JPS6341086A - 光変位センサ・ヘツド - 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】 発明の背景 この発明は、三角測量法を位置検出原理とする光変位セ
ンサないしは光変位測定装置のヘッドに関する。

この種の光変位センサは、投射光を発生する発光素子、
この発光素子の発光を被検出物体に向けて投射しかつ集
光するための投光光学系、被検出物体からの散乱光を集
光するための受光光学系。

および集光された受光光の（ｎ置に応じた信号を出力す
る位置検出素子、たとえばＰＳＤ　（ポジション・セン
シティブ・デイバイス：　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）を備えている。

投光光学系および受光光学系において、従来は通常の光
学レンズ（凹、凸ガラス・レンズ）を用いていたために
大型となるとともに重くなるという問題があった。また
、ＰＳＤにおける位置検出の分解能を向上させるために
は、収差をなくしてスポットを受光面上に集光させるこ
とが好ましいが、そのためには受光光学系として複数枚
のレンズを組合せて構成される組レンズを使用する必要
があった。組レンズは高価であるために光変位センサも
高価にならざるを得ない。

発明の概要 この発明は、光変位センサ・ヘッドの小型化。

軽ユ化、低廉化を図ることを目的とする。

この発明は、三角７１１’Ｊ　ｆｆｉ法を位置検出原理
とし。

発光素子および位置検出素子を備えた光変位センサ・ヘ
ッドにおいて１発光素子からの発散光を集光するための
第１のマイクロ・フレネル・レンズ、被検出物体からの
散乱光を位置検出素子上に集光させるための第２のマイ
クロ・フレネル・レンズ、発光素子および位置検出素子
を取付けるための基台、ならびに発光素子および位置検
出素子を彼いかつ基台に取付けられているとともに、上
記の第１および第２のマイクロ・フレネル・レンズが設
けられたキャップを備えていることを特徴とする。

マイクロ・フレネル・レンズは、半径が１　ｍｍ以下２
重さが約１００ωｇと小型、軽量であり、かつ平板状で
あるから、キャンプの頂部にこれらを容易に取付けるこ
とができる。フレネル・レンズが弔板状であるために、
キャップへの取付は用の特別な構造を必要とすることな
く、たとえばキャップの内側に接着するだけでよい。こ
のようにして。

小型かつ軽ごで構造が簡単な光変位センサ・ヘッドが実
現できる。さらに、マイクロ・フレネル・レンズはプラ
スチック成形することが可能であるから生産性がよく安
価に提供できるとともに、マイクロ・フレネル・レンズ
がキャップに固定されているから光軸のずれ等が生じる
ことがなく耐環境性にすぐれたものとなる。フレネル・
レンズは原理的には１枚で無収差に集光させることがで
きるので１組レンズとして使用する必要がなく。

この点からも小型、軽量、安価となることが期待できる
。無収差で１点に光を集光できるので。

ＰＳＤ等の位置検出素子における位置検出分解能を向上
させることが可能となり、高精度の位置検出が期待でき
る。

実施例の説明 第１図および第２図を参照して、いくつかの端子２を釘
するステムないしはマウント１上の一部にサブマウント
ないしはヒート・シンク３が設けられ、このヒート・シ
ンク３に発光素子チップ４が取付けられている。またマ
ウント１上の他の部分には位置検出素子チップ５が取付
けられている。発光素子チップ４はたとえばＬＤ、ＬＥ
Ｄであり９位置検出素子チップ５はたとえばＰＳＤであ
る。

素子チップ４および５にはキャップ６が被せられている
。キャップ６は、キャンシール、接着。

溶着その他の通常のやり方でマウント１に固定される。

キャップ６の頂部（上面）の素子チップ４．５に対応す
る場所、すなわち発光素子チップ４の出射光の通過位置
および位置検出素子チップ５へ入射光の通過位置には窓
６ａ、６ｂがそれぞれあけられており、ここに透明樹脂
製のマイクロ・フレネル・レンズ７．８がそれぞれ取付
けられている。これらのフレネル・レンズ７．８はその
周線において窓６ａ、６ｂの内周面に接着によって固定
される。好ましくは、第２図に示されているようにフレ
ネル・レンズ７．８の凹凸が形成された微細加工面がキ
ャップ６の内側を向くように配置される。このことによ
って、この微細加工面の外力の保護とレンズ特性の劣化
の防止とが図られる。キャップ６の窓６ａ、６ｂの外側
にまたはキャップ６の上面の全面に保護ガラスを設ける
と一層よい。

マイクロ・フレネル・レンズ７は、後述するように１発
光素子４から出射した拡散光を集光して１．４１１１定
物体に投射するためのものであり、マイクロ・フレネル
・レンズ８は、彼測定物体からの反射光を位置検出素子
５上に集光する働きをする。

第１図において、素子チップ４．５の電極は対応する端
子２にワイヤ・ボンディングされているのはいうまでも
ない。

このようなマイクロ・フレネル・レンズ７．８は射出成
形その他のやり方によって透明樹脂で一体成形すること
ができる。

この樹脂成形のためのマイクロ・フレネル・しンズの雌
型は種々のやり方でこれをつくることができるが、たと
えば次のようにして炸裂すればよい。

所定の基板上に電子線レジストを塗布し、電子線描画法
によりレジスト上にマイクロ・フレネル・レンズ・パタ
ーンを描画し、その後、このレジストを現像する。そし
て、基板上の残膜レジスト・パターンをドライ・エツチ
ングによって基板に転写する。この基板が雌型となる（
特願昭６１−３４１９参照）。

または、−」二記の残膜レジスト・パターンを雄型とし
て電鋳法によって雌型を形成する。すなわち、残膜レジ
スト・パターンに金属をめっきし。

その後、残膜レジスト・パターンおよび基板を有機溶剤
等で溶解することにより、金属めっき部分のみを残す（
特願昭６１−３４２０参照）。

位置検出素子の代表例としてのＰＳＤそれ自体はよく知
られているように、半導体表面におけるＬａｔｅｒａｌ
　Ｐｈｏｔｏ　Ｅｒｆ’ｅｃｔを利用したもので、受光
面の対向する２辺にそって電極を設けた１次元計測用の
ものと、４辺に電極を設けた２次元計測用のものとがあ
る。いずれにしても各電極から得られる光電流を相互に
演算（加算、減算等）することによって１次元計測（た
とえばＰＳＤ上に集光した光のＸ方向の位置を得ること
）または２次元計、ＩＩＩＪ（ＰＳＤ上に集光した光の
ＸおよびＹ方向の位置を得ること）が可能となる。

最後に三角測瓜法の原理を用いた位置検出について説明
しておく。第３図は測定系を側面からみた様子を、第４
図は斜視的にみた様子をそれぞれ示している。

第３図を参照して２発光素子４から出射した光は７ΔＩ
ＩＩ定すべき距！Ｌ（レンズ系７，８の位置から彼ａｌ
ｌ＋定物体１０までの距ｉｉｉ？）よりも充分に長い焦
点距離をもった投光用のマイクロ・フレネル・レンズ７
を通して被測定物体１０に向けて集光されながら投射さ
れる。被測定物体１０の表面（位置Ｑ）で全方向に散乱
または反射した光のうちの一部は、受光用のマイクロ・
フレネル・レンズ８によって位置検出素子（ＰＳＤ）５
上のその中心ＯからΔＬだけずれた位置Ｐに集光される
。この受光された光の集光した位置Ｐの位置検出索子５
上の位置を検出することにより、この位置に基づいて距
ｉｆＬが導き出される。

第４図は、被測定物体が符号１１で示される位置（距離
Ｌ１）から符号１２で示される位置（距離Ｌ２）まで移
動した場合に１位置検出素子５」二の集光位置がＰ　か
らＰ２に変位する様子を示し■ ている。投射光の被測定物体上の照射位置はＱ、Ｑ２で
示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すもので一部を破断した
斜視図、第２図は第１図のキャップおよびマイクロ・フ
レネルφレンズの断面図である。 第３図および第４図は三角１別置法に基づく位置検出の
原理を示すもので、第３図は側面図、第４図は斜視図で
ある。 １・・・マウント、　　　　　４・・・発光素子。 ５・・・位置検出素子、　　　６・・・キャップ。 ６ａ、６ｂ・・・窓。 ７．８・・・マイクロ会フレネル拳レンズ。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 三角測量法を位置検出原理とし、発光素子および位置検
   出素子を備えたものにおいて、 発光素子からの発散光を集光するための第１のマイクロ
   ・フレネル・レンズ、 被検出物体からの散乱光を位置検出素子上に集光させる
   ための第２のマイクロ・フレネル・レンズ、 発光素子および位置検出素子を取付けるための基台、な
   らびに 発光素子および位置検出素子を被いかつ基台に取付けら
   れているとともに、上記の第１および第２のマイクロ・
   フレネル・レンズが設けられたキャップ、 を備えていることを特徴とする光変位センサ・ヘッド。