JPH1047917A - 変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象物が小さいものであっても、また実
際に受光素子に光が入光しているかどうかを確認でき、
ヘッドの位置合わせをなし得る変位センサを提供する。 【解決手段】 本体部１１ａの受光部１３の前面に、受
光領域を小さくする穴１５と挟持片１４ａ、１４ｂを持
つアパーチャ１４を装着し〔図１の（ｂ）〕、あるいは
穴１５を有するシート状のアパーチャ１４を貼着し〔図
１の（ｃ）〕、測定対象物に投光部１２より照射し、そ
の反射光を小穴１５を介して受光部１３で受け、位置合
わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、投光部から測定
対象物に光を照射し、反射光を受光部で受光して測定対
象物の位置を検出する三角測距方式を用いた変位センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】変位センサには２通りの受光方式があ
る。すなわち図６の（ａ）に示すような変位センサの本
体部１１ａから対象物１に光を照射し、対象物１から反
射される拡散光を受光する拡散光受光方式と図６の
（ｂ）に示すような変位センサの本体部１１ａから対象
物１に光を照射し、対象物１からの正反射光を受光する
ような正反射光受光方式の２方式である。拡散光受光方
式は、測定対象物が拡散反射物に対してよく用いられ
る。拡散反射物の場合、ランバート反射するので光は図
７に示すようになる。それにより、拡散光受光方式はセ
ンサが多少傾いても反射光を受光し、測定することがで
きる。正反射受光方式は、測定対象物が鏡面等の正反射
物や拡散反射物に対して用いられるが、特に鏡面のよう
な正反射物を測定するときによく用いられる。鏡面のよ
うな正反射物は入射角と同じ角度で正反射光を反射し、
拡散光をほとんど反射しない。そのため、図８、図９に
示すように、対象物１に対し、適正な位置よりセンサヘ
ッド（センサの本体）１１ａが傾くと、受光素子に反射
光が入光せず、測定できなくなったり、測定誤差が生じ
る場合がある。そのため、正反射光受光方式において、
鏡面のような正反射物を測定する場合、測定対象物に対
するセンサヘッドの位置を最適に合わせなくてはならな
い。このセンサヘッドの位置を合わせる方法であるが、
一般には図１０に示すように、ブロック２等を測定対象
物１とセンサヘッド１１ａの間に挿入し、センサヘッド
の位置を合わせる方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したブロ
ック等を測定対象物とセンサヘッドの間に挿入して、セ
ンサヘッドの位置を合わせる方法では、実際に受光素子
に光が入光しているかどうか確認できない。また、測定
対象物がコネクタのピンやＩＣのリードのように小さい
場合には、ブロック等を用いてセンサヘッドの位置を合
わせることができなないという問題がある。

【０００４】この発明は上記問題点に着目してなされた
ものであって、測定対象物が小さいものであっても、ま
た実際に受光素子に光が入光しているかどうかを確認で
きて、センサヘッドの位置合わせをなし得る変位センサ
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この出願の特許請求の範
囲の請求項１に係る変位センサは、測定対象物に光を照
射する投光手段と、測定対象物から反射光を集光する受
光用光学系と、受光用光学系の集光面に配置され測定対
象物までの距離に応じて集光面内で移動する集光スポッ
トの位置に対応した１対の位置信号を出力する位置検出
手段と、前記出力信号を演算する手段を有するものにお
いて、受光側に測定対象物からの反射光を制限する着脱
式のアパーチャを装着することにより、センサヘッドの
位置が測定対象物に対して適切であるか否かを容易に確
認できるようにしている。

【０００６】この変位センサでは、受光側に受光レンズ
の中心に位置する部分に穴を開けたアパーチャを装着す
る。このアパーチャのカバーによりセンサヘッドが測定
対象物に対して傾いている場合、穴の位置が受光素子に
対してずれ、受光素子に光を入光しないので変位出力が
出力されず、センサヘッドの最適な場合（測定対象物に
対して平行）のみ変位出力を出力する。

【０００７】また、請求項２に係る変位センサは、請求
項１に係るものにおいて、受光側に付けるアパーチャを
投光側につけるレーザシャッタと共用もしくは同形状と
したものである。また、請求項３に係る変位センサは、
請求項１または請求項２に係るものにおいて、外部より
操作可能な外部切替スイッチを備え、この外部切替スイ
ッチにより、アナログ出力を変位出力または光量出力へ
切替可能としたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施
形態変位センサを示す図である。この実施形態変位セン
サは１１は、投光部１２、及び受光部１３を有する本体
部１１ａの他に、アパーチャ１４を備えている。アパー
チャ１４は中央部に小穴１５を備えるとともに、上下端
に本体部１１ａに挟み込み装着するための挟持片１４
ａ、１４ｂを有する。このアパーチャ１４は受光部１３
側に装着するものである〔図１の（ｂ）参照〕。このア
パーチャ１４は装着したときに、中心部の小穴１５が受
光レンズの穴にくるようになっている。測定対象物が鏡
面のような正反射物の場合、このアパーチャ１４により
測定対象物からの反射光はセンサの本体１１ａの位置が
測定対象物と平行のときのみ受光素子に受光され、変位
出力が出力される。また、センサヘッドが測定対象物に
対して傾いている場合には、反射光はアパーチャ１４に
よって遮られ、受光素子に受光されず、変位出力が出力
されない。アパーチャ１４の形状は図１の（ａ）に示す
ような挟持片１４ａ、１４ｂを持つ成形品の他に、図１
の（ｂ）に示すようなシール状のものなどが考えられ
る。図１１に、この実施形態変位センサの本体部１１ａ
の内部における投光素子３２、投光レンズ３３、受光レ
ンズ３４、受光素子３５及び測定対象物１の位置関係を
示す。

【０００９】この実施形態装置のアパーチャ１４を本体
部１１ａに装着することにより、センサの本体１１ａの
位置が測定対象物に対して最適な位置であるか容易に確
認することができる。また、センサ本体にアパーチャを
付けるだけであるので、コネクタのピンやＩＣのリード
のような小さいものに対しても同様な効果が得られる。

【００１０】図２は、この発明の他の実施形態変位セン
サを示す図である。半導体レーザを光源として用いた変
位センサの場合、変位センサとして動作させないとき
は、ＦＤＡ規格によりレーザ光を外部に出さないため
に、従来は図２の（ａ）に示すようなビームシャッタ２
１を装着するものがある。そこで、この実施形態変位セ
ンサは、従来のビームシャッタ２１としての機能を持た
せるとともに、さらにアパーチャとしても使用し得るよ
うに、図２の（ｂ）に示すように外形を従来のビームシ
ャッタ２１と同じ形状とし、さらに投光側１２と受光側
１３にそれぞれ穴２２、２３を開けている。図２の
（ｂ）の場合では、アパーチャとして使用する場合は、
穴２２、２３をそのままとし、アパーチャ２１を本体１
１ａに装着する。また、ビームシャッタとして使用する
場合は、投光側にシール２４を貼り付け、穴２２を塞ぐ
か、カバーをはめ込み、ビームシャッタ２１として本体
１１ａに装着する。アパーチャ兼ビームシャッタ２１
は、両端に本体部１１ａに取付けるための係止片２１
ａ、２１ｂを備えている。また、図２の（ａ）のビーム
シャッタ２１と同形状の図２の（ｂ）に示すアパーチャ
２１を用意しておき、不動作時はビームシャッタを、位
置調整時はアパーチャを使用してもよい。

【００１１】図３は図２の（ｂ）の変形であり、投光側
をシャッタ方式にし、ビームシャッタとして使用する場
合には、図３の（ａ）のようにシャッタ片２４で穴２２
を閉めて、アパーチャとして使用する場合には、図３の
（ｂ）のようにシャッタ片２４を上げて穴２２を開けて
使用することができる例を示す。図４は、ビームシャッ
タとアパーチャを共用したさらに他の例を示し、図４の
（ａ）のように、変位センサの本体部１１ａの横方向に
装着した場合にはビームシャッタ２５として機能し、発
光部側は閉ざされる。図４の（ｂ）のように、本体部１
１ａに対し、縦方向に装着した場合にはアパーチャとし
て機能する。この場合は、受光部のレンズ前方にアパー
チャ２５の穴２６が位置するように装着する。これによ
り、図１の実施形態で示した効果の他にビームシャッタ
と同じ形状とするので、センサヘッドの形状を変更する
ことなく実施することができる。また、ビームシャッタ
とアパーチャを共用した場合には、部品点数を増やすこ
となく実施することができる。

【００１２】図５は、この発明の他の実施形態変位セン
サの回路構成を示すブロック図である。この実施形態変
位センサヘッドは、半導体レーザ駆動回路３１と、レー
ザ光源３２と、投光レンズ３３と、受光レンズ３４と、
ＰＳＤ３５と、このＰＳＤ３５からの電流を電圧に変換
する電流／電圧変換器３６、３７と、この電流／電圧変
換器３６、３７の両出力を減算する減算器３８と、両出
力を加算する加算器３９と、減算器３８及び加算器３９
の両出力を、それぞれサンプルホールドする回路４０、
４１と、このサンプルホールド回路４０、４１の出力を
受けて割算する割算器４２と、を備え、さらに特徴的に
割算器４２の出力（スイッチ４３のａ端子側）と、サン
プルホールド回路４１の出力（スイッチ４３のｂ端子
側）を切替えて出力する外部より操作可能な切替スイッ
チ４３を備えている。

【００１３】この変位センサにおいて、通常、切替スイ
ッチ４３はａ端子に投入されており、割算器４２の出力
が変位出力として出力される。図５において、ＰＳＤ３
５の２出力を電流電圧変換し、さらに加減算を行ってい
るが、２出力を加算器３９で加算した結果はＰＳＤ３５
の受光量を表す。そこで、この実施形態においては出力
を切替える外部スイッチ４３を設けて、サンプルホール
ド回路４１の出力、つまり光量出力を出力できるように
している。これによりアパーチャを装着し、切替スイッ
チ４３をｂ端子に投入し、サンプルホールド回路４１よ
りの光量出力をモニタすることにより、より正確にセン
サヘッドの本体部１１ａと測定対象物１の位置関係が平
行に保たれているか確認することができる。

【００１４】なお、図１、図２、図３、図４で示した変
位センサに、図５の回路を採用すれば、アパーチャによ
るセンサ本体の位置調整がより容易となるが、図５の切
替スイッチ４３を除いた通常の回路を採用したもので
も、アパーチャによるセンサ本体の位置調整をなすこと
ができる。

【００１５】

【発明の効果】この出願の特許請求の範囲の請求項１に
係る発明によれば、受光側に測定対象物からの反射光を
制限する着脱式のアパーチャを装着するようにしたの
で、容易に測定対象物に対してセンサヘッドの位置が最
適であるか確認でき、かつ測定対象物がコネクタのピン
やＩＣのリードのような小さいものに対しても容易に確
認できる。さらに投光源が赤外光のような不可視光にお
いても同様な効果が得られる。

【００１６】また、請求項２に係る発明によれば、受光
側に付けるアパーチャを投光側につけるレーザシャッタ
を共用もしくは同形状としたので、半導体レーザを用い
た変位センサにおいては、ＦＤＡ規格に基づいて投光側
にビームシャッタを付ける必要があり、このビームシャ
ッタと共用または同形状にすれば、センサヘッドの形状
を変えることなく実施することができる。

【００１７】また、請求項３に係る発明によれば、外部
切替スイッチにより、アナログ出力を変位出力または光
量出力へ切替可能としたので、アパーチャを装着し、光
量出力をモニタすることにより、より正確にセンサヘッ
ドと測定対象物の位置関係が平行に保たれているか確認
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態変位センサを説明する図
である。

【図２】この発明の他の実施形態変位センサを説明する
図である。

【図３】この発明のさらに他の実施形態変位センサを説
明する図である。

【図４】この発明のさらに他の実施形態変位センサを説
明する回路ブロック図である。

【図５】この発明のさらに他の実施形態変位センサを説
明する回路ブロック図である。

【図６】従来の一般的な変位センサの受光方式を説明す
る図である。

【図７】反射光受光方式における受光特性を説明する図
である。

【図８】従来の反射光受光方式の変位センサにおけるセ
ンサの傾きによる不具合を説明する図である。

【図９】従来の反射光受光方式の変位センサにおけるセ
ンサの傾きによる不具合を説明する図である。

【図１０】反射光受光方式の変位センサにおける従来の
位置合わせ方法を説明する図である。

【図１１】反射光受光方式の変位センサの投光部及び受
光部の概要を説明する図である。

【符号の説明】

１１ａ センサの本体部 １２ 投光部 １３ 受光部 １４ アパーチャ １４ａ、１４ｂ 挟持片 １５ 小穴

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象物に光を照射する投光手段と、測
   定対象物から反射光を集光する受光用光学系と、受光用
   光学系の集光面に配置され測定対象物までの距離に応じ
   て集光面内で移動する集光スポットの位置に対応した１
   対の位置信号を出力する位置検出手段と、前記出力信号
   を演算する手段を有する変位センサにおいて、 受光側に測定対象物からの反射光を制限する着脱式のア
   パーチャを装着することにより、センサヘッドの位置が
   測定対象物に対して適切であるか否かを容易に確認でき
   るようにしたことを特徴とする変位センサ。
2. 【請求項２】受光側に装着するアパーチャを投光側に装
   着するレーザシャッタと共用もしくは同形状とした請求
   項１記載の変位センサ。
3. 【請求項３】外部からの操作により操作可能な外部切替
   スイッチを備え、この外部切替スイッチにより、アナロ
   グ出力を変位出力または光量出力へ切替可能とした請求
   項１または請求項２記載の変位センサ。