(57)【要約】【課題】ダスト等の影響によって検出機能を損なうことなく、かつ、薄型で小型の光学式変位センサを実現する。【解決手段】測距対象物１７に光を投射するための発光素子１１と、投射する光の光軸Ｒ１と受光面１２ａが垂直になるように配置され、測距対象物１７で反射した反射光を受光する受光素子１２とを有する三角測距方式の光学式変位センサであって、測距対象物１７に対して投射する光束を絞るスリット１３と、測距対象物１７で反射した反射光を絞るスリット１４とを備えている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距対象物に光を投射するための発光素子と、投射する光の光軸と受光面が垂直になるように配置され、測距対象物で反射した反射光を受光する受光素子とを有する三角測距方式の光学式変位センサにおいて、
測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットと、測距対象物で反射した反射光を絞るスリットとを備えたことを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項２】
測距対象物に光を投射するための発光素子と、投射する光の光軸と受光面が垂直になるように配置され、測距対象物で反射した反射光を受光する受光素子を有する三角測距方式の光学式変位センサにおいて、
測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットと、測距対象物で反射した反射光を集光する集光素子とを備えたことを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項３】
前記集光素子がシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項２に記載の光学式変位センサ。
【請求項４】
測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットの光の出射側にフィルタが配置され、測距対象物で反射した反射光を絞るスリットの光の入射側にフィルタが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光学式変位センサ。
【請求項５】
測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットの光の射出側にフィルタが配置されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光学式変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を投射してその反射光を受光することにより測距対象物の変位量を検知する光学式変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光を投射してその反射光を受光することにより測距対象物の変位量を検知する三角測距方式の変位センサが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１の変位センサを示している。
【０００４】
この変位センサは、測距対象物１０７に対してほぼ垂直に検出光を投射させるための発光素子１０３と、発光素子１０３の前方に配置された投光用フレネルレンズ１０４と、測距対象物１０７で反射した光を集光する集光用フレネルレンズ１１３と、集光用フレネルレンズ１１３で集光した光を検出する光位置検出素子（ＰＳＤ）１１０とで構成されており、集光用フレネルレンズ１１３の光軸１１４は、投光用フレネルレンズ１０４の光軸１０６及びＰＳＤ１１０の受光面１１１と垂直な方向を向いて配置されている。
【０００５】
また、図６は、特許文献２の変位センサを示している。
【０００６】
この変位センサは、測距対象物１１７に対してほぼ垂直に検出光を投射させるための発光素子１２０と、発光素子１２０の前方に配置された集光レンズ（凸レンズ）１２１と、測距対象物１１７で反射した光を通過させるためのピンホール１２４と、ピンホール１２４を通過した光を検出する光位置検出素子（ＰＳＤ）１２２とで構成されており、ＰＤＳ１２２は、その受光面１２３が検出光の光軸Ｏと平行となるように配置されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１７４９２３号公報
【特許文献２】
特開平５−８７５２６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の変位センサは、測距対象物１０７に光を投射する際、集光用フレネルレンズ１１３を用いて発光素子１０３からの光を集光している。また、上記特許文献２の変位センサは、集光レンズ（凸レンズ）１２１を用いて発光素子１２０からの光を集光している。
【０００９】
このような集光用フレネルレンズ１１３や集光レンズ（凸レンズ）１２１などの集光素子を用いる場合、集光素子と発光素子間の距離を所定の距離に設定する必要があり、また、集光素子は所定の大きさが必要なため、変位センサ全体の寸法が大きくなるといった問題があった。
【００１０】
また、特許文献１の変位センサにおいては、測距対象物１０７で反射した反射光をＰＳＤ１１０に導く手段として、集光用フレネルレンズ１１３を用いており、これも結果として変位センサの寸法が大きくなる要因となっていた。
【００１１】
また、特許文献２の変位センサにおいては、測距対象物１１７で反射した反射光をＰＤＳ１２２に導く手段として、ピンホール１２４を用いている。ピンホール１２４によって導かれた反射光は、光を検出するためにＰＤＳ１２２の受光面１２３の上に入射しなければならないが、その光束は細いため、ＰＤＳ１２２の位置決めを厳しくするか、またはＰＤＳ１２２の受光面１２３の寸法を大きくする必要があった。また、この変位センサの使用環境によっては、ダストがピンホール１２４に付着、またはピンホール１２４からセンサ内部へ侵入する場合がある。この場合、測距対象物１１７で反射した反射光がピンホール１２４、またはセンサ内部で遮光されて、変位センサの検出機能を損なう場合があった。
【００１２】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、ダスト等の影響によって検出機能を損なうことなく、かつ、薄型で小型の光学式変位センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式変位センサは、測距対象物に光を投射するための発光素子と、投射する光の光軸と受光面が垂直になるように配置され、測距対象物で反射した反射光を受光する受光素子とを有する三角測距方式の光学式変位センサにおいて、測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットと、測距対象物で反射した反射光を絞るスリットとを備えたことを特徴としている。すなわち、本発明では投射光及び反射光ともにスリットによって光を絞る構成としている。特に、測距対象物で反射された反射光を絞るスリットは、三角測距の原理に基づいてその設置位置を設定することができる。そのため、測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットは発光素子との距離をある程度自由に選べるため、薄型の変位センサを構成することができ、また、スリット自体が微小なため、小型の変位センサを構成できる。
【００１４】
この場合、測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットの光の出射側にフィルタを配置し、測距対象物で反射した反射光を絞るスリットの光の入射側にフィルタを配置してもよい。このようにフィルタを設けることにより、スリット付近にダストが付着した場合でも、ダストを簡単に除去することができ、センサ内部へのスリットからのダストの侵入を防止することができる。そのため、ダストにより変位センサの検出機能を損なうことを防止することができる。
【００１５】
また、本発明の光学式変位センサは、測距対象物に光を投射するための発光素子と、投射する光の光軸と受光面が垂直になるように配置され、測距対象物で反射した反射光を受光する受光素子を有する三角測距方式の光学式変位センサにおいて、測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットと、測距対象物で反射した反射光を集光する集光素子とを備えており、前記集光素子がシリンドリカルレンズであることを特徴としている。すなわち、本発明ではスリットによって反射光をを絞る構成としている。測距対象物で反射された反射光を絞るスリットは、三角測距の原理に基づいてその設置位置を設定することができる。そのため、この集光素子は発光素子との距離をある程度自由に選べるため、薄型の変位センサを構成することができ、また、スリット自体が微小なため、小型の変位センサを構成できる。
【００１６】
この場合、測距対象物に対して投射する光束を絞るスリットの光の射出側にフィルタを配置してもよい。このようにフィルタを設けることにより、スリット付近にダストが付着した場合でも、ダストを簡単に除去することができ、センサ内部へのスリットからのダストの侵入を防止することができる。そのため、ダストにより変位センサの検出機能を損なうことを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
［実施形態１］
図１は、本実施形態１の光学式変位センサ（以下、単に「変位センサ」という。）の基本的な光学系の構成を示している。
【００１９】
この変位センサ１０は、所定の基線Ｓ上に、発光素子１１と受光素子１２とを備えており、測距範囲Ｌを有している。
【００２０】
発光素子１１は、本実施形態１では発光ダイオードなどの光源であり、発光素子１１から出射された光束Ｒ１は、出射部前方の光路に配設された微小な開口部からなるスリット１３により絞られ、測距対象物１７に対して投光される。
【００２１】
受光素子１２は、本実施形態１ではＰＳＤ（半導体位置検出素子）であり、測距対象物１７で拡散反射した反射光は、受光面１２ａの前方に配設された微小な開口部からなるスリット１４により絞られ、受光面１２ａに導かれる。
【００２２】
発光素子１１から出射された光Ｒ１は、スリット１３を通過して測距対象物１７に投光され、測距対象物１７で拡散反射した一部の光が、スリット１４を通過して絞られた光として受光面１２ａに入射する。
【００２３】
この入射光が受光面１２ａに入射する位置は、測距対象物１７と受光素子１２との距離によって変化する。受光面１２ａに入射する光の入射位置が基準位置から変化すると、この変化量に応じて受光素子１２の両端から取り出される信号電流Ｉ１とＩ２の出力バランスが変化する。この変化したバランスを制御部（図示省略）の信号処理回路で検出することにより、測距対象物１７と受光素子１２との距離を検出することができる。
【００２４】
発光素子１１から出射された光束Ｒ１を絞るスリット１３は、測距対象物１７に投光される光の所定のサイズに基づき、その設置する位置と開口部の間隔とを設定することができる。
【００２５】
また、測距対象物１７で拡散反射した反射光の一部を受光面１２ａに導くスリット１４は、三角測距の原理となる下記の式（１）に基づき、その設置する位置を設定することができる。
【００２６】
ｘ＝（Ａ・ｆ）／Ｌ　・・・（１）
（ｘ：受光素子１２の受光面１２ａにおける光の移動量、Ａ：発光素子１１とスリット１４の基線Ｓ方向の距離、ｆ：受光素子１２とスリット１４の基線Ｓに直交する方向の距離、Ｌ：測距可能範囲）
このように、スリット１３は、発光素子１１との距離をある程度自由に選べるため、薄型の変位センサを構成することができ、また、スリット１３自体が微小なため、小型の変位センサを構成できる。
【００２７】
また、スリット１４は、受光素子１２の長手方向（基線Ｓ方向）に直交する方向（紙面に対して垂直方向）に長い開口部を持っているため、受光面１２ａでは、受光素子１２の長手方向（基線Ｓ方向）に直交する方向（紙面に対して垂直方向）に反射光のスポットが形成される。このため、受光素子１２の位置決めは比較的容易であり、受光面１２ａの幅（スポットの移動方向と直交する紙面垂直方向の幅）も小さくできる。
【００２８】
［実施形態２］
図２は、本実施形態２の変位センサ２０の基本的な光学系の構成を示している。
【００２９】
この変位センサ２０は、所定の基線Ｓ上に、発光素子２１と受光素子２２とを備えており、測距範囲Ｌを有している。
【００３０】
発光素子２１は、本実施形態２では発光ダイオードなどの光源であり、発光素子２１から出射された光束Ｒ２は、出射部前方の光路に配設された微小な開口部からなるスリット２３により絞られ、測距対象物２７に対して投光される。
【００３１】
受光素子２２は、本実施形態２ではＰＳＤ（半導体位置検出素子）であり、測距対象物２７で拡散反射した反射光は、受光面２２ａの前方に配設された集光素子２４により絞られ、受光面２２ａに導かれる。
【００３２】
このような構成の変位センサ２０の動作は、上記実施形態１と同様であるので、ここでは動作説明を省略する。
【００３３】
測距対象物２７で拡散反射した反射光の一部を受光面２２ａに導く集光素子２４は、三角測距の原理となる上記（１）式に基づき、その設置する位置を設定することができる。
【００３４】
集光素子２４は、例えばシリンドリカルレンズのような光学素子であり、この場合、受光面２２ａの長手方向に集光機能を持つ。
【００３５】
［実施形態３］
図３は、本実施形態３の変位センサ３０の基本的な光学系の構成を示している。
【００３６】
この変位センサ３０は、所定の基線Ｓ上に、発光素子３１と受光素子３２とを備えており、測距範囲Ｌを有する。
【００３７】
発光素子３１は、本実施形態３では発光ダイオードなどの光源であり、発光素子３１から出射された光束Ｒ３は、出射部前方の光路に配設された微小な開口部からなるスリット３３により絞られ、スリット３３の光の出射側に配置されたフィルタ３５を通過して測距対象物３７に対して投光される。
【００３８】
受光素子３２は、本実施形態３ではＰＳＤ（半導体位置検出素子）であり、測距対象物３７で拡散反射した反射光は、スリット３４の光の入射側に配置されたフィルタ３６を通過して、受光面３２ａの前方に配設された微小な開口部であるスリット３４により絞られ、受光面３２ａに導かれる。
【００３９】
このような構成の変位センサ２０の動作は、上記実施形態１と同様であるので、ここでは動作説明を省略する。
【００４０】
このように、スリット３３，３４の両方にフィルタ３５，３６をそれぞれ取り付けることにより、スリット３３，３４付近にダストが付着した場合でも、所定の方法でダストを除去することができ、また、センサ内部へのスリット３３，３４からのダストの侵入を防止することができる。従って、ダストにより変位センサ３０の検出機能を損なうことを防ぐことができる。
【００４１】
［実施形態４］
図４は、本実施形態４の変位センサ４０の基本的な光学系の構成を示している。
【００４２】
この変位センサ４０は、所定の基線Ｓ上に、発光素子４１と受光素子４２とを備えており、測距範囲Ｌを有している。
【００４３】
発光素子４１は、本実施形態４では発光ダイオードなどの光源であり、発光素子４１から出射された光束Ｒ４は、出射部前方の光路に配設された微小な開口部からなるスリット４３により絞られ、スリット４３の光の出射側に配置されたフィルタ４５を通過して測距対象物４７に対して投光される。
【００４４】
受光素子４２は、本実施形態４ではＰＳＤ（半導体位置検出素子）であり、測距対象物４７で拡散反射した反射光は、受光面４２ａの前方に配設された集光素子４４により絞られ、受光面４２ａに導かれる。
【００４５】
このような構成の変位センサ２０の動作は、上記実施形態１と同様であるので、ここでは動作説明を省略する。
【００４６】
測距対象物４７で拡散反射した反射光の一部を受光面４２ａに導く集光素子４４は、三角測距の原理となる上記（１）式に基づき、その設置する位置を設定することができる。
【００４７】
集光素子４４は、例えばシリンドリカルレンズのような光学素子であり、この場合、受光面４２ａの長手方向に集光機能を持つ。
【００４８】
このように、スリット４３にフィルタ４５を取り付けることにより、スリット４３付近にダストが付着した場合でも、所定の方法でダストを除去することができ、また、センサ内部へのスリット４３からのダストの侵入を防止することができる。従って、ダストにより変位センサ４０の検出機能を損なうことを防ぐことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学式変位センサによれば、薄型で小型の変位センサが実現でき、機器に設置するときの設置エリアの縮小が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学式変位センサの実施形態１の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の光学式変位センサの実施形態２の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の光学式変位センサの実施形態３の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の光学式変位センサの実施形態４の構成を示す模式図である。
【図５】従来の変位センサの一構成例を示す模式図である。
【図６】従来の変位センサの他の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０　変位センサ（光学式変位センサ）
１１，２１，３１　発光素子
１２，２２，３２　受光素子（ＰＳＤ）
１３，２３，３３，４３，１４，３４　スリット
２４，４４　集光素子（シリンドリカルレンズ）
１７，２７，３７，４７　測距対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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