CN102834692B

CN102834692B - 光学位移传感器的调整方法及光学位移传感器的制造方法

Info

Publication number: CN102834692B
Application number: CN201180015365.6A
Authority: CN
Inventors: 山川健太; 一柳星文
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: EP2538172A1; JP2012078153A; EP2538172B1; EP2538172A4; JP5418458B2; WO2012042944A1; CN102834692A

Abstract

在具有规定的光学系统的光学位移传感器（10）中，调整规定的光学系统使得满足交线条件。规定的光学系统具有：投光模块（9），其用于将光照射至测定对象物（16）；受光元件（13），其用于接收来自投光模块（9）的光被测定对象物（16）反射的反射光；受光透镜（14），其位于测定对象物（16）和受光元件（13）之间，用于将反射光成像在受光元件（13）上。在调整方法中，仅使受光透镜（14）在受光透镜（14）的光轴方向（Z₁方向）以及与受光透镜（14）的光轴方向垂直的方向（X₁方向）上移动，由此进行调整。

Description

光学位移传感器的调整方法及光学位移传感器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种光学位移传感器的调整方法以及光学位移传感器的制造方法，尤其是涉及一种基于三角测量原理来对测定对象物的位移进行测定的光学位移传感器的调整方法以及制造方法。

背景技术

例如，在JP特开2008-145160号公报（专利文献1）中公开了一种现有的光学位移传感器。图9是示出了专利文献1所公开的现有的光学位移传感器100的图。如图9所示，光学位移传感器100具有：投光模块101，其包括激光二极管101a以及投光透镜101b，该激光二极管101a用于将光照射至测定对象物106，该投光透镜101b用于对来自激光二极管101a的光进行会聚；CCD103，其受光面103a接收特定反射光，该特定反射光是指，来自投光模块101的光被测定对象物106反射的反射光；受光透镜104，其用于使反射光成像在CCD103的受光面103a上。

在光学位移传感器100中，激光二极管101a将光照射至测定对象物106，所照射的光被测定对象物106反射，经过受光透镜的该反射光被CCD103的受光面103a接收，由此能够基于接收到的该反射光的像的位置，来测定出测定对象物106的位移。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2008-145160号公报

发明内容

发明要解决的课题

这里，将投光模块101、CCD103以及受光透镜104调整配置为满足交线条件（Scheimpflug condition：向甫鲁条件）。具体地讲，CCD103的受光面103a具有规定的宽度W₂，而且在受光面103a能够接收反射光的范围内的测定对象物106的反射位置，在投光模块101的光轴即投光轴L₁上具有规定的宽度W₁。而且，调整配置成满足交线条件，即，规定的宽度W₁的反射位置、受光面103a、受光透镜104的主面104a各自的延长线相交于一点D。由此，不管被规定的宽度W₁内的哪一位置反射的反射光，成像时在受光面103a上都能够实现对焦。此外，这里，为了便于说明，将受光透镜104视为薄透镜。

这里，在专利文献1中进行调整时，使受光透镜104如图9中的箭头A所示那样在受光透镜104的光轴即受光轴L₂方向上移动，并使CCD103如图9中的箭头B及箭头C所示那样滑动及旋转。即，对受光透镜104以及CCD103这2个部件进行调整。

然而，就这样的调整方法而言，例如在先调整受光透镜104后再调整CCD103的情况下，若CCD103上发生了调整误差，则可能会发生必须再次对受光透镜104进行调整的情况等，使得调整工作变得繁杂。这样，也可能会使调整的工时变长。另外，各自都需要设置调整用机构，这可能会使光学位移传感器100自身变大，以及会使用于制造光学位移传感器100的制造装置变大。

本发明的第一目的在于，提供一种能够容易地对光学位移传感器的光学系统进行调整的光学位移传感器的调整方法。

另外，本发明的第二目的在于，提供一种能够容易地对光学位移传感器的光学系统进行调整的光学位移传感器的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的第一观点的光学位移传感器的调整方法，涉及一种具有规定的光学系统的光学位移传感器的调整方法。规定的光学系统具有：投光模块，其用于将光照射至测定对象物；受光元件，其用于接收来自投光模块的光被测定对象物反射的反射光；受光透镜，其位于测定对象物和受光元件之间，用于将反射光成像在受光元件上。而且，在调整方法中，仅使受光透镜在受光透镜的光轴方向以及与受光透镜的光轴方向垂直的方向上移动，由此进行调整。

由此，通过仅使受光透镜移动，能够对规定的光学系统进行调整。即，仅对1个部件进行调整即可。这样，不仅能够抑制调整工时变长，而且能够实现光学位移传感器自身的小型化以及用于制造光学位移传感器的制造装置的小型化。其结果，能够容易地进行调整。

在作为一实施方式的调整方法中，将规定的光学系统调整为满足交线条件。由此，通过仅使受光透镜移动，就能够调整规定的光学系统使得满足交线条件。

优选地，将投光模块、受光元件以及受光透镜配置在基准面上，该基准面是用于构成光学位移传感器的壳体的面，在调整方法中，使受光透镜以在基准面上滑动的方式移动，由此进行调整。由此，无需另外设置调整用机构，也能够通过简单的方法来进行调整。

更优选地，投光模块具有用于发出光的光源和用于将来自光源的光调整为规定的形状的投光透镜，在调整方法中，使投光透镜在投光透镜的光轴方向、与投光透镜的光轴方向垂直且与基准面平行的方向以及与投光透镜的光轴方向垂直且与基准面垂直的方向上移动，由此进行调整。由此，例如在因用于构成投光模块的部件的形状参差不齐等而部件倾斜配置在基准面上，从而无法满足交线条件的状态下，能够调整投光模块的光轴的倾斜程度。

本发明的第二观点的光学位移传感器的制造方法，涉及一种光学位移传感器的制造方法，该光学位移传感器具有：投光模块，其用于将光照射至测定对象物；受光元件，其用于接收来自投光模块的光被测定对象物反射的反射光；受光透镜，其位于测定对象物和受光元件之间，用于将反射光成像在受光元件上。制造方法包括：第一安装工序，将投光模块和受光元件固定在基准面上，该基准面是用于构成光学位移传感器的壳体的面；受光透镜移动工序，将基准面作为基准，在受光透镜的光轴方向以及与受光透镜的光轴方向垂直的方向上移动受光透镜；第二安装工序，将受光透镜固定在基准面上的特定位置上，该特定位置是指，在受光透镜移动工序中移动后的受光透镜的位置。

由此，在光学位移传感器的制造中，通过仅使受光透镜移动，就能够对规定的光学系统进行调整。即，仅对1个部件进行调整即可。这样，不仅能够抑制调整工时变长，而且能够实现光学位移传感器自身的小型化以及用于制造光学位移传感器的制造装置的小型化。其结果，能够容易地进行调整。

发明效果

在本发明的光学位移传感器的调整方法中，通过仅使受光透镜移动，就能够对规定的光学系统进行调整。即，仅对1个部件进行调整即可。这样，不仅能够抑制调整工时变长，而且能够实现光学位移传感器自身的小型化以及用于制造光学位移传感器的制造装置的小型化。其结果，能够容易地进行调整。

另外，在本发明的光学位移传感器的制造方法中，通过仅使受光透镜移动，就能够对规定的光学系统进行调整。即，仅对1个部件进行调整即可。这样，不仅能够抑制调整工时变长，而且能够实现光学位移传感器自身的小型化以及用于构成光学位移传感器的制造装置的小型化。其结果，能够容易地进行调整。

附图说明

图1是示出了光学位移传感器的外观的立体图。

图2是在拿掉了图1所示的光学位移传感器的盖并沿着箭头II的方向观察时的俯视图。

图3是示出了投光透镜的立体图。

图4是示出了受光透镜的立体图。

图5是示出了光学位移传感器的示意图。

图6是示出了在图5所示的示意图中不满足交线条件的情形的图。

图7是示出了在图6所示的示意图中调整受光透镜的位置使得满足交线条件的步骤的图。

图8是示出了在图6所示的示意图中调整投光透镜的位置使得满足交线条件的步骤的图。

图9是示出了专利文献1所公开的现有的光学位移传感器的图。

其中，附图标记说明如下：

9 投光模块

10 光学位移传感器

11 光源

12 投光透镜

13 受光元件

13a 受光面

14 受光透镜

14a 主面

15 透镜架

15a～15d 立柱

16 测定对象物

16a 反射位置

30 壳体

31 底面

32 侧壁

32a、32b 开口部

33 盖。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的一实施方式的光学位移传感器的调整方法进行说明。图1是示出了光学位移传感器10的外观的立体图。图2是在拿掉了图1所示的光学位移传感器10的盖33并沿着箭头II的方向进行观察时的俯视图。此外，在图2中，除了光学位移传感器10的俯视图之外，还图示了测定对象物16。参照图1及图2，光学位移传感器10用于对测定对象物16的位移进行测定。光学位移传感器10在大致长方体形状的壳体30的内部具有：投光模块9，其用于将所期望的光束形状的光照射至测定对象物16；受光元件13，其用于接收来自投光模块9的光被测定对象物16反射的反射光；受光透镜14，其位于测定对象物16和受光元件13之间。投光模块9具有：光源11，其用于发出光；投光透镜12，其位于测定对象物16和光源11之间。投光模块9、受光元件13以及受光透镜14构成规定的光学系统。此外，在图2中，利用三点划线来示出了从投光模块9发出的光线，该三点划线也示出了投光模块9的光轴即投光轴L₁和用于接收来自测定对象物16的反射光的受光透镜14的光轴即受光轴L₂。

壳体30包括：底面31，其配置在底部，用于固定构成光学位移传感器10的光学系统的部件；侧壁32，其具有开口部32a、32b，用于包围底面31的周边；盖33，其与底面31相对置。底面31为平面形状，在该底面31上固定有光源11等。虽未图示，但侧壁32具有能够连接电缆等的连接部。而且，开口部32a与受光透镜14相对置，开口部32b与投光透镜12相对置。

图3是示出了投光透镜12的立体图。图4是示出了受光透镜14的立体图。参照图1～图4，光源11为激光二极管，用于对测定对象物16照射激光束。投光透镜12包括用于收容透镜的透镜架（lens holder），用于对光源11发出的光进行会聚，从而将来自光源11的光调整为规定的形状。受光元件13为CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体）传感器，通过受光面接收来自测定对象物16的反射光。在受光面上以直线状配置有多个受光元件。受光透镜14例如采用反射光的入射表面为非球面形状的单透镜，收容于透镜架15中，用于对来自测定对象物16的反射光进行会聚来成像在受光面上。受光透镜14配置成受光轴L₂通过受光透镜14的中心且受光透镜14的主面与受光轴L₂相垂直。

另外，透镜架15例如以卡定受光透镜14的周边的4个位置的方式收容受光透镜14，透镜架15的与底面31相接触的面为平面形状，而且沿着箭头II的方向观察时的透镜架15的形状为大致矩形形状。另外，在底面31上的透镜架15的周围的4个位置，固定有立柱15a～15d。这些4个立柱15a～15d配置成分别与透镜架15的大致矩形形状的各顶点相对应，用作为移动透镜架15时的定位部件。

在光学位移传感器10中，若从投光模块9的光源11照射激光束，则所照射的光经过侧壁32的开口部32b到达测定对象物16，并被测定对象物16反射。然后，来自测定对象物16的反射光经过侧壁32的开口部32a而入射至受光透镜14，从而反射光通过受光透镜14成像在受光面上。然后，根据成像时接收到的光来检测像的位置。由此，光学位移传感器10测定出测定对象物16在投光轴L₁方向上的位移。

此时，在光学位移传感器10中，调整配置投光模块9、受光元件13以及受光透镜14使得满足交线条件。图5是示出了光学位移传感器10的示意图。具体地讲，如图5所示，光学位移传感器10具有规定的测定范围W₁，在该规定的测定范围W₁内能够测定出测定对象物16的位移。该规定的测定范围W₁，是示出了测定对象物16上的光的反射位置16a的范围，是在投光轴L₁上的从离光源11近的第一位置P_N1到离光源11远的第二位置P_F1为止的范围。即，测定对象物16上的光的反射位置16a，在投光轴L₁上具有规定的测定范围W₁的宽度。此外，在图5中，利用虚线来示出了第一位置P_N1的测定对象物16′以及第二位置P_F1的测定对象物16″，并利用粗线来示出了规定的测定范围W₁内的光的反射位置16a。而且，规定的测定范围W₁例如为20～30mm。与规定的测定范围W₁相对应地，受光元件13的受光面13a具有从离光源11近的位置P_N2到离光源11远的位置P_F2为止的规定的宽度W₂。

而且，光学位移传感器10调整配置成规定的光学系统满足交线条件，即测定对象物16上的射位置16a（投光轴L₁）、受光透镜14的主面14a和受光元件13的受光面13a各自的延长线相交于一点S₁。由此，在光学位移传感器10中，不管被测定范围W₁的哪一位置反射的反射光，成像时在受光面13a上都能够实现对焦。而且，光学位移传感器10对测定范围W₁内的测定对象物16的位移进行测定。

这里，对调整为满足交线条件的具体调整方法进行说明。图6是示出了在图5所示的示意图中不满足交线条件的情形的图。图7是示出了在图6所示的示意图中调整受光透镜14的位置使得满足交线条件的步骤的图。此外，在图7中，利用点划线来示出了位置调整后的受光透镜14、受光透镜14的主面14a及受光轴L₂′。

参照图6，由于光源11的安装位置发生了错位，所以如图6中以区域B示出那样，位于投光轴L₁′上的测定对象物16上的反射位置16a的延长线不与受光透镜14的主面14a及受光元件13的受光面13a各自的延长线相交于一点。对这样的情况下的调整方法进行说明。

首先，预先将光源11、投光透镜12、受光元件13及受光透镜14配置成如上述图6所示。此时，例如预先将光源11、投光透镜12及受光元件13固定在壳体30的底面31上。将这固定工序称为第一安装工序。

然后，移动受光透镜14的位置。具体地讲，在受光透镜14收容在透镜架15中的状态下，利用压杆（arm）等来将透镜架15按压在底面31上。然后，使受光透镜14在被按压的状态下，在图7中的Z₁方向（受光轴L₂方向）及X₁方向（与底面31平行且与受光轴L₂方向垂直的方向）上滑动。这里，所谓滑动是指，在底面31上进行滑动。即，底面31是在使受光透镜14移动时成为基准的基准面，使受光透镜14以基准面为基准在前后及左右的2轴方向上移动。此时，透镜架15的移动范围受到立柱15a～15d的限制。

这样，通过移动受光透镜14来进行调整使得满足交线条件。即，在Z₁方向（受光轴L₂方向）及X₁方向（与底面31平行且与受光轴L₂方向垂直的方向）上调整受光轴L₂。此外，将这移动受光透镜14的工序称为受光透镜移动工序。

然后，若受光透镜14到达满足交线条件的位置，即受光透镜14到达使测定对象物16上的反射位置16a、受光透镜14的主面14a及受光元件13的受光面13a各自的延长线相交于一点的位置，则在该位置将透镜架15固定于底面31上。此外，在固定时，使用紫外线固化型的粘着剂或螺钉等。如图7所示，测定对象物16上的反射位置16a、以点划线示出的位置调整后的受光透镜14的主面14a及受光元件13的受光面13a各自的延长线相交于一点S₂。此外，将在底面31上固定受光透镜14的工序称为第二安装工序。

这样，在光学位移传感器10的调整方法中，仅移动受光透镜14，就能够调整规定的光学系统满足交线条件。即，只要调整1个部件即可。这样，不仅能够抑制调整操作的工时增加，而且能够实现光学位移传感器10自身的小型化以及用于制造光学位移传感器10的制造装置的小型化。其结果，能够容易地进行调整。

另外，由于只要使用于收容受光透镜14的透镜架15在底面31上滑动即可，所以无需另外设置用于调整的机构，所以能够通过简单的方法来进行调整。

另外，在这样的光学位移传感器10的制造方法中，仅通过移动受光透镜14，就能够调整规定的光学系统满足交线条件。即，只要调整1个部件即可。这样，不仅能够抑制调整操作的工时增加，而且能够实现光学位移传感器10自身的小型化以及用于制造光学位移传感器10的制造装置的小型化。其结果，能够容易地进行调整。

接下来，对调整为满足交线条件的其他调整方法进行说明。图8是示出了在图6所示的示意图中调整投光透镜12的位置使得满足交线条件的步骤的图。此外，在图8中，利用双点划线来示出了位置调整后的投光透镜12以及投光轴L₁″。

再次在图6所示的状态下，对调整方法进行说明。

首先，预先将光源11、投光透镜12、受光元件13以及受光透镜14配置成如上述的图6所示。此时，例如预先将光源11以及受光元件13固定在壳体30的底面31上。

这里，首先移动投光透镜12的位置。具体地讲，在底面31的盖33侧上部，利用压杆等来保持用于收容投光透镜12的透镜架，并使投光透镜12在图8中的Z₂方向（投光轴L₁方向）、X₂方向（与底面31平行且与投光轴L₁方向垂直的方向）及Y₂方向（与底面31垂直且与投光轴L₁方向垂直的方向）上移动。即，在使投光透镜12从底面31离开（不接触）的状态下，使投光透镜12在前后、左右以及上下方向的3轴方向上移动。

这样，通过移动投光透镜12，在Z₂方向（投光轴L₁方向）、X₂方向（与底面31平行且与投光轴L₁方向垂直的方向）以及Y₂方向（与底面31垂直且与投光轴L₁方向垂直的方向）上调整投光轴L₁。

然后，将投光透镜12固定在移动后的位置上，而且在固定了投光透镜12后，与上述的受光透镜移动工序以及第二安装工序同样地，将受光透镜14固定在底面31上。

这样，对投光透镜12以及受光透镜14的安装位置进行了调整，使得满足交线条件。由此，例如在因用于构成投光模块9的部件的形状的参差不齐等而部件倾斜配置在底面31上，从而无法满足交线条件的状态下，能够抑制投光轴L₁′的倾斜程度。而且，能够抑制在调整受光透镜14的位置时的移动量。

另外，在上述实施方式中，举例说明了受光元件13采用了CMOS传感器的情形，但并不仅限定于此，也可以采用CCD（Charge Coupled Device：电荷耦合器件）传感器。

另外，在上述实施方式中，举例说明了在S12中移动受光透镜14时使受光透镜14在底面31上滑动的情形，但并不仅限定于此，例如，也可以在底面31上设置沿着Z₁方向以及X₁方向延伸的沟槽等，并使受光透镜14沿着该沟槽移动。

另外，在上述实施方式中，举例说明了在透镜架15的周围设置了立柱15a～15d且透镜架15的移动范围受到立柱15a～15d的限制的情形，但并不仅限定于此，尤其也可以不设置立柱15a～15d，而且透镜架15的移动范围不受限制也可。

另外，在上述实施方式中，举例说明了在移动受光透镜14时受到立柱15a～15d的限制的情形，但针对投光透镜12也同样可以预先在底面31上安装立柱等来限制其移动。

另外，在上述实施方式中，举例说明了针对光学位移传感器10进行调整使得满足交线条件的情形，但并不仅限定于此，也可以应用于光学系统的调整中。即，在对光学系统进行调整时，也可以仅对受光透镜14进行调整。

另外，在上述实施方式中，举例说明了以底面31为基准面来移动受光透镜14的情形，但并不仅限定于此，例如也可以将侧壁32等作为基准面来进行移动。

如上所述，参照附图来对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于图示的实施方式。在与本发明相同或等同的范围内，可以对图示的实施方式进行各种各样的修正或变形。

产业上的可利用性

本发明能够有效地利用于光学位移传感器的制造中。

Claims

1.一种光学位移传感器的调整方法，该光学位移传感器具有规定的光学系统，且在该光学位移传感器的壳体上固定上述规定的光学系统，其特征在于，

上述规定的光学系统具有：

投光模块，其用于将光照射至位于规定的测定范围内的测定对象物，

受光元件，其用于接收来自上述投光模块的光被上述测定对象物反射的反射光，

受光透镜，其位于上述测定对象物和上述受光元件之间，用于将上述反射光成像在上述受光元件上；

在上述调整方法中，仅使上述受光元件和上述受光透镜中的上述受光透镜在上述受光透镜的光轴方向以及与上述受光透镜的光轴方向垂直的方向这两个方向上移动，由此调整位置的偏移，以将上述规定的光学系统调整为满足交线条件。

2.如权利要求1所述的光学位移传感器的调整方法，其特征在于，

将上述投光模块、上述受光元件以及上述受光透镜配置在基准面上，该基准面是位于上述光学位移传感器的壳体上的面，

在上述调整方法中，使上述受光透镜以在上述基准面上滑动的方式移动，由此进行调整。

3.如权利要求2所述的光学位移传感器的调整方法，其特征在于，

上述投光模块具有：

光源，其用于发出光，

投光透镜，其用于将来自上述光源的光调整为规定的形状；

在上述调整方法中，使上述投光透镜在上述投光透镜的光轴方向、与上述投光透镜的光轴方向垂直且与上述基准面平行的方向以及与上述投光透镜的光轴方向垂直且与上述基准面垂直的方向上移动，由此进行调整。

4.一种光学位移传感器的制造方法，

上述光学位移传感器具有规定的光学系统，上述规定的光学系统具有：

上述光学位移传感器的制造方法的特征在于，包括：

第一安装工序，将上述投光模块和上述受光元件固定在基准面上，该基准面是位于上述光学位移传感器的壳体上的面，

受光透镜移动工序，将上述基准面作为基准，在上述受光透镜的光轴方向以及与上述受光透镜的光轴方向垂直的方向这两个方向上移动上述受光透镜，由此调整位置的偏移，以将上述规定的光学系统调整为满足交线条件，

第二安装工序，将上述受光透镜固定在上述基准面上的特定位置，该特定位置是指，在上述受光透镜移动工序中移动后的受光透镜的位置。

5.一种光学位移传感器，其通过权利要求4所述的光学位移传感器的制造方法制造。