(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第１の光学レンズと、前記第１の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第２の光学レンズを有し、前記第２の光学レンズから出射された光により、前記第１の光学レンズの出射面と前記第２の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第１の光学レンズの入射面と出射面および前記第２の光学レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つの面と対向して、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体を設けたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体と対向する光学レンズの面が第１及び／又は第２の光学レンズの入射面としてなることを特徴とする請求項１に記載の光センサ
【請求項３】
光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第１の光学レンズと、前記第１の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第２の光学レンズを有し、前記第２の光学レンズから出射された光により、前記第１の光学レンズの出射面と前記第２の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第１の光学レンズの入射面と出射面および前記第２の光学レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つの面と対向して、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体を設けるとともに、前記第１の光学レンズと第２の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに入射面から入射した光を出射面へ反射する反射面を設けたことを特徴とする光センサ。
【請求項４】
光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第１の光学レンズと、前記第１の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第２の光学レンズを有し、前記第２の光学レンズから出射された光により、前記第１の光学レンズの出射面と前記第２の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第１の光学レンズと第２の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに入射面から入射した光を出射面へ反射する反射面を設け、前記第１の光学レンズと第２の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに形成した反射面の少なくとも一つ反射面を、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状としてなることを特徴とする光センサ。
【請求項５】
第１の光学レンズ及び／又は第２の光学レンズの入射面に凹レンズを形成する凹部を形成してなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光電スイッチ等の光センサとして、所定の大きさの光線束を出射する投光部と、この投光部から出射された光線束を入射する受光部とを有し、投光部の光線束出射面と受光部の入射面とを結ぶ光線束領域内、すなわち検出領域内に位置して光線束の一部あるいは全部の伝搬を遮ることにより物体を検出する光センサは良く知られている。
【０００３】
図４は、このような光センサの構成例の概略を示すもので、１は投光部で、光源１１、絞り１２、凹レンズ１３、反射部材１４、凸レンズ１５とで構成され、光源１１から出射された光を絞り１２、凹レンズ１３、反射部材１４を介して凸レンズ１５に入射し、凸レンズ１５で所定の大きさの平行光線束にして出射するようにされている。また、２は受光部で、凸レンズ２１、反射部材２２、光ファイバー２３とで構成され、投光部１から出射された平行光線束を凸レンズ２１に入射し、反射部材２２を介して光ファイバー２３の端面に集光するようにされている。なお、３は被検出物体である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成される光センサでは、光源１１から出射される光は絞り１２により絞られ全体の光量が少なく、また、光軸近傍は光量が多く光軸から遠くなるに連れ光量が減少して検出領域内の光量の分布が不均一となり、検出距離が長くとれないばかりでなく、検出領域の光量の少ない端部付近に位置する被検出物体の検出精度を高めなければならないという問題がある。
【０００５】
さらには、特に投光部において、絞り１２、凹レンズ１３、反射部材１４、凸レンズ１５と部品点数が多く、これらの部品それぞれの配置位置の調整に手間どるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、検出領域の光量の分布の均一化を図ることができるとともに、光学系の組立て部品点数を少なくし、光学系部品の配置位置の調整が簡単にできる光センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記（１）〜（５）とすることにより達成される。
【００１１】
（１）光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第１の光学レンズと、前記第１の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第２の光学レンズを有し、前記第２の光学レンズから出射された光により、前記第１の光学レンズの出射面と前記第２の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第１の光学レンズの入射面と出射面および前記第２の光学レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つの面と対向して、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体を設けたことを特徴とする光センサ。
（２）上記の光センサにおいて、略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体と対向する光学レンズの面が第１及び／又は第２の光学レンズの入射面としてなることを特徴とする。
（３）光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第１の光学レンズと、前記第１の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第２の光学レンズを有し、前記第２の光学レンズから出射された光により、前記第１の光学レンズの出射面と前記第２の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第１の光学レンズの入射面と出射面および前記第２の光学レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つの面と対向して、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体を設けるとともに、前記第１の光学レンズと第２の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに入射面から入射した光を出射面へ反射する反射面を設けたことを特徴とする光センサ。
（４）光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第１の光学レンズと、前記第１の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第２の光学レンズを有し、前記第２の光学レンズから出射された光により、前記第１の光学レンズの出射面と前記第２の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第１の光学レンズと第２の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに入射面から入射した光を出射面へ反射する反射面を設け、前記第１の光学レンズと第２の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに形成した反射面の少なくとも一つ反射面を、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状としてなることを特徴とする光センサ。
（５）上記（１）〜（４）に記載の光センサにおいて、第１の光学レンズ及び／又は第２の光学レンズの入射面に凹レンズを形成する凹部を形成してなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光学レンズは、レンズの光の入射面あるいは出射面、レンズに反射面が形成されてある場合にはその反射面のいずれかの面に、その面に到達する光量の分布に対応した形状の遮蔽手段（反射面の場合は反射体を除く反射面自体の形状）、言い替えれば光軸近傍は出射光量を少なくし、光軸から遠くなるに連れ出射光量を多くする手段が形成されている。したがって、この光学レンズから出射される光量の分布は均一化される。
【００１４】
また、本発明に係る光センサは、上記本発明に係る光学レンズを用いて構成される。したがって、光源から出射される光量の多くを利用でき、また、出射される光量の分布が均一化されることから、被検出物体の検出精度を簡単に高めることができ、更に、前記の本発明に係る光学レンズを投光部側に用いることにより、検出距離が長くとれる。更にまた、前記の本発明に係る光学レンズを投光部側に用いる場合に、前記レンズの入射面を凹面に形成し、その凹面の入射面に前記遮蔽手段を形成すると、部品点数の極めて少ない簡素な構造の光センサを得ることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、図１ないし図３を参照して本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例の光センサの投光部の構成を示す平面図、図２は本発明の実施例のレンズの斜視図、図３は、本発明の実施例の光センサの説明図である。なお図１ないし図３において対応する部分には同一の符号が付されている。
【００１６】
まず、図３において、５０は光センサで、６１は投光部、８１は受光部である。投光部６１は、光を出射する開口６３を形成した筐体６２とこの筐体６２の内部で光ファイバー６４の端部を固定し、光ファイバー６４内を伝搬してその先端面から出射する光を入射し、平行光線束９０を出射するレンズが設けられている。筐体６２の大きさは厚みｃが約４ｍｍ、縦ｂ及び横ａが約２０ｍｍとされ、平行光線束９０、すなわち被検出物体の検出領域は縦ｄが１０ｍｍ、横ｅが３ｍｍの断面長方形状とされている。
【００１７】
受光部８１は、平行光線束９０を入射する開口８３を形成した投光部６１の筐体６２と同程度の大きさの筐体８２とこの筐体８２の内部で光ファイバー８４の端部を固定し、入射した平行光線束９０を集光して光ファイバー８４の端面に出射するレンズが設けられている。
【００１８】
図１は、図３に示された光センサ５０の投光部６１の筐体６２の片方側面を外して示す筐体６２の内部の平面図で、６６はレンズである。レンズ６６および光ファイバー６４の端部６４ａは筐体６２の内側に形成された凹部６５に嵌合させ、同様の凹部が形成された片方側面とにより挾んで固定される。
【００１９】
レンズ６６は、図示しない光源から光ファイバー６４内を伝搬して光ファイバー６４の端部６４ａの先端面から出射する光を入射する入射面６７と球面状に形成された出射面６８と平坦に形成された反射面６９を備えた透明体の平板状で構成されている。図２は、レンズ６６の斜視図で図１と併せ説明すると、入射面６７には、底面を球面状にした細長い凹部７０、つまり凹レンズが形成され、その凹部７０の長さ方向に対する中央部の対向する側面を接近させて形成され、その凹部７０の開口面は図２に示すように瓢箪形状の広狭の開口面７１にされている。
【００２０】
なお、このような凹部７０、つまり凹レンズは、光ファイバー６４の端部６４ａの先端面から出射される光の入射面６７に対する入射角度による屈折を補正し直進性を維持するために形成されたものであり、また、開口面７１の瓢箪形状は、光ファイバー６４の先端面から出射する光量が中央部が多い場合であり、幅の狭い部分は光ファイバー６４の端面から出射する光量、すなわち入射面６７に到達する光量の分布に応じてその形状は変えられる。
【００２１】
そして、開口面７１を除く入射面６７の面は、光ファイバー６４の先端面から出射された光をレンズ６６の肉厚内部に入射されないように乱反射あるいは反射する遮蔽面に形成されている。レンズ６６の反射面６９には反射体７２がアルミ蒸着等により形成されていて、入射面６７の開口面７１から入射された光は反射体７２で反射し、出射面６８へ伝搬され、出射面６８で光軸と平行する光線とされて外部、すなわち被検出物体の検出領域に出射される。なお、この実施例では、反射面６９は広く形成され、その一部に反射体７２を形成して実際の反射面とされている。したがって、反射体７２以外の面に到達する光は外部に放出される。
【００２２】
このように構成されるレンズ６６は、入射される光が入射面６７の開口面７１の形状に従い光量の分布が開口面７１の長手方向に対して均一化され、出射される光量の分布も被検出物体の検出領域の縦方向に対して均一化される。なお、この実施例では、レンズ６６の反射面６９は、入射光線軸と出射光線軸とのなす角度αが７６度、反射面６９と出射光線軸とのなす角度βが５２度となる傾斜面にされている。
【００２３】
上記の実施例では、レンズ６６の入射面６７に、その面に到達する光量の分布に対応した形状の遮蔽手段（瓢箪形状の入射部（開口面７１）を除く部分）が形成されているが、このような遮蔽手段は出射面６８に形成されても良く、また、反射面６９に形成されても良い。この場合、反射体７２を開口面７１の瓢箪形状と同様に反射面６９に到達する光量の分布に対応した広狭の形状とし、反射体７２から外れる光を反射面６９の反射体７２以外の面から外部に放出し、この放出は、レンズ６６の出射面６８へ伝搬される光に対して遮蔽されることになる。
【００２４】
更に、このような遮蔽手段は受光部８１のレンズの入射面あるいは出射面に形成されても良い。この場合、投光部６１のレンズにはこのような遮蔽手段を形成する必要はなくなる。なお、レンズに形成した反射面は必ず必要とするものではなく、光ファイバーの配置との関係により省略されても良い。
【００２５】
また、上記の実施例では、光源から光ファイバー６４内を伝搬してその先端面から出射する光を用いているが、発光素子等からなる光源自体を光ファイバー６４の端部６４ａの位置に配置するようにしても良い。この場合、光ファイバー６４は光源を駆動する電線に置き換えられる。同様に受光部８１において、光ファイバー８４に換えて電線ケーブルとし、入射した平行光線束９０を集光して受光素子に出射するようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光学レンズから出射される光量の分布は均一化され、被検出物体の検出精度を簡単に高めることができる。また、光ファイバーの端面等から出射される光量の多くを利用することができ、検出距離を長くすることができる。さらに、光学レンズに光学系の凹レンズ、遮蔽手段、反射面が形成されるので、光学系の組立て部品点数が少なく、光学系部品の配置位置の調整が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光センサの投光部の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施例のレンズの斜視図である。
【図３】本発明の実施例の光センサの説明図である。
【図４】光センサの一例の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
５０  光センサ
６１  投光部
６２、８２  筐体
６３、８３  開口
６４、８４  光ファイバー
６５  筐体の凹部
６６  光学レンズ
６７  入射面
６８  出射面
６９  反射面
７０  凹部（凹レンズ）
７１  入射開口部
７２  反射体
８１  受光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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