WO2019155855A1 - 限定反射型センサ - Google Patents

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WO2019155855A1
WO2019155855A1 PCT/JP2019/001582 JP2019001582W WO2019155855A1 WO 2019155855 A1 WO2019155855 A1 WO 2019155855A1 JP 2019001582 W JP2019001582 W JP 2019001582W WO 2019155855 A1 WO2019155855 A1 WO 2019155855A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
light
reflection type
type sensor
limited reflection
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/001582
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
中嶋　淳
直也 柿本
明日香 多田
Original Assignee
オムロン株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition

Definitions

  • the present invention relates to a sensor, and in particular, emits light emitted from a light emitting unit toward an object detection region via an output light lens, and reflects light from an object existing in the object detection region via a reflected light lens.
  • the present invention relates to a limited reflection type sensor that receives light at a light receiving portion.
  • the detection area of the object is limited to emit light emitted from the light emitting unit, and the reflected light reflected by the object in the detection area is reflected.
  • a limited reflection type sensor that receives light at a light receiving unit has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the detection area is irradiated with the outgoing light from the light emitting section through the outgoing light lens, and the reflected light reflected by the object in the detection area through the light receiving lens is received by the light receiving section.
  • Receive light When reflected light is incident on the light receiving unit, the light is converted into an electrical signal by the light receiving unit. Therefore, the presence of an object in the detection region can be detected by detecting a voltage change generated in the light receiving unit. Therefore, the detection region is limited to a range in which light can be irradiated from the light emitting unit and light can reach the light receiving unit. Such a setting range of the detection region can be changed by optical design of the outgoing light lens and the light receiving lens.
  • each of the outgoing light lens and the light receiving lens is configured by a combination of an aspherical lens and a cylindrical lens. In this way, by detecting the short distance with the cylindrical lens arranged on the inside and detecting the long distance with the aspherical lens arranged on the outside, it is possible to expand the detection range of the long distance while maintaining the short distance detection range. Can do.
  • the conventional limited reflection type sensor described above is used, for example, to detect an approaching object and stop it at a certain position, but it is desired that the object can be detected in a wider range.
  • the limited reflection type sensor of Patent Document 1 even if the curvature of the cylindrical lens is changed, it is difficult to detect an object at a shorter distance because the degree of difficulty in optical design becomes very high.
  • the present invention was devised to solve such problems, and its purpose is to provide a limited reflection type sensor capable of enlarging the detection area on the short distance side while maintaining the long distance side range of the detection area. It is to provide.
  • the limited reflection type sensor of the present invention irradiates light emitted from a light emitting unit toward an object detection region via an output light lens, and reflects light from an object present in the object detection region.
  • a limited reflection type sensor that receives light at a light receiving portion via a reflected light lens, wherein the emitted light lens or the reflected light lens has a first surface facing the object detection region, and a first surface.
  • a toroidal lens region on the side closer to the object detection region on at least one of the light projecting side and the light receiving side of the second surface, and a side far from the object detection region.
  • a boundary position between the toroidal lens area and the convex lens area is different from a center position of the outgoing light lens or the reflected light lens.
  • the boundary position is biased toward the toroidal lens region side than the center position.
  • the boundary position is biased toward the convex lens region side than the center position.
  • the outgoing light lens and the reflected light lens are integrally formed, and the first surface is a substantially flat surface.
  • the light emitting part or the light receiving part is arranged at a position biased toward the convex lens region side with respect to the boundary position.
  • the present invention it is possible to provide a limited reflection type sensor capable of enlarging the short-range detection area while maintaining the long-range range of the detection area.
  • FIG. 1 (a) is a schematic perspective view
  • FIG.1 (b) is a schematic cross section
  • 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a detailed structure of a lens 12.
  • FIG. 3 (a) shows the example using the conventional lens
  • FIG.3 (b) shows the convex lens part 121a of this invention.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining light irradiation of the limited reflection sensor 10 in detail.
  • FIG. 6A shows light beams in the width direction at the convex lens portions 121a and 122a
  • FIG. 6B shows the depth at the convex lens portions 121a and 122a.
  • FIG. 6 (c) shows the light rays in the width direction at the concave lens portions 121b and 122b
  • FIG. 6 (d) shows the light rays in the depth direction at the concave lens portions 121b and 122b.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a limited reflection sensor 20 according to Embodiment 2.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a detailed structure of a lens 22.
  • FIG. It is the figure which superimposed the light irradiated from the light emission part 14a in the limited reflection type sensor 20, and the result of the ray trace simulation of the area
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a limited reflection sensor 10 according to the first embodiment
  • FIG. 1A is a schematic perspective view
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view.
  • the limited reflection type sensor 10 includes a casing unit 11, a lens 12, a mounting substrate 13, a light emitting unit 14a, and a light receiving unit 14b.
  • the housing unit 11 is a housing that configures the outer shape of the limited reflection sensor 10 and holds each unit, and FIG. 1 shows an example of a substantially rectangular parallelepiped box.
  • the casing 11 is made of a material that does not transmit light having a longer wavelength than ultraviolet light. For example, a resin colored in black can be used.
  • the housing part 11 is provided with a mounting part 11a, a lens housing part 11b, a lens holding part 11c, a light emitting housing part 11d, and a light receiving housing part 11e.
  • the shape of the housing 11 is not limited to that shown in FIG.
  • the mounting part 11a is a flat plate-like part formed so as to protrude in a substantially horizontal direction from the pair of side walls of the housing part 11, and a fastening hole is formed through each substantially center.
  • the attachment part 11a is a part for positioning and fixing the limited reflection type sensor 10 with respect to each part of the apparatus or the like using the limited reflection type sensor 10.
  • a fastening hole is positioned at a screwing portion provided in the apparatus. And can be fixed with a screw or the like.
  • the lens housing portion 11b is a space surrounded by the side wall of the housing portion 11, and the lens 12 is disposed in the upper opening. As shown in FIG. 1B, the side wall around the lens housing portion 11b holds the peripheral edge of the lens 12 at its upper end. Further, a part of the housing part 11 forms a locking claw, and is fitted into a locking part provided at a corresponding position of the lens 12 so that the light emitting part 14a and the light receiving part 14b are relative to the lens 12. The target position is determined and held.
  • the lens holding portion 11 c is a substantially flat plate-like portion that is erected substantially at the center of the lens housing portion 11 b. It is in contact. Since the lens holding part 11b is divided into the light receiving side and the light emitting side by the lens holding part 11c, it is possible to prevent the light from directly reaching the light receiving part 14b from the light emitting part 14a through the lens receiving part 11b.
  • the light emitting housing portion 11d is a space provided in communication with the lens housing portion 11b, and further penetrates the bottom surface side (downward in the drawing) of the housing portion 11. As shown in FIG.1 (b), the light emission part 14a is arrange
  • the light receiving housing portion 11e is a space provided in communication with the lens housing portion 11b, and further penetrates the bottom surface side (downward in the drawing) of the housing portion 11. As shown in FIG.1 (b), the light-receiving part 14b is arrange
  • the lens 12 is made of a light-transmitting material such as a resin, transmits the light emitted from the light emitting unit 14a and extracts the light with a predetermined light distribution, and transmits the light incident from the outside to receive the light receiving unit 14b. It is an optical member made to enter. Details of the specific structure of the lens 12 will be described later.
  • the mounting board 13 is a board on which the light emitting part 14a and the light receiving part 14b are mounted on one surface, and includes a wiring layer and a connector part (not shown).
  • the material which comprises the mounting substrate 13 is not limited, Well-known things, such as a printed circuit board, a metal substrate, a composite board
  • the mounting board 13 is positioned and fixed from the bottom surface side of the housing part 11, and thereby the light emitting part 14a and the light receiving part 14b are accommodated in the light emitting accommodating part 11d and the light receiving accommodating part 11e, respectively. Is done.
  • the light emitting unit 14a is a member that emits light at a predetermined wavelength when electric power and a signal are transmitted from the outside of the limited reflection type sensor 10 through a connector unit, wiring, or the like (not shown). Although the specific structure of the light emission part 14a is not limited, A light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) etc. are mentioned. The wavelength of the light emitted from the light emitting unit 14a only needs to be included in the absorption band of the light receiving unit 14b. For example, infrared light is used. In addition, the light emitting unit 14a may include an optical member such as a lens, and emits light emitted from the LED chip with desired light distribution characteristics.
  • LED Light Emitting Diode
  • the light receiving unit 14b is a member that absorbs light of a predetermined wavelength and converts it into an electrical signal, and sends a detection signal to the outside of the limited reflection type sensor 10 via a connector unit, wiring, or the like (not shown).
  • a phototransistor can be used.
  • the light receiving unit 14b includes the wavelength of light emitted from the light emitting unit 14a in the absorption band.
  • the light receiving unit 14b may include an optical member such as a lens, and the incident light is efficiently collected and detected on the phototransistor.
  • the light emitting unit 14a In the limited reflection type sensor 10 shown in FIGS. 1A and 1B, power and signals supplied from the outside to the mounting substrate 13 are transmitted to the light emitting unit 14a, and the light emitted from the light emitting unit 14a is emitted from the light emitting housing 11d. Then, the light enters the lens 12 through the lens housing portion 11b, and light is irradiated to the outside of the limited reflection sensor 10 with a light distribution according to the curved surface of the lens 12.
  • the light emitted from the light emitting unit 14a When an object is present in the object detection area for detecting an object, the light emitted from the light emitting unit 14a is reflected toward the limited reflection sensor 10 and enters the lens 12, and the lens housing unit 11b and The light enters the light receiving portion 14b through the light receiving portion 11e.
  • the light receiving unit 14b outputs a voltage corresponding to the intensity of the received light, and the voltage value is transmitted to the outside through the mounting substrate 13 as a signal for detecting
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the detailed structure of the lens 12.
  • the lens 12 includes an outgoing light lens 121, a reflected light lens 122, a flat plate portion 123, and a flange portion 124.
  • the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 are formed at positions separated from each other by the separation groove 123 a, but the lens 12 is formed integrally with the flat plate portion 123 and the flange portion 124.
  • each of the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 emits light only by positioning the lens 12 in the casing 11. Positioning with respect to the portion 14a and the light receiving portion 14b can simplify the assembly process and improve positioning accuracy.
  • an example in which the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 are integrally formed is shown, but the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 may be completely separated.
  • the flat plate portion 123 is a substantially flat plate-like portion that forms the upper end portion of the lens 12, and the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 are integrally formed on the lower surface side thereof.
  • the upper surface of the flat plate portion 123 is a substantially flat incident / exit surface 123b, and the incident / exit surface 123b corresponds to the first surface in the present invention and is disposed to face the object detection region. Therefore, in the limited reflection type sensor 10, light emission to the object detection region and light reception from the object detection region are performed via the incident / exit surface 123 b of the flat plate portion 123. Since the lens 12 has the flat plate portion 123, the lens 12 does not protrude outside the limited reflection sensor 10, and space saving and contamination can be suppressed.
  • the flange portion 124 is a portion that is thinner than the flat plate portion 123 and is formed so as to surround the outer periphery of the flat plate portion 123, and is fitted to the side wall of the housing portion 11 to position and fix the lens 12 to the housing portion 11. Part.
  • the separation groove 123a is a groove that separates between the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 and reaches the back surface of the flat plate portion 123, and the lens holding portion 11c is inserted as shown in FIG. Thus, the lens 12 is positioned and held.
  • the surface exposed by the separation groove 123a is tapered as shown in FIG. 2 so that the lens holding portion 11c can be easily inserted and positioned.
  • Each of the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 is formed as the second surface in the present invention on the opposite side to the incident / exit surface 123b, and the second surface is formed by the convex lens portions 121a and 122a and the concave lens portions 121b and 122b, respectively.
  • the second surface is formed by the convex lens portions 121a and 122a and the concave lens portions 121b and 122b, respectively.
  • the convex lens portions 121a and 122a are provided in areas far from the separation groove 123a in the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122, respectively, and constitute a convex aspherical lens downward. Since the object detection area is located above the separation groove 123a, the convex lens portions 121a and 122a are located on the side far from the object detection area.
  • the concave lens portions 121b and 122b are provided in areas close to the separation groove 123a in the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122, respectively, and constitute a concave toroidal lens area below. Since the object detection area is located above the separation groove 123a, the concave lens portions 121b and 122b are located on the sides closer to the object detection area.
  • ranges of the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 in contact with the back surface of the flat plate portion 123 are defined as lens widths 121W and 122W, respectively.
  • the boundary positions between the convex lens portions 121a and 122a and the concave lens portions 121b and 122b are different from the center positions of the lens widths 121W and 122W, and are biased toward the convex lens portions 121a and 122a.
  • the positions of the light emitting portion 14a and the light receiving portion 14b are biased toward the convex lens portions 121a and 122a, which are outside the boundary position between the convex lens portions 121a and 122a and the concave lens portions 121b and 122b.
  • FIG. 3 is a diagram showing the result of calculating the light emitted from the light emitting unit 14a by the ray trajectory simulation.
  • FIG. 3 (a) shows an example using a conventional lens
  • FIG. 3 (b) shows the present invention.
  • the example using the lens 12 which has the convex lens part 121a of this and the concave lens part 121b is shown.
  • FIGS. 3A and 3B only light emission from the light emitting portion 14a is shown, but the description of light incident on the light receiving portion 14b is omitted.
  • the light from the light emitting portion 14a is refracted by the entrance surface and the exit surface of the lens, and is irradiated in the direction of the object detection region. At this time, the light from the outer region of the lens is irradiated to a long distance, and the light from the inner region of the lens is irradiated to a short distance.
  • the outside of the lens 12 is a convex lens portion 121a and irradiates light over a long distance
  • the inside of the lens 12 is a concave lens portion 121b. There is light at a short distance. Comparing FIG. 3 (a) and FIG.
  • the lens 12 of the present embodiment by using the lens 12 of the present embodiment, the irradiation range of light from the concave lens portion 121b to the short distance is expanded, and the object detection region is made closer to the short distance. It can be seen that it can be expanded to. Since light can also be irradiated on the short distance side, an object located at a short distance can be detected regardless of the color of the object.
  • FIG. 4 is a diagram in which the result of ray trajectory simulation of the light irradiated from the light emitting unit 14a in the limited reflection sensor 10 and the light incident on the light receiving unit 14b is superimposed.
  • the limited reflection type sensor 10 the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 of the lens 12 are formed, and the light emitting part 14a and the light receiving part 14b are also provided on the left and right sides.
  • a region surrounded by a thick line in FIG. 4 is a region in which light is emitted from the light emitting unit 14a and light is incident on the light receiving unit 14b, and is an object detection region R.
  • the object detection region R is also expanded to the near distance side. .
  • FIG. 5 shows the result of a ray trace simulation showing irradiation of light from the inside of the light emitting portion 14a through the lens 12 and light rays to the inside of the light receiving portion 14b.
  • the light from the light emitting portion 14a passes through the convex lens portion 121a and is collected at a long-distance cross point indicated by a black circle in the drawing.
  • the light intensity at the cross point can be improved, an object located at a short distance can be detected regardless of the color of the object.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining in detail the light irradiation of the limited reflection type sensor 10.
  • FIG. 6A shows light rays in the width direction at the convex lens portions 121a and 122a
  • FIG. FIG. 6C shows the light rays in the depth direction at the concave lens portions 121b and 122b
  • FIG. 6D shows the light rays in the depth direction at the concave lens portions 121b and 122b.
  • the width direction indicates the left-right direction of the limited reflection type sensor 10 shown in FIG. 1B
  • the depth direction indicates the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
  • the convex lens portions 121a and 122a are aspherical lens convex lenses, and therefore condense light with respect to the cross point on the far side in the width direction and the depth direction. . Thereby, since the light intensity at the cross point can be improved, an object located at a short distance can be detected regardless of the color of the object.
  • the concave lens portions 121b and 122b are toroidal lenses, the width direction irradiates light on the short distance side, but the depth direction is shown in FIG. 6D.
  • Light is condensed at the cross points indicated by black circles.
  • the cross points in the depth direction of the concave lens portions 121b and 122b are set closer to the closer side than the cross points of the convex lens portions 121a and 122a.
  • FIG. 7 is a graph showing the distance characteristics of object detection using the limited reflection type sensor 10 of the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the distance from the surface of the lens 12 of the limited reflection sensor 10
  • the vertical axis indicates the normalized output intensity detected by the light receiving unit 14b.
  • the broken line in the figure shows a comparative example using a conventional convex lens
  • the solid line in the figure shows an example using the limited reflection type sensor 10 in the present embodiment.
  • the light receiving output on the short distance side is significantly improved as compared with the case where the conventional convex lens is used.
  • the light receiving output on the far side is greatly improved. Therefore, in the limited reflection type sensor 10 of the present embodiment, even when an object is present at a short distance, the light emitted to the object from the light emitting unit 14a is strengthened, and the amount of light reflected by the object and incident on the light receiving unit 14b Can be enlarged. Thereby, the object detection accuracy at a short distance is also improved, and an object located at a short distance can be detected regardless of the color of the object.
  • the outgoing light lens 121 and the reflected light lens 122 include convex lens portions 121a and 122a and concave lens portions 121b and 122b, respectively.
  • the far distance side of the object detection region R can be enlarged by the convex lens portions 121a and 122a, and the short distance side can be enlarged by the concave lens portions 121b and 122b, so that the detection range of the limited reflection sensor 10 can be enlarged.
  • the boundary positions of the convex lens portions 121a and 122a and the concave lens portions 121b and 122b are different from the center positions of the lens widths 121W and 122W, the degree of freedom in designing the light distribution on the short distance side and the long distance side is increased. improves.
  • the boundary position is biased to the outside of the center position, the areas of the concave lens portions 121b and 122b become wider than the convex lens portions 121a and 122a, and the light distribution to the short distance side is increased to detect on the short distance side. The accuracy can be further improved.
  • the degree of freedom in design is further improved and the light emitting portion 14a and the light receiving portion 14b are arranged on the short distance side. It is possible to increase the amount of light. Further, it is possible to enlarge the detection area on the short distance side while maintaining the far distance side range of the detection area.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the limited reflection sensor 20 according to the second embodiment.
  • the limited reflection type sensor 20 includes a housing part 11, a lens 22, a mounting substrate 13, a light emitting part 14a, and a light receiving part 14b.
  • the limited reflection type sensor 20 of the present embodiment is different from the limited reflection type sensor 10 of the first embodiment only in the lens 22, and the other configurations are the same and only the lens 12 and the lens 22 are replaced.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining the detailed structure of the lens 22.
  • the lens 22 includes an outgoing light lens 221, a reflected light lens 222, a flat plate portion 223, and a flange portion 224.
  • the outgoing light lens 221 and the reflected light lens 222 are formed at positions separated from each other by the separation groove 223a, but the lens 22 is formed integrally with the flat plate portion 223 and the flange portion 224.
  • Each of the outgoing light lens 221 and the reflected light lens 222 is formed as a second surface in the present invention on the side opposite to the incident / exit surface 223b, and the second surface is provided with convex lens portions 221a and 222a and concave lens portions 221b and 222b, respectively.
  • the second surface is provided with convex lens portions 221a and 222a and concave lens portions 221b and 222b, respectively.
  • the ranges of the outgoing light lens 221 and the reflected light lens 222 that are in contact with the back surface of the flat plate portion 123 are defined as lens widths 221W and 222W, respectively.
  • the boundary positions between the convex lens portions 221a and 222a and the concave lens portions 221b and 222b are different from the center positions of the lens widths 221W and 222W, and are biased toward the concave lens portions 221b and 222b.
  • the positions of the light emitting portion 14a and the light receiving portion 14b are biased toward the convex lens portions 221a and 222a that are outside the boundary position between the convex lens portions 221a and 222a and the concave lens portions 221b and 222b.
  • the outside of the lens 22 is a convex lens portion 221a and irradiates light at a long distance
  • the inside of the lens 22 is a concave lens portion 221b and irradiates light at a short distance. . Therefore, by using the lens 22 of the present embodiment, the irradiation range of light from the concave lens portion 221b to the short distance can be expanded, and the object detection area can be expanded to a short distance, and the object detection area can be expanded regardless of the color of the object. An object located at a distance can be detected.
  • FIG. 10 is a diagram in which the light emitted from the light emitting unit 14a in the limited reflection type sensor 20 and the result of the ray trajectory simulation of the region detectable by the light receiving unit 14b are superimposed.
  • the object detection area is expanded on the far side.
  • the boundary position between the convex lens portions 221a and 222a and the concave lens portions 221b and 222b is biased toward the concave lens portions 221b and 222b rather than the center position of the lens widths 221W and 222W, the light distribution to the far side is increased.
  • the light intensity on the long distance side is increased to improve the object detection accuracy, and an object located at a short distance can be detected regardless of the color of the object.
  • the outgoing light lens 221 and the reflected light lens 222 include convex lens portions 221a and 222a and concave lens portions 221b and 222b, respectively.
  • the far distance side of the object detection region R can be enlarged by the convex lens portions 221a and 222a, and the short distance side can be enlarged by the concave lens portions 221b and 222b, so that the detection range of the limited reflection sensor 20 can be enlarged.
  • the boundary positions of the convex lens portions 221a and 222a and the concave lens portions 221b and 222b are different from the center positions of the lens widths 221W and 222W, the degree of freedom in designing the light distribution on the short distance side and the long distance side is increased. improves.
  • the boundary position is biased inward from the center position, the areas of the convex lens portions 221a and 222a become wider than the concave lens portions 221b and 222b, and the light distribution to the far side is increased to detect on the far side. The accuracy can be further improved.
  • the degree of freedom in design is further improved and the light emitting portion 14a and the light receiving portion 14b are arranged on the short distance side. It is possible to increase the amount of light. Further, it is possible to enlarge the detection area on the short distance side while maintaining the far distance side range of the detection area.
  • the light distribution to the short distance side and the long distance side of the object detection region R can be controlled simply by exchanging the lens 12 and the lens 22, and other components are made common. it can.
  • the degree of freedom in optical design is improved by making the boundary positions of the convex lens portions 121a, 122a, 221a, 222a and the concave lens portions 121b, 122b, 221b, 222b different from the center position of the lens width. This is because there is no need to change the arrangement of the light receiving portions 14a and 14a.
  • the boundary positions of the convex lens portions 121a, 122a, 221a, and 222a and the concave lens portions 121b, 122b, 221b, and 222b are made different from the center position of the lens width to improve the degree of freedom in optical design of the lenses 12 and 22, thereby increasing the convex lens.
  • the thickness of the portions 121a, 122a, 221a, 222a and the concave lens portions 121b, 122b, 221b, 222b can be reduced, and the lenses 12, 22 and the limited reflection type sensors 10, 20 can be downsized.

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Abstract

【課題】検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能な限定反射型センサを提供する。 【解決手段】発光部（１４ａ）からの出射光を出射光用レンズ（１２１）を介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズ（１２２）を介して受光部（１４ｂ）にて受光する限定反射型センサであって、出射光用レンズ（１２１）又は反射光用レンズ（１２２）は、物体検知領域と対向する第１面と、第１面と反対側の第２面を有するとともに、第２面においてそれぞれ物体検知領域に近い側のトロイダルレンズ領域（１２１ｂ，１２２ｂ）と、物体検知領域から遠い側の凸レンズ領域（１２１ａ、１２２ａ）とを有し、トロイダルレンズ領域（１２１ｂ，１２２ｂ）と凸レンズ領域（１２１ａ、１２２ａ）との境界位置は、出射光用レンズ又は反射光用レンズの中心位置とは異なっている。

Description

限定反射型センサ
　本発明は、センサに関し、特に発光部からの出射光を出射光用レンズを介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズを介して受光部にて受光する限定反射型センサに関する。
　従来から、物体が所定の位置に存在するか否かを検出するためのセンサとして、物体の検知領域を限定して発光部から出射光を照射し、検知領域で物体により反射された反射光を受光部で受光する限定反射型センサが提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。
　このような限定反射型センサでは、発光部から出射光用レンズを介して検知領域に対して出射光を照射し、受光用レンズを介して検知領域で物体により反射された反射光を受光部で受光する。受光部に反射光が入射すると、受光部により光が電気信号に変換されるため、受光部に生じる電圧変化を検出することで検知領域に物体が存在することを検知できる。したがって検知領域は、発光部から光が照射されるとともに受光部に光が到達できる範囲に限定される。このような検知領域の設定範囲は、出射光用レンズと受光用レンズの光学的設計により変更することが可能である。
　特許文献１に示した従来技術の限定反射型センサでは、出射光用レンズと受光用レンズのそれぞれを非球面レンズとシリンドリカルレンズの組み合わせで構成している。これにより、内側に配したシリンドリカルレンズで近距離を検知し、外側に配した非球面レンズで遠距離を検知することで、近距離の検知範囲を維持したまま遠距離の検知範囲を拡大することができる。
特開２０１５－８１８０１号公報
　上述した従来の限定反射型センサは、例えば近づいてくる物体を検出して一定の位置で停止させるために用いられるが、さらに広い範囲で物体を検知できることが望まれている。しかし、特許文献１の限定反射型センサでは、シリンドリカルレンズの曲率を変化させたとしても、より近距離の物体を検知することは、光学的設計の難易度が非常に高くなり困難であった。また、より近距離を検知領域に含めるためには、レンズを大型化して発光部および受光部の位置を変更する必要があり、限定反射型センサの小型化や設計自由度が低下してしまうという問題があった。
　本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能な限定反射型センサを提供することにある。
　上記課題を解決するため本発明の限定反射型センサは、発光部からの出射光を出射光用レンズを介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズを介して受光部にて受光する限定反射型センサであって、前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズは、前記物体検知領域と対向する第１面と、第１面と反対側の第２面を有するとともに、前記第２面の投光側と受光側の少なくともどちらか一方においてそれぞれ前記物体検知領域に近い側のトロイダルレンズ領域と、前記物体検知領域から遠い側の凸レンズ領域とを有し、前記トロイダルレンズ領域と前記凸レンズ領域との境界位置は、前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズの中心位置とは異なっていることを特徴とする。
　これにより、凸レンズ領域を用いて遠距離側での光照射と受光を行い、トロイダルレンズ領域を用いて近距離での光照射と受光を行うことで、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能となる。また、トロイダルレンズ領域と凸レンズ領域との境界位置がレンズの中心位置と異なることで、発光部と受光部を配置する設計の自由度が向上する。
　また、本発明の一実施態様では、前記境界位置は、前記中心位置よりも前記トロイダルレンズ領域側に偏っている。
　また、本発明の一実施態様では、前記境界位置は、前記中心位置よりも前記凸レンズ領域側に偏っている。
　また、本発明の一実施態様では、前記出射光用レンズと前記反射光用レンズは一体に形成されており、前記第１面は略平坦面である。
　また、本発明の一実施態様では、前記発光部又は前記受光部は、前記境界位置よりも前記凸レンズ領域側に偏った位置に配置されている。
　本発明によれば、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能な限定反射型センサを提供することができる。
実施形態１に係る限定反射型センサ１０の構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は模式斜視図であり、図１（ｂ）は模式断面図である。 レンズ１２の詳細な構造について説明する模式断面図である。 発光部１４ａから照射される光を光線軌跡シミュレーションで計算した結果を示す図であり、図３（ａ）は従来のレンズを用いた例を示し、図３（ｂ）は本発明の凸レンズ部１２１ａと凹レンズ部１２１ｂを有するレンズ１２を用いた例を示している。 限定反射型センサ１０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂに入射する光の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。 レンズ１２を介しての発光部１４ａ内側からの光の照射と、受光部１４ｂ内側への光線について示す光線軌跡シミュレーションの結果である。 限定反射型センサ１０の光照射について詳しく説明する図であり、図６（ａ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの幅方向の光線を示し、図６（ｂ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの奥行方向の光線を示し、図６（ｃ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの幅方向の光線を示し、図６（ｄ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの奥行方向の光線を示している。 本実施形態の限定反射型センサ１０を用いた物体検出の距離特性を示すグラフである。 実施形態２に係る限定反射型センサ２０の構成を示す模式断面図である。 レンズ２２の詳細な構造について説明する模式断面図である。 限定反射型センサ２０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂで検出可能な領域の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。
　＜実施形態１＞
　以下、本発明の実施形態１について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る限定反射型センサ１０の構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は模式斜視図であり、図１（ｂ）は模式断面図である。図１（ａ）（ｂ）に示すように、限定反射型センサ１０は、筐体部１１とレンズ１２と、搭載基板１３と、発光部１４ａと、受光部１４ｂを備えている。
　筐体部１１は、限定反射型センサ１０の外形を構成して各部を保持する筐体であり、図１では略直方体の箱状の例を示している。筐体部１１は、紫外光よりも長波長な光を透過しない材料で構成されており、例えば黒色に着色された樹脂を用いることができる。また、筐体部１１には取付部１１ａと、レンズ収容部１１ｂと、レンズ保持部１１ｃと、発光収容部１１ｄと、受光収容部１１ｅが設けられている。筐体部１１の形状は図１に示したものに限定されない。
　取付部１１ａは、筐体部１１の一対の側壁から略水平方向に突出して形成された平板状の部分であり、各々の略中央には締結穴が貫通して形成されている。取付部１１ａは、限定反射型センサ１０を用いる装置等の各部に対して限定反射型センサ１０を位置決めして固定するための部分であり、例えば装置に設けられた螺合部に締結穴を位置決めして螺子等で固定することができる。
　レンズ収容部１１ｂは、筐体部１１の側壁に囲まれた空間であり、上方開口部にレンズ１２が配置される。図１（ｂ）に示すように、レンズ収容部１１ｂの周囲にある側壁は、その上端でレンズ１２の周縁部を保持している。また、筐体部１１の一部は係止爪を形成しており、レンズ１２の対応する位置に設けられた係止部に嵌め込まれて、発光部１４ａ及び受光部１４ｂとレンズ１２との相対的位置を決めて保持している。
　レンズ保持部１１ｃは、レンズ収容部１１ｂの略中央に立設された略平板状の部分であり、レンズ収容部１１ｂの発光側と受光側を区分するとともに、その上端部はレンズ１２の下面に当接している。レンズ保持部１１ｃでレンズ収容部１１ｂが受光側と発光側で区分されているため、レンズ収容部１１ｂ内を透過して発光部１４ａから受光部１４ｂに光が直接到達することを防止できる。
　発光収容部１１ｄは、レンズ収容部１１ｂと連通して設けられた空間であり、さらに筐体部１１の底面側（図中下方）に貫通している。図１（ｂ）に示すように、発光収容部１１ｄには発光部１４ａが所定の位置に配置されている。
　受光収容部１１ｅは、レンズ収容部１１ｂと連通して設けられた空間であり、さらに筐体部１１の底面側（図中下方）に貫通している。図１（ｂ）に示すように、受光収容部１１ｅには受光部１４ｂが所定の位置に配置されている。
　レンズ１２は、樹脂等の透光性材料で構成され、発光部１４ａから出射された光を透過して所定の配光分布で外部に取り出すとともに、外部から入射した光を透過して受光部１４ｂに入射させる光学部材である。レンズ１２の具体的な構造については詳細を後述する。
　搭載基板１３は、一方の面に発光部１４ａ及び受光部１４ｂを搭載する基板であり、図示しない配線層やコネクタ部を備えている。搭載基板１３を構成する材料は限定されず、プリント基板や金属基板、樹脂と金属の複合基板等の公知のものを用いることができる。図１（ｂ）に示すように、搭載基板１３は筐体部１１の底面側から位置決めして固定され、これにより発光部１４ａ及び受光部１４ｂが各々発光収容部１１ｄ及び受光収容部１１ｅに収容される。
　発光部１４ａは、限定反射型センサ１０の外部から図示しないコネクタ部や配線等を介して電力および信号が伝達され、所定の波長で発光する部材である。発光部１４ａの具体的構成は限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）などが挙げられる。発光部１４ａが発光する光の波長は、受光部１４ｂの吸収帯域に含まれていればよく、例えば赤外光が用いられる。また、発光部１４ａはレンズ等の光学部材を備えていてもよく、ＬＥＤチップからの発光を所望の配光特性で照射する。
　受光部１４ｂは、所定波長の光を吸収して電気信号に変換し、図示しないコネクタ部や配線等を介して限定反射型センサ１０の外部に検出信号を送出する部材である。受光部１４ｂの具体的構成は限定されないが、例えばフォトトランジスタを用いることができる。受光部１４ｂは、発光部１４ａが照射する光の波長を吸収帯域に含んでいる。また、受光部１４ｂはレンズ等の光学部材を備えていてもよく、入射した光を効率よくフォトトランジスタに集光して検出する。
　図１（ａ）（ｂ）に示した限定反射型センサ１０では、外部から搭載基板１３に供給された電力および信号が発光部１４ａに伝達され、発光部１４ａが発光した光は発光収容部１１ｄおよびレンズ収容部１１ｂを通ってレンズ１２に入射し、レンズ１２の曲面に応じた配光分布で限定反射型センサ１０の外部に光が照射される。また、物体を検知するための物体検知領域に物体が存在する場合には、発光部１４ａから照射された光は限定反射型センサ１０方向に反射され、レンズ１２に入射し、レンズ収容部１１ｂおよび受光収容部１１ｅを通って受光部１４ｂに入射する。受光部１４ｂでは受光した光の強度に応じた電圧が出力され、当該電圧値が物体を検知した信号として搭載基板１３を介して外部に伝達される。
　図２は、レンズ１２の詳細な構造について説明する模式断面図である。図２では光学的な構造のみを説明するために係止部等の構造は図示を省略する。図２に示すようにレンズ１２は、出射光用レンズ１２１と、反射光用レンズ１２２と、平板部１２３と、フランジ部１２４とを備えている。出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２とは、分離溝１２３ａで互いに分離した位置に形成されているが、平板部１２３およびフランジ部１２４と一体にレンズ１２が成形されている。出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２をレンズ１２として一体に成形することで、筐体部１１にレンズ１２を位置決めするだけで、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のそれぞれが発光部１４ａと受光部１４ｂに対して位置決めでき、組立工程を簡略化するとともに位置決め精度も向上させることができる。本実施形態では出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２を一体に成形した例を示したが、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２を完全に分離した構成としてもよい。
　平板部１２３は、レンズ１２の上端部を形成する略平板状の部分であり、その下面側に出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２が一体に形成されている。平板部１２３の上面は略平坦面な入出射面１２３ｂであり、入出射面１２３ｂは本発明における第１面に相当し、物体検知領域に対向して配される。したがって、限定反射型センサ１０においては、平板部１２３の入出射面１２３ｂを介して物体検知領域への発光と物体検知領域からの受光が行われる。レンズ１２が平板部１２３を有していることにより、限定反射型センサ１０の外部にレンズ１２が突出せず、省スペース化や汚れの付着を抑制することができる。
　フランジ部１２４は、平板部１２３よりも薄肉で平板部１２３の外周を囲んで形成された部分であり、筐体部１１の側壁に嵌合されてレンズ１２を筐体部１１に位置決めおよび固定する部分である。
　分離溝１２３ａは、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２の間を分離して平板部１２３の裏面にまで到達する溝であり、図１に示したようにレンズ保持部１１ｃが挿入されることでレンズ１２を位置決め及び保持される。出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のうち、分離溝１２３ａで露出した面は図２に示すようにテーパー形状とされており、レンズ保持部１１ｃの挿入と位置決めが容易とされている。
　出射光用レンズ１２１及び反射光用レンズ１２２は、それぞれ入出射面１２３ｂと反対側が本発明における第２面として形成されており、第２面がそれぞれ凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂを有している。
　凸レンズ部１２１ａ，１２２ａは、それぞれ出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のうち、分離溝１２３ａから遠い領域に設けられており、下方に凸形状の非球面レンズを構成している。物体検知領域は、分離溝１２３ａの上方に位置しているため、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａは、それぞれ物体検知領域から遠い側に位置することになる。
　凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂは、それぞれ出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２のうち、分離溝１２３ａに近い領域に設けられており、下方に凹形状のトロイダルレンズ領域を構成している。物体検知領域は、分離溝１２３ａの上方に位置しているため、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂは、それぞれ物体検知領域に近い側に位置することになる。
　図２に示すように、出射光用レンズ１２１及び反射光用レンズ１２２のうち平板部１２３の裏面に接する範囲をそれぞれレンズ幅１２１Ｗ，１２２Ｗと定義する。このとき、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置は、レンズ幅１２１Ｗ，１２２Ｗの中心位置とは異なり、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ側に偏っている。トロイダルレンズ領域を構成する凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂと凸レンズ部１２１ａ，１２２ａの境界位置を変更することで、近距離側に照射する光量と長距離側に照射する光量を自由に選択できる。また、発光部１４ａと受光部１４ｂの位置は、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置よりも外側である凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ側に偏っている。
　図３は、発光部１４ａから照射される光を光線軌跡シミュレーションで計算した結果を示す図であり、図３（ａ）は従来のレンズを用いた例を示し、図３（ｂ）は本発明の凸レンズ部１２１ａと凹レンズ部１２１ｂを有するレンズ１２を用いた例を示している。図３（ａ）（ｂ）では発光部１４ａからの発光についてのみ示しているが、受光部１４ｂへの光の入射は説明を省略する。
　図３（ａ）に示すように、発光部１４ａからの光はレンズの入射面と出射面で屈折され、物体検知領域方向に光が照射される。このとき、レンズの外側領域からの光は遠距離に対して照射され、レンズの内側領域からの光は近距離に対して照射される。図３（ｂ）に示すように、本実施形態の限定反射型センサ１０でも、レンズ１２の外側が凸レンズ部１２１ａであり遠距離に対して光を照射し、レンズ１２の内側が凹レンズ部１２１ｂであり近距離に光を照射している。図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると、本実施形態のレンズ１２を用いることで、凹レンズ部１２１ｂからの近距離への光の照射範囲が拡大し、物体検知領域をより近距離にまで拡大できることがわかる。近距離側にも光を照射できているため、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。
　図４は、限定反射型センサ１０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂに入射する光の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。限定反射型センサ１０では、レンズ１２の出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２が形成されており、発光部１４ａと受光部１４ｂも左右に設けられているため、光の照射範囲と受光範囲とは図４に示したようになっている。図４中に太線で囲んだ領域は、発光部１４ａから光が照射されるとともに受光部１４ｂに光が入射する領域であり、物体検知領域Ｒとなっている。図３（ｂ）に示したように、本実施形態のレンズ１２を用いることで、光の照射範囲が近距離側に拡大されているため、物体検知領域Ｒも近距離側に拡大されている。
　図５は、レンズ１２を介しての発光部１４ａ内側からの光の照射と、受光部１４ｂ内側への光線について示す光線軌跡シミュレーションの結果である。図５に示すように、発光部１４ａからの光は凸レンズ部１２１ａを通って図中黒丸で示した遠距離側のクロスポイントで集光される。これにより、クロスポイントにおける光強度を向上することができるため、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。
　図６は、限定反射型センサ１０の光照射について詳しく説明する図であり、図６（ａ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの幅方向の光線を示し、図６（ｂ）は凸レンズ部１２１ａ，１２２ａでの奥行方向の光線を示し、図６（ｃ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの幅方向の光線を示し、図６（ｄ）は凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂでの奥行方向の光線を示している。ここで幅方向とは図１（ｂ）に示した限定反射型センサ１０の左右方向を示し、奥行き方向とは図１（ｂ）の紙面に垂直方向を示している。
　図６（ａ）（ｂ）に示すように、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａは非球面レンズの凸レンズであるため、幅方向および奥行き方向で遠距離側のクロスポイントに対して光を集光している。これにより、クロスポイントにおける光強度を向上することができるため、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。
　一方、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂはトロイダルレンズであるため、幅方向は近距離側に光を照射するが、奥行き方向は図６（ｄ）中に黒丸で示すクロスポイントに光を集光している。また、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの奥行き方向でのクロスポイントは、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａのクロスポイントよりも近距離側に設定されている。これにより、近距離側でのクロスポイントにおける光強度を向上することができるため、近距離に位置する物体を検知することができるようになる。
　図７は、本実施形態の限定反射型センサ１０を用いた物体検出の距離特性を示すグラフである。図中において横軸は限定反射型センサ１０のレンズ１２表面からの距離を示し、縦軸は受光部１４ｂで検出した出力の強度を規格化して示している。また、図中破線は従来技術である凸レンズを用いた比較例を示し、図中実線は本実施形態における限定反射型センサ１０を用いた実施例を示している。
　図７に示したように、本実施形態の限定反射型センサ１０では、従来の凸レンズを用いた場合と比較して近距離側での受光出力が大幅に向上している。また、遠距離側での受光出力も大きく向上している。したがって、本実施形態の限定反射型センサ１０では、近距離に物体が存在する場合にも発光部１４ａから物体に対して照射する光を強くし、物体で反射されて受光部１４ｂに入射する光量を大きくすることができている。これにより、近距離での物体検出精度も向上し、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。
　以上に述べたように本実施形態の限定反射型センサ１０では、出射光用レンズ１２１と反射光用レンズ１２２がそれぞれ凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂを備えている。これにより、物体検知領域Ｒの遠距離側を凸レンズ部１２１ａ，１２２ａで拡大し、近距離側を凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂで拡大して、限定反射型センサ１０での検知範囲を拡大することができる。また、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置がレンズ幅１２１Ｗ，１２２Ｗの中心位置とは異なっているので、近距離側と遠距離側の配光を設計する際の自由度が向上する。特に、境界位置を中心位置よりも外側に偏らせると、凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの領域が凸レンズ部１２１ａ，１２２ａよりも広くなり、近距離側への配光を多くして近距離側での検出精度をさらに向上させることができる。
　また、発光部１４ａと受光部１４ｂが、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂの境界位置よりも外側に位置しているため、より設計の自由度が向上するとともに近距離側への配光を多くすることが可能である。また、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能である。
　＜実施形態２＞
　次に、本発明の実施形態２について、図面を参照して説明する。実施形態１と重複する内容は説明を省略する。図８は、実施形態２に係る限定反射型センサ２０の構成を示す模式断面図である。図８に示すように、限定反射型センサ２０は、筐体部１１とレンズ２２と、搭載基板１３と、発光部１４ａと、受光部１４ｂを備えている。本実施形態の限定反射型センサ２０は、レンズ２２のみが実施形態１の限定反射型センサ１０と異なっており、他の構成は同じでレンズ１２とレンズ２２を置き換えただけとなっている。
　図９は、レンズ２２の詳細な構造について説明する模式断面図である。図９に示すようにレンズ２２は、出射光用レンズ２２１と、反射光用レンズ２２２と、平板部２２３と、フランジ部２２４とを備えている。出射光用レンズ２２１と反射光用レンズ２２２とは、分離溝２２３ａで互いに分離した位置に形成されているが、平板部２２３およびフランジ部２２４と一体にレンズ２２が成形されている。
　出射光用レンズ２２１及び反射光用レンズ２２２は、それぞれ入出射面２２３ｂと反対側が本発明における第２面として形成されており、第２面がそれぞれ凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂを有している。
　図９に示すように、出射光用レンズ２２１及び反射光用レンズ２２２のうち平板部１２３の裏面に接する範囲をそれぞれレンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗと定義する。このとき、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置は、レンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗの中心位置とは異なり、凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂ側に偏っている。また、発光部１４ａと受光部１４ｂの位置は、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置よりも外側である凸レンズ部２２１ａ，２２２ａ側に偏っている。
　本実施形態の限定反射型センサ２０でも、レンズ２２の外側が凸レンズ部２２１ａであり遠距離に対して光を照射し、レンズ２２の内側が凹レンズ部２２１ｂであり近距離に光を照射している。したがって、本実施形態のレンズ２２を用いることで、凹レンズ部２２１ｂからの近距離への光の照射範囲が拡大し、物体検知領域をより近距離にまで拡大できめ、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。
　図１０は、限定反射型センサ２０での発光部１４ａから照射される光と、受光部１４ｂで検出可能な領域の光線軌跡シミュレーションの結果を重ね合わせた図である。図１０に示したように本実施形態では、遠距離側に物体検知領域を拡大している。また、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置が、レンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗの中心位置よりも凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂ側に偏っていることで、遠距離側への配光を多くして遠距離に照射される光量を多くすることができる。これにより遠距離側での光強度を高めて物体の検出精度を向上させ、物体の色に関係なく近距離に位置する物体を検知できる。
　以上述べたように本実施形態の限定反射型センサ２０でも、出射光用レンズ２２１と反射光用レンズ２２２がそれぞれ凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂを備えている。これにより、物体検知領域Ｒの遠距離側を凸レンズ部２２１ａ，２２２ａで拡大し、近距離側を凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂで拡大して、限定反射型センサ２０での検知範囲を拡大することができる。また、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置がレンズ幅２２１Ｗ，２２２Ｗの中心位置とは異なっているので、近距離側と遠距離側の配光を設計する際の自由度が向上する。特に、境界位置を中心位置よりも内側に偏らせると、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａの領域が凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂよりも広くなり、遠距離側への配光を多くして遠距離側での検出精度をさらに向上させることができる。
　また、発光部１４ａと受光部１４ｂが、凸レンズ部２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部２２１ｂ，２２２ｂの境界位置よりも外側に位置しているため、より設計の自由度が向上するとともに近距離側への配光を多くすることが可能である。また、検知領域の遠距離側範囲を維持しながら、近距離側の検知領域を拡大することが可能である。
　さらに、本発明の限定反射型センサ１０，２０では、レンズ１２とレンズ２２を交換するだけで物体検知領域Ｒの近距離側と遠距離側への配光を制御でき、他の部品を共通化できる。これは、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂの境界位置をレンズ幅の中心位置と異ならせることで、光学的設計の自由度が向上するため、発光部１４ａと受光部１４ｂの配置等を変更する必要がないためである。
　凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂの境界位置をレンズ幅の中心位置と異ならせてレンズ１２，２２の光学的設計の自由度が向上することで、凸レンズ部１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａと凹レンズ部１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂの厚さを低減することもでき、レンズ１２，２２および限定反射型センサ１０，２０の小型化を図ることもできる。
　なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
１０，２０…限定反射型センサ
１１…筐体部
１２，２２…レンズ
１３…搭載基板
１４ａ…発光部
１４ｂ…受光部
１１ａ…取付部
１１ｂ…レンズ収容部
１１ｃ…レンズ保持部
１１ｄ…発光収容部
１１ｅ…受光収容部
１２１，２２１…出射光用レンズ
１２２，２２２…反射光用レンズ
１２１ａ，１２２ａ，２２１ａ，２２２ａ…凸レンズ部
１２１ｂ，１２２ｂ，２２１ｂ，２２２ｂ…凹レンズ部
１２１Ｗ，２２１Ｗ…レンズ幅
１２３，２２３…平板部
１２３ａ，２２３ａ…分離溝
１２３ｂ，２２３ｂ…入出射面
１２４，２２４…フランジ部

Claims (5)

  1. 　発光部からの出射光を出射光用レンズを介して物体検知領域に向けて照射し、該物体検知領域に存在する物体からの反射光を反射光用レンズを介して受光部にて受光する限定反射型センサであって、
    　前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズは、前記物体検知領域と対向する第１面と、第１面と反対側の第２面を有するとともに、前記第２面の投光側と受光側の少なくともどちらか一方において前記物体検知領域に近い側のトロイダルレンズ領域と、前記物体検知領域から遠い側の凸レンズ領域とを有し、
    　前記トロイダルレンズ領域と前記凸レンズ領域との境界位置は、前記出射光用レンズ又は前記反射光用レンズの中心位置とは異なっていることを特徴とする限定反射型センサ。
  2. 　請求項１に記載の限定反射型センサであって、
    　前記境界位置は、前記中心位置よりも前記トロイダルレンズ領域側に偏っていることを特徴とする限定反射型センサ。
  3. 　請求項１に記載の限定反射型センサであって、
    　前記境界位置は、前記中心位置よりも前記凸レンズ領域側に偏っていることを特徴とする限定反射型センサ。
  4. 　請求項１から３の何れか一つに記載の限定反射型センサであって、
    　前記出射光用レンズと前記反射光用レンズは一体に形成されており、前記第１面は略平坦面であることを特徴とする限定反射型センサ。
  5. 　請求項１から４の何れか一つに記載の限定反射型センサであって、
    　前記発光部又は前記受光部は、前記境界位置よりも前記凸レンズ領域側に偏った位置に配置されていることを特徴とする限定反射型センサ。
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