[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。[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。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。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。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。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。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。1との間の距離を短くして薄形化を図ったものである。[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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。14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。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。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。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。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。formed.【0021】また。17a,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。187b,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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。19a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。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。side4a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。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。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。LED14からの光を効率良く集束して放出することができる。15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。LED14m程度とするため、焦点距離f=2(mm)とする。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。cは頂点曲率,kは円錐定数とする。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。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。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。(12)のように表わされる。