JPS61138911A - 光軸調整装置 - 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】 発明の要約 光学系の光軸のまわりに互いに独立して回転自在な２つ
のプリズムが設けられていることを特徴とする光軸調整
装置。

この発明は次の目次にしたがって、以下詳細に説明され
る。

（１）発明の背景　・ （１，ｉ）技術分野 （１，２）従来技術 （２）発明の概要 （２１）発明の目的 （２，２）発明の構成と効果 （３）実施例の説明 （３，１）プリズムの効果 （３，２）光電スイッチの構成 （３，３）　２つのプリズムの作用 （１）発明の背景 （１，１）技術分野 この発明は光軸調整装置に関し、たとえば光電スイッチ
の光軸調整に好適な装置に関する。

（１，２）従来技術 充電スイッチ、とくに透過形光電スイッチは別体の投光
器と受光器とから構成され、これらの役、受光器が離れ
て投首されるために、投首時に役、受光器の光軸を一致
させる必要がある。

一般に、役、受光器の指向色が大きければ光軸合わせは
比較的容易であるが、役、受光器の指向角が小さいとそ
れらの光軸合わせは難しい。

一方、投光器の指向角を小さくすることは次のような利
点がある。それは、指向角を小さくすれば、投光器から
出射される光の強度の減衰が少なく、投光器から遠く離
れた地点にも充分な強度の光が届く。このために、受光
器として小形のものを用いることができるということで
ある。

透過形光電スイッチに限らず、投光、受光の両機能を１
つのケース内にもつ反射形光電スイッチにおいても、被
検出対象が小さい場合にはその先軸合わせが困難なこと
がある。

第５図は従来の光電スイッチにおける光軸調整の様子を
示すものである。

横断面り字形の支持部材（３２）があり、これは互いに
垂直な２つの支持片（３２ａＨ３２ｂ）からなる。

支持片（３２ａ３（３２ｂ）にはそれぞれ弧状の長穴（
３５）（３８）があけられている。支持部材（３２）は
、２のねしく３６）（３７）により取付部（図示略）に
固定される。光電スイッチのケース（３１）は、２つの
ねじ（３３）（３４）により支持部材（３２）の支持片
（３２ａ）に固定される。ねり（３４）（３７）は長穴
（３５１（３８）をそれぞれ通っている。充電スイッチ
のケース（３１）は、具体的には投光器、受光器または
役、受光両機能をもつ反射形光電スイッチである。

光軸調整は次の手順で行なわれる。

充電スイッチのケース（３１）を支持部材（３２）に取
付けかつ支持部材（３２）を取付部に取付ける。

このとき、ねじ（３３）（３４）（３６）（３７）をゆ
るく締めておく。

この状態で、光電スイッチ（３１）をねじ（３３）を中
心として上下方向に回動させ、また支持部材（３２）を
ねしく３６）を中心にして左右方向に回動させることに
より光軸調整を行なう。

役、受光器等（ケース（３１））の光軸が一致すること
により光軸調整が終了すると、光軸がずれないようにケ
ース（３１）を手等で保持してねしく３３）（３４）（
３６）（３７）を強く締めつける。

光軸調整終了後ねじ（３３Ｈ３４）（３６）（３７）を
強く締めつけるときに支持部材（３２）、ケース（３１
）が若干動くことは避けられず、若干の光軸のずれを生
じる。従来のこの光軸調整によると、調整可能な指向角
の下限は１°程度といわれている。

（２）発明の概要 ＋２．１）発明の目的 この発明は、指向角が小さい場合であっても容易に光軸
調整を行なうことのできる装置を提供するものである。

（２，２）発明の構成と効果 この発明による光軸調整装置は、光学系の光軸のまわり
に互いに独立して回転自在な２つのプリズムが設けられ
ていることを特徴とする。

２つのプリズムは公知の支持手段によって回転自在に保
持することができる。

後述することから明らかになるように、２つのプリズム
を相互に独立に回転させることによって全方位にわたる
光軸調整が可能となる。プリズムを回転させるだけで微
小な光軸調整が可能であり、その操作が容易で構造も簡
単である。

ｉｇｌ整された角度位置にプリズムをねじによって固定
することがたとえ必要であったとしても、プリズムは上
述のケース（３１）や支持部材（３２）に比べてはるか
に経過であるから、ねじの締付は力も小さくて足り、ね
じの締付けによって光軸ずれはほとんど生じない。

（３）実施例の説明 （３１）プリズムの効果 第１図はプリズムの断面を示している。プリズム（１１
）は屈折率がｎの材料でつくられ、その頂角（入射面（
１２）と出射面（１３）とのなす角）をαとする。入射
光線Ｂｉｎがプリズム（’１１）の入射面（１２）に入
射し、その出）１而（１３）から出射光線Ｂｏｕｔとし
て出射する。

入射光線３ｉｎがプリズム（１１）の入射面（１２）に
立てた法線となす角をθ９、入射面（１２）で屈折した
のちにこの法線となす角を６２とすると、スネルの法則
により次式が成り立つ。

ｓｉｎθ、　／ｓｉｎθ２＝　ｎ　　　　　　・（１）
同様に、出射光１３０１１ｔがプリズム（１１）の出射
面に立てた法線となす角を０４、出射面（１３）から出
射される前にこの法線となす角を０３とすると第（２）
式が成立する。

ｓｉｎθ４／ｓｉｎθ３＝ｎ　　　　　　・　（２）第
１図の幾何学的形状により、次の関係が成立することは
容易に理解できよう。

θ２＋θ３−α　　　　　　　　　・・・（３）入射光
１ｉ３ｉｎと出射光線Ｂｏｕｔがなす角βは、第１図の
幾何学的形状より、次式で表わされる。

β＝（θ１−θ２）＋（θ４−θ３）・・・（４）筒中
のために角θ５、θ２、θ３およびθ４は十分小さくて
θ１＝ｓｉｎθｉ　　（ｉ＝１〜４）と近似できるもの
とする。このような近似を用いても以下の説明に支障は
ない。

第（１）式および第（２）式はそれぞれ次のように近似
される。

θ、／θ２＝ｎ　　　　　　　　　　・・・（５）θ４
／θ３＝ｎ　　　　　　　　　　・・・（６）第（３）
〜第（６）式より、θ７、θ７、θ３およびθ４を消去
すると次式が１ｑられる。

β＝α（ｎ−１＞　　　　　　　　　・・・（７）（３
，２）光電スイッチの構成 第２図は光電スイッチの構成の概要を示している。投光
器を例にとって説明する。投光器のケース（２１）内に
は、投光素子（２２）が設けられ、この投光素子（２２
）の前方に投射光をコリメートまたは集光するためのレ
ンズ系〈光学系＞　（２３）が設けられている。このレ
ンズ系（２３）の光軸がＡＸで示されている。レンズ系
（２３）の前方にはさらに２つのプリズム（１）（２＞
が配置されている。これらのプリズム（１）（２）は、
第１図にプリズム（１１）として示したものと同じであ
り、簡単のために頂角はともにαであるものとする。２
つのプリズム＜１＞（２＞は光軸△Ｘを中心として回転
自在にケース（２１）に支持されている。これらのプリ
ズム（１）と（２）は相互に独立に回転可能である。プ
リズム（１）（２）を回転自在に支持する機構としては
光学技術の分野で公知の道具を用いることができる。

光電スイッチの受光器も全く同じように構成することが
できる。受光器の場合には、（２２）が受光素子になり
、（２３）が集光のためのレンズ系となろう。２つのプ
リズムももらろん回転自在に設けられる。

投光、受光両機能を１ケース内にもつ反射形光電スイッ
チの投光部、受光部もそれぞれ同じように構成できる。

いずれにしても、投光器（部）または受光器（部）の少
なくともいずれか一方の光学系に上述のプリズム（１）
（２）を設、ければよい。

（３，３１２つのプリズムの作用 説明の便宜のために、光電スイッチの投光器が第２図に
示される構成をもっているものとする。

第３図において、投光器における直交座標系をＵｖＺ座
標系、受光器における直交座標系をＸＹＺ座標系とする
。これらの座標系においてＺ軸は共通で上述の光＠ＡＸ
と一致するものとする。　　　　− 投光器に２つのプリズム（１）と（２）がともに存在し
ないと仮定する。この場合には、Ｉｑ光器から出射され
る光線の光軸は上述のＡＸであり、この光軸と受光器の
ＸＹＺ座標系のＸＹ平面との交差の座標（ｘｏ　、　ｙ
ｏ　）は、Ｘｏ−０、ｙｏ　＝Ｏとなる。

投光器に一方のプリズム（１）のみが存在し、他方のプ
リズム（２）が存在しないと仮定する。

この場合には、投光器から出射される光線はプリズム（
１）により偏向され、その先軸と受光器のＸＹ平面との
交点Ｐ、の座標（Ｘ＋　、Ｖ＋　　）は次式を満足する
。

Ｘ＋　２＋Ｖ＋　２＝　（／　・ｊａｎβ１２・　（８
）ここでｅはＵＶＺ座標系とＸＹＺ座標系の原点間の距
離である。また、βは第（７）式で与えられる値である
。

第（８）式に第（７）式を代入すると次のようになる。

×１２＋ｙＩ２＝ ／２−ｔａｎ２　（α（ｎ−１））　　＝（９）逆に、
投光器に他方のプリズム（２）のみが存在し、一方のプ
リズム（１）が存在しないと仮定すると、投光器より出
射される光線ｔよプリズム（２）により偏向される。こ
の光線の光軸とＸＹ平面との交点Ｐ２の座Ｆｔ（ｘｚ　
、　ｙ！　＞は同様に次式を満足する。

×２２＋ｙ２２− ／２　・ｔａｎ２（α（ｎ−１＞）　　・・・（１０）
第２図に示すように、投光器に２つのプリズム（１）と
（２）が存在すると、投光器より出射された光線はこれ
ら２つのプリズムによって偏向される。この光線の光軸
と受光器の座標系のＸＹ平面との交点Ｐの座標（ｘ、ｙ
）は次式を満足する。

ｘ＝ｘ、＋Ｘ２　　　　　　　　　　・・・（・１１）
ｙ＝ｙｌ　＋Ｖ２　　　　　　　　　　　・・・（１２
）第４図は上述の交点Ｐ１およびＰの軌跡を示している
。

第（９）式および第（１０）式より明らかなように、交
点Ｐ＋　　（Ｘ＋　、’／＋　）およびＰ２　　（Ｘ２
、Ｖ２　）はプリズム（１）または（２）を回転さける
ことにより×Ｙ平面上を移動し、その軌跡は円を描く。

Ｃ１で示される円は、プリズム（１）のみが（−１在す
る場合の交点Ｐ、の描く軌跡である。

ＣＭ）て示される円は、両プリズム（１）（２）が存在
する場合に、プリズム（１）（交点ＰＩ　　＞を固定し
ておいてプリズム（２）を回転さけた場合に交点Ｐが描
く軌跡である。

２つのプリズム（１）と（２）は互いに独立に回転自在
であるから、これらのプリズム（１）（２）を回転させ
る口とにより交点ＰはＣで示される円の内部の任意の点
となることができる。

そして、この円Ｃの半径は、第（９）〜（１２）式より
２−　／　−ｔａｎ　　（α（ｎ−１＞　）で表わされ
る。したがって、投光器から出射される光線の光軸の指
向角は、受光器側において円Ｃの範囲内で調整できるこ
とになる。円Ｃの半径はプリズムの頂角αによって定め
られるから、頂角αを小さくすればきわめて微細な指向
角調整が可能となる。もちろん、２つのプリズムの頂角
を異なる（直としてもよい。

以上のように、この発明によれば２枚のプリズムを独立
して回転自在に設けるという簡易な構造で微小な指向角
の調整が容易に可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプリズムの作用を説明するための図、第２図は
光電スイッチの一例を示す構成図、第３図は投光器と受
光器の座標系の関係を示す図、第４図はプリズムの存在
によって偏向される光の光軸が受光器側において描く軌
跡を示す図、第５図は従来の光軸調整の様子を示す斜視
図である。 （１）（２）（１１）・・・プリズム、（Ａｘ）・・・
光軸。 以　　上 外４名 第１図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学系の光軸のまわりに互いに独立して回転自在な２つ
   のプリズムが設けられている光軸調整装置。