JPH02221811A

JPH02221811A - 変位センサ

Info

Publication number: JPH02221811A
Application number: JP4280689A
Authority: JP
Inventors: Chiyoharu Horiguchi; 千代春堀口; Kazuo Kurasawa; 一男倉沢
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1990-09-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、被測定物に接触する移動部材の変位に基づ
き、被測定物の変位を検出する変位センサに関する。

〔従来の技術〕

変位センサは、披ｎ１定物に接触する触針部の変位を検
出し、被測定物の変位を検出するものである。第３図は
、従来技術に係る変位センサの構成を示すものである。

この変位センサは、交流圧力磁用の１次コイル１．１次
コイル１に対して対称位置に配置された２次コイル２．
２、及び１次コイル１と２次コイル２との間に挿入され
た鉄心３からなる。これらの２次コイル２．２は、差動
的に働くように配線されており、鉄心３は被ｎ１定物４
に固定されている。

鉄心３が２つの２次コイル２．２の中央にあるときは、
両コイルのインダクタンスは等しいので出力は打ち消し
合うが、鉄心３の位置が変位すると、その変位に応じて
インダクタンスの差が出力される。従って、この出力値
を測定することにより被測定物４の変位量を検出するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の変位センサによれば、高分解能特性を得ることが
できるが、センサ自体の精度が鉄心の直線性に依存する
ので高精度化には限界がある。例えば、変位センサに使
用されている鉄心の直線性が０．５％程度であれば、絶
対精度としては検出範囲（鉄心のストローク）の２００
分の１に限定されてしまう。

そこで、本発明は接触式変位センサの検出手段として光
学素子を使用することにより、変位センサの精度を高め
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、この発明は光学素子、投光手
段、集光結像手段、及び受光手段を備え、被ｎ１定物に
接触する移動部材の変位に基づき被測定物の変位を検出
する変位センサを構成するものである。ここで、光学素
子は互いに直交する一対の反射面を備えて移動部材に固
定され、投光手段は一方の反射面に収束光を投光し、集
光結像手段は他方の反射面により反射された収束光を集
光・結像し、受光手段は集光結像手段で集光し結像され
た光を受光する受光面を備えている。従って、受光面上
の結像位置の変位により被Δｇｊ定物の変位量を検出す
ることができる。

また、光学素子は移動部材の移動方向に対して傾斜して
固定された反射面を備えた反射手段でもよい。この場合
、投光手段は反射面に収束光を投光し、反射された収束
光を集光結像手段が集光・結像する。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、被ｎ１
定物の変位量ΔＺに対して、集光レンズの入射瞳位置に
集光される位置の変位量は２倍に拡大される。さらに、
この変位量は結像レンズにより、受光面に所定の倍率で
拡大される。従って、受光面上に拡大された変位量ΔＳ
をＣＪ定することにより、被測定物の変位量ΔＺを精度
良く検出することができる。

また、光学素子として移動部材の移動方向に対して傾斜
して固定された反射面を備えた反射手段を使用すれば、
投光手段の部品点数が少なくなる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例に係る変位センサを添付図面
に基づき説明する。なお、説明において同一要素には同
一符号を用い、重複する説明は省略する。

第１図は、この実施例に係る変位センサを示す構成図で
ある。この実施例は、基本的に、光学素子、投光手段、
集光結像手段、及び受光手段を備えて構成されている。

一方向（Ｚ方向）に変位する被測定物１１には、移動方
向において当該波ａｌｌ定物１１と接触する触針部を有
するシリンダ１２（移動部材）が配置されている。この
シリンダ１２は、圧縮コイルスブリング１３を介して支
持部材１４に取り付けられている。その為、触針部は常
に被Ｂ？Ｊ定物１１と接触した状態にある。

シリンダ１２の一側面には、互いに直交するように配置
された反射鏡１５．１６で構成、された２枚鏡（光学素
子）が固定されている。これらの反射鏡１５．１６は、
入射光と平行に光を反射するので、入射した光が収束光
であれば収束された状態で出射される。

反射鏡１５が対向する位置には、移動方向に沿って、光
源１７、投光レンズ１８、及び直角プリズム１９の順で
配列された投光装置（投光手段）が配設されている。光
源１７から発光された光は投光レンズ１８により集光さ
れ、直角プリズム１９で方向が９０度変換され、反射鏡
１５に収束光として入射する。

反射鏡１６が対向する位置には、移動方向と直交する方
向に、集光レンズ２０及び結像レンズ２１（集光結像手
段）が設けられている。集光レンズ２０は、光源１７の
発光点を空間像として当該入射瞳位置Ａに結像するよう
に配置されている。

従って、光１１ｉｉｔ１７の発光点位置と集光レンズ２
０の入射瞳位置Ａは投光レンズ１８による結像条件を満
足している。なお、この発光点の空間像は、入射瞳位置
Ａから射出瞳位置に転送される。この集光レンズ２０の
後方には、結像レンズ２１が設けられている。この結像
レンズ２１の前主点位置Ｂは、集光レンズ２０の後方焦
点位置と一致している。従って、結像レンズ２１の前主
点位置Ｂは集光レンズ２０のフーリエ変換面になり、集
光レンズ２０の射出瞳位置に現われる空間像の零次成分
（中心成分）の光束は結像レンズ２１の前主点位置の光
軸中心に集束される。この集束点の回りに高次成分が分
布することになるので、結像レンズ２１の有効口径（実
効Ｆ値）を最小にすることができる。

この結像レンズ２１の後方には、受光素子２２（受光手
段）が設けられている。集光レンズ２０の射出瞳位置に
現われる光源１７の発光点の空間像は、結像レンズ２１
により受光面２２ａの０点に結像される。従って、集光
レンズ２０の射出瞳位置と受光面２２ａは結像レンズ２
１による結像条件を満足している。

以下、この実施例に係る変位センサの作用を説明する。

なお、第１図において実線は変位前の光路を示し、２点
鎖線は変位後の光路を示す。光源１７から出射された光
は、投光レンズ１８で集光され、直角プリズム１９を介
して反射鏡１５に入射する。反射鏡１５に入射した光は
反射ｖ１１６で反射され、集光レンズ２０の下部に入射
し、結像レンズ２１を介して受光面２２ａのＣ位置に結
像される。ここで、集光レンズ２０の後方焦点距離をｆ
、結像レンズ２１の後主点位置から受光面２２ａまでの
距離をｂとすると、結像レンズ２１の結像横倍率Ｍは、Ｍ−ｂ／ｆ・・・（１）で示される。

被測定物１１がΔＺだけ変位すると、シリンダ１２が移
動するので、反射鏡１５．１６の位置はΔＺだけ移動方
向に変位する。この変位により、集光レンズ２０の入射
瞳位置Ａに集光される位置の変位量は２・ΔＺになり、
反射鏡１６からの反射光は集光レンズ２０の上部に入射
する。この光は、さらに結像レンズ２１を介して受光面
２２ａのＣ′位置に結像される。受光面２２ａにおける
集光位置の変位量ΔＳは、 ΔＳ−２・ΔＺ−Ｍ −２・ΔＺ−ｂ／ｆ・・・（２）で示される。従って、被１ＴＩＪ定物１１の変位量ΔＺ
に対して、（２ｂ／ｆ）倍の変位量を得ることができる
ので、位置検出感度が向上し、変位センサの精度を高め
ることができる。

例えば、集光レンズ２０の後方焦点距離ｆに対して、結
像レンズ２１の後主点位置から受光面２２ａまでの距離
すを大きくすれば、位置検出感度を容易に向上させるこ
とができる。

なお、光学素子として２枚鏡を使用しているが、１枚の
反射鏡や直角プリズム・を使用してもよい。

第２図は、この発明の他の実施例に係る変位センサを示
すものである。第１図に示す変位センサとの差異は、光
学素子としてシリンダ１２（移動部材）の移動方向に対
して傾斜して固定された反射面を備えた反射鏡１６（反
射手段）を備えている点である。なお、収束光を移動方
向に対して直交する方向に曲げる必要がないので、直角
プリズム１９は不要になる。この場合、被ｉｌｌ定物１
１がΔＺだけ変位すると、集光レンズ２０の入射瞳位置
Ａに集光される位置の変位量はΔＺなので、受光面２２
ａにおける集光位置の変位量ΔＳは、ΔＳ−ΔＺ・Ｍ −ΔＺａｂ／ｆ・・・（３）で示される。従って、被測定物１１の変位量ΔＺに対し
て、（ｂ／ｆ）倍の変位量を得ることができるので、簡
単な構造で位置検出感度が向上し、変位センサの精度を
高めることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではない
。例えば、光源としては半導体レーザや発光部面積の小
さいＬＥＤ等を使用することができる。さらに、第１図
に示す実施例では直角プリズムを介して光学素子に入射
しているが、光源１７及び投光レンズ１８を移動方向に
対して直交する方向に配置することにより、直角プリズ
ム１９は不要になる。

また、位置検出用受光素子として、例えば７５００画素
の撮像素子を用いた一次元ＣＣＤリニアセンサを使用す
ることができる。この場合、リニアリティ特性における
結像レンズ２１の歪曲収差は、その収差量が回路系にお
けるドリフト特性とは異なることから、結像面における
光軸からの距離に対して一義的に定まる。その為、マイ
クロコンピュータ等でリニアリティ補正を容易に行うこ
とができる。

さらに、特願昭６３−１２２５５０に記載された位置検
出用半導体装置を使用することができる。

この場合、基幹導電層に接続された位置信号電極の数が
５１個ある素子を製作すれば、各位置信号電極間での検
出可能な絶対精度は１　：　２００程度であるが、全体
の計測範囲を絶対精度の１００００倍にすることができ
、高精度な接触型変位計を実現することができる。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
変位センサの精度を向上させることができる。この発明
に係る変位センサによると、従来技術に係る変位センサ
の精度より、１桁ないし２桁の高精度化が容易に実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る変位センサを示す構成
図、第２図は本発明の他の実施例に係る変位センサを示
す構成図、第３図は従来技術に係る変位センサを示す構
成図である。１・・・１次コイル、２・・・２次コイル、３・・・鉄
心、４．１１・・・被測定物、１２・・・シリンダ、１
３・・・圧縮コイルスプリング、１４・・・支持部材、
１５．１６・・・反射鏡、１７・・・光源、１８・・・
投光レンズ、１９・・・直角プリズム、２０・・・集光
レンズ、２１・・・結像レンズ、２２・・・受光素子。第３図

Claims

【特許請求の範囲】１、被測定物に接触する移動部材の変位に基づき、前記
被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、互いに直交する一対の反射面を備えて前記移動部材に固
定された光学素子と、一方の前記反射面に収束光を投光する投光手段と、他方の前記反射面により反射された収束光を集光し結像
する集光結像手段と、前記集光結像手段で集光し結像された光を受光する受光
面を備えた受光手段を含んで構成され、前記受光面上の
結像位置の変位により前記被測定物の変位量を検出する
ことを特徴とする変位センサ。２、前記集光結像手段が集光レンズと結像レンズで構成
され、前記集光レンズが前記投光手段の発光点を空間像として
当該入射瞳位置に結像する位置で配置され、前記結像レ
ンズが、前記集光レンズの後方焦点位置で配置され、前
記集光レンズの入射瞳位置から射出瞳位置に転送された
前記投光手段の発光点の空間像を前記受光面上に結像す
ることを特徴とする請求項１記載の変位センサ。３、被測定物に接触する移動部材の変位に基づき、前記
被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記移動部材の移動方向に対して傾斜して固定された反
射面を備えた反射手段と、前記反射面に対して斜方向から収束光を投光する投光手
段と、前記反射面により反射された収束光を集光し結像する集
光結像手段と、前記集光結像手段で集光し結像された光を受光する受光
面を備えた受光手段を含んで構成され、前記受光面上の
結像位置の変位により前記被測定物の変位量を検出する
ことを特徴とする変位センサ。