(57)【要約】【課題】被検出物体に均一でかつ高い強度分布を有する光を照射することができるとともに小型化および低コスト化が可能な光学式検出器を提供することである。【解決手段】投光部１０内の発光素子１３から出射された光はレンズ１４により平行光に変換され、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２から投光窓１２を通して出射される。受光部２０の受光窓２２を通してプリズム２５の入射面２５２に入射した光３０は、出射面２５１で屈折されて出射され、レンズ２４により集光され、受光素子２３により受光される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、
光を発生する光源と、
前記光源により発生された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムとを備え、
前記投光用プリズムは、
前記光源により発生された光が９０度よりも小さい入射角で入射する第１の面と、
前記第１の面に対して所定の角度をなし、前記第１の面で屈折した光を出射する第２の面とを有することを特徴とする光学式検出器。
【請求項２】
前記投光用プリズムの前記第１の面で屈折した光が前記第２の面に対して垂直に入射するように、前記光源により発生された光と前記投光用プリズムの前記第１の面との間の角度および前記投光用プリズムの前記第１の面と前記第２の面との間の角度が設定されたことを特徴とする請求項１記載の光学式検出器。
【請求項３】
検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、
光を発生する光源と、
前記光源により発生された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムとを備え、
前記投光用プリズムは、
前記光源により発生された光が９０度よりも小さい入射角で入射する第１の面と、
前記第１の面に対して所定の角度をなし、前記第１の面で屈折した光が入射する第２の面とを有し、
前記第２の面に入射した光を反射する反射面が前記第２の面に設けられ、前記反射面で反射された光が前記第１の面から出射されることを特徴とする光学式検出器。
【請求項４】
前記反射面で反射された光が前記第１の面に対して垂直に入射するように、前記光源により発生された光と前記投光用プリズムの前記第１の面との間の角度および前記投光用プリズムの前記第１の面と前記第２の面との間の角度が設定されたことを特徴とする請求項３記載の光学式検出器。
【請求項５】
前記光源により発生された光を平行光に変換して前記投光用プリズムの前記第１の面に入射させる光学部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学式検出器。
【請求項６】
前記投光用プリズムは前記第１の面を斜辺とする略三角形状を有し、
斜辺を有する略三角形状を有しかつ前記光源を駆動するための投光回路が設けられた投光回路用基板と、
前記投光用プリズムおよび前記投光回路用基板を収容する投光用ケーシングとをさらに備え、
前記投光用プリズムと前記投光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように前記投光用ケーシング内に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学式検出器。
【請求項７】
前記投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光を屈折する受光用プリズムと、
前記受光用プリズムにより屈折された光を受光する受光素子とをさらに備え、
前記受光用プリズムは、
前記帰還光が入射する第３の面と、
前記第３の面に対して所定の角度をなし、前記第３の面からの光を屈折して前記受光素子に出射する第４の面とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学式検出器。
【請求項８】
前記受光用プリズムは前記第４の面を斜辺とする略三角形状を有し、
斜辺を有する略三角形状を有しかつ前記受光素子から出力される信号を処理するための受光回路が設けられた受光回路用基板と、
前記受光用プリズムおよび前記受光回路用基板を収容する受光用ケーシングとをさらに備え、
前記受光用プリズムと前記受光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように前記受光用ケーシング内に配置されたことを特徴とする請求項７記載の光学式検出器。
【請求項９】
検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、
光を発生する光源と、
略三角形状を有しかつ前記光源により発生された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムと、
略三角形状を有しかつ前記光源を駆動するための投光回路が設けられた投光回路用基板と、
前記投光用プリズムおよび前記投光回路用基板を収容するケーシングとを備え、
前記投光用プリズムと前記投光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように前記投光用ケーシング内に配置されたことを特徴とする光学式検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物体に光源からの光を投射し、その透過光または反射光の光量分布を検出することにより、物体の有無、物体の寸法、物体間の間隔、物体の位置、物体の形状、物体に付された画像等を検出する光電センサ、光学スキャナ等の光学式検出器が用いられている。
【０００３】
図８は従来の透過型の光学式検出器の基本構成を示す模式図である。
図８の光学式検出器は、投光部５０および受光部６０により構成される。投光部５０は、投光回路５１、発光素子５２およびレンズ５３を含む。投光回路５１により発光素子５２が駆動される。発光素子５２から出射された光はレンズ５３により平行光となって被検出物体５００および受光部６０に投射される。
【０００４】
受光部６０は、受光回路６１、受光素子６２およびレンズ６３を含む。検出領域５０１からの透過光はレンズ６３により受光素子６２に集光される。受光素子６２は、受光した光の量を電気信号として出力する。受光回路６１は、受光素子６２から出力される電気信号に基づいて検出領域５０１における被検出物体５００の有無、寸法、形状等を検出する。
【０００５】
図９（ａ）は従来の光学式検出器の一例を示す模式図、図９（ｂ）は光の照射面の位置と光の強度との関係を示す図である（特許文献１参照）。
【０００６】
図９において、発光体１０１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）からなり、光を発生する。発光体１０１により発生された光は光ファイバ１０２を通してレンズ１０３まで伝達される。レンズ１０３は、光ファイバ１０２から出射された光を一定の幅を有する平行光に変換する。その平行光は反射面１０４により反射される。
【０００７】
反射面１０４により反射された平行光１１２は、被検出物体１０５により遮られ、被検出物体１０５により遮られなかった光が光検出器１０６に入射する。光検出器１０６に光が入射すると、光検出器１０６は入射光に対応する受光信号を発生し、比較回路１０７に出力する。また、基準値発生回路１０８は基準信号を発生し、比較回路１０７に出力する。
【０００８】
比較回路１０７は、光検出器１０６から出力される受光信号と基準値発生回路１０８から出力される基準信号とを比較し、平行光１１２の領域内に被検出物体１０５が存在するか否かを判定する。次に、比較回路１０７は判定結果を検出信号として出力する。
【０００９】
一般に、ＬＥＤの出射光の強度は中央部で強く、中央から離れるにしたがって弱くなる強度分布を示す。それにより、図９（ｂ）に示されるように、被検出物体１０５に照射される光の強度が光束内で均一ではなく、光束内の位置により異なるため、光の強度が弱い位置に被検出物体１０５がある場合には、光が被検出物体１０５により遮られることによる光量の変化量が小さくなる。したがって、被検出物体１０５の位置によっては、検出感度および検出精度が低下する場合がある。
【００１０】
また、光束内の位置により光の強度が異なるため、同じ大きさの被検出物体１０５であっても、光束内の位置によって光検出器１０６に入射する光量が異なる。したがって、被検出物体１０５の大きさを検出することができない。
【００１１】
さらに、光の幅を大きくするためには、大きなレンズ１０３を用いる必要がある。レンズは、樹脂で作製すると、熱等により変形するため、ガラスにより作製する必要がある。しかしながら、レンズの表面の形状を高精度に加工することは容易でないため、ガラスのレンズは高価となる。したがって、低コスト化が図れない。
【００１２】
なお、発光体１０１としてレーザダイオードを用いるレーザ平行光リニアセンサがある。このレーザ平行光リニアセンサでは、レーザ光の強度が高いため、レーザ光の比較的強度が均一な領域のみを使用することができる。それにより、比較的強度が均一な平行光を被検出物体１０５に照射することができる。しかしながら、発光体１０１としてレーザダイオードを利用したレーザ平行光リニアセンサは、大型となり、価格が高くなる。
【００１３】
図１０は従来の光学式検出器の他の例を示す模式図である（特許文献１参照）。
【００１４】
図１０において、発光体２０１から発生された光は、光ファイバ２０２を通して伝達され、放射光２１１となってレンズ２０３に入射される。レンズ２０３に入射された放射光２１１は、平行光２１２となって反射部材２１３に照射される。反射部材２１３に照射された平行光２１２は、反射部材２１３の表面に形成された多数の全反射面２１４で分割されるとともに反射される。この反射光２１５の幅Ｗ２は平行光２１２の幅Ｗ１よりも大きく設定され、被検出物体に照射される。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−１４６１１５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０の従来の光学式検出器では、被検出物体に照射される光の幅を大きくすることができるので、発光体２０１により発生される光のうち強度分布がほぼ一定となる中央部の光の領域を被検出物体に照射することができる。それにより、被検出物体に照射される光の強度分布を位置によらずにほぼ一定にすることができる。
【００１７】
しかしながら、反射部材２１３の多数の反射面２１４に対応するピッチで光の強度分布に複数組の山および谷が生じてしまう。この場合にも、被検出物体に照射される光の強度が光束内の位置により異なるため、光の強度が弱い位置に小さな被検出物体がある場合には、光が被検出物体により遮られることによる光量の変化量が小さくなる。したがって、被検出物体の位置によっては、検出感度および検出精度が低下する場合がある。
【００１８】
また、光の強度分布の谷の部分では、発光体２０１により発生された光が被検出物体に照射されずに他の方向に反射されるため、光量に無駄が生じている。それにより、全体的に光の強度が低下し、検出感度が低下する。
【００１９】
本発明の目的は、被検出物体に均一でかつ高い強度分布を有する光を照射することができるとともに小型化および低コスト化が可能な光学式検出器を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る光学式検出器は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、光を発生する光源と、光源により発生された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムとを備え、投光用プリズムは、光源により発生された光が９０度よりも小さい入射角で入射する第１の面と、第１の面に対して所定の角度をなし、第１の面で屈折した光を出射する第２の面とを有するものである。
【００２１】
本発明に係る光学式検出器においては、光源により発生された光が投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射し、第１の面で屈折し、第２の面から出射される。それにより、発光素子から出射された光の幅が投光用プリズムの第１の面で屈折することにより拡大される。
【００２２】
この場合、発光素子から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光を投光用プリズムにより拡大して用いることにより、均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光が得られる。その結果、より正確に被検出物体に関する情報を検出することができる。
【００２３】
また、投光用プリズムは、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００２４】
さらに、投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射させることにより発光素子から出射された光の幅を小型の投光用プリズムを用いて拡大することができる。したがって、光学式検出器の小型化を図ることができる。
【００２５】
第２の発明に係る光学式検出器は、第１の発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムの第１の面で屈折した光が第２の面に対して垂直に入射するように、光源により発生された光と投光用プリズムの第１の面との間の角度および投光用プリズムの第１の面と第２の面との間の角度が設定されたものである。
【００２６】
この場合、投光用プリズムの第１の面で屈折した光が第２の面から垂直に出射される。それにより、投光用プリズムの第１の面で拡大された光の幅を維持しつつ出射面から出射させることができる。
【００２７】
第３の発明に係る光学式検出器は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、光を発生する光源と、光源により発生された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムとを備え、投光用プリズムは、光源により発生された光が９０度よりも小さい入射角で入射する第１の面と、第１の面に対して所定の角度をなし、第１の面で屈折した光が入射する第２の面とを有し、第２の面に入射した光を反射する反射面が第２の面に設けられ、反射面で反射された光が第１の面から出射されるものである。
【００２８】
本発明に係る光学式検出器においては、光源により発生された光が投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射し、第１の面で屈折し、第２の面に入射する。第２の面に入射した光は反射面で反射され、第１の面から出射される。それにより、発光素子から出射された光の幅が投光用プリズムの第１の面で屈折することにより拡大される。
【００２９】
この場合、発光素子から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光を投光用プリズムにより拡大して用いることにより、均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光が得られる。その結果、より正確に被検出物体に関する情報を検出することができる。
【００３０】
また、投光用プリズムは、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００３１】
さらに、投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射させることにより発光素子から出射された光の幅を小型の投光用プリズムを用いて拡大することができる。したがって、光学式検出器の小型化を図ることができる。
【００３２】
また、第１の面で屈折した光を第２の面に設けられた反射面で反射させて第１の面から出射させることにより、投光用プリズムの第１の面と第２の面とのなす角度を小さくすることができる。それにより、投光用プリズムをより小型化することができる。その結果、光学式検出器をより小型化することが可能となる。
【００３３】
第４の発明に係る光学式検出器は、第３の発明に係る光学式検出器の構成において、反射面で反射した光が第１の面に対して垂直に入射するように、光源により発生された光と投光用プリズムの第１の面との間の角度および投光用プリズムの第１の面と第２の面との間の角度が設定されたものである。
【００３４】
この場合、反射面で反射した光が第１の面から垂直に出射される。それにより、投光用プリズムの第１の面で拡大された光の幅を維持しつつ出射面から出射させることができる。
【００３５】
第５の発明に係る光学式検出器は、第１〜第４のいずれかの発明に係る光学式検出器の構成において、光源により発生された光を平行光に変換して投光用プリズムの第１の面に入射させる光学部材をさらに備えたものである。
【００３６】
この場合、光源により発生された光が平行光に変換されて投光用プリズムの第１の面に入射することにより、大きな幅を有する平行光を投射することができる。
【００３７】
第６の発明に係る光学式検出器は、第１〜第５のいずれかの発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムは第１の面を斜辺とする略三角形状を有し、斜辺を有する略三角形状を有しかつ光源を駆動するための投光回路が設けられた投光回路用基板と、投光用プリズムおよび投光回路用基板を収容する投光用ケーシングとをさらに備え、投光用プリズムと投光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように投光用ケーシング内に配置されたものである。
【００３８】
この場合、投光用ケーシング内に投光用プリズムと投光回路用基板とが互いに斜辺で対向するように配置されるので、投光用ケーシング内のスペースが有効に利用される。それにより、光学式検出器のさらなる小型化を図ることができる。
【００３９】
第７の発明に係る光学式検出器は、第１〜第６のいずれかの発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光を屈折する受光用プリズムと、受光用プリズムにより屈折された光を受光する受光素子とをさらに備え、受光用プリズムは、帰還光が入射する第３の面と、第３の面に対して所定の角度をなし、第３の面からの光を屈折して受光素子に出射する第４の面とを有するものである。
【００４０】
この場合、投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光が受光用プリズムの第３の面に入射し、第４の面で屈折されて受光素子に出射される。それにより、広い幅を有する光を小型の受光用プリズムにより受光素子に導くことができる。その結果、より正確に被検出物体に関する情報を検出することができるとともに、光学式検出器のさらなる小型化を図ることができる。
【００４１】
さらに、受光用プリズムは、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器のさらなる低コスト化を図ることができる。
【００４２】
第８の発明に係る光学式検出器は、第７の発明に係る光学式検出器の構成において、受光用プリズムは第４の面を斜辺とする略三角形状を有し、斜辺を有する略三角形状を有しかつ受光素子から出力される信号を処理するための受光回路が設けられた受光回路用基板と、受光用プリズムおよび受光回路用基板を収容する受光用ケーシングとをさらに備え、受光用プリズムと受光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように受光用ケーシング内に配置されたものである。
【００４３】
この場合、受光用ケーシング内に受光用プリズムと受光回路用基板とが互いに斜辺で対向するように配置されるので、受光用ケーシング内のスペースが有効に利用される。それにより、光学式検出器のさらなる小型化を図ることができる。
【００４４】
第９の発明に係る光学式検出器は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、光を発生する光源と、略三角形状を有しかつ光源により発生された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムと、略三角形状を有しかつ光源を駆動するための投光回路が設けられた投光回路用基板と、投光用プリズムおよび投光回路用基板を収容するケーシングとを備え、投光用プリズムと投光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように投光用ケーシング内に配置されたものである。
【００４５】
本発明に係る光学式検出器においては、投光回路により光源が駆動され、光源により光が発生される。光源により発生された光が投光用プリズムにより屈折されて検出領域に投射される。
【００４６】
この場合、投光用ケーシング内に投光用プリズムと投光回路用基板とが互いに斜辺で対向するように配置されるので、投光用ケーシング内のスペースが有効に利用される。それにより、光学式検出器の小型化を図ることができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。図２は図１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【００４８】
図１の光学式検出器は、投光部１０および受光部２０により構成される。投光部１０は略四角形のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５および投光回路基板１６が収納されている。
【００４９】
発光素子１３は、光軸がケーシング１１のほぼ対角線方向に沿うようにケーシング１１内の１つの角部に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。
【００５０】
プリズム１５は、ガラスからなり、直角三角形状を有する。プリズム１５の斜辺が入射面１５１となり、互いに直角をなす２辺のうち１辺が出射面１５２となる。プリズム１５は、入射面１５１がケーシング１１の対角線方向にほぼ沿い、出射面１５２が投光窓１２に面するようにケーシング１１内に配置されている。また、投光回路基板１６は、直角三角形状を有し、斜辺がプリズム１５の入射面１５１と対向するようにケーシング１１内に配置されている。投光回路基板１６には、発光素子１３を駆動するための投光回路が設けられている。
【００５１】
受光部２０は略四角形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、レンズ２４、プリズム２５および受光回路基板２６が収納されている。
【００５２】
受光素子２３は、光軸がケーシング２１のほぼ対角線方向に沿うようにケーシング２１内の１つの角部に配置されている。レンズ２４は、受光素子２３の受光面の前方に配置されている。
【００５３】
プリズム２５は、ガラスからなり、直角三角形状を有する。プリズム２５の斜辺が出射面２５１となり、互いに直角をなす２辺のうち１辺が入射面２５２となる。プリズム２５は、出射面２５１がケーシング２１の対角線方向にほぼ沿い、入射面２５２が受光窓２２に面するようにケーシング２１内に配置されている。また、受光回路基板２６は、直角三角形状を有し、斜辺がプリズム２５の出射面２５１に対向するようにケーシング２１内に配置されている。受光回路基板２６には、受光素子２３から出力される信号を処理することにより検出結果を出力するための受光回路が設けられている。
【００５４】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してプリズム２５の入射面２５２に入射した光３０は、出射面２５１で屈折されて出射され、レンズ２４により集光され、受光素子２３により受光される。
【００５５】
本実施の形態では、発光素子１３が光源に相当し、プリズム１５が投光用プリズムに相当し、入射面１５１が第１の面に相当し、出射面１５２が第２の面に相当する。また、レンズ１４が光学部材に相当し、投光回路基板１６が投光回路用基板に相当する。さらに、プリズム２５が受光用プリズムに相当し、入射面２５２が第３の面に相当し、出射面２５１が第４の面に相当し、受光回路基板２６が受光回路用基板に相当し、ケーシング２１が受光用ケーシングに相当する。
【００５６】
図３は図１の光学式検出器の原理を説明するための図であり、（ａ）はプリズムから出射された光の強度分布を示し、（ｂ）はプリズムへの入射光とプリズムからの出射光との関係を示し、（ｃ）は発光素子から出射される光の強度分布を示す。なお、図３では、図１および図２のレンズ１４の図示を省略している。また、図４は光の屈折を説明するための図である。
【００５７】
図４において、媒質３０１の屈折率をｎ１　とし、媒質３０２の屈折率をｎ２　とする。光は屈折率ｎ１　の媒質３０１から屈折率をｎ２の媒質３０２に入射するとき、媒質３０１と媒質３０２との境界面で屈折する。このとき、入射角ｉと屈折角ｔとの間には次の関係がある。
【００５８】
ｎ１　ｓｉｎ（ｉ）＝ｎ２ｓｉｎ（ｔ）
したがって、媒質３０１の屈折率ｎ１　が媒質３０２の屈折率ｎ２　よりも小さい場合には、図４（ａ）に示すように、媒質３０１と媒質３０２との境界面への入射光３１の入射角ｉが出射光３２の屈折角ｔよりも大きくなる。一方、媒質３０１の屈折率ｎ１　が媒質３０２の屈折率ｎ２　よりも大きい場合には、図４（ｂ）に示すように、媒質３０１と媒質３０２との境界面への入射光３１の入射角ｉが出射光３２の屈折角ｔよりも小さくなる。
【００５９】
図３（ｂ）において、発光素子１３は、出射光の光軸とプリズム１５の入射面１５１とが９０度よりも小さい角度をなすように配置される。それにより、矢印で示すように、発光素子１３から出射される光は、プリズム１５の入射面１５１に対して斜めに入射する。プリズム１５の屈折率は空気の屈折率よりも大きい。したがって、プリズム１５に入射する光は、図４（ａ）に示すように入射面１５１で屈折角ｔが入射角ｉよりも小さくなるように屈折する。それより、発光素子１３から出射された光の幅がプリズム１５の入射面１５１で屈折することにより拡大される。
【００６０】
ここで、プリズム１５の入射面１５１で屈折した光が出射面１５２に垂直に入射するように入射面１５１への光の入射角ｉおよびプリズム１５の入射面１５１と出射面１５２との間の角度θが設定される。それにより、プリズム１５の入射面１５１で屈折された光が出射面１５２から垂直に出射される。
【００６１】
図３（ｃ）に示すように、発光素子１３から出射される光の強度分布は光軸付近ではほぼ一定でかつ最大強度となり、光軸から離れるほど光の強度が小さくなる。したがって、発光素子１３から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域Ｌ内のほぼ一定の強度を有する光をプリズム１５で拡大して用いることにより、図３（ａ）に示すように、均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光束が得られる。その結果、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００６２】
この場合、プリズム１５により拡大された光の幅は、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角ｉにより決定される。この入射角ｉを９０度に近づけることにより原理的には光の幅を無限に拡大することができる。
【００６３】
また、上記のように、プリズム１５の入射面１５１で屈折した光が出射面１５２で屈折しないように、入射面１５１への光の入射角ｉまたは入射面１５１と出射面１５２との間の角度θを設定することにより、入射面１５１で拡大された光の幅を維持したまま出射面１５２から出射させることができる。
【００６４】
図１の光学式検出器のように、発光素子１３から出射した光をレンズ１４により平行光にしてプリズム１５の入射面１５１に入射させることが好ましい。それにより、大きな幅を有する平行光を投射することが可能となる。
【００６５】
なお、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角は、９０度を除く任意の角度に設定することができる。その場合にも、光の幅を拡大することができる。
【００６６】
プリズム１５の入射面１５１と入射光とがなす角度およびプリズム１５の出射面１５２と出射光とがなす角度は、投射すべき光の量、受光素子２３の寸法、光の幅の拡大率等により任意に設定することができる。
【００６７】
上記のように、本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００６８】
また、投光部１０の四角形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板１６が互いに斜辺で対向するように配置されているので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。それにより、投光部１０の小型化を図ることができる。同様に、受光部２０の四角形状のケーシング２１内に直角三角形状のプリズム２５および直角三角形状の投光回路基板２６が互いに斜辺で対向するように配置されているので、ケーシング２１内のスペースが有効に利用される。それにより、受光部２０の小型化を図ることができる。
【００６９】
さらに、プリズム１５，２５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００７０】
図５は本発明の他の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。図５の光学式検出器は、ヘッド分離型の光学式検出器である。図５においては、受光部の図示を省略している。
【００７１】
図５の光学式検出器は、投光用ヘッド部１０ａおよび本体部１０ｂを備える。投光用ヘッド部１０ａが図１および図２の投光部１０と異なるのは、ケーシング１１ａ内に発光素子１３および投光回路基板１６を含まない点である。
【００７２】
一方、本体部１０ｂは、ケーシング１１ｂに発光素子１３、レンズ１７および投光回路基板１６を内蔵している。レンズ１７は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。
【００７３】
投光用ヘッド部１０ａと本体部１０ｂとは光ファイバ１８により接続されている。発光素子１３から発生された光は本体部１０ｂのレンズ１７により集光され、光ファイバ１８を通して投光用ヘッド部１０ａに伝送される。投光用ヘッド部１０ａにおいて光ファイバ１８の先端から出射された光は、レンズ１３により平行光に変換され、プリズム１５の入射面１５１に出射される。プリズム１５の入射面１５１に入射した光は、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から出射される。
【００７４】
なお、受光部が受光素子および受光回路基板を含まず、本体部１０ｂが受光素子、レンズおよび受光回路基板を含み、受光部と本体部１０ｂとが光ファイバにより接続されてもよい。
【００７５】
本実施の形態の光学式検出器の他の部分の構成は、図１および図２の光学式検出器の構成と同様である。
【００７６】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光用ヘッド部１０ａから均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状に関する情報等を検出することができる。
【００７７】
また、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００７８】
図６は本発明のさらに他の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。また、図７は図６の光学式検出器における光の経路を示す図である。図６においては、受光部の図示を省略している。
【００７９】
図６において、投光部１０ｃは略四角形のケーシング１１ｃを備える。ケーシング１１ｃの一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１ｃ内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５ａおよび投光回路基板（図示せず）が収納されている。
【００８０】
発光素子１３は、光軸がケーシング１１のほぼ対角線方向に沿うようにケーシング１１内の１つの角部に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。
【００８１】
プリズム１５ａの一辺が第１の面１５１ａとなり、他の一辺が第２の面１５１ｂとなる。プリズム１５ａは、第１の面１５１ａが投光窓１２に面するようにケーシング１１ｃ内に配置されている。第２の面１５１ｂには反射ミラー１９が設けられている。
【００８２】
本実施の形態の光学式検出器の他の部分の構成は、図１および図２の光学式検出器の構成と同様である。
【００８３】
投光部１０ｃ内の発光素子１３から出射された光は、レンズ１４により平行光に変換され、図７に示すように、プリズム１５ａの第１の面１５１ａに入射し、入射面１５１ａで屈折し、第２の面１５１ｂに入射する。第２の面１５１ｂに入射した光は、反射ミラー１９で反射され、第１の面１５１ａを透過して投光窓１２から検出領域に出射される。
【００８４】
本実施の形態の光学式検出器においても、投光部１０ｃから均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００８５】
また、第１の面１５１ａで屈折した光を第２の面１５１ｂに設けられた反射ミラー１９で反射させて第１の面１５１ａから出射させることにより、プリズム１５ａの第１の面１５１ａと第２の面１５１ｂとのなす角度を小さくすることができる。それにより、プリズム１５ａをより小型化することができる。その結果、光学式検出器をより小型化することが可能となる。
【００８６】
上記実施の形態の光学式検出器において、発光素子１３としては、レーザダイオードに限らず、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の発光素子を用いることができる。
【００８７】
また、受光部２０に投光部１０のプリズム１５と同様のプリズム２５が用いられているが、受光部２０にプリズム２５を設けずに、受光素子２３の代わりにＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサを設けてもよい。
【００８８】
なお、本発明は、被検出物体に光を投射し、その透過光を受光することにより被検出物体に関する情報を検出する透過型の光学式検出器に限らず、被検出物体に光を投射し、その反射光を受光することにより被検出物体に関する情報を検出する反射型の光学式検出器にも同様に適用することができる。
【００８９】
また、本発明は、光電センサ、光学スキャナ、光学式形状測定器等の種々の光学式検出器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。
【図２】図１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【図３】図１の光学式検出器の原理を説明するための図である。
【図４】光の屈折を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図７】図６の光学式検出器における光の経路を示す図である。
【図８】従来の透過型の光学式検出器の基本構成を示す模式図である。
【図９】従来の光学式検出器の一例を示す模式図および光の照射面の位置と光の強度との関係を示す図である。
【図１０】従来の光学式検出器の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０，１０ｃ　投光部
１０ａ　投光用ヘッド部
１０ｂ　本体部
１１，２１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　ケーシング
１２　投光窓
１３　発光素子
１４，１７，２４　レンズ
１５，１５ａ，２５　プリズム
１６　投光回路基板
１９　反射ミラー
２２　受光窓
２３　受光素子
２６　受光回路基板
３０　光
１５１，２５２　入射面
１５２，２５１　出射面
１５１ａ　第１の面
１５１ｂ　第２の面
【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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