JPH03238311A - 位置検出用光ファイバセンサ - Google Patents

位置検出用光ファイバセンサ

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JPH03238311A
JPH03238311A JP3424490A JP3424490A JPH03238311A JP H03238311 A JPH03238311 A JP H03238311A JP 3424490 A JP3424490 A JP 3424490A JP 3424490 A JP3424490 A JP 3424490A JP H03238311 A JPH03238311 A JP H03238311A
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optical fiber
spot
light
optical
light beam
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JP3424490A
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Kuninori Nakamura
国法 中村
Kazunari Yoshimura
一成 吉村
Shinji Okamoto
岡本 紳二
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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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、三角測量により物体との距離を測定するのに
用いる位置検出用光ファイバセンサに関するものである
【従来の技術】
従来より、第6図に示すように、レーザ光源等から光ビ
ームPを物体に照射して物体Y上に光スポットを形成し
、その光スポットを受光レンズ1で集光することにより
得られる結像スポットの位置を位置検出用光ファイバセ
ンサで検出することにより、物体Yまでの距離を測定す
る三角測量が知られている0位置検出用光ファイバセン
サは、複数本の光ファイバ2の一端面を結像スポットの
移動方向に列設し、各光ファイバ2の他端面にそれぞれ
光結合された受光素子3の出力に基づいて、検出処理部
4で結像スポットの位置を求め、物体Yまでの距離を測
定するのである。ここに、光ファイバ2は等間隔で配列
されている。 上述したような三角測量を行う場合に、結像スポットが
形成される像面I上で結像スポットのピントが合うよう
にするには、いわゆるシャインプルーク(Schei論
pflug)条件を満たす必要がある。 すなわち、第7図に示すように、光ビームPの照射方向
と、受光レンズ1の光軸に直交して受光レンズ1の中心
点を含む面(以下、レンズ面と略称する)Lと、像面I
とが1点で交わるように配置しなければならない。
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成によれば、シャインブルーフ条件を満たす
ために、第7図に示すように、像面Iがレンズ面しに対
して所定のあおり角度αをもつことになる。したがって
、物体Yが光ビームPの照射方向に対して単位距離だけ
移動したときに、像面上の各位置に応じて結像スポット
の移動距離が変化する。すなわち、第7図において、Z
 、= 22=2.=2.=2.とすると、X + <
 X 2 < X 3 < X 4< X sとなるの
である。このように、物体Yが光ビームPの照射方向に
単位距離だけ移動するにもかかわらず、結像スポットの
位置に応じて結像スポットの移動距離が変化するのであ
って、測定距離に応じて分解能が変化するという問題が
生じる。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、物
体までの距離が変化しても分解能が変化しないようにし
た位置検出用光ファイバセンサを提供しようとするもの
である。
【課題を解決するための手段】
請求項1の構成では、上記目的を達成するために、各光
ファイバを、一端面がシャインプルーク条件を満たす位
1に配設するとともに、光ビームの照射方向に光スポッ
トが単位距離だけ移動したときに各光ファイバの上記一
端面で結像スポットが移動する距離にほぼ等しい直径に
設定しているのである。 請求項2の構成では、各光ファイバを、一端面がシャイ
ンプルーク条件を満たす位置に配設するとともに、光ビ
ームの照射方向に光スポットが単位距離だけ移動したと
きに各光ファイバの上記−端面で結像スポットが移動す
る距離にほぼ等しい間隔で配列しているのである。 請求項3の構成では、各光ファイバを、上記−端面がほ
ぼ等間隔となるように配列するとともに、光ビームの照
射方向に光スポットが単位距離だけ移動したときに各光
ファイバの上記一端面で結像スポットが形成されるよう
に光ファイバの上記−端面を曲面上に配列しているので
ある。
【作用】
上記構成によれば、請求項1ないし請求項3のいずれの
構成についても、光ビームの照射方向において光スポッ
トが単位距離だけ移動したときに、結像スポットが移動
する位置に対応して光ファイバの位置を設定しているの
で、物体までの距離が変化しても分解能が変化しないの
である。
【実施例1】 基本的な構成は、第4図に示した従来構成と同様である
から、以下の説明では、従来構成と異なる点についての
み説明する。 第1図に示すように、本実施例では、光ファイバ2の直
径を像面上の位置に応じて変化させるものであって、受
光レンズ1の光軸Aに対して光ビームPから離れるほど
光ファイバ2の直径を大きくしているのである。また、
光ファイバ2は中心軸が互いに平行になるように配置さ
れる。各光ファイバ2の直径は、以下の条件で設定され
る。 光ビームPと受光レンズ1の光軸Aとのなす角度をθ、
光ビームPと光軸Aとの交点M0までのレンズ面りから
の距離をり、、像面■と光軸Aとの交点N、までのレン
ズ面りからの距離をL2とし、受光レンズ1の中心と各
光スポットとを結ぶ直線が光軸Aに対してなす角度をβ
。とすれば、が成立する。ただし、Z + = Z 2
 =・・・・・・=Zとしている。また、像面Iと光軸
Aとの交点N0から結像スポットまでの距離をx、、と
すれば、cos(α十β。) である、ただし、αはシャインプルーク条件を満たすた
めの、レンズ面りと像面Iとの角度である。 したがって、単位距離Zに対して光ファイバ2の直径Φ
、を設定するには、光ファイバ2の中心軸と像面上との
なす角度をεとして、 Φh=(X11−Xn−+)・5ine:とすればよい
、このような条件で、各光ファイバ2の直径Φ、を決定
すれば、分解能を一定にすることができるのである。こ
こにおいて、各光ファイバ2の端面は、像面■に沿うよ
うに、中心軸に対して斜めにカットされている。
【実施例2】 本実施例では、第2図に示すように、各光ファイバ2の
直径は等しいものとし、光ビームPの照射方向において
物体が単位距離だけ移動したときに像面Iにおいて結像
スポットが移動する距離に対応して光ファイバ2の中心
軸間の距離P7を設定しているのである。すなわち、距
離P7は、PaccXIl−X++− となるのである、要するに、実施例1の各光ファイバ2
の境界にそれぞれ同じ直径を有する光ファイバ2を配列
したことに相当する。他の構成は実施例1と同じである
【実施例3】 本実施例では、第3r:i!iに示すように、像面を平
面とせずに曲面としている。ただし、光ファイバ2の端
面を滑らかな曲面とするのは困難であるから、平面状の
複数の像面I6〜1.を連接して曲面に近似しである。 したがって、各光ファイバ2の端面を各像面I0〜工、
上に配置するようにすれば、光ファイバ2の端面を平面
にすることができる。 各光ファイバ2は、中心軸が光ビームPの照射方向と平
行になるように配置しているものとする。 各像面I0〜1.は、光ビームPの照射方向に対する傾
斜角度ε1〜ε。、1.と、受光レンズ1の中心から各
像面上。〜I0までの距離とによって規定される。各像
面■。〜I0の幅は等しいものとする。 また、像面I0の一端と光軸Aとの交点をNoとし、各
位置の像面11は点N、と点N8.1との間に形成され
るものとする。ここに、各像面1.〜1.のうちのいず
れか1つはシャインプルーク条件を満たすように設定さ
れるのであって、実施例では像面I0がシャインプルー
ク条件を満たすように配置されている。 以上の前提条件のもとで、光ビームPの照射方向に対す
る各像面I0〜エイの傾斜角度をε。〜ε7、受光レン
ズ1の中心0から各像面■。〜1.の端点N0〜N、ま
での距離をL2゜〜L 2fi、受光レンズ1の中心0
と各像面I、〜■、の端点N、〜N、とを結ぶ直線が像
面■。〜I、となす角度をγ1〜γ1−1、各像面Io
〜■。の幅をXとし、他のパラメータは実施例1と同じ
に設定されているものとすると、以下の関係式が成立す
る(第3図および第4図参照)、ただし、β。〜0とす
る。 ε C1争118γ口争目+(θ+βL1争+ 1 )
         ”’■Lzl’5in(βfl+l
+−β1)=X−sinγfl+11  +++■L2
[111= Lzt・cos(β+1ll−β、)+ 
X °cosγ口1)  ・・・08口・ローβ、=B
目・目とし、■式よりγfl+l+を求めて0式に代入
すると、 +θ+β、、やl +       ”’■また、0式
に0式を適用して、γfll−11を消去し、さらに、
その結果に0式を代入してε、13.を消去すれば、 L 2 + I◆口= L 2監°C05B(I争I)
一方、受光レンズ1の中心0と各点N0〜N、との延長
線と光ビームPとの交点をそれぞれM0〜Mゎとし、受
光レンズ1の中心0と各点M0〜M、との距離をり、。 〜L l nとすると、第5図より明らかなように、 (L 、 、 −Z−cos(θ+β+))4anB 
+++++= Z−sin(θ+βl)   ・・・■
が成立する。0式よりB、、や1.を求めると、となる
、しかるに、■式によって分解能Zに対するBLlや1
.の値を求めれば、0式に代入して光ビームPに対する
像面I0〜1.の傾斜角度ε。〜ε、を決定し、また0
式を用いて受光レンズ1の中心0から像面I0〜1.ま
での距離L 2 + + + + +を決定することが
できる。この条件で光ファイバ2を配置すれば、物体と
の距離にかかわらず分解能が一定になるのである。また
、本実施例では、シャインプルーク条件が満たされない
ことになるが、光ファイバ2の端面から反射光による像
がはみ出さない範囲であれば、結像スポットのぼやけは
無視できる。
【発明の効果】
上述のように、請求項1の構成では、各光ファイバを、
一端面がシャインプルーク条件を満たす位置に配設する
とともに、光ビームの照射方向に光スポットが単位距離
だけ移動したときに各光ファイバの上記一端面で結像ス
ポットが移動する距離にほぼ等しい直径に設定し、請求
項2の構成では、各光ファイバを、一端面がシャインブ
ルーフ条件を満たす位置に配設するとともに、光ビーム
の照射方向に光スポットが単位距離だけ移動したときに
各光ファイバの上記一端面で結像スポットが移動する距
離にほぼ等しい間隔で配列し、請求項3の構成では、各
光ファイバを、上記一端面がほぼ等間隔となるように配
列するとともに、光ビームの照射方向に光スポットが単
位距離だけ移動したときに各光ファイバの上記一端面で
結像スポットが形成されるように光ファイバの上記一端
面を曲面上に配列しているものであり、いずれの構成に
おいても、光ビームの照射方向において光スポットが単
位距離だけ移動したときに、結像スポットが移動する位
置に対応して光ファイバの位置を設定しているので、物
体までの距離が変化しても分解能が変化しないという利
点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1を示す概略構成図、第2図は
本発明の実施例2を示す概略構成図、第3図は本発明の
実施例3を示す概跨構成図、第4図および第5図は同上
の要部拡大図、第6図は本発明に係る位置検出用光ファ
イバセンサを示す概略構成図、第7図は従来例の問題点
を示す動作説明図である。 1・・・受光レンズ、2・・・光ファイバ、3・・・受
光素子、4・・・検出処理部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)物体に光ビームを照射して物体上に形成される光
    スポットを受光レンズで集光することにより得られる結
    像スポットの移動方向に複数個の光ファイバの一端部を
    列設し、各光ファイバの他端部にそれぞれ配設された受
    光素子の出力に基づいて結像スポットの位置を検出する
    位置検出用光ファイバセンサにおいて、各光ファイバは
    、上記一端部の端面が中心軸に対して所定角度で傾斜す
    るように形成されていてシャインプルーク条件を満たす
    位置に配設されるとともに、光ビームの照射方向に光ス
    ポットが単位距離だけ移動したときに各光ファイバの上
    記端面で結像スポットが移動する距離にほぼ等しい直径
    を有して成ることを特徴とする位置検出用光ファイバセ
    ンサ。
  2. (2)物体に光ビームを照射して物体上に形成される光
    スポットを受光レンズで集光することにより得られる結
    像スポットの移動方向に複数個の光ファイバの一端部を
    列設し、各光ファイバの他端部にそれぞれ配設された受
    光素子の出力に基づいて結像スポットの位置を検出する
    位置検出用光ファイバセンサにおいて、各光ファイバは
    、上記一端部の端面が中心軸に対して所定角度で傾斜す
    るように形成されていてシャインプルーク条件を満たす
    位置に配設されるとともに、光ビームの照射方向に光ス
    ポットが単位距離だけ移動したときに各光ファイバの上
    記端面で結像スポットが移動する距離にほぼ等しい間隔
    で配列されて成ることを特徴とする位置検出用光ファイ
    バセンサ。
  3. (3)物体に光ビームを照射して物体上に形成される光
    スポットを受光レンズで集光することにより得られる結
    像スポットの移動方向に複数個の光ファイバの一端部を
    列設し、各光ファイバの他端部にそれぞれ配設された受
    光素子の出力に基づいて結像スポットの位置を検出する
    位置検出用光ファイバセンサにおいて、各光ファイバは
    、上記一端部の端面が中心軸に対して所定角度で傾斜す
    るように形成されていてほぼ等間隔で配列されるととも
    に、光ビームの照射方向に光スポットが単位距離だけ移
    動したときに各光ファイバの上記端面で結像スポットが
    形成されるように光ファイバの上記端面を曲面上に配列
    して成ることを特徴とする位置検出用光ファイバセンサ
JP2034244A 1990-02-15 1990-02-15 位置検出用光ファイバセンサ Expired - Lifetime JPH0792386B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021535408A (ja) * 2018-08-24 2021-12-16 トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 少なくとも1つの物体の位置を決定するための検出器

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JPS5855813A (ja) * 1981-09-30 1983-04-02 Shin Meiwa Ind Co Ltd 光学式距離計
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US11940263B2 (en) 2018-08-24 2024-03-26 Trinamix Gmbh Detector for determining a position of at least one object

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