(57)【要約】【課題】精度良く必要な波長域のみを絞り込み、かつ、光量損失を抑えた受光光学系を提供する。【解決手段】所定の波長域の光を発する光源と、集光する受光レンズ１０と、この受光レンズ１０との距離が、所定の波長域の光束の最小径になる距離に配置され、かつ、開口部の出口側絞り径が、当該最小径と略同じに形成された絞り２０とを備える。【選択図】図１
2011215285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長域の光を発する光源と、
集光するレンズと、
前記レンズとの距離が、前記所定の波長域の光束の最小径になる距離に配置され、かつ、出口側の開口径が、当該最小径と略同じに形成された絞りとを備える受光光学系。
【請求項２】
絞りは、出口側の開口径が、所定の波長域の光束の最小径の３倍以下の値となるよう形成されることを特徴とする請求項１記載の受光光学系。
【請求項３】
所定の波長域の光を発する光源と、
集光するレンズと、
前記所定の波長域におけるスペクトル分布のうち、支配的な光強度を占める波長帯域がλｍｉｎ〜λｍａｘ（但し、λｍｉｎ＜λｍａｘ）であるとき、前記レンズとの距離が、前記λｍｉｎの波長の光束が最小径になる距離と、前記λｍａｘの波長の光束が最小径になる距離との間に配置され、かつ、出口側の開口径が、当該出口側での前記λｍｉｎの波長の光束の径と前記λｍａｘの波長の光束の径とのうちのいずれか大きい方の径と略同じに形成された絞りとを備える受光光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特定の波長域の光を選別して受光するための受光光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば光電センサは、光源から測定対象へ特定の波長域を照射し、その光を受光素子で受光する。このとき、白色照明光等の外乱光除去のために、従来は受光素子手前に吸収タイプの波長選別フィルタ、干渉フィルタ、回折光学素子（例えば、特許文献１参照）等を設置していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２１６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の受光光学系は以上のように構成されているので、所定の波長域の光を吸収する波長選別フィルタを用いた場合、実際に受光する光強度が低いという課題があった。また、波長選別フィルタは一般に多層膜コーティングにより成る干渉フィルタとして作製されるため、高価であるという問題もある。
また、回折光学素子は、表面に形成された深さ方向に構造を持つパターンによって光を回折するため、光量損失が発生するという課題があった。また、回折次数単位でしか波長域を分割できず、分解能が低いという問題もある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、精度良く必要な波長域のみを絞り込み、かつ、光量損失を抑えた受光光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の請求項１に係る受光光学系は、所定の波長域の光を発する光源と、集光するレンズと、レンズとの距離が、所定の波長域の光束の最小径になる距離に配置され、かつ、出口側の開口径が、当該最小径と略同じに形成された絞りとを備えるものである。
【０００７】
この発明の請求項２に係る受光光学系は、絞りの出口側の開口径が、所定の波長域の光束の最小径の３倍以下の値となるよう形成されるものである。
【０００８】
この発明の請求項３に係る受光光学系は、所定の波長域の光を発する光源と、集光するレンズと、所定の波長域におけるスペクトル分布のうち、支配的な光強度を占める波長帯域がλｍｉｎ〜λｍａｘ（但し、λｍｉｎ＜λｍａｘ）であるとき、レンズとの距離が、λｍｉｎの波長の光束が最小径になる距離と、λｍａｘの波長の光束が最小径になる距離との間に配置され、かつ、出口側の開口径が、当該出口側でのλｍｉｎの波長の光束の径とλｍａｘの波長の光束の径とのうちのいずれか大きい方の径と略同じに形成された絞りとを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、レンズとの距離が、所定の波長域の光束の最小径になる距離に配置され、かつ、出口側の開口径が、当該最小径と略同じに形成された絞りを備えるようにしたので、精度良く必要な波長域のみを絞り込み、かつ、光量損失を抑えた受光光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る受光光学系の構成を示す図である。
【図２】図１に示す絞りを拡大した断面図である。
【図３】図１に示す絞りの開口部を拡大した断面図である。
【図４】図１に示す受光光学系に、投光波長以外の波長の光が入射した場合の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る受光光学系を示す。ここでは光電センサに適用される受光光学系を例に説明する。この受光光学系は、不図示の光源と、この光源が投光した光を集光する受光レンズ１０と、この受光レンズ１０で集光した光の波長を選別して通過させる絞り２０と、絞り２０を通過した光を受光する受光素子３０とを備える。
【００１２】
光源は、所定の波長域の光を投光する。この例では６６０ｎｍにピークのある光を投光する。
【００１３】
受光レンズ１０は、光源の投光を、白色照明光等の外乱光と共に集光し、色収差を発生させる。色収差は、受光レンズ１０を通過した光の焦点距離が波長により異なるために生ずる。凸レンズである受光レンズ１０の場合、波長が長くなるにつれて焦点距離が受光レンズ１０から遠ざかるような、波長分散が起こる。
受光レンズ１０には、好ましくは、波長分散が大きくなるレンズ材料を用いる。
【００１４】
絞り２０は、受光レンズ１０が集光した光のうち、光源が投光した６６０ｎｍの波長の光束が最小径（以下、最小光束径ｗｍｉｎ）になる位置に配置する。この最小光束径ｗｍｉｎの位置が、図１に示す焦点距離ｆ６６０の位置である。
【００１５】
ところで、受光レンズ１０へ入射する光源からの光を受光レンズ１０の光軸に対して完全に平行にしたうえで、受光レンズ１０自体における各種の収差（色収差を除く）の影響が無ければ、理論上、最小光束径ｗｍｉｎは焦点距離ｆ６６０の位置においてエアリーディスク径相当となるが、実際の設計上、このような条件を満たすことは不可能であり、最小光束径ｗｍｉｎはある程度の幅を持つこととなる。よって、本発明において述べる最小光束径ｗｍｉｎとは、このような状況を鑑みて定められる、所定の幅を持つ値である。
【００１６】
図２に示す拡大図において、絞り２０は、受光レンズ１０に向いた入口側通過面２１と、受光素子３０に向いた出口側通過面２２とを有する。光線が通過する順序は、入口側通過面２１、出口側通過面２２の順である。また、絞り２０は、出口側通過面２２が焦点距離ｆ６６０の位置になるよう配置され、配置基準面となる出口側通過面２２から入口側通過面２１までの厚みｔを有する。また、絞り２０を先細り形状に穿設して開口部２３を設ける。
【００１７】
図３に示す拡大図において、絞り２０の開口部２３は、入口側通過面２１に入口側絞り径ｄ１を有し、出口側通過面２２に出口側絞り径ｄｍｉｎを有する。開口部２３の入口及び出口の形状は円形状が望ましいが、必ずしも円形状である必要はない。
この入口側絞り径ｄ１は、少なくとも最小光束径ｗｍｉｎ以上の大きさであり、受光レンズ１０からの集光角度と絞り２０の厚み等により適宜定められる値にし、出口側絞り径ｄｍｉｎは、最小光束径ｗｍｉｎと略同じ大きさにする。
【００１８】
ここで、光のスペクトル分布が幅のある波状であることから解るとおり、光源から投光される光の強度はある程度の幅を持って分布する。
一例として、本実施の形態のように６６０ｎｍにピークのある光を光源から投光する場合であっても、光源が一般的なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）であった場合では、投光量のうち約９０％は６６０ｎｍを中心とした周辺の波長域、即ち６３０ｎｍ〜６９０ｎｍ程度の幅の波長域に含まれてなるものであり、厳密に波長６６０ｎｍの光だけを通すように絞り２０を設計したのでは受光素子３０における受光強度が極端に低下する可能性がある。
【００１９】
これを避けるためには、出口側絞り径ｄｍｉｎの大きさを最小光束径ｗｍｉｎより適宜大きくして設計すればよい。例えばここで、所定の波長域におけるスペクトル分布のうち、支配的な光強度を占める波長帯域がλｍｉｎ〜λｍａｘ（但し、λｍｉｎ＜λｍａｘ）であるときを想定する。λｍｉｎを６３０ｎｍ、λｍａｘを６９０ｎｍとすると、６３０ｎｍ〜６９０ｎｍの波長が絞り２０を通過するように設計するのであれば、波長６３０ｎｍの光（波長６６０ｎｍよりも光源側に焦点を有する）の、出口側通過面２２における光束径ｗ６３０（不図示）と、波長６９０ｎｍの光（波長６６０ｎｍよりも受光素子３０側に焦点を有する）の、出口側通過面２２における光束径ｗ６９０（不図示）とをそれぞれ求め、光束径ｗ６３０，ｗ６９０のうちのいずれか大きい方の値を出口側絞り径ｄｍｉｎに設定する。同様に、入口側通過面２１における光束径ｗ６３０，ｗ６９０を求めていずれか大きい方の値を入口側絞り径ｄ１に設定して、絞り２０を設計することにより、波長６３０ｎｍ〜６９０ｎｍの光が支配的に受光素子３０へ到達するように、適切に絞込みを行うことができる。
【００２０】
例えば、本発明者が実験的に得た値として、波長６６０ｎｍの光の最小光束径ｗｍｉｎは約１３μｍであったが、波長６３０ｎｍ及び６９０ｎｍの光を通過させるために必要な最小光束径ｗｍｉｎは約４０μｍであり、およそ３倍の開きが見られた。
換言すれば、所定の波長（例えば、６６０ｎｍ）の光を発するものとして設計されている光源から投光される光を受光する受光光学系において、その光源からの光をおよそ無駄なく受光するためには、当該所定の波長における焦点距離に絞り２０の出口側通過面２２を配すると共に、出口側通過面２２における最小光束径ｗｍｉｎを、用いる受光レンズ１０等の影響を踏まえて求め、かつ、その３倍程度の値を出口側絞り径ｄｍｉｎとして設定すればよいことになる。
【００２１】
ただし、絞り２０を形成する際に、前述した条件の他、加工時の公差に基づく程度の若干の寸法差が生じ、例えば出口側絞り径ｄｍｉｎが設計値より大きくなったとしても、その程度の誤差は本発明の要旨を逸脱しない範囲のずれであって、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００２２】
図４は、実施の形態１に係る受光光学系に、光源の投光波長６６０ｎｍ以外の光を照射した場合、外乱光として入射した場合等の一例を示す図である。図示例では投光波長に比して大きく波長の異なる５５０ｎｍの波長の光を照射する。５５０ｎｍの波長の焦点距離ｆ５５０は、焦点距離ｆ６６０より受光レンズ１０に近い位置にあるので、絞り２０の開口部２３で大部分が遮断され、受光素子３０側へ通過するのはごくわずかである。
同様に、投光波長６６０ｎｍより極めて長い波長の光を照射した場合であっても、その大部分は開口部２３で遮断され、受光素子３０側へ通過するのはごくわずかである。
【００２３】
この構成により、絞り２０は光源の投光波長を受光素子３０へ通し、光源の投光波長とは異なる波長の光を受光素子３０へ通しにくくすることができるので、白色照明光等の外乱光による光電センサの誤作動を低減できる。また、絞り２０は、所定の波長を吸収するフィルタ又は回折光学素子を用いる場合に比べて、光量損失を抑えることができる。さらに、絞り２０は、干渉フィルタの多層膜コーティングより安価に実施できる。
【００２４】
以上より、実施の形態１によれば、受光光学系は、所定の波長域の光を発する光源と、集光する受光レンズ１０と、この受光レンズ１０との距離が、所定の波長域の最小光束径ｗｍｉｎになる距離に配置され、かつ、開口部２３の出口側絞り径ｄｍｉｎが、この最小光束径ｗｍｉｎと略同じに形成された絞り２０とを備えるように構成した。これにより、精度良く必要な波長域のみを絞り込み、かつ、光量損失を抑えることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  受光レンズ（レンズ）
２０  絞り
２１  入口側通過面
２２  出口側通過面
２３  開口部
３０  受光素子
ｄ１  入口側絞り径
ｄｍｉｎ  出口側絞り径
ｆ５５０，ｆ６６０  焦点距離
ｗｍｉｎ  最小光束径
【図１】
2011215285.tif 000003
【図２】
2011215285.tif 000004
【図３】
2011215285.tif 000005
【図４】
2011215285.tif 000006