記投光レンズと前記受光レンズとの並び方向に沿って傾斜する傾斜面の傾斜方向を長さ方向とする幅狭の形状を有し、前記発散レンズ部の面積よりも広い面積を有する集光レンズ部により挟まれ、
前記発散レンズ部およびこれに連なる前記レンズ本体の一部は、前記投光素子を光源として、前記受光レンズに入る光の光路に対して前記第１の検出光が交差する範囲より前の位置で前記受光レンズに入る光の光路に交差する第２の検出光を発生させる、反射型光電センサ。
【請求項２】
前記受光レンズは、
集光レンズとして機能する他の凸レンズ部を有する他のレンズ本体と、
前記他の凸レンズ部よりも前記受光素子に近い側において前記他の凸レンズ部の裏面の一部から突出する受光側突出部とを具備し、
前記受光側突出部は、前記投光レンズと前記受光レンズとの並び方向に沿って傾斜する他の傾斜面を含み、
前記傾斜面は、前記受光レンズに入った前記第２の検出光の反射光を前記受光素子に導く、請求項１に記載された反射型光電センサ。
【請求項３】
前記受光側突出部は、前記他の傾斜面の傾斜方向を長さ方向とする幅狭のレンズ体であって、前記受光レンズに対し、少なくとも１個設けられる、請求項２に記載された反射型光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出用の光（以下、「検出光」という。）を投光して、この検出光に対する反射光を受光する構成の光学系を有する反射型光電センサに関する。特に本発明は、検出対象となる範囲を限定した検出処理を行う「限定反射型」の反射型光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
限定反射型光電センサでは、一般に、１つの筐体内に、投光素子および投光レンズを含む投光部と、受光素子および受光レンズを含む受光部とが配備され、投光部から出射された検出光に対する反射光を受光部により受光し、生成された受光量信号に基づき、物体の有無を検出する。
【０００３】
また限定反射型センサには、集光光学系を使用するタイプのセンサと発散光学系を使用するタイプのセンサとの２種類がある。集光光学系を使用するタイプのセンサは、たとえば特許文献１に開示されており、発散光学系を使用するタイプのセンサは、たとえば特許文献２に開示されている。
【０００４】
いずれのタイプのセンサでも、投光部から出た検出光が進行する範囲と、受光部に入射して受光素子に結像する光が進行する範囲との重なり部分が検出エリアとなるが、光学系の特性の違いによって、検出エリアの範囲や検出能力にも違いが生じる。
【０００５】
図１２および図１３は、それぞれ発散光学系および集光光学系による検出の原理を模式的に示すものである。各図において、１０１は投光素子であり、１０２は受光素子であり、１００Ａは投光レンズであり、１００Ｂは受光レンズである。投光レンズ１００Ａおよび受光レンズ１００Ｂは、１つのレンズ部材として連結されて、内部に２つの導光路１０５Ａ，１０５Ｂを有するレンズホルダ１０３の開放端面に装着されている。投光レンズ１００Ａは導光路１０５Ａの前面に、受光レンズ１００Ｂは導光路１０５Ｂの前面に、それぞれ配置された状態となる。投光素子１０１および受光素子１０２は、それぞれ導光路１０５Ａ，１０５Ｂの後端位置に図示しない基板に搭載された状態で支持される。
【０００６】
図１２および図１３では、投光素子１０１からの検出光を一点鎖線により示すと共に、受光素子１０２に入射する光を二点鎖線により示す。
図１２に示すように、発散光学系では、投光レンズ１００Ａから出た検出光が広い範囲に広がり、受光レンズ１００Ｂも広い範囲から光を集める。これにより、図１２中の斜線部分に示すように、センサの近傍で大きく広がる検出エリアを設定することができる。
【０００７】
一方、集光光学系では、図１３に示すように、投光レンズ１００Ａから出た検出光が所定の場所で集光する。受光対象の反射光の範囲も、センサから遠ざかるにつれて狭められるので、図１３中の斜線部分に示すように、検出エリアは、光学系の中心軸付近に限定される。また、センサの近傍の位置では、投光の範囲と受光の範囲とが交わらないので、不感帯となるエリア（図中の領域１１０）が生じる。
【０００８】
前述の特許文献２には、発散光学系のセンサでも同様の不感帯が生じることが示されているが、特許文献２に記載のとおり、発散光学系の場合には、レンズの光軸や曲率などの調整によって検出光が広がる範囲を変更することによって、不感帯を小さくすることができる。
【０００９】
上記のとおり、発散光学系を用いたセンサは、センサから相対的に近い場所における検出（以下、「近距離での検出」という。）に適しているが、検出光はセンサから遠ざかるほど拡散して弱められるので、センサから相対的に遠い場所での検出（以下、「遠距離での検出」という。）の精度を確保するのが困難になる。
【００１０】
これに対し、集光光学系を用いたセンサは、光量密度が高められた検出光を遠方に進行させることができる。また、検出光のビーム径が小さくなるので、検出光を受ける面が傾いている場合でも、その傾きに影響されずに、検出光を受光素子に入射可能な方向に反射させることができる。
よって、集光光学系によれば、遠距離での検出を安定して行うことができるが、センサの近傍位置に不感帯が生じるので、近距離での検出には支障が生じる。
【００１１】
このように、双方の光学系には、それぞれメリットとデメリットとがある。この点に鑑み、特許文献３には、遠距離用の投光素子と近距離用の投光素子とを組み込むと共に、これらの投光素子よりも受光素子を後方に配置することによって、近距離での検出および遠距離での検出の双方を可能にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３２９７９６８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０７０１９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５８２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年は、様々なアプリケーションに適用するために、小型で性能のよいセンサの開発が求められている。また、市場での競争に打ち勝つには、上記の要望を満たすセンサをコストをかけずに生産する必要がある。
【００１４】
特許文献３に記載された発明では、投光素子を２つ組み込むことや、受光素子の位置をずらすことにより、近距離での検出および遠距離での検出の双方が可能になるが、このような構成では、光学系の拡大を招く。また投光素子を増やすと、回路も拡大する上に電力の消費量が増えるので、コスト高になる。
【００１５】
本発明は上記の問題に着目し、光学系に簡易な構成を追加することによって、近距離での検出と遠距離での検出との双方が可能になると共に、小型でコストが削減された反射型光電センサを提供することを、課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、投光素子および受光素子と、レンズホルダに装着された投光レンズおよび受光レンズとが、投光素子から投光レンズを介して出射された光に対する反射光の一部が受光レンズを介して受光素子に導かれる関係をもって配備された構成の反射型光電センサに適用される。この反射型光電センサでは、投光素子および投光レンズによって、投光レンズから所定距離を隔てた場所に集光する第１の検出光が出射されると共に、その集光位置の前後の所定範囲における第１の検出光の光路に受光レンズに入る光の光路が交差する。さらに、投光素子を光源として、受光レンズに入る光の光路に対して第１の検出光が交差する範囲より前の位置で当該受光レンズの光路を交差する第２の検出光を発生させる手段が、レンズホルダに装着またはレンズホルダの一部として配備される。
【００１７】
上記の構成によれば、第１の検出光によって、センサからある程度離れた範囲に検出エリアが設定されると共に、この第１の検出光による検出エリアより前の位置に第２の検出光による検出エリアが設定される。よって、近距離での検出と遠距離での検出との双方を実行することが可能になる。また第２の検出光は第１の検出光と同じ投光素子を光源とするので、光学系が大幅に拡張したり、投光用の回路が複雑になることもない。よって、センサが大型化するのを防ぐことができる。
【００１８】
上記の反射型光電センサの第１の実施形態での投光レンズは、集光レンズによるレンズ本体と、このレンズ本体の裏面の一部から突出する投光側突出部とを具備する。投光側突出部には、投光レンズと受光レンズとの並び方向に沿って傾斜する傾斜面が含まれ、当該投光側突出部およびこれに連なるレンズ本体の一部が第２の検出光を発生させる手段として機能する。
【００１９】
さらに第１の実施形態では、受光レンズについても同様に、集光レンズによるレンズ本体と、このレンズ本体の裏面の一部から突出する受光側突出部とを具備する構成にすることができる。この場合の受光側突出部にも、投光レンズと受光レンズとの並び方向に沿って傾斜する傾斜面が含まれ、当該受光側突出部およびこれに連なるレンズ本体の一部が、受光レンズに入った第２の検出光の反射光を受光素子に導く手段として機能する。
【００２０】
上記の投光側突出部や受光側突出部は、傾斜面の傾斜方向を長さ方向とする幅狭のレンズ体とするのが望ましい。このレンズ体は、対応するレンズに対して少なくとも１個設けることができる。また、突出部が複数設けられる場合には、それぞれの位置に応じて傾斜面の向きを調整して、各傾斜面を介した光がレンズ本体の中央部に集まるようにしてもよい。
【００２１】
第１の実施形態は、集光レンズを本体とする投光レンズの裏面に投光側突出部を設けることによって、この投光レンズに光を発散する機能を加えたものである。レンズの裏面での突出であれば、投光素子と投光レンズとの間の導光路に突出部を位置づけることができるので、光学系が拡大するおそれがない。また加工も容易である。
【００２２】
一方、第２，第４の実施形態では、投光レンズおよび受光レンズとして集光レンズを使用し、他の部材によって、第２の検出光を発生させる。
【００２３】
第２の実施形態では、レンズホルダの前端部に、投光レンズの一部に対向する箇所から突出する投光側突出部を備えたカバー体が装着される。この投光側突出部には、投光レンズと受光レンズとの並び方向に沿って傾斜する傾斜面が含まれ、当該投光側突出部およびこれに連なるカバー体の一部が第２の検出光を発生させる手段として機能する。
【００２４】
さらに、第２の実施形態では、カバー体の受光レンズの一部に対向する箇所にも、同様の傾斜面を有する受光側突出部を設けることができる。この受光側突出部およびこれに連なるカバー体の一部が、カバー体に入った第２の検出光の反射光の光路を、受光レンズを介して受光素子へと向かう方向に変更する手段として機能する。
【００２５】
第２の実施形態における投光側突出部や受光側突出部も、傾斜面の傾斜方向を長さ方向とする幅狭のレンズ体とするのが望ましい。このレンズ体は、対応するレンズに対して少なくとも１個設けることができる。また、突出部は、カバーの背面（投光レンズや受光レンズに対向する側の面）に設けても良いし、カバーの前面（検出光が出射される面）に設けてもよい。
【００２６】
第２の実施形態によれば、レンズホルダの前端部に装着するカバー体に簡易な構成を追加することにより、レンズホルダ内の主要な光学系の構成を変更することなく、第２の検出光を発生させることが可能になる。
【００２７】
第３の実施形態では、レンズホルダの投光素子側の内壁面に、投光素子から内壁面に向かう光を投光レンズに向かう方向へと屈折させる光学部材が設けられる。この光学部材および投光レンズのうちの当該光学部材が屈折させた光を受ける部分が、第２の検出光を発生させる手段として機能する。
【００２８】
さらに、第３の実施形態では、レンズホルダの受光素子側の内壁面に、受光レンズに入った後に受光素子側の内壁面へと向かう光を受光素子へと導くための第２の光学部材を設けることができる。
【００２９】
第３の実施形態によれば、レンズホルダの内壁面に設けられた光学部材と集光レンズによる投光レンズとによって第２の検出光を発生させるので、レンズホルダ内の光学系の構成を変更することなく、第２の検出光を発生させることが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、集光光学系による第１の検出光では検出することができないセンサの近傍の領域に第２の検出光を導くことにより、近距離での検出および遠距離での検出の双方が可能になる。第２の検出光は、第１の検出光と同じ投光素子を光源とするもので、レンズホルダに装着される部材（レンズやカバーなど）やレンズホルダ自体に簡単な構成を追加することによって第２の検出光を発生させることができる。
よって、センサを大型にすることなく、検出能力を高めることができる。さらに、コスト高になることがないので、手頃な価格での提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用された反射型光電センサの光学系の第１実施例の構成および検出の原理を示す図である。
【図２】図１の光学系の具体的な構成を示す斜視図である。
【図３】光学系に組み込まれるレンズ部材の構成を示す斜視図である。
【図４】上記レンズ部材の正面図、背面図、側面図を並べて示す図である。
【図５】第１および第２の検出光の光路と検出エリアとの関係を示す図である。
【図６】光を発散させる機能が組み込まれた光学系の他の例を、その問題点と共に示す図である。
【図７】レンズ本体に対する突出部の基本構成と共に、突出部の個数や配置位置の変形例を示す図である。
【図８】本発明が適用された反射型光電センサの光学系の第２実施例の構成および検出の原理を示す図である。
【図９】本発明が適用された反射型光電センサの光学系の第３実施例の構成および検出の原理を示す図である。
【図１０】本発明が適用された反射型光電センサの光学系の第４実施例の構成および検出の原理を示す図である。
【図１１】本発明が適用された反射型光電センサの光学系の第５実施例の構成および検出の原理を示す図である。
【図１２】発散光学系による検出の原理を示す図である。
【図１３】集光光学系による検出の原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明が適用された反射型光電センサの光学系の構成を、検出の原理と共に示す。
この実施例の光学系には、投光素子１および受光素子２と、これらの素子１，２の前に配備されたレンズ部材３と、レンズ部材３を前端部で支持するレンズホルダ４とが含まれる。投光素子１および受光素子２は後記する回路基板５に搭載されて、レンズホルダ４の背後に配備される。レンズホルダ４の背面には、投光素子１および受光素子２に対応する箇所にそれぞれ開口部４１，４２が設けられる。またレンズホルダ４の内部には壁部４０が設けられ、この壁部４０によって、レンズホルダ４内の空間が投光用の導光路４３Ａと受光用の導光路４３Ｂとに二分される。このレンズホルダ４の構成に鑑み、図１をはじめとする各図では、壁部４０の中心位置に対応する位置に、光学系の中心軸Ｃを設定する。
【００３３】
この実施例のレンズ部材３は、投光レンズ３Ａと受光レンズ３Ｂとを連結させた構成のものである。両レンズ３Ａ，３Ｂの境界部分には、壁部４０に対応する幅の孔部３６（後記する図３，図４を参照。）が形成されており、この孔部３６に壁部４０を挿入し、両側縁をレンズホルダ４の内壁面の段部（図示せず。）に当接させることにより、レンズ部材３はレンズホルダ４の前端部に支持された状態となる。
【００３４】
投光レンズ３Ａと受光レンズ３Ｂとは、中心軸Ｃを基準に対称な形状となるので、細部の構成を同じ符号で示すことにする。この実施例のレンズ３Ａ，３Ｂは、それぞれ前面を凸面とするレンズ本体３０と、このレンズ本体３０の背面の一部から突出する突出部３１とを有する。レンズ本体３０の背面の突出部３１を除く部分は平坦面となる。
【００３５】
突出部３１は、レンズ３Ａ，３Ｂの並び方向に沿う方向を長さ方向とする幅狭のレンズ体であって、他方のレンズに近づくにつれて厚みが増す。具体的には、突出部３１の両側面が三角形となり、各側面の間の幅狭の背面３２が、投光レンズ３Ａと受光レンズ３Ｂとの並び方向に沿って傾斜する傾斜面となる。
【００３６】
各レンズ本体３０の主要部は集光レンズであるが、突出部３１に厚み方向で連なる箇所と突出部３１とによって、光を発散させる機能が生じる。投光素子１から出た光は、導光路４３Ａを広がりながら進行して投光レンズ３Ａの背面全体に照射されるが、突出部３１を通過した光とそれ以外の場所を通過した光とでは、それぞれ辿る光路が異なる。受光レンズ３Ｂでも、同様に、突出部３１に対応する箇所とそれ以外の箇所とでは、集光対象の光の光路が異なるものになる。
【００３７】
図１では、投光レンズ３Ａ内の集光レンズの機能により生じる検出光を「第１の検出光」として、その主要な光路を一点鎖線により示し、突出部３１を通過した光により生じる検出光を「第２の検出光」として、その主要な光線を点線により示す（後記する図８〜図１１でも同じ。）。また、図中、検出対象物として、平板形状のワークＷＦ，ＷＮを示す。
【００３８】
投光素子１から投光レンズ３Ａに入った光の大半は緩やかに屈折して、中心軸Ｃに徐々に近づきながら進行し、センサからかなり離れた地点で中心軸Ｃに到達する。中心軸Ｃに近い位置に進んだ第１の検出光を受けたワークＷＦからの反射光は、中心軸Ｃから徐々に離れながら進行して受光レンズ３Ｂに入り、受光素子２へと導かれる。
【００３９】
一方、投光レンズ３Ａの裏面の突出部３１に導かれた光は、その傾斜面３２がプリズムとして機能するため大きく屈折してレンズ本体３０に入り、凸状の前面へと導かれる。この結果、前面の突出部３１に対応する帯領域から、周囲よりも急な角度で屈折する光が出射される。この光は、第１の検出光を受光可能な範囲よりも前方の位置で中心軸Ｃや受光側の光路に交差する第２の検出光となる。
【００４０】
受光レンズ３Ｂでも、同様の機能により、第１の検出光により検出できる範囲より前に位置するワークＷＮで反射した第２の検出光を、レンズ本体３０から突出部３１を介して受光素子２へと導く。
【００４１】
上記のとおり、この実施例の投光レンズ３Ａおよび受光レンズ３Ｂは集光機能を有するレンズ本体３０の一部に発散機能が付加されたものである。言うなれば、これらのレンズ３Ａ，３Ｂと投光素子１および受光素子２とにより、集光光学系と発散光学系との双方の要素を併せ持つハイブリッド型の光学系が設定される。
この光学系では、１つの投光素子１からの光により２種類の検出光を発生させることができると共に、各検出光に対する反射光を受光することができる。
【００４２】
各レンズ本体３０の主要部は集光レンズであるので、第１の検出光を十分な強度で集光させて、遠距離での検出を安定させることができる。
光を発散させる機能を有する箇所の割合は小さいが、裏面の突出部３１の傾斜角度や前面の曲率などの調整によって、後述するように、第１の検出光のみによる検出では不感帯となるセンサ近傍の領域に第２の検出光を発散させることが可能になる。よって、近距離での検出精度を確保することも可能になる。
【００４３】
以下、図１に示した光学系を具体化した実施例について、詳細に説明する。
図２は、光学系の全体構成（レンズホルダ４内の構成）を示す斜視図であり、図３は、この光学系で使用されるレンズ部材３の背面側の構成を示す斜視図である。さらに図４では、当該レンズ部材３の正面図（１）、背面図（２）、および側面図（３）を並べて示す。
【００４４】
図２において、１０は投光素子１を含むパッケージであり、２０は受光素子２を含むパッケージである。なお、受光素子２を収容するパッケージ２０は、受光量信号を処理する回路が組み込まれたフォトＩＣとして構成することができる。
【００４５】
各パッケージ１０，２０は回路基板５に支持および電気接続される。また、図２の例では、レンズホルダ４の周壁がやや延長されて、その延長部分にパッケージ１０，２０を保護するための保護ホルダ６が一体に設けられている。回路基板５は、レンズホルダ４の背面側の開口端面と図示しない基板ホルダとの間に支持され、これにより基板５上のパッケージ１０，２０が保護ホルダ６内に位置づけられる。
【００４６】
この実施例のレンズ部材３は、投光レンズ３Ａと受光レンズ３Ｂとを、両側縁に延びる一対の連結部３３，３４により連結した構成のものである。投光レンズ３Ａと受光レンズ３Ｂとは、各連結部３３，３４によって、若干の隙間３６を挟んで対向する状態で連結される。この隙間３６が壁部４０を挿入するための孔部として機能する。また、一方の連結部３３の中央部には、外側に突出する突片３５が形成される。
【００４７】
上記構成のレンズ部材３は、レンズホルダ４の前面の開口端縁よりやや内部に入った位置に支持される。各連結部３３，３４はレンズホルダ４の内壁に設けられた段部に支持される。また、突片３５が形成された連結部３３に対応する段部には、突片３５を挿入するための凹部が連続形成されている。この凹部と突片３５との係合と、挿入孔３６に壁部４０を貫通させることとによって、レンズホルダ４へのレンズ部材３の位置合わせが完了する。
【００４８】
なお、図２には示していないが、後記するように、レンズホルダ４の前面の開口端縁には、透光性を有するカバー７が装着される。このカバー７は、レンズ部材３やレンズホルダ４の内部に埃などが付着するのを防ぐためのものであるが、若干の曲率をもつレンズ部材３をカバーとして、各検出光の光路を調整してもよい。
【００４９】
また、図３の斜視図や図４（３）の側面図によれば、この実施例のレンズ部材３では、突出部３１の傾斜面３２のうち、中心軸Ｃ側の端部（一番厚みのある箇所）を切り欠いて平坦面にしているが、図１の例と同様に、突出部３１の背面全体を傾斜面にしてもよい。また、傾斜面３２の傾斜の変化は直線状に限らず、曲面状に変化させてもよい。
【００５０】
図４（２）の背面図では、各レンズ３Ａ，３Ｂの光の発散機能を持つ箇所を符号ＤＬにより示し、その両側の収束する光を出射する箇所を、それぞれ符号ＣＬ１，ＣＬ２により示す。以下、説明の便宜のため、ＤＬを発散レンズと呼び、ＣＬ１，ＣＬ２を集光レンズと呼ぶ。
【００５１】
この図４（２）に示すように、この実施例のレンズ３Ａ，３Ｂでは、レンズ本体３０の短手側の幅の中心部に幅狭の発散レンズＤＬ（突出部３１およびレンズ本体３０内で厚み方向に沿って突出部３１に連なる部分）が位置し、これを挟んで、面積の広い集光レンズＣＬ１，ＣＬ２が位置する。この構成の投光レンズ３Ａによれば、各集光レンズＣＬ１，ＣＬ２から十分な強度で第１の検出光を出射することができるので、遠距離での検出精度を確保することができる。また、レンズ本体３０の前面内の最も前方にせり出す中心部の帯領域から発散光を出射することができるので、小さな領域であっても十分な発散機能を確保することができ、第２の検出光による検出精度も確保することができる。
【００５２】
図５は、上記構成の光学系における各検出光の光路とこれらにより設定される検出エリアとの関係を模式的に表したものである。具体的には、集光レンズＣＬ１，ＣＬ２による第１の検出光を一点鎖線で表し、その反射光を二点鎖線で表す一方、発散レンズＤＬによる第２の検出光とその反射光をそれぞれ異なる塗りパターンにより表す。
【００５３】
また図５では、レンズホルダ４内のレンズ部材３を、外側の輪郭線のみにより示している。この輪郭線から明らかなように、投光レンズ３Ａおよび受光レンズ３Ｂの各傾斜面３２は、それぞれ投光素子１および受光素子２の光路の幅全体に対応する範囲に位置づけられる。
【００５４】
図５によれば、投光レンズ３Ａ内の集光レンズＣＬ１，ＣＬ２による第１検出光は、光学系の中心軸Ｃ上のａ点を中心とする範囲に集光する。この第１検出光の進行範囲（一点鎖線で示す範囲）と、受光レンズ３Ｂ内の集光レンズＣＬ１，ＣＬ２を介して受光可能な光が進行する範囲（二点鎖線で示す範囲）とが重なり合う領域Ｒ１（斜線パターンで示す。）が、第１検出光による検出エリアとなる。
以下、この検出エリアＲ１を第１検出エリアＲ１と呼び、当該第１検出エリアＲ１の前方で中心軸Ｃに交わる点をｂ点とする。
【００５５】
投光レンズ３Ａ内の発散レンズＤＬからの第２検出光は、前面の帯状凸面から中心軸Ｃに向かう方向に大きく屈折する。図５の例では、この第２検出光の光束が、第１検出エリアＲ１より前方の位置で、中心軸Ｃおよび受光レンズ３Ｂの光路に交差するように、突出部３１の傾斜角度やレンズ本体３０の前面の曲率を調整している。受光レンズ３Ｂも投光レンズ３Ａと同様の構成を有するので、受光レンズ３Ｂ側の発散レンズＤＬを介して受光素子２へと導かれる反射光の範囲も、第１検出エリアＲ１より前方の位置で中心軸Ｃに交差するようになる。
【００５６】
図５では、第２の検出光の進行範囲（点線のパターンで示す。）と、受光レンズ３Ｂ内の発散レンズＤＬにより受光可能な光が進行する範囲（網点パターンで示す。）とが重なり合う領域Ｒ２の境界線を極太線にして示す。この領域Ｒ２が第２検出光による検出エリアとなる。以下、この検出エリアＲ２を第２検出エリアＲ２と呼ぶ。
【００５７】
第２検出エリアＲ２は、センサの直近位置から広がって第１検出エリアＲ１に連なっているので、双方の検出エリアＲ１，Ｒ２を合わせた範囲、すなわち第２検出エリアＲ２の前端位置から第１検出エリアＲ１の後端位置（図５には示さず。）までの範囲で物体を検出することが可能である。
【００５８】
２つの検出エリアＲ１，Ｒ２により保証できる検出距離は、条件により種々に変動するが、一例として、センサから約４０ｍｍ離れた場所に第１の検出光が集光する場合には、センサから７０〜８０ｍｍ離れた範囲まで、安定した検出が可能であった。また、センサの直近の位置から第１の検出光の集光点までの範囲でも、安定した検出が可能であった。
一方、センサから１００ｍｍ以上離れた場所に置かれたワークに対し、「物体あり」の検出結果が得られることはなかった。
【００５９】
なお、図５によれば、第２の検出光の進行範囲は、第１検出エリアＲ１より前の位置で、受光レンズ３Ｂ内の集光レンズＣＬ１，ＣＬ２を介して受光される光の範囲（二点鎖線）を横切っているので、この二点鎖線の範囲と第２の検出光の進行範囲とが交差する領域内で物体を検出することが可能である。よって、受光レンズ３Ｂに発散機能を設けずに集光機能のみとしても、ある程度大きなワークであれば、第１検出領域Ｒ１より前方での検出が可能になる。
しかしながら、受光レンズ３Ｂ内に発散レンズＤＬを設ければ、センサの近傍の広い範囲で安定した検出を行うことができる。また、センサ近傍でも、中心軸Ｃ付近での検出の精度が確保されるので、微小な物体でも、安定して検出することが可能になる。
【００６０】
つぎに、上記実施例の比較例として、集光光学系と発散光学系との機能を併せ持つ光学系の他の例を図６に示す。
この例では、本体の裏面に複数の凹部３０１が一列に形成された構成のレンズ３００Ａ，３００Ｂを使用する。各凹部３０１は、レンズ本体の厚み方向に沿う一面が傾斜する形状に形成されている。
【００６１】
この構成によれば、投光レンズ３００Ａでは、投光素子１から凹部３０１に導かれた光を、その傾斜面によって中心軸Ｃの方に屈折させる。また受光レンズ３００Ｂでも、図中の斜め下方からレンズ本体に入って凹部３０１の傾斜面に到達した光を屈折させて受光素子２の方へと導く。よって、凹部３０１の配列に厚み方向において連なる箇所と凹部３０１の配列とにより、センサの近傍に発散光を出射することができる。
【００６２】
しかし、図６中の極太矢印Ｐに示すように、この構成の投光レンズ３Ａでは、微小な凹部３０１内で多重反射した光が中心軸Ｃに向かう方向とは異なる方向からレンズ本体に入射するなどして、各検出光の光路として想定している範囲から外れた方向に光が出射される可能性がある。受光レンズ３Ｂでも、受光可能な反射光光路として想定している範囲とは異なる方向からの光が、凹部３０１で反射するなどして受光素子２へと導かれるおそれがある。
【００６３】
このように、レンズ本体の裏面の微小な凹部３０１の配列により光を発散させる構成を採用すると、検出の精度を確保するのが困難になる。しかも、微小な凹部３０１を有するレンズ部材を成型するには複雑な金型が必要になり、コスト高を招く。
【００６４】
これに対し、図１〜５に示したレンズ部材３では、レンズ本体３０の裏面に、その径方向に沿って一連に延びる突出部３１を形成するので、金型を複雑にすることなく成型することができる。また、傾斜面３２を突出部３１のほぼ全域に形成することにより、図５に示すように、投光素子１からの光や受光素子２への光が広がる範囲全域に傾斜面を合わせることができるので、傾斜面３２と切り欠き部分との境界の角部などに照射された光が想定外の方向に進むおそれもない。よって、検出の精度を確保することができる。
【００６５】
なお、上記の実施例では、レンズ本体３０の中央部に１つのみ突出部３１を形成したが、突出部３１の個数や形成位置はこれに限定されるものではない。
【００６６】
図７では、レンズ部材３内の１つのレンズ（投光レンズ３Ａまたは受光レンズ３Ｂ）を図示の対象として、突出部３１の形成に関する変形例を示す。
【００６７】
まず、図７（１−ａ）および図７（１−ｂ）は、先の図１〜４の実施例に準じた構成のレンズの背面図および側面図である。突出部３１は、レンズ本体３０の短手方向の幅の中央部に形成され、厚み部分を徐々に変化させることにより、裏面３２が傾斜する。これが突出部３１の基本構成である。
【００６８】
図７（２）（３）の例は、上記の基本構成を維持しながら、突出部の個数を増やしたものである。
図７（２）の例では、レンズ本体３０の中央部にではなく、一対の突出部３１ａ，３１ｂを、レンズ本体３０の各側縁に沿って配置している。図７（３）の例では、図７（１）と同様の中央部の突出部３１と、図７（２）に示した突出部３１ａ，３１ｂとの計３個を配置している。
【００６９】
図７（２）（３）の例に限らず、集光光学系による検出に影響が及ばない範囲で、突出部３１の個数を増やすことにより、発散反射型の光学系による第２の検出光の強度を高め、近距離での検出を安定させることができる。
また、突出部３１の個数を増やした場合には、図７（４）に示すように、両側の突出部３１ａ，３１ｂの断面形状を直角三角形として、その斜辺に対応する面を外側に位置づけると共にこの面を傾斜させてもよい。このようにすれば、投光レンズ３Ａでは、各突出部３１，３１ａ，３１ｂの傾斜面を通過した光をレンズ本体３０の中心部に集めて出射させることができる。また、受光レンズ３Ｂでも、投光レンズ３Ａとは逆の経路に従って、レンズ本体３０の中心部に入射して各突出部３１，３１ａ，３１ｂの傾斜面に達する反射光を、受光素子２へと集めることができる。
【００７０】
以上に記述した第１実施例の利点をまとめる。
この第１実施例では、裏面に突出部３１を有するレンズ部材３を使用するので、投光レンズ３Ａおよび受光レンズ３Ｂのレンズ本体３０の大きさを従来と同様に維持することができる。また、突出部３１はレンズホルダ４の導光路４３Ａ，４３Ｂ内に入る大きさであるので、レンズホルダ４の構成や大きさを変更する必要もない。
よって、光学系の大きさを従来と同程度に維持することができる。その一方で、２種類の検出光によって遠距離での検出および近距離での検出の双方を実施することができるので、従来の限定反射型センサや拡散反射型センサと比較すると、検出能力が大幅に高められる。
【００７１】
また、上記のレンズ部材３の成型は容易であるので、コストが高くなることもない。よって、小型で検出能力が高められた反射型光電センサを、手頃な価格で提供することが可能になる。
【００７２】
つぎに、図８〜１１を参照して、レンズ部材３以外の手段によって、同様の２種類の検出光を発生させる光学系に関する実施例を、４例説明する。なお、いずれの例の光学系も、基本的な構成は図１と同様であるので、対応する箇所を同じ符号で示すことにより、説明を省略または簡単にする。各図において、一点鎖線は第１の検出光およびその反射光の光路であり、二点鎖線は第２の検出光およびその反射光の光路である。また、センサから離れた場所にあるワークをＷＦとし、センサに近い場所にあるワークをＷＮとする。
【００７３】
図８に示す実施例の光学系は、レンズホルダ４の前面に取り付けられるカバー７の裏面に、一対の突出部７１，７１を形成したものである。図８では、光学系全体の構成を示す図（図８（１））と共に、カバー７の背面図（図８（２））を示す。
【００７４】
図８（２）に示すように、各突出部７１は、カバー７の短手方向の幅の中心部に並んでいる。先の実施例のレンズ部材３の突出部３１と同様に、各突出部７１は、他方の突出部７１に近づくにつれて厚みが増し、これにより背面７２が傾斜面となる。
カバー７がレンズホルダ４に取り付けられると、図８（１）に示すように、一方の突出部７１は投光レンズ３Ａの前方に位置し、他方の突出部７１は受光レンズ３Ｂの前方に位置する状態になる。
【００７５】
レンズ部材３は、先の実施例と同様に、投光レンズ３Ａと受光レンズ３Ｂとを連ねて構成されるが、この実施例のレンズ３Ａ，３Ｂには、一般的な集光レンズが用いられる。
投光素子１から出て投光レンズ３Ａに入った光の大半は緩やかに屈折してカバー７を通過し、第１の検出光として遠方に向けて出射される。中心軸Ｃに近い位置に進行した第１の検出光を受けたワークＷＦからの反射光は、中心軸Ｃを徐々に離れながら進行してカバー７および受光レンズ３Ｂを通過し、受光素子２へと導かれる。
【００７６】
投光素子１および投光レンズ３Ａを介した光の一部は、カバー７の突出部７１の傾斜面７２に照射され、そのプリズム作用によって大きく屈折して、センサの近傍位置で中心軸Ｃや受光側の光路に交差する。この光が第２の検出光として機能する。
【００７７】
センサの近傍に位置するワークＷＮで反射した第２の検出光は、受光素子２へと導くことができない方向に進むが、カバー７の突出部７１に入った反射光は、傾斜面７２で大きく屈折して受光レンズ３Ｂに入り、受光素子２へと導かれる。これにより、第１の検出光により検出可能な範囲より前方に位置するワークＷＮを第２の検出光により検出することが可能になる。
【００７８】
図９の実施例も、突出部を有するカバー７を使用するものであるが、この例では、カバー７の前面側に一対の突出部７１ａ，７１ａが形成される。各突出部７１ａの厚みは、図８の例とは逆に、他方の突出部７１ａに近づくにつれて小さくなる。したがって、傾斜面７２ａの傾斜の方向も、図８の傾斜面７２とは逆になる。
【００７９】
上記の構成でも、投光素子１から出て投光レンズ３Ａに入った光の大半は緩やかに屈折してカバー７を通過し、第１の検出光として遠方に向けて出射される。中心軸Ｃに近い位置に進行した第１の検出光を受けたワークＷＦからの反射光は、中心軸Ｃを徐々に離れながら進行してカバー７および受光レンズ３Ｂを通過し、受光素子２へと導かれる。
【００８０】
投光レンズ３Ａからカバー７の突出部７１ａに入った光は、その傾斜面７２ａで大きく屈折して、センサの近傍位置で中心軸Ｃや受光側の光路に交差する状態になる。この光が第２の検出光として機能する。
センサの近傍に位置するワークＷＮで反射した第２の検出光は、受光素子２へと導くことができない方向に進むが、受光側の突出部７１ａに達した反射光は、その傾斜面７２ａによって大きく屈折し、受光レンズ３Ｂを介して受光素子２へと導かれる光に転換される。これにより、第１の検出光により検出可能な範囲より前方に位置するワークＷＮを第２の検出光により検出することが可能になる。
【００８１】
図１０の実施例では、レンズホルダ４内の各導光路４３Ａ，４３Ｂにそれぞれミラー８Ａ，８Ｂを設けることによって、第２の検出光の光路を確保したものである。各ミラー８Ａ，８Ｂは、それぞれ対応する導光路４３Ａ，４３Ｂの周壁側の内壁面に装着、または前面を露出させた状態で内壁面に埋め込まれる。
【００８２】
この実施例の投光レンズ３Ａおよび受光レンズ３Ｂも通常の集光レンズである。また、図１０では示していないが、レンズホルダ４の開口端面に装着されるカバー７も、突出部のない通常の形態のものである。
【００８３】
投光レンズ３Ａに入る光の大半は緩やかに屈折して、中心軸Ｃに徐々に近づく第１の検出光として出射され、遠方の地点に集光する。しかし、投光素子１から導光路４３Ａの周壁に向かった光はミラー８Ａで正反射して大きく屈折する。これにより、最初の図１の実施例の傾斜面３２によるのと同様の効果が生じ、レンズ３Ａから大きく屈折する光が出射される。この光が第２の検出光として機能する。
【００８４】
中心軸Ｃに近い位置に進行した第１の検出光を受けたワークＷＦからの反射光は、中心軸Ｃを徐々に離れながら進行して受光レンズ３Ｂを通過し、受光素子２へと導かれる。センサの近傍で反射した第２の検出光は、受光レンズ３Ｂを通過して導光路４３Ｂの周壁へと導かれる可能性が高いが、内壁面のミラー８Ｂでこの光を受光素子２の方へと反射させて、受光素子２に結像させることができる。
よって、この構成でも、レンズ部材３やカバー７に突出部を設けた構成と同様に、第２の検出光を発生させると共に、その反射光を高い確度で受光し、遠距離での検出と共に近距離での検出を可能にすることができる。
【００８５】
図１１の実施例も、図１０の実施例と同じく、投光素子１から周壁に向かう光を投光レンズ３Ａに向かう方向へと屈折させる光学部材を用いるものである。この実施例の投光側の導光路４３Ａには、ミラー８Ａに代えて、前後に開口部９１，９２を有する絞り部材９が設けられる。この絞り部材９は、光通路を限定することにより光を集光するもので、導光路４３Ａの後端部の周壁の内壁面に一体に設けられる。
【００８６】
この構成により、絞り部材９では、投光素子１からレンズホルダ４の周壁に向かって進行した光を背面側の開口部９２から受け入れて集光し、これを前方の開口部９１を介して前方に導く。この方式により、図１０の例のミラー８Ａからの反射光と同様の方向からの光を投光レンズ３Ａに入射させて、これを投光レンズ３Ａで大きく屈折させ、センサの近傍位置で中心軸Ｃを横切る第２の検出光として出射することが可能になる。
【００８７】
受光側の導光路４３Ｂには、図１０の例と同様の位置にミラー８Ｂが設けられている。よって、図１０の例と同様に、センサの近傍位置で反射して受光レンズ３Ｂを介して周壁側の内壁面に到達した光をミラー８Ｂで反射させて受光素子２へと導くことができる。
【００８８】
図１０および図１１に示した実施例は、集光光学系の構成を変更することなく、レンズホルダ４に簡単な光学部材を付加することによって、近距離検出用の第２の検出光の光路を確保するものである。いずれの光学部材も、レンズホルダ４の内部に設けられるので、レンズホルダ４を従来の大きさで維持することができる。またいずれも簡易な構成の部材であるので、コストが大きく上昇するおそれもない。
よって、図１０，１１の実施例でも、小型で検出能力の向上した反射型センサを、手頃な価格で提供することが可能になる。
【００８９】
なお、図１０，１１の実施例において、第２の検出光に対し、導光路４３Ｂの周壁部に向かうことなく、受光レンズ３Ｂを介して受光素子２に入射する反射光の割合が高い場合には、導光路４３Ｂにミラー８Ｂを配備しなくともよい。また、図８，９に示した実施例でも、同様に、カバー７の投光側に対応する箇所にのみ、突出部７１または７１ａを取り付けるにとどめてもよい。
いずれの実施例でも、拡散光学系に関する受光側の機能は、近距離での検出精度を高める目的で導入すればよい。
【符号の説明】
【００９０】
１    投光素子
２    受光素子
３    レンズ部材
３Ａ  投光レンズ
３Ｂ  受光レンズ
４    レンズホルダ
７    カバー
３０  レンズ本体
３１，７１，７１ａ  突出部
３２，７２，７２ａ  傾斜面
８Ａ，８Ｂ  ミラー
９    絞り部材
【図１】
0006003121.tif 000002
【図２】
0006003121.tif 000003
【図３】
0006003121.tif 000004
【図４】
0006003121.tif 000005
【図５】
0006003121.tif 000006
【図６】
0006003121.tif 000007
【図７】
0006003121.tif 000008
【図８】
0006003121.tif 000009
【図９】
0006003121.tif 000010
【図１０】
0006003121.tif 000011
【図１１】
0006003121.tif 000012
【図１２】
0006003121.tif 000013
【図１３】
0006003121.tif 000014