JPH02306513A - 反射形光電スイッチ - 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 発光素子の出射光を投光光学系により検知領域に向けて
投射し、検知領域にある被検出物体からの反射光を受光
光学系によって受光素子に導く反射形光電スイッチにお
いて、投光光学系および受光光学系の少なくともいずれ
か一方の一部に特殊な光学素子を用いる。この光学素子
は５発光素子と受光素子の光軸を含む平面に平行な方向
に光を発散させかつ同平面に垂直な方向に光を集光する
機能をもつ。これにより１反射形光電スイッチから遠く
離れた位置にある物体および至近距離にある物体の両方
を感度よく検出できるようになる。

発明の背景 技術分野 この発明は反射形光電スイッチ、ならびに反射形光電ス
イッチでとくに有効に用いることが可能な、フレネル−
レンズおよびその製造方法に関する。

従来技術 第２４図は従来の反射形光電スイッチの一部を示すもの
である。この反射形光電スイッチは発光素子１と、この
発光素子１の出射光をコリメートし、このコリメート光
を検知領域に向けて投射するための投光用凸レンズ１０
１と、検知領域にある被検出物体からの反射光を集光す
る受光用凸レンズ１０２と、この受光用凸レンズ１０２
によって集光された光を受光し、受光信号を出力する受
光素子２とを備え、受光素子２の出力信号に基づいて物
体検知信号を出力するように構成されている。発光素子
１と受光素子２は隔壁によって相互に遮光されている。

この従来の反射形光電スイッチは受光用光学系として凸
レンズを用いている。したがって、被検出物体がこの光
電スイッチから遠距離にある場合にはこの被検出物体を
検知できるが、被検出物体が至近距離にある場合には検
知できないという問題がある。

第７図にＡで示す破線で表わされた曲線は、従来の反射
形光電スイッチの感度を示すものである。第７図におい
て横軸は光電スイッチから被検出物体までの距離を表わ
し、縦軸は受光素子２の出力信号のレベル（受光出力）
を表わしている。

受光出力がしきい値を超えている範囲で物体の検出が可
能である。曲線Ａで示される従来の光電スイッチにおけ
る受光出力は至近距離において急激に低下し、この至近
距離範囲が物体を検出できない不感帯となっている。

遠方領域のみならず至近距離においても物体の検知が可
能となるように工夫されたレンズ配置構造が特開昭５９
−１２５７０９号公報に開示されている。

このレンズ配置構造では、投光用レンズと受光用レンズ
がともに凸レンズで構成され、投光用凸レンズと受光用
凸レンズとの間において、投光用凸レンズに近接してま
たは投光用凸レンズと一体的に１発光素子に対応して、
凹レンズが設けられている。発光素子の出射光の一部は
投光用凸レンズによってコリメートされて遠方まで投射
される。

発光素子の出射光の他の一部は凹レンズによって拡散さ
れ至近距離範囲を照明する。これにより。

至近距離から遠方領域まで投射光が及び、検知範囲が広
がる。

しかしながら上記のレンズ配置構造では、至近距離範囲
を照射するために凹レンズを用いているから、投射光は
すべての方向に等しく発散してしまい、至近距離におい
て投射光強度が低く、このために受光素子の受光出力も
物体検知が可能なほど充分に高いレベルに達しない場合
がある。とくに反射率の低い物体については至近距離で
の検知が不安定となる。また、上述のように投射光が凹
レンズによって拡散されるために検知領域が広がり、特
定位置での物体検知ができなくなるという問題も派生す
る。

発明の概要 発明の目的 この発明は、至近距離における受光出力を増大させ、被
検出物体が遠距離にあっても至近距離にあってもこれを
高感度で検出することのできる反射形光電スイッチを提
供することを目的とする。

この発明はまた。検知領域の限定が可能で特定位置の物
体を検出することのできる反射形光電スイッチを提供す
ることを目的とする。

この発明はさらに、上記の反射形光電スイッチに好適に
使用可能なフレネル・レンズおよびその製造方法を提供
することを目的とする。

発明の構成９作用および効果 この発明による反射形光電スイッチは１発光素子と１発
光素子の出射光を検知領域に向けて投射するための投光
光学系と、受光素子と、検知領域にある被検出物体から
の反射光を受光素子に導くための受光光学系とを備え、
投光光学系および受光光学系の少なくともいずれか一方
が１発光素子の光軸と受光素子の光軸を含む平面に平行
な方向に光を発散させ、かつ同平面に垂直な方向に光を
集光する作用を行なう光学素子を含んでいることを特徴
とする。

上記光学素子は、レンズ体の表面の凹凸により光を屈折
させるガラス、プラスチック等でつくられるバルク拳レ
ンズ、凹面または凸面の反射面を備え、この反射面から
の反射光を集光または発散させる反射鏡、複数の輪帯状
または直線帯状レンズ部分からなるフレネル・レンズ等
で実現される。

上記光学素子は受光光学系に設けることが好ましい。こ
の構成においては１発光素子の出射光は投光光学系を通
してコリメート光または集光光に変換されて検知−城に
向けて投射される。検知領域に存在する被検出物体から
の拡散反射光は受光光学系を経て受光素子に受光される
。被検出物体が比較的遠方にある場合には、その物体か
らの反射光は、主に、受光光学系に従来から含まれてい
る集光作用を行なう部分（たとえば凸レンズ部分）によ
って受光素子の受光面上に集光される。

被検出物体が至近距離にある場合には、その物体からの
反射光は、主に、上記の光学素子によって受光素子の受
光面上に導かれる。すなわち、至近距離にある被検出物
体からの反射光は２発光素子の光軸と受光素子の光軸を
含む平面に平行な方向において発散することによってそ
の一部が受光素子に入射し、同平面に垂直な方向におい
ては集光され、そのうち上記受光素子に入射する光と上
記平面からみて同一経路を通る光が受光素子に入射する
ことになる。このようにして、被検出物体が至近距離に
ある場合であってもその物体からの反射光は上記平面に
垂直な方向において集光されてその一部が受光素子に入
射するから、至近距離における受光出力を大幅に向上す
ることができる。

これにより、至近距離から遠距離まで広い範囲にわたっ
て高感度な物体検出が可能となる。また。

上記光学素子を受光光学系に設けた場合には、投光光学
系には上記光学素子を必ずしも設ける必要はなく（もち
ろん設けてもよい）、投光光学系に上記光学素子を設け
なければ、投光光学系には投射光をコリメートまたは集
光する作用を行なわせれば足り、検知領域はこの投光光
学系の投射光の照明範囲に限定され、検知領域を狭い範
囲に限定することが可能で、物体を特定位置において検
知できる。

上記光学素子を投光光学系に設けた場合には。

投射光の一部が、至近距離において１発光素子の光軸と
受光素子の光軸を含む平面に平行な方向において発散す
るから、受光光学系の前方も投射光によって照明され、
この位置にある物体の検出が可能となる。しかも上記平
面に直交する方向呻おいては投射光は集光されるから、
上記公開公報に開示されたレンズ配置構造に比べて、投
射光強度は高り、シたがって受光素子の出力レベルも高
くなる。また検知領域も上記平面に平行な方向において
のみ広がるだけであるので、比較的限定された領域での
物体検知が可能である。

この発明によるフレネル・レンズは、凸レンズ型フレネ
ル・レンズ部分と、トーリック＄フレネル争レンズ部分
とから構成され、トーリック・フレネル・レンズ部分が
複数の直線帯状レンズ部分の組合せにより構成され、各
直線帯状レンズ部分はその長手方向には凹面状に形成さ
れ、長手方向に直交する方向には凸面状に形成されてい
ることを特徴とする。

フレネル・レンズ、とくに上記トーリック・フレネル・
レンズを製造するためのこの発明による方法は、内周面
が内側に円弧状にふくらんだ円環状体を作製し、上記内
周面を含む略直方体状の複数のピースを上記円環状体か
ら切出し、これらの複数のピースを組合せることにより
金型またはその原型を作製し、上記金型または上記原型
から得られる金型を用いてトーリックφフレネルψレン
ズを成形することを特徴とする。

この発明によるフレネル・レンズはトーリック・フレネ
ル・レンズ部分を備えているから、上記の反射形光電ス
イッチの投光光学系または受光光学系に好適に用いるこ
とが可能である。この場合にフレネル・レンズの厚さを
薄くできるので。

光電スイッチの小型化を図ることができる。さらに、こ
のフレネル・レンズは上記の製造方法のように、その金
型の作製が比較的容品であり、安価に提供することが可
能である。

この発明のさらに他の特徴および利点は図面を参照した
実施例の説明において明らかになるであろう。

実施例の説明 第１図はこの発明による反射形光電スイッチの実施例を
示している、反射形光電スイッチは、そのケース９内に
１発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素子１と、こ
の発光素子１の出射光をコリメートしくまたは集光し）
、このコリメート光（集光光）を検知領域に向けて投射
するための投光用レンズ１０と、検知領域にある被検出
物体からの反射光を集光する受光用レンズ２０と、この
受光用レンズ２０によって集光された光を受光し、受光
信号を出力するフォトダイオード、フォトトランジスタ
等の受光素子２とを備え、受光素子２の出力信号に基づ
いて物体検知信号を出力するように構成されている。発
光素子１と受光素子２は隔壁３によって相互に遮光され
ている。投光用レンズ１０と受光用レンズ２０は一体に
つくられている。投光用レンズ１０は通常の凸レンズに
より構成されている。受光用レンズ２０は特殊な形状を
もち、その詳細が第２図および第３ａ図から第３Ｃ図に
投光用レンズｌＯと分離して示されている。第３ｃ図に
おいては受光素子２および受光用レンズ２０と発光素子
１および投光用レンズｌＯとの配置関係を示すために２
発光素子１および投光用レンズｌＯが鎖線で示されてい
る。

受光用レンズ２０は全体的にみて凸レンズであり、凸レ
ンズ部分を符号２１で示す。受光用レンズ２０にはその
一部に凹部が形成され、この凹部の底面がトーリック面
２２に形成されている。トーリック面２２は投光用凸レ
ンズ１０に近い部分に位置している（第１図、第３Ｃ図
参照）。

発光索子１の光軸Ｍ１と受光素子２の光軸Ｍ２とは平行
である。受光用レンズ２０のトーリック面２２は、これ
らの光軸Ｍｌ、Ｍ２を含む平面（以下、第１の平面とい
う）内において凹状の断面を示し、かつ光軸Ｍ１．Ｍ２
を含む平面に直交しかつ光軸Ｍｌ、Ｍ２と平行な平面（
以下、第２の平面という）内において凸状の断面を示す
形状につくられている。したがって、このトーリック面
２２は、入射光を、第１の平面内においては発散させ（
第３Ｃ図参照）、第２の平面内においては集光する（第
３ｂ図参照）作用をなす。第２の平面内において現われ
るトーリック面２２の凸状断面の曲率半径は凸レンズ部
分２１の曲率半径よりも小さい（す−なわち焦点距離が
短い）ことが好ましい。

このような受光用レンズ２０を有する反射形光電スイッ
チにおいて１発光素子１の出射光が投光用レンズ１０に
よってコリメートまたは集光されて投射される。この投
射光によって規定される検知領域内に被検出物体が存在
すると、投射光がこの物体によって拡散反射される。こ
の反射光の一部は受光用レンズ２０を通して１次のよう
にして受光素子２に導かれる。

被検出物体が遠方にある場合には、被検出物体からの反
射光は光軸Ｍ２にほぼ平行と考えることができる。この
場合には１反射光は、第３ｂ図および第３Ｃ図に破線で
示すように、主に受光用レンズ２０の凸レンズ部分２１
によって集光され、受光素子２の受光面に導かれる。も
ちろん、トーリック面２２を通して受光素子２に導かれ
る光も、わずかではあるが、ある。

被検出物体が投光用レンズ１０の前方の至近距離にある
場合には、その物体からの反射光は第１の平面において
（第３Ｃ図参照）受光用レンズ２０に斜めに入射する。

トーリック面２２に斜めに入射する光は第１の平面にお
いて発散され、その一部が受光素子２の受光面に到達し
、受光される。また第２の平面においては（第３ｂ図参
照）、トーリック面２２によって集光されることになり
、第１の平面において受光素子２の受光面に到達しうる
光路をもつ光の多くが受光素子２に確実に入射すること
になる。凸レンズ部２１を通して受光素子２に入射する
光も、わずかではあるが、存在するのはいうまでもない
。

このようにして、被検出物体が遠距離にあっても至近距
離にあってもその物体からの反射光は受光素子２に入射
し、確実な物体検知が可能となる。第７図の符号Ｃで示
される実線の曲線は上述した受光レンズ２０を備えた反
射形光電スイッチにおける受光特性を示している。この
曲線Ｃから分るように、受光出力は至近距離においてか
なり高いレベルを示し、至近距離における不感帯はない
。被検出物体の位置の遠近にかかわらず高感度で物体検
出が可能となる。

具体的−例を挙げると、トーリック面２２は、主に＋　
ｌｏｍ＋ｓ以下の至近距離から１００鶴程度の近距離に
ある被検出物体からの反射光を受光素子に導き、凸レン
ズ部分２１は、主に、５０龍程度の近距離から無限遠ま
での距離範囲にある被検出物体からの反射光を集光して
受光素子に導くことができるように設計することが可能
である。

上記実施例では受光用レンズにトーリック面を形成して
いるが、投光用レンズの受光用レンズに近い側の一部に
トーリック面を形成してもよい。

この場合には、受光用レンズとしては凸レンズを用いて
もよいし、トーリック面が形成されたものを用いてもよ
い。

投光用レンズにトーリック面を形成した場合には１発光
素子の出射光の一部は投光用レンズの凸レンズ部分によ
ってコリメートまたは集光されて遠方にまで到達する投
射光となり、他の一部はトーリック面によって、第１の
平面内で発散しかつ第２の平面内で集光して至近距離か
ら近距離の範囲、とくに受光用レンズに近い領域を照明
する。これにより、遠距離のみならず至近距離に存在す
る被検出物体からの反射光が受光素子に受光されるよう
になる。至近距離を照明する投射光は第２の平面内では
集光されているから、投射光の光強度も比較的高く、ま
た検知領域も比較的狭い範囲に限定される。

以下に示す他の実施例または変形例では受光用レンズに
ついてのみ詳述するが、これらの他の実施例および変形
例は投光用レンズにも適用可能であるのはいうまでもな
い。

第４ａ図から第４Ｃ図は受光用レンズの他の実施例を示
している。第２図および第３ａ図から第３ｃ図に示す受
光用レンズではその幅方向の一部（中央部）にのみトー
リック面が形成されている。第４ａ図から第４Ｃ図に示
す受光用レンズ３０では、その半分（第４ａ図および第
４Ｃ図において上半分）の全面に（全幅にわたって）ト
ーリック面３２が形成されている。この受光用レンズ３
０の下半分は通常の凸レンズ３１であり、凸レンズ３１
の表面とトーリック面３２とが連続的につながっている
。

このような受光用レンズ３０も、上述の受光用レンズ２
０と同じように、トーリック面３２の部分に入射した光
は第１の平面において発散され、第２の平面において集
光する。

上記実施例ではいずれも受光用レンズとしてバルク・レ
ンズが示されている。第５ａ図から第５Ｃ図は、屈折型
フレネル−レンズによって受光用レンズを構成した例を
示すものである。この受光用フレネル・レンズ４０は集
光作用を行なうフレネル・レンズ４１の一部に、トーリ
ック・フレネル・レンズ４２が形成されている。この実
施例のフレネル・レンズ４１．４２はいずれも複数の輪
帯状（またはその一部）レンズ部分からなる。トーリッ
ク・フレネル・レンズ４２は、第２図および第３ａ図か
ら第３　ｃ図に示す実施例と同じように。

投光用レンズに近い側の一部において、フレネル・レン
ズ４０の幅方向の一部（中央部）にのみ設けられている
。このトーリック・フレネル争レンズ４２もまた第１の
平面において入射光を発散させ、第２の平面において集
光する作用を行なう。

受光用レンズをフレネル・レンズで構成することにより
レンズの厚さを薄くして、受光光学系を小型化できる。

第６ａ図から第６ｄ図は反射形光電スイッチの他の実施
例を示している、反射形光電スイッチの全体構成が第６
ｄ図に示されている、反射形光電スイッチのケース８の
前面に設けられた透明板４に発光素子５および受光素子
６が取付は固定されている。ケース８の内部に支持部材
７が設けられ１発光素子５および受光素子６にそれぞれ
対応して投光用反射鏡５０および受光用反射鏡６０が設
けられて・いる。投光用反射鏡５０は通常の凹面鏡であ
り１発光素子５の出射光を反射することによりコリメー
トしく場合によっては集光し）、透明板４を通して外部
に投光する。

受光用反射鏡８０はやや複雑な形状をもっており、その
詳細が第６ａ図から第６ｃ図に示されている。この受光
用反射鏡６０は凹面鏡部分６１とトーリック面鏡部６２
とから構成され、これらの部分６１と６２がほぼ中央部
分で連続的につながっている。

トーリック面鏡部６２は投光用反射鏡５０の側に位置し
ている。

凹面鏡部分８１は、主に、受光素子６の光軸とほぼ平行
に入射する遠方の被検出物体からの反射光（第６Ｃ図に
破線で示す）を集光して受光素子６の受光面に導く。ト
ーリック面鏡部６２は、第１の平面において凸面状の断
面をもち（第６Ｃ図参照）、第２の平面において凹面状
の断面をもつ（第６ｂ図参照）。したがって、至近距離
にある被検出物体からの反射光がトーリック面鏡部６２
に入射すると、その入射光は、主に、第１の平面からみ
て発散し、その一部が受光素子６に入射する。第２の平
面においては、第１の平面からみて受光素子６に入射す
る経路をもつ入射光はトーリック面鏡部６２で集光され
て受光素子６に入射する。この場合にも第７図に符号Ｃ
で示すような受光特性が得られる。

次に第８ａ図から第１４図を参照して、受光用レンズの
形状の最適化について考察する。第４ａ図から第４Ｃ図
に示すタイプの受光用レンズを例にとる。

第８ａ図から第８Ｃ図において、受光用レンズ３０が投
光用レンズ１０と一体的に形成されている様子が描かれ
ている。受光用レンズ３０のトーリック面８２と凸レン
ズ部分８１の表面とは連続的につながっているが、第８
ａ図ではこれらの境界が１分りやすくするために、実線
で示されている。トーリック面３２の部分と凸レンズ部
分３１とは第８ａ図において上下の中間で境界を接して
いる。トーリック面３２は第８ａ図において上部、すな
わち投光用レンズｌＯに近い側にある。

とくに第８Ｃ図に示される縦断面図を参照して、受光用
レンズ３０の凸レンズ部分８１の凸状表面の曲率中心０
１は、受光用レンズ３０の中心線上に位置しでいる。ト
ーリック面３２の凹面形状を形成する曲線の曲率中心０
２もまた上記の中心線上に位置している。この中心線は
、後述するように。

受光素子２の光軸Ｍ２と一致する。

第９ａ図から第９Ｃ図に示される受光用レンズ３０にお
いても、トーリック面３２がその上半分を占めている。

第９Ｃ図と第８Ｃ図との比較から分るように、第９ａ図
〜第９Ｃ図においてはトーリック面３２の凹面形状を規
定する曲線の曲率中心０２は、上記の中心線（この中心
線上に凸レンズ部分３１の曲率中心０、がある）よりも
投光用レンズ１０側に位置している。

第１０ａ図から第１０ｃ図に示される受光用レンズ３０
では、トーリック面３２の凹面形状を規定する曲線の曲
率中心０２はさらに投光用レンズ１０側に寄っている。

また、トーリック面３２の大きさは小さくなっている。

第１１ａ図から第１ｉｅ図に示される受光用レンズ３０
では、トーリック面３２の凹面形状を規定する曲線の曲
率中心０２は上記中心線よりも下側、すなわち投光用レ
ンズｌＯから上記中心線よりも遠い位置にある。トーリ
ック面の大きさは受光用レンズ３０のほぼ半分である。

次に上述した種々の形状のトーリック面の光学的性質に
ついて、第１２図から第１４図を参照して検討する。

第１２図は第９ａ図から第９ｃ図に示す受光用レンズを
示し、第１３図は第１１ａ図から第１１ｃ図に示す受光
用レンズを示す。これらの図において、受光用レンズ３
０の中心線上に受光素子２が配置されている。また、第
１２図および第１３図の右側に図示されたグラフは、受
光素子２の受光面を含みかつその光軸Ｍ２　（受光レン
ズの中心線）に直交する平面内における入射光量分布を
示すもので、この入射光量分布の縦断面において現われ
る曲線が表わされている。被検出物体が遠距離（１００
ｍｍ以遠）、近距離（ａｈｍ付近）および至近距離（１
０＋＋＋ｅ付近）にある場合の′３種類のグラフが示さ
れている。

第１２図に示すように、トーリック面３２の凹面を規定
する曲−の曲率中心０　が受光用レンズ３０の中心線よ
りも投光用レンズ１０に近い側にあるときには、遠距離
、近距離、至近距離のいずれの場合にも、トーリック面
３２を通して入射する光の光量分布Ｃ２と凸レンズ部分
８１によって集光される光の光量分布Ｃ１とが重なり、
これらの分布Ｃ１とＣ２が連続する。したがって、受光
素子２は被検出物体がいかなる距離にあってもその物体
からの反射光を受光することができる。このため、上述
したよう、に、第１４図にＣで示す曲線の受光特性が得
られる。

これに対して、第１３図に示すように、トーリック面３
２の凹・面を規定する曲線の曲率中心０２が受光用レン
ズ８０の中心線よりも投光用レンズｌＯから遠い位置に
ある場合には、トーリック面３２を通して入射する光の
光量分布Ｂ２と凸レンズ部分３１によって集光される光
の光量分布Ｂ１とが分離してしまう。このため、とくに
３０ｍｍ付近の近距離においては、光量分布Ｂ　とＢ２
の谷間が受光素子２の位置と一致し、受光素子２に入射
する光量が少なくなる。したがって、第、１４図に破線
Ｂで示すように、近距離において受光出力が低下する受
光特性となる。

破線Ｂで示される受光特性は実用上次のような問題点を
有する。すなわち、破線Ｂで示される受光特性をもつ反
射形光電スイッチを至近距離用に使用するためにその感
度を下げたとすると、受光特性は破線Ｂｄで示すように
なる。そうすると。

至近距離および近距離において受光出力がしきい値を下
廻り″、不感帯が生じる。もう１つの問題点は、被検出
物体の距離に応じたアナログ出力が必要な場合に生じる
。破線ＢまたはＢｄの受光特性では、とくに近距離付近
において受光出力のある１つのレベルに対して２つの距
離が存在しうる。

受光出力のレベルから一義的に距離を決定することがで
きない。受光出力レベルから一義的に距離を決定できる
範囲は１曲線Ｃでは距離ｃｐ以遠であるのに対して１曲
線Ｂではこれよりも遠い位置Ｂｐ以遠である。このよう
に２曲線Ｂで表わされる特性によると、受光出力レベル
から距離を一義的に決定できる範囲が狭くなってしまう
。

以上をまとめると、トーリック面３２の凹面を規定する
曲線の曲率中心０２が、受光用レンズ８０の凸レンズ部
分３１の曲率中心０１の位置から受光用レンズ３０の投
光用レンズ１０に近接する端部の位置までの間にあると
きに（第８ａ図〜第１０ｃ図）。

第１４図にＣで示す曲線のように理想に近い受光特性が
得られる。この受光特性Ｃによると、至近距離から遠距
離にわたって、いかなる感度設定においても、不感帯を
生じることがない。また９位置Ｃｐ以遠においては受光
出力が距離の増大にともなって単調に減少する。これに
より、ユーザは自然な感覚で違和感なく感度調整を行な
うことができるとともに、距離に応じたレベルをもつア
ナログ信号が必要な場合でも、広い距離範囲にわたって
距離に一義的に対応する受光出力を得ることができる。

理想に近い受光特性Ｃを得る上記の考え方は。

受光用レンズをフレネル・レンズで構成したもの、およ
び受光用反射鏡にも適用可能であるのはいうまでもない
。

投光用レンズおよび受光用レンズを屈折型フレネル番レ
ンズで構成したさらに他の例について第１５ａ図から第
１５ｄ図を参照して説明する。

これらの図において、投光用レンズ１１は複数の輪帯状
レンズ部分をもつ通常の凸レンズ型フレネル・レンズか
ら構成されている。受光用レンズ７０は、下半分の通常
の凸レンズ型フレネル・レンズ７１と上半分のトーリッ
ク・フレネル・レンズ７２とから構成されている。凸レ
ンズ型フレネル・レンズ７１は投光用フレネル・レンズ
１１を半分に切断した形と同じものである。トーリック
会フレネルφレンズ７２は、複数の直線帯状のレンズ部
分によって構成されている。これらの直線帯状レンズ部
分は第１平面と平行にのびるものであり、第１の平゛　
面において入射光を発散させ、第２の平面において入射
光を集光する作用を行なう。すなわち、第１の平面にお
いて現われる断面は凹レンズ状であり（第１５ｃ図参照
）、第２の平面において現われる断面は凸レンズ型フレ
ネル・レンズ状である。

このようなフレネルやレンズによって構成される受光用
レンズを用いても第７図または第１４図に曲線Ｃで示す
ような受光特性が得られるのはいうまでもない。

第１ｅａ図から第１８ｃ図はさらに他の例を示している
。ここでは受光用レンズ７３の全体がシリンドリカルΦ
フレネル・レンズによって構成されている。このような
受光用レンズ７３を用いると、被検出物体からの反射光
は第２の平面において集光されるだけである。第１の平
面においては、遠距離の被検出物体からの反射光（破線
で示す）はこのレンズ７３を単に透過するだけであり、
至近距離の被検出物体からの反射光（鎖線で示す）は単
に屈折するだけである。したがって、とくに遠距離の被
検出物体からの反射光の受光出力レベルは低くなるので
、その受光特性は第７図にＤで示す曲線で表わされるも
のとなる。このような受光用レンズは、とくに至近距離
にある被検出物体のみを検出するための反射形光電スイ
ッチに有効に使用できる。

第１５ａ図から第１８ｃ図に示すフレネル・レンズを利
用した投光用レンズおよび受光用レンズは。

レンズの厚さが薄くでき、光電スイッチを小型化しうる
という利点をもつ。また、直線帯状のレンズ部分をもつ
フレネル・レンズ７２．７３は、第５ａ図から第５Ｃ図
に示すような輪帯状レンズ部分をもつものに比べて、そ
の成形金型の作製が容易であるという特徴をもつ。

第１７ａ図から第１８ｂ図は、第１５ａ図から第１５ｄ
図に示すトーリックΦフレネル番レンズ７２の成形のた
めの金型の作製手順を示している。

第１７ａ図および第１７ｂ図において、まず円環状体７
４を非球面レン、ズ加工用旋盤を用いて作製する。この
円環状体７４の内周面７４ａは内側に円弧状にふくらん
だ形をもち、非球面鏡面加工されている。この円環状体
７４から鎖線で示すようにピースｇ　１ｇ２２ｇ３１ｇ
４を切り取る。これらのピースは図示のように隣接して
切出す必要は全くなく１ｇ５で示すように任意の箇所か
ら切出してもよい。

次に、第１８ａ図および第１８ｂ図に示すように。

切出したピースｇ１〜ｇ４を組合せることにより金型の
原型ができあがる。この原型を金型の一部として用いる
こともできるし、放電加工等によって他の金型材料に転
写してもよい。いずれにしても、最終的には、トーリッ
ク・フレネル・レンズの金型は投光用フレネル・レンズ
１１の部分の金・型、凸レンズ型フレネル・レンズ７１
の部分の金型と組合されて使用されよう。

このようにして作製された金型を用いると、第１８ａ図
および第１８ｂ図に鎖線７２Ａで示すように。

第１の平面においては非球面（凹面）、第２の平面にお
いては球面（凸面）のトーリック・フレネル・レンズが
成形される。フレネル・レンズの成形はたとえば射出成
形法を用いればよい。

円環状体７４を第１９図に示すように切出すことにより
ピースｈ１〜ｈ４を得、これを組合せて原型をつくり、
この原型を放電加工により金型に転写してもよい。この
金型を用いると、第１の平面においては球面（凹面）、
第２の平面においては非球面（凸面）をもつトーリック
・フレネル・レンズが成形される。

第１ｅａ図から第１６ｃ図に示すシリンドリカル・フレ
ネル・レンズのための金型は２円柱体の一部を切り取り
、それらのピースを組合せることによって容易に作製で
きる。

第２０ａ図から第２０ｃ図は受光用レンズのさらに他の
例を示している。これらの図において受光用レンズ８０
は１通常の凸レンズ部分８１とシリンドリカル・レンズ
部分８２とから構成され、シリンドリカル・レンズ部分
８２が投光用レンズｌｏ側に位置している。遠距離にあ
る被検出物体からの反射光は、主に、凸レンズ部分８１
によって集光され、受光素子２に入射する。至近距離に
ある物体からの反射光は、シリンドリカル・レンズ部分
８２によって、第１の平面においては屈折して、第２の
平面においては集光されて受光素子２に入射する。した
がって、この受光用レンズ８ｏの受光特性は第２３図に
Ｅで示される実線の曲線のように＼なる。近距離付近に
おいてやや受光出力が低下するが、実用上は支障ない。

第２１ａ図から第２１ｃ図はさらに他の例を示している
。この受光用レンズ９０も１通常の凸レンズ部分９１と
シリンドリカル・レンズ部分９２とから構成され、シリ
ンドリカル・レンズ部分９２が投光用レンズ１０に近い
場所にある。第２０ａ図〜第２０ｃ図に示す受光用レン
ズ８ｏと異なる点は、シリンドリカル・レンズ部分９２
の表面が、第１の平面において（第２１ｃ図参照）、投
光用レンズ１ｏ側の端部が厚く凸レンズ部分９１に向っ
て薄くなるように、傾斜していることである。これによ
って、シリンドリカル・レンズ部分９２は第１の平面に
おいてプリズムと同等の作用をするので、至近距離にあ
る物体からの反射光が受光素子２に入射し易くなってい
る。したがって、第２３図に符号Ｆによって示される破
線で表わされる曲線のように、至近距離における受光出
力レベルが増大する受光特性が得られる。遠距離にある
被検出物体がらの反射光は、主に、凸レンズ部分９１に
よって受光素子２に入射するので、遠距離における受光
特性は第２０ａ図〜第２０ｃ図に示すものと同じである
。この受光用レンズ９０においても近距離における受光
レベルが若干低下している。　　　　” 第２２ａ図から第２２ｃ図に示す受光用レンズ８３はシ
リンドリカル・レンズであり、その受光特性は、第１ｅ
ａ図から第１ｅｅ図に示すフレネル・シリンドリカル・
レンズと同じであり、第７図に曲線りで表わされている
。

第２０ａ図から第２２ｃ図に示す受光用レンズ８０゜９
０、８３は、受光特性は第４ａ図〜第４ｃ図に示す受光
用レンズ３０よりもやや劣るが、形状が簡素で作製が容
易であるという特徴をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による反射形光電スイッチの実施例を
示す一部切欠側面図である。 第２図は受光用レンズの例を示す斜視図である。 第３ａ図から第３Ｃ図は、第２図に示す受光用レンズと
その作用を説明するためのもので、第３ａ図は正面図、
第３ｂ図は第３ａ図のｍｂ−ｍｂ線にそう断面図、第３
ｃ図は第３ａ図のＩ［Ｉｃ−ｍｃ線にそう断面図である
。 第４ａ図から第４ｃ図は受光用レンズの他の例を示すも
ので、第４ａ図は正面図、第４ｂ図は第４ａ図のＩＶｂ
−ＩＶｂ線にそう断面図、第４ｃ図は第４ａ図のＩＶ　
ｃ　−ＩＶ　ｃ線にそう断面図である。 第５ａ図から第５ｃ図は受光用レンズをフレネル・レン
ズで構成した例を示すもので、第５ａ図は正面図、第５
ｂ図は第５ａ図のｖｂ−ｖｂ線にそう断面図、第５Ｃ図
は第５ａ図のＶｃ−Ｖｃ線にそう断面図である。 第６ａ図から第６ｄ図は反射形光電スイッチの他の例お
よびこの反射形光電スイッチで用いられる受光用反射鏡
を示すもので、第６ａ図は受光用反射鏡の正面図、第６
ｂ図は第６ａ図のｖｔｂ−ｖｔｂ線にそう断面図、第６
ｃ図は第６ａ図のＶＩ　ｃ　−ＶＩ　ｃ線にそう断面図
、第６ｄ図は反射形光電スイッチの一部切欠側面図であ
る。 第７図は、この発明の実施例の反射形光電スイッチの受
光特性を従来例と比較して示すグラフである。 第８ａ図から第１１ｃ図は、受光用レンズの種々の形状
を示すものである。 第８ａ図は正面図、第８ｂ図は第８ａ図の■ｂ−■ｂ線
にそう断面図、第８ｃ図は第８ａ図の■Ｃ−■Ｃ線にそ
う断面図である。 第９ａ図は正面図、第９ｂ図は第９ａ図のＩＶｂ−ＩＶ
ｂ線にそう断面図、第９ｃ図は第９ａ図のＩＶ　ｃ　−
ＩＶ　ｃ線にそう断面図である。 第１０ａ図は正面図、第１０ｂ図は第１０ａ図のｘｂ−
ｘｂ線にそう断面図、第ｔｏｅ図は第１０ａ図のＸｃ−
Ｘｃ線にそう断面図である。 第１１ａ図は正面図、第１１ｂ図は第１１ａ図のｘｔｂ
−ｘｔｂ線にそう断面図、第１１ｃ図は第１１ａ図のＸ
Ｉ　ｃ　−ＸＩ　ｃ線にそう断面図である。 第１２図は、第９ａ図から第９Ｃ図に示す受光用レンズ
と受光素子の受光面上における光量分布とを示すもので
ある。 第１３図は、第１１ａ図から第１１Ｃ図に示す受光用レ
ンズと受光素子の受光面上における光量分布とを示すも
のである。 第１４図は、第１２図および第１３図に示す受光用レン
ズの受光特性を示すグラフである。 第１５ａ図から第１５ｄ図は投光用レンズおよび受光用
レンズをフレネル・レンズで構成した他の例を示すもの
で、第１５ａ図は正面図、第１５ｂ図は第一　　４０　
− １５ａ図のＸＶｂ　−ＸＶｂ線にそう断面図、第１５ｃ
図は第１５ａ図のＸＶ　ｃ　−ＸＶ　ｃ線にそう断面図
２．第１５ｄ図は第１５ａ図のＸＶｄ−ＸＶｄ線にそう
断面図である。 第Ｌｅａ図から第１Ｂｅ図は投光用レンズおよび受光用
レンズをフレネル・レンズで構成したさらに他の例を示
すもので、第１ｅａ図は正面図、第１Ｂｂ図は第１ｅａ
図）ｘｖ＋ｂ−ｘｖ＋ｂ線にそう断面図。 第１６ｃ図はＸＶＩｃ　−ＸＶＩｃ線にそう断面図であ
る。 第１７ａ図から第１８ｂ図は第１５ａ図から第１５ｄ図
に示す受光用レンズにおけるトーリック・フレネル・レ
ンズを形成するための金型の作製工程を示すものである
。 第１７ａ図は円環状体の正面図、第１７ｂ図は第１７ａ
図＋７）ＸＶＩｌｂ−ＸＶＩｌｂ線にそう断面図である
。 第１８ａ図は円環状体から切出されたピースを組合せた
状態を示す正面図、第１８ｂ図は第１８ａ図の１１ＸＸ
ｂ　−１１ＸＸｂ線にそう断面図である。 第１９図はピースの他の切出し方法を示すための第１７
ｂ図相当の断面図である。 第２０ａ図から第２２ｃ図は受光用レンズのさらに他の
例を示すものである。 第２０ａ図は正面図、第２０ｂ図は第２０ａ図のｘｘｂ
−ｘｘｂ線ニソう断面図、第２０ｃ図は第２Ｄａ図のＸ
Ｘｃ−ＸＸｃ線にそう断面図である。 第２１ａ図は正面図、第２１ｂ図は第２１ａ図のＸＸＩ
ｂ−ＸＸＩｂ線にそう断面図、第２１ｃ図は第２１ａ図
のＸＸ１ｃ　−ＸＸＩｃ線にそう断面図である。 第２２ａ図は正面図、第２２ｂ図は第２２ａ図のＸＸｌ
１ｂ−ＸＸＩＩｂＡＩｌ、：　ソウ断面図、　１２２ｃ
　図ハｔＪ２２ａ図＋７）　ＸＸＩＩ　ｃ　−ＸＸＩＩ
　ｃ線にぞう断面図である。 第２８図は第２０ａ図から第２１ｃ図に示す受光用レン
ズの受光特性を示すグラフである。 第２４図は従来の反射形光電スイッチを示す一部切欠き
側面図である。 １．５・・・発光素子。 ２．６・・・受光素子。 １０、１１・・・投光用レンズ。 ２０、３０．４０．７０．８０．９０・・・受光用レン
ズ。 ２１、３１．８１．９１・・・凸レンズ部分。 ２２、３２・・・トーリック面。 ４１、７１・・・凸レンズ型フレネル番レンズ部分。 ４２、７２・・・トーリック会フレネル・レンズ部分。 ５０、８０・・・反射鏡。 ６１・・・凹面鏡部分。 ６２・・・トーリック面鏡部分。 ７３・・・フレネル中シリンドリカル・レンズ。 （受光用レンズ） ７４・・・円環状体。 ７４ａ・・・内周面。 ８２、９２・・・シリンドリカル会レンズ部分。 ８３・・・シリンドリカル・レンズ。 （受光用レンズ） ｇＩＩ　ｇ２１　ｇ３１ｇ４１ｇ５゜ ｈ　　、ｈ　　、ｈ　　、ｈ４・・・ピース。 以　　上

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光素子と、発光素子の出射光を検知領域に向け
   て投射するための投光光学系と、受光素子と、検知領域
   にある被検出物体からの反射光を受光素子に導くための
   受光光学系とを備え、 投光光学系および受光光学系の少なくともいずれか一方
   が、発光素子の光軸と受光素子の光軸を含む平面に平行
   な方向に光を発散させ、かつ同平面に垂直な方向に光を
   集光する作用を行なう光学素子を含んでいる、 反射形光電スイッチ。
2. （２）上記光学素子が投光光学系に含まれている場合に
   はこの光学素子は投光光学系内の受光光学系寄りの位置
   に、上記光学素子が受光光学系に含まれている場合には
   この光学素子は受光光学系内の投光光学系寄りの位置に
   配置されている、請求項（１）に記載の反射形光電スイ
   ッチ。
3. （３）受光光学系が上記光学素子を含んでいる、請求項
   （１）に記載の反射形光電スイッチ。
4. （４）上記光学素子が、発光素子の光軸と受光素子の光
   軸を含む平面に平行な方向においては凹面をなし、同平
   面に垂直な方向においては凸面をなすトーリック面を有
   するレンズ素子である、請求項（１）に記載の反射形光
   電スイッチ。
5. （５）上記レンズ素子がフレネル・レンズにより構成さ
   れている請求項（４）に記載の反射形光電スイッチ。
6. （６）上記レンズ素子が、上記発光素子の光軸と受光素
   子の光軸を含む平面に平行な方向にのびる直線帯状レン
   ズ部分の組合せにより構成されるフレネル・レンズであ
   る、請求項（４）に記載の反射形光電スイッチ。
7. （７）投光光学系および受光光学系の一方が、凸レンズ
   部分と、この凸レンズ部分よりも他方の光学系寄りの位
   置に設けられるトーリック面部とから構成されている請
   求項（１）に記載の反射形光電スイッチ。
8. （８）上記トーリック面部は、投光光学系と受光光学系
   とを結ぶ方向においては入射光を発散させるよう凹面状
   に形成され、かつ上記方向に直交する方向においては入
   射光を集光するよう凸面状に形成されたトーリック面を
   有する請求項（７）に記載の反射形光電スイッチ。
9. （９）上記凸レンズ部分とトーリック面部とがともにフ
   レネル・レンズにより構成されている請求項（７）に記
   載の反射形光電スイッチ。
10. （１０）上記凸レンズ部分が輪帯状レンズ部分の組合せ
    により構成されるフレネル・レンズであり、上記トーリ
    ック面部が投光光学系と受光光学系とを結ぶ方向にのび
    る直線帯状レンズ部分の組合せにより構成されるフレネ
    ル・レンズである請求項（７）に記載の反射形光電スイ
    ッチ。
11. （１１）上記投光光学系および受光光学系のいずれか一
    方が反射鏡によって構成されている請求項（１）に記載
    の反射形光電スイッチ。
12. （１２）上記反射鏡が、凹面鏡部分と、この凹面鏡部分
    よりも他方の光学系寄りの位置に設けられるトーリック
    面鏡部分とから構成されている請求項（１１）に記載の
    反射形光電スイッチ。
13. （１３）上記トーリック面鏡部分が、投光光学系と受光
    光学系とを結ぶ方向においては光を発散させるよう凸面
    鏡状に形成され、上記方向に直交する方向においては光
    を集光するよう凹面鏡状に形成されている請求項（１２
    ）に記載の反射形光電スイッチ。
14. （１４）上記投光光学系および受光光学系がともに反射
    鏡によって構成され、 いずれか一方の反射鏡が、凹面鏡部分と、この凹面鏡部
    分よりも他方の反射鏡に近い位置に設けられるトーリッ
    ク面鏡部分とからなり、 このトーリック面鏡部分が、上記両反射鏡を結ぶ方向に
    おいては光を発散させるよう凸面鏡状に形成され、上記
    方向に直交する方向においては光を集光するよう凹面鏡
    状に形成されている、請求項（１）に記載の反射形光電
    スイッチ。
15. （１５）発光素子と、発光素子の出射光を検知領域に向
    けて投射するための投光用レンズと、受光素子と、検知
    領域にある被検出物体からの反射光を受光素子に導くた
    めの受光用レンズとを備え、投光用レンズが凸レンズに
    より構成され、 受光用レンズが凸レンズ部分と、この凸レンズ部分より
    も投光用レンズに近い位置に設けられるトーリック面部
    とから構成され、 トーリック面部が、投光用レンズと受光用レンズとを結
    ぶ方向においては入射光を発散させるよう凹面状に形成
    され、かつ上記方向に直交する方向においては入射光を
    集光するよう凸面状に形成されている、反射形光電スイ
    ッチ。
16. （１６）上記トーリック面部の凹面を規定する曲線の曲
    率中心が、上記凸レンズ部分を規定する曲線の曲率中心
    に対応する位置から、上記トーリック面部の投光用レン
    ズに近い端部に対応する位置までの間に設定され、この
    受光用レンズを用いて得られる受光特性において、受光
    出力が至近距離から遠方に向って単調に減少する、請求
    項（１５）に記載の反射形光電スイッチ。
17. （１７）上記受光用レンズの凸レンズ部分とトーリック
    面部がともにフレネル・レンズにより構成されている請
    求項（１５）に記載の反射形光電スイッチ。
18. （１８）凸レンズ型フレネル・レンズ部分と、トーリッ
    ク・フレネル・レンズ部分とから構成され、トーリック
    ・フレネル・レンズ部分が複数の直線帯状レンズ部分の
    組合せにより構成され、各直線帯状レンズ部分はその長
    手方向には凹面状に形成され、長手方向に直交する方向
    には凸面状に形成されている、 フレネル・レンズ。
19. （１９）複数の直線帯状レンズ部分の組合せにより構成
    され、各直線帯状レンズ部分はその長手方向には凹面状
    に形成され、長手方向に直交する方向には凸面状に形成
    されている、トーリック・フレネル・レンズ。
20. （２０）内周面が内側に円弧状にふくらんだ円環状体を
    作製し、 上記内周面を含む略直方体状の複数のピースを上記円環
    状体から切出し、 これらの複数のピースを組合せることにより金型または
    その原型を作製し、 上記金型または上記原型から得られる金型を用いてトー
    リック・フレネル・レンズを成形する、トーリック・フ
    レネル・レンズの製造方法。
21. （２１）発光素子と、発光素子の出射光を検知領域に向
    けて投射するための投光用レンズと、受光素子と、検知
    領域にある被検出物体からの反射光を受光素子に導くた
    めの受光用レンズとを備え、投光用レンズおよび受光用
    レンズのいずれか一方が、凸レンズ部分と、この凸レン
    ズ部分よりも他方のレンズに近い位置に設けられるシリ
    ンドリカル・レンズ部分とから構成され、 シリンドリカル・レンズ部分は、投光用レンズと受光用
    レンズを結ぶ方向に直交する方向において集光作用を行
    なうように配置されている、反射形光電スイッチ。
22. （２２）上記シリンドリカル・レンズ部分の表面が、投
    光用レンズと受光用レンズを結ぶ方向において、その厚
    さが凸レンズ部分に向って薄くなるように傾斜している
    請求項（２１）に記載の反射形光電スイッチ。
23. （２３）上記投光用レンズおよび受光用レンズの少なく
    ともいずれか一方がフレネル・レンズである請求項（２
    １）に記載の反射形光電スイッチ。
24. （２４）発光素子と、発光素子の出射光を検知領域に向
    けて投射するための投光用レンズと、受光素子と、検知
    領域にある被検出物体からの反射光を受光素子に導くた
    めの受光用レンズとを備え、受光用レンズが、投光用レ
    ンズと受光用レンズを結ぶ方向に直交する方向において
    集光作用を行なうシリンドリカル・レンズである、 反射形光電スイッチ。
25. （２５）上記シリンドリカル・レンズがフレネル・シリ
    ンドリカル・レンズである請求項（２４）に記載の反射
    形光電スイッチ。