JP3587303B2 - 光学式変位センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光切断法乃至三角測距法を用いて物体までの距離を測定し、この測定値から物体の変位を検知する光学式変位センサに係り、特に、小型軽量化並びにコストダウンを可能とした光学式変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より良く知られているように、この種の光学式変位センサは、被検出対象物体に対して光ビームを照射する一方、その反射光を斜めの角度から取り込んで、ＰＳＤやＣＣＤ等の受光素子に導き、その受光出力に基づいて、光切断法乃至三角測距法を用いて物体までの距離を測定し、この測定値から物体の変位を検知するものである。
【０００３】
従来の変位センサの構成を示す図が図９に、同変位センサにおける光学ユニットの構成を示す図が図１０にそれぞれ示されている。
【０００４】
それらの図において、１０１はケース、１０２は窓板、１０３は光学ユニット、１０４は回路基板、１０５は電気コード、１０６は絶縁プレート、１０７はカバープレート、１０８は投光素子、１０９は投光素子基板、１１０は投光レンズ、１１１は投光レンズホルダ、１１２は受光素子、１１３は受光素子基板、１１４は受光レンズ、１１５は取付用ネジ、１１６は光学ベース、１１７は取付穴である。
【０００５】
図９において、センサケース１０１は材質としてアルミを用いた成型品であり、その一側面開口にはカバープレート１０７が取り付けられ、また前面開口には窓板１０２が取り付けられる。投受光ビームの出射乃至入射は窓板１０２を透過して行われる。
【０００６】
ケース１０１内には光学ユニット１０３と回路基板１０４とが収容される。後に図１０を参照して説明するように、光学ユニット１０３は、投光素子１０８と、投光レンズ１１０と、受光素子１１２と、受光レンズ１１４とを含んでいる。又、回路基板１０４には、投光系回路、受光系回路、信号処理回路等を構成する主回路部品が搭載されている。尚、１１７はケース１０１を任意の支持部材に取り付けるためのネジ止め用の取付孔である。
【０００７】
図１０に示されるように、投光素子１０８を搭載する投光素子基板１０９と、投光レンズ１１０を保持する筒状の投光レンズホルダ１１１と、受光素子１１２を搭載する受光素子基板１１３と、受光レンズ１１４とは、材質としてアルミを用いた成型品である光学ベース１１６を介して一体的に結合される。すなわち、投光素子基板１０９と受光素子基板１１３とは、光学ベース１１６の背面側にネジ止めされる。又、投光レンズホルダ１１１は、光学ベース１１６の前面側に開口されるトンネル状のネジ穴にねじ込まれて固定される。同様にして、受光レンズ１１４も、光学ベース１１６の前面に開口するトンネル状のネジ穴に挿入され、ネジ１１５で固定される。尚、図中一点鎖線で示される１１８は投光光軸、１１９は受光光軸である。さらに、図９（ｂ）において、１０６は、共に金属製であるケース１０１と光学ベース１１６とを絶縁分離するための絶縁プレートである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光学式変位センサにあっては、次のような様々な問題点が指摘されている。
（１）光学ベース１１６において、投光レンズ１１０並びに受光レンズ１１４を位置決め並びに方向決めするための手段として、トンネル状のネジ穴に挿入する構成が採用されているため、投光光軸１１８並びに受光光軸１１５のなす角度は一義的に固定されてしまい、距離レンジの異なる複数種類の製品を製造するためには、各機種毎に異なる金型を製作せねばならず、コストアップに繋がる。
（２）光学ベース１１６として金属製ブロックが採用され、しかもレンズ位置決め用のトンネル状のネジ穴を内部に形成せねばならないことから、全体の厚みが増し、コンパクト化の障害となる。すなわち、光学ベース１１６の厚みが大なることから、ケース１０１内において厚み方向に余裕がとれず、その分回路基板１０４については、光学ユニット１０３の側方に隣接して配置せねばならず、ケース１０１の全体が大型化する。
（３）光学ベース１１６がブロック状であることに加え、センサケース１０１の材質として金属が使用されていることから、全体の重量が増大する。
（４）光学ユニット１０３のほぼ全体が金属製であり、しかもセンサケース１０１も金属製であることから、外部からの電気的ノイズを排除するためには、両者間に絶縁用の間隙を設けるか、あるいは絶縁プレート１０６を両者間に介在するといった対策が必要となり、その分だけケース１０１の大型化が助長される。
（５）製造工程乃至出荷工程時の調整等のために、光学ベース１１６から投光レンズ１１０並びに受光レンズ１１４を取り外すためには、投光レンズホルダ１１１をネジを逆回しして投光光軸に沿って移動させつつ抜き去ったり、あるいは受光レンズ１１４のネジ１１５を外して同様に、受光レンズ１１４を受光光軸方向へ移動させて抜き取るといった作業が必要となり、その結果投光レンズ１１０並びに受光レンズ１１４を再度セットするためには、その都度新たにレンズの位置決め調整作業が必要となって面倒である。加えて、投光レンズホルダ１１１と投光レンズ１１０との結合は比較的強固であるため、投光レンズ１１０の両面を磨くためには、取り外し乃至再取付けが必要で、この作業に際しても光軸にズレが生じ、再調整が必要となる。加えて、投光素子１０８並びに受光素子１１２の表面清掃などのためにも、それら素子の再位置決め調整が必要となり、面倒である。
【０００９】
この発明は、従来の光学式変位センサにおける上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、低コストに製造が可能な光学式変位センサを提供することにある。
【００１０】
又、この発明の他の目的とするところは、小型で軽量な光学式変位センサを提供することにある。
【００１１】
又、この発明の他の目的とするところは、投受光光学系部品の製造工程乃至出荷工程時の調整が容易な光学式変位センサを提供することにある。
【００１２】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、以下の明細書の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の光学式変位センサは、センサケース内に、光学ユニットと回路基板とが収容されている。光学ユニットは、投光素子と、投光レンズと、受光素子を保持する受光素子ホルダと、受光レンズを保持する受光レンズホルダを含み、それらは成型品である光学ベースを介して一体的に結合されている。ここで言う『光学式変位センサ』なる語には、距離設定型の光電センサ等のように、フォーカス調整を必要とするものの、変位測定機能を必須としない機器も含まれる。
【００１４】
光学ベース上には、投光素子を光学ベースに対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光素子保持部と、投光レンズを光学ベースに対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光レンズ保持部と、受光素子ホルダと受光レンズホルダとが取り付けられる受光部品搭載ステージとが形成されている。
【００１５】
受光素子ホルダと受光レンズホルダとの一方又は双方を受光部品搭載ステージに位置決めして取り付けるための手段としては位置決めピンと止めネジとが使用される。
【００１６】
受光部品搭載ステージには、位置決め穴及びネジ穴の位置を異ならせることにより、同一の受光素子ホルダ又は受光レンズホルダを使用しつつも、検出距離の異なるホルダ配置を可能とする余裕領域が存在する。ここで、『検出距離の異なる』なる語には、検出距離が２倍以上である場合や検出距離が５倍以上である場合等が含まれる。
【００１７】
そして、それにより、距離レンジの異なる複数の機種に対しても、受光部品自由搭載ステージ上における受光素子ホルダ並びに受光レンズホルダの位置並びに向きを調整して対応する受光光軸を実現することにより、一種類の光学ベースにより複数の機種を調製可能としている。
【００１８】
このような構成によれば、一種類の光学ベースにより、距離レンジの異なる複数の機種にも対応できることから、各機種毎に成形金型を用意することが不要となって、大幅なコストダウンが達成される。換言すれば、受光素子ホルダ及び受光レンズホルダをモジュール構造として、光学ベース上で位置を変えることにより、複数の機種に対応が可能となる。
【００１９】
好ましい実施の形態においては、受光部品搭載ステージは、規定の投光光軸及び受光光軸を含む平面に対して平行とされる。
【００２０】
このような構成によれば、受光素子ホルダ並びに受光レンズホルダを受光部品搭載ステージ上においてスライドさせたり回転させたりするだけで、投光光軸と受光光軸との関係を自在に設定することができる。
【００２１】
好ましい実施の形態においては、検出レンジの異なる複数の機種に対応するために、予め複数の位置決め穴と固定用ネジ穴とが受光部品搭載ステージに開けられている。このような構成によれば、製造時内示出荷時において要求される機種に応じたホルダ配置を簡単に実現できる。
【００２２】
好ましい実施の形態においては、投光レンズ保持部に保持される投光レンズは、その向きを維持したままで、投光光軸と直交する方向において脱着が可能とされる。
【００２３】
このような構成によれば、製品製造工程における投光レンズの調整等のために投光レンズを投光レンズ保持部から取り外した場合に、調整終了後投光レンズを再装着すれば、直ちに元の位置決め状態並びに方向決め状態を回復することができ、その都度調整作業する手間が不要となる。
【００２４】
好ましい実施の形態においては、受光レンズホルダに保持される受光レンズは、その向きを維持したままで、その受光光軸と直交する方向において脱着が可能である。
【００２５】
このような構成によれば、前述の投光レンズの場合と同様にして、脱着の前後で受光レンズの位置決め状態並びに方向決め状態が狂わないため、面倒な光軸再調整が不要となる。つまり、このような構成を採用すると、受光レンズホルダを光学ベース上の受光部品搭載ステージに固定したのち、受光レンズをフォーカシング方向に移動させてフォーカシング調整を行うことができる。
【００２６】
好ましい実施の形態においては、受光部品搭載ステージに搭載される受光素子ホルダ並びに受光レンズホルダは、その向きを維持したままで、受光光軸と直交する方向において脱着が可能とされる。
【００２７】
このような構成によれば、前述の受光レンズ単体並びに投光レンズ単体の場合と同様に、受光素子ホルダ並びに受光レンズホルダは、ホルダごと光学ベースから取り外した場合であっても、調整作業等の終了後、規定の位置に再装着すれば、元の位置決め状態を直ちに回復することができ、面倒な再調整は一切不要となる。
【００２８】
好ましい実施の形態においては、投光レンズ保持部には、径の異なる複数種類の投光レンズを保持できるレンズ保持構造が設けられている。このような構成によれば、製造工程での距離レンジの変更等により、投光レンズの径が異なるような場合であっても、当該大径若しくは小径の投光レンズに直ちに交換することができ、光軸変更の自由度が向上する。
【００２９】
好ましい実施の形態においては、レンズ保持構造が、投光レンズを方向決めするＶ溝と、Ｖ溝に対して投光レンズを弾性的に押しつける押圧部材とから構成される。
【００３０】
このような構成によれば、投光レンズを所定位置に置くだけで、その光軸を決められた方向へ向けることができ、加えて押圧部材を解除するだけで、投光レンズの着脱を容易に行うことができる。
【００３１】
好ましい実施の形態においては、受光レンズホルダには、径の異なる複数種類の受光レンズを保持できるレンズ保持構造が設けられている。
【００３２】
このような構成によれば、製造工程時での距離レンジの変更により、径の異なる受光レンズが必要となった場合、そのような受光レンズを受光レンズホルダに対し簡単に交換して取り付けることができる。
【００３３】
好ましい実施の形態においては、レンズ保持構造が、受光レンズを方向決めするＶ溝と、Ｖ溝に対して投光レンズを弾性的に押しつける押圧部材とから構成される。
【００３４】
このような構成によれば、受光レンズを受光レンズホルダ上の所定位置に置くだけで、その光軸を正しく方向決めし、しかも押圧部材を緩めるだけで、受光レンズの着脱を容易に行うことができる。
【００３５】
好ましい実施の形態においては、センサケース内において、回路基板が光学ユニットの上に重ねて配置されている。
【００３６】
このような構成によれば、図９に示した従来例のように、光学ユニット１０３と回路基板１０４とを互いに隣接して配置した場合に比べ、センサケースの小型化を達成することができる。尤も、このような重ね合わせ構造が採用可能となるのは、従前の光学ユニットのように、ブロック状本体の内部にトンネル状にネジ穴を加工し、これにレンズホルダをねじ込むといった構成を採用しないことが大きく寄与している。本発明の光学ユニットは、ブロック状というよりは、比較的平面状であるため、全体の厚さが薄くなり、その分だけその上部に回路基板を重ねるためのスペースが確保できるのである。
【００３７】
好ましい実施の形態においては、センサケースの材質がプラスチックであり、且つ光学ベース、受光素子ホルダ、及び受光レンズホルダの材質が金属である。
【００３８】
このような構成によれば、投受光系部品の位置決めは金属を介して高精度に行える一方、センサケースとしては樹脂の採用により軽量化が図られるため、全体として小型軽量且つ位置決め精度の良好な光学式変位センサが実現できる。その際に、以上説明した様々な実施形態上の工夫を紙することにより、低コスト化、小型軽量化、調整容易性の改善が図られることは言うまでもないであろう。
【００３９】
好ましい実施の形態においては、金属製である光学ユニットをプラスチック製であるセンサケース内に固定する手段としては、圧入技術を採用することができる。
【００４０】
このような構成によれば、投受光系光学部品を正確に位置決めした状態において、これをプラスチック製ケース内に、簡単且つ精度良く位置決めることができ、全体として位置決め精度の良好な製品を提供することができる。しかも、ケースとしてプラスチック製のケースを採用すると、金属製ケースの場合のような絶縁が不要となり、その分だけ光学ユニットとケース内壁とを近接させることもでき、一層のコンパクト化が可能となる。
【００４１】
好ましい実施の形態においては、金属製である光学ベースがプラスチック製であるセンサケースの内壁よりも僅かに浮かせて支持されている。
【００４２】
このような構成によれば、プラスチック製センサケースが、外部からの衝撃などにより撓んだとしても、内部の光学ユニットそれ自体には衝撃が伝わったりズレが生じたりすることが生じにくくなるため、それら衝撃等に基づく光軸ズレなどに起因するエラー信号の発生を未然に防止することができる。
【００４３】
特に上述の浮き床構造については、受光素子としてＰＳＤ等のアナログ出力素子を使用した場合に、効果が顕著である。すなわち、アナログ出力型の素子の場合、光軸ズレや振動等に基づく影響は、そのまま出力信号に表れるため、特にこのような浮かせ支持構造が効果的なものとなる。
【００４４】
別の一面から見た本発明の光学式変位センサは、センサケース内に、光学ユニットと光学基板とが収容されており、光学ユニットは、投光素子と、投光レンズと、受光素子と、受光レンズとを含み、それらは成型品である光学ベースを介して一体的に結合されており、さらにセンサケースの材質としてプラスチックが使用され、且つ光学ベースの材質として金属が使用されている。
【００４５】
このような構成によれば、センサケースの材質としてプラスチックを使用する一方、光学ベースの材質として金属を使用しているため、光学部品の位置決め精度を維持しつつ、全体としての軽量化を達成することができる。しかも、センサケースの材質としてプラスチックが使用されているため、ケース内からの雑音進入を考慮することが不必要となり、その分だけケース内壁と光学ベースとの間に絶縁材を介在させる必要がなくなり、その分だけ製品全体のコンパクト化を達成することができる。加えて、センサケースの材質としてプラスチックが採用されているため、センサケース内に光学ユニットを位置決め装着するための手段として圧入技術を採用することができ、コストダウン並びに組立工数の低減化を図ることもできる。
【００４６】
好ましい実施の形態においては、センサケース内において、回路基板が光学ユニットの上に重ねて配置されている。
【００４７】
このような構成によれば、従前の隣接する構造に比べ、光学ユニットの側方に余分なスペースが不要となって、製品の外形のコンパクト化を図ることができる。
【００４８】
好ましい実施の形態においては、金属製である光学ベースがプラスチック製であるセンサケースの内壁よりも僅かに浮かせて支持されている。
【００４９】
このような構成によれば、先に説明したように、センサケースに外部から衝撃が加わった場合、光学部品が撓んだり振動したりして、エラー信号が出力される虞を未然に防止できる。
【００５０】
このとき、光学ユニットに含まれる受光素子がＰＳＤ等のアナログ出力型の素子であると、先に説明したように、出力信号の安定化並びに測定精度の向上には一層効果的である。
【００５１】
好ましい実施の形態においては、金属製である光学ユニットをプラスチック製であるセンサケース内に固定する手段として圧入技術を採用することができる。
【００５２】
このような構成によれば、先に説明したように、ケースに対して外部から衝撃が加わってケース側面が撓んだような場合にも、その影響が内部の光学ユニットに及ぼしにくくなり、光軸ズレや光学部品の振動に基づく、エラー信号の発生を可及的に低減することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の好適な実施の一形態である光学式変位センサの種々の特徴を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５４】
本発明変位センサの内部構成を示す分解斜視図が図１に示されている。同図に示されるように、この光学式変位センサは、センサケース１内に、光学ユニット２と回路基板３とを収容し、カバープレート４をケース１にネジ止めして構成されている。尚、図において、５はケース１の前面に嵌め込まれた窓板、６はケース１を支持部に取り付けるための取付穴である。
【００５５】
ケース１は材料としてプラスチックを用いた成型品であり、従前の材料として金属を用いたものに比べ大幅な軽量化が実現されている。尚、カバープレート４についてもプラスチックを用いた成型品である。
【００５６】
光学ユニット２は、後に詳細に説明するように、投光素子２１と、投光レンズ１０と、受光素子２７を保持する受光素子ホルダ２８と、受光レンズ１２を保持する受光レンズホルダ２９とを含んでおり、それらは成型品である光学ベース７を介して一体的に結合されている。
【００５７】
回路基板３は、光学式変位センサの機能を実現するに必要な各種の回路に相当する回路部品を搭載している。具体的には図示しないが、投光系回路、受光系回路、並びに、信号処理系回路の一部を構成する各種の回路部品が搭載されることとなる。
【００５８】
ケース１と光学ユニット２と回路基板３との関係を示す分解斜視図が図２に示されている。
【００５９】
同図に示されるように、光学ユニット２は、投光素子を搭載する投光素子基板８と、投光レンズ１０と、受光素子基板１４を受光素子ホルダ２８に保持させてなる受光素子ブロック１５と、受光レンズ１２を受光レンズホルダ２９に保持させてなる受光レンズブロック１３とを含んでおり、それらは成型品である光学ベース７を介して一体的に結合されている。光学ベース７の材質としては、アルミニウム等の金属が採用され、位置決め精度の向上が図られている。
【００６０】
光学ユニットの構成を示す分解斜視図が図３に示されている。同図に示されるように、光学ベース７上には、投光素子２１を光学ベース７に対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光素子保持部９が設けられている。投光素子２１が搭載された投光素子基板８は、この投光素子保持部９の背面側にネジ止め固定される。すると、投光素子基板８に搭載された投光素子２１は、保持部９の円形穴９ａに整合し、これにより投光素子２１は光学ベース７に対して位置決め並びに方向決めされる。
【００６１】
又、光学ベース７上には、投光レンズ１０を光学ベース７に対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光レンズ保持部１１が設けられている。この例では、投光レンズ保持部１１の底面は、略Ｖ字形状を有する溝とされている。保持部１１に隣接する一段高くなった支持部２２には、レンズ押さえ部材となるバネ２３がネジ止め固定される。投光レンズ１０を保持部１１に置くと、Ｖ溝の方向規制作用により、投光レンズ１０は光学ベース７に対して位置決め並びに方向決めされる。さらに、保持部１１を構成するＶ溝に収容された投光レンズ１０は、バネ２３により上から弾性的に押圧されて固定される。バネ２３と保持部を構成するＶ溝との間の空間は、様々な直径の投光レンズに対応できる。そのため、距離レンジの違いに応じて、投光レンズ１０の長さや外形が変わっても、それら様々な仕様の投光レンズに対し、広く適用することができる。又、光学ベース７上には、受光素子ホルダ２８と受光レンズホルダ２９とを規定の調整範囲で自由な位置決め並びに方向決めして搭載可能な受光部品搭載ステージ３９が形成されている。この受光部品搭載ステージ３９の表面は平坦であって、規定の投光光軸及び受光光軸を含む平面に対して平行である。換言すれば、この受光部品搭載ステージ３９には、検出距離を異ならせるために、受光素子ホルダ２８又は受光レンズホルダ２９の様々な配置を可能とするような余裕領域が確保されている。
【００６２】
受光素子２７を搭載する受光素子基板１４は、窓枠状フレームを有する受光素子ホルダ２８に対して、ネジ止めあるいは加締め止めされる。受光素子ホルダ２８にはブラケット２８ａ，２８ｂが一体に形成されている。これらのブラケット２８ａ，２８ｂには、ネジ４４，４５が挿通される緩めの穴２８ｅ，２８ｆが設けられている。さらに、受光素子ホルダ２８の底面には、２本の位置決めピン２８ｃ，２８ｄが突出して設けられている。
【００６３】
一方、光学ベース７の受光部品搭載ステージ３９には、受光素子ホルダ２８側の位置決めピン２８ｃ，２８ｄが挿入される加工精度の良い位置決め穴３３，３５と、ネジ４４，４５がねじ込まれるネジ穴３７，３８が設けられている。
【００６４】
そのため、ピン２８ｃ，２８ｄを位置決め穴３３，３５に挿入した後、ネジ４４，４５をネジ穴３７，３８にねじ込むことにより、受光素子２７は光学ベース７に対して、位置決め並びに方向決めされることとなる。
【００６５】
受光素子基板１４を保持する受光素子ホルダ２８は、位置決めピン２８ｃ及び２８ｄによって位置決めされ、さらにブラケット２８ａ，２８ｂとネジ穴３７及び３８を整合させてネジ止め固定される。そのため、着脱に際して、受光素子２７の光軸がずれることはない。
【００６６】
受光レンズホルダ２９の上面には、Ｖ溝形状を有する受光レンズ保持部３１が形成される。受光レンズ保持部３１を構成するＶ溝の上方にはバネ３０がネジ止め固定される。そのため、受光レンズ１２を保持部３１に置くと、Ｖ溝の方向規制作用により、受光レンズ１２の光軸は受光レンズホルダ２９に対して方向決めされる。又、保持部３１に置かれた受光レンズ１２は、バネ３０の力で上から弾性的に押圧され、位置決め固定される。保持部３１を構成するＶ溝とバネ３０との間に形成される空間は、様々な径を有する受光レンズ１２を許容する。そのため、距離レンジの違いにより、受光レンズ１２の径が変更する場合にも、共通の受光レンズホルダ２９を使用できる。
【００６７】
受光レンズホルダ２９にはブラケット２９ａ及び２９ｂが形成される。これらのブラケット２９ａ，２９ｂには、ネジ４６，４７が挿通される緩めの穴２９ｃ，２９ｄが設けられている。さらに、受光レンズホルダ２９の底面には、位置決めピン２９ｅ，２９ｆが突出して設けられている。
【００６８】
一方、光学ベース７の受光部品搭載ステージ３９の側には、受光レンズホルダ２９側の位置決めピン２９ｅ，２９ｆが挿入される精度の良い位置決め穴３４，３２と、ネジ４６，４７がねじ込まれるネジ穴４３及び３６が設けられている。
【００６９】
受光レンズ１２を保持させた受光レンズホルダ２９は、位置決めピン２９ｅ，２９ｆの作用で位置決め整合された後、ネジ挿通穴２９ｃ，２９ｄをネジ穴４３及び３６に整合させてネジ止め固定される。そのため、受光レンズホルダ２９の着脱に際し、光軸ズレが生ずることはない。
【００７０】
光軸合わせについて、より具体的に説明すると、先ず、受光素子ホルダ２８及び受光レンズホルダ２９を受光部品搭載ステージ３９上に固定する。次に、受光レンズ１２を受光光軸に沿って前後移動させてフォーカシング調整を行う。フォーカスが合ったところで、ネジ４８を締めることにより、受光レンズ１２を受光レンズホルダ２９に固定する。
【００７１】
以上の構成よりなる光学式変位センサによれば、投光素子２１並びに投光レンズ１０で構成される投光光軸は、当該光学ベース７に対して一義的に決定されるのに対し、受光レンズ１２と受光素子２７とで構成される受光光学系については、受光部品搭載ステージ３９において、受光素子２７及び受光レンズ１２を受光素子ホルダ２８及び受光レンズホルダ２９ごと移動させることによって、光軸の角度変更により任意の焦点距離に対応することができる。
【００７２】
具体的には、受光部品搭載ステージ３９上に、おいて受光素子ホルダ２８並びに受光レンズホルダ２９をスライド並びに回転させることで、適切な位置並びに角度を割り出した後、ステージ３９上に穴開け加工、ネジ切り加工等を行うことによって、受光素子ホルダ２８及び受光レンズホルダ２９の着座位置を確定するのである。
【００７３】
このような着座構造によれば、ネジを緩めたとしても、それらホルダ２８，２９は位置決めピン２８ｃ，２８ｄ，２９ｅ，２９ｆによって位置決め状態を維持するから、ホルダ２８並びに２９の着脱を行ったとしても、元の着座位置にそれらを正確に戻すことができ、再度の焦点調整や光軸調整は不要となる。
【００７４】
検出レンジの異なる複数の光軸を予め想定する場合には、それぞれの光軸に合わせて位置決め穴やネジ穴を複数の組み合わせだけステージ３９上に用意する。そのようにすれば、同一の受光素子ホルダ２８並びに同一の受光レンズホルダ２９であっても、それらの組み合わせの中から、適切な受光軸に対応する位置決め穴とネジ穴の組み合わせを選択することで、様々な検出距離乃至検出レンジに対応する光軸を実現することできる。
【００７５】
検出距離（検出レンジ）が４０ｍｍ，２．５倍である１００ｍｍ，７．５倍である３００ｍｍと異なる場合における受光レンズブロック１３並びに受光素子ブロック１５の配置例が図４〜図６に示されている。
【００７６】
それらの図から明らかなように、本発明にあっては、共通の光学ベースを使用しつつも、当該光学ベース７上には受光部品搭載ステージ３９を設け、この搭載ステージ３９上において、受光素子ホルダ２８及び受光レンズホルダ２９を自在に位置変更並びに角度変更可能とし、さらに位置決めピン２８ｃ，２８ｄ，２９ｅ，２９ｆとネジ４４，４５，４６，４７とを用いて位置決め固定できるようにしているため、様々な検出レンジに対応する複数機種の製品を製作するに際しても、成型品である光学ベース７については１種類で済み、金型製作費の低減を通じて、大幅なコストダウンが可能となる。
【００７７】
また、図７に示されるように、製造工程の調整作業時にあっては、光学ベース７から、受光レンズブロック１３及び受光素子ブロック１５を分離することができるため、レンズの清掃や受光素子の取り替えが容易に行うことができ、しかもそれらのブロックを元の位置に戻せば、ひとりでに元の光軸位置合わせ状態を再現することができ、その都度従前の装置のように光軸や焦点の調整し直し作業が不要となる。
【００７８】
一方、図２に戻って、プラスチック製成型品であるケース１の内底面には、中心部にネジ穴を有する３本のボス１８，１９，２０が一体に突設されている。
【００７９】
一方、光学ベース７の側には、これらボス１８，１９，２０に上から被さる中空のボス部２４，２５，２６が一体に形成されている。これら中空のボス部２４，２５，２６はその上面がリング状に塞がれ、その中心にネジ挿通穴が開けられている。また、ケース１側のボス１８，１９，２０の高さは、光学ベース７側の中空ボス部２４，２５，２６の内部高さよりも僅かに高く設定され、これにより中空ボス部２４，２５，２６を、ケース底面側のボス部１８，１９，２０に被せると、光学ベース７の底面とケース１の内底面との間には僅かな隙間が形成される。
【００８０】
すなわち、図８（ａ）に示されるように、中空ボス部２６，２４をケースの底面から突出するネジ穴付きボス部２０，１８に上から被せ、両者をネジ止め固定すると、図８（ｂ）に示されるように、ケース底板４２と光学ベース７との間には、適宜なクリアランスＳが形成される。換言すれば、金属製である光学ベース７はプラスチック製であるセンサケース１の内壁よりも僅かに浮かせて支持されている。
【００８１】
そのため、ケース１に対して外部から衝撃が加わったり、大きな力が加わったような場合、ケース底板４２の撓みは、このクリアランスＳにより吸収され、光学ベース７に対して過大な応力や振動が加わることが回避される。その結果、外部からの衝撃によって、投光光軸や受光光軸にズレが生じ、これが受光素子の出力に影響を与え、検出誤差を生ずる等の問題が回避される。
【００８２】
さらに、ケース１の底面から突出するボス１８，１９，２０の外形と、光学ベース７側の中空ボス部２４，２５，２６の内径との間には、高度な寸法精度が付与されており、そのため、光学ベース７側のボス部２４，２５，２６を、ケース１側のボス部１８，１９，２０に圧入すると、光学ベース７はケース１に対して精度良く位置決めされ、その状態でネジ止めを行うことにより、位置決め精度が維持されることとなる。
【００８３】
このように、本発明の光学式変位センサによれば、投光素子２１並びに投光レンズ１０は、保持部９及び１１を介して、光学ベース７上に正確に位置決め並びに方向決めされる。また、受光素子２７及び受光レンズ１２に関しては、受光素子ホルダ２８及び受光レンズホルダ２９を介して、光学ベース７に対して正確に位置決め並びに方向決めされる。さらに、光学ベース７に関しては、ケース側のボス部１８，１９，２０と光学ベース７側の中空ボス部２４，２５，２６を介して、正確に位置決め固定される。そのため、軽量且つ強度的に撓み易いケース１を使用しつつも、光学部品に関しては正確な位置決め状態を保持できるため、軽量且つ精度の良い光学式変位センサを提供できる。
【００８４】
加えて、ケース１の取付穴６で、センサヘッド（ケース）を所定の取付対象物に取り付ければ、ケース１と光学ベース７の位置合わせができているため、所望の出射角と入射角が得られる。換言すれば、ケースの外形を基準として投受光光軸が得られる。
【００８５】
また、光学ユニットには、従前のブロック状のものとは異なり、レンズの直径に対応して薄型化が可能であるため、光学ユニット２と回路基板３とを重ねてケース内に収容することが可能となり、従前の回路基板を隣接配置したものに比べ、回路基板のスペースを削減して、小型化を実現できる。
【００８６】
また、従前のトンネル状の通路内にレンズを挿入保持するものとは異なり、レンズの周囲を全周取り巻いていないため、投光レンズ１０並びに受光レンズ１２を光軸と直交する方向へ着脱することができ、着脱に際して光軸の位置並びに向きを調整し直す必要がない。
【００８７】
また、受光素子ホルダ２８及び受光レンズホルダ２９は、受光部品搭載ステージ３９において任意に位置決め並びに方向決めを行うことができ、さらに穴開け加工やネジ切り加工等によって、成型品である光学ベース７に後加工により着脱させることができる。そのため、距離レンジの異なる複数種の機種が必要な場合にも、光学ベース７については共用部品とすることができ、成形金型費の低減により、大幅なコストダウンが可能となる。
【００８８】
また、投光レンズ１０の保持部１１並びに受光レンズ１２の保持部３１はそれぞれＶ字形状を有するため、投光レンズ１０並びに受光レンズ１２を装着するだけで方向決めを容易に行うことができ、しかもその押さえ部材としてバネ２３及び３０を使用しているため、任意のレンズ径に容易に対応することができる。
【００８９】
また、ケースとして軽量なプラスチックを使用しつつも、金属製である光学ベースがプラスチック製であるセンサケースの内壁よりも僅かに浮かせて支持されるようにしたため、外部からの衝撃や大きな力が加えられた場合にも、光学部品が移動して光軸ズレが起こることはなく、信頼性の高い検出結果乃至測定結果が得られる。加えて、センサケースをプラスチック製とすれば、光学ユニット２とケース１との間の電気絶縁が不要となり、絶縁プレートの介在が不要となって、一層の小型化並びに部品点数削減によるコストダウンが可能となる。
【００９０】
なお、本発明の特徴的な構造は、光学式変位センサに限らず、距離設定型の光電センサにも応用が可能である。
【００９１】
すなわち、このような光電スイッチは、スイッチケース内に、光学ユニットと回路基板とが収容されている。光学ユニットは、投光素子と、投光レンズと、受光素子を保持する受光素子ホルダと、受光レンズを保持する受光レンズホルダとを含み、それらは成型品である光学ベースを介して一体的に結合されている。
【００９２】
光学ベース上には、投光素子を光学ベースに対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光素子保持部と、投光レンズを光学ベースに対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光レンズ保持部と、受光素子ホルダと受光レンズホルダとを規定の調整範囲で自由な位置決め並びに方向決めして搭載可能な受光部品自由搭載ステージとが形成されている。
【００９３】
それにより、距離レンジの異なる複数の機種に対しても、受光部品自由搭載ステージ上における受光素子ホルダ並びに受光レンズホルダの位置並びに向きを調整して対応する受光光軸を実現することにより、一種類の光学ベースにより複数の機種を調製可能としている。
【００９４】
このとき、スイッチケースの材質がプラスチックであり、かつ光学ベース、受光素子ホルダ、及び受光レンズホルダの材質が金属とすることができる。
【００９５】
また、このような光電スイッチは、スイッチケース内に、光学ユニットと回路基板とが収容されている。光学ユニットは、投光素子と、投光レンズと、受光素子と、受光レンズとを含み、それらは成型品である光学ベースを介して一体的に結合されている。センサケースの材質としてプラスチックが使用され、かつ光学ベースの材質として金属が使用されている。
【００９６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、この種の光学式変位センサにおける小型軽量並びにコストダウンが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明変位センサの内部構成を示す分解斜視図である。
【図２】ケースと、光学ユニットと回路基板との関係を示す分解斜視図である。
【図３】光学ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図４】検出距離が４０ｍｍに設定された変位センサの投受光光学系の配置を示す説明図である。
【図５】検出距離が１００ｍｍに設定された変位センサの投受光光学系の配置を示す説明図である。
【図６】検出距離が３００ｍｍに設定された変位センサの投受光光学系の配置を示す説明図である。
【図７】メンテナンス作業時の分解状態を示す図である。
【図８】光学ベースの支持構造の説明図である。
【図９】従来の変位センサの構成を示す図である。
【図１０】従来の光学ユニットの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ センサケース
２ 光学ユニット
３ 回路基板
４ カバープレート
５ 窓板
６ 取付穴
７ 光学ベース
８ 投光素子基板
９ 投光素子基板保持部
１０ 投光レンズ
１１ 投光レンズ保持部
１２ 受光レンズ
１３ 受光レンズブロック
１４ 受光素子基板
１５ 受光素子ブロック
１６ 投光用窓
１７ 受光用窓
１８，１９，２０ ボス部
２１ 投光素子
２２ 台部
２３ バネ
２４，２５，２６ 中空ボス部
２７ 受光素子
２８ 受光素子ホルダ
２８ａ，２８ｂ ブラケット
２９ 受光レンズホルダ
３０ バネ
３１ 受光レンズ保持部
２８ｃ，２８ｄ，２９ｅ，２９ｆ 位置決めピン
３６，３７，３８，４３ ネジ穴
３９ 受光部品搭載ステージ
４０，４１ ネジ
４２ ケース底板
４４，４５，４６，４７ 止めネジ
４８ ネジ
Ｓ クリアランス

Claims (20)

1. センサケース内に、光学ユニットと回路基板とが収容されており、
   光学ユニットは、投光素子と、投光レンズと、受光素子を保持する受光素子ホルダと、受光レンズを保持する受光レンズホルダとを含み、それらは成型品である光学ベースを介して一体的に結合されており、
   光学ベース上には、
   投光素子を光学ベースに対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光素子保持部と、
   投光レンズを光学ベースに対して位置決め並びに方向決めして保持するための投光レンズ保持部と、
   受光素子ホルダと受光レンズホルダとが取り付けられる受光部品搭載ステージとが形成されており、
   受光素子ホルダと受光レンズホルダとの一方又は双方を受光部品搭載ステージに位置決めして取り付けるための手段としては位置決めピンと止めネジとが使用され、
   受光部品搭載ステージには、位置決め穴及びネジ穴の位置を異ならせることにより、同一の受光素子ホルダ又は受光レンズホルダを使用つつも、検出距離の異なるホルダ配置を可能とする余裕領域が存在し、
   それにより、距離レンジの異なる複数の機種に対しても、受光部品搭載ステージ上における受光素子ホルダ並びに受光レンズホルダの位置並びに向きを調整して対応する受光光軸を実現することにより、一種類の光学ベースにより複数の機種を調製可能とした光学式変位センサ。
2. 受光部品搭載ステージは、規定の投光光軸及び受光光軸を含む平面に対して平行である、請求項１に記載の光学式変位センサ。
3. 検出レンジの異なる複数の機種に対応するために、予め複数の位置決め穴と固定用ネジ穴とが受光部品搭載ステージに開けられている、請求項１に記載の光学式変位センサ。
4. 投光レンズ保持部に保持される投光レンズは、その向きを維持したままで、投光光軸と直交する方向において脱着可能である、請求項１に記載の光学式変位センサ。
5. 受光レンズホルダに保持される受光レンズは、その向きを維持したままで、その受光光軸と直交する方向において脱着可能である、請求項１に記載の光学式変位センサ。
6. 受光部品搭載ステージに搭載される受光素子ホルダ並びに受光レンズホルダは、その向きを維持したままで、受光光軸と直交する方向において脱着可能である、請求項１に記載の光学式変位センサ。
7. 投光レンズ保持部には、径の異なる複数種類の投光レンズを保持できるレンズ保持構造が設けられている、請求項１に記載の光学式変位センサ。
8. レンズ保持構造が、投光レンズを方向決めするＶ溝と、Ｖ溝に対して投光レンズを弾性的に押し付ける押圧部材とから構成される、請求項７に記載の光学式変位センサ。
9. 受光レンズホルダには、径の異なる複数種類の受光レンズを保持できるレンズ保持構造が設けられている、請求項１に記載の光学式変位センサ。
10. レンズ保持構造が、受光レンズを方向決めするＶ溝と、Ｖ溝に対して投光レンズを弾性的に押し付ける押圧部材とから構成される、請求項９に記載の光学式変位センサ。
11. センサケース内において、回路基板が光学ユニットの上に重ねて配置されている、請求項１に記載の光学式変位センサ。
12. センサケースの材質がプラスチックであり、かつ光学ベース、受光素子ホルダ、及び受光レンズホルダの材質が金属である、請求項１〜１１のいずれかに記載の光学式変位センサ。
13. 金属製である光学ユニットをプラスチック製であるセンサケース内に固定する手段として圧入技術が採用されている、請求項１２に記載の光学式変位センサ。
14. 金属製である光学ベースがプラスチック製であるセンサケースの内壁よりも僅かに浮かせて支持されている、請求項１２に記載の光学式変位センサ。
15. 光学ユニットに含まれる受光素子がＰＳＤ等のアナログ出力型の素子である、請求項１４に記載の光学式変位センサ。
16. センサケース内に、光学ユニットと回路基板とが収容されており、
    光学ユニットは、投光素子と、投光レンズと、受光素子と、受光レンズとを含み、それらは成型品である光学ベースを介して一体的に結合されており、
    センサケースの材質としてプラスチックが使用され、かつ光学ベースの材質として金属が使用されている、光学式変位センサ。
17. センサケース内において、回路基板が光学ユニットの上に重ねて配置されている、請求項１６に記載の光学式変位センサ。
18. 金属製である光学ベースがプラスチック製であるセンサケースの内壁よりも僅かに浮かせて支持されている、請求項１６に記載の光学式変位センサ。
19. 光学ユニットに含まれる受光素子がＰＳＤ等のアナログ出力型の素子である、請求項１８に記載の光学式変位センサ。
20. 金属製である光学ユニットをプラスチック製であるセンサケース内に固定する手段として圧入技術が採用されている、請求項１６に記載の光学式変位センサ。

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