(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサであって、
上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、
上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、
導光方向に沿って配置された上記反射部同士の間に隙間が設けられており、
上記反射部は、上記導光板の裏面から当該導光板の内側に向かって突出する形状であり、
上記反射部における受光した上記光を上記受光部側に反射させる反射面を上記裏面を含む平面に投影させたときの上記導光方向に沿った長さをＬ、当該反射部の反射面から当該反射部に対して上記受光部から遠い側に隣接する他の反射部における受光した上記光を上記受光部側に反射させる反射面までの上記導光方向に沿った距離をＸ、上記反射面の上記裏面に対する傾斜角をα、上記導光板の臨界角をθとしたときに、反射部密度Ｐｓｓ＝Ｌ／（Ｌ＋Ｘ）の上記裏面における平均値が、
Ｐｓｓ＜ｔａｎθ／（ｔａｎα＋ｔａｎθ）
の関係を満たすように上記各反射部の形状および配置位置が設定されていることを特徴とする光学式センサ。
【請求項２】
上記裏面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記反射部密度Ｐｓｓが上記領域毎に個別に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
【請求項３】
上記裏面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記反射部の設置個数および形状の少なくとも一方が上記領域毎に個別に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式センサ。
【請求項４】
上記導光板の板厚が上記導光方向に沿って変化していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学式センサ。
【請求項５】
受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサであって、
上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、
上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、
導光方向に沿って配置された上記反射部同士の間に隙間が設けられており、
上記受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率が、上記各領域について略一定であることを特徴とする光学式センサ。
【請求項６】
受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサであって、
上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、
上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、
導光方向に沿って配置された上記反射部同士の間に隙間が設けられており、
上記受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率が、上記受光部から上記各領域までの距離に応じて単調増加または単調減少することを特徴とする光学式センサ。
【請求項７】
上記受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率が、上記受光部から上記各領域までの距離に応じて周期的に変化することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学式センサ。
【請求項８】
受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサであって、
上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、
上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、
導光方向に沿って配置された上記反射部同士の間に隙間が設けられており、
上記受光部として、上記導光板を挟んで一方の側に配置された第１受光部と、他方の側に配置された第２受光部とを備えており、
上記反射部は、上記導光板が受光した上記光を上記第１受光部側に反射させる第１反射面と上記第２受光部側に反射させる第２反射面とを備えていることを特徴とする光学式センサ。
【請求項９】
受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサであって、
上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、
上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、
導光方向に沿って配置された上記反射部同士の間に隙間が設けられており、
上記導光板が複数枚重ねて配置されており、上記各導光板のそれぞれについて当該導光板に対応する上記受光部が設けられており、
上記各導光板は、当該導光板の受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて当該導光板に対応する上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率の分布特性が、互いに異なることを特徴とする光学式センサ。
【請求項１０】
上記導光板の裏面に対向する位置に、当該導光板の裏面から出射される光を当該導光板内に向けて反射させる反射部材が配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学式センサ。
【請求項１１】
上記検出領域に光を出射する発光部を備え、
上記反射部は、上記発光部から上記検出領域を介して上記導光板に入射する光を上記受光部に導光し、
上記導光板の上記受光面に対向する位置に、上記発光部から上記検出領域を介して入射する光を上記受光部に近づく方向に屈折させて上記導光板に入射させる屈折部材が配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学式センサ。
【請求項１２】
上記導光板の上記受光部側の端部における上記受光面の形状が、上記受光部側に向かうほど幅が狭くなる形状であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学式センサ。
【請求項１３】
上記導光板の上記受光部側の端部における板厚が、上記受光部側に向かうほど薄くなる形状であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学式センサ。
【請求項１４】
請求項５から７のいずれか１項に記載の光学式センサに備えられる上記導光板の設計方法であって、
上記導光板を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときの当該各領域の目標回帰率を設定する工程と、
上記反射部の設置個数、上記各反射部の形状、および上記導光板の板厚のうちの少なくとも１つを、上記各領域の上記回帰率が上記目標回帰率になるように調整する工程とを含むことを特徴とする導光板の設計方法。
【請求項１５】
受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサは、上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、
上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、
導光方向に沿って配置された上記反射部同士の間に隙間が設けられており、
上記受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率が、上記受光部から上記各領域までの距離に応じて周期的に変化する上記光学式センサに備えられる上記導光板の設計方法であって、
上記導光板を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときの当該各領域の目標回帰率を設定する工程と、
上記反射部の設置個数、上記各反射部の形状、および上記導光板の板厚のうちの少なくとも１つを、上記各領域の上記回帰率が上記目標回帰率になるように調整する工程とを含むことを特徴とする導光板の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式センサおよび光学式センサに用いられる導光体の設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光部と発光部から出射された光を受光する受光部とを備え、受光部の受光状態に応じて発光部と受光部との間の空間の状態を検出する光学式センサが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、受光部が光ファイバ群からなり、上記光ファイバ群の受光面積が少なくとも１方向について変化している構成の光学式センサが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、光源と、光源から入射した光を所定方向に出射する光源側ライトガイドと、光源側ライトガイドから出射された光を受光する受光側ライトガイドと、受光側ライトガイドによって導光された光を受光する受光器とを備え、受光器の受光状態に応じて光源側ライトガイドと受光側ライトガイドとの間に配置されたシートの残量を検出するシート残力検出機構用光センサが開示されている。また、特許文献２には、受光側ライトガイドに鋸刃状のブレーズ面を形成し、受光側ライトガイドに入射した光をブレーズ面で反射させて受光器に導光することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１５９４０６（１９９７年６月２０日公開）
【特許文献２】特開２０００−１１１３２号公報（２０００年１月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術には、受光面積を広げることで物体の有無、位置、形状等を正確に検出することができるものの、多数の光ファイバが必要であること、および組立工程に手間がかかることから、製造コストが増大してしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２の技術では、鋸刃状の凹凸が連続的に形成されたブレード面、すなわち鋸刃状の凹凸が隙間なく敷き詰められたブレード面が用いられている。このため、特許文献２の技術では、ブレード面から漏洩する光量が大きく、受光側ライトガイドに入射して受光器に導光される光の導光率が低いため、受光面積を十分に大きくすることができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出精度が高く、検出範囲が広い光学式センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様にかかる光学式センサは、受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサであって、上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、導光方向に沿って配置された上記反射部同士の間に隙間が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、上記反射部で反射された光のうち他の反射部に入射して上記受光部まで導光されなくなる光の割合を低減することができる。これにより、上記特許文献１のように鋸刃状の凹凸が連続的に形成されたブレード面を用いる場合よりも、受光部に到達する光量を増加させることができるので、検出精度を向上させることができる。また、所定の検出精度を得るために必要な上記導光板の長さを長くすることができるので、検知領域の範囲を広げることができる。
【００１１】
また、上記反射部は、上記導光板の裏面から当該導光板の内側に向かって突出する形状であり、上記反射部における受光した上記光を上記受光部側に反射させる反射面を上記裏面を含む平面に投影させたときの上記導光方向に沿った長さをＬ、当該反射部の反射面から当該反射部に対して上記受光部から遠い側に隣接する他の反射部における受光した上記光を上記受光部側に反射させる反射面までの上記導光方向に沿った距離をＸ、上記反射面の上記裏面に対する傾斜角をα、上記導光板の臨界角をθとしたときに、反射部密度Ｐｓｓ＝Ｌ／（Ｌ＋Ｘ）の上記裏面における平均値が、Ｐｓｓ＜ｔａｎθ／（ｔａｎα＋ｔａｎθ）関係を満たすように上記各反射部の形状および配置位置が設定されている構成であってもよい。
【００１２】
上記の構成によれば、導光板の裏面における反射部密度Ｐｓｓの平均値が上記条件を満たすように上記各反射部の形状および配置位置を設定することにより、上記反射部で反射された光のうち他の反射部に入射して上記受光部まで導光されなくなる光の割合を確実に低減することができる。
【００１３】
また、上記裏面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記反射部密度Ｐｓｓが上記領域毎に個別に設定されている構成であってもよい。
【００１４】
上記の構成によれば、各領域の反射部密度を光学式センサの用途等に応じて適宜設定することができる。
【００１５】
また、上記裏面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記反射部の設置個数および形状の少なくとも一方が上記領域毎に個別に設定されている構成であってもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、各領域に対する入射光のうち当該領域内の上記反射部で上記導光方向に反射される光の割合である反射率、および、導光方向上流側に隣接する領域から当該領域に入射する光に対する当該領域から導光方向下流側に隣接する領域に出射される光の割合である導光率を、光学式センサの用途等に応じて領域毎に個別に設定することができる。
【００１７】
また、上記導光板の板厚が上記導光方向に沿って変化している構成であってもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、導光方向上流側に隣接する領域から当該領域に入射する光に対する当該領域から導光方向下流側に隣接する領域に出射される光の割合である導光率を、光学式センサの用途等に応じて上記導光方向に沿って変化させることができる。
【００１９】
本発明の光学式センサは、受光量に応じた信号を生成する受光部を備え、上記信号に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサであって、上記検出領域を通って入射する光を受光して上記受光部に導光する導光板を備え、上記導光板は、上記光の受光面とは反対側の面である裏面に、受光した上記光を上記受光部側に反射させる複数の反射部を備えており、かつ、当該導光板の厚さが導光方向に沿って変化している構成であってもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、上記反射部で反射された光のうち他の反射部に入射して上記受光部まで導光されなくなる光の割合を低減することができる。これにより、上記特許文献１のように鋸刃状の凹凸が連続的に形成されたブレード面を用いる場合よりも、光利用効率を向上させることができるので、検出精度を向上させることができる。また、所定の検出精度を得ることができる上記導光板の長さを長くすることができるので、検知領域の範囲を広げることができる。
【００２１】
また、上記受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率が、上記各領域について略一定であってもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、上記受光部に到達する光の光量が、上記受光面に入射する光を遮蔽する検出対象物の長さまたは面積に比例して変化する。このため、検出領域に配置された検出対象物の長さまたは面積を容易に検出することができる。
【００２３】
また、上記受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率が、上記受光部から上記各領域までの距離に応じて単調増加または単調減少する構成としてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、上記受光部に到達する光の光量が、上記受光面に入射する光を遮蔽する検出対象物の位置に応じて変化する。このため、検出領域に配置された検出対象物の位置を容易に検出することができる。
【００２５】
また、上記受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率が、上記受光部から上記各領域までの距離に応じて周期的に変化する構成としてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、上記光学式センサを用いて、検出対象物の変位量、回転量、位置あるいは回転角度等を検出するエンコーダとして機能させることができる。
【００２７】
また、上記受光部として、上記導光板を挟んで一方の側に配置された第１受光部と、他方の側に配置された第２受光部とを備えており、上記反射部は、上記導光板が受光した上記光を上記第１受光部側に反射させる第１反射面と上記第２受光部側に反射させる第２反射面とを備えている構成としてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、第１受光部の受光量と第２受光部の受光量とに基づいて検出対象物の位置を検出することができる。
【００２９】
また、上記導光板が複数枚重ねて配置されており、上記各導光板のそれぞれについて当該導光板に対応する上記受光部が設けられており、上記各導光板は、当該導光板の受光面を上記導光方向に沿って複数の領域に分割したときに、上記各領域に入射した入射光の光量に対する当該入射光が上記導光板で導光されて当該導光板に対応する上記受光部に到達する光の光量の割合である上記各領域の回帰率の分布特性が、互いに異なる構成であってもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、上記両受光部の受光量に基づいて、上記検出対象物についての複数の検出パラメータの検出を行うことができる。
【００３１】
また、上記導光板の裏面に対向する位置に、当該導光板の裏面から出射される光を当該導光板内に向けて反射させる反射部材を備えていてもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、上記反射部材によって上記導光板の裏面から出射される光を反射して導光板内に戻すことにより、上記受光部に導光される光量を増加させ、光利用効率を向上させることができる。
【００３３】
また、上記検出領域に光を出射する発光部を備え、上記反射部は、上記発光部から上記検出領域を介して上記導光板に入射する光を上記受光部に導光し、上記導光板の上記受光面に対向する位置に、上記発光部から上記検出領域を介して入射する光を上記受光部に近づく方向に屈折させて上記導光板に入射させる屈折部材が配置されている構成であってもよい。
【００３４】
上記の構成によれば、上記屈折部材によって上記発光部から上記検出領域を介して上記導光板に向かう光を上記受光部に近づく方向に屈折させてから上記導光板に入射させることにより、上記受光部に導光される光量を増加させ、光利用効率を向上させることができる。また、上記発光部から出射された光とは異なる外部からの迷光を上記屈折部材によって上記受光部に導光される入射角度とは異なる角度に屈折させて上記導光板に入射させることができるので、上記受光部に導光されることを抑制し、検出精度を向上させることができる。
【００３５】
また、上記導光板の上記受光部側の端部における上記受光面の形状が、上記受光部側に向かうほど幅が狭くなる形状であってもよい。
【００３６】
上記の構成によれば、上記受光部に導光される光量を増加させ、光利用効率を向上させることができる。
【００３７】
また、上記導光板の上記受光部側の端部における板厚が、上記受光部側に向かうほど薄くなる形状であってもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、上記受光部に導光される光量を増加させ、光利用効率を向上させることができる。
【００３９】
本発明の導光板の設計方法は、上述した光学式センサに備えられる上記導光板の設計方法であって、上記導光板を上記導光方向に沿って複数の単位面積の領域に分割したときの当該各領域の目標回帰率を設定する工程と、上記反射部の設置個数、上記各反射部の形状、および上記導光板の板厚のうちの少なくとも１つを、上記各領域の上記回帰率が上記目標回帰率になるように調整する工程とを含むことを特徴としている。
【００４０】
上記の方法によれば、領域毎の回帰率特性が所望する条件を満たす導光板を容易に設計することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、検出精度が高く、検知領域の範囲が広い光学式センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光学式センサの概略構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１に示した光学式センサに備えられる導光板の平面図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図３】図２に示した導光板の断面図である。
【図４】図２に示した導光板に備えられるプリズム部の構成を示す説明図である。
【図５】（ａ）は図２に示した導光板の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は図２に示した導光板の他の変形例を示す側面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図２に示した導光板におけるプリズム部の配置方法の変形例を示す説明図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は図２に示した導光板の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる光学式センサに備えられる導光板の一部の領域に入射した光が当該導光板内の複数の領域を介して受光部へ導光される際の光量の変化を示した説明図である。
【図９】（ａ）は、図８の光学式センサにおける導光板の受光位置と当該受光位置に入射した光の回帰率との関係を示すグラフである。（ｂ）は、図８の光学式センサに検出対象物が挿入された状態を示す説明図である。（ｃ）は、図８の光学式センサにおける検出対象物の長さと受光部の受光量との関係を示すグラフである。
【図１０】図８に示した光学式センサにおける導光板の設計方法を示す説明図である。
【図１１】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態にかかる光学式センサにおける導光板の受光位置と当該受光位置に入射した光の回帰率との関係を示すグラフである。（ｂ）は（ａ）の光学式センサに検出対象物が挿入された状態を示す説明図である。（ｃ）および（ｄ）は（ａ）に示した光学式センサの変形例を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は図１１に示した光学式センサの変形例における導光板の受光位置と当該受光位置に入射した光の回帰率との関係を示すグラフである。（ｂ）は（ａ）の光学式センサに検出対象物が挿入された状態を示す説明図である。
【図１３】（ａ）は図１１に示した光学式センサの変形例を示す説明図である。（ｂ）は（ａ）の光学式センサに備えられる第１導光板の受光位置と当該受光位置に入射した光の回帰率との関係を示すグラフであり、（ｃ）は（ａ）の光学式センサに備えられる第２導光板の受光位置と当該受光位置に入射した光の回帰率との関係を示すグラフである。
【図１４】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態にかかる光学式センサの構成を示す説明図である。（ｂ）は（ａ）の光学式センサに備えられる導光板に対する入射光を示す説明図である。（ｃ）は（ａ）の光学式センサに備えられる第１受光部および第２受光部における導光板の受光位置と回帰率との関係を示すグラフである。（ｄ）は第１受光部および第２受光部のそれぞれに対するプリズム密度の算出方法を示す説明図である。
【図１５】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態にかかる光学式センサの構成を示す説明図である。（ｂ）は（ａ）の光学式センサに備えられる導光板に対する入射光を示す説明図である。（ｃ）は（ａ）の光学式センサの変形例を示す説明図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のさらに他の実施形態にかかる光学式センサに備えられる導光板の厚さの設定例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
〔実施形態１〕
（１−１．光学式センサ１の全体構成）
本発明の一実施形態について説明する。
【００４４】
図１は、本実施形態にかかる光学式センサ１の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、光学式センサ１は、発光部１０、導光板（発光側導光板）２０、導光板（受光側導光板）３０、受光部４０、制御部５０、および出力部６０を備えている。
【００４５】
発光部１０は、１または複数の光源（図示せず）を備えており、この光源から導光板２０に光を出射する。上記光源の構成は特に限定されるものではなく、例えばＬＥＤや冷陰極管などを用いることができる。
【００４６】
導光板２０は、アクリル樹脂等の光透過性を有する材質からなり、導光板３０と所定の間隔を隔てて対向配置されている。発光部１０から導光板２０に入射した光は、導光板２０内を伝播するとともに、導光板２０における導光板３０との対向面から導光板３０の方向へ出射される。なお、導光板２０の裏面（導光板２０における導光板３０との対向面とは反対側の面）にはプリズム等の多数の反射手段（図示せず）が設けられており、導光板２０内を伝播する光の一部が上記反射手段によって反射する。これにより、導光板２０の表面（導光板２０における導光板３０との対向面）から導光板３０に向けて、導光板３０に向かう方向への指向性を有する光が、導光板２０の面内方向の位置によらず略均一な光量で出射される。
【００４７】
導光板３０は、アクリル樹脂等の光透過性を有する材質からなり、導光板２０から入射した光を受光部４０へ導光する。
【００４８】
図２の（ａ）は導光板３０を板面法線方向から見た平面図であり、（ｂ）は板面平行方向から見た側面図である。これら各図に示すように、導光板３０は長さＬｇ、幅Ｗｇ、厚さＨｇの板状の部材であり、導光板３０の裏面（導光板２０との対向面とは反対側の面）には導光板２０との対向面から入射した光を受光部４０側へ反射させるための複数のプリズム部（反射部）３１が形成されている。なお、本実施形態では、導光板３０の長さＬｇを６０ｍｍ、幅Ｗｇを５ｍｍ、厚さＨｇを１ｍｍとしている。また、図１に示したように、本実施形態では導光板２０と導光板３０との間隔を２０ｍｍとしている。ただし、これら各部の寸法はこれに限るものではなく、適宜変更してもよい。
【００４９】
図３は、導光板３０の一部における、当該導光板３０の板面に垂直、かつ受光部４０を通る直線を含む平面に沿った断面図である。この図に示すように、導光板３０の裏面には断面が略三角形形状である複数のプリズム部（切欠部）３１が設けられている。
【００５０】
プリズム部３１は、受光部４０側の面に、導光板３０の裏面の平坦部３２に対して、受光面から入射した光を受光部４０側へ反射させる方向に傾斜した傾斜面（反射面）３１ａを有している。なお、各プリズム部３１の形状は同一であってもよく、導光板３０上の位置に応じて異なっていてもよい。
【００５１】
また、導光板３０の裏面側には、導光板３０の裏面に到達した光を導光板３０内へ反射させる反射シート（あるいは反射板）３３が配置されている。なお、反射シート３３は必須の構成ではなく、省略してもよい。反射シート３３の材質は特に限定されるものではなく、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）やＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）など、従来から公知の材質を用いることができる。
【００５２】
これにより、導光板２０から導光板３０に入射した光はプリズム部３１の傾斜面３１ａで反射され、導光板３０の表面および裏面で全反射しながら導光板３０内を伝播して受光部４０の方向へ導光される。
【００５３】
また、本実施形態では、プリズム部３１同士の間に隙間（導光板３０の裏面の平坦部３２）を設けている。これにより、導光板３０により受光部４０に導光される光の光量を上記特許文献１のように鋸刃状の凹凸が連続的に形成されたブレード面（隙間なく配置されたブレード面）を用いる場合よりも向上させることができる。なお、プリズム部３１の配置方法の詳細については後述する。
【００５４】
受光部４０は、受光光量に応じた電気信号を生成して制御部５０に出力する。
【００５５】
制御部５０は、発光制御部５１、受光量検出部５２、解析部５３、および出力制御部５４を備えている。
【００５６】
発光制御部５１は、発光部１０の発光状態を制御する。
【００５７】
受光量検出部５２は、受光部４０から入力される信号に基づいて受光部４０の受光量を検出する。
【００５８】
解析部５３は、受光量検出部５２の検出結果に基づいて、導光板２０と導光板３０との間の空間の状態（本実施形態では検出対象物が存在するか否か）を解析する。
【００５９】
出力制御部５４は、解析部５３の解析結果に応じて出力部６０の動作を制御する。
【００６０】
出力部６０の構成は特に限定されるものではなく、例えば、解析部５３の解析結果に応じた表示を行う表示装置、解析結果に応じた出力信号を他の装置（例えば上記検出対象物に対する各種処理を行う製造装置等）に出力する手段、解析結果を記録する記録手段などであってもよい。
【００６１】
（１−２．プリズム部３１の配置方法）
図４は、プリズム部３１の構成を示す説明図である。本実施形態では、図３中に矢印で示したように、導光板３０内を伝播する光のうち導光板３０の裏面の平坦部（隙間）３２で反射した光の少なくとも一部が当該平坦部３２に隣接するプリズム部３１で遮られることなく受光部４０側へ伝播するようにプリズム部３１の平坦部３２からの高さ、およびプリズム部３１同士の間隔（平坦部３２の長さ）を設定する。
【００６２】
具体的には、図４に示すように、プリズム部３１の傾斜面３１ａの導光方向についての長さ（傾斜面３１ａの導光板３０の裏面に対する投影長さ）をＬ、当該プリズム部３１の傾斜面３１ａから当該プリズム部３１に対して受光部４０から遠い側に隣接する他のプリズム部３１における傾斜面３１ａまでの導光方向に沿った距離（導光板３０の裏面に平行な方向の距離）をＸ、導光板３０の裏面に対する傾斜面３１ａの傾斜角をα、導光板３０の臨界角をθとすると、平坦部３２で反射した光の少なくとも一部がプリズム部３１で遮られずに伝播するようにするためには、下記式（１）の関係を満たす必要がある。
Ｘ・ｔａｎθ１＞Ｌ・ｔａｎα      ・・・（１）
また、導光板３０の単位長さ（受光部４０を通る導光板３０の裏面に平行な直線に沿った方向の長さ）あたりのプリズム部３１の長さ（傾斜面３１ａの導光板３０の裏面に対する投影長さ）の割合であるプリズム密度（反射部密度、パターン配置密度）Ｐｓｓを下記式（２）のように定義すると、
Ｐｓｓ＝Ｌ／（Ｌ＋Ｘ）            ・・・（２）
上記式（１）および（２）より下記式（３）が導出される。
Ｐｓｓ＜ｔａｎθ／（ｔａｎα＋ｔａｎθ）    ・・・（３）
そこで、本実施形態では、導光板３０の裏面におけるプリズム密度Ｐｓｓの平均値が上記式（３）の関係を満たすように各プリズム部３１を配置する。
【００６３】
なお、プリズム密度Ｐｓｓは、導光板３０の各領域について一定であってもよく、領域毎に異なっていてもよい。例えば、光利用効率を向上させるために、導光板３０の裏面の少なくとも一部の領域のプリズム密度Ｐｓｓを８０％以上に設定し、当該領域の反射率を他の領域よりも大きく設定してもよい。
【００６４】
これにより、プリズム部３１の傾斜面３１ａで反射して導光板３０内を伝播する光が他のプリズム部３１によって遮られることを抑制し、受光部４０に到達する光量（導光板３０への入射光量に対する導光板３０によって受光部４０に導光される光の割合）を、上記特許文献１のように鋸刃状の凹凸が連続的に形成されたブレード面を用いる場合よりも大幅に向上させることができる。したがって、検出対象物の検知精度を向上させることができる。また、導光板３０の長さを長くすることができるので、検知対象範囲を広げることができる。
【００６５】
なお、図２に示した構成では、導光板３０における板面法線方向から見た形状、および板面平行方向から見た形状が矩形形状である構成について説明したが、これに限るものではない。
【００６６】
例えば、図５の（ａ）に示すように、導光板３０における受光部４０側の端部を受光部４０側へ向かうほど幅が狭くなるテーパ形状としてもよい。これにより、導光板３０内を伝播する光をテーパ形状の部分で受光部４０へ向けて反射させることができ、受光部４０への集光効果を向上させることができる。なお、導光板３０における受光部４０との対向面の幅Ｗｇ´は、受光部４０における同方向の幅の３倍以下であることが好ましい。
【００６７】
また、図５の（ｂ）に示すように、導光板３０における受光部４０側の端部を受光部４０側へ向かうほど厚さが薄くなるテーパ形状としてもよい。これにより、導光板３０内を伝播する光を上記テーパ形状の部分で受光部４０へ向けて反射させることができ、受光部４０への集光効果を向上させることができる。なお、導光板３０における受光部４０との対向面の厚さＨｇ´は、受光部４０における同方向の幅の３倍以下であることが好ましい。
【００６８】
また、図２に示した構成では、導光板３０の長手方向に沿ってプリズム部３１が略等間隔で配置されている構成について説明したが、これに限るものではなく、導光板３０におけるプリズム密度Ｐｓｓの平均値が上記式（３）を満たしていればよい。
【００６９】
例えば、図６の（ａ）に示すように、受光部４０から離れるほどプリズム部３１の間隔が狭くなるようにしてもよい。また、図６の（ｂ）に示すように、導光板３０の幅方向の位置に応じてプリズム部３１の設置位置を異ならせてもよい。また、図６の（ｃ）に示すように、各プリズム部３１のサイズがプリズム部３１毎に異なっていてもよく、各プリズム部３１の配置位置がランダムに設定されていてもよい。
【００７０】
また、図２の例では、導光板３０が長さＬｇの方向に延伸する細長い形状である構成について説明したが、これに限るものではなく、例えば図７の（ａ）および（ｂ）に示すように幅Ｗｇが比較的広い幅広形状であってもよい。また、その場合、図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、各プリズム部３１を、受光部４０を中心とする同心円状に配置し、各プリズム部３１の傾斜面３１ａの傾斜方向が受光部４０側に向くように（傾斜面３１ａで反射した光が受光部４０側に反射するように）配置してもよい。また、図７の（ａ）に示すように受光部４０を導光板３０の幅方向の中央部近傍に配置してもよく、図７の（ｂ）に示すように導光板３０の幅方向の端部（角部）近傍に配置してもよい。
【００７１】
また、受光部４０を導光板３０の幅方向の端部近傍に配置する場合、導光板３０における受光部４０との対向面が受光部４０の受光面と略平行になるように切り欠いてもよい。
【００７２】
また、受光部４０を導光板３０の幅方向の中央部近傍に配置する場合、図５の（ａ）と同様、導光板３０における受光部４０側の端部を受光部４０側へ向かうほど幅が狭くなるテーパ形状としてもよい（図示せず）。
【００７３】
また、プリズム部３１における傾斜面３１ａの導光板３０の裏面に対する傾斜角αは、特に限定されるものではないが、導光板３０に入射した光を受光部４０側へ適切に反射させるためには、３５°以上６０°以下の範囲であることが好ましい。
【００７４】
また、本実施形態では、図２に示したように導光板３０を内側に切り欠いた凹型のプリズム部３１を用いているが、これに限るものではなく、導光板３０から外側に突出した凸型のプリズム部３１を用いてもよい。
【００７５】
また、導光板３０は、導光板２０から入射する光を受光して受光部４０に導光できる構成であればよく、例えば導光方向に沿って湾曲した形状であってもよく、導光方向に沿った形状を変更可能な柔軟性を有していてもよい。これにより、導光板３０の形状を光学式センサ１の外径形状に応じた形状に設定したり、省スペース化を図ったりすることができる。
【００７６】
また、本実施形態では、導光板２０から光出射面の面内方向の位置によらず略均一な光量で出射されるものとしたが、これに限るものではなく、少なくとも導光板２０から出射された光が検出領域を通って導光板３０に入射する構成であればよい。
【００７７】
また、本実施形態では、発光部１０から出射された光を、導光板２０を介して導光板３０に入射させる構成について説明したが、これに限るものではない。例えば発光部１０から出射される光を導光板３０に直接入射させるようにしてもよい。また、発光側の構成は、光源を複数並べて配置した構成あるいは液晶用バックライトや有機ＥＬ（Electroluminescence）等の面光源であってもよく、レーザダイオード（ＬＤ；LaserDiode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点光源であってもよい。また、発光部１０を備えず、光学式センサ１の外部から入射する光を導光板３０に入射させて検出対象物の検出を行うようにしてもよい。
【００７８】
また、本実施形態では、プリズム部３１の傾斜面３１ａが平面である構成について説明したが、これに限るものではなく、傾斜面３１ａが凸状または凹状の曲面であってもよい。
【００７９】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
実施形態１では導光板２０と導光板３０との間に検出対象物が存在するか否かを検出する構成について説明した。これに対して、本実施形態では、導光板２０と導光板３０との間に配置された検出対象物の長さを検出する構成について説明する。
【００８１】
本実施形態では、導光板３０の回帰率（導光板３０の受光面上の領域への入射光量に対する当該領域への入射光のうち受光部４０に到達する光の光量の割合）が導光板３０の受光面上の領域によらず略一定になるように各プリズム部３１を配置する。具体的には、受光面上の領域毎の回帰率の最小値／最大値の値が０．５未満になるように各プリズム部３１を配置する。
【００８２】
また、本実施形態では、光出斜面の全域から略均一な光を出射することができる導光板２０を用いる。すなわち、面光源として機能する導光板２０を用いる。
【００８３】
また、本実施形態では、検出する長さ方向に略平行な方向に延伸する細長い形状の導光板２０，３０を用いる。
【００８４】
なお、受光部４０側から見てｎ番目の領域の回帰率（ｎ）は、下記式（４）より求められる。
【００８５】
【数１】
0006331846.tif 000002
【００８６】
ここで、Ｒ（Ｐｓｓ（ｎ））はｎ番目の領域のプリズム部３１による光の反射率、すなわち導光板３０の受光面からｎ番目の領域への入射光量に対するｎ番目の領域のプリズム部３１で反射されてｎ−１番目の領域へ導光される光の光量の割合であり、ｎ番目の領域のプリズム密度Ｐｓｓ（ｎ）の関数で表される。なお、反射率Ｒは、当該領域のプリズム密度Ｐｓｓを増加させるほど増大する。
【００８７】
また、導光率Ｇ（Ｐｓｓ（ｎ））は、ｎ＋１番目の領域からｎ番目の領域へ伝播する光の光量に対する当該光のうちｎ番目の領域からｎ−１番目の領域に伝播する光の光量の割合であり、ｎ番目の領域のプリズム密度Ｐｓｓ（ｎ）の関数で表される。なお、導光率Ｇは、当該領域のプリズム密度Ｐｓｓを増加させるほど低下する。
【００８８】
図８は、導光板３０の一部の領域に入射した光が導光板３０内の複数の領域を介して受光部４０へ導光される際の光量の変化を示した説明図である。図８に示す例の場合、７番目（ｉ＝７）の領域の反射率Ｒは２０％であり、７番目の領域に対する入射光量の２０％が当該領域で反射されて６番目（ｉ＝６）の領域に導光される。その後、６番目の領域から１番目（ｉ＝１）の領域へと各領域の導光率に応じて減衰しながら順次導光され、７番目の領域への入射光量の１５％（回帰率１５％）の光が受光部４０に到達する。
【００８９】
図９の（ａ）は、導光板２０と導光板３０との間に検出対象物が挿入されていない場合の導光板３０の受光面における長手方向（検出する長さ方向）の受光位置と当該受光位置に入射した光の回帰率（当該受光位置に入射した光に対応する受光部４０の受光量）との関係を示すグラフである。また、図９の（ｂ）は導光板２０と導光板３０との間に検出対象物Ｘを挿入した状態を示している。また、図９の（ｃ）は、は導光板２０と導光板３０との間に挿入される検出対象物の長さ（検出対象物による導光板２０から導光板３０に向かう光の遮光面積）と受光部４０の受光量との関係を示すグラフである。
【００９０】
図９の（ａ）に示したように、本実施形態では、回帰率は導光板３０の受光面上の領域によらず略一定になっているので、受光部４０の受光量は図９の（ｃ）に示したように導光板２０と導光板３０との間に挿入される検出対象物の長さに応じて直線的に変化する。
【００９１】
したがって、受光部４０が受光量に応じた電気信号を制御部５０に出力することで、制御部５０の解析部５３が当該電気信号に基づいて検出対象物の長さを容易に検出することができる。
【００９２】
図１０は、導光板３０の各領域におけるプリズム部３１の設計方法を示す説明図である。
【００９３】
この図に示すように、まず、導光板３０における受光部４０に最も近い領域１（ｉ＝１）について、当該領域１の反射率Ｒ（１）が当該領域１の目標回帰率（例えば図９の（ａ）参照）と等しくなるように当該領域１のプリズム密度Ｐｓｓ（１）を決定する。
【００９４】
次に、領域２（ｉ＝２）の反射率Ｒ（２）と領域１の導光率Ｇ（１）との積Ｒ（２）×Ｇ（１）が領域２の目標回帰率になるように領域２のプリズム密度Ｐｓｓ（２）を決定する。
【００９５】
次に、領域３（ｉ＝３）の反射率と領域１〜２の導光率との積Ｒ（３）×Ｇ（１）×Ｇ（２）が領域３の目標回帰率になるように領域３のプリズム密度Ｐｓｓ（３）を決定する。
【００９６】
その後、領域ｎの反射率と領域１〜ｎ−１の導光率との積Ｒ（３）×Ｇ（１）×Ｇ（２）×・・・×Ｇ（ｎ−１）が領域ｎの目標回帰率になるように領域ｎのプリズム密度Ｐｓｓ（ｎ）を決定する処理を、導光板３０における長手方向の全ての領域について順次行っていく。
【００９７】
これにより、例えば図９の（ａ）に示したような各領域の回帰率を実現できるように各領域のプリズム密度Ｐｓｓを設計することができる。なお、本実施形態では、実施形態１と同様、上記式（３）を満たすように各領域のプリズム密度Ｐｓｓを設定する。
【００９８】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００９９】
本実施形態では、導光板２０と導光板３０との間に配置された検出対象物の面積（導光板２０から導光板３０へ向かう光に垂直な平面への投影面積）を検出する構成について説明する。
【０１００】
本実施形態では、上述した図７の（ａ）および（ｂ）に示したような、幅広形状の導光板３０を用いる。また、実施形態２と同様、導光板３０の回帰率が導光板３０の受光面上の領域によらず略一定になるように（受光面上の領域毎の回帰率の最小値／最大値の値が０．５未満になるように）、各プリズム部３１を、受光部４０あるいはその近傍を中心とする同心円状に配置する。また、光出斜面の全域から略均一な光を出射することができる導光板２０を用いる。すなわち、面光源として機能する導光板２０を用いる。
【０１０１】
これにより、受光部４０の受光量は導光板２０と導光板３０との間に挿入される検出対象物の面積（導光板２０から導光板３０へ向かう光に垂直な平面への投影面積）に応じて直線的に変化する。
【０１０２】
したがって、受光部４０が受光量に応じた電気信号を制御部５０に出力することで、制御部５０の解析部５３が当該電気信号に基づいて検出対象物の面積を容易に検出することができる。
【０１０３】
〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
本実施形態では、導光板２０と導光板３０との間に配置された検出対象物の位置を検出する構成について説明する。
【０１０５】
図１１の（ａ）は、導光板２０と導光板３０との間に検出対象物が挿入されていない場合の導光板３０の受光面における長手方向（位置検出方向）の受光位置と当該受光位置に入射した光の回帰率との関係を示すグラフである。図１１の（ａ）に実線で示したように、本実施形態では、導光板３０の回帰率が導光板３０の受光面上の領域毎に受光部４０からの距離に応じて単調減少するように各プリズム部３１を配置する。あるいは、図１１の（ａ）に破線で示したように、導光板３０の回帰率が受光部４０からの距離に応じて単調増加するように各プリズム部３１を配置してもよい。
【０１０６】
また、制御部５０は、導光板３０の受光面上の各領域と、当該領域に対応する回帰率とを対応付けたルックアップテーブルあるいは演算式を記憶した記憶部（図示せず）を備えている。
【０１０７】
また、本実施形態では、光出斜面の全域から略均一な光を出射することができる導光板２０を用いる。すなわち、面光源として機能する導光板２０を用いる。
【０１０８】
また、本実施形態では、検出する長さ方向に略平行な方向に延伸する細長い形状の導光板２０，３０を用いる。
【０１０９】
これにより、図１１の（ｂ）に示すように導光板２０と導光板３０との間に検出対象物Ｘを配置すると、検出対象物の長さ（あるいは面積）が一定である場合、受光部４０の受光量は検出対象物の位置に応じて変化する。
【０１１０】
したがって、受光部４０が受光量に応じた電気信号を制御部５０に出力することで、制御部５０の解析部５３が、当該電気信号と上記記憶部に記憶されているルックアップテーブルあるいは演算式とに基づいて、検出対象物の位置を容易に検出することができる。
【０１１１】
なお、本実施形態では、対向配置された導光板２０と導光板３０との間に検出対象物が配置される構成について説明したが、これに限るものではない。
【０１１２】
例えば、図１１の（ｃ）に示すように、光源（図示せず）からの光が検出対象物Ｘで反射して導光板３０に入射する構成にしてもよい。この場合にも、受光部４０の受光量と上記記憶部に記憶されているルックアップテーブルあるいは演算式とに基づいて検出対象物の位置を検出することができる。
【０１１３】
また、検出対象物に光を照射する構成に限らず、例えば図１１の（ｄ）に示すように、検出対象物Ｘ自体が導光板３０に向けて光を出射する構成（例えばレーザポインタ等）であってもよい。この場合、受光部４０の受光量と上記記憶部に記憶されているルックアップテーブルあるいは演算式とに基づいて検出対象物から出射された光によって指示された導光板３０上の位置を検出することができる。
【０１１４】
また、図１２の（ｂ）に示すように、導光板３０に入射光が受光部４０に向けて反射・導光される領域と入射光が受光部４０へ向けて反射・導光されない領域とを交互に設け、図１２の（ａ）に示すように導光板３０における回帰率が周期的に変化するようにしてもよい。これにより、光学式センサ１をエンコーダとして用いることができる。
【０１１５】
また、導光板３０を表示装置の表示画面（図示せず）に対向配置し、ユーザの指やペン等による表示画面に対する指示位置を受光部４０の受光量に応じて検出する構成とし、光学式センサ１をタッチパネル用の検出センサとして用いてもよい。
【０１１６】
〔実施形態５〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１１７】
本実施形態では、導光板２０と導光板３０との間に配置された検出対象物の長さと位置とを同時に検出する構成について説明する。
【０１１８】
図１３の（ａ）は本実施形態にかかる光学式センサ１の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態では、導光板（第１導光板）３０ａおよび導光板（第２導光板）３０ｂが重ねて配置されており、これら導光板３０ａ，３０ｂに対応して受光部４０ａ，４０ｂが設けられている。
【０１１９】
図１３（ｂ）は、導光板３０ａの回帰率特性を示すグラフである。この図に示すように、導光板３０ａは、実施形態２の導光板３０と同様、当該導光板３０ａの受光面上の位置によらず回帰率が略一定になっている。導光板２０から導光板３０ａに入射した光は導光板３０ａによって受光部４０ａに導光される。
【０１２０】
受光部４０ａは、受光光量に応じた電気信号を制御部５０に出力する。これにより、制御部５０において、実施形態２と同様、導光板２０と導光板３０ａとの間に挿入された検出対象物の長さが検出される。
【０１２１】
導光板３０ｂは、導光板３０ａの裏面側に導光板３０ａと対向するように配置されており、導光板２０から出射されて導光板３０ａを透過した光が導光板３０ｂに入射する。なお、導光板３０ｂの各プリズム部３１の配置位置を導光板２０の平坦部３２に対向する位置に設定してもよい。これにより、導光板３０ａを透過する光を効率よく受光部４０ｂに導光し、光利用効率を向上させることができる。
【０１２２】
図１３（ｃ）は、導光板３０ｂの回帰率特性を示すグラフである。この図に示すように、導光板３０ｂは、実施形態４の導光板３０と同様、当該導光板３０ｂの受光面上の位置に応じて、受光部４０ｂ（図１３の（ｃ）のグラフでは右端側）からの距離が離れるほど回帰率が単調増加する構成になっている。なお、導光板３０ｂは、受光部４０ｂからの距離が離れるほど回帰率が単調減少する構成であってもよい。
【０１２３】
導光板２０から導光板３０ａを透過して導光板３０ｂに入射した光は、導光板３０ｂによって受光部４０ｂに導光される。
【０１２４】
受光部４０ｂは、受光光量に応じた電気信号を制御部５０に出力する。これにより、制御部５０において、実施形態４と同様、導光板２０と導光板３０ａとの間に挿入された検出対象物の位置が検出される。
【０１２５】
なお、本実施形態では、検出対象物の長さと位置とを検出する構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、実施形態３の導光板と実施形態４の導光板とを組み合わせて用いることにより、検出対象物の面積と位置とを検出するようにしてもよい。あるいは、実施形態２，３，４の導光板をそれぞれ組み合わせることにより、検出対象物の長さ、面積、および位置を検出するようにしてもよい。
【０１２６】
〔実施形態６〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１２７】
本実施形態では、光学式センサ１を検出対象物の所定方向への移動量（変位量）を検出する変位センサとして用いる場合の構成例について説明する。
【０１２８】
図１４（ａ）は、本実施形態にかかる光学式センサ１の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、光学式センサ１は、発光部１０、投光レンズ１１、受光レンズ１２、導光板３０、および受光部４０Ｌ，４０Ｒを備えている。発光部１０および受光部４０Ｌ，４０Ｒは、図１に示した構成と略同様の構成からなる制御部５０（図１４では図示せず）に接続されている。
【０１２９】
発光部１０は制御部５０の発光制御部５１の制御に従って所定方向に光を出射する。発光部１０から出射された光は投光レンズ１１によって集光されて検出対象物Ｘに照射される。
【０１３０】
検出対象物Ｘに照射された光は検出対象物Ｘで反射し、受光レンズ１２によって導光板３０上に集光される。
【０１３１】
導光板３０の裏面側には、図１４の（ｂ）に示すように、受光した光を受光部４０Ｌ側へ反射させる方向に傾斜した傾斜面（第１反射面）３１ａと受光した光を受光部４０Ｒ側へ反射させる方向に傾斜した傾斜面（第２反射面）３１ｂとを有する断面形状が略三角形のプリズム部３１が複数配置されている。また、プリズム部３１は、図１４の（ｃ）に示すように、受光部４０Ｌについての回帰率は受光部４０Ｌから遠ざかるにつれて単調減少し、受光部４０Ｒについての回帰率は受光部４０Ｌから遠ざかるにつれて単調増加するように配置されている。
【０１３２】
これにより、導光板３０に入射する光の明るさによらず、２つの受光部４０Ｌ，４０Ｒの受光量の比に基づいて検出対象物の位置（変位量）を検出することができる。例えば、光が導光板３０の延伸方向の中心に入射した場合、中心に入射した光の光量を１０とし、中心に入射した光の受光部４０Ｌ，４０Ｒに対する回帰率をｒとすると、受光部４０Ｌ，４０Ｒに到達する光の光量はそれぞれ５ｒになる。また、導光板３０の延伸方向の中心に入射した光の光量を１００とすると、受光部４０Ｌ，４０Ｒに到達する光の光量はそれぞれ５０ｒになる。したがって、導光板３０に入射する光の明るさによらず、２つの受光部４０Ｌ，４０Ｒの受光量の比に基づいて検出対象物の位置（あるいは変位量）を検出することができる。これにより、光源の明るさの差に起因する位置（あるいは変位量）の検出誤差を防止できる。
【０１３３】
なお、図１４の（ｄ）は受光部４０Ｌおよび受光部４０Ｒのそれぞれに対するプリズム密度Ｐｓｓの算出方法を示す説明図である。
【０１３４】
図１４の（ｄ）に示すように、導光方向についてのプリズム部３１の傾斜面３１ａの長さ（傾斜面３１ａの導光板３０の裏面に対する投影長さ）をＬ１、当該プリズム部３１の傾斜面３１ａから当該プリズム部３１に対して受光部４０Ｌから遠い側に隣接する他のプリズム部３１における傾斜面３１ａまでの導光方向に沿った距離をＸ１、導光板３０の裏面に対する傾斜面３１ａの傾斜角をα１、導光板３０の臨界角をθとすると、受光部４０Ｌに対応するプリズム密度Ｐｓｓ１はＰｓｓ１＝Ｌ１／（Ｌ１＋Ｘ１）で表される。
【０１３５】
また、導光方向についてのプリズム部３１の傾斜面３１ｂの長さ（傾斜面３１ｂの導光板３０の裏面に対する投影長さ）をＬ２、当該プリズム部３１の傾斜面３１ｂから当該プリズム部３１に対して受光部４０Ｒから遠い側に隣接する他のプリズム部３１における傾斜面３１ｂまでの導光方向に沿った距離をＸ２、導光板３０の裏面に対する傾斜面３１ｂの傾斜角をα２、導光板３０の臨界角をθとすると、受光部４０Ｒに対応するプリズム密度Ｐｓｓ２はＰｓｓ２＝Ｌ２／（Ｌ２＋Ｘ２）で表される。
【０１３６】
本実施形態では、上記のプリズム密度Ｐｓｓ１およびＰｓｓ２の平均値が、それぞれ、
Ｐｓｓ１＜ｔａｎθ／（ｔａｎα１＋ｔａｎθ）、
Ｐｓｓ２＜ｔａｎθ／（ｔａｎα１＋ｔａｎθ）、
の関係を満たし、かつ受光部４０Ｌおよび受光部４０Ｒに対応する回帰率が上述した関係を満たすように各プリズム部３１の形状、配置位置、および配置個数を設定している。
【０１３７】
これにより、受光部４０Ｌ，４０Ｒに、検出対象物Ｘの位置（発光部１０から投光レンズ１１を介して照射される光の進行方向の位置）に応じた光量の光がそれぞれ導光される。したがって、受光部４０Ｌ．４０Ｒがそれぞれの受光量に応じた電気信号を制御部５０に出力することで、制御部５０の解析部５３が、当該電気信号と予め記憶部（図示せず）に記憶されているルックアップテーブルあるいは演算式とに基づいて、検出対象物Ｘの位置を検出することができる。
【０１３８】
なお、この種の変位センサでは、従来、検出対象物からの反射光を、受光レンズ１２を介して半導体からなる一次元の位置受光素子（ＰＳＤ；Position Sensitive Device）上に集光し、この位置受光素子によって検出対象物の位置を検出していた。
【０１３９】
これに対して、本実施形態では、半導体からなる受光素子に代えて導光板３０および受光部４０Ｌ，４０Ｒを用いて検出対象物の位置検出を行う。これにより、半導体からなる受光素子を用いる構成と同様、検出対象物の材質にかかわらず検出対象物の位置を適切に検出できる。また、半導体からなる受光素子を用いる場合よりも光学式センサのコストを低減することができる。また、半導体からなる受光素子を用いる場合には検出範囲（受光範囲）のサイズは半導体ウエハのサイズ以下に限定されるが、本実施形態では導光板３０のサイズに制限がなく、半導体からなる受光素子を用いる場合よりも検出領域のサイズを広くすることができる。
【０１４０】
〔実施形態７〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態では、図１５の（ａ）および（ｂ）に示すように、導光板２０における導光板３０との対向面にプリズムシート２４（屈折部材）が配置されており、導光板３０における導光板２０との対向面にプリズムシート（屈折部材）３４が配置されている。また、導光板２０における導光板３０との対向面とは反対側の面に反射シート（反射部材）２３が配置されており、導光板３０における導光板２０との対向面とは反対側の面に反射シート３３が配置されている。
【０１４２】
これにより、発光部１０から導光板２０に入射し、導光板３０側に出射された光は、プリズムシート２４によって屈折し、導光板３０の方向へ向かう指向性の強い光として出射される。
【０１４３】
また、導光板２０から出射されて導光板３０に入射する光は、プリズムシート３４によって受光部４０に近づく方向に屈折されてから導光板３０に入射する。
【０１４４】
これにより、発光部１０から出射されて受光部４０に導光される光の光量を増加させ、光利用効率を向上させることができる。
【０１４５】
また、プリズムシート３４を設けることにより、導光板３０における受光の指向性（導光板３０内を伝播して受光部４０へ導光される光の入射角度範囲）を狭くすることができる。これにより、図１５の（ａ）に破線で示したように、導光板３０に入射する光のうち、導光板２０から出射された光とは異なる光（迷光）を、受光部３０に導光される入射角度とは異なる角度に屈折させ、受光部４０へ導光することなく導光板３０の外部に放出させることができる。したがって、迷光が受光部４０に到達することを防止または抑制できるので、光学式センサ１の検出精度をさらに向上させることができる。
【０１４６】
なお、プリズムシート３４を設ける場合、プリズム部３１の傾斜面３１ａの傾斜角αはプリズムシート３４による入射光の屈折角度を考慮して設定すればよい。例えば、傾斜面３１ａの傾斜角αを３°以上１５°以下に設定してもよい。
【０１４７】
また、図１５の（ｃ）に示したように、導光板３０の裏面の反射シート３３を省略してもよく、その場合には導光板３０に入射した迷光を、導光板３０を素通りさせて導光板３０の裏面から外部に放出させることができる。
【０１４８】
〔実施形態８〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１４９】
上述した各実施形態では、導光板３０上の各領域のプリズム密度Ｐｓｓを領域毎に設定することにより、当該各領域の反射率および導光率を設定する構成について説明した。なお、プリズム密度が増加すると導光板３０上の領域内におけるプリズム部３１の傾斜面３１ａの比率が大きくなるので、反射率は増大する。一方で、プリズム密度が増加すると、プリズム部３１における傾斜面３１ａとは異なる側の面に入射する光量が増加するので、導光率は低下する。
【０１５０】
これに対して、本実施形態では、導光板３０の厚さを制御することにより、導光板３０の各領域における導光率を制御する。プリズム密度Ｐｓｓが一定である場合、導光板３０の厚さが変化しても、プリズム部３１で受光部４０側へ反射される光量は略一定なので、反射率はほとんど変わらない。
【０１５１】
一方、導光板３０の厚さが厚くなると導光板３０内を受光部４０側へ伝播する光のうちプリズム部３１に当る光の割合が低くなるので、導光率は導光板３０の厚さが厚くなるほど大きくなる。
【０１５２】
そこで、本実施形態では、導光板３０の各領域の回帰率が所望する回帰率になるように、導光板３０の各領域における厚さを設定する。
【０１５３】
例えば、まず、各領域の反射率が所望する反射率になるように各領域に配置されるプリズム部３１のプリズム密度Ｐｓｓ（プリズム部３１の配置数および形状）を設定する。そして、各領域のプリズム密度を考慮し、各領域の導光率が所望する導光率になるように各領域における導光板３０の厚さを設定する。あるいは、各領域のプリズム密度を一定に設定し、各領域の導光率が所望する導光率になるように各領域における導光板３０の厚さを設定するようにしてもよい。
【０１５４】
図１６の（ａ）〜（ｄ）は、導光板３０の厚さの設定例を示す説明図である。図１６の（ａ）に示すように受光部４０から遠ざかるほど厚くなるようにしてもよく、図１６の（ｂ）に示すように受光部４０から遠ざかるほど薄くなるようにしてもよい。また、厚さが単調増加あるいは単調減少する構成に限らず、図１６の（ｃ）に示すように、導光板３０の領域毎に受光面の傾斜方向を異ならせてもよい。また、図１６の（ｄ）に示すように、導光板３０の受光面を曲面形状にしてもよい。
【０１５５】
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】
【０１５６】
本発明は、受光部の受光量に基づいて検出領域の状態を検出する光学式センサ、および当該光学式センサに備えられる導光板の設計方法に適用できる。
【符号の説明】
【０１５７】
１  光学式センサ
１０  発光部
２０  導光板
３０  導光板
３０ａ  導光板（第１導光板）
３０ｂ  導光板（第２導光板）
３１  プリズム部（反射部）
３１ａ  傾斜面（反射面、第１反射面）
３１ｂ  傾斜面（第２反射面）
３２  平坦部（隙間）
３３  反射シート（反射部材）
３４  プリズムシート（屈折部材）
４０，４０ａ，４０ｂ  受光部
４０Ｌ  受光部（第１受光部）
４０Ｒ  受光部（第２受光部）
５０  制御部
Ｐｓｓ  プリズム密度（反射部密度）
Ｒ  反射率
Ｇ  導光率
【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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