特開 2024-132823 光センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132823

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】光センサ

(51)【国際特許分類】

   G01V 8/12 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01V8/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023174239

(22)【出願日】2023-10-06

(62)【分割の表示】P 2023142174の分割

【原出願日】2023-09-01

(31)【優先権主張番号】P 2023040357

(32)【優先日】2023-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100108213

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 豊隆

(74)【代理人】

【識別番号】100139066

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】中村 潤平

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼市 克志

(72)【発明者】

【氏名】都築 良介

【テーマコード（参考）】

2G105

【Ｆターム（参考）】

2G105AA01

2G105BB17

2G105CC01

2G105DD02

2G105EE02

2G105HH04

(57)【要約】

【課題】コンパクトで操作性に優れた光センサを提供する。
【解決手段】光センサ１は、光源５と、光源５から発せられたビームＡの光路上に配置されている光学素子５０Ａ～５０Ｃを切り換えることによりビームＡのスポットＳの形状を切り換え可能に構成されているスポット可変機構９と、を備えている。スポット可変機構９は、ビームＡの進行方向Ｘに交差する第１方向Ｙに沿って直線状に並べられた複数の光学素子５０Ａ～５０Ｃと、複数の光学素子５０Ａ～５０Ｃを第１方向Ｙに沿って直線的に往復移動させることが可能な直動機構９３と、を備えている。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から発せられたビームの光路上に配置されている光学素子を切り換えることにより前記ビームのスポットの形状を切り換え可能に構成されているスポット可変機構と、を備え、
前記スポット可変機構は、
前記ビームの進行方向に交差する第１方向に沿って直線状に並べられた複数の光学素子と、
前記複数の光学素子を前記第１方向に沿って直線的に往復移動させることが可能な直動機構と、を備えている、
光センサ。

【請求項2】

前記直動機構は、ラックアンドピニオン機構であって、
前記第１方向に沿って直線状に延在しているラックと、
前記ラックに噛合しているピニオンと、を備えている、
請求項１に記載の光センサ。

【請求項3】

前記光源を収容している筐体を更に備え、
前記進行方向及び前記第１方向の双方に交差する第２方向に面した前記筐体の第１面から前記ピニオンを操作可能に構成されている、
請求項２に記載の光センサ。

【請求項4】

前記光源を収容している筐体と、
前記光センサの設定に関する情報を表示可能なディスプレイと、を更に備え、
前記ディスプレイが配置されている前記筐体の第１面から前記ピニオンを操作可能に構成されている、
請求項２に記載の光センサ。

【請求項5】

前記複数の光学素子は、第１の光学素子及び第２の光学素子を含み、
前記スポット可変機構は、
凸部と、
前記ビームの光路上に前記第１の光学素子が配置されたとき、前記凸部に対向する第１の凹部と、
前記ビームの光路上に前記第２の光学素子が配置されたとき、前記凸部に対向する第２の凹部と、
前記凸部を付勢する付勢部材と、を更に備え、
前記ビームの光路上に配置されている光学素子を前記第１の光学素子から前記第２の光学素子に切り換えるとき、前記付勢部材の付勢力に抗して前記第１の凹部と前記凸部との係合が解除され、前記付勢部材の付勢力によって前記第２の凹部と前記凸部とが係合するように構成されている、
請求項１に記載の光センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光センサに関する。

【背景技術】

【0002】

光の反射を利用してワークの欠品等を検出する光センサがある。ワークに凹部や貫通孔があると、光の反射率が局所的に変化する。例えば、ワークがパレットの上に並べられたボトルである場合、隣り合うボトルとボトルとの隙間に深い谷間が生じる。レーザを当てるスポットのサイズをワークの凹部よりも大きく広げると、そのようなワークであっても安定して検出できるようになる。特許文献１には、レーザダイオードと投光コリメータとの間に光路長を変更する平板を配置してスポットのサイズを変更することができる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－７８９４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザダイオード等の光源から照射される光は、スポットの中央部が明るく周縁部が暗いガウシアン型の光強度分布になっている。特許文献１に記載の技術のように、スポットを単純に広げただけでは、ガウシアンビームが維持される。スポットのサイズを広げると全体的に暗くなるため、中央部よりも暗い周縁部では、スポットのサイズを広げた場合に、ワークの検出に必要とされる光強度を得られないことがある。光強度が不足すると、ワークの有無を正確に検出できないおそれがある。

【0005】

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、スポットの中央部と周縁部との光強度の差異を小さくすることができる光センサを提供することを目的とする。

【0006】

また、特許文献１に記載の技術のように、回転盤である変換素子ホルダに複数の平板を円周状に並べると、ビームの光軸と変換素子ホルダの回転軸とが平行になる。変換素子ホルダを回転させるトリマ操作部が本体ケースの背面に配置されるため、操作しながらでは光軸を目視で確認しにくい。また、光源である発光素子は、本体ケースの背面と変換素子ホルダとの間のスペースに配置される。変換素子ホルダが回転盤であると、本体ケースの背面から変換素子ホルダまで延びるトリマ操作部のシャフトは、発光素子が占めるスペースによって長くなる。シャフトが長くなるほど、変換素子ホルダの駆動に必要なトルクに耐えるためにシャフトが太くなる。光センサの小型化が困難である。

【0007】

また、特開２００１－２６４４５３号公報に記載の技術のように、光源に対して投光レンズを近づけたり遠ざけたりしてスポットの形状を変更することもできる。しかしながら、特開２００１－２６４４５３号公報に記載の技術では、スポットの可変範囲が光軸方向における投光レンズの変位量に依存する。特許文献１に記載の技術と同程度に可変範囲を大きくしようとすると投光レンズを変位させる機構の占有スペースが大きくなるため、特許文献１に記載の技術以上に光センサの小型化が困難である。

【0008】

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトで操作性に優れた光センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様に係る光センサは、ガウシアンビームを発する光源と、少なくとも一つの分布変更素子と、を備えた距離設定形の光センサであって、少なくとも一つの分布変更素子の各々は、光源から出射したガウシアンビームをガウシアン型以外の光強度分布のビームに変更するように構成されている。

【0010】

この態様によれば、スポットの中央部が明るく周縁部が暗いガウシアン型の光強度分布のビーム（ガウシアンビーム）からガウシアン型以外の光強度分布のビームに変更することができるため、スポットの中央部と周縁部との光強度の差異を小さくすることができる。

【0011】

上記態様において、少なくとも一つの分布変更素子は、第１の分布変更素子及び第２の分布変更素子を含む複数の分布変更素子であり、第１の分布変更素子と第２の分布変更素子とを切り換えてガウシアン型以外の光強度分布のビームのスポットの形状を切り換え可能に構成されていてもよい。

【0012】

凹部や貫通孔がないワークでは、スポットのサイズが小さい方が、外乱で誤動作しにくく安定してワークを検出できる。他方、凹部や貫通孔があるワークでは、スポットのサイズを広げた方が、凹部で光の反射率が変化しても安定してワークを検出できる。ワークに合わせてスポットのサイズを拡大したり縮小したり変更したい要請がある。この態様によれば、第１の分布変更素子と第２の分布変更素子とを切り換えることにより、ワークに合わせてスポットのサイズを拡大したり縮小したり変更することができる。

【0013】

上記態様において、少なくとも一つの分布変更素子の各々は、光源から出射したガウシアンビームをトップハット型の光強度分布のビームに変更するように構成されていてもよい。

【0014】

上記態様において、少なくとも一つの分布変更素子の各々は、光源から出射したガウシアンビームをスポットの中央部よりも周縁部の方が強い光強度分布のビームに変更するように構成されていてもよい。

【0015】

スポットのサイズを広げると全体的に暗くなるため、スポットの中央部が明るく周縁部が暗いガウシアン型の光強度分布では、中央部よりも暗い周縁部において、スポットのサイズを広げた場合に、ワークの検出に必要とされる光強度を得られないことがある。これらの態様によれば、スポットの周縁部であってもワークの検出に必要とされる光強度を得やすく、ワークの有無を安定して検出することができる。

【0016】

上記態様において、光源から出射したガウシアンビームをコリメートして少なくとも一つの分布変更素子に入射させるコリメータを更に備えていてもよい。

【0017】

この態様によれば、分布変更素子に入射するガウシアンビームや分布変更素子から出射するビームの強度を計算しやすくなるため、所望のスポットの形状になるように分布変更素子を設計しやすい。

【0018】

上記態様において、光センサは、一定の周期で投光したビームがワークに反射して返ってくるまでの時間に基づいて距離を測定するＴＯＦセンサであってもよい。

【0019】

ワークの欠品等を検出する光センサとして距離設定形の光センサを用いると、受光量ではなくワークとの距離を測定してワークの有無を検出するため、ワークの色や形状による影響を受けにくい。距離設定形の光センサの例として、ＴＯＦセンサ、三角測距センサ等がある。距離設定形の光センサのうち、三角測距センサは、投光部及び受光部が並ぶ軸をＹ軸、ガウシアンビームが進む軸をＺ軸とすると、Ｘ軸に広がるラインビームと相性がよく、ラインビームのスポットのサイズが広がってもワークの有無を安定して検出することができる。距離設定形の光センサのうち、ＴＯＦセンサは、ラインビームだけでなく、円形、矩形等を含む種々の形状のスポットと相性がよく、スポットのサイズが広がってもワークの有無を安定して検出することができる。スポットの形状を制限されないため、距離設定形の光センサの中でもＴＯＦセンサがとりわけ好ましい。この態様によれば、スポットの周縁部であってもワークの検出に必要とされる光強度を得やすいため、ＴＯＦセンサにとりわけ好適である。

【0020】

上記態様において、分布変更素子は、複数の球面レンズ又は複数のシリンドリカルレンズを含むマイクロレンズアレイであり、光源から出射して複数の球面レンズの各々又は複数のシリンドリカルレンズの各々を通過したガウシアンビームを互いに重ねてガウシアン型以外の光強度分布のビームに変更するように構成されていてもよい。

【0021】

上記態様において、分布変更素子は、回折光学素子であり、光源から出射したガウシアンビームを拡散させてガウシアン型以外の光強度分布のビームに変更するように構成されていてもよい。

【0022】

上記態様において、分布変更素子は、少なくとも一つの凹レンズ及び少なくとも一つの凸レンズを含む多段レンズであり、光源から出射したガウシアンビームを少なくとも一つの凹レンズにより発散させかつ少なくとも一つの凸レンズにより収束させてガウシアン型以外の光強度分布のビームに変更するように構成されていてもよい。このとき、凸レンズのうちの一部又は全部が液体レンズで構成されていてもよい。

【0023】

これらの態様によれば、光源から出射したガウシアンビームをガウシアン型以外の光強度分布のビームに変更する分布変更素子を入手しやすく廉価な部材を用いて構成することができる。

【0024】

本開示の他の一態様に係る光センサは、光源と、光源から発せられたビームの光路上に配置されている光学素子を切り換えることによりビームのスポットの形状を切り換え可能に構成されているスポット可変機構と、を備えている。スポット可変機構は、ビームの進行方向に交差する第１方向に沿って直線状に並べられた複数の光学素子と、複数の光学素子を第１方向に沿って直線的に往復移動させることが可能な直動機構と、を備えている。

【0025】

この態様によれば、回転機構によって複数の光学素子を回転させるのではなく直動機構によって複数の光学素子を直線的に移動させるため、光軸と回転軸とが平行にならない。光軸を目視で確認しながらトリマを操作できる。しかも、投光レンズを変位させたり回転盤を回転させたりしていた従来技術と比べて光センサを小型化しやすい。そのため、コンパクトで操作性に優れた光センサを提供することができる。

【0026】

上記態様において、直動機構は、ラックアンドピニオン機構であって、第１方向に沿って直線状に延在しているラックと、ラックに噛合しているピニオンと、を備えていてもよい。

【0027】

この態様によれば、ラックとピニオンだけの少ない部品点数で直動機構を構成できる。

【0028】

上記態様において、光源を収容している筐体を更に備え、進行方向及び第１方向の双方に交差する第２方向に面した筐体の第１面からピニオンを操作可能に構成されていてもよい。

【0029】

上記態様において、光源を収容している筐体と、光センサの設定に関する情報を表示可能なディスプレイと、を更に備え、ディスプレイが配置されている筐体の第１面からピニオンを操作可能に構成されていてもよい。

【0030】

これらの態様によれば、光軸を目視で確認できる第１面側からピニオンを操作したり、ディスプレイを目視で確認できる第１面側からピニオンを操作したりできるため、作業性に優れている。

【0031】

上記態様において、複数の光学素子は、第１の光学素子及び第２の光学素子を含み、スポット可変機構は、凸部と、ビームの光路上に第１の光学素子が配置されたとき、凸部に対向する第１の凹部と、ビームの光路上に第２の光学素子が配置されたとき、凸部に対向する第２の凹部と、凸部を付勢する付勢部材と、を更に備え、ビームの光路上に配置されている光学素子を第１の光学素子から第２の光学素子に切り換えるとき、付勢部材の付勢力に抗して第１の凹部と凸部との係合が解除され、付勢部材の付勢力によって第２の凹部と凸部とが係合するように構成されていてもよい。

【0032】

上記態様によれば、複数の光学素子を切り換えたとき、各々の光学素子の対応する凹部に凸部が係合するため、光学素子が光路上の所定の位置に配置されていることを作業者が把握しやすい。

【発明の効果】

【0033】

本発明によれば、スポットの中央部と周縁部との光強度の差異を小さくすることができる光センサを提供することができる。

【0034】

また、本発明によれば、コンパクトで操作性に優れた光センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】図１は、本発明の一実施形態の光センサの一例を示す図である。

【図2】図２は、複数の分布変更素子を切り換える切換機構の一例を示す斜視図である。

【図3A】図３Ａは、ガウシアンビームの光強度分布の一例を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、ガウシアンビームから変更されたビームの光強度分布であって、トップハット型の光強度分布の一例を示す図である。

【図3C】図３Ｃは、ガウシアンビームから変更されたビームの光強度分布であって、スポットの中央部よりも周縁部の方が強い光強度分布の一例を示す図である。

【図4】図４は、マイクロレンズアレイを用いた分布変更素子の一例を示す図である。

【図5】図５は、図４に示されたマイクロレンズアレイの変形例を示す図である。

【図6】図６は、回折光学素子を用いた分布変更素子の一例を示す図である。

【図7】図７は、多段レンズを用いた分布変更素子の一例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の第２実施形態の光センサの一例を示す断面図である。

【図9】図９は、図８に示されたスポット可変機構の一例を斜め前方から見た斜視図である。

【図10】図１０は、図８に示されたスポット可変機構の一例を斜め後方から見た斜視図である。

【図11A】図１１Ａは、スポットの形状が集光タイプであることを示すピクトグラムの一例とスポットの形状が通常タイプであることを示すピクトグラムの一例とを示す平面図である。

【図11B】図１１Ｂは、スポットの形状が拡散タイプであることを示すピクトグラムの一例とスポットの形状が通常タイプであることを示すピクトグラムの一例とを示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の参照符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。以下、図面を参照して各構成について詳しく説明する。図１から図７において、光センサ１の一例として、一定の周期で投光したビームＢがワークＷに反射して返ってくるまでの時間に基づいて距離を測定するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサを開示している。光センサ１は、図示した例に限定されず、ＴＯＦ方式以外の距離設定形の光センサであってもよい。ＴＯＦ方式以外の距離設定形の光センサの一例として、三角測距センサ等が挙げられる。

【0037】

図１に示すように、光センサ１は、投光部２、受光部３、回路基板４等を備えている。投光部２は、光源５を備え、ワークＷにビームＢを投光する。受光部３は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の受光素子を備え、ワークＷに反射して返ってきたビームＢを受光する。回路基板４は、投光部２及び受光部３に接続され、投光部２から投光されたビームＢがワークＷに反射して返ってくるまでの時間を計測することで光センサ１とワークＷとの距離を演算する。

【0038】

投光部２は、光源５に加え、少なくとも一つの分布変更素子１０を備えている。任意の構成として、光源５と分布変更素子１０との間に配置されるコリメータ６、複数の分布変更素子１０を切り換える切換機構９等を備えていてもよい。光源５は、レーザダイオード等であり、ガウシアン型の光強度分布のビームＡを発する。コリメータ６は、光源５から出射したガウシアンビームＡをコリメートして分布変更素子１０に入射させる。分布変更素子１０は、光源５から出射したガウシアンビームＡをガウシアン型以外の光強度分布のビームＢに変更する。

【0039】

図４から図７を参照して後で詳しく説明するが、分布変更素子１０は、複数の球面レンズ２１や複数のシリンドリカルレンズ２２で構成されたマイクロレンズアレイ２０のような光学素子であってもよい。回折格子３０のような光学素子であってもよい。多段レンズのような光学素子であってもよい。分布変更素子１０を「光源５から出射したガウシアンビームＡをガウシアン型以外の光強度分布のビームＢに変更する光学素子」と言い換えてもよい。

【0040】

図２は、複数の分布変更素子１０を切り換える切換機構９の一例を示す斜視図である。切換機構９は、例えば、複数の分布変更素子１０が直列に並べられたスライダ９１、スライダ９１を操作するためのトリマ、トリマの回転をスライダ９１に伝達するラックアンドピニオン機構９３Ｒ，９３Ｐ、スライダ９１を摺動可能に支持するフレーム９４等を備えている。図示した例では、スライダ９１に第１～第３の分布変更素子１０Ａ～１０Ｃが配置されている。切換機構９の構成は、図示した例に限定されず、モータに回転駆動される円盤に複数の分布変更素子を並べてもよい。

【0041】

第１～第３の分布変更素子１０Ａ～１０Ｃの各々は、光源５から出射したガウシアンビームＡをガウシアン型以外の光強度分布のビームＢに変更するように構成され、かつ互いに異なる形状のスポットＳになるように構成されている。例えば、第１の分布変更素子１０Ａと第２の分布変更素子１０Ｂとを切り換えれば、ビームＢのスポットＳの形状を切り換えることができる。ワークＷに合わせてスポットＳのサイズを拡大したり縮小したり変更することができる。

【0042】

図３Ａは、ガウシアンビームＡの光強度分布の一例を示す図である。図３Ｂは、ガウシアンビームＡから変更されたビームＢの光強度分布であって、トップハット型の光強度分布の一例を示す図である。図３Ｃは、ガウシアンビームＡから変更されたビームＢの光強度分布であって、スポットＳの中央部よりも周縁部の方が強い光強度分布の一例を示す図である。

【0043】

図３Ａに示されたガウシアンビームＡの光強度分布は、単一のピークを有している。これに対し、図３Ｂ及び図３Ｃに示されたガウシアン型以外の光強度分布は、複数のピークを有している。例えば、図３Ｂに示されたトップハット型の光強度分布は、略同一の強度の複数のピークが連続している。図３Ｂ及び図３Ｃに示されたガウシアン型以外の光強度分布は、スポットの中央部が明るく周縁部が暗いガウシアン型の光強度分布と比べて、中央部と周縁部との光強度の差異を小さくすることができる。

【0044】

図４は、マイクロレンズアレイ２０を用いた分布変更素子１０の一例を示す図である。図５は、図４に示されたマイクロレンズアレイ２０の変形例を示す図である。図４に示した例では、マイクロレンズアレイ２０が複数の球面レンズ２１で構成されている。図５に示した変形例のように、マイクロレンズアレイ２０を複数のシリンドリカルレンズ２２で構成してもよい。

【0045】

マイクロレンズアレイ２０は、光源５から出射して複数の球面レンズ２１の各々又は複数のシリンドリカルレンズ２２の各々を通過したガウシアンビームＡを互いに重ねてガウシアン型以外の光強度分布のビームＢに変更するように構成されている。

【0046】

マイクロレンズアレイ２０を複数の球面レンズ２１で構成すると、図４に示すように、円形ビームと呼ばれる長径と短径との差異が小さい楕円形（略円形）のビームＢに変更できる。マイクロレンズアレイ２０を複数のシリンドリカルレンズ２２で構成すると、図５に示すように、ラインビームと呼ばれる長径と短径との差異が極端に大きい楕円形（略線形）のビームＢに変更できる。ビームＢのスポットＳの形状は特に限定されず、矩形にしてもよいし、多角形にしてもよい。

【0047】

図４に示した例では、光源５とマイクロレンズアレイ２０との間にコリメータ６が配置され、マイクロレンズアレイ２０を構成する複数の球面レンズ２１の各々にコリメートされたガウシアンビームＡが入射する。複数の球面レンズ２１の各々に入射するガウシアンビームＡの強度を計算しやすくなるため、所望のスポットＳの形状になるようにマイクロレンズアレイ２０を設計しやすい。

【0048】

図６は、回折光学素子３０を用いた分布変更素子１０の一例を示す図である。図６に示すように、回折光学素子３０の表面には、光源５から出射したガウシアンビームＡを拡散させる微細な凹部３１及び微細な凸部３２の凹凸パターンが形成されている。回折光学素子３０は、ガウシアンビームＡを中央部から周縁部へ拡散させてスポットＳの中央部と周縁部との光強度の差異を小さいガウシアン型以外の光強度分布のビームＢに変更するように構成されている。

【0049】

図７は、多段レンズ４０を用いた分布変更素子１０の一例を示す図である。多段レンズ４０は、少なくとも一つの凹レンズ４１及び少なくとも一つの凸レンズ４２を含む多段レンズである。多段レンズ４０は、光源５から出射したガウシアンビームＡを少なくとも一つの凹レンズ４１により発散させ、かつ少なくとも一つの凸レンズ４２により収束させて、ガウシアン型以外の光強度分布のビームＢに変更するように構成されている。図示した例では、凸レンズ４２が液体レンズで構成されている。

【0050】

以上のように構成された本実施形態の光センサ１によれば、スポットＳのサイズを変更することができ、かつスポットＳの中央部と周縁部との光強度の差異を小さくすることができる。スポットＳの周縁部であってもワークＷの検出に必要とされる光強度を得やすく、ワークの有無を安定して検出することができる。

【0051】

続いて、図８から図１０を参照して本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の光センサ１は、光源５から発せられたビームＡの光路上に配置されている光学素子５０Ａ～５０Ｃを切り換えることによりビームＡのスポットＳの形状を切り換え可能に構成されたスポット可変機構９を備えている。レンズの数は、図示した例に限定されず、四つ以上であってもよいし、二つであってもよい。第２実施形態において、複数の光学素子５０Ａ～５０Ｃの各々は、光源５から出射したガウシアンビームＡをガウシアン型以外の光強度分布のビームＢに変更するように構成された分布変更素子１０に限定されず、光源５から出射したガウシアンビームＡをガウシアンビームＡのまま透過する光学素子であってもよい。図示した例では、光学素子５０Ａ～５０Ｃの各々が板厚の異なる平板レンズで構成されている。

【0052】

図８は、本発明の第２実施形態の光センサの一例を示す断面図である。図８に示すように、光センサ１は、筐体１００と、筐体１００に収容された投光部２、受光部３、回路基板４等と、を備えている。投光部２は、光源５、スポット可変機構９、投光レンズ７等で構成されている。図示した例では、投光部２が図１に示されたコリメータ６を備えていない。スポット可変機構９は、第１実施形態で説明した切換機構９と略同一の構成を備えている。

【0053】

筐体１００は、正面１０１、背面１０２、天面１０５、底面１０６、左側面、右側面を有する略直方体に形成されている。投光部２から投光されたビームＡ，Ｂ（図１に示す）は、正面１０１からワークＷ（図１に示す）に向かう。天面１０５には、光センサ１の設定に関する情報を表示可能なディスプレイ８、スポット可変機構９を操作するためのトリマ９２等が配置されている。

【0054】

図９は、図８に示されたスポット可変機構９の一例を斜め前方から見た斜視図である。図９に示すように、スポット可変機構９は、ビームＡの進行方向Ｘに交差する第１方向Ｙに沿って直線状に並べられた複数の光学素子５０Ａ～５０Ｃと、複数の光学素子５０Ａ～５０Ｃを第１方向Ｙに沿って直線的に往復移動させることが可能な直動機構９３と、を備えている。図示した例では、直動機構９３が、ラックアンドピニオン機構９３Ｒ，９３Ｐであって、第１方向Ｙに沿って直線状に延在しているラック９３Ｒと、ラック９３Ｒに噛合しているピニオン９３Ｐと、を備えている。

【0055】

ピニオン９３Ｐは、光の進行方向Ｘ及び第１方向Ｙの双方に交差する第２方向Ｚに面した筐体１００の天面１０５側から操作可能に構成されている。天面１０５には、前述したディスプレイ８が配置されている。天面１０５は、第１面の一例である。図示した例では、光の進行方向Ｘが前後方向であり、光学素子５０Ａ～５０Ｃの並び方向である第１方向Ｙが左右方向であり、光の進行方向Ｘ及び第１方向Ｙの双方に交差する第２方向Ｚが上下方向である。

【0056】

なお、直動機構９３の構成は、ラックアンドピニオン機構９３Ｒ，９３Ｐに限定されない。例えば、筐体１００の天面１０５に設けられたレバーを第１方向Ｙに動かしてレバーの動きに従動する光学素子５０Ａ～５０Ｃを第１方向Ｙに往復移動させるように構成してもよい。例えば、ボールねじであってもよい。第２方向Ｚにナットが往復移動するボールねじであれば、トリマ等の操作部を筐体１００の天面１０５に設けることができる。

【0057】

図１０は、図８に示されたスポット可変機構９の一例を斜め後方から見た斜視図である。図１０に示すように、スライダ９１には、複数の光学素子５０Ａ～５０Ｃの各々に対応する凹部９５Ａ～９５Ｃが設けられている。フレーム９４には、凸部９６が設けられている。ビームＡの光路上に光学素子５０Ａが配置されたとき、凸部９６に凹部９５Ａが対向する。同様に、ビームＡの光路上に光学素子５０Ｂが配置されたとき、凸部９６に凹部９５Ｂが対向し、ビームＡの光路上に光学素子５０Ｃが配置されたとき、凸部９６に凹部９５Ｃが対向する。

【0058】

光学素子５０Ａは、第１の光学素子の一例であり、凹部９５Ａは、第１の凹部の一例である。同様に、光学素子５０Ｂは、第２の光学素子の一例であり、凹部９５Ｂは、第２の凹部の一例である。スライダ９１及び／又はフレーム９４は、樹脂材料から形成されて可撓性を有している。ビームＡの光路上に配置されている光学素子５０Ａ～５０Ｃを切り換えるとき、スライダ９１及び／又はフレーム９４が変形し、変形したスライダ９１及び／又はフレーム９４が復元しようとする付勢力によって凸部９６に対向している凹部９５Ａ～９５Ｃのいずれか一つと凸部９６とが係合する。

【0059】

例えば、ビームＡの光路上に配置されている光学素子を光学素子５０Ａから光学素子５０Ｂに切り換えるとき、スライダ９１を第１方向Ｙの左方へ移動させると、スライダ９１及び／又はフレーム９４が変形し、変形したスライダ９１及び／又はフレーム９４が復元しようとする付勢力に抗して凹部９５Ａと凸部９６との係合が解除される。スライダ９１を更に左方へ移動させると、凸部９６に凹部９５Ｂが対向し、変形したスライダ９１及び／又はフレーム９４が復元しようとする付勢力によって凹部９５Ｂと凸部９６とが係合する。スライダ９１及び／又はフレーム９４は、凸部９６に対向している凹部（図示した例では、凹部９５Ｂ）に向かって凸部９６を付勢する付勢部材の一例である。

【0060】

ビームＡの光路上に光学素子５０Ｂが配置されている状態におけるスポットＳの形状を通常タイプとすると、ビームＡの光路上に配置されている光学素子を光学素子５０Ｂから光学素子５０Ｂよりも板厚が大きい光学素子５０Ａに切り換えると、ビームＡを集光してスポットＳのサイズを縮小することができる。図１１Ａは、スポットＳの形状が集光タイプであることを示すピクトグラム９７Ａの一例とスポットＳの形状が通常タイプであることを示すピクトグラム９７Ｂの一例とを示す平面図である。ビームＡの光路上に配置されている光学素子を光学素子５０Ｂから光学素子５０Ｂよりも板厚が小さい光学素子５０Ｃに切り換えると、ビームＡを拡散させてスポットＳのサイズを拡大することができる。図１１Ｂは、スポットＳの形状が拡散タイプであることを示すピクトグラム９７Ｃの一例とスポットＳの形状が通常タイプであることを示すピクトグラム９７Ｂの一例とを示す平面図である。図１１Ａに示した例では、トリマ９２の現在位置を山形のマークで示し、トリマ９２の選択可能な位置をドットマークで示し、トリマ９２の移動経路を円弧のマークで示している。トリマ９２を時計回りに回転させるとスポットＳの形状が集光タイプになり、トリマ９２を反時計回りに回転させるとスポットＳの形状が通常タイプになることを作業者は直感的に把握しやすい。図示した例では、トリマ９２の位置が三つの取りうる位置のうちの中間位置にあるとき、スポットＳがどのタイプになるかはピクトグラムで明示されていないが、集光タイプとも通常タイプとも異なり、両者の中間状態にあたる、やや集光しているタイプになる。なお、トリマ９２の現在位置、選択可能な位置、移動経路のマークは図示した例に限定されない。また、図１１Ｂに示した例でも図１１Ａに示した例と同様である。そのため、重複する説明を省略する。

【0061】

以上のように構成された第２実施形態の光センサ１によれば、回転機構によって複数の光学素子を回転させるのではなく直動機構９３によって複数の光学素子５０Ａ～５０Ｃを直線的に移動させるため、ビームＡの光軸とトリマ９２の回転軸とが平行にならない。光軸を目視で確認しながら天面１０５に配置されたトリマ９２を操作できる。しかも、投光レンズを変位させたり回転盤を回転させたりしていた従来技術と比べて光センサ１を小型化しやすい。そのため、コンパクトで操作性に優れた光センサ１を提供することができる。

【0062】

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

【0063】

［付記１］
ガウシアンビーム（Ａ）を発する光源（５）と、少なくとも一つの分布変更素子（１０）と、を備え、
前記少なくとも一つの分布変更素子（１０）の各々は、前記光源（５）から出射したガウシアンビーム（Ａ）をガウシアン型以外の光強度分布のビーム（Ｂ）に変更するように構成されている、
光センサ（１）。

【0064】

［付記２］
光源と、
前記光源（５）から発せられたビーム（Ａ）の光路上に配置されている光学素子（５０Ａ～５０Ｃ）を切り換えることにより前記ビーム（Ａ）のスポットの形状を切り換え可能に構成されているスポット可変機構（９）と、を備え、
前記スポット可変機構（９）は、
前記ビーム（Ａ）の進行方向（Ｘ）に交差する第１方向（Ｙ）に沿って直線状に並べられた複数の光学素子（５０Ａ～５０Ｃ）と、
前記複数の光学素子（５０Ａ～５０Ｃ）を前記第１方向（Ｙ）に沿って直線的に往復移動させることが可能な直動機構（９３）と、を備えている、
光センサ（１）。

【符号の説明】

【0065】

１…光センサ、２…投光部、３…受光部、４…回路基板、５…光源、６…コリメータ、７…投光レンズ、８…ディスプレイ、９…切換機構（スポット可変機構）、１０…分布変更素子、１０Ａ～１０Ｃ…第１～第３の分布変更素子、２０…マイクロレンズアレイ、２１…球面レンズ、２２…シリンドリカルレンズ、３０…回折光学素子、３１…凹部、３２…凸部、４０…多段レンズ、４１…凹レンズ、４２…凸レンズ、５０Ａ～５０Ｃ…光学素子、９１…スライダ（付勢部材の一例）、９２…トリマ、９３…直動機構、９３Ｐ…ピニオン、９３Ｒ…ラック、９４…フレーム（付勢部材の一例）、９５Ａ～９５Ｃ…凹部、９６…凸部、９７Ａ～９７Ｃ…ピクトグラム、１００…筐体、１０１…正面、１０２…背面、１０５…天面、１０６…底面、Ａ…ガウシアン型のビーム（ガウシアンビーム）、Ｂ…ガウシアン型以外のビーム、Ｓ…スポット、Ｗ…ワーク、Ｘ…ビームの進行方向、Ｙ…第１方向、Ｚ…第２方向。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】