(57)【要約】【課題】平行光を隙間無く広げることができ、これにより、被検出物体が投光器の出射面に近接して位置すると共に、極端に細かな被検出物体を検出する場合にも安定して検出できるようにする。【解決手段】投光手段１０が投光する平行光の投光方向に位置して、プリズム１１が配設されている。このプリズム１１は、投光手段１０により投光された平行光が界面１１ａに対して斜めに入射するように配設されている。プリズム１１の屈折率Ｎｏｕｔが空気層領域の屈折率Ｎｉｎに比較して大きく、プリズム１１から空気層領域へ出射する出射角が、投光手段１０により投光される平行光の界面１１ａに対する入射角よりも小さく形成されている。したがって、プリズム１１から出射する平行光の幅は、プリズム１１に入射する平行光の幅よりも大きくなり、平行光を隙間無く広げることができる。【選択図】　図１
2004095590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光器と、受光器とを有し、
前記投光器は、
平行光を投光する投光手段と、
この投光手段から投光された平行光が斜めに入射する屈折面が設けられ当該屈折面で屈折するように配設された透光部とを備え、
前記透光部の屈折面で屈折された光を検出領域へ出射するように構成され、
前記受光器は、
前記投光器から出射された光を前記検出領域を介して受光する受光手段と、
この受光手段により受光された受光量に基づいて前記検出領域の遮光状態を検出する遮光状態検出手段とを備えて構成され、
前記透光部は、当該透光部の屈折率が前記屈折面に対する前記投光手段からの平行光の入射側の領域の屈折率に比較して大きくなる透光部材から構成されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項２】
請求項１記載の光電センサにおいて、
前記投光器の透光部を構成する透光部材には、
前記屈折面において屈折された平行光を当該屈折面に向けて反射する反射面が形成され、
前記反射面は、
前記屈折面から平行光の出射する出射角が、前記投光手段から投光される平行光の前記屈折面に入射する入射角よりも小さくなり、かつ、平行光が当該反射面に反射した後に前記屈折面に入射する入射角が臨界角以下となるように屈折面に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
【請求項３】
前記透光部材の反射面は、当該透光部材の外面に金属蒸着を施した金属反射面であることを特徴とする請求項２記載の光電センサ。
【請求項４】
前記透光部は、プラスチックにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の光電センサ。
【請求項５】
前記透光部は、アクリルにより形成されていることを特徴とする請求項４記載の光電センサ。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載の光電センサを構成する投光器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投光器から光を検出領域に向けて出射し、当該光を検出領域を介して受光器において受光し、この受光された受光量に基づいて検出領域の遮光状態を検出することにより被検出物体の位置や寸法等を測定する光電センサおよびこの光電センサを構成する投光器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光電センサとして、例えば、特許３２７９４０２号公報に開示された光ファイバセンサがある。この光ファイバセンサは、投光側の光ファイバの光軸上に凸レンズと反射部材とを設け、反射部材の反射面が鋸歯状に形成された状態で反射率の高い金属が蒸着されて構成されている。この構成によれば、多数の反射面を有する反射部材を用いているので、反射面のピッチ以上の大きさを持つ被検出物体であれば、物体の位置に関係無く均一な受光量の変化が得られ、安定した検出を行うことができる。
【０００３】
この場合、光ファイバの開口絞りの開口径が大きく、点光源とみなせない場合には、反射部材から距離が離れた位置では光強度の強度分布がほぼ均一となり、被検出物体の大きさが反射面のピッチ以上の大きさであれば、物体の位置に関係無く均一な受光量の変化が得られ、安定した検出を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述構成のものでは、反射面のピッチ以上の被検出物体を検出することはできるものの、特に被検出物体が投光器に近接して位置すると共に反射面のピッチ未満の大きさを有するものであるときには、検出することはできない。すなわち、上述公報に開示されているように、反射面をブレーズ化グレーティング面としたものであってグレーティングの周期を数μｍとした構成とすることで、細かな被検出物体を検出することができるとしても、これよりも、さらに細かな被検出物体を検出することはできない。しかも、コストが上昇してしまうため採用しがたいという事情がある。すなわち、被検出物体が投光器に近接して位置すると共に、反射面のピッチ未満の被検出物体を検出する際には特に問題が顕著となる。さらに、光ファイバの開口径が点光源とみなせる場合にはより問題が顕著となる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、平行光を隙間無く広げることができ、これにより、被検出物体が投光器の出射面に近接して位置すると共に極端に細かな被検出物体を検出する場合にも安定して検出することができ、検出精度の低下を防止することができる光電センサおよびこの光電センサを構成する投光器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、投光器と、受光器とを有し、
前記投光器は、平行光を投光する投光手段と、この投光手段から投光された平行光が斜めに入射する屈折面が設けられ当該屈折面で屈折するように配設された透光部とを備え、この透光部材の屈折面で屈折された光を検出領域へ出射するように構成され、
前記受光器は、前記投光器から出射された光を前記検出領域を介して受光する受光手段と、この受光手段により受光された受光量に基づいて前記検出領域の遮光状態を検出する遮光状態検出手段とを備えて構成され、
前記透光部は、当該透光部の屈折率が前記屈折面に対する前記投光手段からの平行光の入射側の領域の屈折率に比較して大きくなる透光部材から構成されていることに特徴を有している。
【０００７】
このような手段によれば、次のように作用する。投光手段が投光する平行光は、透光部に入射し屈折面で屈折し検出領域に出射される。この場合、透光部の屈折率が、平行光の入射側の領域の屈折率に比較して大きいため、屈折面で屈折する透光部側の角度は入射角に比較して小さくなる。ここで、屈折面に斜めに入射する平行光の入射角をθｉｎ［度］，平行光の幅（径）をＷｉｎとし、屈折面で屈折する透光部側の角度をθｏｕｔ［度］，透光部側の平行光の幅（径）をＷｏｕｔとすると、原理的にはＷｉｎ／ｓｉｎ（９０−θｉｎ）＝Ｗｏｕｔ／ｓｉｎ（９０−θｏｕｔ）の関係が成立する。このため、Ｗｏｕｔ＝Ｗｉｎ×ｃｏｓ（θｏｕｔ）／ｃｏｓ（θｉｎ）であり、さらに０＜θｏｕｔ＜θｉｎ＜９０であるため、Ｗｏｕｔ＞Ｗｉｎとなる。したがって平行光を隙間無く広げることができ、これにより、被検出物体が投光器の出射面に近接して位置すると共に極端に細かな被検出物体を検出する場合にも安定して検出することができる。
【０００８】
ところで、このように屈折を利用して平行光の幅（径）を広げるときには、屈折させるだけのスペースを要する。このように屈折を利用した光学系を構成する場合、所望の広さの屈折面を有する透光部を構成する透光部材の他に、当該透光部に対して平行光の出射側に対して反対側に位置するように投光手段を配設する方法が考えられる。しかし、透光部材の大きさに加えて投光手段を設置するスペースが光の出射方向に対して平行な方向に必要となるため、近年の小型化の要求に反することになる。
【０００９】
そこで、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、投光器の透光部を構成する透光部材には、屈折面において屈折された平行光を当該屈折面に向けて反射する反射面が形成され、
屈折面から出射する出射角が、投光器から出射される平行光の前記屈折面に入射する入射角よりも小さくなり、かつ、反射面は、平行光が当該反射面に反射した後に屈折面に入射する入射角が臨界角以下となるように、屈折面に対して斜めに形成されていることに特徴を有している。
【００１０】
このような手段によれば、平行光が屈折面を介して透光部材に入射した後、透光部材に形成された反射面により平行光が反射される。このとき、平行光が反射面に反射した後に屈折面に入射する入射角が臨界角以下となっているため、平行光は再度屈折面に入射するときに全反射することはなく、再度透光部材の屈折面から出射する。屈折面を介して透光部材から出射する平行光の出射角が平行光の屈折面に対する入射角よりも小さくなっているため、透光部材から出射する平行光の幅（径）は、透光部材に入射する平行光の幅（径）よりも大きくなる。したがって、平行光が入射する屈折面を介して透光部材から再度出射させるようにしたので、請求項１記載の効果を得ることができると共に透光部材の小型化を図ることができる。
【００１１】
さて、反射面で反射した平行光は屈折面を介して透光部から出射するが、このとき、反射面を形成する方法として様々な方法が挙げられる。１つの方法は、透光部から外部へ平行光が出射するときの界面との出射角度を、故意に臨界角以上として設計する方法である。この方法を使用すれば、平行光は界面において全反射するため、当該界面を反射面として形成することができる。しかし、このように出射角度を臨界角以上にするように形成すると、かなり大きな臨界角として設定しなければならないことが確認されている。
【００１２】
例えば透光部（屈折率１．４〜１．５）および空気層で形成される界面における臨界角は一般的に４０〜５０度前後となることが確認されているが、臨界角以上で界面に平行光を入射させるためには、透光部の屈折面に入射する入射領域と、屈折面から出射する出射領域とは必然的に遠ざかることになるため、屈折面を大きくしなければ形成できないという事情があり、小型化の要求を満足することができない。また、他の方法としては、反射面を形成する反射部材を別体として透光部の外面に設けても形成できると考えられるが、コストが上昇するという事情があるため好ましくない。
【００１３】
そこで、透光部の反射面を透光部の外面に金属蒸着を施した金属反射面で構成することが望ましい（請求項３）。このような手段によれば、透光部から外部（例えば空気層）に対する平行光の入射角度が、たとえ臨界角以下であったとしても、平行光を反射させることができる。しかも、別途部材を必要としないので、コストアップを招くこともない。これにより、コストアップを引き起こすことなく、小型化することができる。
【００１４】
このような場合、プラスチックにより透光部を形成することが望ましい（請求項４）。このような手段によれば、例えばガラスで透光部を形成するものに比較して、コストダウンを図ることができる。このようなプラスチックのなかでもアクリルで形成することが望ましい（請求項５）。この手段によれば、他のプラスチック、例えばポリカーボネートにより形成されたものに比較して、最も安価に構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、被検出物体の落下を検出する透過型の光電センサに適用した第１の実施形態について、図１ないし図６を参照しながら説明する。
この光電センサ１は光ファイバセンサと称されるものである。この全体構成を示す図２において、工場等には例えば被検出物体Ａの落下検出用ラインが設けられており、この落下検出用ラインには、光電センサ１を構成する投光器２，受光器３等が設置されている。
【００１６】
投光器２は、制御用ボックス４の内部に設けられたＬＥＤ５と、このＬＥＤ５からの光を伝送して光を出射する投光用ユニット６とを有して構成されている。制御用ボックス４内には、投光用アンプ，投光用ＣＰＵ等からなる投光用制御回路４ｃが設けられており、投光用制御回路４ｃの投光指令に基づいてＬＥＤ５から投光するようになっている。投光用ユニット６は、光ファイバケーブル６ａを有しており、この光ファイバケーブル６ａの一端が制御用ボックス４の投光口４ａに接続されることにより、投光用ユニット６は、ＬＥＤ５から投光された光を伝送し、平行光として出射面２ａを介して検出領域Ｅへ出射するようになっている。この平行光を出射するための光学的構成については後に詳述する。
【００１７】
受光器３は、投光器２の出射面２ａに対向して入射面３ａが位置するように設置されている。受光器３は、制御用ボックス４内部の受光口４ｂに設けられる例えばフォトダイオードによる受光素子（受光手段）７と、受光用ユニット８とを有して構成されている。受光用ユニット８は、光ファイバケーブル８ａを有しており、この光ファイバケーブル８ａの一端が制御用ボックス４の受光口４ｂに接続されることにより、受光用ユニット８は、検出領域Ｅを介して受光器３の入射面３ａに入射した光を内蔵された集光レンズ（図示せず）により集光し、この集光された光を光ファイバケーブル８ａにより伝送し、制御用ボックス４の受光口４ｂに設けられた受光素子７により受光するようになっている。
【００１８】
受光器３には、その他にも制御用ボックス４に内蔵された受光用アンプ，受光用ＣＰＵ，受光用コンパレータ等からなる受光用制御回路４ｄが設けられており、受光用制御回路４ｄは投光用制御回路４ｃに接続されている。受光素子７は受光した光を光電変換し、受光用制御回路４ｄは、当該電圧を受光用コンパレータによりしきい値電圧と比較することにより、検出領域Ｅの遮光状態を検出するようになっている。すなわち、受光用制御回路４ｄは、受光素子７により受光された受光量に基づいて検出領域Ｅの遮光状態を検出するようになっており、遮光状態検出手段として機能するようになっている。
【００１９】
＜投光器の光学的構成について＞
図１は、投光器の光学的構成を横断面図により概略的に示している。
投光器６は、光ファイバケーブル６ａの先端がケース６ｂの内部に挿入装着されて構成されており、光ファイバケーブル６ａを介して当該ケーブル６ａの先端から光を放射状に出射するように点光源として構成されている。光ファイバケーブル６ａの先端から光の出射方向に位置して、空間部６ｃを介して投光用レンズとしてのコリメートレンズ９が固定設置されている。
【００２０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、このコリメートレンズ９の構成を一例として示している。光ファイバケーブル６ａの先端から放射された光が入射する側の面（第１主面９ａ）の曲率半径を半径Ｒ１とし、当該コリメートレンズ９から出射する側の面（第２主面９ｂ）の曲率半径を半径Ｒ２とすると、第１主面９ａの曲率半径Ｒ１は、第２主面９ｂの曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されている。このように構成することにより、コリメートレンズ９の中心の光軸から離れた周辺部の光の密度を中心の光軸位置の光の密度に比較して高くなるようにすることができるため、出射する平行光の光強度を全体に亘って均一化することができる。
【００２１】
図１において、コリメートレンズ９は、光ファイバケーブル６ａの先端から出射された放射光を平行光として出射する。すなわち、投光素子５，光ファイバケーブル６ａ，空間部６ｃおよびコリメートレンズ９を備えて、平行光を投光する投光手段１０が構成されている。
【００２２】
この投光手段１０が投光する平行光の投光方向に位置して、透光部材としてのプリズム１１が透光部として機能するように配設されている。このプリズム１１は、プラスチックとしてのアクリルを材料として一の部材で形成されており、屈折率は１．４〜１．５程度である。アクリルを材料として形成することにより、ガラスや他のプラスチック（例えばポリカーボネート）で形成したレンズに比較して最も安価に構成することができる。プリズム１１は、投光手段１０により投光された平行光が全て平面状に形成された屈折面たる界面１１ａに対して斜めに入射し、平行光が界面１１ａにおいてプリズム１１の内部に屈折するように、ケース６ｂ内に配設されている。
【００２３】
プリズム１１における界面１１ａの反対側面は、界面１１ａの平面に対して一様に斜め（斜状）の平面として成型されており、当該面には金属反射面１２が形成されている。この金属反射面１２は、プリズム１１の外面に金属蒸着が施されることにより反射面として形成されており、界面１１ａで屈折した平行光を再度界面１１ａに向けて反射するようになっている。このとき金属反射面１２に入射する入射角は数度程度に設定されており（図１参照）、プリズム１１および空気層領域で形成される界面との臨界角（４０〜５０度前後になる）よりも小さい。そして、この反射された平行光は、界面１１ａに入射するが、このときの入射角が臨界角以下（未満）で設定されており、出射面２ａを介して出射するようになっている。尚、平行光が出射する出射面２ａの位置には、光を透過する透明な前面カバー６ｄが装着されている。
【００２４】
上記構成の作用について、図４ないし図６をも参照しながら説明する。
ユーザが光電センサ１に被対象検出物Ａを検出させるとき、投光用制御回路４ｃが投光指令することによりＬＥＤ５から光を出射させる。図１に示すように、ＬＥＤ５から出射された光は、光ファイバケーブル６ａを伝達し先端からケース６ｂ内に放射される。この放射光は、空間部６ｃを介してコリメートレンズ９により平行光にされる。この平行光は、界面１１ａからプリズム１１に入射するときに屈折する。
【００２５】
図４は、屈折時における平行光の幅（径）の変化の原理説明図を示している。投光手段１０により投光される平行光は界面１１ａで屈折するが、このときの入射角をθｉｎ［度］，平行光の幅をＷｉｎとし、界面１１ａで屈折するプリズム１１側の角度をθｏｕｔ［度］，平行光の幅をＷｏｕｔとすると、原理的にＷｉｎ／ｓｉｎ（９０−θｉｎ）＝Ｗｏｕｔ／ｓｉｎ（９０−θｏｕｔ）の関係が成立する。このため、
Ｗｏｕｔ＝Ｗｉｎ×ｃｏｓ（θｏｕｔ）／ｃｏｓ（θｉｎ）　…（１）
である。また、空気層領域の屈折率をＮｉｎとし、プリズム１１の屈折率をＮｏｕｔとすると、スネルの法則からＮｉｎ×ｓｉｎ（θｉｎ）＝Ｎｏｕｔ×ｓｉｎ（θｏｕｔ）が成り立つ。プリズム１１の屈折率Ｎｏｕｔ（＝１．４〜１．５）が、平行光の入射側の空気層領域の屈折率Ｎｉｎ（＝１）に比較して大きいため、
０＜θｏｕｔ＜θｉｎ＜９０　…（２）
が成り立つ。（１）式および（２）式からＷｏｕｔ＞Ｗｉｎとなる。すなわち、屈折率の低い媒質（空気層）から高い媒質（プリズム１１）に向けて平行光が斜めに入射すると、平行光の幅（径）は広がる。図５は、この原理をイメージとして示している。すなわち、入射角θｉｎが出射角θｏｕｔに等しいときにはＷｉｎ＝Ｗｏｕｔとなる。また、θｏｕｔ＝０［度］のときにはＷｏｕｔが界面１１ａに入射する光の入射領域の幅Ｗｏと同じになり最大となる。屈折時には、出射角はこの範囲（０＜θｏｕｔ＜θｉｎ）になる。
【００２６】
図１において、界面１１ａで屈折した平行光は、金属反射面１２により反射し、再び界面１１ａを介して出射する。このとき、平行光が金属反射面１２に反射した後に界面１１ａに入射する入射角θ２が例えば０［度］前後程度に設定され、臨界角以下となっているため、金属反射面１２で反射した平行光は界面１１ａで全反射することはない。この場合、図１に示すように、投光手段１０から平行光がプリズム１１の界面１１ａに入射する入射領域と、金属反射面１２に反射した後に平行光の界面１１ａから出射する出射領域とが一部重複する。
【００２７】
図６は、界面１１ａに入射する平行光と、金属反射面１２で反射された平行光との関係を概略的に示している。尚、この図６は、入射領域の幅を示すＷｏおよび出射領域の幅を示すＷｐが重複していないが、理論的に説明をわかりやすくするための図であるため故意に離間した状態で示している。
【００２８】
この図６において、平行光が空気層領域（媒質）から界面１１ａに入射する前の平行光の幅をＷｉｎとし、プリズム１１に入射したときの幅をＷｏｕｔとすると、上述したようにＷｉｎ＜Ｗｏｕｔとなる。平行光がプリズム１１に入射し金属反射面１２により反射されたとしても、この反射光の幅は一定でありＷｏｕｔとなる。したがって、金属反射面１２により反射された平行光が再度界面１１ａに入射するときの角度をθ２［度］とし、界面１１ａから出射するときの角度をθ３［度］とすると（図６参照）、原理的には上述の計算と同様に、
Ｗ＝Ｗｏｕｔ×ｃｏｓ（θ３）／ｃｏｓ（θ２）　…（３）
である。すなわち、（１）（３）式より、
Ｗ＝Ｗｉｎ×｛ｃｏｓ（θ３）／ｃｏｓ（θ２）｝×｛ｃｏｓ（θｏｕｔ）／ｃｏｓ（θｉｎ）｝
となる。
【００２９】
この場合、金属反射面１２が界面１１ａに対して斜めに形成されており、金属反射面１２に反射した平行光が界面１１ａを介してプリズム１１から出射するときの出射角θ３が、投光手段１０により投光される平行光の界面１１ａに対する入射角θｉｎよりも小さくなっているため、｛ｃｏｓ（θ２）／ｃｏｓ（θ３）｝の値は｛ｃｏｓ（θｏｕｔ）／ｃｏｓ（θｉｎ）｝の値に比較して小さくなり、Ｗ＞Ｗｉｎとなる。これは、平行光がプリズム１１から空気層領域に出射するときに、平行光の幅が屈折作用により狭くなるが、界面１１ａに対してできる限り垂直に近い方向から平行光を入射させるように設定すれば、平行光の幅の狭小を極力防ぐことができることを表わしている。すなわち、θ２＝θ３＝０［度］となるように、金属反射面１２等の光学系を設定することで、Ｗ＝Ｗｏｕｔとなり最大の平行光の幅が得られるため望ましい。また、金属反射面１２と界面１１ａとのなす角は、プリズム１１をできる限り小型化できる角度に設定されることが望ましい。
【００３０】
すなわち、投光手段１０により投光される平行光の幅（径）Ｗｉｎよりも、金属反射面１２で反射して界面１１ａから再び出射する平行光の幅（径）Ｗが大きくなる。これにより、平行光の幅（径）が拡大された状態で、平行光が前面カバー６ｄから出射する。
【００３１】
図１に戻って、このようにして幅が拡大された平行光は界面１１ａを介して出射面２ａから出射される。このときの平行光の強度分布は、投光手段１０により投光された光の強度分布と略同様になり維持されるため、略均一化されたままである。投光器２が出射面２ａを介して出射した平行光は、検出領域Ｅを介して受光器３の入射面３ａに入射する。入射面３ａに入射した光は集光レンズにより集光され、光ファイバケーブル８ａにより伝送される。そして、この光を受光素子７が受光する。受光用制御回路４ｄは、この受光量に基づいて検出領域Ｅの遮光状態を検出する。
【００３２】
図２において、検出領域Ｅ内を被検出物体Ａが落下して横切ると、入射面３ａに入射する光の受光量が減少し、受光器３が受光用コンパレータにより検出領域Ｅの遮光を検出することができる。この場合、図示はしていないが、被検出物体Ａがたとえミクロン単位以下の極端に細かな物体であるとともに、投光器３の出射面３ａに近接して落下した場合であっても、出射面２ａから隙間無く出射された平行光の一部が被検出物体Ａにより遮えぎられるため、被検出物体Ａを検出することができる。
【００３３】
このような第１の実施形態によれば、平行光が界面１１ａに対して斜めに入射するように構成され、プリズム１１の屈折率Ｎｏｕｔが空気層領域の屈折率Ｎｉｎに比較して大きく、プリズム１１から出射する出射角θ３が平行光の界面１１ａに対する入射角θｉｎよりも小さいため、プリズム１１から出射する平行光の幅Ｗは、プリズム１１に入射する平行光の幅Ｗｉｎよりも大きくなり、平行光を隙間無く広げることができる。これにより、被検出物体Ａが投光器３の出射面３ａに近接して位置すると共に、極端に細かな被検出物体Ａを検出する場合にも安定して検出することができ、検出精度の低下を防止することができる。
【００３４】
平行光が界面１１ａを介してプリズム１１に入射した後、プリズム１１に形成された金属反射面１２により平行光が反射され、平行光のプリズム１１への入射領域と金属反射面１２に反射された平行光の出射領域とが一部重複した状態で、再度プリズム１１の界面１１ａから出射するようにしたので、プリズム１１の小型化を図ることができる。
【００３５】
平行光を反射する金属反射面１２は金属蒸着が施されることにより形成されているので、平行光を反射するのに別途部材が必要とならずコストアップを引き起こすことなく、さらに、臨界角よりも大きい入射角でプリズム１１の界面に平行光を入射させることなく反射させることができるので、特に投光器３を小型化することができる。
プリズム１１をアクリル（プラスチック）で形成したため、最も安価に構成することができる。
プリズム１１による屈折により平行光の幅（径）を広げることができるため、たとえ投光手段１０の設置に許容されるスペースが少なく、コリメートレンズ９の径を小さくしながら、さらに、空間部６ｃ（光ファイバケーブルの先端とコリメートレンズ９との距離）を狭く形成する必要が生じたとしても、平行光を隙間無く広げることができる。
【００３６】
コリメートレンズ９に対する光の入射面の曲率半径Ｒ１が、光の出射面の曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されているので、コリメートレンズ９の光軸から離れた周辺部の光の密度を光軸位置の光の密度に比較して高くなるようにすることができ、出射する平行光の光強度を全体に亘って均一化することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは金属反射面１２を設けることなく構成したところにある。第１の実施形態と同一部分については同一符号を付してその説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。尚、同一部分については図示も省略している。
【００３８】
図７に示すように、台形状をなす透光部材としてのプリズム２０は、投光手段により平行光が投光される投光方向に、コリメートレンズ２１から離間して透光部として機能するように配設されている。尚、コリメートレンズ２１は、第１の実施形態で示したコリメートレンズ９とは図面上で形状は異なるものの、コリメートレンズ９と略同様の作用をなすものである。このプリズム２０は、材質がプリズム１１と同一のもので構成されており、投光された平行光が斜めに入射するように屈折面としての界面２０ａが形成されている。そして、この界面２０ａとは異なる界面２０ｂを介して出射するように光学系が構成されている。この界面２０ｂは、平行光が入射するプリズム２０の界面２０ａに対して斜めに形成されており、平行光の出射方向は界面２０ｂに略直角となるように設定されている（出射角θ３＝０［度］）。そして、平行光が前面カバー６ｄを介して出射面２ａから出射するようになっている。
このような第２の実施形態においても、設置スペースは第１の実施形態に比較して広くなるものの第１の実施形態と略同様の作用効果を奏する。
【００３９】
（変形例）
図８は、本発明の実施形態の変形例を概略化して示している。尚、図８には、光学的に作用する構成のみを概略的に示しており、光ファイバケーブル６ａおよび投光素子５等を省略している。図８（ａ）および図８（ｂ）が第２の実施形態と異なるところは、コリメートレンズ２１とプリズム２０との光路間に介在して反射部材３０を別途設けたところにある。この場合、第１の実施形態で説明したような小型化という効果を得ることはできないものの、光ファイバケーブル６ａ（図１等参照：図８には図示せず）およびコリメートレンズ２１およびプリズム２０との位置関係を自由に設定することができるため、ケース６ｂの形状等に制約がある場合には特に有効な効果を奏するものである。
【００４０】
また、図８（ｃ）は、透光部材としてのプリズム３１および３２を別部材として２つ（複数）透光部として機能するように設けたものである。それぞれのプリズム３１，３２に対する平行光の入射角は、出射角に比較して大きく設定されている。この場合、上述実施形態に比較して平行光の幅を隙間無く広くする作用効果をさらに増長して得ることができる。
【００４１】
さらに、図８（ｄ）に示すように、第２の実施形態で説明したプリズム２０および反射鏡を一体にして光学部材３３として構成することもできる。具体的に説明すると、透光部材としての光学部材３３には、光ファイバケーブル６ａの先端からの放射光を反射する凹状の金属反射面３３ａが形成されている。この金属反射面３３ａ、光ファイバケーブル６ａおよび投光素子５により投光手段が構成されており、平行光を投光するようになっている。金属反射面３３ａは金属蒸着が施されて形成されている。この光学部材３３は、投光された平行光に対してプリズム２０と略同様な光学的作用を施すことで、第２の実施形態と同様にして平行光の幅を隙間無く拡大することができる。
【００４２】
また図８（ｅ）に示すように、第１の実施形態で説明したプリズム１１およびコリメートレンズ９の機能を有する部分を一体にすることで透光部材としての光学部材３４を構成することもできる。この光学部材３４は、コリメートレンズ（投光用レンズ）として機能するレンズ部３４ａおよび透光部３４ｂを有して構成されており、このときの光学的作用は第１の実施形態と略同様であるため、その説明を省略する。図８（ｄ）および図８（ｅ）に示すような場合、光学系作用を奏する部材を一つだけで構成することができるので、複数の部材で構成するのに比較して、光学系の設定を容易に行うことができると共に、部材管理を容易に行うことができる。
【００４３】
（他の実施形態）
本発明は、上記し且つ図面に記載した実施形態および変形例にのみ限定されるものではなく、例えば次のような変形または拡張が可能である。
被検出物体の落下を検出する光電センサについて実施形態を示したが、寸法を測定する光電センサについても適用することができる。
反射型の光電センサについても適用することができる。
第１実施形態においては、プリズム１１に平行光が入射する入射領域と出射する出射領域とが重複した状態となる実施形態を示したが、必ずしも重複するように構成する必要はない。
金属反射面１２を一様な平面状に設けた実施形態について示したが、金属反射面１２は屈曲していても湾曲していても良い。また、界面１１ａについても同様である。要は界面１１ａに入射する入射角θｉｎが界面１１ａから出射する出射角θ３よりも大きく、プリズム１１側から界面１１ａに入射する角度θ２が臨界角以下となっていれば、界面１１ａや金属反射面１２の形態はどのように構成されていても良い。
投光手段として光ファイバケーブル６ａを含む実施形態を示したが、光ファイバケーブル６ａは必要に応じて設ければ良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、以上の説明から明らかなように、平行光が屈折面に対して斜めに入射するように構成され、透光部の屈折率が平行光の入射側の領域の屈折率に比較して大きいため、透光部から出射する平行光の幅（径）は、透光部に入射する平行光の幅（径）よりも大きくなり、平行光を隙間無く広げることができ、これにより、被検出物体が投光器の出射面に近接して位置すると共に、極端に細かな被検出物体を検出する場合にも安定して検出することができ、検出精度の低下を防止することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の光電センサの光学系を概略的に示す横断面図
【図２】光電センサの全体構成を概略的に示す斜視図
【図３】投光用レンズの概略構成を示す図
【図４】屈折時における平行光の幅の変化を原理的に説明するための図
【図５】平行光が屈折したときの幅の変化を説明するための図
【図６】屈折面で屈折し再度屈折面から出射するときの平行光の幅の変化を説明するための図
【図７】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図８】（ａ）〜（ｅ）本発明の実施形態の変形例を示す図１相当図
【符号の説明】
１は光電センサ、２は投光器、３は受光器、４は制御ボックス、４ｃは受光用制御回路（遮光状態検出手段）、５はＬＥＤ、６は投光用ユニット、６ａは光ファイバケーブル、７は受光素子（受光手段）、８は受光用ユニット、８ａは光ファイバケーブル、９はコリメートレンズ、１０は投光手段、１１はプリズム（透光部材，透光部）、１１ａは界面（屈折面）、１２は金属反射面（反射面）、２０はプリズム（透光部材，透光部）、２１は投光用レンズ、３１，３２はプリズム（透光部材，透光部）、３３は光学部材（透光部材，透光部）、３４は光学部材（透光部材）、３４ａはレンズ部、３４ｂは透光部、Ａは被検出物体、Ｅは検出領域である。
【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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