JPH09251104A - 光学レンズ及びその光学レンズを用いた光センサ - Google Patents

光学レンズ及びその光学レンズを用いた光センサ

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JPH09251104A
JPH09251104A JP8100668A JP10066896A JPH09251104A JP H09251104 A JPH09251104 A JP H09251104A JP 8100668 A JP8100668 A JP 8100668A JP 10066896 A JP10066896 A JP 10066896A JP H09251104 A JPH09251104 A JP H09251104A
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lens
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Abstract

(57)【要約】 【課題】検出領域の光量の分布の均一化を図ることので
きる光学レンズ、及び光学系の組立て部品点数を少なく
し、光学系部品の配置位置の調整が簡単にできる光セン
サを提供すること。 【解決手段】光学レンズ66の光の入射面67あるいは
出射面68、レンズ66に反射面69が形成されてある
場合にはその反射面69のいずれかの面に、遮蔽手段を
施し、その面に到達する光量の分布に対応して光量の多
い部分は狭く、光量の少ない部分は広くした開口部71
又は反射体(反射面69の場合)を形成する。また、こ
のように構成された光学レンズ66を光ファイバー式光
センサの平行光線束を得るレンズとして用い、検出領域
の光量の分布の均一化と光量の増加により被検出物体の
検出精度を簡単に高め、検出距離を長くすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズ及びそ
の光学レンズを用いた光センサに関し、詳しくは検出範
囲の広い光センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】光電スイッチ等の光センサとして、所定
の大きさの光線束を出射する投光部と、この投光部から
出射された光線束を入射する受光部とを有し、投光部の
光線束出射面と受光部の入射面とを結ぶ光線束領域内、
すなわち検出領域内に位置して光線束の一部あるいは全
部の伝搬を遮ることにより物体を検出する光センサは良
く知られている。
【0003】図4は、このような光センサの構成例の概
略を示すもので、1は投光部で、光源11、絞り12、
凹レンズ13、反射部材14、凸レンズ15とで構成さ
れ、光源11から出射された光を絞り12、凹レンズ1
3、反射部材14を介して凸レンズ15に入射し、凸レ
ンズ15で所定の大きさの平行光線束にして出射するよ
うにされている。また、2は受光部で、凸レンズ21、
反射部材22、光ファイバー23とで構成され、投光部
1から出射された平行光線束を凸レンズ21に入射し、
反射部材22を介して光ファイバー23の端面に集光す
るようにされている。なお、3は被検出物体である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように構成される
光センサでは、光源11から出射される光は絞り12に
より絞られ全体の光量が少なく、また、光軸近傍は光量
が多く光軸から遠くなるに連れ光量が減少して検出領域
内の光量の分布が不均一となり、検出距離が長くとれな
いばかりでなく、検出領域の光量の少ない端部付近に位
置する被検出物体の検出精度を高めなければならないと
いう問題がある。
【0005】さらには、特に投光部において、絞り1
2、凹レンズ13、反射部材14、凸レンズ15と部品
点数が多く、これらの部品それぞれの配置位置の調整に
手間どるという問題もある。
【0006】本発明は、上記の問題に鑑みなされたもの
で、検出領域の光量の分布の均一化を図ることのできる
光学レンズ、及び光学系の組立て部品点数を少なくし、
光学系部品の配置位置の調整が簡単にできる光センサを
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記
(1)〜(5)とすることにより達成される。
【0008】(1)入射光を屈折して出射する光学レン
ズにおいて、前記光学レンズに、出射面から出射する光
量分布に対応する遮蔽手段を形成してなることを特徴と
する光学レンズ。
【0009】(2)光を入射する入射面と入射された光
を屈折して出射する出射面とを有する光学レンズにおい
て、前記入射面に凹レンズを構成する凹部を形成すると
ともに、前記凹部の開口を前記出射面から出射する光量
分布に対応して広狭に形成されてなることを特徴とする
光学レンズ。
【0010】(3)光を入射する入射面と入射された光
を反射する反射面と反射された光を屈折して出射する出
射面とを有する光学レンズにおいて、前記光学レンズの
反射面を前記出射面から出射する光量分布に対応して広
狭に形成されてなることを特徴とする光学レンズ。
【0011】(4)光源と、前記光源から放射された光
を入射して所定の大きさの光線束を被検出物体に向けて
出射する第1の光学レンズと、前記第1の光学レンズか
ら出射された光線束を入射して集束光を出射する第2の
光学レンズと、前記第2の光学レンズから出射された集
束光を入射して被検出物体に対応した光を受光する光セ
ンサにおいて、前記第1及び第2の光学レンズの内少な
くとも一方の光学レンズに出射面から出射する光量分布
に対応する遮蔽手段を形成してなることを特徴とする光
センサ。
【0012】(5)被検出物体に投光する光を伝搬する
光ファイバーと、前記光ファイバーから出射された光を
入射して所定の大きさの光線束を出射する第1の光学レ
ンズと、前記第1の光学レンズから出射された光線束を
入射して集束光を出射する第2の光学レンズと、前記第
2の光学レンズから出射された集束光を入射して被検出
物体に対応した光を伝搬する光ファイバーとからなる光
センサにおいて、前記第1及び第2の光学レンズの内少
なくとも一方の光学レンズに出射面から出射する光量分
布に対応する遮蔽手段を形成してなる光センサ。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明に係る光学レンズは、レン
ズの光の入射面あるいは出射面、レンズに反射面が形成
されてある場合にはその反射面のいずれかの面に、その
面に到達する光量の分布に対応した形状の遮蔽手段(反
射面の場合は反射体を除く反射面自体の形状)、言い替
えれば光軸近傍は出射光量を少なくし、光軸から遠くな
るに連れ出射光量を多くする手段が形成されている。し
たがって、この光学レンズから出射される光量の分布は
均一化される。
【0014】また、本発明に係る光センサは、上記本発
明に係る光学レンズを用いて構成される。したがって、
光源から出射される光量の多くを利用でき、また、出射
される光量の分布が均一化されることから、被検出物体
の検出精度を簡単に高めることができ、更に、前記の本
発明に係る光学レンズを投光部側に用いることにより、
検出距離が長くとれる。更にまた、前記の本発明に係る
光学レンズを投光部側に用いる場合に、前記レンズの入
射面を凹面に形成し、その凹面の入射面に前記遮蔽手段
を形成すると、部品点数の極めて少ない簡素な構造の光
センサを得ることができる。
【0015】
【実施例】以下、図1ないし図3を参照して本発明の実
施例について説明する。図1は、本発明の実施例の光セ
ンサの投光部の構成を示す平面図、図2は本発明の実施
例のレンズの斜視図、図3は、本発明の実施例の光セン
サの説明図である。なお図1ないし図3において対応す
る部分には同一の符号が付されている。
【0016】まず、図3において、50は光センサで、
61は投光部、81は受光部である。投光部61は、光
を出射する開口63を形成した筐体62とこの筐体62
の内部で光ファイバー64の端部を固定し、光ファイバ
ー64内を伝搬してその先端面から出射する光を入射
し、平行光線束90を出射するレンズが設けられてい
る。筐体62の大きさは厚みcが約4mm、縦b及び横
aが約20mmとされ、平行光線束90、すなわち被検
出物体の検出領域は縦dが10mm、横eが3mmの断
面長方形状とされている。
【0017】受光部81は、平行光線束90を入射する
開口83を形成した投光部61の筐体62と同程度の大
きさの筐体82とこの筐体82の内部で光ファイバー8
4の端部を固定し、入射した平行光線束90を集光して
光ファイバー84の端面に出射するレンズが設けられて
いる。
【0018】図1は、図3に示された光センサ50の投
光部61の筐体62の片方側面を外して示す筐体62の
内部の平面図で、66はレンズである。レンズ66およ
び光ファイバー64の端部64aは筐体62の内側に形
成された凹部65に嵌合させ、同様の凹部が形成された
片方側面とにより挾んで固定される。
【0019】レンズ66は、図示しない光源から光ファ
イバー64内を伝搬して光ファイバー64の端部64a
の先端面から出射する光を入射する入射面67と球面状
に形成された出射面68と平坦に形成された反射面69
を備えた透明体の平板状で構成されている。図2は、レ
ンズ66の斜視図で図1と併せ説明すると、入射面67
には、底面を球面状にした細長い凹部70、つまり凹レ
ンズが形成され、その凹部70の長さ方向に対する中央
部の対向する側面を接近させて形成され、その凹部70
の開口面は図2に示すように瓢箪形状の広狭の開口面7
1にされている。
【0020】なお、このような凹部70、つまり凹レン
ズは、光ファイバー64の端部64aの先端面から出射
される光の入射面67に対する入射角度による屈折を補
正し直進性を維持するために形成されたものであり、ま
た、開口面71の瓢箪形状は、光ファイバー64の先端
面から出射する光量が中央部が多い場合であり、幅の狭
い部分は光ファイバー64の端面から出射する光量、す
なわち入射面67に到達する光量の分布に応じてその形
状は変えられる。
【0021】そして、開口面71を除く入射面67の面
は、光ファイバー64の先端面から出射された光をレン
ズ66の肉厚内部に入射されないように乱反射あるいは
反射する遮蔽面に形成されている。レンズ66の反射面
69には反射体72がアルミ蒸着等により形成されてい
て、入射面67の開口面71から入射された光は反射体
72で反射し、出射面68へ伝搬され、出射面68で光
軸と平行する光線とされて外部、すなわち被検出物体の
検出領域に出射される。なお、この実施例では、反射面
69は広く形成され、その一部に反射体72を形成して
実際の反射面とされている。したがって、反射体72以
外の面に到達する光は外部に放出される。
【0022】このように構成されるレンズ66は、入射
される光が入射面67の開口面71の形状に従い光量の
分布が開口面71の長手方向に対して均一化され、出射
される光量の分布も被検出物体の検出領域の縦方向に対
して均一化される。なお、この実施例では、レンズ66
の反射面69は、入射光線軸と出射光線軸とのなす角度
αが76度、反射面69と出射光線軸とのなす角度βが
52度となる傾斜面にされている。
【0023】上記の実施例では、レンズ66の入射面6
7に、その面に到達する光量の分布に対応した形状の遮
蔽手段(瓢箪形状の入射部(開口面71)を除く部分)
が形成されているが、このような遮蔽手段は出射面68
に形成されても良く、また、反射面69に形成されても
良い。この場合、反射体72を開口面71の瓢箪形状と
同様に反射面69に到達する光量の分布に対応した広狭
の形状とし、反射体72から外れる光を反射面69の反
射体72以外の面から外部に放出し、この放出は、レン
ズ66の出射面68へ伝搬される光に対して遮蔽される
ことになる。
【0024】更に、このような遮蔽手段は受光部81の
レンズの入射面あるいは出射面に形成されても良い。こ
の場合、投光部61のレンズにはこのような遮蔽手段を
形成する必要はなくなる。なお、レンズに形成した反射
面は必ず必要とするものではなく、光ファイバーの配置
との関係により省略されても良い。
【0025】また、上記の実施例では、光源から光ファ
イバー64内を伝搬してその先端面から出射する光を用
いているが、発光素子等からなる光源自体を光ファイバ
ー64の端部64aの位置に配置するようにしても良
い。この場合、光ファイバー64は光源を駆動する電線
に置き換えられる。同様に受光部81において、光ファ
イバー84に換えて電線ケーブルとし、入射した平行光
線束90を集光して受光素子に出射するようにしても良
い。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
学レンズから出射される光量の分布は均一化され、被検
出物体の検出精度を簡単に高めることができる。また、
光ファイバーの端面等から出射される光量の多くを利用
することができ、検出距離を長くすることができる。さ
らに、光学レンズに光学系の凹レンズ、遮蔽手段、反射
面が形成されるので、光学系の組立て部品点数が少な
く、光学系部品の配置位置の調整が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の光センサの投光部の構成を示
す平面図である。
【図2】本発明の実施例のレンズの斜視図である。
【図3】本発明の実施例の光センサの説明図である。
【図4】光センサの一例の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
50 光センサ 61 投光部 62、82 筐体 63、83 開口 64、84 光ファイバー 65 筐体の凹部 66 光学レンズ 67 入射面 68 出射面 69 反射面 70 凹部(凹レンズ) 71 入射開口部 72 反射体 81 受光部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光を屈折して出射する光学レンズにお
    いて、前記光学レンズに、出射面から出射する光量分布
    に対応する遮蔽手段を形成してなることを特徴とする光
    学レンズ。
  2. 【請求項2】光を入射する入射面と入射された光を屈折
    して出射する出射面とを有する光学レンズにおいて、前
    記入射面に凹レンズを構成する凹部を形成するととも
    に、前記凹部の開口を前記出射面から出射する光量分布
    に対応して広狭に形成されてなることを特徴とする光学
    レンズ。
  3. 【請求項3】光を入射する入射面と入射された光を反射
    する反射面と反射された光を屈折して出射する出射面と
    を有する光学レンズにおいて、前記光学レンズの反射面
    を前記出射面から出射する光量分布に対応して広狭に形
    成されてなることを特徴とする光学レンズ。
  4. 【請求項4】光源と、前記光源から放射された光を入射
    して所定の大きさの光線束を被検出物体に向けて出射す
    る第1の光学レンズと、前記第1の光学レンズから出射
    された光線束を入射して集束光を出射する第2の光学レ
    ンズと、前記第2の光学レンズから出射された集束光を
    入射して被検出物体に対応した光を受光する光センサに
    おいて、前記第1及び第2の光学レンズの内少なくとも
    一方の光学レンズに出射面から出射する光量分布に対応
    する遮蔽手段を形成してなることを特徴とする光セン
    サ。
  5. 【請求項5】被検出物体に投光する光を伝搬する光ファ
    イバーと、前記光ファイバーから出射された光を入射し
    て所定の大きさの光線束を出射する第1の光学レンズ
    と、前記第1の光学レンズから出射された光線束を入射
    して集束光を出射する第2の光学レンズと、前記第2の
    光学レンズから出射された集束光を入射して被検出物体
    に対応した光を伝搬する光ファイバーとからなる光セン
    サにおいて、前記第1及び第2の光学レンズの内少なく
    とも一方の光学レンズに出射面から出射する光量分布に
    対応する遮蔽手段を形成してなる光センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267626A (ja) * 2000-03-16 2001-09-28 Keyence Corp 光学装置
US7034284B2 (en) 2002-12-25 2006-04-25 Keyence Corporation Optical sensor having light projecting prism
JP2009025132A (ja) * 2007-07-19 2009-02-05 Mitsubishi Rayon Co Ltd 透過型光エリアセンサ

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