JPH09257470A - 光学変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物からの一部反射光によって測定誤差
を生じることなく、変位を高精度で測定することができ
る光学変位センサを提供する。 【解決手段】 被測定物の表面に光ビームを照射して投
光スポットを形成する投光手段１と、投光スポットから
の反射光を受光レンズ２１で収束して受光素子２２の受
光位置に対応して信号を出力する受光手段２と、被測定
物からの反射光の一部反射光が反射する反射面３１を有
して光ビームが投光軸１ａを交差して透光する透光板３
と、を備え、被測定物の光ビーム照射方向の変位を、光
ビームの投光軸１ａと反射光の受光軸２ａとで形成され
る投受光平面１２ａの三角形を測量する三角測量法でも
って測定する光学変位センサにおいて、前記透光板３の
前記反射面３１が前記投受光平面１２ａに対して傾斜し
て設けられた構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の光ビー
ム照射方向の変位を、光ビームの投光軸と反射光の受光
軸とで形成される投受光平面の三角形を測量する三角測
量法でもって測定する光学変位センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光学変位センサとして、
図６及び図７に示す構成のものが存在する。このもの
は、被測定物の表面に光ビームを照射して投光スポット
を形成する投光手段Ａと、投光スポットからの反射光を
受光レンズＢ１で収束して受光素子Ｂ２の受光位置Ｂ３
に対応して信号を出力する受光手段Ｂと、被測定物から
の反射光の一部反射光Ｃ１が反射する反射面Ｃ２を有し
て光ビームが投光軸Ａ１を交差して透光する透光板Ｃ
と、を備えている。

【０００３】さらに詳しくは、投光手段Ａは半導体レー
ザ等の光源部Ａ２と投光レンズＡ３とで形成されてい
る。被測定物の基準面が変位したとき、基準面から変位
面までの距離を光ビームの投光軸Ａ１と反射光の受光軸
Ｂ４とで形成される投受光平面Ｄの三角形を測定する三
角測量法でもって測定することができる。

【０００４】すなわち、受光レンズＢ１の中心から投光
軸Ａ１におろした垂線の長さ、投光軸Ａ１と受光軸Ｂ４
とで形成される受光角、及び受光レンズＢ１と受光素子
Ｂ２との距離をそれぞれ一定値に設定すると、基準面で
の反射光の受光位置Ｂ３から変位面での受光位置までの
距離を実測することでもって、基準面から変位面までの
距離つまり変位量を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の光学変
位センサでは、被測定物からの反射光を受光することに
よって、基準面からの被測定物の変位を測定できる。

【０００６】しかしながら、被測定物からの反射光の一
部である一部反射光が、投光軸Ａ１と交差した透光板Ｃ
に反射し再度被測定物に入射して、光ビームの反射光と
一部反射光との複数の光が被測定物の表面に存在する。

【０００７】これら複数の光が、図7に示すように、受
光レンズＢ１で収束され受光素子Ｂ２の受光面に結像す
ると、受光素子は、測定に必要な反射光の結像位置Ｂ３
と一部反射光の結像位置Ｂ５とが合成された位置に対応
した電流を出力する。これが、測定誤差の原因となって
いる。ここで、透光板の表面をコーティングすると透光
板は一部反射光の反射を減らすことができるが、ゼロに
できないため、一部反射光に起因する測定誤差が不可避
である。

【０００８】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、被測定物からの一部反射
光によって測定誤差を生じることなく、変位を高精度で
測定することができる光学変位センサを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載のものは、被測定物の表面に光ビ
ームを照射して投光スポットを形成する投光手段と、投
光スポットからの反射光を受光レンズで収束して受光素
子の受光位置に対応して信号を出力する受光手段と、被
測定物からの反射光の一部反射光が反射する反射面を有
して光ビームが投光軸を交差して透光する透光板と、を
備え、被測定物の光ビーム照射方向の変位を、光ビーム
の投光軸と反射光の受光軸とで形成される投受光平面の
三角形を測量する三角測量法でもって測定する光学変位
センサにおいて、前記透光板の前記反射面が前記投受光
平面に対して傾斜して設けられた構成にしてある。

【００１０】請求項２記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記透光板は、前記反射面から反射した前
記一部反射光が、前記受光レンズによって前記被測定物
の表面に結像した前記受光素子像の範囲外に入射するよ
う、前記反射面が傾斜して設けられた構成にしてある。

【００１１】請求項３記載のものは、被測定物の表面に
光ビームを照射して投光スポットを形成する投光手段
と、投光スポットからの反射光を受光レンズで収束して
受光素子の受光位置に対応して信号を出力する受光手段
と、被測定物からの反射光の一部反射光が反射する反射
面を有して光ビームが投光軸を交差して透光する透光板
と、を備え、被測定物の光ビーム照射方向の変位を、光
ビームの投光軸と反射光の受光軸とで形成される投受光
平面の三角形を測量する三角測量法でもって測定する光
学変位センサにおいて、前記透光板は、前記反射面から
反射した前記一部反射光が、前記受光レンズによって前
記被測定物の表面に結像した前記受光素子像の範囲外に
入射するよう、前記反射面が前記投光軸に対して傾斜し
て設けられた構成にしてある。

【００１２】請求項４記載のものは、請求項３記載のも
のにおいて、前記透光板は、前記反射面が前記投光軸と
なす角度のうち、前記投光軸に対して前記受光レンズ側
と反対側の角度が鈍角である構成にしてある。

【００１３】請求項５記載のものは、被測定物の表面に
光ビームを照射して投光スポットを形成する投光手段
と、投光スポットからの反射光を受光レンズで収束して
受光素子の受光位置に対応して信号を出力する受光手段
と、被測定物からの反射光の一部反射光が反射する反射
面を有して光ビームが投光軸を交差して透光する透光板
と、を備え、被測定物の光ビーム照射方向の変位を、光
ビームの投光軸と反射光の受光軸とで形成される投受光
平面の三角形を測量する三角測量法でもって測定する光
学変位センサにおいて、前記透光板の前記反射面が、前
記受光レンズによって前記被測定物の表面に結像した前
記受光素子像の範囲外に入射するよう、前記投受光平面
及び前記投光軸に対して傾斜して設けられた構成にして
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１乃至
図４に基づいて以下に説明する。

【００１５】１は投光手段で、半導体レーザ又は発光ダ
イオードからなる光源部１１と透明樹脂からなる投光レ
ンズ１２とを設けて、光源部１１から発光した光線が投
光レンズ１２でもって平行光線束となって、被測定物の
表面に光ビームを照射して投光スポットを形成する。

【００１６】２は受光手段で、透明樹脂からなる受光レ
ンズ２１と位置検出素子からなる受光素子２２とを設け
て、投光スポットからの反射光を受光レンズ２１でもっ
て収束し受光素子２２の受光面に結像して、受光素子２
２が結像位置２２ａに、すなわち受光位置に、対応して
両端に２種類の電流信号を出力する。また、光ビームの
投光軸１ａと反射光の受光軸２ａとが投受光平面１２ａ
を形成するよう配置されて、受光素子２２の受光面が投
受光平面１２ａに対して直交するよう設けられている。

【００１７】受光素子２２は、２種類の電流を光ビーム
の反射光を受光して出力する。両電流出力の差は受光素
子２２の受光面上での結像位置に対応しており、また、
両電流出力の和は受光する総受光量に対応しこの場合一
定である。したがって、両電流出力の差を両電流出力の
和で除した除算値が、結像位置に対応した値となる。

【００１８】３は透光板で、光を透光するガラス又は透
明樹脂により、被測定物の表面に光ビームが照射されて
反射した反射光のうちの一部反射光２３が、反射する反
射面３１３１を有して、投光軸１ａと交差して開口部を
封止するよう設けられ、防塵及び防水機能を有し、光ビ
ームが透光する。

【００１９】反射面３１が、光ビームの投光軸１ａと反
射光の受光軸２ａとで形成される投受光平面１２ａに対
して傾斜して設けられて、かつ、反射面３１から反射し
た一部反射光２３は、受光素子２２が受光レンズ２１に
よって収束して被測定物の表面に結像した受光素子像の
範囲２４に入射しないよう、つまり、この範囲２４外に
入射するよう、傾斜して設けられている。

【００２０】ここで、一部反射光２３が透光板３でもっ
て反射して被測定物によって再度反射する。しかしなが
ら、一部反射光２３が被測定物の表面に結像した受光素
子像の範囲２４外に入射するよう、透光板３の反射面３
１が投受光平面１２ａに対して傾斜して設けられている
ので、その再度反射した一部反射光２３が受光素子２２
の受光面に結像することがない。また、反射面３１が投
受光平面１２ａに対して傾斜しているので、再度反射し
た一部反射光２３の光軸が投受光平面１２ａから外れる
ことになる。

【００２１】このものの動作を説明する。光ビームの照
射方向において被測定物の基準面が変位すると、受光素
子２２の受光面に結像した被測定物の結像位置が移動す
る。この被測定物の結像位置の移動量を、受光素子２２
の出力に基づいて距離演算手段（図示せず）でもって演
算して求めると、先述した三角測量法の原理でもって、
光ビームの照射方向における被測定物の基準面からその
基準面と変位した変位面までの距離を測定することがで
きる。

【００２２】かかる第１実施形態の光学変位センサにあ
っては、上記したように、反射面３１から反射した一部
反射光２３が、受光レンズ２１によって被測定物の表面
に結像した受光素子像の範囲２４に入射しないよう、つ
まりその範囲２４外に入射するよう、透光板３の反射面
３１が投受光平面１２ａに対して傾斜して設けられたか
ら、一部反射光２３が受光素子２２の受光面に結像せ
ず、測定誤差を小さくして変位を高精度で測定すること
ができる。

【００２３】なお、第１実施形態では、一部反射光２３
が、被測定物の表面に結像した受光素子像の範囲２４外
に入射するよう反射面３１を投受光平面１２ａに対して
傾斜して設けたが、受光素子像の範囲２４内に入射して
もよい。

【００２４】この場合、図４に示すように、一部反射光
２３が受光素子２２の受光面に結像位置２２ｂにて結像
する。しかしながら、反射面３１が投受光平面１２ａに
対して傾斜しているので、被測定物によって再度反射し
た一部反射光２３の光軸が投受光平面１２ａから外れる
ことになって、結像位置２２ｂは、受光面の位置を検出
する検出方向に対して直交方向に位置することになる。
従って、受光素子２２が受光位置２２ａに対応した信号
を少ない誤差で出力して、測定誤差を小さくして変位を
測定することができる。

【００２５】本発明の第２実施形態を図５に基づいて以
下に説明する。なお、第２実施形態では第１実施形態と
異なる機能について述べることとし、第１実施形態と実
質的に同一機能を有する部材については、同一符号を付
して説明を省略する。

【００２６】透光板３は、反射面３１が投光軸１ａとな
す角度のうち、投光軸１ａに対して受光レンズ２１側と
反対側の角度が鈍角であって、反射面３１から反射した
一部反射光２３が、受光素子２２が受光レンズ２１によ
って被測定物の表面に結像した受光素子像の範囲２４外
に入射するよう、光ビームの投光軸１ａに対して傾斜し
て設けられている。

【００２７】ここで、一部反射光２３が透光板３でもっ
て反射して被測定物によって再度反射する。しかしなが
ら、一部反射光２３が被測定物の表面に結像した受光素
子像の範囲２４外に入射するよう、透光板３の反射面３
１が投光軸１ａに対して傾斜して設けられているので、
その再度反射した一部反射光２３が受光素子２２の受光
面に結像することがない。

【００２８】また、投光軸１ａに対して受光レンズ２１
側と反対側の角度が鈍角であるので、一部反射光２３が
投光軸１ａに対して受光レンズ２１から離れて位置する
被測定物の表面に入射して、一部反射光２３だけでな
く、一部反射光２３の被測定物への入射に起因する散乱
光が受光レンズ２１に入射する確率が減少する。

【００２９】かかる第２実施形態光学変位センサにあっ
ては、上記したように、反射面３１から反射した一部反
射光２３が、受光レンズ２１によって被測定物の表面に
結像した受光素子像に入射しないよう、つまりその範囲
２４外に入射するよう、透光板３の反射面３１が投光軸
１ａに対して傾斜して設けられたから、一部反射光２３
が受光素子２２の受光面に結像せず、測定誤差を小さく
して変位を高精度で測定することができる。

【００３０】また、反射面３１が投光軸１ａとなす角度
のうち、投光軸１ａに対して受光レンズ２１側と反対側
の透光板３の角度が鈍角であるから、一部反射光２３が
投光軸１ａに対して受光レンズ２１から離れて位置する
被測定物の表面に入射して、一部反射光２３だけでなく
一部反射光２３の入射に起因する散乱光が受光素子２２
の受光面に結像する確率が減少して、測定誤差をさらに
小さくすることができる。

【００３１】なお、第２実施形態では、反射面３１が投
光軸１ａとなす角度のうち、投光軸１ａに対して受光レ
ンズ２１側と反対側の角度が鈍角であって、一部反射光
２３が被測定物の表面に結像した受光素子像の範囲２４
外に入射するよう、透光板３を光ビームの投光軸１ａに
対して傾斜して設けたが、一部反射光２３の被測定物の
表面への入射に起因する散乱光が少ないときは、投光軸
１ａに対して受光レンズ２１側と反対側の角度が鈍角で
なくてもよい。

【００３２】また、第２実施形態では、反射面３１が投
光軸１ａとなす角度のうち、投光軸１ａに対して受光レ
ンズ２１側と反対側の角度が鈍角であって、一部反射光
２３が被測定物の表面に結像した受光素子像の範囲２４
外に入射するよう、透光板３を光ビームの投光軸１ａに
対して傾斜して設けたが、この状態でさらに、透光板３
の反射面３１が投受光平面１２ａに対して傾斜してもよ
く、限定されない。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載のものは、透光板の反射面
が投受光平面に対して傾斜して設けられたから、被測定
物によって再度反射した一部反射光の光軸が投受光平面
から外れることになって、たとえ受光素子の受光面に一
部反射光が結像しても、受光面における結像位置を検出
する検出方向に対して直交方向に結像して、受光素子が
受光位置に対応した信号を少ない誤差で出力して、測定
誤差を小さくして変位を高精度で測定することができ
る。

【００３４】請求項２記載のものは、請求項１記載のも
のの効果に加えて、反射面から反射した一部反射光が、
受光レンズによって被測定物の表面に結像した受光素子
像の範囲に入射しないよう、つまりその範囲外に入射す
るよう、透光板の反射面が傾斜して設けられたから、一
部反射光が受光素子の受光面に結像せず、さらに測定誤
差を小さくすることができる。

【００３５】請求項３記載のものは、反射面から反射し
た一部反射光が、受光レンズによって被測定物の表面に
結像した受光素子像に入射しないよう、つまりその範囲
外に入射するよう、透光板の反射面が投光軸に対して傾
斜して設けられたから、一部反射光が受光素子の受光面
に結像せず、測定誤差を小さくして変位を高精度で測定
することができる。

【００３６】請求項４記載のものは、請求項３記載のも
のの効果に加えて、反射面が投光軸となす角度のうち、
投光軸に対して受光レンズ側と反対側の透光板の角度が
鈍角であるから、一部反射光が投光軸に対して受光レン
ズから離れて位置する被測定物の表面に入射して、一部
反射光だけでなく一部反射光の入射に起因する散乱光が
受光素子の受光面に結像する確率が減少して、測定誤差
をさらに小さくすることができる。

【００３７】請求項５記載のものは、透光板の反射面
が、受光レンズによって被測定物の表面に結像した受光
素子像の範囲外に入射するよう、投受光平面及び投光軸
に対して傾斜して設けられたから、一部反射光が受光素
子の受光面に結像せず、測定誤差を小さくして変位を高
精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す投受光平面１２ａ
に対して直交方向から視た正面図である。

【図２】同上の投受光平面１２ａに対して平行方向から
視た下面図である。

【図３】同上の投受光平面１２ａに対して平行方向から
視た一部反射光２３の結像状態を表す下面図である。

【図４】同上の受光素子２２の受光面における結像状態
を表す結像状態図である。

【図５】本発明の第２実施形態を示す投受光平面１２ａ
に対して直交方向から視た正面図である。

【図６】従来例を示す投受光平面１２ａに対して直交方
向から視た正面図である。

【図７】同上の受光素子２２の受光面における結像位置
と結像光の光強度との対応図である。

【符号の説明】

１ 投光手段 １ａ 投光軸 １２ａ 投受光平面 ２ 受光手段 ２ａ 受光軸 ２１ 受光レンズ ２２ 受光素子 ２３ 一部反射光 ２４ 範囲 ３ 透光板 ３１ 反射面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面に光ビームを照射して投
   光スポットを形成する投光手段と、投光スポットからの
   反射光を受光レンズで収束して受光素子の受光位置に対
   応して信号を出力する受光手段と、被測定物からの反射
   光の一部反射光が反射する反射面を有して光ビームが投
   光軸を交差して透光する透光板と、を備え、被測定物の
   光ビーム照射方向の変位を、光ビームの投光軸と反射光
   の受光軸とで形成される投受光平面の三角形を測量する
   三角測量法でもって測定する光学変位センサにおいて、 前記透光板の前記反射面が前記投受光平面に対して傾斜
   して設けられたことを特徴とする光学変位センサ。
2. 【請求項２】 前記透光板は、前記反射面から反射した
   前記一部反射光が、前記受光レンズによって前記被測定
   物の表面に結像した前記受光素子像の範囲外に入射する
   よう、前記反射面が傾斜して設けられたことを特徴とす
   る請求項１記載の光学変位センサ。
3. 【請求項３】 被測定物の表面に光ビームを照射して投
   光スポットを形成する投光手段と、投光スポットからの
   反射光を受光レンズで収束して受光素子の受光位置に対
   応して信号を出力する受光手段と、被測定物からの反射
   光の一部反射光が反射する反射面を有して光ビームが投
   光軸を交差して透光する透光板と、を備え、被測定物の
   光ビーム照射方向の変位を、光ビームの投光軸と反射光
   の受光軸とで形成される投受光平面の三角形を測量する
   三角測量法でもって測定する光学変位センサにおいて、 前記透光板は、前記反射面から反射した前記一部反射光
   が、前記受光レンズによって前記被測定物の表面に結像
   した前記受光素子像の範囲外に入射するよう、前記反射
   面が前記投光軸に対して傾斜して設けられたことを特徴
   とする光学変位センサ。
4. 【請求項４】 前記透光板は、前記反射面が前記投光軸
   となす角度のうち、前記投光軸に対して前記受光レンズ
   側と反対側の角度が鈍角であることを特徴とする請求項
   ３記載の光学変位センサ。
5. 【請求項５】 被測定物の表面に光ビームを照射して
   投光スポットを形成する投光手段と、投光スポットから
   の反射光を受光レンズで収束して受光素子の受光位置に
   対応して信号を出力する受光手段と、被測定物からの反
   射光の一部反射光が反射する反射面を有して光ビームが
   投光軸を交差して透光する透光板と、を備え、被測定物
   の光ビーム照射方向の変位を、光ビームの投光軸と反射
   光の受光軸とで形成される投受光平面の三角形を測量す
   る三角測量法でもって測定する光学変位センサにおい
   て、 前記透光板の前記反射面が、前記受光レンズによって前
   記被測定物の表面に結像した前記受光素子像の範囲外に
   入射するよう、前記投受光平面及び前記投光軸に対して
   傾斜して設けられたことを特徴とする光学変位センサ。