JPH07270120A - Displacement sensor - Google Patents
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- JPH07270120A JPH07270120A JP5933994A JP5933994A JPH07270120A JP H07270120 A JPH07270120 A JP H07270120A JP 5933994 A JP5933994 A JP 5933994A JP 5933994 A JP5933994 A JP 5933994A JP H07270120 A JPH07270120 A JP H07270120A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は変位センサー、特に光学
的手段を用いた光学的変位センサーに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement sensor, and more particularly to an optical displacement sensor using optical means.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学的変位センサーの一例として、光源
と受光素子を備え、その一方は移動体に固定されてい
て、光源の出射光を受光素子で受け、その光強度の変化
を検出することにより、移動体の変位を求めるものが知
られている。このような光学的変位センサーは、たとえ
ば特開平１−１３８４３１号に開示されている。その基
本構成を図１７に示す。2. Description of the Related Art As an example of an optical displacement sensor, a light source and a light receiving element are provided, one of which is fixed to a moving body, and the light emitted from the light source is received by the light receiving element, and a change in the light intensity is detected. There is known a method for obtaining displacement of a moving body. Such an optical displacement sensor is disclosed, for example, in JP-A-1-138431. Its basic configuration is shown in FIG.
【０００３】図１７に示すように、この変位センサー
は、発光ダイオード１０２と分割型フォトセンサー１０
４を有している。分割型フォトセンサー１０４はベース
１１４に固定されており、このベース１１４の上に筒体
１１６が設けられており、その上に弾性部材１１８を介
して移動体１２２が設けられている。発光ダイオード１
０２は支持部材１２０を介して移動体１２２に固定され
ている。As shown in FIG. 17, this displacement sensor comprises a light emitting diode 102 and a split type photo sensor 10.
Have four. The split photosensor 104 is fixed to a base 114, a cylindrical body 116 is provided on the base 114, and a moving body 122 is provided on the cylindrical body 116 via an elastic member 118. Light emitting diode 1
02 is fixed to the moving body 122 via the support member 120.
【０００４】移動体１２２はこれに加わる力の大きさと
方向に応じて変位し、この結果、発光ダイオード１０２
のビームの出射方向または発光ダイオード１０２と四分
割フォトセンサー１０４の間隔が変化する。The moving body 122 is displaced according to the magnitude and direction of the force applied thereto, and as a result, the light emitting diode 102 is moved.
The emission direction of the beam or the distance between the light emitting diode 102 and the four-division photo sensor 104 changes.
【０００５】四分割フォトセンサー１０４は、図１８に
示すように、四つの受光部１０６と１０８と１１０と１
１２を備えており、これら四つの受光部の出力の和の変
化を調べることにより発光ダイオード１０２と四分割フ
ォトセンサー１０４の間隔の変化が、四つの受光部の間
の出力の差を調べることにより発光ダイオード１０２の
ビームの出射方向の変化が求められる。これに基づいて
移動体１２２の変位あるいは移動体１２２にかかる荷重
を独立した三軸方向に分解したかたちで知ることができ
る。この構成によれば、部品点数が少なく小型で軽量な
変位センサーが得られる。As shown in FIG. 18, the four-division photo sensor 104 has four light receiving portions 106, 108, 110, and 1.
12, the change in the interval between the light emitting diode 102 and the four-division photosensor 104 is checked by checking the change in the sum of the outputs of these four light receiving parts, and the change in the output between the four light receiving parts is checked. A change in the emission direction of the beam of the light emitting diode 102 is required. Based on this, the displacement of the moving body 122 or the load applied to the moving body 122 can be known in the form of being decomposed in three independent axial directions. With this configuration, it is possible to obtain a displacement sensor that has a small number of parts and is small and lightweight.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の変位セ
ンサーには以下に述べる問題点がある。光源と受光素子
の間の微小な変位に対して受光素子の出力変化を一定以
上得るためには、発光ダイオードの発光部の面積あるい
はその上に配するピンホールの径（ｗ0 ）を小さくし、
出射する光ビームの広がり角を大きくする必要がある。
しかし、発光ダイオードの発光面に対してピンホールが
小さくなるため、光源の光出力が小さくなり、ノイズ耐
性は劣化してしまう。However, the above-mentioned displacement sensor has the following problems. In order to obtain a certain amount of change in the output of the light receiving element with respect to a minute displacement between the light source and the light receiving element, the area of the light emitting portion of the light emitting diode or the diameter (w 0 ) of the pinhole provided on the light emitting portion is reduced. ,
It is necessary to increase the divergence angle of the emitted light beam.
However, since the pinhole becomes smaller with respect to the light emitting surface of the light emitting diode, the light output of the light source becomes smaller and the noise resistance deteriorates.
【０００７】そこで、発光ダイオードに代えて、通常の
半導体レーザー（端面出射型半導体レーザー）を光源に
用いることが考えられる。その構成を図１９に示す。図
中、図１７で図示したものと同等の部材は同じ符号で示
してある。分割型フォトセンサー１０４はベース１１４
に固定されており、このベース１１４の上に筒体１１６
が設けられており、その上に弾性部材１１８を介して移
動体１２２が設けられている。光源である半導体レーザ
ー１２４は支持部材１２０を介して移動体１２２に固定
されている。半導体レーザー１２４は、図２０に示すよ
うに、その出射光は楕円ビームであるため、楕円ビーム
を円形ビームに整形するためのレンズ１４２が筒体１３
８の内部に保持部材１４０により保持されている。Therefore, it is conceivable to use an ordinary semiconductor laser (edge emitting semiconductor laser) as a light source instead of the light emitting diode. The configuration is shown in FIG. In the figure, members equivalent to those shown in FIG. 17 are designated by the same reference numerals. The split type photo sensor 104 is a base 114.
It is fixed to the cylinder 116 on the base 114.
Is provided, and the moving body 122 is provided thereon via the elastic member 118. The semiconductor laser 124, which is a light source, is fixed to the moving body 122 via the support member 120. Since the emitted light of the semiconductor laser 124 is an elliptical beam as shown in FIG. 20, the lens 142 for shaping the elliptical beam into a circular beam has a cylindrical body 13.
It is held by a holding member 140 inside 8.
【０００８】この構成では、確かにデバイスサイズにお
いて、発光ダイオードに比べると光量は大きいものの、
いくつかの問題がある。第一に、放射角の制限がある。
すなわち、通常の端面出射型半導体レーザーは放射形状
が導波路寸法に制限される（通常、θy 〜３０°、θx
〜１０°の楕円ビーム）ため、設計の自由度がほとんど
ない。第二に、特に変位センサーとして利用する場合
に、出射光が楕円ビームであるため、変位量の測定範囲
や感度が制限される。第三に、ビーム整形用のレンズ１
４２を設けているため、そのぶん装置が大きくなるう
え、部品点数と組立工数も増えてしまう。本発明の目的
は、部品点数が少なく小型かつ軽量で、感度の高い変位
センサーを提供することである。In this structure, although the amount of light is certainly larger than that of the light emitting diode in the device size,
There are some problems. First, there is a limit on the radiation angle.
That is, the radiation shape of a normal edge-emitting type semiconductor laser is limited to the waveguide size (usually θ y to 30 °, θ x
Since there is an elliptic beam of -10 °), there is almost no design freedom. Secondly, especially when used as a displacement sensor, the emitted light is an elliptical beam, so that the measurement range and sensitivity of the displacement amount are limited. Third, the beam shaping lens 1
Since 42 is provided, the size of the device is accordingly increased, and the number of parts and the number of assembling steps are also increased. It is an object of the present invention to provide a displacement sensor having a small number of parts, a small size and a light weight, and high sensitivity.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の変位センサー
は、出射ビームの径が少なくとも特定の一方向に対して
１μｍ以上１７μｍ以下である光源と、光源からの出射
ビームの広がり内に配置された入射光の強度を検出する
光検出器と、光検出器の出力に基づいて光源と光検出器
の相対位置の変化を検出する手段とを備えていることを
特徴とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The displacement sensor of the present invention is arranged in a light source in which the diameter of the emitted beam is at least 1 μm and not more than 17 μm in at least one specific direction, and within the spread of the emitted beam from the light source. It is characterized by comprising a photodetector for detecting the intensity of incident light, and means for detecting a change in the relative position between the light source and the photodetector based on the output of the photodetector.
【００１０】[0010]
【作用】本発明の原理について図面を参照しながら説明
する。図１に示すように、距離ｚはなして配置された面
発光レーザーＳＥＬと受光素子ＰＤについて考える。こ
こで、受光素子ＰＤは半径ｗp の円形であって、面発光
レーザーＳＥＬの出射面の中心軸上に配置されているも
のとする。The principle of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, consider a surface emitting laser SEL and a light receiving element PD that are arranged at a distance z. Here, it is assumed that the light receiving element PD has a circular shape with a radius w p and is arranged on the central axis of the emission surface of the surface emitting laser SEL.
【００１１】面発光レーザーＳＥＬとして屈折率導波構
造を持つ場合を考えると、レーザー光は面発光レーザー
ＳＥＬの導波路内で屈折率ガイドを導波する場合を考え
れば平面波となるので、外部に出射するレーザー光はレ
ーザーの出射面上にビームウエストｗ0 を有するガウス
ビームと見なすことができる。出射面からｚだけ離れた
点におけるガウスビームのビーム径ｗ（ｚ）は、ｗ
（ｚ）をレーザー光の強度が１／ｅ2 になる（主軸から
の）幅で定義すると、レーザー光の波長λを用いて次式
で表される。Considering the case where the surface emitting laser SEL has a refractive index guiding structure, the laser light becomes a plane wave considering the case of guiding the refractive index guide in the waveguide of the surface emitting laser SEL. The emitted laser light can be regarded as a Gaussian beam having a beam waist w 0 on the emitting surface of the laser. The beam diameter w (z) of the Gaussian beam at a point away from the exit surface by z is w
If (z) is defined as a width (from the principal axis) at which the intensity of the laser light becomes 1 / e 2 , it is expressed by the following equation using the wavelength λ of the laser light.
【００１２】[0012]
【数１】 [Equation 1]
【００１３】図２は（１）式を用いて、ｗ0 をパラメー
ターとして距離ｚとビーム径ｗ（ｚ）の関係を試算した
結果である。面発光レーザーのビームウエストｗ0 は近
似的にレーザーの出射面の寸法に等しいので、図２を用
いて、面発光レーザーの出射面の半径を変えることによ
りレーザー光のビーム広がりを設計できることが分か
る。さらに、図２の結果を二次元的な光ビーム径の設計
に適用することにより、互いに直角な（ｘ，ｙ）軸につ
いてレーザービームの広がりを設計することができる。FIG. 2 shows the result of trial calculation of the relationship between the distance z and the beam diameter w (z) using the equation (1) with w 0 as a parameter. Since the beam waist w 0 of the surface emitting laser is approximately equal to the size of the emitting surface of the laser, it can be seen from FIG. 2 that the beam divergence of the laser light can be designed by changing the radius of the emitting surface of the surface emitting laser. . Further, by applying the result of FIG. 2 to the design of the two-dimensional light beam diameter, it is possible to design the spread of the laser beam with respect to the (x, y) axes orthogonal to each other.
【００１４】先ほど示した、図１で円形のガウスビーム
の主軸からの距離をｒ、時間項や位相項を除く電界の実
部をＥ（ｒ，ｚ）とすれば、Ｅ（ｒ，ｚ）は次式で表さ
れる。If the distance from the principal axis of the circular Gaussian beam shown in FIG. 1 is r and the real part of the electric field excluding the time term and the phase term is E (r, z), then E (r, z). Is expressed by the following equation.
【００１５】[0015]
【数２】 したがって、面発光レーザーＳＥＬから出射した光が受
光素子ＰＤに入射する割合η（受光素子の出力に比例す
る）は、受光素子からの反射率をＲPD、誤差関数をＥｒ
ｆとして、次式で表される。[Equation 2] Therefore, the ratio η (proportional to the output of the light receiving element) of the light emitted from the surface emitting laser SEL to the light receiving element PD is the reflectance from the light receiving element R PD , and the error function is Er.
f is expressed by the following equation.
【００１６】[0016]
【数３】 ｗp ＝ｗ0 、ＲPD＝０の場合について、ｗ0 をパラメー
ターとして、距離ｚに対してηを計算した結果を図３に
示す。図３のグラフを利用して、ｗ0 を（ｘ，ｙ）軸そ
れぞれについて適切に設定することにより、距離ｚの測
定感度や測定範囲を二次元的に広範に設計できることが
分かる。ＲPD＝０としたのは、レーザー部への戻り光が
レーザー出力の変動を引き起こすのを防ぐことを考慮し
ており、たとえば面発光レーザーＳＥＬの側の受光素子
ＰＤの面に無反射膜を形成することにより実現される。[Equation 3] FIG. 3 shows the result of calculating η with respect to the distance z using w 0 as a parameter in the case of w p = w 0 and R PD = 0. It can be seen from the graph of FIG. 3 that by appropriately setting w 0 for each of the (x, y) axes, the measurement sensitivity and the measurement range of the distance z can be extensively designed in two dimensions. R PD = 0 is taken into consideration to prevent the return light to the laser section from causing fluctuations in the laser output. For example, a non-reflection film is provided on the surface of the light receiving element PD on the side of the surface emitting laser SEL. It is realized by forming.
【００１７】一方、図４は変位センサーの感度の指標と
して、図３を微分することにより、変位量に対する受光
素子の出力変化率の最大値をビームの出射直径（２ｗ
0 ）に対して計算したものである。On the other hand, FIG. 4 shows the maximum value of the output change rate of the light receiving element with respect to the displacement amount as the output diameter (2w) of the beam by differentiating FIG. 3 as an index of the sensitivity of the displacement sensor.
It is calculated for 0 ).
【００１８】受光素子ＰＤの検出回路を含めたトータル
のＳＮ比を３０ｄＢとすると、０．１％の光出力の変動
を検出することができる。したがって、変位分解能とし
て仮に１μｍを要求すれば、受光素子ＰＤの変化率とし
て０．１％／μｍが必要なので、図４より少なくともビ
ームの出射直径２ｗ0 ＜１７μｍとする必要がある。し
たがって、面発光レーザーでは１μｍ以上の開口径があ
れば、０．１ｍＷ以上の出力を得ることができる。同図
より、逆にビーム出射直径２ｗ0 〜６μｍとすれば、上
記の前提の下では、０．１μｍ程度の変位分解能が達成
できると考えられる。When the total SN ratio including the detection circuit of the light receiving element PD is 30 dB, it is possible to detect the fluctuation of the optical output of 0.1%. Therefore, if a displacement resolution of 1 μm is required, a change rate of the light receiving element PD of 0.1% / μm is required. Therefore, it is necessary to set at least the beam emission diameter 2w 0 <17 μm from FIG. Therefore, in the surface emitting laser, if the aperture diameter is 1 μm or more, an output of 0.1 mW or more can be obtained. From the figure, conversely, if the beam emission diameter is set to 2w 0 to 6 μm, it is considered that a displacement resolution of about 0.1 μm can be achieved under the above assumption.
【００１９】図４において、レーザー出射出力をビーム
出射直径２ｗ0 に対して計算したものを同時に示した。
なお、出射直径２ｗ0 と光出力の関係については、標準
的なデータとして、発光ダイオード：２ｗ0 〜６０μｍ
で３ｍＷ、面発光レーザー：２ｗ0 〜６μｍで１ｍＷを
それぞれ仮定し、出力が出射面積に比例して制限される
場合を想定した。面発光レーザーでは、２ｗ0 〜１μｍ
で０．１ｍＷの出力を得ることができる。また、同図よ
り、ビーム出射直径２ｗ0 〜６μｍ程度の素子で１ｍＷ
以上の出力が得られ、同等な出射径をもつ発光ダイオー
ドに比べて約三十倍以上の高出力化が図れる。受光素子
のＳＮ比は受光出力が低下すると、これに比例して低下
するため、光源を発光ダイオードから面発光レーザーに
することにより、上述の発光ダイオードおよび面発光レ
ーザーの出力制限に対する仮定のものでは、変位の分解
能を約三十倍高めることができる。In FIG. 4, the laser output power calculated for the beam output diameter 2w 0 is also shown.
Regarding the relationship between the emission diameter 2w 0 and the light output, as standard data, light emitting diode: 2w 0 to 60 μm
3 mW, and a surface emitting laser: 2 w 0 to 6 μm, 1 mW, respectively, and the case where the output is limited in proportion to the emission area was assumed. For surface emitting laser, 2w 0 to 1 μm
It is possible to obtain an output of 0.1 mW. Further, from the figure, 1 mW for an element with a beam emission diameter of 2 w 0 to 6 μm
The above output can be obtained, and the output can be increased about 30 times or more as compared with a light emitting diode having an equivalent emission diameter. Since the SN ratio of the light receiving element decreases in proportion to the decrease in the light receiving output, it is not assumed that the output limit of the light emitting diode and the surface emitting laser is changed by changing the light source from the light emitting diode to the surface emitting laser. , The displacement resolution can be increased about 30 times.
【００２０】したがって、面発光レーザーを用いること
により出射径が小さくても高出力が得られるため、微小
な変位を高感度で検出できる変位センサーを実現するこ
とができる。Therefore, by using the surface emitting laser, a high output can be obtained even if the emission diameter is small, so that a displacement sensor capable of detecting a minute displacement with high sensitivity can be realized.
【００２１】なお、上の説明では、受光素子の径とレー
ザービームウエスト径を同じ値として議論したが、異な
る場合でも、（３）式により定性的には同様な結果が得
られる。また、光検出器のＳＮ比や光源の最大出力と出
射径の関係を特定の一例についてのみ説明したが、この
一例に限ることなく、図２、図３、図４などを用いて、
検出目的に応じて各パラメーターを適宜変更しても容易
に適用できる。In the above description, the diameter of the light receiving element and the laser beam waist diameter are discussed as the same value, but even if they are different, the same result can be obtained qualitatively by the equation (3). Further, although only a specific example of the relationship between the SN ratio of the photodetector or the maximum output of the light source and the emission diameter has been described, the present invention is not limited to this example, and FIG. 2, FIG. 3, FIG.
It can be easily applied by appropriately changing each parameter according to the purpose of detection.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。第
一実施例の変位センサーについて図５ないし図７を参照
して説明する。図５に示すように、垂直共振器型面発光
レーザー１２はヒートシンク４８を介して筐体５０に発
光面を上に向けて固定されている。この面発光レーザー
１２には、筐体５０に設けた通し穴６６を通した電気配
線６４を介して、定電流を供給するＬＤ駆動電源６２が
接続されている。筐体５０の上面には支持棒ガイド穴５
２が開けられている。支持棒５８は支持棒ガイド穴５２
を通り、その上端には対象の取付部５６が、下端には支
持板６０が固定されている。取付部５６は、筐体５０の
上面に支持棒ガイド穴５２の周囲に設けた弾性体５４に
よって支持されている。これにより、支持棒５８および
支持板６０は図の上下方向に移動できるように支持され
ている。支持板６０の下面にはフォトダイオード３２
が、その受光面が面発光レーザー１２の発光面と向き合
うように固定されている。フォトダイオード３２には、
筐体５０に設けた通し穴６８に通した電気配線７０を介
して、受光系電源７４が接続されている。また、フォト
ダイオード３２には、その出力に基づいて面発光レーザ
ー１２とフォトダイオード３２の間の距離ｚを求める演
算装置７６が接続されている。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. The displacement sensor of the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the vertical cavity surface emitting laser 12 is fixed to the housing 50 via a heat sink 48 with the light emitting surface facing upward. An LD drive power source 62 that supplies a constant current is connected to the surface emitting laser 12 through an electric wiring 64 that passes through a through hole 66 provided in the housing 50. The support rod guide hole 5 is provided on the upper surface of the housing 50.
2 is open. The support rod 58 is the support rod guide hole 52.
The target mounting portion 56 is fixed to the upper end and the support plate 60 is fixed to the lower end. The mounting portion 56 is supported by an elastic body 54 provided around the support rod guide hole 52 on the upper surface of the housing 50. As a result, the support rod 58 and the support plate 60 are supported so as to be movable in the vertical direction in the figure. The photodiode 32 is provided on the lower surface of the support plate 60.
However, the light receiving surface is fixed so as to face the light emitting surface of the surface emitting laser 12. The photodiode 32 has
A light receiving system power supply 74 is connected through an electric wire 70 that passes through a through hole 68 provided in the housing 50. Further, the photodiode 32 is connected to an arithmetic unit 76 for obtaining the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 based on the output thereof.
【００２３】面発光レーザー１２には様々な構造のもの
があるが、その一例の断面構造を図６に示す。同図に示
した面発光レーザーは、ｎ型半導体基板１４に、ｎ型半
導体バッファ層１６、半導体多層ミラー１８、ｎ型半導
体クラッド層２０、活性層２２、ｐ型半導体クラッド層
２４、ｐ型半導体多層ミラー２６を積層し、共振部を残
してｎ型半導体クラッド層２０に相当する深さまでエッ
チングし、ｐ型半導体多層ミラー層２６とｎ型半導体ク
ラッド層２０の各々にｐ型電極２８とｎ型電極３０をそ
れぞれ設けた構成となっている。There are various structures of the surface emitting laser 12, and a sectional structure of an example thereof is shown in FIG. The surface emitting laser shown in the figure has an n-type semiconductor substrate 14, an n-type semiconductor buffer layer 16, a semiconductor multilayer mirror 18, an n-type semiconductor clad layer 20, an active layer 22, a p-type semiconductor clad layer 24, and a p-type semiconductor. The multilayer mirrors 26 are stacked and etched to a depth corresponding to the n-type semiconductor clad layer 20 leaving the resonance part, and the p-type electrode 28 and the n-type semiconductor 28 are respectively formed on the p-type semiconductor multilayer mirror layer 26 and the n-type semiconductor clad layer 20. The electrodes 30 are provided respectively.
【００２４】レーザー光の強度をモニターするフォトダ
イオード３２は、たとえば図７に断面構造を示したよう
に、ｎ+ 型半導体基板３４にｎ型層３６を積層し、この
ｎ型層３６の中にイオン注入等でｐ型領域３８を形成
し、その表面に反射防止膜４０を積層し、パターニング
した後にｐ型電極４２を形成するとともに、ｎ+ 型半導
体基板３４にｎ型電極４６を積層した構成となってい
る。The photodiode 32 for monitoring the intensity of the laser beam has an n-type layer 36 laminated on an n + -type semiconductor substrate 34 as shown in the sectional structure of FIG. A structure in which a p-type region 38 is formed by ion implantation, an antireflection film 40 is laminated on the surface of the p-type region 38, a p-type electrode 42 is formed after patterning, and an n-type electrode 46 is laminated on the n + -type semiconductor substrate 34. Has become.
【００２５】再び図５に戻り説明すると、取付部５６に
対して図の上下方向に力が働くと、その力に応じて弾性
体５４が変形する。この結果、フォトダイオード３２が
上下方向に移動し、面発光レーザー１２とフォトダイオ
ード３２の間の距離ｚが変化する。この距離ｚの変化に
伴なって、フォトダイオード３２の出力が変化する。光
出力検出手段７２は、フォトダイオード３２の出力を電
気信号として取り出し、この信号を演算装置７６に出力
する。演算装置７６は、たとえば論理的または実験的に
得られる図３に相当する校正曲線を用いて、面発光レー
ザー１２とフォトダイオード３２の間の距離ｚを計算に
より求める。Returning to FIG. 5 again, when a force acts on the mounting portion 56 in the vertical direction in the figure, the elastic body 54 is deformed according to the force. As a result, the photodiode 32 moves up and down, and the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 changes. The output of the photodiode 32 changes as the distance z changes. The optical output detecting means 72 takes out the output of the photodiode 32 as an electric signal and outputs this signal to the arithmetic unit 76. The arithmetic unit 76 calculates the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 by using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally.
【００２６】本発明の第二実施例の変位センサーについ
て図８を参照して説明する。図中、第一実施例で説明し
た部材と同等の部材は同じ符号で示してある。これらの
部材の詳細は第一実施例の説明を参照することにし、以
下では第一実施例との相違箇所に重点をおいて説明す
る。The displacement sensor of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same members as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals. For details of these members, reference is made to the description of the first embodiment, and in the following, the different points from the first embodiment will be mainly described.
【００２７】図８に示すように、フォトダイオード３２
はＳｉ基板７８の一部に形成されており、面発光レーザ
ー１２はＳｉ基板７８の上にフォトダイオード３２の反
対側の位置にヒートシンク４８を介して固定されてい
る。Ｓｉ基板７８は接着剤８０によって、筐体５０の内
部の底面に固定された角θの斜面を持つスペーサー８２
に固定されている。また、支持板６０の下面は鏡面に仕
上げられていて、面発光レーザー１２の出射光は支持板
６０の下面で反射されてフォトダイオード３２に入射す
る構成となっている。As shown in FIG. 8, the photodiode 32
Is formed on a part of the Si substrate 78, and the surface emitting laser 12 is fixed on the Si substrate 78 at a position opposite to the photodiode 32 via a heat sink 48. The Si substrate 78 is a spacer 82 having an inclined surface of an angle θ fixed to the bottom surface inside the housing 50 by an adhesive 80.
It is fixed to. The lower surface of the support plate 60 is mirror-finished, and the emitted light of the surface emitting laser 12 is reflected by the lower surface of the support plate 60 and enters the photodiode 32.
【００２８】取付部５６に対して図の上下方向に力が作
用すると、その力の大きさに応じて弾性体５４が変形
し、支持板６０が上下方向に移動する。このため、面発
光レーザー１２から支持板６０の下面までの光軸上の距
離ｚが変化し、結果としてフォトダイオード３２への入
射光の強度が変化する。演算装置７６は、フォトダイオ
ード３２の出力に基づいて、たとえば論理的または実験
的に得られる図３に相当する校正曲線を用いて、面発光
レーザー１２と支持板６０の間の距離ｚを求める。When a force acts on the mounting portion 56 in the vertical direction in the figure, the elastic body 54 is deformed according to the magnitude of the force, and the support plate 60 moves in the vertical direction. Therefore, the distance z on the optical axis from the surface emitting laser 12 to the lower surface of the support plate 60 changes, and as a result, the intensity of the incident light on the photodiode 32 changes. The arithmetic unit 76 obtains the distance z between the surface emitting laser 12 and the support plate 60 based on the output of the photodiode 32 by using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally.
【００２９】本発明の第三実施例の変位センサーについ
て図９を参照して説明する。図中、第一実施例で説明し
た部材と同等の部材は同じ符号で示してある。ここで
は、第一実施例で既に触れた部材の説明は省略し、第一
実施例との相違箇所に重点をおいて説明する。The displacement sensor of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same members as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals. Here, the description of the members already mentioned in the first embodiment will be omitted, and the description will focus on the points different from the first embodiment.
【００３０】図９に示すように、フォトダイオード３２
はＳｉ基板８４の一部に形成されている。Ｓｉ基板８４
には斜面８６が形成されており、この斜面に面発光レー
ザー１２がヒートシンク４８を介して固定されている。
Ｓｉ基板８４は接着剤８８により筐体５０の底面に固定
されている。また支持板６０の下面は、第二実施例と同
様に、鏡面に仕上げられており、面発光レーザー１２の
出射光は支持板６０の下面で反射されてフォトダイオー
ド３２に入射する構成となっている。As shown in FIG. 9, the photodiode 32
Is formed on a part of the Si substrate 84. Si substrate 84
An inclined surface 86 is formed on the surface, and the surface emitting laser 12 is fixed to the inclined surface via a heat sink 48.
The Si substrate 84 is fixed to the bottom surface of the housing 50 with an adhesive 88. The lower surface of the support plate 60 is mirror-finished as in the second embodiment, and the emitted light of the surface emitting laser 12 is reflected by the lower surface of the support plate 60 and is incident on the photodiode 32. There is.
【００３１】ここで、図１０を参照して、Ｓｉ基板８４
への面発光レーザー１２の取り付けについて説明する。
（１）に示すようにフォトダイオード３２を形成済みの
Ｓｉ基板８４を用意し、（２）に示すように反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）によりＳｉ基板８４に
縦に溝を形成し、（３）に示すように反応性イオンビー
ムエッチング（ＲＩＢＥ）に再度行ない先に形成した縦
溝につながる斜め溝をＳｉ基板８４に形成し、（４）に
示すようにこの二つの溝により切り離された部分を除去
して斜面８６が得られる。既に述べた通り、（５）に示
すように斜面８６に面発光レーザー１２がヒートシンク
４８を介して固定される。Here, referring to FIG. 10, a Si substrate 84
The attachment of the surface emitting laser 12 to the will be described.
As shown in (1), a Si substrate 84 on which the photodiode 32 is formed is prepared, and as shown in (2), a groove is formed vertically in the Si substrate 84 by reactive ion beam etching (RIBE), and (3) ), Reactive ion beam etching (RIBE) is performed again to form diagonal grooves in the Si substrate 84 which are connected to the previously formed vertical grooves, and as shown in (4), the portions separated by these two grooves are formed. Are removed to obtain the slope 86. As described above, the surface emitting laser 12 is fixed to the inclined surface 86 via the heat sink 48 as shown in (5).
【００３２】再び図９に戻り説明すると、取付部５６に
力が上下方向に働くと、その力の大きさに応じて弾性体
５４が変形し、支持板６０が上下に変位する。支持板６
０の変位により、面発光レーザー１２と支持板６０の間
隔ｚは変化する。このため、フォトダイオード３２へ入
射するレーザー光の強度が変化する。フォトダイオード
３２の出力に基づいて、演算装置７６は、論理的または
実験的に得られる図３に相当する校正曲線を用いて、面
発光レーザー１２と支持板６０の間の距離ｚを求める。Returning to FIG. 9 again, when a force acts on the mounting portion 56 in the vertical direction, the elastic body 54 is deformed according to the magnitude of the force, and the support plate 60 is displaced vertically. Support plate 6
A displacement of 0 changes the distance z between the surface emitting laser 12 and the support plate 60. Therefore, the intensity of the laser light incident on the photodiode 32 changes. Based on the output of the photodiode 32, the arithmetic unit 76 obtains the distance z between the surface emitting laser 12 and the support plate 60 by using a calibration curve which is obtained logically or experimentally and corresponds to FIG.
【００３３】本発明の第四実施例の変位センサーについ
て図１１を参照して説明する。図中、第三実施例で説明
した部材と同等の部材は同じ符号で示してある。ここで
は、第三実施例で既に触れた部材の説明は省略し、第三
実施例との相違箇所に重点をおいて説明する。A displacement sensor according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same members as those described in the third embodiment are designated by the same reference numerals. Here, the description of the members already mentioned in the third embodiment will be omitted, and the description will focus on the differences from the third embodiment.
【００３４】上に述べた第一実施例ないし第三実施例
は、取付部５６が図の上下方向に移動する構成すなわち
一次元的な変位センサーであった。本実施例は、取付部
５６の上下方向の移動に加えて、取付部５６の図の面内
での傾きを検出する、二次元的な変位センサーである。The first to third embodiments described above are the one-dimensional displacement sensors in which the mounting portion 56 moves vertically. The present embodiment is a two-dimensional displacement sensor that detects the inclination of the mounting portion 56 in the plane of the drawing in addition to the vertical movement of the mounting portion 56.
【００３５】すなわち、図１１に示すように、取付部５
６と支持棒５８と支持板６０からなる構造体は、取付部
５６にかかる力に応じて上下方向に移動すると共に図の
紙面に平行な面内で傾斜し得るように、弾性体５４によ
って支持されている。Ｓｉ基板８４には、図の横方向に
並んで二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂが形成さ
れており、この二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂ
によって受光素子３２が構成されている。That is, as shown in FIG. 11, the mounting portion 5
The structure consisting of 6, the support rod 58, and the support plate 60 is supported by the elastic body 54 so that it can move in the vertical direction according to the force applied to the mounting portion 56 and can be inclined in a plane parallel to the paper surface of the drawing. Has been done. On the Si substrate 84, two photodiodes 32a and 32b are formed side by side in the horizontal direction of the figure. The two photodiodes 32a and 32b are formed.
The light receiving element 32 is constituted by.
【００３６】取付部５６に何ら力が働いていない状態で
は、支持棒５８は垂直な状態にあり、このとき、面発光
レーザー１２から出射された光は支持板６０で反射した
のち二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂに均等に入
射するように設定されている。When no force is applied to the mounting portion 56, the support rod 58 is in a vertical state, and at this time, the light emitted from the surface emitting laser 12 is reflected by the support plate 60 and then the two photodiodes. It is set so as to be evenly incident on 32a and 32b.
【００３７】取付部５６に上下方向に力が働くと、取付
部５６すなわち支持板６０が上下に移動し、面発光レー
ザー１２と支持板６０の間の距離ｚが変化する。この距
離ｚは、演算装置７６において、入力される二つのフォ
トダイオード３２ａと３２ｂの出力の和に基づき、論理
的または実験的に得られる図３に相当する校正曲線を用
いて計算により求められる。When a vertical force is applied to the mounting portion 56, the mounting portion 56, that is, the support plate 60 moves up and down, and the distance z between the surface emitting laser 12 and the support plate 60 changes. The distance z is calculated by the arithmetic unit 76 based on the sum of the outputs of the two input photodiodes 32a and 32b, using a calibration curve obtained logically or experimentally and corresponding to FIG.
【００３８】取付部５６に横方向に力が働くと、支持棒
５８が図の面内で傾斜し、支持板６０の下面である鏡面
の方向が変化する。このため、二つのフォトダイオード
３２ａと３２ｂに入射する光の強度が異なってくる。し
たがって、傾斜角θは、演算装置７６において、入力さ
れる二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂの出力の差
に基づき、論理的または実験的に得られる図３に相当す
る校正曲線を用いて計算により求められる。When a lateral force is applied to the mounting portion 56, the support rod 58 tilts in the plane of the drawing, and the direction of the mirror surface, which is the lower surface of the support plate 60, changes. Therefore, the intensities of the light incident on the two photodiodes 32a and 32b differ. Therefore, the inclination angle θ is calculated by the arithmetic unit 76 by using the calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally based on the difference between the outputs of the two input photodiodes 32a and 32b. To be
【００３９】本実施例では、受光素子３２は二つのフォ
トダイオード３２ａと３２ｂで構成されているが、多数
のフォトダイオードが一列に並んだラインセンサーで構
成してもよい。この構成によれば、支持板６０の鏡面か
らの一次反射光以外の光もノイズとして解析できる。In this embodiment, the light receiving element 32 is composed of two photodiodes 32a and 32b, but it may be composed of a line sensor in which a large number of photodiodes are arranged in a line. With this configuration, light other than the primary reflected light from the mirror surface of the support plate 60 can be analyzed as noise.
【００４０】本発明の第五実施例の変位センサーについ
て図１２を参照して説明する。図中、第三実施例で説明
した部材と同等の部材は同じ符号で示してある。ここで
は、第三実施例で既に触れた部材の説明は省略し、第三
実施例との相違箇所に重点をおいて説明する。A displacement sensor of the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same members as those described in the third embodiment are designated by the same reference numerals. Here, the description of the members already mentioned in the third embodiment will be omitted, and the description will focus on the differences from the third embodiment.
【００４１】前述の第三実施例は一次元的な変位センサ
ー、第四実施例は二次元的な変位センサーであったが、
本実施例は三次元的な変位センサーである。図１２に示
すように、取付部５６と支持棒５８と支持板６０からな
る構造体は、取付部５６にかかる力に応じて、上下方向
に移動し得るとともに任意の方向に傾斜し得るように、
弾性体５４によって支持されている。また、受光素子３
２は、Ｓｉ基板８４の上に二次元的にマトリックス状に
並べて形成された多数のフォトダイオードで構成されて
いる。The third embodiment described above is a one-dimensional displacement sensor, and the fourth embodiment is a two-dimensional displacement sensor.
This embodiment is a three-dimensional displacement sensor. As shown in FIG. 12, the structure composed of the attachment portion 56, the support rod 58, and the support plate 60 can be moved in the vertical direction and inclined in any direction according to the force applied to the attachment portion 56. ,
It is supported by the elastic body 54. In addition, the light receiving element 3
2 is composed of a large number of photodiodes which are two-dimensionally arranged in a matrix on the Si substrate 84.
【００４２】本実施例の構成において、変位のパラメー
ターとしては、たとえば、面発光レーザー１２と支持板
６０の間の距離ｚと、傾斜の方向を示す角θ1 と、その
方向における傾斜の大きさを示す角θ2 の三つがあげら
れる。こられのパラメーターすなわち距離ｚと角θ1 と
角θ2 は、演算装置７６において、入力される受光素子
３２の出力すなわち受光素子３２を構成している多数の
フォトダイオードの出力に基づき、論理的または実験的
に得られる図３に相当する校正曲線を用いて計算により
求められる。In the configuration of this embodiment, the displacement parameters include, for example, the distance z between the surface emitting laser 12 and the support plate 60, the angle θ 1 indicating the direction of inclination, and the magnitude of the inclination in that direction. There are three angles θ 2 that indicate. These parameters, that is, the distance z, the angle θ 1, and the angle θ 2 are logically calculated based on the output of the light receiving element 32, that is, the output of a large number of photodiodes forming the light receiving element 32, in the arithmetic unit 76. Alternatively, it can be calculated by using an experimentally obtained calibration curve corresponding to FIG.
【００４３】本発明の第六実施例の変位センサーについ
て図１３を参照して説明する。本実施例は第三実施例に
類似しており、図１３には、第三実施例で説明した部材
と同等の部材は同じ符号で示してある。ここでは、第三
実施例において説明済みの部材の詳細は省略し、第三実
施例との相違箇所に重点をおいて説明する。A displacement sensor according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is similar to the third embodiment, and in FIG. 13, the same members as those described in the third embodiment are designated by the same reference numerals. Here, details of the members already described in the third embodiment will be omitted, and the description will focus on the points different from the third embodiment.
【００４４】図１３から分かるように、本実施例は、た
だ演算装置７６をＳｉ基板８４に設けた点において第三
実施例と相違している。他の構成は第三実施例と同じで
ある。As can be seen from FIG. 13, this embodiment is different from the third embodiment only in that the arithmetic unit 76 is provided on the Si substrate 84. The other structure is the same as that of the third embodiment.
【００４５】このように演算装置７６をＳｉ基板８４に
設けるという構成は、第四実施例や第五実施例に適用す
る場合に特に有益となる。第四実施例や第五実施例で
は、受光素子３２の構成要素として複数のフォトダイオ
ードを有しており、これら複数のフォトダイオードの出
力に基づいて演算を行なうため、演算装置７６は複雑な
構成で配線や部品点数も膨大なものになる。このため、
その実装工程が複雑になるうえ、消費電力も大きくな
る。しかし、本実施例のように演算装置７６をＳｉ基板
８４に形成することにより、実装工程を大幅に簡略化で
きると共に消費電力も低減できる。The configuration in which the arithmetic unit 76 is provided on the Si substrate 84 in this manner is particularly useful when applied to the fourth and fifth embodiments. In the fourth and fifth embodiments, the light receiving element 32 has a plurality of photodiodes as constituent elements, and performs arithmetic operations based on the outputs of the plurality of photodiodes. Therefore, the arithmetic unit 76 has a complicated configuration. Therefore, the wiring and the number of parts become enormous. For this reason,
The mounting process becomes complicated and power consumption also increases. However, by forming the arithmetic unit 76 on the Si substrate 84 as in the present embodiment, the mounting process can be greatly simplified and the power consumption can be reduced.
【００４６】本発明の第七実施例の変位センサーについ
て図１４を参照して説明する。本実施例は第六実施例に
類似しており、図１４において第六実施例で触れた部材
と同等の部材は同じ符号で示してある。A displacement sensor of the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is similar to the sixth embodiment, and in FIG. 14, the same members as those mentioned in the sixth embodiment are designated by the same reference numerals.
【００４７】第六実施例では、Ｓｉ基板８４に形成した
斜面８６に接着により面発光レーザー１２を固定してい
る。この位置合わせには高い精度が要求される。このた
め高い歩留まりで装置を製造することが難しく、生産性
の面で好ましくない。In the sixth embodiment, the surface emitting laser 12 is fixed to the slope 86 formed on the Si substrate 84 by adhesion. High precision is required for this alignment. Therefore, it is difficult to manufacture the device with a high yield, which is not preferable in terms of productivity.
【００４８】本実施例は、この点の改善を考慮したもの
で、化合物半導体基板８５の斜面８６の上に半導体プロ
セスにより面発光レーザー１２を形成したものである。
他の構成は第六実施例と同じである。This embodiment takes this point into consideration, and the surface emitting laser 12 is formed on the inclined surface 86 of the compound semiconductor substrate 85 by a semiconductor process.
The other structure is the same as that of the sixth embodiment.
【００４９】以下、面発光レーザー１２の製造工程につ
いて図１５を参照して説明する。（１）に示すように受
光素子３２と演算回路７６と斜面８６が形成済みのＧａ
Ａｓ基板８５を用意する。（２）に示すようにＧａＡｓ
基板８５の上面に、受光素子３２や演算回路７６を保護
するため、ＳｉＯ2 膜９０をスパッタ法などにより全面
に積層し、フォトリソグラフィによりパターニングを行
ない、面発光レーザーを形成する領域に開口部９２を形
成する。この開口部９２に、（３）に示すように、ＭＯ
ＣＶＤなどによりｎ型バッファ層１６、ｎ型ミラー層１
８、ｎ型クラッド層２０、活性層２２、ｐ型クラッド層
２４、ｐ型ミラー層２６を順次積層する。この積層構造
体に、（４）に示すように、面発光レーザーの形成領域
を除いた部分を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
り除去する。このとき、ＳｉＯ2膜９０はエッチングス
トップ層として働く。残った積層構造体に対してフォト
リソグラフィによりパターニングを行なって、（５）に
示すように、ｐ型共振器部を除いてｎ型クラッド層に相
当する深さまでエッチングにより除去する。最後に
（６）に示すようにＳｉＯ2 膜９０を除去する。The manufacturing process of the surface emitting laser 12 will be described below with reference to FIG. As shown in (1), the light receiving element 32, the arithmetic circuit 76, and the Ga having the inclined surface 86 are already formed.
An As substrate 85 is prepared. As shown in (2), GaAs
In order to protect the light receiving element 32 and the arithmetic circuit 76 on the upper surface of the substrate 85, a SiO 2 film 90 is laminated on the entire surface by a sputtering method or the like, and patterning is performed by photolithography to form an opening 92 in a region where a surface emitting laser is formed. To form. In the opening 92, as shown in (3), the MO
N-type buffer layer 16 and n-type mirror layer 1 by CVD or the like
8, the n-type clad layer 20, the active layer 22, the p-type clad layer 24, and the p-type mirror layer 26 are sequentially laminated. In the laminated structure, as shown in (4), a portion other than the area where the surface emitting laser is formed is removed by reactive ion etching (RIE). At this time, the SiO 2 film 90 functions as an etching stop layer. The remaining laminated structure is patterned by photolithography, and as shown in (5), it is removed by etching to a depth corresponding to the n-type cladding layer except the p-type resonator portion. Finally, the SiO 2 film 90 is removed as shown in (6).
【００５０】本発明の第八実施例について図１６を参照
して説明する。本実施例は、第六実施例と共通する部材
を多く備えており、第六実施例で説明した部材と同等の
部材は同じ符号で示してある。An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment has many members common to the sixth embodiment, and the members equivalent to the members described in the sixth embodiment are designated by the same reference numerals.
【００５１】図１６に示すように、筐体５１は上部が開
口されており、その開口を覆うように弾性シート９４が
設けられている。弾性シート９４の下面のほぼ中央つま
り面発光レーザー１２から出射された光が照射される位
置にはミラー９６が取り付けられている。他の構成は第
六実施例と同じである。As shown in FIG. 16, the housing 51 has an upper opening, and an elastic sheet 94 is provided so as to cover the opening. A mirror 96 is attached at substantially the center of the lower surface of the elastic sheet 94, that is, at a position where the light emitted from the surface emitting laser 12 is irradiated. The other structure is the same as that of the sixth embodiment.
【００５２】本実施例は、圧力を受けた弾性シート９４
の変形量を検出する変位センサーであり、別の言い方を
すれば圧力センサーである。弾性シート９４は圧力を受
けると、その強さに応じて凹状に変形し、その中央部に
設けたミラー９６が上下方向に移動する。このため、面
発光レーザー１２からミラー９６までの距離ｚが変化
し、フォトダイオード３２への入射光の強度が変化す
る。フォトダイオード３２の出力に基づき、演算装置７
６において、たとえば論理的または実験的に得られる図
３に相当する校正曲線を用いて、ミラー９６の変位量す
なわち圧力が求められる。In this embodiment, the elastic sheet 94 under pressure is used.
It is a displacement sensor that detects the amount of deformation of the pressure sensor. In other words, it is a pressure sensor. When the elastic sheet 94 receives a pressure, the elastic sheet 94 is deformed into a concave shape according to its strength, and the mirror 96 provided at the center of the elastic sheet 94 moves vertically. Therefore, the distance z from the surface emitting laser 12 to the mirror 96 changes, and the intensity of the incident light on the photodiode 32 changes. Based on the output of the photodiode 32, the arithmetic unit 7
6, the displacement or pressure of the mirror 96 is determined using a calibration curve corresponding to FIG. 3, for example obtained logically or experimentally.
【００５３】本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々多くの変形や修正が可能であり、上に説明
した実施例はその単なる一例に過ぎない。なお、本発明
の要旨は以下のようにまとめることができる。The present invention can be modified and modified in various ways within the scope of the present invention, and the above-described embodiments are merely examples. The gist of the present invention can be summarized as follows.
【００５４】１．出射ビームの径が少なくとも特定の一
方向に対して１μｍ以上１７μｍ以下である光源と、光
源からの出射ビームの広がり内に配置された、入射光の
強度を検出する光検出器と、光検出器の出力に基づいて
光源と光検出器の相対位置の変化を検出する手段とを備
えている変位センサー。1. A light source having an emission beam diameter of 1 μm or more and 17 μm or less with respect to at least one specific direction, a photodetector disposed within the spread of the emission beam from the light source, for detecting the intensity of incident light, and a photodetector Displacement sensor having means for detecting a change in relative position between the light source and the photodetector based on the output of the displacement sensor.
【００５５】光源の出射径を１７μｍとしたことによ
り、検出器の出力変化率を０．１％／μｍ以上の高分解
能な変位センサーを実現することができる。 ２．前項１において、光源に面発光レーザーを用いた変
位センサー。By setting the emission diameter of the light source to 17 μm, it is possible to realize a high-resolution displacement sensor in which the output change rate of the detector is 0.1% / μm or more. 2. The displacement sensor as described in 1 above, which uses a surface emitting laser as a light source.
【００５６】光源の高出力化により、微小な変位でも高
分解能で、しかも光検出器から信号対雑音比（ＳＮ比）
の良好な出力信号を得ることができる変位センサーを実
現することができる。By increasing the output power of the light source, high resolution is achieved even for minute displacements, and the signal-to-noise ratio (SN ratio) from the photodetector is increased.
It is possible to realize a displacement sensor that can obtain a good output signal of
【００５７】３．前項１において、光源の出射ビーム形
状がビームの進行方向に垂直な断面に対して楕円形もし
くは長方形である変位センサー。光源の出射ビーム形状
に異方性を持たせたために、任意の方向に異なる感度を
有する変位センサーを実現することができる。3. The displacement sensor according to the above 1, wherein the shape of the beam emitted from the light source is an ellipse or a rectangle with respect to a cross section perpendicular to the beam traveling direction. Since the emitted beam shape of the light source has anisotropy, it is possible to realize a displacement sensor having different sensitivities in arbitrary directions.
【００５８】[0058]
【発明の効果】本発明によれば、極めて簡単な構成で高
分解能を有する小型の変位センサーが提供されるように
なる。According to the present invention, a small displacement sensor having a very simple structure and high resolution can be provided.
【図１】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
【図２】図１の関係において、ビームウエストｗ0 をパ
ラメーターとして距離ｚとビーム径ｗ（ｚ）の関係を示
したグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a distance z and a beam diameter w (z) using the beam waist w 0 as a parameter in the relationship of FIG.
【図３】図１の関係において、面発光レーザーＳＥＬか
ら出射した光が受光素子ＰＤに入射する割合ηを、ビー
ムウエストｗ0 をパラメーターとして距離ｚに対して計
算した結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a result of calculation of a ratio η of light emitted from the surface emitting laser SEL to the light receiving element PD with respect to the distance z with the beam waist w 0 as a parameter in the relationship of FIG. 1.
【図４】変位量に対する受光素子の出力変化率の最大値
をビームの出射直径（２ｗ0 ）に対して計算したグラフ
である。FIG. 4 is a graph in which the maximum value of the output change rate of the light receiving element with respect to the displacement amount is calculated with respect to the beam emission diameter (2w 0 ).
【図５】本発明の第一実施例の変位センサーの構成を示
した図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図６】図５に示した面発光レーザーの構造を示した図
である。6 is a diagram showing a structure of the surface emitting laser shown in FIG.
【図７】図５に示したフォトダイオードの構造を示した
図である。7 is a diagram showing a structure of the photodiode shown in FIG.
【図８】本発明の第二実施例の変位センサーの構成を示
した図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第三実施例の変位センサーの構成を示
した図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図１０】図９に示した面発光レーザーの取付工程を示
した図である。FIG. 10 is a diagram showing a mounting process of the surface emitting laser shown in FIG.
【図１１】本発明の第四実施例の変位センサーの構成を
示した図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の第五実施例の変位センサーの構成を
示した図である。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor of a fifth exemplary embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の第六実施例の変位センサーの構成を
示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図１４】本発明の第七実施例の変位センサーの構成を
示した図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図１５】図１４に示した面発光レーザーの製造工程を
示した図である。FIG. 15 is a diagram showing a manufacturing process of the surface emitting laser shown in FIG.
【図１６】本発明の第八実施例の変位センサーの構成を
示した図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor according to an eighth embodiment of the present invention.
【図１７】従来例の変位センサーの構成を示した図であ
る。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor of a conventional example.
【図１８】図１７のフォトセンサーを拡大して示した図
である。FIG. 18 is an enlarged view of the photo sensor of FIG.
【図１９】図１７の構成において、光源に半導体レーザ
ーを用いた場合に考えられる変位センサーの構成を示し
た図である。19 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor that can be considered when a semiconductor laser is used as a light source in the configuration of FIG.
【図２０】半導体レーザーの出射ビームの形状を示した
図である。FIG. 20 is a diagram showing the shape of an emitted beam of a semiconductor laser.
１２…面発光レーザー、３２…フォトダイオード。 12 ... Surface emitting laser, 32 ... Photodiode.
Claims (3)
向に対して１μｍ以上１７μｍ以下である光源と、光源
からの出射ビームの広がり内に配置された入射光の強度
を検出する光検出器と、光検出器の出力に基づいて光源
と光検出器の相対位置の変化を検出する手段とを備えた
ことを特徴とする変位センサー。1. A light source having an emission beam diameter of at least 1 μm and not more than 17 μm in at least one specific direction, and a photodetector for detecting the intensity of incident light disposed within the spread of the emission beam from the light source. A displacement sensor comprising: a light source and means for detecting a change in relative position of the photodetector based on an output of the photodetector.
を特徴とする請求項１記載の変位センサー。2. The displacement sensor according to claim 1, wherein the light source is a surface emitting laser.
直な断面に対して楕円形もしくは長方形となる形状のビ
ームを出射することを特徴とする請求項１記載の変位セ
ンサー。3. The displacement sensor according to claim 1, wherein the light source emits a beam having an elliptical or rectangular shape with respect to a cross section perpendicular to the traveling direction of the emitted beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5933994A JPH07270120A (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Displacement sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5933994A JPH07270120A (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Displacement sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270120A true JPH07270120A (en) | 1995-10-20 |
Family
ID=13110467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5933994A Withdrawn JPH07270120A (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Displacement sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07270120A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100810080B1 (en) * | 2005-08-29 | 2008-03-05 | 송태선 | Optical scanning apparatus and image display apparatus using the same |
| US20220107172A1 (en) * | 2019-12-28 | 2022-04-07 | Zhejiang University | Contactless displacement sensor employing flexible photoelectric nanofilm |
-
1994
- 1994-03-29 JP JP5933994A patent/JPH07270120A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100810080B1 (en) * | 2005-08-29 | 2008-03-05 | 송태선 | Optical scanning apparatus and image display apparatus using the same |
| US20220107172A1 (en) * | 2019-12-28 | 2022-04-07 | Zhejiang University | Contactless displacement sensor employing flexible photoelectric nanofilm |
| JP2022535863A (en) * | 2019-12-28 | 2022-08-10 | 浙江大学 | Non-contact displacement sensor based on flexible photoelectric nano-thin film |
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