JP2782628B2 - Displacement sensor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は，アクチュエータの変位量を光学的に検出
する変位センサに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement sensor that optically detects the amount of displacement of an actuator.
従来の変位センサの一例が第７図に示されている。こ
の図において光源（レーザ・ダイオード）32からの投射
光Ｐをレンズ33によってコリメートした後，受光素子
（フォトダイオード）34で受光する。光源32と受光素子
34との間には変位量を検出すべきアクチュエータ（図示
略）の変位に連動して移動するナイフ・エッジ31が投射
光Ｐの光軸に対して垂直方向に進退自在に設けられてい
る。第８図は投射光Ｐの断面を見た図であり，この図か
らも分るようにアクチュエータの変位量に応じて投射光
Ｐがナイフ・エッジ31によって遮光される。したがって
受光素子34の受光量が変化し，受光素子34から出力され
る受光信号のレベルを検出することによってアクチュエ
ータの変位量を測定することができる。第７図におい
て，受光素子34への入射光を集光するレンズを設けても
よい。An example of a conventional displacement sensor is shown in FIG. In this figure, after a projection light P from a light source (laser diode) 32 is collimated by a lens 33, it is received by a light receiving element (photodiode). Light source 32 and light receiving element
A knife edge 31, which moves in conjunction with the displacement of an actuator (not shown) whose displacement is to be detected, is provided between the knife edge 34 and the knife edge 31 so as to be able to advance and retreat in a direction perpendicular to the optical axis of the projection light P. FIG. 8 is a view of the cross section of the projection light P. As can be seen from this figure, the projection light P is blocked by the knife edge 31 according to the displacement of the actuator. Therefore, the amount of light received by the light receiving element changes, and the amount of displacement of the actuator can be measured by detecting the level of the light receiving signal output from the light receiving element. In FIG. 7, a lens for condensing the light incident on the light receiving element 34 may be provided.
第９図は光源32として発光ダイオードを用いた他の従
来例を示している。この変位センサは発光ダイオード32
から出射される発散光を集光レンズ35で集光し，受光素
子34で受光する。発光ダイオード32と集光レンズ35との
間にアクチュエータの変位に連動するナイフ・エッジ31
が発散光の光軸に対して垂直方向に進退自在に設けられ
ている。この従来例においても受光素子34の出力信号に
基づいてアクチュエータの変位量を検出することができ
る。FIG. 9 shows another conventional example using a light emitting diode as the light source 32. This displacement sensor is a light emitting diode 32
The divergent light emitted from is collected by the condenser lens 35 and received by the light receiving element 34. Knife edge 31 between the light emitting diode 32 and the condenser lens 35 that is linked to the displacement of the actuator
Are provided so as to be movable back and forth in the direction perpendicular to the optical axis of the divergent light. Also in this conventional example, the displacement of the actuator can be detected based on the output signal of the light receiving element 34.
このような変位センサの測定レンジ（測定可能範囲）
は投射光のビーム径ｄによって定まり，ビーム径ｄ以上
の長さ範囲にわたってアクチュエータの変位を測定する
ことはできない。Measurement range of such displacement sensor (measurable range)
Is determined by the beam diameter d of the projection light, and the displacement of the actuator cannot be measured over a length range equal to or larger than the beam diameter d.
変位センサの用途は種々であり，測定レンジは狭くて
も高精度が要求される場合もあれば，広い測定レンジが
要求されることもある。The applications of the displacement sensor are various, and a high measurement accuracy may be required even if the measurement range is narrow, and a wide measurement range may be required.
広い測定レンジが要求される用途に対しては投射光の
ビーム径ｄを大きくすればよい。しかしながら，安定し
た大口径の光ビームを作成することは難しい。したがっ
て，上述したタイプの変位センサにおいて測定レンジの
拡大は困難である。For applications requiring a wide measurement range, the beam diameter d of the projection light may be increased. However, it is difficult to produce a stable large-diameter light beam. Therefore, it is difficult to expand the measurement range in the displacement sensor of the type described above.
発明の概要 発明の目的 この発明は，変位測定レンジを簡単な構成で拡大する
ことのできる変位センサを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a displacement sensor capable of expanding a displacement measurement range with a simple configuration.
発明の構成，作用および効果 第１の発明による変位センサは，光源を含み，この光
源から発生する光を投射する投光手段，投光手段から投
射される投射光を遮光するようにその光路に進退自在に
支持されかつアクチュエータの変位に連動して移動する
ものであり，その先端が，進退するときに横切る光路の
断面において進退方向に対して斜めに形成されているナ
イフ・エッジ，および上記ナイフ・エッジの進退位置を
通過した光を受光する受光素子を含み，上記アクチュエ
ータの変位量を表わす信号を出力する受光手段を備えて
いることを特徴とする。A displacement sensor according to a first aspect of the present invention includes a light source, a light projecting means for projecting light generated from the light source, and a light projecting means for projecting light projected from the light projecting means so as to block light projected from the light projecting means. A knife edge which is supported so as to be able to move back and forth and moves in conjunction with the displacement of the actuator, and whose tip is formed obliquely to the direction of movement in the cross section of the optical path traversing when moving back and forth; A light receiving element for receiving light passing through the edge retreat position and a light receiving means for outputting a signal representing the displacement of the actuator;
第１の発明によると，ナイフ・エッジの先端が，ナイ
フ・エッジが進退するときに横切る光路の断面において
進退方向に対して斜めに形成されている。投射光の光路
を進退するときに，ナイフ・エッジの先端は投射光の光
路を斜めに横切ることになり，ナイフ・エッジによって
投射光が遮光されはじめる位置から完全に遮光される位
置までのナイフ・エッジの上記進退方向における移動量
は，投射光のビーム径よりも大きくなり，これにより測
定レンジを拡大することができる。しかも，ナイフ・エ
ッジの先端を上記のように斜めに形成するだけでよいの
で，構成もきわめて簡素である。According to the first aspect, the tip of the knife edge is formed oblique to the retreating direction in the cross section of the optical path crossing when the knife edge retreats. When moving back and forth in the optical path of the projected light, the tip of the knife edge crosses the optical path of the projected light diagonally, and the knife edge from the position where the projected light begins to be blocked by the knife edge to the position where it is completely blocked. The amount of movement of the edge in the forward and backward directions becomes larger than the beam diameter of the projection light, thereby expanding the measurement range. In addition, since the tip of the knife edge only needs to be formed obliquely as described above, the configuration is extremely simple.
第２の発明による変位センサは，光源を含み，この光
源から発生する光を投射する投光手段，投光手段から投
射される投射光を遮光できるようにその光路に対して斜
めに進退自在に支持され、かつアクチュエータの変位に
連動して上記進退方向に移動するナイフ・エッジ，およ
び上記ナイフ・エッジの進退位置を通過した光を受光素
子を含み，上記アクチュエータの変位量を表わす信号を
出力する受光手段を備えていることを特徴とする。A displacement sensor according to a second aspect of the present invention includes a light source, a light projecting means for projecting light generated from the light source, and an obliquely movable back and forth with respect to an optical path of the light path so as to block light projected from the light projecting means. A knife edge that is supported and moves in the advance / retreat direction in conjunction with the displacement of the actuator, and a light receiving element that receives light passing through the advance / retreat position of the knife edge, outputs a signal representing the amount of displacement of the actuator. A light receiving means is provided.
第２の発明によると，アクチュエータの移動に連動す
るナイフ・エッジは投射光の光軸に対して斜めに投射光
を横切るので，ナイフ・エッジによって投射光が遮光さ
れはじめる位置から完全に遮光される位置までのナイフ
・エッジの移動量は，投射光のビーム径よりも大きくな
り，これにより測定レンジを拡大することができる。し
かも，ナイフ・エッジの移動方向を投射光の光路に対し
て斜めに設定するだけでよいので，構成も比較的簡素で
ある。According to the second aspect, the knife edge interlocking with the movement of the actuator crosses the projection light obliquely with respect to the optical axis of the projection light, so that the knife edge completely blocks the projection light from the position where the projection light starts to be blocked. The amount of movement of the knife edge to the position becomes larger than the beam diameter of the projection light, and thus the measurement range can be expanded. In addition, since the moving direction of the knife edge only needs to be set obliquely with respect to the optical path of the projection light, the configuration is relatively simple.
実施例の説明 第１図はこの発明の実施例を示している。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
変位センサのケース10の内部に，光源としてのレーザ
・ダイオード（LD）12,コリメータ・レンズ13,ハーフ・
ミラー15,モニタ用フォトダイオード16および信号用フ
ォトダイオード14が配置されている。レーザ・ダイオー
ド12の出射光は，コリメータ・レンズ13によってコリメ
ートされる。このコリメート投射光の一部はハーフ・ミ
ラー15によって偏向され，モニタ用フォトダイオード16
に受光される。コリメート投射光の残りの部分は直進
し，信号用フォトダイオード14によって受光される。Inside the displacement sensor case 10, a laser diode (LD) 12 as a light source, a collimator lens 13, a half
A mirror 15, a monitoring photodiode 16 and a signal photodiode 14 are arranged. The light emitted from the laser diode 12 is collimated by the collimator lens 13. A part of the collimated projection light is deflected by the half mirror 15 and the monitor photodiode 16
Received. The remaining part of the collimated projection light goes straight and is received by the signal photodiode 14.
上記の投射光の光軸に垂直な平面内において，変位セ
ンサのケース10の内部に進退自在にアクチュエータ17が
設けられている。アクチュエータ17のケース10外に露出
している部分は蛇腹18によって囲まれている。また，ア
クチュエータ17はばね19によって外方に向って付勢さ
れ，かつストッパによってその突出量が規制されてい
る。アクチュエータ17の内端にはナイフ・エッジ１が設
けられている。An actuator 17 is provided inside the case 10 of the displacement sensor so as to be able to advance and retreat within a plane perpendicular to the optical axis of the projection light. A portion of the actuator 17 exposed outside the case 10 is surrounded by a bellows 18. The actuator 17 is urged outward by a spring 19, and the amount of protrusion is regulated by a stopper. The knife edge 1 is provided at the inner end of the actuator 17.
第２図はナイフ・エッジ１の形状と投射光Ｐの断面と
の関係を示している。この図に示すようにナイフ・エッ
ジ１の先端1Aはその移動方向に対して適当な傾斜角θを
もつように斜めに形成されている。FIG. 2 shows the relationship between the shape of the knife edge 1 and the cross section of the projection light P. As shown in this figure, the tip 1A of the knife edge 1 is formed obliquely so as to have an appropriate inclination angle θ with respect to the moving direction.
ナイフ・エッジ１が投射光Ｐの光路を横切る方向に移
動すると，投射光Ｐの一部または全部がナイフ・エッジ
１によって遮光されるので，信号用フォトダイオード14
に受光される光量は変化する。ナイフ・エッジ１の移動
量に対して信号用フォトダイオード14の出力信号は第４
図に実線Ａで示すように変化する。したがって，フォト
ダイオード14の出力信号のレベルによってナイフ・エッ
ジ１の位置すなわちアクチュエータ30の変位量が分る。
そしてこの変位測定レンジL1は第４図の実線Ａで示すグ
ラフにおいて信号用フォトダイオード14の出力信号レベ
ルが変化する範囲である。すなわち第２図においてナイ
フ・エッジ１の先端1Aが投射光Ｐの光路に進入する位置
（実線で示す位置）からナイフ・エッジ１が投射光Ｐを
すべてさえぎる位置（鎖線1Bで示す位置）までの移動距
離が変位測定可能範囲となる。測定レンジL1は投射光Ｐ
のビーム径をｄとするとL1＝d/sinθで表わすことがで
きる。When the knife edge 1 moves in a direction crossing the optical path of the projection light P, a part or all of the projection light P is blocked by the knife edge 1, so that the signal photodiode 14
The amount of light received by the light source changes. The output signal of the signal photodiode 14 is the fourth signal with respect to the moving amount of the knife edge 1.
It changes as shown by the solid line A in the figure. Therefore, the position of the knife edge 1, that is, the displacement of the actuator 30 can be determined from the level of the output signal of the photodiode 14.
Then the displacement measuring range L 1 is a range where the output signal level of the signal photodiode 14 changes the graph shown by the solid line A of FIG. 4. That is, in FIG. 2, from the position where the tip 1A of the knife edge 1 enters the optical path of the projection light P (the position indicated by the solid line) to the position where the knife edge 1 blocks all the projection light P (the position indicated by the chain line 1B). The moving distance is the range where the displacement can be measured. Measuring range L 1 is projected light P
Where d is the beam diameter of the laser beam, L 1 = d / sin θ.
第７図に示す従来の変位センサの測定レンジは上述の
ように投射光のビーム径に等しい。第４図において，従
来の変位センサの出力信号が鎖線Ｂで示されている。こ
の実施例の変位センサの測定レンジL1は従来例の測定レ
ンジｄよりも広いものとなっている。The measurement range of the conventional displacement sensor shown in FIG. 7 is equal to the beam diameter of the projection light as described above. In FIG. 4, the output signal of the conventional displacement sensor is indicated by a chain line B. Measurement range L 1 of the displacement sensor of this embodiment has a wider than the measurement range d of a conventional example.
第３図は上述した変位センサの電気的構成の一例を示
している。この電気回路はケース10に内蔵されたプリン
ト基板に組立てられる。FIG. 3 shows an example of an electrical configuration of the above-described displacement sensor. This electric circuit is assembled on a printed circuit board incorporated in the case 10.
第３図において，モニタ用フォトダイオード16の出力
信号はバッファ回路（増幅器,I/V変換回路等）24を経て
発光量制御回路25に与えられる。一方，高精度基準電位
発生回路26から発生する基準電位も制御回路25に与えら
れる。制御回路25は，これらの２つの入力の比較結果に
応じて，レーザ・ダイオード12の発光量および発光パタ
ーンが常に一定となるようにレーザ・ダイオード12を制
御する。In FIG. 3, the output signal of the monitoring photodiode 16 is supplied to a light emission amount control circuit 25 via a buffer circuit (amplifier, I / V conversion circuit, etc.) 24. On the other hand, the reference potential generated from the high-precision reference potential generation circuit 26 is also supplied to the control circuit 25. The control circuit 25 controls the laser diode 12 according to the comparison result of these two inputs so that the light emission amount and the light emission pattern of the laser diode 12 are always constant.
信号用フォトダイオード14の出力信号はバッファ22を
経て出力回路23に与えられる。出力回路23から適当な信
号形態に変換されたアクチュエータ変位量を表わす信号
が出力される。The output signal of the signal photodiode 14 is supplied to the output circuit 23 via the buffer 22. The output circuit 23 outputs a signal representing the amount of actuator displacement converted into an appropriate signal form.
バッファ回路22の出力側に比較回路を接続し，バッフ
ァ回路22の出力信号と所定の基準電位と比較することに
より，オン，オフ形態の出力信号を得ることも可能であ
り，このときにはこの変位センサは光スイッチ装置の機
能をもつことになる。An on / off output signal can be obtained by connecting a comparison circuit to the output side of the buffer circuit 22 and comparing the output signal of the buffer circuit 22 with a predetermined reference potential. Has the function of an optical switch device.
第５図はこの発明の他の実施例の概略構成を示してい
る。アクチュエータの移動に連動するナイフ・エッジ11
は，投射光Ｐの光軸に直交する方向に対し適当な傾斜角
ψを保って進退可能とされている。この実施例において
もナイフ・エッジ11が投射光Ｐを遮ることにより信号用
フォトダイオード14の受光量が変化し，その受光信号に
基づいてアクチュエータの変位量を測定することができ
る。FIG. 5 shows a schematic configuration of another embodiment of the present invention. Knife edge 11 linked to actuator movement
Is capable of moving forward and backward while maintaining an appropriate inclination angle に 対 し with respect to a direction orthogonal to the optical axis of the projection light P. Also in this embodiment, the amount of light received by the signal photodiode 14 changes when the knife edge 11 blocks the projection light P, and the displacement of the actuator can be measured based on the received light signal.
この実施例の変位センサの測定レンジL2はナイフ・エ
ッジ11の先端11Aが投射光Ｐに突入する位置から投射光
Ｐから抜けでる位置までの投射光Ｐを斜めに横切る距離
に相当する。したがって測定レンジL2は投射光Ｐのビー
ム径をｄとするとL2＝d/cosψで表わされる。この実施
例の変位センサの測定レンジL2も，従来の変位センサの
測定レンジｄより広い。Measurement range L 2 of the displacement sensor of this embodiment corresponds to the distance across the projection light P from the position where the tip 11A of the knife edge 11 enters the projection light P to the position from coming out of the projection light P diagonally. Thus the measurement range L 2 is expressed by L 2 = d / cos when the beam diameter of projected light P to as d. Measurement range L 2 of the displacement sensor of this embodiment is also wider than the measurement range d of the conventional displacement sensor.
第６図はこの発明のさらに他の実施例を示す斜視図で
ある。FIG. 6 is a perspective view showing still another embodiment of the present invention.
この変位センサではナイフ・エッジ21の先端21Aが，
第２図に示すナイフ・エッジ１の先端1Aと同様に，ナイ
フ・エッジ21の進退方向に対して適当な傾斜角θ１で斜
めに形成されている。またこのナイフ・エッジ21は投射
光Ｐの光軸に直交する方向に対して適当な傾斜角θ２を
保って進退可能とされている。この実施例においてもナ
イフ・エッジ21が投射光Ｐの光路を横切ることにより信
号用フォトダイオード14の受光量が変化しその受光信号
よりアクチュエータの変位量を測定することができる。In this displacement sensor, the tip 21A of the knife edge 21 is
Like the tip 1A of the knife edge 1 shown in FIG. 2, it is formed diagonally at an appropriate angle of inclination theta 1 with respect to moving direction of the knife edge 21. Also are the knife edge 21 is a retractable keep the appropriate angle of inclination theta 2 with respect to a direction perpendicular to the optical axis of the projected light P. Also in this embodiment, when the knife edge 21 crosses the optical path of the projection light P, the received light amount of the signal photodiode 14 changes, and the displacement amount of the actuator can be measured from the received light signal.
この実施例の変位センサの測定レンジL3は，ナイフ・
エッジ21の先端21Aが投射光Ｐに突入する位置から，投
射光Ｐから抜けでる位置までの投射光を斜めに横切る距
離に相当する。したがって測定レンジL3は投射光Ｐのビ
ーム径をｄとするとL3＝d/（sinθ１・cosθ２）で表わ
される。Measurement range L 3 of the displacement sensor of this embodiment, the knife
This corresponds to a distance obliquely crossing the projection light from the position where the tip 21A of the edge 21 enters the projection light P to the position where the tip 21A escapes from the projection light P. Thus the measurement range L 3 is represented by the beam diameter of projected light P and d L 3 = d / (sinθ 1 · cosθ 2).
この実施例に示す変位センサの測定レンジL3は，上記
２つの実施例の測定レンジL1およびL2のいずれよりも広
いものにできる可能性がある。The measurement range L 3 of the displacement sensor shown in the examples, there is a possibility to wider than any of the measurement range L 1 and L 2 of the two embodiments.
第１図は第１の発明の実施例を示すもので，変位センサ
の断面図，第２図は投射光Ｐの断面図，第３図は変位セ
ンサの電気回路を示すブロック図，第４図はナイフ・エ
ッジの位置と受光信号レベルとの関係を表わすグラフで
ある。 第５図は他の実施例の概略構成を示すものである。 第６図はさらに他の実施例を示す斜視図である。 第７図は従来の変位センサの一例の概略構成を示すもの
であり，第８図は従来の投射光Ｐの断面図，第９図は変
位センサの他の一例の概略構成を示すものである。 1,11,21……ナイフ・エッジ,1A,11A,21A……ナイフ・エ
ッジの先端,12,32……光源,14,34……信号用フォトダイ
オード,17……アクチュエータ。1 is a sectional view of a displacement sensor, FIG. 2 is a sectional view of projection light P, FIG. 3 is a block diagram showing an electric circuit of the displacement sensor, FIG. Is a graph showing the relationship between the position of the knife edge and the light receiving signal level. FIG. 5 shows a schematic configuration of another embodiment. FIG. 6 is a perspective view showing still another embodiment. FIG. 7 shows a schematic configuration of an example of a conventional displacement sensor, FIG. 8 shows a cross-sectional view of a conventional projection light P, and FIG. 9 shows a schematic configuration of another example of the displacement sensor. . 1,11,21 ... knife edge, 1A, 11A, 21A ... tip of knife edge, 12, 32 ... light source, 14, 34 ... signal photodiode, 17 ... actuator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01D 5/26 - 5/38──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01D 5/26-5/38
Claims (2)
射する投光手段， 投光手段から投射される投射光を遮光するようにその光
路に進退自在に支持されかつアクチュエータの変位に連
動して移動するものであり，その先端が，進退するとき
に横切る光路の断面において進退方向に対して斜めに形
成されているナイフ・エッジ，および 上記ナイフ・エッジの進退位置を通過した光を受光する
受光素子を含み，上記アクチュエータの変位量を表わす
信号を出力する受光手段， を備えた変位センサ。A light projecting means for projecting light generated from the light source, supported in an optical path of the light projecting means so as to block projection light projected from the light projecting means, and interlocked with a displacement of an actuator. A knife edge whose tip is formed obliquely to a reciprocation direction in a cross section of an optical path traversing when reciprocating, and receives light passing through the reciprocation position of the knife edge. And a light receiving means for outputting a signal indicating the amount of displacement of the actuator.
射する投光手段， 投光手段から投射される投射光を遮光できるようにその
光路に対して斜めに進退自在に支持され、かつアクチュ
エータの変位に連動して上記進退方向に移動するナイフ
・エッジ，および 上記ナイフ・エッジの進退位置を通過した光を受光する
受光素子を含み，上記アクチュエータの変位量を表わす
信号を出力する受光手段， を備えた変位センサ。2. A light projecting means for projecting light generated from the light source, the light projecting means being supported obliquely with respect to an optical path thereof so as to be able to shield the projection light projected from the light projecting means, and A light receiving means including a knife edge that moves in the forward / backward direction in conjunction with the displacement of the actuator, and a light receiving element that receives light passing through the forward / backward position of the knife edge, and outputs a signal representing the amount of displacement of the actuator. Displacement sensor with,.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217449A JP2782628B2 (en) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | Displacement sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1217449A JP2782628B2 (en) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | Displacement sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0382914A JPH0382914A (en) | 1991-04-08 |
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ID=16704414
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| JP1217449A Expired - Fee Related JP2782628B2 (en) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | Displacement sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2782628B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59210304A (en) * | 1983-05-16 | 1984-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Displacement measuring device |
-
1989
- 1989-08-25 JP JP1217449A patent/JP2782628B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0382914A (en) | 1991-04-08 |
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