JP2000346615A - Optical displacement sensor - Google Patents

Optical displacement sensor

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JP2000346615A
JP2000346615A JP11162430A JP16243099A JP2000346615A JP 2000346615 A JP2000346615 A JP 2000346615A JP 11162430 A JP11162430 A JP 11162430A JP 16243099 A JP16243099 A JP 16243099A JP 2000346615 A JP2000346615 A JP 2000346615A
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JP
Japan
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light receiving
light
output
displacement sensor
photodiode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11162430A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Ito
毅 伊藤
Eiji Yamamoto
英二 山本
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

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、
特に、光学的手段を用いた光学式変位センサに関する。
The present invention relates to a displacement sensor,
In particular, it relates 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、
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of an optical displacement sensor,
A light source and a light receiving element are provided, one of which is fixed to the moving body, and is configured to receive the light emitted from the light source by the light receiving element and detect a change in the light intensity to obtain a displacement of the moving body. Are known.

【0003】このような光学的変位センサは、例えば、
特開平7−270120号公報に開示されている。
Such an optical displacement sensor is, for example,
It is disclosed in JP-A-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。
FIG. 5 shows a basic configuration of an optical displacement sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-270120.

【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、
面発光レーザ12はヒートシンク48を介して筐体50
に発光面を上に向けて固定されている。
As shown in FIG. 5, this displacement sensor has a surface emitting laser 12 and a photodiode 32.
The surface emitting laser 12 is connected to the housing 50 via the heat sink 48.
Is fixed with the light-emitting surface facing upward.

【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] An LD drive power supply 62 for supplying a constant current is connected to the surface emitting laser 12 through an electric wiring 64 passing through a through hole 66 provided in the housing 50.

【0007】筐体50の上面には、支持棒ガイド穴52
が設けられている。
A support rod guide hole 52 is provided on the upper surface of the housing 50.
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。
The support rod 58 passes through the support rod guide hole 52, and at the upper end thereof, a mounting portion 56 for detecting a displacement is fixed, and at the lower end, a support plate 60 is fixed.

【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。
The mounting portion 56 is supported by an elastic body 54 provided around the support rod guide hole 52 on the upper surface of the housing 50.

【0010】これにより、支持棒58及び支持板60
は、図の上下方向に移動できるように支持されている。
Thus, the support rod 58 and the support plate 60
Are supported so that they can move in the vertical direction in the figure.

【0011】支持板60の下面にはフォトダイオード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。
The photodiode 3 is provided on the lower surface of the support plate 60.
2 is fixed so that its light receiving surface faces 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。
When a force acts on the mounting portion 56 in the vertical direction in the figure, 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
の間の距離zが変化する。
As a result, the photodiode 32 moves up and down, and the surface emitting laser 12 and the photodiode 32
Is changed.

【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、
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。
The output of the photodiode 32 changes with the change of the distance z.
For example, the distance z between the surface emitting laser 1 and the photodiode 32 can be calculated by using a calibration curve obtained logically or experimentally.

【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。
However, the above-mentioned displacement sensor 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。
FIG. 3 shows the relationship between the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 and the output of the photodiode 32.

【0017】すなわち、図3において、横軸を距離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。
That is, in FIG. 3, the horizontal axis represents the distance z,
When the ordinate represents the ratio η of light emitted from the light source to the light receiving element, the η-z characteristic curve shows 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。
The parameter Wp is the width of the light receiving element, and Wo is the beam waist, which is approximately equal to the width of the emission window of 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。
The resolution as a sensor depends on the gradient of the η-z characteristic curve. A high gradient indicates a high resolution, and a low gradient indicates a low resolution.

【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
pによって大きく異なっていることが分かる。
FIG. 4 shows a dη / dz-z curve, and the region of z showing high resolution and good resolution is W
It can be seen that p differs greatly depending on p.

【0021】すなわち、Wo=2μmの場合、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
mの範囲で良好な分解能を示す。
That is, when Wo = 2 μm, Wp = 2
In the case of μm, high resolution is shown in the region of z = 150 μm or less, but in the case of Wp = 40 μm, z = 300 μm to 500 μm.
Good resolution is shown 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。
That is, assuming that Wo and Wp are constant, a high-resolution sensor can be manufactured only in a specific 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。
Another problem is that, in the displacement sensor having the configuration shown in FIG. 5, when the optical axis of the beam of the surface emitting laser 12 does not coincide with the center of the light receiving area of the photodiode 32. In addition, the output of the photodiode does not match the calibration curve corresponding to FIG. 3, and a measurement error of the distance z occurs.

【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。
For this reason, it is necessary to match these two with high accuracy. However, for this purpose, a high level of assembling technique is required, which causes a problem that assembling cost and assembling time increase.

【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、
その光パワーにゆらぎが生じることが知られている。
Further, as another problem, many light sources used for sensors are affected by environmental temperature and power supply stability.
It is known that the optical power fluctuates.

【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。
The fluctuation of the optical power causes the fluctuation of the optical power incident on the light receiving element. As a result, the output from the light receiving element fluctuates.

【0027】従って、受光素子の出力が変化した場合、
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。
Therefore, when the output of the light receiving element changes,
There is a problem that it becomes impossible to distinguish whether the change is due to the fluctuation of the optical power or the change in the displacement z.

【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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a small number of parts, is easy to assemble, is small and lightweight, and is hardly affected by the distance z between the light source and the light receiving element. It is another object of the present invention to provide an optical displacement sensor having a small measurement error due to fluctuations in the optical power of a 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 above-mentioned problems, (1) a light source for emitting a predetermined light beam, and a photodetector for receiving the light beam emitted from the light source are provided. In the optical displacement sensor for detecting a change in the optical path length between the light source and the photodetector, the photodetector has a plurality of light receiving regions arranged at predetermined positions, The optical displacement sensor is configured to be able to take out the output independently from the light receiving area of the optical displacement sensor.

【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。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (2) a signal processing means for performing signal processing on an output selected by a predetermined method from each output from the plurality of light receiving areas. The optical displacement sensor according to (1) is further 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。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (3) a signal processing means for obtaining a ratio between a plurality of outputs selected by a predetermined method from each output from the plurality of light receiving areas. The optical displacement sensor according to (1), further comprising:

【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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an outline of an optical displacement sensor according to the present invention will be described.

【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。
An optical displacement sensor according to the present invention comprises a light source, a photodetector having a plurality of light receiving areas, and means for detecting a change in a relative position of a displacement detection target based on an output from the photodetector. It is characterized by having.

【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。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to the drawings.

【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, consider a surface emitting laser SEL and a light receiving element PD which are opposed to each other at a distance z.

【0036】ここで、受光素子PDはy方向の幅が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。
Here, the light receiving element PD has a width in the y direction Wp.
And is disposed on the central axis of the emission 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。
In the following description, it is assumed that the beam spread of the surface emitting laser SEL in the x direction is designed to be small in advance and is within the light 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
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。
Considering the case where the surface emitting laser SEL has a refractive index waveguide structure, the laser light is emitted from the surface emitting laser SEL.
Considering the case where the refractive index guide is guided in the waveguide of the above, a plane wave is generated, and therefore, the laser light emitted to the outside can be regarded as a Gaussian beam having a beam waist Wo on the emission surface of the laser in 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/e2 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 (z) of the Gaussian beam at a point at a distance z from the exit surface is defined as W (z) defined as the width (from the main axis) at which the intensity of the laser beam becomes 1 / e 2 . It is expressed by the following equation using the wavelength λ of the laser light.

【0040】[0040]

【数1】 (Equation 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。
FIG. 2 shows the result of trial calculation of the relationship between the distance z and the beam diameter W (z) using Wo as a parameter by using the equation (1).

【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 the beam waist Wo of the surface emitting laser is approximately equal to the size of the emission surface of the laser, the beam spread of the laser light can be designed over a wide range by changing the width of the emission surface of the surface emitting laser as shown in FIG. I understand.

【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,
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。
Further, by applying the result of FIG. 2 to a two-dimensional light beam diameter design, (x,
It can be seen that the spread of the laser beam about the y) axis can be designed independently.

【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, it is known that the beam spread cannot be designed by such a method in a usual stripe type semiconductor laser (LD) or semiconductor light emitting device (LED) due to the structure of the device.

【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
(r,z)とすれば、E(r,z)は次式で表される。
In FIG. 1, the distance from the principal axis of the circular Gaussian beam is r, and the real part of the electric field excluding the time and phase terms is E.
Assuming that (r, z), E (r, z) is represented by the following equation.

【0046】[0046]

【数2】 (Equation 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RPD、誤差関数
をE rfとして、次式で表される。
Accordingly, the light emitted from the surface emitting laser SEL was emitted.
The ratio of light entering the light receiving element PD η (to the output of the light receiving element
Is proportional to the reflectance from the light receiving element.PD, Error function
To E rfIs represented by the following equation.

【0048】[0048]

【数3】 (Equation 3)

【0049】ここで、RPD=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。
Here, FIG. 3 shows the result of calculating η for the distance z with R PD = 0, Wo constant, and Wp as a parameter.

【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。
It can be seen from FIG. 3 that the above-mentioned η-z characteristic curve changes when Wp is changed.

【0051】ここで、RPD=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。
Here, the reason why R PD = 0 is set in consideration of preventing return light to the laser section from causing a change in laser output. For example, the light receiving element PD facing the surface emitting laser SEL is used. This is realized by forming a non-reflective film on the surface of the.

【0052】図4は、変位センサの感度の指標として、
dη/dzと変位量zの関係を示している。
FIG. 4 shows an index of the sensitivity of the displacement sensor.
The relation between dη / dz and the displacement z is shown.

【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
/dzは、 dη/dz>0.1%/μm という条件が必要である。
If the total SN ratio including the detection circuit of the light receiving element PD is 30 dB, a fluctuation of the optical output of 0.1% can be detected. Therefore, if the required displacement resolution is 1 μm, the light receiving Change rate dη of output of element PD
/ Dz needs to satisfy the following condition: 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。
As shown in FIG. 4, dη / dz depends on the displacement z and the width Wp of the light receiving element PD. Therefore, if the size of the light receiving area is appropriately adjusted according to the displacement z, the high resolution area can be widened. You can see that it can be done.

【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。
Here, the same effect can be obtained by the following method without changing the width Wp of the light receiving area.

【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。
That is, a plurality of light receiving areas are arranged as a photodetector, and the output ratio between the light receiving area having the strongest incident light and the light receiving area arranged at a predetermined distance d from the light receiving area is determined. By changing according to the amount z, it is possible to widen the high-resolution region.

【0057】また別の問題点として、図6の(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、
光軸から距離dの点の光パワーの比は一定となる。
As another problem, FIG.
As shown in (b), the light source for the sensor has a problem that the optical power changes under the influence of a change in the environmental temperature or the like.
The ratio of the optical power at a point at 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。
Therefore, by taking the ratio of the outputs from the two appropriate light receiving elements at a distance d, an optical displacement sensor that is not affected by fluctuations in the optical power can be manufactured.

【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。
Further, the problem of adjusting the optical axes of the light source and the photodetector 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
2を考える。
That is, as shown in FIG. 7, a light receiving element 3 in which a plurality of light receiving areas 33 are arranged in parallel at equal intervals.
Consider 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。
Here, 110 is a beam spot on the light receiving element 32, and 77 is a light receiving area selecting 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。
When the light from the light source enters the light receiving element 32, the light axis of the light source exists on the light receiving area 100 where the output is the largest, and the ratio of the output to the light receiving area 102 separated by a predetermined distance d is obtained. , The displacement z can be accurately measured.

【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。
That is, a displacement sensor capable of accurately measuring a displacement amount without aligning the optical axis can be manufactured.

【0064】また、光源に面発光レーザを用いた場合、
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、
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。
When a surface emitting laser is used as a light source,
By changing the size of the emission surface of the surface emitting laser, the beam spread of the laser light can be appropriately designed.
By appropriately designing the size of the emission window of the laser for the (x, y) axes perpendicular to each other, the spread of the laser beam can be independently designed for the (x, y) axes.

【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。
Therefore, in the conventional light source, as shown in FIG. 8A, when the distance z between the light source and the photodetector changes, the beam spot on the photodetector also changes in the x and y axes. The light receiving area 33 cannot be used effectively.

【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。
However, as shown in FIG. 8B, when a surface emitting laser is used as the light source, the spread of the beam is reduced in the x-axis direction and is adjusted to an appropriate size in the y-axis direction. The 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。
That is, the light receiving area 33 can be effectively used over a wide range of the 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, an embodiment of the present invention based on the above outline will be described with reference to the drawings.

【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。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【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。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the optical displacement sensor according to the 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。
As shown in FIG. 9, the vertical cavity surface emitting laser 12 is fixed on a heat sink 48 with its light emitting surface facing upward.

【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。
An LD drive power supply 62 for supplying a constant current to the surface emitting laser 12 via an electric wiring 64 is connected to the surface emitting laser 12.

【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、
支持板60の下面に固定されている。
On the other hand, the photodiode 32 has its light receiving surface facing the light emitting surface of the surface emitting laser 12.
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。
A power supply 74 of a light receiving system and an arithmetic unit 76 for calculating a relative distance z between the photodiode 32 and the surface emitting laser 12 from the output of each light receiving area are connected to the photodiode 32 via an electric wiring 70. Have been.

【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
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。
The mounting portion 56 of the moving object whose relative displacement is to be measured is fixed to a support plate 60 via a support rod 58, and the photodiode 32 is
2 is supported so as to be able to move up and down on the optical axis of the beam while keeping its light-receiving surface substantially perpendicular to the optical axis of the beam emitted from the beam 2.

【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。
FIG. 10 is a diagram showing a surface of the photodiode 32 facing the surface emitting laser.

【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。
The photodiode 32 is provided with a plurality of light receiving areas 33, and these light receiving areas 33 are arranged at equal intervals in parallel with each other.

【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
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。
The light receiving area 33 is connected to a light receiving area selecting device 77.
Can be output to the arithmetic unit 76 independently.

【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。
Some examples of a method of selecting a light receiving area to be used from each 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
を選択する。
First, the light receiving area 100 having the largest output
Select

【0081】次に、別のある受光エリアがある出力、た
とえば1/e2 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, a method of selecting a light receiving area 102 in which another light receiving area has a certain output, for example, the smallest output exceeding 1 / e 2 , or a photo depending on the measurement distance z. A method of calculating the beam diameter on the diode 32 and selecting the light receiving area 100 having the largest output and the light receiving area 102 separated by an optimum distance d from the light receiving area 100, and selecting a light receiving element from the distance z, for example, 4 can be determined logically or experimentally with reference to the graph corresponding to FIG. 4 and can be programmed.

【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、
面発光レーザ12とフォトダイオード32の相対距離z
を、図3に相当する校正曲線から計算する。
From these outputs, the arithmetic unit 76 calculates the ratio of the outputs of the light receiving area 100 and the light receiving area 102,
Relative distance z between surface emitting laser 12 and photodiode 32
Is calculated 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
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。
The light receiving area selecting device 77 continuously outputs the outputs from all the light receiving areas 33 to the arithmetic device 76, and the arithmetic device 76 outputs the light receiving area 10 having the largest output.
The ratio of 0 to the output of all the light receiving areas sandwiched between the light receiving area 100 and the light receiving area 102 selected by any of the above methods is calculated, and the ratio is determined from the plurality of calculation results by the relative distance Z. The optimum ratio between the two light receiving areas is extracted, and 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。
The surface emitting laser 12 has various structures. FIG. 11 shows an example of the structure.

【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
2、p型半導体クラッド層24、p型半導体多層ミラ−
26を積層し、共振部を残してn型半導体クラッド層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
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。
In the surface emitting laser shown in FIG. 11, an n-type semiconductor buffer layer 16, an n-type semiconductor multilayer mirror 18, an n-type semiconductor clad layer 20, an active layer 2
2, p-type semiconductor cladding layer 24, p-type semiconductor multilayer mirror
26, and the n-type semiconductor cladding layer 2
0, and the p-type semiconductor multilayer mirror layer 26 and the n-type
The configuration is such that a mold electrode 28 and an n-type electrode 30 are provided.

【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。
The photodiode 32 for monitoring the intensity of the laser beam has, for example, a structure in which an n-type layer 36 is laminated on an n + -type semiconductor substrate 34 as shown in the sectional structure of FIG. A p-type region 38 is formed by ion implantation or the like, an antireflection film 40 is laminated on the surface thereof, and after patterning, a p-type electrode 42 is formed, and an n-type electrode 46 is laminated on the n + type semiconductor substrate 34. 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。
According to the displacement sensor having the above-described configuration, the distance z can be accurately measured without adjusting the optical axis of the light emitted from the surface emitting laser 12 and the central axis of the photodiode 32 to be coincident.

【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。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【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。
In FIG. 13, the same members as those 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。
For details of these members, reference is made to the description of the first embodiment, and the following description focuses 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。
As shown in FIG. 13, the surface emitting laser 12 is fixed at a position opposite to the light receiving area 33 on the photodiode 32 via a heat sink 48.

【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
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。
As shown in FIG. 10, the photodiode 32 has a plurality of light receiving areas 33 and a light receiving area selecting device 7.
7 are provided, and the light receiving areas 33 are arranged at equal intervals in parallel with each other.

【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。
The photodiode 32 is fixed to a spacer 82 having a slope with an angle θ by an adhesive layer 80.

【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。
The lower surface of the support plate 60 is mirror-finished, and the light emitted from the surface emitting laser 12 is reflected by the lower surface of the support plate 60 and enters 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。
When a force acts in the vertical direction in the figure on the mounting portion 56 for attaching the moving object whose relative displacement is to be detected, the support plate 60 moves in the vertical direction according to the magnitude of the force.

【0096】このため、面発光レーザ12から支持板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。
For this reason, the surface emitting laser 12 is
The distance z on the optical axis to the lower surface of 0 changes, and the intensity of light incident on the photodiode 32 changes.

【0097】フォトダイオード32上の各受光エリア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。
Each light receiving area 3 on the photodiode 32
According to the output of 3, the light receiving area selection device 77 selects the light receiving areas to be used, and outputs the ratio of the outputs of those light receiving areas 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
を計算により求める。
The arithmetic unit 76 calculates the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally.
Is obtained by 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。
According to the displacement sensor having the above configuration, even if the positional relationship between the optical axis of the light emitted from the surface emitting laser 12, the center axis of the photo-tiode 32, and the lower surface of the support plate does not match the design value, the distance is not changed. z can be measured accurately.

【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。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 14A and 14B.

【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。
In FIG. 14, the same members as those described in the first embodiment are denoted 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。
For details of these members, reference is made to the first embodiment, and the following description will focus on 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。
The overall configuration is as shown in FIG. 9, and the positional relationship between the surface emitting laser 12 and the light receiving area 33 of the photodiode 32 is arranged as shown in FIG. I have.

【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。
As shown in FIG. 14 (b), the beam spread of the surface emitting laser 12 is designed to be small in the x direction and large in the y direction. Are arranged in parallel at equal intervals.

【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。
The beam emitted from the surface emitting laser 12 forms 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。
As shown in FIG. 8B, the size of the beam spot 110 greatly changes in the y direction depending on the relative distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32. , 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。
Therefore, since the width of the light receiving area can be effectively used, even if the relative distance z changes over a wide range, the displacement can be measured efficiently.

【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。
Further, since it is not necessary to increase the light receiving area, that is, the width of the photodiode 32 in the x direction more than necessary, the size of the photodiode 32 can be reduced.

【0109】従って、この第3の実施の形態によると、
面発光レーザ12とフォトダイオード32の間の距離z
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。
Therefore, according to the third embodiment,
Distance z between surface emitting laser 12 and photodiode 32
Can be configured over 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。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【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。
In FIG. 15, members equivalent to those 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。
For details of these members, reference is made to the first embodiment, and the following description will focus on 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。
The overall configuration is as shown in FIG. 9, and the positional relationship between the surface emitting laser 12 and the light receiving area 33 of the photodiode 32 is arranged as shown in FIG.

【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。
As a light source, a surface emitting laser 12 having a plurality of emission windows is arranged, and an LD selecting device 63 is arranged between the surface emitting laser 12 and an LD driving power supply 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。
The light receiving area 33 of the photodiode 32 is formed sufficiently long in the direction in which the plurality of surface emitting lasers 12 are aligned.

【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。
In the present embodiment, the three surface emitting lasers 12 are not used by simultaneously emitting light, but three spots 110 are drawn on the photodiode 32 for convenience.

【0117】測定の手順としては以下の通りである。The 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。
First, the LD selecting device 63 selects the surface emitting laser 12 having the smallest emission window, that is, the one having the largest beam spread.

【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。
Next, the arithmetic unit 76 tentatively calculates the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally. The provisionally obtained distance z is output to the LD selecting device 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。
The LD selecting device 63 selects the surface emitting laser 12 having the optimum emission window from the relationship between the distance z and the resolution corresponding to FIG. 4 obtained logically or experimentally, for example.

【0121】そして、この選択された面発光レーザ12
を用いて再度測定を実施し、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。
Then, the selected surface emitting laser 12
The measurement is performed again using
The distance z between the surface emitting laser 12 and the photo diode 32 is calculated in detail by using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally.

【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。
Since these series of measurements are performed continuously, it is not necessary to always perform the provisional measurement of the distance z as described above, and the selecting device 63 performs the measurement based on the value of z measured immediately before. The light receiving area 33 can be selected.

【0123】従って、この第4の実施の形態によると、
面発光レーザ12とフォトタイオード32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。
Therefore, according to the fourth embodiment,
Distance z between surface emitting laser 12 and photo diode 32
Can be configured as a displacement sensor capable of measuring a wide range with high resolution.

【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。
(Fifth Embodiment) A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 and FIGS.

【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。
In FIGS. 16 to 18, members equivalent to those 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。
For details of these members, reference is made to the first embodiment, and the following description will focus on 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。
The overall configuration is as shown in FIG. 9, and the light emitting surface of the surface emitting laser 12 and the light receiving surface of the photodiode 32 are arranged as shown in FIG. .

【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。
The light receiving areas 33 of the photodiode 32 are arranged in a matrix as shown in FIG.

【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。
For this photodiode 32, two sets of light receiving areas 33 on a straight line to be used are selected based on the output of each light receiving area 33, and the ratio of the output of the selected light receiving area is calculated and output. The selection device 77 is connected to an arithmetic device 76 for calculating the distance z between the surface emitting laser 12-and the photodiode 32 based on 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.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。
The size of the exit window of the surface emitting laser 12 is determined by the value of x. 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
の距離zの測定方法について、zが小さい場合を図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。
Surface emitting laser 12 and photodiode 32
FIG. 17 shows a method for measuring the distance z of FIG.
This will be described with reference to FIG.

【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。
The area selecting device 77 first selects one or a plurality of appropriate light receiving areas 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。
Based on this output, the arithmetic unit 76 calculates a provisional distance z.

【0134】この距離zに基づいて、エリア選択装置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
00、104を選択する。
On the basis of the distance z, the area selecting device 7
7 shows light receiving areas 100 and 102 on a straight line in the y direction as shown in FIG. 17 when z is small, and light receiving areas 1 and 2 on a straight line in the x direction as shown in FIG. 18 when z is large.
00 and 104 are selected.

【0135】この二組の直線上に配列した受光エリア3
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。
The light receiving areas 3 arranged on the two sets of straight lines
According to the output from 3, the arithmetic unit 76 calculates the distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 in detail by using a calibration curve corresponding to FIG. 3 obtained logically or experimentally, for example.

【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。
A case in which the distance z changes will be described with reference to FIGS.

【0137】初めに、距離zにおいて、受光エリア10
0と102が選択されているものとする。
First, at the distance z, the light receiving area 10
It is assumed that 0 and 102 have been 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。
As the distance z changes in the direction of decreasing, the area selecting device 77 eventually selects 100 and 102a as an optimal set of light receiving areas.

【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。
As the distance z further decreases, the area selecting device 77 selects the light receiving areas 100 and 102b as an optimal set of light receiving areas.

【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。
Conversely, when the distance z increases, the light receiving areas to be selected are changed in the reverse order, and 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。
When the distance z is further increased, the light receiving areas 100 and 104a shown in FIG. 18 in which the selected light receiving areas are arranged in the x direction are 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。
In FIGS. 17 and 18, the light receiving areas 100, 102, 104, etc. do not indicate one light receiving area, but a set of light receiving areas in a line on a straight line in the vertical (Y) or horizontal (X) direction. Pointing to.

【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。
In this method, by designing the beam spread of the surface emitting laser 12 independently in the x and y directions, a function equivalent to using two surface emitting lasers 12 can be provided.

【0144】本実施の形態において、単位受光エリア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。
In this embodiment, the unit light receiving area 3
Although 3 is a square, a rectangular shape is also effective depending on the beam spread angle of the surface emitting laser 12.

【0145】従って、この第5の実施の形態によると、
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。
Therefore, according to the fifth embodiment,
A displacement sensor capable of measuring the distance z between the surface emitting laser 12 and the photo diode 32 with high resolution over a wide range can be configured.

【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。
In each of the above embodiments of the present invention, one or more of the LD drive power supply 62, LD selection device 63, light receiving power supply 74, arithmetic device 76, area selection device 77, etc. It is possible to integrate them on or on a 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。
The surface emitting laser 12 and the photodiode 32 can be formed 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。
The third to fifth embodiments will be described with reference to FIG. 9 when the light emitting surface of the surface emitting laser 12 and the light receiving surface of the photodiode 32 face each other. However, the same effect can be obtained in the case of the reflection type as shown in FIG.

【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。
The present invention can be variously modified or modified without departing from the scope of the invention, and the above-described embodiments are merely examples.

【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。
The present specification described in the above embodiments includes the inventions described in the following supplementary notes 1 to 28 in addition to the claims 1 to 3 described in the claims. 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。
(Appendix 1) The optical character displacement sensor according to claim 1 or 2, wherein the signal processing means changes an output to be selected according to the optical path length.

【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。
(Supplementary note 2) The signal processing circuit according to claim 2 or claim 1, wherein in determining the ratio between a plurality of outputs, one of the signals selects an output from a light receiving region having the largest amount of received light. An optical displacement sensor according to claim 1.

【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
のいずれかに記載の光学式変位センサ。
(Supplementary Note 3) The plurality of light-receiving regions of the photodetector are arranged in a matrix at predetermined intervals.
The optical displacement sensor according to any one of the above.

【0154】(付記4) 上記光源よりの光ビームは、
光軸に垂直な面内で短軸と長軸の長さが異なつており、
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。
(Supplementary Note 4) The light beam from the light source is
The length of the short axis and the long axis are different in the plane perpendicular to the optical axis,
3. The optical character type according to claim 1, wherein the plurality of light receiving areas of the photodetector are arranged at predetermined intervals in the direction of the long 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。
(Supplementary Note 5) The optical displacement sensor according to any one of Claims 1 to 3 or Claims 1 to 3, wherein the light source is a 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。
(Supplementary Note 6) The optical path length is changed by relatively displacing the positions of the light source and the photodetector, according to any one of Claims 1 to 3 or Supplementary notes 1 to 5. 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
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。
(Supplementary Note 7) The light source further includes a reflecting member that reflects the light beam emitted from the light source toward the photodetector, and the positions of the light source and the photodetector are relatively fixed. 4. The optical path length changes when the position of the reflection member is displaced.
Alternatively, the 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、
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。
(Supplementary Note 8) Light emitting means comprising a plurality of light sources for emitting light beams having different thicknesses from each other, and light receiving means comprising a photodetector for receiving the light beams emitted from the plurality of light sources are provided. An optical displacement sensor that detects a change in an optical path length between the light emitting unit and the light receiving unit,
An optical displacement sensor further comprising light source selection means for selecting a light source used for detecting the change in the optical path length under predetermined conditions.

【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。
(Supplementary Note 9) A light source that emits a predetermined light beam, and a photodetector that is disposed near the optical axis of the light beam and that has a light receiving surface that is substantially perpendicular to the optical axis, the light source includes: A displacement sensor configured to change a relative distance between the light source and the photodetector while keeping a direction of the photodetector substantially constant, and to detect a change in the relative distance based on an output from the photodetector; 3. The optical displacement sensor according to claim 1, wherein a plurality of light receiving areas of the light detector are formed at predetermined intervals, and the light detector can independently output respective outputs from 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。
(Function and Effect) By forming a plurality of light receiving areas of the photodetector at predetermined intervals and enabling each output from the plurality of light receiving areas to be output independently, a plurality of light receiving areas of the photodetector can be obtained. Since the output of the light receiving area can be detected independently, the optical axis of the light source can be detected from the light receiving area having the strongest output, so that the optical axis of the light source and the central axis of the light receiving area do not need to be strictly aligned.

【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。
The ratio between the light receiving area and each output from the light receiving area at a predetermined distance from the light receiving area is determined, so that the relative position between the light source and the photodetector is not affected by the fluctuation of the light power of the light source. A change in distance can be detected.

【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。
Therefore, by selecting a predetermined distance between the light receiving areas according to the relative distance between the light source and the photodetector, a displacement sensor capable of detecting displacement with high sensitivity over a wide measurement range can be manufactured.

【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。
In the case of this configuration, it is desirable that the light receiving surface of the photodetector and the optical axis of the light source are nearly 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。
The details of this configuration have been described 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。
(Supplementary Note 10) In the supplementary note 9, only the specific output may be selected and output according to the relative distance among the independent signal outputs from the plurality of light receiving areas in the photodetector. An optical displacement sensor comprising a signal line selection circuit capable of performing the above-described operation.

【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。
(Function and Effect) Since an output from a specific light receiving area can be selected and output according to the relative distance, an optimum light receiving area can be selected according to the displacement to be measured, and an optical system capable of performing high-resolution measurement over a wide range. A displacement sensor can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 11) The optical displacement sensor according to supplementary note 9, wherein the photodetector has a signal processing circuit that outputs a ratio of an output of a specific light receiving element among 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。
(Function / Effect) Since a signal processing circuit for outputting the ratio of the output of a specific light receiving element is provided, even if the optical power of the light source fluctuates for some reason, an optical value which does not include an error in the measured value of the displacement amount. A displacement sensor can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 12) In Supplementary Note 11, only the output signals from a specific set of light receiving areas among the output signals from the plurality of light receiving areas are selected according to the relative distance, and are selected by the signal processing circuit. An optical displacement sensor having a signal line selection circuit capable of outputting.

【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。
(Effect) The width of the light receiving area is changed by selecting only output signals from a specific set of light receiving areas according to the relative distance and calculating and outputting the ratio by the signal circuit. The same effect as the above can be obtained.

【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。
That is, an optical displacement sensor having high resolution over a wide measurement range can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 13) In Supplementary Note 12, one of the signals from the pair of light receiving areas output from the signal line selecting circuit to the signal processing circuit by the signal line selecting circuit selects one of the output signals from the light receiving area having the strongest output. An optical displacement sensor characterized by being able to.

【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。
(Function and Effect) Since the light receiving area having the strongest output can be selected, the position of the optical axis of the light source can be detected.

【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。
Accordingly, it is possible to manufacture an optical displacement sensor capable of performing high-resolution measurement without having to strictly align the optical axis of the light source with the central axis of the light receiving element when assembling the sensor.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 14) In the supplementary note 13, the signal line selection circuit may select a signal line from the other light receiving area to be output to the signal processing circuit according 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。
(Operation and Effect) Since the ratio of the output of the light receiving area on the optical axis to the output of another light receiving area separated by the distance calculated by the relative distance can be output, the calibration curve corresponding to FIG. An optical displacement sensor capable of performing higher-resolution measurement over a wide measurement range can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 15) In Supplementary Note 9, the light receiving areas are formed in a matrix at regular intervals on the light receiving surface, and an output from a specific light receiving area is selected and output according to the relative distance. An optical displacement sensor comprising a signal line selection circuit capable of performing the above-described operation.

【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。
(Function and Effect) The distribution of the light intensity on the light receiving element is evaluated two-dimensionally, and the light receiving area on the optical axis and the output from a specific light receiving area separated by an optimum distance according to the relative distance are evaluated. By outputting the ratio, an optical displacement sensor capable of performing high-resolution measurement over a wide range can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 16) In the supplementary note 9, the light source may be formed so as to have a beam spread having a short axis and a long axis in a specific direction in a plane perpendicular to the optical axis, and a light receiving area of the photodetector. The optical displacement sensors are arranged at predetermined intervals in the direction of the major 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。
(Effect) By arranging the light receiving areas at predetermined intervals in the major axis direction of the spread of the beam, it is possible to use a photodetector having a narrow width in the minor axis direction of the beam. Can be used efficiently, and the outer shape of the sensor can be reduced in size.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 17) The optical displacement sensor according to supplementary note 9, wherein the light source that emits the 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。
(Function and Effect) By using a surface emitting laser as the light source, the beam divergence angle can be designed independently and inexpensively in the x-axis and y-axis directions. 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。
Therefore, since the photodetector can be narrow in the short axis direction of the beam, the power of the beam can be used efficiently and the outer shape of the sensor can be reduced.

【0191】なお、この構成についての詳細は、第1、
第3乃至第5の実施の形態にて述べられている。
The details of this configuration are described in the first,
This is described 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する光学式変位センサ。
(Supplementary Note 18) The light source includes a light source that emits a predetermined light beam, and a reflection surface that is disposed on an optical axis of the light beam and that is disposed to have a predetermined angle with respect to the optical axis. A mirror that reflects the light beam, and a light detector having a light receiving surface arranged to have a predetermined angle with respect to the optical axis of the reflected light beam, the light source and the light detector and The relative distance between the light source or the photodetector and the mirror is configured to be variable while keeping the orientation of the mirror substantially constant, and the relative distance between the light source and the photodetector and the mirror is changed. A plurality of light receiving areas of the light detector are formed at predetermined intervals, and the light detector can independently output each output from the plurality of light receiving areas. It is characterized by 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。
(Function and Effect) By forming a plurality of light receiving areas of the photodetector at predetermined intervals and enabling each output from the plurality of light receiving areas to be output independently, a plurality of light receiving areas of the photodetector can be output. Since the output of the light receiving area can be detected independently, the optical axis of the light source can be detected from the light receiving area having the strongest output, so that the optical axis of the light source and the central axis of the light receiving area do not need to be strictly aligned.

【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。
By calculating the ratio between the light receiving area and the output of the light receiving area separated by a predetermined distance, the change in the relative distance between the light source and the photodetector can be detected without being affected by the fluctuation of the light power of the light source. 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。
Therefore, by selecting a predetermined distance between the light receiving areas according to the relative distance between the light source and the photodetector, a displacement sensor capable of detecting displacement with high sensitivity over a wide measurement range can be manufactured.

【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。
In the case of this configuration, the light receiving surface of the photodetector and the optical axis of the light source are arranged at a predetermined angle, and it is desirable that both move relatively 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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary note 19) In Supplementary note 18, out of the independent signal outputs from the plurality of light receiving areas in the photodetector, only a specific output may be selected and output according to the relative distance. An optical displacement sensor comprising a signal line selection circuit capable of performing the following.

【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。
(Function and Effect) Since the output from a specific light receiving area can be selected and output based on the relative distance, an optimum light receiving area can be selected according to the displacement to be measured, and an optical element capable of performing high-resolution measurement over a wide range. A displacement sensor can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 20) The optical displacement sensor according to supplementary note 18, wherein the photodetector has a signal processing circuit that outputs a ratio of an output of a specific light receiving element among 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。
(Function / Effect) Since the signal processing circuit for outputting the ratio of the output of the specific light receiving element is provided, even if the optical power of the light source fluctuates for some reason, the measured value of the displacement does not include an error. A displacement sensor can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary note 21) In Supplementary note 20, according to the relative distance, only output signals from a specific set of light receiving areas among the output signals from the plurality of light receiving areas are selected and sent to the signal processing circuit. An optical displacement sensor having a signal line selection circuit capable of outputting.

【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。
(Function and Effect) According to the relative distance, only the output signals from a specific set of light receiving areas are selected, and the ratio between them is calculated and output by the signal processing circuit. It is possible to obtain the same effect as changing.

【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。
That is, a high-resolution optical displacement sensor can be manufactured 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。
The details of this configuration have been described 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。
(Supplementary Note 22) In Supplementary Note 21, one of the signals from the pair of light receiving areas output from the signal processing circuit to the signal processing circuit by the signal line selection circuit selects one of the output signals from the light receiving area having the strongest output. An optical displacement sensor characterized by being able to.

【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。
(Function and Effect) Since the light receiving area having the strongest output can be selected, the position of the optical axis of the light source can be detected.

【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。
Accordingly, it is possible to manufacture an optical displacement sensor capable of performing high-resolution measurement without having to strictly align the optical axis of the light source with the central axis of the light receiving element when assembling the sensor.

【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] Details of this configuration are described 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。
(Supplementary note 23) In Supplementary note 22, the signal line selection circuit can select a signal line from the other light receiving area to be output to the signal processing circuit according 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。
(Function and Effect) Since the ratio of the output of the light receiving area on the optical axis to the output of another light receiving area separated by the distance calculated by the relative distance can be output, the calibration curve corresponding to FIG. An optical displacement sensor capable of performing higher-resolution measurement over a wide measurement range can be manufactured.

【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] Details of this configuration are described 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。
(Supplementary Note 24) In Supplementary Note 18, the light receiving areas are formed in a matrix at regular intervals on the light receiving surface, and an output from a specific light receiving area is selected and output according to the relative distance. An optical displacement sensor comprising a signal line selection circuit capable of performing the above-described operation.

【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。
(Function and Effect) The distribution of the light intensity on the light receiving element is evaluated two-dimensionally, and the light receiving area on the optical axis and the output of the light receiving area from the specific light receiving area separated by the optimum distance according to the relative distance are evaluated. By outputting the ratio, an optical displacement sensor capable of performing high-resolution measurement over a wide range can be manufactured.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary note 25) In Supplementary note 18, the light source is formed so as to have a beam spread having a short axis and a long axis in a specific direction in a plane perpendicular to the optical axis, and a light receiving area of the photodetector. Are arranged at predetermined intervals in the direction of the long axis of the beam 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。
(Effect) By arranging the light receiving areas at predetermined intervals in the major axis direction of the spread of the beam, it is possible to use a photodetector having a narrow width in the minor axis direction of the beam. Can be used efficiently, and the outer shape of the sensor can be reduced in size.

【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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary note 26) The optical displacement sensor according to supplementary note 18, wherein the light source that emits the 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。
(Function and Effect) By using a surface emitting laser as the light source, the beam divergence angle can be designed independently and inexpensively and easily in the x-axis and y-axis directions. 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。
Accordingly, since the photodetector can be narrow in the short-axis direction of the beam, the power of the beam can be used efficiently and the outer shape of the sensor can be reduced.

【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。
The details of this configuration are described in the second to 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。
(Supplementary Note 27) The optical displacement sensor according to supplementary note 17, wherein the light source is a plurality of surface emitting lasers having different beam divergence angles.

【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。
(Effects) By setting the light source to a surface emitting laser having different beam divergence angles, the measurement range of the distance z can be increased even if the interval between the plurality of light receiving areas of the photodetector is constant. 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。
The details of this configuration are described 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。
(Supplementary note 28) The optical displacement sensor according to supplementary note 27, wherein the light source is a plurality of surface emitting lasers having different beam divergence angles.

【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。
(Function / Effect) By setting the light source to a surface emitting laser having different beam divergence angles, the measurement range of the distance z can be increased even if the interval between the plurality of light receiving areas of the photodetector is constant. 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。
The details of this configuration are described 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。
Therefore, as described above, according to the present invention, the number of parts is small, the assembling is easy, the device is small and light, and the resolution is affected by the distance z between the light source and the light receiving element. It is possible to provide an optical displacement sensor that is hard to measure and has a small measurement error due to fluctuations in the optical 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 an 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
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。
FIG. 2 is a diagram showing a beam waist W using equation (1);
FIG. 9 is a diagram illustrating a result of trial calculation of a relationship between a distance z and a beam diameter W (z) using o 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。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a distance z between the surface emitting laser 12 and the photodiode 32 and an output of the photodiode 32;

【図4】図4は、受光素子PDの出力の変化率dη/d
zと距離zとの特性曲線を示す図である。
FIG. 4 is a change rate dη / d of the output of the light receiving element PD;
FIG. 4 is a diagram illustrating a characteristic curve of z and a 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。
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a conventional optical displacement sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 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 (a) and 6 (b) show the optical power on the optical axis and the distance from the optical axis even when the optical power of the light source for the sensor changes due to the change of environmental temperature or the like. It is a figure showing that the ratio of the optical power of point d becomes 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。
FIG. 7 is a diagram showing a light receiving element 32 in which a plurality of light receiving areas 33 are arranged at equal intervals in parallel with each other.

【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。
FIG. 8A shows that the light receiving area 33 is effective because the beam spot on the photodetector changes in both the x and y axes when the distance z between the light source and the photodetector changes in the conventional light source. FIG. 8B shows that when a surface emitting laser is used as a light source, the spread of the beam is reduced in the x-axis direction and adjusted to an appropriate size in the y-axis direction. FIG. 7 is a diagram showing that a beam spot shape on a light receiving area 33 can be appropriately designed.

【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。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical displacement sensor according to the 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。
FIG. 10 is a diagram showing a surface of the photodiode 32 of FIG. 9 facing a surface emitting laser.

【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。
FIG. 11 is a diagram illustrating a structure of an example of the surface emitting laser 12 of FIG. 9;

【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。
FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of a photodiode 32 for monitoring the intensity of the laser beam in FIG. 9;

【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。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an 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。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a main part of an 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。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a main part of an 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。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a main part of an 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。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a main part of an 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。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a main part of an optical displacement sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation 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…ビームスポット、 63…LD選択装置。 12 vertical cavity surface emitting laser, 48 heat sink, 64 electric wiring, 62 LD drive power supply, 32 photodiode, 60 support plate, 70 electric wiring, 74 light receiving system power supply, 76 arithmetic Apparatus, 56 ... Mounting portion for moving object, 58 ... Support rod, 33 ... A 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 Layers: 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 ... 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  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
A light source that emits a predetermined light beam; and a photodetector that receives the light beam emitted from the light source, and detects a change in an optical path length between the light source and the photodetector. In the optical displacement sensor, the photodetector has a plurality of light receiving regions arranged at predetermined positions, and is configured so that outputs can be independently taken out from the plurality of light receiving regions. Optical displacement sensor.
【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
記載の光学式変位センサ。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising signal processing means for performing signal processing on an output selected in a predetermined manner from each output from the plurality of light receiving areas.
An optical displacement sensor according to claim 1.
【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
記載の光学式変位センサ。
3. The apparatus according to claim 1, further comprising signal processing means for calculating a ratio between a plurality of outputs selected by a predetermined method from respective outputs from the plurality of light receiving regions.
An optical displacement sensor according to claim 1.
JP11162430A 1999-06-09 1999-06-09 Optical displacement sensor Withdrawn JP2000346615A (en)

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Cited By (3)

* 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
CN100356136C (en) * 2005-06-30 2007-12-19 付桂耀 Movable type electronic instrument for measuring leather in high precision
JP2020098609A (en) * 2013-06-13 2020-06-25 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se Detector for optically detecting at least one object

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