JP3379336B2 - 光学的位置検出装置 - Google Patents
光学的位置検出装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三角測量法を用い
て位置を検出する光学的位置検出装置に関するものであ
る。
て位置を検出する光学的位置検出装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より位置検出器には三角測量方式と
呼ばれる方式が広く用いられ、安価で簡便であるためカ
メラのオートフォーカス用センサとして多用されてい
る。図４は、例えば刊行物｛光計測のニーズとシーズ
P.167（社団法人計量管理協会光応用計測技術調査研究
委員会編）｝に記載された三角測量法による位置検出法
を説明するための説明図である。図に示すように、レー
ザ等の光源１、結像レンズ２、位置検出素子｛PSD（Pos
ition Sensitive Device）等｝３を用い、撮像系を被検
出面４の変位方向に対して斜めに傾けるかあるいは光の
入射方向を傾けるかして構成している。被検出面４が基
準位置から変位すると被検出面４上のスポットが変化
し、それに応じて位置検出素子３上での結像位置が変化
する事を利用して被検出面４の位置を算出するものであ
る。
呼ばれる方式が広く用いられ、安価で簡便であるためカ
メラのオートフォーカス用センサとして多用されてい
る。図４は、例えば刊行物｛光計測のニーズとシーズ
P.167（社団法人計量管理協会光応用計測技術調査研究
委員会編）｝に記載された三角測量法による位置検出法
を説明するための説明図である。図に示すように、レー
ザ等の光源１、結像レンズ２、位置検出素子｛PSD（Pos
ition Sensitive Device）等｝３を用い、撮像系を被検
出面４の変位方向に対して斜めに傾けるかあるいは光の
入射方向を傾けるかして構成している。被検出面４が基
準位置から変位すると被検出面４上のスポットが変化
し、それに応じて位置検出素子３上での結像位置が変化
する事を利用して被検出面４の位置を算出するものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例ではレーザ
の平行ビームを用いており投光側にレンズを用いていな
いが、光源にコンパクトな半導体レーザを用いるような
場合にはコリメータレンズが不可欠であるし、気体レー
ザを用いる場合にはレンズ系は不要であるがレーザサイ
ズが本質的に大きなものとなる。即ち、従来の三角測量
法を用いる位置検出器では、光の集光および結像に一般
的な３次元の曲率分布を有するレンズを用いていたので
検出装置の寸法の小型化に限界があった。
の平行ビームを用いており投光側にレンズを用いていな
いが、光源にコンパクトな半導体レーザを用いるような
場合にはコリメータレンズが不可欠であるし、気体レー
ザを用いる場合にはレンズ系は不要であるがレーザサイ
ズが本質的に大きなものとなる。即ち、従来の三角測量
法を用いる位置検出器では、光の集光および結像に一般
的な３次元の曲率分布を有するレンズを用いていたので
検出装置の寸法の小型化に限界があった。
【０００４】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたもので、小型化が可能な光学的位置検出装置を得る
ことを目的とするものである。
れたもので、小型化が可能な光学的位置検出装置を得る
ことを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の光学
的位置検出装置は、光源から導入された光を偏向させて
基準位置に集光させる集光手段、この集光手段によって
被検出面上に形成されたスポットの反射光を結像する結
像手段、およびこの結像手段によって結像されたスポッ
ト像の結像位置の変化から被検出面の基準位置からの変
位を検出する検出手段を備え、上記集光手段と結像手段
の光軸が非同軸である光学的位置検出装置において、上
記集光手段と結像手段が同一基板上に設けられ、上記集
光手段と結像手段が平板導波路で構成され、上記集光手
段が平板導波路の光の出射側に一軸収束作用を有する光
学的手段を備え、上記結像手段が平板導波路の光の入射
側に一軸収束作用を有する光学的手段を備えたものであ
る。
的位置検出装置は、光源から導入された光を偏向させて
基準位置に集光させる集光手段、この集光手段によって
被検出面上に形成されたスポットの反射光を結像する結
像手段、およびこの結像手段によって結像されたスポッ
ト像の結像位置の変化から被検出面の基準位置からの変
位を検出する検出手段を備え、上記集光手段と結像手段
の光軸が非同軸である光学的位置検出装置において、上
記集光手段と結像手段が同一基板上に設けられ、上記集
光手段と結像手段が平板導波路で構成され、上記集光手
段が平板導波路の光の出射側に一軸収束作用を有する光
学的手段を備え、上記結像手段が平板導波路の光の入射
側に一軸収束作用を有する光学的手段を備えたものであ
る。
【０００６】本発明に係る第２の光学的位置検出装置
は、光源から導入された光を偏向させて基準位置に集光
させる集光手段、この集光手段によって被検出面上に形
成されたスポットの反射光を結像する結像手段、および
この結像手段によって結像されたスポット像の結像位置
の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出する検
出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光軸が非同軸
である光学的位置検出装置において、上記集光手段と結
像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手段と結像手
段が平板導波路で構成され、上記検出手段が、上記基準
位置に被検出面がある時の上記スポット像の結像位置
に、分岐点を有する分岐導波路を含有するものである。
本発明に係る第３の光学的位置検出装置は、上記第２の
光学的位置検出装置において、分岐点において、スポッ
ト像の結像位置に応じて各々の分岐導波路に分離され、
分離された状態により被検出面の基準位置からの変位を
検出するものである。
は、光源から導入された光を偏向させて基準位置に集光
させる集光手段、この集光手段によって被検出面上に形
成されたスポットの反射光を結像する結像手段、および
この結像手段によって結像されたスポット像の結像位置
の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出する検
出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光軸が非同軸
である光学的位置検出装置において、上記集光手段と結
像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手段と結像手
段が平板導波路で構成され、上記検出手段が、上記基準
位置に被検出面がある時の上記スポット像の結像位置
に、分岐点を有する分岐導波路を含有するものである。
本発明に係る第３の光学的位置検出装置は、上記第２の
光学的位置検出装置において、分岐点において、スポッ
ト像の結像位置に応じて各々の分岐導波路に分離され、
分離された状態により被検出面の基準位置からの変位を
検出するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図面を使って本発明の実施の形態
を説明する。図１は本発明の実施の形態の光学的位置検
出装置の構成図で、集光手段となる第１の平板導波路１
０３と、結像手段となる第２の平板導波路１１１とが同
一の基板１０１上に設けられ、集光手段と結像手段の光
軸が非同軸であり位置検出が小型の装置により可能とな
る。
を説明する。図１は本発明の実施の形態の光学的位置検
出装置の構成図で、集光手段となる第１の平板導波路１
０３と、結像手段となる第２の平板導波路１１１とが同
一の基板１０１上に設けられ、集光手段と結像手段の光
軸が非同軸であり位置検出が小型の装置により可能とな
る。
【０００８】次に、集光手段の動作について説明する。
光源から入力光ファイバ１０４より第１の平板導波路１
０３内に導入され、図中Ａで示した３本の実線で示すよ
うにＹ軸方向（紙面に垂直方向）には閉じ込められＺ軸
方向にはファイバの開口数に応じて拡散しながら伝搬
し、曲面形状を有する第１の平板導波路端面１０６に入
射する。上記平板導波路端面１０６で反射した光は、上
記第１の平板導波路１０３からの光の出射端面１０７か
ら出射し、被検出面１１０に至る。ここで、上記平板導
波路端面１０６の曲率およびその曲面の傾きは、入力光
ファイバ１０４よりの発散光が、内部全反射を起こし且
つＸＺ平面内でＺ軸に対して所定角度偏向し、光軸がＺ
軸に対して所定角度傾いて被検出面１１０の所望測定範
囲の概括中心位置（基準位置）で焦点を持つように決定
されている。
光源から入力光ファイバ１０４より第１の平板導波路１
０３内に導入され、図中Ａで示した３本の実線で示すよ
うにＹ軸方向（紙面に垂直方向）には閉じ込められＺ軸
方向にはファイバの開口数に応じて拡散しながら伝搬
し、曲面形状を有する第１の平板導波路端面１０６に入
射する。上記平板導波路端面１０６で反射した光は、上
記第１の平板導波路１０３からの光の出射端面１０７か
ら出射し、被検出面１１０に至る。ここで、上記平板導
波路端面１０６の曲率およびその曲面の傾きは、入力光
ファイバ１０４よりの発散光が、内部全反射を起こし且
つＸＺ平面内でＺ軸に対して所定角度偏向し、光軸がＺ
軸に対して所定角度傾いて被検出面１１０の所望測定範
囲の概括中心位置（基準位置）で焦点を持つように決定
されている。
【０００９】次に、結像手段の動作について説明する。
上記被検出面１１０で反射した光束は、第２の平板導波
路１１１への光の入射端面１１２より第２の平板導波路
１１１に導入される。導入されＹ軸方向に閉じ込められ
た光束は、曲面形状を有する第２の平板導波路端面１１
３により上記第１の平板導波路端面１０６と同様に内部
全反射されて結像する。
上記被検出面１１０で反射した光束は、第２の平板導波
路１１１への光の入射端面１１２より第２の平板導波路
１１１に導入される。導入されＹ軸方向に閉じ込められ
た光束は、曲面形状を有する第２の平板導波路端面１１
３により上記第１の平板導波路端面１０６と同様に内部
全反射されて結像する。
【００１０】次に、検出手段の動作について説明する。
上記平板導波路端面１１３は、その傾きと曲率を、測定
の概括中心位置（基準位置）に被検出面１１０がある場
合に、被検出面１１０上のスポットの像が第２の平板導
波路１１１に連続して続く分岐導波路１１４ａおよび１
１４ｂの分岐点において結像するように設定する。上記
第２の平板導波路１１１内の光束が、上記分岐点におい
てその結像位置に応じて各々の分岐導波路に分離され、
分離された状態を検出し、その分離状態を出力光ファイ
バ１１５ａおよび１１５ｂに結合して外部に取り出す。
上記平板導波路端面１１３は、その傾きと曲率を、測定
の概括中心位置（基準位置）に被検出面１１０がある場
合に、被検出面１１０上のスポットの像が第２の平板導
波路１１１に連続して続く分岐導波路１１４ａおよび１
１４ｂの分岐点において結像するように設定する。上記
第２の平板導波路１１１内の光束が、上記分岐点におい
てその結像位置に応じて各々の分岐導波路に分離され、
分離された状態を検出し、その分離状態を出力光ファイ
バ１１５ａおよび１１５ｂに結合して外部に取り出す。
【００１１】なお、図１は集光手段の光軸を被検出面の
変位方向に対して傾けている場合を示しているがこれに
限定されるのではなく、例えば集光手段の光軸がＺ軸と
一致し結像手段の光軸がＺ軸に対して傾いている様な系
でもよく、集光手段と結像手段の光軸が非同軸であれば
よい。
変位方向に対して傾けている場合を示しているがこれに
限定されるのではなく、例えば集光手段の光軸がＺ軸と
一致し結像手段の光軸がＺ軸に対して傾いている様な系
でもよく、集光手段と結像手段の光軸が非同軸であれば
よい。
【００１２】図２は本発明の実施の形態の光学的位置検
出装置の構成図で、図１の光学的位置検出装置におい
て、一軸収束作用を有する光学的手段として棒状レンズ
１０８を用いた場合である。円筒レンズも上記棒状レン
ズと同様に用いられる。上記棒状レンズ１０８を第１の
平板導波路１０３の光の出射側に設けることにより被検
出面１１０に集光されるスポット量が増しＳＮ比が向上
し、第２の平板導波路１１１の光の入射側に設けること
により被検出面からの光を導波路に効率よく結像させる
ことができるので、結像の光量が増しＳＮ比が向上し結
果として位置検出のＳＮ比が向上する。
出装置の構成図で、図１の光学的位置検出装置におい
て、一軸収束作用を有する光学的手段として棒状レンズ
１０８を用いた場合である。円筒レンズも上記棒状レン
ズと同様に用いられる。上記棒状レンズ１０８を第１の
平板導波路１０３の光の出射側に設けることにより被検
出面１１０に集光されるスポット量が増しＳＮ比が向上
し、第２の平板導波路１１１の光の入射側に設けること
により被検出面からの光を導波路に効率よく結像させる
ことができるので、結像の光量が増しＳＮ比が向上し結
果として位置検出のＳＮ比が向上する。
【００１３】
実施例１．図１は本発明の第１の実施例の光学的位置検
出装置の構成図である。図において、１０１は基板、１
０２はバッファ層、１０３は第１の平板導波路、１０４
は入力光ファイバ、１０５は光ファイバ保持体である。
１０６は曲面形状を有する上記第１の平板導波路端面
で、その曲率と曲面の傾きは、形成される収束光束が被
検出面の所望測定範囲の概括中心位置（基準位置）で焦
点を持つように決定されている。１０７は第１の平板導
波路からの光の出射端面、１１０は被検出面、１１１は
第２の平板導波路、１１２は第２の平板導波路への光の
入射端面である。１１４ａおよび１１４ｂは第２の平板
導波路１１１に連続して続くくさび型に分岐した分岐導
波路、１１５ａおよび１１５ｂは出力光ファイバであ
る。１１３は曲面形状を有する上記第２の平板導波路端
面であり、その傾きと曲率は、測定の中心位置に上記被
検出面１１０がある場合に、上記被検出面１１０上のス
ポットの像が上記分岐導波路１１４ａおよび１１４ｂの
分岐点において結像するように設定されている。
出装置の構成図である。図において、１０１は基板、１
０２はバッファ層、１０３は第１の平板導波路、１０４
は入力光ファイバ、１０５は光ファイバ保持体である。
１０６は曲面形状を有する上記第１の平板導波路端面
で、その曲率と曲面の傾きは、形成される収束光束が被
検出面の所望測定範囲の概括中心位置（基準位置）で焦
点を持つように決定されている。１０７は第１の平板導
波路からの光の出射端面、１１０は被検出面、１１１は
第２の平板導波路、１１２は第２の平板導波路への光の
入射端面である。１１４ａおよび１１４ｂは第２の平板
導波路１１１に連続して続くくさび型に分岐した分岐導
波路、１１５ａおよび１１５ｂは出力光ファイバであ
る。１１３は曲面形状を有する上記第２の平板導波路端
面であり、その傾きと曲率は、測定の中心位置に上記被
検出面１１０がある場合に、上記被検出面１１０上のス
ポットの像が上記分岐導波路１１４ａおよび１１４ｂの
分岐点において結像するように設定されている。
【００１４】なお、上記バッファ層１０２は、上記基板
１０１上に厚みを光ファイバ１０４、１１５ａおよび１
１５ｂのクラッド厚みに概略一致するように形成され、
また上記光ファイバ保持体１０５は、上記光ファイバ１
０４、１１５ａおよび１１５ｂを基板上の所定位置に案
内するように各々の位置および大きさが決定されてい
る。
１０１上に厚みを光ファイバ１０４、１１５ａおよび１
１５ｂのクラッド厚みに概略一致するように形成され、
また上記光ファイバ保持体１０５は、上記光ファイバ１
０４、１１５ａおよび１１５ｂを基板上の所定位置に案
内するように各々の位置および大きさが決定されてい
る。
【００１５】上記出力光ファイバ１１５ａおよび１１５
ｂに効率良く光束を結合するためには、上記分岐導波路
の終端の形状と上記出力光ファイバのコアの形状が近い
ほど良く、これを概括一致させるように上記第２の平板
導波路の厚みと上記分岐導波路の終端での幅を制御し、
また、各々の上記出力光ファイバのコア位置が上記分岐
導波路の終端位置に一致するように上記光ファイバ保持
体１０５が配置される。
ｂに効率良く光束を結合するためには、上記分岐導波路
の終端の形状と上記出力光ファイバのコアの形状が近い
ほど良く、これを概括一致させるように上記第２の平板
導波路の厚みと上記分岐導波路の終端での幅を制御し、
また、各々の上記出力光ファイバのコア位置が上記分岐
導波路の終端位置に一致するように上記光ファイバ保持
体１０５が配置される。
【００１６】次に、上記本発明の実施例の光学的位置検
出装置の製造方法について説明する。以下、本発明の実
施例の光学的位置検出装置を半導体の作製に用いられる
リソグラフィーを利用した技術により製造する場合に基
づいて説明するが本願発明はこれに限定されるものでは
ない。
出装置の製造方法について説明する。以下、本発明の実
施例の光学的位置検出装置を半導体の作製に用いられる
リソグラフィーを利用した技術により製造する場合に基
づいて説明するが本願発明はこれに限定されるものでは
ない。
【００１７】本発明の光学的位置検出装置に係わる構成
材料としては、少なくとも導波路が使用する光波の波長
において透明であれば良く、例えば可視光〜近赤外光の
光源として発光ダイオードおよび半導体レーザ等を用い
た場合は、ＳｉＯ2、光学ガラスおよび光学ポリマー等
多種類のものが用いられ、また、その他の材質について
は更に多様であるが以下一例について具体的に説明す
る。即ち、基板には例えばガラスを用い、フォトレジス
トをスピナー等で塗布後フォトリソグラフィーによりバ
ッファ層、光ファイバ保持体の２次元形状をパターニン
グし、上記光ファイバーのクラッド厚みと同じ厚みにガ
ラスをスパッタ等により積層した後、リフトオフ、エッ
チング等により上記バッファ層、光ファイバ保持体を成
形する。この時のガラスは基板のガラスとの関連性は無
くても良く、その他にも、基板ガラスをエッチングして
成形する事も可能である。次に同様のリソグラフィー工
程に依り導波路を成形する。導波路厚みは光の利用効率
の面から光ファイバーのコア径に等しい事が望ましく、
また光を導波路内に閉じ込めるために導波路材の屈折率
は上記バッファ層の屈折率に比べて十分に高くなければ
ならない。この後、光ファイバを保持体にはめ込み、必
要であれば接着を行う。以上のように半導体技術を用い
ることにより、本発明の実施例の光学的位置検出装置を
量産性良く作製することができる。
材料としては、少なくとも導波路が使用する光波の波長
において透明であれば良く、例えば可視光〜近赤外光の
光源として発光ダイオードおよび半導体レーザ等を用い
た場合は、ＳｉＯ2、光学ガラスおよび光学ポリマー等
多種類のものが用いられ、また、その他の材質について
は更に多様であるが以下一例について具体的に説明す
る。即ち、基板には例えばガラスを用い、フォトレジス
トをスピナー等で塗布後フォトリソグラフィーによりバ
ッファ層、光ファイバ保持体の２次元形状をパターニン
グし、上記光ファイバーのクラッド厚みと同じ厚みにガ
ラスをスパッタ等により積層した後、リフトオフ、エッ
チング等により上記バッファ層、光ファイバ保持体を成
形する。この時のガラスは基板のガラスとの関連性は無
くても良く、その他にも、基板ガラスをエッチングして
成形する事も可能である。次に同様のリソグラフィー工
程に依り導波路を成形する。導波路厚みは光の利用効率
の面から光ファイバーのコア径に等しい事が望ましく、
また光を導波路内に閉じ込めるために導波路材の屈折率
は上記バッファ層の屈折率に比べて十分に高くなければ
ならない。この後、光ファイバを保持体にはめ込み、必
要であれば接着を行う。以上のように半導体技術を用い
ることにより、本発明の実施例の光学的位置検出装置を
量産性良く作製することができる。
【００１８】次に、上記検出手段によりスポット像の結
像位置の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出
する方法の一例を詳細に説明する。被検出面１１０が測
定の中心位置にある時には、第２の平板導波路端面１１
３の構成から、スポット像が上記分岐導波路１１４ａお
よび１１４ｂの分岐位置に結像し等量の光束が各出力光
ファイバに取り出される。被検出面が位置検出装置に近
づいた場合には、第１の平面板導波路１０３よりの出射
光束がＺ軸に対しＸＺ面内で傾いているためにスポット
位置が−Ｘ方向に移動する。この時の上記被検出面１１
０からの反射光は図１中の１点鎖線のような光線として
上記分岐位置に結像し、その結像点は−Ｚ方向に変位す
る事になる。このため、上記分岐導波路に入射する光量
は＋Ｚ側の分岐導波路１１４ａでは少なく、−Ｚ側の分
岐導波路１１４ｂでは多くなり、結果として上記出力フ
ァイバから出射する光量も同様に変化することになる。
一方、被検出面が位置検出装置から遠ざかった場合に
は、図中破線で示したように、前述とは逆に結像点は＋
Ｚ方向に変位する事になり、結果として出力光ファイバ
１１５ａから取り出される光量が増加し、出力光ファイ
バ１１５ｂから取り出される光量は減少することにな
る。
像位置の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出
する方法の一例を詳細に説明する。被検出面１１０が測
定の中心位置にある時には、第２の平板導波路端面１１
３の構成から、スポット像が上記分岐導波路１１４ａお
よび１１４ｂの分岐位置に結像し等量の光束が各出力光
ファイバに取り出される。被検出面が位置検出装置に近
づいた場合には、第１の平面板導波路１０３よりの出射
光束がＺ軸に対しＸＺ面内で傾いているためにスポット
位置が−Ｘ方向に移動する。この時の上記被検出面１１
０からの反射光は図１中の１点鎖線のような光線として
上記分岐位置に結像し、その結像点は−Ｚ方向に変位す
る事になる。このため、上記分岐導波路に入射する光量
は＋Ｚ側の分岐導波路１１４ａでは少なく、−Ｚ側の分
岐導波路１１４ｂでは多くなり、結果として上記出力フ
ァイバから出射する光量も同様に変化することになる。
一方、被検出面が位置検出装置から遠ざかった場合に
は、図中破線で示したように、前述とは逆に結像点は＋
Ｚ方向に変位する事になり、結果として出力光ファイバ
１１５ａから取り出される光量が増加し、出力光ファイ
バ１１５ｂから取り出される光量は減少することにな
る。
【００１９】上記出力光ファイバ１１５ａおよび１１５
ｂから出力される光量と被検出面の位置の相関を図３に
示す。図において、２０１は上記出力光ファイバ１１５
ａの出力、２０２は上記出力光ファイバ１１５ｂの出力
で、縦軸は出力、横軸は位置を示し、図中Ｐは基準位置
であり、この基準位置より被検出面が位置検出装置に近
い領域をｎｅａｒ、遠い領域をｆａｒと示す。図３から
明らかなように、被検出面１１０が基準位置Ｐにある時
には、等量の光束が各出力光ファイバに取り出され、各
出力光ファイバの出力により被検出面の基準位置Ｐから
の変位を検出することができる。
ｂから出力される光量と被検出面の位置の相関を図３に
示す。図において、２０１は上記出力光ファイバ１１５
ａの出力、２０２は上記出力光ファイバ１１５ｂの出力
で、縦軸は出力、横軸は位置を示し、図中Ｐは基準位置
であり、この基準位置より被検出面が位置検出装置に近
い領域をｎｅａｒ、遠い領域をｆａｒと示す。図３から
明らかなように、被検出面１１０が基準位置Ｐにある時
には、等量の光束が各出力光ファイバに取り出され、各
出力光ファイバの出力により被検出面の基準位置Ｐから
の変位を検出することができる。
【００２０】実施例２．図２は本発明の第２の実施例の
光学的位置検出装置の構成図である。図において、１０
８は棒状レンズで一軸収束作用を有する光学的手段とし
て用いられる。１０９は上記棒状レンズ保持体であり、
棒状レンズ１０８を基板上の所定位置に案内するように
位置および大きさが決定されている。つまり、棒状レン
ズ８を図２に示すように設ける他は、図１に示す第１の
実施例の光学的位置検出装置と同様の構成であり、実施
例１と同様に製造することができる。
光学的位置検出装置の構成図である。図において、１０
８は棒状レンズで一軸収束作用を有する光学的手段とし
て用いられる。１０９は上記棒状レンズ保持体であり、
棒状レンズ１０８を基板上の所定位置に案内するように
位置および大きさが決定されている。つまり、棒状レン
ズ８を図２に示すように設ける他は、図１に示す第１の
実施例の光学的位置検出装置と同様の構成であり、実施
例１と同様に製造することができる。
【００２１】次に、動作について説明する。第１の平板
導波路端面１０６で反射した光は、平板導波路からの光
の出射端面１０７から出射し、棒状レンズ１０８を経て
被検出面１１０に至る。ここで、第１の平板導波路端面
１０６と上記棒状レンズ１０８の曲率は、各々によって
形成される収束光束が、被検出面１１０の所望測定範囲
の概括中心位置（基準位置）で焦点を持つように決定さ
れる。被検出面１１０で反射した光束は、棒状レンズ１
０８に再度入射し、第２の平板導波路１１１への光の入
射端面１１２より第２の平板導波路１１１に導入され、
実施例１と同様に分岐導波路１１４ａおよび１１４ｂの
分岐点で結像される。ここで、第２の平板導波路端面１
１３と棒状レンズ１０８の位置は、棒状レンズ１０８に
よりＹ軸方向に収束した上記被検出面１１０からの反射
光の焦点位置に第２の平板導波路端面１１３があるよう
に決定される。
導波路端面１０６で反射した光は、平板導波路からの光
の出射端面１０７から出射し、棒状レンズ１０８を経て
被検出面１１０に至る。ここで、第１の平板導波路端面
１０６と上記棒状レンズ１０８の曲率は、各々によって
形成される収束光束が、被検出面１１０の所望測定範囲
の概括中心位置（基準位置）で焦点を持つように決定さ
れる。被検出面１１０で反射した光束は、棒状レンズ１
０８に再度入射し、第２の平板導波路１１１への光の入
射端面１１２より第２の平板導波路１１１に導入され、
実施例１と同様に分岐導波路１１４ａおよび１１４ｂの
分岐点で結像される。ここで、第２の平板導波路端面１
１３と棒状レンズ１０８の位置は、棒状レンズ１０８に
よりＹ軸方向に収束した上記被検出面１１０からの反射
光の焦点位置に第２の平板導波路端面１１３があるよう
に決定される。
【００２２】図に示すように、棒状レンズ１０８を第１
の平板導波路１０７の光の出射側に設けることにより被
検出面に集光されるスポット量が増しＳＮ比が向上し、
第２の平板導波路１１１の光の入射側に設けることによ
り被検出面からの光を導波路に効率よく結像させること
ができるので、結像の光量が増しＳＮ比が向上し、従っ
て検出のＳＮ比が向上する。
の平板導波路１０７の光の出射側に設けることにより被
検出面に集光されるスポット量が増しＳＮ比が向上し、
第２の平板導波路１１１の光の入射側に設けることによ
り被検出面からの光を導波路に効率よく結像させること
ができるので、結像の光量が増しＳＮ比が向上し、従っ
て検出のＳＮ比が向上する。
【００２３】なお、本実施例では棒状レンズ１０８を第
１平板導波路１０３および第２平板導波路１１１と同一
基板１０１に設けた場合を示したがこれに限定されな
い。即ち、第１の平板導波路１０３を出射した光が棒状
レンズ１０８に入射して被検出面１１０に至り、被検出
面１１０で反射した光が棒状レンズ１０８に再度入射
し、第２の平板導波路１１１へ入射すればよい。
１平板導波路１０３および第２平板導波路１１１と同一
基板１０１に設けた場合を示したがこれに限定されな
い。即ち、第１の平板導波路１０３を出射した光が棒状
レンズ１０８に入射して被検出面１１０に至り、被検出
面１１０で反射した光が棒状レンズ１０８に再度入射
し、第２の平板導波路１１１へ入射すればよい。
【００２４】
【発明の効果】本発明の第１の光学的位置検出装置によ
れば、光源から導入された光を偏向させて基準位置に集
光させる集光手段、この集光手段によって被検出面上に
形成されたスポットの反射光を結像する結像手段、およ
びこの結像手段によって結像されたスポット像の結像位
置の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出する
検出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光軸が非同
軸である光学的位置検出装置において、上記集光手段と
結像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手段と結像
手段が平板導波路で構成され、上記集光手段が平板導波
路の光の出射側に一軸収束作用を有する光学的手段を備
え、上記結像手段が平板導波路の光の入射側に一軸収束
作用を有する光学的手段を備え、小型化が可能で、検出
のＳＮ比が大きいという効果がある。
れば、光源から導入された光を偏向させて基準位置に集
光させる集光手段、この集光手段によって被検出面上に
形成されたスポットの反射光を結像する結像手段、およ
びこの結像手段によって結像されたスポット像の結像位
置の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出する
検出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光軸が非同
軸である光学的位置検出装置において、上記集光手段と
結像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手段と結像
手段が平板導波路で構成され、上記集光手段が平板導波
路の光の出射側に一軸収束作用を有する光学的手段を備
え、上記結像手段が平板導波路の光の入射側に一軸収束
作用を有する光学的手段を備え、小型化が可能で、検出
のＳＮ比が大きいという効果がある。
【００２５】本発明の第２の光学的位置検出装置によれ
ば、光源から導入された光を偏向させて基準位置に集光
させる集光手段、この集光手段によって被検出面上に形
成されたスポットの反射光を結像する結像手段、および
この結像手段によって結像されたスポット像の結像位置
の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出する検
出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光軸が非同軸
である光学的位置検出装置において、上記集光手段と結
像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手段と結像手
段が平板導波路で構成され、上記検出手段が、上記基準
位置に被検出面がある時の上記スポット像の結像位置
に、分岐点を有する分岐導波路を含有し、小型化が可能
であるという効果がある。 本発明の第３の光学的位置検
出装置によれば、上記第２の光学的位置検出装置におい
て、分岐点において、スポット像の結像位置に応じて各
々の分岐導波路に分離され、分離された状態により被検
出面の基準位置からの変位を検出し、小型化が可能であ
るという効果がある。
ば、光源から導入された光を偏向させて基準位置に集光
させる集光手段、この集光手段によって被検出面上に形
成されたスポットの反射光を結像する結像手段、および
この結像手段によって結像されたスポット像の結像位置
の変化から被検出面の基準位置からの変位を検出する検
出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光軸が非同軸
である光学的位置検出装置において、上記集光手段と結
像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手段と結像手
段が平板導波路で構成され、上記検出手段が、上記基準
位置に被検出面がある時の上記スポット像の結像位置
に、分岐点を有する分岐導波路を含有し、小型化が可能
であるという効果がある。 本発明の第３の光学的位置検
出装置によれば、上記第２の光学的位置検出装置におい
て、分岐点において、スポット像の結像位置に応じて各
々の分岐導波路に分離され、分離された状態により被検
出面の基準位置からの変位を検出し、小型化が可能であ
るという効果がある。
【図１】 本発明の第１の実施例の光学的位置検出装置
の構成図である。
の構成図である。
【図２】 本発明の第２の実施例の光学的位置検出装置
の構成図である。
の構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態の光学的位置検出装置の
出力と被検出面の位置の相関を示す特性図である。
出力と被検出面の位置の相関を示す特性図である。
【図４】 従来の三角測量法による位置検出法を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【符号の説明】
１０１ 基板、１０３ 第１の平板導波路、１０６ 第
１の平板導波路端面、１０８ 棒状レンズ、１１０ 被
検出面、１１１ 第２の平板導波路。
１の平板導波路端面、１０８ 棒状レンズ、１１０ 被
検出面、１１１ 第２の平板導波路。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高嶋 和夫
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
三菱電機株式会社内
(56)参考文献 特開 平８−122057（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−301717（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−170611（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−261715（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00 - 11/30
G01C 3/00 - 3/32
G02B 6/12 - 6/14
Claims (3)
- 【請求項１】 光源から導入された光を偏向させて基準
位置に集光させる集光手段、この集光手段によって被検
出面上に形成されたスポットの反射光を結像する結像手
段、およびこの結像手段によって結像されたスポット像
の結像位置の変化から被検出面の基準位置からの変位を
検出する検出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光
軸が非同軸である光学的位置検出装置において、上記集
光手段と結像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手
段と結像手段が平板導波路で構成され、上記集光手段が
平板導波路の光の出射側に一軸収束作用を有する光学的
手段を備え、上記結像手段が平板導波路の光の入射側に
一軸収束作用を有する光学的手段を備えたことを特徴と
する光学的位置検出装置。 - 【請求項２】 光源から導入された光を偏向させて基準
位置に集光させる集光手段、この集光手段によって被検
出面上に形成されたスポットの反射光を結像する結像手
段、およびこの結像手段によって結像されたスポット像
の結像位置の変化から被検出面の基準位置からの変位を
検出する検出手段を備え、上記集光手段と結像手段の光
軸が非同軸である光学的位置検出装置において、上記集
光手段と結像手段が同一基板上に設けられ、上記集光手
段と結像手段が平板導波路で構成され、上記検出手段
が、上記基準位置に被検出面がある時の上記スポット像
の結像位置に、分岐点を有する分岐導波路を含有するこ
とを特徴とする光学的位置検出装置。 - 【請求項３】 分岐点において、スポット像の結像位置
に応じて各々の分岐導波路に分離され、分離された状態
により被検出面の基準位置からの変位を検出することを
特徴とする請求項２記載の光学的位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16611096A JP3379336B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 光学的位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16611096A JP3379336B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 光学的位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH109813A JPH109813A (ja) | 1998-01-16 |
| JP3379336B2 true JP3379336B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=15825215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16611096A Expired - Fee Related JP3379336B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 光学的位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379336B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW384385B (en) * | 1998-09-16 | 2000-03-11 | Karlsruhe Forschzent | Optical position detection device |
| EP1031865A4 (en) | 1998-09-16 | 2006-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | LENS FOR MODIFYING AN OPTICAL AXIS |
| US6846116B2 (en) | 2000-12-11 | 2005-01-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Sensor head |
| WO2002048646A1 (fr) | 2000-12-11 | 2002-06-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Telemetre optique |
| US7465916B2 (en) | 2006-10-19 | 2008-12-16 | Fujikura Ltd. | Optical detection sensor |
| US8845162B2 (en) * | 2011-05-04 | 2014-09-30 | Honeywell International Inc. | Collimated illumination using light pipes |
| RU2471203C1 (ru) * | 2011-10-04 | 2012-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Лазерный измеритель расстояний |
| KR20170115425A (ko) * | 2016-04-07 | 2017-10-17 | 크루셜텍 (주) | 거리 측정 센서 조립체 및 그를 갖는 전자기기 |
| JP2021130229A (ja) * | 2020-02-19 | 2021-09-09 | ブラザー工業株式会社 | 画像形成装置、画像形成システムおよび画像形成装置の制御方法 |
-
1996
- 1996-06-26 JP JP16611096A patent/JP3379336B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH109813A (ja) | 1998-01-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |