CN1208597C - 光学位移传感器 - Google Patents

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Abstract

光学位移传感器(10)具有用于将光投射在距离测量目标(17)上的光发射元件(11)，和可以接收从距离测量目标(17)反射出来的光的光接收元件(12)。该光接收元件的光接收表面(12a)与投射光的光轴线(R1)垂直或基本上垂直。另外，这种光学位移传感器(10)可以带有能从投射至距离测量目标(17)的光束变窄的隙缝(13)，和能使从距离测量目标(17)反射出来的光变窄的隙缝(14)。

Description

光学位移传感器
技术领域
本发明涉及通过投射光和在反射后接收这种光，以检测要检测距离的目标的位移的一种光学位移传感器。
背景技术
通常，已经提出了能够通过投射光和在反射后接收这种光，以检测要测量距离的目标的位移的三角网式位移传感器(例如，参见日本专利申请公报Kokai H4-174923号(1992)和日本专利申请公报Kokai H5-87526号(1993))。
图5表示在日本专利申请公报KoKai H4-174923号(1992)中所述的位移传感器。
这个位移传感器由光发射元件103，放置在光发射元件103前面的光投射Fresnel透镜104，用于收集从距离测量目标107反射出来的光的光收集Fresnel透镜113，和用于检测由光收集Fresnel透镜113收集的光的光学位置传感检测器(PSD)110组成。该光发射元件103可使用于检测的光或多或少地与距离测量目标107垂直地投射。光收集Fresnel透镜113的光学轴线在与PSD 110的光接收表面和光投射Fresnel透镜104的光学轴线垂直的方向上。
另外，图6表示在日本专利申请公报Kokai H5-87526号(1993)中所述的位移传感器。
这个位移传感器由使用于检测的光或多或少地与距离测量目标117垂直地投射的光发射元件120，放置在光发射元件120前面的光收集透镜(凸透镜)121，允许从距离测量目标117反射出来的光通过的销孔124，和用于检测通过销孔124的光的光学位置传感检测器(PSD)122组成。PSD 122放置成使其光接收表面与检测用光的光学轴线O平行。
上述日本专利申请公报Kokai H4-174923号(1992)中所述的位移传感器，在当光投射在距离测量目标107上时，利用光收集Fresnel透镜113收集从发光元件103发出的光。另外，在参考专利No2中所述的位移传感器，利用光收集透镜(凸透镜)121收集从光发射元件120发出的光。
当使用光收集Fresnel透镜113，光收集透镜(凸透镜)121或其他这种光收集元件时，有一个问题，即：必需将光收集元件和光接收元件之间的距离设定为规定的距离；另外，光收集元件也需要规定的尺寸，这就使得整个位移传感器的尺寸增大。
另外，在日本专利申请公报Kokai H4-174923号(1992)中所述的位移传感器的情况下，利用光收集Fresnel透镜113作为将从距离测量目标107反射出来的光引导至PSD 110的装置，这也会使位移传感器的尺寸增大。
另外，在日本专利申请公报Kokai H5-87526号(1993)所述的位移传感器的情况下，利用销孔124作为将从距离测量目标117反射出来的光引导至PSD 122的装置。现在还必需使由销孔124引导的反射光入射在PSD 122的光接收表面上，以检测该光。但该光束的狭窄必需要增加PSD 122放置的精度或增加PSD 122的光接收表面的尺寸。另外，根据使用这种位移传感器的环境不同，灰尘可能积存在销孔124上，或可从销孔124侵入传感器内部。在这种条件下，有时从距离测量目标117反射出来的光，在销孔124处或传感器内部被阻断，这会损害位移传感器的检测能力。
发明内容
本发明旨在解决这些问题，其目的是要提供一种薄和小的光学位移传感器。本发明的另一个目的是要提供一种检测能力不会被灰尘等损害的光学位移传感器。
为了解决上述问题，本发明提供了一种三角网式光学位移传感器，它具有一个或多个光发射元件，用于将光投射至要测量一个或多个距离的一个或多个目标上；另外它还具有一个或多个光接收元件；该光接收元件中的至少一个接收从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分，并且，光接收元件的至少一个光接收表面基本上与投射光的至少一部分的至少一个光学轴线垂直；该传感器包括：一个或多个隙缝；该隙缝使投射至距离测量目标中的至少一个的一个或多个光束变窄；并且一个或多个隙缝使从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分变窄。即：本发明可以使用投射光和反射光都被隙缝变窄的结构。特别是，使从距离测量目标反射出来的光变窄的隙缝位置，可根据三角网原理设定。由于光发射元件和使投射至距离测量目标上的光束变窄的隙缝之间的距离，在一定程度上可自由选择，因此可以制造一个薄的位移传感器。又因为隙缝本身小，因此可制造小的位移传感器。
一个或多个过滤器安装在使投射至至少是一个距离测量目标的一个或多个光束变窄的至少一个隙缝的出口侧；并且，一个或多个过滤器安装在使从至少一个距离测量目标反射出来的光的至少一部分变窄的至少一个隙缝的入射侧上。由于有这种过滤器，因此当灰尘聚集在隙缝附近时，可以容易地去除灰尘，并可防止灰尘从隙缝侵入的传感器内部。因此，可以防止灰尘损害位移传感器的检测能力。
另外，本发明提供了一种三角网式光学位移传感器，它具有一个或多个光发射元件，用于将光投射至要测量一个或多个距离的一个或多个目标上；另外它还具有一个或多个光接收元件；该光接收元件中的至少一个接收从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分，并且，光接收元件的至少一个光接收表面基本上与投射光的至少一部分的至少一个光学轴线垂直；该传感器包括：一个或多个隙缝；该隙缝使投射至距离测量目标中的至少一个的一个或多个光束变窄；并且一个或多个光收集元件收集从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分。至少一个光收集元件为圆柱形透镜。即：本发明可以采用反射的光被隙缝变窄的结构。使从距离测量目标反射出来的光变窄的隙缝位置，可根据三角网原理设定。由于光发射元件和光收集元件之间的距离可以在一定程度上自由选择，因此可以制造薄的位移传感器。又由于隙缝小，因此可以制造小的位称传感器。
另外，一个或多个过滤器安装在使投射至至少一个距离测量目标的一个或多个光束变窄的至少一个隙缝的出口侧。由于有这些过滤器，因此当灰尘聚集在隙缝附近时，可以容易地去除灰尘，并可防止灰尘从隙缝侵入传感器内部。还可防止灰尘损害位移传感器的检测能力。
附图说明
图1为表示本发明的光学位移传感器的实施例1的结构的示意图；
图2为表示本发明的光学位移传感器的实施例2的结构的示意图；
图3为表示本发明的光学位移传感器的实施例3的结构的示意图；
图4为表示本发明的光学位移传感器的实施例4的结构的示意图；
图5为表示通常的位移传感器的结构的一个例子的示意图；
图6为表示通常的位移传感器的结构的另一个例子的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1为表示根据本实施例1的光学位移传感器(以后简称“位移传感器”)的光学系统基本结构的图。
沿着规定的参考线S，配备有光发射元件11和光接收元件12的这个位移传感器10的距离测量范围为L。
在本实施例1中，光发射元件11为发光二极管或其它这种光源。从发光元件11出来的光束R1被隙缝13变窄，该隙缝包括一个在光学通道中，在光束R1出来的区域前面的小孔。该光束R1投射至距离测量目标17上。
在本发明实施例1中，光接收元件12为PSD(半导体位置传感检测器)。光被距离测量目标17扩散反射，然后被隙缝14变窄，被引导至光接收表面12a。该隙缝14包括放置在光接收平面12a前面的一个小孔。
从光发射元件11出来的光束R1通过隙缝13，投射在距离测量目标17上。一部分被距离测量目标17扩散反射的光通过隙缝14，光被变窄，然后入射在光接收表面12a上。
入射光入射在光接收表面12a上的位置随着距离测量目标17和光接收元件12之间的距离变化而变化。当这个入射光入射在光接收表面12a上的位置相对于参考位置改变时，从光接收元件12的任何一端取出的输出信号电流的相对强度，与这种改变的量相适应地改变。利用控制器信号处理电路(没有示出)来检测这种相对强度的改变，可以检测距离测量目标17和光接收元件12之间的距离。
使从光发射元件11出来的光束R1变窄的隙缝13的位置，和相对于开口的间隔，可以根据由投射在距离测量目标17上的光束形成的斑点的规定尺寸来设定。
另外，根据三角网原理，将一部分被距离测量目标17扩散地反射的光引导至光接收表面12a的隙缝14的位置，可以根据下面的式(1)设定。
X＝(A·f)/L                .........(1)
式中X表示光接收元件12的光接收表面12a上的光点运动量；
A表示在参考线S方向上的光发射元件11和隙缝14之间的距离；
f表示在与参考线S垂直的方向上，光接收元件12和隙缝14之间的距离；
L表示测量距离的范围。
由于可以在一定程度上自由选择隙缝13和光发射元件11之间的距离，因此可以制造薄的位移传感器。又由于隙缝13本身小，因此可以制造小的位移传感器。
另外，因为隙缝14具有一个在与光接收元件12的长方向(参考线S的方向)垂直的方向(与纸平面垂直的方向-图1)上的长的开口，因此，在与光接收元件12的长方向(参考线S的方向)垂直的方向(与纸平面垂直的方向-图1)上形成在光接收表面12a上的反射光的斑点。这可使光接收元件12的定位较容易完成，并且可减小光接收表面12a的宽度(即在与光点的运动方向垂直和与纸平面垂直(图1)的尺寸)。
(实施例2)
图2为表示根据本实施例2的位移传感器20的光学系统基本结构的图。
沿着规定的参考线S，配备有光发射元件21和光接收元件22的位移传感器20的距离测量范围为L。
在本实施例2中，光发射元件21为发光二极管或其它这种光源。从发光元件21出来的光束R2被隙缝23变窄，该隙缝包括一个在光学通道中，在光束R2出来的区域前面的小孔。该光束R2投射至距离测量目标27上。
在本发明实施例2中，光接收元件22为PSD(半导体位置传感检测器)。光被距离测量目标27扩散反射，然后被光收集元件24变窄，被引导至光接收表面22a。该隙缝24包括放置在光接收平面22a前面的一个小孔。
这样构成的位移传感器20的工作与上述实施例1的相同，因此省略其工作的说明。
根据三角网原理(triangulation principles)，将由距离测量目标27扩散地反射的一部分光引导至光接收表面22a上的光收集元件24的位置，可根据式(1)设定。
光收集元件24可以为一个光学元件(例如圆柱形透镜)。在这种情况下，该光收集元件在光接收表面22a的长方向上应具有聚光能力。
(实施例3)
图3为表示根据本实施例3的位移传感器30的光学系统的基本结构的图。
沿着规定的参考线S，配备光发射元件31和光接收元件32的位移传感器30的距离测量范围为L。
在本实施例3中，光发射元件31为发光二极管或其它这种光源。从发光元件31出来的光束R3被隙缝33变窄，该隙缝包括一个在光学通道中，在光束R3出来的区域前面的小孔。光束R3通过放在隙缝33出口侧的过滤器35，该光束R3投射至距离测量目标37上。
在本发明实施例3中，光接收元件32为PSD(半导体位置传感检测器)。通过位于隙缝34的入射侧的过滤器37的光被距离测量目标37扩散反射，然后被隙缝34变窄，被引导至光接收表面32a。该隙缝34包括放置在光接收平面32a前面的一个小孔。
这种结构的位移传感器30的工作与实施例1的相同，省略其工作的说明。
由于将过滤器35、36固定在二个隙缝33、34上，因此当在隙缝33、34附近积集灰尘时，通过以后的规定过程，可将灰尘除去，因此可以防止灰尘从隙缝33、34侵入传感器内部。这样，可防止位移传感器30的检测能量被灰尘损害。只要过滤器35、36可除去灰尘，和可以防止灰尘侵入传感器内部，过滤器的形状不是仅限于图3所示的形状。
(实施例4)
图4为表示根据本实施例4的位移传感器40的光学系统的基本结构的图。
沿着规定的参考线S，配备光发射元件41和光接收元件42的位移传感器40的距离测量范围为L。
在本实施例4中，光发射元件41为发光二极管或其它这种光源。从发光元件41出来的光束R4被隙缝43变窄，该隙缝包括一个在光学通道中，在光束R4出来的区域前面的小孔。光束R4通过放置在隙缝43出口侧的过滤器45，该光束R4投射至距离测量目标47上。
在本发明实施例4中，光接收元件42为PSD(半导体位置传感检测器)。光被距离测量目标47扩散反射，然后被放置在光接收表面42前面的光收集元件44变窄，被引导至光接收表面42a。该隙缝44包括放置在光接收表面42a前面的一个小孔。
这样构成的位移传感器40的工作与实施例1的相同，因此省略其工作的说明。
根据三角网原理，将由距离测量目标47扩散地反射的一部分光引导至光接收表面42a上的光收集元件44的位置，可根据式(1)设定。
光收集元件44可以为一个光学元件(例如圆柱形透镜)。在这种情况下，该光收集元件在光接收表面42a的长方向上应具有聚光能力。
由于过滤器45固定在隙缝43上，因此当灰尘聚集在隙缝43附近时，可通过以后的规定过程除去灰尘，还可以防止灰尘从隙缝43侵入传感器内部。因此，可以防止位移传感器40的检测能力受到灰尘的损害。只要过滤器45可以除去灰尘，并可防止灰尘侵入传感器内部，过滤器形状不是仅限于图4所示的形状。
如上所述，本发明的光学位移传感器又薄又小，可以减小安装在设备中时所占据的定间。
另外，本申请对以前的日本专利申请2002-280877号有优先权，这里全部引入该专利申请供参考。另外，本说明书所引用的所有参考文献都是专门供参考用的。

Claims (5)

1.一种三角网式光学位移传感器，它具有一个或多个光发射元件，用于将光投射至要测量一个或多个距离的一个或多个目标上；另外它还具有一个或多个光接收元件；该光接收元件中的至少一个接收从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分，并且，光接收元件的至少一个光接收表面与投射光的至少一部分的至少一个光学轴线垂直；该传感器包括：
一个或多个隙缝；该隙缝使投射至距离测量目标中的至少一个的一个或多个光束变窄；并且一个或多个隙缝使从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分变窄。
2.如权利要求1所述的光学位移传感器，其特征为，一个或多个过滤器安装在使投射至至少是一个距离测量目标的一个或多个光束变窄的至少一个隙缝的出口侧；并且，一个或多个过滤器安装在使从至少一个距离测量目标反射出来的光的至少一部分变窄的至少一个隙缝的入射侧上。
3.一种三角网式光学位移传感器，它具有一个或多个光发射元件，用于将光投射至要测量一个或多个距离的一个或多个目标上；另外它还具有一个或多个光接收元件；该光接收元件中的至少一个接收从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分，并且，光接收元件的至少一个光接收表面与投射光的至少一部分的至少一个光学轴线垂直；该传感器包括：
一个或多个隙缝；该隙缝使投射至距离测量目标中的至少一个的一个或多个光束变窄；并且一个或多个光收集元件收集从距离测量目标中的至少一个反射出来的光的至少一部分。
4.如权利要求3所述的光学位移传感器，其特征为，至少一个光收集元件为圆柱形透镜。
5.如权利要求3或4所述的光学位移传感器，其特征为，一个或多个过滤器安装在使投射至至少一个距离测量目标的一个或多个光束变窄的至少一个隙缝的出口侧。
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