(57)【要約】【課題】  受光面に複数の画素を有する受光手段を用いる場合に、簡単な構成で、測定対象物の表面状態にかかわらず、受光面の集光ムラを十分に抑制できる光学センサを提供する。【解決手段】  受光レンズ２と受光手段１間に設けられた拡散シート７により、受光レンズ２からの光を拡散させて受光手段１の受光面１ａに受光させるので、受光面１ａの光分布を均一化して集光ムラを小さくするから、簡単な構成で、測定対象物Ｍの表面状態にかかわらず、受光面１ａの集光ムラを十分に抑制できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光レンズと複数の画素からなる受光面をもつ受光手段とを有し、測定対象物からの反射光を受光レンズにより受光手段の受光面に受光させて、測定対象物の変位または有無を測定する光学センサであって、
受光レンズと受光手段間に設けられ、受光レンズからの光を拡散させて受光手段の受光面に受光させる拡散シートを備えている光学センサ。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記拡散シートを前記受光レンズと受光手段間で光軸方向の任意位置に配置させる拡散シート位置調整手段を備えている光学センサ。
【請求項３】
受光レンズと複数の画素からなる受光面をもつ受光手段とを有し、測定対象物からの反射光を受光レンズにより受光手段の受光面に受光させて、測定対象物の変位または有無を測定する光学センサであって、
受光レンズと受光手段間に設けられ、一方の面に受光レンズからの光を拡散させて受光手段の受光面に受光させるすりガラスが形成され、他方の面にフィルタコーティングが形成されたデュアルガラスを備えている光学センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の変位または有無を測定する光学センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、受光レンズと、複数の画素からなる受光面をもつＣＣＤイメージセンサのような受光手段とを有し、投光ビームで照射された測定対象物の反射光を受光レンズにより受光手段の受光面上に受光させて、三角測距方式で測定対象物の変位を測定する光学式変位センサが知られている。
【０００３】
このように、受光手段が複数の画素を有する場合に、図４に示すように、測定対象物からの反射光が受光されると、測定対象物の表面状態によっては、受光手段の受光面に集光ムラ（斑点模様）が生じる。この集光ムラが生じると測定対象物に対して精度の高い検出、判別が困難となるので、従来装置として、ＣＣＤイメージセンサの受光面を測定対象物の変位方向に沿って複数の画素を配列させ各画素に特定の幅を持たせたうえで、光強度のばらつきを平均化する特定の演算を行ない、集光ムラの影響を除去しようとするものが知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−３３２３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来装置では特定の演算が必要とされるため構成が複雑となり、また、測定対象物によっては、その表面状態により集光ムラが依然として十分に抑制できず、精度の高い検出、判別が困難となる場合があった。測定対象物の有無を測定する距離設定型の光電センサにおいても同様の問題があった。
【０００５】
本発明は、前記の問題点を解決して、受光面に複数の画素を有する受光手段を用いる場合に、簡単な構成で、測定対象物の表面状態にかかわらず、受光面の集光ムラを十分に抑制できる光学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】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の一構成にかかる光学センサは、受光レンズと複数の画素からなる受光面をもつ受光手段とを有し、測定対象物からの反射光を受光レンズにより受光手段の受光面上に受光させて、測定対象物の変位または有無を測定するものであって、受光レンズと受光手段間に設けられ、受光レンズからの光を拡散させて受光手段の受光面上に受光させる拡散シートを備えている。
【０００７】
この構成によれば、受光レンズと受光手段間に設けられた拡散シートにより、受光レンズからの光を拡散させて受光手段の受光面に受光させるので、受光面の光分布を均一化して集光ムラを小さくするから、簡単な構成で、測定対象物の表面状態にかかわらず、受光面の集光ムラを十分に抑制できる。
【０００８】
好ましくは、前記拡散シートを前記受光レンズと受光手段間で光軸方向の任意位置に配置させる拡散シート位置調整手段を備えている。この場合、測定対象物の表面状態などに応じて、拡散シートの位置を調整することにより、最適な受光量を得ることができる。
【０００９】
本発明の他の構成にかかる光学センサは、受光レンズと複数の画素からなる受光面をもつ受光手段とを有し、測定対象物からの反射光を受光レンズにより受光手段の受光面に受光させて、測定対象物の変位または有無を測定するものであって、受光レンズと受光手段間に設けられ、一方の面に受光レンズからの光を拡散させて受光手段の受光面に受光させるすりガラスが形成され、他方の面にフィルタコーティングが形成されたデュアルガラスを備えている。
【００１０】
この構成によれば、受光レンズと受光手段間に設けられたデュアルガラスの一方面のすりガラスにより、レンズからの光を拡散して受光手段の受光面に受光させ、受光面の光分布を均一化して集光ムラを小さくするので、測定対象物の表面状態にかかわらず、受光面の集光ムラを十分に抑制できるとともに、他方の面のフィルタコーティングにより任意の波長の光のフィルタリングが可能となるので、外乱光などに影響されないようにできる。また、すりガラスと光学フィルタを一体化したデュアルガラスを用いているので、本センサの小型化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式変位センサを示す構成図である。本センサは、投光レンズ３と、図示しない投光素子と、受光レンズ２と、複数の画素からなる受光面をもつ受光手段（イメージセンサ）１とを有し、各部はホルダ６内に収納されている。本センサは、投光素子からの投光ビームを測定対象物Ｍに投光レンズ３を介して照射し、測定対象物Ｍからの反射光を受光レンズ２により受光手段１の受光面１ａに受光させて、測定対象物Ｍの変位、例えば高さ形状を測定するものである。
【００１２】
本センサの受光手段（イメージセンサ）１は、例えば、基板４上に搭載され、イメージセンサシールド５で表面がシールドされている、１次元配列されたリニアイメージセンサである。また、投光素子は例えばレーザーダイオード（ＬＤ）である。
【００１３】
本センサは、受光レンズ２とイメージセンサ１間に設けられ、受光レンズ２からの光を拡散させてイメージセンサ１の受光面１ａに受光させる拡散シート７を備えている。拡散シート７は例えば樹脂製で、微細な網点（凹凸）状の表面を有しており、受光レンズ２からの光を散乱させた状態で受光面１ａに受光させる。このように、拡散シート７により光を散乱状態にすることにより受光面１ａの光分布が均一化されるので、図２に示すように、受光面１ａの集光ムラが十分に小さくなる。
【００１４】
この例では、図１の拡散シート７を、受光レンズ２とイメージセンサシールド５間に設けているが、イメージセンサシールド５とイメージセンサ１間に設けるようにしてもよい。
【００１５】
また、本センサは、拡散シート７を前記受光レンズ２と受光手段（イメージセンサ）１間で光軸方向の任意位置に配置させる拡散シート位置調整手段８を備えている。拡散シート７の位置調整により、受光量が物理的に制御される。この位置調整は、測定対象物Ｍの表面状態や本センサの設置状況などに応じて、主として本センサの設置時に行なわれる。この例では、拡散シート位置調整手段８は拡散シート７とイメージセンサシールド５間に設けた所定の厚みをもつスペーサからなる。このスペーサをイメージセンサシールド５と受光面１ａ間に設けるようにしてもよい。また、拡散シート７自体の厚みを変化させることにより、拡散シート７の位置を調整するようにしてもよい。
【００１６】
このように、本発明では、受光レンズ２とイメージセンサ１間に設けられた拡散シート７により、受光レンズ２からの光を拡散させてイメージセンサ１の受光面１ａに受光させるので、受光面１ａの光分布が均一化して集光ムラを小さくするから、簡単な構成で、測定対象物Ｍの表面状態にかかわらず、受光面１ａの集光ムラを十分に抑制できる。これにより、精度の高い検出、判別が可能な光学式変位センサが得られる。従来、投光側で拡散させることは、例えば液晶の面光源装置で発光側に拡散体を設けて、散乱光を出射させるなどのように知られているものの、集光ムラを十分に抑制するために、受光側で光を拡散させることは全く知られていないものである。
【００１７】
また、拡散シート位置調整手段８により、拡散シート７が任意位置に配置されるので、測定対象物Ｍの表面状態などに応じて、拡散シート７の位置を調整することにより、最適な受光量を得ることができる。
【００１８】
つぎに、第２実施形態について説明する。
図３は第２実施形態にかかる光学式変位センサの構成を示す。第２実施形態では、第１実施形態の拡散シート７に代えて、デュアルガラス１７を設けている。このデュアルガラス１７は、一方の面に受光レンズ２からの光を拡散させて受光手段１の受光面１ａに受光させるすりガラス１４が形成され、他方の面にフィルタコーティング１５が形成されている。すりガラス１４は、第１実施形態の拡散シート７と同様に光を散乱状態にすることにより受光面１ａの光分布を均一化するものである。フィルタコーティング１５は例えば任意の波長の光のみを通す帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）である。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００１９】
第２実施形態では、受光レンズ２とイメージセンサ１間に設けられたデュアルガラス１７の一方の面のすりガラス１４により、受光レンズ２からの光を拡散させてイメージセンサ１の受光面１ａに受光させ、受光面１ａの光分布を均一化して集光ムラを小さくするので、測定対象物Ｍの表面状態にかかわらず、受光面１の集光ムラを十分に抑制できるとともに、他方の面のフィルタコーティング１５により任意の波長の光だけを通すなどフィルタリングも可能となるので、外乱光などに影響されないようにできる。これにより、精度の高い検出、判別が可能な光学式変位センサが得られる。しかも、すりガラスと光学フィルタを一体化したデュアルガラス１７を用いているので、本センサの小型化も図られる。
【００２０】
なお、各実施形態では、受光手段１に１次元配列されたリニアイメージセンサを用いているが、２次元配列のＣＣＤイメージセンサを用いてもよい。
【００２１】
なお、各実施形態では、拡散シートまたはデュアルガラスを光学式変位センサに用いているが、測定対象物の有無を測定する距離設定型の光電センサに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学式変位センサを示す分解斜視図である。
【図２】図１の光学式変位センサの一部を示す側面図である。
【図３】第２実施形態に係る光学式変位センサを示す側面図である。
【図４】従来の光学式変位センサを示す側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１：受光手段（イメージセンサ）
１ａ：受光面
２：受光レンズ
７：拡散シート
８：拡散シート位置調整手段
１４：すりガラス
１５：フィルタコーティング
１７：デュアルガラス
Ｍ：測定対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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