JP6042670B2

JP6042670B2 - Retroreflective sensor

Info

Publication number: JP6042670B2
Application number: JP2012200175A
Authority: JP
Inventors: 圭祐松江
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: JP2014056911A

Description

本発明は、反射型偏光子を用いた回帰反射型センサに関するものである。 The present invention relates to a retroreflective sensor using a reflective polarizer.

検出対象物を検知する方法として、回帰反射型センサが知られている。回帰反射型センサは、投光素子、回帰反射板及び受光素子からなる。投光素子と回帰反射板とを所定距離だけ隔てて対向するように配置する。そして、投光素子から出た光が回帰反射板で反射し、戻ってきた光を受光素子によって受光されるか、光路上の検出対象物により遮られて光を受光素子によって受光できないか、を検出することにより、検出対象物の有無を検出する。 As a method for detecting a detection target, a regression reflection type sensor is known. The retroreflective sensor includes a light projecting element, a retroreflecting plate, and a light receiving element. The light projecting element and the retroreflection plate are arranged to face each other with a predetermined distance therebetween. Then, whether the light emitted from the light projecting element is reflected by the return reflection plate and the returned light is received by the light receiving element or is blocked by the detection target on the optical path and cannot be received by the light receiving element. By detecting, the presence or absence of the detection target is detected.

回帰反射型センサには、反射型偏光子を用いるタイプがある。このタイプでは、投光素子及び回帰反射板間の光路上に、いわゆるＰ波のみを通過させる反射型偏光子を配置している。 The retroreflective sensor includes a type that uses a reflective polarizer. In this type, a reflective polarizer that allows only so-called P waves to pass is disposed on the optical path between the light projecting element and the return reflection plate.

図１は、従来の回帰反射型センサを示す概略図である。図１に示す回帰反射型センサ１０では、投光素子１１を出た光１２ａは、投光素子１１と回帰反射板１３との間に配置された反射型偏光子１４において、光１２ａのうちＰ波のみが通過し、直線偏光の光１２ｂに変換される。次いで、光１２ｂは、回帰反射板１３により正反対方向に反射され、且つ、偏光軸が９０°変換され、Ｓ波として戻ってくる。この光１２ｃは、反射型偏光子１４に戻り、ここで、光１２ｄは、その光路に対して９０°方向、つまり受光素子１５に向かって反射し、受光素子１５により受光される。 FIG. 1 is a schematic view showing a conventional retroreflective sensor. In the retroreflective sensor 10 shown in FIG. 1, the light 12 a emitted from the light projecting element 11 is reflected by P in the light 12 a in the reflective polarizer 14 disposed between the light projecting element 11 and the retroreflective plate 13. Only the wave passes and is converted to linearly polarized light 12b. Next, the light 12b is reflected in the opposite direction by the regressive reflecting plate 13, the polarization axis is converted by 90 °, and returns as an S wave. The light 12 c returns to the reflective polarizer 14, where the light 12 d is reflected by 90 ° with respect to the optical path, that is, toward the light receiving element 15 and received by the light receiving element 15.

回帰反射型センサ１０は、光源である投光素子１１の出力量に限界があるため、投光素子１１と回帰反射板１３との距離が離れると、受光素子１５に入ってくる光量が少なくなり、感度が低下するという問題がある。 Since the retroreflective sensor 10 has a limit on the output amount of the light projecting element 11 that is a light source, the amount of light entering the light receiving element 15 decreases as the distance between the light projecting element 11 and the retroreflective plate 13 increases. There is a problem that sensitivity is lowered.

この問題を解決するために、従来、受光素子１５に入ってくる光量（受光量）を増加させる方法として、反射型偏光子１４と受光素子１５との間であって受光素子１５の直前に凸レンズからなる受光レンズを設置し、反射型偏光子１４からの光を受光素子１５に集光することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In order to solve this problem, conventionally, as a method of increasing the amount of light (the amount of received light) that enters the light receiving element 15, a convex lens is provided between the reflective polarizer 14 and the light receiving element 15 and immediately before the light receiving element 15. It has been proposed to install a light receiving lens composed of the above and to collect the light from the reflective polarizer 14 onto the light receiving element 15 (see, for example, Patent Document 1).

特開２００６−３５１６８０号公報JP 2006-351680 A

しかしながら、特許文献１に記載されている回帰反射型センサにおいては、検出の感度を上げるために、受光レンズを追加しているため、コストがかかり、装置が大きくなる場合がある。 However, in the retro-reflective sensor described in Patent Document 1, a light receiving lens is added to increase the detection sensitivity. Therefore, the cost increases and the apparatus may become large.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型かつ安価で高感度な検知ができる回帰反射型センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a retroreflective sensor that is small, inexpensive, and capable of highly sensitive detection.

本発明者は、曲面形成された反射型偏光子を用いることにより、光を集光する構成とし、光の検出感度を向上し、かつ小型で安価な回帰反射型センサを実現することを見出した。 The present inventor has found that by using a reflective polarizer with a curved surface, it is configured to collect light, improve the light detection sensitivity, and realize a small and inexpensive retroreflective sensor. .

本発明の回帰反射型センサは、光を照射する投光素子と、前記投光素子に対向し且つ離間して配置された回帰反射板と、前記投光素子及び前記回帰反射板間の光路上に配置された反射型偏光子と、前記光路外に配置された受光素子と、を具備する回帰反射型センサであって、前記反射型偏光子は、前記投光素子が照射した光のうちＰ波成分のみを通過し、且つ、前記回帰反射板で偏光軸が略９０°回転して反射した光のＳ波成分を前記受光素子に向かって反射するとともに、前記反射型偏光子の前記回帰反射板側の光入射面が、前記受光素子に向って反射した光が前記受光素子の受光面上に集光するように凹面形状となっており、前記反射型偏光子の前記凹面の曲率半径が８０ｍｍ以下であり、前記反射型偏光子が微細凹凸構造を有するワイヤグリッド偏光子であり、前記微細凹凸構造の形成面が前記凹面側に配置されていることを特徴とする。 The retroreflective sensor according to the present invention includes a light projecting element that irradiates light, a regressive reflecting plate that is disposed facing and spaced from the light projecting element, and an optical path between the light projecting element and the regressive reflecting plate. And a light receiving element disposed outside the optical path, wherein the reflective polarizer is P of the light irradiated by the light projecting element. The S-wave component of the light that passes through only the wave component and reflected by the polarization reflection plate rotating by approximately 90 ° is reflected toward the light receiving element, and the return reflection of the reflective polarizer The light incident surface on the plate side has a concave shape so that the light reflected toward the light receiving element is condensed on the light receiving surface of the light receiving element, and the radius of curvature of the concave surface of the reflective polarizer is 80 mm or less, and the reflective polarizer has a fine uneven structure. A grid polarizer, wherein the forming surface of the fine concavo-convex structure is disposed on the concave side.

この構成により、反射型偏光子が、回帰反射板で反射した光が入射する側の面が凹面形状となるように曲面形成され、入射した光が、受光素子の方向に反射すると共に、受光素子の受光面に集光するようになっているので、受光素子の受光量を、受光レンズを用いることなく増加させることができる。この結果、小型且つ安価な回帰反射型センサで高感度な検出を実現することができる。 With this configuration, the reflective polarizer is curved so that the surface on which light reflected by the return reflector is incident is concave, and the incident light is reflected in the direction of the light receiving element. Therefore, the amount of light received by the light receiving element can be increased without using a light receiving lens. As a result, highly sensitive detection can be realized with a small and inexpensive retro-reflective sensor.

本発明の回帰反射型センサにおいては、前記投光素子と前記回帰反射子との間に配置された凸レンズをさらに具備することが好ましい。また、前記回帰反射板が前記凸レンズの焦点の位置にあることが好ましい。 In the retroreflective sensor of the present invention, it is preferable that the sensor further includes a convex lens disposed between the light projecting element and the retroreflector. Moreover, it is preferable that the regressive reflection plate is at a focal position of the convex lens.

この構成により、光を効率良く回帰反射板に向かわせることができ、さらに回帰反射型センサの感度を高くすることができる。 With this configuration, light can be efficiently directed to the retroreflective plate, and the sensitivity of the retroreflective sensor can be increased.

この構成により、ワイヤグリッド偏光子は２軸延伸や押圧加工に対して高い耐性を有しているため、その他の偏光板と比較して曲面形成時の光学特性の劣化を低減することができる。 With this configuration, since the wire grid polarizer has high resistance to biaxial stretching and pressing, it is possible to reduce deterioration of optical characteristics when forming a curved surface as compared with other polarizing plates.

また、前記ワイヤグリッド偏光子の基材が樹脂であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the base material of the said wire grid polarizer is resin.

また、前記ワイヤグリッド偏光子のピッチが１５０ｎｍ以下であることが好ましい。 The pitch of the wire grid polarizer is preferably 150 nm or less.

本発明によれば、小型かつ安価で高感度な検出が可能な回帰反射型センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a retroreflective sensor that is small, inexpensive, and capable of highly sensitive detection.

従来の回帰反射型センサを示す概略図である。It is the schematic which shows the conventional regressive reflection type sensor. 第１の実施の形態に係る回帰反射型センサを示す概略図である。It is the schematic which shows the regressive reflection type sensor which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the wire grid polarizer which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光層の２軸延伸を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows biaxial stretching of the wire grid polarizing layer which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施の形態に係る回帰反射型センサを示す概略図である。It is the schematic which shows the regressive reflection type sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施の形態に係る回帰反射型センサの他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the regressive reflection type sensor which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary.

図２は、第１の実施の形態に係る回帰反射型センサを示す概略図である。図２に示すように、回帰反射型センサ１００は、投光素子１０１を具備する。投光素子１０１は、所定の方向に向かって光１０２ａを照射する光源である。投光素子１０１は、例えば、ＬＥＤランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、低圧ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、及び、レーザーランプを挙げることができるが、これらに限定されることはない。ここで、光１０２ａは、自然光（非偏光）である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the retroreflective sensor according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the retroreflective sensor 100 includes a light projecting element 101. The light projecting element 101 is a light source that emits light 102a in a predetermined direction. Examples of the light projecting element 101 include, but are not limited to, LED lamps, metal halide lamps, mercury lamps, high pressure sodium lamps, low pressure sodium lamps, halogen lamps, and laser lamps. Here, the light 102a is natural light (non-polarized light).

投光素子１０１から照射された光１０２ａの光路上には、投光素子１０１から離間して反射型偏光子１０３が配置されている。反射型偏光子１０３は、入射される光１０２ａのうち、Ｐ波成分の光１０２ｂのみを通過させる。つまり、反射型偏光子１０３は、自然光である光１０２ａを、直線偏光である光１０２ｂに変換する。反射型偏光子１０３については後で詳細に説明する。 On the optical path of the light 102 a emitted from the light projecting element 101, a reflective polarizer 103 is disposed apart from the light projecting element 101. The reflective polarizer 103 allows only the P-wave component light 102b of the incident light 102a to pass therethrough. That is, the reflective polarizer 103 converts the light 102a that is natural light into light 102b that is linearly polarized light. The reflective polarizer 103 will be described in detail later.

なお、反射型偏光子において、入射光に対して反射する光をＳ波、透過する光をＰ波という。 In the reflective polarizer, the light reflected with respect to the incident light is referred to as an S wave, and the transmitted light is referred to as a P wave.

次に、反射型偏光子１０３を通過した光１０２ｂの光路上には、回帰反射板１０４が、投光素子１０１に対向し且つ離間して配置されている。回帰反射板１０４は、入射された光１０２ｂの偏光軸を略９０°回転させて、正反対（１８０°）方向に反射する。従って、反射した光１０２ｃはＳ波に変換される。回帰反射板１０４は、例えば、投光素子１０１に対向して配置される側の面に、多角錐形状（例えば、四角錐状又は六角錐状）や球面形状といった立体形状の突部が多数配列されることにより、立体反射面が形成されている。回帰反射板１０４は、例えば、コーナーキューブリフレクタ、ビーズ型リフレクタ、及び、１／４λ板の光の入射とは反対面にミラーを設けた反射体が挙げることができるが、これらに限定されることはない。また、回帰反射板１０３は、直線偏光を円偏光に変換する反射体でもあってもよい。 Next, on the optical path of the light 102 b that has passed through the reflective polarizer 103, the return reflection plate 104 is disposed so as to face the light projecting element 101 and be spaced apart. The retroreflection plate 104 rotates the polarization axis of the incident light 102b by approximately 90 ° and reflects it in the opposite direction (180 °). Therefore, the reflected light 102c is converted into an S wave. The retroreflective plate 104 has, for example, a large number of projections having a three-dimensional shape such as a polygonal pyramid shape (for example, a quadrangular pyramid shape or a hexagonal pyramid shape) or a spherical shape arranged on the surface disposed facing the light projecting element 101 As a result, a three-dimensional reflection surface is formed. Examples of the retroreflective plate 104 include, but are not limited to, a corner cube reflector, a bead-type reflector, and a reflector provided with a mirror on the surface opposite to the incident light of the 1 / 4λ plate. There is no. The regressive reflection plate 103 may also be a reflector that converts linearly polarized light into circularly polarized light.

回帰反射板１０４で反射した光１０２ｃは、反射型偏光子１０３に戻る。反射型偏光子１０３は、光１０２ｃが入射する側の面が、光１０２ｃの光路に対して略４５°をなすように傾斜して配置されている。本実施の形態では、斜め左下方向に傾斜している。また、反射型偏光子１０３は、Ｐ波成分のみを通過し、Ｓ波成分を反射するので、光１０２ｃは、その光路に対して９０°の方向に反射する。 The light 102 c reflected by the regressive reflection plate 104 returns to the reflective polarizer 103. The reflective polarizer 103 is disposed so that the surface on which the light 102c is incident is inclined so as to form approximately 45 ° with respect to the optical path of the light 102c. In the present embodiment, it is inclined obliquely in the lower left direction. Further, since the reflective polarizer 103 passes only the P wave component and reflects the S wave component, the light 102c is reflected in the direction of 90 ° with respect to the optical path.

反射型偏光子１０３で反射した光１０２ｄの光路上には、受光素子１０５が配置されている。受光素子１０５は、その受光面に入射した光を受けて電気に変換し、信号として出力する。受光素子１０５は、例えば、フォトダイオード及びフォトトランジスタが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 A light receiving element 105 is disposed on the optical path of the light 102 d reflected by the reflective polarizer 103. The light receiving element 105 receives the light incident on the light receiving surface, converts it into electricity, and outputs it as a signal. Examples of the light receiving element 105 include a photodiode and a phototransistor, but are not limited thereto.

上述のような構成からなる第１の実施の形態に係る回帰反射型センサ１００において、投光素子１０１及び回帰反射板１０４の間の光路上であって、反射型偏光子１０３よりも回帰反射板１０４側を、検出対象物（図示せず）が存在すると、光１０２ｂが遮られ、回帰反射板１０４に達しない。また、検出対象物が光を反射し得る場合であっても、そこで反射した光は、光１０２ｂと同じくＰ波成分のみからなるため、反射型偏光子１０３を通過し、受光素子１０５の方向に反射しない。この結果、受光素子１０５での受光量が低下し、検出対象物の有無を検知することができる。 In the retroreflective sensor 100 according to the first embodiment having the above-described configuration, it is on the optical path between the light projecting element 101 and the retroreflective plate 104 and is more reflective than the reflective polarizer 103. If an object to be detected (not shown) exists on the 104 side, the light 102 b is blocked and does not reach the regressive reflection plate 104. Even if the object to be detected can reflect light, the reflected light is composed of only the P-wave component in the same manner as the light 102 b, and therefore passes through the reflective polarizer 103 in the direction of the light receiving element 105. Does not reflect. As a result, the amount of light received by the light receiving element 105 is reduced, and the presence or absence of a detection target can be detected.

受光素子１０５は、例えば、受光量を検知し、しきい値と比較する。光路上に検出対象物が存在しない場合、光を遮る物がないために多くの受光量が得られて比較結果が１になるが、検出対象物が存在すると、光を遮断するため、比較結果が０になる。このようにして、検出対象物の有無を検知することができる。ただし、このような原理に限定されることはない。 For example, the light receiving element 105 detects the amount of received light and compares it with a threshold value. When there is no detection object on the optical path, there is no object that blocks light, so a large amount of received light is obtained and the comparison result is 1. However, when there is a detection object, the light is blocked, so the comparison result Becomes 0. In this way, the presence / absence of the detection object can be detected. However, it is not limited to such a principle.

第１の実施の形態に係る回帰反射型センサ１００においては、反射型偏光子１０３は、上述の光１０２ｃが入射する側の主面（以下、凹面という）１０６が、凹面形状となるように曲面形成されている。このように反射型偏光子１０３の凹面１０６の形状は、入射した光１０２ｃが、受光素子１０５の方向に反射すると共に、受光素子１０５の受光面の中心部、好ましくは中心の一点に向って集光するように配置され、凹面形状となっている。 In the retroreflective sensor 100 according to the first embodiment, the reflective polarizer 103 has a curved surface so that a main surface (hereinafter referred to as a concave surface) 106 on which the light 102c is incident has a concave shape. Is formed. As described above, the shape of the concave surface 106 of the reflective polarizer 103 is such that the incident light 102c is reflected in the direction of the light receiving element 105 and is concentrated toward the center of the light receiving surface of the light receiving element 105, preferably toward one point of the center. It is arranged to shine and has a concave shape.

より詳細には、反射型偏光子１０３の凹面１０６は、直径Φ（図示せず）を有し、点Ｏ_１を中心とした曲率半径Ｒを有する凹面鏡として機能する。反射型偏光子１０３は、さらに、上述のように入射する光１０２ｃの光軸に対し略４５°傾斜して配置しているので、曲率半径Ｒは、反射した光１０２ｄの焦点と受光素子１０５の中心とが合致するように決定されることが好ましい。 More specifically, the concave surface 106 of the reflective polarizer 103 functions as a concave mirror having a diameter Φ (not shown) and a radius of curvature R centered on the point O ₁ . Since the reflective polarizer 103 is further inclined at approximately 45 ° with respect to the optical axis of the incident light 102 c as described above, the radius of curvature R is determined by the focal point of the reflected light 102 d and the light receiving element 105. It is preferably determined so that the center coincides.

図１中、記号Ｄ１は、投光素子１０１の出光部と、反射型偏光子１０３の凹面１０６の中心Ｏ_２との距離（以下、投光素子距離という）を示している。また、記号Ｔは、反射型偏光子１０３の凹面１０６の中心Ｏ_２と受光素子１０５の受光面との距離（以下、受光素子距離という）を示している。 In FIG. 1, a symbol D < _b > 1 indicates a distance (hereinafter referred to as a light projecting element distance) between the light emitting portion of the light projecting element 101 and the center O ₂ of the concave surface 106 of the reflective polarizer 103. A symbol T indicates a distance between the center O ₂ of the concave surface 106 of the reflective polarizer 103 and the light receiving surface of the light receiving element 105 (hereinafter referred to as a light receiving element distance).

第１の実施の形態に係る回帰反射型センサ１００は、反射型偏光子１０３は曲面形成をする観点から、ワイヤグリッド偏光子を好適に用いることができる。ワイヤグリッド偏光子の具体例として、旭化成イーマテリアルズ社製ワイヤグリッド偏光フィルムを挙げることができる。図３は、第１の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子を示す断面模式図である。図３に示すように、ワイヤグリッド偏光子２００は、フィルム基材２０１と、例えば紫外線硬化樹脂で作られる微細凹凸構造２０２と、微細凹凸構造２０２の延在方向に沿う金属ワイヤ（ナノ金属ワイヤグリッド）２０３と、を備える。 In the retroreflective sensor 100 according to the first embodiment, a wire grid polarizer can be suitably used from the viewpoint that the reflective polarizer 103 forms a curved surface. As a specific example of the wire grid polarizer, a wire grid polarizing film manufactured by Asahi Kasei E-Materials can be mentioned. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the wire grid polarizer according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the wire grid polarizer 200 includes a film base 201, a fine concavo-convex structure 202 made of, for example, an ultraviolet curable resin, and a metal wire (nano metal wire grid) along the extending direction of the fine concavo-convex structure 202. 203).

ワイヤグリッド偏光子２００は曲面形成した場合においても、耐熱性および加工性の観点から、光学特性が低下しにくいので、更に高感度の回帰反射型センサ１００を実現できる。なお、反射型偏光子１０３としてワイヤグリッド偏光子を用いた場合には、ワイヤグリッド偏光子の微細凹凸構造の形成面が、凹面１０６側に配置されても、その反対の凸面側に配置されてもよいが、グリッド面を汚さないというハンドリングの観点で、凹面１０６側にグリッドが配置されているほうがよい。 Even when the wire grid polarizer 200 is formed into a curved surface, from the viewpoint of heat resistance and workability, the optical characteristics are unlikely to deteriorate, so that the highly reflective retroreflective sensor 100 can be realized. In addition, when a wire grid polarizer is used as the reflective polarizer 103, the formation surface of the fine concavo-convex structure of the wire grid polarizer is arranged on the opposite convex surface side even if it is arranged on the concave surface 106 side. However, from the viewpoint of handling that the grid surface is not soiled, it is better that the grid is arranged on the concave surface 106 side.

フィルム基材２０１の材質としては、曲面形成が行いやすいように樹脂が好ましい。具体的には、例えば、シクロオレフィン系ポリマー、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられ、加熱等で延伸可能なものであれば特に限定されないが、偏光光を崩さないため複屈折を有さないものが好ましい。また、フィルム基材２０１は、熱プレス等による成形で形成された形状を保持できるものが好ましい。 The material of the film base 201 is preferably a resin so that a curved surface can be easily formed. Specifically, for example, cycloolefin polymer, polycarbonate, triacetyl cellulose (TAC) and polyethylene terephthalate (PET) are mentioned, and there is no particular limitation as long as it can be stretched by heating or the like. Therefore, those having no birefringence are preferred. In addition, the film base 201 is preferably capable of maintaining the shape formed by molding by hot pressing or the like.

このような条件に適合するフィルム基材２０１の材質は、例えば、シクロオレフィン系ポリマー及びＴＡＣである。 Examples of the material of the film substrate 201 that meets such conditions include cycloolefin polymers and TAC.

フィルム基材２０１の厚みとしては、特に制限されないが、加熱延伸によるレンズ形状を形成する際の金型への形状追従性の観点から、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。 The thickness of the film substrate 201 is not particularly limited, but is preferably 200 μm or less and more preferably 100 μm or less from the viewpoint of shape followability to a mold when forming a lens shape by heat stretching. preferable.

ワイヤグリッド偏光子２００は、製品使用環境温度（例えば、１０５℃以上）又はフィルム基材のガラス転移点（Ｔｇ）以下に加熱した状態で、所望のレンズ形状金型に挟み、加熱、押圧、冷却により簡単に形成できる。例えば、フィルム基材２０１としてトリアセチルセルロースを用いる場合、ガラス転移点が１５０℃程度となるため、１０５℃〜１５０℃の加熱温度範囲で加工できる。 The wire grid polarizer 200 is sandwiched between a desired lens-shaped mold and heated, pressed, or cooled while being heated to a product use environment temperature (for example, 105 ° C. or higher) or a glass transition point (Tg) of a film substrate. Can be easily formed. For example, when triacetyl cellulose is used as the film substrate 201, the glass transition point is about 150 ° C., so that it can be processed in a heating temperature range of 105 ° C. to 150 ° C.

ワイヤグリッド偏光子２００を曲面形成する方法としては、所望の曲面形状が付与された金型を用いて、熱プレス成形や真空成形、圧空成形によって、ワイヤグリッド偏光子２００を加工して、曲面形状を成形することができる。 As a method of forming a curved surface of the wire grid polarizer 200, the wire grid polarizer 200 is processed by hot press molding, vacuum molding, or compressed air molding using a mold having a desired curved surface shape, and the curved surface shape is formed. Can be molded.

また、ワイヤグリッド偏光子２００を曲面形成することにより、ワイヤグリッド偏光子２００の面剛性が向上し、ワイヤグリッド偏光子２００単体で面形状を保持することが可能である。 In addition, by forming the wire grid polarizer 200 as a curved surface, the surface rigidity of the wire grid polarizer 200 is improved, and the surface shape can be maintained by the wire grid polarizer 200 alone.

また、ワイヤグリッド偏光子２００を支持枠により支持する場合には、支持枠に粘着又は接着等で固定することが可能である。ワイヤグリッド偏光子２００を平面形状で用いる場合、一般的にガラス等の透明剛性基板に粘着剤等を介して精密に貼り合せる必要がある。これに対して、第１の実施の形態によれば、ワイヤグリッド偏光子２００を曲面形成し、支持枠に貼りつけるだけでワイヤグリッド偏光子２００を固定することができ、加工コスト、組立コストの低減を図ることができる。 Further, when the wire grid polarizer 200 is supported by the support frame, it can be fixed to the support frame by adhesion or adhesion. When the wire grid polarizer 200 is used in a planar shape, it is generally necessary to precisely bond it to a transparent rigid substrate such as glass via an adhesive or the like. On the other hand, according to the first embodiment, the wire grid polarizer 200 can be fixed by simply forming the curved surface of the wire grid polarizer 200 and attaching it to the support frame. Reduction can be achieved.

ワイヤグリッド偏光子２００を曲面形成する場合、曲率や設置する角度は、光学設計によって、それぞれ光が集光する任意の曲率及び角度を持たせればよいが、曲面形成したワイヤグリッド偏光子２００は、曲率に応じて延伸されるため、ワイヤグリッド偏光子２００において曲率を決定する際、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
式（１）
０＜［（（（Ｄ２×（１＋ε１）×Ｄ３×（１＋ε２））／Ｄ２×Ｄ３）−１］×１００＜２００（％）
（式１中の記号は以下の通りの意味を示す。
ワイヤグリッド偏光子２００の曲面部の縦長さ；Ｄ２
ワイヤグリッド偏光子２００の曲面部の横長さ；Ｄ３
Ｄ２方向の引っ張りひずみ；ε１
Ｄ３方向の引っ張りひずみ；ε２） When the wire grid polarizer 200 is formed into a curved surface, the curvature and the installation angle may have an arbitrary curvature and angle at which light is collected depending on the optical design. Since the film is stretched according to the curvature, it is preferable to satisfy the following expression (1) when determining the curvature in the wire grid polarizer 200.
Formula (1)
0 <[(((D2 × (1 + ε1) × D3 × (1 + ε2)) / D2 × D3) −1] × 100 <200 (%)
(The symbols in Formula 1 have the following meanings.
Vertical length of curved surface portion of wire grid polarizer 200; D2
Horizontal length of curved surface portion of wire grid polarizer 200; D3
D2 direction tensile strain; ε1
D3 direction tensile strain; ε2)

図４に、ワイヤグリッド偏光子２００のワイヤグリッド偏光層２０４の曲面部の長さＤ２およびＤ３、引っ張りひずみの方向ε１、ε２を示す。曲面形成したワイヤグリッド偏光子２００の曲率が大きく、曲面部の高さが低い場合は、２軸延伸倍率が小さく、ワイヤグリッド偏光子２００の光学性能は変化しない。しかし、曲面部の曲率が小さく、基準面からの高さが高い場合、均等に２軸延伸されたとすると、面積ひずみで２００％超、ε１、ε２で各々４０％超となる。このため、ワイヤグリッド偏光子２００の金属ワイヤ２０３のピッチは少なくとも１．４倍に拡大する。したがって、ワイヤグリッド偏光子２００の延伸後に好適な偏光分離性能を有するためには、延伸前で金属ワイヤ２０３のピッチが１５０ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍピッチ以下であることがより好ましい。また、上記式（１）に示すように、縦横の曲率半径が異なっていてもよく、３次元の自由曲面で形成することもできる。 FIG. 4 shows the lengths D2 and D3 of the curved portion of the wire grid polarizing layer 204 of the wire grid polarizer 200 and the tensile strain directions ε1 and ε2. When the curvature of the curved wire grid polarizer 200 is large and the height of the curved surface portion is low, the biaxial stretching magnification is small, and the optical performance of the wire grid polarizer 200 does not change. However, when the curvature of the curved surface portion is small and the height from the reference surface is high, assuming that biaxial stretching is performed uniformly, the area strain exceeds 200%, and ε1 and ε2 each exceed 40%. For this reason, the pitch of the metal wires 203 of the wire grid polarizer 200 is enlarged at least 1.4 times. Therefore, in order to have a suitable polarization separation performance after the wire grid polarizer 200 is stretched, the pitch of the metal wires 203 is preferably 150 nm or less, and more preferably 100 nm or less before stretching. Further, as shown in the above formula (1), the vertical and horizontal radii of curvature may be different, and it may be formed by a three-dimensional free-form surface.

金属ワイヤ２０３の材質は、例えばアルミニウムである。 The material of the metal wire 203 is aluminum, for example.

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る回帰反射型光センサ１００において、反射型偏光子１０３が、回帰反射板１０４で反射した光１０２ｃが入射する側が凹面１０６となるように曲面形成され、入射した光１０２ｃが、受光素子１０５の方向に反射すると共に、受光素子１０５の受光面の中心に向って集光するようになっている。これにより、受光素子１０５の受光量を、従来のように受光レンズを用いることなく増加させることができる。この結果、小型且つ安価で回帰反射型光センサ１００により、高感度な検出を実現することができる。 As described above, in the retroreflective optical sensor 100 according to the first embodiment of the present invention, the reflective polarizer 103 has a concave surface 106 on the side where the light 102c reflected by the retroreflective plate 104 is incident. The incident light 102 c is reflected in the direction of the light receiving element 105 and condensed toward the center of the light receiving surface of the light receiving element 105. As a result, the amount of light received by the light receiving element 105 can be increased without using a light receiving lens as in the prior art. As a result, highly sensitive detection can be realized by the retroreflective optical sensor 100 that is small and inexpensive.

特に、反射型偏光子１０３にワイヤグリッド偏光子２００を用いた場合、ワイヤグリッド偏光子２００は、２軸延伸や押圧加工（エンボス加工）に対して高い耐性を有しているため、その他の偏光板と比較して曲面形成時の光学特性の劣化を低減することができる。 In particular, when the wire grid polarizer 200 is used for the reflective polarizer 103, the wire grid polarizer 200 has high resistance to biaxial stretching and pressing (embossing). Compared with the plate, it is possible to reduce the deterioration of the optical characteristics when the curved surface is formed.

次に、本発明の第２の実施に係る回帰反射型センサについて説明する。第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。図５は、第２の実施の形態に係る回帰反射型センサ３００を示す概略図である。第２の実施の形態に係る回帰反射型センサ３００は、投光素子１０１から出射され、反射型偏光子１０３を通過した光１０２ｂを効率良く回帰反射板１０４に向かわせるために、凸レンズ３０１を、反射型偏光子１０３と回帰反射板１０４との間に配置している。凸レンズ３０１を設けることにより、発光素子１０１から出射された光の発散を抑えることができ、効率良く回帰反射板１０４に向かわせることができる。 Next, a retroreflective sensor according to the second embodiment of the present invention will be described. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 5 is a schematic diagram showing a retroreflective sensor 300 according to the second embodiment. The retroreflective sensor 300 according to the second embodiment includes a convex lens 301 in order to efficiently direct the light 102b emitted from the light projecting element 101 and passed through the reflective polarizer 103 toward the retroreflective plate 104. It is arranged between the reflective polarizer 103 and the return reflector 104. By providing the convex lens 301, the divergence of the light emitted from the light emitting element 101 can be suppressed, and the light can be efficiently directed to the retroreflection plate 104.

凸レンズ３０１を透過した光１０２ｂは、回帰反射板１０４で反射する。反射した光１０２ｃは、反射型偏光子１０３に戻る。反射型偏光子１０３では、光１０２ｃは、その光路に対して略９０°の方向に反射し、受光素子１０５の受光面に向かう。これと同時に、反射型偏光子１０３の凹面１０６によって、受光素子１０５の中心に向って集光する。 The light 102 b transmitted through the convex lens 301 is reflected by the regressive reflection plate 104. The reflected light 102 c returns to the reflective polarizer 103. In the reflective polarizer 103, the light 102 c is reflected in a direction of approximately 90 ° with respect to the optical path and travels toward the light receiving surface of the light receiving element 105. At the same time, the light is condensed toward the center of the light receiving element 105 by the concave surface 106 of the reflective polarizer 103.

図６に、第２の実施に係る回帰反射型センサの他の例を示す。図６に示すように、回帰反射型センサ４００において、凸レンズ４０１を、発光素子１０１と反射型偏光子１０３との間に配置しても良い。この場合にも、発光素子１０１から出射された光の発散を抑えることができ、効率良く回帰反射板１０４に向かわせることができる。 FIG. 6 shows another example of the retroreflective sensor according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, in the retroreflective sensor 400, the convex lens 401 may be disposed between the light emitting element 101 and the reflective polarizer 103. Also in this case, the divergence of the light emitted from the light emitting element 101 can be suppressed, and the light can be directed toward the regressive reflection plate 104 efficiently.

以上説明したように、第２の実施の形態に係る回帰反射型光センサ１００は、第１の実施の形態と同様の効果の他に、発光素子１０１から出射された光が効率よく、受光素子１０５に向かい、より高感度な検出が可能になるという効果を奏する。 As described above, the retroreflective optical sensor 100 according to the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment, and the light emitted from the light emitting element 101 can be efficiently used. This is advantageous in that the detection can be performed with higher sensitivity.

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Examples and comparative examples performed for clarifying the effects of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited at all by the following examples.

（実施例１）
第１の実施の形態に係る回帰反射型センサ１００と同様の構成からなる回帰反射型センサを作成した。回帰反射型センサには、投光素子としてレーザーポインタを、受光素子としてコニカミノルタ社製のＣＳ２０００を、回帰反射板としてコーナーキューブリフレクタを、反射型偏光子として旭化成イーマテリアルズ社製ワイヤグリッド偏光フィルムを用いた。 Example 1
A retroreflective sensor having the same configuration as that of the retroreflective sensor 100 according to the first embodiment was created. The retroreflective sensor has a laser pointer as a light projecting element, CS2000 manufactured by Konica Minolta as a light receiving element, a corner cube reflector as a reflective reflector, and a wire grid polarizing film manufactured by Asahi Kasei E-Materials as a reflective polarizer. Was used.

実施例１の反射型偏光子は、直径１８ｍｍ、曲率半径４１ｍｍに３次元で曲面加工され、投光素子と反射型偏光子の曲面の中心との距離Ｄ１は４０ｍｍ、受光素子面と反射型偏光子の曲面の中心との距離Ｔは４０ｍｍとした。 The reflective polarizer of Example 1 is three-dimensionally curved with a diameter of 18 mm and a radius of curvature of 41 mm. The distance D1 between the light projecting element and the center of the curved surface of the reflective polarizer is 40 mm, the light receiving element surface and the reflective polarization The distance T from the center of the child's curved surface was 40 mm.

この場合、信号強度が増大されており、反射型偏光子が平板の場合と比べて、信号強度が１０倍となった。 In this case, the signal intensity was increased, and the signal intensity was 10 times that in the case where the reflective polarizer was a flat plate.

（実施例２）
実施例２の反射型偏光子は、直径１８ｍｍ、曲率半径８０ｍｍに３次元で曲面加工した。これ以外は実施例１と同様の構成とした。 (Example 2)
The reflective polarizer of Example 2 was three-dimensionally curved with a diameter of 18 mm and a curvature radius of 80 mm. Except this, the configuration was the same as in Example 1.

この場合、信号強度が増大されており、反射型偏光子が平板の場合と比べて、信号強度が３倍となった。 In this case, the signal intensity was increased, and the signal intensity was tripled compared to the case where the reflective polarizer was a flat plate.

（比較例１）
比較例１の反射型偏光子は、回帰反射板と受光素子に向かって凸面となるように配置した。これ以外は実施例１と同様の構成とした。 (Comparative Example 1)
The reflective polarizer of Comparative Example 1 was disposed so as to be convex toward the return reflection plate and the light receiving element. Except this, the configuration was the same as in Example 1.

この場合、信号強度が、反射型偏光子が平板の場合と比べて、信号強度が０．３倍となった。 In this case, the signal intensity was 0.3 times that of the case where the reflective polarizer was a flat plate.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.

反射型偏光子としては、ワイヤグリッド偏光子の他に多層複屈折を利用する反射型偏光子等を使用することができる。 As the reflective polarizer, in addition to the wire grid polarizer, a reflective polarizer using multilayer birefringence can be used.

本発明は、小型かつ安価で高感度な検知ができる回帰反射型センサを提供することに関し、特に、セキュリティ用途のセンサに好適に利用することができる。 The present invention relates to providing a retroreflective sensor that is small, inexpensive, and capable of highly sensitive detection, and can be suitably used particularly for a sensor for security purposes.

１００、３００、４００回帰反射型センサ
１０１投光素子
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ光
１０３反射型偏光子
１０４回帰反射板
１０５受光素子
１０６凹面
２００ワイヤグリッド偏光子
２０１フィルム基材
２０２微細凹凸構造
２０３金属ワイヤ
２０４ワイヤグリッド偏光層
３０１、４０１凸レンズ 100, 300, 400 Retroreflective sensor 101 Emitter 102a, 102b, 102c, 102d Light 103 Reflective polarizer 104 Regressive reflector 105 Receiving element 106 Concave surface 200 Wire grid polarizer 201 Film substrate 202 Fine uneven structure 203 Metal Wire 204 Wire grid polarizing layer 301, 401 Convex lens

Claims

A light projecting element that emits light;
A retroreflector disposed opposite to the light projecting element and spaced apart;
A reflective polarizer disposed on an optical path between the light projecting element and the return reflection plate;
A retroreflective sensor comprising a light receiving element disposed outside the optical path,
The reflective polarizer passes only the P-wave component of the light irradiated by the light projecting element, and the S-wave component of the light reflected by the recursive reflection plate with the polarization axis rotated by approximately 90 ° is reflected by the reflective polarizer. While reflecting toward the light receiving element,
The light incident surface on the return reflector side of the reflective polarizer has a concave shape so that the light reflected toward the light receiving element is condensed on the light receiving surface of the light receiving element ,
The radius of curvature of the concave surface of the reflective polarizer is 80 mm or less,
The retroreflective sensor, wherein the reflective polarizer is a wire grid polarizer having a fine concavo-convex structure, and a surface on which the fine concavo-convex structure is formed is disposed on the concave surface side .

The retroreflective sensor according to claim 1, further comprising a convex lens disposed between the light projecting element and the retroreflector.

The retroreflective sensor according to claim 2, wherein the light projecting element is located at a focal point of the convex lens.

The retroreflective sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a substrate of the wire grid polarizer is a resin.

The retroreflective sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a pitch of the wire grid polarizer is 150 nm or less.