JPH03199930A - 光学センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は物体等の検出を行う光学センサに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、このような光学センサは、例えば第３図に示すよ
うに構成されている。

すなわち、光学センサ１は、受光部については、板状の
プリズム２と、このプリズム２の後方に配設された一つ
の凹状の非球面ミラー３と、上記プリズム２と非球面ミ
ラー３との間にてこの非球面ミラー３に対向するように
その先軸上に配設された受光素子４とから構成される装
置 上記板状のプリズム２には、その長手方向に関してプリ
ズム面部２ａ、平面部２ｂ、プリズム面部２ｃが一面に
順次形成されている。

上記長手方向に並んだ３つの検知領域５ａ、５ｂ５ｃか
らの光束が、上記プリズム２に入射したとき１．それぞ
れプリズム面部２ａ、平面部２ｂ、プリズム面部２ｃを
通過する。その際上記プリズム面部２ａ、２ｃではプリ
ズムの作用に基づいて光軸が偏向せしめられ、また上記
平面部２ｂではそのまま透過し、その後非球面ミラー３
にて反射集光されることにより、上記受光素子４に入射
するようになっている。

上記検知領域５ａ、５ｂ、５ｃ内において物体等が移動
することにより、上記検知領域５　ａ　、　５ｂ。

５ｃから上記プリズム２及び非球面ミラー３を介して上
記受光素子４に入射する光量の変動を、この受光素子４
の出力信号を適宜に処理することにより検出して、それ
ぞれ各検知領域５ａ、５ｂ。

５ｃ内における上記物体等の存在または移動が検出され
るようになっている。すなわち、検知領域の分割をプリ
ズムで行っている。

また、第４図に示すように構成された他の光学センサも
知られている。

光学センサ６は、全体として凹状に形成された分割ミラ
ー８とこの分割ミラー８に対向するように配設された受
光素子４とがら構成されている。

＝つの検知領域５ａ、５ｂ、５ｃがらの光束が分割ミラ
ー８に入射したとき、それぞれ個々のミラ一部８ａ、８
ｂ、８ｃにより反射集光されることにより、上記受光素
子４に入射するようになっている。

こうして、上記検知領域５ａ、５ｂ、５ｃ内に存在する
物体等が移動することにより、当該検知領域５ａ、５ｂ
、５ｃから分割ミラー８の各ミラ一部８ａ、８ｂ、８ｃ
を介して上記受光素子４に入射する光量の変動を、この
受光素子４の出力信号を適宜に処理することにより検出
して、それぞれ各検知領域５ａ、５ｂ、５ｃ内における
上記物体等の存在または移動が検出されるようムニなっ
ている。すなわち、検知領域の分割を分割ミラーによっ
て行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第３図（Ａ）に示した構成の光学センサ１に
おいては、周辺の検知領域５ａ　　５ｃの光軸に近いと
ころからの入射光（第３図（Ｂ）の光線Ｘ）については
、収差が比較的少ないことから、上記非球面ミラー３に
入射する光束が受光素子４に向かって効率良く集光せし
められるが、周辺の検知領域５ａ、５ｃの光軸から離れ
たところからの入射光（第３図（Ｂ）の光線Ｙ）に関し
ては、上記非球面ミラー３への入射角が大きくなること
から、収差が比較的大きくなってしまうので、この非球
面ミラー３に入射する光束が受光素子４に向かって効率
良く集光され得なくなってしまい、入射光量が減少する
ために、検知精度が低下してしまうという問題があった
。

また、第４図（Ａ）に示した光学センサ６の場合にも、
同様に、周辺の検知領域５ａ、５ｃの光軸に近いところ
からの入射光（第４図（Ｂ）の光＆％Ｘ）については、
収差が比較的少ないことがら、上記分割ミラー８のミラ
一部８ａ、８ｃに入射する光束が受光素子４に向かって
効率良く集光せしめられるが、検知領域５ａ、５ｃの光
軸から離れたところからの入射光（第４図（Ｂ）の光線
Ｙ）に関しては、上記分割ミラー８のミラ一部８ａ。

８Ｃへの入射角が大きくなることから、収差が比較的大
きくなってしまうので、ミラ一部８ａ、８ｃに入射する
光束が受光素子４に向かって効率良く集光され得なくな
ってしまい、入射光量が減少するために、検知精度が低
下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、以上の点に鑑み、各検知領域からの光
学部材への入射角をできるだけ小さくすることにより、
収差を少なくして光束を効率良く集光し、検知精度を高
めることができる光学センサを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、本発明の光学センサによれば、前面が長手
方向に沿って角度の異なるプリズム部、好ましくはリニ
アマルチプリズムまたはレンズ部として順次形成され、
且つ後面が上記各プリズム部またはレンズ部に対応して
個々のフレネルレンズ部または平面部として形成されて
いる光学部材と、この光学部材の後方に配設され且つ上
記各フレネルレンズ部に対してそれぞれ異なる光学特性
を有する光学要素と、上記各フレネルレンズの光軸が上
記光学要素により交差する位置に配設された一つの発光
素子または受光素子の光学素子等とから構成されている
ことにより達成される。

上記構成において、好ましくは、上記光学要素が、上記
光学部材の後方にて当該光学部材に対してほぼ平行に配
設されていて、且つ上記各フレネルレンズ部に対応する
個々のリニアフレネルレンズから成るレンズとして形成
されている。

また上記構成において、好ましくは、上記光学要素が、
上記各フレネルレンズ部に対応する個々の平面ミラーか
ら成る分割ミラーであって、上記光学素子が上記分割ミ
ラーに対向するように配設されている。

〔作　用〕

上記構成によれば、物体の存在または移動を検知すべき
検知領域に対する光軸が、上記光学部材の各プリズム部
の作用により偏向されることにより、この光学部材の各
プリズム部から対応する各フレネルレンズ部に対して実
質的に垂直に延びていることになり、その後の光学要素
、すなわち光学部材の後方に配設されたレンズの各リニ
アフレネルレンズ部を介して、または上記光学部材の後
方に配設された分割ミラーを介して、各光軸が発光素子
または受光素子の光学素子等を通るようになっている。

従って、上記フレネルレンズ部に対する光束の入射角ま
たは射出角が比較的小さく抑えられ得ることになるので
、このフレネルレンズ部を透過する際の収差が比較的少
なくて済むことから、集光効率が向上し検知精度を高め
ることができる。

（実施例〕 以下、本発明の好適実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明の光学センサの一実施例を示しており
、光学センサ１０は、その受光部に関して、板状の光学
部材１１と、この光学部材１１の後方にて当該光学部材
１１に近接してほぼ平行に配設されているレンズ１２と
、このレンズ１２の後方に配設されている受光素子１３
とから構成されている。

上記板状の光学部材１１は、その前面が長手方向に沿っ
てリニアマルチプリズム面部１１ａ、リニアマルチフレ
ネルレンズ部１１ｂ、ＩＪニアマルチプリズム面部１１
ａと角度が異なるリニアマルチプリズム面部１１ｃとし
て順次形成されている。

すなわち、・上記リニアマルチプリズム面部１１ａとリ
ニアマルチプリズム面部１１ｃとは、光ＳＯＯ゛に対し
て対称な角度に形成されている。そして、これらリニア
マルチプリズム面部１１ａ及ヒ１１　ｃは、−様な同一
角度に形成されている。

また、上記板状の光学部材１１の後面は、上記リニアマ
ルチプリズム面部１１ａ、フレネルレンズ部１１ｂ、　
　リニアマルチプリズム面部１１ｃに対応してそれぞれ
フレネルレンズ部１１ｄ、平面部１１ｅ、フレネルレン
ズ部１１ｆとして形成されている。

上記レンズ１２は、上記光学部材１１のリニアマルチプ
リズム面部１１ａ、フレネルレンズ部Ｉｌｂ、　　リニ
アマルチプリズム面部１１ｃに対応してリニアフレネル
レンズ部１２ａ、平面部１２ｂ。

リニアフレネルレンズ部１２ｃとして形成されている。

本発明の光学センサ１ｏは以上のように構成されており
、受光素子１３への入射光軸は、次のように関連せしめ
られている。

上記レンズ１２のリニアフレネルレンズ部１２ａから光
学部材１１のフレネルレンズ部１１ｄを透過した後、上
記光学部材１１のリニアマルチプリズム面１１ａの作用
により、図示の場合上方に偏向されて、検知領域１４ａ
に関連せしめられている。

また、レンズ１２の平面部１２ｂ及び光学部材１１の平
面部１１ｅを透過した後、光学部材１１のフレネルレン
ズ部１１ｂをそのまま透過することにより、検知領域１
４ｂに関連せしめられている。

さらに、レンズ１２のリニアフレネルレンズ部１２ｃか
ら光学部材１１のフレネルレンズ部１１ｆを透過した後
、光学部材１１のリニアマルチプリズム面部１１ｃの作
用により、図示の場合下方に偏向されて、検知領域１４
ｃに関連せしめられている。

このように関連せしめられていることから、各検知領域
１４ａ、１４ｃからの光束は、それぞれ光学部材１１の
リニアマルチプリズム面部１１ａ。

１１ｃを透過することにより、上記リニアマルチプリズ
ム面部１１ａ、Ｉｌｃの作用によりそのフレネルレンズ
部１１ｄ、ｌｌｆに対して実質的に光軸に沿って入射す
ることとなり、大きな収差を発生することなく、その後
上記レンズ１２のリニアフレネルレンズ部１２ａ、１２
ｃの作用により、受光素子１３に入射する。

また、検知領域１４ｂからの光束は、光学部材１１のフ
レネルレンズ部１１ｂに対して実質的に光軸に沿って入
射することにより、光学部材１１の平面部１１ｅ、レン
ズ１２の平面部１２ｂをそのまま透過して受光素子１３
に入射する。

これにより、上記受光素子１３には各検知領域１４ａ、
１４ｂ、１４ｃからの光束が、効率良く入射することに
なるので、この受光素子１３による検知領域１４ａ、１
４ｂ、１４ｃの物体の存在または移動の検知精度を高め
ることができる。また、フレネルレンズ部１１ｂをフレ
ネルレンズ部１１ｄ、ｌｌｆより光学素子に対し遠方に
配設することにより実質的にフレネルレンズから光学素
子までの距離を同じくすることができる。

第２図は、本発明の光学センサの他の実施例を示してお
り、第１図の実施例におけるレンズ１２の代わりに、光
学部材１１の後方にて各検知領域１４ａ、、１４ｂ、１
４ｃからの光束に対応して分割された平面ミラー１５ａ
、１５ｂ、１５ｃから成る分割ミラー１５が配設されて
いて、受光素子１３が後方を向いて配設されている点を
除いては、上記第１図に示した実施例と同様の構成であ
る。

この実施例においては、検知領域１４ａ、１４ｃから光
学部材１１のフレネルレンズ部１１ｄ、ｌｌｆを透過し
た光束が、分割ミラー１５の領斜した平面ミラー１５ａ
、１５ｃにより反射されて受光素子１３に入射すると共
に、検知領域１４ｂから光学部材１１のフレネルレンズ
部１１ｂを透過した光束が、分割ミラー１５の平面ミラ
ー１５ｂによって反射されて、受光素子１３に入射する
ようになっており、各平面ミラー１５ａ、１５ｂ、１５
ｃによって、各光軸が折り返されていることにより、上
記レンズ１２の後方の長さが短縮されており、これによ
り全体が小型化され得る。

尚、以上の説明においては、すべて光学素子が受光素子
である場合について述べたが、これに限らず、発光素子
である場合についても、図示の場合と光束の進行方向が
逆になるだけで、その効果については同様であることは
明らかである。また受光素子として焦電型赤外線検知素
子を利用した場合にも同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の光学センサによれば、各検知
領域からの光学部材への入射角をできるだけ小さくする
ことにより、収差を少なくして、検知精度を高めること
ができ、且つセンサ全体が小型化されるという優れた効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学センサの一実施例を示し、（Ａ）
はその概略断面図、（Ｂ）は光学部材の正面図、（Ｃ）
は光学部材の背面図、（Ｄ）はレンズの背面図、 第２図は本発明の光学センサの他の実施例を示し、（Ａ
）はその概略断面図、（Ｂ）は光学部材の正面図、（Ｃ
）は光学部材の背面図、第３図は従来の光学センサの一
例を示し、（八）はその概略断面図、（Ｂ）はその部分
拡大図、第４図は従来の光学センサの他の一例を示し、
（Ａ）はその概略断面図、（Ｂ）はその部分拡大図であ
る。 １０・・・光学センサ；　１１・・・光学部材；Ｉｌａ
。 １１ｃ・・・リニアマルチプリズム面部；　１１ｂ・・
・フレネルレンズ部；　　ｌｉｄ、ｌｌｆ・・・フレネ
ルレンズ部：　１１ｅ・・・平面部；　１２・・・レン
ズ；１２ａ。 １２ｃ・・・リニアフレネルレンズ部；　１２ｂ・・・
平面部；１３・・・受光素子；　　１４ａ、１４ｂ、１
４ｃｍ検知領域；　１５・・・分割ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）前面が長手方向に沿って角度の異なるプリズム部
   またはレンズ部として順次形成され、且つ後面が上記各
   プリズム部またはレンズ部に対応して個々のフレネルレ
   ンズ部または平面部として形成されている光学部材と、
   該光学部材の後方に配設され、且つ上記各フレネルレン
   ズ部に対してそれぞれ異なる光学特性を有する光学要素
   と、上記各フレネルレンズの光軸が該光学要素により交
   差する位置に配設された一つの光学素子とから構成され
   ていることを特徴とする、光学センサ。
2. （２）前記光学要素が、前記光学部材の後方にて該光学
   部材に対してほぼ平行に配設されていて、且つ前記各フ
   レネルレンズ部に対応する個々のリニアフレネルレンズ
   から成るレンズとして形成されていることを特徴とする
   、請求項１に記載の光学センサ。
3. （３）前記光学要素が、前記各フレネルレンズ部に対応
   する個々の平面ミラーから成る分割ミラーであって、前
   記光学素子が上記分割ミラーに対向するように配設され
   ていることを特徴とする、請求項１に記載の光学センサ
   。