JP4014670B2 - Optical sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光電スイッチ等の光センサとして、所定の大きさの光線束を出射する投光部と、この投光部から出射された光線束を入射する受光部とを有し、投光部の光線束出射面と受光部の入射面とを結ぶ光線束領域内、すなわち検出領域内に位置して光線束の一部あるいは全部の伝搬を遮ることにより物体を検出する光センサは良く知られている。
【0003】
図4は、このような光センサの構成例の概略を示すもので、1は投光部で、光源11、絞り12、凹レンズ13、反射部材14、凸レンズ15とで構成され、光源11から出射された光を絞り12、凹レンズ13、反射部材14を介して凸レンズ15に入射し、凸レンズ15で所定の大きさの平行光線束にして出射するようにされている。また、2は受光部で、凸レンズ21、反射部材22、光ファイバー23とで構成され、投光部1から出射された平行光線束を凸レンズ21に入射し、反射部材22を介して光ファイバー23の端面に集光するようにされている。なお、3は被検出物体である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成される光センサでは、光源11から出射される光は絞り12により絞られ全体の光量が少なく、また、光軸近傍は光量が多く光軸から遠くなるに連れ光量が減少して検出領域内の光量の分布が不均一となり、検出距離が長くとれないばかりでなく、検出領域の光量の少ない端部付近に位置する被検出物体の検出精度を高めなければならないという問題がある。
【0005】
さらには、特に投光部において、絞り12、凹レンズ13、反射部材14、凸レンズ15と部品点数が多く、これらの部品それぞれの配置位置の調整に手間どるという問題もある。
【0006】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、検出領域の光量の分布の均一化を図ることができるとともに、光学系の組立て部品点数を少なくし、光学系部品の配置位置の調整が簡単にできる光センサを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記(1)〜(5)とすることにより達成される。
【0011】
(1)光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第1の光学レンズと、前記第1の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第2の光学レンズを有し、前記第2の光学レンズから出射された光により、前記第1の光学レンズの出射面と前記第2の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第1の光学レンズの入射面と出射面および前記第2の光学レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つの面と対向して、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体を設けたことを特徴とする光センサ。
(2)上記の光センサにおいて、略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体と対向する光学レンズの面が第1及び/又は第2の光学レンズの入射面としてなることを特徴とする。
(3)光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第1の光学レンズと、前記第1の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第2の光学レンズを有し、前記第2の光学レンズから出射された光により、前記第1の光学レンズの出射面と前記第2の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第1の光学レンズの入射面と出射面および前記第2の光学レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つの面と対向して、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状の光透過開口を形成した遮蔽体を設けるとともに、前記第1の光学レンズと第2の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに入射面から入射した光を出射面へ反射する反射面を設けたことを特徴とする光センサ。
(4)光源からの光を入射面から入射し、入射した光を所定の大きさの光線束にして出射面から出射する第1の光学レンズと、前記第1の光学レンズから出射された光線束を入射面から入射し、入射した光を集束光にして出射面から出射する第2の光学レンズを有し、前記第2の光学レンズから出射された光により、前記第1の光学レンズの出射面と前記第2の光学レンズの入射面との間に位置する被検出物体を検出してなる光センサにおいて、前記第1の光学レンズと第2の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに入射面から入射した光を出射面へ反射する反射面を設け、前記第1の光学レンズと第2の光学レンズのいずれか一方のレンズまたは両方のレンズに形成した反射面の少なくとも一つ反射面を、光軸近傍では狭く、光軸から遠くなるにつれて広くなるように形成された略瓢箪形状としてなることを特徴とする光センサ。
(5)上記(1)〜(4)に記載の光センサにおいて、第1の光学レンズ及び/又は第2の光学レンズの入射面に凹レンズを形成する凹部を形成してなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光学レンズは、レンズの光の入射面あるいは出射面、レンズに反射面が形成されてある場合にはその反射面のいずれかの面に、その面に到達する光量の分布に対応した形状の遮蔽手段(反射面の場合は反射体を除く反射面自体の形状)、言い替えれば光軸近傍は出射光量を少なくし、光軸から遠くなるに連れ出射光量を多くする手段が形成されている。したがって、この光学レンズから出射される光量の分布は均一化される。
【0014】
また、本発明に係る光センサは、上記本発明に係る光学レンズを用いて構成される。したがって、光源から出射される光量の多くを利用でき、また、出射される光量の分布が均一化されることから、被検出物体の検出精度を簡単に高めることができ、更に、前記の本発明に係る光学レンズを投光部側に用いることにより、検出距離が長くとれる。更にまた、前記の本発明に係る光学レンズを投光部側に用いる場合に、前記レンズの入射面を凹面に形成し、その凹面の入射面に前記遮蔽手段を形成すると、部品点数の極めて少ない簡素な構造の光センサを得ることができる。
【0015】
【実施例】
以下、図1ないし図3を参照して本発明の実施例について説明する。図1は、本発明の実施例の光センサの投光部の構成を示す平面図、図2は本発明の実施例のレンズの斜視図、図3は、本発明の実施例の光センサの説明図である。なお図1ないし図3において対応する部分には同一の符号が付されている。
【0016】
まず、図3において、50は光センサで、61は投光部、81は受光部である。投光部61は、光を出射する開口63を形成した筐体62とこの筐体62の内部で光ファイバー64の端部を固定し、光ファイバー64内を伝搬してその先端面から出射する光を入射し、平行光線束90を出射するレンズが設けられている。筐体62の大きさは厚みcが約4mm、縦b及び横aが約20mmとされ、平行光線束90、すなわち被検出物体の検出領域は縦dが10mm、横eが3mmの断面長方形状とされている。
【0017】
受光部81は、平行光線束90を入射する開口83を形成した投光部61の筐体62と同程度の大きさの筐体82とこの筐体82の内部で光ファイバー84の端部を固定し、入射した平行光線束90を集光して光ファイバー84の端面に出射するレンズが設けられている。
【0018】
図1は、図3に示された光センサ50の投光部61の筐体62の片方側面を外して示す筐体62の内部の平面図で、66はレンズである。レンズ66および光ファイバー64の端部64aは筐体62の内側に形成された凹部65に嵌合させ、同様の凹部が形成された片方側面とにより挾んで固定される。
【0019】
レンズ66は、図示しない光源から光ファイバー64内を伝搬して光ファイバー64の端部64aの先端面から出射する光を入射する入射面67と球面状に形成された出射面68と平坦に形成された反射面69を備えた透明体の平板状で構成されている。図2は、レンズ66の斜視図で図1と併せ説明すると、入射面67には、底面を球面状にした細長い凹部70、つまり凹レンズが形成され、その凹部70の長さ方向に対する中央部の対向する側面を接近させて形成され、その凹部70の開口面は図2に示すように瓢箪形状の広狭の開口面71にされている。
【0020】
なお、このような凹部70、つまり凹レンズは、光ファイバー64の端部64aの先端面から出射される光の入射面67に対する入射角度による屈折を補正し直進性を維持するために形成されたものであり、また、開口面71の瓢箪形状は、光ファイバー64の先端面から出射する光量が中央部が多い場合であり、幅の狭い部分は光ファイバー64の端面から出射する光量、すなわち入射面67に到達する光量の分布に応じてその形状は変えられる。
【0021】
そして、開口面71を除く入射面67の面は、光ファイバー64の先端面から出射された光をレンズ66の肉厚内部に入射されないように乱反射あるいは反射する遮蔽面に形成されている。レンズ66の反射面69には反射体72がアルミ蒸着等により形成されていて、入射面67の開口面71から入射された光は反射体72で反射し、出射面68へ伝搬され、出射面68で光軸と平行する光線とされて外部、すなわち被検出物体の検出領域に出射される。なお、この実施例では、反射面69は広く形成され、その一部に反射体72を形成して実際の反射面とされている。したがって、反射体72以外の面に到達する光は外部に放出される。
【0022】
このように構成されるレンズ66は、入射される光が入射面67の開口面71の形状に従い光量の分布が開口面71の長手方向に対して均一化され、出射される光量の分布も被検出物体の検出領域の縦方向に対して均一化される。なお、この実施例では、レンズ66の反射面69は、入射光線軸と出射光線軸とのなす角度αが76度、反射面69と出射光線軸とのなす角度βが52度となる傾斜面にされている。
【0023】
上記の実施例では、レンズ66の入射面67に、その面に到達する光量の分布に対応した形状の遮蔽手段(瓢箪形状の入射部(開口面71)を除く部分)が形成されているが、このような遮蔽手段は出射面68に形成されても良く、また、反射面69に形成されても良い。この場合、反射体72を開口面71の瓢箪形状と同様に反射面69に到達する光量の分布に対応した広狭の形状とし、反射体72から外れる光を反射面69の反射体72以外の面から外部に放出し、この放出は、レンズ66の出射面68へ伝搬される光に対して遮蔽されることになる。
【0024】
更に、このような遮蔽手段は受光部81のレンズの入射面あるいは出射面に形成されても良い。この場合、投光部61のレンズにはこのような遮蔽手段を形成する必要はなくなる。なお、レンズに形成した反射面は必ず必要とするものではなく、光ファイバーの配置との関係により省略されても良い。
【0025】
また、上記の実施例では、光源から光ファイバー64内を伝搬してその先端面から出射する光を用いているが、発光素子等からなる光源自体を光ファイバー64の端部64aの位置に配置するようにしても良い。この場合、光ファイバー64は光源を駆動する電線に置き換えられる。同様に受光部81において、光ファイバー84に換えて電線ケーブルとし、入射した平行光線束90を集光して受光素子に出射するようにしても良い。
【0026】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光学レンズから出射される光量の分布は均一化され、被検出物体の検出精度を簡単に高めることができる。また、光ファイバーの端面等から出射される光量の多くを利用することができ、検出距離を長くすることができる。さらに、光学レンズに光学系の凹レンズ、遮蔽手段、反射面が形成されるので、光学系の組立て部品点数が少なく、光学系部品の配置位置の調整が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の光センサの投光部の構成を示す平面図である。
【図2】本発明の実施例のレンズの斜視図である。
【図3】本発明の実施例の光センサの説明図である。
【図4】光センサの一例の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
50 光センサ
61 投光部
62、82 筐体
63、83 開口
64、84 光ファイバー
65 筐体の凹部
66 光学レンズ
67 入射面
68 出射面
69 反射面
70 凹部(凹レンズ)
71 入射開口部
72 反射体
81 受光部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is related to an optical sensor.
[0002]
[Prior art]
As an optical sensor such as a photoelectric switch, it has a light projecting unit that emits a light bundle of a predetermined size, and a light receiving unit that receives the light bundle emitted from the light projecting unit, and emits the light bundle of the
[0003]
FIG. 4 shows an outline of a configuration example of such an optical sensor. Reference numeral 1 denotes a light projecting unit, which includes a light source 11, a
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the optical sensor configured as described above, the light emitted from the light source 11 is reduced by the
[0005]
Furthermore, particularly in the light projecting portion, there are a large number of parts such as the
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, it is possible to achieve uniform distribution of the light amount of the detection region, to reduce the assembling parts of the optical science system, the adjustment of the position of the optical components It is an object of the present invention to provide an optical sensor that can be simplified.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is achieved by the following (1) to (5).
[0011]
(1) Light from a light source is incident from an incident surface, and the incident light is converted into a bundle of rays having a predetermined size and emitted from an emission surface; and the light emitted from the first optical lens. A bundle is incident from the incident surface, and a second optical lens that emits the incident light as focused light and exits from the exit surface. The light emitted from the second optical lens is used to generate the bundle of light from the first optical lens. In an optical sensor configured to detect an object to be detected positioned between an exit surface and an entrance surface of the second optical lens, the entrance surface and the exit surface of the first optical lens, and the second optical lens Provided with a shield having a substantially bowl-shaped light transmission opening formed so as to face at least one of the entrance surface and the exit surface and to be narrow in the vicinity of the optical axis and widen with increasing distance from the optical axis. An optical sensor characterized by the above .
(2) In the above-described optical sensor, the surface of the optical lens facing the shield having a substantially bowl-shaped light transmission aperture is the incident surface of the first and / or second optical lens.
(3) A first optical lens that makes light from a light source incident from an incident surface, makes the incident light a bundle of rays having a predetermined size, and emits the light from the output surface; and a light beam emitted from the first optical lens. A bundle is incident from the incident surface, and a second optical lens that emits the incident light as focused light and exits from the exit surface. The light emitted from the second optical lens is used to generate the bundle of light from the first optical lens. In an optical sensor configured to detect an object to be detected positioned between an exit surface and an entrance surface of the second optical lens, the entrance surface and the exit surface of the first optical lens, and the second optical lens Provided with a shield having a substantially bowl-shaped light transmission opening formed so as to face at least one of the entrance surface and the exit surface and to be narrow in the vicinity of the optical axis and widen as the distance from the optical axis increases. The first optical lens and the second light Optical sensor is characterized by providing a reflective surface for reflecting the emission surface of the light incident from the incident surface on one of the lens or both lenses of the lens.
(4) A first optical lens that makes light from a light source incident from an incident surface, makes the incident light a bundle of rays having a predetermined size, and emits the light from the emission surface; and a light beam emitted from the first optical lens. A bundle is incident from the incident surface, and a second optical lens that emits the incident light as focused light and exits from the exit surface. The light emitted from the second optical lens is used to generate the bundle of light from the first optical lens. In an optical sensor configured to detect a detection object positioned between an emission surface and an incident surface of the second optical lens, either one or both of the first optical lens and the second optical lens A reflecting surface that reflects light incident from the incident surface to the exit surface is provided on at least one of the first optical lens and the second optical lens, or at least one of the reflecting surfaces formed on both lenses. One reflecting surface is narrow near the optical axis , An optical sensor, characterized by comprising a substantially gourd shape formed to be wider as distance from the optical axis.
(5) In the optical sensor according to (1) to (4), a concave portion for forming a concave lens is formed on the incident surface of the first optical lens and / or the second optical lens. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical lens according to the present invention corresponds to the distribution of the amount of light reaching the surface on either the light incident surface or the light exit surface of the lens, or when any reflective surface is formed on the lens. Shielding means with the shape (in the case of a reflecting surface, the shape of the reflecting surface itself excluding the reflector), in other words, a means for decreasing the amount of emitted light near the optical axis and increasing the amount of emitted light as the distance from the optical axis increases. ing. Therefore, the distribution of the amount of light emitted from the optical lens is made uniform.
[0014]
Moreover, the optical sensor according to the present invention is configured using the optical lens according to the present invention. Therefore, most of the amount of light emitted from the light source can be used, and since the distribution of the amount of emitted light is made uniform, the detection accuracy of the object to be detected can be easily increased. By using the optical lens according to the above on the light projecting unit side, the detection distance can be increased. Furthermore, when the optical lens according to the present invention is used on the light projecting portion side, if the incident surface of the lens is formed as a concave surface and the shielding means is formed on the incident surface of the concave surface, the number of parts is extremely small. An optical sensor having a simple structure can be obtained.
[0015]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a light projecting portion of an optical sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a lens according to the embodiment of the present invention, and FIG. It is explanatory drawing. In FIG. 1 to FIG. 3, the same reference numerals are given to corresponding parts.
[0016]
First, in FIG. 3, 50 is an optical sensor, 61 is a light projecting unit, and 81 is a light receiving unit. The
[0017]
The
[0018]
FIG. 1 is a plan view of the inside of the
[0019]
The
[0020]
Such a
[0021]
The surface of the
[0022]
In the
[0023]
In the above embodiment, the
[0024]
Further, such shielding means may be formed on the entrance surface or exit surface of the lens of the
[0025]
In the above-described embodiment, light that propagates from the light source through the
[0026]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the distribution of the amount of light emitted from the optical lens is made uniform, and the detection accuracy of the detected object can be easily increased. In addition, much of the amount of light emitted from the end face of the optical fiber can be used, and the detection distance can be increased. Further, since the concave lens, shielding means, and reflecting surface of the optical system are formed on the optical lens, the number of assembly parts of the optical system is small, and the adjustment of the arrangement position of the optical system parts becomes easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a configuration of a light projecting unit of an optical sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a lens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an outline of an example of an optical sensor.
[Explanation of symbols]
50
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