【手続補正書】
【提出日】平成15年12月17日(2003.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】光学式距離センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】発光素子からの光線を物体に照射し、該物体からの反射光を光検出素子にて検出し、三角測量法に基づいてある基準点から上記物体までの距離あるいは上記物体の位置あるいは上記物体の移動量を測定する光学式距離センサにおいて、
基準点に設けた光線を発する発光素子と、
物体からの反射光を検出する光検出素子と、
上記発光素子と上記光検出素子が配置された基板と、
一体成形された光学構造体であって、出射された光線が上記光学構造体の外側の第１の光軸に沿って伝播するように、上記発光素子により発せられた光線を集束する第１の集束手段と、物体から反射された反射光線を上記光学構造体の外側の第２の光軸に沿って集束する第２の集束手段と、反射光線が上記光学構造体内の第３、第４の光軸に沿って伝播するように、物体から反射された反射光線を光学構造体内で内部的に２回偏向し、かつ第３の光軸を第１および第２の光軸により規定される面に略垂直とする反射手段とを有する光学構造体とを備えたことを特徴とする光学式距離センサ。
【請求項２】第１の光軸と第３の光軸とが、第１の光軸と第２の光軸で形成される面および反射手段に含まれ物体からの反射光線を反射する反射面に垂直な面への投影図上で直角となることを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項３】光学構造体の第４の光軸を第１および第２の光軸により規定される面に略平行とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学式距離センサ。
【請求項４】第１の集束手段は光学構造体上に第１のレンズ面を備え、第２の集束手段もまた光学構造体上に第２のレンズ面を備えたことを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項５】第１の集束手段は光学構造体上に回折光学素子を備え、第２の集束手段もまた光学構造体上に回折光学素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項６】反射手段は光を全反射する光学構造体の２つの反射面から成ることを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項７】反射手段は光学構造体の凹または凸反射面から成ることを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項８】反射手段は光を反射する反射型回折格子を光学構造体上に備えたことを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項９】光学構造体は、発光素子からの出射光のうち所定の径を有する光束のみを物体に導く開口を備えたことを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項１０】基板がその一面に複数の係合部を有するとともに、光学構造体は上記基板のその面に対向する上記光学構造体の面に複数の係合部を有し、上記基板が上記光学構造体と位置合わせするように上記基板および上記光学式距離センサの複数の係合部同士が係合したことを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項１１】基板に設けた発光素子と受光素子の少なくとも１つの追加対を更に備えており、光学構造体は、対応する発光素子から出射した光線を集束する第１の集束手段および物体から反射された反射光線を集束する第２の集束手段による少なくとも１つの追加対を備え、上記第１および第２の集束手段の少なくとも１つの追加対は上記光学構造体の一体部分をなすことを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項１２】反射手段は、光学構造体内の発光素子により出射された光線を内部的に２回偏向することを特徴とする請求項１記載の光学式距離センサ。
【請求項１３】反射手段は、発光素子により出射された光線および物体から反射された反射光線を全反射する光学構造体の２つの反射面を備えた請求項１０記載の光学式距離センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基準点に設けた発光素子からの光線を物体に照射し、この物体からの反射光を受光素子を用いることにより測定される距離にある物体により反射された光線を検出し、三角測量法に基づいて基準点から物体までの距離あるいは物体の位置あるいは移動量を測定する光学式距離センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は国際特許出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９８／０４１４４に示された三角測量法により物体までの距離あるいは位置等の検出を行う従来の光学式距離センサを示す斜視図である。図１９において、１０１は入力光ファイバ、１０２ａおよび１０２ｂは出力光ファイバ、１０３は屈折率の若干高いコア層１０３ａをクラッド層１０３ｂで挟みこんだ３層導波路、１０４ａおよび１０４ｂは３層導波路１０３の側壁で構成され、反射膜が付着された平面ミラー、１０５ａおよび１０５ｂは３層導波路１０３の側壁で構成され、反射膜が付着された曲面ミラー、１０６ａおよび１０６ｂは３層導波路１０３の側壁で構成されるレンズ接合端面、１０７ａおよび１０７ｂは柱状レンズ、１０８ａは柱状レンズ１０７ａから出射される光線、１０８ｂは測定対象物体（不図示）上で反射し柱状レンズ１０７ｂに入射する光線、１０９は分岐導波路である。
【０００３】
次に動作について説明する。
検出用の光線は入射光ファイバ１０１により３層導波路１０３に導入され、導波路厚み方向には閉じ込められ、平面ミラー１０４ａで反射後、曲面ミラー１０５ａにて所定位置に焦点を持つよう基板面水平方向に集束される。曲面ミラー１０５ａで反射した光はレンズ接合端面１０６ａから出射し柱状レンズ１０７ａに入射する。光線は柱状レンズ１０７ａ内で光軸を変換しつつ所定位置に焦点を持つように導波路厚み方向に集束される。この光線は出射方向前面に配置された物体（不図示）上で反射して柱状レンズ１０７ｂに入射し、レンズ接合端面１０６ｂより３層導波路１０３に再度導入される。導入された光線は導波路厚み方向には閉じ込められ、基板面水平方向には曲面ミラー１０５ｂにて集束されつつ、平面ミラー１０４ｂで反射し、分岐導波路１０９の分岐点に結像される。分岐点での光線は、その結像位置に応じた光量の比で分離された後、出力光ファイバ１０２ａ，１０２ｂに導入され外部に取り出される。
上述分岐導波路１０９の分岐点に結像される光スポットは、三角測量法に基づき測定対象物体の位置に応じて結像位置が変化する。つまり、出力光ファイバ１０２ａ，１０２ｂに導入される光量の比が変化する。この変化を出力光ファイバ１０２ａ，１０２ｂ端に接続された光検出器（不図示）にて測定することにより測定対象物体の位置を特定する。
【０００４】
また、特開平３−１０２７２７号公報に示されるように、発光素子、位置検出素子および信号処理手段を実現した回路基板に、直交した入射レンズ面と出射レンズ面間をプリズムで接続したレンズブロックを配置し、検知エリアに投光された光ビームの物体による反射光を受光して物体の有無を検知するＦＡ用の光電スイッチがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学式距離センサは上記のように構成されているので、基板面水平方向の集束機能を持つ導波路を製作する際、コア層１０３ａとクラッド層１０３ｂを交互に積み重ねるため、一括成形が不可能であり、製作コストが高くなる。また、光入出力に光ファイバを用いるため取扱い性が悪い。さらに柱状レンズ１０７ａおよび１０７ｂを３層導波路１０３に接続するため組立てコストが高くなり、互いの端面の隙間に空気あるいは接着剤が入るため接続損失が発生する。加えて平面ミラー１０４ａおよび１０４ｂ、曲面ミラー１０５ａおよび１０５ｂは反射膜が付着されているため、反射膜による光の吸収があり、信号対雑音比の劣化など性能を悪化させる。さらに小型化と高精度測定を両立するためには光学系の結像倍率を大きく保つためにセンサ内の光路長を長く保つ工夫が必要であるが特開平３−１０２７２７号公報のものと同じように、測定対象物体の移動方向、つまり、測定方向が基板面と平行であるから、測定方向の光路長を長くせざるを得ず、測定方向に対して光学式距離センサを小型化できない。さらに寸法的な制限によって、レンズ径を大きくすることができず、遠距離測定ができない等の課題があった。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小型でかつ安価、取扱い性の良い光学式距離センサを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光学式距離センサは、基準点に設けた光線を発する発光素子と、物体からの反射光を検出する光検出素子と、発光素子と光検出素子が配置された基板と、一体成形された光学構造体であって、出射された光線が光学構造体の外側の第１の光軸に沿って伝播するように、発光素子により発せられた光線を集束する第１の集束手段と、物体から反射された反射光線を光学構造体の外側の第２の光軸に沿って集束する第２の集束手段と、反射光線が光学構造体内の第３、第４の光軸に沿って伝播するように、物体から反射された反射光線を光学構造体内で内部的に２回偏向し、かつ第３の光軸を第１および第２の光軸により規定される面に略垂直とする反射手段とを有する光学構造体とを備えたものである。
【０００８】
この発明に係る光学式距離センサは、第１の光軸と第３の光軸とが、第１の光軸と第２の光軸で形成される面および反射手段に含まれ物体からの反射光線を反射する反射面に垂直な面への投影図上で直角となるものである。
【０００９】
この発明に係る光学式距離センサにおける光学構造体の第４の光軸を第１および第２の光軸により規定される面に略平行としたものである。
【００１０】
この発明に係る光学式距離センサにおける第１の集束手段は光学構造体上に第１のレンズ面を備え、第２の集束手段もまた光学構造体上に第２のレンズ面を備えたものである。
【００１１】
この発明に係る光学式距離センサにおける第１の集束手段は光学構造体上に回折光学素子を備え、第２の集束手段もまた光学構造体上に回折光学素子を備えたものである。
【００１２】
この発明に係る光学式距離センサにおける反射手段は光を全反射する光学構造体の２つの反射面から成るものである。
【００１３】
この発明に係る光学式距離センサにおける反射手段は光学構造体の凹または凸反射面から成るものである。
【００１４】
この発明に係る光学式距離センサにおける反射手段は光を反射する反射型回折格子を光学構造体上に備えたものである。
【００１５】
この発明に係る光学式距離センサにおける構造体は、発光素子からの出射光のうち所定の径を有する光束のみを物体に導く開口を備えたものである。
【００１６】
この発明に係る光学式距離センサは、基板がその一面に複数の係合部を有するとともに、光学構造体は基板のその面に対向する光学構造体の面に複数の係合部を有し、しかも、基板が光学構造体と位置合わせするように基板および光学式距離センサの複数の係合部同士が係合したものである。
【００１７】
この発明に係る光学式距離センサは、基板に設けた発光素子と受光素子の少なくとも１つの追加対を更に備えており、光学構造体は、対応する発光素子から出射した光線を集束する第１の集束手段および物体から反射された反射光線を集束する第２の集束手段による少なくとも１つの追加対を備え、第１および第２の集束手段の少なくとも１つの追加対は光学構造体の一体部分をなすものである。
【００１８】
この発明に係る光学式距離センサにおける反射手段は、光学構造体内の発光素子により出射された光線を内部的に２回偏向するものである。
【００１９】
この発明に係る光学式距離センサにおける反射手段は、発光素子により出射された光線および物体から反射された反射光線を全反射する光学構造体の２つの反射面を備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明による光学式距離センサの実施の形態１を示す斜視図であり、図２（ａ）はその正面図、図２（ｂ）はその側面図、図２（ｃ）は平面図である。例えばシリコンで作製された基板１上には必要な電気配線と共に、半導体レーザや発光ダイオードのような発光素子２とＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）や分割型フォトダイオードなどの位置検出型受光素子３が設けられている。基板１の上方には、集光機能を持ったレンズ面４，５、偏向機能を持った反射手段６，７が樹脂成形などにより一体成形された光学構造体８が設けられている。
【００２１】
本実施の形態１による光学式距離センサは、図２（ｂ）に示す光線９の進行方向における測定対象物体１０の位置、変位を測定対象物体からの散乱光を検出することにより計測して、三角測量法を実現することができる。発光素子２から出射された光線９は反射手段６，７により光軸をそれぞれ９０°曲げたあと、レンズ面４により測定範囲内で結像するような光線として測定対象物体１０に照射される。測定対象物体１０にて照射光は散乱し、その一部である光線１１ａはレンズ面５にて集束されつつ、反射手段７，６により再び光軸をそれぞれ９０°曲げた後、位置検出型受光素子３に入射する。レンズ面５の曲率は光線１１ａが位置検出型受光素子３上の有効受光面に対し十分小さく集束されるように設定されている。
【００２２】
図２（ｂ）において、測定対象物体１０が距離Ｚだけ光学式距離センサ側に移動すると、光線１１ａは光線１１ｂのように移動し、位置検出型受光素子３上への入射位置が距離ａだけ変化する。すなわち位置検出型受光素子３上の光線入射位置Ｘを検出すれば、測定対象物体１０の位置Ｌおよび移動量Ｚを測定できる。
【００２３】
本実施の形態１の光学式距離センサでは、図１、図２のように反射手段６，７により光軸を偏向するため、光学構造体８内の光路長を該光学構造体の長さあるいは高さに対し長くすることができ、小型化しても検出感度を高く保つことが可能である。
【００２４】
本実施の形態１の光学式距離センサでは発光素子２および位置検出型受光素子３が同一基板に配置されるため、組立てコストの低減、発光素子２および位置検出型受光素子３の相対位置精度を高くできる。レンズ面４，５および反射手段６，７を備えた光学構造体８を透明樹脂で一括成形で製作できるため、製作コストを低減でき、各ミラー、レンズの組立てコストの削除、小型化、相対位置精度を高くできる。また、反射手段２面により、光軸を２回偏向しているため光学構造体８内の光路長を保ったまま測定対象物体の移動方向、つまり測定方向に対して薄型化することができる。さらに光学構造体８中には空気、接着剤などの屈折率が異なる介在物が一切ないため、屈折率差による接続損失を削除できる。
【００２５】
なお、本実施の形態１における発光素子２は面発光型であるが、これに限らず側面発光型の光源と基板１上に備えられ、光軸を９０°偏向するミラーを用いて発光素子からの光線を光学構造体８に導いても良い。
【００２６】
実施の形態２．
図３はこの発明による光学式距離センサの実施の形態２を示す斜視図、図４（ａ）はその正面図、図４（ｂ）はその側面図、図４（ｃ）は平面図であり、構成部材は実施の形態１と同一であるから、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２７】
実施の形態２は発光素子２から出射された光線９を直接レンズ面４に入射し、測定範囲内で結像するような光線として測定対象物体１０に照射される。測定対象物体１０にて照射光は散乱し、その一部である光線１１ａはレンズ面５にて集束されつつ、反射手段７，６により光軸をそれぞれ９０°曲げた後、位置検出型受光素子３に入射する。レンズ面５の曲率は光線１１ａが位置検出型受光素子３上で、位置検出型受光素子３の有効受光面に対し十分小さく集束されるように設定されている。
【００２８】
本実施の形態２における光学式距離センサにおいては、発光素子２から出射される光の広がり角度が大きい場合でも、発光素子２とレンズ面４間との距離を短くできるため効率良く発光素子２から出射される光をレンズ面４にて受光することが可能である。
【００２９】
実施の形態３．
図５は本発明による光学式距離センサの実施の形態３を示す図であり、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図である。図５において、２１，２２は発光素子２、受光素子３に対向して光学構成体８に設けたレンズ面である。なお、他の構成部材は実施の形態１と同一であるから、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３０】
発光素子２から出射された光線９はレンズ面２１にて集束されつつ、反射手段６，７により光軸をそれぞれ９０°曲げた後、レンズ面４により測定範囲内で結像するような光線として測定対象物体１０に照射される。測定対象物体１０にて照射光は散乱し、その一部である光線１１ａはレンズ面５にて集束されつつ、反射手段７，６により光軸をそれぞれ９０°曲げた後、レンズ面２２で集束された後、位置検出型受光素子３に入射する。レンズ面５，２２のそれぞれの曲率は光線１１ａが位置検出型受光素子３上で、この位置検出型受光素子３の有効受光面に対し十分小さく集束されるように設定されている。
【００３１】
本実施の形態３における光学式距離センサにおいては、発光素子２から出射される光を集束するレンズ面が２面２１，４、測定対象物体１０からの散乱光を集束するレンズ面が２面５，２２となっているため、レンズによる収差を低減することができ、光学式距離センサの検出性能を向上することができる。
【００３２】
実施の形態４．
図６は本発明による光学式距離センサの実施の形態４を示す図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図である。構成部材は実施の形態３と同一であるから、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３３】
本実施の形態４における光学式距離センサは、測定対象物体１０が測定範囲の中心にある場合に、レンズ面５，２の中心軸が散乱光の主光線と一致するように、光学構造体８においてレンズ面５，２２が傾けられて形成されている。
【００３４】
本実施の形態４の構成とすることにより、測定対象物体１０からの散乱光の主光線の角度とレンズ面５，２２の中心軸の角度とを測定範囲内において近い値にすることができ、コマ収差、非点収差などのレンズによる収差を低減することができ、光学式距離センサの検出性能を向上することができる。
【００３５】
実施の形態５．
図７は本発明による光学式距離センサの実施の形態５を示す斜視図であり、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図である。構成部材は実施の形態３と同一であるから、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態５における光学式距離センサでは、レンズ面４，５とレンズ面２１，２２を全て光学構造体８の同一面上に形成したため、製造が容易となり、各レンズ面間の相対位置誤差を低減することが可能となる。すなわち光学式距離センサの検出性能を向上することができる。
【００３７】
実施の形態６．
図９は本発明による光学式距離センサの実施の形態６を示す説明図であり、発光素子２から出射された光線３１，３２は光学構造体８に入射後、反射手段６に臨界角以上の入射角度で入射し、全反射条件にて反射する。
【００３８】
図９において、θ０は光線３１，３２の発光素子２からの出射角度、θ１は光線３１，３２の光学構造体８への入射後の光線角度、θ２は光線３１の反射手段６に対する入射角度と反射角度、θ３は光線３２の反射手段６に対する入射角度と反射角度、θｒは反射手段の傾斜角度を表している。ここで、全ての角度は０°から９０°とする。それぞれの関係は以下の通り。
θ２＝θｒ−θ１
θ１＝ＳＩＮ-１（ＳＩＮθ０／ｎ）
ここで、ｎは光学構造体８の屈折率を表す。光学構造体８と空気の境界で定義される臨界角をθｃとすると、以下の条件が成り立てば光線３１は反射手段６にて全反射する。
θ２≧θｃ＝ＳＩＮ-１（１／ｎ）
図から明らかなように、θ２が臨界角以上であればθ３も臨界角以上となる。
【００３９】
例えば光学構造体８の材料をポリカーボネート、発光素子２の発光波長を０．６８μｍとすると、光学構造体８の屈折率は約１．５８、臨界角θｃは約３９°である。また、θｒを４５°とする。発光素子２からの放射角がθ０で定義される場合、
θ０≦９．５°を満たせば、発光素子２から放射角以内で出射した光は全て反射手段６にて全反射する。
【００４０】
本実施の形態６では発光素子２からの光を反射手段６で全反射する条件について述べたが、同様に反射手段７でも全反射条件で反射させることや、測定対象物体１０からの散乱光をレンズ面５で集光した後の光を全反射条件で反射させることも可能である。
【００４１】
光が全反射条件にて反射する場合、反射面での光吸収がないため、効率良く発光素子２からの光を測定対象物体１０に照射でき、また測定対象物体１０からの反射光を多く検出できるため信号対雑音比を高くすることができ、対象物体の位置および変位を高精度に検出することができる。
【００４２】
実施の形態７．
図１０は本発明による光学式距離センサの実施の形態７を示す図であり、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は側面図、図１０（ｃ）は平面図である。
【００４３】
本実施の形態７における光学式距離センサでは、発光素子２、受光素子３の中心軸上に設けた反射手段４１，４２が凹面形状の反射面を有する構成としたもので、他の構成要素は実施の形態３と同一であるから、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４４】
反射手段４１，４２は発光素子２からの光あるいは測定対象物体１０からの反射光を集束する機能を持っているため光学系の収差を低減することができ、光学式距離センサの検出性能を向上することができる。
【００４５】
実施の形態８．
図１１は本発明による光学式距離センサの実施の形態８を示す図である。図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は側面図、１１（ｃ）は平面図である。
【００４６】
本実施の形態８における光学式距離センサでは、発光素子２、受光素子３の中心軸上に設けた反射手段４１，４２とともにレンズ面４，５の中心軸上に設けた反射手段４３，４４を凹面形状の反射面を有する構成としたもので、他の構成要素は実施の形態３と同一であるから、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４７】
反射手段４１，４２と反射手段４３，４４は発光素子２からの光あるいは測定対象物体１０からの反射光を集束する機能を持っているため光学系の収差を低減することができ、実施の形態７の場合に比べて、光学式距離センサの検出性能をより向上することができる。
【００４８】
実施の形態９．
図１２は本発明による光学式距離センサの実施の形態９を示す光学式距離センサの正面図である。
【００４９】
反射手段６１には例えばブレーズド回折格子が刻まれており、外側よりアルミニウムなどの反射膜が蒸着されている。本実施の形態９において、図中に示す反射手段６１の傾き角θは４５°よりも小さい角度、例えば３０°である。
【００５０】
ブレーズド回折格子の傾き角度をθＢ、反射手段６１への入射角度をθａ、反射角度をθｂとしたとき、θａとθＢを適当に選択すれば、θｂの方向に１次回折光のみが集中する。θｂを１次回折光の反射角度とすると、θａとθｂの関係は以下のとおり。
ＳＩＮθａ−ＳＩＮθｂ＝λ／Ｐ
ここで、Ｐは回折格子の周期である。このとき、以下のθＢとθａ，θｂの関係が成り立てばθｂの方向に１次回折光のみが集中する。
θＢ＝（θａ−θｂ）／２
【００５１】
例えばθが３０°、θａが６０°、Ｐが１．８６μｍ、発光素子２の発光波長を０．６８μｍ、θＢが１５°とすれば、θｂはおよそ３０°であり、ほぼこの反射角度で光は反射する。つまり、反射手段６１への入射光は９０°偏向される。
【００５２】
本実施の形態９によれば、反射手段６１の傾き角θを４５°以下に設定できるため、光学構造体８の厚みを薄くできる。
【００５３】
実施の形態１０．
図１３は本発明による光学式距離センサの実施の形態１０を示す光学式距離センサの側面図である。
【００５４】
本実施の形態１０では、基板１上の発光素子２に対向する光学構造体８の面に円柱状の溝の形をした開口７１が設けられており、光学構造体８の側面には光吸収膜７２が設けられている。
【００５５】
開口７１上面に入射した光線７３は光学構造体８に入射する際に屈折した後、所定の径を持ってレンズ面４に入射し、開口７１側面に入射した光線７４は屈折した後、光学構造体８の側面に進行し、光吸収膜７２にて吸収される。紙面垂直方向の光線についても同様に反射手段の大きさを制限すれば所定の径を持った光線をレンズ面４に入射させることが可能である。
【００５６】
本実施の形態１０における光学式距離センサでは発光素子２からの出射光のうち所定の径を有する光束のみを測定対象物体１０に導くことが可能であり、かつ利用されない光線７４が位置検出型受光素子３にて検出されないように設定できる。
【００５７】
実施の形態１１．
図１４は本発明による光学式距離センサの実施の形態１１を示す光学式距離センサの側面図である。
【００５８】
本実施の形態１１では、光学構造体８の基板１に対向する面に、基板上の発光素子２、受光素子３に対向して円柱状の溝の形をした開口７１，７５を設け、光学構造体８と基板１を密着して固定した構成である。
【００５９】
開口７１の上面に入射した光線７３は光学構造体８に入射する際に屈折した後、所定の径を持ってレンズ面４に入射し、開口７１の側面に入射した光線７４は屈折した後、光学構造体８の側面に進行し、光吸収膜７２にて吸収される。紙面垂直方向の光線についても同様に反射手段の大きさを制限すれば所定の径を持った光線をレンズ面４に入射させることが可能であり、かつ利用されない光線７４が位置検出型受光素子３にて検出されないように設定できる。
【００６０】
実施の形態１０では開口７１に入射せずに光学構造体８の底面に入射するような光線が発光素子２から発せられた場合、光学構造体８底面と基板１上で反射を繰り返し、位置検出型受光素子３に入射して、光学式距離センサの検出性能を劣化させる可能性がある。本実施の形態１１では光学構造体８と基板１が密着しているため、このような光は存在せず光学式距離センサの検出性能を劣化させない。
【００６１】
実施の形態１２．
図１５は本発明による光学式距離センサの実施の形態１２を示す図であり、図１５（ａ）は本実施例における光学式距離センサの組立て前の正面図、図１５（ｂ）は光学式距離センサの組立て前の側面図、図１５（ａ）'は光学式距離センサの組立て後の正面図、図１５（ｂ）'は光学式距離センサの組立て後の側面図、図１６はその組み立て後の光学式距離センサの斜視図である。
【００６２】
本実施の形態１２においては、光学構造体８に円柱状のアジャストピン８１を左右端縁に片側３本ずつ一体成形した構成であり、基板１には例えばウエットエッチングにて作製される正四角錐形状の溝８２が片側３個ずつ設けられている。各アジャストピン８１の相対仕置関係と各溝８２の相対位置関係は同じであり、光学構造体８が基板１に対して所望の向きとなるように位置合わせされたときにアジャストピン８１の中心軸は対応する溝８２の開口中心軸と一致するよう設定されている。各アジャストピン８１の長さは全て同じで、溝８２の深さも全て同じであるので、光学構造体８を各アジャストピン８１と各溝８２が係合するように組合せると、傾くことなく固定することができる。
【００６３】
本実施の形態１２における光学式距離センサでは、発光素子２の発光点あるいは位置検出型受光素子３の受光面に対する光学構造体８の相対位置精度の向上を容易にする。アジャストピン８１、溝８２の位置、数、形状は本実施例に限るものではない。
【００６４】
実施の形態１３．
図１７は本発明による光学式距離センサの実施の形態１３を示す光学式距離センサの正面図である。
【００６５】
本実施の形態１３においては、前記各実施の形態のレンズ４，５に代えて、バイナリーゾーンプレートのような回折光学素子９１，９２が光学構造体８の上面に形成されている。回折光学素子９１，９２は、屈折レンズと異なり厚みがないので、更なる小型化、特に薄型化を可能にする。
【００６６】
実施の形態１４．
図１８は本発明による光学式距離センサの実施の形態１４を示す光学式距離センサの側面図である。
【００６７】
本実施の形態１４における光学式距離センサは、発光素子２と位置検出型受光素子３の組が４組備えられた基板１と、それぞれの発光素子２と位置検出型受光素子３の対に対応するレンズ面４とレンズ面５の組が４組と、反射手段６，７が一体成形された光学構造体８から構成されている。
【００６８】
それぞれの発光素子２、位置検出型受光素子３、レンズ面４，５、反射手段６，７の組にて距離測定が可能であるので、測定対象物体１０を所定の間隔にて位置の分布測定あるいは測定対象物体１０の形状測定が可能である。
【００６９】
本実施の形態１４の光学式距離センサでは、距離あるいは位置の分布測定および測定対象物体１０の形状測定を容易にし、各光学式距離センサを独立に構成させる距離分布測定装置に比して製造コスト、組立てコストの低減、小型化が可能となる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基準点に設けた光線を発する発光素子と、物体からの反射光を検出する光検出素子と、発光素子と光検出素子が配置された基板と、一体成形された光学構造体であって、出射された光線が光学構造体の外側の第１の光軸に沿って伝播するように、発光素子により発せられた光線を集束する第１の集束手段と、物体から反射された反射光線を光学構造体の外側の第２の光軸に沿って集束する第２の集束手段と、反射光線が光学構造体内の第３、第４の光軸に沿って伝播するように、物体から反射された反射光線を光学構造体内で内部的に２回偏向し、かつ第３の光軸を第１および第２の光軸により規定される面に略垂直とする反射手段とを有する光学構造体とを備えた光学式距離センサが得られる。これにより、光学構造体内の光路長をその長さや高さに対し長くすることができ、当該光学式距離センサを小型化しても検出感度を高く保つことが可能という効果がある。また、発光素子および光検出素子が同一基板に配置されるため、組立てコストの低減、発光素子、受光素子の相対位置精度を高くできる。複数のレンズ、２面以上の反射手段を備えた光学構造体を透明樹脂で一括成形で製作するため、製作コストを低減でき、レンズ、反射手段の組立てコストの削除、小型化、相対位置精度を高くできる。光学構造体中には空気、接着剤などの屈折率が異なる介在物が一切ないため、屈折率差による接続損失を削除できる。さらに上記光学構造体中にて光線の偏向が可能なため、光学構造体を小型化しても光学構造体内の光路長を長く保つことが可能で、結像倍率を大きく保て、対象物体の変位を高精度に検出することができる。さらに測定対象物体からの反射光軸を２回偏向するため反射手段２面を備え、測定方向を基板面と直交させているため、測定対象物体の移動方向に対して薄型化することができる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、第１の集束手段は光学構造体上に第１のレンズ面を備え、第２の集束手段も光学構造体上に第２のレンズ面を備えるように構成したので、透明樹脂による一括成形により製作可能なため製作コストが低減できるためレンズの組立てコストも削除でき、しかも、小型化、相対位置精度の向上に寄与できる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、第１の集束手段は光学構造体上に回折光学素子を備え、第２の集束手段も光学構造体上に回折光学素子を備えるように構成したので、上記のような一括成形によるコスト低減に加えて、屈折レンズに存在するような肉厚を削除でき、更なる小型化を可能にする効果がある。
【００７３】
この発明によれば、反射手段は光を全反射する光学構造体の２つの反射面から成るように構成したので、発光素子からの光線が反射面での光吸収が起こらず効率良く物体に照射され、反射光も多く検出できるので信号対雑音比を向上できる効果がある。
【００７４】
この発明によれば、反射手段は光学構造体の凹または凸反射面から成るように構成したので、透明樹脂による一括成形により製作可能なためコストが低減でき、レンズの組立てコストも削除できるので、小型化、相対位置精度の向上に寄与できる効果がある。
【００７５】
この発明によれば、反射手段は光を反射する反射型回折格子を光学構造体上に備えるように構成したので、反射手段への入射光の入射角度に対し、異なる値の反射角度で反射光を反射させることができ、光学構造体を薄型化できる効果がある。
【００７６】
この発明によれば、光学構造体は、発光素子からの出射光のうち所定の径を有する光束のみを物体に導く開口を備えるように構成したので、利用されない光線が上記受光素子にて検出されないように設定できる効果がある。
【００７７】
この発明によれば、基板がその一面に複数の係合部を有するとともに、光学構造体は基板のその面に対向する光学構造体の面に複数の係合部を有し、基板が光学構造体と位置合わせして基板および光学式距離センサの複数の係合部同士が係合するように構成したので、発光素子の発光点あるいは受光素子の受光面に対する光学構造体の相対位置精度の向上を容易にする効果がある。
【００７８】
この発明によれば、基板に設けた発光素子と受光素子の少なくとも１つの追加対を更に備えており、光学構造体は、対応する発光素子から出射した光線を集束する第１の集束手段および物体から反射された反射光線を集束する第２の集束手段による少なくとも１つの追加対を備え、第１および第２の集束手段の少なくとも１つの追加対は光学構造体の一体部分をなすように構成したので、複数の光学式距離センサを容易に実現できるため、距離の分布測定を容易にし、各光学式距離センサを独立に構成させる距離分布測定装置に比して、製造コスト、組立てコストの低減、小型化が可能となる効果がある。
【００７９】
この発明によれば、反射手段は、光学構造体内の発光素子により出射された光線を内部的に２回偏向するように構成したので、光学構造体内の光路長を保持したまま、物体の移動方向すなわち測定方向に対して、当該光学式距離センサを薄型化できる効果がある。
【００８０】
この発明によれば、反射手段は、発光素子により出射された光線および物体から反射された反射光線を全反射する光学構造体の２つの反射面から成るように構成したので、更に、発光素子からの光線が反射面での光吸収が起こらず効率良く物体に照射され、反射光も多く検出できるので信号対雑音比を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による光学式距離センサを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１による光学式距離センサを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図３】実施の形態２による光学式距離センサを示す斜視図である。
【図４】実施の形態２による光学式距離センサを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図５】実施の形態３による光学式距離センサを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】実施の形態４による光学式距離センサを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】実施の形態５による光学式距離センサを示す斜視図である。
【図８】実施の形態５による光学式距離センサを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】実施の形態６による光学式距離センサの要部を示す説明図である。
【図１０】実施の形態７による光学式距離センサを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図１１】実施の形態８による光学式距離センサを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図１２】実施の形態９による光学式距離センサの正面図である。
【図１３】実施の形態１０による光学式距離センサの側面図である。
【図１４】実施の形態１１による光学式距離センサの側面図である。
【図１５】実施の形態１２による光学式距離センサを示す図で、（ａ），（ａ）'は正面図、（ｂ），（ｂ）'は側面図である。（ａ），（ｂ）は組み立て前の図、（ａ）'，（ｂ）'は組み立て後である。
【図１６】実施の形態１２による光学式距離センサの組み立て後の斜視図である。
【図１７】実施の形態１３による光学式距離センサの正面図である。
【図１８】実施の形態１４による光学式距離センサの側面図である。
【図１９】従来の光学式距離センサを示す図である。
【符号の説明】
１  基板、２  発光素子、３  受光素子、４，５  レンズ面、６，７  反射手段、８  光学構造体、９，１１ａ，１１ｂ  光線、１０  測定対象物体、２１，２２  レンズ面、４１，４２  反射手段、４３，４４  反射手段、６１  反射手段、７１，７５  開口、７２  光吸収膜、７３，７４  光線、８１  アジャストピン、８２  溝。