JPH05281402A - Optical device - Google Patents

Optical device

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JPH05281402A
JPH05281402A JP4077197A JP7719792A JPH05281402A JP H05281402 A JPH05281402 A JP H05281402A JP 4077197 A JP4077197 A JP 4077197A JP 7719792 A JP7719792 A JP 7719792A JP H05281402 A JPH05281402 A JP H05281402A
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JP
Japan
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light
lens
optical axis
lens body
led
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JP4077197A
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Japanese (ja)
Inventor
Sadao Noda
貞雄 野田
Original Assignee
Sunx Ltd
サンクス株式会社
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Publication date
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    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/0091Reflectors for light sources using total internal reflection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Abstract

PURPOSE: To reduce the aperture of a lens body and to reduce its cost without degrading the efficiency of the device while reducing its thickness.
CONSTITUTION: A lens body 15 is constituted of a refractive lens part 16 provided at the central part of an optical axis K and reflector parts 17, 18. The focal positions O thereof are aligned to the positions where an LED 14 is disposed. The incident light on the refractive lens part 16 from the LED 14 is refracted by the refractive lens 16 and is converted to collimated beams of light. The incident light beams on the reflector parts 17, 18 are totally reflected by reflection surfaces 17a, 17a constituting a parabolic shape and are converted to the collimated beams of light. Since the light of the LED 14 is efficiently converted to the collimated beams of light, the aperture is reduced and the detection distance is increased. Since there is no need for a vapor deposition state of metal, the cost is reduced. Since the lens body is divided to the two reflector parts 17, 18, the thickness thereof is reduced.
COPYRIGHT: (C)1993,JPO&Japio

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基準点からの光を集束して放出する光学装置に関する。 The present invention relates to an optical apparatus for emitting and focusing the light from the reference point.

【0002】 [0002]

【従来の技術】例えば、エリアセンサ等の多光軸光電スイッチにおいては、各光軸に対応して投光素子および受光素子が設けられており、その投光素子から発散される光は前方に配設されたレンズにより平行光線に変換されて検出エリアに向けて投光され、検出エリアを通った平行光線は受光素子の前方に配設された同様のレンズにより集束された光として受光面に入射するように構成されている。 BACKGROUND ART For example, in the multi-optical axis photoelectric switches, such as the area sensor is provided with a light projecting element and the light receiving element corresponding to each optical axis, the light emanating from the light emitting element to forwardly toward detection area is converted into parallel rays by the provided lenses are projected, parallel light passing through the detection area on the light receiving surface as light focused by the same lens disposed in front of the light receiving element and it is configured so as to enter.

【0003】この場合、このようなレンズとしては例えば凸状の屈折レンズが一般的であるが、LED(発光ダイオード)等の点光源の光を平行光線に変換するためには点光源を屈折レンズの焦点に配置する必要がある。 [0003] In this case, such as a lens for example convex refractive lens is generally, LED (light emitting diode) refractor a point light source in order to convert the light from the light source into parallel beams viewpoint of It must be placed in the focus of the. しかしながら、このように配置するために、点光源と屈折レンズとの間を焦点距離だけ離間させなければならないので、厚さ寸法が大きくなるので全体として装置が大形化してしまう不具合があった。 However, in order to place like this, since it is necessary between the point light source and the refractive lens is spaced apart by the focal length, apparatus as a whole since the thickness dimension is increased there was a defect that results in large reduction.

【0004】そこで、従来では、このような不具合を解消するために、例えば、実公平1−12741号公報に示すようなものが考えられている。 [0004] Therefore, conventionally, in order to solve such problems, for example, those shown in the actual fair 1-12741 JP is considered. このものは、図11 The thing is, as shown in FIG. 11
にも示しているように、凸レンズ1の一端面側の中央部に凸面状で金属蒸着膜が被着された第1の反射面2を形成し、反対側の面の中央部に凹部3を形成してLEDを焦点位置Oに配設すると共に、その外周部に凹面状で金属蒸着膜が被着された第2の反射面4を形成している。 As also shown in, to form a first reflection surface 2 of the metal deposition film is deposited at a convex shape in the central portion of one end face of the convex lens 1, the recess 3 in the center of the surface opposite formed with disposing the LED at a focal point O, a metal evaporated film is formed a second reflecting surface 4, which is deposited in a concave shape on the outer periphery thereof.

【0005】そして、LEDからの光を凸レンズ1内部を通って第1の反射面2で発散するように反射させ、その反射光を第2の反射面4で再び反射させて前方に向けて平行光線として出力するものである。 [0005] Then, the light from the LED is reflected to diverge by the first reflecting surface 2 through the inside convex lens 1, parallel forward the reflected light is reflected again by the second reflecting surface 4 and outputs it as a light beam. つまり、LED In other words, LED
からの光を第1および第2の反射面2,4で2段に反射させて平行光線にすることにより、LEDと凸レンズ1 By the parallel rays is reflected in two stages light at a first and second reflecting surfaces 2,4 from, LED and lens 1
との間の距離を短くして薄形化を図ったものである。 To shorten the distance between the those which attained thinning.

【0006】 [0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような多光軸光電スイッチにおいては、光軸のピッチを短くして検出精度を向上させることが要望されている。 [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, in such a multi-optical axis photoelectric switches, to improve the detection accuracy by reducing the pitch of the optical axis is desired. 例えば光軸ピッチを従来の40mm間隔から半分の20mm間隔にして光軸の数を2倍にすることにより、検出精度を向上させるものである。 For example, by doubling the number of optical axis optical axis pitch to half of the 20mm distance from traditional 40mm intervals, to thereby improve the detection accuracy.

【0007】この場合、前述したように1光軸当たりに2個の凸レンズ1を用いているので、例えば24光軸の従来品では48個の凸レンズ1を用いるのに対して、光軸の数を2倍の48光軸にすると、合計96個のレンズを用いる構成となる。 [0007] Whereas in this case, since it uses two convex lenses 1 to 1 per optical axis as described above, for example, in the conventional 24 optical axis using a 48 lens 1, the number of the optical axis the If 48 optical axis twice, a configuration using a total of 96 lenses.

【0008】しかしながら、従来構成における凸レンズ1は、製作コストのうち、2つの反射面2,4を形成するために行なう金属蒸着工程で略半分のコストがかかってしまうため、全体として非常に高価なものになってしまう問題がある。 However, the convex lens 1 in the conventional configuration, among the manufacturing cost, because it takes about half the cost of a metal deposition process is performed to form two reflective surfaces 2 and 4, very expensive as a whole there is a problem that becomes the thing.

【0009】また、このように光軸ピッチを短くする構成とするために、凸レンズの口径を小さくする必要があるが、従来のものでは、口径を小さくすると検出エリアへの光の放出量がその分だけ低下するため、検出距離が短くなってしまう不具合がある。 Further, in order to adopt a configuration in this way to shorten the optical axis pitches, it is necessary to reduce the diameter of the convex lens, is conventional, the amount of emission of the light to the detection area and to reduce the diameter thereof to decrease amount corresponding, there is a problem that the detection distance is shortened.

【0010】この場合、図12に示すように、通常の凸レンズLにおいては、焦点Fの位置にLED等の点光源を配置するので、LEDから放射される光のうちレンズに入射する光は光軸Kを基準として角度θaの範囲の光である。 [0010] In this case, as shown in FIG. 12, in a normal convex lens L, since placing a point light source such as an LED at the position of the focal point F, the light entering the lens of the light emitted from the LED light an axis K which is light in the range of the angle θa as a reference. 従って、放射角度がθa以上の角度θの光は無駄となってしまう。 Therefore, the light of the above angle θ angle of radiation θa is wasted. この角度θaの値は、図13のような断面形状を示すレンズLaを用いた場合でも最大42 The value of this angle θa is the maximum even in the case of using a lens La showing the cross-sectional shape as shown in FIG. 13 42
°までしかとることができないため、平行光線として放出する効率が悪くなる不具合がある。 Since only can take up °, there is a problem that the efficiency of releasing the parallel light is deteriorated.

【0011】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、金属蒸着工程を不要として低コスト化が図れる構成でありながら、光源が配置される基準点との間隔を小さくして薄形化を図り得、しかも小口径でも高効率で光の伝達を行うことができるようにした光学装置を提供するにある。 [0011] The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object, while a configuration in which cost can be reduced to metal deposition step as required, to reduce the distance between the reference point light sources are arranged Te resulting achieving thinning, yet it is to provide an optical apparatus that can perform the transmission of light at a high efficiency with a small diameter.

【0012】 [0012]

【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、基準点からの光に対して光軸を基準とした所定角度範囲内の光成分を屈折により集束する屈折レンズ部と、前記基準点からの光のうち前記所定角度範囲外の光成分を内部に導いて放物面状をなす反射面で全反射させることにより集束する反射体部とを設けて構成したところに特徴を有する。 The optical device of the present invention According to an aspect of the refractive lens unit for focusing the refracted light components within a predetermined angular range relative to the optical axis to the light from the reference point, the reference point having said predetermined angular range of features was constructed by providing the reflector unit for focusing by the total reflection light component by the reflective surface forming an interior led by parabolic out of the light from.

【0013】また、反射体部を、基準点からの光に対して光軸を基準とした所定角度範囲外の光成分を複数の角度範囲に分割してそのそれぞれを集束するように複数の反射面が一体に形成された構成とすることができる。 Further, the reflector portion, a plurality of reflection so as to a predetermined angular range of the light component with respect to the optical axis is divided into a plurality of angular ranges that focuses the respective to light from the reference point surface can be configured to have integrally formed.

【0014】 [0014]

【作用】請求項1記載の光学装置によれば、基準点に点光源を配置する場合には、その点光源からの光のうち、 SUMMARY OF] According to the optical device according to claim 1, wherein, when arranging a point light source to the reference point, of the light from the point light source,
光軸を基準とした所定角度範囲内の光成分は屈折レンズ部を介して集束されて放出され、所定角度範囲外の光成分は反射体部の放物面状の反射面での全反射により集束されて放出されるので、光源からの光を平行光線或は拡散する光に変換することができる。 Light components within a predetermined angular range relative to the optical axis is emitted is focused through the refracting lens portion, light components outside the predetermined angular range by total reflection at the paraboloidal reflecting surface of the reflector portion since emitted is focused, it can be converted into light of parallel rays or diffuse the light from the light source.

【0015】この場合、基準点の点光源からの光が広い範囲の角度に放出される場合でも、屈折レンズ部の外側の光に対して反射体部により集束しているので、変換効率を向上させることができ、これにより小口径化が図れると共に検出距離を長くすることができる。 [0015] In this case, even if the light from the point light source of the reference point is released a wide range of angles, since focused by reflector portion with respect to light outside the refraction lens portion, improve the conversion efficiency it is to be able, thereby making it possible to increase the detection distance with small diameter can be achieved. また、反射体部においては入射する光に対して反射面により全反射させる構成であるから、金属蒸着等の加工が不要となる。 Also, since in the reflector portion is configured to be totally reflected by the reflecting surface for light incident, working metal deposition or the like becomes unnecessary.

【0016】請求項2記載の光学装置によれば、反射体部に入射する光を複数の角度範囲に分割してそれぞれに対応した反射面で集束して放出する。 According to the optical device according to claim 2, release and focused by the reflection surface corresponding to each divided light incident on the reflector unit to a plurality of angle ranges. これにより、反射面の厚さ方向の寸法をひとつの反射面で構成する場合に比べて小さくすることができるので、全体としてさらに薄形化が図れる。 Thus, it is possible to reduce as compared with the case of constituting the thickness dimension of the reflecting surface in one of the reflecting surfaces, thereby further thinning as a whole.

【0017】 [0017]

【実施例】以下、本発明をエリアセンサに適用した場合の第1の実施例について図1ないし図8を参照して説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the first embodiment in which the present invention is applied to the area sensor will be described with reference to FIGS.

【0018】図3はエリアセンサ11の概略構成を示すもので、投光器12および受光器13からなるもので、 [0018] Figure 3 schematically shows the configuration of the area sensor 11, made of a light projector 12 and the light receiver 13,
例えば検出エリアE内に48光軸(図中1,2・・で示す)を設けるようにしている。 And it is provided with a 48 optical axis (indicated by 1, 2 ... in the drawing), for example, the detection area E. 投光器12には各光軸に対応して投光素子としてのLED(発光ダイオード)1 The projector 12 LED as the light emitting element corresponding to each optical axis (light emitting diode) 1
4が設けられており(図1参照)、受光器13には同様にして図示しない受光素子が設けられている。 4 is provided (see FIG. 1), light receiving elements are provided (not shown) in a manner similar to the light receiver 13.

【0019】そして、各LED14および受光素子の前面部には図1および図2に示すようなレンズ体15が設けられている。 [0019] Then, the front portion is a lens body 15 as shown in FIGS. 1 and 2 are provided for each LED14 and the light receiving element. このレンズ体15は、例えばアクリル樹脂等を成形することにより一体に形成したもので、次のような構成となっている。 The lens body 15 may, for example those formed integrally by molding acrylic resin or the like, and the following configuration.

【0020】即ち、図1に断面で示すように、光軸Kを中心とする所定半径内に双曲面16aを有する屈折レンズ部16が形成されている。 [0020] That is, as shown in cross section in FIG. 1, the refractive lens unit 16 having a hyperboloid 16a within a predetermined radius centered on the optical axis K is formed. そして屈折レンズ部16の外周部には、放物面状の反射面17aを有する第1の反射体部17と、その外周側に放物面状の反射面18bを有する第2の反射体部18が形成されている。 And the outer periphery of the refracting lens portion 16, a first reflector portion 17 having a parabolic reflecting surface 17a, a second reflector portion having a parabolic-shaped reflecting surface 18b on the outer peripheral side 18 is formed.

【0021】また。 [0021]. 屈折レンズ部16の焦点と、第1の反射体部17および第2の反射体部18の各反射面17 The focus of the refractive lens 16, the reflecting surfaces of the first reflector portion 17 and second reflector portion 18 17
a,18aの焦点は一致するように設定されており、その焦点位置Oは、基準点とされるもので、LED14あるいは受光素子の受光面が配置されるようになっている。 a, the focus of 18a is set to match, the focal position O is intended to be a reference point, so that the light receiving surface of the LED14 or light receiving element is arranged.

【0022】尚、各反射体部17,18の内側の面部1 [0022] Incidentally, face one inside each reflector 17, 18
7b,18bは焦点位置Oを中心とした球面の一部となるように形成されており、焦点位置Oからの光に対して屈折しないで直進するようになっている。 7b, 18b are formed to be part of a spherical surface centered on the focal position O, so that the straight without refraction for light from the focus position O.

【0023】そして、第2の反射体部18は、図2にも示すように、両側部が平行にカットされた形状に形成されている。 [0023] Then, the second reflector portion 18, as shown in FIG. 2, both sides are formed in parallel to the cut shape. これは、投光器12あるいは受光器13のケースの形状に応じてコンパクトな組み込みを可能とするためのものである。 This is intended to allow a compact built in accordance with the shape of the case of the projector 12 or the light receiver 13.

【0024】次に、上記構成の作用について説明するに、まず、図4を参照して原理的な説明をする。 Next, in a description of the operation of the above configuration, first, the principle described with reference to FIG. 即ち、 In other words,
図4は屈折レンズ部16とひとつの反射体部19を設けた構成のレンズ体20の断面を示したものである。 Figure 4 shows the lens body 20 of the cross-section of the structure in which a reflective body portion 19 of one and the refractive lens unit 16.

【0025】尚、本実施例におけるレンズ体15の形状の設計およびその具体的な効果については、実施例の説明の最後にまとめて説明している。 [0025] Incidentally, the design and the specific effect of the shape of the lens member 15 in this embodiment is explained together at the end of the description of the examples.

【0026】図4において、焦点位置Oに配置されたL [0026] In FIG. 4, L, which is disposed at the focal position O
ED14からの光のうち、例えば光軸Kに沿った光路a Of the light from the ED14, for example, an optical path a along the optical axis K
を通る光は屈折レンズ部16を直進してそのまま検出エリアE側に放出される。 Light passing through is discharged as it is the detection area E side straight refractive lens portion 16. また、光路bを通る光は屈折レンズ部16に入射すると屈折されることにより光軸Kに平行な光線として検出エリアE側に放出される。 The light passing through the optical path b is emitted in the detection area E side as light rays parallel to the optical axis K by being refracted enters the refracting lens portion 16.

【0027】次に、光路cを通る光は、屈折しないで面部19bから反射体部19内に直進するように入射し、 Next, the light passing through the optical path c is incident to straight the reflector portion 19 from the surface 19b without refraction,
反射面19aで全反射されることにより光軸Kと平行な光線として検出エリアE側に放出される。 It is released into the detection area E side as the optical axis K and parallel rays by being totally reflected by the reflecting surface 19a. そして、光路dを通る光も同様にして反射体部19に入射して反射面19aで全反射して光軸Kに平行な光線として検出エリアE側に放出される。 Then, released into the detection area E side as light rays parallel to the optical axis K is totally reflected by the reflecting surface 19a and light are similarly incident upon the reflector unit 19 through the optical path d.

【0028】これにより、焦点位置OからのLED14 [0028] As a result, LED14 from the focus position O
の光は、光軸Kに対して90°近い範囲の角度の光まで平行光線として検出エリアE側に放出されることになり、LED14が発散する光を効率良く利用することができる。 Of light, to the light angle of 90 ° range near the optical axis K would be released into the detection area E side as a parallel light beam, it is possible to efficiently utilize light LED14 diverges. また、焦点位置Oに受光素子を配置する場合には、検出エリアE側からの平行光線を効率良く集光してその受光面に入射させることができる。 Further, when arranging a light-receiving element at the focal point O, it can be made incident on the light receiving surface by efficiently collecting parallel light from the detection area E side.

【0029】さて、上述したように、光路c,dのような屈折レンズ部16の外側に入射する光に対して、ひとつの反射体部19でカバーする構成の場合には、反射面19aの受光領域を大きくする関係で、レンズ体20の厚さ寸法D1が比較的大きくなる。 [0029] Now, as described above, the optical path c, for light incident on the outside of the refractive lens unit 16, such as d, in the case of the configuration to cover in one of the reflector portion 19, the reflecting surface 19a in relation to increasing the light receiving area, the thickness D1 of the lens body 20 is relatively large.

【0030】そこで、本実施例におけるレンズ体15 [0030] Therefore, the lens body 15 in this embodiment
は、上述の構成を改善したもので、反射体部19に代えて、2つの反射体部17,18を設ける構成としているものである。 It is obtained by improving the above-described configuration, instead of the reflector body 19, in which are configured to provide two reflectors 17 and 18.

【0031】即ち、図5において、焦点位置Oに配置されたLED14からの光のうち、例えば、光軸Kに沿った光路aを通る光や光路bを通る光は、上述同様に屈折レンズ部16を介して光軸Kに平行な光線として検出エリアE側に放出される。 [0031] That is, in FIG. 5, of the light from LED14 arranged at the focal point O, for example, light passing through the light and the light path b passing through the optical path a along the optical axis K is above likewise refracting lens portion It is released into the detection area E side as parallel rays to the optical axis K through 16.

【0032】次に、光路cを通る光は、屈折しないで面部17bから反射体部17内に直進するように入射し、 Next, the light passing through the optical path c is incident to straight into the reflector unit 17 from the surface portion 17b without refraction,
反射面17aで全反射されることにより光軸Kと平行な光線として検出エリアE側に放出される。 It is released into the detection area E side as the optical axis K and parallel rays by being totally reflected by the reflecting surface 17a. そして、光路dを通る光は、面部18bに屈折しないで反射体部18 The light passing through the optical path d is the reflector portion 18 do not refracted surface 18b
内に直進するように入射し、反射面18aで全反射して光軸Kに平行な光線として検出エリアE側に放出される。 Incident to straight within is released into the detection area E side as parallel light rays totally reflected by the optical axis K by the reflective surface 18a.

【0033】これにより、焦点位置OからのLED14 [0033] As a result, LED14 from the focus position O
の光は、光軸Kに対して90°近い範囲の角度の光まで平行光線として検出エリアE側に放出されることになり、LED14が発散する光を効率良く利用することができ、また焦点位置Oに受光素子を配置した場合にはその受光面に効率良く集光することができる。 Of light, to the light angle of 90 ° range near the optical axis K would be released into the detection area E side as a parallel light beam, it is possible to efficiently utilize light LED14 diverges, also focus in the case of arranging the light-receiving element at a position O can be efficiently condensed on the light receiving surface.

【0034】そして、この場合には、焦点位置OからのLED14の光で、光軸Kに対する放射角度が屈折レンズ部16への入射角度を超える光成分のうち放射角度が小さい範囲の光成分を内側に配置している反射体部17 [0034] In this case, in the light LED14 from the focal position O, the emission angle with respect to the optical axis K is an optical component in the range radiation angle is small in the light components exceeding the angle of incidence of the refracting lens portion 16 reflector portion 17 that is arranged inside
により平行光線に変換するので、レンズ体15の厚さ寸法D2を小さくすることができるのである。 Since converted into parallel beams by, it is possible to reduce the thickness D2 of the lens body 15.

【0035】このような本実施例によれば、次のような効果が得られる。 [0035] According to the present embodiment, the following effects can be obtained. 即ち、第1に、レンズ体15を屈折レンズ部16および反射体部17,18により構成して、 That is, first, the lens body 15 constituted by the refractive lens unit 16 and the reflector portion 17, 18,
焦点位置からの光に対して、屈折レンズ部16に入射する光成分を屈折により平行光線として放出し、光軸Kに対する放射角度が大きい光成分を反射体部17,18により平行光線に変換するようにしたので、光軸Kに対する角度が略90°に渡る広い範囲の光を利用することができるようになり、小口径のレンズ体15を構成する場合でも集光効率を向上させると共に検出距離をより長くすることができる。 For light from the focal position, the light component incident on the refracting lens portion 16 emits a parallel beam by refraction, is converted into parallel beams the radiation angle is large optical components with respect to the optical axis K by the reflector 17, 18 since the way, the detection distance with an angle with respect to the optical axis K is to be able to use the light in a wide range over approximately 90 °, to improve the condensing efficiency even when the lens body 15 with a small diameter it can be more long.

【0036】第2に、反射体部17,18に入射する光成分を、それぞれの反射面17a,18aにおいて全反射させるようにしたので、レンズ体15の製作において金属蒸着工程を不要とすることができ、従って、レンズ体15を簡単且つ安価に製作できる。 [0036] Second, the light components incident on the reflector portions 17 and 18, each of the reflective surfaces 17a, since so as to be totally reflected at 18a, to eliminate the need for metal deposition steps in the fabrication of the lens body 15 can be, therefore, the lens body 15 can be easily and inexpensively manufactured.

【0037】第3に、2つの反射体部17,18を設ける構成としたので、レンズ体15の厚さ寸法D2をさらに小さくすることができ、投光器12或は受光機13の小形化を図り得る。 [0037] Third, since the configuration in which the two reflectors 17 and 18, it is possible to further reduce the thickness D2 of the lens body 15, achieving the miniaturization of the projector 12 or the light receiving unit 13 obtain.

【0038】図9は本発明の第2の実施例を示すもので、以下、第1の実施例と異なる部分について説明する。 [0038] FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention, it will be described below the differences from the first embodiment. 即ち、レンズ体21は、屈折レンズ部22および反射体部17,18から構成されるものである。 In other words, the lens body 21 are those composed of refracting lens portion 22 and the reflector portion 17, 18. この場合、屈折レンズ部22は、焦点位置O側の面22aが曲率の小さいレンズ面として形成され、反対側の面22b In this case, the refractive lens unit 22, the surface 22a of the focus position O side is formed as a small lens surface curvature, the opposite surface 22b
が曲率の大きいレンズ面として形成されているものである。 There are those formed as a large lens surface curvature.

【0039】そして、このような本実施例によっても、 [0039] and, even to the present examples,
焦点位置Oからの光に対して各光路aないしdを通る光成分は、図示のように平行光線として検出エリアE側に放出され、また平行光線が検出エリアE側から入射されると上述の逆の光路を辿ることにより焦点位置Oに集光されるので、第1の実施例と同様の効果が得られるようになる。 Light components passing through to no respective optical path a to light d from the focal position O is released into the detection area E side as parallel rays as shown, also a parallel light is incident from the detection area E side of the above because it is focused on the focal position O by following the reverse of the optical path, so that the same effect as the first embodiment can be obtained.

【0040】図10は本発明の第3の実施例を示すもので、以下、これについて説明する。 [0040] Figure 10 shows a third embodiment of the present invention, hereinafter, this will be described. 即ち、レンズ体23 In other words, the lens body 23
は、LED14側に屈折レンズ部14aが既に形成されたものに対応するもので、レンズ体23には、光軸Kを中心とした屈折レンズ部が配置されるべき部分に筒状の空洞部23aが形成されており、外壁面には、原理説明で用いた図4に示す如くの反射面19aを有する反射体部19が形成されている。 , Which corresponds to that refracting lens portion 14a to LED14 side has already been formed, the lens body 23, in part to refractive lens unit around the optical axis K is placed a cylindrical cavity 23a There are formed, on the outer wall surface, the reflector portion 19 having a reflecting surface 19a as denoted in FIG. 4 using the principle described is formed.

【0041】このような構成によれば、焦点位置Oに配置されたLED14からの光のうち、光路a或は光路b [0041] According to such a configuration, among the light from LED14 arranged at the focal point O, the optical path a or path b
を通る光は、屈折レンズ部14aにより屈折されて平行光線として放出され、光路cあるいは光路dを通ってレンズ体23の反射体部19に入射する光は、反射面19 Light passing through is released as parallel rays is refracted by the refractive lens unit 14a, the light incident on the reflector portion 19 of the lens body 23 through the optical path c or optical path d is the reflective surface 19
aで全反射されて平行光線として検出エリアE側に放出されるようになる。 Is totally reflected by a will be released into the detection area E side as parallel rays.

【0042】従って、第3の実施例においても、LED [0042] Thus, also in the third embodiment, LED
14からの光を効率良く平行光線に変換できると共に、 Together efficiently converted into parallel rays of light from 14,
既製のLED14を用いた場合でも、簡単且つ安価に製作し得るレンズ体23をキャップのようにして取り付けるだけで簡単に装着できるものである。 Even with off-the-shelf LED 14, in which the lens body 23 which may be fabricated easily and inexpensively can be easily mounted by simply attaching as the cap. この場合、より効率良くするためには、LED14側の屈折レンズ部1 In this case, in order to more efficiently the refractive lens unit 1 of LED14 side
4aの屈折率とレンズ体23の屈折率は略同じ値となる材質のものにより形成されていることが望ましい。 Refractive index and the refractive index of the lens body 23 of the 4a is preferably formed by substantially made of a material having the same value.

【0043】尚、上記各実施例においては、反射体部を1つ或は2つ設ける構成としたが、これに限らず、3つ以上設ける構成としても良い。 [0043] In the above embodiments, a configuration in which the reflector portion one or two provided, not limited thereto, may be provided three or more.

【0044】また、上記各実施例においては、屈折レンズ部および反射体部の各焦点位置をLED14の配置位置に一致させるように構成したが、これに限らず、例えば、LEDの出力部分がレンズ作用を持ち、光の放射角度に応じて仮想的な焦点位置が異なる場合には、放射角度に応じたそれぞれの焦点位置に合わせて屈折レンズ部および反射体部を形成するようにすれば良い。 [0044] Further, in the above embodiments, although configure each focal position of the refraction lens section and the reflector portion so as to match the position of the LED 14, not limited to this, for example, the output portion of the LED lens It has the effect, when the virtual focal position according to the radiation angle of the light are different, it is sufficient to form a refractive lens unit and the reflector unit in accordance with the respective focal positions corresponding to the emission angle.

【0045】そして、上記各実施例においては、焦点位置Oを基準点としてLED14を配置してレンズ体1 [0045] In the above embodiments, the lens body 1 by placing the LED14 the focus position O as a reference point
5,20或は21により平行光線に変換して放出するようにしたが、これに限らず、例えば、基準点を焦点位置Oからずらすことにより、LED14からの光を、レンズ体15,20或は21を介して光軸に対する広がり角度が15゜程度或はそれ以上の角度に拡散する光線に集束して放出するようにしても良く、この場合にも、LE 5,20 or have been adapted to emit converted into parallel beams by 21, not limited to this, for example, by shifting the reference point from the focal point O, and light from the LED 14, lens body 15, 20 a certain It may be released in converging the light beam to diffuse the spread angle of 15 ° about or more angles relative to the optical axis through the 21, in this case, LE
D14からの光を効率良く集束して放出することができる。 The light from the D14 can be efficiently focused to release.

【0046】さて、次に、本実施例におけるレンズ体1 [0046] Now, then, the lens body in the present embodiment 1
5の設計手順について説明するに、(a)屈折レンズ部の双曲面形状の設計,(b)反射体部の反射面形状の設計,(c)臨界角の確認および(d)従来のレンズ体と本実施例のレンズ体との集光効率の比較の4つの項目にわけて述べる。 To describe 5 design procedure, (a) the design of the hyperboloid shape of the refractive lens unit, (b) design of the reflective surface shape of the reflector portion, (c) it confirms the critical angle, and (d) conventional lens body and described it divided into four items of comparison of the light collection efficiency of the lens body of the present embodiment.

【0047】(a)屈折レンズ部の双曲面形状の設計 例えば、LED14と屈折レンズ部16との間隔を1m [0047] (a) Design of hyperboloid shape of the refractive lens unit for example, 1m intervals between the refractive lens 16 and LED14
m程度とするため、焦点距離f=2(mm)とする。 To approximately m, the focal length f = 2 (mm). 一般に、レンズの曲面を光軸Kを通る断面の形状として表わすと、図6に示すx−y座標系において次式(1)のように表わされる。 In general, expressed the curved surface of the lens as a shape of the cross section passing through the optical axis K, it is expressed by the following equation (1) in x-y coordinate system shown in FIG. 但し、cは頂点曲率,kは円錐定数とする。 However, c is the vertex curvature, k is a conic constant.

【0048】 [0048]

【数1】 [Number 1] また、図6に示した双曲面16aの頂点の曲率半径r, The curvature radius r of the vertex of the hyperboloid 16a shown in FIG. 6,
頂点曲率cおよび円錐定数kは、屈折レンズ部16の屈折率nおよび焦点距離fを用いるとそれぞれ次式(2),(3)および(4)のように表わされる。 Vertex curvature c and conic constant k, the following expressions With refractive index n and the focal length f of the refraction lens section 16 (2), is expressed as (3) and (4).

【0049】 [0049]

【数2】 [Number 2] ここで、屈折レンズ16の材質をアクリル(PMMA) Here, the material of the refraction lens 16 acrylic (PMMA)
とすると、その屈折率n=1.485であり、また、焦点距離f=2(mm)としているから、上述の式(2),(3)および(4)により、 頂点の曲率半径 r=0.97(mm) …(5) 頂点曲率 c=1.031 …(6) 円錐定数 k=−2.205 …(7) として得られる。 When its the refractive index n = 1.485, also because as a focal length f = 2 (mm), the above equation (2), (3) and (4), the curvature of the apical radius r = obtained as 0.97 (mm) ... (5) vertex curvature c = 1.031 ... (6) the conic constant k = -2.205 ... (7).

【0050】(b)反射体部の反射面形状の設計 ここでは、放物面をなす反射面17a,18aのそれぞれ焦点を上述の屈折レンズ部16の双曲面16aの焦点に一致させることにし、2つの反射面17a,18aの光軸Kを通る断面の外形線のそれぞれが図6に示す点A,Bを通ると仮定する。 [0050] (b) where the design of the reflection surface shape of the reflector unit to be matched reflecting surface 17a forming the paraboloid, each focus of 18a at the focal point of the hyperboloid 16a refracting lens portion 16 described above, two reflective surfaces 17a, 18a of the a, each point shown in FIG. 6 of the outline of the cross-section passing through the optical axis K, it is assumed that through the B.

【0051】1. [0051] 1. 点Aを通る反射面形状の設計 反射面17aの光軸Kを通る断面における放物線状の外形線は、一般に、式(8)のように表わされるから、図6の座標系を用いて表わすと式(9)のようになる。 Parabolic outline in section through the optical axis K of the design reflecting surface 17a of the reflection surface shape that passes through the point A is generally from expressed as Equation (8), expressed using a coordinate system in FIG. 6 It becomes as shown in equation (9).

【0052】 [0052]

【数3】 [Number 3] 従って、いま、点Aの座標(x,y)を、 (x,y)=(1.5, 3.39) …(10) とすると、この座標値を式(9)に代入すれば、p1の値は2次方程式の根として得られるから、その実根を求めると、 p1=1.1035 …(11) となる。 Therefore, now, the coordinates (x, y) of the point A, (x, y) = (1.5, 3.39) ... When (10), by substituting this coordinate value in the equation (9), since the value of p1 is obtained as the roots of the quadratic equation and obtain the real roots, and p1 = 1.1035 ... (11). これにより、式(9)に上述のp1の値を代入すれば、点Aを通る反射面17aの外形線は式(12) Thus, equation by substituting the above values ​​of p1 to (9), the outline of the reflective surface 17a passing through the point A (12)
のように表わされる。 Represented as.

【0053】 [0053]

【数4】 [Number 4] また、このとき、レンズの曲面を表わす式(1)によれば、 円錐定数 k=−1 …(13) 頂点の曲率半径 r=2p=2.207 …(14) となる。 At this time, according to the equation (1) representing the curved surface of the lens, the conic constant k = -1 ... (13) of curvature of the vertex radius r = 2p = 2.207 ... (14).

【0054】2. [0054] 2. 点Bを通る反射面形状の設計 上述と同様にして、点Bの座標(x,y)を、 (x,y)=(1, 6.2) …(15) とすると、この座標値を式(9)に代入すれば、p2の値は、 p2=2.64006 …(16) となる。 In the same manner as the design described above of the reflection surface shape passing the point B, and coordinates (x, y) of the point B, and the (x, y) = (1, 6.2) ... (15), the coordinate values by substituting the equation (9), the value of p2 becomes p2 = 2.64006 ... (16). これにより、式(9)に上述のp2の値を代入すれば、点Bを通る反射面18aの外形線は、式(1 Thus, by substituting the above values ​​of p2 in equation (9), the outline of the reflective surface 18a which passes through the point B, the equation (1
7)のようになる。 7) it is as.

【0055】 [0055]

【数5】 [Number 5] また、このとき、レンズの曲面を表わす式(1)によれば、 円錐定数 k=−1 …(18) 頂点の曲率半径 r=2p=5.28 …(19) となる。 At this time, according to the equation (1) representing the curved surface of the lens, the conic constant k = -1 ... (18) of curvature of the vertex radius r = 2p = 5.28 ... (19).

【0056】(c)臨界角の確認 光が内部を通過して反射面17a,18aで全反射をおこす条件としての臨界角θの値は、一般的に式(20) [0056] (c) reflecting surface 17a and passes through check light inside the critical angle, the value of the critical angle θ of the condition causing total reflection at 18a, generally the formula (20)
のように示される。 Shown are as.

【0057】 [0057]

【数6】 [6] これにより、前述したアクリルの屈折率n=1.485 Thus, the refractive index of the acrylic described above n = 1.485
を式(20)に代入して求めると、 臨界角 θ=42.33° …(21) となる。 The the determined into Equation (20), the critical angle θ = 42.33 ° ... (21).

【0058】次に、各反射面17a,18aにおける最小の入射角は、図7に示すように、点Aおよび点Bにおける焦点Oに対する入射角θ1,θ2であるから、この値を求める。 Next, the minimum angle of incidence at the reflecting surfaces 17a, 18a, as shown in FIG. 7, the incident angle θ1 with respect to the focal O at points A and B, because it is .theta.2, obtaining this value. 入射角θ1は、点Aをとおるy軸方向に平行な直線で分割した角度α1およびβ1の和(θ1=α Incident angle .theta.1, the sum of the angles α1 and β1 divided by a straight line parallel to the y-axis direction passing through the point A (θ1 = α
1+β1)として表わされる。 It is expressed as 1 + β1).

【0059】上述の角度α1は、反射面17aの点Aにおける接線の傾きm1で示される角度に等しい。 [0059] angle α1 described above is equal to the angle indicated by the gradient of the tangent m1 at the point A of the reflecting surface 17a. そこで、反射面を表わす式(9)から、yを求めてこれをx Therefore, from equation (9) representing the reflecting surface, it seeking y x
で微分すると次式(22),(23)のようになる。 In Differentiating equation (22) and (23).

【0060】 [0060]

【数7】 [Equation 7] 上述の式(23)に、先に求めたp1の値(p1=1. In the above equation (23), the value of p1 the previously obtained (p1 = 1.
1035)およびx座標の値(x=1.5)を代入すると、 m1=0.65104 となり、これから角度α1を求めると、式(24), Substituting 1035) and x-coordinate value (x = 1.5), m1 = 0.65104 next and now determining the angle [alpha] 1, equation (24),
(25)のように求めることができる。 It can be calculated as (25).

【0061】 [0061]

【数8】 [Equation 8] α1=33.05672° …(25) 一方、角度β1は、点Aの座標から求められるので、次式(26),(27)のようにして求めることができる。 α1 = 33.05672 ° ... (25) On the other hand, the angle β1 is so determined from the coordinates of the point A, the following equation (26) can be obtained as (27).

【0062】 [0062]

【数9】 [Equation 9] β1=23.86833° …(27) 従って、点Aにおける入射角θ1は、 θ1=α1+β1 =56.934° …(28) となる。 β1 = 23.86833 ° ... (27) Therefore, the incident angle .theta.1 at the point A becomes θ1 = α1 + β1 = 56.934 ° ... (28). これにより、点Aにおける入射角θ1は、式(21)で示した臨界角θ(=42.33°)よりも充分大きいので、反射面17aに当たった光は全て全反射することになる。 Thus, the incidence angle θ1 at the point A, since the critical angle theta (= 42.33 °) sufficiently greater than shown by the equation (21), light impinging on the reflecting surface 17a will be totally reflected all.

【0063】同様にして点Bにおける入射角θ2を求めると、 θ2=α2+β2 …(29) =40.41°+9.1623° =49.58° …(30) となって、やはり反射面18aに当たった光も全て全反射することになる。 [0063] When obtaining the incident angle .theta.2 at point B in the same manner, θ2 = α2 + β2 ... (29) = 40.41 ° + 9.1623 ° = 49.58 ° ... becomes (30), also on the reflecting surface 18a all also hit light will be totally reflected.

【0064】(d)従来のレンズ体と本実施例のレンズ体との集光効率の比較 図11に示すように、従来のパラボラレンズ式のもの(サンクス社製品名NA40)と、図1あるいは図8に示した本実施例のものとの集光効率特性を求める。 [0064] (d) and as shown in Comparative Figure 11 collection efficiency of the lens body of a conventional lens body as this embodiment, the conventional parabolic lens type (SUNX Co. product name NA40), or 1 Request collection efficiency characteristics with those of the present embodiment shown in FIG. 即ち、従来のものにおいては、図11に示すように、焦点Oに配置したLEDからレンズ体1を介して前方に有効に放出される光の角度範囲は、光軸Kを基準として21 That is, in the conventional, as shown in FIG. 11, the angular range of light effectively emitted forward through the lens body 1 from the LED disposed in the focal point O is the optical axis K as reference 21
°から38°までの17°の範囲である。 ° from the range of 17 ° to 38 °. また、本実施例のものにおいては、図8に示すように、有効に放出される光の角度範囲は、0°から35°までの35°と、 Further, in those of the present embodiment, as shown in FIG. 8, the angular range of light effectively emitted, and 35 ° from 0 ° to 35 °,
50°から80°までの30°の範囲となる。 In the range of 30 ° from 50 ° to 80 °.

【0065】そこで、実際に焦点Oの位置にLED14 [0065] Therefore, to actually focus O position LED14
を配置した場合の値を求めてみる。 Try to determine the value in the case where a. 発明者の検証によれば、試算に用いたLED14の通電電流IF を100m According to the verification of the inventors, 100 m to LED14 energizing current IF of using the estimated
Aとし、そのLED14の放射光の指向特性を考慮して計算すると、 従来品 … 0.8336mW(IF =100mA) 本実施例 … 3.35 mW(IF =100mA) という結果が得られ、これにより、本実施例のものにおいては、従来品と比較して4.02倍つまり約4倍もの集光効率差が得られたことになる。 Is A, is calculated in consideration of the directivity of the emitted light of the LED 14, conventional ... 0.8336mW (IF = 100mA) present example ... 3.35 mW (IF = 100mA) that result is obtained, thereby in those of the present embodiment will be 4.02 times, that about 4 times more light collection efficiency different compared was obtained with the conventional product.

【0066】 [0066]

【発明の効果】請求項1記載の光学装置によれば、基準点からの光に対して、屈折レンズ部により、所定角度範囲内の光成分を屈折により集束し、反射体部により、所定角度範囲外の光成分を内部に導いて放物面状をなす反射面で全反射させることにより集束するようにしたので、広い角度範囲の光を平行光線或は拡散する光に集束できて全体の小口径化を図ると共に検出距離を長くすることができ、反射体部の反射面で全反射させる構成から、蒸着等の加工が不要となって安価に製作できるという優れた効果を奏する。 Effects of the Invention] According to the optical device according to claim 1, for light from the reference point, the refraction lens portion, and focused by refraction of light components within a predetermined angular range, the reflector portion, the predetermined angle since the range of the light component so as to focus by total reflection at the reflecting surface forming the interior led to parabolic, the whole can focused to light parallel light or diffuse light in a wide angular range It can increase the detection distance with achieving small-diameter, from the configuration for totally reflected by the reflection surface of the reflector portion, an excellent effect that can be inexpensively manufactured so processing such as vapor deposition is not required.

【0067】請求項2記載の光学装置によれば、反射体部を、基準点からの光に対して光軸を基準とした所定角度範囲外の光成分を複数の角度範囲に分割してそのそれぞれを集束する複数の反射面を一体に有する構成としたので、反射面の厚さ方向の寸法をひとつの反射面で構成する場合に比べて小さくすることができ、従って、上述の効果に加えてさらに全体の薄形化が図れるという優れた効果を奏する。 [0067] According to the optical device according to claim 2, wherein the reflector portion, the dividing the predetermined angular range of the light components of the optical axis with respect to the light from the reference point to a plurality of angle ranges having a plurality of reflecting surfaces for focusing each configured to have integrally can be reduced as compared with the case of constituting the thickness dimension of the reflecting surface in one of the reflecting surfaces, thus, in addition to the effects described above further overall thinning Te is achieved an excellent effect that attained.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第1の実施例を示すレンズ体の縦断側面図 Longitudinal side view of the lens body of a first embodiment of the present invention; FIG

【図2】レンズ体の側面図および正面図 A side view and a front view of FIG. 2 lens body

【図3】エリアセンサの概略的な構成図 3 is a schematic configuration diagram of the area sensor

【図4】レンズ体の原理説明図その1 [4] lens body explanatory view of the principle of the 1

【図5】レンズ体の原理説明図その2 [5] The principle of the lens body illustration Part 2

【図6】レンズ体の設計手順における説明図 Figure 6 is an explanatory diagram in the design procedure of the lens body

【図7】レンズ体の設計手順における説明図 Figure 7 is an illustration of the design procedure of the lens body

【図8】レンズ体の効率比較用の説明図 Figure 8 is an explanatory view for efficient comparison of the lens body

【図9】本発明の第2の実施例を示す図1相当図 Figure 1 corresponds diagram showing a second embodiment of the present invention; FIG

【図10】本発明の第3の実施例を示す図1相当図 Figure 1 corresponds diagram showing a third embodiment of the invention; FIG

【図11】従来例の凸レンズの効率比較用の説明図 Figure 11 is an explanatory view for efficiency comparative example of a conventional convex lens

【図12】従来例の不具合を説明する図 FIG. 12 is a diagram illustrating a conventional example problem of

【図13】図12相当図 [13] FIG. 12 corresponding to FIG.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

11はエリアセンサ、12は投光器、13は受光器、1 11 area sensor 12 projector 13 light receiver, 1
4はLED、15,20,21はレンズ体、14a,1 4 LED, 15, 20 and 21 is a lens member, 14a, 1
6,22は屈折レンズ部、16aは双曲面、17,1 6 and 22 is the refractive lens unit, 16a is hyperboloid, 17,1
8,19は反射体部、17a,18a,19aは反射面である。 8 and 19 is a reflector portion, 17a, 18a, 19a is a reflective surface.

Claims (2)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 基準点からの光に対して光軸を基準とした所定角度範囲内の光成分を屈折により集束する屈折レンズ部と、前記基準点からの光のうち前記所定角度範囲外の光成分を内部に導いて放物面状をなす反射面で全反射させることにより集束する反射体部とを具備したことを特徴とする光学装置。 1. A refractive lens unit for focusing the refracted light components within a predetermined angular range relative to the optical axis to the light from the reference point, outside the predetermined angular range of the light from the reference point optical apparatus characterized by comprising a reflector unit for focusing by the total reflection light component by the reflective surface forming an interior led by parabolic.
  2. 【請求項2】 反射体部は、基準点からの光に対して光軸を基準とした所定角度範囲外の光成分を複数の角度範囲に分割してそのそれぞれを集束する複数の反射面を一体に有することを特徴とする請求項1記載の光学装置。 2. A reflector unit, a plurality of reflecting surfaces which focuses the respectively predetermined angular range of the light component with respect to the optical axis is divided into a plurality of angular ranges for the light from the reference point the optical device according to claim 1, characterized in that it comprises integrated.
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