(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線束の横断面形状が略帯状である検出光を対象領域に照射して該対象領域において反射された反射光を受光する光検出器のヘッド部であって、前記横断面における互いに直交する２方向についての集光作用が異なることで、前記略帯状の検出光を生成する略帯状光生成レンズと、該略帯状光生成レンズの湾曲した第１の界面から第２の界面を介して対象領域に向って前記検出光を出射する投光部と、前記投光部の両側に設けられ前記略帯状光生成レンズの前記第２の界面から前記第１の界面を介して入射する反射光を受光する一対の受光部と、前記投光部から前記第１の界面に向い前記第１の界面で正反射した光が前記一対の受光部に入射するのを防止するため先端面が前記第１の界面に合致した形状に湾曲し、かつ前記第１の界面に近接して設けられている一対の遮光部とを備えた光検出器のヘッド部。
【請求項２】
請求項１において、
前記光の光線束の一部を通過させて光線束の横断面形状を略方形にする成形要素を有する光検出器のヘッド部。
【請求項３】
請求項２において、
前記成形要素に前記略帯状の光線束の横断面における長手方向の中央部の光量を減らす減光部が設けられている光検出器のヘッド部。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１項において、
前記略帯状光生成レンズを含む光学系、前記投光部ならびに受光部が、前記略帯状光生成レンズの横断面を中心に略対称に設けられている光検出器のヘッド部。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１項において、
前記略帯状光生成レンズ、前記投光部および前記受光部が１つのケース内に収容されている光検出器のヘッド部。
【請求項６】
請求項５において、
前記ケースは一組の分割ケースからなる光検出器のヘッド部。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１項において、
前記投光部の出射面および前記受光部の入射面は、それぞれ、前記第１の界面から離間した位置に配設され、
前記出射面から前記第１の界面までの距離と、前記入射面から前記第１の界面までの距離とが略同じ距離に設定されている光検出器のヘッド部。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１項において、
前記投光部および前記受光部が１つの固着具に固着されている光検出器のヘッド部。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１項において、
前記２つの受光部は各々が数本ないし多数本の光ファイバから構成されている光検出器のヘッド部。
【請求項１０】
請求項９において、
前記受光部を構成する前記数本ないし多数本の光ファイバは前記投光部から離れた外側に多く配置されている光検出器のヘッド部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光検出器のヘッド部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、対象領域に略帯状の検出光を照射し、その反射光を受光してワークなどの検出を行う光検出器が知られている。該光検出器のヘッド部の構造の一例を図１０（ａ）に示す。
図１０（ａ）において、ヘッド部１００は、ケース１０１に投光用光ファイバ１０２と受光用光ファイバ１０３を交互に並べて固定すると共に、その端面を露出させることにより構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術では、多数の光ファイバ１０２，１０３をケース１０１内に並べるので、ヘッド部１００が大型化する。
したがって、本発明の主目的は、略帯状の検出光を対象領域に照射し、その反射光を受光する光検出器のヘッド部において、該ヘッド部の小型化を図ることである。
【０００４】
また、多数の光ファイバを１列に並べてケース１０１に固定するので、製造性が悪い。
したがって、本発明の他の目的は、前記光検出器のヘッド部において、該ヘッド部の製造性を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記主目的を達成するために、本発明は、光線束の横断面形状が略帯状である検出光を対象領域に照射して該対象領域において反射された反射光を受光する光検出器のヘッド部であって、前記横断面における互いに直交する２方向についての集光作用が異なることで、前記略帯状の検出光を生成する略帯状光生成レンズと、該略帯状光生成レンズの湾曲した第１の界面から第２の界面を介して対象領域に向って前記検出光を出射する投光部と、前記投光部の両側に設けられ前記略帯状光生成レンズの前記第２の界面から前記第１の界面を介して入射する反射光を受光する一対の受光部と、前記投光部から前記第１の界面に向い前記第１の界面で正反射した光が前記一対の受光部に入射するのを防止するため先端面が前記第１の界面に合致した形状に湾曲し、かつ前記第１の界面に近接して設けられている一対の遮光部とを備えている。
【０００６】
削除。
【０００７】
削除。
【０００８】
投光部から出射されたスポット状の光は、略帯状光生成レンズを透過して略帯状の検出光となって対象領域に照射される。該検出光は対象領域において被検出物または背景によって反射され、該反射光が前記略帯状光生成レンズを通過して受光部に受光される。
【０００９】
本発明においては、レンズを複数枚用いてもよい。
「光学系」としては、前記レンズを複数枚組み合わせたものの他に、スリットとレンズを組み合わせたものなど２以上の光学要素により光学系を構成してもよい。
「略帯状」とは、帯状、線状の他に、極く細長い楕円形なども含む。
【００１０】
「略帯状光生成レンズ」としては、一般に、シリンドリカルレンズ（円柱レンズ）などの棒状レンズや細長い板状レンズを好的に用いることができる。
また、「集光」とは、光を収束させることの他に、所定の発散角で広がろうとする光を平行光にしたり、あるいは、発散角を小さくすることをいう。したがって、点光源から出射された光は略帯状光生成レンズを通過することで、細長い略帯状の光線束となる。
「投光部」および「受光部」としては、光ファイバの端面以外に、ＬＥＤ，ＬＤおよびＰＤなどの素子を用いることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１において、本発明の実施形態の光検出器のヘッド部は、一組の分割ケース１１，１２、固着具３、遮光筒４、シリンドリカルレンズ５および図２の光ファイバ６，７を備えている。図１の前記両分割ケース１１，１２は互いに組み立てられてヘッドケース１を構成し、該ヘッドケース１内には前記固着具３、遮光筒４（成形要素の一例）、シリンドリカルレンズ５（光学要素の一例）および図２の光ファイバ６，７の先端部が収容される。
なお、前記遮光筒４およびシリンドリカルレンズ５は、光学系２を構成する。
【００１２】
前記固着具３には、３つのファイバ固定孔３０，３１，３１が設けてある。中央のファイバ固定孔３０には、投光用光ファイバ（投光部）６の先端部が挿入されていると共に固着されている。両側の２つのファイバ固定孔３１には、受光用光ファイバ（受光部）７の先端部が挿入されていると共に固着されている。これらの光ファイバ６，７の先端面は、それぞれ、投光部の出射面６ａおよび受光部の入射面７ａを構成している。なお、図示していないが、投光用光ファイバ６の基端部は光源に臨んでおり、一方、受光用光ファイバ７の基端部には、光電変換素子が設けられており、周知の光電スイッチが構成されている。
【００１３】
図３に示すように、前記固着具３、遮光筒４、シリンドリカルレンズ５は、この順に互いに近接ないし接触している状態で、前記ケース１（図１）内に配置されている。前記シリンドリカルレンズ５は、互いに対向する第１の界面５１および第２の界面５２を備えている。前記遮光筒４は角筒状で、その中空部分４０には、投光用光ファイバ６の出射面６ａが臨んでいる。該出射面６ａから出射された検出光Ｌ１は、一点鎖線で示すように、遮光筒４の中空部分４０を通り、シリンドリカルレンズ５の第１の界面５１から第２の界面５２を介して対象領域Ａに向って出射される。一方、該対象領域Ａにおいて被検出物または背景によって反射された反射光Ｌ２は、二点鎖線で示すように、シリンドリカルレンズ５の第２の界面５２から第１の界面５１を介して、受光用光ファイバ７の入射面７ａに入射して受光される。
【００１４】
前記検出光Ｌ１は、その光線束の一部が図２の遮光筒４の中を通過することで、光線束の横断面形状が略方形になると共に、図３（ａ），（ｃ）のシリンドリカルレンズ５による一方向のみの集光作用によって、略帯状の細長い形状の検出光Ｌ１となって対象領域Ａに照射される。該検出光Ｌ１は、対象領域Ａにおいて被検出物または背景によって反射され、該反射光Ｌ２はシリンドリカルレンズ５による一方向のみの集光作用によって集光されて入射面７ａに入射して受光される。
【００１５】
図２の遮光筒４には、略帯状の検出光Ｌ１における長手方向（光線束の横断面における長手方向）Ｘの中央部の光量を減らすための減光壁（減光部）４１が設けてある。
ここで、出射面６ａから出射された検出光Ｌ１は、前記減光壁４１を設けていないと、当該検出光Ｌ１の光軸に対して直交する断面の中央Ｃ（図３（ｂ））における光量が強く、一方、端部に行くに従い光量が弱くなる。かかる光量の分布では、対象領域Ａの部分部分で光量が大きく異なるので検出能力にバラツキが生じる。
これに対し、本実施形態では、前記減光壁４１を設けて中央部の光量を減らしているので、光量の均一化を図ることができるから、検出能力のバラツキを抑制することができる。
【００１６】
図２の前記遮光筒４は一対の遮光部４３を有している。該遮光部４３の先端面４２は、前記シリンドリカルレンズ５の第１の界面５１に合致した形状に湾曲しており、第１の界面５１に近接している。図３（ａ）の前記遮光部４３は、出射面６ａからシリンドリカルレンズ５の第１の界面５１に向い該第１の界面５１で正反射した光が入射面７ａに入射するのを防止する。これにより、入射面７ａに迷光が入射するのを防止でき、検出精度が向上する。
【００１７】
前記出射面６ａおよび入射面７ａは、それぞれ、シリンドリカルレンズ５の第１の界面５１から離間した位置に配設されている。前記出射面６ａから第１の界面５１までの距離と、前記入射面７ａから第１の界面５１までの距離とは、略同じ距離Ｄに設定されている。また、前記出射面６ａは、前記１対の入射面７ａの中央に配設されている。したがって、本実施形態では、出射面６ａ、入射面７ａ、遮光筒４およびシリンドリカルレンズ５がシリンドリカルレンズ５の横断面５３を中心に略対称に配設されていることになる。
【００１８】
図２に明示するように、前記投光用光ファイバ６は１本の光ファイバで構成されており、一方、前記受光用光ファイバ７は数本ないし多数本の光ファイバで構成されている。前記受光用光ファイバ７の入射面７ａは、図３（ｄ），（ｅ）に明示するように、投光用光ファイバ６から離れた外側に多くの光ファイバが配置されている。これにより図３（ｂ）のように対象領域Ａの中央Ｃからの受光光量を抑制して、受光光量の均一化を図っている。すなわち、前記減光壁４１により、中央部Ｃの光量を減らして均一化を図っているが、十分に均一化されない場合がある。そこで、本実施形態では、中央部Ｃよりも端部の光量を多く受光できるように、図３（ｄ），（ｅ）のように、入射面７ａを配置して、受光光量の更なる均一化を図っている。
【００１９】
つぎに、本検出器の用い方の例について説明する。
図４（ａ）に示すように、ワークＷの流れ方向Ｙに対し、幅方向Ｘの位置が不定である場合に、本検出器では、ワークＷの幅方向Ｘの位置にかかわらず、ワークＷを精度良く検出することができる。
同様にして、図４（ｂ）の孔Ｗ１や、図４（ｃ）のフィルムのエッジＷ２や図４（ｄ）のラベルのエッジＷ３を精度良く検出することができる。
特に、図４（ｂ）のように大きさの異なる孔Ｗ１，Ｎが存在する場合においては、スポット光で検出する従来と異なり、予め閾値を設定することにより、小さい孔Ｎを検出せずに大きな孔Ｗ１のみを検出したり、あるいは、２つの孔Ｗ１，Ｎを識別することもできる。勿論、検出対象が孔以外のものであっても同様に検出することができる。
なお、本発明は被検出物の有無だけでなく、被検出物の色の判別に適用することもできる。
【００２０】
本ヘッド部は、図３の検出光Ｌ１および反射光Ｌ２を１つのシリンドリカルレンズ５により集光して帯状の検出光を形成する。したがって、多数の光ファイバを１列に並べた従来例に比べてヘッド部が小型になる。
しかも、投受光を１つのシリンドリカルレンズ５により集光するので、光学系に製造誤差が生じにくいから、製造性が向上する。
【００２１】
ところで、前記実施形態では、レンズとして棒状のシリンドリカルレンズ５を用いたが、レンズは図５（ａ），（ｂ）に示すように板状のレンズ５Ａ，５Ｂであってもよい。
【００２２】
また、前記実施形態では図２に示すように、光線束の横断面における互いに直交する２方向Ｘ，ＹのうちＹ方向（光線束の横断面における長手方向に直交する方向Ｙ）についてのみ集光作用を有するレンズ５を用いた。しかし、本第２発明では、略帯状の光線束を作ればよく、したがって、前記２方向Ｘ，Ｙについての集光作用（集光の度合）が異なっておればよい。
たとえば、図５（ｃ），（ｄ）に示す棒状レンズ５Ｃ，５Ｄを採用することもできる。図５（ｃ）の棒状レンズ５Ｃは、Ｘ，Ｙの２つの方向について集光作用を有すると共に、Ｙ方向についての集光の度合の方がＸ方向に比べ大きい。また図５（ｄ）の棒状レンズ５Ｄは、Ｙ方向については集光作用を有する一方で、Ｘ方向については発散作用を呈する。
【００２３】
ところで、図１０（ａ）の従来の検出ヘッドでは複数の投光用光ファイバ１０２から検出光を出射するので、図１０（ｂ）のように、隣接する投光領域Ａ１，Ａ２，Ａ３が互いに重なり、そのため、検出精度の低下を招くおそれがある。これに対し、本実施形態では、図２のように出射面６ａを１つに設定したので、検出精度を向上させることができる。
【００２４】
また、前記実施形態では、図３の固着具３の中央に出射面６ａを設け、その両側に入射面７ａを設けている。そのため、被検出物までの距離Ｐ１が近い場合には、２つの受光面７ａによる受光領域が重ならず、一方、被検出物までの距離Ｐ２が遠い場合には、２つの受光面７ａによる受光領域が重なる。ここで、一般に、近い場合には光量が多く、遠い場合には光量が少なくなるので、本実施形態では近い場合には受光領域が重ならない範囲で検出し、一方、遠い場合には受光領域を重ねることでより多くの光量を得ることができる。したがって、本実施形態では距離Ｐ１，Ｐ２が多少変化しても、受光光量の変化が小さくなるから、誤検出のおそれが少なくなる。
【００２５】
なお、前記実施形態では、出射面６ａの両側に入射面７ａを設けたが、本発明は投光部と受光部の配置を限定するものではない。たとえば、出射面６ａの周囲に入射面７ａを同軸上に配置してもよい。
【００２６】
図６（ａ）または図６（ｂ）は本発明の遮光部を有していない参考例を示し、これらの図においては、ハーフミラー９０をシリンドリカルレンズ５の第１の界面５１側に設けると共に、出射面６ａと入射面７ａとを直交させて配置している。
【００２７】
また、前記実施形態では、１つのレンズ５を用いたが、本第１発明および第２発明では、図７（  ａ）のように、レンズ５とは別のレンズカバー５４を設けてもよいし、あるいは、図７（ｂ）や図７（ｃ）のように、光学要素として２以上のレンズ５，５Ｅを設けてもよい。
【００２８】
図８は本発明の理解に役立つ参考例を示す。
本参考例では、遮光板４Ａに溝状（スリット状）の通過孔４９を形成した成形要素と、凸レンズ５Ｆとで光学系２を構成している。
本参考例では、出射面６ａから出射された光線束の一部が前記通過孔４９を通過することで、略方形に成形され、該成形された検出光Ｌ１が凸レンズ５ＦによりＸ，Ｙ方向に集光され、対象領域に向って出射される。対象領域で反射された反射光Ｌ２は、前記凸レンズ５Ｆおよび通過孔４９を通過して受光面７ａに入射する。
【００２９】
なお、本参考例の場合、凸レンズ５Ｆの集光作用はＸ，Ｙ方向について同一に設定されているが、本参考例においても凸レンズ５Ｆに代えてシリンドリカルレンズを用いることもできる。
また、図８の参考例においては、遮光板４Ａをレンズ５Ｆの前方Ｚに設けてもよい。
【００３０】
また、前記各実施形態では、集光作用を有する光学要素としてレンズを用いたが、図９（ａ），（ｂ）の参考例では、円筒面を有する凹面鏡５Ｇで光学要素を構成している。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、投光部および受光部の前方に、投光部からの光を略帯状に成形すると共に、長手方向に直交する方向に光を集光して略帯状の検出光を生成する光学系を設けたので、線状ないしは帯状などの略帯状の検出領域を持つ投受光用ヘッド部の小型化を図り得る。
【００３２】
すなわち、本発明によれば、投光部および受光部の前方に略帯状光生成レンズを設けたので、線状ないしは帯状などの略帯状の検出領域を持つ投受光用ヘッド部の小型化を図り得る。
また、検出領域を略帯状光生成レンズにより、細長くすることができるから、検出精度が向上する。
また、遮光部を設けて、迷光が受光部に入射するのを防止するので、検出精度が更に向上する。
【００３３】
さらに、１つの略帯状光生成レンズにより集光すれば、光学系に製造誤差が生じにくいので、製造性が向上する。
また、光学系を略帯状光生成レンズの横断面を中心に略対称に設ければ、検出可能な距離の範囲が広がる。
また、減光部を設けて、略帯状の検出光の長手方向の中央部の光量を減らせば、光量の均一化を図ることができるから、検出能力のバラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のヘッド部の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】  光学系を示す分解斜視図である。
【図３】  （ａ）は光学系を示す断面図、（ｂ）は受光光量の変化を示す特性図、（ｃ）はレンズの断面図、（ｄ）は固着具の正面図、（ｅ）は受光部の拡大正面図である。
【図４】  光検出器の用い方を示す斜視図および正面図である。
【図５】  略帯状光生成レンズの他の例を示す斜視図である。
【図６】  本発明の理解に役立つ参考例を示す概略構成図である。
【図７】  光学系の他の例を示す斜視図である。
【図８】  本発明の理解に役立つ参考例にかかる光学系を示す分解斜視図である。
【図９】  光学要素の他の参考例を示す平面図および斜視図である。
【図１０】  従来のヘッド部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：ヘッドケース
２：光学系
３：固着具
４：遮光筒（成形要素）
４Ａ：遮光板
４１：減光壁（減光部）
４３：遮光部
５：シリンドリカルレンズ（光学要素）
５Ａ〜５Ｇ：光学要素
５１：第１の界面
５２：第２の界面
６：投光用光ファイバ（投光部）
６ａ：出射面
７：受光用光ファイバ（受光部）
７ａ：入射面
Ｌ１：検出光
Ｌ２：反射光
Ｘ：長手方向
Ｙ：長手方向に直交する方向
【図１】
0004446507.tif 000002
【図２】
0004446507.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004446507.tif 000007
【図７】
0004446507.tif 000008
【図８】
0004446507.tif 000009
【図９】
0004446507.tif 000010
【図１０】
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