JPH0587526A

JPH0587526A - 変位センサ

Info

Publication number: JPH0587526A
Application number: JP4024792A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekii; 宏関井; Naotaka Shin; 直隆新; Masahiro Ebara; 正広江原; Kazuyuki Hayamizu; 一行速水
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1993-04-06
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3058299B2

Abstract

(57)【要約】【目的】構成部品点数の削減並びにセンサ組立行程を
簡略化する。【構成】ＬＤ２０から検出対象物１６の表面に対して
ほぼ垂直に投射された光が検出対象物１６の表面で反射
され、それがピンホール２４を通過した後に、受光面が
投射光の光軸と平行となるように配置されたＰＳＤ２３
で受光される。これによって検出対象物１６の変位が検
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物の変位量を検出
するために用いる光電変換方式の変位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に発光素子と光位置検出器を用いた
光電変換方式の変位センサは直線形の出力信号を得るた
め、信号形状補正回路を設けているが、このために電気
回路が複雑になる。このため、本願出願人は先に信号形
状補正回路を設けなくても発光素子や光位置検出器の配
置構成を工夫することにより直線状の出力信号を得るこ
とができる変位センサを提案している。

【０００３】これは図１０に示すように、発光素子（Ｌ
ＤまたはＬＥＤ）１が投射する投射光Ｌ１を検出対象物
１３の投射面に対し垂直に投射させている。また、光位
置検出器２の受光面３を投射光軸Ｏに平行に配置して、
この受光面３により検出対象物１３の投射面に反射した
反射光Ｌ２を受光する構成になっている。

【０００４】このような構成によれば、光位置検出器２
の受光面３に対する反射光Ｌ２の入射位置が検出対象物
１３の変位に伴い、投射光軸Ｏ方向に沿って変化し、そ
れに応じて光位置検出器２の出力電圧が比例的に変化す
るので、直線形の出力信号が得られる。このような変位
センサは従来、発光素子１が投射した投射光Ｌ１を集光
レンズ（フレネルレンズ４の一方の側に形成）で集光
し、小径の平行光とし、検出対象物１３の投射面に投射
させている。また、検出対象物１３の反射光に反射した
反射光Ｌ２を受光レンズ（フレネルレンズ４の他方の側
に形成）を介して光位置検出器２の受光面３に入射させ
ている。

【０００５】このように発光素子１が投射した投射光Ｌ
１を集光レンズにより小径の平行光とするには、発光素
子１を集光レンズに近接させる必要があるので、ヒート
シンクブロック６を介して取り付けられている。そし
て、発光素子１と基板５との間はボンディングワイヤ８
で配線されている。

【０００６】また、光位置検出器２は投射光軸Ｏに平行
に配置する必要上、基板５に直接的にマウントすること
ができず、従って、基板５に対しＬ字金具７を介して取
り付けられている。光位置検出基２と基板５との間はボ
ンディングワイヤ９、１０で配線されている。

【０００７】なお、図中の符号１１はセンサ本体であ
り、符号１２はセンサ本体の投射受光用開口部に取り付
けられた投光板である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の変位センサにおいては、発光素子１を基板５に実装
するにはヒートシンクブロック６が必要であり、光位置
検出器２を基板５に実装するにはＬ字金具が必要であっ
たり、受光レンズが必要なためにセンサ構成部品点数が
多くなる。しかも発光素子１はヒートシンクブロック６
へのダイボンディグが必要であり、光位置検出器２はＬ
字金具７へのダイボンディングが必要である上いずれも
ワイヤボンディングを必要とするので、センサの組立行
程が著しく複雑化してしまう問題があった。

【０００９】また、投射光Ｌ１の集光レンズと反射光Ｌ
２の受光レンズであるフレネルレンズ４を、受光素子１
と光位置検出器２に対してアライメント調整する必要も
あった。なお、従来の変位センサの組立行程は一般に、
１）基板５に取り付けられたＬ字金具７への光位置検出
器２のダイボンディング、２）光位置検出器２へのワイ
ヤボンディング、３）基板５へのヒートシンクブロック
６の接着、４）ヒートシンクブロックへの発光素子１の
ダイボンディング、５）発光素子１へのワイヤボンディ
ング、６）フレネルレンズ４のアライメント調整、７）
キャンシールの順に行われる。

【００１０】そこで本発明は、上述のような事情に鑑み
てなされたもので、センサ構成部品点数の削減並びにセ
ンサ組立行程の簡略化が図れるようにする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の変位セ
ンサは、検出対象物の表面に対してほぼ垂直に検出光を
投射させるための発光素子としてのＬＤ２０と、検出対
象物の表面で反射された反射光を通過させるためのピン
ホール２４と、受光面が前記検出光の光軸と平行となる
ように配置され、ピンホールを通過した反射光を受光す
る光位置検出器としてのＰＳＤ２２とから構成される。

【００１２】請求項２の変位センサは、検出対象物の表
面に対してほぼ垂直に検出光を投射させるための発光素
子としてのＬＤ２０と、検出対象物の表面で反射された
反射光を通過させるためのピンホール２４と、受光面が
前記検出光の光軸と垂直となるように配置されピンホー
ル２４を通過した反射光を受光する光位置検出器として
のＰＳＤ２２とから構成される。

【００１３】請求項３の変位センサは請求項１または請
求項２の変位センサにおいて、アクチュエータ３１に連
動する平板３０を設け、平板３０を発光素子から投射さ
れた光を反射させる反射板とすることを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の変位センサは、ＬＤ２０から
検出対象物１６の表面に対してほぼ垂直に投射された光
が検出対象物１６の表面で反射され、それがピンホール
２４を通過した後に、受光面が投射光の光軸と平行とな
るように配置されたＰＳＤ２３で受光される。これによ
って検出対象物１６の変位が検出される。

【００１５】請求項２に記載の変位センサは、ＬＤ２０
から検出対象物１６の表面に対してほぼ垂直に投射され
た光が検出対象物１６の表面で反射され、それがピンホ
ール２４を通過した後に、受光面が投射光の光軸と垂直
となるように配置されたＰＳＤ２３で受光される。これ
によって検出対象物１６の変位が検出される。

【００１６】請求項３に記載の変位センサは、ＬＤ２０
から投射された光がアクチュエータ３１に連動する平板
３０で反射され、これによってアクチュエータ３１の移
動量が検出される。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の変位センサの一実施例を示す
縦断側面図であり、図２は分解斜視図である。センサ本
体１５の一方の側には、検出対象物１６の投射面１７に
対し、垂直方向の円形の貫通孔１８が形成され、かつ、
センサ本体１５の他方の側には、下側に開口している正
方形状の凹部１９が形成されている。貫通孔１８の一端
には半導体レーザ（ＬＤ）からなる発光素子２０が装着
され、他端には所定位置に焦点を結ぶ集光レンズ（凸レ
ンズ）２１が装着されている。

【００１８】発光素子２０が投射する投射光Ｌ３は検出
対象物１６の投射面１７に対し垂直に投射し、この投射
光軸Ｏ上に前述の集光レンズ２１が配置されている。凹
部１９内には光位置検出器（ＰＳＤ）２２が装着されて
いる。その光位置検出器２２の受光面２３は投射光軸Ｏ
と平行となるように配置されている。そして検出対象物
１６の投射面１７に反射した反射光Ｌ４はセンサ本体１
５の円形状のピンホール２４を介して受光面２３に入射
する。

【００１９】発光素子２０及び光位置検出器２２は、ス
テム２５、リードフレーム２６に実装されており、ワイ
ヤボンディングまで終了しているものである。そして、
このステム２５、リードフレーム２６の各足を基板２７
の穴２８、２９に差し込むことにより、基板２７に固定
されている。本変位センサの場合、発光素子２０が投射
した投射光Ｌ３は所定位置に焦点を結ぶ集光レンズ２１
を通して検出対象物１６の投射面１７に投射される。検
出対象物１６が所定の範囲に変位した場合には投射面１
７からの反射光ｌ４はピンホール２４を確実に通過して
小径のままで光位置検出器２２の受光面２３に入射す
る。

【００２０】図３は本変位センサから得られた出力信号
の測定結果である。本変位センサでは、検出対象物１６
の変位量が４ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内で良好な直線形出
力信号が得られた。また分解能もノイズレベルの測定よ
り±８μｍと良好であった。

【００２１】本変位センサにおいては、受光部はピンホ
ールのみでレンズが不要なので部品点数が削減できる。
また、発光素子２０および光位置検出器２２を実装する
際にはダイボンディングやワイヤボンディングがすでに
寸でいる状態のものを組み立てるだけであるので、組立
行程が著しく簡略化できる。

【００２２】図４は本発明の第２の実施例に係る変位セ
ンサを示す。本変位センサの場合、発光素子３０として
所定位置に焦点を結ぶ集光レンズを一体化した発光ダイ
オード（ＬＥＤ）を用い、部品点数を減少させている。
他の構成は第１の実施例の変位センサと同じである。

【００２３】第１および第２の実施例の構造のものは図
５に示すように△ＡＢＯと△ａｂｏは比例の関係にある
ことから、投射光軸Ｏとピンホール２４の距離ｍ、ピン
ホール２４とＰＳＤ受光面２３との距離Ｍは検出対象物
１３からピンホール２４までの距離をｈ、ピンホール２
４からＰＳＤ受光面の中凹部までの距離をＨとするとつ
ぎの関係にある。（Ｈ／Ｍ）＝（ｈ／ｍ）このため、１個のピンホールと１個のＰＳＤではある特
定の狭い範囲しか検出できないことになる。

【００２４】そこで図６に示すように１個のピンホール
２４に対してＰＳＤ２２ａ、２２ｂを投射光軸Ｏと平行
であり、凹部１９の内壁に上下方向に配設する。また、
図７は２つのピンホール２４ａ、２４ｂが投射光軸Ｏに
対して異なる距離にある場合の例で、検出対象物１３が
記号Ａの近傍にある場合はＰＳＤ２２ａで、記号Ｂの近
傍にある場合はＰＳＤ２２ｂで検出するようにした例で
ある。

【００２５】このように構成すれば検出対象物１３が記
号Ａの近傍にあるときはＰＳＤ２２ａで、記号Ｂの近傍
にあるときはＰＳＤ２２ｂで検出でき、検出領域を別個
荷受け持たせているので、トータルとして広い範囲の検
出が可能になる。更に、どのＰＳＤで検出するかで、検
出範囲を決められるので、等価的に検出領域の調整機能
を持ったことになる。この場合、２個のＰＳＤを使用し
ているがその数は更に多くてもよく、また図６の例では
ＰＳＤを光源に対して直線上に配置したが、必ずしも直
線上になくてもよい。

【００２６】これらのものはたとえば図７に示すよう
に、ＰＳＤへの入射光はある角度を持って入射するの
で、得られるフォトカレントが限られてしまう。また、
検出距離を長くしようとすると図７の構造から△ＡＢＯ
と△ａｂｏの相似関係を維持する必要があり、センサボ
ディの横方向の長さが長くなり、形状が大きくなってし
まう。

【００２７】そこで、図８に示すようにＰＳＤ２２の受
光面を反射光Ｌ４の光軸に対してほぼ垂直となるように
配置する。この例では基板２７にＰＳＤ２２を取り付け
ることによって、反射光Ｌ４の光軸に対してほぼ垂直と
なるようにしている。

【００２８】このような構成を取るとＰＳＤ２２に入射
する光はＰＳＤ２２の受光面に対してほぼ垂直となるの
で、得られるフォトカレントも大きくなる。そして、Ｐ
ＳＤ２２の位置を左右に移動するだけで測定位置を近く
にも、遠くにもすることができることから、センサボデ
ィを大きくすることなく検出距離の増加に対応すること
ができる。

【００２９】図９は（ａ）以上の構造の変位センサを応
用したもので、例えばドリル、バイト等の刃先摩耗検測
に用いられるものである。これは拡散面を有する平板３
０の取り付けられたアクチュエータ３１が図示しないド
リルあるいはバイト等の検出対象に直接触れ、その結果
アクチュエータ３１がバネ３２の力に抗して可動するも
のである。

【００３０】アクチュエータ３１が可動する事によって
前述の構造を有するセンサ３２から図９（ｂ）に示す特
性の信号が得られる。変位量と出力信号は線形関係にあ
るので、ある出力信号に対する変位量は一定になり、こ
の出力信号のある値、例えばＶ０を決めると、決まった
変位量ｄ０となり、この値によってスイッチ３３をオン
／オフすることができる。図９（ｃ）は変位センサの検
出方向を示す模式図である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の変位セ
ンサによれば、発光素子の光軸に対して受光素子の受光
面を平行に配設したので、受光レンズが不要になり、構
成が簡単になるという効果を有する。

【００３２】請求項２の変位センサによれば、検出対象
物からの反射光に対して受光素子の受光面をほぼ垂直に
配設したので、受光素子から得られるフォトカレントが
大きくなるとともに、検出距離が長くなっても形状が大
きくなることがないという効果を有する。

【００３３】請求項３の変位センサによれば、アクチュ
エータに連動する平板によてＴ発光素子から投射された
光を反射させるようにしたので、アクチュエータの移動
量を検出することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る変位センサの一実施例の構成を示
す断面図

【図２】図１に示す変位センサの分解斜視図

【図３】図１に示す変位センサの出力信号特性の一例を
示すグラフ

【図４】本発明に係る変位センサの第２の実施例を示す
断面図

【図５】問題点を説明するための断面図

【図６】本発明に係る変位センサの第３の実施例を示す
断面図

【図７】本発明に係る変位センサの第４の実施例を示す
断面図

【図８】本発明に係る変位センサの第５の実施例を示す
断面図

【図９】本発明に係る変位センサの第６の実施例を示す

【図１０】従来の変位センサの一例を示す断面図

【符号の説明】

１、２０、３０発光素子Ｌ１、Ｌ３投射光Ｌ２、Ｌ４反射光２、２２光位置検出器３、２３受光面４集光レンズ（フレネルレンズ）５、２７基板６ヒートシンクブロック７金具８、９、１０ボンディンワイヤ１１センサ本体１２投光板１３検出対象物１５センサ本体１６検出対象物１７投射面１８貫通口１９凹部２１集光レンズ（凸レンズ）２４ピンホール２５ステム２６リードフレーム２８、２９穴Ｏ投射光軸３０平板３１アクチュエータ３２センサ３３スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者速水一行京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出対象物の表面に対してほぼ垂直に検
出光を投射させるための発光素子と、前記検出対象物の表面で反射された反射光を通過させる
ためのピンホールと、受光面が前記検出光の光軸と平行となるように配置され
前記ピンホールを通過した前記反射光を受光する光位置
検出器とから構成される変位センサ。
【請求項２】検出対象物の表面に対してほぼ垂直に検
出光を投射させるための発光素子と、前記検出対象物の表面で反射された反射光を通過させる
ためのピンホールと、受光面が前記検出光の光軸と垂直となるように配置され
前記ピンホールを通過した前記反射光を受光する光位置
検出器とから構成される変位センサ。
【請求項３】請求項１または請求項２において、アク
チュエータに連動する平板を設け、前記平板を前記発光
素子から投射された光を反射させる反射板とすることを
特徴とする変位センサ。