JP2954605B2 - 反射形光ギャップセンサ - Google Patents
反射形光ギャップセンサInfo
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- JP2954605B2 JP2954605B2 JP24496389A JP24496389A JP2954605B2 JP 2954605 B2 JP2954605 B2 JP 2954605B2 JP 24496389 A JP24496389 A JP 24496389A JP 24496389 A JP24496389 A JP 24496389A JP 2954605 B2 JP2954605 B2 JP 2954605B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は被測定面と検出部との間隔を非接触で測定す
るギャップセンサに係り、特に測定出力値が検出部周囲
の温度の影響を受けないようにすることで測定値の信頼
性の向上を図った反射形光ギャップセンサに関する。
るギャップセンサに係り、特に測定出力値が検出部周囲
の温度の影響を受けないようにすることで測定値の信頼
性の向上を図った反射形光ギャップセンサに関する。
（従来の技術） 従来より、被測定面と検出部との間のギャップ長の被
接触測定には電磁場、音波、光等が用いられている。
接触測定には電磁場、音波、光等が用いられている。
中でも、光を用いる反射形光ギャップセンサは、音波
を用いるものに比べ、より高速で変動するギャップ長を
連続的に測定することができ、また、検出部も、近年の
光半導体の急速な進歩で電磁場を用いるものに比べて小
さくすることが可能となったので、様々な分野で利用さ
れつつある。
を用いるものに比べ、より高速で変動するギャップ長を
連続的に測定することができ、また、検出部も、近年の
光半導体の急速な進歩で電磁場を用いるものに比べて小
さくすることが可能となったので、様々な分野で利用さ
れつつある。
一般に、このようなセンサの構造は、発光手段と受光
手段を備えた検出部、発光手段を点灯させるための点灯
部、受光手段の出力信号からギャップ長を演算する演算
部に分けられる。また、原理的には、被測定面で反射し
た発光手段の光が受光手段に入射するときの入射角や入
射位置がギャップ長の関数となることを利用するもの
や、受光手段に入射する光の強度がギャップ長の関数と
なることを利用するものがある。
手段を備えた検出部、発光手段を点灯させるための点灯
部、受光手段の出力信号からギャップ長を演算する演算
部に分けられる。また、原理的には、被測定面で反射し
た発光手段の光が受光手段に入射するときの入射角や入
射位置がギャップ長の関数となることを利用するもの
や、受光手段に入射する光の強度がギャップ長の関数と
なることを利用するものがある。
特に後者では、発生手段としてLED、これに近接した
受光手段にフォトダイオードを用いると安価で小形・軽
量の検出部を構成することができる。
受光手段にフォトダイオードを用いると安価で小形・軽
量の検出部を構成することができる。
この場合、LEDの発光強度が一定であれば光電効果に
よりフォトダイオードに流れる短絡電流は、ギャップ長
の２乗に反比例する。
よりフォトダイオードに流れる短絡電流は、ギャップ長
の２乗に反比例する。
ところが、LEDやフォトダイオード等の発光・受光手
段では、受光手段の出力すなわち検出部の出力が周囲温
度の上昇に伴って指数関数的に低下する。
段では、受光手段の出力すなわち検出部の出力が周囲温
度の上昇に伴って指数関数的に低下する。
したがって、この種の反射形光ギャップセンサでは、
検出部周辺の温度管理を充分に行わないと測定値の信頼
性が低下するという問題があった。
検出部周辺の温度管理を充分に行わないと測定値の信頼
性が低下するという問題があった。
（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、被測定面からの反射光の強度でギャップ
長を測定する反射形光ギャップセンサでは、ギャップ長
が一定でも検出部の周囲温度が変化すると測定値が変動
するという問題があった。そこで本発明では、検出部周
囲の温度が変化しても演算部で検出部出力の温度変動を
補償し、以って温度変化に影響されない測定値を得るこ
とのできる反射形光ギャップセンサを提供することを目
的としている。
長を測定する反射形光ギャップセンサでは、ギャップ長
が一定でも検出部の周囲温度が変化すると測定値が変動
するという問題があった。そこで本発明では、検出部周
囲の温度が変化しても演算部で検出部出力の温度変動を
補償し、以って温度変化に影響されない測定値を得るこ
とのできる反射形光ギャップセンサを提供することを目
的としている。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、反射面に対向し、これに光を照射する発光
手段と、発光手段に近接し反射面からの反射光を受け、
反射光の強さに比例した大きさの信号を発生する検出部
と、この検出部の出力信号にもとづいて前記検出部と前
記反射面との間隔に比例した大きさの信号を出力する演
算部を備えた反射形光学ギャップセンサにおいて、前記
検出部が周囲の温度によって抵抗値が変化するサーミス
タを有し、前記演算部が、前記サーミスタの抵抗値に基
づき、検出部の周囲温度の変動に起因する前記演算部の
出力変動を抑制する温度補償手段を備えていることにあ
る。
手段と、発光手段に近接し反射面からの反射光を受け、
反射光の強さに比例した大きさの信号を発生する検出部
と、この検出部の出力信号にもとづいて前記検出部と前
記反射面との間隔に比例した大きさの信号を出力する演
算部を備えた反射形光学ギャップセンサにおいて、前記
検出部が周囲の温度によって抵抗値が変化するサーミス
タを有し、前記演算部が、前記サーミスタの抵抗値に基
づき、検出部の周囲温度の変動に起因する前記演算部の
出力変動を抑制する温度補償手段を備えていることにあ
る。
（作用） サーミスタを入力抵抗または出力抵抗としてオペアン
プに接続し、入力抵抗の一方の側を常に一定の電圧を出
力する基準電圧源に接続すると、オペアンプの出力電圧
はサーミスタの周囲温度に対して指数関数的に変化す
る。従って、受光手段の出力信号を前記オペアンプの出
力電圧で除いてやれば受光手段の出力信号の温度変動を
補償することができ、ギャップ長測定値の信頼性を向上
させることができる。
プに接続し、入力抵抗の一方の側を常に一定の電圧を出
力する基準電圧源に接続すると、オペアンプの出力電圧
はサーミスタの周囲温度に対して指数関数的に変化す
る。従って、受光手段の出力信号を前記オペアンプの出
力電圧で除いてやれば受光手段の出力信号の温度変動を
補償することができ、ギャップ長測定値の信頼性を向上
させることができる。
（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。
る。
第１図には本発明の一実施例に係る反射形光ギャップ
センサの主要構成が示されている。
センサの主要構成が示されている。
この図において11は本発明に係る反射形光ギャップセ
ンサであり、大別して、検出部12，点灯部13，演算部14
で全体が構成されている。
ンサであり、大別して、検出部12，点灯部13，演算部14
で全体が構成されている。
検出部12は、第２図にその側面図を、第３図にその平
面図を示すように発光手段としてのLED21と受光手段と
してのフォトダイオード22および２つのサーミスタ23,2
4をこれらが互いに近接するように台板25に取り付けて
構成されている。
面図を示すように発光手段としてのLED21と受光手段と
してのフォトダイオード22および２つのサーミスタ23,2
4をこれらが互いに近接するように台板25に取り付けて
構成されている。
点灯部13はLED21を所定の周波数で点滅させるための
ものである。
ものである。
演算部14は、検出部12の上端から反射面までの距離を
フォトダイオード22の短絡電流より計算する。これは、
電流増幅回路31,バンドパスフィルタ32,整流回路33,平
滑回路34,演算回路35,温度補償部36,線形ゲイン補償回
路37より構成される。
フォトダイオード22の短絡電流より計算する。これは、
電流増幅回路31,バンドパスフィルタ32,整流回路33,平
滑回路34,演算回路35,温度補償部36,線形ゲイン補償回
路37より構成される。
電流増幅回路31は、被測定面40に反射したLED21の反
射光の強度に比例するフォトダイオード22の短絡電流を
入力としてこれに比例した電圧を出力する。LED21は点
灯部13により点滅するので、電流増幅回路31の出力信号
は方形波となる。
射光の強度に比例するフォトダイオード22の短絡電流を
入力としてこれに比例した電圧を出力する。LED21は点
灯部13により点滅するので、電流増幅回路31の出力信号
は方形波となる。
バンドパスフィルタ32は、電流増幅回路31の出力信号
より点灯部13の点滅周波数に一致する周波数成分を抽出
し出力する。これにより、LED21以外の光がフォトダイ
オードに入射し、電流増幅回路31の出力信号がみだされ
てもバンドパスフィルタ32の出力にはLED21の点滅周波
数成分のみが出力されることになる。したがって、バン
ドパスフィルタ32の出力信号は常に正弦波となる。
より点灯部13の点滅周波数に一致する周波数成分を抽出
し出力する。これにより、LED21以外の光がフォトダイ
オードに入射し、電流増幅回路31の出力信号がみだされ
てもバンドパスフィルタ32の出力にはLED21の点滅周波
数成分のみが出力されることになる。したがって、バン
ドパスフィルタ32の出力信号は常に正弦波となる。
整流回路33,平滑回路34は、バンドパスフィルタ32の
正弦波信号を整流し、平滑化して前記反射光の強度Ｐに
追従する電圧信号50を作り出す。この時、LED21の発光
強度は、基準温度をTo゜K、周囲温度をＴ゜Kとすれば に比例する、従って、電圧信号50の電圧値V50は、 となる。（ただしβは定数。） 一方、反射光強度Ｐは、検出部12の先端から反射面ま
での距離すなわちギャップ長ｘの２乗に反比例する。従
って、演算回路35では、ギャップ長ｘに比例する信号を
得るために が計算され、温度補償回路36に向けて出力される。この
階段で演算回路35の出力信号の電圧値V51は、 となる。
正弦波信号を整流し、平滑化して前記反射光の強度Ｐに
追従する電圧信号50を作り出す。この時、LED21の発光
強度は、基準温度をTo゜K、周囲温度をＴ゜Kとすれば に比例する、従って、電圧信号50の電圧値V50は、 となる。（ただしβは定数。） 一方、反射光強度Ｐは、検出部12の先端から反射面ま
での距離すなわちギャップ長ｘの２乗に反比例する。従
って、演算回路35では、ギャップ長ｘに比例する信号を
得るために が計算され、温度補償回路36に向けて出力される。この
階段で演算回路35の出力信号の電圧値V51は、 となる。
ところで、温度補償部36はサーミスタ23へ一定電圧を
印加する基準電源41,サーミスタ23を入力抵抗とし、サ
ーミスタ24を出力抵抗とするオペアンプ42,オペアンプ4
2の出力信号の電圧値V52と前記電圧値V51とを乗算し、
その結果を出力する乗算器43から構成されている。サー
ミスタ23,24の基準温度での抵抗値をそれぞれP230,R240
とすれば、周囲温度Ｔ゜Kのときのそれぞれの抵抗値
R23,R24は となる。したがって、オペアンプ42の出力電圧値V
52は、基準電源41の電圧Voを と設定してやれば、 となる。ただしβ1,β２はそれぞれのサーミスタの成
分，製法によって定まる定数である。
印加する基準電源41,サーミスタ23を入力抵抗とし、サ
ーミスタ24を出力抵抗とするオペアンプ42,オペアンプ4
2の出力信号の電圧値V52と前記電圧値V51とを乗算し、
その結果を出力する乗算器43から構成されている。サー
ミスタ23,24の基準温度での抵抗値をそれぞれP230,R240
とすれば、周囲温度Ｔ゜Kのときのそれぞれの抵抗値
R23,R24は となる。したがって、オペアンプ42の出力電圧値V
52は、基準電源41の電圧Voを と設定してやれば、 となる。ただしβ1,β２はそれぞれのサーミスタの成
分，製法によって定まる定数である。
この実施例では、 なる関係を満足するサーミスタが選択できたので、乗算
43の出力電圧V53は、 となり、周囲温度Ｔ゜Kに依存しない信号となる。
43の出力電圧V53は、 となり、周囲温度Ｔ゜Kに依存しない信号となる。
ここで前記反射光強度Ｐはギャップ長ｘに対して なる関係を持つのでV53∽ｘとなり、ギャップ長ｘに線
形に比例する、すなわちV53＝ax＋ｂ（ただしa,bは、そ
れぞれ一次関数の傾きと切辺である。）となる電圧信号
を得ることができる。
形に比例する、すなわちV53＝ax＋ｂ（ただしa,bは、そ
れぞれ一次関数の傾きと切辺である。）となる電圧信号
を得ることができる。
本実施例では、出力電圧V53を入力とし、ギャップ長
ｘに正比例する出力電圧VOUTを反射形光ギャップセンサ
の出力としているため、線形ゲイン補償回路37で なる演算を行っている。
ｘに正比例する出力電圧VOUTを反射形光ギャップセンサ
の出力としているため、線形ゲイン補償回路37で なる演算を行っている。
このようにサーミスタを検出部に配置し、周囲温度の
変動をサーミスタの抵抗値変化に変換して温度補償を行
うと、周囲温度に影響されないセンサ出力を得ることが
できる。従って、小形軽量でしかも安価であるという特
徴を損うことなく測定値の信頼性の向上を図ることがで
きる。
変動をサーミスタの抵抗値変化に変換して温度補償を行
うと、周囲温度に影響されないセンサ出力を得ることが
できる。従って、小形軽量でしかも安価であるという特
徴を損うことなく測定値の信頼性の向上を図ることがで
きる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。
ない。
すなわち、上述した実施例では２つのサーミスタが使
用されているが受光手段出力の温度定数βが温度補償回
路で打消されるように第４図のごとく温度定数の異なる
２つの以上のサーミスタを用いても何ら差支えない。第
４図は４つの温度定数β1,β2,β3,β４を持つサーミス
タ23,24,26,27を用いた場合であり、この場合オペアン
プ44の出力電圧V52は で の関係が満足されていることは言うまでもない。
用されているが受光手段出力の温度定数βが温度補償回
路で打消されるように第４図のごとく温度定数の異なる
２つの以上のサーミスタを用いても何ら差支えない。第
４図は４つの温度定数β1,β2,β3,β４を持つサーミス
タ23,24,26,27を用いた場合であり、この場合オペアン
プ44の出力電圧V52は で の関係が満足されていることは言うまでもない。
また、上述の実施例では、演算回路35の出力後に温度
補償部36が位置しているが、これは温度補償部36の位置
を何ら限定するものではなく、例えば第５図のようにバ
ンドパスフィルタの後に温度保障部36を設けてもよい。
第５図においては、受光手段の温度定数βとほぼ同じ大
きさのものを持つサーミスタが選択できた場合の例が同
時に示されており、この場合サーミスタは一つでよい。
ただしオペアンプ42の入力抵抗には通常の抵抗素子60が
用いられている。
補償部36が位置しているが、これは温度補償部36の位置
を何ら限定するものではなく、例えば第５図のようにバ
ンドパスフィルタの後に温度保障部36を設けてもよい。
第５図においては、受光手段の温度定数βとほぼ同じ大
きさのものを持つサーミスタが選択できた場合の例が同
時に示されており、この場合サーミスタは一つでよい。
ただしオペアンプ42の入力抵抗には通常の抵抗素子60が
用いられている。
さらに、上述の実施例では複数のサーミスタで受光手
段出力の温度係数そのものを完全に打消すことを目的と
して補償を行っているが、サーミスタを用いた補償であ
れば近似的なものであってもよい。例えば第６図は温度
補償回路36においてサーミスタ23と通常の抵抗素子61を
直列接続したものをオペアンプ42の入力抵抗とし、他の
通常の抵抗素子62を同オペアンプの出力抵抗とした場合
の構成を示している。この場合、当該センサの使用温度
範囲の最小値と最大値がそれぞれTmin,Tmax、それぞれ
の抵抗素子の抵抗値がP61,R62であれば、 かつ となるようにR61,R62を決定してやればTmin＜Ｔ＜Tmax
の間で多少の誤差を伴うが、一つがサーミスタで温度補
償を行うことができる。したがって検出部はより小形化
され、装置も安価なものになる。
段出力の温度係数そのものを完全に打消すことを目的と
して補償を行っているが、サーミスタを用いた補償であ
れば近似的なものであってもよい。例えば第６図は温度
補償回路36においてサーミスタ23と通常の抵抗素子61を
直列接続したものをオペアンプ42の入力抵抗とし、他の
通常の抵抗素子62を同オペアンプの出力抵抗とした場合
の構成を示している。この場合、当該センサの使用温度
範囲の最小値と最大値がそれぞれTmin,Tmax、それぞれ
の抵抗素子の抵抗値がP61,R62であれば、 かつ となるようにR61,R62を決定してやればTmin＜Ｔ＜Tmax
の間で多少の誤差を伴うが、一つがサーミスタで温度補
償を行うことができる。したがって検出部はより小形化
され、装置も安価なものになる。
加えて、上述した実施例では発光手段にLED、受光手
段にフォトダイオードを使用しているが、これは発光手
段，受光手段を何ら限定するものではない。
段にフォトダイオードを使用しているが、これは発光手
段，受光手段を何ら限定するものではない。
また、上述の実施例では演算部14の構成はアナログ回
路的に説明してあるが、デジタル回路で同様の機能を実
現しても何ら差支えない。
路的に説明してあるが、デジタル回路で同様の機能を実
現しても何ら差支えない。
なお、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変更
して実施することができる。
して実施することができる。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、検出部周囲の温
度が変化しても、検出部に取付けられたサーミスタの抵
抗値変化により演算部で温度補償を行うことができるの
で、温度変化に影響されない測定値を得ることのできる
反射形光ギャップセンサを実現でき、測定値の信頼性を
向上させることができる。
度が変化しても、検出部に取付けられたサーミスタの抵
抗値変化により演算部で温度補償を行うことができるの
で、温度変化に影響されない測定値を得ることのできる
反射形光ギャップセンサを実現でき、測定値の信頼性を
向上させることができる。
第１図は本発明の一実施例に係る反射形光ギャップセン
サの構成を示すための図、第２図は同装置の検出部の側
面図、第３図は同検出部の平面図、第４図乃至第６図は
本発明のそれぞれ別の実施例に係る反射形光ギャップセ
ンサの構成を示すための図である。11 ……反射形光ギャップセンサ、12……検出部、13……
点灯部、14……演算部、21……LED、22……フォトダイ
オード、23,24……サーミスタ、36……温度補償部、40
……被測定面。
サの構成を示すための図、第２図は同装置の検出部の側
面図、第３図は同検出部の平面図、第４図乃至第６図は
本発明のそれぞれ別の実施例に係る反射形光ギャップセ
ンサの構成を示すための図である。11 ……反射形光ギャップセンサ、12……検出部、13……
点灯部、14……演算部、21……LED、22……フォトダイ
オード、23,24……サーミスタ、36……温度補償部、40
……被測定面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30
Claims (1)
- 【請求項１】反射面に対向し、これに光を照射する発光
手段と、前記発光手段に近接し、反射面からの反射光を
受け、この反射光の強さに比例した大きさの信号を発生
する受光手段からなる検出部と、この検出部の近傍に設
けられる少なくとも１つのサーミスタと、前記検出部の
出力信号にもとづいて前記検出部と前記反射面との間隔
に比例した大きさの信号を出力する演算部と、常に一定
の電圧を出力する基準電圧源と、乗算器と、前記サーミ
スタを備えると共に、前記サーミスタの周囲温度によっ
て変化する抵抗値で前記基準電圧源の電圧値を温度によ
って変動する温度変動電圧値に変換し、前記乗算器にお
いて前記検出部出力信号の演算過程の信号と前記温度変
動電圧値を乗算することにより、前記検出部の周囲温度
の変動による前記演算部の出力変動を抑制する温度補償
手段とを具備してなることを特徴とする反射形光ギャッ
プセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24496389A JP2954605B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 反射形光ギャップセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24496389A JP2954605B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 反射形光ギャップセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03107710A JPH03107710A (ja) | 1991-05-08 |
| JP2954605B2 true JP2954605B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=17126561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24496389A Expired - Fee Related JP2954605B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 反射形光ギャップセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2954605B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006126021A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Sharp Corp | 測距センサおよびそれを搭載した機器 |
-
1989
- 1989-09-22 JP JP24496389A patent/JP2954605B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03107710A (ja) | 1991-05-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |