專利名稱：受光透鏡的配置方法及光學(xué)位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種受光透鏡的配置方法以及光學(xué)位移傳感器，尤其是涉及一種基于三角測量原理來對測定對象物的位移進行測定的光學(xué)位移傳感器以及在這樣的光學(xué)位移傳感器中使用的受光透鏡的配置方法。
背景技術(shù)：
例如，在JP特開2008-145160號公報(專利文獻I)中公開了一種現(xiàn)有的光學(xué)位移傳感器。圖7是示出了專利文獻I所公開的現(xiàn)有的光學(xué)位移傳感器100的圖。如圖7所不，光學(xué)位移傳感器100具有投光模塊101,其包括激光二極管IOla以及投光透鏡IOlb,該激光二極管IOla用于將光照射至測定對象物106，該投光透鏡IOlb用于對來自激光二極管IOla的光進行會聚；CCD103，其受光面103a接收特定反射光，該特定反射光是指，來自投光模塊101的光被測定對象物106反射的反射光；受光透鏡104,其用于使反射光成像在 CCD103的受光面103a上。在光學(xué)位移傳感器100中，激光二極管IOla將光照射至測定對象物106，所照射的光被測定對象物106反射，經(jīng)過受光透鏡的該反射光被CCD103的受光面103a接收，由此能夠基于接收到的該反射光的像的位置，來測定出測定對象物106的位移。而且，投光模塊101、(XD103以及受光透鏡104調(diào)整配置為滿足交線條件(Scheimpflug condition :向甫魯條件)。具體地講,CCD103的受光面103a具有規(guī)定的寬度W2，在受光面103a能夠接收反射光的范圍內(nèi)的測定對象物106的反射位置，在投光模塊101的光軸即投光軸L1上具有規(guī)定的寬度W1。即，該規(guī)定的寬度W1,就是光學(xué)位移傳感器100的對測定對象物106的測定范圍。而且，調(diào)整配置成滿足交線條件，即，規(guī)定的寬度W1的反射位置、受光面103a、受光透鏡104的主面104a各自的延長線相交于一點D。由此，不管被規(guī)定的寬度1內(nèi)的哪一位置反射的反射光，成像時在受光面103a上都能夠?qū)崿F(xiàn)對焦。此外，這里，為了便于說明，將受光透鏡104視為薄透鏡?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I JP特開2008-145160號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題這里，在如專利文獻I所公開那樣的現(xiàn)有的光學(xué)位移傳感器100中，將通過受光透鏡104的中心的受光透鏡104的光軸即受光軸L2'，配置為通過規(guī)定的寬度W1 (測定范圍)的中心。即，該中心是受光軸L2'和投光軸L1相交叉的交叉點P。'，而且從離激光二極管IOla近的第一位置Pni到交叉點P。'的距離a'和從離激光二極管IOla遠的第二位置Pfi到交叉點IV的距離b'為相同的距離。然而，在這樣的配置中，來自第一位置Pni的反射光的入射角(視場角)0 I'和來自第二位置Pfi的反射光的入射角(視場角)9 2'具有不同的大小。即，視場角0 1'比視場角0 2'更大。因此，若在受光面103a上成像時發(fā)生了彗差，則由于視場角不同，彗差對來自第一位置Pni的反射光所成的像和來自第二位置Pfi的反射光所成的像的影響程度不同，這會使像的模糊程度發(fā)生差異。即，視場角大的來自第一位置Pni的反射光所成的像，嚴(yán)重受到彗差的影響。其結(jié)果，光學(xué)位移傳感器100的測定精度可能會根據(jù)測定對象物106的不同位置而發(fā)生偏差。圖8是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的與激光二極管IOla在投光軸L1上的距離和光學(xué)位移傳感器100的測定誤差之間的關(guān)系的曲線圖。如圖8所示，在第一位置Pni的誤差En比在第二位置Pfi的誤差Ef更大。本發(fā)明的第一目的在于，針對光學(xué)位移傳感器，提供一種不管對測定范圍內(nèi)的哪一位置都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定的受光透鏡的配置方法。本發(fā)明的第二目的在于，提供一種不管對測定范圍內(nèi)的哪一位置都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定的光學(xué)位移傳感器。 用于解決課題的手段本發(fā)明的第一觀點的受光透鏡的配置方法，涉及一種使用于光學(xué)位移傳感器中的受光透鏡的配置方法。光學(xué)位移傳感器具有投光模塊，其用于將光照射至測定對象物；受光元件，其用于接收來自投光模塊的光被測定對象物發(fā)射的反射光。受光透鏡位于測定對象物和受光元件之間，用于將反射光成像在受光元件上。投光模塊、受光元件以及受光透鏡配置成滿足交線條件。而且，光在測定對象物上的反射位置，在投光模塊的光軸上位于從離投光模塊近的第一位置到離投光模塊遠的第二位置為止的規(guī)定的范圍內(nèi)，在配置方法中，以使從第一位置入射至受光透鏡的反射光的入射角和從第二位置入射至受光透鏡的反射光的入射角變?yōu)橄嗤慕嵌鹊姆绞脚渲檬芄馔哥R。由此，能夠使來自第一位置的反射光的入射角和來自第二位置的反射光的入射角變?yōu)橄嗤笮〉慕嵌取＜?，能夠使來自第一位置的反射光的入射角變小。這樣，來自第一位置的反射光所成的像，不會嚴(yán)重受到彗差的影響。另外，能夠使來自第一位置的反射光所成的像和來自第二位置的反射光所成的像的成像精度變?yōu)橄嗤Ｆ浣Y(jié)果，光學(xué)位移傳感器的性能不會根據(jù)測定對象物的不同位置而發(fā)生偏差，而且不管對測定范圍內(nèi)的哪一位置，都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定。優(yōu)選地，受光透鏡包括非球面透鏡。由此，在受光元件上進行成像時，能夠抑制球差。更優(yōu)選地，將受光透鏡配置成受光透鏡的光軸相對于連接規(guī)定的范圍的中心和受光透鏡的中心得到的線以規(guī)定的角度傾斜。本發(fā)明的第二觀點的光學(xué)位移傳感器涉及一種光學(xué)位移傳感器，上述光學(xué)位移傳感器具有投光模塊，其用于將光照射至測定對象物；受光元件，其用于接收來自投光模塊的光被測定對象物反射的反射光；受光透鏡，其位于測定對象物和受光元件之間，用于將反射光成像在受光元件上。投光模塊、受光元件以及受光透鏡配置為滿足交線條件；光在測定對象物上的反射位置，在投光模塊的光軸上位于從離投光模塊近的第一位置到離投光模塊遠的第二位置為止的規(guī)定的范圍內(nèi)；從第一位置入射至受光透鏡的反射光的入射角和從第二位置入射至受光透鏡的反射光的入射角為相同的角度。
由此，能夠使來自第一位置的反射光的入射角和來自第二位置的反射光的入射角變?yōu)橄嗤笮〉慕嵌?。即，能夠使來自第一位置的反射光的入射角變小。這樣，來自第一位置的反射光所成的像，不會嚴(yán)重受到彗差的影響。另外，能夠使來自第一位置的反射光所成的像和來自第二位置的反射光所成的像的成像精度變?yōu)橄嗤?。其結(jié)果，光學(xué)位移傳感器的性能不會根據(jù)測定對象物的不同位置而發(fā)生偏差，而且不管對測定范圍內(nèi)的哪一位置，都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的受光透鏡的配置方 法，能夠使來自第一位置的反射光的入射角和來自第二位置的反射光的入射角變?yōu)橄嗤笮〉慕嵌取＜?，能夠使來自第一位置的反射光的入射角變小。這樣，來自第一位置的反射光所成的像，不會嚴(yán)重受到彗差的影響。另外，能夠使來自第一位置的反射光所成的像和來自第二位置的反射光所成的像的成像精度變?yōu)橄嗤Ｆ浣Y(jié)果，光學(xué)位移傳感器的性能不會根據(jù)測定對象物的不同位置而發(fā)生偏差，而且不管對測定范圍內(nèi)的哪一位置，都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定。另外，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位移傳感器，能夠使來自第一位置的反射光的入射角和來自第二位置的反射光的入射角變?yōu)橄嗤笮〉慕嵌?。即，能夠使來自第一位置的反射光的入射角變小。這樣，來自第一位置的反射光所成的像，不會嚴(yán)重受到彗差的影響。另外，能夠使來自第一位置的反射光所成的像和來自第二位置的反射光所成的像的成像精度變?yōu)橄嗤?。其結(jié)果，光學(xué)位移傳感器的性能不會根據(jù)測定對象物的不同位置而發(fā)生偏差，而且不管對測定范圍內(nèi)的哪一位置，都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定。


圖I是示出了光學(xué)位移傳感器的外觀的立體圖。圖2是在拿掉了圖I所示的光學(xué)位移傳感器的蓋并沿著箭頭II的方向觀察時的平面俯視圖。圖3是示出了投光透鏡的立體圖。圖4是示出了受光透鏡的立體圖。圖5是示出了光學(xué)位移傳感器的示意圖。圖6是示出了與光源的在投光軸上的距離和光學(xué)位移傳感器的測定誤差之間的關(guān)系的曲線圖。圖7是示出了現(xiàn)有的光學(xué)位移傳感器的圖。圖8是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的與激光二極管的在投光軸上的距離和光學(xué)位移傳感器的測定誤差之間的關(guān)系的曲線圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下9 投光模塊10 光學(xué)位移傳感器11 光源12 投光透鏡13 受光元件13a 受光面
14受光透鏡14a主面15透鏡架16測定對象物16a反射位置30殼體31底面32側(cè)壁 32a、32b 開口部33蓋。
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發(fā)明的一實施方式的光學(xué)位移傳感器進行說明。圖I是示出了光學(xué)位移傳感器10的外觀的立體圖。圖2是在拿掉了圖I所示的光學(xué)位移傳感器10的蓋33并沿著箭頭II的方向進行觀察時的俯視圖。此外，在圖2中，除了光學(xué)位移傳感器10的俯視圖之外，還圖示了測定對象物16。參照圖I及圖2，光學(xué)位移傳感器10用于對測定對象物16的位移進行測定。光學(xué)位移傳感器10在大致長方體形狀的殼體30的內(nèi)部具有投光模塊9，其用于將所期望的光束形狀的光照射至測定對象物16 ;受光元件13，其用于接收來自投光模塊9的光被測定對象物16反射的反射光；受光透鏡14,其位于測定對象物16和受光元件13之間。投光模塊9具有光源11，其用于發(fā)出光；投光透鏡12，其位于測定對象物16和光源11之間。投光模塊9、受光兀件13以及受光透鏡14構(gòu)成規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)。此外，在圖2中，利用三點劃線來示出了從投光模塊9發(fā)出的光線，該三點劃線也示出了投光模塊9的光軸即投光軸L1和用于接收來自測定對象物16的反射光的受光透鏡14的光軸即受光軸L2。殼體30包括底面31,其配置在底部,用于固定構(gòu)成光學(xué)位移傳感器10的光學(xué)系統(tǒng)的部件；側(cè)壁32，其具有開口部32a、32b，用于包圍底面31的周邊；蓋33，其與底面31相對置。底面31為平面形狀，在該底面31上固定有光源11等。雖未圖示，但側(cè)壁32具有能夠連接電纜等的連接部。而且，開口部32a與受光透鏡14相對置，開口部32b與投光透鏡12相對置。圖3是示出了投光透鏡12的立體圖。圖4是示出了受光透鏡14的立體圖。參照圖I 圖4，光源11為激光二極管，用于對測定對象物16照射激光束。投光透鏡12包括用于收容透鏡的透鏡架(lens holder)，用于對光源11發(fā)出的光進行會聚，從而將來自光源11的光調(diào)整為規(guī)定的形狀。受光兀件 13 為 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互補金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器，通過受光面接收來自測定對象物16的反射光。在受光面上以直線狀配置有多個受光元件。受光透鏡14采用非球面透鏡，收容于透鏡架15中，用于對來自測定對象物16的反射光進行會聚來成像在受光面上。受光透鏡14配置成受光軸L2通過受光透鏡14的中心且受光透鏡14的主面與受光軸L2相垂直。在光學(xué)位移傳感器10中,若從投光模塊9的光源11照射激光束，則所照射的光經(jīng)過側(cè)壁32的開口部32b到達測定對象物16，并被測定對象物16反射。然后，來自測定對象物16的反射光經(jīng)過側(cè)壁32的開口部32a而入射至受光透鏡14，從而反射光通過受光透鏡14成像在受光面上。然后，根據(jù)成像時接收到的光來檢測像的位置。由此，光學(xué)位移傳感器10測定出測定對象物16在投光軸L1方向上的位移。此時，在光學(xué)位移傳感器10中，調(diào)整配置投光模塊9、受光元件13以及受光透鏡14使得滿足交線條件。圖5是示出了光學(xué)位移傳感器10的示意圖。具體地講，如圖5所示，光學(xué)位移傳感器10具有規(guī)定的測定范圍W1，在該規(guī)定的測定范圍W1內(nèi)能夠測定出測定對象物16的位移。該規(guī)定的測定范圍W1，是示出了測定對象物16上的光的反射位置16a的范圍，是在投光軸L1上的從離投光模塊9的光源11近的第一位置Pni到離投光模塊9的光源11遠的第二位置Pfi為止的范圍。即，測定對象物16上的光的反射位置16a，在投光軸L1上具有規(guī)定的測定范圍W1的寬度。此外，在圖5中，利用虛線來示出了第一位置Pni的測定對象物16'以及第二位置Pfi的測定對象物16"，并利用粗線來示出了規(guī)定的測定范圍W1內(nèi)的光的反射位置16a。而且,規(guī)定的測定范圍W1例如為20 30mm。與規(guī)定的測定范圍W1相對應(yīng)地，受光元件13的受光面13a具有從離投光模塊9的光源11近的位置Pn2到離投光模塊9的光源11遠的位置Pf2為止的規(guī)定的寬度W2。
而且，光學(xué)位移傳感器10調(diào)整配置成規(guī)定的光學(xué)系統(tǒng)滿足交線條件，即測定對象物16上的射位置16a(投光軸L1X受光透鏡14的主面14a和受光元件13的受光面13a各自的延長線相交于一點Sp由此，在光學(xué)位移傳感器10中，不管被測定范圍W1的哪一位置反射的反射光，成像時在受光面13a上都能夠?qū)崿F(xiàn)對焦。而且，光學(xué)位移傳感器10對測定范圍W1內(nèi)的測定對象物16的位移進行測定。此時，受光透鏡14配置成從第一位置Pni入射至受光透鏡14的反射光的入射角(視場角)Θ I與從第二位置Pfi入射至受光透鏡14的反射光的入射角(視場角)Θ 2成為相同大小的角度。入射角Θ I是受光軸L2和從第一位置Pni入射的光線η所成的角度，入射角Θ 2是受光軸L2和從第二位置Pfi入射的光線f所成的角度。而且，受光軸L2和投光軸L1相交叉的交叉點Pc屬于規(guī)定的測定范圍W1內(nèi)，從第一位置Pni到交叉點P。的距離a和從第二位置Pfi到交叉點P。的距離b為不同的距離。即，在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖7所示，從第一位置Pni到交叉點Pc/的距離a，、從第二位置Pfi到交叉點IV的距離b'相同。在圖5中，利用點劃線來示出了現(xiàn)有技術(shù)中的受光軸L2'和受光透鏡14的主面14a'的延長線。具體地講，以使現(xiàn)有技術(shù)中的入射角Θ1'變小的方式將受光透鏡14配置成傾斜規(guī)定的角度，從而得到本申請發(fā)明中的入射角Θ I。即，以使受光軸L2相對受光軸L2'例如在O. 5度 2度的范圍內(nèi)發(fā)生傾斜的方式，將受光透鏡14與光源11分開配置。如上所述，受光軸L2'是連接測定范圍W1的中心P。'和受光透鏡14的中心來得到的線，受光軸L2與連接測定范圍W1的中心IV和受光透鏡14的中心來得到的L2'所成的傾斜角Θ 3，例如為O. 5度 2度。這里，所謂相同的角度，不僅包括完全沒有偏差的相同的角度，而且還包括彼此具有若干偏差的情形，例如包括入射角Θ I為O. 5度而入射角Θ 2為O. 6度的情況等具有若干偏差的情況。即，所謂相同的角度，包括大致等同的角度的情形。即，若使受光透鏡14在
O.5度 2度的范圍內(nèi)發(fā)生傾斜，則入射角Θ I和入射角Θ 2變?yōu)橄嗤虼笾碌韧慕嵌?，由此受光透鏡14能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的配置。而且，在要使除了彗差以外的其他像差例如球差所帶來的影響變小的情況下等，若兩個角度變?yōu)榇笾碌韧慕嵌?，則受光透鏡14能夠?qū)崿F(xiàn)最佳配置。通過受光透鏡14的這樣的配置，能夠使來自第一位置Pni的反射光的入射角Θ I和來自第二位置Pfi的反射光的入射角Θ2變?yōu)橄嗤笮〉慕嵌?。即，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠使來自第一位置Pni的反射光的入射角Θ1變小。這樣，來自第一位置Pni的反射光所成的像，不會嚴(yán)重受到彗差的影響。另外，能夠使來自第一位置Pni的反射光所成的像和來自第二位置Pfi的反射光所成的像的成像精度變得相同。其結(jié)果，光學(xué)位移傳感器100的性能不會根據(jù)測定對象物16的不同位置而發(fā)生偏差，而且不管對測定范圍W1內(nèi)的哪一位置，都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定。S卩，使彗差對于光學(xué)位移傳感器10的影響，在第一位置Pni和第二位置Pfi得到良好的平衡，從而能夠抑制測定精度在測定范圍W1內(nèi)發(fā)生偏差。圖6是示出了與光源11的在投光軸L1上的距離和光學(xué)位移傳感器10的測定誤差之間的關(guān)系的曲線圖。如圖6所示，在第一位置Pni和第二位置Pfi具有相同程度的誤差Ec。因此，光學(xué)位移傳感 器10的性能不會發(fā)生偏差，而且不管對測定范圍W1內(nèi)的哪一位置，都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定。另外，在這樣的光學(xué)位移傳感器10中，能夠?qū)碜缘谝晃恢肞ni的反射光的入射角Θ I和來自第二位置Pfi的反射光的入射角Θ2調(diào)整為相同大小的角度。即，與現(xiàn)有技術(shù)相t匕，能夠使來自第一位置Pni的反射光的入射角Θ I變小。這樣，來自第一位置Pni的反射光所成的像，不會嚴(yán)重受到彗差的影響。另外，能夠使來自第一位置Pni的反射光所成的像和來自第二位置Pfi的反射光所成的像的成像精度變得相同。其結(jié)果，光學(xué)位移傳感器100的性能不會根據(jù)測定對象物16的不同位置而發(fā)生偏差，而且不管對測定范圍W1內(nèi)的哪一位置，都能夠恰當(dāng)?shù)剡M行測定。另外，在光學(xué)位移傳感器10中，受光透鏡14采用了非球面透鏡，所以利用受光元件13進行成像時，也能夠抑制球差。此外，在上述實施方式中，舉例說明了受光元件13采用CMOS傳感器的情形，但并不僅限定于此，也可以采用CCD (Charge Coupled Device :電荷稱合器件)傳感器。另外，在上述實施方式中，舉例說明了受光透鏡14采用非球面透鏡的情形，但并不僅限定于此，例如也可以采用組合多個透鏡而成的結(jié)構(gòu)。上面，參照附圖來說明了本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明并不僅限定于圖示的實施方式。在與本發(fā)明相同的范圍內(nèi)或等同的范圍內(nèi)，可以對圖示的實施方式進行各種各樣的修正或變形。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠有效利用于光學(xué)位移傳感器的制造中。
權(quán)利要求
1.一種受光透鏡的配置方法，該受光透鏡使用于光學(xué)位移傳感器中，其特征在于， 上述光學(xué)位移傳感器具有 投光模塊，其用于將光照射至測定對象物， 受光元件，其用于接收來自上述投光模塊的光被上述測定對象物反射的反射光；上述受光透鏡位于上述測定對象物和上述受光元件之間，用于將上述反射光成像在上述受光元件上， 上述投光模塊、上述受光元件和上述受光透鏡配置為滿足交線條件， 光在上述測定對象物上的反射位置，在上述投光模塊的光軸上位于從離上述投光模塊近的第一位置到離上述投光模塊遠的第二位置為止的規(guī)定的范圍內(nèi)， 在上述配置方法中，以使從上述第一位置入射至上述受光透鏡的反射光的入射角與從上述第二位置入射至上述受光透鏡的反射光的入射角變?yōu)橄嗤慕嵌鹊姆绞脚渲蒙鲜鍪芄馔哥R。
2.如權(quán)利要求I所述的受光透鏡的配置方法，其特征在于，上述受光透鏡包括非球面透鏡。
3.如權(quán)利要求I或2所述的受光透鏡的配置方法，其特征在于，將上述受光透鏡配置成上述受光透鏡的光軸相對于連接上述規(guī)定的范圍的中心和上述受光透鏡的中心得到的線以規(guī)定的角度傾斜。
4.一種光學(xué)位移傳感器， 具有 投光模塊，其用于將光照射至測定對象物， 受光元件，其用于接收來自上述投光模塊的光被上述測定對象物反射的反射光， 受光透鏡，其位于上述測定對象物和上述受光元件之間，用于將上述反射光成像在上述受光元件上； 上述光學(xué)位移傳感器的特征在于， 上述投光模塊、上述受光元件及上述受光透鏡配置為滿足交線條件， 光在上述測定對象物上的反射位置，在上述投光模塊的光軸上位于從離上述投光模塊近的第一位置到離上述投光模塊遠的第二位置為止的規(guī)定的范圍內(nèi)， 從上述第一位置入射至上述受光透鏡的反射光的入射角和從上述第二位置入射至上述受光透鏡的反射光的入射角為相同的角度。
全文摘要
光學(xué)位移傳感器(10)具有投光模塊(9)；受光元件(13)，其用于接收來自投光模塊(9)的光被測定對象物(16)反射的反射光；受光透鏡(14)，其位于測定對象物(16)和受光元件(13)之間，用于將反射光成像在受光元件(13)上。光在測定對象物(16)上的反射位置，在投光模塊(9)的光軸(L1)上位于從離光源(11)近的第一位置(PN1)到離光源(11)遠的第二位置(PF1)為止的規(guī)定的范圍(W1)內(nèi)。而且，以使從第一位置(PN1)入射至受光透鏡(14)的反射光的入射角(θ1)與從第二位置(PF1)入射至受光透鏡(14)的反射光的入射角(θ2)變?yōu)橄嗤嵌鹊姆绞脚渲檬芄馔哥R(14)。
文檔編號G01B11/00GK102834693SQ20118001536
公開日2012年12月19日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者山川健太, 一柳星文 申請人:歐姆龍株式會社