JP2004251874A - 光学式検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検出物体に均一でかつ高い強度分布を有する光を照射することができるとともに小型化および低コスト化が可能な光学式検出器を提供することである。
【解決手段】投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してプリズム２５の入射面２５２に入射した光３０は、出射面２５１で屈折されて出射され、レンズ２４により集光され、受光素子２３により受光される。
【選択図】 図１
【解決手段】投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してプリズム２５の入射面２５２に入射した光３０は、出射面２５１で屈折されて出射され、レンズ２４により集光され、受光素子２３により受光される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物体に光源からの光を投射し、その透過光または反射光の光量分布を検出することにより、物体の有無、物体の寸法、物体間の間隔、物体の位置、物体の形状、物体に付された画像等を検出する光電センサ、光学スキャナ等の光学式検出器が用いられている。
【０００３】
図２１は従来の透過型の光学式検出器の基本構成を示す模式図である。
図２１の光学式検出器は、投光部５０および受光部６０により構成される。投光部５０は、投光回路５１、発光素子５２およびレンズ５３を含む。投光回路５１により発光素子５２が駆動される。発光素子５２から出射された光はレンズ５３により平行光となって被検出物体５００および受光部６０に投射される。
【０００４】
受光部６０は、受光回路６１、受光素子６２およびレンズ６３を含む。検出領域５０１からの透過光はレンズ６３により受光素子６２に集光される。受光素子６２は、受光した光の量を電気信号として出力する。受光回路６１は、受光素子６２から出力される電気信号に基づいて検出領域５０１における被検出物体５００の有無、寸法、形状等を検出する。
【０００５】
図２２（ａ）は従来の光学式検出器の一例を示す模式図、図２２（ｂ）は光の照射面の位置と光の強度との関係を示す図である（特許文献１参照）。
【０００６】
図２２において、発光体１０１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）からなり、光を発生する。発光体１０１により発生された光は光ファイバ１０２を通してレンズ１０３まで伝達される。レンズ１０３は、光ファイバ１０２から出射された光を一定の幅を有する平行光に変換する。その平行光は反射面１０４により反射される。
【０００７】
反射面１０４により反射された平行光１１２は、被検出物体１０５により遮られ、被検出物体１０５により遮られなかった光が光検出器１０６に入射する。光検出器１０６に光が入射すると、光検出器１０６は入射光に対応する受光信号を発生し、比較回路１０７に出力する。また、基準値発生回路１０８は基準信号を発生し、比較回路１０７に出力する。
【０００８】
比較回路１０７は、光検出器１０６から出力される受光信号と基準値発生回路１０８から出力される基準信号とを比較し、平行光１１２の領域内に被検出物体１０５が存在するか否かを判定する。次に、比較回路１０７は判定結果を検出信号として出力する。
【０００９】
一般に、ＬＥＤの出射光の強度は中央部で強く、中央から離れるにしたがって弱くなる強度分布を示す。それにより、図２２（ｂ）に示されるように、被検出物体１０５に照射される光の強度が光束内で均一ではなく、光束内の位置により異なるため、光の強度が弱い位置に被検出物体１０５がある場合には、光が被検出物体１０５により遮られることによる光量の変化量が小さくなる。したがって、被検出物体１０５の位置によっては、検出感度および検出精度が低下する場合がある。
【００１０】
また、光束内の位置により光の強度が異なるため、同じ大きさの被検出物体１０５であっても、光束内の位置によって光検出器１０６に入射する光量が異なる。したがって、被検出物体１０５の大きさを検出することができない。
【００１１】
さらに、光の幅を大きくするためには、大きなレンズ１０３を用いる必要がある。レンズは、樹脂で作製すると、熱等により変形するため、ガラスにより作製する必要がある。しかしながら、レンズの表面の形状を高精度に加工することは容易でないため、ガラスのレンズは高価となる。したがって、低コスト化が図れない。
【００１２】
なお、発光体１０１としてレーザダイオードを用いるレーザ平行光リニアセンサがある。このレーザ平行光リニアセンサでは、レーザ光の強度が高いため、レーザ光の比較的強度が均一な領域のみを使用することができる。それにより、比較的強度が均一な平行光を被検出物体１０５に照射することができる。しかしながら、発光体１０１としてレーザダイオードを利用したレーザ平行光リニアセンサは、大型となり、価格が高くなる。
【００１３】
図２３は従来の光学式検出器の他の例を示す模式図である（特許文献１参照）。
【００１４】
図２３において、発光体２０１から発生された光は、光ファイバ２０２を通して伝達され、放射光２１１となってレンズ２０３に入射される。レンズ２０３に入射された放射光２１１は、平行光２１２となって反射部材２１３に照射される。反射部材２１３に照射された平行光２１２は、反射部材２１３の表面に形成された多数の全反射面２１４で分割されるとともに反射される。この反射光２１５の幅Ｗ２は平行光２１２の幅Ｗ１よりも大きく設定され、被検出物体に照射される。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−１４６１１５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図２３の従来の光学式検出器では、被検出物体に照射される光の幅を大きくすることができるので、発光体２０１により発生される光のうち強度分布がほぼ一定となる中央部の光の領域を被検出物体に照射することができる。それにより、被検出物体に照射される光の強度分布を位置によらずにほぼ一定にすることができる。
【００１７】
しかしながら、反射部材２１３の多数の反射面２１４に対応するピッチで光の強度分布に複数組の山および谷が生じてしまう。この場合にも、被検出物体に照射される光の強度が光束内の位置により異なるため、光の強度が弱い位置に小さな被検出物体がある場合には、光が被検出物体により遮られることによる光量の変化量が小さくなる。したがって、被検出物体の位置によっては、検出感度および検出精度が低下する場合がある。
【００１８】
また、光の強度分布の谷の部分では、発光体２０１により発生された光が被検出物体に照射されずに他の方向に反射されるため、光量に無駄が生じている。それにより、全体的に光の強度が低下し、検出感度が低下する。
【００１９】
本発明の目的は、被検出物体に均一でかつ高い強度分布を有する光を照射することができるとともに小型化および低コスト化が可能な光学式検出器を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、均一な光量分布を有する光を受光することができるとともに小型化および低コスト化が可能な光学式検出器を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る光学式検出器は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、光を発生する光源と、光源により発生された光を反射する反射部材と、反射部材により反射された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムとを備え、投光用プリズムは、反射部材により反射された光が９０度よりも小さい入射角で入射する第１の面と、第１の面に対して所定の角度をなし、第１の面で屈折した光を出射する第２の面とを有するものである。
【００２２】
本発明に係る光学式検出器においては、光源により発生された光が反射部材により反射されて投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射し、第１の面で屈折し、第２の面から出射される。それにより、発光素子から出射された光の幅が投光用プリズムの第１の面で屈折することにより拡大される。
【００２３】
この場合、発光素子から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光を投光用プリズムにより拡大して用いることにより、均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光が得られる。その結果、より正確に被検出物体に関する情報を検出することができる。
【００２４】
また、投光用プリズムは、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００２５】
また、投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射させることにより発光素子から出射された光の幅を小型の投光用プリズムを用いて拡大することができる。したがって、光学式検出器の小型化を図ることができる。
【００２６】
さらに、投光用プリズムを用いることにより光の平行度を向上させることができるので、平行度の高い光を出射することが可能となる。また、投光用プリズムに入射させる光の入射角を調整することにより投光用プリズムから出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【００２７】
また、光源により発生された光を反射部材で反射させて投光用プリズムに入射させることにより光源を投光用プリズムの第２の面の幅内の位置に設けることができる。それにより、光学式検出器の幅を小さくすることができる。
【００２８】
第２の発明に係る光学式検出器は、第１の発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムの第１の面で屈折した光が第２の面に対して垂直に入射するように、反射部材により反射された光と投光用プリズムの第１の面との間の角度および投光用プリズムの第１の面と第２の面との間の角度が設定されたものである。
【００２９】
この場合、投光用プリズムの第１の面で屈折した光が第２の面から垂直に出射される。それにより、投光用プリズムの第１の面で拡大された光の幅を維持しつつ出射面から出射させることができる。
【００３０】
第３の発明に係る光学式検出器は、第１または第２の発明に係る光学式検出器の構成において、光源により発生された光を平行光に変換して投光用プリズムの第１の面に入射させる光学部材をさらに備えたものである。
【００３１】
この場合、光源により発生された光が平行光に変換されて投光用プリズムの第１の面に入射することにより、大きな幅を有する平行光を投射することができる。この際、投光用プリズムにより光の平行度が向上されるので、安価な光学部材を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００３２】
第４の発明に係る光学式検出器は、第１〜第３のいずれかの発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムは第１の面を斜辺とする略三角形状を有し、斜辺を有する略三角形状を有しかつ光源を駆動するための投光回路が設けられた投光回路用基板と、投光用プリズムおよび投光回路用基板を収容する投光用ケーシングとをさらに備え、投光用プリズムと投光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように投光用ケーシング内に配置されたものである。
【００３３】
この場合、投光用ケーシング内に投光用プリズムと投光回路用基板とが互いに斜辺で対向するように配置されるので、投光用ケーシング内のスペースが有効に利用される。それにより、光学式検出器のさらなる小型化を図ることができる。
【００３４】
第５の発明に係る光学式検出器は、第４の発明に係る光学式検出器の構成において、発光素子は、投光用ケーシング内の投光用プリズムの第２の幅内の位置に設けられたものである。それにより、投光用プリズムの第２の面から出射される光の幅方向において投光用ケーシングの幅を小さくすることができる。
【００３５】
第６の発明に係る光学式検出器は、第４または第５の発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムの第１の面と投光用回路基板の斜辺との間に設けられた遮蔽部材をさらに備えたものである。
【００３６】
この場合、反射部材により反射された光が投光用回路基板で反射して迷光となることが防止される。また、投光用回路基板が投光用プリズムの側に侵入することが防止される。
【００３７】
第７の発明に係る光学式検出器は、第１または第２の発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光を集光する受光用レンズと、受光用レンズにより集光された光を受光する受光素子とをさらに備えたものである。
【００３８】
この場合、投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光が受光用レンズに入射し、受光用レンズで集光されて受光素子に入射する。それにより、簡単な構成で広い幅を有する光を受光素子に導くことができる。その結果、光学式検出器のさらなる小型化を図ることができる。また、受光用レンズとして安価なレンズを用いることができるとともに光学系の調整の精度が緩和されるので、光学式検出器の低コスト化が図られる。
【００３９】
第８の発明に係る光学式検出器は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、検出領域に所定幅の光を投射する投光部と、投光部から投射された光を受光する受光部とを備え、受光部は、受光素子と、受光素子を収容するとともに受光窓を有するケーシングと、受光窓を覆うように設けられ、光を拡散反射する複数の網点を有する透光性部材と、投光部から投射される光の幅よりも小さな幅の開口部を有し、透光性部材を透過する光の幅を開口部の幅に制限する遮光手段とを備え、透光性部材の複数の網点の密度は、投光部から投射される光の強度分布に応じて透過光の光量分布を幅方向に均一にするように設定されたものである。
【００４０】
本発明に係る光学式検出器においては、投光部により検出領域に所定幅の光が投射され、受光部のケーシングの受光窓に入射し、透光性部材および遮光手段の開口部を通して受光素子により受光される。このとき、透光性部材の複数の網点により光が拡散反射される。透光性部材の複数の網点の密度は、投光部から投射される光の強度分布に応じて透過光の光量分布を均一にするように設定されているので、均一な光量分布を有する光が受光素子に入射する。その結果、より正確に被検出物体に関する情報を検出することができる。
【００４１】
また、受光部の遮光手段の開口部の幅が投光部から投射される光の幅よりも小さいので、投光部から投射された光の両端が遮光手段の開口部の両側に均等に光スポットを形成するように投光部と受光部と位置関係を調整することにより、投光部と受光部との光軸合わせを容易に行うことができる。また、遮光手段の開口部の両側に形成される光スポットを観察することにより、投光部と受光部との光軸ずれを容易に認識し、投光部と受光部との位置関係を迅速に再調整することができる。
【００４２】
また、複数の網点を有する透光性部材および開口部を有する遮光手段は、簡単な構成で安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。図２は図１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【００４４】
図１の光学式検出器は、投光部１０および受光部２０により構成される。投光部１０は略四角形のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５、投光回路基板１６およびミラー１７が収納されている。
【００４５】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２と反対側の側面に沿うようにケーシング１１内の１つの角部に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するようにケーシング１１内の他の角部に配置されている。
【００４６】
プリズム１５は、ガラスからなり、直角三角形状を有する。プリズム１５の斜辺が入射面１５１となり、互いに直角をなす２辺のうち１辺が出射面１５２となる。プリズム１５は、入射面１５１がケーシング１１の対角線方向にほぼ沿い、出射面１５２が投光窓１２に面するようにケーシング１１内に配置されている。
【００４７】
また、投光回路基板１６は、直角三角形状を有し、斜辺がプリズム１５の入射面１５１と対向するようにケーシング１１内に配置されている。投光回路基板１６には、発光素子１３を駆動するための投光回路が設けられている。
【００４８】
受光部２０は略四角形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、レンズ２４、プリズム２５および受光回路基板２６が収納されている。
【００４９】
受光素子２３は、光軸がケーシング２１のほぼ対角線方向に沿うようにケーシング２１内の１つの角部に配置されている。レンズ２４は、受光素子２３の受光面の前方に配置されている。
【００５０】
プリズム２５は、ガラスからなり、直角三角形状を有する。プリズム２５の斜辺が出射面２５１となり、互いに直角をなす２辺のうち１辺が入射面２５２となる。プリズム２５は、出射面２５１がケーシング２１の対角線方向にほぼ沿い、入射面２５２が受光窓２２に面するようにケーシング２１内に配置されている。また、受光回路基板２６は、直角三角形状を有し、斜辺がプリズム２５の出射面２５１に対向するようにケーシング２１内に配置されている。受光回路基板２６には、受光素子２３から出力される信号を処理することにより検出結果を出力するための受光回路が設けられている。
【００５１】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してプリズム２５の入射面２５２に入射した光３０は、出射面２５１で屈折されて出射され、レンズ２４により集光され、受光素子２３により受光される。
【００５２】
本実施の形態では、発光素子１３が光源に相当し、ミラー１７が反射部材に相当し、プリズム１５が投光用プリズムに相当し、入射面１５１が第１の面に相当し、出射面１５２が第２の面に相当する。また、レンズ１４が光学部材に相当し、投光回路基板１６が投光回路用基板に相当する。
【００５３】
図３は図１の光学式検出器の原理を説明するための図であり、（ａ）はプリズムから出射された光の強度分布を示し、（ｂ）はプリズムへの入射光とプリズムからの出射光との関係を示し、（ｃ）は発光素子から出射される光の強度分布を示す。なお、図３では、図１および図２のレンズ１４の図示を省略している。また、図４は光の屈折を説明するための図である。
【００５４】
図４において、媒質３０１の屈折率をｎ１ とし、媒質３０２の屈折率をｎ２ とする。光は屈折率ｎ１ の媒質３０１から屈折率をｎ２の媒質３０２に入射するとき、媒質３０１と媒質３０２との境界面で屈折する。このとき、入射角ｉと屈折角ｔとの間には次の関係がある。
【００５５】
ｎ１ ｓｉｎ（ｉ）＝ｎ２ｓｉｎ（ｔ）
したがって、媒質３０１の屈折率ｎ１ が媒質３０２の屈折率ｎ２ よりも小さい場合には、図４（ａ）に示すように、媒質３０１と媒質３０２との境界面への入射光３１の入射角ｉが出射光３２の屈折角ｔよりも大きくなる。一方、媒質３０１の屈折率ｎ１ が媒質３０２の屈折率ｎ２ よりも大きい場合には、図４（ｂ）に示すように、媒質３０１と媒質３０２との境界面への入射光３１の入射角ｉが出射光３２の屈折角ｔよりも小さくなる。
【００５６】
図３（ｂ）において、発光素子１３は、出射光の光軸とプリズム１５の入射面１５１とが９０度よりも小さい角度をなすように配置される。それにより、矢印で示すように、発光素子１３から出射される光は、プリズム１５の入射面１５１に対して斜めに入射する。プリズム１５の屈折率は空気の屈折率よりも大きい。したがって、プリズム１５に入射する光は、図４（ａ）に示すように入射面１５１で屈折角ｔが入射角ｉよりも小さくなるように屈折する。それより、発光素子１３から出射された光の幅がプリズム１５の入射面１５１で屈折することにより拡大される。
【００５７】
ここで、プリズム１５の入射面１５１で屈折した光が出射面１５２に垂直に入射するように入射面１５１への光の入射角ｉおよびプリズム１５の入射面１５１と出射面１５２との間の角度θが設定される。それにより、プリズム１５の入射面１５１で屈折された光が出射面１５２から垂直に出射される。
【００５８】
図３（ｃ）に示すように、発光素子１３から出射される光の強度分布は光軸付近ではほぼ一定でかつ最大強度となり、光軸から離れるほど光の強度が小さくなる。したがって、発光素子１３から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域Ｌ内のほぼ一定の強度を有する光をプリズム１５で拡大して用いることにより、図３（ａ）に示すように、均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光束が得られる。その結果、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００５９】
この場合、プリズム１５により拡大された光の幅は、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角ｉにより決定される。この入射角ｉを９０度に近づけることにより原理的には光の幅を無限に拡大することができる。
【００６０】
また、上記のように、プリズム１５の入射面１５１で屈折した光が出射面１５２で屈折しないように、入射面１５１への光の入射角ｉまたは入射面１５１と出射面１５２との間の角度θを設定することにより、入射面１５１で拡大された光の幅を維持したまま出射面１５２から出射させることができる。
【００６１】
図１の光学式検出器のように、発光素子１３から出射した光をレンズ１４により平行光にしてプリズム１５の入射面１５１に入射させることが好ましい。それにより、大きな幅を有する平行光を投射することが可能となる。
【００６２】
本実施の形態の光学式検出器では、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができる。ここで、プリズム１５を用いて光の平行度を向上させる方法および光の平行度が向上する理由について説明する。
【００６３】
図５はプリズム１５を用いて光の平行度を向上させる方法を説明するための模式図である。図６はプリズム１５を用いることにより光の平行度が向上する理由を説明するための模式図である。
【００６４】
ここで、空気の屈折率をｎ１とし、プリズム１５の屈折率をｎ２とする。この場合、ｎ１＜ｎ２となる。図５（ｂ）に示すように、プリズム１５の入射面１５１に対して９０度に近い入射角ｉで光を入射させる。この場合、屈折角ｔは入射角ｉよりも小さくなる。また、図５（ｃ）に示すように、プリズムの出射面１５２で光が屈折しないように出射面１５２の角度を設定する。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、プリズム１５の入射面１５１への入射光の角度変化量に対してプリズム１５内での屈折光の角度変化量が減少する。この場合、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角ｉが９０度に近くなるほど、プリズム１５内での屈折光の角度変化量は小さくなる。したがって、プリズム１５の入射面１５１への入射光の角度がばらついた場合でも、プリズム１５内での屈折光の角度はほぼ等しくなる。
【００６６】
一方、図６（ｂ）に示すように、プリズム１５の出射面１５２からの出射光の角度変化量は、プリズム１５内での出射面１５２への入射光の角度変化量よりもやや大きくなる。しかしながら、プリズム１５の出射面１５２からの出射光の角度変化量は、プリズム１５内での出射面１５２への入射光の角度変化量に対して最大でも（ｎ２／ｎ１）倍である。
【００６７】
したがって、図５（ａ）に示すように、プリズム１５の入射面１５１に対して９０度に近い入射角で光を入射させることにより、入射光が広がり角を有する場合でも、出射面１５２から出射される光の平行度は増加する。すなわち、遠距離まで一定幅の平行な光を投射することが可能となる。
【００６８】
なお、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角は、９０度を除く任意の角度に設定することができる。その場合にも、光の幅を拡大することができる。
【００６９】
プリズム１５の入射面１５１と入射光とがなす角度およびプリズム１５の出射面１５２と出射光とがなす角度は、投射すべき光の量、受光素子２３の寸法、光の幅の拡大率等により任意に設定することができる。
【００７０】
上記のように、本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００７１】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、レンズ１４を用いて発光素子１３から出射される光を平行光にする場合に、レンズ１４により高い平行度が得られなくても、光がプリズム１５通過することにより光の平行度が増加する。したがって、光学系の調整の精度が緩和される。
【００７２】
また、プリズム１５の入射面１５１に対する光の入射角を変えた場合でもプリズム１５の出射面１５２からほぼ平行な光を出射させることができるので、プリズム１５の入射面１５１に対する光の入射角を変えることにより異なる幅を有する平行光を容易に作り出すことができる。
【００７３】
一般的に、高い平行度を有する光を得るためには、高価な非球面レンズを用いたり、複数枚のレンズを組合せる必要がある。一方、安価な樹脂製のレンズは温度変化により収縮し、屈折率も変化する。このため、樹脂製のレンズを用いて平行光を得る場合には、温度変化により平行度が大きくずれることになる。しかしながら、本実施の形態の光学式検出器では、レンズ１４により得られた平行光をプリズム１５を通過させることにより光の平行度が増加するため、安価な樹脂製のレンズを用いた場合でも、温度変化にかかわらず高い平行度の光を得ることができる。
【００７４】
また、レンズのみを用いて大きな幅を有する平行光を得るためには、大きなレンズが必要となり、レンズのコストが高くなる。一方、本実施の形態の光学式検出器においては、プリズム１５を用いることにより光の平行度が向上されるので、発光素子１３から出射された光を平行にするためのレンズ１４として小さなレンズを用いることができる。小さなレンズは高性能でも安価であるため、光学系のコストが低減される。
【００７５】
さらに、プリズム１５，２５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００７６】
また、投光部１０の四角形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板１６が互いに斜辺で対向するように配置されているので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。それにより、投光部１０の小型化を図ることができる。同様に、受光部２０の四角形状のケーシング２１内に直角三角形状のプリズム２５および直角三角形状の投光回路基板２６が互いに斜辺で対向するように配置されているので、ケーシング２１内のスペースが有効に利用される。それにより、受光部２０の小型化を図ることができる。
【００７７】
特に、発光素子１３からレンズ１４を通して出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびレンズ１４をプリズム１５の出射面１５２の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることが可能となる。
【００７８】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。図８は図７の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【００７９】
投光部１０は略長方形状のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５、投光回路基板（図示せず）およびミラー１７が収納されている。
【００８０】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２と垂直な側面に対して傾斜するようにケーシング１１内のプリズム１５の入射面１５１の側に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するように投光窓１２と垂直なケーシング１１の側面に沿って配置されている。
【００８１】
受光部２０は略長方形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、レンズ２７および受光回路基板（図示せず）が収納されている。
【００８２】
受光素子２３は、光軸がケーシング２１の受光窓２２に垂直になるようにケーシング２１内の中央部に配置されている。レンズ２７は、受光窓２２の後方でかつ受光素子２３の受光面の前方に配置されている。
【００８３】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してレンズ２７に入射した光３０は、レンズ２７により集光され、受光素子２３により受光される。
【００８４】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００８５】
特に、発光素子１３とレンズ１４との間の距離を長くすることにより、発光素子１３から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光をプリズム１５で拡大して用いることができる。それにより、より均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光束が得られる。
【００８６】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【００８７】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なレンズ１４を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることがことができる。
【００８８】
また、投光部１０の長方形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板（図示せず）が互いに斜辺で対向するように配置されるので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。
【００８９】
特に、発光素子１３からレンズ１４を通して出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびレンズ１４をプリズム１５の出射面１５２の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることができる。
【００９０】
本実施の形態では、ケーシング１１の幅を出射光の幅とほぼ等しくすることが可能となる。したがって、複数の投光部１０を並べて配置することにより大きな幅の光を検出領域に投射することが可能となる。
【００９１】
なお、図１および図２の光学式検出器のように受光部２０にプリズム２５を用いた場合には、受光素子２３、レンズ２４およびプリズム２５の位置調整を高精度に行う必要がある。一方、本実施の形態の光学式光検出器では、受光部２０にプリズム２５の代わりにレンズ２７を用いているので、光学系の調整の精度が緩和される。それにより、光学系の調整が容易になる。
【００９２】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。図１０は図９の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【００９３】
投光部１０は略四角形のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザーダイオードからなる発光素子１３、シリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂ、プリズム１５、投光回路基板（図示せず）およびミラー１７が収納されている。
【００９４】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２と垂直な側面に対して傾斜するようにケーシング１１内のプリズム１５の入射面１５１の側に配置されている。シリンドリカルレンズ１４ａは、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。シリンドリカルレンズ１４ｂは、シリンドリカルレンズ１４ａの前方に所定距離を隔てて配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するように投光窓１２と垂直なケーシング１１の側面に対してやや傾斜して配置されている。
【００９５】
受光部２０は略四角形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、レンズ２７および受光回路基板（図示せず）が収納されている。
【００９６】
受光素子２３は、光軸がケーシング２１の受光窓２２に垂直になるようにケーシング２１内の投光窓２２と反対側の側面側に配置されている。レンズ２７は、受光窓２７の後方でかつ受光素子２３の受光面の前方に配置されている。
【００９７】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、シリンドリカルレンズ１４ａにより厚み方向において平行な光に変換され、シリンドリカルレンズ１４ｂにより幅方向において平行な光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折されて出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してレンズ２７に入射した光３０は、レンズ２７により集光され、受光素子２３により受光される。
【００９８】
特に、発光素子１３とシリンドリカルレンズ１４ｂとの間の距離を長くすることにより、発光素子１３から出射される光のうち幅方向において光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光をプリズム１５で拡大して用いることができる。それにより、より均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光束が得られる。
【００９９】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【０１００】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【０１０１】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂを用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１０２】
また、投光部１０の四角形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板（図示せず）が互いに斜辺で対向するうように配置されるので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。
【０１０３】
特に、発光素子１３からシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂを通して出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂをプリズム１５の出射面１５１の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることができる。
【０１０４】
本実施の形態では、ケーシング１１の幅を出射光の幅とほぼ等しくすることが可能となる。したがって、複数の投光部１０を並べて配置することにより大きな幅の光を検出領域に投射することが可能となる。
【０１０５】
図１１は本発明の第４の実施の形態に係る光学式検出器の投光部の内部構造を示す斜視図である。図１２は図１１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。なお、受光部２０の構成は、第１〜第３の実施の形態の受光部２０の構成と同様である。
【０１０６】
投光部１０は略四角形状のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５、投光回路基板１６，１９、ミラー１７および遮蔽板１８が収納されている。
【０１０７】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２に垂直な側面に対して傾斜するようにケーシング１１内の角部に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するように投光窓１２と垂直なケーシング１１の側面に対してやや傾斜して配置されている。
【０１０８】
遮蔽板１８は、ケーシング１１内でプリズム１５の入射面１５１と投光回路基板１６の斜辺との間に設けられている。
【０１０９】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。
【０１１０】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【０１１１】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【０１１２】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なレンズ１４を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１１３】
また、投光部１０の四角形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板１６が互いに斜辺で対向するように配置され、直角三角形状の投光回路基板１９がプリズム１５上に配置されるので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。
【０１１４】
特に、発光素子１３から出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびレンズ１４をプリズム１５の出射面１５２の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることができる。
【０１１５】
本実施の形態では、ケーシング１１の幅を出射光の幅とほぼ等しくすることが可能となる。したがって、複数の投光部１０を並べて配置することにより大きな幅の光を検出領域に投射することが可能となる。
【０１１６】
さらに、プリズム１５の入射面１５１と投光回路基板１６の斜辺との間に遮蔽板１８が設けられているので、ミラー１４により反射された光が投光回路基板１６で反射して迷光となることが防止される。また、投光回路基板１６が折曲されたフレキシブル回路基板からなる場合に、フレキシブル回路基板がプリズム１５の側に侵入することが防止される。
【０１１７】
図１３は受光部の他の例を示す内部の平面図である。
図１３の受光部２０は略長方形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には、長方形の受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、受光回路基板２５およびレンズ２７が収納されている。
【０１１８】
また、ケーシング２１の受光窓２２には透明のレンズカバー７０が装着されている。レンズカバー７０の内側の表面にはスリット部材７１が取り付けられている。
【０１１９】
本例では、レンズカバー７０が透光性部材に相当し、スリット部材７１が遮光手段に相当する。
【０１２０】
図１４（ａ）はレンズカバー７０の斜視図、図１４（ｂ）はスリット部材７１の斜視図である。また、図１５はレンズカバー７０の平面図、図１６はレンズカバー７０の半分の拡大平面図である。
【０１２１】
図１４（ａ）のレンズカバー７０の表面には、複数のドットからなる網点フィルタ７３が印刷により形成されている。網点フィルタ７３の詳細に付いては後述する。レンズカバー７０は、例えば透明のプラスチックにより形成される。また、透明のフィルムに網点フィルタ７３を印刷してもよい。網点フィルタ７３は、レンズカバー７０のいずれの面に印刷してもよいが、使用者が網点フィルタ７３に触れることにより印刷が剥がれることを防止するために、レンズカバー７０の内側の面に印刷することが好ましい。
【０１２２】
また、図１４（ｂ）に示すように、スリット部材７１には、長方形の開口部７２が形成されている。開口部７２の長さＬＳは、投光部１０から出射される光の幅よりも小さく設定される。
【０１２３】
スリット部材７１は、例えばステンレスにより形成される。なお、スリット部材７１の材料は、ステンレスに限定されず、他の金属またはプラスチック等を用いることができる。また、レンズカバー７０に矩形の枠を印刷することにより、スリット部材７１として機能させてもよい。スリット部材７１の色は、特に限定されないが、投光部１０により出射された光が当った場合に光のスポットがよく見えるように明るい色に塗装することが好ましい。例えば、スリット部材７１を白色に塗装してもよい。
【０１２４】
スリット部材７１は、レンズカバー７０のいずれの面に配置してもよいが、スリット部材７１の汚れを防止するためには、レンズカバー７０の内側の面に配置することが好ましい。
【０１２５】
図１５に示すように、レンズカバー７０の網点フィルタ７３は、中心線ＣＬの両側に複数の領域Ｒ１〜Ｒ７を対称に有する。各領域Ｒ１〜Ｒ７は、複数の円形のドットにより構成される。図１６に示すように、中央部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ７まで順にドットの間隔が段階的に広がっている。それにより、中央部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ７まで順にドットの密度が低くなっている。
【０１２６】
図１７は図１６の網点フィルタの一部の拡大平面図である。図１７に示すように、網点フィルタ７３は、複数の円形のドット７５により構成される。ドット７５の直径をＤＩとし、ドット７５の横間隔（レンズカバー７０の長手方向における間隔）をＳＰ１とし、ドット７５の縦間隔（レンズカバー７０の幅方向における間隔）をＳＰ２とする。表１に領域Ｒ１〜領域Ｒ７のドットの直径ＤＩ、ドットの横間隔ＳＰ１およびドットの縦間隔ＳＰ２の一例を示す。
【０１２７】
【表１】
【０１２８】
表１に示すように、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドット７５の横間隔ＳＰ１および縦間隔ＳＰ２が段階的に大きくなっている。なお、ドット７５の直径ＤＩは一定である。それにより、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドット７５の密度が段階的に低くなっている。
【０１２９】
図１５のレンズカバー７０に入射した光は、網点フィルタ７３のドットで拡散反射され、ドット間の領域でレンズカバー７０を透過する。上記のように、レンズカバー７０の中央部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ７の順にドットの密度が低くなっている。それにより、レンズカバー７０の中央部の領域Ｒ１で最も透過光量が低くなり、領域Ｒ１〜Ｒ７の順に透過光量が低下し、外側の領域Ｒ７で最も透過光量が高くなる。
【０１３０】
投光部１０から出射された光の強度は、光軸付近の中心で最も高く、外側へいくに従って徐々に低下する。したがって、投光部１０から出射された光がレンズカバー７０を透過することにより、中央部から外側まで光量分布が均一になる。
【０１３１】
網点フィルタ７３のドットの色は、特に限定されないが、投光部１０により出射された光が当ることにより光のスポットが見えるように明るい色を用いることが好ましい。例えば、ドットの色を白にすると、投光部１０により出射された光が当った場合に光のスポットがよく見える。
【０１３２】
なお、本例では、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドット密度を段階的に変化させているが、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドットの密度を連続的に変化させてもよい。
【０１３３】
また、本例では、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドットの横間隔および縦間隔の両方を変化させているが、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドットの横間隔および縦間隔のいずれか一方を変化させてもよい。さらに、本例では、ドットの直径を一定としているが、ドットの直径を変えることによりドットの密度を変化させてもよい。
【０１３４】
図１８は受光部２０を前方から見た場合の斜視図であり、図１９は投光部１０により出射された光が受光部２０のスリット部材７１に当って光スポットが形成された状態を示す斜視図である。
【０１３５】
図１８に示すように、透明のレンズカバー７０を通してスリット部材７１の開口部７２が見えている。図１９に示すように、投光部１０により出射された光がレンズカバー７０に入射すると、スリット部材７１の開口部７２の長さが光の幅よりも小さいため、光の幅方向における両端がスリット部材７１に当り、開口部７２の両側に光スポットＳＡ，ＳＢが形成される。開口部７２の両側に光スポットＳＡ，ＳＢが均等に形成されるように、投光部１０と受光部２０との間の位置関係を調整することにより、光の幅方向および厚み方向において投光部１０と受光部２０との光軸合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【０１３６】
また、光学式検出器による検出中に、投光部１０と受光部２０との光軸がずれているか否かを容易に確認することができるとともに、投光部１０と受光部２０との光軸合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【０１３７】
さらに、被検出物体が光の幅方向の外側から検出領域に進入する場合に、被検出物体が検出領域に進入する前にスリット部材７１に被検出物体の影が形成されるので、被検出物体の進入タイミングを把握することができる。
【０１３８】
また、スリット部材７１の開口部７２の両側に光スポットＳＡ，ＳＢが均等に形成されるように、投光部１０と受光部２０との間の位置関係を調整することにより、光の中心をレンズカバー７０の網点フィルタ７３の中心に容易に位置決めすることができる。それにより、光量分布を容易に均一にすることができる。
【０１３９】
また、網点フィルタ７３は、レンズカバー７０に印刷により形成されるので、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１４０】
投光部１０に網点フィルタ７３を設けることも可能であるが、投光部１０に網点フィルタ７３を設けた場合、投光側で光の干渉が生じるため、網点フィルタ７３は、本例のように受光部２０に設けることが好ましい。上記のように、投光部１０から出力される光は平行光であるので、投光部１０から受光部２０までの距離が変化しても光量分布は変化しない。そのため、投光部１０から出射される光の強度分布に応じて網点フィルタ７３のドットの密度を設定することにより、投光部１０から受光部２０までの距離にかかわらず網点フィルタ７３の透過光量の分布を一定にすることができる。
【０１４１】
図２０は本発明の第５の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。図２０の光学式検出器は、ヘッド分離型の光学式検出器である。図２０においては、受光部の図示を省略している。
【０１４２】
図２０の光学式検出器は、投光用ヘッド部１０ａおよび本体部１０ｂを備える。投光用ヘッド部１０ａが図１および図２の投光部１０と異なるのは、ケーシング１１ａ内に発光素子１３、投光回路基板１６およびミラー１７を含まない点である。
【０１４３】
一方、本体部１０ｂは、ケーシング１１ｂに発光素子１３、レンズ１４ｃおよび投光回路基板１６を内蔵している。レンズ１４ｃは、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。
【０１４４】
投光用ヘッド部１０ａと本体部ｂとは光ファイバ５０により接続されている。発光素子１３から発生された光は本体部１０ｂのレンズ１４ｃにより集光され、光ファイバ５０を通して投光用ヘッド部１０ａに伝送される。投光用ヘッド部１０ａにおいて光ファイバ５０の先端から出射された光は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光３０は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から出射される。
【０１４５】
なお、受光部が受光素子および受光回路基板を含まず、本体部１０ｂが受光素子、レンズおよび受光回路基板を含み、受光部と本体部１０ｂとが光ファイバにより接続されてもよい。
【０１４６】
本実施の形態の光学式検出器の他の部分の構成は、図１および図２の光学式検出器の構成と同様である。
【０１４７】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光用ヘッド部１０ａから均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状に関する情報等を検出することができる。
【０１４８】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【０１４９】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なレンズ１４を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１５０】
上記実施の形態の光学式検出器において、発光素子１３としては、レーザダイオードに限らず、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の発光素子を用いることができる。
【０１５１】
また、受光部２０に投光部１０のプリズム１５と同様のプリズム２５またはレンズ２７が用いられているが、受光部２０にプリズム２５またはレンズ２７を設けずに、受光素子２３の代わりにＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサを設けてもよい。
【０１５２】
なお、本発明は、被検出物体に光を投射し、その透過光を受光することにより被検出物体に関する情報を検出する透過型の光学式検出器に限らず、被検出物体に光を投射し、その反射光を受光することにより被検出物体に関する情報を検出する反射型の光学式検出器にも同様に適用することができる。
【０１５３】
また、本発明は、光電センサ、光学スキャナ、光学式形状測定器、レーザーポインタ等の種々の光学式検出器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。
【図２】図１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【図３】図１の光学式検出器の原理を説明するための図である。
【図４】光の屈折を説明するための図である。
【図５】プリズムを用いて光の平行度を向上させる方法を説明するための模式図である。
【図６】プリズムを用いることにより光の平行度が向上する理由を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。
【図８】図７の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。
【図１０】図９の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る光学式検出器の投光部の内部構造を示す斜視図である。
【図１２】図１１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【図１３】受光部の他の例を示す内部の平面図である。
【図１４】（ａ）はレンズカバーの斜視図、（ｂ）はスリット部材の斜視図である。
【図１５】レンズカバーの平面図である。
【図１６】レンズカバーの半分の拡大平面図である。
【図１７】図１６の網点フィルタの一部の拡大平面図である。
【図１８】受光部を前方から見た場合の斜視図である。
【図１９】投光部により出射された光が受光部のスリット部材に当って光スポットが形成された状態を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図２１】従来の透過型の光学式検出器の基本構成を示す模式図である。
【図２２】従来の光学式検出器の一例を示す模式図および光の照射面の位置と光の強度との関係を示す図である。
【図２３】従来の光学式検出器の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０，１０ｃ 投光部
１０ａ 投光用ヘッド部
１０ｂ 本体部
１１，２１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ケーシング
１２ 投光窓
１３ 発光素子
１４，１４ｃ，２４，２７ レンズ
１４ａ，１４ｂ シリンドリカルレンズ
１５，２５ プリズム
１６，１９ 投光回路基板
１７ ミラー
１８ 遮蔽板
２２ 受光窓
２３ 受光素子
２６ 受光回路基板
３０ 光
７０ レンズカバー
７１ スリット部材
７２ 開口部
７３ 網点フィルタ
７５ ドット
１５１，２５２ 入射面
１５２，２５１ 出射面
ＳＡ，ＳＢ 光スポット
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物体に光源からの光を投射し、その透過光または反射光の光量分布を検出することにより、物体の有無、物体の寸法、物体間の間隔、物体の位置、物体の形状、物体に付された画像等を検出する光電センサ、光学スキャナ等の光学式検出器が用いられている。
【０００３】
図２１は従来の透過型の光学式検出器の基本構成を示す模式図である。
図２１の光学式検出器は、投光部５０および受光部６０により構成される。投光部５０は、投光回路５１、発光素子５２およびレンズ５３を含む。投光回路５１により発光素子５２が駆動される。発光素子５２から出射された光はレンズ５３により平行光となって被検出物体５００および受光部６０に投射される。
【０００４】
受光部６０は、受光回路６１、受光素子６２およびレンズ６３を含む。検出領域５０１からの透過光はレンズ６３により受光素子６２に集光される。受光素子６２は、受光した光の量を電気信号として出力する。受光回路６１は、受光素子６２から出力される電気信号に基づいて検出領域５０１における被検出物体５００の有無、寸法、形状等を検出する。
【０００５】
図２２（ａ）は従来の光学式検出器の一例を示す模式図、図２２（ｂ）は光の照射面の位置と光の強度との関係を示す図である（特許文献１参照）。
【０００６】
図２２において、発光体１０１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）からなり、光を発生する。発光体１０１により発生された光は光ファイバ１０２を通してレンズ１０３まで伝達される。レンズ１０３は、光ファイバ１０２から出射された光を一定の幅を有する平行光に変換する。その平行光は反射面１０４により反射される。
【０００７】
反射面１０４により反射された平行光１１２は、被検出物体１０５により遮られ、被検出物体１０５により遮られなかった光が光検出器１０６に入射する。光検出器１０６に光が入射すると、光検出器１０６は入射光に対応する受光信号を発生し、比較回路１０７に出力する。また、基準値発生回路１０８は基準信号を発生し、比較回路１０７に出力する。
【０００８】
比較回路１０７は、光検出器１０６から出力される受光信号と基準値発生回路１０８から出力される基準信号とを比較し、平行光１１２の領域内に被検出物体１０５が存在するか否かを判定する。次に、比較回路１０７は判定結果を検出信号として出力する。
【０００９】
一般に、ＬＥＤの出射光の強度は中央部で強く、中央から離れるにしたがって弱くなる強度分布を示す。それにより、図２２（ｂ）に示されるように、被検出物体１０５に照射される光の強度が光束内で均一ではなく、光束内の位置により異なるため、光の強度が弱い位置に被検出物体１０５がある場合には、光が被検出物体１０５により遮られることによる光量の変化量が小さくなる。したがって、被検出物体１０５の位置によっては、検出感度および検出精度が低下する場合がある。
【００１０】
また、光束内の位置により光の強度が異なるため、同じ大きさの被検出物体１０５であっても、光束内の位置によって光検出器１０６に入射する光量が異なる。したがって、被検出物体１０５の大きさを検出することができない。
【００１１】
さらに、光の幅を大きくするためには、大きなレンズ１０３を用いる必要がある。レンズは、樹脂で作製すると、熱等により変形するため、ガラスにより作製する必要がある。しかしながら、レンズの表面の形状を高精度に加工することは容易でないため、ガラスのレンズは高価となる。したがって、低コスト化が図れない。
【００１２】
なお、発光体１０１としてレーザダイオードを用いるレーザ平行光リニアセンサがある。このレーザ平行光リニアセンサでは、レーザ光の強度が高いため、レーザ光の比較的強度が均一な領域のみを使用することができる。それにより、比較的強度が均一な平行光を被検出物体１０５に照射することができる。しかしながら、発光体１０１としてレーザダイオードを利用したレーザ平行光リニアセンサは、大型となり、価格が高くなる。
【００１３】
図２３は従来の光学式検出器の他の例を示す模式図である（特許文献１参照）。
【００１４】
図２３において、発光体２０１から発生された光は、光ファイバ２０２を通して伝達され、放射光２１１となってレンズ２０３に入射される。レンズ２０３に入射された放射光２１１は、平行光２１２となって反射部材２１３に照射される。反射部材２１３に照射された平行光２１２は、反射部材２１３の表面に形成された多数の全反射面２１４で分割されるとともに反射される。この反射光２１５の幅Ｗ２は平行光２１２の幅Ｗ１よりも大きく設定され、被検出物体に照射される。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−１４６１１５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図２３の従来の光学式検出器では、被検出物体に照射される光の幅を大きくすることができるので、発光体２０１により発生される光のうち強度分布がほぼ一定となる中央部の光の領域を被検出物体に照射することができる。それにより、被検出物体に照射される光の強度分布を位置によらずにほぼ一定にすることができる。
【００１７】
しかしながら、反射部材２１３の多数の反射面２１４に対応するピッチで光の強度分布に複数組の山および谷が生じてしまう。この場合にも、被検出物体に照射される光の強度が光束内の位置により異なるため、光の強度が弱い位置に小さな被検出物体がある場合には、光が被検出物体により遮られることによる光量の変化量が小さくなる。したがって、被検出物体の位置によっては、検出感度および検出精度が低下する場合がある。
【００１８】
また、光の強度分布の谷の部分では、発光体２０１により発生された光が被検出物体に照射されずに他の方向に反射されるため、光量に無駄が生じている。それにより、全体的に光の強度が低下し、検出感度が低下する。
【００１９】
本発明の目的は、被検出物体に均一でかつ高い強度分布を有する光を照射することができるとともに小型化および低コスト化が可能な光学式検出器を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、均一な光量分布を有する光を受光することができるとともに小型化および低コスト化が可能な光学式検出器を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る光学式検出器は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、光を発生する光源と、光源により発生された光を反射する反射部材と、反射部材により反射された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムとを備え、投光用プリズムは、反射部材により反射された光が９０度よりも小さい入射角で入射する第１の面と、第１の面に対して所定の角度をなし、第１の面で屈折した光を出射する第２の面とを有するものである。
【００２２】
本発明に係る光学式検出器においては、光源により発生された光が反射部材により反射されて投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射し、第１の面で屈折し、第２の面から出射される。それにより、発光素子から出射された光の幅が投光用プリズムの第１の面で屈折することにより拡大される。
【００２３】
この場合、発光素子から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光を投光用プリズムにより拡大して用いることにより、均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光が得られる。その結果、より正確に被検出物体に関する情報を検出することができる。
【００２４】
また、投光用プリズムは、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００２５】
また、投光用プリズムの第１の面に９０度よりも小さい入射角で入射させることにより発光素子から出射された光の幅を小型の投光用プリズムを用いて拡大することができる。したがって、光学式検出器の小型化を図ることができる。
【００２６】
さらに、投光用プリズムを用いることにより光の平行度を向上させることができるので、平行度の高い光を出射することが可能となる。また、投光用プリズムに入射させる光の入射角を調整することにより投光用プリズムから出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【００２７】
また、光源により発生された光を反射部材で反射させて投光用プリズムに入射させることにより光源を投光用プリズムの第２の面の幅内の位置に設けることができる。それにより、光学式検出器の幅を小さくすることができる。
【００２８】
第２の発明に係る光学式検出器は、第１の発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムの第１の面で屈折した光が第２の面に対して垂直に入射するように、反射部材により反射された光と投光用プリズムの第１の面との間の角度および投光用プリズムの第１の面と第２の面との間の角度が設定されたものである。
【００２９】
この場合、投光用プリズムの第１の面で屈折した光が第２の面から垂直に出射される。それにより、投光用プリズムの第１の面で拡大された光の幅を維持しつつ出射面から出射させることができる。
【００３０】
第３の発明に係る光学式検出器は、第１または第２の発明に係る光学式検出器の構成において、光源により発生された光を平行光に変換して投光用プリズムの第１の面に入射させる光学部材をさらに備えたものである。
【００３１】
この場合、光源により発生された光が平行光に変換されて投光用プリズムの第１の面に入射することにより、大きな幅を有する平行光を投射することができる。この際、投光用プリズムにより光の平行度が向上されるので、安価な光学部材を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００３２】
第４の発明に係る光学式検出器は、第１〜第３のいずれかの発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムは第１の面を斜辺とする略三角形状を有し、斜辺を有する略三角形状を有しかつ光源を駆動するための投光回路が設けられた投光回路用基板と、投光用プリズムおよび投光回路用基板を収容する投光用ケーシングとをさらに備え、投光用プリズムと投光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように投光用ケーシング内に配置されたものである。
【００３３】
この場合、投光用ケーシング内に投光用プリズムと投光回路用基板とが互いに斜辺で対向するように配置されるので、投光用ケーシング内のスペースが有効に利用される。それにより、光学式検出器のさらなる小型化を図ることができる。
【００３４】
第５の発明に係る光学式検出器は、第４の発明に係る光学式検出器の構成において、発光素子は、投光用ケーシング内の投光用プリズムの第２の幅内の位置に設けられたものである。それにより、投光用プリズムの第２の面から出射される光の幅方向において投光用ケーシングの幅を小さくすることができる。
【００３５】
第６の発明に係る光学式検出器は、第４または第５の発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムの第１の面と投光用回路基板の斜辺との間に設けられた遮蔽部材をさらに備えたものである。
【００３６】
この場合、反射部材により反射された光が投光用回路基板で反射して迷光となることが防止される。また、投光用回路基板が投光用プリズムの側に侵入することが防止される。
【００３７】
第７の発明に係る光学式検出器は、第１または第２の発明に係る光学式検出器の構成において、投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光を集光する受光用レンズと、受光用レンズにより集光された光を受光する受光素子とをさらに備えたものである。
【００３８】
この場合、投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光が受光用レンズに入射し、受光用レンズで集光されて受光素子に入射する。それにより、簡単な構成で広い幅を有する光を受光素子に導くことができる。その結果、光学式検出器のさらなる小型化を図ることができる。また、受光用レンズとして安価なレンズを用いることができるとともに光学系の調整の精度が緩和されるので、光学式検出器の低コスト化が図られる。
【００３９】
第８の発明に係る光学式検出器は、検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、検出領域に所定幅の光を投射する投光部と、投光部から投射された光を受光する受光部とを備え、受光部は、受光素子と、受光素子を収容するとともに受光窓を有するケーシングと、受光窓を覆うように設けられ、光を拡散反射する複数の網点を有する透光性部材と、投光部から投射される光の幅よりも小さな幅の開口部を有し、透光性部材を透過する光の幅を開口部の幅に制限する遮光手段とを備え、透光性部材の複数の網点の密度は、投光部から投射される光の強度分布に応じて透過光の光量分布を幅方向に均一にするように設定されたものである。
【００４０】
本発明に係る光学式検出器においては、投光部により検出領域に所定幅の光が投射され、受光部のケーシングの受光窓に入射し、透光性部材および遮光手段の開口部を通して受光素子により受光される。このとき、透光性部材の複数の網点により光が拡散反射される。透光性部材の複数の網点の密度は、投光部から投射される光の強度分布に応じて透過光の光量分布を均一にするように設定されているので、均一な光量分布を有する光が受光素子に入射する。その結果、より正確に被検出物体に関する情報を検出することができる。
【００４１】
また、受光部の遮光手段の開口部の幅が投光部から投射される光の幅よりも小さいので、投光部から投射された光の両端が遮光手段の開口部の両側に均等に光スポットを形成するように投光部と受光部と位置関係を調整することにより、投光部と受光部との光軸合わせを容易に行うことができる。また、遮光手段の開口部の両側に形成される光スポットを観察することにより、投光部と受光部との光軸ずれを容易に認識し、投光部と受光部との位置関係を迅速に再調整することができる。
【００４２】
また、複数の網点を有する透光性部材および開口部を有する遮光手段は、簡単な構成で安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。図２は図１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【００４４】
図１の光学式検出器は、投光部１０および受光部２０により構成される。投光部１０は略四角形のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５、投光回路基板１６およびミラー１７が収納されている。
【００４５】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２と反対側の側面に沿うようにケーシング１１内の１つの角部に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するようにケーシング１１内の他の角部に配置されている。
【００４６】
プリズム１５は、ガラスからなり、直角三角形状を有する。プリズム１５の斜辺が入射面１５１となり、互いに直角をなす２辺のうち１辺が出射面１５２となる。プリズム１５は、入射面１５１がケーシング１１の対角線方向にほぼ沿い、出射面１５２が投光窓１２に面するようにケーシング１１内に配置されている。
【００４７】
また、投光回路基板１６は、直角三角形状を有し、斜辺がプリズム１５の入射面１５１と対向するようにケーシング１１内に配置されている。投光回路基板１６には、発光素子１３を駆動するための投光回路が設けられている。
【００４８】
受光部２０は略四角形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、レンズ２４、プリズム２５および受光回路基板２６が収納されている。
【００４９】
受光素子２３は、光軸がケーシング２１のほぼ対角線方向に沿うようにケーシング２１内の１つの角部に配置されている。レンズ２４は、受光素子２３の受光面の前方に配置されている。
【００５０】
プリズム２５は、ガラスからなり、直角三角形状を有する。プリズム２５の斜辺が出射面２５１となり、互いに直角をなす２辺のうち１辺が入射面２５２となる。プリズム２５は、出射面２５１がケーシング２１の対角線方向にほぼ沿い、入射面２５２が受光窓２２に面するようにケーシング２１内に配置されている。また、受光回路基板２６は、直角三角形状を有し、斜辺がプリズム２５の出射面２５１に対向するようにケーシング２１内に配置されている。受光回路基板２６には、受光素子２３から出力される信号を処理することにより検出結果を出力するための受光回路が設けられている。
【００５１】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してプリズム２５の入射面２５２に入射した光３０は、出射面２５１で屈折されて出射され、レンズ２４により集光され、受光素子２３により受光される。
【００５２】
本実施の形態では、発光素子１３が光源に相当し、ミラー１７が反射部材に相当し、プリズム１５が投光用プリズムに相当し、入射面１５１が第１の面に相当し、出射面１５２が第２の面に相当する。また、レンズ１４が光学部材に相当し、投光回路基板１６が投光回路用基板に相当する。
【００５３】
図３は図１の光学式検出器の原理を説明するための図であり、（ａ）はプリズムから出射された光の強度分布を示し、（ｂ）はプリズムへの入射光とプリズムからの出射光との関係を示し、（ｃ）は発光素子から出射される光の強度分布を示す。なお、図３では、図１および図２のレンズ１４の図示を省略している。また、図４は光の屈折を説明するための図である。
【００５４】
図４において、媒質３０１の屈折率をｎ１ とし、媒質３０２の屈折率をｎ２ とする。光は屈折率ｎ１ の媒質３０１から屈折率をｎ２の媒質３０２に入射するとき、媒質３０１と媒質３０２との境界面で屈折する。このとき、入射角ｉと屈折角ｔとの間には次の関係がある。
【００５５】
ｎ１ ｓｉｎ（ｉ）＝ｎ２ｓｉｎ（ｔ）
したがって、媒質３０１の屈折率ｎ１ が媒質３０２の屈折率ｎ２ よりも小さい場合には、図４（ａ）に示すように、媒質３０１と媒質３０２との境界面への入射光３１の入射角ｉが出射光３２の屈折角ｔよりも大きくなる。一方、媒質３０１の屈折率ｎ１ が媒質３０２の屈折率ｎ２ よりも大きい場合には、図４（ｂ）に示すように、媒質３０１と媒質３０２との境界面への入射光３１の入射角ｉが出射光３２の屈折角ｔよりも小さくなる。
【００５６】
図３（ｂ）において、発光素子１３は、出射光の光軸とプリズム１５の入射面１５１とが９０度よりも小さい角度をなすように配置される。それにより、矢印で示すように、発光素子１３から出射される光は、プリズム１５の入射面１５１に対して斜めに入射する。プリズム１５の屈折率は空気の屈折率よりも大きい。したがって、プリズム１５に入射する光は、図４（ａ）に示すように入射面１５１で屈折角ｔが入射角ｉよりも小さくなるように屈折する。それより、発光素子１３から出射された光の幅がプリズム１５の入射面１５１で屈折することにより拡大される。
【００５７】
ここで、プリズム１５の入射面１５１で屈折した光が出射面１５２に垂直に入射するように入射面１５１への光の入射角ｉおよびプリズム１５の入射面１５１と出射面１５２との間の角度θが設定される。それにより、プリズム１５の入射面１５１で屈折された光が出射面１５２から垂直に出射される。
【００５８】
図３（ｃ）に示すように、発光素子１３から出射される光の強度分布は光軸付近ではほぼ一定でかつ最大強度となり、光軸から離れるほど光の強度が小さくなる。したがって、発光素子１３から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域Ｌ内のほぼ一定の強度を有する光をプリズム１５で拡大して用いることにより、図３（ａ）に示すように、均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光束が得られる。その結果、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００５９】
この場合、プリズム１５により拡大された光の幅は、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角ｉにより決定される。この入射角ｉを９０度に近づけることにより原理的には光の幅を無限に拡大することができる。
【００６０】
また、上記のように、プリズム１５の入射面１５１で屈折した光が出射面１５２で屈折しないように、入射面１５１への光の入射角ｉまたは入射面１５１と出射面１５２との間の角度θを設定することにより、入射面１５１で拡大された光の幅を維持したまま出射面１５２から出射させることができる。
【００６１】
図１の光学式検出器のように、発光素子１３から出射した光をレンズ１４により平行光にしてプリズム１５の入射面１５１に入射させることが好ましい。それにより、大きな幅を有する平行光を投射することが可能となる。
【００６２】
本実施の形態の光学式検出器では、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができる。ここで、プリズム１５を用いて光の平行度を向上させる方法および光の平行度が向上する理由について説明する。
【００６３】
図５はプリズム１５を用いて光の平行度を向上させる方法を説明するための模式図である。図６はプリズム１５を用いることにより光の平行度が向上する理由を説明するための模式図である。
【００６４】
ここで、空気の屈折率をｎ１とし、プリズム１５の屈折率をｎ２とする。この場合、ｎ１＜ｎ２となる。図５（ｂ）に示すように、プリズム１５の入射面１５１に対して９０度に近い入射角ｉで光を入射させる。この場合、屈折角ｔは入射角ｉよりも小さくなる。また、図５（ｃ）に示すように、プリズムの出射面１５２で光が屈折しないように出射面１５２の角度を設定する。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、プリズム１５の入射面１５１への入射光の角度変化量に対してプリズム１５内での屈折光の角度変化量が減少する。この場合、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角ｉが９０度に近くなるほど、プリズム１５内での屈折光の角度変化量は小さくなる。したがって、プリズム１５の入射面１５１への入射光の角度がばらついた場合でも、プリズム１５内での屈折光の角度はほぼ等しくなる。
【００６６】
一方、図６（ｂ）に示すように、プリズム１５の出射面１５２からの出射光の角度変化量は、プリズム１５内での出射面１５２への入射光の角度変化量よりもやや大きくなる。しかしながら、プリズム１５の出射面１５２からの出射光の角度変化量は、プリズム１５内での出射面１５２への入射光の角度変化量に対して最大でも（ｎ２／ｎ１）倍である。
【００６７】
したがって、図５（ａ）に示すように、プリズム１５の入射面１５１に対して９０度に近い入射角で光を入射させることにより、入射光が広がり角を有する場合でも、出射面１５２から出射される光の平行度は増加する。すなわち、遠距離まで一定幅の平行な光を投射することが可能となる。
【００６８】
なお、プリズム１５の入射面１５１への光の入射角は、９０度を除く任意の角度に設定することができる。その場合にも、光の幅を拡大することができる。
【００６９】
プリズム１５の入射面１５１と入射光とがなす角度およびプリズム１５の出射面１５２と出射光とがなす角度は、投射すべき光の量、受光素子２３の寸法、光の幅の拡大率等により任意に設定することができる。
【００７０】
上記のように、本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００７１】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、レンズ１４を用いて発光素子１３から出射される光を平行光にする場合に、レンズ１４により高い平行度が得られなくても、光がプリズム１５通過することにより光の平行度が増加する。したがって、光学系の調整の精度が緩和される。
【００７２】
また、プリズム１５の入射面１５１に対する光の入射角を変えた場合でもプリズム１５の出射面１５２からほぼ平行な光を出射させることができるので、プリズム１５の入射面１５１に対する光の入射角を変えることにより異なる幅を有する平行光を容易に作り出すことができる。
【００７３】
一般的に、高い平行度を有する光を得るためには、高価な非球面レンズを用いたり、複数枚のレンズを組合せる必要がある。一方、安価な樹脂製のレンズは温度変化により収縮し、屈折率も変化する。このため、樹脂製のレンズを用いて平行光を得る場合には、温度変化により平行度が大きくずれることになる。しかしながら、本実施の形態の光学式検出器では、レンズ１４により得られた平行光をプリズム１５を通過させることにより光の平行度が増加するため、安価な樹脂製のレンズを用いた場合でも、温度変化にかかわらず高い平行度の光を得ることができる。
【００７４】
また、レンズのみを用いて大きな幅を有する平行光を得るためには、大きなレンズが必要となり、レンズのコストが高くなる。一方、本実施の形態の光学式検出器においては、プリズム１５を用いることにより光の平行度が向上されるので、発光素子１３から出射された光を平行にするためのレンズ１４として小さなレンズを用いることができる。小さなレンズは高性能でも安価であるため、光学系のコストが低減される。
【００７５】
さらに、プリズム１５，２５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【００７６】
また、投光部１０の四角形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板１６が互いに斜辺で対向するように配置されているので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。それにより、投光部１０の小型化を図ることができる。同様に、受光部２０の四角形状のケーシング２１内に直角三角形状のプリズム２５および直角三角形状の投光回路基板２６が互いに斜辺で対向するように配置されているので、ケーシング２１内のスペースが有効に利用される。それにより、受光部２０の小型化を図ることができる。
【００７７】
特に、発光素子１３からレンズ１４を通して出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびレンズ１４をプリズム１５の出射面１５２の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることが可能となる。
【００７８】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。図８は図７の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【００７９】
投光部１０は略長方形状のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５、投光回路基板（図示せず）およびミラー１７が収納されている。
【００８０】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２と垂直な側面に対して傾斜するようにケーシング１１内のプリズム１５の入射面１５１の側に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するように投光窓１２と垂直なケーシング１１の側面に沿って配置されている。
【００８１】
受光部２０は略長方形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、レンズ２７および受光回路基板（図示せず）が収納されている。
【００８２】
受光素子２３は、光軸がケーシング２１の受光窓２２に垂直になるようにケーシング２１内の中央部に配置されている。レンズ２７は、受光窓２２の後方でかつ受光素子２３の受光面の前方に配置されている。
【００８３】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してレンズ２７に入射した光３０は、レンズ２７により集光され、受光素子２３により受光される。
【００８４】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【００８５】
特に、発光素子１３とレンズ１４との間の距離を長くすることにより、発光素子１３から出射される光のうち光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光をプリズム１５で拡大して用いることができる。それにより、より均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光束が得られる。
【００８６】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【００８７】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なレンズ１４を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることがことができる。
【００８８】
また、投光部１０の長方形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板（図示せず）が互いに斜辺で対向するように配置されるので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。
【００８９】
特に、発光素子１３からレンズ１４を通して出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびレンズ１４をプリズム１５の出射面１５２の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることができる。
【００９０】
本実施の形態では、ケーシング１１の幅を出射光の幅とほぼ等しくすることが可能となる。したがって、複数の投光部１０を並べて配置することにより大きな幅の光を検出領域に投射することが可能となる。
【００９１】
なお、図１および図２の光学式検出器のように受光部２０にプリズム２５を用いた場合には、受光素子２３、レンズ２４およびプリズム２５の位置調整を高精度に行う必要がある。一方、本実施の形態の光学式光検出器では、受光部２０にプリズム２５の代わりにレンズ２７を用いているので、光学系の調整の精度が緩和される。それにより、光学系の調整が容易になる。
【００９２】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。図１０は図９の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【００９３】
投光部１０は略四角形のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザーダイオードからなる発光素子１３、シリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂ、プリズム１５、投光回路基板（図示せず）およびミラー１７が収納されている。
【００９４】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２と垂直な側面に対して傾斜するようにケーシング１１内のプリズム１５の入射面１５１の側に配置されている。シリンドリカルレンズ１４ａは、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。シリンドリカルレンズ１４ｂは、シリンドリカルレンズ１４ａの前方に所定距離を隔てて配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するように投光窓１２と垂直なケーシング１１の側面に対してやや傾斜して配置されている。
【００９５】
受光部２０は略四角形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、レンズ２７および受光回路基板（図示せず）が収納されている。
【００９６】
受光素子２３は、光軸がケーシング２１の受光窓２２に垂直になるようにケーシング２１内の投光窓２２と反対側の側面側に配置されている。レンズ２７は、受光窓２７の後方でかつ受光素子２３の受光面の前方に配置されている。
【００９７】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、シリンドリカルレンズ１４ａにより厚み方向において平行な光に変換され、シリンドリカルレンズ１４ｂにより幅方向において平行な光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折されて出射面１５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。受光部２０の受光窓２２を通してレンズ２７に入射した光３０は、レンズ２７により集光され、受光素子２３により受光される。
【００９８】
特に、発光素子１３とシリンドリカルレンズ１４ｂとの間の距離を長くすることにより、発光素子１３から出射される光のうち幅方向において光軸を中心とする一定領域内のほぼ一定の強度を有する光をプリズム１５で拡大して用いることができる。それにより、より均一な強度分布を有しかつ広い幅を有する光束が得られる。
【００９９】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【０１００】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【０１０１】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂを用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１０２】
また、投光部１０の四角形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板（図示せず）が互いに斜辺で対向するうように配置されるので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。
【０１０３】
特に、発光素子１３からシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂを通して出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびシリンドリカルレンズ１４ａ，１４ｂをプリズム１５の出射面１５１の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることができる。
【０１０４】
本実施の形態では、ケーシング１１の幅を出射光の幅とほぼ等しくすることが可能となる。したがって、複数の投光部１０を並べて配置することにより大きな幅の光を検出領域に投射することが可能となる。
【０１０５】
図１１は本発明の第４の実施の形態に係る光学式検出器の投光部の内部構造を示す斜視図である。図１２は図１１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。なお、受光部２０の構成は、第１〜第３の実施の形態の受光部２０の構成と同様である。
【０１０６】
投光部１０は略四角形状のケーシング１１を備える。ケーシング１１の一側面には投光窓１２が形成されている。ケーシング１１内にはレーザダイオードからなる発光素子１３、レンズ１４、プリズム１５、投光回路基板１６，１９、ミラー１７および遮蔽板１８が収納されている。
【０１０７】
発光素子１３は、光軸が投光窓１２に垂直な側面に対して傾斜するようにケーシング１１内の角部に配置されている。レンズ１４は、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。ミラー１７は、発光素子１３から発生された光を受けてケーシング１１のほぼ対角線方向に沿って反射するように投光窓１２と垂直なケーシング１１の側面に対してやや傾斜して配置されている。
【０１０８】
遮蔽板１８は、ケーシング１１内でプリズム１５の入射面１５１と投光回路基板１６の斜辺との間に設けられている。
【０１０９】
投光部１０内の発光素子１３から出射された光３０は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面５２を透過して投光窓１２から検出領域に出射される。
【０１１０】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光部１０から均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状等の情報を検出することができる。
【０１１１】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【０１１２】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なレンズ１４を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１１３】
また、投光部１０の四角形状のケーシング１１内に直角三角形状のプリズム１５および直角三角形状の投光回路基板１６が互いに斜辺で対向するように配置され、直角三角形状の投光回路基板１９がプリズム１５上に配置されるので、ケーシング１１内のスペースが有効に利用される。
【０１１４】
特に、発光素子１３から出射された光をミラー１７で反射させてプリズム１５に入射させることにより、発光素子１３およびレンズ１４をプリズム１５の出射面１５２の幅内の位置に設けることができる。それにより、投光部１０の幅を小さくすることができる。
【０１１５】
本実施の形態では、ケーシング１１の幅を出射光の幅とほぼ等しくすることが可能となる。したがって、複数の投光部１０を並べて配置することにより大きな幅の光を検出領域に投射することが可能となる。
【０１１６】
さらに、プリズム１５の入射面１５１と投光回路基板１６の斜辺との間に遮蔽板１８が設けられているので、ミラー１４により反射された光が投光回路基板１６で反射して迷光となることが防止される。また、投光回路基板１６が折曲されたフレキシブル回路基板からなる場合に、フレキシブル回路基板がプリズム１５の側に侵入することが防止される。
【０１１７】
図１３は受光部の他の例を示す内部の平面図である。
図１３の受光部２０は略長方形状のケーシング２１を備える。ケーシング２１の一側面には、長方形の受光窓２２が形成されている。ケーシング２１内には、フォトダイオードからなる受光素子２３、受光回路基板２５およびレンズ２７が収納されている。
【０１１８】
また、ケーシング２１の受光窓２２には透明のレンズカバー７０が装着されている。レンズカバー７０の内側の表面にはスリット部材７１が取り付けられている。
【０１１９】
本例では、レンズカバー７０が透光性部材に相当し、スリット部材７１が遮光手段に相当する。
【０１２０】
図１４（ａ）はレンズカバー７０の斜視図、図１４（ｂ）はスリット部材７１の斜視図である。また、図１５はレンズカバー７０の平面図、図１６はレンズカバー７０の半分の拡大平面図である。
【０１２１】
図１４（ａ）のレンズカバー７０の表面には、複数のドットからなる網点フィルタ７３が印刷により形成されている。網点フィルタ７３の詳細に付いては後述する。レンズカバー７０は、例えば透明のプラスチックにより形成される。また、透明のフィルムに網点フィルタ７３を印刷してもよい。網点フィルタ７３は、レンズカバー７０のいずれの面に印刷してもよいが、使用者が網点フィルタ７３に触れることにより印刷が剥がれることを防止するために、レンズカバー７０の内側の面に印刷することが好ましい。
【０１２２】
また、図１４（ｂ）に示すように、スリット部材７１には、長方形の開口部７２が形成されている。開口部７２の長さＬＳは、投光部１０から出射される光の幅よりも小さく設定される。
【０１２３】
スリット部材７１は、例えばステンレスにより形成される。なお、スリット部材７１の材料は、ステンレスに限定されず、他の金属またはプラスチック等を用いることができる。また、レンズカバー７０に矩形の枠を印刷することにより、スリット部材７１として機能させてもよい。スリット部材７１の色は、特に限定されないが、投光部１０により出射された光が当った場合に光のスポットがよく見えるように明るい色に塗装することが好ましい。例えば、スリット部材７１を白色に塗装してもよい。
【０１２４】
スリット部材７１は、レンズカバー７０のいずれの面に配置してもよいが、スリット部材７１の汚れを防止するためには、レンズカバー７０の内側の面に配置することが好ましい。
【０１２５】
図１５に示すように、レンズカバー７０の網点フィルタ７３は、中心線ＣＬの両側に複数の領域Ｒ１〜Ｒ７を対称に有する。各領域Ｒ１〜Ｒ７は、複数の円形のドットにより構成される。図１６に示すように、中央部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ７まで順にドットの間隔が段階的に広がっている。それにより、中央部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ７まで順にドットの密度が低くなっている。
【０１２６】
図１７は図１６の網点フィルタの一部の拡大平面図である。図１７に示すように、網点フィルタ７３は、複数の円形のドット７５により構成される。ドット７５の直径をＤＩとし、ドット７５の横間隔（レンズカバー７０の長手方向における間隔）をＳＰ１とし、ドット７５の縦間隔（レンズカバー７０の幅方向における間隔）をＳＰ２とする。表１に領域Ｒ１〜領域Ｒ７のドットの直径ＤＩ、ドットの横間隔ＳＰ１およびドットの縦間隔ＳＰ２の一例を示す。
【０１２７】
【表１】
表１に示すように、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドット７５の横間隔ＳＰ１および縦間隔ＳＰ２が段階的に大きくなっている。なお、ドット７５の直径ＤＩは一定である。それにより、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドット７５の密度が段階的に低くなっている。
【０１２９】
図１５のレンズカバー７０に入射した光は、網点フィルタ７３のドットで拡散反射され、ドット間の領域でレンズカバー７０を透過する。上記のように、レンズカバー７０の中央部の領域Ｒ１から外側の領域Ｒ７の順にドットの密度が低くなっている。それにより、レンズカバー７０の中央部の領域Ｒ１で最も透過光量が低くなり、領域Ｒ１〜Ｒ７の順に透過光量が低下し、外側の領域Ｒ７で最も透過光量が高くなる。
【０１３０】
投光部１０から出射された光の強度は、光軸付近の中心で最も高く、外側へいくに従って徐々に低下する。したがって、投光部１０から出射された光がレンズカバー７０を透過することにより、中央部から外側まで光量分布が均一になる。
【０１３１】
網点フィルタ７３のドットの色は、特に限定されないが、投光部１０により出射された光が当ることにより光のスポットが見えるように明るい色を用いることが好ましい。例えば、ドットの色を白にすると、投光部１０により出射された光が当った場合に光のスポットがよく見える。
【０１３２】
なお、本例では、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドット密度を段階的に変化させているが、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドットの密度を連続的に変化させてもよい。
【０１３３】
また、本例では、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドットの横間隔および縦間隔の両方を変化させているが、領域Ｒ１から領域Ｒ７の順にドットの横間隔および縦間隔のいずれか一方を変化させてもよい。さらに、本例では、ドットの直径を一定としているが、ドットの直径を変えることによりドットの密度を変化させてもよい。
【０１３４】
図１８は受光部２０を前方から見た場合の斜視図であり、図１９は投光部１０により出射された光が受光部２０のスリット部材７１に当って光スポットが形成された状態を示す斜視図である。
【０１３５】
図１８に示すように、透明のレンズカバー７０を通してスリット部材７１の開口部７２が見えている。図１９に示すように、投光部１０により出射された光がレンズカバー７０に入射すると、スリット部材７１の開口部７２の長さが光の幅よりも小さいため、光の幅方向における両端がスリット部材７１に当り、開口部７２の両側に光スポットＳＡ，ＳＢが形成される。開口部７２の両側に光スポットＳＡ，ＳＢが均等に形成されるように、投光部１０と受光部２０との間の位置関係を調整することにより、光の幅方向および厚み方向において投光部１０と受光部２０との光軸合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【０１３６】
また、光学式検出器による検出中に、投光部１０と受光部２０との光軸がずれているか否かを容易に確認することができるとともに、投光部１０と受光部２０との光軸合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【０１３７】
さらに、被検出物体が光の幅方向の外側から検出領域に進入する場合に、被検出物体が検出領域に進入する前にスリット部材７１に被検出物体の影が形成されるので、被検出物体の進入タイミングを把握することができる。
【０１３８】
また、スリット部材７１の開口部７２の両側に光スポットＳＡ，ＳＢが均等に形成されるように、投光部１０と受光部２０との間の位置関係を調整することにより、光の中心をレンズカバー７０の網点フィルタ７３の中心に容易に位置決めすることができる。それにより、光量分布を容易に均一にすることができる。
【０１３９】
また、網点フィルタ７３は、レンズカバー７０に印刷により形成されるので、安価に作製することができる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１４０】
投光部１０に網点フィルタ７３を設けることも可能であるが、投光部１０に網点フィルタ７３を設けた場合、投光側で光の干渉が生じるため、網点フィルタ７３は、本例のように受光部２０に設けることが好ましい。上記のように、投光部１０から出力される光は平行光であるので、投光部１０から受光部２０までの距離が変化しても光量分布は変化しない。そのため、投光部１０から出射される光の強度分布に応じて網点フィルタ７３のドットの密度を設定することにより、投光部１０から受光部２０までの距離にかかわらず網点フィルタ７３の透過光量の分布を一定にすることができる。
【０１４１】
図２０は本発明の第５の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。図２０の光学式検出器は、ヘッド分離型の光学式検出器である。図２０においては、受光部の図示を省略している。
【０１４２】
図２０の光学式検出器は、投光用ヘッド部１０ａおよび本体部１０ｂを備える。投光用ヘッド部１０ａが図１および図２の投光部１０と異なるのは、ケーシング１１ａ内に発光素子１３、投光回路基板１６およびミラー１７を含まない点である。
【０１４３】
一方、本体部１０ｂは、ケーシング１１ｂに発光素子１３、レンズ１４ｃおよび投光回路基板１６を内蔵している。レンズ１４ｃは、発光素子１３の発光面の前方に配置されている。
【０１４４】
投光用ヘッド部１０ａと本体部ｂとは光ファイバ５０により接続されている。発光素子１３から発生された光は本体部１０ｂのレンズ１４ｃにより集光され、光ファイバ５０を通して投光用ヘッド部１０ａに伝送される。投光用ヘッド部１０ａにおいて光ファイバ５０の先端から出射された光は、レンズ１４により平行光に変換され、ミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された光３０は、プリズム１５の入射面１５１に入射し、入射面１５１で屈折され、出射面１５２を透過して投光窓１２から出射される。
【０１４５】
なお、受光部が受光素子および受光回路基板を含まず、本体部１０ｂが受光素子、レンズおよび受光回路基板を含み、受光部と本体部１０ｂとが光ファイバにより接続されてもよい。
【０１４６】
本実施の形態の光学式検出器の他の部分の構成は、図１および図２の光学式検出器の構成と同様である。
【０１４７】
本実施の形態の光学式検出器においては、投光用ヘッド部１０ａから均一で高い強度分布を有しかつ広い幅を有する光が検出領域に投射される。したがって、より正確に被検出物体の有無、寸法、形状に関する情報等を検出することができる。
【０１４８】
また、プリズム１５を用いることにより光の平行度を向上させることができるので、投光部１０から平行度の高い光を出射することが可能となる。また、プリズム１５に入射させる光の入射角を調整することにより投光部１０から出射される光の幅を任意に設定することが可能となる。
【０１４９】
さらに、プリズム１５は、形状が単純であり、加工が容易であるため、安価に作製することができる。また、プリズム１５により光の平行度が向上されるので、安価なレンズ１４を用いることができるとともに、光学系の調整が容易になる。したがって、光学式検出器の低コスト化を図ることができる。
【０１５０】
上記実施の形態の光学式検出器において、発光素子１３としては、レーザダイオードに限らず、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の発光素子を用いることができる。
【０１５１】
また、受光部２０に投光部１０のプリズム１５と同様のプリズム２５またはレンズ２７が用いられているが、受光部２０にプリズム２５またはレンズ２７を設けずに、受光素子２３の代わりにＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサを設けてもよい。
【０１５２】
なお、本発明は、被検出物体に光を投射し、その透過光を受光することにより被検出物体に関する情報を検出する透過型の光学式検出器に限らず、被検出物体に光を投射し、その反射光を受光することにより被検出物体に関する情報を検出する反射型の光学式検出器にも同様に適用することができる。
【０１５３】
また、本発明は、光電センサ、光学スキャナ、光学式形状測定器、レーザーポインタ等の種々の光学式検出器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。
【図２】図１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【図３】図１の光学式検出器の原理を説明するための図である。
【図４】光の屈折を説明するための図である。
【図５】プリズムを用いて光の平行度を向上させる方法を説明するための模式図である。
【図６】プリズムを用いることにより光の平行度が向上する理由を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。
【図８】図７の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す斜視図である。
【図１０】図９の光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る光学式検出器の投光部の内部構造を示す斜視図である。
【図１２】図１１の光学式検出器の投光部の内部構造を示す平面図である。
【図１３】受光部の他の例を示す内部の平面図である。
【図１４】（ａ）はレンズカバーの斜視図、（ｂ）はスリット部材の斜視図である。
【図１５】レンズカバーの平面図である。
【図１６】レンズカバーの半分の拡大平面図である。
【図１７】図１６の網点フィルタの一部の拡大平面図である。
【図１８】受光部を前方から見た場合の斜視図である。
【図１９】投光部により出射された光が受光部のスリット部材に当って光スポットが形成された状態を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る光学式検出器の内部構造を示す平面図である。
【図２１】従来の透過型の光学式検出器の基本構成を示す模式図である。
【図２２】従来の光学式検出器の一例を示す模式図および光の照射面の位置と光の強度との関係を示す図である。
【図２３】従来の光学式検出器の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０，１０ｃ 投光部
１０ａ 投光用ヘッド部
１０ｂ 本体部
１１，２１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ケーシング
１２ 投光窓
１３ 発光素子
１４，１４ｃ，２４，２７ レンズ
１４ａ，１４ｂ シリンドリカルレンズ
１５，２５ プリズム
１６，１９ 投光回路基板
１７ ミラー
１８ 遮蔽板
２２ 受光窓
２３ 受光素子
２６ 受光回路基板
３０ 光
７０ レンズカバー
７１ スリット部材
７２ 開口部
７３ 網点フィルタ
７５ ドット
１５１，２５２ 入射面
１５２，２５１ 出射面
ＳＡ，ＳＢ 光スポット
Claims (8)
- 検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、
光を発生する光源と、
前記光源により発生された光を反射する反射部材と、
前記反射部材により反射された光を屈折して検出領域に投射する投光用プリズムとを備え、
前記投光用プリズムは、
前記反射部材により反射された光が９０度よりも小さい入射角で入射する第１の面と、
前記第１の面に対して所定の角度をなし、前記第１の面で屈折した光を出射する第２の面とを有することを特徴とする光学式検出器。 - 前記投光用プリズムの前記第１の面で屈折した光が前記第２の面に対して垂直に入射するように、前記反射部材により反射された光と前記投光用プリズムの前記第１の面との間の角度および前記投光用プリズムの前記第１の面と前記第２の面との間の角度が設定されたことを特徴とする請求項１記載の光学式検出器。
- 前記光源により発生された光を平行光に変換して前記投光用プリズムの前記第１の面に入射させる光学部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光学式検出器。
- 前記投光用プリズムは前記第１の面を斜辺とする略三角形状を有し、
斜辺を有する略三角形状を有しかつ前記光源を駆動するための投光回路が設けられた投光回路用基板と、
前記投光用プリズムおよび前記投光回路用基板を収容する投光用ケーシングとをさらに備え、
前記投光用プリズムと前記投光回路用基板とは、互いに斜辺で対向するように前記投光用ケーシング内に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学式検出器。 - 前記発光素子は、前記投光用ケーシング内の前記投光用プリズムの前記第２の面の幅内の位置に設けられたことを特徴とする請求項４記載の光学式検出器。
- 前記投光用プリズムの前記第１の面と前記投光回路用基板の斜辺との間に設けられた遮蔽部材をさらに備えたことを特徴とする請求項４または５記載の光学式検出器。
- 前記投光用プリズムから投射された光に基づく帰還光を集光する受光用レンズと、
前記受光用レンズにより集光された光を受光する受光素子とをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学式検出器。 - 検出領域に光を投射し、検出領域からの帰還光に基づいて被検出物体に関する情報を検出する光学式検出器であって、
検出領域に所定幅の光を投射する投光部と、
前記投光部から投射された光を受光する受光部とを備え、
前記受光部は、
受光素子と、
前記受光素子を収容するとともに受光窓を有するケーシングと、
前記受光窓を覆うように設けられ、光を拡散反射する複数の網点を有する透光性部材と、
前記投光部から投射される光の幅よりも小さな幅の開口部を有し、前記前記透光性部材を透過する光の幅を前記開口部の幅に制限する遮光手段とを備え、
前記透光性部材の前記複数の網点の密度は、前記投光部から投射される光の強度分布に応じて透過光の光量分布を均一にするように設定されたことを特徴とする光学式検出器。
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