JP2012181018A - Movement information measuring device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a movement information measuring device which allows a signal from a curved surface of a mobile body to have reduced signal amplitude loss due to defocusing, suppressing reduction of detection accuracy of movement information.SOLUTION: A movement information measuring device includes a light source, a mobile body having a curved surface in the direction of movement, and a photodetector which receives condensed reflected light beams or transmitted light beams from the curved surface. The curved surface is provided with a plurality of curvatures in the direction of movement.

Description

本発明は、移動体の移動情報として移動体の相対変位量や相対速度などを測定するための移動情報測定装置に関する。   The present invention relates to a movement information measuring device for measuring a relative displacement amount and a relative speed of a moving body as movement information of the moving body.

移動体の変位量を検出する方式として、移動体表面に光を照射し反射された光束を、光検出器にて受光し、移動体の移動に伴う反射光束の移動に基づき、移動体の位置を検出する方法がある。移動体表面の光照射領域内の反射率分布や、表面散乱により、光検出器上で反射光に強度分布が生じ、移動体の移動に伴い検出器面上の反射光の強度分布も移動するため、反射光強度分布の移動を光検出器にて検出する事で移動体の移動量を検出する。位置検出精度をより高める為に、移動体表面に凹面を形成し移動体表面の凹面の結像作用を利用して位置の検出精度を高める方法が、特許文献1に記載されている。   As a method for detecting the amount of displacement of the moving body, the light beam reflected from the surface of the moving body is received by a photodetector, and the position of the moving body is determined based on the movement of the reflected light beam accompanying the movement of the moving body. There is a way to detect. Due to the reflectance distribution in the light irradiation area on the surface of the moving body and surface scattering, an intensity distribution is generated in the reflected light on the photodetector, and the intensity distribution of the reflected light on the detector surface also moves as the moving body moves. Therefore, the movement amount of the moving body is detected by detecting the movement of the reflected light intensity distribution by the photodetector. In order to further improve the position detection accuracy, Patent Document 1 discloses a method of increasing the position detection accuracy by forming a concave surface on the surface of the moving body and utilizing the imaging action of the concave surface of the moving body surface.

以下、図13を用いて特許文献1に記載の位置検出装置について説明する。図13は、特許文献1に記載の位置検出装置の構成について説明した図である。紙面垂直方向に移動する移動体1204の表面には、反射防止用塗装膜1205を塗布し、さらに集光機能を有する部材である凹面形状部1206には反射面用塗装膜を塗布してある。集光機能を有する凹面形状部806は移動体1204の基準位置に設けられ、測定装置1201は特定の位置に固定しておく。   Hereinafter, the position detection apparatus described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram illustrating the configuration of the position detection device described in Patent Document 1. An antireflection coating film 1205 is applied to the surface of the moving body 1204 moving in the direction perpendicular to the paper surface, and a reflecting surface coating film is applied to the concave surface portion 1206 which is a member having a light collecting function. A concave shape portion 806 having a light condensing function is provided at a reference position of the moving body 1204, and the measuring device 1201 is fixed at a specific position.

移動体1204の表面上の凹面形状部1206が、この凹面形状部1206と対向する位置検出装置1201に対してある特定の位置まで移動すると、発光部1202からの光が、凹面形状部1206の表面で反射される。凹面形状部1206を除く移動体1204の面では、反射防止用塗装膜1205により、光は反射されない。   When the concave shape portion 1206 on the surface of the moving body 1204 moves to a specific position with respect to the position detection device 1201 facing the concave shape portion 1206, the light from the light emitting unit 1202 is reflected on the surface of the concave shape portion 1206. Reflected by. On the surface of the moving body 1204 excluding the concave shaped portion 1206, light is not reflected by the antireflection coating film 1205.

こうして、凹面形状部1206にて反射した光を集光し、受光部1203に導き、測定装置1201の内部での光電変換により、受光量に対応した電圧の変化を検出し、これを信号として受け取る回路により、移動体1204の位置を検出する。以上のように、移動体1204の表面に集光機能を有した凹面形状部1206を備えることで、反射光の拡散を少なくし、移動体1204の位置を精度よく検出できる。   In this way, the light reflected by the concave-shaped portion 1206 is collected, guided to the light receiving unit 1203, and a change in voltage corresponding to the amount of received light is detected by photoelectric conversion inside the measuring device 1201, and this is received as a signal. The position of the moving body 1204 is detected by a circuit. As described above, by providing the concave surface portion 1206 having a light collecting function on the surface of the moving body 1204, the diffusion of reflected light can be reduced and the position of the moving body 1204 can be detected with high accuracy.

特開昭63−249002号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-249002

しかしながら、特許文献1に開示された位置検出装置では、以下のような問題がある。即ち、測定装置1201と移動体1204のz軸方向に対する位置関係は、移動体1204表面の凹面形状部1206によって、発光部1202から照射された光束が、受光部1203の表面にて焦点を結ぶように設定されている。そのため、移動体1204の移動に伴うz軸方向の変動や、測定装置1201の配置時に、移動体1204に対して、z軸方向に配置位置ズレを起こすと、受光部1203上の光束がデフォーカス状態となる。   However, the position detection device disclosed in Patent Document 1 has the following problems. That is, the positional relationship between the measuring device 1201 and the moving body 1204 in the z-axis direction is such that the light beam emitted from the light emitting unit 1202 is focused on the surface of the light receiving unit 1203 by the concave shape portion 1206 on the surface of the moving body 1204. Is set to Therefore, if the displacement of the moving body 1204 in the z-axis direction or the displacement of the moving body 1204 in the z-axis direction occurs when the measuring device 1201 is disposed, the light beam on the light receiving unit 1203 is defocused. It becomes a state.

これにより、検出信号振幅が低下し、結果として位置の検出精度が低下してしまうという問題があった。このような問題に鑑みて、本発明の目的は、移動体の曲面からの信号に関し、デフォーカスによる信号振幅の減少を低減し、移動情報の検出精度の低下を抑制することが可能な移動情報測定装置を提供することにある。   As a result, the detection signal amplitude is lowered, and as a result, the position detection accuracy is lowered. In view of such a problem, an object of the present invention relates to a signal from a curved surface of a moving body, which can reduce a decrease in signal amplitude due to defocusing and can suppress a decrease in detection accuracy of movement information. It is to provide a measuring device.

上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、光源と、前記光源で照射され移動方向に曲面を備える移動体と、前記曲面からの集光された反射光または透過光を受光する受光素子と、を有する移動情報測定装置において、前記曲面が移動方向に複数種の曲率を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to the present application includes a light source, a moving body that is irradiated with the light source and has a curved surface in a moving direction, and a light receiving element that receives the reflected or transmitted light collected from the curved surface. The curved surface has a plurality of kinds of curvatures in the moving direction.

本発明によれば、移動体の曲面からの信号に関し、デフォーカスによる信号振幅の減少を低減し、移動情報の検出精度の低下を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, regarding the signal from the curved surface of a moving body, the reduction | decrease of the signal amplitude by defocus can be reduced, and the fall of the detection accuracy of movement information can be suppressed.

本発明の第1の実施形態である変位測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the displacement measuring apparatus which is the 1st Embodiment of this invention. (a)は第1の実施形態における移動体表面に形成した凹面の形状を示す図、(b)はZ軸方向の距離変動についての説明図である。(A) is a figure which shows the shape of the concave surface formed in the moving body surface in 1st Embodiment, (b) is explanatory drawing about the distance fluctuation | variation in a Z-axis direction. 第1の実施形態における移動体表面の曲率の大小関係について示す図で、(a)は中心部の曲率よりも外縁部の曲率が小さい場合、(b)は中心部の曲率よりも外縁部の曲率が大きい場合である。It is a figure shown about the magnitude relation of the curvature of the movable body surface in a 1st embodiment, (a) is the curvature of an outer edge part smaller than the curvature of a center part, when (a) is smaller curvature of the outer edge part than the curvature of a center part. This is the case when the curvature is large. (a)は第1の実施形態における光学パターン像の通過する様子を示した図、(b)は各フォトダイオードの和信号を示す図、(c)は差動出力を示す図である。(A) is a figure which showed a mode that the optical pattern image in 1st Embodiment passes, (b) is a figure which shows the sum signal of each photodiode, (c) is a figure which shows a differential output. 第1の実施形態におけるZ軸方向の距離変動に対する検出電圧値を示した図である。It is the figure which showed the detection voltage value with respect to the distance fluctuation | variation in the Z-axis direction in 1st Embodiment. 第2の実施形態における変位測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the displacement measuring apparatus in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における変位測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the displacement measuring apparatus in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における速度測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the speed measurement apparatus in 4th Embodiment. (a)は第4の実施形態におけるフォトダイオードアレイグループで先行して得られる信号を示す図、(b)はそのときの移動体の位置を示す図、(c)はフォトダイオードアレイグループで遅れて得られる信号を示す図、(d)はそのときの移動体の位置を示す図である。(A) is a figure which shows the signal obtained in advance by the photodiode array group in 4th Embodiment, (b) is a figure which shows the position of the mobile body at that time, (c) is a delay in a photodiode array group (D) is a figure which shows the position of the moving body at that time. 第4の実施形態におけるデータに時間遅延を与えるプロセスのブロック図である。It is a block diagram of the process which gives time delay to the data in 4th Embodiment. 第5の実施形態における変位及び速度測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the displacement and speed measurement apparatus in 5th Embodiment. 反射型の曲面に替えて透過型の曲面を用いた装置構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the apparatus structure which replaced with the reflective curved surface and used the transmissive curved surface. 従来例の速度測定装置を示す図である。It is a figure which shows the speed measuring apparatus of a prior art example.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

《第1の実施形態》
図1を用いて、本実施形態の変位測定装置の構成について説明する。移動体102は移動方向であるY軸方向に移動しており、波長λの光を出射する光源101からの発散光束となる照射光により照射される。移動体102には、表面上に移動方向断面の長さがCである、凹面103が形成されている。発散光束は凹面103によって反射集光され、凹面103からの反射光を受光する受光素子としてのフォトダイオードアレイ上にて光学パターン像106となり結像される。
<< First Embodiment >>
The configuration of the displacement measuring apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. The moving body 102 moves in the Y-axis direction, which is the moving direction, and is irradiated with irradiation light that becomes a divergent light beam from the light source 101 that emits light of wavelength λ. On the surface of the moving body 102, a concave surface 103 having a length C in the moving direction cross section is formed. The divergent light beam is reflected and collected by the concave surface 103 and is formed into an optical pattern image 106 on a photodiode array as a light receiving element that receives the reflected light from the concave surface 103.

フォトダイオードアレイは、移動体102の移動方向に対して幅Pd/2、間隔がPdで配置されたフォトダイオードアレイ104及び、同様の構成で空間的に移動体の移動方向に対してPd/2ずらして配置されたフォトダイオードアレイ105を備える。以上、本実施形態の変位測定装置の全体構成について説明した。   The photodiode array includes a photodiode array 104 arranged with a width Pd / 2 and a distance Pd with respect to the moving direction of the moving body 102, and Pd / 2 with respect to the moving direction of the moving body in the same configuration. A photodiode array 105 is provided that is shifted. The overall configuration of the displacement measuring apparatus according to the present embodiment has been described above.

(移動体の曲面部)
次に、本発明の特徴である移動体102の表面に移動方向に沿って形成される曲面部として、凹面103を例に詳しく説明する。図1に示すように凹面103は移動方向にのみ曲面となっており、移動方向に直交する方向には曲面となっていないものとして説明するが、移動方向に直交する方向にも曲面を備える構成としても良い。ここで、曲面部である凹面103の曲率の大小は曲率半径の大小と逆の関係にあり(曲率半径をRとすると曲率は1/R)、曲率が大きい場合は曲率半径が小さい場合に相当する。
(Curved surface of moving body)
Next, the concave surface 103 will be described in detail as an example of the curved surface portion formed along the moving direction on the surface of the moving body 102 that is a feature of the present invention. As shown in FIG. 1, the concave surface 103 is curved only in the moving direction and is not curved in the direction orthogonal to the moving direction. However, the concave surface 103 is also provided with a curved surface in the direction orthogonal to the moving direction. It is also good. Here, the magnitude of the curvature of the concave surface 103 which is a curved surface portion is opposite to the magnitude of the curvature radius (the curvature is 1 / R when the curvature radius is R), and the curvature is large when the curvature radius is small. To do.

図2(a)は移動体102の表面に形成される凹面の曲率について説明した図である。凹面103は、中心部201曲率と外縁部202の曲率が異なる形状であり、移動体102と、光源101及びフォトダイオードアレイが実装された検出器との、z軸方向に対する相対的な距離変動変動と関連付けて決められている。また、凹面103の中心部201及び外縁部202の中間部203の形状は、中心部201形状および外縁部202形状が連続的に接続されるように形成されている。   FIG. 2A is a diagram illustrating the curvature of the concave surface formed on the surface of the moving body 102. The concave surface 103 has a shape in which the curvature of the central portion 201 and the curvature of the outer edge portion 202 are different, and relative distance variation fluctuation in the z-axis direction between the moving body 102 and the detector on which the light source 101 and the photodiode array are mounted. It is determined in association with. Moreover, the shape of the center part 201 of the concave surface 103 and the intermediate part 203 of the outer edge part 202 is formed so that the shape of the center part 201 and the shape of the outer edge part 202 are continuously connected.

図2(b)は、移動体102と検出器との、z軸方向に対する相対的な距離変動について説明した図である。移動体102が、z軸方向にΔZの変動量をもつとき、あるいは、移動体表面と変位検出装置のZ軸方向の取り付け公差が、中心値に対して±ΔZ/2であるような場合を考える。この場合、凹面の中心部201の曲率半径R1と、外縁部202の曲率半径R2との関係は、以下の条件式で示されることとなる。
|R1−R2|≧ΔZ 式―1
また凹面103の移動方向断面の寸法Cは、中心部201の曲率半径R1、外縁部202の曲率半径R2、から以下の条件式を満たすよう決定される。
FIG. 2B is a diagram illustrating a relative distance variation between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction. When the moving body 102 has a variation of ΔZ in the z-axis direction, or when the mounting tolerance in the Z-axis direction between the moving body surface and the displacement detection device is ± ΔZ / 2 with respect to the center value. Think. In this case, the relationship between the radius of curvature R1 of the concave central portion 201 and the radius of curvature R2 of the outer edge portion 202 is expressed by the following conditional expression.
| R1-R2 | ≧ ΔZ Formula-1
The dimension C of the cross section in the moving direction of the concave surface 103 is determined so as to satisfy the following conditional expression from the curvature radius R1 of the central portion 201 and the curvature radius R2 of the outer edge portion 202.

C≦(R1+R2)×√(λ/|R1−R2|) 式―2
ここで、式―2の導出に関し、反射型を透過型に置き換えて、図12を用いて説明する。本発明においては、移動体の曲面部からの反射光を用いる他、移動体の曲面部からの透過光を用いるものであっても良い。
C ≦ (R1 + R2) × √ (λ / | R1-R2 |) Formula-2
Here, the derivation of Equation-2 will be described with reference to FIG. 12, replacing the reflective type with the transmissive type. In the present invention, in addition to using the reflected light from the curved surface portion of the moving body, transmitted light from the curved surface portion of the moving body may be used.

光源101の中心波長をλ、凹面103に相当するレンズの焦点深度をd、開口数をNAとすると、一般に以下の式が成立する。即ち、d=λ/NA/NA、NA=n×sinθである。ここでnに関しては空気の屈折率としてn=1である。焦点深度dに関しては|R1−R2|と等しいものとし、またNAに関しては移動方向断面の寸法をC0としてNA=C0/2/[(R1+R2)/2]として考えると、C0=(R1+R2)×√(λ/|R1−R2|)となる。   When the center wavelength of the light source 101 is λ, the focal depth of the lens corresponding to the concave surface 103 is d, and the numerical aperture is NA, the following equation is generally established. That is, d = λ / NA / NA and NA = n × sin θ. Here, regarding n, n = 1 as the refractive index of air. It is assumed that the depth of focus d is equal to | R1−R2 |, and the NA is NA = C0 / 2 / [(R1 + R2) / 2] where the dimension of the cross section in the moving direction is C0, C0 = (R1 + R2) × √ (λ / | R1-R2 |).

ここで、曲率半径がR1の中央領域に対し、曲率半径がR2の周辺領域を更に大きくすることは好ましくないことから、移動方向断面の寸法CはC0以下が好ましく、式―2が導出される。   Here, since it is not preferable to further increase the peripheral region having the radius of curvature R2 with respect to the central region having the radius of curvature R1, the dimension C of the cross section in the moving direction is preferably C0 or less, and Equation-2 is derived. .

本実施形態によれば、検出器を移動体からの距離がR1からR2の間に配する事で、移動体と検出器との相対的な距離が最大|R1−R2|変動しても、デフォーカスによる信号振幅の減少を低減し、位置検出精度の低下を抑制することが可能となる。   According to the present embodiment, by disposing the detector between the moving body between R1 and R2, even if the relative distance between the moving body and the detector varies | R1-R2 | It is possible to reduce a decrease in signal amplitude due to defocusing and suppress a decrease in position detection accuracy.

ここで、曲面部における中心部201(曲率半径R1)と外縁部(曲率半径R2)との間の中間部は、連続的に曲率が変化するように設定されることが一般的に好ましいが、中間部において不連続な曲率を持たせても良い。   Here, it is generally preferable that an intermediate portion between the central portion 201 (curvature radius R1) and the outer edge portion (curvature radius R2) in the curved surface portion is set so that the curvature continuously changes. You may give a discontinuous curvature in an intermediate part.

(移動体の曲面における複数種の曲率)
次に、図3を用いて、凹面103の中心部201の曲率半径R1と外縁部202の曲率半径R2の大小関係について説明する。図3(a)は、中心部201の曲率半径R1よりも外縁部202の曲率半径R2の方が小さい場合の、凹面103によって反射集光される光束の光路を示した図である。移動体102と検出器のz軸方向の相対的な距離が小さくなる場合は、外縁部202から反射された光束が結像する。一方、移動体102と検出器のz軸方向の相対的な距離が大きくなる場合には、中心部201から反射された光束が結像する。移動体102と検出器のz軸方向の相対的な距離が上記範囲の中間の距離の場合、中間部から反射した光束が結像する。
(Multiple types of curvature on the curved surface of a moving object)
Next, the magnitude relationship between the curvature radius R1 of the central portion 201 of the concave surface 103 and the curvature radius R2 of the outer edge portion 202 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing an optical path of a light beam reflected and collected by the concave surface 103 when the curvature radius R2 of the outer edge portion 202 is smaller than the curvature radius R1 of the center portion 201. FIG. When the relative distance between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction becomes small, the light beam reflected from the outer edge portion 202 forms an image. On the other hand, when the relative distance between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction increases, the light beam reflected from the central portion 201 forms an image. When the relative distance between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction is an intermediate distance in the above range, the light beam reflected from the intermediate portion forms an image.

図3(b)は、中心部201の曲率半径R1よりも外縁部202の曲率半径R2の方が大きい場合の、凹面103によって反射集光される光束の光路を示した図である。移動体102と検出器のz軸方向の相対的な距離が小さくなる場合は、中心部201から反射された光束が結像する。移動体102と検出器のz軸方向の相対的な距離が大きくなる場合には、外縁部202から反射された光束が結像する。移動体102と検出器のz軸方向の相対的な距離が上記範囲の中間の距離の場合、中間部から反射した光束が結像する。   FIG. 3B is a diagram illustrating an optical path of a light beam reflected and collected by the concave surface 103 when the curvature radius R2 of the outer edge portion 202 is larger than the curvature radius R1 of the central portion 201. When the relative distance between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction becomes small, the light beam reflected from the central portion 201 forms an image. When the relative distance between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction increases, the light beam reflected from the outer edge portion 202 forms an image. When the relative distance between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction is an intermediate distance in the above range, the light beam reflected from the intermediate portion forms an image.

このように、凹面103は、移動体102と検出器のz軸方向の相対的な距離に対応した、結像に寄与する領域を持つ。   Thus, the concave surface 103 has a region contributing to image formation corresponding to the relative distance between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction.

以下、移動体と変位検出器に関し、具体的な数値を例にとり、凹面形状の長さCに関して説明を加える。一般的にエンコーダのような位置検出用途では、移動体であるスケールに対し、検出器のz軸方向の取り付け精度が、中心値に対してΔZ=±1mm程度を要求される。このとき|R1−R2|≧2mmとなり、仮に|R1―R2|=2mmとする。検出器の設置位置が、移動体102からz軸方向に2mmの位置であったとすると、式―2から凹面103の移動方向断面の寸法はC≦90μmとなる。検出器のフォトダイオードアレイで検出される受光量は、Cの大きさに依存するので、C=90μmが好ましい。   Hereinafter, regarding the moving body and the displacement detector, a specific numerical value will be taken as an example to describe the length C of the concave surface. In general, in a position detection application such as an encoder, the mounting accuracy in the z-axis direction of the detector is required to be about ΔZ = ± 1 mm with respect to the center value with respect to a scale that is a moving body. At this time, | R1−R2 | ≧ 2 mm, and | R1−R2 | = 2 mm. Assuming that the installation position of the detector is 2 mm from the moving body 102 in the z-axis direction, the dimension of the cross section in the moving direction of the concave surface 103 is C ≦ 90 μm from Equation-2. Since the amount of received light detected by the photodiode array of the detector depends on the size of C, C = 90 μm is preferable.

定量的に具体例を示すと、光源として赤色LEDを用いる場合はλが650nmであり、|R1−R2|を2mmとすると、R1が3.5mm、R2が1.5mmでCが90μmとなる。R1が1.5mm、R2が3.5mmの場合も同様である。   As a specific example, when a red LED is used as a light source, λ is 650 nm, and assuming | R1-R2 | is 2 mm, R1 is 3.5 mm, R2 is 1.5 mm, and C is 90 μm. . The same applies when R1 is 1.5 mm and R2 is 3.5 mm.

また、移動体が樹脂フィルムのような柔軟体である場合、樹脂フィルムの移動方向の変位に伴う該樹脂フィルムのz軸方向の振れにより、移動体である樹脂フィルムに対し、検出器のz軸方向の取り付け精度が、中心値に対してΔZ=±2mm程度を要求される。このとき、検出器の設置位置が移動体102からz軸方向に5mmの位置であったとすると、式―2から凹面103の移動方向断面の寸法はC≦150μmとなる。受光量は、Cの大きさに依存するので、C=150μmが好ましい。ここで挙げた樹脂フィルムには、例えば複写機やレーザービームプリンタに使用されるような転写ベルト等が挙げられるが、それに限るものではない。   In addition, when the moving body is a flexible body such as a resin film, the z-axis of the detector with respect to the resin film that is the moving body due to a shake in the z-axis direction of the resin film accompanying the displacement in the moving direction of the resin film. The mounting accuracy in the direction is required to be about ΔZ = ± 2 mm with respect to the center value. At this time, if the installation position of the detector is 5 mm in the z-axis direction from the moving body 102, the dimension of the cross section in the moving direction of the concave surface 103 is C ≦ 150 μm from Equation-2. Since the amount of received light depends on the size of C, C = 150 μm is preferable. Examples of the resin film mentioned here include, but are not limited to, a transfer belt used in a copying machine or a laser beam printer.

移動体が樹脂フィルムのような柔軟体である場合、光源として赤色LEDを用いる場合λが650nmであり、|R1−R2|を4mmとすると、R1が8mm、R2が4mmでCが150μmとなる。R1が4mm、R2が8mmの場合も同様である。
以上、移動体102表面に形成する凹面103形状について具体的数値例を示し説明した。
When the moving body is a flexible body such as a resin film, when a red LED is used as the light source, if λ is 650 nm and | R1-R2 | is 4 mm, R1 is 8 mm, R2 is 4 mm, and C is 150 μm. . The same applies when R1 is 4 mm and R2 is 8 mm.
In the above, the concrete numerical example was demonstrated and demonstrated about the concave surface 103 shape formed in the mobile body 102 surface.

(フォトダイオードアレイ上の光学パターン像の変位)
次に図1を用いて光学パターン像106の変位原理に関して説明する。検出器面に実装された光源発光部101から移動体102表面上の凹面103までの光路長をL1、該凹面103からフォトダイオードアレイ上の集光位置までの光路長をL2とする。このとき、移動体102と受光面上で結像した光束の移動量の関係は、移動体:受光部上結像光束=1:(L1+L2)/L1で表される。図1に示す例では、光源101上の発光点から移動体102表面までの光路長L1と、移動体102からフォトダイオードアレイ上の結像位置までの光路長L2とが等しい。
(Displacement of optical pattern image on photodiode array)
Next, the principle of displacement of the optical pattern image 106 will be described with reference to FIG. The optical path length from the light source emitting unit 101 mounted on the detector surface to the concave surface 103 on the surface of the moving body 102 is L1, and the optical path length from the concave surface 103 to the condensing position on the photodiode array is L2. At this time, the relationship between the moving amount of the light beam imaged on the moving body 102 and the light receiving surface is expressed by moving body: light beam on the light receiving portion = 1: (L1 + L2) / L1. In the example shown in FIG. 1, the optical path length L1 from the light emitting point on the light source 101 to the surface of the moving body 102 is equal to the optical path length L2 from the moving body 102 to the imaging position on the photodiode array.

その為、移動体102と結像位置のy軸方向に対する移動量の関係は、移動体:光源発光領域像=1:2となる。上記の原理に基づいて、移動体102の移動に伴い、フォトダイオードアレイ表面に結像されたパターン像106は移動する。以上、移動体102の変位量とフォトダイオードアレイ表面に結像された光学パターン像106の変位量との関係について説明した。   Therefore, the relationship between the moving body 102 and the amount of movement of the imaging position in the y-axis direction is moving body: light source emission region image = 1: 2. Based on the above principle, the pattern image 106 formed on the surface of the photodiode array moves as the moving body 102 moves. The relationship between the displacement amount of the moving body 102 and the displacement amount of the optical pattern image 106 formed on the surface of the photodiode array has been described above.

(変位量検出方法)
以下、移動体変位量検出方法について詳しく説明する。はじめにフォトダイオードアレイの構成及び信号検出方法について説明する。移動体102の凹面103によってフォトダイオードアレイ上に光学パターン像106が結像される。光学パターン像106は、フォトダイオードアレイにより光電変換され、1次元の光強度が電圧値に変換される。そして、フォトダイオードアレイ104を成す複数のフォトダイオードの検出電圧値の和を取ることで空間フィルタ作用と合せて、フォトダイオードアレイ104の検出電圧値V1が決定される。
(Displacement detection method)
Hereinafter, the moving body displacement amount detection method will be described in detail. First, the configuration of the photodiode array and the signal detection method will be described. An optical pattern image 106 is formed on the photodiode array by the concave surface 103 of the moving body 102. The optical pattern image 106 is photoelectrically converted by the photodiode array, and the one-dimensional light intensity is converted into a voltage value. The detection voltage value V1 of the photodiode array 104 is determined together with the spatial filter action by taking the sum of the detection voltage values of the plurality of photodiodes forming the photodiode array 104.

同様にフォトダイオードアレイ105を成す複数のフォトダイオードの検出電圧値の和を取ることで空間フィルタ作用と合せて、フォトダイオードアレイ105の検出電圧値V2が決定される。そして両フォトダイオードアレイ出力の差動により、(V1−V2)から、ある時刻における電圧値を変位測定装置は出力する。   Similarly, the detection voltage value V2 of the photodiode array 105 is determined together with the spatial filter action by taking the sum of the detection voltage values of the plurality of photodiodes forming the photodiode array 105. And the displacement measuring device outputs the voltage value at a certain time from (V1-V2) by the differential of both photodiode array outputs.

次に、移動体102の移動に伴うフォトダイオードアレイ上の光学パターン像106の移動から、移動体102の変位量を検出する方法について説明する。図4は、移動体102の移動に伴うフォトダイオードアレイ上の光学パターン像106の移動と、フォトダイオードアレイにより検出される、検出電圧値の時間変化を示している。図4(a)は、フォトダイオードアレイ104およびフォトダイオードアレイ105上を光学パターン像106が通過していく様子を説明する図である。   Next, a method for detecting the displacement amount of the moving body 102 from the movement of the optical pattern image 106 on the photodiode array accompanying the movement of the moving body 102 will be described. FIG. 4 shows the movement of the optical pattern image 106 on the photodiode array accompanying the movement of the moving body 102 and the time change of the detection voltage value detected by the photodiode array. FIG. 4A is a diagram for explaining how the optical pattern image 106 passes through the photodiode array 104 and the photodiode array 105.

光学パターン像106は、Pd周期で互い違いに配列されたフォトダイオードアレイ104及びフォトダイオードアレイ105を通過する。図4(b)は、光学パターン像106の移動に伴い、フォトダイオードアレイにて検出される電圧値V1および電圧値V2について説明する図である。実線は、光学パターン像106の移動に伴うフォトダイオードアレイ104で検出される電圧値の変化を表している。フォトダイオードアレイ104は、間にフォトダイオードアレイ105を挟んでいる為、図4(b)に示すように、飛び飛びの出力電圧値V1を得る。   The optical pattern image 106 passes through the photodiode array 104 and the photodiode array 105 that are alternately arranged in the Pd cycle. FIG. 4B is a diagram illustrating the voltage value V1 and the voltage value V2 detected by the photodiode array as the optical pattern image 106 moves. A solid line represents a change in voltage value detected by the photodiode array 104 as the optical pattern image 106 moves. Since the photodiode array 104 has the photodiode array 105 sandwiched therebetween, as shown in FIG. 4B, a jump output voltage value V1 is obtained.

破線は、光源パターン像106の移動に伴うフォトダイオードアレイ105で検出される電圧値の変化を表している。同様にフォトダイオードが互い違いに配列されている為、V2も飛び飛びの出力電圧値を得る。図4(c)は、光学パターン像の移動に伴う、フォトダイオード104及びフォトダイオード105の差動出力(V1−V2)を取った検出電圧値を示した図である。V1・V2は、図4(b)のように位相が180度ズレた凸型波形の為、差動をとることで図4(c)のように1周期の信号波形を得ることができる。   A broken line represents a change in voltage value detected by the photodiode array 105 accompanying the movement of the light source pattern image 106. Similarly, since the photodiodes are arranged in a staggered manner, V2 also obtains a jumpy output voltage value. FIG. 4C is a diagram illustrating a detection voltage value obtained by taking the differential output (V1−V2) of the photodiode 104 and the photodiode 105 with the movement of the optical pattern image. Since V1 and V2 are convex waveforms whose phases are shifted by 180 degrees as shown in FIG. 4B, a signal waveform of one cycle can be obtained by taking a differential as shown in FIG. 4C.

したがって、移動体102の移動に伴い、検出器で検出される出力電圧変化の周期の数をカウントすることで、フォトダイオードアレイ上の光学パターン像106の移動量を検出できる。これより、前述した移動体102と、検出された光学パターン像106の移動量に基づき、移動体の変位量を検出することができる。以上、移動体102の凹面103により結像された光源発光領域像を利用した変位測定装置の説明をした。   Therefore, the amount of movement of the optical pattern image 106 on the photodiode array can be detected by counting the number of cycles of the output voltage change detected by the detector as the moving body 102 moves. Thus, the displacement amount of the moving body can be detected based on the moving body 102 and the detected movement amount of the optical pattern image 106 described above. The displacement measuring apparatus using the light source light emitting region image formed by the concave surface 103 of the moving body 102 has been described above.

図5で、移動体102に本発明の凹面103を用いた場合での移動体表面と変位検出装置のZ軸方向の距離(Gap)変動に対する検出電圧値を実線で示す。また、理想的な曲率を持つ凹面を用いた場合での移動体表面と変位検出装置のZ軸方向の距離変動に対する検出電圧値を破線で示している。Gapが、理想的な曲率を持つ凹面の曲率に近づくにつれ信号振幅は近くなる。   In FIG. 5, a solid line represents a detection voltage value with respect to a change in the distance (Gap) in the Z-axis direction between the moving body surface and the displacement detection device when the concave surface 103 of the present invention is used for the moving body 102. In addition, a detection voltage value with respect to a change in the distance in the Z-axis direction between the moving body surface and the displacement detection device when a concave surface having an ideal curvature is used is indicated by a broken line. As Gap approaches the curvature of the concave surface with the ideal curvature, the signal amplitude becomes closer.

しかし、その領域を除いた広い範囲で理想的な曲率を持つ凹面に比べて信号振幅をおよそ5割増加することができる。こうして、Gapオフセット/変動等を起因とするデフォーカスによる信号振幅減少を抑制し、Gap変動による位置検出精度を改善することが可能となる。   However, the signal amplitude can be increased by about 50% compared to a concave surface having an ideal curvature over a wide range excluding that region. In this way, it is possible to suppress a decrease in signal amplitude due to defocus caused by a gap offset / variation or the like, and to improve position detection accuracy due to a gap variation.

以上、本実施形態によれば、移動体102と検出器とのz軸方向の相対的な距離変動ΔZの範囲において、凹面103が、検出器との相対距離に対応した、光束を結像させる領域をもつことができる。言い換えると、凹面103がΔZの間隔にかけて累進焦点あるいは多重焦点をもつ曲面となるので、変動による受光面上の光束のデフォーカスによる信号振幅低下を防ぎ検出精度の低下を抑制する。   As described above, according to the present embodiment, the concave surface 103 forms an image of the light flux corresponding to the relative distance from the detector in the range of the relative distance variation ΔZ between the moving body 102 and the detector in the z-axis direction. Can have an area. In other words, the concave surface 103 becomes a curved surface having a progressive focal point or multiple focal points over an interval of ΔZ, so that a decrease in signal amplitude due to defocusing of the light beam on the light receiving surface due to fluctuation is prevented and a decrease in detection accuracy is suppressed.

本実施形態によれば、移動方向に沿って形成される曲面部を移動方向に一つだけ備えることで、移動方向における位置の絶対値を検出するためにこの曲面部を用いることができる。   According to this embodiment, by providing only one curved surface portion formed along the moving direction in the moving direction, this curved surface portion can be used to detect the absolute value of the position in the moving direction.

《第2の実施形態》
本実施形態の変位測定装置について、図6を用いて説明する。本実施形態では第1の実施形態で説明した変位測定装置における、移動体102表面に凹面103を周期的に複数個設けたものである。凹面103の周期Plは、複数個の受光領域を持つ検出器において、移動体の移動方向に対して隣り合った受光領域の中心間距離即ちフォトダイオードアレイの周期Pdと対応しており、以下の条件式を見たす。
<< Second Embodiment >>
The displacement measuring apparatus of this embodiment is demonstrated using FIG. In the present embodiment, a plurality of concave surfaces 103 are periodically provided on the surface of the moving body 102 in the displacement measuring apparatus described in the first embodiment. The period Pl of the concave surface 103 corresponds to the distance between the centers of the light receiving areas adjacent to the moving direction of the moving body, that is, the period Pd of the photodiode array, in the detector having a plurality of light receiving areas. Look at the conditional expression.

Pl=[L1/(L1+L2)]×Pd×k 式―3
kは正の整数である。これは複数の凹面によって結像される光学パターン像106が、加算検出するフォトダイオードの配列周期Pdの整数倍で結像されることを意味する。L1=L2でk=1の場合、P1=Pd/2となる。凹面103の周期Plは、
図12に示したCと等しいあるいはCよりやや大きい値となり、例えばPl=100μmとする。
Pl = [L1 / (L1 + L2)] × Pd × k Equation-3
k is a positive integer. This means that the optical pattern image 106 formed by the plurality of concave surfaces is formed by an integral multiple of the arrangement period Pd of the photodiodes to be added and detected. When L1 = L2 and k = 1, P1 = Pd / 2. The period Pl of the concave surface 103 is
The value is equal to or slightly larger than C shown in FIG. 12, for example, Pl = 100 μm.

本実施形態によれば、光学パターン像106を複数のフォトダイオードで検出し、その加算電圧値であるフォトダイオードアレイの出力電圧値が増加することで、信号振幅を増加させることができる。図6では光学パターン像106の間隔Peがフォトダイオードアレイの配列周期Pdの2倍の間隔(Pe=2×Pd)となるように、光学パターン像106が結像される。変位測定の原理については、第1の実施形態で説明している為、省略する。   According to this embodiment, the optical pattern image 106 is detected by a plurality of photodiodes, and the signal voltage can be increased by increasing the output voltage value of the photodiode array, which is the added voltage value. In FIG. 6, the optical pattern image 106 is formed so that the interval Pe of the optical pattern image 106 is twice the interval (Pe = 2 × Pd) of the arrangement period Pd of the photodiode array. Since the principle of displacement measurement has been described in the first embodiment, a description thereof will be omitted.

《第3の実施形態》
本実施形態である変位測定装置について、図7を用いて説明する。本実施形態は、第2の実施形態で説明した変位測定装置における光源の発光部を複数にし、その光学パターン像106の配列周期Peが、フォトダイオードアレイの配列周期Pdと結像倍率を関連付けた以下の値となるように配置したものである。
<< Third Embodiment >>
The displacement measuring apparatus which is this embodiment is demonstrated using FIG. In the present embodiment, a plurality of light emitting portions of the light source in the displacement measuring apparatus described in the second embodiment are provided, and the arrangement period Pe of the optical pattern image 106 associates the array period Pd of the photodiode array with the imaging magnification. It arrange | positions so that it may become the following values.

Pe=L1/[L2/(m×Pd)] 式―4
mは正の整数で、加算検出する同相のフォトダイオードアレイを成すフォトダイオードの数よりも小さく、図7では、m≦3となる。ここではm=1、L1=L2であり、移動体102表面の凹面103により、光学パターン像106の間隔Peが、フォトダイオードアレイ周期Pdと等しい間隔(Pe=Pd)で、フォトダイオードアレイ上に結像する。こうして、加算検出する複数のフォトダイオード上に、それぞれの光源による光学パターン像106が生成される。
Pe = L1 / [L2 / (m × Pd)] Formula-4
m is a positive integer, which is smaller than the number of photodiodes forming the in-phase photodiode array to be added and detected. In FIG. 7, m ≦ 3. Here, m = 1, L1 = L2, and the concave surface 103 on the surface of the moving body 102 causes the interval Pe of the optical pattern image 106 to be equal to the photodiode array period Pd (Pe = Pd) on the photodiode array. Form an image. Thus, the optical pattern image 106 by each light source is generated on the plurality of photodiodes to be added and detected.

そのため、該複数のフォトダイオードで検出された加算電圧値であるフォトダイオードアレイの出力電圧値が増加し、信号振幅を増加させることができる。変位測定の原理については、第1の実施形態にて説明している為、省略する。   Therefore, the output voltage value of the photodiode array, which is the added voltage value detected by the plurality of photodiodes, can be increased, and the signal amplitude can be increased. Since the principle of displacement measurement has been described in the first embodiment, a description thereof will be omitted.

《第4の実施形態》
第1乃至第3の実施形態で説明した変位測定装置を用い、移動体の速度を測定する本実施形態における測定装置について、図8を用いて説明する。本実施形態における速度測定装置は、複数の発光部801、及び、フォトダイオードアレイグループ802及びフォトダイオードアレイグループ803を持つ。フォトダイオードアレイグループ802は、フォトダイオードアレイ804及び、差動検出用のフォトダイオードアレイ805から成る。
<< Fourth Embodiment >>
A measurement apparatus according to this embodiment that measures the speed of a moving body using the displacement measurement apparatus described in the first to third embodiments will be described with reference to FIG. The speed measuring device in this embodiment includes a plurality of light emitting units 801, a photodiode array group 802, and a photodiode array group 803. The photodiode array group 802 includes a photodiode array 804 and a photodiode array 805 for differential detection.

フォトダイオードアレイグループ803は、フォトダイオードアレイ806及び、差動検出用のフォトダイオードアレイ807から成る。各フォトダイオードアレイグループは、間隔Dだけ離されて配置されている。各フォトダイオードアレイグループ上に生成された周期的な光学パターン像106は、フォトダイオードアレイにより光電変換され、1次元の光強度が電圧値に変換される。   The photodiode array group 803 includes a photodiode array 806 and a photodiode array 807 for differential detection. Each photodiode array group is spaced apart by a distance D. The periodic optical pattern image 106 generated on each photodiode array group is photoelectrically converted by the photodiode array, and the one-dimensional light intensity is converted into a voltage value.

そして、フォトダイオードアレイ804を成す複数のフォトダイオード検出電圧値の和としてフォトダイオードアレイ804の検出電圧値V1が決定される。同様にフォトダイオードアレイ805を成す複数のフォトダイオード検出電圧値の和としてフォトダイオードアレイ805の検出電圧値V2が決定される。そして(V1−V2)を、ある時刻における電圧値をとしてフォトダイオードアレイグループ802は出力する。フォトダイオードアレイグループ803においても同様にある時刻における電圧値が出力される。   Then, the detection voltage value V1 of the photodiode array 804 is determined as the sum of the plurality of photodiode detection voltage values forming the photodiode array 804. Similarly, the detection voltage value V2 of the photodiode array 805 is determined as the sum of the plurality of photodiode detection voltage values forming the photodiode array 805. The photodiode array group 802 outputs (V1-V2) as a voltage value at a certain time. Similarly, the photodiode array group 803 outputs a voltage value at a certain time.

(移動速度検出)
次に移動情報として移動速度を検出する検出方法について説明する。移動体102がY軸方向に移動しているとする。このときフォトダイオードアレイグループ802によって先行して光学パターン像106の移動による変位信号が検出される。続いて、これと同位置における光学パターン像106の移動による変位信号が、フォトダイオードアレイグループ間隔Dと、移動体の速度に依存した時間だけ遅延して、フォトダイオードアレイグループ803により検出される。
(Movement speed detection)
Next, a detection method for detecting a movement speed as movement information will be described. Assume that the moving body 102 is moving in the Y-axis direction. At this time, a displacement signal due to the movement of the optical pattern image 106 is detected in advance by the photodiode array group 802. Subsequently, a displacement signal due to the movement of the optical pattern image 106 at the same position is detected by the photodiode array group 803 after being delayed by a time depending on the photodiode array group interval D and the speed of the moving object.

図9を用いて速度の検出方法について具体的に説明する。図9(a)はフォトダイオードアレイグループ602により先行して検出された、ある時刻間の移動体の移動に伴う検出出力の変動データP1である。また、図9(b)はP1データ取得時刻間中の時刻t1における移動体の位置を示す図である。図9(c)は、フォトダイオードアレイグループ602に対し、遅れてフォトダイオードアレイグループ603により検出された、ある時刻間の移動体の移動に伴う検出出力の変動データP2である。   The speed detection method will be specifically described with reference to FIG. FIG. 9A shows variation data P1 of the detection output that is detected in advance by the photodiode array group 602 and that accompanies the movement of the moving body during a certain time. FIG. 9B is a diagram showing the position of the moving body at time t1 during the P1 data acquisition time. FIG. 9C shows detection output variation data P2 that is detected by the photodiode array group 603 with respect to the photodiode array group 602 and that is associated with the movement of the moving body during a certain time.

また、図9(d)はP2データ取得時刻間中の時刻t2における移動体の位置を示す図である。時刻t1から時刻t2にかけて、移動体102は、距離D/{(L1+L2)/L1}だけ移動する。図10はデータに所定時間遅延を与えるプロセスのブロック図である。検出出力変動データP1及び検出出力変動データP2は比較器701にて、時刻に対する電圧値同士が比較される。   FIG. 9D is a diagram showing the position of the moving body at time t2 during the P2 data acquisition time. From time t1 to time t2, the moving body 102 moves by a distance D / {(L1 + L2) / L1}. FIG. 10 is a block diagram of a process for giving a predetermined time delay to data. The detected output fluctuation data P1 and the detected output fluctuation data P2 are compared with voltage values with respect to time by a comparator 701.

ここで、最適なデータの時間遅延量T=t2−t1が検出出力変動データP1に与えられている場合、比較器701による比較の結果、各フォトダイオードアレイグループの時刻に対する強度変動データが一致する。一致しない場合、速度検知回路は時間遅延回路に対して時間遅延量に対する補正値が与えられる。そして、補正された時間遅延量が与えられた検出出力変動データP1を用いて、再び比較器701にて比較を行う。   Here, when the optimum time delay amount T = t2-t1 of the data is given to the detected output fluctuation data P1, the intensity fluctuation data with respect to the time of each photodiode array group matches as a result of the comparison by the comparator 701. . If they do not match, the speed detection circuit gives a correction value for the amount of time delay to the time delay circuit. Then, the comparator 701 performs comparison again using the detected output fluctuation data P1 to which the corrected time delay amount is given.

上記ループにより、速度検知回路は測定時刻差Tを決定する。そして、フォトダイオードアレイグループ間隔Dから、以下の関係式−7を用いて移動体102の速度Vを求めることができる。
V= D/T/{(L1+L2)/L1} 式−7
例えば、移動体102表面に形成された凹面103の形状にムラがあり、検出される信号振幅が1周期ごとに異なってしまうような場合でも、本速度検出方式であれば速度の検出を行うことができる。本実施形態では、第3の実施形態における変位測定装置を基本系として、速度測定装置を構成した例を説明したが、これに限らず、第1、第2の実施形態の変位測定装置からなる速度測定装置を構成しても良い。
The speed detection circuit determines the measurement time difference T by the loop. Then, from the photodiode array group interval D, the velocity V of the moving body 102 can be obtained using the following relational expression-7.
V = D / T / {(L1 + L2) / L1} Formula-7
For example, even if the shape of the concave surface 103 formed on the surface of the moving body 102 is uneven and the detected signal amplitude varies for each cycle, the speed detection method can detect the speed. Can do. In the present embodiment, the example in which the velocity measuring device is configured using the displacement measuring device in the third embodiment as a basic system has been described. However, the present invention is not limited to this, and the displacement measuring device in the first and second embodiments is used. A speed measuring device may be configured.

また、フォトダイオードアレイ構成に関しても、第1乃至第3の実施形態で説明したように、差動検出型のフォトダイオードアレイ構成に限定されるものではない。さらに、図9に示すように、フォトダイオードアレイグループを同一基板上に配置せず、第1乃至第3の実施形態において説明した変位測定装置を、所定間隔Dだけ離して2つ配置しても良い。ただし、この場合の速度算出式は、変位測定装置のフォトダイオードグループの中心間隔Dにおける通過時間Tから、V=D/Tにより求められる。   Further, the photodiode array configuration is not limited to the differential detection type photodiode array configuration as described in the first to third embodiments. Furthermore, as shown in FIG. 9, the photodiode array groups are not arranged on the same substrate, and two displacement measuring devices described in the first to third embodiments may be arranged at a predetermined distance D apart. good. However, the velocity calculation formula in this case is obtained by V = D / T from the passage time T at the center interval D of the photodiode group of the displacement measuring device.

なお、本実施形態において上述した所定距離間隔を通過する移動体の通過時間を基に相対速度を検出する替わりに、所定時間における移動体の変位量を基に相対速度を検出することもできる。   In the present embodiment, instead of detecting the relative speed based on the passing time of the moving body that passes the predetermined distance interval described above, the relative speed can also be detected based on the displacement amount of the moving body in the predetermined time.

《第5の実施形態》
本実施形態である変位測定装置について、図11を用いて説明する。図11は第2の実施形態で説明した変位測定装置について、式―2から与えられるCの値を径とし、内周部の曲率半径をR1、外周部の曲率半径をR2とした凹面1104を、移動体102の表面に周期的に形成したものである。検出器は、Y軸方向の変位量を検出する為のフォトダイオードアレイ104及びフォトダイオードアレイ105に加え、X軸方向の変位量を検出する為のフォトダイオードアレイ1102及びフォトダイオードアレイ1103を持つ。
<< Fifth Embodiment >>
The displacement measuring apparatus which is this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 11 shows the displacement measuring apparatus described in the second embodiment with a concave surface 1104 in which the value of C given by Equation-2 is the diameter, the radius of curvature of the inner peripheral portion is R1, and the radius of curvature of the outer peripheral portion is R2. These are periodically formed on the surface of the moving body 102. The detector includes a photodiode array 1102 and a photodiode array 1103 for detecting a displacement amount in the X-axis direction in addition to the photodiode array 104 and the photodiode array 105 for detecting a displacement amount in the Y-axis direction.

凹面1104の配列周期は、X軸方向及びY軸方向ともに式―3で与えられる周期である。これにより得られる光学パターン像1101は、凹面の配列周期の (L1+L2)/L1 倍の配列周期で、X軸及びY軸方向に斑点模様のように生成される。これにより、移動体1105がY軸方向だけでなく、X軸方向へ変位したとしても、フォトダイオードアレイ1102及びフォトダイオードアレイ1103を用い、第1の実施形態で説明した方法と同じ原理で変位を検出することができる。   The arrangement period of the concave surface 1104 is a period given by Formula-3 in both the X-axis direction and the Y-axis direction. The optical pattern image 1101 obtained as a result is generated like a spotted pattern in the X-axis and Y-axis directions at an array period (L1 + L2) / L1 times the array period of the concave surface. As a result, even if the moving body 1105 is displaced not only in the Y-axis direction but also in the X-axis direction, the photodiode array 1102 and the photodiode array 1103 are used to perform displacement on the same principle as that described in the first embodiment. Can be detected.

また、X軸及びY軸方向それぞれの変位量の比から、X−Y平面内での移動体1105の移動方向ベクトルを求める事もできる。速度についても同様に第4の実施形態で説明した方法と同じ原理でY軸方向に加えてX軸方向の速度も検出する事ができる。さらに、X軸方向及びY軸方向の検出速度比から、X−Y平面内での速度方向ベクトルを検出することができる。   Further, the moving direction vector of the moving body 1105 in the XY plane can be obtained from the ratio of the displacement amounts in the X-axis and Y-axis directions. Similarly, the speed in the X-axis direction can be detected in addition to the Y-axis direction based on the same principle as the method described in the fourth embodiment. Furthermore, the velocity direction vector in the XY plane can be detected from the detected velocity ratio in the X axis direction and the Y axis direction.

(変形例)
以上、移動体の曲面部に関して中心部と周辺部で曲率を異ならせた実施形態を説明したが、本発明はこれに限らず、曲面部において全体として異なる任意の第1領域と第2領域(部分的に重複領域があっても良い)で曲率を異ならせるようにしても良い。
(Modification)
As described above, the embodiment has been described in which the curvature is different between the central portion and the peripheral portion with respect to the curved surface portion of the moving body. However, the present invention is not limited to this, and any first region and second region that differ as a whole in the curved surface portion The curvature may be made different by partially overlapping regions).

また、移動情報測定として移動量、移動速度を測定する実施形態を説明したが、移動情報として移動加速度を測定する測定装置であっても良い。移動加速度は、例えば
所定時間における移動体の移動速度の変位量を基に算出が可能である。このように本発明において測定される移動体の移動情報としては、移動量、移動速度、移動加速度の少なくとも一つが含まれることは勿論、更には移動量に関連して、位置の相対値だけでなく位置の絶対値を検出する場合も含まれる。なお、各実施形態で記載した技術事項を本発明の範囲内で適宜組み合わせて用いても良いことは勿論である。
Moreover, although embodiment which measures a movement amount and a movement speed as movement information measurement was described, the measurement apparatus which measures a movement acceleration as movement information may be used. The movement acceleration can be calculated based on, for example, the amount of displacement of the moving speed of the moving body during a predetermined time. As described above, the movement information of the moving body measured in the present invention includes at least one of the movement amount, the movement speed, and the movement acceleration. Further, only the relative value of the position is related to the movement amount. It also includes the case where the absolute value of the position is detected. Needless to say, the technical matters described in the embodiments may be used in appropriate combination within the scope of the present invention.

101・・光源、102・・移動体、103・・凹面、104、105・・フォトダイオードアレイ、106・・光学パターン像、201・・中心部、202・・外縁部、203・・中間部 101 .. Light source, 102 .. Moving object, 103 .. Concave surface, 104, 105 .. Photodiode array, 106 .. Optical pattern image, 201... Central part, 202 .. Outer edge part, 203.

Claims (11)

光源と、
前記光源で照射され移動方向に曲面を備える移動体と、
前記曲面からの集光された反射光または透過光を受光する受光素子と、
を有する移動情報測定装置において、
前記曲面が移動方向に複数種の曲率を備えることを特徴とする移動情報測定装置。
A light source;
A moving body that is irradiated with the light source and has a curved surface in a moving direction;
A light receiving element that receives the reflected or transmitted light collected from the curved surface;
In a mobile information measuring device having
The movement information measuring device, wherein the curved surface has a plurality of kinds of curvatures in the movement direction.
前記光源の中心波長をλ、前記曲面の中心部の曲率半径をR1、外縁部の曲率半径をR2とし、前記受光素子を前記移動体の表面からの距離がR1とR2の間となるように配するとき、前記移動体の移動方向断面の長さCを、以下の条件式を満たすようにしたことを特徴とする請求項1に記載の移動情報測定装置。
C≦(R1+R2)×√(λ/|R1−R2|)
The center wavelength of the light source is λ, the radius of curvature of the center of the curved surface is R1, the radius of curvature of the outer edge is R2, and the distance from the surface of the moving body of the light receiving element is between R1 and R2. The movement information measuring device according to claim 1, wherein, when arranged, the length C of the moving direction cross section of the moving body satisfies the following conditional expression.
C ≦ (R1 + R2) × √ (λ / | R1-R2 |)
前記移動体の表面と、前記光源および前記受光素子が実装された検出器の面との間隔の変動量をΔZとするとき、以下の条件式を満たすようにしたことを特徴とする請求項2に記載の移動情報測定装置。
|R1−R2|≧ΔZ
The following conditional expression is satisfied, where ΔZ is a variation amount of a distance between the surface of the moving body and the surface of the detector on which the light source and the light receiving element are mounted. The movement information measuring device described in 1.
| R1-R2 | ≧ ΔZ
前記曲面は前記光源からの照射光を反射させる曲面であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。   The movement information measuring device according to claim 1, wherein the curved surface is a curved surface that reflects irradiation light from the light source. 前記曲面は前記光源からの照射光を透過させる曲面であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。   The movement information measuring apparatus according to claim 1, wherein the curved surface is a curved surface that transmits irradiation light from the light source. 前記曲面は移動方向に周期的に複数個設けられることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。   6. The movement information measuring device according to claim 1, wherein a plurality of the curved surfaces are provided periodically in the movement direction. 前記曲面は、前記曲面の中心部から前記曲面の外縁部に渡り、連続的に曲率が変化することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。   The movement information measuring device according to any one of claims 1 to 6, wherein the curvature of the curved surface continuously changes from a central portion of the curved surface to an outer edge portion of the curved surface. 前記受光素子は、複数個の受光領域を持ち、前記移動体の移動方向に対して、隣り合った受光領域の中心間距離がPdであるとき、
前記曲面は、以下の条件を満たすように前記移動体の表面上に配列されていることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。
Pl=[L1/(L1+L2)]×Pd×k
ただしPlは、前記曲面の配列周期、kは正の整数である。
The light receiving element has a plurality of light receiving regions, and when the distance between the centers of adjacent light receiving regions is Pd with respect to the moving direction of the moving body,
The movement information measuring device according to claim 1, wherein the curved surface is arranged on a surface of the moving body so as to satisfy the following condition.
Pl = [L1 / (L1 + L2)] × Pd × k
Here, Pl is the arrangement period of the curved surfaces, and k is a positive integer.
前記受光素子は、前記移動体の移動方向に設けられる他に、これに直交する方向にも設けられることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。   9. The movement information measuring device according to claim 1, wherein the light receiving element is provided in a direction orthogonal to the moving body in addition to the moving direction of the moving body. 10. 所定時間における前記移動体の変位量、或いは、所定距離間隔を通過する前記移動体の通過時間から、前記移動体と前記受光素子との間の相対速度を検出することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。   2. The relative speed between the moving body and the light receiving element is detected from a displacement amount of the moving body in a predetermined time or a passing time of the moving body that passes a predetermined distance interval. 10. The movement information measuring device according to any one of items 9 to 9. 前記移動体の移動量、移動速度、移動加速度、位置の絶対値の少なくとも一つを移動情報として測定することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の移動情報測定装置。   The movement information measuring device according to claim 1, wherein at least one of a movement amount, a movement speed, a movement acceleration, and an absolute value of the position of the moving body is measured as movement information.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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