JP5780278B2 - 光学式センサにおけるレンズ部の固定方法および発光部品の固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、投光部および受光部と、受光部から出力された受光量信号を用いた検出処理を行う処理部とを有する光学式センサに関するもので、特に、投光部および受光部に含まれるレンズ部や投光部の発光部品を固定するための技術に関する。

光学式センサの投光部には、レーザダイオードやＬＥＤなどの発光素子が設けられ、受光部には、フォトダイオード、ＣＭＯＳ、ＣＣＤなどの受光素子が設けられる。また、発光素子および受光素子の前方には、１または複数枚のレンズをレンズホルダにより支持した構成のレンズ部が設けられる。

変位センサや安全用途の光電センサなど、高い検出精度が求められる光学式センサを製作する場合には、発光素子や受光素子（以下、これらを「光学素子」と総称する。）とレンズ部との光軸合わせやレンズ部の焦点位置の調整を厳密に行う必要がある。このようなセンサの従来例として、たとえば特許文献１には、発光素子が搭載された基板および投光用のレンズ部と、受光素子が搭載された基板および受光用のレンズ部とを、「ベース」と呼ばれる支持板上に一体に設けることにより光学ユニットを形成し、これをセンサの筐体内に組み込むことが記載されている。また、この特許文献１には、受光用のレンズ部のレンズホルダをＬ字状にしてベースにねじ止めすると共に、このレンズホルダにクランプ金具を仮止めして両者の間に受光レンズを挿入し、レンズの光軸調整を行なった後にクランプ部材を締め付けることによりレンズを固定することが、記載されている。

また、他の従来例として、特許文献２には、発光素子と投光用レンズとを一体にした投光モジュールを組み立てて、これをセンサ内の回路基板に搭載することが記載されている。さらに特許文献２には、投光モジュールの組み立てに関して、筒状のホルダの後端部に発光素子を嵌め込んだ後に、ホルダの前方よりレンズ部を挿入して、特殊な部品（ランナ付きレンズ部品）によりレンズ部を支持しながら、光軸方向（Ｚ軸方向）および光軸方向に直交する平面を構成する２軸（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に対するレンズ部の位置を調整することが記載されている。

さらに他の従来例として、特許文献３には、発光素子を透光性を有する樹脂部材に封止し、その樹脂部材の上面にレンズ部を一体に形成することにより、発光素子とレンズ部とが位置合わせされた光学モジュールを作成し、これをセンサに組み込むことが記載されている。

特開２００５−２９２４７１号公報 特開２００６−５４４３６号公報 特開２００７−１４２３７１号公報

特許文献１に記載された発明では、レンズホルダやクランプ金具をネジにより固定するため、部品点数が多くなり、また作業の工数も多くなる。

また、実際の組立処理では、光学素子の位置や光軸を調整する作業と、それに合わせてレンズ部の位置や光軸を調整する作業とを何度も繰り返して、両者の最適な状態を決定して固定するので、作業はより複雑なものとなる。

また特許文献２，３に記載された発明では、いずれも、筐体の外で光学素子とレンズ部との光軸調整や固定作業を行った後に、これらが一体化された光学モジュールをセンサの筐体内に組み込んでいるが、センサの検出精度を確実なものとするには、センサの筐体の内部で光学素子やレンズ部を固定するのが望ましい。

しかし、センサの筐体や部品は小型であり、また上記のとおり、複雑な作業が必要になるので、筐体の内部で光学素子やレンズ部の位置決めや固定を行うのは困難である。

本発明は上記の問題に着目し、簡単な構成を追加することによって、光学素子に対するレンズ部の位置や光軸の関係を調整してレンズ部を固定する作業を、容易に実施できるようにすること、課題とする。また、本発明では、センサの筐体内での作業を容易にすることによって、検出精度を確実に確保できるようにすることや、複数のタイプのセンサでレンズ部の固定に必要な構成を共有できるようにすることも、課題とする。

加えて本発明では、光学素子が組み込まれた発光部品を固定する作業を容易かつ精度よく行うことを、課題とする。

本発明が提示するレンズ部の固定方法は、光学式センサの投光部および受光部の双方のレンズ部に対して実施することができる。この方法では、センサの筐体内部に設けられる支持板の上にレンズ部およびこれと対をなす光学素子をそれぞれの光軸を支持板の板面に合わせて対向する状態で固定することを前提として定めた前記レンズ部の固定場所の前記板面に、レンズ部の幅長さより広い間隔を隔ててレンズ部の光軸を挟んで対向する関係になる一対の柱状体の組を、少なくとも一組立設する。そして、光学素子を支持板の定められた場所に固定した後に、対をなす柱状体を結ぶラインに光軸を交差させた姿勢の前記レンズ部を前記対をなす柱状体の間の空間に挿入して光学素子に対するレンズ部の位置および姿勢を調整する。そしてレンズ部と各柱状体との間の隙間にそれぞれ注入された接着性樹脂を用いて、調整終了後のレンズ部の状態を維持した状態でレンズ部を固定する。

各柱状体は、たとえば成型加工により、支持板に一体に設けることができる。本発明では、まず光学素子を、その位置や光軸を調整した上で固定し、その後に、レンズ部を専用の治具などで支持しながら対をなす柱状体の間の空間に挿入し、この段階で、レンズ部と光学素子との光軸が合わせられ、焦点が適切な位置に設定されるように、レンズ部の位置および姿勢を調整する。この調整が終了すると、調整後のレンズの状態を維持したまま、レンズ部と各柱状体との間に接着性樹脂を注入して当該樹脂を固める。これにより、レンズ体は接着性樹脂を介して各柱状体により支持された状態となる。

上記の方法では、レンズ部が各柱状体に対してある程度の余裕度を持つように対をなす柱状体の間の間隔がレンズ部より広く設定されるので、レンズ部の位置や姿勢を容易に変更することができる。特に光軸方向に対しては、対をなす柱状体にレンズを対向させることが可能な範囲でレンズ部を大きく動かすことができる。また、光学素子の位置を固定してから、それに合わせてレンズ部のみを動かせば良いので、効率良く作業を進めることができる。また、柱状体とレンズ部との間に接着性樹脂を注入し、この樹脂が固まるまでレンズ部を支持することによってレンズ部を固定することができる。よって、レンズ部を固定する作業も容易になる。

本発明の好ましい一実施態様では、少なくとも投光部のレンズ部を、支持板に接触しない状態で対をなす柱状体の間の空間に挿入して、光学素子の光軸の方向（Ｚ軸方向）および光軸に直交する平面上の２方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）におけるレンズ部の位置を調整する。検出精度を確保するには、特に投光部の光軸や焦点の位置を厳密に調整する必要があるが、上記の実施態様では、レンズ部を支持板よりも上の空間で、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向に沿って動かすことができるので、必要な調整を容易に行うことができる。さらに、この調整終了時のレンズ部が支持板に接触しない状態となっても、周囲の柱状部と接着性樹脂とにより、レンズ部の調整された位置を維持して支持することができる。

他の好ましい実施態様では、投光部のレンズ部と各柱状体との間の隙間において、当該レンズ部と対をなす光学素子の光軸に対応する位置に接着性樹脂を注入する。この方法によれば、光が通過する位置でレンズ部を安定して維持することができるので、検出用ビームの精度を確保することができる。

他の好ましい実施態様では、柱状体のレンズ部が配置される場所に対向する箇所の幅を反対側よりも狭く形成する。また、接着性樹脂として紫外線硬化樹脂を使用すると共に、支持板に向けて紫外線を照射することによりレンズ部と各柱状体との間に注入された当該樹脂を硬化させる。

上記の実施態様によれば、柱状体のレンズ部に対向する箇所を反対側よりも幅狭にすることにより、照射された紫外線は、柱状体の面に沿ってレンズ部と柱状体との間の隙間に導かれやすい状態になる。よって、紫外線硬化樹脂を速やかに硬化させて、レンズ部を固定することができる。

より好ましい実施態様では、柱状体が立設された支持板をセンサの筐体の内部に導入して固定した後に、前記光学素子およびレンズ部を固定する。本発明では、簡単な作業により光学素子とレンズ部との位置や光軸を精度良く調整して固定することができるので、柱状体が形成された支持板を先にセンサの筐体内に導入して固定し、筐体の内部で光学素子やレンズ部を固定することが容易である。よって、光学素子やレンズ部が筐体内に導入された状態で光軸や焦点の位置合わせ状態を確認しながらレンズ部を固定することができ、センサの検出精度を高い確度で保障することが可能になる。

つぎに、本発明が提示する光学センサの発光部品の固定方法では、センサの筐体内部に設けられる支持板の上に基板に搭載された発光部品およびこれと対をなすレンズ部をそれぞれの光軸を支持板の板面に沿わせて対向させた状態で固定することを前提として定めた前記発光部品の固定場所の前記板面に、発光部品の幅長さより広い間隔を隔てて発光部品の光軸を挟んで対向する関係になる一対の柱状体の組を、少なくとも一組立設する。そして、発光部品と対をなすレンズ部を支持板の定められた場所に固定した後に、対をなす柱状体を結ぶラインに光軸を交差させた姿勢の前記発光部品が前記対をなす柱状体の間の空間に挿入されると共に各柱状体の背後の空間に基板が挿入されるように発光部品および基板を配置して、レンズ部に対する発光部品の位置および姿勢が調整されるように基板を動かし、、発光部品と各柱状体との間の隙間にそれぞれ注入された接着性樹脂を用いて、調整終了後の発光部品および基板の状態を維持した状態で前記発光部品および基板を固定する。

上記の方法では、先のレンズ部の固定方法とは反対に、レンズ部を固定してから、基板に搭載された状態の発光部品を、支持板に立設された柱状体に接着性樹脂を介して固定する。この場合にも、対をなす柱状体間の空間が発光部品に対して十分な余裕度を持つように各柱状体の配置位置を設定することによって、レンズ部に対する発光部品の位置や姿勢が良好になるように調整することができる。また、その調整を維持した状態で柱状体と発光部品との間に接着性樹脂を注入し、当該樹脂を固めることによって、発光部品およびこれを搭載する基板を容易に固定することができる。

上記のレンズ部の固定方法により組み立てられた光学式センサでは、投光部および受光部は、それぞれセンサの筐体内部の支持板に固定された光学素子と当該光学素子に対向配備されるレンズ部とを備えると共に、光学素子およびレンズ部がそれぞれの光軸を前記支持板の板面に沿わせて対向する状態で固定される。また、投光部および受光部の各レンズ部に対し、それぞれ当該レンズ部の幅長さより広い間隔を隔ててレンズ部の光軸を挟んで対向する関係にある一対の柱状体の組が、当該レンズ部との間に隙間を生じるように、少なくとも一組、前記支持板の板面に立設されると共に、レンズ部は、その光軸に関する断面形状が一定である部分を有すると共に、柱状体の軸方向において前記支持板に対して隙間を有し、かつ、その光軸上の前後において他の部材と干渉しないための隙間を有するように構成されており、これらの柱状体に対し、レンズ部が接着性樹脂を介して固定される。

また、発光部品の固定方法により組み立てられた光学式センサでは、投光部は、センサの筐体内部の支持板に固定されたレンズ部と、発光部品が搭載された基板とを備えると共に、発光部品およびレンズ部がそれぞれの光軸を前記支持板の板面に沿わせて対向する状態で固定される。また、発光部品に対し、その幅長さより広い間隔を隔てて発光部品の光軸を挟んで対向する関係にある一対の柱状体の組が、当該発光部品との間に隙間を生じるように、少なくとも一組、前記支持板の板面の前記基板より前の箇所に立設されると共に、発光部品は、その光軸に関する断面形状が一定である部分を有すると共に、柱状体の軸方向において前記支持板に対して隙間を有し、かつ、その光軸上の前後において他の部材と干渉しないための隙間を有するように構成されており、これらの柱状体に対し、発光部品が接着性樹脂を介して固定される。

上記各構成の光学式センサは、投光部および受光部が同一の筐体に収容された反射型のセンサとして構成される場合もあれば、投光部および受光部がそれぞれ異なる筐体に収容された透過型のセンサとして構成される場合もある。

本発明によれば、筐体の内部に配備される支持板に柱状体という簡易な構成を付加することによって、光学素子を固定した後で、柱状体により囲まれた空間内にレンズ部を挿入して光学素子に対するレンズ部の位置や姿勢を調整し、調整後のレンズ部を、当該レンズ部と柱状体との隙間に注入された接着性樹脂により固定することができるので、作業効率を向上させることができる。またレンズ部の固定のための作業も容易になり、作業者の労力を減らすことができる。また、柱状体による固定が可能な状態でレンズ部を動かすことができる範囲にある程度の余裕度をもたせておけば、レンズ部の大きさや形状が変更された場合でも、固定のための構成を変更する必要がない。また、センサの種別によって検出距離が異なったり、レンズ部に導入されるレンズの種類や数が異なるためにレンズ部の焦点の位置を変更する必要がある場合にも、光軸方向におけるレンズ部の位置を調整することにより容易に対応することができる。

また、センサの筐体の内部に光学素子やレンズ部を導入して、位置や姿勢の調整および固定の作業を行うことによって、検出精度を確実に確保することができる。

また、本発明によれば、投光部のレンズ部を先に固定した後に、発光部品が搭載された基板を、上記と同様の柱状体および接着性樹脂を用いて容易に固定することができる。また、この場合にも、柱状体の間の空間の発光部品に対する余裕度が十分に確保されるように各柱状体の配置位置を設定することによって、光軸方向および光軸方向に直交する平面上の２方向における発光部品の位置の調整の自由度を確保することができ、精度の良い調整が可能になる。

変位センサの使用状態を示す斜視図である。 変位センサの筐体を投受光面を正面にして示す斜視図である。 変位センサの筐体の一側面の正面図である。 筐体の内部の構成を示す正面図である。 投光部の構成を拡大して示す斜視図である。 受光部のレンズ部の構成を拡大して示す斜視図である。 レンズ部の固定に用いられる紫外線の進行状態を示す説明図である。 投光部側のレンズ部の固定位置と光軸との関係を示す説明図である。 投光部にミラーを設ける例を示す説明図である。 他の実施形態の投光部の構成を拡大して示す斜視図および上面図である。

図１は、本発明が適用された変位センサの使用状態を示す。
この実施例の変位センサ１は、工場の製造ラインなどに配備されて、検出対象のワークＷにレーザビームＬ１を照射すると共にレーザビームＬ１に対するワークＷからの反射光Ｌ２を受光し、その受光状態に基づきワークＷの変位量を計測する。この処理のために、センサの筐体１００の内部には、投光部および受光部と、ＣＰＵを含む処理回路が搭載された制御基板などが配備される。

また、この変位センサ１は、図中のケーブル１０を介して「アンプ部」と呼ばれる別筐体（図示せず。）に接続される。センサにより検出された変位量は、このアンプ部に設けられた表示部に表示されるほか、アンプ部を介して、ＰＬＣ、パーソナルコンピュータなどの外部機器（図示せず。）に出力される。

図２は、上記センサ１の筐体１００を、投受光面１０６を正面にした状態の斜視図として示す。図３は、筐体１００の一方の側面を正面から見た状態を示す。なお、図２中のＺ軸は、投光部の光軸の方向に相当する。また、Ｘ軸およびＹ軸は、変位量の計測の基準となる仮想平面（センサからの距離がゼロの平面）を表す軸であって、Ｚ軸に直交する。

筐体１００の投受光面１０６には、レーザビームＬ１を出射するための投光窓２０と、反射光Ｌ２を取り込むための受光窓３０とが形成される。また、組立処理の便宜のために、筐体の一方の側板１０１は大きく開口され、その開口部１０５に覆い板１０３が被せられ、ネジ１０４により固定される。

図４は、上記の覆い板１０３を外して、筐体１００の内部の構成を示したものである。このセンサ１の筐体１００には、開口部１０５に応じた形状の収容空間が形成されており、開口部１０５に対向する側板１０２（図１に示す。）の内面に樹脂製の支持板１１０が組み付けられている。この支持板１１０は、金属成形加工または樹脂成形加工により形成されたもので、その上面には後記する三角柱１２１，１２２や円柱１３１，１３２，１３３，１３４が一体に形成される。

筐体１００内の空間の向かって左寄りの位置には電源基板１１３が、支持板１１１上に起立した姿勢で配備される。電源基板１１３より左側の小領域が投光部２０１となり、右側の大きな領域が受光部３０１となる。

受光部３０１の後方（センサの使用時には上方となる。）では、ケーブル１０から露出したコード線１１４が、電源基板１１３に接続された状態で配置される。なお、図４には示していないが、前述の処理回路が搭載された制御基板は、電源基板１１３に設けられたコネクタ（図示せず。）に接続され、その面を支持板１１０に対向させた姿勢で筐体内の上部位置に配備される。また、ケーブル１０には、制御基板に接続されるコード線も含まれる。

投光部２０１は、レーザダイオード２２が搭載された基板２３（以下、「ＬＤ基板２３」という。）とレンズ部２１とにより構成される。ＬＤ基板２３は、レーザダイオード２２が投光窓２０の方に向けられた状態になるように支持板１１０上に起立した姿勢をもって、投光部２１０の奥部に配備される。

レンズ部２１は、前面が開口されたレンズホルダ２１０の内部に１枚または複数枚のレンズ（図示せず。）が収容された構成のもので、ＬＤ基板２３の前方に配備される。

受光部３０１には、受光ユニット３２とレンズ部３１とが含まれる。受光ユニット３２は、ＣＭＯＳイメージセンサのチップ素子が搭載された基板３３をホルダ部３４に組み付けた構成のもので、接着剤などにより支持板１１０上に固定される。レンズ部３１は、前面が開口されたレンズホルダ３１０の開口部に集光用のレンズ３１１が嵌め込まれた構成のものである。このレンズ部３１は、受光窓３０の近傍位置に、その窓面に対してレンズ３１１の面をやや斜めにした状態で固定される。

図５は、上記のセンサ１内の投光部２０１を対象とした拡大斜視図である。
図４および図５に示すように、この投光部２０１のレンズ部２１のレンズホルダ２１０は、後端部が幅広に形成されているが、後端部から開口部２１３を含む前端部までの範囲が比較的長く形成されている。以下、この幅が狭い範囲の両側面２１１，２１２を「幅狭部２１１，２１２」という。支持板１１０には、レンズホルダ２１０の幅狭部２１１，２１２の形成箇所を挟んで対向するように、一対の三角柱１２１，１２２が立設されている。各三角柱１２１，１２２は、ともに一角部をレンズホルダ２１０に対向させた状態となっている。

レンズ部２１は、各三角柱１２１，１２２とレンズホルダ２１０との間の隙間に注入されて固められた接着性樹脂４０（この実施例では、紫外線硬化樹脂を使用する。）を介して各三角柱１２１，１２２に固定される。

図６は、受光部３０１側のレンズ部３１の拡大斜視図である。
図４および図６に示すように、レンズ部３１のレンズホルダ３１０の四隅の近傍位置にはそれぞれ円柱１３１，１３２，１３３，１３４が立設されている。レンズ部３１は、各円柱１３１〜１３４とレンズホルダ３１０との間の隙間に注入されて固められた接着性樹脂４０を介して各円柱１３１〜１３４に固定される。

上記構成の変位センサ１を組み立てる際には、まず支持板１１０を筐体１００の側板１０２の内面に組み付けてから、各種部品を筐体１００内に導入して固定する。

この場合、投光部２０１は受光部３０１より先に形成される。投光部２０１を形成する作業では、まず、接着剤による固定や圧入などの方法により、ＬＤ基板２３を投光部２０１内の奥部に固定する。そして、レンズ部２１を専用の治具により支持しながら、各三角柱１２１，１２２の間の空間内に挿入し、光軸方向（Ｚ軸方向）および幅方向（Ｘ軸方向）ならびに高さ方向（Ｙ軸方向）の各軸方向に対するレンズ部２１の位置や姿勢を調整する。具体的には、筐体１００の投受光面１０１から所定距離離れた位置に計測器を配置して、レーザダイオード２２を発光させながら投光窓２０より出射されるレーザビームＬ１の径やそのビームのＸ座標およびＹ座標を計測し、これらの計測値があらかじめ定めた適切な値になるまで調整を続ける。なお、この調整処理はレンズ部２１を支持板１１０に接触させない状態で行われるので、最終的にも、レンズ部２１は支持板１１０から浮いた状態で固定される可能性がある。

調整が終了した後も、レンズ部２１の位置および姿勢が調整された状態で維持されるように、治具による支持を続けながら、レンズホルダ２１０と各三角柱１２１，１２２との間の隙間に紫外線硬化樹脂４０を注入する。さらに、引き続き、治具によるレンズ部２１の支持を続けながら、投光部２０１の上方から支持板１１０の方に向けて紫外線を照射する。この紫外線は広がりながら進行したり、支持板１１０や筐体１００の内壁面などで反射したりして、レンズ部２１や三角柱１２１，１２２の方へと導かれる。レンズ部２１と三角柱１２１，１２２との間の隙間は微小なものであるが、いずれの三角柱１２１，１２２も、一角部をレンズ部２１に対向させた状態で配置されているので、図７で矢印により示すように、紫外線を三角柱１２１，１２２の側面に沿って接着箇所に回り込ませることができる。これにより、樹脂４０を速やかに硬化させることができるので、調整後のレンズ部２１が位置ずれしないうちにレンズ部２１を固定することができる。

上記の調整方法によれば、レンズホルダ２１の幅狭部２１１，２１２と各三角柱１２１，１２２間の距離との差が微小であるので、Ｘ軸方向に対する位置決めが容易になる。一方、Ｙ軸方向に対しては、上下の各方向にレンズ部２１を動かして詳細な位置調整を行うことができる。またＺ軸方向におけるレンズ部２１の位置調整によって焦点の位置が調整されることになるが、この実施例では、レンズホルダ２１０の幅狭部２１１，２１２と三角柱１２１，１２２とを対向させる範囲内であれば、レンズ部２１を自由に動かすことができるので、焦点位置の設定の自由度を高めることができる。

また、この実施例では、図８に示すように、レンズ部２１の光軸Ｌを中心とする所定の高さ範囲が紫外線硬化樹脂４０の注入位置となるようにしている。これにより、レーザビームＬ１が通過する高さ位置でレンズ部２１を安定して支持することができるので、レーザビームＬ１の出射方向やビームの径を安定させることができる。

投光部２０１に照射される紫外線は、実際にはかなりの範囲に広がるので、図９に示すように、筐体１００の内側面のレンズ部２１に対向する位置にミラー２５を配備してもよい。このようにすれば、レンズ部２１の周囲に拡散した紫外線の一部をミラー２５により反射させて、レンズ部２１の方に導くことができるので、紫外線硬化樹脂４０をより迅速に固めることができる。

受光部３０１を形成する作業においても、上記と同様に、まず支持板１１０上に受光ユニット３２を固定し、４個の円柱１３１〜１３４により囲まれた空間内にレンズ部３１を挿入する。そして、受光ユニット３２が検出に適した受光状態になるように、レンズ部３１の位置や姿勢を調整する。たとえば、投受光面１０１から一定の距離離れた場所にモデルの検出対象物を配置し、この対象物にレーザビームＬ１を照射しながらＣＭＯＳイメージセンサによる撮像を行い、生成された画像データ中の受光量のピークがセンサ１から対象物までの距離に適合する位置に現れるようになるまで、レンズ部３１の位置や姿勢を調整する。

上記の調整が終了すると、その時点のレンズ部３１の位置および姿勢を維持したまま、各円柱１３１〜１３４とレンズユニット３１０との隙間に紫外線硬化樹脂４０を注入する。そして、紫外線を照射することにより、各円柱１３１〜１３４にレンズ部３１を固定する。

各円柱１３１〜１３４は、それぞれレンズ部３１の配置場所を挟んで互いに対向した関係になっているので、レンズ部３１を安定して支持することができる。また、レンズ部３１の四隅を紫外線硬化樹脂４０を介して円柱１３１〜１３４の周面に固定することが可能な範囲であれば、円柱１３１〜１３４に対するレンズ部３１の位置や姿勢を自由に変更することができるので、受光ユニット３２に対するレンズ部３１の位置合わせを精度良く行うことができる。

ただし、この実施例では、受光部３０１側のレンズ部３１の調整に際しては、レンズ部３１を支持板１１０に接触させた状態で行うようにしている。つまり、Ｘ軸方向およびＺ軸方向における位置とレンズ部３１の姿勢とは調整されるが、Ｙ軸方向におけるレンズ部３１の位置は調整されない。受光部３０１では、レンズ３１１が投光部２０１側のレンズより大型であり、またＣＭＯＳイメージセンサの画素配列が受光ユニット３２の横幅方向に対応しているので、Ｙ軸方向における光軸の位置に多少のずれが生じても、画素配列に対する反射光の入射位置に大きな影響が生じることがないからである。

上記のように、この実施例では、投光部２０１や受光部３０１を形成する際に、先にレーザダイオード２２を含むＬＤ基板２３やＣＭＯＳイメージセンサを含む受光ユニット３２を固定し、これらの前方に位置する複数の柱状体（三角柱１２１，１２１または円柱１３１〜１３４）の間の空間にレンズ部２１，３１を挿入し、レンズ部２１，３１と光学素子（レーザダイオードまたはＣＭＯＳイメージセンサ）との光軸合わせや焦点位置の調整を行った後にレンズ部２１，３１を固定する。よって、光軸や焦点位置を高精度に調整する処理を効率良く行うことができる。

また、レンズ部の周囲の柱状体とレンズ部との間に紫外線硬化樹脂４０を注入して当該樹脂４０を固めることによって、ネジなどの固定手段を用いなくともレンズ部を容易に固定することができる。よって、狭い筐体の内部でも固定作業を容易に行うことができ、レンズ部２１，３１の光軸や焦点の位置を精度良く合わせて、検出の精度を確保することができる。

また、センサの製作現場では、複数のタイプのセンサの間で、筐体や各種部品を共通にしたいという要望があるが、上記の実施例の投光部２０１では、レンズ部２１の幅狭部２１１，２１２が三角柱１２１，１２２に対向する範囲内であれば、Ｚ軸方向に沿ってレンズ部を自由に動かすことができる。よって、センサのタイプによって検出距離が異なる場合でも、Ｚ軸方向におけるレンズ部２１の位置を調整することにより対応できるので、柱状体を含む支持板１１０やＬＤ基板２３およびレンズ部２１を変更することなく、対応することができる。

センサの型によってレンズ部２１のレンズの種類や数が異なる場合にも、同様に、レンズ部２１のＺ軸方向の位置調整により対応することができる。

投光部２０１や受光部３０１のレンズホルダ２１，３１の大きさや形状が若干変わった場合にも、柱状体に対向させる部位（レンズ部２１ではレンズホルダ２１０の幅狭部２１１，２１２、レンズ部３１ではレンズホルダ３１０の四隅）との間に十分な余裕度があれば、柱状体の形成位置を変更することなく、レンズ部２１，３１を固定することができる。

また、上記の実施例では、投光部２０１の柱状体を三角柱とし、受光部３０１の柱状体を円柱としたが、これに限らず、全ての柱状体を三角柱にしてもよい。また、レンズ部との間の隙間に紫外線を導くのに適した柱状体の形状は三角柱に限らず、レンズ部に対向する箇所の幅が反対側よりも狭く設定されていればよい。たとえば、断面が半円状の柱を、その円弧部分がレンズ部の配置場所に対向する状態になるようにして支持板１１０に立設してもよい。

また、上記の実施例は、変位センサの投光部および受光部に本発明を適用したものであるが、変位センサに限らず、物体検出用の光電スイッチや安全用途に用いられる多光軸光電センサにおいても、上記実施例と同様の方法によりレンズ部を固定することができる。

上記のとおり、投光部２０１および受光部３０１のレンズ部２１，３１を、支持板１１０に立設された柱状体に紫外線硬化樹脂４０を介して固定する実施例を示したが、同様の固定方法を、ＬＤ基板２３の固定に適用することもできる。この適用例を図１０を参照して説明する。

図１０（１）は、他の実施例による変位センサの投光部２０１の拡大された斜視図であり、図１０（２）は投光部２０１の上面図である。これらの図に示すように、この実施例の投光部２０１には、先の実施例とは異なる形状のレンズ部２１Ａと、ＬＤ基板２３とが配備される。また、支持板１１０には、ＬＤ基板２３を固定する目的で、レンズ部２１Ａの配置場所より奥部に、一対の三角柱１２３，１２４が所定の間隔をあけて立設される。

レンズ部２１Ａは、薄型のホルダ２１４にレンズ２４が嵌め込まれた構成のもので、支持板１１０に固定される。

ＬＤ基板２３は、レーザダイオード２２が三角柱１２３，１２４の間の空間に挿入され、基板本体が三角柱１２３，１２４より後方に位置する状態で固定される。この固定は、レーザダイオード２２と各三角柱１２３，１２４との間の隙間に注入されて固められた接着性樹脂４０を介したレーザダイオード２２と三角柱１２３，１２４との連結により実現したものである。

上記構成の投光部２０１を組み立てる処理では、まず、接着剤による固定や圧入などの方法により、レンズ部２１Ａを支持板１１０上に固定する。次に、治具を用いて、レーザダイオード２２が三角柱１２３，１２４の間の空間に挿入され、基板本体が三角柱１２３，１２４の背後の空間に挿入されるように、ＬＤ基板２３を筐体１００内に導入する。

次に、レーザダイオード２２を発光させて、レンズ２４および投光窓２０を介して出射されたレーザビームＬ１の径やＸ座標およびＹ座標を計測しながら、各計測値があらかじめ定めた適切な値になるようにＬＤ基板２３の位置や姿勢を調整する。この調整処理では、レーザダイオード２２の外周面のいずれかの箇所が三角柱１２３，１２４に対向する状態を維持することを条件に、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向におけるＬＤ基板２３の位置を変更する。調整が終了すると、その調整終了時の状態が維持されるように治具による支持を続けながら、レーザダイオード２２と三角柱１２３，１２４との間の隙間に紫外線硬化樹脂４０を注入する。さらに紫外線を照射して紫外線硬化樹脂４０を固めることによって、ＬＤ基板２３を調整された状態で固定する。

上記の方法では、Ｘ方向においては、紫外線硬化樹脂４０を介した固定に支障が生じない範囲で、各三角柱１２３，１２４とレーザダイオード２２との間に余裕度をもたせることによって、微小な位置調整を行うことが可能になる。また、Ｙ軸方向に対しては上下の各方向にＬＤ基板２３を動かしてレーザダイオード２２の高さを調整することができる。また、最終的に、支持板１１０に接触しない状態でＬＤ基板２３を固定することもできる。Ｚ方向に関しても、三角柱１２３，１２４の間にレーザダイオード２２を安定して支持することができる範囲内で、ＬＤ基板２３の位置を変更することができるので、焦点位置の設定の自由度を確保することができる。

１ 変位センサ
２０１ 投光部
３０１ 受光部
２１，２１Ａ，３１ レンズ部
２２ レーザダイオード
３２ 受光ユニット
４０ 紫外線硬化樹脂
１００ 筐体
１１０ 支持板
１２１，１２２ 三角柱
１３１，１３２，１３３，１３４ 円柱
２１０，３１０ レンズユニット。

Claims (6)

1. 光学式センサの組立処理において、当該センサの投光部および受光部に含まれるレンズ部を固定する方法であって、
   センサの筐体内部に設けられる支持板の上にレンズ部およびこれと対をなす光学素子をそれぞれの光軸を支持板の板面に沿わせて対向する状態で固定することを前提として定めた前記レンズ部の固定場所の前記板面に、レンズ部の幅長さより広い間隔を隔ててレンズ部の光軸を挟んで対向する関係になる一対の柱状体の組を、予め、少なくとも一組立設して固定し、
   前記光学素子を前記支持板の定められた場所に固定した後に、対をなす柱状体を結ぶラインに光軸を交差させた姿勢の前記レンズ部を前記対をなす柱状体の間の空間に挿入して光学素子に対するレンズ部の位置および姿勢を調整し、
   レンズ部と各柱状体との間の隙間にそれぞれ注入された接着性樹脂を用いて、調整終了後のレンズ部の状態を維持した状態でレンズ部を固定する、ことを特徴とする光学式センサのレンズ部の固定方法。
2. 請求項１に記載された方法において、
   少なくとも投光部のレンズ部を、前記支持板に接触しない状態で前記対をなす柱状体の間の空間に挿入して、前記光学素子の光軸の方向および光軸に直交する平面上の２方向におけるレンズ部の位置を調整する、光学式センサのレンズ部の固定方法。
3. 請求項１または２に記載された方法において、
   前記投光部のレンズ部と各柱状体との間の隙間において、それぞれ当該レンズ部と対をなす光学素子の光軸に対応する位置に前記接着性樹脂を注入する、光学式センサのレンズ部の固定方法。
4. 請求項１に記載された方法において、
   前記柱状体の前記レンズ部が配置される場所に対向する箇所の幅を反対側よりも狭く形成し、
   前記接着性樹脂として紫外線硬化樹脂を使用すると共に、前記支持板に向けて紫外線を照射することにより前記レンズ部と各柱状体との間に注入された当該樹脂を硬化させる、
   光学式センサのレンズ部の固定方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載された方法において、
   前記柱状体が立設された支持板をセンサの筐体の内部に導入して固定した後に、前記光学素子およびレンズ部を固定する、光学式センサのレンズ部の固定方法。
6. 光学式センサの組立処理において、当該センサの投光部に含まれる発光部品を固定する方法であって、
   センサの筐体内部に設けられる支持板の上に基板に搭載された前記発光部品およびこれと対をなすレンズ部をそれぞれの光軸を支持板の板面に沿わせて対向させた状態で固定することを前提として定めた前記発光部品の固定場所の前記板面に、発光部品の幅長さより広い間隔を隔てて発光部品の光軸を挟んで対向する関係になる一対の柱状体の組を、予め、少なくとも一組立設して固定し、
   前記発光部品と対をなすレンズ部を前記支持板の定められた場所に固定した後に、対をなす柱状体を結ぶラインに光軸を交差させた姿勢の前記発光部品が前記対をなす柱状体の間の空間に挿入されると共に各柱状体の背後の空間に前記基板が挿入されるように発光部品および基板を配置して、前記レンズ部に対する発光部品の位置および姿勢が調整されるように基板を動かし、発光部品と各柱状体との間の隙間にそれぞれ注入された接着性樹脂を用いて、調整終了後の発光部品および基板の状態を維持した状態で前記発光部品および基板を固定する、ことを特徴とする光学式センサの発光部品の固定方法。

Images