JPH0269614A - 変位センサ - Google Patents

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） 本発明は、被測定物までの距離変化を検出する光学式の
変位センサに関する。

（従来の技術） 産業機器、民生機器に広く使用されているこの種の変位
センサは、機器内に組み込まれ、機器の大きさ及びコス
トに少なからぬ影響を与えるので、構造が簡単で小型か
つ安価であることが強く求められる。第６図にこの種の
変位センサの代表例を示す。

光源２０から出射された光線は、第１の集光レンズ４１
により集光されて被測定物５の表面に照射される。被測
定物５からの反射光線は、第２の集光レンズ４２により
集光されてラインセンサ等の光センサ３０で受光される
。

第１の集光レンズ４１の光軸上で被測定物５が変位する
と、光センサ３０に於ける受光位置が変化する。被測定
物５の変位は、光センサ３ｏに於ける受光の位置の変化
に対応し、この受光位置の変化は光センサ５の出力変化
となって現れる０例えば、被測定物５の位置が第６図で
ａがらｂに変化すると、光センサ３０出力のピーク位置
が第７図（ａ）から同図（ｂ）に変化する。従って、光
センサ３０の出力信号から、被測定物５の位置変化が検
出される。

（発明が解決しようとする課題） このような変位センサに於いては、光源２０から被測定
物５までの光源側の光学系と、被測定物５で反射された
光線を光センサ３０で受けるまでの受光側の光学系の２
種類の光学系が必要になる。

しかも、２種類の光学系は所定の角度をもって組合わさ
れることが前提となる。また、レンズも最低２枚必要に
なる。これらの制約は、センサユニットの小型化、コス
トダウンを阻害し、構造簡単で小型かつ安価なことが求
められるこの種の変位センサに於いては、大きな問題に
なる。

本発明は、簡単な構造で被測定物の変位検出を可能にし
た小型で安価な変位センサを提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 本発明の変位センサは、少なくとも２種類の異種波長の
光線を被測定物に向けて照射する光源、該光源から照射
される光線と被測定物から反射される光線とを集光する
集光レンズ、及び該集光レンズにて集光された反射光線
の光路に配設され、該反射光線の光束の広がりをその波
長別に検出する光センサを備えており、そのことにより
上記目的が達成される。

（作用） 本発明の変位センサに於いては、光源から被測定物に向
けて少なくとも２種類の異種波長の光線が照射され、そ
の照射光線及び被測定物からの反射光線が集光レンズで
集光される。集光レンズで集光された各反射光線は光セ
ンサで受光され、その光束の広がりが波長別に検出され
る。光センサで検出される光束の広がりは変位センサか
ら被測定物までの距離によって異なる。また集光レンズ
はその色収差により異種波長の光線に対して異なる焦点
距離を示す、従って、光センサに於いては、反射光線の
光束の広がりが波長別に検出されることになり、これに
より被測定物の変位が正確に検出される。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面について説明する。

第１図に本発明変位センサの一実施例を示す。

また、第２図は本実施例変位センサの本体１の正面図、
第３図は光センサ３の正面図である。

円板状の本体１の表面には、中心を挟んで第１の光源２
ａと第２の光源２ｂとが配設されている。

第１の光源２ａは緑色ＬＥＤ、第２の光源２ｂは赤色Ｌ
ＥＤである。波長は例えば緑色ＬＥＤの波長が５５５ｎ
ｍ程度、赤色ＬＥＤの波長が６９５ｎｍ程度に選択され
る。

本体１の表面中心位置に配設された光センサ３は、ＣＣ
Ｄラインイメージセンサであり、−列に配列された多数
の画素３１を有している。各画素３１には交互に緑と赤
のカラーフィルタが設けられている。緑色フィルタを備
えた画素３１ａの出力信号と、赤色フィルタを備えた画
素３１ｂの出力信号は、別個の処理装置（図示せず）で
独立して処理される０画素３１のサイズ及びピッチは小
さい方が検出精度を高める上で有利となる。

本体１の前方に配設された集光レンズ４は、光源２ａ、
２ｂが緑色、赤色の場合は少なくとも波長５００〜８０
０ｎｍ程度の範囲で透明であることが好ましい０色収差
については、通常使用されるレンズでは収差を抑え、焦
点距離が波長によらず一定であることが望ましいとされ
ているが、本発明の変位センサでは、収差の大きいほう
が、波長の相違に対する焦点距離との変化率が大きく、
検出精度が向上するので好都合となる。同様に感度の点
から焦点深度は浅い方が好ましい。また、本体１に対し
て集光レンズ４を固定とした方が構造が簡単となり、コ
スト的にも有利となるが、変位測定範囲を広げるために
可動とすることも可能である。

集光レンズ４の前方に被測定物５が位置する状態で、第
１の光源２ａ及び第２の光源２ｂから緑色光線及び赤色
光線が夫々発光されると、緑色光線及び赤色光線は集光
レンズ４で集光されて被測定物５の表面に照射される。

被測定物５の表面で反射した反射光線の一部は集光レン
ズ４で集光されて光センサ３で受光される。集光レンズ
４は色収差を有しているので、緑色の反射光線と赤色の
反射光線とは異なる位置に焦点を結ぶ。第４図に波長λ
と焦点距離ｆとの関係を示す、同図に示されるように、
波長λが長いほど焦点圧Ｍｆが長くなるので、赤色の反
射光線は緑色の反射光線よりも遠方に焦点を結ぶ。

今、光センサ３から集光レンズ４までの距離と、集光レ
ンズ４から被測定物５の表面までの距離とが等しく、且
つこれらの距離が緑色光線に対する焦点距離に等しいと
する。そうすると、光センサ３上では、緑色の反射光線
が合焦し、その光束は細くなる。従って、緑色の反射光
線により照射される緑色フィルタ付の画素３１ａの数は
極めて少なくなる。一方、赤色の反射光線は、光センサ
３よりも遠方で合焦するので、光センサ３上では、いわ
ゆるピントがぼけた状態になり、光束は太くなる。即ち
、赤色の反射光線により照射される赤色フィルタ付の画
素３１ｂの数は比較的多くなる。

第５図に、この時の光センサ３の出力波形を示す。

第５図（ａ）に示される緑色フィルタ付の画素３１ａの
出力、即ち緑色光線に対する出力は、光束の広がりに応
じて巾の狭い波形となる。また、第５図（ｂ）に示され
る赤色フィルタ付の画素３１ｂの出力、即ち赤色光線に
対する出力は、巾の広いものとなる。この状態から、被
測定物５が集光レンズ４との距離を増大させる方向に変
位すると、緑色光線に対する出力は巾が広がり、赤色光
線に対する出力は巾が狭くなる。

このように、被測定物５の表面位置が集光し〉・ズ４の
光軸上で変化すると、光センサ３から出力される緑色光
線に対する信号と、赤色光線に対する信号の巾がそれぞ
れ独立的に変化するので、例えば両者の差を比較するこ
とによって被測定物５の変位の大きさ及び方向が容易に
検出される。また、必要に応じて、変位センサから被測
定物５の表面までの距離を検出することもできる。

本実施例では、異種波長の光線として緑色光線と赤色光
線との組合せが用いられているが、本発明の変位センサ
では、これ以外の組合せを採用することが可能であり、
更に３種類あるいはそれ以上の光線の組合せを採用する
ことも可能である。

また、集光レンズ４を複数枚のレンズで構成することも
できる。更に、光センサ３の構成や、光源２と光センサ
３の位置関係等についても、本実施例に限定されるもの
ではない。

（発明の効果） 本発明の変位センサは、このように光源側の光学系と受
光側の光学系とを同一にすることができる。また、両光
学系で同一の集光レンズが共用され、レンズ数も１枚と
することができる。従って、本発明の変位センサは構造
がすこぶる簡単であり、大巾な小型化及びコストダウン
が可能となる。

、　・　　の　　゛が　日 第１図は本発明変位センサの一実施例の構成を示す模式
図、第２図はその実施例に使用されている変位センサの
本体の正面図、第３図はその実施例に使用されている光
センサの正面図、第４図はレンズに於ける波長と焦点距
離の関係を示すグラフ、第５図は第１図の変位センサの
出力波形図、第６図は従来の代表的な変位センサの構成
を示す模式図、第７図は第６図の変位センサの出力波形
図である。

２ａ・・・緑色光源、２ｂ・・・赤色光源、３・・・光
センサ、４・・・集光レンズ、５・・・被測定物、３１
ａ・・・緑色フィルタ付の画素、３１ｂ・・・赤色フィ
ルタ付の画素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくとも２種類の異種波長の光線を被測定物に向
   けて照射する光源、該光源から照射される光線と被測定
   物から反射される光線とを集光する集光レンズ、及び該
   集光レンズにて集光された反射光線の光路に配設され、
   該反射光線の光束の広がりをその波長別に検出する光セ
   ンサを備えた変位センサ。