(57)【要約】【課題】プリズム側で伝送される光強度を高め、光軸の位置ずれが生じた場合でも必要かつ十分な出力が得られるようにする。【解決手段】発受光部１の発光素子２からの光（赤外線、可視光等）をプリズム７に入射し、出射光を受光素子３にて受光し、この発受光部１とプリズム７との間に、紙葉類５を通過させるセンサにおいて、プリズム７の入射部７ａに、球面又は非球面形状からなり、発光素子２からの平行光を集光させる集光レンズ８を一体形成し、出射部７ｂにも、球面又は非球面形状からなり、プリズム７からの出射光を平行光へ変換する集光レンズ９を一体形成する。これら集光レンズ８，９は、いずれか一方だけでもよい。また、出射部７ｂ側の集光レンズ９を半円柱状のレンズとしてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子からの光をプリズムに入射し、このプリズムから出射された光を受光素子にて受光し、これら発光素子又は受光素子とプリズムの間光の伝送状態を検知するプリズムを用いたセンサにおいて、
上記プリズムの入射部又は出射部のいずれか一方に、球面又は非球面からなる集光レンズを設けたことを特徴とするプリズムを用いたセンサ。
【請求項２】
上記プリズムの入射部及び出射部の両方に、球面又は非球面からなる集光レンズを設けたことを特徴とする請求項１記載のプリズムを用いたセンサ。
【請求項３】
上記プリズムの出射部に設けた集光レンズを、半円柱状のレンズとしたことを特徴とする請求項１又は２記載のプリズムを用いたセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリズムを用いたセンサ、特に発光素子又は受光素子とプリズムとの間に存在する紙葉類等や発光素子又は受光素子とプリズムとの位置関係を光（赤外線を含む）により検知するセンサの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば紙、紙幣等の紙葉類等の存在、通過、種類等の検出がセンサ（赤外線、可視光等を用いたセンサ）を用いて行われており、図１１には、プリズムを用いたセンサの構成が示されている。図１１において、一体型の発受光部１には、赤外線の発光素子２と受光素子３が設けられ、この発受光部１の発受光面に対向するように、プリズム４が配置されており、上記発受光部１とプリズム４との間に、例えば紙葉類５が通過するように構成される。
【０００３】
このようなセンサによれば、図１１に示されるように、紙葉類５が通過しないときには、発光素子２からの光がプリズム４の入射部に入力された後、プリズム４の出射部から出力され、このプリズム４からの光が受光素子３へ導かれる。一方、紙葉類５が通過するときには、発光素子２からの光又は（及び）受光素子３の光が遮蔽され、その遮蔽の状態によって、紙葉類５の存在、通過、種類等が検知される。
【０００４】
上記のようなプリズムを用いたセンサは、取付けスペースがない場合や、ドア開閉認識（発光素子及び受光素子とプリズムとの位置関係による認識）のためのセンサ等のようにハーネスのとり回しが難しい場合等で使用され、またプリズムを用いることで、発光部と受光部を同じ側に配置することができ、発光部と受光部を対向配置する対向型（分離）センサと差別化が可能なことから、多方面で採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７５３０２号公報
【特許文献２】特許第３１３２１９７号公報
【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、図１１のようなプリズムを用いたセンサでは、発受光部１とプリズム４の取付け位置（光軸）がずれることがあり、特に発受光部１−プリズム４間の光軸方向に垂直な方向（紙葉類５の通過方向）においてずれた場合、プリズム４内の光伝送経路の変化により所期の出力が得られないという不都合がある。
【０００７】
図１２には、発受光部１とプリズム４の両者の位置関係が正規の位置からずれた場合の光の伝送経路が示されており、点線で示されるように、発受光部１に対しプリズム４が図の左へずれた場合は、光束（光軸Ｌ１）が正規の光束位置（光軸Ｌ０）から左側へずれ、一点鎖線で示されるように、プリズム４が図の右へずれた場合は、光束（光軸Ｌ２）が正規の光束位置（光軸Ｌ０）から右側へずれ、必要な光量が受光素子３へ入力されなくなる。従って、従来では、設計段階において出力側でのマージンを大きく採るか、発受光部１とプリズム４との取付け精度又は製造過程における組立て精度を向上させなければならないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プリズム側で伝送される光強度を高め、光軸の位置ずれが生じた場合でも必要かつ十分な出力を得ることができるプリズムを用いた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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、発光素子からの光（赤外線、可視光等）をプリズムに入射し、このプリズムから出射された光を受光素子にて受光し、これら発光素子又は受光素子とプリズムの間の光の伝送状態を検知するプリズムを用いたセンサにおいて、上記プリズムの入射部又は出射部のいずれか一方に、球面又は非球面からなる集光レンズを設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記プリズムの入射部及び出射部の両方に、球面又は非球面からなる集光レンズを設けたことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記プリズムの出射部に設けた集光レンズを、半円柱状のレンズとしたことを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１の構成によれば、発光素子から出力された光は例えばプリズム入射部の集光レンズを介してプリズム内に入り、反射により所定の出射部から受光素子へ伝送され、この受光素子の出力により、発光素子又は（及び）受光素子とプリズムの間の光の伝送状態が検知され、例えば発光素子及び受光素子とプリズムの間を通過する紙葉類を検知したり、発光素子又は（及び）受光素子とプリズムの位置関係（所定の対向位置にあるかないか等）を検知したりすることができる。このような検知においては、プリズムの入射部又は出射部に集光レンズが設けられるので、プリズムに供給される光を効率よく伝送することができ、受光素子へ到達する光の強度を高く維持することが可能となる。
【００１１】
上記請求項２の構成によれば、入射部と出射部の集光レンズにより、出射部から例えば平行光が出力されるので、更に、光の効率のよい伝送、そして受光素子での良好な受光状態を確保することが可能となる。
【００１２】
上記請求項３の構成によれば、半円柱状レンズにより光束の幅を狭めた平行光が出射され、例えば半円柱状の軸方向を紙葉類の通過方向に対し垂直に配置した場合は、紙葉類のキワ（縁部）の感度を高くすることができ、半円柱状の軸方向を紙葉類の通過方向に配置した場合は、紙葉類自体の更に感度の高い確実な検知が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プリズム側で伝送される光強度を高め、光軸の位置ずれが生じた場合でも必要かつ十分な出力が得られるという効果があり、従来のように、設計段階において出力側でのマージンを大きく採ったり、発受光部とプリズムとの取付け精度又は製造過程における組立て精度を向上させたりする必要もない。また、コストメリットの高いセンサや高精度でないセンサとの組合せが可能となり、組付けにおいても１点止めや接着等、簡易的な取付けが可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例に係るプリズムを用いたセンサの構成を示す側面図である。
【図２】第１実施例のプリズムの斜視図である。
【図３】第２実施例のセンサの構成を示す側面図である。
【図４】実施例のセンサの電気的な構成を示す回路図である。
【図５】第１及び第２実施例のセンサでの位置ずれに対する出力電流の変化を従来のセンサとの比較で示すグラフ図である。
【図６】図５の正方向の位置ずれ部分を拡大したグラフ図である。
【図７】第３実施例のセンサの構成を示す側面図である。
【図８】第３実施例のプリズムの斜視図である。
【図９】第３実施例のプリズム出射部（受光素子側）の光束に対し紙葉類が通過する状態を示す図である。
【図１０】実施例において他の形状のプリズムを用いる場合の構成を示す図である。
【図１１】従来のプリズムを用いたセンサの構成を示す図である。
【図１２】従来のセンサでの光軸の位置ずれを説明するための側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び図２には、本発明の第１実施例に係るプリズムを用いた光センサの構成が示されており、図１に示されるように、一体型の発受光部１には、例えば赤外線を発光する発光素子２と赤外線を受光する受光素子３が設けられ、この発受光部１の発受光面に対向するように、プリズム７が配置されており、上記発受光部１とプリズム７との間に、紙葉類（例えば紙幣）５が通過するように構成される。
【００１６】
図２にも示されるように、第１実施例のプリズム７には、入射部７ａに、発光素子２から供給される平行光を集光させる集光レンズ８が一体に形成され、出射部７ｂに、プリズム７内を反射されて伝送される光を平行光へ変換する集光レンズ９が一体に形成される。即ち、集光レンズ８，９は球面又は非球面形状に製作されており、図１に示した光路のように、集光レンズ８は、入射される平行光をプリズムの第１傾斜面Ｓ１に集光させ、集光レンズ９は、第２斜面Ｓ２からの反射光を平行光に変換して受光素子３へ出射する。
【００１７】
図３には、第２実施例に係るプリズムを用いたセンサの構成が示されており、この第２実施例は、図示されるように、プリズム１１の入射部１１ａのみに、球面又は非球面を持つ集光レンズ８を設けたものであり、その他の構成は、第１実施例と同様となっている。この第２実施例の場合は、集光レンズ８が入射される平行光をプリズム１１の第１傾斜面Ｓ１に集光させ、第２斜面Ｓ２から反射した光はそのまま図のように集光される状態で受光素子３へ出力される。なお、第２実施例において、入射部１１ａ側ではなく、プリズム１１の出射部１１ｂのみに、球面又は非球面を持ち、第２斜面Ｓ２からの反射光を例えば平行光に変換する集光レンズを設けてもよい。
【００１８】
図４には、上記第１及び第２実施例の電気的な構成が示されており、上記発受光部１の受光素子２には、例えば抵抗（１６０Ω）を介して電圧Ｖｉｎが供給されることで、受光素子３の出力端子から検出電流が出力される。
【００１９】
図５には、第１及び第２実施例の構成において、光軸を正規の位置からずらした場合、即ち図１において位置０点から発受光部１を右側の＋Ｘの方向と左側の−Ｘの方向へずらした場合の出力（検出）電流の変化が示されており、図５に示されるように、第１実施例のように入射部及び出射部の両側集光の場合は、グラフ１０４となり、従来のプリズムのグラフ１０１と比較すると、位置ずれがない場合及び位置ずれがある場合の両方において、受光素子３からの出力電流が増加する結果となった。例えば、位置ずれが１．５ｍｍの付近では、従来の場合は３．５３ｍＡであるのに対し、両側集光の場合は１１．８２ｍＡとなり、３倍近い電流が得られた。
【００２０】
更に、第２実施例のように、入射部側のみ集光する場合はグラフ１０２、出射部側のみ集光する場合はグラフ１０３となり、これらの場合も、両側集光より効果は少し小さくなるが、従来と比較すれば、出力電流が増加していることが分かる。
【００２１】
また、図６は、図５の＋Ｘの方向を拡大したグラフであるが、この図６において、例えば出力電流が１２ｍＡとなる付近で比較すると、従来のプリズムの場合（グラフ１０１）は、約１ｍｍの位置ずれであるのに対し、第２実施例の片側の場合（グラフ１０２,１０３）の場合は約１．２５ｍｍ、第１実施例の両側場合（グラフ１０４）の場合は、約１．５ｍｍとなり、第２実施例は、約１．２５倍の位置ずれが補正でき、第１実施例は、約１．５倍の位置ずれが補正できることになる。
【００２２】
以上のように、第１実施例では、入射部側の集光レンズ８と出射部側の集光レンズ９によって、発光素子２からプリズム７に供給される平行光を効率よくプリズム内に伝送することで、受光素子３へ到達する光の強度を高く維持し、光軸の位置ずれが生じた場合でも、必要かつ十分な光を受光素子３へ供給することができ、また第２実施例では、出射部側の集光レンズ９によって、プリズム内を反射する光を平行光として効率よく受光素子３へ伝送することで、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
図７乃至図９には、第３実施例に係るプリズムを用いたセンサの構成が示されており、この第３実施例は、図７のように、発光素子（部）１４と受光素子（部）１５が分離されたタイプとなっている。そして、プリズム１６の入射部１６ａに、発光素子１４から供給される平行光を集光させるための球面又は非球面を持つ集光レンズ８が一体に形成され、出射部１６ｂには、半円柱状の集光レンズ１７が一体に形成される。即ち、この集光レンズ１７は、半円柱の軸方向を紙葉類の通過方向に対し垂直に配置しており、これにより、図９に示されるように、幅の狭い光束の平行光が出射されるようになっている。
【００２４】
このような第３実施例によれば、プリズム１６に入射される平行光が集光レンズ８によって第１傾斜面Ｓ１に集光され、第２斜面Ｓ２を反射した光は集光レンズ１７によって光束幅の狭い平行光となって受光素子１５へ出力される。従って、図９に示されるように、集光レンズ１７から出射される平行光は、紙葉類５の端部に沿った細い光束となるので、紙葉類５のキワ（縁部）を高感度で検知することができるという利点がある。
【００２５】
一方、この第３実施例において、上記集光レンズ１７の半円柱軸方向を９０度回転させて紙葉類５の通過方向に一致させる配置にすることもでき、この場合は、紙葉類５自体の存在を高い感度で確実に検知できるという利点がある。
【００２６】
上記各実施例では、発光素子２，１４と受光素子３，１５の両方をプリズム７，１１，１６の同一面に対向させ、入射光軸と出射光軸が平行となる場合を説明したが、入射光軸と出射光軸が平行とならない場合のプリズムにも適用することができる。
【００２７】
例えば、図１０に示されるように、直角プリズム１９の直角を構成する２面に対向させて発光素子１４と受光素子１５を配置し、入射光が４５度斜面Ｓ３にて反射されて（９０度、向きを変えて）出射されるような構成において、その入射部１９ａに上述の集光レンズ８を配置し、出射部に集光レンズ９，１７を配置することもできる。
【００２８】
また、集光レンズ８，９，１７は、プリズム７，１１，１６，１９に一体形成ではなく、別体のものとして設けたり、別体のものを接着剤等を介して配置したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、紙、紙幣等の紙葉類、コイン等の存在、通過、種類等の検出をするセンサ（赤外線センサ、可視光センサ等）、発光素子又は受光素子とプリズムとの位置関係を検知してドアの開閉を認識するセンサ、その他の物体検出に用いられる。
【符号の説明】
【００３０】
１…発受光部、            ２,１４…発光素子、
４，７，１１，１６，１９…プリズム、
３，１５…受光素子、      ５…紙葉類、
７ａ，１１ａ，１６ａ…入射部、
７ｂ，１１ｂ，１６ｂ…出射部、
８，９，１７…集光レンズ。
【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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