JPH07270120A - 変位センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】部品点数が少なく小型かつ軽量で高感度の変位
センサーを提供する。 【構成】面発光レーザー１２はヒートシンク４８を介し
て筐体５０に固定されている。面発光レーザー１２は電
気配線６４を介して定電流を供給するＬＤ駆動電源６２
に接続されている。支持棒５８は、筐体５０の天板に設
けた支持棒ガイド穴５２を通り、その上端に対象の取付
部５６が、下端に支持板６０が固定されている。この構
造体は、上下に移動できるように、支持棒ガイド穴５２
の周囲に設けた弾性体５４により支持されている。支持
板６０の下面にはフォトダイオード３２が面発光レーザ
ー１２と向き合うように固定されている。フォトダイオ
ード３２には電気配線７０を介して受光系電源７４が接
続されている。フォトダイオード３２の出力に基づい
て、面発光レーザー１２とフォトダイオード３２の間の
距離ｚを求める演算装置７６が接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は変位センサー、特に光学
的手段を用いた光学的変位センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学的変位センサーの一例として、光源
と受光素子を備え、その一方は移動体に固定されてい
て、光源の出射光を受光素子で受け、その光強度の変化
を検出することにより、移動体の変位を求めるものが知
られている。このような光学的変位センサーは、たとえ
ば特開平１−１３８４３１号に開示されている。その基
本構成を図１７に示す。

【０００３】図１７に示すように、この変位センサー
は、発光ダイオード１０２と分割型フォトセンサー１０
４を有している。分割型フォトセンサー１０４はベース
１１４に固定されており、このベース１１４の上に筒体
１１６が設けられており、その上に弾性部材１１８を介
して移動体１２２が設けられている。発光ダイオード１
０２は支持部材１２０を介して移動体１２２に固定され
ている。

【０００４】移動体１２２はこれに加わる力の大きさと
方向に応じて変位し、この結果、発光ダイオード１０２
のビームの出射方向または発光ダイオード１０２と四分
割フォトセンサー１０４の間隔が変化する。

【０００５】四分割フォトセンサー１０４は、図１８に
示すように、四つの受光部１０６と１０８と１１０と１
１２を備えており、これら四つの受光部の出力の和の変
化を調べることにより発光ダイオード１０２と四分割フ
ォトセンサー１０４の間隔の変化が、四つの受光部の間
の出力の差を調べることにより発光ダイオード１０２の
ビームの出射方向の変化が求められる。これに基づいて
移動体１２２の変位あるいは移動体１２２にかかる荷重
を独立した三軸方向に分解したかたちで知ることができ
る。この構成によれば、部品点数が少なく小型で軽量な
変位センサーが得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の変位セ
ンサーには以下に述べる問題点がある。光源と受光素子
の間の微小な変位に対して受光素子の出力変化を一定以
上得るためには、発光ダイオードの発光部の面積あるい
はその上に配するピンホールの径（ｗ₀ ）を小さくし、
出射する光ビームの広がり角を大きくする必要がある。
しかし、発光ダイオードの発光面に対してピンホールが
小さくなるため、光源の光出力が小さくなり、ノイズ耐
性は劣化してしまう。

【０００７】そこで、発光ダイオードに代えて、通常の
半導体レーザー（端面出射型半導体レーザー）を光源に
用いることが考えられる。その構成を図１９に示す。図
中、図１７で図示したものと同等の部材は同じ符号で示
してある。分割型フォトセンサー１０４はベース１１４
に固定されており、このベース１１４の上に筒体１１６
が設けられており、その上に弾性部材１１８を介して移
動体１２２が設けられている。光源である半導体レーザ
ー１２４は支持部材１２０を介して移動体１２２に固定
されている。半導体レーザー１２４は、図２０に示すよ
うに、その出射光は楕円ビームであるため、楕円ビーム
を円形ビームに整形するためのレンズ１４２が筒体１３
８の内部に保持部材１４０により保持されている。

【０００８】この構成では、確かにデバイスサイズにお
いて、発光ダイオードに比べると光量は大きいものの、
いくつかの問題がある。第一に、放射角の制限がある。
すなわち、通常の端面出射型半導体レーザーは放射形状
が導波路寸法に制限される（通常、θ_y 〜３０°、θ_x
〜１０°の楕円ビーム）ため、設計の自由度がほとんど
ない。第二に、特に変位センサーとして利用する場合
に、出射光が楕円ビームであるため、変位量の測定範囲
や感度が制限される。第三に、ビーム整形用のレンズ１
４２を設けているため、そのぶん装置が大きくなるう
え、部品点数と組立工数も増えてしまう。本発明の目的
は、部品点数が少なく小型かつ軽量で、感度の高い変位
センサーを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の変位センサー
は、出射ビームの径が少なくとも特定の一方向に対して
１μｍ以上１７μｍ以下である光源と、光源からの出射
ビームの広がり内に配置された入射光の強度を検出する
光検出器と、光検出器の出力に基づいて光源と光検出器
の相対位置の変化を検出する手段とを備えていることを
特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の原理について図面を参照しながら説明
する。図１に示すように、距離ｚはなして配置された面
発光レーザーＳＥＬと受光素子ＰＤについて考える。こ
こで、受光素子ＰＤは半径ｗ_p の円形であって、面発光
レーザーＳＥＬの出射面の中心軸上に配置されているも
のとする。

【００１１】面発光レーザーＳＥＬとして屈折率導波構
造を持つ場合を考えると、レーザー光は面発光レーザー
ＳＥＬの導波路内で屈折率ガイドを導波する場合を考え
れば平面波となるので、外部に出射するレーザー光はレ
ーザーの出射面上にビームウエストｗ₀ を有するガウス
ビームと見なすことができる。出射面からｚだけ離れた
点におけるガウスビームのビーム径ｗ（ｚ）は、ｗ
（ｚ）をレーザー光の強度が１／ｅ² になる（主軸から
の）幅で定義すると、レーザー光の波長λを用いて次式
で表される。

【００１２】

【数１】

【００１３】図２は（１）式を用いて、ｗ₀ をパラメー
ターとして距離ｚとビーム径ｗ（ｚ）の関係を試算した
結果である。面発光レーザーのビームウエストｗ₀ は近
似的にレーザーの出射面の寸法に等しいので、図２を用
いて、面発光レーザーの出射面の半径を変えることによ
りレーザー光のビーム広がりを設計できることが分か
る。さらに、図２の結果を二次元的な光ビーム径の設計
に適用することにより、互いに直角な（ｘ，ｙ）軸につ
いてレーザービームの広がりを設計することができる。

【００１４】先ほど示した、図１で円形のガウスビーム
の主軸からの距離をｒ、時間項や位相項を除く電界の実
部をＥ（ｒ，ｚ）とすれば、Ｅ（ｒ，ｚ）は次式で表さ
れる。

【００１５】

【数２】 したがって、面発光レーザーＳＥＬから出射した光が受
光素子ＰＤに入射する割合η（受光素子の出力に比例す
る）は、受光素子からの反射率をＲ_PD、誤差関数をＥｒ
ｆとして、次式で表される。

【００１６】

【数３】 ｗ_p ＝ｗ₀ 、Ｒ_PD＝０の場合について、ｗ₀ をパラメー
ターとして、距離ｚに対してηを計算した結果を図３に
示す。図３のグラフを利用して、ｗ₀ を（ｘ，ｙ）軸そ
れぞれについて適切に設定することにより、距離ｚの測
定感度や測定範囲を二次元的に広範に設計できることが
分かる。Ｒ_PD＝０としたのは、レーザー部への戻り光が
レーザー出力の変動を引き起こすのを防ぐことを考慮し
ており、たとえば面発光レーザーＳＥＬの側の受光素子
ＰＤの面に無反射膜を形成することにより実現される。

【００１７】一方、図４は変位センサーの感度の指標と
して、図３を微分することにより、変位量に対する受光
素子の出力変化率の最大値をビームの出射直径（２ｗ
₀ ）に対して計算したものである。

【００１８】受光素子ＰＤの検出回路を含めたトータル
のＳＮ比を３０ｄＢとすると、０．１％の光出力の変動
を検出することができる。したがって、変位分解能とし
て仮に１μｍを要求すれば、受光素子ＰＤの変化率とし
て０．１％／μｍが必要なので、図４より少なくともビ
ームの出射直径２ｗ₀ ＜１７μｍとする必要がある。し
たがって、面発光レーザーでは１μｍ以上の開口径があ
れば、０．１ｍＷ以上の出力を得ることができる。同図
より、逆にビーム出射直径２ｗ₀ 〜６μｍとすれば、上
記の前提の下では、０．１μｍ程度の変位分解能が達成
できると考えられる。

【００１９】図４において、レーザー出射出力をビーム
出射直径２ｗ₀ に対して計算したものを同時に示した。
なお、出射直径２ｗ₀ と光出力の関係については、標準
的なデータとして、発光ダイオード：２ｗ₀ 〜６０μｍ
で３ｍＷ、面発光レーザー：２ｗ₀ 〜６μｍで１ｍＷを
それぞれ仮定し、出力が出射面積に比例して制限される
場合を想定した。面発光レーザーでは、２ｗ₀ 〜１μｍ
で０．１ｍＷの出力を得ることができる。また、同図よ
り、ビーム出射直径２ｗ₀ 〜６μｍ程度の素子で１ｍＷ
以上の出力が得られ、同等な出射径をもつ発光ダイオー
ドに比べて約三十倍以上の高出力化が図れる。受光素子
のＳＮ比は受光出力が低下すると、これに比例して低下
するため、光源を発光ダイオードから面発光レーザーに
することにより、上述の発光ダイオードおよび面発光レ
ーザーの出力制限に対する仮定のものでは、変位の分解
能を約三十倍高めることができる。

【００２０】したがって、面発光レーザーを用いること
により出射径が小さくても高出力が得られるため、微小
な変位を高感度で検出できる変位センサーを実現するこ
とができる。

【００２１】なお、上の説明では、受光素子の径とレー
ザービームウエスト径を同じ値として議論したが、異な
る場合でも、（３）式により定性的には同様な結果が得
られる。また、光検出器のＳＮ比や光源の最大出力と出
射径の関係を特定の一例についてのみ説明したが、この
一例に限ることなく、図２、図３、図４などを用いて、
検出目的に応じて各パラメーターを適宜変更しても容易
に適用できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。第
一実施例の変位センサーについて図５ないし図７を参照
して説明する。図５に示すように、垂直共振器型面発光
レーザー１２はヒートシンク４８を介して筐体５０に発
光面を上に向けて固定されている。この面発光レーザー
１２には、筐体５０に設けた通し穴６６を通した電気配
線６４を介して、定電流を供給するＬＤ駆動電源６２が
接続されている。筐体５０の上面には支持棒ガイド穴５
２が開けられている。支持棒５８は支持棒ガイド穴５２
を通り、その上端には対象の取付部５６が、下端には支
持板６０が固定されている。取付部５６は、筐体５０の
上面に支持棒ガイド穴５２の周囲に設けた弾性体５４に
よって支持されている。これにより、支持棒５８および
支持板６０は図の上下方向に移動できるように支持され
ている。支持板６０の下面にはフォトダイオード３２
が、その受光面が面発光レーザー１２の発光面と向き合
うように固定されている。フォトダイオード３２には、
筐体５０に設けた通し穴６８に通した電気配線７０を介
して、受光系電源７４が接続されている。また、フォト
ダイオード３２には、その出力に基づいて面発光レーザ
ー１２とフォトダイオード３２の間の距離ｚを求める演
算装置７６が接続されている。

【００２３】面発光レーザー１２には様々な構造のもの
があるが、その一例の断面構造を図６に示す。同図に示
した面発光レーザーは、ｎ型半導体基板１４に、ｎ型半
導体バッファ層１６、半導体多層ミラー１８、ｎ型半導
体クラッド層２０、活性層２２、ｐ型半導体クラッド層
２４、ｐ型半導体多層ミラー２６を積層し、共振部を残
してｎ型半導体クラッド層２０に相当する深さまでエッ
チングし、ｐ型半導体多層ミラー層２６とｎ型半導体ク
ラッド層２０の各々にｐ型電極２８とｎ型電極３０をそ
れぞれ設けた構成となっている。

【００２４】レーザー光の強度をモニターするフォトダ
イオード３２は、たとえば図７に断面構造を示したよう
に、ｎ⁺ 型半導体基板３４にｎ型層３６を積層し、この
ｎ型層３６の中にイオン注入等でｐ型領域３８を形成
し、その表面に反射防止膜４０を積層し、パターニング
した後にｐ型電極４２を形成するとともに、ｎ⁺ 型半導
体基板３４にｎ型電極４６を積層した構成となってい
る。

【００２５】再び図５に戻り説明すると、取付部５６に
対して図の上下方向に力が働くと、その力に応じて弾性
体５４が変形する。この結果、フォトダイオード３２が
上下方向に移動し、面発光レーザー１２とフォトダイオ
ード３２の間の距離ｚが変化する。この距離ｚの変化に
伴なって、フォトダイオード３２の出力が変化する。光
出力検出手段７２は、フォトダイオード３２の出力を電
気信号として取り出し、この信号を演算装置７６に出力
する。演算装置７６は、たとえば論理的または実験的に
得られる図３に相当する校正曲線を用いて、面発光レー
ザー１２とフォトダイオード３２の間の距離ｚを計算に
より求める。

【００２６】本発明の第二実施例の変位センサーについ
て図８を参照して説明する。図中、第一実施例で説明し
た部材と同等の部材は同じ符号で示してある。これらの
部材の詳細は第一実施例の説明を参照することにし、以
下では第一実施例との相違箇所に重点をおいて説明す
る。

【００２７】図８に示すように、フォトダイオード３２
はＳｉ基板７８の一部に形成されており、面発光レーザ
ー１２はＳｉ基板７８の上にフォトダイオード３２の反
対側の位置にヒートシンク４８を介して固定されてい
る。Ｓｉ基板７８は接着剤８０によって、筐体５０の内
部の底面に固定された角θの斜面を持つスペーサー８２
に固定されている。また、支持板６０の下面は鏡面に仕
上げられていて、面発光レーザー１２の出射光は支持板
６０の下面で反射されてフォトダイオード３２に入射す
る構成となっている。

【００２８】取付部５６に対して図の上下方向に力が作
用すると、その力の大きさに応じて弾性体５４が変形
し、支持板６０が上下方向に移動する。このため、面発
光レーザー１２から支持板６０の下面までの光軸上の距
離ｚが変化し、結果としてフォトダイオード３２への入
射光の強度が変化する。演算装置７６は、フォトダイオ
ード３２の出力に基づいて、たとえば論理的または実験
的に得られる図３に相当する校正曲線を用いて、面発光
レーザー１２と支持板６０の間の距離ｚを求める。

【００２９】本発明の第三実施例の変位センサーについ
て図９を参照して説明する。図中、第一実施例で説明し
た部材と同等の部材は同じ符号で示してある。ここで
は、第一実施例で既に触れた部材の説明は省略し、第一
実施例との相違箇所に重点をおいて説明する。

【００３０】図９に示すように、フォトダイオード３２
はＳｉ基板８４の一部に形成されている。Ｓｉ基板８４
には斜面８６が形成されており、この斜面に面発光レー
ザー１２がヒートシンク４８を介して固定されている。
Ｓｉ基板８４は接着剤８８により筐体５０の底面に固定
されている。また支持板６０の下面は、第二実施例と同
様に、鏡面に仕上げられており、面発光レーザー１２の
出射光は支持板６０の下面で反射されてフォトダイオー
ド３２に入射する構成となっている。

【００３１】ここで、図１０を参照して、Ｓｉ基板８４
への面発光レーザー１２の取り付けについて説明する。
（１）に示すようにフォトダイオード３２を形成済みの
Ｓｉ基板８４を用意し、（２）に示すように反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）によりＳｉ基板８４に
縦に溝を形成し、（３）に示すように反応性イオンビー
ムエッチング（ＲＩＢＥ）に再度行ない先に形成した縦
溝につながる斜め溝をＳｉ基板８４に形成し、（４）に
示すようにこの二つの溝により切り離された部分を除去
して斜面８６が得られる。既に述べた通り、（５）に示
すように斜面８６に面発光レーザー１２がヒートシンク
４８を介して固定される。

【００３２】再び図９に戻り説明すると、取付部５６に
力が上下方向に働くと、その力の大きさに応じて弾性体
５４が変形し、支持板６０が上下に変位する。支持板６
０の変位により、面発光レーザー１２と支持板６０の間
隔ｚは変化する。このため、フォトダイオード３２へ入
射するレーザー光の強度が変化する。フォトダイオード
３２の出力に基づいて、演算装置７６は、論理的または
実験的に得られる図３に相当する校正曲線を用いて、面
発光レーザー１２と支持板６０の間の距離ｚを求める。

【００３３】本発明の第四実施例の変位センサーについ
て図１１を参照して説明する。図中、第三実施例で説明
した部材と同等の部材は同じ符号で示してある。ここで
は、第三実施例で既に触れた部材の説明は省略し、第三
実施例との相違箇所に重点をおいて説明する。

【００３４】上に述べた第一実施例ないし第三実施例
は、取付部５６が図の上下方向に移動する構成すなわち
一次元的な変位センサーであった。本実施例は、取付部
５６の上下方向の移動に加えて、取付部５６の図の面内
での傾きを検出する、二次元的な変位センサーである。

【００３５】すなわち、図１１に示すように、取付部５
６と支持棒５８と支持板６０からなる構造体は、取付部
５６にかかる力に応じて上下方向に移動すると共に図の
紙面に平行な面内で傾斜し得るように、弾性体５４によ
って支持されている。Ｓｉ基板８４には、図の横方向に
並んで二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂが形成さ
れており、この二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂ
によって受光素子３２が構成されている。

【００３６】取付部５６に何ら力が働いていない状態で
は、支持棒５８は垂直な状態にあり、このとき、面発光
レーザー１２から出射された光は支持板６０で反射した
のち二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂに均等に入
射するように設定されている。

【００３７】取付部５６に上下方向に力が働くと、取付
部５６すなわち支持板６０が上下に移動し、面発光レー
ザー１２と支持板６０の間の距離ｚが変化する。この距
離ｚは、演算装置７６において、入力される二つのフォ
トダイオード３２ａと３２ｂの出力の和に基づき、論理
的または実験的に得られる図３に相当する校正曲線を用
いて計算により求められる。

【００３８】取付部５６に横方向に力が働くと、支持棒
５８が図の面内で傾斜し、支持板６０の下面である鏡面
の方向が変化する。このため、二つのフォトダイオード
３２ａと３２ｂに入射する光の強度が異なってくる。し
たがって、傾斜角θは、演算装置７６において、入力さ
れる二つのフォトダイオード３２ａと３２ｂの出力の差
に基づき、論理的または実験的に得られる図３に相当す
る校正曲線を用いて計算により求められる。

【００３９】本実施例では、受光素子３２は二つのフォ
トダイオード３２ａと３２ｂで構成されているが、多数
のフォトダイオードが一列に並んだラインセンサーで構
成してもよい。この構成によれば、支持板６０の鏡面か
らの一次反射光以外の光もノイズとして解析できる。

【００４０】本発明の第五実施例の変位センサーについ
て図１２を参照して説明する。図中、第三実施例で説明
した部材と同等の部材は同じ符号で示してある。ここで
は、第三実施例で既に触れた部材の説明は省略し、第三
実施例との相違箇所に重点をおいて説明する。

【００４１】前述の第三実施例は一次元的な変位センサ
ー、第四実施例は二次元的な変位センサーであったが、
本実施例は三次元的な変位センサーである。図１２に示
すように、取付部５６と支持棒５８と支持板６０からな
る構造体は、取付部５６にかかる力に応じて、上下方向
に移動し得るとともに任意の方向に傾斜し得るように、
弾性体５４によって支持されている。また、受光素子３
２は、Ｓｉ基板８４の上に二次元的にマトリックス状に
並べて形成された多数のフォトダイオードで構成されて
いる。

【００４２】本実施例の構成において、変位のパラメー
ターとしては、たとえば、面発光レーザー１２と支持板
６０の間の距離ｚと、傾斜の方向を示す角θ₁ と、その
方向における傾斜の大きさを示す角θ₂ の三つがあげら
れる。こられのパラメーターすなわち距離ｚと角θ₁ と
角θ₂ は、演算装置７６において、入力される受光素子
３２の出力すなわち受光素子３２を構成している多数の
フォトダイオードの出力に基づき、論理的または実験的
に得られる図３に相当する校正曲線を用いて計算により
求められる。

【００４３】本発明の第六実施例の変位センサーについ
て図１３を参照して説明する。本実施例は第三実施例に
類似しており、図１３には、第三実施例で説明した部材
と同等の部材は同じ符号で示してある。ここでは、第三
実施例において説明済みの部材の詳細は省略し、第三実
施例との相違箇所に重点をおいて説明する。

【００４４】図１３から分かるように、本実施例は、た
だ演算装置７６をＳｉ基板８４に設けた点において第三
実施例と相違している。他の構成は第三実施例と同じで
ある。

【００４５】このように演算装置７６をＳｉ基板８４に
設けるという構成は、第四実施例や第五実施例に適用す
る場合に特に有益となる。第四実施例や第五実施例で
は、受光素子３２の構成要素として複数のフォトダイオ
ードを有しており、これら複数のフォトダイオードの出
力に基づいて演算を行なうため、演算装置７６は複雑な
構成で配線や部品点数も膨大なものになる。このため、
その実装工程が複雑になるうえ、消費電力も大きくな
る。しかし、本実施例のように演算装置７６をＳｉ基板
８４に形成することにより、実装工程を大幅に簡略化で
きると共に消費電力も低減できる。

【００４６】本発明の第七実施例の変位センサーについ
て図１４を参照して説明する。本実施例は第六実施例に
類似しており、図１４において第六実施例で触れた部材
と同等の部材は同じ符号で示してある。

【００４７】第六実施例では、Ｓｉ基板８４に形成した
斜面８６に接着により面発光レーザー１２を固定してい
る。この位置合わせには高い精度が要求される。このた
め高い歩留まりで装置を製造することが難しく、生産性
の面で好ましくない。

【００４８】本実施例は、この点の改善を考慮したもの
で、化合物半導体基板８５の斜面８６の上に半導体プロ
セスにより面発光レーザー１２を形成したものである。
他の構成は第六実施例と同じである。

【００４９】以下、面発光レーザー１２の製造工程につ
いて図１５を参照して説明する。（１）に示すように受
光素子３２と演算回路７６と斜面８６が形成済みのＧａ
Ａｓ基板８５を用意する。（２）に示すようにＧａＡｓ
基板８５の上面に、受光素子３２や演算回路７６を保護
するため、ＳｉＯ₂ 膜９０をスパッタ法などにより全面
に積層し、フォトリソグラフィによりパターニングを行
ない、面発光レーザーを形成する領域に開口部９２を形
成する。この開口部９２に、（３）に示すように、ＭＯ
ＣＶＤなどによりｎ型バッファ層１６、ｎ型ミラー層１
８、ｎ型クラッド層２０、活性層２２、ｐ型クラッド層
２４、ｐ型ミラー層２６を順次積層する。この積層構造
体に、（４）に示すように、面発光レーザーの形成領域
を除いた部分を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
り除去する。このとき、ＳｉＯ₂膜９０はエッチングス
トップ層として働く。残った積層構造体に対してフォト
リソグラフィによりパターニングを行なって、（５）に
示すように、ｐ型共振器部を除いてｎ型クラッド層に相
当する深さまでエッチングにより除去する。最後に
（６）に示すようにＳｉＯ₂ 膜９０を除去する。

【００５０】本発明の第八実施例について図１６を参照
して説明する。本実施例は、第六実施例と共通する部材
を多く備えており、第六実施例で説明した部材と同等の
部材は同じ符号で示してある。

【００５１】図１６に示すように、筐体５１は上部が開
口されており、その開口を覆うように弾性シート９４が
設けられている。弾性シート９４の下面のほぼ中央つま
り面発光レーザー１２から出射された光が照射される位
置にはミラー９６が取り付けられている。他の構成は第
六実施例と同じである。

【００５２】本実施例は、圧力を受けた弾性シート９４
の変形量を検出する変位センサーであり、別の言い方を
すれば圧力センサーである。弾性シート９４は圧力を受
けると、その強さに応じて凹状に変形し、その中央部に
設けたミラー９６が上下方向に移動する。このため、面
発光レーザー１２からミラー９６までの距離ｚが変化
し、フォトダイオード３２への入射光の強度が変化す
る。フォトダイオード３２の出力に基づき、演算装置７
６において、たとえば論理的または実験的に得られる図
３に相当する校正曲線を用いて、ミラー９６の変位量す
なわち圧力が求められる。

【００５３】本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々多くの変形や修正が可能であり、上に説明
した実施例はその単なる一例に過ぎない。なお、本発明
の要旨は以下のようにまとめることができる。

【００５４】１．出射ビームの径が少なくとも特定の一
方向に対して１μｍ以上１７μｍ以下である光源と、光
源からの出射ビームの広がり内に配置された、入射光の
強度を検出する光検出器と、光検出器の出力に基づいて
光源と光検出器の相対位置の変化を検出する手段とを備
えている変位センサー。

【００５５】光源の出射径を１７μｍとしたことによ
り、検出器の出力変化率を０．１％／μｍ以上の高分解
能な変位センサーを実現することができる。 ２．前項１において、光源に面発光レーザーを用いた変
位センサー。

【００５６】光源の高出力化により、微小な変位でも高
分解能で、しかも光検出器から信号対雑音比（ＳＮ比）
の良好な出力信号を得ることができる変位センサーを実
現することができる。

【００５７】３．前項１において、光源の出射ビーム形
状がビームの進行方向に垂直な断面に対して楕円形もし
くは長方形である変位センサー。光源の出射ビーム形状
に異方性を持たせたために、任意の方向に異なる感度を
有する変位センサーを実現することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、極めて簡単な構成で高
分解能を有する小型の変位センサーが提供されるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図である。

【図２】図１の関係において、ビームウエストｗ₀ をパ
ラメーターとして距離ｚとビーム径ｗ（ｚ）の関係を示
したグラフである。

【図３】図１の関係において、面発光レーザーＳＥＬか
ら出射した光が受光素子ＰＤに入射する割合ηを、ビー
ムウエストｗ₀ をパラメーターとして距離ｚに対して計
算した結果を示すグラフである。

【図４】変位量に対する受光素子の出力変化率の最大値
をビームの出射直径（２ｗ₀ ）に対して計算したグラフ
である。

【図５】本発明の第一実施例の変位センサーの構成を示
した図である。

【図６】図５に示した面発光レーザーの構造を示した図
である。

【図７】図５に示したフォトダイオードの構造を示した
図である。

【図８】本発明の第二実施例の変位センサーの構成を示
した図である。

【図９】本発明の第三実施例の変位センサーの構成を示
した図である。

【図１０】図９に示した面発光レーザーの取付工程を示
した図である。

【図１１】本発明の第四実施例の変位センサーの構成を
示した図である。

【図１２】本発明の第五実施例の変位センサーの構成を
示した図である。

【図１３】本発明の第六実施例の変位センサーの構成を
示した図である。

【図１４】本発明の第七実施例の変位センサーの構成を
示した図である。

【図１５】図１４に示した面発光レーザーの製造工程を
示した図である。

【図１６】本発明の第八実施例の変位センサーの構成を
示した図である。

【図１７】従来例の変位センサーの構成を示した図であ
る。

【図１８】図１７のフォトセンサーを拡大して示した図
である。

【図１９】図１７の構成において、光源に半導体レーザ
ーを用いた場合に考えられる変位センサーの構成を示し
た図である。

【図２０】半導体レーザーの出射ビームの形状を示した
図である。

【符号の説明】

１２…面発光レーザー、３２…フォトダイオード。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出射ビームの径が少なくとも特定の一方
   向に対して１μｍ以上１７μｍ以下である光源と、光源
   からの出射ビームの広がり内に配置された入射光の強度
   を検出する光検出器と、光検出器の出力に基づいて光源
   と光検出器の相対位置の変化を検出する手段とを備えた
   ことを特徴とする変位センサー。
2. 【請求項２】 前記光源が、面発光レーザーであること
   を特徴とする請求項１記載の変位センサー。
3. 【請求項３】 前記光源は、出射ビームの進行方向に垂
   直な断面に対して楕円形もしくは長方形となる形状のビ
   ームを出射することを特徴とする請求項１記載の変位セ
   ンサー。