JP2000346615A - Optical displacement sensor - Google Patents

Optical displacement sensor

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JP2000346615A
JP2000346615A JP16243099A JP16243099A JP2000346615A JP 2000346615 A JP2000346615 A JP 2000346615A JP 16243099 A JP16243099 A JP 16243099A JP 16243099 A JP16243099 A JP 16243099A JP 2000346615 A JP2000346615 A JP 2000346615A
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JP
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light receiving
light
output
surface
displacement sensor
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Application number
JP16243099A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Ito
Eiji Yamamoto
毅 伊藤
英二 山本
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
オリンパス光学工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a small and lightweight optical displacement sensor having resolution insusceptible of the distance between a light source and a light receiving element by taking out the output independently from a plurality of light receiving areas of a photodetector. SOLUTION: A vertical resonator type surface emission laser 12 is secured to a heat sink 48 while directing the light emitting surface upward and the light receiving surface of a photodiode 32 is secured to the lower surface of a supporting plate 60 while facing the light emitting surface of the surface emission laser 12. The photodiode 32 is connected with a light receiving system power supply 74, and an operating unit 76. An object for measuring relative displacement, i.e., a moving object fixing part 56, is secured with the supporting plate 60 through a supporting rod 58. Furthermore, the photodiode 32 is supported to move on the optical axis of a beam up and down while keeping the light receiving surface perpendicular to the optical axis. A light receiving areas selector connected with a plurality of light receiving areas of the photodiode 32 delivers the output from each area to the operating unit 76. The operating unit 76 calculates the relative distance between the surface emission laser 12 and the photodiode 32 based on the ratio of maximum and minimum outputs.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は変位センサに係り、 The present invention relates to relates to a displacement sensor,
特に、光学的手段を用いた光学式変位センサに関する。 In particular, to an optical displacement sensor using optical means.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来、光学式変位センサの一例として、 Conventionally, as an example of the optical displacement sensor,
光源と受光素子を備え、その一方は移動体に固定されていて、光源からの出射光を受光素子で受け、その光強度の変化を検出することにより、移動体の変位を求めるように構成されているものが知られている。 Light source and a light receiving element, one is fixed to the moving body receives the light emitted from the light source by the light receiving element, by detecting the change in the light intensity, it is configured to determine the displacement of the moving body It is something that is known.

【0003】このような光学的変位センサは、例えば、 [0003] Such an optical displacement sensor, for example,
特開平7−270120号公報に開示されている。 It disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-270120.

【0004】図5は、この特開平7−270120号公報に開示されている光学的変位センサの基本構成を示している。 [0004] Figure 5 shows the basic structure of an optical displacement sensor disclosed in the Japanese Patent 7-270120 discloses.

【0005】図5に示すように、この変位センサは面発光レーザ12と、フォトダイオード32を有しており、 [0005] As shown in FIG. 5, the displacement sensor is a surface emitting laser 12 has a photodiode 32,
面発光レーザ12はヒートシンク48を介して筐体50 The surface emitting laser 12 has housing 50 via the heat sink 48
に発光面を上に向けて固定されている。 It is fixed toward the top light emission plane.

【0006】この面発光レーザ12には、筐体50に設けられた通し穴66を通した電気配線64を介して定電流を供給するLD駆動電源62が接続されている。 [0006] The surface emitting laser 12, LD driving power source 62 supplies a constant current through the electrical wiring 64 through the through hole 66 provided in the housing 50 are connected.

【0007】筐体50の上面には、支持棒ガイド穴52 [0007] On the upper surface of the housing 50, the support rod guide hole 52
が設けられている。 It is provided.

【0008】支持棒58は、この支持棒ガイド穴52を通り、その上端には変位検出対象の取り付け部56が固定されているとともに、下端には支持板60が固定されている。 [0008] support rod 58 passes through the support rod guide hole 52, with the mounting portion 56 of the displacement detection target is fixed to its upper end, the support plate 60 is fixed to the lower end.

【0009】取り付け部56は、筐体50の上面に支持棒ガイド穴52の周囲に設けた弾性体54によって支持されている。 [0009] The mounting portion 56 is supported by an elastic member 54 provided around the support on the upper surface of the housing 50 bar guide holes 52.

【0010】これにより、支持棒58及び支持板60 [0010] As a result, the support rod 58 and the support plate 60
は、図の上下方向に移動できるように支持されている。 It is supported so as to be movable in the vertical direction in FIG.

【0011】支持板60の下面にはフォトダイオード3 [0011] The lower surface of the support plate 60 photodiode 3
2が、その受光面が面発光レーザ12の発光面と向き合うように固定されている。 2, the light receiving surface thereof is fixed to face the light emitting surface of the surface emitting laser 12.

【0012】取り付け部56に対して図の上下方向に力が働くと、その力に応じて弾性体54が変形する。 [0012] vertical direction the force of FIG relative to the mounting portion 56 acts, the elastic body 54 is deformed in accordance with the force.

【0013】この結果、フォトダイオード32が上下方向に移動し、面発光レーザ12とフォトダイオード32 [0013] Consequently, moving the photodiode 32 in the vertical direction, the surface emitting laser 12 and the photodiode 32
の間の距離zが変化する。 The distance z between the changes.

【0014】そして、この距離zの変化に伴って、フォトダイオード32の出力が変化するため、この出力を、 [0014] Then, with changes in the distance z, the output of the photodiode 32 is changed, the output,
例えば、論理的または実験的に得られる校正曲線を用いて、面発光レーザ1とフォトダイオード32との間の距離zを計算により求めることができる。 For example, it can be determined using a calibration curve obtained logically or experimentally, by calculating the distance z between the surface-emitting laser 1 and the photodiode 32.

【0015】 [0015]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の変位センサには以下に述べるような問題点がある。 [0008] However, the displacement sensor described above has the following problems.

【0016】図3は、面発光レーザ12とフォトダイオード32の間の距離zとフォトダイオード32の出力との関係を示している。 [0016] Figure 3 shows the relationship between the output of the distance z and the photodiode 32 between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32.

【0017】すなわち、図3において、横軸を距離z、 [0017] That is, in FIG. 3, the horizontal axis distance z,
縦軸を光源から出射された光が受光素子に入射する割合ηとしたとき、η−z特性曲線が図3中に示すような曲線を描くことを示している。 When the vertical axis is the light emitted from the light source and the ratio eta incident on the light receiving element, eta-z curve indicates that a curve as shown in FIG.

【0018】また、パラメータWpは受光素子の幅であり、Woはビームウェストであり、近似的に面発光レーザの出射窓の幅に等しい。 [0018] The parameter Wp is the width of the light receiving element, Wo is the beam waist, is equal to the width of the exit window of approximately the surface emitting laser.

【0019】センサとしての分解能はη−z特性曲線の勾配に依存しており、勾配が大きな部分では高い分解能を、勾配の小さな部分では低い分解能を示す。 [0019] The resolution of the sensor is dependent on the gradient of the eta-z characteristic curve, the high resolution for a larger fraction gradient shows a low resolution with a small portion of the gradient.

【0020】図4は、dη/dz−z曲線を示しており、分解能の高さや良好な分解能を示すzの領域は、W [0020] Figure 4 shows the d? / Dz-z curves, the region of z showing the height and good resolution of the resolution, W
pによって大きく異なっていることが分かる。 It can be seen that are very different by p.

【0021】すなわち、Wo=2μmの場合、Wp=2 [0021] That is, in the case of Wo = 2μm, Wp = 2
μmでは,z=150μm以下の領域で高分解能を示すが、Wp=40μmでは、z=300μmから500μ In [mu] m, but shows a high resolution z = 150 [mu] m or less in area, the Wp = 40 [mu] m, 500 microns from z = 300 [mu] m
mの範囲で良好な分解能を示す。 It shows a good resolution in the range of m.

【0022】つまり、WoとWpが一定であるとすると、ある特定の範囲のみでしか高分解能なセンサを作製することができない。 [0022] That is, when Wo and Wp is constant, it is impossible to produce a high resolution sensor only only a certain range.

【0023】また、別の問題点としては、図5に示すような構成の変位センサにおいて、面発光レーザ12のビームの光軸と、フォトダイオード32の受光エリアの中心とが合致していない場合、フォトダイオードの出力が図3に相当する校正曲線と合わなくなり、距離zの測定誤差を生じてしまう。 [0023] As another problem, the displacement sensor configured as shown in FIG. 5, the optical axis of the beam of a surface emitting laser 12, when the the center of the light receiving area of ​​the photodiode 32 does not match no longer match the calibration curve output of the photodiode corresponds to FIG. 3, it occurs a measurement error of the distance z.

【0024】このため、これら二つを高精度に合致させる必要が有るが、そのためには高度な組立技術が必要となり、組立コストや組立時間などが増大してしまうという問題点が生じる。 [0024] Therefore, it needs to meet these two high precision there, the advanced assembly techniques in order is required, disadvantageously and assembly costs and assembly time increases occur.

【0025】さらに、別の問題点として、センサに用いられる多くの光源は、環境温度や電源の安定性などで、 Furthermore, as another problem, a number used for the sensor light source, like the stability of the ambient temperature and power supply,
その光パワーにゆらぎが生じることが知られている。 It is known that the fluctuation occurs in the optical power.

【0026】この光パワーのゆらぎにより、受光素子に入射する光パワーがゆらぐため、結果として受光素子からの出力にゆらぎが生じる。 [0026] By the fluctuation of the optical power, because the fluctuation of light power incident on the light receiving element, resulting in fluctuation occurs in the output from the light receiving element.

【0027】従って、受光素子の出力が変化した場合、 [0027] Thus, when the output of the light-receiving element is changed,
それが光パワーのゆらぎによるものなのか変位量zの変化によるものなのかの区別がつかなくなってしまうという問題点を有する。 It has a problem in that distinction seemingly due to changes in such the one displacement z by fluctuations of optical power can no longer stuck.

【0028】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、部品点数が少なく組立も容易で、小型かつ軽量で、さらに分解能が光源と受光素子との間の距離zの影響を受けづらく、光源の光パワーのゆらぎによる測定誤差の小さな光学式変位センサを提供することを目的とする。 [0028] The present invention has been made in view of the above circumstances, a small number of parts to assemble easy, compact, lightweight, hard further resolution affected by the distance z between the light source and the light receiving element , and to provide a small optical displacement sensor measurement errors due to fluctuations of the light power of the light source.

【0029】 [0029]

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課題を解決するために、(1) 所定の光ビームを射出する光源と、上記光源から射出された光ビームを受光する光検出器とを具備し、上記光源と上記光検出器間の光路長の変化を検出する光学式変位センサにおいて、上記光検出器は、所定の位置に配設された複数の受光領域を有し、この複数の受光領域から各々独立して出力を取り出し可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサが提供される。 According to the present invention, in order to solve the problems] In order to solve the above problems, (1) a light source for emitting a predetermined light beam, a photodetector for receiving the light beams emitted from the light source comprising a, in optical displacement sensor for detecting a change in optical path length between the light source and the photodetector, the photodetector has a plurality of light receiving regions arranged at predetermined positions, the plurality optical displacement sensor, characterized in that it is configured to be able to take out each independently outputted from the light receiving region is provided.

【0030】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(2) 上記複数の受光領域からの各々の出力より、所定の方式で選択した出力に対して信号処理する信号処理手段をさらに具備することを特徴とする(1)記載の光学式変位センサが提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, (2) from each of the outputs from said plurality of light receiving regions, signal processing means for signal processing for the selected output in a predetermined manner further characterized by comprising (1) an optical displacement sensor according is provided.

【0031】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(3) 上記複数の受光領域からの各々の出力より、所定の方式で選択した複数の出力間の比を求める信号処理手段をさらに具備することを特徴とする(1)記載の光学式変位センサが提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, (3) said plurality of from each output from the light receiving region, signal processing means for determining the ratio between a plurality of output selected in a predetermined manner further characterized by comprising (1) an optical displacement sensor according is provided.

【0032】 [0032]

【発明の実施の形態】まず、本発明による光学式変位センサの概要について説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an outline of the optical displacement sensor according to the present invention.

【0033】本発明による光学式変位センサは、光源と、複数の受光エリアを有する光検出器と、この光検出器からの出力に基づいて変位検出対象の相対位置の変化を検出する手段とを備えていることを特徴とする。 The optical displacement sensor according to the present invention includes a light source, a photodetector having a plurality of light receiving areas, and means for detecting a change in the relative position of the displacement detection target based on the output from the photodetector characterized in that it comprises.

【0034】以下、本発明の原理について図面を参照しながら説明する。 [0034] Hereinafter, will be described with reference to the drawings the principles of the present invention.

【0035】図1に示すように、距離zを置いて対向して配置された面発光レーザSELと受光素子PDについて考える。 As shown in FIG. 1, at a distance z between oppositely arranged surface-emitting laser SEL consider light receiving element PD.

【0036】ここで、受光素子PDはy方向の幅がWp [0036] Here, the light-receiving element PD is the width of the y-direction Wp
の矩形状であって、面発光レーザSELの出射面の中心軸上に配置されているものとする。 A rectangular, assumed to be located on the central axis of the exit surface of the surface-emitting laser SEL.

【0037】なお、以下の説明ではx方向の面発光レーザSELのビーム広がりはあらかじめ小さく設計されており、受光素子の受光エリア内にあるものとする。 [0037] In the following beam divergence in the x direction of the surface-emitting laser SEL in the description are previously designed small, are intended to be within the receiving area of ​​the light receiving element.

【0038】面発光レーザSELとして屈折率導波構造を持つ場合を考えると、レーザ光は面発光レーザSEL [0038] Considering the case having a refractive index waveguide structure as a surface emitting laser SEL, the laser beam is surface-emitting laser SEL
の導波路内で屈折率ガイドを導波する場合を考えれば平面波となるので、外部に出射するレーザ光はy軸方向についてレーザの出射面上にビームウエストWoを有するガウスビームと見なすことかできる。 Since the plane wave given the case for guiding the refractive index guide in the waveguide, the laser light emitted to the outside can either be regarded as a Gaussian beam having a beam waist Wo on the laser emission surface of the y-axis direction .

【0039】出射面から距離zだけ離れた点におけるガウスビームのビーム径W(z)は、W(z)をレーザ光の強度が1/e 2になる(主軸からの)幅で定義すると、レーザ光の波長λを用いて次式で表される。 The beam diameter W of the Gaussian beam at a point away from the output surface by a distance z (z) is the intensity of the laser light W (z) is defined by 1 / e is 2 (from the main axis) width, It is expressed by the following equation using the wavelength of the laser beam lambda.

【0040】 [0040]

【数1】 [Number 1]

【0041】図2は、この(1)式を用いて、Woをパラメータとして距離zとビーム径W(z)の関係を試算した結果である。 [0041] Figure 2, by using the equation (1), the result of trial calculation relationship between the distance z and the beam diameter W (z) to Wo as a parameter.

【0042】面発光レーザのビームウェストWoは近似的にレーザの出射面の寸法に等しいので、図2より面発光レーザの出射面の幅を変えることにより、レーザ光のビーム広がりを広範囲で設計できることが分かる。 Since [0042] surface beam waist Wo emitting laser is equal to the size of the exit surface of approximately laser, by changing the width of the emission surface of the surface emitting laser from FIG. 2, it can be designed to beam divergence of the laser beam in a wide range It can be seen.

【0043】さらに、図2の結果を2次元的な光ビーム径の設計に適用することにより、互いに直角な(x, [0043] Further, by applying the results of Figure 2 in two-dimensional optical beam diameter design, mutually orthogonal (x,
y)軸についてレーザビームの広がりを独立に設計できることが分かる。 It can be seen that can design spread of laser beams independently for y) axis.

【0044】一方、通常のストライプ型の半導体レーザ(LD)や半導体発光素子(LED)ではその素子の構造上、このような方法によりビーム広がりを設計することはできないことが知られている。 On the other hand, conventional stripe type semiconductor laser (LD) or a semiconductor light emitting device (LED) in the structure of the element, it is known that it is impossible to design a beam spread by such a method.

【0045】図1において、円形のガウスビームの主軸からの距離をr、時間項や位相項を除く電界の実部をE [0045] In FIG. 1, the distance from the main axis of the circular Gaussian beam r, the real part of the electric field excluding the time term and the phase term E
(r,z)とすれば、E(r,z)は次式で表される。 If (r, z) and, E (r, z) is represented by the following equation.

【0046】 [0046]

【数2】 [Number 2]

【0047】従つて、面発光レーザSELから出射した光が受光素子PDに入射する割合η(受光素子の出力に比例する)は、受光素子からの反射率をR PD 、誤差関数をE [0047] accordance connexion, light emitted from the surface emitting laser SEL is (proportional to the output of the light receiving element) ratio η incident on the light-receiving element PD, the reflectivity from the light-receiving element R PD, the error function E rfとして、次式で表される。 As rf, it is expressed by the following equation.

【0048】 [0048]

【数3】 [Number 3]

【0049】ここで、R PD =0とし、Woを一定として、Wpをパラメータとして、距離zに対するηを計算した結果を図3に示す。 [0049] Here, the R PD = 0, as constant Wo, the Wp as a parameter, the results of η with respect to the distance z calculated shown in Fig.

【0050】この図3より、Wpを変化させると、上述したη−z特性曲線が変化することがわかる。 [0050] From this Figure 3, varying the Wp, eta-z characteristic curve described above it can be seen that change.

【0051】ここで、R PD =0としたのは、レーザ部への戻り光がレーザ出力の変動を引き起こすのを防ぐことを考慮しており、例えば、面発光レーザSELに対向した受光素子PDの表面に無反射膜を形成することにより実現される。 [0051] Here, the reason the R PD = 0 takes into account that the return light to the laser unit is prevented from causing variation of the laser output, for example, the light receiving element PD which faces the surface emitting laser SEL It is realized by forming a non-reflective film on the surface.

【0052】図4は、変位センサの感度の指標として、 [0052] Figure 4, as an indication of the sensitivity of the displacement sensor,
dη/dzと変位量zの関係を示している。 It shows the relationship of dη / dz and the displacement amount z.

【0053】受光素子PDの検出回路を含めたトータルのSN比を30dBとすると、0.1%の光出力の変動を検出することができるので、必要とする変位分解能を仮に1μmとすると、受光素子PDの出力の変化率dη [0053] When 30dB the SN ratio of the total, including the detection circuit of the light receiving element PD, it is possible to detect the variation of 0.1% of the light output, when the tentatively 1μm displacement resolution in need, receiving the rate of change dη of the output of element PD
/dzは、 dη/dz>0.1%/μm という条件が必要である。 / Dz is a necessary condition that dη / dz> 0.1% / μm.

【0054】図4よりdη/dzは変位量zと受光素子PDの幅Wpに依存しているので、変位量zに従い受光エリアの大きさを適当に調整すれば高分解能な領域を広くすることができることが分かる。 [0054] Since d? / Dz than 4 depends on the width Wp of the displacement z light receiving element PD, widening the high resolution region if properly adjusting the size of the light receiving area in accordance with the displacement amount z it can be seen that it is.

【0055】ここで、受光エリアの幅Wpを変化させなくても、以下の方法で同様の効果を得ることができる。 [0055] Here, even without changing the width Wp of the light receiving area, it is possible to obtain the same effects in the following manner.

【0056】すなわち、光検出器として受光エリアを複数個並べ、最も入射光の強い受光エリアと、これから所定の距離d離れて配置された受光エリアとの出力の比をとり、この距離dを変位量zに従って変化させることにより、高分解能な領域を広くすることが可能となる。 [0056] That is, arranging a plurality of light receiving area as the photodetector, the most a strong incident light receiving area, taking the ratio of the output of the light receiving area disposed therefrom a predetermined distance d, the displacement of the distance d by varying according to the amount z, it becomes possible to widen the high resolution region.

【0057】また別の問題点として、図6の(a)、 [0057] As another problem, in FIG. 6 (a),
(b)に示すようにセンサ用の光源は環境温度の変化などの影響で光パワーが変化するという問題点を有するが、光パワーが変化した場合でも光軸上の光パワーと、 Although the light source for the sensor as shown in (b) has the problem that the optical power is varied by influence of a change in environmental temperature, the optical power on the optical axis, even when the optical power is changed,
光軸から距離dの点の光パワーの比は一定となる。 The ratio of the optical power of a point a distance d from the optical axis is constant.

【0058】従って、距離dを置いた二つの適当な受光素子からの出力の比をとることにより、光パワーのゆらぎに影響されない光学式変位センサを作製することができるようになる。 [0058] Thus, by taking the ratio of the output from the two appropriate light-receiving element at a distance d, it is possible to produce an optical displacement sensor which is not affected by the fluctuations of optical power.

【0059】さらに、光源と光検出器の光軸の調整についての問題は以下のように解決することができる。 [0059] Furthermore, the problem of the adjustment of the optical axis of the light source and the light detector can be solved as follows.

【0060】すなわち、図7に示すように、複数の受光エリア33を等間隔で互いに平行に配置した受光素子3 [0060] That is, as shown in FIG. 7, the light receiving element 3 arranged parallel to each other a plurality of light receiving areas 33 at equal intervals
2を考える。 Given the 2.

【0061】ここで、110は受光素子32上のビームのスポットであり、77は受光エリア選択装置である。 [0061] Here, 110 is the spot of the beam on the light receiving element 32, 77 is a light receiving area selection device.

【0062】この受光素子32に光源からの光が入射したとき、最も出力が大きい受光エリア100上に光源の光軸が存在するので、これと所定距離d離れた受光エリア102との出力の比をとることで、正確な変位量zを測定することができる。 [0062] The ratio of the output of this when the light from the light source to the light receiving element 32 is incident, since most output optical axis of the light source in a large light receiving area 100 on the present, this light-receiving area 102 a predetermined distance d by taking, it is possible to accurately measure the amount of displacement z.

【0063】すなわち、これにより、光軸を合わせることなく、正確な変位量の測定を行うことができる変位センサを作製することができる。 [0063] That is, thereby, without aligning the optical axis, can be manufactured displacement sensor capable of measuring the exact amount of displacement.

【0064】また、光源に面発光レーザを用いた場合、 [0064] In the case of using a surface emitting laser as a light source,
面発光レーザの出射面の寸法を変えることによりレーザ光のビーム広がりを適切に設計することができるので、 It is possible to properly design the beam spread of the laser beam by changing the size of the emission surface of the surface-emitting laser,
互いに直角な(x,y)軸についてレーザの出射窓の大きさを適当に設計することで、レーザビームの広がりを(x,y)軸についてそれぞれ独立に設計することができる。 By appropriately designing the size of the laser exit window for perpendicular (x, y) axes with each other can be designed independently of the spread of the laser beam (x, y) about an axis.

【0065】従って、従来の光源では、図8の(a)に示すように、光源と光検出器の距離zか変化すると、光検出器上のビームスポットはx,y軸とも変化するため、受光エリア33を有効に使うことはできない。 [0065] Therefore, in the conventional light source, as shown in (a) of FIG. 8, when changes or distance z of the light source and the light detector, since the beam spot on the photodetector vary x, with y axis, can not be used to enable the light-receiving area 33.

【0066】しかるに、図8の(b)に示すように、面発光レーザを光源に用いると、ビームの広がりをx軸方向で小さく、y軸方向では適当な大きさに調整することにより、受光エリア33上のビームスポット形を適切に設計することができる。 [0066] However, as shown in FIG. 8 (b), the use of surface-emitting laser as a light source, a beam spreading small in the x-axis direction, by a y-axis direction to adjust to an appropriate size, light a beam spot shape on the area 33 can be appropriately designed.

【0067】すなわち、距離zの広範囲に渡って受光エリア33を有効に使用することが可能となる。 [0067] That is, it is possible to effectively use the light receiving area 33 over a wide range of distance z.

【0068】次に、以上のような概要に基づく、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Next, based on the outline as described above will be described with reference to the drawings, embodiments of the present invention.

【0069】(第1の実施の形態)図9から図12を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。 [0069] From (First Embodiment) FIG. 9 with reference to FIG. 12, a description will be given of a first embodiment of the present invention.

【0070】図9は、本発明の第1の実施の形態による光学式変位センサの構成を示した図である。 [0070] Figure 9 is a diagram showing a configuration of the optical displacement sensor according to a first embodiment of the present invention.

【0071】図9に示すように垂直共振器型面発光レーザ12は、ヒートシンク48上に発光面を上に向けて固定されている。 [0071] Vertical cavity surface emitting laser 12 as shown in FIG. 9 is fixed toward the top light emitting surface to the heat sink 48 on.

【0072】この面発光レーザ12には電気配線64を介して定電流を供給するLD駆動電源62が接続されている。 [0072] LD driving power source 62 supplies a constant current through the electric wiring 64 on the surface emitting laser 12 is connected.

【0073】一方、フォトダイオード32は、その受光面を面発光レーザ12の発光面と向き合うようにして、 [0073] On the other hand, the photodiode 32, the light-receiving surface so as to face the light emitting surface of the surface emitting laser 12,
支持板60の下面に固定されている。 It is fixed to the lower surface of the support plate 60.

【0074】このフォトダイオード32には、電気配線70を介して受光系の電源74と、各受光エリアの出力よりフォトダイオード32と面発光レーザ12との相対距離zを計算する演算装置76が接続されている。 [0074] The photodiode 32, a power source 74 of the light-receiving system via the electrical wiring 70, the arithmetic unit 76 from the output of the light receiving area to calculate the relative distance z between the photodiode 32 and the surface emitting laser 12 connected It is.

【0075】相対的変位を測定する対象である移動物の取り付け部56は、支持棒58を介して支持板60に固定されており、フォトダイオード32は面発光レーザ1 [0075] The mounting portion 56 of the moving a target to measure the relative displacement is fixed to the support plate 60 via the support rod 58, the photodiode 32 is a surface emitting laser 1
2から出射されるビームの光軸に対し、その受光面を略垂直に保持したまま、ビームの光軸上を図の上下方向に移動できるように支持されている。 With respect to the optical axis of the beam emitted from 2, while substantially perpendicular retains its light-receiving surface, it is supported so as to be moved along the optical axis of the beam in the vertical direction in FIG.

【0076】図10は、フォトダイオード32の面発光レーザと向き合っている面を示した図である。 [0076] Figure 10 is a diagram showing the surface on which faces the surface emitting laser of the photodiode 32.

【0077】フォトダイオード32には、複数の受光エリア33が設けられており、これら受光エリア33は等間隔で互いに平行に配置されている。 [0077] The photodiode 32 has a plurality of light receiving areas 33 are provided, these light receiving areas 33 are arranged parallel to each other at equal intervals.

【0078】そして、この受光エリア33には、受光エリア選択装置77が接続されており、各受光エリア33 [0078] Then, the light receiving area 33, is connected to a light receiving area selection unit 77, the light receiving area 33
の出力を独立に演算装置76に出力することができるようになっている。 And it is capable of outputting the output of independently computing device 76.

【0079】各受光エリア33のうちから使用する受光エリアを選択する方法のいくつかの例を、図7を参照して説明する。 [0079] Some examples of a method for selecting a light-receiving area to be used from among the light receiving area 33 will be described with reference to FIG.

【0080】まず、最も出力の大きな受光エリア100 [0080] First, a large light-receiving area 100 of the most output
を選択する。 To select.

【0081】次に、別のある受光エリアがある出力、たとえば1/e 2を超えて最も小さな出力となつているような受光エリア102を選択する方法や、または、測定距離zに応じてフォトダイオード32上のビーム径を計算し、最も出力の大きな受光エリア100と、それから最適な距離dだけ離れた受光エリア102を選択する方法、また、距離zよりどの受光素子を選択するかを、例えば、図4に相当するグラフを参照して論理的または実験的に決定し、これをプログラミングすることもできる。 Next, there is a receiving area another certain output, a method of selecting a light-receiving area 102, such as for example, summer and smallest output exceed 1 / e 2, or photo in accordance with the measured distance z the beam diameter on the diode 32 calculates, with large light-receiving area 100 on the most output, a method for selecting a light-receiving area 102 and then separated by an optimum distance d, also, the choice of which light receiving elements than the distance z, for example , logically or experimentally determined with reference to the graph corresponding to FIG. 4, it is also possible to program it.

【0082】これらの出力から演算装置76は、受光エリア100と受光エリア102との出力の比を計算し、 [0082] calculation device 76 from these outputs to calculate the ratio of the output of the light receiving area 100 and the light receiving area 102,
面発光レーザ12とフォトダイオード32の相対距離z Relative distance z of the surface emitting laser 12 and the photodiode 32
を、図3に相当する校正曲線から計算する。 And calculating from the calibration curve corresponding to FIG.

【0083】また、受光エリア選択装置77は、連続的に全ての受光エリア33からの出力を演算装置76に出力し、演算装置76は最も出力の大きい受光エリア10 [0083] The light receiving area selection device 77 is continuously output from all of the light receiving area 33 is output to the arithmetic unit 76, arithmetic unit 76 receiving area 10 of the most output greater
0と、この受光エリア100と上記いずれかの方法により選択された受光エリア102に挟まれた全ての受光エリアの出力との比を計算し、これら複数の計算結果の内から相対距離Zによって決められる最適な2つの受光エリアの比を抽出し、これにより相対距離zを図3に相当する校正曲線から計算することができる。 0, the ratio of the outputs of all of the light receiving area sandwiched between the light receiving area 102 selected by the light-receiving area 100 and any of the above methods calculate, determined by the relative distance Z from among the plurality of calculation results two best extract the ratio of light receiving area is thereby the relative distance z can be calculated from the calibration curve corresponding to FIG.

【0084】面発光レーザ12には様々な構造のものがあるが、その一例の構造を図11に示す。 [0084] There are various structures for surface emitting laser 12, but showing the structure of one example in Figure 11.

【0085】図11に示した面発光レーザは、n型半導体基板14に、n型半導体バッファ層16、n型半導体多層ミラ−18、n型半導体クラッド層20、活性層2 [0085] surface-emitting laser shown in FIG. 11, the n-type semiconductor substrate 14, n-type semiconductor buffer layer 16, n-type semiconductor multilayer mirror -18, n-type semiconductor clad layer 20, an active layer 2
2、p型半導体クラッド層24、p型半導体多層ミラ− 2, p-type semiconductor cladding layer 24, p-type semiconductor multilayer mirror -
26を積層し、共振部を残してn型半導体クラッド層2 26 are stacked, leaving a resonating part n-type semiconductor cladding layer 2
0に相当する深さまでエッチングし、p型半導体多層ミラー層26とn型半導体クラッド層20のそれぞれにp And to a depth etching corresponding to 0, p to each of the p-type semiconductor multilayer mirror layer 26 and the n-type semiconductor cladding layer 20
型電極28とn型電極30をそれぞれ設けた構成となっている。 Type electrode 28 and the n-type electrode 30 has a structure in which respectively.

【0086】レーザ光の強度をモニタするフォトダイオード32は、例えば、図12に断面構造を示したように、n+型半導体基板34にn型層36を積層し、このn型層36の中にイオン注入等によりp型領域38を形成し、その表面に反射防止膜40を積層し、パタ−ニングした後にp型電極42を形成するとともに、n+型半導体基板34にn型電極46を積層した構成となっている。 [0086] photodiode 32 for monitoring the intensity of the laser beam, for example, as shown a cross-sectional view in FIG. 12, the n-type layer 36 laminated on the n + -type semiconductor substrate 34, in the n-type layer 36 the p-type region 38 formed by ion implantation or the like, an antireflection film 40 is laminated on the surface, pattern - to form a p-type electrode 42 after training was laminated an n-type electrode 46 to the n + -type semiconductor substrate 34 and it has a configuration.

【0087】上記構成の変位センサによれば、面発光レーザ12からの出射光の光軸とフォトダイオード32の中心軸を合致させるよう調整することなく距離zを正確に測定することができる。 [0087] According to the displacement sensor of the above structure, it is possible to accurately measure the no distance z be adjusted to match the central axis of the optical axis and the photodiode 32 of the light emitted from the surface emitting laser 12.

【0088】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施の形態について、図13を用いて説明する。 [0088] A second embodiment of the (second embodiment) the present invention will be described with reference to FIGS.

【0089】図13中、第1の実施の形態で説明した部材と同質の部材は同じ符号で示してある。 [0089] In FIG. 13, the members of the same quality of members described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0090】これらの部材の詳細は第1の実施の形態の説明を参照することにし、以下では第1の実施の形態との相違点に重点をおいて説明する。 [0090] Details of these members to be referred to the description of the first embodiment, the following description will focus on differences from the first embodiment.

【0091】図13に示すように、面発光レーザ12はフォトダイオード32上で受光エリア33の反対側の位置にヒートシンク48を介して固定されている。 [0091] As shown in FIG. 13, the surface emitting laser 12 is fixed via the heat sink 48 to the position opposite to the light receiving area 33 on the photodiode 32.

【0092】フォトダイオード32には、図10に示すように、複数の受光エリア33と受光エリア選択装置7 [0092] the photodiode 32, as shown in FIG. 10, the light receiving area selection device with a plurality of light receiving areas 33 7
7が設けられており、受光エリア33は等間隔で互いに平行に配置されている。 7 is provided, the light receiving area 33 are arranged parallel to each other at equal intervals.

【0093】フォトダイオード32は接着層80によって、角度θの斜面を持つスペーサ82に固定されている。 [0093] by the photodiode 32 is adhesive layer 80, and is fixed to the spacer 82 with the slope angle theta.

【0094】また、支持板60の下面は鏡面に仕上げられていて、面発光レーザ12の出射光は支持板60の下面で反射されてフォトダイオード32に入射する構成となっている。 [0094] The lower surface of the support plate 60 is not mirror-finished, the outgoing light of the surface emitting laser 12 has a structure that is incident is reflected by the lower surface of the support plate 60 to the photodiode 32.

【0095】相対的変位を検出する対象である移動物を取り付ける取り付け部56に対し図の上下方向に力が作用すると、その力の大きさに応じて支持板60が上下方向に移動する。 [0095] When the vertical force of FIG respect attachment portion 56 for attaching the moving object is an object for detecting the relative displacement is applied, the supporting plate 60 moves vertically in accordance with the magnitude of the force.

【0096】このため、面発光レーザ12から支持板6 [0096] Therefore, the support from the surface emitting laser 12 plate 6
0の下面までの光軸上の距離zが変化し、フォトダイオード32への入射光の強度が変化する。 Distance z will change along the optical axis to the lower surface of 0, the intensity of the incident light to the photodiode 32 is changed.

【0097】フォトダイオード32上の各受光エリア3 [0097] each of the light-receiving area on the photo diode 32 3
3の出力に従い、受光エリア選択装置77が使用する受光エリアを選択し、それらの受光エリアの出力の比を演算装置76に出力する。 According third output, select the light receiving area of ​​the light receiving area selection device 77 is used to output the ratio of outputs of light receiving area to the arithmetic unit 76.

【0098】演算装置76は、例えば、論理的または実験的に得られる図3に相当する校正曲線を用いて、面発光レーザ12とフォトダイオード32との間の距離距z [0098] computing device 76, for example, by using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimental, the distance between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 distance z
を計算により求める。 Obtained by the calculation.

【0099】上記構成の変位センサによれば、面発光レーザ12からの出射光の光軸とフォトタイオ一ド32の中心軸と支持板の下面の位置関係が設計値と合致していなくても距離zを正確に測定することができる。 [0099] According to the displacement sensor of the above structure, the distance even though the central axis with the lower surface of the positional relationship of the supporting plate and the optical axis of the Fototaio one de 32 of the light emitted from the surface emitting laser 12 is consistent with the design value z can be accurately measured.

【0100】(第3の実施の形態)本発明の第3の実施の形態について図9と図14の(a)、(b)を参照して説明する。 [0100] (the third embodiment) A third embodiment of the present invention of FIG. 9 and FIG. 14 (a), the will be described with reference to (b).

【0101】図14中、第1の実施の形態で説明した部材と同等の部材は同じ符号で示してある。 [0102] In FIG. 14, the first equivalent members described in the embodiments of the member is indicated by the same reference numerals.

【0102】これらの部材の詳細は第1の実施の形態を参照することにし、以下では第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。 [0102] Details of these members is to refer to the first embodiment, the following explanation will be focused on the differences from the first embodiment.

【0103】全体の構成としては、図9に示したように構成されており、面発光レーザ12とフォトダイオード32の受光エリア33の位置関係は図14の(a)に示すように配置されている。 [0103] Overall configuration is configured as shown in FIG. 9, positional relationship between the surface emitting laser 12 and the light receiving area 33 of the photodiode 32 is arranged as shown in FIG. 14 (a) there.

【0104】図14の(b)に示すように、面発光レーザ12のビーム広がりはx方向に小さく、y方向に大きくなるように設計されており、フォトダイオード32の受光エリア33は、y方向に等間隔で互いに平行に配列されている。 [0104] As shown in (b) of FIG. 14, the beam spread of the surface emitting laser 12 is small in the x direction, is designed to be larger in the y direction, the light receiving area 33 of the photodiode 32, the y-direction They are arranged parallel to each other at equal intervals in.

【0105】面発光レーザ12から出射したビームはフォトダイオード32上でビームスポット110を形成する。 [0105] The beam emitted from the surface emitting laser 12 to form a beam spot 110 on the photodiode 32.

【0106】このビームスポット110は、図8の(b)に示したように、面発光レーザ12とフォトダイオード32との相対距離zに依存して、y方向ではその大きさを大きく変化させるが、x方向ではほとんど変化しない。 [0106] The beam spot 110, as shown in FIG. 8 (b), depending on the relative distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32, but greatly changes the magnitude in the y-direction , little change in the x direction.

【0107】このため、受光エリアの幅を有効に使用することができるため、相対距離zが広範囲に変化しても効率的にその変位を測定することができる。 [0107] Therefore, it is possible to effectively use the width of the light receiving area can be the relative distance z is measured effectively the displacement also vary widely.

【0108】また、受光エリア、すなわちフォトダイオード32のx方向の幅を必要以上に大きくする必要がないため、フォトダイオード32を小型にすることができるようになる。 [0108] The light receiving area, namely since there is no need to unnecessarily large width in the x-direction of the photodiode 32, it is possible to the photodiode 32 in size.

【0109】従って、この第3の実施の形態によると、 [0109] Therefore, according to this third embodiment,
面発光レーザ12とフォトダイオード32の間の距離z The distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32
を広範囲に高精度で測定可能な変位センサを構成することができる。 It is possible to construct a displacement sensor capable of measuring in a wide range with high accuracy.

【0110】(第4の実施の形態)本発明の第4の実施の形態について図9と図15を参照して説明する。 [0110] With reference to FIGS. 9 and 15 will be described a fourth embodiment of the Fourth Embodiment present invention.

【0111】図15中、第1の実施の形態で説明した部材と同等の部材は同じ符号で示してある。 [0111] In FIG. 15, the members equivalent to the members described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0112】これらの部材の詳細は第1の実施の形態を参照することにし、以下では第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。 [0112] Details of these members is to refer to the first embodiment, the following explanation will be focused on the differences from the first embodiment.

【0113】全体の構成としては、図9に示したように構成されており、面発光レーザ12とフォトダイオード32の受光エリア33の位置関係は、図15に示すように配置されている。 [0113] Overall configuration is configured as shown in FIG. 9, positional relationship between the surface emitting laser 12 and the light receiving area 33 of the photodiode 32 is arranged as shown in FIG. 15.

【0114】光源として、複数の出射窓を有する面発光レーザ12が配置されており、この面発光レーザ12とLD駆動電源62との間にLD選択装置63が配置されている。 [0114] As a light source, it is disposed a surface emitting laser 12 having a plurality of exit windows, LD selector 63 is disposed between the surface emitting laser 12 and the LD driving power source 62.

【0115】また、フォトダイオード32の受光エリア33は複数の面発光レーザ12の整列方向に十分長く作製されている。 [0115] The light receiving area 33 of the photodiode 32 is fabricated long enough alignment direction of the plurality of surface emitting lasers 12.

【0116】本実施の形態において、三つの面発光レーザ12を同時に光らせて使用することはないが、便宜上、フォトダイオード32上に三つのスポット110を描いている。 [0116] In this embodiment, although not to use flashing three surface emitting laser 12 simultaneously, for convenience, it depicts three spot 110 on the photodiode 32.

【0117】測定の手順としては以下の通りである。 [0117] as a measurement procedure is as follows.

【0118】まず、LD選択装置63は最も小さな出射窓の面発光レーザ12、すなわち最もビーム広がりの大きなものを選択する。 [0118] First, LD selector 63 selects the smallest exit window surface emitting laser 12, i.e., the most beam spread of the large.

【0119】次に、演算装置76は、論理的または実験的に得られる図3に相当する校正曲線を用いて、面発光レーザ12とフォトダイオード32との距離zを暫定的に計算し、この暫定的に求められた距離zをLD選択装置63に出力する。 [0119] Next, the arithmetic unit 76, using the calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally, the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 provisionally calculates, this and outputs the tentatively sought distance z to the LD selector 63.

【0120】このLD選択装置63は、例えば、論理的または実験的に得られる図4に相当する距離zと分解能との関係から最適な出射窓を有する面発光レーザ12を選択する。 [0120] The LD selector 63 selects, for example, a surface emitting laser 12 having an optimum emission window from the relationship between the distance z and resolution corresponding to FIG. 4 obtained logically or experimentally.

【0121】そして、この選択された面発光レーザ12 [0121] Then, the surface emitting laser 12 This selected
を用いて再度測定を実施し、演算装置76は、例えば、 Measurements were performed again using the arithmetic unit 76 is, for example,
論理的または実験的に得られる図3に相当する校正曲線を用いることにより、面発光レーザ12とフォトタイオード32との距離zを詳細に計算する。 By using the calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally, to calculate the distance z between the surface emitting laser 12 and photo tie diode 32 in detail.

【0122】これら一連の測定は連続的に実施されるので、上記のように暫定的な距離zの測定を常に実施する必要はなく、選択装置63は、直前に測定したzの値に基づいて受光エリア33を選択することができる。 [0122] Since these series of measurements is carried out continuously, it is not necessary to always perform measurements of the tentative distance z as described above, selection device 63, based on the value of z was measured immediately before it can be selected light receiving area 33.

【0123】従って、この第4の実施の形態によると、 [0123] Therefore, according to this fourth embodiment,
面発光レーザ12とフォトタイオード32の間の距離z The distance z between the surface emitting laser 12 and photo Thailand diode 32
を広範囲で高分解能に測定可能な変位センサを構成することができる。 It is possible to configure the displacement sensor capable of measuring a high resolution in a wide range.

【0124】(第5の実施の形態)本発明の第5の実施の形態について、図9と図16乃至図18を用いて説明する。 [0124] The fifth embodiment of the Fifth Embodiment The present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 16 through 18.

【0125】図16乃至図18中、第1の実施の形態で説明した部材と同等の部材は同じ符号で示してある。 [0125] In FIGS. 16 to 18, the members equivalent to the members described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0126】これらの部材の詳細は第1の実施の形態を参照することにし、以下では第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。 [0126] Details of these members is to refer to the first embodiment, the following explanation will be focused on the differences from the first embodiment.

【0127】全体の構成としては、図9に示したように構成されており、面発光レーザ12の発光面とフォトダイオード32の受光面は図9に示したように配置されているものとする。 [0127] Overall configuration is configured as shown in FIG. 9, the light emitting surface and the light receiving surface of the photodiode 32 of the surface emitting laser 12 is assumed to be arranged as shown in FIG. 9 .

【0128】そして、フォトダイオード32の受光エリア33は、図16に示すようにマトリックス状に配置されている。 [0128] Then, the light receiving area 33 of the photodiode 32 are arranged in a matrix as shown in FIG. 16.

【0129】このフォトダイオード32には、各受光エリア33の出力に基づいて使用する直線上の二組の受光エリア33を選択し、選択された受光エリアの出力の比を計算し出力する受光エリア選択装置77と、受光エリア選択装置77の出力に基づいて面発光レーザ12−とフォトダイオード32の距離zを求める演算装置76が接続されている。 [0129] receiving area The photodiode 32, which selects the straight line of the two sets of light receiving area 33 to be used based on the output of the light receiving area 33, and outputs to calculate the ratio of the output of the light receiving area selected a selection unit 77, arithmetic unit 76 is connected for determining the distance z of the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 on the basis of the output of the light receiving area selection device 77.

【0130】面発光レーザ12の出射窓の大きさは、フォトタイオード32のマトリックスのx. [0130] surface-emitting size of the exit window of the laser 12, the matrix of x photo tie diode 32. y方向で異なっており、x方向に広く、y方向で狭くなっている。 It is different in the y direction, wider in the x direction, and narrower in the y-direction.

【0131】面発光レーザ12とフォトダイオード32 [0131] surface-emitting laser 12 and the photodiode 32
の距離zの測定方法について、zが小さい場合を図17 The method of the distance z found, figure when z is less 17
用いて説明するとともに、大きい場合を図18を用いて説明する。 While described with reference, it will be described with reference to FIG. 18 the greater.

【0132】エリア選択装置77は初めに一つ、または、複数の適当な受光エリア33を選択し、その出力を演算装置76に出力する。 [0132] One, the first area selection unit 77 or to select a more suitable light receiving area 33, and outputs the output to the arithmetic unit 76.

【0133】この出力に基づいて演算装置76は暫定的な距離zを計算する。 [0133] computing unit 76 on the basis of the output to calculate the tentative distance z.

【0134】この距離zに基づいて、エリア選択装置7 [0134] Based on the distance z, area selection device 7
7は、zが小さい場合には図17に示すようにy方向の直線上の受光エリア100、102を、zが大きい場合には図18に示すようにx方向の直線上の受光エリア1 7, the light receiving area 100, 102 on the y-direction straight line as shown in FIG. 17 when z is small, the light receiving area 1 on the straight line in the x direction as when z is large, shown in FIG. 18
00、104を選択する。 To select the 00,104.

【0135】この二組の直線上に配列した受光エリア3 [0135] the light-receiving area 3 arranged in the two sets of straight line
3からの出力に従い演算装置76は、例えば、論理的または実験的に得られる図3に相当する校正曲線を用いて、面発光レーザ12とフォトダイオード32との距離zを詳細に計算により求める。 Arithmetic unit 76 in accordance with an output from the 3, for example, by using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally, determined by calculating the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 in detail.

【0136】また、距離zが変化して行く場合について、図17および図18を用いて説明する。 [0136] Also, the case where the distance z is gradually varied, will be described with reference to FIGS. 17 and 18.

【0137】初めに、距離zにおいて、受光エリア10 [0137] First, at a distance z, the light-receiving area 10
0と102が選択されているものとする。 0 and 102 is assumed to be selected.

【0138】距離zが小さくなる方向に変化して行くと、やがてエリア選択装置77は最適な受光エリアの組として100と102aを選択する。 [0138] When the distance z is gradually changed in a direction that decreases, the area selection unit 77 eventually selects 100 and 102a as a set of optimum light receiving area.

【0139】さらに距離zが小さくなって行くと、エリア選択装置77は最適な受光エリアの組として受光エリア100と102bを選択する。 [0139] Further, when the distance z becomes smaller, the area selection unit 77 selects the light receiving area 100 and 102b as a set of optimum light receiving area.

【0140】逆に、距離zが大きくなる方向に変化するときには、この逆の順序で選択される受光エリアが変更されて行き、ついには100と102cが選択される。 [0140] Conversely, when the distance z is changed to the direction of increasing the go is changed receiving area selected by this reverse order, finally 100 and 102c are selected.

【0141】さらに、距離zが大きくなると、選択される受光エリアがx方向に配列した図18に示す受光エリア100と104aが選択されることになる。 [0141] Further, when the distance z increases, the light receiving area 100 and 104a shown in FIG. 18, the light receiving area is arranged in the x-direction is to be selected is selected.

【0142】なお、図17および図18において、受光エリア100、102、104等は一つの受光エリアを指すのでなく、垂直(Y)または水平(X)方向の直線上の一列の受光エリアの組を指している。 [0142] Note that, in FIGS. 17 and 18, the light reception areas 100, 102 rather than refer to a single light receiving area, the vertical (Y) or horizontal (X) direction of the set of the light receiving area of ​​one row on a straight line the points.

【0143】この方法では、面発光レーザ12のビーム広がりをx,y方向で独立に設計することにより、二つの面発光レーザ12を用いるのと同等の機能を有することができる。 [0143] In this way, the beam spread of the surface emitting laser 12 x, by designing independently in the y direction, may have the same functionality as using two surface emitting laser 12.

【0144】本実施の形態において、単位受光エリア3 [0144] In this embodiment, the unit receiving area 3
3は正方形としたが、面発光レーザ12のビーム広がり角によっては長方形とすることも有効である。 3 was a square, depending beam divergence angle of the surface emitting laser 12 it is also effective to a rectangle.

【0145】従って、この第5の実施の形態によると、 [0145] Therefore, according to this fifth embodiment,
面発光レーザ12とフォトダイオート32との間の距離zを広範囲で高分解能に測定可能な変位センサを構成することができる。 It is possible to construct a displacement sensor capable of measuring the distance z to the high resolution in a wide range between the surface emitting laser 12 and photo die auto 32.

【0146】本発明の上記各実施の形態おいて、LD駆動電源62、LD選択装置63、受光電源74、演算装置76及びエリア選択装置77等のうちの一つまたは複数は、面発光レーザチップ上、もしくはフォトダイオードチップ上に集積することが可能である。 [0146] Keep the respective embodiments of the present invention, LD driving power source 62, LD selector 63, receiving power supply 74, one or more of such computing device 76 and the area selection unit 77, the surface emitting laser chip on, or it can be integrated on the photodiode chip.

【0147】また、面発光レーザ12とフォトダイオード32を同一チップ上に形成することも可能である。 [0147] It is also possible to form a surface emitting laser 12 and the photodiode 32 on the same chip.

【0148】また、上記第3乃至第5の実施の形態については、図9を用いて、面発光レーザ12の発光面とフォトダイオード32の受光面が対向している場合の実施の形態を説明したが、これらは図13に示したような反射型のものにおいても同様の効果が得られる。 [0148] Also, embodiments of the third to fifth, with reference to FIG. 9, illustrating the embodiment in which the light emitting surface and the light receiving surface of the photodiode 32 of the surface emitting laser 12 is opposed but were, these same effect can be obtained even in a reflection type as shown in FIG. 13.

【0149】本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内に置いて種々多くの変形や修正が可能であり、上に説明した実施の形態はその一例に過ぎない。 [0149] The present invention is placed within a scope not departing from the gist of the invention can be variously many variations and modifications, the embodiment described above is merely an example.

【0150】そして、上述したような実施の形態で示した本明細書には、特許請求の範囲で示した請求項1乃至3以外に、以下の付記1乃至28に示すような発明が含まれている。 [0150] Then, the herein shown in the embodiment as described above, in addition to claims 1 to 3 shown in the claims, includes invention as shown in the following Supplementary Notes 1 to 28 ing.

【0151】(付記1) 上記信号処理手段は、上記光路長に応じて、選択する出力を変更することを特徴とする請求項1または2記載の光字式変位センサ。 [0151] (Note 1) The signal processing means, in response to the optical path length, the optical character displacement sensor according to claim 1 or 2, wherein the changing the output to be selected.

【0152】(付記2) 上記信号処理回路は、複数の出力間の比を求めるにあたり、一つは最も受光光量の多い受光領域からの出力を選択することを特徴とする請求項2または付記1記載の光学式変位センサ。 [0152] (Supplementary Note 2) The signal processing circuit, when determining the ratio between a plurality of output, one claim 2 or Appendix 1 and selects the output from the high light-receiving area of ​​the most received light quantity An optical displacement sensor according.

【0153】(付記3) 上記光検出器の複数の受光領域は、所定の間隔でマトリックス状に配設されていることを特徴とする請求項1乃至3あるいは付記1または2 [0153] (Note 3) a plurality of light receiving regions of the photodetector according to claim 1 to 3 or Appendix 1, characterized in that it is arranged in a matrix at predetermined intervals or 2
のいずれかに記載の光学式変位センサ。 An optical displacement sensor according to any one of.

【0154】(付記4) 上記光源よりの光ビームは、 [0154] Light beams from (Supplementary Note 4) The light source,
光軸に垂直な面内で短軸と長軸の長さが異なつており、 Length of the minor axis and a major axis in a plane perpendicular to the optical axis has different from one,
上記光検出器の複数の受光領域は、上記長軸の方向に所定の間隔で配設されていることを特徴とする請求項1乃至3あるいは付記1または2のいずれかに記載の光字式変位センサ。 A plurality of light receiving regions of the photodetector, an optical character type according to any one of claims 1 to 3 or Appendix 1 or 2, characterized in that it is arranged at a predetermined interval in the direction of the major axis displacement sensor.

【0155】(付記5) 上記光源は面発光レーザであることを特徴とする請求項1乃至3あるいは付記1乃至3のいずれかに記載の光学式変位センサ。 [0155] (Supplementary Note 5) The light source optical displacement sensor according to any of claims 1 to 3 or Appendix 1 to 3, characterized in that the surface-emitting laser.

【0156】(付記6) 上記光源と上記光検出器の位置が相対的に変位することによって上記光路長が変化することを特徴とする請求項1乃至3あるいは付記1乃至5のいずれかに記載の光学式変位センサ。 [0156] (Supplementary Note 6) according to any one of claims 1 to 3 or Supplementary Notes 1 to 5 position of the light source and the light detector, characterized in that the optical path length changes by relatively displaced optical displacement sensor.

【0157】(付記7) 上記光源より射出された光ビームを上記光検出器に向けて反射する反射部材をさらに具備し、上記光源と上記光検出器の位置は相対的に固定されており、上記反射部材の位置が変位することにより上記光路長が変化することを特徴とする請求項1乃至3 [0157] (Supplementary Note 7) the light beams emitted from said light source comprises further a reflective member for reflecting toward the optical detector, the position of the light source and the light detector is relatively fixed, claims 1 to 3, characterized in that the position of the reflective member the optical path length is changed by displacement
あるいは付記1乃至5のいずれかに記載の光学式変位センサ。 Alternatively optical displacement sensor according to any one of Supplementary Notes 1 to 5.

【0158】(付記8) 互いに太さの異なる光ビームを射出する複数の光源からなる発光手段と、上記複数の光源より射出された光ビームを受光する光検出器からなる受光手段とを具備し、上記発光手段と上記受光手段間の光路長の変化を検出する光学式変位センサにおいて、 [0158] comprising a light emitting means comprising a plurality of light sources for emitting (Supplementary Note 8) with each other thicknesses different light beams, a light receiving means consisting of a photodetector for receiving the light beams emitted from the plurality of light sources in the optical displacement sensor for detecting a change in optical path length between the light emitting means and said light receiving means,
所定の条件で上記光路長の変化の検出に用いる光源を選択する光源選択手段をさらに具備することを特徴とする光学式変位センサ。 Optical displacement sensor, characterized by further comprising a light source selection means for selecting the light source used for the detection of changes in the optical path length in a predetermined condition.

【0159】(付記9) 所定の光ビームを出射する光源と、前記光ビームの光軸近傍に配置され、前記光軸に略垂直な受光面を有する光検出器とを有し、前記光源と前記光検出器の向きを略一定に保ったまま前記光源と前記光検出器の相対的距離が可変に構成されており、前記相対的距離の変化を光検出器からの出力により検出する変位センサにおいて、前記光検出器の受光エリアが所定の間隔で複数形成され、前記光検出器は前記複数の受光エリアからの各々の出力を独立に出力可能なことを特徴とする光学式変位センサ。 [0159] a light source for emitting (Supplementary Note 9) a predetermined light beam is arranged near the optical axis of the light beam, and a photodetector having a substantially vertical receiving surface to said optical axis, said light source the relative distance of the photodetector and the light source remains the direction of the photodetector were kept approximately constant is configured variably, displacement sensor for detecting the output from the optical detector a change in the relative distance in the light receiving area of ​​the photodetector is formed with a plurality at a predetermined interval, the optical displacement sensor the light detector, wherein the possible output independently outputs of each of the plurality of light receiving areas.

【0160】(作用効果)光検出器の受光エリアを所定の間隔で複数形成し、複数の受光エリアからの各々の出力を独立に出力することを可能とすることで、光検出器の複数の受光エリアの出力を独立に検出できるので、最も出力の強い受光エリアから光源の光軸を検出することができるため、光源の光軸と受光エリアの中心軸を厳しく合わせ込む必要がない。 [0160] (Operation and Effect) The light receiving area of ​​the photodetector forming a plurality at predetermined intervals, by making it possible to output each of the outputs from a plurality of light receiving areas independently, a plurality of photodetectors can be detected independently output of the light receiving area, it is possible to detect the optical axis of the light source from the highest output strong light receiving area, it is not necessary it intended to adjust strictly a central axis of the optical axis receiving area of ​​the light source.

【0161】また、この受光エリアと該受光エリアから所定距離れた受光エリアからの各出力との比をとることで、光源の光パワーのゆらぎに影響されることなく光源と光検出器の相対距離の変化を検出することができる。 [0161] In addition, by taking the ratio of the respective outputs from the light receiving area and the receiving light receiving area from the area was predetermined distance is, the light source and the light detector relative without being affected by the fluctuation of the optical power of the light source it is possible to detect the change in distance.

【0162】従って、光源と光検出器の相対距離により前記受光エリア間の所定距離を選択することにより、広い測定レンジで高感度に変位を検出可能な変位センサを作製することができる。 [0162] Therefore, by selecting a predetermined distance between the light receiving area by the relative distance between the light source and the photodetector, can be fabricated displacement sensor capable of detecting a displacement with high sensitivity in a wide measurement range.

【0163】この構成の場合、光検出器の受光面と光源の光軸とは垂直に近いことが望ましい。 [0163] In this case of the configuration, the optical axis of the light receiving surface and the light source of the optical detector is desirably close to perpendicular.

【0164】なお、この構成についての詳細は、第1の実施の形態にて述べられている。 [0164] For the details of this arrangement are discussed in the first embodiment.

【0165】(付記10) 付記9において、前記光検出器における前記複数の受光エリアからの各々独立な信号出力のうち、前記相対的距離に応じて特定の出力のみを選択して出力することのできる信号ラインの選別回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0165] In (Supplementary Note 10) Appendix 9, of each independent signal output from the plurality of light receiving areas in the photodetector, the outputting by selecting only certain output in accordance with the relative distance optical displacement sensor characterized by having a selection circuit of the signal lines as possible.

【0166】(作用効果)相対距離により特定の受光エリアからの出力を選択して出力できるため、測定する変位量に応じて最適な受光エリアを選択でき、広範囲に高分解能な測定を行える光学式変位センサを作製することができる。 [0166] (Effect and Operation) Since the output from a particular light-receiving area by the relative distance can be selected and output, can choose the best light receiving area in accordance with the displacement amount of the measurement, an optical capable of performing extensive high-resolution measurements it can be produced displacement sensor.

【0167】なお、この構成についての詳細は、第1の実施の形態にて述べられている。 [0167] For the details of this arrangement are discussed in the first embodiment.

【0168】(付記11) 付記9において、前記光検出器は前記複数の受光素子のうち特定の受光素子の出力の比を出力する信号処理回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0168] (Note 11) In Addition 9, optical displacement sensors, characterized in that it comprises a signal processing circuit for outputting the ratio of the output of a particular light-receiving elements of the photodetector of the plurality of light receiving elements.

【0169】(作用効果)特定の受光素子の出力の比を出力する信号処理回路を有するため、光源の光パワーが何らかの理由でゆらぎを生じても、変位量の測定値に誤差を含まない光学式変位センサを作製することができる。 [0169] Since a signal processing circuit for outputting the ratio of the output of the (Operation and Effect) certain light-receiving element, also the optical power of the light source is caused fluctuations for some reason, it does not contain an error in the measurement value of the displacement amount optical it can be manufactured wherein the displacement sensor.

【0170】なお、この構成についての詳細は、第1の実施の形態にて述べられている。 [0170] For the details of this arrangement are discussed in the first embodiment.

【0171】(付記12) 付記11において、前記相対的距離に応じて、前記複数の受光エリアからの出力信号のうち特定の一組の受光エリアからの出力信号だけ選択して前記信号処理回路に出力することのできる信号ラインの選別回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0171] In (Supplementary Note 12) Supplementary Note 11, depending on the relative distance, the signal processing circuit by selecting only the output signal from a particular set of light receiving areas of the output signals from the plurality of light receiving areas optical displacement sensor characterized by having a selection circuit of the signal line which can be output.

【0172】(作用効果)相対距離に応じて、特定の一組の受光エリアからの出力信号だけを選択して前記信号回路によりそれらの比を計算し出力することで、受光エリアの幅を変化させたのと同様の効果を得ることができる。 [0172] Depending on the (Operation and Effect) relative distance, by outputting to calculate their ratio by the signal circuit only selects the output signal from a particular set of light receiving areas, changing the width of the light receiving area it is possible to obtain the same effect as was.

【0173】すなわち、広い測定レンジに渡って高分解能な光学式変位センサを作製することができる。 [0173] That is, it is possible to produce a high resolution optical displacement sensor over a wide measurement range.

【0174】なお、この構成についての詳細は、第1の実施の形態にて述べられている。 [0174] For the details of this arrangement are discussed in the first embodiment.

【0175】(付記13) 付記12において、前記信号ラインの選別回路が前記信号処理回路に出力する一組の受光エリアからの信号のうち、片方は最も出力の強い受光エリアからの出力信号を選別できることを特徴とする光学式変位センサ。 [0175] In (Supplementary Note 13) Appendix 12, of the signals from a set of light receiving areas that sorting circuit of the signal line is output to the signal processing circuit, one is selecting the output signal from the highest output strong light receiving area optical displacement sensor, characterized in that possible.

【0176】(作用効果)最も強い出力の受光エリアを選別できるため、光源の光軸の位置を検出することができる。 [0176] To be sorted light receiving area (Operation and Effect) strongest output, it is possible to detect the position of the optical axis of the light source.

【0177】従つて、センサ組立時に光源の光軸と受光素子の中心軸を厳しく合致させる必要なく、高分解能な測定を行える光学式変位センサを作製することができる。 [0177] accordance connexion, strictly no need to match the central axis of the optical axis and the light receiving element of the light source when the sensor assembly, it is possible to produce an optical displacement sensor which can perform high-resolution measurements.

【0178】なお、この構成についての詳細は、第1の実施の形態にて述べられている。 [0178] For the details of this arrangement are discussed in the first embodiment.

【0179】(付記14) 付記13において、前記信号ラインの選別回路は、前記信号処理回路に出力する他方の受光エリアからの信号ラインを前記相対的距離に応じて選択することができることを特徴とする光学式変位センサ。 [0179] In (Supplementary Note 14) Appendix 13, selection circuit of the signal line, and characterized in that it can be selected according to a signal line from the other light receiving area to be output to the signal processing circuit to the relative distance optical displacement sensor.

【0180】(作用効果)光軸上の受光エリアの出力と、前記相対距離により計算される距離だけ離れた別の受光エリアの出力の比を出力できるため、図3に相当する校正曲線により、より高分解能な測定を広い測定レンジに渡り行える光学式変位センサを作製することができる。 [0180] Since the can output the output of the light receiving area on the (Operation and Effect) optical axis, another ratio of the output of the light receiving area at a distance that is calculated by the relative distance, the calibration curve corresponding to FIG. 3, it is possible to manufacture an optical displacement sensor that enables over a wide measurement range and higher resolution measurements.

【0181】なお、この構成についての詳細は、第1の実施の形態にて述べられている。 [0181] For the details of this arrangement are discussed in the first embodiment.

【0182】(付記15) 付記9において、前記受光エリアは受光面上に一定間隔でマトリックス状に形成されており、前記相対的距離に応じて、特定の受光エリアからの出力を選択して出力できる信号ラインの選別回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0182] In (Supplementary Note 15) note 9, wherein the receiving area is formed in a matrix at predetermined intervals on the light receiving surface, depending on the relative distance, selects the output from a particular light receiving area output optical displacement sensor characterized by having a selection circuit of the signal lines as possible.

【0183】(作用効果)受光素子上の光強度の分布を2次元的に評価し、光軸上の受光エリアと、前記相対距離に応じて最適な距離離れた特定の受光エリアからの出力の比を出力することで、広範囲に渡り高分解能な測定を行える光学式変位センサを作製することができる。 [0183] (Operation and Effect) to evaluate the distribution of light intensity on the light receiving element are two-dimensionally, and a light receiving area on the optical axis, the output from the optimal distance specific receiving area spaced according to the relative distance by outputting the ratio, it is possible to produce an optical displacement sensor capable of performing high resolution measurement over a wide range.

【0184】なお、この構成についての詳細は、第5の実施の形態にて述べられている。 [0184] For the details of this arrangement are discussed in the fifth embodiment.

【0185】(付記16) 付記9において、前記光源は光軸に垂直な面内の特定方向に短軸と長軸を有するビーム広がりを有するように形成されるとともに、前記光検出器の受光エリアは前記ビーム広がりの長軸の方向に所定間隔で配置されていることを特徴とする光学式変位センサ。 [0185] (Note 16) In Addition 9, wherein the light source together is formed so as to have a beam divergence with minor and major axes in a specific direction in the plane perpendicular to the optical axis, the light receiving area of ​​the photodetector optical displacement sensor, characterized by being arranged at predetermined intervals in the direction of the long axis of the beam spread.

【0186】(作用効果)ビームの広がりの長軸方向に受光エリアを所定の間隔で配置することで、ビームの短軸方向に幅の狭い光検出器を使用することができるため、ビームのパワーを効率よく利用できるとともに、センサの外形を小型化することができる。 [0186] The light receiving area in the longitudinal direction of extent of the (Operation and Effect) beams by arranging at a predetermined interval, it is possible to use a narrow light detector in the minor axis direction of the beam, the beam power efficiently with available the outer shape of the sensor can be miniaturized.

【0187】なお、この構成についての詳細は、第3の実施の形態にて述べられている。 [0187] For the details of this arrangement are discussed in the third embodiment.

【0188】(付記17) 付記9において、前記所定の光ビームを出射する光源は面発光レーザであることを特徴とする光学式変位センサ。 [0188] (Supplementary Note 17) An optical displacement sensor, characterized in that in Appendix 9, a light source for emitting predetermined light beam is a surface emitting laser.

【0189】(作用効果)光源を面発光レーザとすることで、ビームの広がり角をx軸、y軸方向に独立に安価で容易に設計できるため、受光エリアの配列方向にビーム広がりを大きく設計することができる。 [0189] (Operation and Effect) light source by the surface emitting laser, since the spread angle of the beam x-axis, can be inexpensive and readily designed independently in the y-axis direction, design a large beam divergence in the array direction of the light receiving area can do.

【0190】従つて、ビームの短軸方向に幅の狭い光検出器とすることができるため、ビームのパワーを効率よく利用できるとともに、センサの外形を小型化することができる。 [0190] accordance connexion, it is possible to the minor axis direction to narrow the photodetector width of the beam, the power of the beam with efficiently utilized, the outer shape of the sensor can be miniaturized.

【0191】なお、この構成についての詳細は、第1、 [0191] In addition, more information about this configuration, first,
第3乃至第5の実施の形態にて述べられている。 It stated in the third to fifth embodiments.

【0192】(付記18) 所定の光ビームを出射する光源と、前記光ビームの光軸上に配置され、前記光軸に対して所定の角度を有するように配置された反射面を有し前記光ビームを反射するミラーと、前記反射された光ビームの光軸に対して所定の角度を有するように配置された受光面を有する光検出器とを有し、前記光源と前記光検出器および前記ミラーの向きを略一定に保ったまま前記光源または前記光検出器と前記ミラーとの相対的距離が可変に構成されており、前記光源と前記光検出器および前記ミラーの相対的距離の変化を光検出器からの出力により検出する変位センサにおいて、前記光検出器の受光エリアが所定の間隔で複数形成され、前記光検出器は前記複数の受光エリアからの各々の出力を独立に出力可能なことを特徴と [0192] a light source for emitting (Supplementary Note 18) a predetermined light beam, disposed on an optical axis of the light beam, having arranged the reflection surface to have a predetermined angle with respect to the optical axis wherein a mirror for reflecting the light beam, and a photodetector having a light receiving surface arranged to have a predetermined angle with respect to the optical axis of the reflected light beam, the photodetector and the light source and the relative distance is configured variable in mirror faces substantially the light source while maintaining a constant or the photodetector and the mirror, change in the relative distance of the photodetector and said light source and said mirror in the displacement sensor for detecting the output from the photodetector, the light receiving area of ​​the photodetector is formed with a plurality at predetermined intervals, the photodetector can independently output the output of each of the plurality of light receiving areas and characterized in that such する光学式変位センサ。 Optical displacement sensor.

【0193】(作用効果)光検出器の受光エリアを所定の間隔で複数形成し、複数の受光エリアからの各々の出力を独立に出力することを可能とすることで、光検出器の複数の受光エリアの出力を独立に検出できるので、最も出力の強い受光エリアから光源の光軸を検出することができるため、光源の光軸と受光エリアの中心軸を厳しく合わせ込む必要がない。 [0193] (Operation and Effect) The light receiving area of ​​the photodetector forming a plurality at predetermined intervals, by making it possible to output each of the outputs from a plurality of light receiving areas independently, a plurality of photodetectors can be detected independently output of the light receiving area, it is possible to detect the optical axis of the light source from the highest output strong light receiving area, it is not necessary it intended to adjust strictly a central axis of the optical axis receiving area of ​​the light source.

【0194】また、この受光エリアと所定距離離れた受光エリアの出力との比をとることにより、光源の光パワーのゆらぎに影響されることなく、光源と光検出器の相対距離の変化を検出することができる。 [0194] In addition, by taking the ratio of the output of the light receiving area and a predetermined distance apart light receiving area, without being affected by the fluctuation of the optical power of the light source, detecting a change in the relative distance between the light source and the light detector can do.

【0195】従って、光源と光検出器の相対距離により前記受光エリア間の所定距離を選択することにより、広い測定レンジで高感度に変位を検出可能な変位センサを作製することができる。 [0195] Therefore, by selecting a predetermined distance between the light receiving area by the relative distance between the light source and the photodetector, can be fabricated displacement sensor capable of detecting a displacement with high sensitivity in a wide measurement range.

【0196】この構成の場合、光検出器の受光面と光源の光軸は所定の角度を有して配置されており、この角度を保持したまま両者が相対的に移動することが望ましい。 [0196] In this configuration, the optical axis of the light receiving surface and the light source of the optical detector are arranged with a predetermined angle, it is desirable that both are relatively moved while maintaining this angle.

【0197】なお、この構成についての詳細は、第2の実施の形態にて述べられている。 [0197] For the details of this arrangement are discussed in the second embodiment.

【0198】(付記19) 付記18において、前記光検出器における前記複数の受光エリアからの各々独立な信号出力のうち、前記相対的距離に応じで、特定の出力のみを選択して出力することのできる信号ラインの選別回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0198] In (Supplementary Note 19) Appendix 18, of each independent signal output from the plurality of light receiving areas in the photodetector, in accordance with the relative distance, it selects and outputs only a specific output optical displacement sensor characterized by having a selection circuit of the signal line which can.

【0199】(作用効果)前記相対距離により特定の受光エリアからの出力を選択して出力できるため、測定する変位量に応じて最適な受光エリアを選択でき、広範囲に高分解能な測定を行える光学式変位センサを作製することができる。 [0199] Optical that allows for (Operation and Effect) can output the relative distance by selects the output from a particular light-receiving area, can choose the best light receiving area in accordance with the displacement amount measuring, the extensive high-resolution measurements it can be manufactured wherein the displacement sensor.

【0200】なお、この構成についての詳細は、第2の実施の形態にて述べられている。 [0200] For the details of this arrangement are discussed in the second embodiment.

【0201】(付記20) 付記18において、前記光検出器は前記複数の受光素子のうち特定の受光素子の出力の比を出力する信号処理回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0201] (Note 20) In Addition 18, the optical displacement sensor, characterized in that it comprises a signal processing circuit for outputting the ratio of the output of a particular light-receiving elements of the photodetector of the plurality of light receiving elements.

【0202】(作用効果)特定の受光素子の出力の比を出力する信号処理回路を有するため、光源の光パワーが何らかの理由でゆらぎを生じても、変位量の測定値に誤差を含まない光学式変位センサを作製することができる。 [0202] Since a signal processing circuit for outputting the ratio of the output of the (Operation and Effect) certain light-receiving element, also the optical power of the light source is caused fluctuations for some reason, it does not contain an error in the measurement value of the displacement amount optical it can be manufactured wherein the displacement sensor.

【0203】なお、この構成についての詳細は、第2の実施の形態にて述べられている。 [0203] For the details of this arrangement are discussed in the second embodiment.

【0204】(付記21) 付記20において、前記相対的距離に応じて、前記複数の受光エリアからの出力信号のうち特定の一組の受光エリアからの出力信号だけ選択して前記信号処理回路に出力することのできる信号ラインの選別回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0204] In (Supplementary Note 21) Supplementary Note 20, depending on the relative distance, the signal processing circuit by selecting only the output signal from a particular set of light receiving areas of the output signals from the plurality of light receiving areas optical displacement sensor characterized by having a selection circuit of the signal line which can be output.

【0205】(作用効果)相対距離に応じて、特定の一組の受光エリアからの出力信号だけを選択して前記信号処理回路によりそれらの比を計算し出力することで、受光エリアの幅を変化させたのと同様の効果を得ることができる。 [0205] Depending on the (Operation and Effect) relative distance, by outputting to calculate their ratio by the signal processing circuit only selects the output signal from a particular set of light receiving area, the width of the light receiving area it is possible to obtain the same effect as varied.

【0206】すなわち、広い測定レンジに渡って高分解能な光学式変位センサを作製することができる。 [0206] That is, it is possible to produce a high resolution optical displacement sensor over a wide measurement range.

【0207】なお、この構成についての詳細は、第2の実施の形態にて述べられている。 [0207] For the details of this arrangement are discussed in the second embodiment.

【0208】(付記22) 付記21において、前記信号ラインの選別回路が前記信号処理回路に出力する一組の受光エリアからの信号のうち、片方は最も出力の強い受光エリアからの出力信号を選別できることを特徴とする光学式変位センサ。 [0208] In (Supplementary Note 22) Appendix 21, of the signals from a set of light receiving areas that sorting circuit of the signal line is output to the signal processing circuit, one is selecting the output signal from the highest output strong light receiving area optical displacement sensor, characterized in that possible.

【0209】(作用効果)最も強い出力の受光エリアを選別できるため、光源の光軸の位置を検出することができる。 [0209] To be sorted light receiving area (Operation and Effect) strongest output, it is possible to detect the position of the optical axis of the light source.

【0210】従つて、センサ組立時に光源の光軸と受光素子の中心軸を厳しく合致させる必要なく、高分解能な測定を行える光学式変位センサを作製することができる。 [0210] accordance connexion, strictly no need to match the central axis of the optical axis and the light receiving element of the light source when the sensor assembly, it is possible to produce an optical displacement sensor which can perform high-resolution measurements.

【0211】なお、この構成についての詳細は、第2の実施の形態にて述べられている。 [0211] For the details of this arrangement are discussed in the second embodiment.

【0212】(付記23) 付記22において、前記信号ラインの選別回路は、前記信号処理回路に出力する他方の受光エリアからの信号ラインを前記相対的距離に応じて選択することができることを特徴とする光学式変位センサ。 [0212] In (Supplementary Note 23) Appendix 22, selection circuit of the signal line, and characterized in that it can be selected according to a signal line from the other light receiving area to be output to the signal processing circuit to the relative distance optical displacement sensor.

【0213】(作用効果)光軸上の受光エリアの出力と、前記相対距離により計算される距離だけ離れた別の受光エリアの出力の比を出力できるため、図3に相当する校正曲線により、より高分解能な測定を広い測定レンジに渡り行える光学式変位センサを作製することができる。 [0213] Since the can output the output of the light receiving area on the (Operation and Effect) optical axis, another ratio of the output of the light receiving area at a distance that is calculated by the relative distance, the calibration curve corresponding to FIG. 3, it is possible to manufacture an optical displacement sensor that enables over a wide measurement range and higher resolution measurements.

【0214】なお、この構成についての詳細は、第2の実施の形態にて述べられている。 [0214] For the details of this arrangement are discussed in the second embodiment.

【0215】(付記24) 付記18において、前記受光エリアは受光面上に一定間隔でマトリックス状に形成されており、前記相対的距離に応じて、特定の受光エリアからの出力を選択して出力できる信号ラインの選別回路を有することを特徴とする光学式変位センサ。 [0215] In (Supplementary Note 24) Appendix 18, wherein the receiving area is formed in a matrix at predetermined intervals on the light receiving surface, depending on the relative distance, selects the output from a particular light receiving area output optical displacement sensor characterized by having a selection circuit of the signal lines as possible.

【0216】(作用効果)受光素子上の光強度の分布を2次元的に評価し、光軸上の受光エリアと、前記相対距離に応じて最適な距離離れた特定の受光エリアからの出力の比を出力することで、広範囲に渡り高分解能な測定を行える光学式変位センサを作製することができる。 [0216] (Operation and Effect) to evaluate the distribution of light intensity on the light receiving element are two-dimensionally, and a light receiving area on the optical axis, the output from the optimal distance specific receiving area spaced according to the relative distance by outputting the ratio, it is possible to produce an optical displacement sensor capable of performing high resolution measurement over a wide range.

【0217】なお、この構成についての詳細は、第5の実施の形態にて述べられている。 [0217] For the details of this arrangement are discussed in the fifth embodiment.

【0218】(付記25) 付記18において、前記光源は光軸に垂直な面内の特定方向に短軸と長軸を有するビーム広がりを有するように形成されるとともに、前記光検出器の受光エリアは前記ヒーム広がりの長軸の方向に所定間隔で配置されていることを特徴とする光学式変位センサ。 [0218] (Note 25) In Addition 18, wherein the light source together is formed so as to have a beam divergence with minor and major axes in a specific direction in the plane perpendicular to the optical axis, the light receiving area of ​​the photodetector optical displacement sensor, characterized by being arranged at predetermined intervals in the direction of the long axis of the Himu spread.

【0219】(作用効果)ビームの広がりの長軸方向に受光エリアを所定の間隔で配置することで、ビームの短軸方向に幅の狭い光検出器を使用することができるため、ビームのパワーを効率よく利用できるとともに、センサの外形を小型化することができる。 [0219] The light receiving area in the longitudinal direction of extent of the (Operation and Effect) beams by arranging at a predetermined interval, it is possible to use a narrow light detector in the minor axis direction of the beam, the beam power efficiently with available the outer shape of the sensor can be miniaturized.

【0220】なお、この構成についての詳細は、第3の実施の形態にて述べられている。 [0220] For the details of this arrangement are discussed in the third embodiment.

【0221】(付記26) 付記18において、前記所定の光ビームを出射する光源は面発光レーザであることを特徴とする光学式変位センサ。 [0221] (Supplementary Note 26) An optical displacement sensor, characterized in that in the note 18, the light source for emitting predetermined light beam is a surface emitting laser.

【0222】(作用効果)光源を面発光レーザとすることで、ビームの広がり角をx軸、y軸方向に独立に安価で容易に設計できるため、受光エリアの配列方向にビーム広がりを大きく設計することができる。 [0222] (Operation and Effect) light source by the surface emitting laser, since the spread angle of the beam x-axis, can be inexpensive and readily designed independently in the y-axis direction, design a large beam divergence in the array direction of the light receiving area can do.

【0223】従つて、ビームの短軸方向に幅の狭い光検出器とすることができるため、ビームのパワーを効率よく利用できるとともに、センサの外形を小型化することができる。 [0223] accordance connexion, it is possible to the minor axis direction to narrow the photodetector width of the beam, the power of the beam with efficiently utilized, the outer shape of the sensor can be miniaturized.

【0224】なお、この構成についての詳細は、第2乃至第5の実施の形態にて述べられている。 [0224] For the details of this arrangement are discussed in the second through fifth embodiments.

【0225】(付記27) 付記17において、前記光源がそのビーム広がり角を異にする複数の面発光レーザであることを特徴とする光学式変位センサ。 [0225] (Note 27) In Addition 17, optical displacement sensors, wherein the light source is a plurality of surface emitting lasers having different the beam divergence angle.

【0226】(作用効果)光源を、そのビーム広がり角を異にする面発光レーザとすることで、光検出器の複数の受光エリアの間隔が一定であっても、距離zの測定レンジを大きくすることができる。 [0226] The (operational effect) light source, by the differing surface emitting lasers the beam divergence angle, even spacing of the plurality of light receiving areas of the photodetector is constant, increasing the measurement range of the distance z can do.

【0227】なお、この構成についての詳細は、第4の実施の形態にて述べられている。 [0227] For the details of this arrangement are discussed in the fourth embodiment.

【0228】(付記28) 付記27において、前記光源がそのビーム広がり角を異にする複数の面発光レーザであることを特徴とする光学式変位センサ。 [0228] (Note 28) In Addition 27, optical displacement sensors, wherein the light source is a plurality of surface emitting lasers having different the beam divergence angle.

【0229】(作用効果)光源を、そのビーム広がり角を異にする面発光レーザとすることで、光検出器の複数の受光エリアの間隔が一定であっても、距離zの測定レンジを大きくすることができる。 [0229] The (operational effect) light source, by the differing surface emitting lasers the beam divergence angle, even spacing of the plurality of light receiving areas of the photodetector is constant, increasing the measurement range of the distance z can do.

【0230】なお、この構成についての詳細は、第4の実施の形態にて述べられている。 [0230] For the details of this arrangement are discussed in the fourth embodiment.

【0231】 [0231]

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明によれば、部品点数が少なく組立も容易で、小型かつ軽量で、さらに分解能が光源と受光素子との間の距離zの影響を受けづらく、光源の光パワーのゆらぎによる測定誤差の小さな光学式変位センサを提供することができる。 Effect of the Invention] Accordingly, as described above, according to the present invention, a small number of parts to assemble easily, a small and lightweight, yet resolution affected by the distance z between the light source and the light receiving element difficult, it is possible to provide a small optical displacement sensor measurement errors due to fluctuations of the light power of the light source.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】図1は、本発明による光学的変位センサの原理を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the optical displacement sensor according to the present invention.

【図2】図2は、(1)式を用いて、ビームウェストW Figure 2, using the equation (1), the beam waist W
oをパラメータとして距離zとビーム径W(z)の関係を試算した結果を示す図である。 o is a diagram illustrating the results of trial calculation relationship between the distance z and the beam diameter W (z) as a parameter.

【図3】図3は、面発光レーザ12とフォトダイオード32の間の距離zとフォトダイオード32の出力との関係を示す図である。 Figure 3 is a graph showing the relationship between the output of the distance z and the photodiode 32 between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32.

【図4】図4は、受光素子PDの出力の変化率dη/d Figure 4 shows the rate of change d? / D of the output of the light receiving element PD
zと距離zとの特性曲線を示す図である。 It is a diagram showing a characteristic curve between z and the distance z.

【図5】図5は、特開平7−270120号公報に開示されている従来の光学的変位センサの基本構成を示す図である。 Figure 5 is a diagram showing a basic configuration of a conventional optical displacement sensor disclosed in JP-A-7-270120.

【図6】図6の(a)、(b)は、センサ用の光源が環境温度の変化などの影響でその光パワーが変化した場合でも、光軸上の光パワーと、光軸から距離dの点の光パワーの比は一定となることを示す図である。 [6] in FIG. 6 (a), (b), even when the light source of the sensor is the light power is changed by the influence of changes in the environmental temperature, the optical power on the optical axis, the distance from the optical axis the ratio of the optical power of the point d is a diagram showing that a constant.

【図7】図7は、複数の受光エリア33が等間隔で互いに平行に配置された受光素子32を示す図である。 Figure 7 is a diagram showing a light receiving element 32 in which a plurality of light receiving areas 33 are arranged parallel to each other at equal intervals.

【図8】図8の(a)は、従来の光源では光源と光検出器の距離zが変化すると、光検出器上のビームスポットがx,y軸とも変化するため、受光エリア33を有効に使うことができないことを示し、図8の(b)は、面発光レーザを光源に用いると、ビームの広がりをx軸方向で小さく、y軸方向では適当な大きさに調整することにより、受光エリア33上のビームスポット形を適切に設計することができることを示す図である。 In [8] FIG. 8 (a), the distance z of the conventional light source and the light detector is changed, since the beam spot on the photodetector changes x, with y axis, the effective light receiving area 33 it indicates that it can not, (b) in FIG. 8 is used for, the use of surface-emitting laser as a light source, a beam spreading small in the x-axis direction, by a y-axis direction to adjust to an appropriate size, It shows that it is possible to properly design the beam spot shape on the light receiving area 33.

【図9】図9は、本発明の第1の実施の形態による光学式変位センサの構成を示した図である。 Figure 9 is a diagram showing a configuration of the optical displacement sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図10】図10は、図9のフォトダイオード32の面発光レーザと向き合っている面を示した図である。 Figure 10 is a diagram showing the surface on which faces the surface emitting laser of the photodiode 32 in FIG.

【図11】図11は、図9の面発光レーザ12の一例の構造を示した図である。 Figure 11 is a diagram showing an example of a structure of a surface emitting laser 12 of FIG.

【図12】図12は、図9のレーザ光の強度をモニタするフォトダイオード32の断面構造を示した図である。 Figure 12 is a view showing a sectional structure of a photodiode 32 for monitoring the intensity of the laser beam of FIG.

【図13】図13は、本発明の第2の実施の形態による光学式変位センサの構成を示した図である。 Figure 13 is a diagram showing a configuration of the optical displacement sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図14】図14は、本発明の第3の実施の形態による光学式変位センサの要部の構成を示した図である。 Figure 14 is a diagram showing a structure of a main portion of the optical displacement sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図15】図15は、本発明の第4の実施の形態による光学式変位センサの要部の構成を示した図である。 Figure 15 is a diagram showing a structure of a main portion of the optical displacement sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図16】図16は、本発明の第5の実施の形態による光学式変位センサの要部の構成を示した図である。 Figure 16 is a diagram showing a structure of a main portion of the optical displacement sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図17】図17は、本発明の第5の実施の形態による光学式変位センサの要部の構成を示した図である。 Figure 17 is a diagram showing a structure of a main portion of the optical displacement sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図18】図18は、本発明の第5の実施の形態による光学式変位センサの要部の構成を示した図である。 Figure 18 is a diagram showing a structure of a main portion of the optical displacement sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

12…垂直共振器型面発光レーザ、 48…ヒートシンク、 64…電気配線、 62…LD駆動電源、 32…フォトダイオード、 60…支持板、 70…電気配線、 74…受光系の電源、 76…演算装置、 56…移動物の取りけけ部、 58…支持棒、 33…複数の受光エリア、 77…受光エリア選択装置、 100,102…受光エリア、 14…n型半導体基板、 16…n型半導体バッファ層、 18…n型半導体多層ミラ−、 20…n型半導体クラッド層、 22…活性層、 24…p型半導体クラッド層、 26…p型半導体多層ミラ−、 28…p型電極、 30…n型電極、 34…n+型半導体基板、 36…n型層、 40…反射防止膜、 42…p型電極、 46…n型電極、 78…Si基板、 80…接着層、 82…スペーサ、 110… 12 ... vertical cavity surface emitting laser, 48 ... heat sink, 64 ... electric wiring, 62 ... LD driving power source, 32 ... photodiode, 60 ... support plate 70 ... electric wiring, 74 ... power of the light receiving system, 76 ... operation device, taken only only part of 56 ... moving object, 58 ... supporting rod, 33 ... plurality of light receiving areas, 77 ... light-receiving area selection device, 100, 102 ... light-receiving area, 14 ... n-type semiconductor substrate, 16 ... n-type semiconductor buffer layer, 18 ... n-type semiconductor multilayer mirror -, 20 ... n-type semiconductor cladding layer, 22 ... active layer, 24 ... p-type semiconductor cladding layer, 26 ... p-type semiconductor multilayer mirror -, 28 ... p-type electrode, 30 ... n type electrode, 34 ... n + -type semiconductor substrate, 36 ... n-type layer, 40 ... antireflection film, 42 ... p-type electrode, 46 ... n-type electrode, 78 ... Si substrate, 80 ... adhesive layer, 82 ... spacer 110 ... ビームスポット、 63…LD選択装置。 Beam spot, 63 ... LD selection device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA06 AA09 BB15 DD02 EE00 FF23 FF44 FF61 GG06 GG15 HH12 HH13 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ18 JJ26 LL11 LL30 NN02 NN11 NN17 PP01 PP12 PP22 QQ25 QQ26 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page of continued F-term (reference) 2F065 AA06 AA09 BB15 DD02 EE00 FF23 FF44 FF61 GG06 GG15 HH12 HH13 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ18 JJ26 LL11 LL30 NN02 NN11 NN17 PP01 PP12 PP22 QQ25 QQ26

Claims (3)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 所定の光ビームを射出する光源と、 上記光源から射出された光ビームを受光する光検出器とを具備し、 上記光源と上記光検出器間の光路長の変化を検出する光学式変位センサにおいて、 上記光検出器は、所定の位置に配設された複数の受光領域を有し、この複数の受光領域から各々独立して出力を取り出し可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。 And 1. A light source for emitting a predetermined light beam, comprising a photodetector for receiving the light beams emitted from said light source, detecting a change in optical path length between the light source and the photodetector characterized in that the optical displacement sensor, the photodetector, which has a plurality of light receiving regions arranged in a predetermined position, and is configured to be able to take out each independently outputted from the plurality of light receiving regions optical displacement sensor as set.
  2. 【請求項2】 上記複数の受光領域からの各々の出力より、所定の方式で選択した出力に対して信号処理する信号処理手段をさらに具備することを特徴とする請求項1 2. A method according to claim, characterized in that from each of the outputs from said plurality of light receiving regions, further comprising signal processing means for performing signal processing for the selected output in a predetermined method 1
    記載の光学式変位センサ。 An optical displacement sensor according.
  3. 【請求項3】 上記複数の受光領域からの各々の出力より、所定の方式で選択した複数の出力間の比を求める信号処理手段をさらに具備することを特徴とする請求項1 3. A process according to claim 1, characterized in that from each of the outputs from said plurality of light receiving regions, further comprising signal processing means for determining the ratio between a plurality of output selected in a predetermined manner
    記載の光学式変位センサ。 An optical displacement sensor according.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6838688B2 (en) 2000-07-10 2005-01-04 Mitutoyo Corporation Light spot position sensor and displacement measuring device

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