JP3144039B2 - 光学変位センサ - Google Patents
光学変位センサInfo
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- JP3144039B2 JP3144039B2 JP04098900A JP9890092A JP3144039B2 JP 3144039 B2 JP3144039 B2 JP 3144039B2 JP 04098900 A JP04098900 A JP 04098900A JP 9890092 A JP9890092 A JP 9890092A JP 3144039 B2 JP3144039 B2 JP 3144039B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は三角測量法により検出対
象までの距離を光学的に正確に測定する光学変位センサ
に関し、特に位置検出精度を向上させるようにした光学
変位センサに関するものである。
象までの距離を光学的に正確に測定する光学変位センサ
に関し、特に位置検出精度を向上させるようにした光学
変位センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来物体までの距離を検出するセンサと
して第4図に示すような三角測量法による光学変位セン
サが用いられている。この装置では発光ダイオード等の
投光素子1をドライブ回路2より駆動し、その光を投光
レンズ3を用いて平行な光ビームとして距離を検出すべ
き方向に照射している。そして投光レンズ3から所定距
離隔てた位置に物体4からの反射光を受光する受光レン
ズ5と、その後方に光の照射位置に基づいて両端に異な
った電流出力を与える位置検出素子(PSD;ポジショ
ンセンシティブディバイス)6が設けられる。物体4が
レンズ2の前面から所定距離隔てた位置でこの光ビーム
を遮断した場合には、拡散反射光が受光レンズ5によっ
て受光されPSD6に照射される。従って投光レンズ3
から検知対象物体4までの距離によってPSD6上に照
射される反射光の位置が変化する。PSD6にはバイア
ス用電源7が接続され、光の照射位置に応じて異なる2
つのアナログ電流出力を両端より外部に与えるものであ
って、夫々の出力はI/V変換器8,9に与えられる。
I/V変換器8,9はPSD6からの電流出力を電圧信
号に変換し減算器10及び加算器11に与える。そして
割算器12は減算器10,加算器11の出力を除算する
ことによって、受光量の総和にかかわらず正規化して受
光位置に対応した信号として出力するようにしている。
して第4図に示すような三角測量法による光学変位セン
サが用いられている。この装置では発光ダイオード等の
投光素子1をドライブ回路2より駆動し、その光を投光
レンズ3を用いて平行な光ビームとして距離を検出すべ
き方向に照射している。そして投光レンズ3から所定距
離隔てた位置に物体4からの反射光を受光する受光レン
ズ5と、その後方に光の照射位置に基づいて両端に異な
った電流出力を与える位置検出素子(PSD;ポジショ
ンセンシティブディバイス)6が設けられる。物体4が
レンズ2の前面から所定距離隔てた位置でこの光ビーム
を遮断した場合には、拡散反射光が受光レンズ5によっ
て受光されPSD6に照射される。従って投光レンズ3
から検知対象物体4までの距離によってPSD6上に照
射される反射光の位置が変化する。PSD6にはバイア
ス用電源7が接続され、光の照射位置に応じて異なる2
つのアナログ電流出力を両端より外部に与えるものであ
って、夫々の出力はI/V変換器8,9に与えられる。
I/V変換器8,9はPSD6からの電流出力を電圧信
号に変換し減算器10及び加算器11に与える。そして
割算器12は減算器10,加算器11の出力を除算する
ことによって、受光量の総和にかかわらず正規化して受
光位置に対応した信号として出力するようにしている。
【0003】図5(a)は従来の光学変位センサの光学
系部材の構造を示す斜視図、(b),(c)はその受光
軸側の断面図である。本図に示す光学ベース13は、投
光素子1,投光レンズ3と受光レンズ5及びPSD6を
固定するためのベースである。このベースには図5
(a)に示すように投光軸用の開口13a及び受光軸用
の開口13bが設けられる。図5(b)はPSD6と開
口13bを通る断面図であり、図示のように接着剤で受
光レンズ5が取付けられる。又図5(c)に示すように
開口13bにねじが形成され、その内側にねじ溝と噛合
するホルダ14によって受光レンズ5を固定して、光学
系が構成される場合もある。投光側についても同様であ
る。
系部材の構造を示す斜視図、(b),(c)はその受光
軸側の断面図である。本図に示す光学ベース13は、投
光素子1,投光レンズ3と受光レンズ5及びPSD6を
固定するためのベースである。このベースには図5
(a)に示すように投光軸用の開口13a及び受光軸用
の開口13bが設けられる。図5(b)はPSD6と開
口13bを通る断面図であり、図示のように接着剤で受
光レンズ5が取付けられる。又図5(c)に示すように
開口13bにねじが形成され、その内側にねじ溝と噛合
するホルダ14によって受光レンズ5を固定して、光学
系が構成される場合もある。投光側についても同様であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるにこのような従
来の光学変位センサによれば、受光レンズ5がPSD6
に対して位置ずれを起こした場合、投光レンズ3が投光
素子1に対して位置ずれを起こした場合、PSD6が他
の部材に対して位置ずれを起こした場合、投光素子1が
他の部材に対して位置ずれを起こした場合には、いずれ
もPSD上の結像位置がずれ、PSDの両端の出力が変
動する。従って正確な測定精度が要求される光学変位セ
ンサでは、これらの光学部材を正確な位置に固定してお
かなければならない。
来の光学変位センサによれば、受光レンズ5がPSD6
に対して位置ずれを起こした場合、投光レンズ3が投光
素子1に対して位置ずれを起こした場合、PSD6が他
の部材に対して位置ずれを起こした場合、投光素子1が
他の部材に対して位置ずれを起こした場合には、いずれ
もPSD上の結像位置がずれ、PSDの両端の出力が変
動する。従って正確な測定精度が要求される光学変位セ
ンサでは、これらの光学部材を正確な位置に固定してお
かなければならない。
【0005】しかるに図5に示すような接続方法では光
学系を一時的に固定することはできるが、周囲温度の変
化に対して各光学部材を光学ベース13に対し正確に固
定することは難しいという欠点があった。光学ベース1
3は通常アルミニウム等の金属製部材で形成され、レン
ズは樹脂により構成されている。そのため熱膨張差が大
きく、急激な温度変化があればストレスが生じ、接着自
体がとれてレンズ3,5が脱落したり、レンズの位置が
ずれるという欠点があった。従って従来は温度変化に対
して安定性が悪い光学変位センサとなっていた。
学系を一時的に固定することはできるが、周囲温度の変
化に対して各光学部材を光学ベース13に対し正確に固
定することは難しいという欠点があった。光学ベース1
3は通常アルミニウム等の金属製部材で形成され、レン
ズは樹脂により構成されている。そのため熱膨張差が大
きく、急激な温度変化があればストレスが生じ、接着自
体がとれてレンズ3,5が脱落したり、レンズの位置が
ずれるという欠点があった。従って従来は温度変化に対
して安定性が悪い光学変位センサとなっていた。
【0006】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、投受光素子やレンズの光軸がず
れないように接続し、温度変化に対する安定性を向上さ
せるようにすることを技術的課題とする。
なされたものであって、投受光素子やレンズの光軸がず
れないように接続し、温度変化に対する安定性を向上さ
せるようにすることを技術的課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、投光素子と、投光素子の光を集束して投光軸に沿っ
て投光する投光レンズと、投光軸上の物体から反射され
る受光軸上の光を受光する受光レンズと、受光レンズの
背後に設けられる受光素子とを具備し、受光素子の受光
位置に基づいて物体までの距離を検出する光学変位セン
サであって、受光レンズは、受光レンズの中心を通り投
光軸と受光軸で成す面に垂直な2点で固定したことを特
徴とするものである。
は、投光素子と、投光素子の光を集束して投光軸に沿っ
て投光する投光レンズと、投光軸上の物体から反射され
る受光軸上の光を受光する受光レンズと、受光レンズの
背後に設けられる受光素子とを具備し、受光素子の受光
位置に基づいて物体までの距離を検出する光学変位セン
サであって、受光レンズは、受光レンズの中心を通り投
光軸と受光軸で成す面に垂直な2点で固定したことを特
徴とするものである。
【0008】本願の請求項2の発明は、投光素子と、投
光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投光レン
ズと、投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受
光する受光レンズと、受光レンズの背後に設けられる受
光素子とを具備し、受光素子の受光位置に基づいて物体
までの距離を検出する光学変位センサであって、投光レ
ンズは、投光レンズの中心を通り、投光軸と受光軸で成
す面に垂直な2点で固定したことを特徴とするものであ
る。
光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投光レン
ズと、投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受
光する受光レンズと、受光レンズの背後に設けられる受
光素子とを具備し、受光素子の受光位置に基づいて物体
までの距離を検出する光学変位センサであって、投光レ
ンズは、投光レンズの中心を通り、投光軸と受光軸で成
す面に垂直な2点で固定したことを特徴とするものであ
る。
【0009】本願の請求項3の発明は、投光素子と、投
光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投光レン
ズと、投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受
光する受光レンズと、受光レンズの背後に設けられる受
光素子とを具備し、受光素子の受光位置に基づいて物体
までの距離を検出する光学変位センサであって、受光素
子は、受光素子の中心を通り投光軸と受光軸で成す面に
垂直な2点で固定したことを特徴とするものである。
光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投光レン
ズと、投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受
光する受光レンズと、受光レンズの背後に設けられる受
光素子とを具備し、受光素子の受光位置に基づいて物体
までの距離を検出する光学変位センサであって、受光素
子は、受光素子の中心を通り投光軸と受光軸で成す面に
垂直な2点で固定したことを特徴とするものである。
【0010】本願の請求項4の発明は、投光素子と、投
光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投光レン
ズと、投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受
光する受光レンズと、受光レンズの背後に設けられる受
光素子とを具備し、受光素子の受光位置に基づいて物体
までの距離を検出する光学変位センサであって、投光素
子は、投光素子の中心を通り投光軸と受光軸で成す面に
垂直な2点で固定したことを特徴とするものである。
光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投光レン
ズと、投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受
光する受光レンズと、受光レンズの背後に設けられる受
光素子とを具備し、受光素子の受光位置に基づいて物体
までの距離を検出する光学変位センサであって、投光素
子は、投光素子の中心を通り投光軸と受光軸で成す面に
垂直な2点で固定したことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】このような特徴を有する本発明によれば、受光
レンズ,投光レンズ,受光素子,投光素子はいずれも投
光軸と受光軸と成す面に垂直な夫々のレンズ又は素子の
中心を通る2点で固定される。従って投受光レンズや投
受光素子が熱膨張によって変形した場合にも投光軸,受
光軸が変動することがなく、同一の距離にある物体から
の反射光を集束すれば受光素子の同一位置で集束させる
ことができる。
レンズ,投光レンズ,受光素子,投光素子はいずれも投
光軸と受光軸と成す面に垂直な夫々のレンズ又は素子の
中心を通る2点で固定される。従って投受光レンズや投
受光素子が熱膨張によって変形した場合にも投光軸,受
光軸が変動することがなく、同一の距離にある物体から
の反射光を集束すれば受光素子の同一位置で集束させる
ことができる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例による光学変位セン
サの光学系部分を示す斜視図である。本図において前述
した従来例とほぼ同一形状の光学ベース21を設ける。
この光学ベース21は図示のように投受光素子と受光レ
ンズを取付けるための部材である。光学ベース21は投
受光軸が光学ベースの先の位置で交差するように円筒の
開口21a,21bが形成されている。そして投光軸2
2,受光軸23より形成される平面に垂直で開口21b
の中心を通る線上に開口21bの上下に図示のように受
光レンズ24の取付孔21c,21dを設ける。受光レ
ンズ24も図示のようにその中心を通り上下の取付孔2
1c,21dの2点で固定できるようにレンズ取付孔を
有しており、この位置でねじ止めされる。その他の構造
は従来例と同様であり、投光用の開口21aに投光素子
1が取付けられ、その表面には投光レンズ3が取付けら
れる。又開口21bの内側にはPSD6が取付けられ
る。
サの光学系部分を示す斜視図である。本図において前述
した従来例とほぼ同一形状の光学ベース21を設ける。
この光学ベース21は図示のように投受光素子と受光レ
ンズを取付けるための部材である。光学ベース21は投
受光軸が光学ベースの先の位置で交差するように円筒の
開口21a,21bが形成されている。そして投光軸2
2,受光軸23より形成される平面に垂直で開口21b
の中心を通る線上に開口21bの上下に図示のように受
光レンズ24の取付孔21c,21dを設ける。受光レ
ンズ24も図示のようにその中心を通り上下の取付孔2
1c,21dの2点で固定できるようにレンズ取付孔を
有しており、この位置でねじ止めされる。その他の構造
は従来例と同様であり、投光用の開口21aに投光素子
1が取付けられ、その表面には投光レンズ3が取付けら
れる。又開口21bの内側にはPSD6が取付けられ
る。
【0013】このように受光レンズ24を2点で固定す
ることによって、受光レンズ24が熱膨張しても、図1
に示す一次元のPSD6の軸方向6Xにはほとんど影響
を与えることがない。従って受光レンズ24が膨張して
も結像位置が変化することはなく、PSD6の出力が変
動することはない。ここで結像位置はPSD6の軸6X
の垂直方向には変化するが、その量はPSD6の素子幅
内に充分収まるため実用上は問題がない。このように受
光レンズ24をその投受光軸の成す面に垂直な受光レン
ズの中心を通る2点で固定することによって、温度変化
に対して安定した光学変位センサを得ることができる。
ることによって、受光レンズ24が熱膨張しても、図1
に示す一次元のPSD6の軸方向6Xにはほとんど影響
を与えることがない。従って受光レンズ24が膨張して
も結像位置が変化することはなく、PSD6の出力が変
動することはない。ここで結像位置はPSD6の軸6X
の垂直方向には変化するが、その量はPSD6の素子幅
内に充分収まるため実用上は問題がない。このように受
光レンズ24をその投受光軸の成す面に垂直な受光レン
ズの中心を通る2点で固定することによって、温度変化
に対して安定した光学変位センサを得ることができる。
【0014】図2は本発明の他の実施例による光学系の
構成を示す斜視図である。前述した図4において投光レ
ンズ3が投受光軸の成す面上でずれた場合には、投光軸
が変動するため、PSD6の受光位置が変化し物体が異
なった位置にあるように認識される。従って本実施例で
は投光レンズ25も受光レンズ24と同一形状のものを
用い、光学ベース26にはこの投受光軸で成す面に対し
垂直で開口21aの中心を通る2点に開口を設け、実質
的に投光レンズ25の中心を通る2点で投光レンズ25
を光学ベース21aに固定する。こうすれば投光軸は熱
膨張による影響を受け難くなり、PSD6上の結像位置
を安定化させることができる。
構成を示す斜視図である。前述した図4において投光レ
ンズ3が投受光軸の成す面上でずれた場合には、投光軸
が変動するため、PSD6の受光位置が変化し物体が異
なった位置にあるように認識される。従って本実施例で
は投光レンズ25も受光レンズ24と同一形状のものを
用い、光学ベース26にはこの投受光軸で成す面に対し
垂直で開口21aの中心を通る2点に開口を設け、実質
的に投光レンズ25の中心を通る2点で投光レンズ25
を光学ベース21aに固定する。こうすれば投光軸は熱
膨張による影響を受け難くなり、PSD6上の結像位置
を安定化させることができる。
【0015】更に図3に示すように投光素子1,PSD
6自体を投光素子固定用基板31,受光素子固定用基板
32を介して光学ベース27に取付けるようにしてもよ
い。これらの基板31,32は夫々前述したように投受
光軸の成す面に垂直で開口21a,21bの中心を通る
上下の2点で光学ベース27に固定するものとする。図
3は光学ベースと投受光素子を示す斜視図であって、光
学ベース27の裏面には投光軸22及び受光軸23を貫
通する位置に開口27a,27bが設けられている。投
受光軸22,23に垂直で開口21a,21bの中心を
通る上下の各2点にはねじ孔27c,27d及び27
e,27fが形成される。そして投光素子固定用基板3
1,受光素子固定用基板32には、夫々図示のようにあ
らかじめ投光素子1及び受光素子であるPSD6を固定
しておくものとする。これらの投受光素子はその中心が
基板31,32の上下の開口部を貫通させるものとす
る。そして基板31,32の上下の開口部をねじによっ
て光学ベース27に固定する。こうすれば投受光素子の
中心を通り投受光軸で成す面に垂直な2点で、投受光素
子1,6が夫々光学ベース27に固定されることとな
る。
6自体を投光素子固定用基板31,受光素子固定用基板
32を介して光学ベース27に取付けるようにしてもよ
い。これらの基板31,32は夫々前述したように投受
光軸の成す面に垂直で開口21a,21bの中心を通る
上下の2点で光学ベース27に固定するものとする。図
3は光学ベースと投受光素子を示す斜視図であって、光
学ベース27の裏面には投光軸22及び受光軸23を貫
通する位置に開口27a,27bが設けられている。投
受光軸22,23に垂直で開口21a,21bの中心を
通る上下の各2点にはねじ孔27c,27d及び27
e,27fが形成される。そして投光素子固定用基板3
1,受光素子固定用基板32には、夫々図示のようにあ
らかじめ投光素子1及び受光素子であるPSD6を固定
しておくものとする。これらの投受光素子はその中心が
基板31,32の上下の開口部を貫通させるものとす
る。そして基板31,32の上下の開口部をねじによっ
て光学ベース27に固定する。こうすれば投受光素子の
中心を通り投受光軸で成す面に垂直な2点で、投受光素
子1,6が夫々光学ベース27に固定されることとな
る。
【0016】こうすれば投光素子1やPSD6が温度に
対して温度変化によって位置ずれを起こしてもこの変化
を吸収することができ、PSD6での結像位置の位置ず
れをなくすことができる。
対して温度変化によって位置ずれを起こしてもこの変化
を吸収することができ、PSD6での結像位置の位置ず
れをなくすことができる。
【0017】尚前述した各実施例はPSDを受光素子と
した位置検出装置について説明しているが、2分割型フ
ォトトランジスタやCCDを用いた変位センサに適用す
ることが可能である。
した位置検出装置について説明しているが、2分割型フ
ォトトランジスタやCCDを用いた変位センサに適用す
ることが可能である。
【0018】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、投光レンズ,受光レンズが熱膨張によって変形した
場合にも投光素子,受光素子との相対的な位置関係はほ
とんど変化しない。又投光素子,受光素子が熱膨張によ
って変形した場合も投光レンズ,受光レンズとの相対的
な位置関係はほとんど変化しない。従って温度変化によ
っても受光素子上の結像位置が変化することはない。そ
れ故温度変化に対して安定性の良い光学変位センサを得
ることができるという効果が得られる。
ば、投光レンズ,受光レンズが熱膨張によって変形した
場合にも投光素子,受光素子との相対的な位置関係はほ
とんど変化しない。又投光素子,受光素子が熱膨張によ
って変形した場合も投光レンズ,受光レンズとの相対的
な位置関係はほとんど変化しない。従って温度変化によ
っても受光素子上の結像位置が変化することはない。そ
れ故温度変化に対して安定性の良い光学変位センサを得
ることができるという効果が得られる。
【図1】本発明の一実施例による光学変位センサの光学
系部分を示す斜視図である。
系部分を示す斜視図である。
【図2】本発明の他の実施例による光学変位センサの光
学系部分を示す斜視図である。
学系部分を示す斜視図である。
【図3】本発明の更に他の実施例による光学変位センサ
の光学系部分を示す斜視図である。
の光学系部分を示す斜視図である。
【図4】光学変位センサの全体構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図5】(a)は従来の光学変位センサの光学系部分を
示す斜視図、(b),(c)は受光素子の取付位置を示
す縦断面図である。
示す斜視図、(b),(c)は受光素子の取付位置を示
す縦断面図である。
1 投光素子 2 投光レンズ 6 PSD 21,26,27 光学ベース 21a,21b,27a,27b 開口 21c,21d,27c〜27f ねじ孔 24 受光レンズ 25 投光レンズ 31 投光素子固定用基板 32 受光素子固定用基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 孝佳 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−81523(JP,A) 特開 平1−313705(JP,A) 実開 昭63−122211(JP,U) 実開 平1−144803(JP,U) 実開 平3−27305(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00
Claims (4)
- 【請求項1】 投光素子と、 前記投光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投
光レンズと、 前記投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受光
する受光レンズと、 前記受光レンズの背後に設けられる受光素子とを具備
し、前記受光素子の受光位置に基づいて物体までの距離
を検出する光学変位センサであって、 前記受光レンズは、受光レンズの中心を通り前記投光軸
と受光軸で成す面に垂直な2点で固定したことを特徴と
する光学変位センサ。 - 【請求項2】 投光素子と、 前記投光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投
光レンズと、 前記投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受光
する受光レンズと、 前記受光レンズの背後に設けられる受光素子とを具備
し、前記受光素子の受光位置に基づいて物体までの距離
を検出する光学変位センサであって、 前記投光レンズは、投光レンズの中心を通り、前記投光
軸と受光軸で成す面に垂直な2点で固定したことを特徴
とする光学変位センサ。 - 【請求項3】 投光素子と、 前記投光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投
光レンズと、 前記投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受光
する受光レンズと、 前記受光レンズの背後に設けられる受光素子とを具備
し、前記受光素子の受光位置に基づいて物体までの距離
を検出する光学変位センサであって、 前記受光素子は、前記受光素子の中心を通り前記投光軸
と受光軸で成す面に垂直な2点で固定したことを特徴と
する光学変位センサ。 - 【請求項4】 投光素子と、 前記投光素子の光を集束して投光軸に沿って投光する投
光レンズと、 前記投光軸上の物体から反射される受光軸上の光を受光
する受光レンズと、 前記受光レンズの背後に設けられる受光素子とを具備
し、前記受光素子の受光位置に基づいて物体までの距離
を検出する光学変位センサであって、 前記投光素子は、前記投光素子の中心を通り前記投光軸
と受光軸で成す面に垂直な2点で固定したことを特徴と
する光学変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04098900A JP3144039B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 光学変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04098900A JP3144039B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 光学変位センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05272918A JPH05272918A (ja) | 1993-10-22 |
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