JP2004095590A

JP2004095590A - Photoelectric sensor and light projector

Info

Publication number: JP2004095590A
Application number: JP2002250726A
Authority: JP
Inventors: Sadao Noda; 野田　貞雄
Original assignee: Sunx Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To sense with stability an object which is near the projector outgoing surface or is extremely small in size by expanding the collimated beam without a gap therein. <P>SOLUTION: A prism 11 is arranged in the course of a collimated light projected by a projector 10, so that the collimated light from the projector 10 is arranged as incident aslant on an interface 11a. The refractive index Nout of the prism 11 is higher than the refractive index Nin of an air layer region, and the outgoing angle of the light from the prism 11 toward the air layer region is smaller than the incident angle of the collimated light from the projector 10 landing on the interface 11a. Accordingly, the width of the collimated light going out of the prism 11 is larger than the width of the collimated beam incident on the prism 11, and thus the collimated light is expanded without a gap therein. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, light is emitted from a projector toward a detection area, the light is received by a light receiver via the detection area, and the light blocking state of the detection area is detected based on the amount of received light. The present invention relates to a photoelectric sensor that measures a position, a size, and the like of a detection object, and a projector that forms the photoelectric sensor.
[0002]
[Prior art]
As this type of photoelectric sensor, for example, there is an optical fiber sensor disclosed in Japanese Patent No. 3279402. This optical fiber sensor is configured by providing a convex lens and a reflecting member on the optical axis of an optical fiber on the light projecting side, and depositing a metal having a high reflectance with a reflecting surface of the reflecting member formed in a sawtooth shape. ing. According to this configuration, since the reflecting member having a large number of reflecting surfaces is used, if the detected object has a size equal to or larger than the pitch of the reflecting surface, a uniform change in the amount of received light regardless of the position of the object. Thus, stable detection can be performed.
[0003]
In this case, when the aperture diameter of the aperture stop of the optical fiber is large and cannot be regarded as a point light source, the intensity distribution of the light intensity becomes almost uniform at a position far from the reflecting member, and the size of the detected object is not reflected. If the size is equal to or greater than the surface pitch, a uniform change in the amount of received light can be obtained regardless of the position of the object, and stable detection can be performed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described configuration, although it is possible to detect an object to be detected having a pitch equal to or more than the pitch of the reflecting surface, the object to be detected is particularly close to the projector and has a size smaller than the pitch of the reflecting surface. Sometimes it cannot be detected. That is, as disclosed in the above-mentioned publication, a fine object to be detected can be detected by employing a configuration in which the reflection surface is a blazed grating surface and the period of the grating is set to several μm. However, it is not possible to detect an object to be detected more finely than this. In addition, there is a situation that it is difficult to adopt it because the cost increases. That is, the problem is particularly significant when the detected object is located close to the light projector and the detected object is smaller than the pitch of the reflection surface. Further, when the aperture diameter of the optical fiber can be regarded as a point light source, the problem becomes more remarkable.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to allow a parallel light to be spread without a gap, whereby an object to be detected is located close to an emission surface of a light projector and extremely fine. It is an object of the present invention to provide a photoelectric sensor capable of stably detecting even an object to be detected and preventing a decrease in detection accuracy, and a light projector constituting the photoelectric sensor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 includes a light projector and a light receiver,
The light projector is provided with a light projecting means for projecting parallel light, and a refracting surface on which the parallel light projected from the light projecting means is obliquely incident, and is disposed so as to be refracted by the refracting surface. And a portion configured to emit light refracted by the refraction surface of the light transmitting member to the detection region,
A light receiving unit that receives light emitted from the light projector through the detection region; and a light blocking state detecting unit that detects a light blocking state of the detection region based on a light reception amount received by the light receiving unit. And comprising
The light-transmitting portion is formed of a light-transmitting member in which the refractive index of the light-transmitting portion is larger than the refractive index of a region on the incident side of the parallel light from the light-projecting unit with respect to the refraction surface. Has features.
[0007]
According to such a means, it operates as follows. The parallel light projected by the light projecting means enters the light transmitting part, is refracted by the refraction surface, and is emitted to the detection area. In this case, since the refractive index of the light transmitting portion is larger than the refractive index of the region on the incident side of the parallel light, the angle of the light transmitting portion refracted by the refraction surface becomes smaller than the incident angle. Here, the incident angle of parallel light obliquely incident on the refracting surface is θin [degree], the width (diameter) of the parallel light is Win, and the angle of the translucent portion refracted by the refracting surface is θout [degree], transmissivity. Assuming that the width (diameter) of the parallel light on the light portion side is Wout, a relationship of Win / sin (90−θin) = Wout / sin (90−θout) holds in principle. Therefore, Wout = Win × cos (θout) / cos (θin), and since 0 <θout <θin <90, Wout> Win. Therefore, the parallel light can be spread without gaps, and thereby, the object to be detected can be stably detected even when the object to be detected is located close to the emission surface of the projector and an extremely fine object to be detected is detected. .
[0008]
By the way, when the width (diameter) of parallel light is increased by using refraction, a space for refraction is required. In the case of configuring the optical system using refraction in this way, in addition to the light-transmitting member that forms the light-transmitting portion having the refraction surface of a desired size, It is conceivable to arrange the light projecting means so as to be positioned on the opposite side. However, in addition to the size of the light transmitting member, a space for installing the light projecting means is required in a direction parallel to the light emission direction, which is against the recent demand for miniaturization.
[0009]
Therefore, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light-transmitting member constituting the light-transmitting portion of the light projector reflects the parallel light refracted on the refracting surface toward the refracting surface. The surface is formed,
The angle of emergence from the refraction surface is smaller than the angle of incidence of the parallel light emitted from the light projector on the refraction surface, and the reflection surface is incident on the refraction surface after the parallel light is reflected on the reflection surface. It is characterized in that it is formed obliquely with respect to the refraction surface so that the incident angle becomes smaller than the critical angle.
[0010]
According to such a means, after the parallel light enters the light transmitting member via the refraction surface, the parallel light is reflected by the reflecting surface formed on the light transmitting member. At this time, since the incident angle at which the parallel light is incident on the refracting surface after being reflected on the reflecting surface is smaller than the critical angle, the parallel light does not undergo total reflection when re-entering the refracting surface, but is transmitted again. The light exits from the refraction surface of the member. Since the exit angle of the parallel light emitted from the light transmitting member via the refraction surface is smaller than the incident angle of the parallel light to the refraction surface, the width (diameter) of the parallel light emitted from the light transmission member is equal to the light transmission. It is larger than the width (diameter) of the parallel light incident on the member. Therefore, the light is re-emitted from the light transmitting member via the refracting surface on which the parallel light is incident, so that the effect described in claim 1 can be obtained and the size of the light transmitting member can be reduced.
[0011]
Now, the parallel light reflected by the reflecting surface is emitted from the light transmitting portion through the refracting surface. At this time, there are various methods for forming the reflecting surface. One method is a method in which the angle of emergence of the parallel light from the translucent portion to the outside with respect to the interface is intentionally set to be equal to or larger than the critical angle. If this method is used, the parallel light is totally reflected at the interface, so that the interface can be formed as a reflection surface. However, it has been confirmed that when the emission angle is formed to be equal to or larger than the critical angle, the critical angle must be set as a considerably large critical angle.
[0012]
For example, it has been confirmed that a critical angle at an interface formed by a light-transmitting portion (refractive index: 1.4 to 1.5) and an air layer is generally about 40 to 50 degrees. In order to make parallel light incident on the surface, the incident region incident on the refracting surface of the light transmitting portion and the exit region exiting from the refracting surface are inevitably separated from each other. Therefore, the demand for miniaturization cannot be satisfied. As another method, it can be considered that the reflection member can be formed even if a reflection member forming the reflection surface is separately provided on the outer surface of the light transmitting portion. However, it is not preferable because the cost is increased.
[0013]
Therefore, it is desirable that the reflecting surface of the light transmitting portion is formed of a metal reflecting surface obtained by depositing metal on the outer surface of the light transmitting portion. According to such a means, even if the incident angle of the parallel light from the light transmitting portion to the outside (for example, the air layer) is smaller than the critical angle, the parallel light can be reflected. In addition, since no additional member is required, there is no increase in cost. As a result, the size can be reduced without increasing the cost.
[0014]
In such a case, it is desirable to form the translucent portion with plastic (claim 4). According to such a means, it is possible to reduce the cost as compared with, for example, one in which the light transmitting portion is formed of glass. Among such plastics, it is desirable to form with acrylic (claim 5). According to this means, it can be constructed at the lowest cost as compared with those made of other plastics, for example, polycarbonate.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a transmission type photoelectric sensor that detects a drop of an object to be detected will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
This photoelectric sensor 1 is called an optical fiber sensor. In FIG. 2 showing the overall configuration, a factory or the like is provided with, for example, a line for detecting a drop of the detected object A, and the line for detecting a drop is provided with a light emitter 2, a light receiver 3 and the like constituting the photoelectric sensor 1. Is installed.
[0016]
The light projector 2 includes an LED 5 provided inside the control box 4 and a light emitting unit 6 that transmits light from the LED 5 and emits light. In the control box 4, a light emitting control circuit 4c including a light emitting amplifier, a light emitting CPU, and the like is provided, and light is emitted from the LED 5 based on a light emitting command of the light emitting control circuit 4c. It has become. The light projecting unit 6 has an optical fiber cable 6a. One end of the optical fiber cable 6a is connected to the light projecting port 4a of the control box 4, so that the light projecting unit 6 The projected light is transmitted and emitted as parallel light to the detection region E via the emission surface 2a. The optical configuration for emitting the parallel light will be described later in detail.
[0017]
The light receiver 3 is installed such that the light incident surface 3a is located opposite the light exit surface 2a of the light projector 2. The light receiver 3 is configured to include a light receiving element (light receiving means) 7 formed of, for example, a photodiode and provided in a light receiving port 4 b inside the control box 4, and a light receiving unit 8. The light receiving unit 8 has an optical fiber cable 8a, and one end of the optical fiber cable 8a is connected to the light receiving port 4b of the control box 4, so that the light receiving unit 8 is connected via the detection area E. The light incident on the incident surface 3a of the light receiver 3 is condensed by a built-in condensing lens (not shown), and the condensed light is transmitted by an optical fiber cable 8a. The light is received by the light receiving element 7 provided in the opening 4b.
[0018]
The light receiving device 3 is further provided with a light receiving control circuit 4d including a light receiving amplifier, a light receiving CPU, a light receiving comparator, and the like built in the control box 4, and the light receiving control circuit 4d emits light. Connected to the control circuit 4c. The light receiving element 7 photoelectrically converts the received light, and the light receiving control circuit 4d detects the light blocking state of the detection area E by comparing the voltage with a threshold voltage by a light receiving comparator. . That is, the light receiving control circuit 4d detects the light blocking state of the detection area E based on the amount of light received by the light receiving element 7, and functions as a light blocking state detecting unit.
[0019]
<About the optical configuration of the projector>
FIG. 1 schematically shows the optical configuration of the projector by a cross-sectional view.
The light projector 6 is configured such that the distal end of an optical fiber cable 6a is inserted and mounted inside a case 6b, and is configured as a point light source such that light is emitted radially from the distal end of the cable 6a via the optical fiber cable 6a. Have been. A collimating lens 9 as a light projecting lens is fixedly installed through the space 6c from the end of the optical fiber cable 6a in the light emission direction.
[0020]
FIGS. 3A and 3B show the configuration of the collimating lens 9 as an example. The radius of curvature of the surface on which light emitted from the tip of the optical fiber cable 6a is incident (the first principal surface 9a) is defined as a radius R1, and the surface of the light exiting from the collimating lens 9 (the second principal surface 9b) has a radius R1. Assuming that the radius of curvature is radius R2, the radius of curvature R1 of the first main surface 9a is set to be larger than the radius of curvature R2 of the second main surface 9b. With this configuration, it is possible to increase the density of light in a peripheral portion away from the optical axis at the center of the collimator lens 9 as compared with the density of light at the optical axis position at the center. The light intensity of the parallel light can be made uniform over the whole.
[0021]
In FIG. 1, a collimating lens 9 emits radiated light emitted from the tip of the optical fiber cable 6a as parallel light. That is, the light projecting means 10 for projecting parallel light is provided with the light projecting element 5, the optical fiber cable 6a, the space 6c, and the collimating lens 9.
[0022]
A prism 11 as a light transmitting member is disposed so as to function as a light transmitting part, being positioned in a light projecting direction of the parallel light projected by the light projecting means 10. The prism 11 is formed of one member using acrylic as a material, and has a refractive index of about 1.4 to 1.5. By using acrylic as a material, the lens can be formed at the lowest cost as compared with a lens formed of glass or another plastic (for example, polycarbonate). The prism 11 causes the parallel light projected by the light projecting means 10 to be obliquely incident on an interface 11a which is a refraction surface formed in a planar shape, and the parallel light is refracted into the prism 11 at the interface 11a. Is disposed in the case 6b.
[0023]
The opposite side of the interface 11a of the prism 11 is molded as a plane that is uniformly oblique (oblique) with respect to the plane of the interface 11a, and a metal reflection surface 12 is formed on the surface. The metal reflecting surface 12 is formed as a reflecting surface by performing metal evaporation on the outer surface of the prism 11, and reflects the parallel light refracted at the interface 11a again toward the interface 11a. At this time, the angle of incidence on the metal reflection surface 12 is set to about several degrees (see FIG. 1), and the critical angle between the prism 11 and the interface formed in the air layer region (about 40 to 50 degrees). Less than. The reflected parallel light is incident on the interface 11a, and the incident angle at this time is set to be equal to or less than (less than) the critical angle, and is emitted through the emission surface 2a. Note that a transparent front cover 6d that transmits light is mounted at the position of the exit surface 2a from which the parallel light exits.
[0024]
The operation of the above configuration will be described with reference to FIGS.
When the user causes the photoelectric sensor 1 to detect the target object A, the light emission control circuit 4c emits light from the LED 5 by issuing a light emission instruction. As shown in FIG. 1, the light emitted from the LED 5 is transmitted through the optical fiber cable 6a and emitted from the distal end into the case 6b. This emitted light is collimated by the collimating lens 9 via the space 6c. This parallel light is refracted when entering the prism 11 from the interface 11a.
[0025]
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of change in the width (diameter) of parallel light during refraction. The parallel light projected by the light projecting means 10 is refracted at the interface 11a. The incident angle at this time is θin [degree], the width of the parallel light is Win, and the angle of the prism 11 refracted at the interface 11a is θout. [Degree], assuming that the width of the parallel light is Wout, the relationship of Win / sin (90−θin) = Wout / sin (90−θout) holds in principle. For this reason,
Wout = Win × cos (θout) / cos (θin) (1)
It is. When the refractive index of the air layer region is Nin and the refractive index of the prism 11 is Nout, Nin × sin (θin) = Nout × sin (θout) holds from Snell's law. Since the refractive index Nout (= 1.4 to 1.5) of the prism 11 is larger than the refractive index Nin (= 1) of the air layer region on the incident side of the parallel light,
0 <θout <θin <90 (2)
Holds. From the expressions (1) and (2), Wout> Win. That is, when parallel light obliquely enters from a medium having a low refractive index (air layer) to a medium having a high refractive index (prism 11), the width (diameter) of the parallel light increases. FIG. 5 illustrates this principle as an image. That is, when the incident angle θin is equal to the emission angle θout, Win = Wout. When θout = 0 [degrees], Wout becomes the same as the width Wo of the incident area of the light incident on the interface 11a and becomes maximum. At the time of refraction, the output angle is in this range (0 <θout <θin).
[0026]
In FIG. 1, the parallel light refracted at the interface 11a is reflected by the metal reflection surface 12, and is emitted again through the interface 11a. At this time, the incident angle θ2 at which the parallel light is incident on the interface 11a after being reflected by the metal reflecting surface 12 is set to, for example, about 0 [degree], and is equal to or less than the critical angle. The parallel light is not totally reflected at the interface 11a. In this case, as shown in FIG. 1, an incident area where the parallel light from the light projecting means 10 enters the interface 11 a of the prism 11 and an emission area where the parallel light exits from the interface 11 a of the parallel light after being reflected on the metal reflecting surface 12. Some overlap.
[0027]
FIG. 6 schematically shows the relationship between the parallel light incident on the interface 11a and the parallel light reflected by the metal reflection surface 12. In FIG. 6, Wo indicating the width of the incident region and Wp indicating the width of the emitting region do not overlap, but are shown in a state in which they are intentionally separated because they are theoretically easy to understand. ing.
[0028]
In FIG. 6, when the width of the parallel light before the parallel light enters the interface 11a from the air layer region (medium) is defined as Win and the width when the parallel light is incident on the prism 11 is defined as Wout, Win <Wout as described above. It becomes. Even if the parallel light enters the prism 11 and is reflected by the metal reflecting surface 12, the width of the reflected light is constant and becomes Wout. Therefore, if the angle at which the parallel light reflected by the metal reflecting surface 12 re-enters the interface 11a is θ2 [degrees] and the angle at which it exits from the interface 11a is θ3 [degrees] (see FIG. 6), In principle, similar to the above calculation,
W = Wout × cos (θ3) / cos (θ2) (3)
It is. That is, from equations (1) and (3),
W = Win × {cos (θ3) / cos (θ2)} × {cos (θout) / cos (θin)}
It becomes.
[0029]
In this case, the metal reflection surface 12 is formed obliquely with respect to the interface 11a, and the emission angle θ3 when the parallel light reflected by the metal reflection surface 12 is emitted from the prism 11 via the interface 11a is determined by the light projecting means. 10, the value of {cos (θ2) / cos (θ3)} is smaller than the value of {cos (θout) / cos (θin)}. And W> Win. This is because when the parallel light is emitted from the prism 11 to the air layer region, the width of the parallel light is narrowed due to the refraction effect, but the parallel light is set to enter the interface 11a from a direction as perpendicular as possible. This means that the narrowing of the width of the parallel light can be prevented as much as possible. That is, it is desirable to set the optical system such as the metal reflecting surface 12 so that θ2 = θ3 = 0 [degree], so that W = Wout and the maximum parallel light width can be obtained. Further, it is desirable that the angle formed between the metal reflection surface 12 and the interface 11a is set to an angle that allows the prism 11 to be made as small as possible.
[0030]
That is, the width (diameter) W of the parallel light reflected by the metal reflection surface 12 and emitted again from the interface 11a is larger than the width (diameter) Win of the parallel light projected by the light projecting means 10. Thereby, the parallel light is emitted from the front cover 6d in a state where the width (diameter) of the parallel light is enlarged.
[0031]
Returning to FIG. 1, the parallel light whose width has been increased in this manner is emitted from the emission surface 2a via the interface 11a. At this time, the intensity distribution of the parallel light is substantially the same as the intensity distribution of the light projected by the light projecting means 10 and is maintained, so that it remains substantially uniform. The parallel light emitted from the light projector 2 via the emission surface 2a enters the incidence surface 3a of the light receiver 3 via the detection area E. The light incident on the incident surface 3a is condensed by a condenser lens and transmitted by an optical fiber cable 8a. Then, this light is received by the light receiving element 7. The light receiving control circuit 4d detects the light blocking state of the detection area E based on the light receiving amount.
[0032]
In FIG. 2, when the detected object A falls and crosses the detection area E, the amount of light received on the incident surface 3a decreases, and the light receiver 3 detects light shielding of the detection area E by the light receiving comparator. be able to. In this case, although not shown, even if the detected object A is an extremely fine object of a micron unit or less and drops close to the light exit surface 3a of the light projector 3, the light exit surface 2a Since the part of the parallel light emitted without gaps from is blocked by the detected object A, the detected object A can be detected.
[0033]
According to the first embodiment, the parallel light is obliquely incident on the interface 11a, and the refractive index Nout of the prism 11 is larger than the refractive index Nin of the air layer region. Since the exit angle θ3 emitted from the prism 11 is smaller than the incident angle θin of the parallel light with respect to the interface 11a, the width W of the parallel light emitted from the prism 11 is larger than the width Win of the parallel light incident on the prism 11, and Light can be spread without gaps. Accordingly, the detected object A can be stably detected even when the detected object A is located close to the emission surface 3a of the light projector 3 and the extremely small detected object A is detected. Can be prevented.
[0034]
After the parallel light is incident on the prism 11 via the interface 11a, the parallel light is reflected by the metal reflection surface 12 formed on the prism 11, and is reflected on the incident area of the parallel light on the prism 11 and the metal reflection surface 12. Since the light is emitted from the interface 11a of the prism 11 again in a state where the emission area of the parallel light partially overlaps, the size of the prism 11 can be reduced.
[0035]
Since the metal reflecting surface 12 that reflects the parallel light is formed by performing metal evaporation, no additional member is required to reflect the parallel light, and the cost is not increased. Since the parallel light can be reflected at the interface of the prism 11 at a large incident angle without being incident, the projector 3 can be particularly reduced in size.
Since the prism 11 is formed of acrylic (plastic), it can be configured at the lowest cost.
Since the width (diameter) of the parallel light can be increased by refraction by the prism 11, even if the space allowed for the installation of the light projecting means 10 is small and the diameter of the collimating lens 9 is reduced, the space 6c ( Even if it is necessary to make the distance (the distance between the end of the optical fiber cable and the collimating lens 9) narrow, the parallel light can be spread without gaps.
[0036]
Since the radius of curvature R1 of the light incident surface with respect to the collimating lens 9 is set to be larger than the radius of curvature R2 of the light emitting surface, the density of light in the peripheral portion away from the optical axis of the collimating lens 9 is determined by the optical axis position. , And the light intensity of the parallel light to be emitted can be made uniform over the whole.
[0037]
(Second embodiment)
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention, which is different from the first embodiment in that it is configured without providing the metal reflection surface 12. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Hereinafter, only different parts will be described. The illustration of the same parts is omitted.
[0038]
As shown in FIG. 7, the prism 20 serving as a trapezoidal light-transmitting member is separated from the collimating lens 21 in the light-projecting direction in which the parallel light is projected by the light-projecting means, and functions as a light-transmitting portion. It is arranged in. The collimating lens 21 has substantially the same function as the collimating lens 9 although it has a different shape in the drawing from the collimating lens 9 shown in the first embodiment. The prism 20 is made of the same material as the prism 11, and has an interface 20a as a refraction surface so that the projected parallel light is obliquely incident. The optical system is configured to emit light through an interface 20b different from the interface 20a. The interface 20b is formed obliquely with respect to the interface 20a of the prism 20 on which the parallel light is incident, and the emission direction of the parallel light is set to be substantially perpendicular to the interface 20b (the emission angle θ3 = 0). [Every time]). Then, the parallel light is emitted from the emission surface 2a via the front cover 6d.
Also in such a second embodiment, although the installation space is wider than in the first embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.
[0039]
(Modification)
FIG. 8 schematically shows a modification of the embodiment of the present invention. Note that FIG. 8 schematically shows only a configuration that works optically, and omits the optical fiber cable 6a, the light projecting element 5, and the like. FIGS. 8A and 8B are different from the second embodiment in that a reflecting member 30 is separately provided between the optical paths of the collimating lens 21 and the prism 20. In this case, although the effect of miniaturization as described in the first embodiment cannot be obtained, the optical fiber cable 6a (see FIG. 1 and the like: not shown in FIG. 8), the collimating lens 21 and the prism 20 Can be set arbitrarily, and this is particularly effective when the shape of the case 6b is restricted.
[0040]
In FIG. 8C, two prisms 31 and 32 as light transmitting members are provided as separate members so as to function as two (plural) light transmitting portions. The incident angle of the parallel light to each of the prisms 31 and 32 is set to be larger than the exit angle. In this case, it is possible to further increase the effect of increasing the width of the parallel light without any gap as compared with the above embodiment.
[0041]
Further, as shown in FIG. 8D, the prism 20 and the reflecting mirror described in the second embodiment can be integrally formed as an optical member 33. More specifically, the optical member 33 as a light transmitting member is formed with a concave metal reflecting surface 33a that reflects light emitted from the tip of the optical fiber cable 6a. The metal reflecting surface 33a, the optical fiber cable 6a and the light projecting element 5 constitute a light projecting means, and project parallel light. The metal reflection surface 33a is formed by performing metal evaporation. The optical member 33 performs substantially the same optical action as the prism 20 on the projected parallel light, so that the width of the parallel light can be expanded without a gap as in the second embodiment. .
[0042]
As shown in FIG. 8E, the optical member 34 as a light transmitting member can be configured by integrating the parts having the functions of the prism 11 and the collimating lens 9 described in the first embodiment. . The optical member 34 includes a lens portion 34a functioning as a collimating lens (light projecting lens) and a light transmitting portion 34b, and the optical function at this time is substantially the same as that of the first embodiment. Therefore, the description is omitted. In the case shown in FIG. 8D and FIG. 8E, only one member having the function of the optical system can be constituted, so that the optical system can be constituted by a plurality of members. The setting can be easily performed, and the member management can be easily performed.
[0043]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment and the modified examples described above and illustrated in the drawings. For example, the following modified or expanded aspects are possible.
Although the embodiment has been described with respect to the photoelectric sensor that detects the drop of the detected object, the present invention can also be applied to a photoelectric sensor that measures dimensions.
The present invention can be applied to a reflection type photoelectric sensor.
In the first embodiment, the embodiment in which the incident area where the parallel light is incident on the prism 11 and the exit area where the parallel light exits is shown, but it is not always necessary to configure the prism 11 to overlap.
Although the embodiment in which the metal reflecting surface 12 is provided in a uniform plane has been described, the metal reflecting surface 12 may be bent or curved. The same applies to the interface 11a. In short, if the incident angle θin entering the interface 11a is larger than the exit angle θ3 exiting from the interface 11a, and the angle θ2 entering the interface 11a from the prism 11 side is equal to or less than the critical angle, the interface 11a or the metal reflecting surface The twelve forms may be configured in any manner.
Although the embodiment including the optical fiber cable 6a as the light projecting means has been described, the optical fiber cable 6a may be provided as needed.
[0044]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention is configured such that parallel light is obliquely incident on the refraction surface, and the refractive index of the light transmitting portion is compared with the refractive index of the parallel light incident side region. Therefore, the width (diameter) of the parallel light emitted from the light transmitting part is larger than the width (diameter) of the parallel light incident on the light transmitting part, and the parallel light can be spread without any gap. Excellent in that the object to be detected is located close to the emission surface of the projector, and even when an extremely fine object to be detected can be detected, the detection can be performed stably, and a decrease in detection accuracy can be prevented. Has the effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an optical system of a photoelectric sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the entire configuration of a photoelectric sensor.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a light projecting lens;
FIG. 4 is a diagram for explaining in principle a change in the width of parallel light during refraction;
FIG. 5 is a diagram for explaining a change in width when parallel light is refracted;
FIG. 6 is a diagram for explaining a change in the width of parallel light when the light is refracted by the refraction surface and exits from the refraction surface again;
FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 1, showing a second embodiment of the present invention;
8 (a) to 8 (e) show a modification of the embodiment of the present invention and are equivalent to FIG.
[Explanation of symbols]
1 is a photoelectric sensor, 2 is a light emitting device, 3 is a light receiving device, 4 is a control box, 4c is a light receiving control circuit (light blocking state detecting means), 5 is an LED, 6 is a light emitting unit, 6a is an optical fiber cable, 7 Is a light receiving element (light receiving means), 8 is a light receiving unit, 8a is an optical fiber cable, 9 is a collimating lens, 10 is a light emitting means, 11 is a prism (light transmitting member, light transmitting section), and 11a is an interface (refractive surface). ), 12 are metal reflective surfaces (reflective surfaces), 20 is a prism (light transmitting member, light transmitting portion), 21 is a light projecting lens, 31, 32 are prisms (light transmitting member, light transmitting portion), and 33 is optical. A member (light transmitting member, light transmitting portion), 34 is an optical member (light transmitting member), 34a is a lens portion, 34b is a light transmitting portion, A is an object to be detected, and E is a detection area.

Claims

Having a light emitter and a light receiver,
The floodlight is
Light emitting means for emitting parallel light;
A refracting surface on which parallel light projected from the light projecting means is obliquely incident, and a translucent portion disposed so as to be refracted by the refracting surface;
It is configured to emit the light refracted by the refraction surface of the light transmitting portion to the detection region,
The light receiver,
Light receiving means for receiving the light emitted from the projector through the detection area,
Light-shielding state detecting means for detecting a light-shielding state of the detection area based on an amount of light received by the light-receiving means,
The light-transmitting portion is formed of a light-transmitting member in which the refractive index of the light-transmitting portion is larger than the refractive index of a region on the incident side of the parallel light from the light-projecting unit with respect to the refraction surface. Characteristic photoelectric sensor.

The photoelectric sensor according to claim 1,
The light transmitting member constituting the light transmitting portion of the light projector includes:
A reflecting surface that reflects parallel light refracted by the refracting surface toward the refracting surface is formed,
The reflecting surface is
The exit angle at which the parallel light exits from the refracting surface is smaller than the incident angle at which the parallel light projected from the light projecting unit enters the refracting surface, and after the parallel light is reflected by the reflecting surface. The photoelectric sensor according to claim 1, wherein the photoelectric sensor is formed obliquely with respect to the refraction surface such that an incident angle at which the light enters the refraction surface is equal to or less than a critical angle.

The photoelectric sensor according to claim 2, wherein the reflection surface of the light transmitting member is a metal reflection surface obtained by performing metal deposition on an outer surface of the light transmitting member.

The photoelectric sensor according to claim 1, wherein the light transmitting portion is formed of plastic.

The photoelectric sensor according to claim 4, wherein the translucent portion is formed of acrylic.

A light projector constituting the photoelectric sensor according to claim 1.