JP3066509B2 - 変位計 - Google Patents
変位計Info
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- JP3066509B2 JP3066509B2 JP3308497A JP30849791A JP3066509B2 JP 3066509 B2 JP3066509 B2 JP 3066509B2 JP 3308497 A JP3308497 A JP 3308497A JP 30849791 A JP30849791 A JP 30849791A JP 3066509 B2 JP3066509 B2 JP 3066509B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は変位計に関し、さらに
詳しく言えば、半導体位置検出素子(PSD;Posi
tion Sensitive Detector)を
用いた三角測量方式の変位計に関するものである。
詳しく言えば、半導体位置検出素子(PSD;Posi
tion Sensitive Detector)を
用いた三角測量方式の変位計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】まず、図2の断面図に示されているよう
に、半導体位置検出素子(PSD)1は、平板状シリコ
ンの表面にP層、裏面にN層そして中間にあるI層の3
層から構成されている。
に、半導体位置検出素子(PSD)1は、平板状シリコ
ンの表面にP層、裏面にN層そして中間にあるI層の3
層から構成されている。
【0003】この場合、P層が受光面とされており、そ
の両端には出力端子T1,T2が設けられている。P層
に光スポットSPが入射されると、その入射位置には光
エネルギーに比例した電荷が発生し、同電荷は光電流と
してP層を通り、出力端子T1,T2より出力される。
の両端には出力端子T1,T2が設けられている。P層
に光スポットSPが入射されると、その入射位置には光
エネルギーに比例した電荷が発生し、同電荷は光電流と
してP層を通り、出力端子T1,T2より出力される。
【0004】ここで、受光面(P層)の中心から出力端
子T1,T2に至る距離を距離をL、また、その中心か
ら光スポットSPの入射位置までの距離をXa、出力端
子T1,T2より出力される電流をI1,I2とする
と、 Xa=L・(I2−I1)/(I1+I2) で表される。これを電流I1,I2に対応する電圧V
1,V2で表すと、 Xa=L・(V2−V1)/(V1+V2)……式(1) となる。
子T1,T2に至る距離を距離をL、また、その中心か
ら光スポットSPの入射位置までの距離をXa、出力端
子T1,T2より出力される電流をI1,I2とする
と、 Xa=L・(I2−I1)/(I1+I2) で表される。これを電流I1,I2に対応する電圧V
1,V2で表すと、 Xa=L・(V2−V1)/(V1+V2)……式(1) となる。
【0005】次に、図3を参照しながら、三角測量法に
ついて説明する。レーザー光源2から被測定面4に向け
て光をスポット状に照射し、同被測定面4で反射された
散乱光をレンズ3を介してPSD1上に結像させる。
ついて説明する。レーザー光源2から被測定面4に向け
て光をスポット状に照射し、同被測定面4で反射された
散乱光をレンズ3を介してPSD1上に結像させる。
【0006】被測定面4が距離lずれたことにより、P
SD1上でその光スポットが距離Xa分移動したとする
と、上記式(1)の原理により、被測定面4の移動距離
lを算出することができる。
SD1上でその光スポットが距離Xa分移動したとする
と、上記式(1)の原理により、被測定面4の移動距離
lを算出することができる。
【0007】すなわち、Xaとlの関係は、Xa=Kl
/(K′+l)……式(2) となる。なお、KおよびK′は光学系から決まる定数で
ある。
/(K′+l)……式(2) となる。なお、KおよびK′は光学系から決まる定数で
ある。
【0008】式(2)より、l=K′Xa/(K−X
a)となり、これに上記式(1)を代入して整理する
と、 l=−(V1−V2)A/{(V1+V2)+(V1−V2)B}…式(3) 同式(3)において、A=K′/K、B=1/Kであ
る。
a)となり、これに上記式(1)を代入して整理する
と、 l=−(V1−V2)A/{(V1+V2)+(V1−V2)B}…式(3) 同式(3)において、A=K′/K、B=1/Kであ
る。
【0009】図4には、この三角測量法による変位計の
ブロツク線図が例示されている。すなわち、PSD1か
ら出力される検出電流I1,I2は、電流電圧変換回路
5,6にてそれぞれ電圧V1,V2に変換される。
ブロツク線図が例示されている。すなわち、PSD1か
ら出力される検出電流I1,I2は、電流電圧変換回路
5,6にてそれぞれ電圧V1,V2に変換される。
【0010】この電圧V1,V2は、減算回路7と加算
回路8に加えられ、減算回路7からは(V1−V2)な
る差電圧が出力される。また、加算回路8からは(V1
+V2)+(V1−V2)なる和電圧が出力される。
回路8に加えられ、減算回路7からは(V1−V2)な
る差電圧が出力される。また、加算回路8からは(V1
+V2)+(V1−V2)なる和電圧が出力される。
【0011】これらの差電圧および和電圧は、割算回路
9において差電圧を分子とし、和電圧を分母として割算
され、上記の式(3)に基づいて変位量lが得られる。
9において差電圧を分子とし、和電圧を分母として割算
され、上記の式(3)に基づいて変位量lが得られる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】このようにして、割算
回路9から被測定面4の変位量lに比例した電圧V0が
出力されるのであるが、光学系のずれ、変位量によって
倍率が変わり、これに伴って光スポット径の大きさが変
わる点およびPSD自体のリニア特性などが問題要因と
なって理論値どおりの結果が得られない、という問題が
あった。
回路9から被測定面4の変位量lに比例した電圧V0が
出力されるのであるが、光学系のずれ、変位量によって
倍率が変わり、これに伴って光スポット径の大きさが変
わる点およびPSD自体のリニア特性などが問題要因と
なって理論値どおりの結果が得られない、という問題が
あった。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明は上記従来の事
情に鑑みなされたもので、その構成上の特徴は、被測定
面にて反射された光スポットを受光する受光面および少
なくとも2つの出力端子を有し、この各出力端子から光
スポットの入射位置と同出力端子との距離に逆比例した
位置検出電流I1,I2を出力する半導体位置検出素子
(PSD)と、上記位置検出電流I1,I2をそれぞれ
電圧V1,V2に変換する第1および第2の電流電圧変
換回路と、上記電圧V1,V2からその差電圧(V1−
V2)を算出する減算回路と、上記電圧V1,V2から
(V1+V2)+(V1−V2)なる和電圧を算出する
加算回路と、上記差電圧を分子とし、上記和電圧を分母
として割算を行なう割算回路とを備え、三角測量法にて
上記被測定面の変位量を測定する変位計において、上記
減算回路から出力される上記差電圧の極性を検出する極
性検出手段を備え、その極性に応じて上記減算回路の補
正抵抗を変化させるようにしたことにある。
情に鑑みなされたもので、その構成上の特徴は、被測定
面にて反射された光スポットを受光する受光面および少
なくとも2つの出力端子を有し、この各出力端子から光
スポットの入射位置と同出力端子との距離に逆比例した
位置検出電流I1,I2を出力する半導体位置検出素子
(PSD)と、上記位置検出電流I1,I2をそれぞれ
電圧V1,V2に変換する第1および第2の電流電圧変
換回路と、上記電圧V1,V2からその差電圧(V1−
V2)を算出する減算回路と、上記電圧V1,V2から
(V1+V2)+(V1−V2)なる和電圧を算出する
加算回路と、上記差電圧を分子とし、上記和電圧を分母
として割算を行なう割算回路とを備え、三角測量法にて
上記被測定面の変位量を測定する変位計において、上記
減算回路から出力される上記差電圧の極性を検出する極
性検出手段を備え、その極性に応じて上記減算回路の補
正抵抗を変化させるようにしたことにある。
【0014】
【作用】上記のように、減算回路の補正抵抗を変化させ
ることにより、リニア特性が改善される。すなわち、図
5ないし図7には変位量(l)と電圧(V)の特性曲線
が示されているが、補正しない場合には上記の式(3)
からも明らかなように、図5のようなカーブを画く。
ることにより、リニア特性が改善される。すなわち、図
5ないし図7には変位量(l)と電圧(V)の特性曲線
が示されているが、補正しない場合には上記の式(3)
からも明らかなように、図5のようなカーブを画く。
【0015】これに対して、図6および図7は補正抵抗
を調整した場合の特性曲線図であるが、図6のように正
の側のみを調整すると、負の側がずれてしまう。
を調整した場合の特性曲線図であるが、図6のように正
の側のみを調整すると、負の側がずれてしまう。
【0016】この発明においては、差電圧の極性に応じ
て補正抵抗が調整され、これにより図7に示されている
ようにきれいなリニア特性が得られる。
て補正抵抗が調整され、これにより図7に示されている
ようにきれいなリニア特性が得られる。
【0017】
【実施例】図1には、この発明に係る変位計の一実施例
が示されている。これによると、この変位計はPSD1
と、同PSD1から出力される検出電流I1,I2をそ
れぞれ電圧V1,V2に変換する第1および第2の電流
電圧変換回路11,12を備えている。
が示されている。これによると、この変位計はPSD1
と、同PSD1から出力される検出電流I1,I2をそ
れぞれ電圧V1,V2に変換する第1および第2の電流
電圧変換回路11,12を備えている。
【0018】この電流電圧変換回路11,12にて変換
された電圧V1,V2は、減算回路13と加算回路14
とに加えられる。
された電圧V1,V2は、減算回路13と加算回路14
とに加えられる。
【0019】減算回路13は4つの抵抗Rがともに等し
い差動増幅形演算増幅器からなり、そのプラス入力端子
に一方の電圧V1が加えられ、マイナス入力端子には他
方の電圧V2が印加される。したがって、その出力側に
は(V1−V2)なる差電圧が現われる。
い差動増幅形演算増幅器からなり、そのプラス入力端子
に一方の電圧V1が加えられ、マイナス入力端子には他
方の電圧V2が印加される。したがって、その出力側に
は(V1−V2)なる差電圧が現われる。
【0020】加算回路14は3つの抵抗R´がともに等
しい反転演算増幅器からなり、そのマイナス入力端子に
は電圧V1,V2および減算回路13から出力される差
電圧(V1−V2)が加えられるが、この場合、差電圧
(V1−V2)は上記定数Bを調整する補正抵抗16を
介して供給される。これにより、同加算回路14から
は、−{(V1+V2)+(V1−V2)B}なる和電
圧が出力される。
しい反転演算増幅器からなり、そのマイナス入力端子に
は電圧V1,V2および減算回路13から出力される差
電圧(V1−V2)が加えられるが、この場合、差電圧
(V1−V2)は上記定数Bを調整する補正抵抗16を
介して供給される。これにより、同加算回路14から
は、−{(V1+V2)+(V1−V2)B}なる和電
圧が出力される。
【0021】この実施例において、補正抵抗16は抵抗
R1とR2の並列回路からなるが、抵抗R2側にはスイ
ッチング素子としての電界効果トランジスタ(FET)
18が同抵抗R2に対して直列に接続されている。
R1とR2の並列回路からなるが、抵抗R2側にはスイ
ッチング素子としての電界効果トランジスタ(FET)
18が同抵抗R2に対して直列に接続されている。
【0022】また、減算回路13の出力側には、その差
電圧(V1−V2)の極性を検出するコンパレータ17
が接続されている。この実施例では差電圧が正のとき、
同コンパレータ17の出力が「H」となり、これにより
FET18がオンとなって、補正抵抗値が抵抗R1とR
2の合成値とされる。
電圧(V1−V2)の極性を検出するコンパレータ17
が接続されている。この実施例では差電圧が正のとき、
同コンパレータ17の出力が「H」となり、これにより
FET18がオンとなって、補正抵抗値が抵抗R1とR
2の合成値とされる。
【0023】差電圧と和電圧は、割算回路15に入力さ
れ、同割算回路15にて差電圧を分子Yとし、和電圧を
分母Xとする割算が行なわれ、その出力電圧Y/Xは次
段の増幅回路19に供給される。
れ、同割算回路15にて差電圧を分子Yとし、和電圧を
分母Xとする割算が行なわれ、その出力電圧Y/Xは次
段の増幅回路19に供給される。
【0024】増幅回路19は、上記定数Aを調整するた
めのもので、同増幅回路19から上記式(3)に示され
ている被測定面の変位量に相当するV0=(Y/X)A
なる電圧が出力される。
めのもので、同増幅回路19から上記式(3)に示され
ている被測定面の変位量に相当するV0=(Y/X)A
なる電圧が出力される。
【0025】補正抵抗16により定数Bを調整するにあ
たって、その補正抵抗がR1のみのときは、図6のよう
に正の側のみがきれいに調整され、負の側にずれが生ず
るが、差電圧(V1−V2)が正のとき、コンパレータ
17よりFET18がオンとされ、補正抵抗がR1とR
2の合成値とされるため、図7に示されているように、
l−V特性がその全域にわたってリニア補正される。
たって、その補正抵抗がR1のみのときは、図6のよう
に正の側のみがきれいに調整され、負の側にずれが生ず
るが、差電圧(V1−V2)が正のとき、コンパレータ
17よりFET18がオンとされ、補正抵抗がR1とR
2の合成値とされるため、図7に示されているように、
l−V特性がその全域にわたってリニア補正される。
【0026】なお上記とは反対に、光学系などの要因に
より、正の側が負の側よりもずれが大きい場合には、コ
ンパレータ17の入力を逆とし、差電圧(V1−V2)
が負のとき、FET18がオンするようにすれば良い。
より、正の側が負の側よりもずれが大きい場合には、コ
ンパレータ17の入力を逆とし、差電圧(V1−V2)
が負のとき、FET18がオンするようにすれば良い。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、PSDから出力される位置検出電流I1,I2をそ
れぞれ電圧V1,V2に変換するとともに、これらの電
圧V1,V2からその差電圧(V1−V2)と和電圧
(V1+V2)+(V1−V2)を算出し、差電圧を分
子とし、和電圧を分母として割算を行なう三角測量法に
て上記被測定面の変位量を測定する変位計において、差
電圧の極性に応じて減算回路の補正抵抗を変化させるよ
うにしたことにより、変位量とその検出電圧との関係に
おいて、きれいなリニア特性が得られる。
ば、PSDから出力される位置検出電流I1,I2をそ
れぞれ電圧V1,V2に変換するとともに、これらの電
圧V1,V2からその差電圧(V1−V2)と和電圧
(V1+V2)+(V1−V2)を算出し、差電圧を分
子とし、和電圧を分母として割算を行なう三角測量法に
て上記被測定面の変位量を測定する変位計において、差
電圧の極性に応じて減算回路の補正抵抗を変化させるよ
うにしたことにより、変位量とその検出電圧との関係に
おいて、きれいなリニア特性が得られる。
【図1】この発明に係る変位計の一実施例を示した回路
図。
図。
【図2】PSDを説明するための断面図。
【図3】PSDを用いた三角測量法を説明するための模
式図。
式図。
【図4】同三角測量法を適用した従来の一般的な変位計
のブロック線図。
のブロック線図。
【図5】補正なしのときの変位量(l)と検出電圧
(V)の特性図。
(V)の特性図。
【図6】抵抗R1のみによる補正時の変位量(l)と検
出電圧(V)の特性図。
出電圧(V)の特性図。
【図7】抵抗R1と抵抗R2の合成値による補正時の変
位量(l)と検出電圧(V)の特性図。
位量(l)と検出電圧(V)の特性図。
1 PSD(半導体位置検出素子) 11,12 電流電圧変換回路 13 減算回路 14 加算回路 15 割算回路 16 補正抵抗 17 コンパレータ 18 FET
Claims (1)
- 【請求項1】被測定面にて反射された光スポットを受光
する受光面および少なくとも2つの出力端子を有し、こ
の各出力端子から光スポットの入射位置と同出力端子と
の距離に逆比例した位置検出電流I1,I2を出力する
半導体位置検出素子(PSD)と、上記位置検出電流I
1,I2をそれぞれ電圧V1,V2に変換する第1およ
び第2の電流電圧変換回路と、上記電圧V1,V2から
その差電圧(V1−V2)を算出する減算回路と、上記
電圧V1,V2から(V1+V2)+(V1−V2)な
る和電圧を算出する加算回路と、上記差電圧を分子と
し、上記和電圧を分母として割算を行なう割算回路とを
備え、三角測量法にて上記被測定面の変位量を測定する
変位計において、 上記減算回路から出力される上記差電圧の極性を検出す
る極性検出手段を備え、その極性に応じて上記減算回路
の補正抵抗を変化させるようにしたことを特徴とする変
位計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3308497A JP3066509B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3308497A JP3066509B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 変位計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05118846A JPH05118846A (ja) | 1993-05-14 |
JP3066509B2 true JP3066509B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=17981728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3308497A Expired - Fee Related JP3066509B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 変位計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3066509B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4914732B2 (ja) * | 2007-02-07 | 2012-04-11 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | レール変位量測定方法およびレール変位量測定装置 |
-
1991
- 1991-10-28 JP JP3308497A patent/JP3066509B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05118846A (ja) | 1993-05-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000315 |
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