JP2015125112A - 変位センサ - Google Patents

Abstract

【課題】奥行幅が小さい変位センサを提供する。
【解決手段】変位センサ１は、投光素子２と、受光レンズ４と、この受光レンズ４を通過した光を反射する反射板５と、反射板５によって反射された光を受ける受光面６ａを有し、前記受光面６ａにおける光の位置に応じた信号を出力する受光素子６と、これら光学部品を収容するものであり、投光素子２から出射する光を透過しかつ検出物で反射した光を透過する検出面１ｘを有するケースとを備え、反射板５は、受光レンズ４の受光軸φｂに沿う光を投光素子２側かつ検出面１ｘ側に向けて反射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射光を受光素子に導く反射板を有する変位センサに関する。

三角測距方式により検出物を検出する変位センサが知られている。
この変位センサは、検出物に対して光を照射する投光素子と、検出物で反射した光を集光する受光レンズと、集光した光を受光する受光素子とを有する。また、投光側の投光軸と受光側の受光軸とが所定角度で交差する。

図１２に、変位センサの一例を示す。
この変位センサ３００は、投光素子３１０と、投光レンズ３２０と、受光レンズ３３０と、受光素子３４０と、これらを収容するケース３５０とを備える。なお、図１２では、受光レンズ３３０と受光素子３４０は２点鎖線で示す。

図１２に示すように、ケース３５０内の光路を長く設定するほど、ケース３５０が大きくなることが分かる。
例えば、焦点距離の長い受光レンズ３３０を用いる場合は、受光素子３４０と受光レンズ３３０間の距離が大きくなる。受光レンズ３３０は、検出面３５０ａ（ケース３５０の前面）に対して斜めに配置されることから、その焦点距離が長くなると、受光素子３４０は、検出面３５０ａから遠方にかつ投光素子３１０から離れるように配置される。このため、ケース３５０内における光路を長く設定するほどケース３５０の縦幅ＷＹａが大きくなる。

一方、変位センサ３００の使い勝手の向上から、変位センサ３００の小型化についての要求がある。このような要求に基づいて、光を反射板で反射させることにより変位センサ３００の小型化を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。

図１２に、反射板２６０を用いた変位センサ２００の模式図を示す。
この変位センサ２００は、投光素子２１０と、投光レンズ２２０と、ケース２５０内に入射する光を反射する反射板２６０と、反射した光を集光する受光レンズ２３０と、受光素子２４０と、これらを収容するケース２５０とを備える。なお、従来の変位センサ３００のケース３５０とこの提案に係る変位センサ２００のケース２５０について、その大きさを比較するため、投光素子２１０と投光レンズ２２０とは、上記に示した変位センサ３００の投光素子３１０と投光レンズ３２０と同じ位置にあるものとする。

提案に係る変位センサ２００では、検出物で反射してケース２５０内に入射する光を反射板２６０で投光素子２１０側に反射させる。このような構成によって、変位センサ２００の縦幅ＷＹｂを小さくしている。

特開２０１０−４８５７５号公報

ところで、図１３に示すように、変位センサ２００，３００は、検出物９００に対して投光軸方向に所定の検出距離Ｌだけ離れたところに設置される。
一方、工場や研究室の室内には、電気配線、空調用ダクト、製造設備、空調設備等、様々な物が設置され、また、室内において作業者の作業用空間も十分に確保する必要があることから、変位センサ２００，３００を配置するための空間を確保することが困難な場合もある。このため、変位センサ２００，３００の使い勝手の向上の観点から変位センサ２００，３００の奥行幅ＷＺについてその縮小が要求されている。しかし、変位センサ２００，３００においてこのような要望に関する提案がなされていないのが実情である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、奥行幅が小さい変位センサを提供することにある。

（１）課題を解決する変位センサは、検出物に向けて光を出射する投光素子と、前記検出物で反射された光を集光する受光レンズと、前記受光レンズを通過した光を反射する反射板と、前記反射板によって反射された光を受ける受光面を有し、前記受光面における光の位置に応じた信号を出力する受光素子と、前記投光素子、前記受光レンズ、前記反射板及び前記受光素子を収容するものであり、前記投光素子から出射する光を透過しかつ前記検出物で反射した光を透過する検出面を有するケースとを備え、前記反射板は、前記受光レンズの受光軸に沿う光を前記投光素子側かつ前記検出面側に向けて反射する。

この構成によれば、前記反射板は、前記受光レンズの受光軸に沿う光を前記投光素子側かつ前記検出面側に向けて反射する。このため、反射板が前記受光レンズの受光軸に沿う光を前記投光素子側かつ後方に向けて反射する比較に係る変位センサに比べて、検出面と受光素子との間の距離が小さくなる。すなわち、この構成により、変位センサの奥行幅を比較に係る変位センサに比べて小さくすることができる。

（２）上記構成の変位センサにおいて、前記受光素子は直方体の外形を有し、前記受光素子は長手方向が当該変位センサの奥行き方向において前記検出面に対して傾くように配置されていることが好ましい。

この構成によれば、長手方向を検出面に対して垂直となるように受光素子を配置した変位センサに比べて、受光素子の後端を検出面側に近づけることができる。これにより、ケースの奥行幅を小さくすることができる。

（３）上記構成の変位センサにおいて、前記受光素子の中間点が前記投光素子よりも検出面側に位置することが好ましい。
この構成によれば、受光素子の中間点（長手方向の両端から等距離にありかつ短手方向の両端から等距離にある点）が投光素子よりも後方に位置するように受光素子が配置されている変位センサに比べて、受光素子が検出面側に配置される。このため、ケースの奥行寸法が小さくなる。

（４）上記構成の変位センサにおいて、前記受光レンズと前記反射板と前記受光素子とを保持するホルダを更に備え、前記ホルダは、基部と、前記基部に設けられる環部を有し、前記ケースに固定され、前記環部は、一つの環を構成する周壁と、この周壁に設けられて前記受光レンズを保持する受光レンズ保持部と、前記周壁に設けられて前記反射板を保持する反射板保持部と、前記周壁に設けられて前記受光素子を保持する受光素子保持部とを有することが好ましい。

受光レンズ、反射板、及び受光素子をホルダの基部に個別に設けることも可能である。例えば、受光レンズを保持する受光レンズ保持部と、反射板を保持する反射板保持部と、受光素子を保持する受光素子保持部とを個別に基部に対して突出するように設ける。しかし、これら保持部は、単に基部から突出するものであるため、変形したり、振動したりする恐れがある。保持部が捻じれたり、振動したりすると、検出物の検出誤差が増大したり、検出物の誤検出が発生したりする虞がある。

この点、上記構成によれば、環部の周壁に、受光レンズ保持部と、反射板保持部と、受光素子保持部とを設けている。環部は、基部に個別に設けられる突出部に比べて、振動や変形が生じにくい。このため、検出物の検出誤差が増大することや検出物の誤検出が発生することを抑制することができる。

（５）上記構成の変位センサにおいて、前記ホルダには、前記ケースに固定するための締結部材が挿通する複数個の貫通孔が設けられ、複数個の前記貫通孔のうちの少なくとも一つの前記貫通孔が前記環部の内側に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、貫通孔を環部の内側に配置する構成によって、貫通孔を環部の外側に配置する構成に比べて、基部の外形を小さくすることができる。これにより、変位センサの小型化を図ることができる。

上記構成に係る変位センサは奥行寸法が小さい。

変位センサの斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 ケース本体の斜視図。 内部構造体の斜視図。 回路基板が取り外された内部構造体の斜視図。 ホルダの斜視図。 前面カバーの斜視図。 図８（ａ）は本実施形態に係る変位センサについて、その光学部品の配置を示す模式図、図８（ｂ）は比較構造の変位センサについて、その光学部品の配置を示す模式図。 投光レンズと投光素子との配置関係を示す平面図であり、図９（ａ）は、検出距離が短い機種の平面図、図９（ｂ）は、検出距離が中間の長さを有する機種の平面図、図９（ｃ）は、検出距離が長い機種の平面図。 従来の変位センサについて、所定操作による表示部の表示変化態様を示す模式図であり、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）それぞれは、所定経過時刻における表示部の画面を示す模式図。 本実施形態に係る変位センサについて、所定操作による表示部の表示変化態様を示す模式図であり、図１１（ａ）〜図１１（ｆ）それぞれは、所定経過時刻における表示部の画面を示す模式図。 従来の変位センサについて、光学部品の配置関係を示す模式図。 検出物に対する変位センサの設置位置を示す模式図。

＜変位センサ＞
図１〜図８を参照して、本実施形態に係る変位センサ１の一例を説明する。
図１に示すように、変位センサ１は、投光軸φａと受光軸φｂとが所定角度θで交差するように構成されている。また、変位センサ１は、検出物を検出するために適した検出距離Ｌを有する。検出距離Ｌは、投光軸φａと受光軸φｂの交点と変位センサ１の検出面１ｘとの間の距離である。なお、投光軸φａは、検出面１ｘに対して垂直に延びる。

変位センサ１の検出面１ｘとは、投光軸φａとケース５０の前面（前面カバー４０の前面）との交点を含み、かつ投光軸φａに垂直な面を示す。
変位センサ１は、検出物から検出距離Ｌだけ離れた箇所に設置される。また、変位センサ１は、検出面１ｘから検出距離Ｌだけ離れた位置を基準位置として、検出物の基準位置からの変位量を検出する。

なお、以降の説明において、投光軸φａに沿う方向であって光が出射する方向を「前方」といい、この反対方向を「後方」という。また、投光軸φａ及び受光軸φｂを含む平面内にありかつ投光軸φａに垂直な線に沿う方向を上下方向といい、このうち受光素子６から投光素子２に向かう方向を「上方」といい、この反対方向を「下方」という。上下方向および前後方向に垂直な方向を「左右方向」といい、正面視（変位センサ１の前面を正面とする。）において左手側を「左方」といい、右手側を「右方」という。また、上下方向における変位センサ１の幅を「縦幅ＷＹ」といい、左右方向における変位センサ１の幅を「横幅ＷＸ」という。前後方向における変位センサ１の幅を「奥行幅ＷＺ」という。

図２に示すように、変位センサ１は、投光素子２と、投光レンズ３と、受光レンズ４と、反射板５と、受光素子６と、これら光学部品を保持するホルダ１０と、回路基板７（図４参照）と、これら光学部品及び回路基板７を収容するケース５０（図１参照）と、ケース５０の前面に設けられる前面カバー４０と、表示装置６０とを備える。

投光素子２はレーザダイオード等により構成される。投光レンズ３は投光素子２の前方に配置される。
受光レンズ４は、検出物で反射された光を集光する。受光レンズ４は、その受光軸φｂが投光軸φａに対して交差するように、配置される。具体的には、受光レンズ４は検出面１ｘに対して斜めに配置される。

反射板５は、受光レンズ４を透過してケース５０内に入射する光を受光素子６に向けて反射する。反射板５は、受光レンズ４の後方に配置される。
受光素子６は受光面６ａにおける光の位置を検出する。受光素子６は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ（CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）image sensor）、ＣＣＤイメージセンサ（CCD（Charge Coupled Device）image sensor）、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等により構成される。

受光素子６は、一方向に長く、直方体の外形を有する。
受光素子６は、変位センサ１の上下方向において、投光レンズ３と受光レンズ４との間に配置される。受光素子６の長手方向ＤＬは変位センサ１の前後方向（奥行き方向）において検出面１ｘに対して傾けられている。また、受光素子６の中間点ＣＸは、投光素子２の位置（発光点の位置）よりも検出面１ｘ側に位置する。更に、受光素子６の中間点ＣＸが反射板５の中心点ＣＭよりも前方に位置することが好ましい。なお、受光素子６の中間点ＣＸとは、長手方向ＤＬの両端から等距離にありかつ短手方向の両端から等距離にある点として定義される。

表示装置６０は、検出物の変位量を示す変位情報や設定情報や変位センサ１の設定内容を示す設定情報等を表示する表示部６１と、投光素子２の動作状態を示す表示灯６２と、変位センサ１の動作モード等を設定するためのスイッチ６３とを有する。表示部６１は、例えば、７セグメント表示器に等より構成される。

ケース５０は、正面視で矩形、平面視（ケース５０の上方の視点からケース５０を見ること）で矩形、側面視（ケース５０の左方または右方の視点からケース５０を見ること）で矩形の一つの角を切り欠いた五角形を呈する。

ケース５０は、ホルダ１０を保持するケース本体５１と、ケース本体５１の側面に設けられる側面開口部５１ａ（図３参照）を塞ぐ板状の側板５２（図１参照）とを備えている。側板５２は、ケース５０の右側の側面を構成する。

図３に、ケース本体５１の斜視図を示す。
ケース本体５１は、前部５３と、板状の上部５４と、板状の下部５５と、後部５６と、側部５７と、下部５５と後部５６との間をつなぐテーパ部５８とを有する。

前部５３と、上部５４と、下部５５と、後部５６と、テーパ部５８とは、側部５７から垂直に設けられている。また、前部５３と、上部５４と、後部５６と、テーパ部５８と、下部５５とは、この順で互いに連結されている。

上部５４は、ケース５０の上面を構成する。
また、上部５４は平坦に構成されることが好ましい。ここで平坦とは、側辺５４ａを含む平面Ｐよりも上に突出する突起のない構造を示す。例えば、この平坦には、平面構造、凹曲面構造、平面Ｐよりも低い部分が設けられている平面構造等が含まれる。この構造により、２個の変位センサ１の配列において、上部５４の側辺５４ａ同士を接触させるように両変位センサ１を配置することが可能となる。

前部５３には、前面カバー４０が嵌るカバー嵌合部５９が設けられている。
カバー嵌合部５９の底部５９ｃには、投光素子２が出射する光をケース５０外に出光させるための投光開口部５９ａと、検出物で反射した光をケース５０内に入光させるための受光開口部５９ｂとが設けられている。

カバー嵌合部５９には、周縁に沿うように溝部５９ｄが設けられている。溝部５９ｄには、前面カバー４０をケース５０の前部５３に接着するための接着剤が塗布される。前面カバー４０の周縁とケース５０とは接着剤を介して接着される。

側部５７は、ケース５０の左側の側面を構成する。
側部５７の内面には、ホルダ１０を締結するための２個のねじ孔（以下、「第１ねじ孔５７ａ」及び「第２ねじ孔５７ｂ」という。）が設けられている。第１ねじ孔５７ａは受光側に、第２ねじ孔５７ｂは投光側に配置されている。

後部５６には、表示装置６０が嵌る矩形の後開口部５６ａが設けられている。
テーパ部５８にはケーブル９（図２参照）が取り付けられる。すなわち、ケーブル９は、受光素子６側に配置されている。

図４に、内部構造体７０の斜視図を示す。
内部構造体７０は、光学部品が取り付けられたホルダ１０と、回路基板７とを備える。
回路基板７は、投光素子２の駆動回路、表示装置６０の制御回路、表示装置６０に入力される設定情報を処理する処理回路、受光素子６の出力信号を処理する信号処理回路等を有する。

回路基板７は、ホルダ１０の右面（ホルダ１０がケース５０に収容されたときに右側に配置される面）に配置される。
回路基板７と投光素子２とは、接続基板８を介して互いに接続される。

図５に、回路基板７が取り外された内部構造体７０を示す。
投光素子２は、投光素子アダプタ２０に装着され、この投光素子アダプタ２０を介してホルダ１０に保持される。

投光素子アダプタ２０は、投光素子２を保持する円筒状の胴部２１と、胴部２１の端面２１ａから突出する先端部２２とを有する（図２参照）。先端部２２には光を通す投光孔２３が設けられている。胴部２１の内側には、投光素子２を位置決めするための段部２１ｂが設けられている（図２参照）。

投光レンズ３は投光レンズアダプタ３０に装着され、この投光レンズアダプタ３０を介してホルダ１０に保持される。
投光レンズアダプタ３０の側面には凹部３１が設けられている。また、投光レンズアダプタ３０の後部には、投光レンズ３が嵌るレンズ嵌合部３２が設けられている。

図６に、ホルダ１０を示す。
ホルダ１０は、基部１１と、投光素子アダプタ２０を保持する第１保持部１２と、投光レンズアダプタ３０を保持する第２保持部１３と、環部１４とを有する。

基部１１には、ねじ等の締結部材が挿通する２個の貫通孔（以下、これらの貫通孔を、「第１貫通孔１１ａ」及び「第２貫通孔１１ｂ」という。）が設けられている。第１及び第２貫通孔１１ａ，１１ｂは、第１及び第２ねじ孔５７ａ，５７ｂに対応するように設けられている。ホルダ１０は、締結部材でケース５０に固定される。

第１貫通孔１１ａは、基部１１において環部１４の内側に設けられている。
第２貫通孔１１ｂは、基部１１において環部１４の外側に設けられている。
ホルダ１０は、第１貫通孔１１ａを挿通しケース５０の第１ねじ孔５７ａにねじ入れられるねじ、及び第２貫通孔１１ｂを挿通しケース５０の第２ねじ孔５７ｂにねじ入れられるねじによって、ケース５０に締結される。

第１保持部１２、第２保持部１３、及び環部１４とは、基部１１の一方の面に設けられている。
第１保持部１２は、投光素子アダプタ２０を投光軸φａ方向に移動可能に保持する。投光素子アダプタ２０は、第１保持部１２に取り付けられた状態で、投光軸φａ方向にアライメントされて、この調整の完了後に接着剤で固定される。

第１保持部１２は、投光素子アダプタ２０の胴部２１が嵌る孔部１２ａ（図２参照）と、この孔部１２ａに連通して前方に開口する開口部１２ｂとを有する。投光素子アダプタ２０の先端部２２はこの開口部１２ｂに挿通する。

また、第１保持部１２の内部には、投光素子アダプタ２０の端面２１ａが当接する当接面１２ｃ（図２参照）が設けられている。第１保持部１２に投光素子アダプタ２０を挿入する際、この当接面１２ｃに投光素子アダプタ２０の端面２１ａが押し当てられる。これにより、ホルダ１０に対して投光素子アダプタ２０が位置決めされる。

第２保持部１３は、投光レンズアダプタ３０を挟むようにして保持する２本の突起１３ａ，１３ｂにより構成されている。投光レンズアダプタ３０は、第２保持部１３に対して投光軸φａに垂直な平面方向（特に左右方向）に移動可能にかつ傾け可能に取り付けられる。投光レンズアダプタ３０は、第２保持部１３に取り付けられた状態で、傾きや左右方向にアライメントされて、この調整の完了後に接着剤で固定される。

環部１４は、一つの環を構成する周壁１４ｗと、この周壁１４ｗに設けられて受光レンズ４を保持する受光レンズ保持部１４ａと、この周壁１４ｗに設けられて反射板５を保持する反射板保持部１４ｂと、この周壁１４ｗに設けられて受光素子６を保持する受光素子保持部１４ｃとを有する。

反射板保持部１４ｂは、受光軸φｂに沿う入射光が投光素子２側かつ検出面１ｘ側に向かって反射させるように反射板５を保持する。言い換えれば、反射板保持部１４ｂは、受光軸φｂに沿う入射光と反射板５の反射面との交点を含みかつ検出面１ｘに平行な仮想平面Ｐｖよりも光が前方に反射するように、反射板５を保持する。

受光素子保持部１４ｃは、受光軸φｂに沿って入射して反射板５で反射される光が受光面６ａの中心部に入射するように、受光素子６を保持する。また、受光素子６は、検出面１ｘに対して斜めになるように配置される。より好ましくは、受光素子６の後端６ｂが環部１４の後端部１４ｄよりも前方に配置されるように、受光素子６が傾けられる。

図７に、前面カバー４０を示す。
前面カバー４０は、投光開口部５９ａと受光開口部５９ｂを覆う透明なカバー本体４１と、投光開口部５９ａに対応して突出する凸部４２とを有する。カバー本体４１と凸部４２とは透明樹脂により一体成形される。

凸部４２は、投光開口部５９ａの形状と類似する形に構成され、投光開口部５９ａに嵌り込む大きさに構成されている。投光開口部５９ａと凸部４２との間には、図２に示すように隙間が設けられる。

図８を参照して、変位センサ１について光学部品の配置構造について説明する。
図８（ａ）に、本実施形態に係る変位センサ１について、その光学部品の配置構造を示す。図８（ｂ）に、比較に係る変位センサ１００について、その光学部品の配置構造を示す。

比較に係る変位センサ１００は、本実施形態に係る変位センサ１と同様に、投光素子１０２と、投光レンズ１０３と、受光レンズ１０４と、反射板１０５と、受光素子１０６と、これら光学部品を収容するケース１５０とを備える。また、この変位センサ１００は、従来の反射板１０５の配置構造を有する。従来の反射板１０５の配置構造によれば、検出物で反射してケース１５０内に入射する光を投光素子１０２側かつ後方に反射する。このような構成の場合、受光素子１０６は、反射板１０５よりも後方に配置される。このような構成の場合、図８（ｂ）に示されるように、投光素子１０２の後方に余剰空間Ｓａが生じる。また、三角測距の原理から投光レンズ１０３と受光レンズ１０４間は所定距離以上離される。このため、投光素子１０２と、投光レンズ１０３と、受光レンズ１０４と、反射板１０５とで囲まれる領域にも、部品が配置されていない空間（以下、「光学部品間空間Ｓｘ」という。）が存在する。

本実施形態では、検出物で反射してケース５０内に入射する光を投光素子２側かつ検出面１ｘ側に反射させる。そして、この光を受ける位置に受光素子６を配置する。すなわち、受光素子６を光学部品間空間Ｓｘに配置する。このような構成により、図８（ａ）に示すように、比較の変位センサ１００に比べて、変位センサ１の奥行幅ＷＺが小さくなる。

ところで、受光素子６を光学部品間空間Ｓｘに配置すると、この光学部品間空間Ｓｘが十分に大きくないことに起因して、受光素子６を保持する保持部の厚さが制限される場合がある。例えば、検出距離Ｌを短くするとこれに応じて光学部品間空間Ｓｘが狭くなる。

そこで、受光素子６を保持する保持部を薄くすることが考えられる。しかし、この場合、保持部の強度が低下するため、受光素子６が振動しやすくなる。例えば、プレス機など振動の大きい装置が設置されている工場に変位センサ１を設置すると、保持部が振動して、変位センサ１の検出誤差が増大するといったことが懸念される。また、保持部が薄いと、熱により保持部が変形しやすくなる。例えば、室温の高い工場に変位センサ１が設置されると、熱による保持部の変形することが懸念される。変位センサ１の設置時における受光素子６の当初の位置および傾きからずれが生じ、受光素子６の出力値が当初値から変化する。このため、検出物の誤検出が生じるおそれがある。

このような懸念に対して、本実施形態では、図５に示すように、環部１４に、受光レンズ４、反射板５、及び受光素子６を取り付けている。環構造は、互いに連結されていない保持部に比べて、振動しにくくまた熱による変形も小さい。このため、受光レンズ４、反射板５、及び受光素子６それぞれに対して保持部（基部１１から突出する保持部）を設ける保持構造に比べて、その厚さを小さくすることができる。

このような構造によれば、光学部品間空間Ｓｘが、受光素子６を保持する保持部の厚さを確保することができない程度に狭い場合であっても、光学部品間空間Ｓｘに受光素子６に配置することができる。また、振動による検出誤差や熱変形による検出精度の低下を抑制することができる。

＜機種間の共通構造＞
次に、変位センサ１の共通構造について説明する。
検出物に対する変位センサ１の配置位置は様々な事情により制限される。例えば、工場ラインにおいて、工場配線または配管等の設置状態により、変位センサ１の設置位置が制限される。また、工場ラインのコンパクト化の要請等から変位センサ１の設置位置が制限される場合もある。また、外乱光や電磁波の影響等の考慮から、変位センサ１の設置位置が制限される場合もある。このような事情を考慮して、変位センサ１について、検出距離Ｌが異なる機種が用意されている。共通の構造を有して検出距離Ｌが異なる機種の全てを一つのグループ（以下、「製品群」という。）を構成する。

これら製品群では、機種間において部品の共通化が図られている。製品群で用いられる部品の種類を少なくすることにより、製造の合理化を図るためである。具体的には、投光素子２と、投光レンズ３と、受光レンズ４と、反射板５と、受光素子６と、回路基板７と、ケース５０のうちの少なくとも一つが共通化される。なお、以下に示す例では、これら部品の全て（７種の部品）が共通化されている。

これらの製品群では、機種毎に光学部品の傾きや配置の仕方を変更することによって検出距離Ｌを異ならせている。
また、これらの製品群では、ホルダ１０に光学部品を取り付けた後に、光学的特性の最適化のため、投光レンズ３においてアライメントを行っている。アライメントは、投光軸φａ方向（アライメントの説明において「Ｚ軸方向」という。）、投光軸φａに垂直なＸ軸方向、Ｙ軸方向において行われる。なお、Ｘ軸とＹ軸とは互いに直交するものとする。

投光軸φａ方向のアライメントとは、投光素子２と投光レンズ３間の距離調整である。投光素子２と投光レンズ３間の距離調整は、投光素子２の移動によっても可能であるが、投光素子２の移動を可能とするためには、可撓性を有する基板（例えば、フレキシブル基板）等により投光素子２と回路基板７とを接続することを要する。可撓性を有する基板は比較的高価なことから、投光素子２と回路基板７とを接続にリジッド基板を用いられている。このため、投光素子２の移動によるアライメントは行われていない。

しかし、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアライメントを投光レンズ３で行った場合、次のような課題がある。
Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアライメントはその位置調整幅が小さいためマイクロメータ等によって調整が可能であるが、Ｚ軸方向のアライメントは位置調整幅が大きいためマイクロメータによる調整では作業時間が長くなる。このため、アライメント作業時間を短縮したいという要望がある。

すなわち、共通の光学部品を有するものであってかつ検出距離Ｌの異なる変位センサ１の製品群において、アライメント作業時間の短縮が課題となっている。
このような課題を解決するため、上記変位センサ１は、フレキシブル基板を必要とせず、Ｘ軸及びＹ軸方向のアライメントについては投光レンズ３で行うこと、及びＺ軸方向のアライメントについては投光レンズ３で行うことができる内部構造を有する。以下、このような内部構造を有する内部構造体７０について説明する。

図９に、回路基板７が取り外された内部構造体７０を示す。
図９（ａ）は、変位センサ１の製品群のうちで検出距離Ｌが短い機種の平面図を示す。図９（ｂ）は、変位センサ１の製品群のうちで検出距離Ｌが中間の長さを有する機種Ｂの平面図を示す。図９（ｃ）は、変位センサ１の製品群のうちで検出距離Ｌが長い機種Ｃの平面図を示す。

なお、以下の説明では、検出距離Ｌが短い変位センサ１を「機種Ａの変位センサ１」といい、検出距離Ｌが中間の変位センサ１を「機種Ｂの変位センサ１」といい、検出距離Ｌが長い変位センサ１を「機種Ｃの変位センサ１」という。

機種Ａ、機種Ｂ、機種Ｃの変位センサ１それぞれは、投光レンズ３と受光レンズ４間のレンズ間距離が異なっている。具体的には、機種Ａ、機種Ｂ、機種Ｃの順に、レンズ間距離が大きくなっている。

また、機種Ａ、機種Ｂ、機種Ｃの変位センサ１それぞれは、投光素子２と投光レンズ３間のレンズ−素子間距離が異なっている。具体的には、機種Ａ、機種Ｂ、機種Ｃの順に、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、レンズ−素子間距離が短くなっている。機種Ａ、機種Ｂ、機種Ｃのレンズ−素子間距離は、それぞれ、距離ＬＸＡ，距離ＬＸＢ、距離ＬＸＣである。

このような構造に対応して、各機種Ａ〜Ｃそれぞれのホルダ１０は、レンズ間距離及びレンズ−素子間距離を異ならせている。一方、光学部品を保持する構造は共通する。すなわち、各機種Ａ〜Ｃにおいて、投光素子アダプタ２０の構造、投光レンズアダプタ３０の構造、第１保持部１２の構造、第２保持部１３（ただし、投光軸φａ方向の長さ寸法Ｌａを除く（図９（ａ）参照）。）の構造、環部１４の構造は同じである。

また、各機種Ａ〜Ｃについて、第２保持部１３は基部１１の基準位置（例えば、第１ねじ孔５７ａの中心点）に対して等しい位置に配置されている。
第１保持部１２は、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように機種のレンズ−素子間距離に応じて、基部１１に対する位置が異なっている。

第１保持部１２の後端面１２ｄは、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように機種のレンズ−素子間距離の大きさに関係なく、基部１１の基準位置に対して等しい位置に配置される。すなわち、投光レンズ３と第１保持部１２の後端面１２ｄと間の距離は、所定距離ＬＸＤに設定されている。

このような構成によれば、第１保持部１２の後端面１２ｄに配置される接続基板８は、機種に関わらず基部１１に対して等しい位置に配置される。このため、接続基板８が接続される回路基板７も、機種に関わらず共通の形状に構成することができる。

また、このようはホルダ１０の構造によれば、次の作用がある。
投光レンズ３を保持する投光レンズアダプタ３０は、第２保持部１３の２個の突起１３ａ，１３ｂにより挟むように保持されるため、Ｘ軸及びＹ軸方向（または傾き）で投光レンズ３の位置をアライメントすることができる。

投光素子２を保持する投光素子アダプタ２０は、第１保持部１２においてＺ軸方向（投光軸φａ方向）に移動可能の保持されるため、Ｚ軸方向で投光素子２の位置をアライメントすることができる。

また、第１保持部１２の当接面１２ｃに投光素子アダプタ２０の端面２１ａが当接することにより、投光素子アダプタ２０が位置決めされる。このため、投光素子２は、Ｚ軸方向において概ね所定位置に位置決めされる。このため、投光素子２のＺ軸方向のアライメント作業は従来構造（この構造がないもの）に比べて軽減される。

また、Ｚ軸方向のアライメントによって投光素子２を移動させる場合には、投光素子アダプタ２０または投光素子２を移動させて、接続基板８は移動させない。具体的には、投光素子２のリード２ａを接続基板８のスルーホール８ａに挿通させている。この構成により、投光素子２の移動によっても接続基板８が移動しない構造としている。なお、Ｚ軸方向のアライメントの完了後に投光素子２のリード２ａが接続基板８のスルーホール８ａに半田付される。

このように、上記構成によれば、投光素子２によるＺ軸方向のアライメント時に、接続基板８が所定位置（第１保持部１２の後端面１２ｄ）から移動しない。このため、接続基板８としてリジッド基板の使用が可能である。

＜表示部の設定態様＞
変位センサ１の設定状態を変更する操作としてスイッチ６３の「長押し操作」がある。
例えば、意図しない操作によって変位センサ１の設定内容が変更されることを抑制するため、変位センサ１に「ロックモード」機能を備えさせることがある。「ロックモード」は、通常のスイッチ操作（例えば、１秒以内の押し操作）によっても変位センサ１に設定されている設定内容が変更されないようにするモードである。上記に挙げた「長押し操作」は、このような「ロックモード」の設定操作に対して用いられる。

「長押し操作」は、例えば所定時間の長押しによりその操作が完了する。すなわち、所定時間の連続長押しにより、モード設定が完了する。しかし、このような「長押し操作」には次のような課題がある。以下、この課題を説明する。

図１０に、従来の「長押し操作」による表示部１６１の表示変化態様を示す。
図１０（ａ）は、変位センサ１が通常動作しているときの表示部１６１の画面を示す。
通常動作とは、変位センサ１において設定操作されていないときであって検出物の検出を実行しているときの動作を示す。このとき、表示部１６１の画面には、検出物の変位量等の情報（通常動作時の情報）が示される。この例では、左側の４桁７セグメント表示器１６１ａによって第１情報が表示され、右側の４桁７セグメント表示器１６１ｂによって第２情報が表示されている。

図１０（ｂ）は、「長押し操作」を行っているときの表示部１６１の画面を示す。このときの表示部１６１の画面は、通常時の表示部１６１の画面と同じである。
図１０（ｃ）は、所定時間以上にわたってスイッチ６３を押し続けたときの表示部１６１の画面を示す。この画面は、「長押し操作」によるモード設定が完了したことを示す。この画面により、作業者はモード設定が完了したことを認識することができる。

図１０（ｄ）は、モード移行の完了後において、変位センサ１が通常動作に復帰したときの表示部１６１の画面を示す。
この画面により、作業者は変位センサ１が通常動作に復帰したことを認識することができる。

このように従来の表示部１６１では、「長押し操作」中の表示部１６１の画面は、通常動作時の表示部１６１の画面と同じである。
しかし、このような表示態様では、作業者は、「長押し操作」中に「長押し操作」が正しく実行されているか否かについて、この画面から認識することができない。

また、作業者が、所定時間以上の「長押し操作」を行っていないにも拘わらず、「長押し操作」が完了したと誤認して、「長押し操作」を途中で停止する場合もある。この場合には、変位センサ１はモード変更していないにも拘わらず、作業者は変位センサ１のモード設定が完了したと認識し続ける。

このようなことから、「長押し操作」中に、その操作が適切に実行されているか否かについて作業者が認識することができることが望ましい。
そこで、本実施形態に係る変位センサ１では、「長押し操作」中、表示部６１の画面に、「長押し操作」に対応するモード、及びそのモードの設定状態を示す。

更に、「長押し操作」中に、作業者に、「長押し操作」の時間経過を認識させることを目的として、時間の経過につれて表示態様を変化させる。
図１１に、本実施形態に係る変位センサ１について、「長押し操作」による表示部６１の表示変化態様を示す。

この表示部６１は、左側に配置される４桁７セグメント表示器６１ａと、右側に配置される４桁７セグメント表示器６１ｂとを有する。
図１１（ａ）は、変位センサ１が通常動作しているときの表示部６１の画面を示す。

このとき、表示部６１の画面には、左側の４桁７セグメント表示器６１ａによって、通常動作時の第１情報が表示され、右側の４桁７セグメント表示器６１ｂによって通常動作時の第２情報が表示される。

図１１（ｂ）は、モード変更のための「長押し操作」を開始したときの表示部６１の画面を示す。
このとき、表示部６１の画面には、左側の４桁７セグメント表示器６１ａによってモード情報が表示され、右側の４桁７セグメント表示器６１ｂによってモード設定状態が表示される。また、モード情報は、３桁により示され、全ての桁が点滅状態となる。なお、図１０（ｂ）に示される「ｌｏｃ」は「ロックモード」を示し、「ｏｆｆ」は「ロックモード」が設定されていないことを示す。

図１１（ｃ）は、モード変更のための「長押し操作」を行って１秒経過したときの表示部６１の画面を示す。
このときの表示部６１の画面に示される情報は、「長押し操作」の開始時と同様である。ただし、モード情報の表示態様が変化する。モード情報の下１桁目のセグメントの点滅状態が解消される。すなわち、モード情報の上２桁目のセグメントが点滅する。これにより、表示部６１は、設定完了までの時間が減少していることを表示する。

図１１（ｄ）は、所定時間以上スイッチ６３を押し続けたときの表示部６１の画面を示す。
このとき、モード情報の下２桁目のセグメントの点滅状態が解消される。すなわち、モード情報の上１桁目のセグメントが点滅する。これにより、表示部６１は、設定完了までの時間が更に減少していることを表示する。

図１１（ｅ）は、モード設定が完了したときの表示部６１の画面を示す。
このとき、表示部６１の画面には、左側の４桁７セグメント表示器６１ａによってモード情報が表示され、右側の４桁７セグメント表示器６１ｂによってモード設定状態が表示される。図１１（ｅ）に示す「ｏｎ」は「ロックモード」が設定されたことを示す。また、このとき、モード情報を構成する全ての桁の点滅が解消されている。

図１１（ｆ）は、モード設定の完了後において、変位センサ１が通常動作に復帰したときの表示部６１の画面を示す。
この画面により、作業者は変位センサ１が通常動作に復帰したことを認識することができる。

このような表示態様の作用を説明する。
この表示部６１は、「長押し操作」のとき、通常動作時と異なる情報を示す。このため、作業者は、「長押し操作」を変位センサ１が受け付けていることをこの表示により認識することができる。

また、この表示部６１は、「長押し操作」により、「長押し操作」のモード内容及びそのモード設定状態を示す。このため、作業者は、「長押し操作」の操作内容を確認することができるとともに、その設定状態を確認することができる。

また、この表示部６１は、「長押し操作」中、時間の経過に従って、表示部６１の画面に示す情報の表示態様を変える。具体的には、表示部６１は、「長押し操作」の操作開示時には、「長押し操作」の必要操作時間に対応した桁数だけセグメントを点滅する。そして、表示部６１は、「長押し操作」の経過時間に応じて点滅させるセグメントの桁数を減少させる。このような表示態様により、「長押し操作」を実行している作業者に、その操作に基づく設定が完了するまでの時間を予測させることができる。これにより、設定操作が未完であるにも拘らず設定完了したと認識してしまう作業者の誤認識の発生を抑制することができる。

以下、本実施形態の効果を説明する。
（１）上記実施形態では、反射板５は、受光レンズ４の受光軸φｂに沿う光を投光素子２側かつ検出面１ｘ側に向けて反射する。

この構成によれば、反射板５は、受光レンズ４の受光軸φｂに沿う光を投光素子２側かつ検出面１ｘ側に向けて反射する。このため、反射板５が受光レンズ４の受光軸φｂに沿う光を投光素子２側かつ後方に向けて反射する比較に係る変位センサ１００に比べて、検出面１ｘと受光素子６との間の距離が小さくなる。すなわち、この構成により、変位センサの奥行幅ＷＺを比較に係る変位センサ１００に比べて小さくすることができる。

（２）また、受光素子６は直方体の外形を有する。そして、受光素子６は、その長手方向ＤＬが変位センサ１の前後方向（奥行き方向）において検出面１ｘに対して傾くように、配置される。

この構成によれば、長手方向ＤＬを検出面１ｘに対して垂直となるように受光素子６を配置した変位センサに比べて、受光素子６の後端６ｂを検出面１ｘ側に近づけることができる。これにより、ケース５０の奥行幅ＷＺを小さくすることができる。

（３）また、受光素子６の中間点ＣＸが投光素子２よりも検出面１ｘ側に位置する。
この構成によれば、受光素子６の中間点ＣＸが投光素子２よりも後方に位置するように受光素子６が配置されている変位センサに比べて、受光素子６が検出面１ｘ側に配置される。このため、ケース５０の奥行寸法が小さくなる。

（４）また、ホルダ１０は、基部１１と、基部１１に設けられる環部１４を有する。
この環部１４は、一つの環を構成する周壁１４ｗと、周壁１４ｗに設けられて受光レンズ４を保持する受光レンズ保持部１４ａと、周壁１４ｗに設けられて反射板５を保持する反射板保持部１４ｂと、周壁１４ｗに設けられて受光素子６を保持する受光素子保持部１４ｃとを有する。

受光レンズ４、反射板５、及び受光素子６をホルダ１０の基部１１に個別に設けることも可能である。例えば、受光レンズ４を保持する受光レンズ保持部１４ａと、反射板５を保持する反射板保持部１４ｂと、受光素子６を保持する受光素子保持部１４ｃとを個別に基部１１に対して突出するように設ける。しかし、これら保持部１４ａ〜１４ｃは、単に基部１１から突出するものであるため、変形したり、振動したりする恐れがある。保持部が捻じれたり、振動したりすると、検出物の検出誤差が増大したり、検出物の誤検出が発生したりする虞がある。

この点、上記構成によれば、環部１４の周壁１４ｗに、受光レンズ保持部１４ａと、反射板保持部１４ｂと、受光素子保持部１４ｃとを設けている。環部１４は、基部１１に個別に設けられる突出部に比べて、振動や変形が生じにくい。このため、検出物の検出誤差が増大することや検出物の誤検出が発生することを抑制することができる。

（５）また、ホルダ１０には、ケース５０に固定するための締結部材が挿通する２個の貫通孔１１ａ，１１ｂが設けられている。そして、２個の貫通孔１１ａ，１１ｂのうちの一方（第１貫通孔１１ａ）が環部１４の内側に設けられている。

この構成によって、第１貫通孔１１ａを環部１４の外側に配置する構成に比べて、基部１１の外形を小さくすることができる。これにより、変位センサ１の小型化を図ることができる。

（他の実施形態）
なお、実施態様は上記に示した態様に限られるものではなく、これを例えば以下に示すように変更して実施することもできる。

・上記実施形態では、図５に示すように、環部１４の周壁１４ｗは、基部１１を基準とする高さＨが周方向に一定となるように構成されているが、この高さＨは、このような構成に限定されない。例えば、環部１４の周壁１４ｗの一部分において、その部分の高さＨを隣接部に比べて低くしてもよいし、また、一部分の高さＨを隣接部に比べて高くなるようにしてもよい。この場合においても、上記（４）に準じた効果を奏する。

・上記実施形態では、変位センサ１に投光レンズ３を設けているがこれを省略することも可能である。例えば、投光素子２にレンズがある場合には、投光レンズ３を省略することができる。また、投光素子２から十分に平行光に近い光が出射する場合には、投光レンズ３を省略することができる。

・上記実施形態では、受光系において、受光レンズ４と反射板５とは別体として設けているが、これを一つの光学部品に置き換えることもできる。例えば、受光レンズ４と反射板５とにより構成される光学系に代えて、光を集光しかつ反射させる凹面反射鏡を用いることができる。この場合において、凹面反射鏡は、検出物で反射した光を投光素子２側かつ検出面１ｘ側に向けて反射するように配置される。この構成によっても、上記（１）と同様の理由により、上記（１）に記載の効果に準じた効果を奏する。

［付記］
実施形態及び他の実施形態には、上記に示した技術思想のほか、以下に示す技術思想が含まれる。

［付記１］
検出物に向けて光を出射する投光素子２と、前記検出物で反射された光を反射及び集光する反射板と、前記反射板によって反射された光を受ける受光面６ａを有し、前記受光面６ａにおける光の位置に応じた信号を出力する受光素子６と、前記投光素子２、前記反射板、及び前記受光素子６を収容するものであり、前記投光素子２から出射する光を透過しかつ前記検出物で反射した光を透過する検出面１ｘを有するケースとを備え、前記反射板は、受光軸φｂに沿う光を前記投光素子２側かつ前記検出面１ｘ側に向けて反射する変位センサ。

この構成では、本実施形態に示した反射板５と異なり、反射板は反射機能と集光機能を有する。この反射板は、受光軸φｂに沿う光を投光素子２側かつ検出面１ｘ側に向けて反射する。このため、上記（１）と同様の理由により、変位センサ１の奥行幅ＷＺを比較に係る変位センサに比べて小さくすることができる。反射板としては例えば凹面反射鏡が用いられる。

１…変位センサ、１ｘ…検出面、２…投光素子、２ａ…リード、３…投光レンズ、４…受光レンズ、５…反射板、６…受光素子、６ａ…受光面、６ｂ…後端、７…回路基板、８…接続基板、８ａ…スルーホール、９…ケーブル、１０…ホルダ、１１…基部、１１ａ…第１貫通孔、１１ｂ…第２貫通孔、１２…第１保持部、１２ａ…孔部、１２ｂ…開口部、１２ｃ…当接面、１２ｄ…後端面、１３…第２保持部、１３ａ…突起、１３ｂ…突起、１４…環部、１４ａ…受光レンズ保持部、１４ｂ…反射板保持部、１４ｃ…受光素子保持部、１４ｄ…後端部、１４ｗ…周壁、２０…投光素子アダプタ、２１…胴部、２１ａ…端面、２１ｂ…段部、２２…先端部、２３…投光孔、３０…投光レンズアダプタ、３１…凹部、３２…レンズ嵌合部、４０…前面カバー、４１…カバー本体、４２…凸部、５０…ケース、５１…ケース本体、５１ａ…側面開口部、５２…側板、５３…前部、５４…上部、５４ａ…側辺、５５…下部、５６…後部、５６ａ…後開口部、５７…側部、５７ａ…第１ねじ孔、５７ｂ…第２ねじ孔、５８…テーパ部、５９…カバー嵌合部、５９ａ…投光開口部、５９ｂ…受光開口部、５９ｃ…底部、５９ｄ…溝部、６０…表示装置、６１…表示部、６１ａ…４桁７セグメント表示器、６１ｂ…４桁７セグメント表示器、６２…表示灯、６３…スイッチ、７０…内部構造体、１００…変位センサ、１０２…投光素子、１０３…投光レンズ、１０４…受光レンズ、１０５…反射板、１０６…受光素子、１５０…ケース、１６１…表示部、１６１ａ…４桁７セグメント表示器、１６１ｂ…４桁７セグメント表示器、２００…変位センサ、２１０…投光素子、２２０…投光レンズ、２３０…受光レンズ、２４０…受光素子、２５０…ケース、２６０…反射板、３００…変位センサ、３１０…投光素子、３２０…投光レンズ、３３０…受光レンズ、３４０…受光素子、３５０…ケース、３５０ａ…検出面、９００…検出物。

Claims (5)

1. 検出物に向けて光を出射する投光素子と、
   前記検出物で反射された光を集光する受光レンズと、
   前記受光レンズを通過した光を反射する反射板と、
   前記反射板によって反射された光を受ける受光面を有し、前記受光面における光の位置に応じた信号を出力する受光素子と、
   前記投光素子、前記受光レンズ、前記反射板及び前記受光素子を収容するものであり、前記投光素子から出射する光を透過しかつ前記検出物で反射した光を透過する検出面を有するケースとを備え、
   前記反射板は、前記受光レンズの受光軸に沿う光を前記投光素子側かつ前記検出面側に向けて反射する
   変位センサ。
2. 請求項１に記載の変位センサにおいて、
   前記受光素子は直方体の外形を有し、
   前記受光素子は長手方向が当該変位センサの奥行き方向において前記検出面に対して傾くように配置されている
   変位センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の変位センサにおいて、
   前記受光素子の中間点が前記投光素子よりも検出面側に位置する
   変位センサ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の変位センサにおいて、
   前記受光レンズと前記反射板と前記受光素子とを保持するホルダを更に備え、
   前記ホルダは、基部と、前記基部に設けられる環部を有し、前記ケースに固定され、
   前記環部は、一つの環を構成する周壁と、この周壁に設けられて前記受光レンズを保持する受光レンズ保持部と、前記周壁に設けられて前記反射板を保持する反射板保持部と、前記周壁に設けられて前記受光素子を保持する受光素子保持部とを有する
   変位センサ。
5. 請求項４に記載の変位センサにおいて、
   前記ホルダには、前記ケースに固定するための締結部材が挿通する複数個の貫通孔が設けられ、
   複数個の前記貫通孔のうちの少なくとも一つの前記貫通孔が前記環部の内側に設けられている
   変位センサ。