JP2019139830A - 限定反射型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能な限定反射型センサを提供する。【解決手段】発光部（１４ａ）からの出射光を出射光用レンズ（１２１）を介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズ（１２２）を介して受光部（１４ｂ）にて受光する限定反射型センサであって、出射光用レンズ（１２１）又は反射光用レンズ（１２２）は、物体検知領域と対向する第１面と、第１面と反対側の第２面を有するとともに、第２面においてそれぞれ物体検知領域に近い側のトロイダルレンズ領域（１２１ｂ，１２２ｂ）と、物体検知領域から遠い側の凸レンズ領域（１２１ａ、１２２ａ）とを有し、トロイダルレンズ領域（１２１ｂ，１２２ｂ）と凸レンズ領域（１２１ａ、１２２ａ）との境界位置は、出射光用レンズ又は反射光用レンズの中心位置とは異なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、センサに関し、特に発光部からの出射光を出射光用レンズを介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズを介して受光部にて受光する限定反射型センサに関する。

従来から、物体が所定の位置に存在するか否かを検出するためのセンサとして、物体の検知領域を限定して発光部から出射光を照射し、検知領域で物体により反射された反射光を受光部で受光する限定反射型センサが提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。

このような限定反射型センサでは、発光部から出射光用レンズを介して検知領域に対して出射光を照射し、受光用レンズを介して検知領域で物体により反射された反射光を受光部で受光する。受光部に反射光が入射すると、受光部により光が電気信号に変換されるため、受光部に生じる電圧変化を検出することで検知領域に物体が存在することを検知できる。したがって検知領域は、発光部から光が照射されるとともに受光部に光が到達できる範囲に限定される。このような検知領域の設定範囲は、出射光用レンズと受光用レンズの光学的設計により変更することが可能である。

特許文献１に示した従来技術の限定反射型センサでは、出射光用レンズと受光用レンズのそれぞれを非球面レンズとシリンドリカルレンズの組み合わせで構成している。これにより、内側に配したシリンドリカルレンズで近距離を検知し、外側に配した非球面レンズで遠距離を検知することで、近距離の検知範囲を維持したまま遠距離の検知範囲を拡大することができる。

特開２０１５−８１８０１号公報

上述した従来の限定反射型センサは、例えば近づいてくる物体を検出して一定の位置で停止させるために用いられるが、さらに広い範囲で物体を検知できることが望まれている。しかし、特許文献１の限定反射型センサでは、シリンドリカルレンズの曲率を変化させたとしても、より近距離の物体を検知することは、光学的設計の難易度が非常に高くなり困難であった。また、より近距離を検知領域に含めるためには、レンズを大型化して発光部および受光部の位置を変更する必要があり、限定反射型センサの小型化や設計自由度が低下してしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能な限定反射型センサを提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の限定反射型センサは、発光部からの出射光を出射光用レンズを介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズを介して受光部にて受光する限定反射型センサであって、前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズは、前記物体検知領域と対向する第１面と、第１面と反対側の第２面を有するとともに、前記第２面の投光側と受光側の少なくともどちらか一方においてそれぞれ前記物体検知領域に近い側のトロイダルレンズ領域と、前記物体検知領域から遠い側の凸レンズ領域とを有し、前記トロイダルレンズ領域と前記凸レンズ領域との境界位置は、前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズの中心位置とは異なっていることを特徴とする。

これにより、凸レンズ領域を用いて遠距離側での光照射と受光を行い、トロイダルレンズ領域を用いて近距離での光照射と受光を行うことで、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能となる。また、トロイダルレンズ領域と凸レンズ領域との境界位置がレンズの中心位置と異なることで、発光部と受光部を配置する設計の自由度が向上する。

また、本発明の一実施態様では、前記境界位置は、前記中心位置よりも前記トロイダルレンズ領域側に偏っている。

また、本発明の一実施態様では、前記境界位置は、前記中心位置よりも前記凸レンズ領域側に偏っている。

また、本発明の一実施態様では、前記出射光用レンズと前記反射光用レンズは一体に形成されており、前記第１面は略平坦面である。

また、本発明の一実施態様では、前記発光部又は前記受光部は、前記境界位置よりも前記凸レンズ領域側に偏った位置に配置されている。

本発明によれば、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能な限定反射型センサを提供することができる。

実施形態１に係る限定反射型センサ１０の構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は模式斜視図であり、図１（ｂ）は模式断面図である。 レンズ１２の詳細な構造について説明する模式断面図である。 発光部１４ａから照射される光を光線軌跡シミュレーションで計算した結果を示す図であり、図３（ａ）は従来のレンズを用いた例を示し、図３（ｂ）は本発明の凸レンズ部１２１ａと凹レンズ部１２１ｂを有するレンズ１２を用いた例を示している。 限定反射型センサ１０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂに入射する光の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。 レンズ１２を介しての発光部１４ａ内側からの光の照射と、受光部１４ｂ内側への光線について示す光線軌跡シミュレーションの結果である。 限定反射型センサ１０の光照射について詳しく説明する図であり、図６（ａ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの幅方向の光線を示し、図６（ｂ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの奥行方向の光線を示し、図６（ｃ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの幅方向の光線を示し、図６（ｄ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの奥行方向の光線を示している。 本実施形態の限定反射型センサ１０を用いた物体検出の距離特性を示すグラフである。 実施形態２に係る限定反射型センサ２０の構成を示す模式断面図である。 レンズ２２の詳細な構造について説明する模式断面図である。 限定反射型センサ２０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂで検出可能な領域の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る限定反射型センサ１０の構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は模式斜視図であり、図１（ｂ）は模式断面図である。図１（ａ）（ｂ）に示すように、限定反射型センサ１０は、筐体部１１とレンズ１２と、搭載基板１３と、発光部１４ａと、受光部１４ｂを備えている。

筐体部１１は、限定反射型センサ１０の外形を構成して各部を保持する筐体であり、図１では略直方体の箱状の例を示している。筐体部１１は、紫外光よりも長波長な光を透過しない材料で構成されており、例えば黒色に着色された樹脂を用いることができる。また、筐体部１１には取付部１１ａと、レンズ収容部１１ｂと、レンズ保持部１１ｃと、発光収容部１１ｄと、受光収容部１１ｅが設けられている。筐体部１１の形状は図１に示したものに限定されない。

取付部１１ａは、筐体部１１の一対の側壁から略水平方向に突出して形成された平板状の部分であり、各々の略中央には締結穴が貫通して形成されている。取付部１１ａは、限定反射型センサ１０を用いる装置等の各部に対して限定反射型センサ１０を位置決めして固定するための部分であり、例えば装置に設けられた螺合部に締結穴を位置決めして螺子等で固定することができる。

レンズ収容部１１ｂは、筐体部１１の側壁に囲まれた空間であり、上方開口部にレンズ１２が配置される。図１（ｂ）に示すように、レンズ収容部１１ｂの周囲にある側壁は、その上端でレンズ１２の周縁部を保持している。また、筐体部１１の一部は係止爪を形成しており、レンズ１２の対応する位置に設けられた係止部に嵌め込まれて、発光部１４ａ及び受光部１４ｂとレンズ１２との相対的位置を決めて保持している。

レンズ保持部１１ｃは、レンズ収容部１１ｂの略中央に立設された略平板状の部分であり、レンズ収容部１１ｂの発光側と受光側を区分するとともに、その上端部はレンズ１２の下面に当接している。レンズ保持部１１ｃでレンズ収容部１１ｂが受光側と発光側で区分されているため、レンズ収容部１１ｂ内を透過して発光部１４ａから受光部１４ｂに光が直接到達することを防止できる。

発光収容部１１ｄは、レンズ収容部１１ｂと連通して設けられた空間であり、さらに筐体部１１の底面側（図中下方）に貫通している。図１（ｂ）に示すように、発光収容部１１ｄには発光部１４ａが所定の位置に配置されている。

受光収容部１１ｅは、レンズ収容部１１ｂと連通して設けられた空間であり、さらに筐体部１１の底面側（図中下方）に貫通している。図１（ｂ）に示すように、受光収容部１１ｅには受光部１４ｂが所定の位置に配置されている。

レンズ１２は、樹脂等の透光性材料で構成され、発光部１４ａから出射された光を透過して所定の配光分布で外部に取り出すとともに、外部から入射した光を透過して受光部１４ｂに入射させる光学部材である。レンズ１２の具体的な構造については詳細を後述する。

搭載基板１３は、一方の面に発光部１４ａ及び受光部１４ｂを搭載する基板であり、図示しない配線層やコネクタ部を備えている。搭載基板１３を構成する材料は限定されず、プリント基板や金属基板、樹脂と金属の複合基板等の公知のものを用いることができる。図１（ｂ）に示すように、搭載基板１３は筐体部１１の底面側から位置決めして固定され、これにより発光部１４ａ及び受光部１４ｂが各々発光収容部１１ｄ及び受光収容部１１ｅに収容される。

発光部１４ａは、限定反射型センサ１０の外部から図示しないコネクタ部や配線等を介して電力および信号が伝達され、所定の波長で発光する部材である。発光部１４ａの具体的構成は限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などが挙げられる。発光部１４ａが発光する光の波長は、受光部１４ｂの吸収帯域に含まれていればよく、例えば赤外光が用いられる。また、発光部１４ａはレンズ等の光学部材を備えていてもよく、ＬＥＤチップからの発光を所望の配光特性で照射する。

受光部１４ｂは、所定波長の光を吸収して電気信号に変換し、図示しないコネクタ部や配線等を介して限定反射型センサ１０の外部に検出信号を送出する部材である。受光部１４ｂの具体的構成は限定されないが、例えばフォトトランジスタを用いることができる。受光部１４ｂは、発光部１４ａが照射する光の波長を吸収帯域に含んでいる。また、受光部１４ｂはレンズ等の光学部材を備えていてもよく、入射した光を効率よくフォトトランジスタに集光して検出する。

図１（ａ）（ｂ）に示した限定反射型センサ１０では、外部から搭載基板１３に供給された電力および信号が発光部１４ａに伝達され、発光部１４ａが発光した光は発光収容部１１ｄおよびレンズ収容部１１ｂを通ってレンズ１２に入射し、レンズ１２の曲面に応じた配光分布で限定反射型センサ１０の外部に光が照射される。また、物体を検知するための物体検知領域に物体が存在する場合には、発光部１４ａから照射された光は限定反射型センサ１０方向に反射され、レンズ１２に入射し、レンズ収容部１１ｂおよび受光収容部１１ｅを通って受光部１４ｂに入射する。受光部１４ｂでは受光した光の強度に応じた電圧が出力され、当該電圧値が物体を検知した信号として搭載基板１３を介して外部に伝達される。

図２は、レンズ１２の詳細な構造について説明する模式断面図である。図２では光学的な構造のみを説明するために係止部等の構造は図示を省略する。図２に示すようにレンズ１２は、出射光用レンズ１２１と、反射光用レンズ１２２と、平板部１２３と、フランジ部１２４とを備えている。出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２とは、分離溝１２３ａで互いに分離した位置に形成されているが、平板部１２３およびフランジ部１２４と一体にレンズ１２が成形されている。出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２をレンズ１２として一体に成形することで、筐体部１１にレンズ１２を位置決めするだけで、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のそれぞれが発光部１４ａと受光部１４ｂに対して位置決めでき、組立工程を簡略化するとともに位置決め精度も向上させることができる。本実施形態では出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２を一体に成形した例を示したが、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２を完全に分離した構成としてもよい。

平板部１２３は、レンズ１２の上端部を形成する略平板状の部分であり、その下面側に出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２が一体に形成されている。平板部１２３の上面は略平坦面な入出射面１２３ｂであり、入出射面１２３ｂは本発明における第１面に相当し、物体検知領域に対向して配される。したがって、限定反射型センサ１０においては、平板部１２３の入出射面１２３ｂを介して物体検知領域への発光と物体検知領域からの受光が行われる。レンズ１２が平板部１２３を有していることにより、限定反射型センサ１０の外部にレンズ１２が突出せず、省スペース化や汚れの付着を抑制することができる。

フランジ部１２４は、平板部１２３よりも薄肉で平板部１２３の外周を囲んで形成された部分であり、筐体部１１の側壁に嵌合されてレンズ１２を筐体部１１に位置決めおよび固定する部分である。

分離溝１２３ａは、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２の間を分離して平板部１２３の裏面にまで到達する溝であり、図１に示したようにレンズ保持部１１ｃが挿入されることでレンズ１２を位置決め及び保持される。出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のうち、分離溝１２３ａで露出した面は図２に示すようにテーパー形状とされており、レンズ保持部１１ｃの挿入と位置決めが容易とされている。

出射光用レンズ１２１及び反射光用レンズ１２２は、それぞれ入出射面１２３ｂと反対側が本発明における第２面として形成されており、第２面がそれぞれ凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂを有している。

凸レンズ部１２１ａ，１２２ａは、それぞれ出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のうち、分離溝１２３ａから遠い領域に設けられており、下方に凸形状の非球面レンズを構成している。物体検知領域は、分離溝１２３ａの上方に位置しているため、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａは、それぞれ物体検知領域から遠い側に位置することになる。

凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂは、それぞれ出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のうち、分離溝１２３ａに近い領域に設けられており、下方に凹形状のトロイダルレンズ領域を構成している。物体検知領域は、分離溝１２３ａの上方に位置しているため、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂは、それぞれ物体検知領域に近い側に位置することになる。

図２に示すように、出射光用レンズ１２１及び反射光用レンズ１２２のうち平板部１２３の裏面に接する範囲をそれぞれレンズ幅１２１Ｗ，１２２Ｗと定義する。このとき、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置は、レンズ幅１２１Ｗ，１２２Ｗの中心位置とは異なり、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ側に偏っている。トロイダルレンズ領域を構成する凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂと凸レンズ部１２１ａ，１２２ａの境界位置を変更することで、近距離側に照射する光量と長距離側に照射する光量を自由に選択できる。また、発光部１４ａと受光部１４ｂの位置は、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置よりも外側である凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ側に偏っている。

図３は、発光部１４ａから照射される光を光線軌跡シミュレーションで計算した結果を示す図であり、図３（ａ）は従来のレンズを用いた例を示し、図３（ｂ）は本発明の凸レンズ部１２１ａと凹レンズ部１２１ｂを有するレンズ１２を用いた例を示している。図３（ａ）（ｂ）では発光部１４ａからの発光についてのみ示しているが、受光部１４ｂへの光の入射は説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、発光部１４ａからの光はレンズの入射面と出射面で屈折され、物体検知領域方向に光が照射される。このとき、レンズの外側領域からの光は遠距離に対して照射され、レンズの内側領域からの光は近距離に対して照射される。図３（ｂ）に示すように、本実施形態の限定反射型センサ１０でも、レンズ１２の外側が凸レンズ部１２１ａであり遠距離に対して光を照射し、レンズ１２の内側が凹レンズ部１２１ｂであり近距離に光を照射している。図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると、本実施形態のレンズ１２を用いることで、凹レンズ部１２１ｂからの近距離への光の照射範囲が拡大し、物体検知領域をより近距離にまで拡大できることがわかる。近距離側にも光を照射できているため、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。

図４は、限定反射型センサ１０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂに入射する光の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。限定反射型センサ１０では、レンズ１２の出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２が形成されており、発光部１４ａと受光部１４ｂも左右に設けられているため、光の照射範囲と受光範囲とは図４に示したようになっている。図４中に太線で囲んだ領域は、発光部１４ａから光が照射されるとともに受光部１４ｂに光が入射する領域であり、物体検知領域Ｒとなっている。図３（ｂ）に示したように、本実施形態のレンズ１２を用いることで、光の照射範囲が近距離側に拡大されているため、物体検知領域Ｒも近距離側に拡大されている。

図５は、レンズ１２を介しての発光部１４ａ内側からの光の照射と、受光部１４ｂ内側への光線について示す光線軌跡シミュレーションの結果である。図５に示すように、発光部１４ａからの光は凸レンズ部１２１ａを通って図中黒丸で示した遠距離側のクロスポイントで集光される。これにより、クロスポイントにおける光強度を向上することができるため、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。

図６は、限定反射型センサ１０の光照射について詳しく説明する図であり、図６（ａ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの幅方向の光線を示し、図６（ｂ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの奥行方向の光線を示し、図６（ｃ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの幅方向の光線を示し、図６（ｄ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの奥行方向の光線を示している。ここで幅方向とは図１（ｂ）に示した限定反射型センサ１０の左右方向を示し、奥行き方向とは図１（ｂ）の紙面に垂直方向を示している。

図６（ａ）（ｂ）に示すように、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａは非球面レンズの凸レンズであるため、幅方向および奥行き方向で遠距離側のクロスポイントに対して光を集光している。これにより、クロスポイントにおける光強度を向上することができるため、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。

一方、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂはトロイダルレンズであるため、幅方向は近距離側に光を照射するが、奥行き方向は図６（ｄ）中に黒丸で示すクロスポイントに光を集光している。また、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの奥行き方向でのクロスポイントは、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａのクロスポイントよりも近距離側に設定されている。これにより、近距離側でのクロスポイントにおける光強度を向上することができるため、近距離に位置する物体を検知することができるようになる。

図７は、本実施形態の限定反射型センサ１０を用いた物体検出の距離特性を示すグラフである。図中において横軸は限定反射型センサ１０のレンズ１２表面からの距離を示し、縦軸は受光部１４ｂで検出した出力の強度を規格化して示している。また、図中破線は従来技術である凸レンズを用いた比較例を示し、図中実線は本実施形態における限定反射型センサ１０を用いた実施例を示している。

図７に示したように、本実施形態の限定反射型センサ１０では、従来の凸レンズを用いた場合と比較して近距離側での受光出力が大幅に向上している。また、遠距離側での受光出力も大きく向上している。したがって、本実施形態の限定反射型センサ１０では、近距離に物体が存在する場合にも発光部１４ａから物体に対して照射する光を強くし、物体で反射されて受光部１４ｂに入射する光量を大きくすることができている。これにより、近距離での物体検出精度も向上し、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。

以上に述べたように本実施形態の限定反射型センサ１０では、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２がそれぞれ凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂを備えている。これにより、物体検知領域Ｒの遠距離側を凸レンズ部１２１ａ，１２２ａで拡大し、近距離側を凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂで拡大して、限定反射型センサ１０での検知範囲を拡大することができる。また、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置がレンズ幅１２１Ｗ，１２２Ｗの中心位置とは異なっているので、近距離側と遠距離側の配光を設計する際の自由度が向上する。特に、境界位置を中心位置よりも外側に偏らせると、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの領域が凸レンズ部１２１ａ，１２２ａよりも広くなり、近距離側への配光を多くして近距離側での検出精度をさらに向上させることができる。

また、発光部１４ａと受光部１４ｂが、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置よりも外側に位置しているため、より設計の自由度が向上するとともに近距離側への配光を多くすることが可能である。また、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能である。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について、図面を参照して説明する。実施形態１と重複する内容は説明を省略する。図８は、実施形態２に係る限定反射型センサ２０の構成を示す模式断面図である。図８に示すように、限定反射型センサ２０は、筐体部１１とレンズ２２と、搭載基板１３と、発光部１４ａと、受光部１４ｂを備えている。本実施形態の限定反射型センサ２０は、レンズ２２のみが実施形態１の限定反射型センサ１０と異なっており、他の構成は同じでレンズ１２とレンズ２２を置き換えただけとなっている。

図９は、レンズ２２の詳細な構造について説明する模式断面図である。図９に示すようにレンズ２２は、出射光用レンズ２２１と、反射光用レンズ２２２と、平板部２２３と、フランジ部２２４とを備えている。出射光用レンズ２２１と反射光用レンズ２２２とは、分離溝２２３ａで互いに分離した位置に形成されているが、平板部２２３およびフランジ部２２４と一体にレンズ２２が成形されている。

出射光用レンズ２２１及び反射光用レンズ２２２は、それぞれ入出射面２２３ｂと反対側が本発明における第２面として形成されており、第２面がそれぞれ凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂを有している。

図９に示すように、出射光用レンズ２２１及び反射光用レンズ２２２のうち平板部１２３の裏面に接する範囲をそれぞれレンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗと定義する。このとき、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置は、レンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗの中心位置とは異なり、凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂ側に偏っている。また、発光部１４ａと受光部１４ｂの位置は、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置よりも外側である凸レンズ部２２１ａ，２２２ａ側に偏っている。

本実施形態の限定反射型センサ２０でも、レンズ２２の外側が凸レンズ部２２１ａであり遠距離に対して光を照射し、レンズ２２の内側が凹レンズ部２２１ｂであり近距離に光を照射している。したがって、本実施形態のレンズ２２を用いることで、凹レンズ部２２１ｂからの近距離への光の照射範囲が拡大し、物体検知領域をより近距離にまで拡大できめ、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。

図１０は、限定反射型センサ２０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂで検出可能な領域の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。図１０に示したように本実施形態では、遠距離側に物体検知領域を拡大している。また、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置が、レンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗの中心位置よりも凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂ側に偏っていることで、遠距離側への配光を多くして遠距離に照射される光量を多くすることができる。これにより遠距離側での光強度を高めて物体の検出精度を向上させ、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。

以上述べたように本実施形態の限定反射型センサ２０でも、出射光用レンズ２２１と反射光用レンズ２２２がそれぞれ凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂを備えている。これにより、物体検知領域Ｒの遠距離側を凸レンズ部２２１ａ，２２２ａで拡大し、近距離側を凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂで拡大して、限定反射型センサ２０での検知範囲を拡大することができる。また、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置がレンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗの中心位置とは異なっているので、近距離側と遠距離側の配光を設計する際の自由度が向上する。特に、境界位置を中心位置よりも内側に偏らせると、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａの領域が凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂよりも広くなり、遠距離側への配光を多くして遠距離側での検出精度をさらに向上させることができる。

また、発光部１４ａと受光部１４ｂが、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置よりも外側に位置しているため、より設計の自由度が向上するとともに近距離側への配光を多くすることが可能である。また、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能である。

さらに、本発明の限定反射型センサ１０，２０では、レンズ１２とレンズ２２を交換するだけで物体検知領域Ｒの近距離側と遠距離側への配光を制御でき、他の部品を共通化できる。これは、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂの境界位置をレンズ幅の中心位置と異ならせることで、光学的設計の自由度が向上するため、発光部１４ａと受光部１４ｂの配置等を変更する必要がないためである。

凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂの境界位置をレンズ幅の中心位置と異ならせてレンズ１２，２２の光学的設計の自由度が向上することで、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂの厚さを低減することもでき、レンズ１２，２２および限定反射型センサ１０，２０の小型化を図ることもできる。

なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０，２０…限定反射型センサ
１１…筐体部
１２，２２…レンズ
１３…搭載基板
１４ａ…発光部
１４ｂ…受光部
１１ａ…取付部
１１ｂ…レンズ収容部
１１ｃ…レンズ保持部
１１ｄ…発光収容部
１１ｅ…受光収容部
１２１，２２１…出射光用レンズ
１２２，２２２…反射光用レンズ
１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａ…凸レンズ部
１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂ…凹レンズ部
１２１Ｗ，２２１Ｗ…レンズ幅
１２３，２２３…平板部
１２３ａ，２２３ａ…分離溝
１２３ｂ，２２３ｂ…入出射面
１２４，２２４…フランジ部

Claims (5)

1. 発光部からの出射光を出射光用レンズを介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズを介して受光部にて受光する限定反射型センサであって、
   前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズは、前記物体検知領域と対向する第１面と、第１面と反対側の第２面を有するとともに、前記第２面の投光側と受光側の少なくともどちらか一方において前記物体検知領域に近い側のトロイダルレンズ領域と、前記物体検知領域から遠い側の凸レンズ領域とを有し、
   前記トロイダルレンズ領域と前記凸レンズ領域との境界位置は、前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズの中心位置とは異なっていることを特徴とする限定反射型センサ。
2. 請求項１に記載の限定反射型センサであって、
   前記境界位置は、前記中心位置よりも前記トロイダルレンズ領域側に偏っていることを特徴とする限定反射型センサ。
3. 請求項１に記載の限定反射型センサであって、
   前記境界位置は、前記中心位置よりも前記凸レンズ領域側に偏っていることを特徴とする限定反射型センサ。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の限定反射型センサであって、
   前記出射光用レンズと前記反射光用レンズは一体に形成されており、前記第１面は略平坦面であることを特徴とする限定反射型センサ。
5. 請求項１から４の何れか一つに記載の限定反射型センサであって、
   前記発光部又は前記受光部は、前記境界位置よりも前記凸レンズ領域側に偏った位置に配置されていることを特徴とする限定反射型センサ。