JP3233746B2 - 光位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、受光素子に入射され
た光ビームの位置を検出する光位置検出装置に係り、各
種方向制御装置に適用して好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、掘削機用掘削方向制御装置を始め
とする各種方向制御装置に用いられる光位置検出装置と
しては、単一の受光素子に入射された光ビームによって
その受光素子に発生する光起電力を利用して光ビームの
位置を検出するものや、単一の受光素子に入射された光
ビームによってその受光素子に発生する光導電効果を利
用して光ビームの位置を検出するもの等が存在する。

【０００３】このうち、前者の光位置検出装置の中に
は、例えば、特開平５−５２５６６号公報に開示された
ものがあり、図２にその構成の一例を示す。図２におい
て、受光素子１は、平板状のシリコンの表面のＰ層１ａ
と、裏面のＮ層１ｂと、中間にあるＩ層１ｃとの３層か
ら構成されている。この受光素子１に光ビームが入射さ
れると、入射位置には光電変換機能により光エネルギー
に比例した電荷が発生する。この発生した電荷は光電流
として抵抗層であるＰ層１ａを介してこのＰ層１ａに取
り付けられた電極１ｄ₁ ，１ｄ₂ から出力される。Ｐ層
１ａは全面に均一な抵抗値を持つように作成されてお
り、光電流は電極１ｄ₁ ，１ｄ₂ までの距離（抵抗値）
に逆比例して分割され、出力される。

【０００４】ここで、電極１ｄ₁ ，１ｄ₂ 間の距離を２
Ｌ、受光素子１の中心位置を基準点（出力値０）した場
合の光ビームの入射位置までの距離をｘ、光電流を
ｉ₀ 、各電極１ｄ₁ ，１ｄ₂ から出力される電流を
ｉ₁ ，ｉ₂ （ｉ₀ ＝ｉ₁ ＋ｉ₂ ）とすると、次式が得ら
れる。 ｉ₁ ＝（１／２）・ （１＋ｘ／Ｌ）・ ｉ₀ ・・・ ｉ₂ ＝（１／２）・ （１−ｘ／Ｌ）・ ｉ₀ ・・・ （ｉ₁ −ｉ₂ ）／（ｉ₁ ＋ｉ₂ ）＝ｘ／Ｌ・・・ ｉ₁ ／ｉ₂ ＝（Ｌ＋ｘ）／（Ｌ−ｘ）・・・ 式および式からわかるように、電流ｉ₁ とｉ₂ との
差あるいは比を求めることにより、入射光エネルギーと
は無関係に光ビームの入射位置を求めることができる。

【０００５】受光素子１の電極１ｄ₁ ，１ｄ₂ からそれ
ぞれ出力された電流ｉ₁ ，ｉ₂ は、電流電圧変換部２
ａ，２ｂにおいてそれぞれ対応する電圧ｖ₁ ，ｖ₂ に変
換された後、減算部３において、電圧ｖ₁ から電圧ｖ₂
が減算され、その減算結果（ｖ₁ −ｖ₂ ）が除算部５に
入力される。また、加算部４において、電圧ｖ₁ と電圧
ｖ₂ とが加算され、その加算結果（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）が除算
部５に入力される。

【０００６】これにより、除算部５において、加算結果
（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）で減算結果（ｖ₁ −ｖ₂ ）が除算され、
その除算結果（ｖ₁ −ｖ₂ ）／（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）が出力さ
れる。この除算結果（ｖ₁ −ｖ₂ ）／（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）
は、上記式の左辺（ｉ₁ −ｉ₂ ）／（ｉ₁ ＋ｉ₂ ）の
電流ｉ₁ ，ｉ₂ をそれぞれ電圧ｖ₁ ，ｖ₂ に置き換えた
ものに他ならない。したがって、この除算結果（ｖ₁ −
ｖ₂ ）／（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）は、光ビームの入射位置（以
下、光位置という）を表している。なお、回路要素２
ａ，２ｂ，３〜５は、電気回路部６を構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
光位置検出装置においては、除算部５からは、常に光位
置の検出値として何らかの値が出力されており、以下に
示すような不都合が生じる。 （１）電流ｉ₁ ，ｉ₂ の値が小さい場合 この例としては、光ビーム発振器から出射される光ビー
ムの強度が弱かったり、光ビーム発振器と受光素子１と
の距離が遠すぎたり、受光素子１に入射される光ビーム
が遮られたり、受光素子１の有効受光エリアに光ビーム
が正しく入射されないことが考えられるが、このような
場合、除算部５に入力される加算結果（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）、
すなわち、除算結果（ｖ₁ −ｖ₂ ）／（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）の
分母が小さいため、除算の精度が極端に悪化し、これに
より、光位置の検出精度が悪化してしまう。特に、加算
結果（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）がほぼ０であると、値不明の検出値
が除算部５から出力されてしまう。

【０００８】（２）電流ｉ₁ ，ｉ₂ の値が大きい場合 この例としては、光ビーム発振器から出射される光ビー
ムの強度が強かったり、受光素子１に光ビーム以外に直
射日光等の外乱光が入射されることが考えられるが、こ
のような場合、電気回路部６の各回路要素２ａ，２ｂ，
３〜５の信号レベルが飽和し、その結果、実際の光位置
とは異なる値が検出値として除算部５から出力されてし
まう。

【０００９】また、電気回路部６に供給される電源電圧
が規定値より低い場合には、各回路要素２ａ，２ｂ，３
〜５が正常に動作せず、除算部５からは実際の光位置と
は異なる値が検出値として出力されてしまう。一方、電
気回路部６に供給される電源電圧が規定値より高い場合
にも、各回路要素２ａ，２ｂ，３〜５が正常に動作せ
ず、除算部５からは実際の光位置とは異なる値が検出値
として出力されてしまうが、それだけでなく、各回路要
素２ａ，２ｂ，３〜５が破壊されてしまう。さらに、上
述した従来の光位置検出装置の方式では、受光素子１か
ら出力される電流ｉ₁ ，ｉ₂ の値が非常に小さいので、
電流電圧変換部２ａ，２ｂ等の入力段において高倍率で
増幅される場合が多い。このため、電流電圧変換部２
ａ，２ｂ等の入力段が外来のノイズなどによって故障し
やすい傾向にある。

【００１０】したがって、例えば、電流電圧変換部２ａ
のみが故障して、電流電圧変換部２ｂが正常である場
合、光ビームが受光素子１のどの部分に入射されていて
も、除算部５からは、常に、光ビームが受光素子１の下
側の部分に入射していることを示す値が出力されてしま
う。すなわち、上述した従来の光位置検出装置は、正常
な状態と異常な状態とでその検出値が区別できず、信頼
性が低いという問題があった。

【００１１】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、信頼性の高い光位置検出装置を提供することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するため
に、この発明の 光位置検出装置は、入射された光ビーム
の位置に応じた複数の電流を出力する受光素子を有し、
上記複数の電流に基づいて上記受光素子に入射された光
ビームの位置を検出する光位置検出装置において、上記
複数の電流の少なくとも２つを加算する第１の加算手段
と、上記複数の電流の少なくとも残り２つを加算する第
２の加算手段と、上記第１の加算手段の加算結果と、上
記第２の加算手段の加算結果とを比較する比較手段と、
該比較手段の比較結果に基づいて、異常である旨を報知
する報知手段とを備えることを特徴としている。

【００１３】

【作用】 この発明の 構成によれば、第１の加算手段は、
複数の電流の少なくとも２つを加算し、第２の加算手段
は、複数の電流の少なくとも残り２つを加算する。そし
て、比較手段は、第１の加算手段の加算結果と、第２の
加算手段の加算結果とを比較する。これにより、報知手
段は、比較手段の比較結果に基づいて、異常である旨を
報知する。

【００１４】

【実施例】 次に、この発明の実施例について説明する。
図１はこの発明の実施例である光位置検出装置の構成を
示すブロック図である。この実施例である光位置検出装
置は、２次元の光位置を検出するものであり、受光素子
１２には、図中上下方向（以下、これをｙ方向とする）
に電極１２ｄ₁ ，１２ｄ₂ が設けられると共に、図中斜
め左右方向（以下、これをｘ方向とする）に電極１２ｄ
₃ ，１２ｄ₄ が設けられている。そして、回路要素２
ａ，２ｂ，３〜５は、除算結果（ｖ₁ −ｖ₂ ）／（ｖ₁
＋ｖ₂ ）が出力されるが、この除算結果（ｖ₁ −ｖ₂ ）
／（ｖ₁ ＋ｖ₂）は、ｙ方向の光位置を表しているの
で、これ以降、電圧ｖ_y と呼ぶことにする。

【００１５】 また、図１において、受光素子１２の電極
１２ｄ₃ ，１２ｄ₄ からそれぞれ出力された電流ｉ₃ ，
ｉ₄ は、電流電圧変換部２ｃ，２ｄにおいてそれぞれ対
応する電圧ｖ₃ ，ｖ₄ に変換された後、減算部１３にお
いて、電圧ｖ₃ から電圧ｖ₄が減算され、その減算結果
（ｖ₃ −ｖ₄ ）が除算部１５に入力される。また、加算
部１４において、電圧ｖ₃ と電圧ｖ₄ とが加算され、そ
の加算結果（ｖ₃ ＋ｖ₄ ）が除算部１５に入力される。
これにより、除算部１５において、加算結果（ｖ₃ ＋ｖ
₄ ）で減算結果（ｖ₃ −ｖ₄ ）が除算され、その除算結
果（ｖ₃ −ｖ₄）／（ｖ₃ ＋ｖ₄ ）が出力される。この
除算結果（ｖ₃ −ｖ₄ ）／（ｖ₃ ＋ｖ₄）は、Ｘ方向の
光位置を表しているので、これ以降、電圧ｖ_x と呼ぶこ
とにする。

【００１６】 さらに、図１において、減算部１６は、加
算部４から出力された加算結果（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）より、加
算部１４から出力された加算結果（ｖ₃ ＋ｖ₄ ）を減算
して、その減算結果｛（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）−（ｖ₃ ＋
ｖ₄ ）｝を異常判断部１７へ供給する。異常判断部１７
は、減算部１６の減算結果｛（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）−（ｖ₃ ＋
ｖ₄）｝が０でない場合には、電流電圧変換部２ａ〜２
ｄのいずれか、もしくは加算部４又は１４のいずれかに
何らかの異常が発生していると判断して、異常信号を出
力する。

【００１７】 このような構成において、加算部４から出
力された加算結果（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）及び加算部１４から出
力された加算結果（ｖ₃ ＋ｖ₄ ）は、ともに受光素子１
２に入射された光ビームの強度を表しているので、電流
電圧変換部２ａ〜２ｄ並びに加算部４及び１４のいずれ
も正常に動作している場合、加算結果（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）と
加算結果（ｖ₃ ＋ｖ₄ ）とはほぼ同じ値であり、減算部
１６の減算結果｛（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）−（ｖ₃ ＋ｖ₄ ）｝は
０となる。したがって、異常判断部１７は、電流電圧変
換部２ａ〜２ｄ及び加算部４，１４のいずれも正常に動
作していると判断して、異常信号を出力しない。

【００１８】一方、例えば、電流電圧変換部２ａのみが
故障していて、電流電圧変換部２ｂ〜２ｄ並びに加算部
４及び１４のいずれも正常に動作している場合、光ビー
ムが受光素子１２のどの部分に入射されている場合で
も、電流電圧変換部２ａからは電圧ｖ₁ が出力されな
い。したがって、除算部５からは、常時、光ビームが受
光素子１２の下側の部分に入射されていることを示す電
圧ｖ_y が出力される。一方、除算部１５からは、実際の
ｘ方向の光位置に対応した正確な電圧ｖ_x が出力され
る。また、減算部１６の減算結果｛（ｖ₁ ＋ｖ₂ ）−
（ｖ₃ ＋ｖ₄ ）｝は、０とはならないので、電流電圧変
換部２ａ〜２ｄのいずれか、もしくは加算部４又は１４
のいずれかに何らかの異常が発生していると判断して、
異常信号を出力する。これにより、使用者は、電流電圧
変換部２ａ〜２ｄのいずれか、もしくは加算部４又は１
４のいずれかが故障していると判断することができる。

【００１９】 以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の実施例においては、受光素子１，１２から出力される
電流ｉ₁〜ｉ₄ を電流電圧変換部２ａ〜２ｄによって一
旦電圧ｖ₁ 〜ｖ₄ に変換して用いる例を示したが、これ
に限定されず、電流ｉ₁ 〜ｉ₄ をそのまま用いても良
い。さらに、上述の実施例においては、上記式に基づ
いて光ビームの入射位置を求めた例を示したが、これに
限定されず、上記式に基づいて光ビームの入射位置を
求めても良い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光位置
検出装置によれば、異常の場合には、異常である旨が報
知され、あるいは電源電圧の供給が遮断されるので、異
常でない場合の検出値のみを採用することができる。こ
のため、光位置の検出値の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例である光位置検出装置の電気
的構成を示すブロック図である。

【図２】 従来の光位置検出装置の構成例を示すブロック
図である。

【符号の説明】１２ 受光素子 ４，１４ 加算部（加算手段） １６ 減算部（比較手段） １７ 異常判断部（報知手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射された光ビームの位置に応じた複数
   の電流を出力する受光素子を有し、前記複数の電流に基
   づいて前記受光素子に入射された光ビームの位置を検出
   する光位置検出装置において、 前記複数の電流の少なくとも２つを加算する第１の加算
   手段と、前記複数の電流の少なくとも残り２つを加算す
   る第２の加算手段と、前記第１の加算手段の加算結果
   と、前記第２の加算手段の加算結果とを比較する比較手
   段と、該比較手段の比較結果に基づいて、異常である旨
   を報知する報知手段とを備えることを特徴とする光位置
   検出装置。