JP3227849B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はホトカプラ或はホトイン
タラプタと同様の光センサに係わり、特に反射面を有す
る被検体の傾き方向及び発光素子と被検体との距離を同
時に検知可能な位置検出装置に関する。
タラプタと同様の光センサに係わり、特に反射面を有す
る被検体の傾き方向及び発光素子と被検体との距離を同
時に検知可能な位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来からホトインタラプタは電気的には
絶縁され、光学的には結合されている発光素子と受光素
子とを１つの基台上に配設して、光路内に配した被検体
の有無の検知によく用いられている。
絶縁され、光学的には結合されている発光素子と受光素
子とを１つの基台上に配設して、光路内に配した被検体
の有無の検知によく用いられている。
【０００３】又、反射面を有する被検体と発光素子間の
相対距離や被検体の傾き等を検出する位置検出器として
は図１５に示す如きものが知られている。
相対距離や被検体の傾き等を検出する位置検出器として
は図１５に示す如きものが知られている。
【０００４】図１５で１はＸ，Ｙ，Ｚ軸の中心位置に配
された発光ダイオードの如き発光素子で例えばＹ軸に沿
って発光素子１の中心から等距離Ｄ0 の位置に２個のホ
トダイオードの如き受光素子２ａ及び２ｂが配設されて
いる。又、Ｙ軸上に配設された一方の、例えば受光素子
２ｂはＹ−Ｙ平面よりＺ軸方向に距離Ｄだけ段差８を付
けて配設されている。
された発光ダイオードの如き発光素子で例えばＹ軸に沿
って発光素子１の中心から等距離Ｄ0 の位置に２個のホ
トダイオードの如き受光素子２ａ及び２ｂが配設されて
いる。又、Ｙ軸上に配設された一方の、例えば受光素子
２ｂはＹ−Ｙ平面よりＺ軸方向に距離Ｄだけ段差８を付
けて配設されている。
【０００５】上述の如き位置検出器では発光素子１から
出射した出射光は反射面を有する被検体３で反射し、夫
々受光素子２ａ及び２ｂに入射される。依って受光素子
２ａ及び２ｂへの入射光量を検出することで被検体３と
発光素子１の出射面間の距離Ｄ1 を求めることが出来
る。
出射した出射光は反射面を有する被検体３で反射し、夫
々受光素子２ａ及び２ｂに入射される。依って受光素子
２ａ及び２ｂへの入射光量を検出することで被検体３と
発光素子１の出射面間の距離Ｄ1 を求めることが出来
る。
【０００６】即ち、２つの受光素子２ａ及び２ｂ間では
Ｙ−Ｙ軸に沿って配設された一方の受光素子にはＤの段
差８を付けてあるので２つの受光素子２ａ及び２ｂに入
射される光強度Ｉと距離との関係は被検体３が上下動す
ると図１６の様に光路差によって異なって来る。図１６
の縦軸は光の強度Ｉ、横軸は被検体３の振れ量ＤX であ
り、この様な両受光素子２ａ及び２ｂの出力特性曲線２
ａｃ及び２ｂｃが交わった点７の距離ＤX0を求めてフォ
ーカスサーボ等で光ピックアップの対物レンズ等を停止
させる等の操作が行われている。
Ｙ−Ｙ軸に沿って配設された一方の受光素子にはＤの段
差８を付けてあるので２つの受光素子２ａ及び２ｂに入
射される光強度Ｉと距離との関係は被検体３が上下動す
ると図１６の様に光路差によって異なって来る。図１６
の縦軸は光の強度Ｉ、横軸は被検体３の振れ量ＤX であ
り、この様な両受光素子２ａ及び２ｂの出力特性曲線２
ａｃ及び２ｂｃが交わった点７の距離ＤX0を求めてフォ
ーカスサーボ等で光ピックアップの対物レンズ等を停止
させる等の操作が行われている。
【０００７】更に、図１７に示す如き中点センサと呼ば
れる位置検出器も知られている。このタイプはホトイン
タラプタと近似の構成であるが、発光素子１と２つの受
光素子２ａ及び２ｂは１つの略コ字状の基台上に置かれ
ていて、その中点に例えば光ピックアップアクチュエー
タ等に関連してＷ方向に振られる遮光板４が垂下されて
いる。
れる位置検出器も知られている。このタイプはホトイン
タラプタと近似の構成であるが、発光素子１と２つの受
光素子２ａ及び２ｂは１つの略コ字状の基台上に置かれ
ていて、その中点に例えば光ピックアップアクチュエー
タ等に関連してＷ方向に振られる遮光板４が垂下されて
いる。
【０００８】遮光板４がＷ−Ｗ方向に移動することで、
２板の受光素子２ａ及び２ｂ間の受光量は図１６と同様
に変化するので、両受光素子２ａ及び２ｂの２板の夫々
の出力を加算アンプ５ａ及び５ｂで加算した後にこれら
両出力を差動アンプ６に供給することで両受光素子２ａ
及び２ｂ間の差出力を出力端子Ｔに取り出すことが出来
る様に成されている。
２板の受光素子２ａ及び２ｂ間の受光量は図１６と同様
に変化するので、両受光素子２ａ及び２ｂの２板の夫々
の出力を加算アンプ５ａ及び５ｂで加算した後にこれら
両出力を差動アンプ６に供給することで両受光素子２ａ
及び２ｂ間の差出力を出力端子Ｔに取り出すことが出来
る様に成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の図１５で説明し
た位置検出器の場合は被検体３の例えばディスクに破線
で示す様な傾きが発生すると被検体３ａと発光素子間の
距離Ｄ1 の検出が困難となる問題があった。又、従来の
ものでは距離Ｄ1 の測定と同時に傾き検出を行なうこと
が出来なかった。
た位置検出器の場合は被検体３の例えばディスクに破線
で示す様な傾きが発生すると被検体３ａと発光素子間の
距離Ｄ1 の検出が困難となる問題があった。又、従来の
ものでは距離Ｄ1 の測定と同時に傾き検出を行なうこと
が出来なかった。
【００１０】更に図１７に示す様な位置検出器では発光
素子１と受光素子２ａ及び２ｂ間の距離が離れているた
めに、又中間に遮光板４等を設ける必要があるために検
出器が大型化する問題があった。
素子１と受光素子２ａ及び２ｂ間の距離が離れているた
めに、又中間に遮光板４等を設ける必要があるために検
出器が大型化する問題があった。
【００１１】本発明は叙上の問題点を解消した位置検出
装置を提供しようとするもので、その目的とするところ
は反射面を有する被検体の傾きと発光素子から被検体ま
での距離を同時に検出出来て小型化が図れ、光学部品と
して各種検出が可能な位置検出装置を得ようとするもの
である。
装置を提供しようとするもので、その目的とするところ
は反射面を有する被検体の傾きと発光素子から被検体ま
での距離を同時に検出出来て小型化が図れ、光学部品と
して各種検出が可能な位置検出装置を得ようとするもの
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の第１乃至第５の
請求項に係わる位置検出装置はその例が図５に示されて
いる様に発光手段１と、この発光手段１を囲繞する様
に、発光手段１の中心を通って対向して配列された複数
の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ
と、発光手段１から出射され、被検体３の反射面で反射
されて複数の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２
ｃ，２ｄ間で入射する光の強度を変化させる手段とを有
することを特徴とする位置検出装置としたものである。
請求項に係わる位置検出装置はその例が図５に示されて
いる様に発光手段１と、この発光手段１を囲繞する様
に、発光手段１の中心を通って対向して配列された複数
の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ
と、発光手段１から出射され、被検体３の反射面で反射
されて複数の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２
ｃ，２ｄ間で入射する光の強度を変化させる手段とを有
することを特徴とする位置検出装置としたものである。
【００１３】請求項２に係わる本発明は複数の対で構成
される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射する
光の強度を変化させる手段が、複数の対で構成される受
光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で高さ方向（Ｚ軸方
向）に段差８を有する配置であることを特徴とする請求
項１記載の位置検出装置としたものである。 請求項３に
係わる本発明は複数の対で構成される受光素子２ａ，２
ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射する光の強度を変化させる手
段が、発光素子１の発光面を被検体３の反射面に対して
傾けるものであることを特徴とする請求項１記載の位置
検出装置としたものである。 請求項４に係わる本発明は
複数の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２
ｄ間で入射する光の強度を変化させる手段が、発光素子
１と複数の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２
ｃ，２ｄ間の距離を不等とするものであることを特徴と
する請求項１記載の位置検出装置としたものである。 請
求項５に係わる本発明は複数の対で構成される受光素子
２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射する光の強度を変化
させる手段が、光路中に配設された遮光部材３０，３１
であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置と
したものである。 請求項６に係わる本発明は複数の対で
構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射
する光の強度を変化に基づいて、被検体３の傾きと、被
検体３までの相対距離とを同時に検出する手段をさらに
有することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置と
したものである。
される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射する
光の強度を変化させる手段が、複数の対で構成される受
光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で高さ方向（Ｚ軸方
向）に段差８を有する配置であることを特徴とする請求
項１記載の位置検出装置としたものである。 請求項３に
係わる本発明は複数の対で構成される受光素子２ａ，２
ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射する光の強度を変化させる手
段が、発光素子１の発光面を被検体３の反射面に対して
傾けるものであることを特徴とする請求項１記載の位置
検出装置としたものである。 請求項４に係わる本発明は
複数の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２
ｄ間で入射する光の強度を変化させる手段が、発光素子
１と複数の対で構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２
ｃ，２ｄ間の距離を不等とするものであることを特徴と
する請求項１記載の位置検出装置としたものである。 請
求項５に係わる本発明は複数の対で構成される受光素子
２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射する光の強度を変化
させる手段が、光路中に配設された遮光部材３０，３１
であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置と
したものである。 請求項６に係わる本発明は複数の対で
構成される受光素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄ間で入射
する光の強度を変化に基づいて、被検体３の傾きと、被
検体３までの相対距離とを同時に検出する手段をさらに
有することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置と
したものである。
【００１４】
【作用】請求項１に係わる本発明の位置検出装置は発光
素子１を中心として囲繞する様に複数対の受光素子２
ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄを配置して、受光素子３に入射
する発光素子と被検体３間の距離と傾きを計測可能な小
型な位置検出器を得ることが出来る。
素子１を中心として囲繞する様に複数対の受光素子２
ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄを配置して、受光素子３に入射
する発光素子と被検体３間の距離と傾きを計測可能な小
型な位置検出器を得ることが出来る。
【００１５】請求項２乃至請求項６に係わる本発明の位
置検出装置は発光素子１を中心として囲繞する様に対の
複数組の受光素子の一方に受光する光強度を種々の構成
で変える様にしたので発光素子と被検体間の距離の検出
と被検体の傾きを同時に検出可能な位置検出器を得るこ
とが出来る。
置検出装置は発光素子１を中心として囲繞する様に対の
複数組の受光素子の一方に受光する光強度を種々の構成
で変える様にしたので発光素子と被検体間の距離の検出
と被検体の傾きを同時に検出可能な位置検出器を得るこ
とが出来る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の位置検出装置を図面によって
詳記する。図１は本例の原理を示す配置図であり、Ｘ，
Ｙ並にＺ軸の交点に発光ダイオード等の発光素子１が配
され、Ｙ軸及びＸ軸方向に発光素子１の中心点０から各
受光素子２ａ及び２ｂと、２ｃ及び２ｄの中心点０1 間
の距離Ｄ0 を等しく選択してＸ及びＹ平面上に十字型に
配列する。
詳記する。図１は本例の原理を示す配置図であり、Ｘ，
Ｙ並にＺ軸の交点に発光ダイオード等の発光素子１が配
され、Ｙ軸及びＸ軸方向に発光素子１の中心点０から各
受光素子２ａ及び２ｂと、２ｃ及び２ｄの中心点０1 間
の距離Ｄ0 を等しく選択してＸ及びＹ平面上に十字型に
配列する。
【００１７】上述の発光素子１及び４個の受光素子２ａ
〜２ｄは図２に示す様に略々十字型をした板材からなる
基台９上に貼着等の方法で固定されて、位置検出器１０
を構成する。
〜２ｄは図２に示す様に略々十字型をした板材からなる
基台９上に貼着等の方法で固定されて、位置検出器１０
を構成する。
【００１８】この様な位置検出器１０によってＸ軸方向
の傾き（スキュー）信号、Ｙ軸方向のスキー信号並びに
Ｚ軸方向距離信号（発光素子１の上面から反射面を有す
る被検体３までの距離）を同時に検出可能な回路図を図
３に示す。図３で位置検出器１０のＡ及びＣで示す受光
素子２ｃ及び２ｄ並にＢとＤで示す受光素子２ａ及び２
ｂが配列される方向をＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸とすると、
Ａ及びＣで示す受光素子２ｃ及び２ｄからの出力信号を
差動アンプ１１の非反転及び反転入力端子に供給し、出
力端子Ｔ1 に両受光素子の差信号を取り出してＸ軸方向
スキュー信号を得る。
の傾き（スキュー）信号、Ｙ軸方向のスキー信号並びに
Ｚ軸方向距離信号（発光素子１の上面から反射面を有す
る被検体３までの距離）を同時に検出可能な回路図を図
３に示す。図３で位置検出器１０のＡ及びＣで示す受光
素子２ｃ及び２ｄ並にＢとＤで示す受光素子２ａ及び２
ｂが配列される方向をＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸とすると、
Ａ及びＣで示す受光素子２ｃ及び２ｄからの出力信号を
差動アンプ１１の非反転及び反転入力端子に供給し、出
力端子Ｔ1 に両受光素子の差信号を取り出してＸ軸方向
スキュー信号を得る。
【００１９】同様にＢ及びＤで示す受光素子２ａ及び２
ｂからの出力信号を差動アンプ１２の非反転及び反転入
力端子に供給し、出力端子Ｔ2 に両受光素子の差信号を
取り出してＹ軸方向スキュー信号を得る。
ｂからの出力信号を差動アンプ１２の非反転及び反転入
力端子に供給し、出力端子Ｔ2 に両受光素子の差信号を
取り出してＹ軸方向スキュー信号を得る。
【００２０】更に、Ａ，Ｃで示す受光素子２ｃ及び２ｄ
並にＢ，Ｄで示す受光素子２ａ及び２ｂの対の受光素子
からの出力を加算アンプ１３及び１４の各々の非反転入
力端子に供給し、これら両加算アンプ１３及び１４の出
力を差動アンプ１５の非反転及び反転入力端子に供給し
て出力端子Ｔ3 にＺ軸方向距離信号を取り出す様に構成
されている。
並にＢ，Ｄで示す受光素子２ａ及び２ｂの対の受光素子
からの出力を加算アンプ１３及び１４の各々の非反転入
力端子に供給し、これら両加算アンプ１３及び１４の出
力を差動アンプ１５の非反転及び反転入力端子に供給し
て出力端子Ｔ3 にＺ軸方向距離信号を取り出す様に構成
されている。
【００２１】上述の如き位置検出器１０で、例えば図５
に示す様に被検体３と直交する法線（Ｚ軸）と発光素子
１から出射して反射面を有する被検体３で反射して、受
光素子２ａ〜２ｄに入射する出射光との成す角をθとし
たときの出射光の強度指向特性Ｉは次の式で表すことが
出来る。 Ｉ＝ｃｏｓ2 θ ・・・（１）
に示す様に被検体３と直交する法線（Ｚ軸）と発光素子
１から出射して反射面を有する被検体３で反射して、受
光素子２ａ〜２ｄに入射する出射光との成す角をθとし
たときの出射光の強度指向特性Ｉは次の式で表すことが
出来る。 Ｉ＝ｃｏｓ2 θ ・・・（１）
【００２２】この様な出射光の出射角θを横軸に強度Ｉ
を縦軸にとって（１）式をプロットした論理値曲線１６
と、実験値曲線１７との関係曲線を図４に示している。
この両曲線１６及び１７から解る様に、出射光の強度指
向特性曲線は略々論理値に近似させることが出来る。
を縦軸にとって（１）式をプロットした論理値曲線１６
と、実験値曲線１７との関係曲線を図４に示している。
この両曲線１６及び１７から解る様に、出射光の強度指
向特性曲線は略々論理値に近似させることが出来る。
【００２３】上述の如き光の強度分布を変える方法は各
種考えられるが図５及び図６Ａの様に発光素子１とＸ軸
又はＹ軸方向に対向して配置されているＡ及びＣの受光
素子２ｃ及び２ｄ並にＢ及びＤの受光素子２ａ及び２ｂ
の内の例えば一方のＡとＢの受光素子２ｃと２ａをＸ−
Ｙ平面から距離Ｄだけ段差８を付けて配置する。勿論、
この場合発光素子１の中心点０から各受光素子２ａ〜２
ｄの中心点０1 までの距離は図１と同様に距離Ｄ0 と等
しくする。
種考えられるが図５及び図６Ａの様に発光素子１とＸ軸
又はＹ軸方向に対向して配置されているＡ及びＣの受光
素子２ｃ及び２ｄ並にＢ及びＤの受光素子２ａ及び２ｂ
の内の例えば一方のＡとＢの受光素子２ｃと２ａをＸ−
Ｙ平面から距離Ｄだけ段差８を付けて配置する。勿論、
この場合発光素子１の中心点０から各受光素子２ａ〜２
ｄの中心点０1 までの距離は図１と同様に距離Ｄ0 と等
しくする。
【００２４】この時の発光素子１からの出射光の出射角
を図５で考えると、このＸ−Ｙ平面から受光素子２ｃは
段差８で示す距離Ｄだけ下がっているので被検体３のＸ
−Ｘ軸に入射する法線（Ｚ軸）となす角θ1 及びθ2 は
異なった値となりＡ及びＣの受光素子２ｃ及び２ｄに入
射される光強度は図４の様に変わることになる。
を図５で考えると、このＸ−Ｙ平面から受光素子２ｃは
段差８で示す距離Ｄだけ下がっているので被検体３のＸ
−Ｘ軸に入射する法線（Ｚ軸）となす角θ1 及びθ2 は
異なった値となりＡ及びＣの受光素子２ｃ及び２ｄに入
射される光強度は図４の様に変わることになる。
【００２５】同様に受光素子２ａ〜２ｄに入射するスポ
ットの強度を変える方法としては図７Ａに示す様に被検
体３の反射面に対し、発光素子１の発光面をＸ−Ｘ軸或
はＹ−Ｙ軸方向等に傾けて配置し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示
される受光素子２ｃ，２ａ，２ｄ，２ｂをＸ−Ｙの同一
平面内に配設させる様にしてもよい。
ットの強度を変える方法としては図７Ａに示す様に被検
体３の反射面に対し、発光素子１の発光面をＸ−Ｘ軸或
はＹ−Ｙ軸方向等に傾けて配置し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示
される受光素子２ｃ，２ａ，２ｄ，２ｂをＸ−Ｙの同一
平面内に配設させる様にしてもよい。
【００２６】図６Ａ及び図７Ａに示す様な方法で受光素
子への照射スポットの強度を変化させると、例えば、Ｘ
軸上でのＡ及びＣの受光素子２ｃ及び２ｄ上でのピーク
値は図６Ｂ及び図７Ｂの様に強度Ｉのピーク値はずれ
る。これらの二つの信号の差Ａ−ＣをとってＳカーブ１
８を作り、零点２２点でＸ軸方向のスキューを求める様
にすればよい。
子への照射スポットの強度を変化させると、例えば、Ｘ
軸上でのＡ及びＣの受光素子２ｃ及び２ｄ上でのピーク
値は図６Ｂ及び図７Ｂの様に強度Ｉのピーク値はずれ
る。これらの二つの信号の差Ａ−ＣをとってＳカーブ１
８を作り、零点２２点でＸ軸方向のスキューを求める様
にすればよい。
【００２７】上述の場合はＸ軸方向について説明したが
Ｙ軸方向スキューも同様にあるので詳細な説明は省略す
る。
Ｙ軸方向スキューも同様にあるので詳細な説明は省略す
る。
【００２８】Ｚ軸方向の距離、即ち発光素子１表面と被
検体３間の距離Ｄ1 の測定は図３の回路図で説明した様
にＡとＣの受光素子２ｃ及び２ｄの加算出力特性曲線１
９と、ＢとＤの受光素子２ａ及び２ｂの加算出力特性２
０を同じく図６Ｃ及び図７Ｃに示す様に減算した（Ａ＋
Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）に基づいてＳカーブ２１を検出し、Ｓ
カーブ２１の零点でＺ軸方向距離検出を行う様にすれば
よい。
検体３間の距離Ｄ1 の測定は図３の回路図で説明した様
にＡとＣの受光素子２ｃ及び２ｄの加算出力特性曲線１
９と、ＢとＤの受光素子２ａ及び２ｂの加算出力特性２
０を同じく図６Ｃ及び図７Ｃに示す様に減算した（Ａ＋
Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）に基づいてＳカーブ２１を検出し、Ｓ
カーブ２１の零点でＺ軸方向距離検出を行う様にすれば
よい。
【００２９】図８は被検体３が例えばＸ軸方向に傾いた
時の出射強度の変わる理由を説明するための線図であ
る。
時の出射強度の変わる理由を説明するための線図であ
る。
【００３０】図８で発光素子１とＸ軸方向に配設された
Ａ及びＣの受光素子２ｃ及び２ｄが同一のＸ−Ｘ平面上
にあるとした場合に、被検体３がＸ−Ｘ軸方向に傾く
と、発光素子１に垂直に立てたＺ軸（法線）と発光素子
１からの出射光２３及び２４との成す出射角θ1 及びθ
2 は異なった値となりθ1 ＜θ2 と成る。
Ａ及びＣの受光素子２ｃ及び２ｄが同一のＸ−Ｘ平面上
にあるとした場合に、被検体３がＸ−Ｘ軸方向に傾く
と、発光素子１に垂直に立てたＺ軸（法線）と発光素子
１からの出射光２３及び２４との成す出射角θ1 及びθ
2 は異なった値となりθ1 ＜θ2 と成る。
【００３１】この場合、図４に示す様に出射角θ1 の小
さいＡの受光素子２ｃの方が光の強度Ｉは大きくなる。
さいＡの受光素子２ｃの方が光の強度Ｉは大きくなる。
【００３２】同様に図９の様に段差８を付けた場合のＡ
とＣの受光素子２ｃ及び２ｄの出力信号を加算した加算
アンプ１３の出力と、ＢとＤの受光素子２ａ及び２ｂの
出力信号を加算した加算アンプ１４の出力とを考えた
時、発光素子１からの出射光２５及び２６と発光素子１
に垂直に立てた垂線（Ｚ軸）との成す出射角θ3 とθ4
はθ3 ＞θ4 でθ4 側のＢとＤの受光素子２ａ及び２ｂ
側の方が図４の実験値、計算値で共に光の強度Ｉが高く
なることが解る。
とＣの受光素子２ｃ及び２ｄの出力信号を加算した加算
アンプ１３の出力と、ＢとＤの受光素子２ａ及び２ｂの
出力信号を加算した加算アンプ１４の出力とを考えた
時、発光素子１からの出射光２５及び２６と発光素子１
に垂直に立てた垂線（Ｚ軸）との成す出射角θ3 とθ4
はθ3 ＞θ4 でθ4 側のＢとＤの受光素子２ａ及び２ｂ
側の方が図４の実験値、計算値で共に光の強度Ｉが高く
なることが解る。
【００３３】上述の如きＸ及びＹ方向のスキュー信号並
にＺ軸方向の距離信号の出力特性を調べるために、図６
で説明した段差付きの位置検出器１０を用いシミュレー
ションを行った。即ち、発光素子１と受光素子２ａ〜２
ｄを微小面積に分割し、夫々の微小面積について光線追
跡を行った。
にＺ軸方向の距離信号の出力特性を調べるために、図６
で説明した段差付きの位置検出器１０を用いシミュレー
ションを行った。即ち、発光素子１と受光素子２ａ〜２
ｄを微小面積に分割し、夫々の微小面積について光線追
跡を行った。
【００３４】今、１つの受光手段の出力をＰとすると Ｐ＝Ｍ∫ｄｓ∫（ｄｓｓ・ｎ）ｃｏｓ2 θ／ｒ2 ・・・（２） と書ける、ここで Ｍ ：定数 ｄｓ ：発光素子の微小面積 ｄｓｓ：受光素子、微小面積の被検体方向に向かう単位
法線ベクトル ｎ ：受光素子、微小面積の被検体上の反射点に向か
う単位ベクトル ｒ ：発光素子微小面積、被検体点、受光素子微小面
積を結ぶ距離
法線ベクトル ｎ ：受光素子、微小面積の被検体上の反射点に向か
う単位ベクトル ｒ ：発光素子微小面積、被検体点、受光素子微小面
積を結ぶ距離
【００３５】図６で説明した位置検出器のシミュレーシ
ョンを下記の如く行った。この時の位置検出器の条件は 発光素子１ ：０．４ｍｍ×０．４ｍｍ 受光素子２ａ〜２ｄ：０．７ｍｍ×０．７ｍｍ 被検体３の傾き Ｘ軸方向０．５度 Ｙ軸方向０．５度 被検体３の位置はＺ軸方向にプラス１ｍｍとし、受光素
子２ａ〜２ｄと発光素子１間の距離はＸ，Ｙ軸方向に３
ｍｍの位置に配し、段差８の距離Ｄは０．５ｍｍとし
た。
ョンを下記の如く行った。この時の位置検出器の条件は 発光素子１ ：０．４ｍｍ×０．４ｍｍ 受光素子２ａ〜２ｄ：０．７ｍｍ×０．７ｍｍ 被検体３の傾き Ｘ軸方向０．５度 Ｙ軸方向０．５度 被検体３の位置はＺ軸方向にプラス１ｍｍとし、受光素
子２ａ〜２ｄと発光素子１間の距離はＸ，Ｙ軸方向に３
ｍｍの位置に配し、段差８の距離Ｄは０．５ｍｍとし
た。
【００３６】（２）式でＭの値を１とした時の 受光素子Ａの出力＝１３９．１３ 受光素子Ｂの出力＝１７２．２８ 受光素子Ｃの出力＝１３０．７２ 受光素子Ｄの出力＝１７０．８５ 以上の結果を用いてＸ軸方向の傾きを求めるとＡ−Ｂ＝
８．４０であり、同様にＹ軸方向の傾きを求めるとＢ−
Ｄ＝８．４３であった。
８．４０であり、同様にＹ軸方向の傾きを求めるとＢ−
Ｄ＝８．４３であった。
【００３７】図１０は被検体３の傾きを零度とし、横軸
をＺ軸方向への移動量を、縦軸に加算アンプ１３及び１
４並に減算アンプ１５の出力を取っている。
をＺ軸方向への移動量を、縦軸に加算アンプ１３及び１
４並に減算アンプ１５の出力を取っている。
【００３８】この場合の加算アンプ１３の出力は曲線２
７に、加算アンプ１４の出力は曲線２８に、減算アンプ
１５の出力は曲線２９に示す如くなり、極めて小さな移
動量も検出可能なことが解る。
７に、加算アンプ１４の出力は曲線２８に、減算アンプ
１５の出力は曲線２９に示す如くなり、極めて小さな移
動量も検出可能なことが解る。
【００３９】上述の各実施例では対の受光素子２ａ及び
２ｂと２ｃ及び２ｄの内の一方の受光素子２ａ及び２ｃ
に段差８を設けるか、発光素子１を傾けることで被検体
３で反射して受光素子２ａ〜２ｄに入射する光強度を変
化させる方法を説明したが図１１及び図１２に示す様に
構成させてもよいことは明らかである。
２ｂと２ｃ及び２ｄの内の一方の受光素子２ａ及び２ｃ
に段差８を設けるか、発光素子１を傾けることで被検体
３で反射して受光素子２ａ〜２ｄに入射する光強度を変
化させる方法を説明したが図１１及び図１２に示す様に
構成させてもよいことは明らかである。
【００４０】図１１の場合は発光素子１から出射した出
射光が被検体３で反射して同一平面上に配した一方の受
光素子２ａ又は２ｃに入射する光路の一部に光減衰部材
３０，３１を配設したものである。この場合は他方の受
光素子２ｂ及び２ｄに入射する光の強度に比べて小さく
なるのでＳカーブを作り出すことが出来る。勿論Ｄ0の
値は等しく取ってある。
射光が被検体３で反射して同一平面上に配した一方の受
光素子２ａ又は２ｃに入射する光路の一部に光減衰部材
３０，３１を配設したものである。この場合は他方の受
光素子２ｂ及び２ｄに入射する光の強度に比べて小さく
なるのでＳカーブを作り出すことが出来る。勿論Ｄ0の
値は等しく取ってある。
【００４１】図１２に示すものは同一平面上に配列した
４つの受光素子２ａ〜２ｄの中心０ 1 と発光素子１の中
心点０との距離を対の受光素子２ｃ及び２ｄ間ではＤX1
＜Ｄ X2となし受光素子２ａ及び２ｂ間ではＤY1＜ＤY2と
して光強度を変化させる様にした場合である。
４つの受光素子２ａ〜２ｄの中心０ 1 と発光素子１の中
心点０との距離を対の受光素子２ｃ及び２ｄ間ではＤX1
＜Ｄ X2となし受光素子２ａ及び２ｂ間ではＤY1＜ＤY2と
して光強度を変化させる様にした場合である。
【００４２】上述の位置検出器１０ではＴ字状の基台９
上に発光素子１を中心にＸ及びＹ軸方向に４個のＡ〜Ｄ
の受光素子２ｃ，２ａ，２ｄ，２ｂを配設した例を説明
したが、例えば図１３又は図１４の様に構成してもよ
い。
上に発光素子１を中心にＸ及びＹ軸方向に４個のＡ〜Ｄ
の受光素子２ｃ，２ａ，２ｄ，２ｂを配設した例を説明
したが、例えば図１３又は図１４の様に構成してもよ
い。
【００４３】図１３に示すものは基台９を略々円盤状と
成し、発光素子１を中心にＸ−Ｘ及びＹ−Ｙ軸方向に配
された受光素子２ａ〜２ｄに更に各象限のＸ軸及びＹ軸
から４５度の位置に対向する様にＥとＧの受光素子２ｅ
及び２ｆと同じく対向する様にＦとＨの受光素子２ｈ及
び２ｇを設けたものである。この様に構成させればＸ及
びＹ軸方向に対し被検体が４５度方向に傾いた時のスキ
ューも検出可能と成る。勿論受光素子の中心点０を中心
に囲繞する様にｎ等分する様にｎ個の受光素子を配する
ことも出来る。
成し、発光素子１を中心にＸ−Ｘ及びＹ−Ｙ軸方向に配
された受光素子２ａ〜２ｄに更に各象限のＸ軸及びＹ軸
から４５度の位置に対向する様にＥとＧの受光素子２ｅ
及び２ｆと同じく対向する様にＦとＨの受光素子２ｈ及
び２ｇを設けたものである。この様に構成させればＸ及
びＹ軸方向に対し被検体が４５度方向に傾いた時のスキ
ューも検出可能と成る。勿論受光素子の中心点０を中心
に囲繞する様にｎ等分する様にｎ個の受光素子を配する
ことも出来る。
【００４４】更にｎ個の受光素子を発光素子１と同心的
な円環状のｎ個に分割したライン型センサとしてもよ
い。
な円環状のｎ個に分割したライン型センサとしてもよ
い。
【００４５】図１４に示す構成は三角形状の基台９にＸ
−Ｘ軸方向にＡとＣの２個の受光素子２ｃ及び２ｄを配
し、Ｙ軸方向にはＤで示す１個の発光素子２ｂを配設し
た場合である。
−Ｘ軸方向にＡとＣの２個の受光素子２ｃ及び２ｄを配
し、Ｙ軸方向にはＤで示す１個の発光素子２ｂを配設し
た場合である。
【００４６】本発明の位置検出装置は叙上の様に構成さ
せたので、反射面を有する被検体の傾きと発光素子から
被検体までの距離を同時に検出可能なものが得られ、１
つの素子として構成出来るのでフォトインタラプタの様
に小型化が図れ、多くの光学部品を用いずに１軸ガルバ
ノミラーの中点検出、スキュー検出、フォーカス検出或
は中点センサ等に利用可能と成る。
せたので、反射面を有する被検体の傾きと発光素子から
被検体までの距離を同時に検出可能なものが得られ、１
つの素子として構成出来るのでフォトインタラプタの様
に小型化が図れ、多くの光学部品を用いずに１軸ガルバ
ノミラーの中点検出、スキュー検出、フォーカス検出或
は中点センサ等に利用可能と成る。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば反射面を有する被検体の
傾きと距離を同時に検出することの出来る位置検出装置
が得られる。
傾きと距離を同時に検出することの出来る位置検出装置
が得られる。
【図１】本発明の位置検出装置の一実施例を示す配置図
である。
である。
【図２】本発明の位置検出装置の構成図である。
【図３】本発明の位置検出装置の回路図である。
【図４】本発明の説明に供する出射光強度指向特性の実
験値との比較図である。
験値との比較図である。
【図５】本発明の位置検出装置の他の実施例を示す配置
図である。
図である。
【図６】本発明の位置検出装置の一実施例を示す説明図
である。
である。
【図７】本発明の位置検出装置の他の実施例を示す説明
図である。
図である。
【図８】本発明の位置検出装置の強度分布説明図（Ｉ）
である。
である。
【図９】本発明の位置検出装置の強度分布説明図（II)
である。
である。
【図１０】本発明の位置検出装置の被検体の移動量に対
する差動信号を示すグラフである。
する差動信号を示すグラフである。
【図１１】本発明の位置検出装置の更に他の実施例を示
す配置図（Ｉ）である。
す配置図（Ｉ）である。
【図１２】本発明の位置検出装置の更に他の実施例を示
す配置図（II）である。
す配置図（II）である。
【図１３】本発明の他の位置検出装置の構成図である。
【図１４】本発明の更に他の位置検出装置の構成図であ
る。
る。
【図１５】従来の段差型の位置検出装置の配置図であ
る。
る。
【図１６】従来の光の強度−振れ量との関係図である。
【図１７】従来の中点型の位置検出装置の構成図であ
る。
る。
１ 発光素子 ２ａ〜２ｇ 受光素子 ３ 被検体 １１，１２，１５ 差動アンプ １３，１４ 加算アンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01V 8/20 G01B 11/00
Claims (6)
- 【請求項１】 発光手段と、 前記発光手段を囲繞する様に、該発光手段の中心を通っ
て対向して配列された複数の対で構成される受光素子
と、 前記発光手段から出射され、被検体の反射面で反射され
て前記複数の対で構成される受光素子間で入射する光の
強度を変化させる手段とを有する ことを特徴とする位置
検出装置。 - 【請求項２】 前記複数の対で構成される受光素子間で
入射する光の強度を変化させる手段が、 前記複数の対で構成される受光素子間で高さ方向（Ｚ軸
方向）に段差を有する配置であることを特徴とする請求
項１記載の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記複数の対で構成される受光素子間で
入射する光の強度を変化させる手段が、 前記発光素子の発光面を前記被検体の反射面に対して傾
けるものであることを特徴とする請求項１記載の位置検
出装置。 - 【請求項４】 前記複数の対で構成される受光素子間で
入射する光の強度を変化させる手段が、 前記発光素子と前記複数の対で構成される受光素子間の
距離を不等とするものであることを特徴とする請求項１
記載の位置検出装置。 - 【請求項５】 前記複数の対で構成される受光素子間で
入射する光の強度を変化させる手段が、 光路中に配設された遮光部材であることを特徴とする請
求項１記載の位置検出装置。 - 【請求項６】前記複数の対で構成される受光素子間で入
射する光の強度を変化に基づいて、前記被検体の傾き
と、前記被検体までの相対距離とを同時に検出する手段
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の位置検
出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34823792A JP3227849B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34823792A JP3227849B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201844A JPH06201844A (ja) | 1994-07-22 |
| JP3227849B2 true JP3227849B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=18395669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34823792A Expired - Fee Related JP3227849B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3227849B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4148761B2 (ja) * | 2002-11-26 | 2008-09-10 | アークレイ株式会社 | 試験用具の検知機構、およびこの検知機構を備えた分析装置 |
| AU2003284613A1 (en) * | 2002-11-26 | 2004-06-23 | Arkray, Inc. | Light sensor, and detecting mechanism and light-measuring mechanism in analyzing device |
| JP4088142B2 (ja) * | 2002-11-26 | 2008-05-21 | アークレイ株式会社 | 光センサ、試験用具の測光機構、およびこの測光機構を備えた分析装置 |
| JP5476858B2 (ja) * | 2009-08-24 | 2014-04-23 | 株式会社リコー | 測距センサ |
| JP7150278B2 (ja) * | 2019-06-07 | 2022-10-11 | 国立大学法人 東京大学 | アレイ型近接覚センサ |
| JP7326981B2 (ja) * | 2019-08-09 | 2023-08-16 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | 検出装置、搬送装置及び画像形成装置 |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP34823792A patent/JP3227849B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06201844A (ja) | 1994-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |