(57)【要約】【課題】遠近方向の検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサ及び電子機器を提供する。【解決手段】出射光Ｌ１の光路中に出射光用レンズ１２Ａが設けられ、かつ反射光Ｌ２の光路中に反射光用レンズ２２が設けられている。出射光用レンズ１２Ａは、受光部側とは反対側に第１曲率を有する第１曲率面１２ｂａを備え、かつ該第１曲率面１２ｂａよりも受光部側に該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂを備える。反射光用レンズ２２は、発光部側とは反対側に第４曲率を有する第４曲率面２２ｂａを備え、かつ該第４曲率面２２ｂａよりも発光部側に該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面２２ｂｂを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部からの出射光を物体検知限定領域に向けて照射し、該物体検知限定領域に存在する物体からの反射光を受光部にて受光する限定領域反射型光学センサにおいて、
上記出射光の光路中に出射光用レンズが設けられ、かつ上記反射光の光路中に反射光用レンズが設けられていると共に、
上記出射光用レンズは、受光部側とは反対側に第１曲率を有する第１曲率面を備え、かつ該第１曲率面よりも受光部側に該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面を備え、
上記反射光用レンズは、発光部側とは反対側に第４曲率を有する第４曲率面を備え、かつ該第４曲率面よりも発光部側に該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面を備えていることを特徴とする限定領域反射型光学センサ。
【請求項２】
前記出射光用レンズにおける前記第１曲率面の第１曲率は、第２曲率面の第２曲率に比べて２倍以上の曲率を有していることを特徴とする請求項１に記載の限定領域反射型光学センサ。
【請求項３】
前記反射光用レンズにおける第４曲率面の第４曲率は、第５曲率面の第５曲率に比べて２倍以上の曲率を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の限定領域反射型光学センサ。
【請求項４】
前記受光部での受光レベルに基づいて物体検知限定領域に存在する物体の有無を判別する判別手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の限定領域反射型光学センサ。
【請求項５】
前記発光部は出射光を出射する発光素子を有しており、かつ上記発光素子は該発光素子から出射される出射光の光軸が出射光用レンズの中心軸よりも反受光部側になるように配されていると共に、
前記受光部は反射光を受光する受光素子を有しており、かつ上記受光素子は該受光素子での反射光の光軸が反射光用レンズの中心軸よりも反発光部側になるように配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の限定領域反射型光学センサ。
【請求項６】
前記受光部には、物体からの反射による複数方向からの反射光をそれぞれ受光する複数の受光素子が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の限定領域反射型光学センサ。
【請求項７】
前記出射光用レンズの第２曲率面は、シリンドリカルレンズの一部として構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の限定領域反射型光学センサ。
【請求項８】
前記反射光用レンズの第５曲率面は、シリンドリカルレンズの一部として構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の限定領域反射型光学センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の限定領域反射型光学センサを備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の検知領域が限定された限定領域反射型光学センサ及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体が所定の位置に存在するか否かを検出するための光学センサとして、物体の検知領域が限定された限定領域反射型光学センサが知られている。
【０００３】
この限定領域反射型光学センサ１００は、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、発光素子１０１及び受光素子１０２を備えている。発光素子１０１と受光素子１０２とは、発光素子１０１から出射光を物体検知限定領域Ｓに向けて照射し、この出射光と該物体検知限定領域Ｓでのみ交差した物体の反射光を受光素子１０２にて受光可能となるように光軸の角度が設定されている。したがって、ハッチングにて示す物体検知限定領域Ｓを物体が通過したときには、物体からの反射光を受光素子１０２にて検出して物体を判別するようになっている。
【０００４】
詳細には、上記限定領域反射型光学センサ１００では、該限定領域反射型光学センサ１００からの距離ＬＬ２〜ＬＬ４の物体検知限定領域Ｓに物体が存在する場合には、発光素子１０１からの出射光が物体により正反射され、その正反射された反射光が受光素子１０２に入射される。しかしながら、物体が距離ＬＬ２〜ＬＬ４の物体検知限定領域Ｓの外に存在する場合には、物体は存在しないと判断される。したがって、距離ＬＬ２〜ＬＬ４の範囲が物体検出範囲となる。このように、限定領域反射型光学センサ１００では、物体が距離ＬＬ２〜ＬＬ４の物体検知限定領域Ｓに到来する場合には、受光素子１０２に信号が得られるため、この信号に基づいて物体の有無を判別している。
【０００５】
ここで、限定領域反射型光学センサ１００は、出射光と反射光とがそれぞれ広がりを有していない場合には、物体を検知して検知信号を出力する動作レベルと、物体が移動して非検知状態となる非動作レベルとの距離の差が小さく、背景の影響も少なくなる。また、発光素子１０１及び受光素子１０２の光軸の角度を変化させることによって、検出距離の設定が可能であるという特徴がある。
【０００６】
このような従来の限定領域反射型光学センサ１００は、例えば、近づいてくる物体を検出して一定の位置で停止させるために用いられる。このため、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、特に、限定領域反射型光学センサ１００から離れた位置である距離ＬＬ４での出射光及び反射光をシャープにする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２４１７８３号公報（１９９４年０９月０２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の限定領域反射型光学センサでは、検出範囲を広げることができないという問題点を有している。
【０００９】
ここで、検出範囲を広げることが可能な光学センサ２００として、例えば、特許文献１には、図１７に示すように、検出位置Ｐにおける各被測定面Ａ〜Ｄをそれぞれ検出するための複数個の反射式光学センサ２０１Ａ〜２０１Ｄを並設し、各々の反射式光学センサ２０１Ａ〜２０１Ｄによって各被測定面Ａ〜Ｄを個別に検出する手法が開示されている。すなわち、この光学センサ２００では、各被測定面Ａ〜Ｄをそれぞれ検出するために、各反射式光学センサ２０１Ａ〜２０１Ｄ、各々投光器２０２と受光器２０３とを備えており、これによって、結果的に、検出範囲を広げることが可能となっている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された光学センサ２００では、被測定面の数に応じたセンサを設ける必要があるので、装置が大型化するという問題点がある。また、各センサを近接設置すると、隣同士のセンサが干渉して、誤動作し易いという問題点もある。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、遠近方向の検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサ及び電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサは、上記課題を解決するために、発光部からの出射光を物体検知限定領域に向けて照射し、該物体検知限定領域に存在する物体からの反射光を受光部にて受光する限定領域反射型光学センサにおいて、上記出射光の光路中に出射光用レンズが設けられ、かつ上記反射光の光路中に反射光用レンズが設けられていると共に、上記出射光用レンズは、受光部側とは反対側に第１曲率を有する第１曲率面を備え、かつ該第１曲率面よりも受光部側に該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面を備え、上記反射光用レンズは、発光部側とは反対側に第４曲率を有する第４曲率面を備え、かつ該第４曲率面よりも発光部側に該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面を備えていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサは、前記出射光用レンズにおける前記第１曲率面の第１曲率は、第２曲率面の第２曲率に比べて２倍以上の曲率を有していることを特徴としている。
【００１４】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサは、前記反射光用レンズにおける第４曲率面の第４曲率は、第５曲率面の第５曲率に比べて２倍以上の曲率を有していることを特徴としている。
【００１５】
上記の発明によれば、限定領域反射型光学センサは、発光部からの出射光を物体検知限定領域に向けて照射し、該物体検知限定領域に存在する物体からの反射光を受光部にて受光する。
【００１６】
ところで、この種の限定領域反射型光学センサにおいては、出射光及び物体からの反射光は単一の光線であるので、物体検知限定領域を広げることができないという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明の一態様では、出射光の光路中に、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面となっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面となっている出射光用レンズが設けられている。これにより、曲率の大きい反受光部側部の第１曲率面を通した出射光は、物体検知限定領域における遠距離側の物体を検出することができる。このとき、曲率の大きい第１曲率面を通した出射光の光束密度は高いので、物体からの反射光による光量を大きくすることができ、受光部での受光光量も検出のためには十分である。
【００１８】
一方、曲率の小さい受光部側部の第２曲率面を通した出射光は、物体検知限定領域における近距離側の物体を検出することができる。このとき、曲率の小さい第２曲率面を通した出射光の光束密度は小さいが、物体から受光部までの距離が近いので、受光部での受光光量も検出のためには十分である。また、曲率の小さい第２曲率面を通した出射光の光束密度は小さいので、近距離側方向の範囲を広げることができる。そして、検出範囲を広げるために、２種類の互いに異なる曲率を有する出射光用レンズを設けただけであるので、構成は容易である。
【００１９】
したがって、遠近方向特に近距離側の検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサを提供することができる。
【００２０】
ところで、このような機能は、出射光の光路中に、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面となっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面となっている出射光用レンズの代わりに、反射光の光路中に、発光部側とは反対側の反発光部側部が第４曲率を有する第４曲率面となっておりかつ該反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面となっている反射光用レンズが設けられているという構成によっても達成することができる。
【００２１】
これにより、物体検知限定領域における遠距離側の物体からの反射光は、反射光用レンズにおける曲率の大きい反発光部側部の第４曲率面を通して受光部に入力される。このとき、曲率の大きい第４曲率面を通した反射光の光束密度は高いので、物体からの反射光による光量を大きくすることができ、受光部での受光光量は検出のためには十分である。
【００２２】
一方、物体検知限定領域における近距離側の物体からの反射光は、反射光用レンズにおける曲率の小さい発光部側部の第５曲率面を通して受光部に入力される。このとき、曲率の小さい第５曲率面を通した反射光の光束密度は小さいが、物体から受光部までの距離が近いので、受光部での受光光量も検出のためには十分である。
【００２３】
このことは、物体との対向方向において複数種類の物体検知領域を生成することを意味するものであり、これによって、出射光の光路中に、２種類の互いに異なる曲率を有する出射光用レンズを設けた場合と同様に、遠近方向の検出範囲が広がる。そして、反射光用レンズの場合も、検出範囲を広げるために、２種類の互いに異なる曲率を有する反射光用レンズを設けただけであるので、構成は容易である。
【００２４】
したがって、出射光の光路中に、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面となっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面となっている出射光用レンズが設けられているか、若しくは上記反射光の光路中に、発光部側とは反対側の反発光部側部が第４曲率を有する第４曲率面となっておりかつ該反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面となっている反射光用レンズが設けられているかのいずれか一方、又はその両方を満たすことによって、遠近方向、特に近距離側の検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサを提供することができる。
【００２５】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記受光部での受光レベルに基づいて物体検知限定領域に存在する物体の有無を判別する判別手段が設けられていることが好ましい。
【００２６】
これにより、判別手段にて、受光部での受光レベルに基づいて物体検知限定領域に存在する物体の有無を判別することができる。すなわち、受光部での受光レベルがゼロであれば、物体検知限定領域には物体は存在しないと判断し、受光部での受光レベルが所定の検出値以上であれば、物体検知限定領域に物体が存在すると判断することができる。
【００２７】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記出射光用レンズは第１曲
率と第２曲率との少なくとも一方を異なる曲率に変更可能となっているか、若しくは反射光用レンズは、第４曲率と第５曲率との少なくとも一方を異なる曲率に変更可能となっているかのいずれか一方、又はその両方を満たすことが好ましい。
【００２８】
これにより、出射光用レンズ又は反射光用レンズの少なくともいずれか一方を曲率の異なるものに交換することができる。この結果、物体検知限定領域を容易に変更することが可能となる。
【００２９】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記出射光用レンズは第１曲率面と第２曲率面とが一体的に形成されているか、若しくは反射光用レンズは第４曲率面と第５曲率面とが一体的に形成されているかのいずれか一方、又はその両方を満たすことが好ましい。
【００３０】
これにより、部品点数の削減を図ることができる。また、２種類の互いに異なる曲率を有するものが離れている場合に比べて位置精度の向上を図ることができると共に、２種類の互いに異なる曲率を有するものが離れている場合の迷光対策にも繋がる。さらに、出射光用レンズ毎に又は反射光用レンズ毎に交換が可能である。
【００３１】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記出射光用レンズ及び反射光用レンズは、両者一体に形成されていることが好ましい。
【００３２】
これにより、部品点数の削減をさらに図ることができる。また、出射光用レンズと反射光用レンズとが互いに離れている場合に比べて、位置精度の向上を図ることができる。さらに、一体になったレンズの交換は容易である。
【００３３】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記発光部は出射光を出射する発光素子を有しており、かつ上記発光素子は該発光素子から出射される出射光の光軸が出射光用レンズの中心軸よりも反受光部側になるように配されていると共に、前記受光部は反射光を受光する受光素子を有しており、かつ上記受光素子は該受光素子での反射光の光軸が反射光用レンズの中心軸よりも反発光部側になるように配されていることが好ましい。
【００３４】
これにより、遠距離側の光束の広がりがなくなり、光束密度の高い部分のみを物体検知限定領域として限定できることとなる。
【００３５】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記受光部には、物体からの反射による複数方向からの反射光をそれぞれ受光する複数の受光素子が設けられていることが好ましい。
【００３６】
これにより、限定領域反射型光学センサを、物体の位置を判断する変位センサとして使用することが可能となる。
【００３７】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記出射光用レンズには、前記第２曲率面よりも受光部側に前記第２曲率面の第２曲率よりも大きい第３曲率を有する第３曲率面が形成されていることが好ましい。
【００３８】
前述したように、出射光用レンズは、最も反受光部側部が曲率の大きい第１曲率となっており、出射光用レンズを通した出射光のうちの最反受光部側の出射光の光束密度が大きくなることにより、最反受光部側の出射光の光強度分布を急峻にすることができる。この結果、物体が存在するかの判定のための物体検知限定領域における遠距離側の物体を検出するときの閾値を容易に設定することができるようになる。
【００３９】
一方、本発明では、出射光用レンズは、前記第２曲率面よりも受光部側が第２曲率面の第２曲率よりも大きい第３曲率を有する第３曲率面となっている。すなわち、出射光用レンズは、最も受光部側部についても第２曲率よりも大きい第３曲率を有する第３曲率面となっており、これによって、最受光部側の出射光の光強度分布を急峻にすることができる。この結果、物体が存在するかの判定のための物体検知限定領域における近距離側の物体を検出するときの閾値についても容易に設定することができるようになる。
【００４０】
したがって、物体検知限定領域における遠距離側及び近距離側の両方について、物体が存在するかの否かの判定のための閾値について容易に設定することができるようになる。
【００４１】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記出射光用レンズの第２曲率面は、シリンドリカルレンズの一部として構成されていることが好ましい。
【００４２】
すなわち、シリンドリカルレンズは半円柱形状のレンズである。このため、曲率のない断面では光が素通りするが、曲率を有する半円断面では光が曲げられ、光が拡散するのを防止して物体検知限定領域の光量を増加させることができる。
【００４３】
また、出射光用レンズにおける、反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面の作製が容易である。さらに、第１曲率面と第２曲率面とが別体に形成される場合には、第２曲率面として市販のシリンドリカルレンズを利用することができる。この結果、出射光用レンズの第２曲率面を個別に製造するのに比べて、コスト削減を図ることができる。
【００４４】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記反射光用レンズには、前記第５曲率面よりも発光部側に該第５曲率面の第５曲率よりも大きい第６曲率を有する第６曲率面が形成されていることが好ましい。
【００４５】
前述したように、反射光用レンズは、最も反発光部側部が曲率の大きい第４曲率となっており、反射光用レンズの第４曲率面を通した反射光の最反発光部側の反射光の光束密度が大きくなることにより、最反発光部側の反射光の光強度分布を急峻にすることができる。この結果、物体が存在するかの判定のための物体検知限定領域における遠距離側の物体を検出するときの閾値を容易に設定することができるようになる。
【００４６】
一方、本発明では、前記反射光用レンズには、前記第５曲率面よりも発光部側に該第５曲率面の第５曲率よりも大きい第６曲率を有する第６曲率面が形成されている。すなわち、反射光用レンズは、最も発光部側部についても第５曲率よりも大きい第６曲率を有する第６曲率面となっており、これによって、最発光部側の反射光の光強度分布を急峻にすることができる。この結果、物体が存在するかの判定のための物体検知限定領域における近距離側の物体を検出するときの閾値についても容易に設定することができるようになる。
【００４７】
したがって、物体検知限定領域における遠距離側及び近距離側の両方について、物体が存在するかの否かの判定のための閾値について容易に設定することができるようになる。
【００４８】
本発明の一態様における限定領域反射型光学センサでは、前記反射光用レンズの第５曲率面は、シリンドリカルレンズの一部として構成されていることが好ましい。
【００４９】
すなわち、シリンドリカルレンズは半円柱形状のレンズである。このため、曲率のない断面では光が素通りするが、曲率を有する半円断面では光が曲げられ、光が拡散するのを防止して物体検知限定領域の光量を増加させることができる。
【００５０】
また、反射光用レンズにおける、反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面の作製が容易である。さらに、第４曲率面と第５曲率面とが別体に形成される場合には、第５曲率面として市販のシリンドリカルレンズを利用することができる。この結果、反射光用レンズの第５曲率面を個別に製造するのに比べて、コスト削減を図ることができる。
存在するかの否かの判定のための閾値について容易に設定することができるようになる。
【００５１】
本発明の一態様における電子機器は、上記課題を解決するために、上記記載の限定領域反射型光学センサを備えていることを特徴としている。
【００５２】
これにより、検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサを備えた電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の一態様によれば、検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサ及び電子機器を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態１における限定領域反射型光学センサを示すものであって、限定領域反射型光学センサにおける物体検知限定領域での物体の検知状態を示す断面図である。
【図２】（ａ）は限定領域反射型光学センサにて物体を検知するときの物体検知限定領域を示す図であり、（ｂ）は物体検知限定領域での検出信号を示す波形図である。
【図３】上記限定領域反射型光学センサの構成を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は上記限定領域反射型光学センサの構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記限定領域反射型光学センサの縦断面を破断して示す斜視図である。
【図５】上記限定領域反射型光学センサの発光部に設けられた出射光用レンズの構成を示す断面図である。
【図６】上記限定領域反射型光学センサにおける発光部に設けられた出射光用レンズ及び受光部に設けられた反射光用レンズの構成を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は出射光用レンズの第２曲率面及び反射光用レンズの第５曲率面に使用されるシリンドリカルレンズにおける曲率を有する側の光路を示す図であり、図７の（ｂ）は上記シリンドリカルレンズにおける曲率を有しない側の光路を示す図である。
【図８】（ａ）は上記限定領域反射型光学センサの変形例の構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記限定領域反射型光学センサの縦断面を破断して示す斜視図である。
【図９】上記限定領域反射型光学センサの受光部に設けられたフォトトランジスタにおける物体の検出距離と検出能力との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態２における限定領域反射型光学センサの構成を示す斜視図である。
【図１１】（ａ）は上記限定領域反射型光学センサの構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記限定領域反射型光学センサの縦断面を破断して示す斜視図である。
【図１２】上記限定領域反射型光学センサの発光部及び受光部に設けられた出射光・反射光用一体型レンズの構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態３における限定領域反射型光学センサの構成を示す正面図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施形態４における限定領域反射型光学センサにおける複数のフォトトランジスタでの受光状態を示す正面図である。
【図１５】（ａ）は、本発明の実施形態５における限定領域反射型光学センサに備えられた出射光用レンズの構成を示す断面図であり、（ｂ）は、物体検知限定領域での検出信号を示す波形図である。
【図１６】（ａ）は従来の限定領域反射型光学センサの構成を示す概略図であり、（ｂ）は限定領域反射型光学センサからの各距離の位置での出射光と反射光との関係を示す平面図である。
【図１７】従来の他の反射型光学センサの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００５６】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサは、例えばロボット掃除機、ロボティクス車椅子、セキュリティ見守りロボット等の自走式ロボット等の電子機器、又はその他の機器に適用される。具体的には、図２（ａ）に示すように、物体の段差検知又は用紙の存在の有無検出等の限定した範囲内での物体の有無を検出する場合に利用される。したがって、検出物体からの反射光が正反射又は拡散反射のいずれの場合であっても指定した物体検知限定領域Ｓの範囲内にて物体を検出する必要がある。例えば、ロボット掃除機用の段差検知の場合、図２（ｂ）に示すように、できるだけ広い検出範囲を得ると共に、遠距離側において出力の境界が明確となるようにすることが好ましい。
【００５７】
すなわち、この種の限定領域反射型光学センサにおいては、反射光は単一の光線であるので、物体検知限定領域を広げることができないという問題がある。
【００５８】
そこで、本実施の形態の限定領域反射型光学センサは、このような物体検知限定領域Ｓをできるだけ広くするために改良されたものとなっている。
【００５９】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａの構成について、図３〜図８に基づいて説明する。図３は本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａの構成を示す斜視図である。図４（ａ）は上記限定領域反射型光学センサ１Ａの構成を示す断面図であり、図４（ｂ）は上記限定領域反射型光学センサ１Ａの縦断面を破断して示す斜視図である。図５は、出射光用レンズ１２Ａの構成を示す断面図である。図６は、出射光用レンズ１２Ａ及び反射光用レンズ２２の構成を示す斜視図である。図７の（ａ）はシリンドリカルレンズにおける曲率を有する側の光路を示す図であり、図７の（ｂ）はシリンドリカルレンズにおける曲率を有しない側の光路を示す図である。図８の（ａ）は限定領域反射型光学センサ１Ａの変形例の構成を示す断面図であり、図８の（ｂ）は限定領域反射型光学センサ１Ａの縦断面を破断して示す斜視図である。
【００６０】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａは、図３に示すように、発光部１０と受光部２０とを備え、これら発光部１０及び受光部２０がケース２に収容されたものからなっている。
【００６１】
発光部１０は、図４の（ａ）（ｂ）に示すように、発光素子としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）１１と、該ＬＥＤ１１の前面に設けられた出射光用レンズ１２Ａとを備えている。
【００６２】
また、受光部２０は、受光素子としてのフォトトランジスタ２１と、該フォトトランジスタ２１の前面に設けられた反射光用レンズ２２とを備えている。尚、上記出射光用レンズ１２Ａ及び反射光用レンズ２２のいずれか一方は、本発明においては、省略することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、発光素子としてのＬＥＤ１１を使用し、受光素子としてのフォトトランジスタ２１を使用している。しかし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、例えば、発光素子としてのレーザーダイオードを使用し、受光素子としてのフォトダイオードを使用することができる。また、これ以外の種類の発光素子と受光素子との組み合わせでもよい。
【００６４】
上記ケース２における出射光用レンズ１２Ａ及び反射光用レンズ２２の前面は、ケース開口２ａとなっており、出射光及び反射光が通過できるようになっている。
【００６５】
上記発光部１０と受光部２０とは、発光部１０から出射光を前記物体検知限定領域Ｓに向けて照射し、該物体検知限定領域Ｓに存在する物体からの反射光を受光部２０にて受光可能となるように該反射光の光軸と該反射光の光軸との交差角度が設定されている。そして、限定領域反射型光学センサ１Ａは、フォトトランジスタ２１での受光レベルつまり検出電圧に基づいて物体の有無を判別するようになっている。この物体の有無を判別は、ＬＥＤ１１及びフォトトランジスタ２１を搭載している判別手段としてのプリント基板３の判別部にて行われる。
【００６６】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａでは、ＬＥＤ１１から物体検知限定領域Ｓまでの出射光の光路中に、出射光を屈折させる出射光用レンズ１２Ａが設けられている。
【００６７】
この出射光用レンズ１２Ａは、図４の（ａ）（ｂ）及び図５に示すように、少なくとも２種類の互いに異なる曲率を有するレンズとなっている。具体的には、出射光用レンズ１２Ａの発光部側表面１２ａとは反対側の反発光部側表面１２ｂは、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面１２ｂａとなっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率面１２ｂａよりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂとなっている。上記第１曲率面１２ｂａの第１曲率は、第２曲率面１２ｂｂの第２曲率に比べて例えば２倍以上の曲率を有していることが好ましい。
【００６８】
尚、本実施の形態の出射光用レンズ１２Ａは、第１曲率面１２ｂａと第２曲率面１２ｂｂとの２種類の互いに異なる曲率を有するレンズとなっている。ただし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、３種類以上の互いに異なる曲率を有するレンズとなっていてもよい。
【００６９】
図６に示すように、上記第１曲率面１２ｂａは例えば非球面レンズからなっている一方、上記第２曲率面１２ｂｂは例えばシリンドリカルレンズからなっている。シレンドリカルレンズは、円柱を軸方向に２つに割った形をしている。このため、図７の（ｂ）に示すように、第一方向の断面は曲率がないために平行平面ガラスを光が通過するのと同じように方向が少し変化するだけで素通りする。一方、図７の（ａ）に示すように、第二方向の半円断面は曲率を持っているので光は曲げられ、光が拡散するのを防止して物体検知限定領域Ｓの光量を増加させることができるという性質を有している。
【００７０】
尚、本実施の形態では、非球面レンズからなる第１曲率面１２ｂａは、該非球面レンズ表面の頂点において第１曲率を有していると共に、シリンドリカルレンズからなる第２曲率面１２ｂｂも該シリンドリカルレンズ表面の頂点において第２曲率を有している。すなわち、本明細書及び本発明においては、第１曲率面１２ｂａの表面の頂点が第１曲率を有し、かつ第２曲率面１２ｂｂの表面の頂点が第２曲率を有するという定義の下に、第１曲率は第２曲率よりも大きいものとなっている。
【００７１】
尚、本実施の形態では、出射光用レンズ１２Ａは、第１曲率面１２ｂａを有する非球面レンズと第２曲率面１２ｂｂを有するシリンドリカルレンズが互いに一体となって形成されている。ただし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、第１曲率面１２ｂａと第２曲率面１２ｂｂとが互いに別体となって形成されていてもよい。
【００７２】
また、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａでは、物体検知限定領域Ｓからフォトトランジスタ２１までの反射光の光路中に、反射光を屈折させる反射光用レンズ２２が設けられている。
【００７３】
この反射光用レンズ２２は、少なくとも２種類の互いに異なる曲率を有するレンズとなっている。具体的には、反射光用レンズ２２の受光部側表面２２ａとは反対側の反受光部側表面２２ｂは、発光部側とは反対側の反発光部側部が第４曲率を有する第４曲率面２２ｂａとなっておりかつ該反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が第４曲率面２２ｂａよりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面２２ｂｂとなっている。尚、本実施の形態の反射光用レンズ２２は、第４曲率面２２ｂａと第５曲率面２２ｂｂとの２種類の互いに異なる曲率を有するレンズとなっているが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、３種類以上の互いに異なる曲率を有するレンズとなっていてもよい。
【００７４】
図６に示すように、上記第４曲率面２２ｂａは例えば非球面レンズからなっている一方、上記第５曲率面２２ｂｂは例えばシリンドリカルレンズからなっている。
【００７５】
尚、本実施の形態では、非球面レンズからなる第４曲率面２２ｂａは、該非球面レンズ表面の頂点において第４曲率を有していると共に、シリンドリカルレンズからなる第５曲率面２２ｂｂも該シリンドリカルレンズ表面の頂点において第５曲率を有している。すなわち、本明細書及び本発明においては、第４曲率面２２ｂａの表面の頂点が第４曲率を有し、かつ第５曲率面２２ｂｂの表面の頂点が第５曲率を有するという定義の下に、第４曲率は第５曲率よりも大きいものとなっている。
【００７６】
尚、本実施の形態では、反射光用レンズ２２は、第４曲率面２２ｂａを有する非球面レンズと第５曲率面２２ｂｂを有するシリンドリカルレンズが互いに一体となって形成されている。ただし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、第４曲率面２２ｂａと第５曲率面２２ｂｂとが互いに別体となって形成されていてもよい。
【００７７】
ここで、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａは、出射光用レンズ１２Ａと反射光用レンズ２２との両方が設けられている。ただし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、図８の（ａ）（ｂ）に示すように、出射光用レンズ１２Ａと反射光用レンズ２２との少なくとも一方が設けられていれば足りる。
【００７８】
さらに、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａは、出射光用レンズ１２Ａと反射光用レンズ２２との少なくとも一方は、容易に交換可能となっている。
【００７９】
上記構成の限定領域反射型光学センサ１Ａにおける物体が存在するかの物体検出方法について、前記図４の（ａ）（ｂ）、図５及び図６、並びに図１及び図９に基づいて説明する。図１は、限定領域反射型光学センサ１Ａにおける出射光Ｌ１の光路及び反射光Ｌ２の光路並びに物体検知限定領域Ｓでの物体Ｍの検知状態を示す断面図である。図９は、フォトトランジスタ２１における物体Ｍの検出距離と検出能力との関係を示すグラフである。
【００８０】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａでは、図４の（ａ）（ｂ）、図５及び図６に示すように、発光部１０には、該ＬＥＤ１１からの出射光の光路中に、反受光部側部
に曲率が大きい第１曲率面１２ｂａを有し、かつ受光部側に曲率の小さい第２曲率面１２ｂｂを有する出射光用レンズ１２Ａが設けられている。したがって、図１に示すように、ＬＥＤ１１から出射された出射光Ｌ１は、出射光用レンズ１２Ａにおける反受光部側の第１曲率面１２ｂａを通過した場合には、光束密度が高く、物体検知限定領域Ｓの遠距離側に届くようになる。これに対して、出射光用レンズ１２Ａにおける受光部側の第２曲率面１２ｂｂを通過した場合には、光束密度が小さく、物体検知限定領域Ｓの近距離側に届くようになる。
【００８１】
また、図４の（ａ）（ｂ）、図５及び図６に示すように、受光部２０には、物体検知限定領域Ｓからフォトトランジスタ２１に向かう反射光の光路中に、反発光部側に曲率が大きい第４曲率面２２ｂａを有し、かつ発光部側に曲率の小さい第５曲率面２２ｂｂを有する反射光用レンズ２２が設けられている。したがって、図１に示すように、物体検知限定領域Ｓの遠距離側からの反射光Ｌ２は、光束密度が高い状態で反射光用レンズ２２における反発光部側の第４曲率面２２ｂａを通過する。これに対して、物体検知限定領域Ｓの近距離側からの反射光Ｌ２は、光束密度が小さい状態で、出射光用レンズ１２Ａにおける発光部側の第５曲率面２２ｂｂを通過する。
【００８２】
この結果、物体検知限定領域Ｓの遠距離側ＳＬに物体Ｍが存在する場合、又は物体検知限定領域Ｓの近距離側ＳＳに物体Ｍが存在する場合のいずれであっても、フォトトランジスタ２１にて物体Ｍからの反射光による反射光Ｌ２を検出できるものとなる。
【００８３】
具体的には、図１に示すように、本実施の形態の出射光用レンズ１２Ａ及び反射光用レンズ２２では、前述したように、発光部１０には、該ＬＥＤ１１からの出射光の光路中に、反受光部側に曲率が大きい第１曲率面１２ｂａを有し、かつ受光部側に曲率の小さい第２曲率面１２ｂｂを有する出射光用レンズ１２Ａが設けられている。また、受光部２０には、物体検知限定領域Ｓからフォトトランジスタ２１に向かう反射光の光路中に、反発光部側に曲率が大きい第４曲率面２２ｂａを有し、かつ発光部側に曲率の小さい第５曲率面２２ｂｂを有する反射光用レンズ２２が設けられている。したがって、図９に示すように、遠距離側ＳＬの物体Ｍからの反射による反射光Ｌ２は、光束密度が高いので、遠距離側ＳＬの物体Ｍにおけるフォトトランジスタ２１の立下りが急峻になっている。この結果、物体Ｍが遠距離側ＳＬに存在するか否かの閾値を設定した場合に、フォトトランジスタ２１での遠距離側ＳＬのオン領域とオフ領域と境界が明確になり、物体Ｍの有無の判別を容易に行うことができるものとなる。
【００８４】
このように、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａは、発光部からの出射光を物体検知限定領域に向けて照射し、該物体検知限定領域に存在する物体からの反射光を受光部にて受光する限定領域反射型光学センサにおいて、上記出射光の光路中に、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面となっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面となっている出射光用レンズが設けられているか、若しくは上記反射光の光路中に、発光部側とは反対側の反発光部側部が第４曲率を有する第４曲率面となっておりかつ該反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面となっている反射光用レンズが設けられているかのいずれか一方、又はその両方を満たす。
【００８５】
すなわち、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａは、発光部１０からの出射光Ｌ１を物体検知限定領域Ｓに向けて照射し、該物体検知限定領域Ｓに存在する物体Ｍからの反射光による反射光Ｌ２を受光部２０にて受光する。
【００８６】
ところで、この種の限定領域反射型光学センサ１Ａにおいては、出射光Ｌ１及び物体Ｍからの反射光Ｌ２は単一の光線であるので、物体検知限定領域Ｓを広げることができないという問題がある。
【００８７】
そこで、本実施の形態の一態様では、出射光Ｌ１の光路中に、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面１２ｂａとなっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂとなっている出射光用レンズ１２Ａが設けられている。これにより、曲率の大きい反受光部側部の第１曲率面１２ｂａを通した出射光は、物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側ＳＬの物体Ｍを検出することができる。このとき、曲率の大きい第１曲率面１２ｂａを通した出射光Ｌ１の光束密度は高いので、物体Ｍからの反射光による光量を大きくすることができ、受光部２０での受光光量も検出のためには十分である。
【００８８】
一方、曲率の小さい受光部側部の第２曲率面１２ｂｂを通した出射光Ｌ１は、物体検知限定領域Ｓにおける近距離側ＳＳの物体Ｍを検出することができる。このとき、曲率の小さい第２曲率面１２ｂｂを通した出射光Ｌ１の光束密度は小さいが、物体Ｍから受光部２０までの距離が近いので、受光部２０での受光光量も検出のためには十分である。また、曲率の小さい第２曲率面１２ｂｂを通した出射光Ｌ１の光束密度は小さいので、近距離側ＳＳ方向の範囲を広げることができる。そして、検出範囲を広げるために、２種類の互いに異なる曲率を有する出射光用レンズ１２Ａを設けただけであるので、構成は容易である。
【００８９】
したがって、遠近方向特に近距離側の検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサを提供することができる。
【００９０】
ところで、このような機能は、出射光Ｌ１の光路中に、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面１２ｂａとなっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂとなっている出射光用レンズ１２Ａの代わりに、反射光Ｌ２の光路中に、発光部側とは反対側の反発光部側部が第４曲率を有する第４曲率面２２ｂａとなっておりかつ該反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面２２ｂｂとなっている反射光用レンズ２２が設けられているという構成によっても達成することができる。
【００９１】
これにより、物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側ＳＬの物体Ｍからの反射光は、反射光用レンズ２２における曲率の大きい反発光部側部の第４曲率面２２ｂａを通して受光部２０に入力される。このとき、曲率の大きい第４曲率面２２ｂａを通した反射光Ｌ２の光束密度は高いので、物体Ｍからの反射光による光量を大きくすることができ、受光部２０での受光光量は検出のためには十分である。
【００９２】
一方、物体検知限定領域における近距離側の物体からの反射光は、反射光用レンズにおける曲率の小さい発光部側部の第５曲率面を通して受光部に入力される。このとき、曲率の小さい第５曲率面を通した反射光の光束密度は小さいが、物体から受光部までの距離が近いので、受光部での受光光量も検出のためには十分である。
【００９３】
このことは、物体Ｍとの対向方向において複数種類の物体検知領域を生成することを意味するものであり、これによって、出射光Ｌ１の光路中に、２種類の互いに異なる曲率を有する出射光用レンズ１２Ａを設けた場合と同様に、遠近方向の検出範囲が広がる。そして、反射光用レンズ２２の場合も、検出範囲を広げるために、２種類の互いに異なる曲率を有する反射光用レンズ２２を設けただけであるので、構成は容易である。
【００９４】
したがって、出射光Ｌ１の光路中に、受光部側とは反対側の反受光部側部が第１曲率を有する第１曲率面１２ｂａとなっておりかつ該反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が該第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂとなっている出射光用レンズ１２Ａが設けられているか、若しくは反射光Ｌ２の光路中に、発光部側とは反対側の反発光部側部が第４曲率を有する第４曲率面２２ｂａとなっておりかつ該反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が該第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面２２ｂｂとなっている反射光用レンズ２２が設けられているかのいずれか一方、又はその両方を満たすことによって、遠近方向、特に近距離側ＳＳの検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体Ｍを精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサ１Ａを提供することができる。
【００９５】
また、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ａでは、出射光用レンズ１２Ａにおける上記第１曲率面１２ｂａの第１曲率は、第２曲率面１２ｂｂの第２曲率に比べて例えば２倍以上の曲率を有している。
【００９６】
これにより、第１曲率面１２ｂａを通過する出射光Ｌ１は、光束が密になり、第２曲率面１２ｂｂを通過する出射光Ｌ１に比べて物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側ＳＬの物体Ｍを検出することができる。また、検出のための閾値の設定も容易である。
【００９７】
また、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ａでは、上記反射光用レンズ２２における第４曲率面２２ｂａの第４曲率は、第５曲率面２２ｂｂの第５曲率に比べて例えば２倍以上の曲率を有している。これにより、第４曲率面２２ｂａを通過する反射光Ｌ２は、第５曲率面２２ｂｂを通過する反射光Ｌ２に比べて光束が密になり、物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側ＳＬの物体Ｍを検出することができる。また、検出のための閾値の設定も容易である。
【００９８】
また、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ａでは、受光部２０での受光レベルに基づいて物体検知限定領域Ｓに存在する物体Ｍの有無を判別する判別手段としてのプリント基板３の判別部が設けられている。これにより、プリント基板３の判別部にて、受光部２０での受光レベルに基づいて物体検知限定領域Ｓに存在する物体Ｍの有無を判別することができる。すなわち、受光部２０での受光レベルがゼロであれば、物体検知限定領域Ｓには物体は存在しないと判断し、受光部２０での受光レベルが所定の検出値以上であれば、物体検知限定領域Ｓに物体Ｍが存在すると判断することができる。
【００９９】
また、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ａでは、出射光用レンズ１２Ａは第１曲率と第２曲率との少なくとも一方を異なる曲率に変更可能となっているか、若しくは反射光用レンズ２２は、第４曲率と第５曲率との少なくとも一方を異なる曲率に変更可能となっているかのいずれか一方、又はその両方を満たす。
【０１００】
これにより、出射光用レンズ１２Ａ又は反射光用レンズ２２の少なくともいずれか一方を曲率の異なるものに交換することがでる。この結果、物体検知限定領域Ｓを容易に変更することが可能となる。
【０１０１】
また、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａでは、出射光用レンズ１２Ａは第１曲率面１２ｂａと第２曲率面１２ｂｂとが一体的に形成されているか、又は反射光用レンズ２２は、第４曲率面２２ｂａと第５曲率面２２ｂｂとが一体的に形成されているかの少なくとも一方を満たす。
【０１０２】
これにより、部品点数の削減を図ることができる。また、２種類の互いに異なる曲率を有するものが離れている場合に比べて位置精度の向上を図ることができると共に、２種類の互いに異なる曲率を有するものが離れている場合の迷光対策にも繋がる。さらに、出射光用レンズ１２Ａ毎に又は反射光用レンズ２２毎に交換が可能である。
【０１０３】
また、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ａでは、出射光用レンズ１２Ａの第２曲率面１２ｂｂは、シリンドリカルレンズの一部として構成されている。
【０１０４】
すなわち、シリンドリカルレンズは半円柱形状のレンズである。このため、曲率のない断面では光が素通りするが、曲率を有する半円断面では光が曲げられ、光が拡散するのを防止して物体検知限定領域Ｓの光量を増加させることができる。
【０１０５】
また、出射光用レンズ１２Ａにおける、反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂの作製が容易である。
【０１０６】
さらに、第１曲率面１２ｂａと第２曲率面１２ｂｂとが別体に形成される場合には、出射光用レンズ１２Ａの反発光部側表面１２ｂが、反受光部側部よりも受光部側の受光部側部が第１曲率よりも小さい曲率である第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂとして、市販のシリンドリカルレンズを利用することができる。この結果、出射光用レンズ１２の第２曲率面１２ｂｂを個別に製造するのに比べて、コスト削減を図ることができる。
【０１０７】
また、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ａでは、反射光用レンズ２２の第５曲率面２２ｂｂは、シリンドリカルレンズの一部として構成されている。
【０１０８】
すなわち、シリンドリカルレンズは半円柱形状のレンズである。このため、曲率のない断面では光が素通りするが、曲率を有する半円断面では光が曲げられ、光が拡散するのを防止して物体検知限定領域Ｓの光量を増加させることができる。
【０１０９】
また、反射光用レンズ２２における、反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面２２ｂｂの作製が容易である。
【０１１０】
さらに、第４曲率面２２ｂａと第５曲率面２２ｂｂとが別体に形成される場合には、反射光用レンズ２２の反受光部側表面２２ｂが、反発光部側部よりも発光部側の発光部側部が第４曲率よりも小さい曲率である第５曲率を有する第５曲率面２２ｂｂとして、市販のシリンドリカルレンズを利用することができる。この結果、反射光用レンズ２２の第５曲率面２２ｂｂを個別に製造するのに比べて、コスト削減を図ることができる。
【０１１１】
また、本実施の形態の電子機器は、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ａを備えている。
【０１１２】
これにより、検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体Ｍを精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光学センサ１Ａを備えた電子機器を提供することができる。
【０１１３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１０〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
前記実施の形態１の限定領域反射型光学センサ１Ａでは、出射光用レンズ１２Ａ及び反射光用レンズ２２は、分離されていた。これに対して、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｂにおける出射光・反射光用一体型レンズ３０を有し、出射光用レンズ１２Ａ及び反射光用レンズ２２の両者が一体的に形成されている点が異なっている。
【０１１５】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｂにおける出射光・反射光用一体型レンズ３０の構成について、図１０〜図１２に基づいて説明する。図１０は、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ｂの構成を示す斜視図である。図１１の（ａ）は限定領域反射型光学センサ１Ｂの構成を示す断面図であり、図１１の（ｂ）は限定領域反射型光学センサ１Ｂの縦断面を破断して示す斜視図である。図１２は、限定領域反射型光学センサ１Ｂの発光部１０及び受光部２０に設けられた出射光・反射光用一体型レンズ３０の構成を示す斜視図である。
【０１１６】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｂでは、図１０に示すように、出射光・反射光用一体型レンズ３０を有している。この出射光・反射光用一体型レンズ３０は、図１１の（ａ）（ｂ）に示すように、出射光用レンズ１２Ａと反射光用レンズ２２との間に連結部３１が設けられており、この連結部３１によって、出射光用レンズ１２Ａと反射光用レンズ２２とが一体に連結されている。
【０１１７】
この出射光・反射光用一体型レンズ３０は、図１２に示すように、実施の形態１と同様に、出射光用レンズ１２Ａにおける第１曲率面１２ｂａは例えば非球面レンズからなっている一方、第２曲率面１２ｂｂは例えばシリンドリカルレンズからなっている。また、反射光用レンズ２２における第４曲率面２２ｂａは例えば非球面レンズからなっている一方、第５曲率面２２ｂｂは例えばシリンドリカルレンズからなっている。
【０１１８】
尚、他の構成は、受光部２０の限定領域反射型光学センサ１Ａであるので、その説明を省略する。
【０１１９】
このように、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ｂでは、出射光用レンズ１２Ａ及び反射光用レンズ２２は、両者一体に形成された出射光・反射光用一体型レンズ３０からなっている。これにより、部品点数の削減をさらに図ることができる。また、出射光用レンズ１２Ａと反射光用レンズ２２とが互いに離れている場合に比べて、位置精度の向上を図ることができる。さらに、出射光・反射光用一体型レンズ３０の交換は容易である。
【０１２０】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２１】
前記実施の形態１の限定領域反射型光学センサ１Ａ及び実施の形態２の限定領域反射型光学センサ１Ｂでは、ＬＥＤ１１の出射光の光軸と出射光用レンズ１２Ａの中心軸とは一致していた。また、フォトトランジスタ２１の受光軸と反射光用レンズ２２の中心軸とは一致していた。
【０１２２】
しかしながら、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｃでは、ＬＥＤ１１における出射光の光軸は、出射光用レンズ１２Ａの中心軸よりも反受光部側になるように配されていると共に、フォトトランジスタ２１の受光軸も反射光用レンズ２２の中心軸とよりも反発光部側に配されている点が異なっている。
【０１２３】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｃの構成について、図１３に基づいて説明する。図１３は、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｃの構成を示す正面図である。
【０１２４】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｃは、図１３に示すように、発光部１０は、出射光Ｌ１を出射する発光素子としてのＬＥＤ１１を有しており、かつＬＥＤ１１は、該ＬＥＤ１１から出射される出射光Ｌ１の光軸が出射光用レンズ１２Ａの中心軸よりも反受光部側になるように配されている。
【０１２５】
また、受光部２０は反射光Ｌ２を受光する受光素子としてのフォトトランジスタ２１を有しており、かつフォトトランジスタ２１は該フォトトランジスタ２１での反射光Ｌ２の光軸が反射光用レンズ２２の中心軸よりも反発光部側になるように配されている。
【０１２６】
これにより、遠距離側の光束の広がりがなくなり、光束密度の高い部分のみを物体検知限定領域Ｓとして限定できることとなる。
【０１２７】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施の形態について図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態３と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態３の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２８】
前記実施の形態１の限定領域反射型光学センサ１Ａ、実施の形態２の限定領域反射型光学センサ１Ｂ及び実施の形態３の限定領域反射型光学センサ１Ｃでは、フォトトランジスタ２１は１個備えられているのみであった。これに対して、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｄでは、フォトトランジスタ２１が複数個設けられている点が異なっている。
【０１２９】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｄの構成について、図１４の（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１４の（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｄにおける複数のフォトトランジスタ２１ａ・２１ｂ・２１ｃでの受光状態を示す正面図である。
【０１３０】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｄは、図１４の（ａ）に示すように、受光素子としての複数個としての３個のフォトトランジスタ２１ａ・２１ｂ・２１ｃを備えている。
【０１３１】
これにより、図１４（ａ）に示すように、物体検知限定領域Ｓにおける限定領域反射型光学センサ１Ｄから最も近い近距離側ＳＳではフォトトランジスタ２１ａにての受光が可能である。また、図１４（ｂ）に示すように、物体検知限定領域Ｓにおける限定領域反射型光学センサ１Ｄから中間位置である中距離側ＳＭではフォトトランジスタ２１ｂにての受光が可能である。さらに、物体検知限定領域Ｓにおける限定領域反射型光学センサ１Ｄから最も遠い遠距離側ＳＬではフォトトランジスタ２１ｃにての受光が可能である。
【０１３２】
この結果、フォトトランジスタ２１ａにて信号を検知した場合には、物体Ｍが限定領域反射型光学センサ１Ｄから最も近い物体検知限定領域Ｓにおける近距離側ＳＳの位置に存在することが判断できる。また、フォトトランジスタ２１ｂにて信号を検知した場合には物体Ｍが物体検知限定領域Ｓにおける中距離側ＳＭの位置に存在することが判断できる。さらに、フォトトランジスタ２１ｃにて信号を検知した場合には物体Ｍが限定領域反射型光学センサ１Ｄから最も遠い物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側ＳＬの位置に存在していると判断することができる。したがって、限定領域反射型光学センサ１Ｄを、物体Ｍの位置を判断する変位センサとして使用することができる。
【０１３３】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１３４】
例えば、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ｄでは、物体Ｍが近づいてきたのか又は遠ざかるのかを、受光素子としてのフォトトランジスタ２１ａ・２１ｂ・２１ｃでの受光レベルつまり検出電圧の大から小への変化又は小から大への変化のいずれであるかにより検出する物体移動方向検出手段が設けられているとすることが可能である。
【０１３５】
これにより、物体移動方向検出手段を用いて、物体が近づいてきたのか又は遠ざかるのかを、フォトトランジスタ２１ａ・２１ｂ・２１ｃでの受光レベルの大から小への変化又は小から大への変化のいずれであるかにより検出することができる。
【０１３６】
また、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ｄでは、物体Ｍが近づく速度又は遠ざかる速度をフォトトランジスタ２１ａ・２１ｂ・２１ｃの受光レベルつまり検出電圧の時間的変化に基づいて算出する移動速度算出手段を備えているとすることができる。
【０１３７】
これにより、移動速度算出手段を用いて、物体Ｍが近づく速度又は遠ざかる速度をフォトトランジスタ２１ａ・２１ｂ・２１ｃの受光レベルの時間的変化に基づいて算出することができる。
【０１３８】
〔実施の形態５〕
本発明の他の実施の形態について図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態４と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態４の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３９】
前記実施の形態１の限定領域反射型光学センサ１Ａ、実施の形態２の限定領域反射型光学センサ１Ｂ、実施の形態３の限定領域反射型光学センサ１Ｃ及び実施の形態４の限定領域反射型光学センサ１Ｄでは、出射光用レンズ１２Ａ及び出射光・反射光用一体型レンズ３０は、反発光部側表面１２ｂは、反受光部側が曲率の大きい第１曲率を有する第１曲率面１２ｂａと、受光部側が曲率の小さい第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂとの２種類の互いに異なる曲率を有するレンズとなっていた。
【０１４０】
これに対して、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｅでは、第２曲率を有する第２曲率面１２ｂｂのさらに受光部側に、第２曲率よりも曲率の大きい第３曲率面を有している点が異なっている。
【０１４１】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｅの構成について、図１５の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１５の（ａ）は、本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｅにおける出射光用レンズ１２Ｂの構成を示す断面図であり、図１５の（ｂ）は、物体検知限定領域Ｓでの検出信号を示す波形図である。
【０１４２】
本実施の形態の限定領域反射型光学センサ１Ｅは、図１５の（ａ）に示すように、実施の形態１の出射光用レンズ１２Ａの構成に加えて、出射光用レンズ１２Ｂの反発光部側表面１２ｂは、第２曲率面１２ｂｂよりも受光部側が第２曲率面１２ｂｂの第２曲率よりも大きい第３曲率を有する第３曲率面１２ｂｃとなっている。上記第３曲率面１２ｂｃの第３曲率は、第２曲率面１２ｂｂの第２曲率に比べて例えば２倍以上の曲率を有していることが好ましい。
【０１４３】
尚、出射光用レンズ１２Ｂの反発光部側表面１２ｂにおける第１曲率面１２ｂａは、実施の形態１〜３の出射光用レンズ１２Ａの第１曲率面１２ｂａと同じである。
【０１４４】
実施の形態１でも説明したように、出射光用レンズ１２Ｂの反発光部側表面１２ｂは、最も反受光部側部が曲率の大きい第１曲率面１２ｂａとなっており、出射光用レンズ１２Ｂを通した出射光Ｌ１のうち最反受光部側の出射光Ｌ１の光束密度が大きくなることにより、最反受光部側の出射光Ｌ１の光強度分布を急峻にすることができる。この結果、図１５の（ｂ）に示すように、物体が存在するかの判定のための物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側の物体を検出するときの閾値を容易に設定することができるようになる。
【０１４５】
一方、本実施の形態では、出射光用レンズ１２Ｂの反発光部側表面１２ｂは、第２曲率面１２ｂｂよりも受光部側（図１５の（ａ）において右側）が第２曲率面１２ｂｂの第２曲率よりも大きい第３曲率を有する第３曲率面１２ｂｃとなっている。すなわち、出射光用レンズ１２Ｂの反発光部側表面１２ｂは、最も受光部側部についても第２曲率面１２ｂｂよりも大きい第３曲率を有する第３曲率面１２ｂｃとなっており、これによって、最受光部側の出射光Ｌ１の光強度分布を急峻にすることができる。この結果、図１５の（ｂ）に示すように、物体Ｍが存在するかの判定のための物体検知限定領域Ｓにおける近距離側の物体を検出するときの閾値についても容易に設定することができるようになる。
【０１４６】
したがって、物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側ＳＬ及び近距離側ＳＳの両方について、物体Ｍが存在するかの否かの判定のための閾値について容易に設定することができるようになる。
【０１４７】
尚、上記においては、出射光用レンズ１２Ｂについて説明したが、必ずしもこれに限らず、反射光用レンズ２２についても同様の構成とすることが可能である。
【０１４８】
すなわち、本実施の形態における限定領域反射型光学センサ１Ｅでは、反射光用レンズ２２の反受光部側表面２２ｂは、第５曲率面２２ｂｂよりも発光部側が該第５曲率面２２ｂｂの第５曲率よりも大きい第６曲率を有する第６曲率面となっているとすることができる。
【０１４９】
ここで、上記反射光用レンズ２２における第６曲率面の第６曲率は、第５曲率面２２ｂｂの第５曲率に比べて例えば２倍以上の曲率を有している。
【０１５０】
この構成によっても、物体検知限定領域Ｓにおける遠距離側ＳＬ及び近距離側ＳＳの両方について、物体が存在するかの否かの判定のための閾値について容易に設定することができるようになる。
【０１５１】
尚、第３曲率面１２ｂｃ及び第６曲率を設ける構成は、実施の形態２において説明した出射光・反射光用一体型レンズ３０にも適用することが可能である。
【０１５２】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明は、物体の検知領域が限定された限定領域反射型光学センサに適用することができる。具体的には、例えばロボット掃除機、ロボティクス車椅子、セキュリティ見守りロボット等の自走式ロボットの電子機器に利用できる。また、例えば基板検知コンベア（基板検知）、食品等の包装機、ＦＰＣ製造装置（透明フィルム検知）、一般搬送装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１５４】
１Ａ      限定領域反射型光学センサ
１Ｂ      限定領域反射型光学センサ
１Ｃ      限定領域反射型光学センサ
１Ｄ      限定領域反射型光学センサ
１Ｅ      限定領域反射型光学センサ
２        ケース
２ａ      ケース開口
３        プリント基板の判別部（判別手段）
１０        発光部
１１        ＬＥＤ（発光素子）
１２Ａ      出射光用レンズ
１２Ｂ      出射光用レンズ
１２ａ      発光部側表面
１２ｂ      反発光部側表面
１２ｂａ    第１曲率面
１２ｂｂ    第２曲率面
１２ｂｃ    第３曲率面
２０        受光部
２１        フォトトランジスタ（受光素子）
２１ａ      フォトトランジスタ（受光素子）
２１ｂ      フォトトランジスタ（受光素子）
２１ｃ      フォトトランジスタ（受光素子）
２２        反射光用レンズ
２２ａ      受光部側表面
２２ｂ      反受光部側表面
２２ｂａ    第４曲率面
２２ｂｂ    第５曲率面
３０        出射光・反射光用一体型レンズ
３１        連結部
Ｌ１        出射光
Ｌ２        反射光
Ｍ        物体
Ｓ        物体検知限定領域
ＳＳ        近距離側
ＳＭ        中距離側
ＳＬ        遠距離側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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