JP6310684B2 - Optical position detector - Google Patents

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Description

本発明は、検知対象物の位置を光学的に検出する光学的位置検出装置に関する。   The present invention relates to an optical position detection device that optically detects the position of a detection object.

特許文献1に記載されているように、検知対象物の位置を光学的に検出する技術が従来から提案されている。   As described in Patent Document 1, a technique for optically detecting the position of a detection target has been proposed.

特開2013−88122号公報JP2013-88122A

さて、光学的位置検出装置については、小型化することが望まれている。   Now, it is desired to reduce the size of the optical position detection device.

そこで、本発明は上述した点に鑑みて成されたものであり、光学的位置検出装置を小型化することが可能な技術を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to provide a technique capable of downsizing an optical position detection device.

上記課題を解決するため、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様は、光を照射する照明部と、前記照明部が照射する光が検知対象物で反射することによって得られた反射光を受光する受光面を有する受光部と、前記検知対象物の位置を求める位置取得部とを備え、前記受光面は、第1乃至第3受光面を有し、前記第1乃至第3受光面のそれぞれは、他の2つの受光面と隣接するように基準点の周りに配置され、前記第1受光面は、前記基準点の周りから第1角度を成して放射状に延びる2辺を有し、前記第2受光面は、前記基準点の周りから第2角度を成して放射状に延びる2辺を有し、前記第3受光面は、前記基準点の周りから第3角度を成して放射状に延びる2辺を有し、前記第1乃至第3角度は互いに等しく、前記受光部は、前記照射部が光を照射しているとき、前記反射光を前記第1乃至第3受光面で受光し、当該第1乃至第3受光面で受光された光をそれぞれ第1乃至第3電気信号に変換して出力し、前記受光部は、前記照射部が光を照射していないときに前記第1乃至第3受光面で受光する光をそれぞれ第4乃至第6電気信号に変換して出力し、前記位置取得部は、前記第1乃至第3受光面を含む座標平面を定義し、前記受光部から出力される前記第1乃至第3電気信号から前記第4乃至第6電気信号をそれぞれ差し引いて前記第1乃至第3電気信号を補正し、補正後の前記第1乃至第3電気信号を前記基準点から前記第1乃至第3受光面にそれぞれ延びる第1乃至第3ベクトルでそれぞれ表し、前記第1乃至第3ベクトルに基づいて、前記座標平面での前記検知対象物の位置を求めるIn order to solve the above-described problems, an aspect of the optical position detection device according to the present invention includes an illumination unit that irradiates light, and reflected light obtained by reflecting light emitted from the illumination unit on a detection target. A light receiving portion having a light receiving surface for receiving light, and a position acquisition portion for obtaining a position of the detection target, wherein the light receiving surface includes first to third light receiving surfaces, and the first to third light receiving surfaces. Are arranged around a reference point so as to be adjacent to the other two light receiving surfaces, and the first light receiving surface has two sides extending radially from the periphery of the reference point at a first angle. The second light receiving surface has two sides extending radially from the reference point at a second angle, and the third light receiving surface forms a third angle from the reference point. has two sides extending radially Te, the first to third angle are equal to each other, the light receiving unit, the When the morphism portion is irradiated with light, the reflected light is received by the first through third light receiving surface, the first through third light received by the light-receiving surface to the first to third electric signals, respectively The light receiving unit converts the light received by the first to third light receiving surfaces into the fourth to sixth electric signals and outputs the light when the irradiation unit is not irradiating light. The position acquisition unit defines a coordinate plane including the first to third light receiving surfaces, and subtracts the fourth to sixth electric signals from the first to third electric signals output from the light receiving unit , respectively. The first to third electric signals are corrected, and the corrected first to third electric signals are represented by first to third vectors respectively extending from the reference point to the first to third light receiving surfaces, The detection in the coordinate plane based on the first to third vectors. Determine the position of the elephant products.

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記第1乃至第3受光面の面積は互いに等しい。   In one aspect of the optical position detection device according to the present invention, the areas of the first to third light receiving surfaces are equal to each other.

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記第1乃至第3受光面の形状は合同である。   In one aspect of the optical position detection device according to the present invention, the shapes of the first to third light receiving surfaces are congruent.

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記第1乃至第3受光面の形状は扇形である。   In one aspect of the optical position detection device according to the present invention, the first to third light receiving surfaces have a fan shape.

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記位置取得部は、前記第1乃至第3電気信号に基づいて、前記検知対象物についての、前記座標平面に対して垂直方向の位置を求める。   Moreover, in one aspect of the optical position detection device according to the present invention, the position acquisition unit is configured to be perpendicular to the coordinate plane of the detection object based on the first to third electrical signals. Find the position.

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記位置取得部で求められる前記検知対象物の位置は、予め定められた数値範囲内で表現される。   Further, in one aspect of the optical position detection device according to the present invention, the position of the detection target obtained by the position acquisition unit is expressed within a predetermined numerical range.

本発明によると、光学的位置検出装置を小型化することができる。   According to the present invention, the optical position detection device can be miniaturized.

光学的位置検出装置の概略的な構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of an optical position detection apparatus. 実施の形態に係る光学的位置検出装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the optical position detection apparatus which concerns on embodiment. 光学的位置検出装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of an optical position detection apparatus. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 光学的位置検出装置の回路図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit diagram of an optical position detection apparatus. 論理回路の制御内容の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control content of a logic circuit. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 電気信号に対応するベクトルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vector corresponding to an electrical signal. z座標について説明するための図である。It is a figure for demonstrating z coordinate. z座標について説明するための図である。It is a figure for demonstrating z coordinate. 反射光の動きを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the motion of reflected light. 光学的位置検出装置の検出結果を示す図である。It is a figure which shows the detection result of an optical position detection apparatus. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 比較対象装置の回路図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit diagram of a comparison object apparatus. 比較対象装置の受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light-receiving part of a comparison object apparatus. 反射光の動きを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the motion of reflected light. 比較対象装置の検出結果を示す図である。It is a figure which shows the detection result of a comparison object apparatus. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 受光部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light-receiving part. 電気信号に対応するベクトルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vector corresponding to an electrical signal.

<<光学的位置検出装置の概要について>>
図1は、本実施の形態に係る光学的位置検出装置1の概略的な構成を示す図である。本実施の形態に係る光学的位置検出装置1は、例えば人の手や指といった検知対象物60の位置を光学的に検出する。図1に示されるように、光学的位置検出装置1は、略直方体の形状を成している。光学的位置検出装置1には、光を透過させる窓が設けられており、その窓の内側に、照明部2と受光部3とが備えている。光学的位置検出装置1の最長の一辺の長さは、例えば10mm程度の長さであるが、図1では、便宜上、実際よりも大きいサイズで光学的位置検出装置1が示されている。なお、図1に示される光学的位置検出装置1、照明部2、受光部3の形状は一例であり、図1に示される形状に限られない。
<< About the outline of the optical position detector >>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical position detection apparatus 1 according to the present embodiment. The optical position detection apparatus 1 according to the present embodiment optically detects the position of a detection target 60 such as a human hand or finger. As shown in FIG. 1, the optical position detection device 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape. The optical position detection device 1 is provided with a window that transmits light, and an illumination unit 2 and a light receiving unit 3 are provided inside the window. The length of the longest side of the optical position detection device 1 is, for example, about 10 mm, but in FIG. 1, the optical position detection device 1 is shown in a size larger than the actual size for convenience. In addition, the shape of the optical position detection apparatus 1, the illumination part 2, and the light-receiving part 3 shown by FIG. 1 is an example, and is not restricted to the shape shown by FIG.

次に、光学的位置検出装置1の概略的な動作について、図1,2を参照しながら説明する。図2は、光学的位置検出装置1の動作を説明するための図である。まず、照明部2から光50が照射され(図2のステップS1)、照明部2が照射する光50が検知対象物60で反射して反射光51となる(図2のステップS2)。そして、ステップS2における反射光51が、受光部3で受光される(図2のステップS3)。それから、受光部3は、受光した反射光51を例えば電流といった電気信号に変換(光電変換)し、出力する(図2のステップS4)。そして、光学的位置検出装置1は、受光部3から出力された電気信号に基づいて、検知対象物60の位置を求める(図2のステップS5)。   Next, a schematic operation of the optical position detection apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the optical position detection apparatus 1. First, the light 50 is irradiated from the illumination unit 2 (step S1 in FIG. 2), and the light 50 irradiated by the illumination unit 2 is reflected by the detection target 60 to become reflected light 51 (step S2 in FIG. 2). Then, the reflected light 51 in step S2 is received by the light receiving unit 3 (step S3 in FIG. 2). Then, the light receiving unit 3 converts the received reflected light 51 into an electric signal such as a current (photoelectric conversion) and outputs it (step S4 in FIG. 2). And the optical position detection apparatus 1 calculates | requires the position of the detection target object 60 based on the electrical signal output from the light-receiving part 3 (step S5 of FIG. 2).

このように、本実施形態に係る光学的位置検出装置1では、検知対象物60の位置を非接触で検出することができる。光学的位置検出装置1で連続的に求められる検知対象物60の位置に基づいて、例えば、人の手の動き(ジェスチャー)を非接触で検知することが可能となる。   Thus, in the optical position detection apparatus 1 according to the present embodiment, the position of the detection target 60 can be detected without contact. Based on the position of the detection object 60 continuously obtained by the optical position detection device 1, for example, it is possible to detect the movement (gesture) of a human hand in a non-contact manner.

<<光学的位置検出装置の電気的構成について>>
図3は、光学的位置検出装置1の電気的構成を示すブロック図である。図3に示されるように、光学的位置検出装置1には、照明部2と、受光部3と、制御部10とが設けられている。
<< Electric Configuration of Optical Position Detection Device >>
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the optical position detection apparatus 1. As shown in FIG. 3, the optical position detection device 1 includes an illumination unit 2, a light receiving unit 3, and a control unit 10.

照明部2は、LED(Light Emitting Diode)4を有している。LED4は、例えば、赤外領域の光を照射する赤外発光ダイオードである。ただし、照明部2(LED4)から照射される光の波長は、受光部3で光電変換可能な(つまり、受光部3で検知可能な)波長が含まれていればよく、例えば可視光等の赤外領域以外の光であってもよい。赤外発光ダイオードを使用した場合には、照明部2(LED4)から照射される光は人の目には見えないため、光学的位置検出装置1の利用範囲を広くすることができる。また、本実施の形態では、照明部2は光学的位置検出装置1に一体として設けられているが、照明部2は光学的位置検出装置1と別体として設けられていてもよい。   The illumination unit 2 has an LED (Light Emitting Diode) 4. The LED 4 is, for example, an infrared light emitting diode that emits light in the infrared region. However, the wavelength of light emitted from the illumination unit 2 (LED 4) only needs to include a wavelength that can be photoelectrically converted by the light receiving unit 3 (that is, detectable by the light receiving unit 3). Light other than the infrared region may be used. When an infrared light emitting diode is used, the light irradiated from the illumination unit 2 (LED 4) cannot be seen by human eyes, so that the range of use of the optical position detection device 1 can be widened. In the present embodiment, the illumination unit 2 is provided integrally with the optical position detection device 1, but the illumination unit 2 may be provided separately from the optical position detection device 1.

受光部3は、例えば、3分割フォトダイオードであって、PD(Photodiode)5,6,7を有している。PD5〜7は、一つの半導体基板上に形成された受光面が3つに分割されることによって形成されている。なお、受光部3は分割フォトダイオードでなくても良い。この場合には、PD5〜7は別々の半導体基板上に形成される。   The light receiving unit 3 is, for example, a three-divided photodiode and includes PDs (Photodiode) 5, 6, and 7. The PDs 5 to 7 are formed by dividing a light receiving surface formed on one semiconductor substrate into three. The light receiving unit 3 may not be a divided photodiode. In this case, PD5-7 are formed on separate semiconductor substrates.

PD5は、第1受光面15を有しており、PD6は第2受光面16を有しており、PD7は第3受光面17を有している。PD5は、第1受光面15で反射光51を受光し、受光した反射光51を第1電気信号に変換する。同様に、PD6は、第2受光面16で反射光51を受光して第2電気信号に変換し、PD7は第3受光面17で反射光51を受光して第3電気信号に変換する(以後、第1電気信号、第2電気信号、第3電気信号を特に区別する必要がない場合には、単に「電気信号」と呼ぶ)。PD5,6,7で変換された電気信号は、制御部10に出力される。   PD 5 has a first light receiving surface 15, PD 6 has a second light receiving surface 16, and PD 7 has a third light receiving surface 17. The PD 5 receives the reflected light 51 on the first light receiving surface 15 and converts the received reflected light 51 into a first electric signal. Similarly, the PD 6 receives the reflected light 51 at the second light receiving surface 16 and converts it into a second electric signal, and the PD 7 receives the reflected light 51 at the third light receiving surface 17 and converts it into a third electric signal ( Hereinafter, the first electric signal, the second electric signal, and the third electric signal are simply referred to as “electric signals” when it is not necessary to distinguish between them. The electric signals converted by the PDs 5, 6 and 7 are output to the control unit 10.

図4は、本実施の形態に係る受光部3の受光面を示す図である。図4に示されるように、第1受光面15、第2受光面16および第3受光面17が同一平面上に配置されることで、受光部3全体での1つの受光面14を形成している。より具体的には、第1受光面15、第2受光面16、第3受光面17のそれぞれは、同一平面上において、他の2つの受光面と隣接するように基準点20の周りに配置されることで、1つの受光面14を形成している。例えば、図4では、第1受光面15、第2受光面16および第3受光面17が、この順で反時計回りに配置されている。   FIG. 4 is a diagram showing a light receiving surface of the light receiving unit 3 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the first light receiving surface 15, the second light receiving surface 16, and the third light receiving surface 17 are arranged on the same plane, thereby forming one light receiving surface 14 in the entire light receiving unit 3. ing. More specifically, each of the first light receiving surface 15, the second light receiving surface 16, and the third light receiving surface 17 is arranged around the reference point 20 so as to be adjacent to the other two light receiving surfaces on the same plane. As a result, one light receiving surface 14 is formed. For example, in FIG. 4, the 1st light-receiving surface 15, the 2nd light-receiving surface 16, and the 3rd light-receiving surface 17 are arrange | positioned counterclockwise in this order.

また、図4に示されるように、第1受光面15は、基準点20の周りから第1角度24を成して放射状に延びる2つの辺21a,21bを有している。同様に、第2受光面16は、基準点20の周りから第2角度25を成して放射状に延びる2つの辺22a,22bを有しており、第3受光面17は、基準点20の周りから第3角度26を成して放射状に延びる2つの辺23a,23bを有している。そして、受光面14は、第1角度24、第2角度25および第3角度26が互いに等しくなるように形成されている。本実施の形態では、第1角度24、第2角度25および第3角度26のそれぞれは120°に設定されている。また、第1受光面15、第2受光面16および第3受光面17は、互いに面積および形状が等しい(つまり、合同な)扇形をしている。ここで、2つの形状が等しいとは、2つの形状が相似形の場合も含む。   Further, as shown in FIG. 4, the first light receiving surface 15 has two sides 21 a and 21 b extending radially from the periphery of the reference point 20 at a first angle 24. Similarly, the second light receiving surface 16 has two sides 22 a and 22 b extending radially from the periphery of the reference point 20 at a second angle 25, and the third light receiving surface 17 corresponds to the reference point 20. It has two sides 23a and 23b extending radially from the periphery at a third angle 26. The light receiving surface 14 is formed so that the first angle 24, the second angle 25, and the third angle 26 are equal to each other. In the present embodiment, each of the first angle 24, the second angle 25, and the third angle 26 is set to 120 °. In addition, the first light receiving surface 15, the second light receiving surface 16, and the third light receiving surface 17 have a sector shape that is the same in area and shape (that is, congruent). Here, the two shapes being equal includes the case where the two shapes are similar.

制御部10は、外部から入力される制御信号に応じて照明部2及び受光部3を制御して、光学的位置検出装置1の動作を統括的に管理する。また制御部10は、受光部3から出力される第1乃至第3電気信号に基づいて検知対象物60の位置を求めて、位置信号を出力する。   The control unit 10 controls the illumination unit 2 and the light receiving unit 3 in accordance with a control signal input from the outside, and manages the operation of the optical position detection device 1 in an integrated manner. Further, the control unit 10 obtains the position of the detection target 60 based on the first to third electrical signals output from the light receiving unit 3 and outputs a position signal.

<<制御部の構成について>>
図5は、主に制御部10の構成の一例を示す図である。本実施の形態では、制御部10は、例えばLSI(Large Scale Integration)で構成されている。図5に示されるように、制御部10は、増幅器42a〜42cと、演算器43と、論理回路44と、LEDドライバ41とを備えている。増幅器42a〜42cにはコンデンサ45a〜45cがそれぞれ接続されている。以後、増幅器42a〜42cを特に区別する必要がないときには、それぞれを「増幅器42」と呼ぶ。また、コンデンサ45a〜45cを特に区別する必要がないときには、それぞれを「コンデンサ45」と呼ぶ。
<< About the configuration of the control unit >>
FIG. 5 is a diagram mainly illustrating an example of the configuration of the control unit 10. In the present embodiment, the control unit 10 is configured by, for example, an LSI (Large Scale Integration). As shown in FIG. 5, the control unit 10 includes amplifiers 42 a to 42 c, an arithmetic unit 43, a logic circuit 44, and an LED driver 41. Capacitors 45a to 45c are connected to the amplifiers 42a to 42c, respectively. Hereinafter, when it is not necessary to particularly distinguish the amplifiers 42a to 42c, each is referred to as an “amplifier 42”. Further, when it is not necessary to particularly distinguish the capacitors 45a to 45c, each is referred to as a “capacitor 45”.

LEDドライバ41は、照明部2を構成するLED4に電流を与えることによって、当該LED4を発光させる。これにより、LED4からは光50が照射される。LEDドライバ41に抵抗46が接続されている。LED4には、この抵抗46の値に応じた電流が流れる。   The LED driver 41 causes the LED 4 to emit light by applying a current to the LED 4 constituting the illumination unit 2. Thereby, light 50 is irradiated from LED4. A resistor 46 is connected to the LED driver 41. A current corresponding to the value of the resistor 46 flows through the LED 4.

増幅器42a,42b,42cには、受光部3のPD5〜7から出力される第1乃至第3電気信号がそれぞれ入力される。そして、増幅器42a〜42cは、入力される第1乃至第3電気信号をそれぞれ増幅して出力する。具体的には、各増幅器42は、当該増幅器42に接続されたPDから出力される電気信号から、当該増幅器42に接続されたコンデンサ45に蓄積されている電気信号を差し引いて得られる電気信号を増幅して出力する。演算器43は、LED4から光50が照射されている際に各増幅器42から出力される電気信号に基づいて検知対象物60の位置を求める。   The first to third electrical signals output from the PDs 5 to 7 of the light receiving unit 3 are respectively input to the amplifiers 42a, 42b, and 42c. The amplifiers 42a to 42c amplify and output the input first to third electric signals, respectively. Specifically, each amplifier 42 subtracts the electric signal obtained by subtracting the electric signal stored in the capacitor 45 connected to the amplifier 42 from the electric signal output from the PD connected to the amplifier 42. Amplify and output. The computing unit 43 obtains the position of the detection target 60 based on the electrical signal output from each amplifier 42 when the light 50 is emitted from the LED 4.

ここで、LED4が光50を照射する際にPDで受光される光には、反射光51以外にも、太陽光等の外乱光(「定常光」とも呼ばれる)も含まれる。したがって、仮に増幅器42がPDから出力される電気信号をそのまま増幅すると、当該増幅器42からは、外乱光の影響を受けた電気信号が出力されることになる。演算器43が、外乱光の影響を受けた電気信号に基づいて検知対象物60の位置を求めると、当該位置の精度が低下する可能性がある。   Here, the light received by the PD when the LED 4 emits the light 50 includes disturbance light such as sunlight (also referred to as “steady light”) in addition to the reflected light 51. Therefore, if the amplifier 42 amplifies the electric signal output from the PD as it is, the electric signal affected by the disturbance light is output from the amplifier 42. If the computing unit 43 obtains the position of the detection target 60 based on the electrical signal affected by ambient light, the accuracy of the position may be reduced.

そこで、本実施の形態では、LED4(照明部2)が光50を照射していないときにPDから出力される電気信号、つまり、外乱光の強さを示す電気信号が、当該PDが接続され増幅器42に繋がったコンデンサ45に蓄積される。そして、増幅器42は、LED4が光50を照射しているときにPDから出力される電気信号から、当該増幅器42に繋がったコンデンサ45で蓄積されている電気信号(外光の強さを示す電気信号)を差し引いて得られる電気信号を増幅して演算器43に出力する。これにより、増幅器42からは、外乱光の影響が低減された電気信号が出力される。つまり、増幅器42からは、補正された、PDからの電気信号が出力される。よって、演算器43で求められる検知対象物60の位置の精度が向上する。   Therefore, in the present embodiment, an electrical signal output from the PD when the LED 4 (illumination unit 2) is not irradiating the light 50, that is, an electrical signal indicating the intensity of disturbance light is connected to the PD. Accumulated in the capacitor 45 connected to the amplifier 42. Then, the amplifier 42 uses an electric signal (electricity indicating the intensity of external light) accumulated in a capacitor 45 connected to the amplifier 42 from an electric signal output from the PD when the LED 4 is irradiating the light 50. The electric signal obtained by subtracting the signal is amplified and output to the computing unit 43. As a result, the amplifier 42 outputs an electrical signal in which the influence of disturbance light is reduced. That is, the corrected electric signal from the PD is output from the amplifier 42. Therefore, the accuracy of the position of the detection target 60 obtained by the calculator 43 is improved.

演算器43は、LED4が光50を照射している際に増幅器42a,42b,42cから出力された電気信号に基づいて、検知対象物60の位置として、後述するxyz座標系での検知対象物60のx座標、y座標およびz座標を求める。本実施の形態では、演算器43を位置取得部と呼ぶこともある。演算器43で行われる処理については、後で詳しく説明する。   The computing unit 43 detects the detection target in the xyz coordinate system, which will be described later, as the position of the detection target 60 based on the electrical signals output from the amplifiers 42a, 42b, and 42c when the LED 4 is irradiating the light 50. 60 x-, y-, and z-coordinates are obtained. In the present embodiment, the computing unit 43 may be referred to as a position acquisition unit. The processing performed by the computing unit 43 will be described in detail later.

論理回路44は、LEDドライバ41、増幅器42a,42b,42c及び演算器43へ指示信号を送出することで、制御部10全体の動作を制御する。図5に例示される論理回路44は、外部から入力される第一入力信号48および第二入力信号49に応じた指示信号を、LEDドライバ41、増幅器42a,42b,42c及び演算器43へ送出する。   The logic circuit 44 controls the overall operation of the control unit 10 by sending an instruction signal to the LED driver 41, the amplifiers 42a, 42b, 42c, and the arithmetic unit 43. The logic circuit 44 illustrated in FIG. 5 sends instruction signals corresponding to the first input signal 48 and the second input signal 49 input from the outside to the LED driver 41, the amplifiers 42a, 42b, and 42c, and the arithmetic unit 43. To do.

図6は、論理回路44が行う制御内容の一例を示す図である。第一入力信号48および第二入力信号49のそれぞれは2値信号であって、higレベル及びLowレベルのどちらか一方の信号レベルを示す。論理回路44は、図6に例示されるように、第一入力信号48および第二入力信号49が示す信号レベルの組み合わせに応じた指示信号を、LEDドライバ41、増幅器42a,42b,42c及び演算器43へ送出する。図6には、論理回路44への入力信号(第一入力信号48および第二入力信号49)と、LEDドライバ41、増幅器42a,42b,42c及び演算器43の状態との関係が4種類示されている。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of control content performed by the logic circuit 44. Each of the first input signal 48 and the second input signal 49 is a binary signal, and indicates a signal level of either a high level or a low level. As illustrated in FIG. 6, the logic circuit 44 outputs an instruction signal corresponding to a combination of signal levels indicated by the first input signal 48 and the second input signal 49, the LED driver 41, the amplifiers 42 a, 42 b, 42 c and the operation. To the device 43. FIG. 6 shows four types of relationships between the input signals to the logic circuit 44 (first input signal 48 and second input signal 49) and the states of the LED driver 41, the amplifiers 42a, 42b, 42c, and the arithmetic unit 43. Has been.

図6のNo.1に例示されるように、第一入力信号48及び第二入力信号49がともにlowレベルを示す場合には、論理回路44は、LEDドライバ41にはLED4(照明部2)を消灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器42a,42b,42cには増幅器42a,42b,42cの動作を休止(機能をOFF)する旨の指示信号を送出し、演算器43には演算器43の動作を休止(機能をOFF)する旨の指示信号を送出する。これにより、光学的位置検出装置1の動作が休止する。   No. of FIG. 1, when both the first input signal 48 and the second input signal 49 indicate a low level, the logic circuit 44 instructs the LED driver 41 to turn off the LED 4 (illumination unit 2). An instruction signal is sent, an instruction signal for stopping the operation of the amplifiers 42a, 42b, and 42c (function OFF) is sent to the amplifiers 42a, 42b, and 42c, and an operation of the calculator 43 is paused for the calculator 43. An instruction signal to turn off the function is sent. Thereby, operation | movement of the optical position detection apparatus 1 stops.

図6のNo.2に例示されるように、第一入力信号48がhighレベルを示し、第二入力信号49がlowレベルを示す場合には、論理回路44は、LEDドライバ41にはLED4(照明部2)を消灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器42a,42b,42cには増幅器42a,42b,42cの動作モードを急速チャージモードに設定する旨の指示信号を送出し、演算器43には演算器43の動作を休止する旨の指示信号を送出する。各増幅器42は、急速チャージモードに設定されると、当該増幅器42に接続されたPDから入力された電気信号を、当該増幅器42に接続されたコンデンサ45に急速に蓄積する。これにより、コンデンサ45には、LED4が消灯している際にPDから出力される電気信号、つまり外乱光の強さを示す電気信号が急速に蓄積される。図6のNo.2の指示信号は、光学的位置検出装置1の起動直後に使用される。   No. of FIG. 2, when the first input signal 48 indicates a high level and the second input signal 49 indicates a low level, the logic circuit 44 connects the LED 4 to the LED driver 41 (illumination unit 2). An instruction signal for turning off the light is sent, an instruction signal for setting the operation mode of the amplifiers 42a, 42b, and 42c to the quick charge mode is sent to the amplifiers 42a, 42b, and 42c, and the computing unit 43 is sent to the computing unit 43. An instruction signal to stop the operation is sent. When each amplifier 42 is set to the quick charge mode, the electric signal input from the PD connected to the amplifier 42 is rapidly stored in the capacitor 45 connected to the amplifier 42. As a result, an electrical signal output from the PD when the LED 4 is turned off, that is, an electrical signal indicating the intensity of disturbance light, is rapidly accumulated in the capacitor 45. No. of FIG. The instruction signal 2 is used immediately after the optical position detection device 1 is activated.

図6のNo.3に例示されるように、第一入力信号48及び第二入力信号49がともにhighレベルを示す場合には、論理回路44は、LEDドライバ41にはLED4(照明部2)を消灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器42a,42b,42cには増幅器42a,42b,42cの動作モードを通常チャージモードに設定する旨の指示信号を送出し、演算器43には演算器43の動作を休止する旨の指示信号を送出する。各増幅器42は、通常チャージモードに設定されると、当該増幅器42に接続されたPDから入力された電気信号を、当該増幅器42に接続されたコンデンサ45に通常の速さで蓄積する。これにより、コンデンサ45には、LED4が消灯している際にPDから出力される電気信号、つまり外乱光の強さを示す電気信号が蓄積される。   No. of FIG. 3, when both the first input signal 48 and the second input signal 49 indicate a high level, the logic circuit 44 instructs the LED driver 41 to turn off the LED 4 (illumination unit 2). An instruction signal is transmitted, an instruction signal for setting the operation mode of the amplifiers 42a, 42b, and 42c to the normal charge mode is transmitted to the amplifiers 42a, 42b, and 42c, and the operation of the arithmetic unit 43 is suspended to the arithmetic unit 43. Sends an instruction signal to the effect. When each amplifier 42 is set to the normal charge mode, the electric signal input from the PD connected to the amplifier 42 is accumulated in the capacitor 45 connected to the amplifier 42 at a normal speed. As a result, the capacitor 45 stores an electrical signal output from the PD when the LED 4 is turned off, that is, an electrical signal indicating the intensity of disturbance light.

図6のNo.4に例示されるように、第一入力信号48がlowレベルを示し、第二入力信号49がhighレベルを示す場合には、論理回路44は、LEDドライバ41にLED(照明部2)を点灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器42a,42b,42cには増幅器42a,42b,42cの動作モードを増幅モードに設定する旨の指示信号を送出し、演算器43には動作を行う旨の指示信号を送出する。各増幅器42は、増幅モードに設定されると、当該増幅器42に接続されたPDから入力された電気信号から、当該増幅器42に接続されたコンデンサに蓄積されている電気信号を差し引き、それによって得られる電気信号を増幅して出力する。   No. of FIG. 4, when the first input signal 48 indicates a low level and the second input signal 49 indicates a high level, the logic circuit 44 lights the LED (illumination unit 2) to the LED driver 41. An instruction signal for setting the operation mode of the amplifiers 42a, 42b and 42c to the amplification mode, and an operation signal for performing the operation to the arithmetic unit 43. Send an instruction signal. When each amplifier 42 is set to the amplification mode, the electric signal stored in the capacitor connected to the amplifier 42 is subtracted from the electric signal input from the PD connected to the amplifier 42, thereby obtaining Amplified electrical signal is output.

ここで、論理回路44は、第一入力信号48および第二入力信号49によって、No.3に示される指示信号とNo.4に示される指示信号とを所定周期で切り替えて送出する。したがって、論理回路44は、No.4に示される指示信号を、常に、No.3に示される指示信号の後に送出する。よって、論理回路44からNo.4に示される指示信号が送出されたときには、各増幅器42は、LED4が光50を照射している際にPDから出力された電気信号から、コンデンサに蓄積されている、外乱光の強さを示す電気信号を差し引き、それによって得られる電気信号を増幅して出力する。つまり、各増幅器42は、LED4が光50を照射している際にPDから出力された電気信号を、外乱光の強さを示す電気信号で補正し、補正後の当該電気信号を増幅して出力する。そして、演算器43は、各増幅器42からこのようにして出力される電気信号に基づいて、検知対象物60の位置を求める。これにより、演算器43は、各PDで受光された反射光51の強さを示す電気信号に基づいて検知対象物60の位置を求めることができる。   Here, the logic circuit 44 uses the first input signal 48 and the second input signal 49 to indicate No. The instruction signal shown in FIG. 4 is switched at a predetermined cycle and sent out. Therefore, the logic circuit 44 is No. The indication signal shown in FIG. 3 is sent after the instruction signal shown in FIG. Therefore, from the logic circuit 44, no. 4, each amplifier 42 determines the intensity of disturbance light accumulated in the capacitor from the electrical signal output from the PD when the LED 4 is irradiating the light 50. The electric signal shown is subtracted, and the electric signal obtained thereby is amplified and output. That is, each amplifier 42 corrects the electrical signal output from the PD when the LED 4 is irradiating the light 50 with the electrical signal indicating the intensity of the disturbance light, and amplifies the corrected electrical signal. Output. Then, the computing unit 43 obtains the position of the detection target 60 based on the electrical signal output in this way from each amplifier 42. Thereby, the calculator 43 can obtain | require the position of the detection target object 60 based on the electrical signal which shows the intensity | strength of the reflected light 51 light-received by each PD.

<<演算器の処理について>>
図7および図9は、図4に示される受光部3の受光面14に反射光51が入射した例を示す図である。図7は反射光51が受光部中心20に対して垂直に入射しているときの一例である。図7に示されるように、反射光51が入射する入射領域500は、受光面14や前述した光を透過させる窓3bの領域より大きい。受光部3は凸レンズ構造になっているため、受光部3に入射された反射光51は集光されて受光面14に到達する。受光面14での光量分布は、図7に示されるように中心が最大光量となった同心円を描く。本実施の形態では、受光面14での光量分布のうち、光量が所定の閾値より強い部分を強受光領域510と呼ぶ。図8は、計算しやすいように図7に示される受光面15、16、17それぞれに入射される、強受光領域510の光量を平均して近似したイメージ図である。
<< About processing of computing unit >>
7 and 9 are diagrams showing an example in which the reflected light 51 is incident on the light receiving surface 14 of the light receiving unit 3 shown in FIG. FIG. 7 shows an example when the reflected light 51 is incident on the light receiving unit center 20 perpendicularly. As shown in FIG. 7, the incident area 500 on which the reflected light 51 is incident is larger than the area of the light receiving surface 14 and the window 3b that transmits the aforementioned light. Since the light receiving unit 3 has a convex lens structure, the reflected light 51 incident on the light receiving unit 3 is collected and reaches the light receiving surface 14. The light amount distribution on the light receiving surface 14 draws a concentric circle whose center is the maximum light amount as shown in FIG. In the present embodiment, a portion of the light amount distribution on the light receiving surface 14 where the light amount is stronger than a predetermined threshold is referred to as a strong light receiving region 510. FIG. 8 is an image diagram that approximates the light amount of the strong light receiving region 510 that is incident on each of the light receiving surfaces 15, 16, and 17 shown in FIG.

図9は反射光51が受光部中心20に対して右上にずれた位置から入射しているときの一例を示している。受光部3は凸レンズ構造になっているため、受光部3に入射した光は集光されて受光面14に到達する。図10は、計算しやすいように図9に示される受光面15、16、17それぞれに入射される、強受光領域510の光量を平均して円で近似したイメージ図である。   FIG. 9 shows an example when the reflected light 51 is incident from a position shifted to the upper right with respect to the light receiving unit center 20. Since the light receiving unit 3 has a convex lens structure, the light incident on the light receiving unit 3 is collected and reaches the light receiving surface 14. FIG. 10 is an image diagram that approximates a light amount of the strong light receiving region 510 that is incident on each of the light receiving surfaces 15, 16, and 17 shown in FIG.

なお、受光面14での光量分布はレンズの形状や焦点距離に依存するため、図7,9は一例である。また、第1受光面15と第2受光面16の間、第2受光面16と第3受光面17の間、および第3受光面17と第1受光面15の間には、実際には図4に示されるように少し隙間が存在するが、以後の説明では、図7〜10に示されるように簡略化して第1受光面15、第2受光面16、第3受光面17を接触させて示す。   Since the light quantity distribution on the light receiving surface 14 depends on the shape and focal length of the lens, FIGS. 7 and 9 are examples. In addition, between the first light receiving surface 15 and the second light receiving surface 16, between the second light receiving surface 16 and the third light receiving surface 17, and between the third light receiving surface 17 and the first light receiving surface 15, actually Although a slight gap exists as shown in FIG. 4, in the following description, the first light receiving surface 15, the second light receiving surface 16, and the third light receiving surface 17 are contacted in a simplified manner as shown in FIGS. 7 to 10. Let me show you.

本実施の形態に係る演算器43(位置取得部43)は、図7〜10に示されるように、受光面14(第1受光面15、第2受光面16及び第3受光面17)を含み、かつ基準点20を原点とするxy座標平面を定義する。本実施の形態では、xy座標平面のx軸は、第1受光面15と第3受光面17との境界を通るように定義されている。そして、演算器43は、xy座標平面のx軸及びy軸に対して垂直なz軸を定義する。演算器43は、増幅器42a,42b,42cから出力された電気信号に基づいて、検知対象物60の位置として、このようにして定義されたxyz座標系(直交座標系)での検知対象物60のx座標、y座標及びz座標を求めて出力する。以下に、演算器43が行うx座標、y座標、z座標の算出方法について説明する。   As shown in FIGS. 7 to 10, the computing unit 43 (position acquisition unit 43) according to the present embodiment includes the light receiving surface 14 (the first light receiving surface 15, the second light receiving surface 16, and the third light receiving surface 17). An xy coordinate plane including the reference point 20 as an origin is defined. In the present embodiment, the x-axis of the xy coordinate plane is defined so as to pass through the boundary between the first light receiving surface 15 and the third light receiving surface 17. The computing unit 43 then defines a z-axis that is perpendicular to the x-axis and y-axis of the xy coordinate plane. The computing unit 43 detects the detection target 60 in the xyz coordinate system (orthogonal coordinate system) defined as described above as the position of the detection target 60 based on the electrical signals output from the amplifiers 42a, 42b, and 42c. X coordinate, y coordinate, and z coordinate are obtained and output. Below, the calculation method of the x coordinate, y coordinate, and z coordinate which the calculator 43 performs is demonstrated.

以後、特に断らない限り、単に「第1電気信号」と言えば、増幅器42aから出力される、補正されたPD5からの第1電気信号を意味する。また、単に「第2電気信号」と言えば、増幅器42bから出力される、補正されたPD6からの第2電気信号を意味する。そして、単に「第3電気信号」と言えば、増幅器42cから出力される、補正されたPD7からの第3電気信号を意味する。   Hereinafter, unless otherwise specified, simply saying “first electric signal” means the first electric signal from the corrected PD 5 output from the amplifier 42a. Further, simply speaking “second electric signal” means the second electric signal from the corrected PD 6 output from the amplifier 42b. Then, simply speaking “third electric signal” means the third electric signal from the corrected PD 7 output from the amplifier 42c.

また、以下の説明では、第1電気信号(電流)の大きさをAとして、第2電気信号(電流)の大きさをBとして、第3電気信号(電流)の大きさをCとする。   In the following description, the magnitude of the first electric signal (current) is A, the magnitude of the second electric signal (current) is B, and the magnitude of the third electric signal (current) is C.

<x座標およびy座標の検出について>
ここでは、本実施の形態における、演算器43が行う処理であるx座標およびy座標の算出について説明する。演算器43は、まず、xy座標平面において第1〜第3電気信号のそれぞれを基準点20(原点)から延びるベクトルで表す。第1電気信号を示すベクトルを第1ベクトルu1とし、第2電気信号を示すベクトルを第2ベクトルu2とし、第3電気信号を示すベクトルを第3ベクトルu3とする。そして、演算器43は、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3に基づいて、xy座標平面(xyz座標系)での検知対象物60の位置を求める。以下に、x座標およびy座標の算出方法について詳しく説明する。
<Detection of x-coordinate and y-coordinate>
Here, calculation of the x-coordinate and the y-coordinate, which is processing performed by the computing unit 43 in the present embodiment, will be described. The computing unit 43 first represents each of the first to third electric signals as a vector extending from the reference point 20 (origin) on the xy coordinate plane. A vector indicating the first electric signal is a first vector u1, a vector indicating the second electric signal is a second vector u2, and a vector indicating the third electric signal is a third vector u3. The computing unit 43 obtains the position of the detection target 60 on the xy coordinate plane (xyz coordinate system) based on the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3. Below, the calculation method of x coordinate and y coordinate is demonstrated in detail.

まず、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2、第3ベクトルu3について説明する。図11は、図10に示されるように反射光51が受光面14で受光された際の第1ベクトルu1、第2ベクトルu2、第3ベクトルu3を示す図である。   First, the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 will be described. FIG. 11 is a diagram showing the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 when the reflected light 51 is received by the light receiving surface 14 as shown in FIG.

図11に示されるように、第1ベクトルu1は、基準点20(xyz座標系の原点)から第1受光面15に延びている。第1ベクトルu1は、基準点20から、第1受光面15の2つの辺21a,21bが成す第1角度24を等分にする方向に延びている。そして、第1ベクトルu1の大きさは、第1電気信号の大きさ、つまりAと一致している。   As shown in FIG. 11, the first vector u <b> 1 extends from the reference point 20 (the origin of the xyz coordinate system) to the first light receiving surface 15. The first vector u1 extends from the reference point 20 in a direction that equally divides the first angle 24 formed by the two sides 21a and 21b of the first light receiving surface 15. The magnitude of the first vector u1 matches the magnitude of the first electric signal, that is, A.

第2ベクトルu2は、基準点20から第2受光面16に延びている。第2ベクトルu2は、基準点20から、第2受光面16の2つの辺22a,22bが成す第2角度25を等分にする方向に延びている。そして、第2ベクトルu2の大きさは、第2電気信号の大きさ、つまりBと一致している。   The second vector u2 extends from the reference point 20 to the second light receiving surface 16. The second vector u <b> 2 extends from the reference point 20 in a direction that equally divides the second angle 25 formed by the two sides 22 a and 22 b of the second light receiving surface 16. The magnitude of the second vector u2 is equal to the magnitude of the second electric signal, that is, B.

第3ベクトルu3は、基準点20から第3受光面17に延びている。第3ベクトルu3は、基準点20から、第3受光面17の2つの辺23a,23bが成す第3角度26を等分にする方向に延びている。そして、第3ベクトルu3の大きさは、第3電気信号の大きさ、つまりCと一致している。   The third vector u3 extends from the reference point 20 to the third light receiving surface 17. The third vector u3 extends from the reference point 20 in a direction that equally divides the third angle 26 formed by the two sides 23a and 23b of the third light receiving surface 17. The magnitude of the third vector u3 matches the magnitude of the third electric signal, that is, C.

本実施の形態では、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3のそれぞれの向きを、x軸のプラス側から当該ベクトルへの反時計回りの角度で表す。したがって、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3の向きは、それぞれ、60度、180度及び300度となる。   In the present embodiment, the respective directions of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 are represented by counterclockwise angles from the positive side of the x axis to the vector. Therefore, the directions of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 are 60 degrees, 180 degrees, and 300 degrees, respectively.

演算器43は、第1乃至第3電気信号に基づいて、このような第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3をxyz座標系において定めると、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2、第3ベクトルu3に基づいて、検知対象物60のx座標及びy座標を求める。   The computing unit 43 determines the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 in the xyz coordinate system based on the first to third electric signals, and then determines the first vector u1 and the second vector u2. Based on the third vector u3, the x coordinate and the y coordinate of the detection object 60 are obtained.

ここで、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3の合成ベクトルのx成分x1及びy成分y1は以下の式(1),(2)で表される。   Here, the x component x1 and the y component y1 of the combined vector of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 are expressed by the following equations (1) and (2).

Figure 0006310684
Figure 0006310684

Figure 0006310684
Figure 0006310684

第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3の合成ベクトルの先端の位置は、受光面14での反射光51の強受光領域510の位置を示している。受光面14での反射光51の強受光領域510の位置は、検知対象物60の位置に応じて変化することから、合成ベクトルの先端の位置を、検知対象物60の位置とすることが可能である。つまり、式(1)に示される合成ベクトルのx成分x1(受光面14での反射光51の受光領域の位置のx座標)を検知対象物60のx座標とし、式(2)に示される合成ベクトルのy成分y1(受光面14での反射光51の受光領域の位置のy座標)を検知対象物60のy座標とすることが可能である。   The position of the tip of the combined vector of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 indicates the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 on the light receiving surface. Since the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 on the light receiving surface 14 changes according to the position of the detection target 60, the position of the tip of the combined vector can be set as the position of the detection target 60. It is. That is, the x component x1 (the x coordinate of the position of the light receiving area of the reflected light 51 on the light receiving surface 14) of the combined vector shown in the expression (1) is set as the x coordinate of the detection target 60, and is expressed in the expression (2). The y component y1 (y coordinate of the position of the light receiving area of the reflected light 51 on the light receiving surface 14) of the combined vector can be used as the y coordinate of the detection target 60.

一方で、本実施の形態では、制御部10の位置出力電圧の最小値及び最大値はそれぞれ0(V)及びVREF(V)となっている。式(1),(2)で示されるx1及びy1が取り得る範囲は−∞から+∞となることから、制御部10は、x1及びy1をそのまま、検知対象物60のx座標及びy座標としてアナログ出力することはできない。 On the other hand, in the present embodiment, the minimum value and the maximum value of the position output voltage of the control unit 10 are 0 (V) and V REF (V), respectively. Since the possible range of x1 and y1 represented by the expressions (1) and (2) is from −∞ to + ∞, the control unit 10 keeps x1 and y1 as they are, and the x coordinate and y coordinate of the detection target 60. Cannot be analog output.

そこで、本実施の形態では、式(1),(2)を変形して、制御部10が外部に出力することが可能な検知対象物60のx座標及びy座標を求めるための式を導出し、当該式を使用して、検知対象物60のx座標及びy座標を求める。   Therefore, in the present embodiment, equations (1) and (2) are modified to derive equations for obtaining the x-coordinate and y-coordinate of the detection target 60 that can be output to the outside by the control unit 10. Then, the x coordinate and the y coordinate of the detection target 60 are obtained using the formula.

まず、式(1)を以下の式(3.1)及び(3.2)に変形して、最小値及び最大値が−∞及び+∞であるx1を、最小値及び最大値が−1及び+1となるx2に変形する。   First, the equation (1) is transformed into the following equations (3.1) and (3.2), and x1 having the minimum and maximum values of −∞ and + ∞ is changed to the minimum and maximum values of −1. And x2 which becomes +1.

Figure 0006310684
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式(3.2)に示されるB>2(A+C)という条件式は、第2受光面16(PD6)での反射光51の受光量が、第1受光面15および第3受光面17(PD5,7)での反射光51の受光量の2倍よりも大きい状態を表している。つまり、反射光51の大部分が第2受光面16(PD6)に当たっており、その他の第1受光面15および第3受光面17では、あまり反射光51が受光されていない場合となる。このような場合には、受光面14での反射光51の強受光領域510の位置は、受光面14の左端であると考えて、式(3.2)に示されるようにx2を最小値−1に固定する。   The conditional expression B> 2 (A + C) shown in Expression (3.2) indicates that the amount of received light 51 reflected by the second light receiving surface 16 (PD6) is such that the first light receiving surface 15 and the third light receiving surface 17 ( This represents a state that is larger than twice the amount of reflected light 51 received by PD5, 7). That is, most of the reflected light 51 hits the second light receiving surface 16 (PD6), and the other first light receiving surface 15 and the third light receiving surface 17 do not receive much reflected light 51. In such a case, assuming that the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 on the light receiving surface 14 is the left end of the light receiving surface 14, x2 is set to the minimum value as shown in the equation (3.2). Fix to -1.

また、式(2)を以下の式(4.1),(4.2),(4.3)に変形して、最小値及び最大値が−∞及び+∞であるy1を、最小値及び最大値が−1及び+1となるy2に変形する。   Further, the equation (2) is transformed into the following equations (4.1), (4.2), (4.3), and y1 having minimum and maximum values of −∞ and + ∞ is set to the minimum value. And y2 having maximum values of -1 and +1.

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式(4.2)に示される条件式は、第1受光面15での反射光51の受光量が、第2受光面16および第3受光面17での反射光51の受光量に比べて極めて大きい状態を表している。このような場合には、受光面14での反射光51の強受光領域510の位置は、受光面14の上端であると考えて、式(4.2)に示されるようにy2を最大値1に固定する。   The conditional expression shown in the equation (4.2) indicates that the amount of light reflected by the first light receiving surface 15 is smaller than the amount of light received by the second light receiving surface 16 and the third light receiving surface 17. It represents an extremely large state. In such a case, assuming that the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 on the light receiving surface 14 is the upper end of the light receiving surface 14, y2 is set to the maximum value as shown in the equation (4.2). Fix to 1.

また、式(4.3)に示される条件式は、第3受光面17での反射光51の受光量が、第1受光面15および第2受光面16での反射光51の受光量に比べて極めて大きい状態を表している。このような場合には、受光面14での反射光51の強受光領域510の位置は、受光面14の下端であると考えて、式(4.3)に示されるようにy2を最小値−1に固定する。   In addition, the conditional expression shown in Expression (4.3) indicates that the amount of light reflected by the third light receiving surface 17 is equal to the amount of light reflected by the first light receiving surface 15 and the second light receiving surface 16. It represents a very large state. In such a case, the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 on the light receiving surface 14 is considered to be the lower end of the light receiving surface 14, and y2 is set to the minimum value as shown in the equation (4.3). Fix to -1.

次に、式(3.1)及び(3.2)を式(5.1)及び(5.2)に変形して、最小値及び最大値が−1及び+1であるx2を、最小値及び最大値が0及び+1となるx3に変形する。   Next, Equations (3.1) and (3.2) are transformed into Equations (5.1) and (5.2), and x2 whose minimum and maximum values are −1 and +1 is changed to the minimum value. And x3 where the maximum value is 0 and +1.

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また、式(4.1)〜(4.3)を式(6.1)〜(6.3)に変形して、最小値及び最大値が−1及び+1であるy2を、最小値及び最大値が0及び+1となるy3に変形する。   Further, the expressions (4.1) to (4.3) are transformed into the expressions (6.1) to (6.3), and y2 having the minimum value and the maximum value of −1 and +1 is changed to the minimum value and It is transformed into y3 where the maximum value is 0 and +1.

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次に、式(5.1)及び(5.2)を式(7.1)及び(7.2)に変形して、最小値及び最大値が0及び+1であるx3を、最小値及び最大値が0及びVREFとなるx4に変形する。 Next, Equations (5.1) and (5.2) are transformed into Equations (7.1) and (7.2), and x3 whose minimum and maximum values are 0 and +1 is changed to the minimum value and It is transformed to x4 where the maximum value is 0 and V REF .

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また、式(6.1)〜(6.3)を式(8.1)〜(8.3)に変形して、最小値及び最大値が0及び+1であるy3を、最小値及び最大値が0及びVREFとなるy4に変形する。 Further, the equations (6.1) to (6.3) are transformed into the equations (8.1) to (8.3), and y3 whose minimum value and maximum value are 0 and +1 is changed to the minimum value and maximum value. It is transformed to y4 where the value is 0 and V REF .

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本実施の形態では、式(7.1)及び(7.2)で表れるx4を、検知対象物60のx座標とする。また、式(8.1)〜(8.3)で表されるy4を、検知対象物60のy座標とする。演算器43は、第1乃至第3電気信号と、式(7.1)及び(7.2)とを用いて検知対象物60のx座標(x4)を求める。また、演算器43は、第1乃至第3電気信号と、式(8.1)〜(8.3)とを用いて検知対象物60のy座標(y4)を求める。これにより、制御部10は、演算器43で求められた検知対象物60のx座標及びy座標をアナログ信号として外部に出力することができる。   In the present embodiment, x4 expressed by the equations (7.1) and (7.2) is set as the x coordinate of the detection target 60. Further, y4 expressed by the equations (8.1) to (8.3) is set as the y coordinate of the detection target 60. The computing unit 43 obtains the x coordinate (x4) of the detection target 60 using the first to third electrical signals and the equations (7.1) and (7.2). The computing unit 43 obtains the y coordinate (y4) of the detection target 60 using the first to third electrical signals and the equations (8.1) to (8.3). Thereby, the control part 10 can output the x coordinate and y coordinate of the detection target object 60 calculated | required by the calculator 43 to the exterior as an analog signal.

<z座標の検出について>
ここでは、z座標の算出について説明する。前述したように、z軸は、受光面14(xy平面)に対して垂直な軸である。z座標は、第1乃至第3電気信号に基づいて求められる。より具体的には、z座標は、第1電気信号の最大値(Aの最大値)をAmax、第2電気信号の最大値(Bの最大値)をBmax、第3電気信号の最大値(Cの最大値)をCmaxとすると、式(9)に示されるように表される。z座標は、x座標およびy座標と同様に、予め定められた範囲内(つまり、最小値が「0」かつ最大値が「VREF」)となっている。演算器43は、第1乃至第3電気信号と式(9)を用いて検知対象物60のz座標を求める。
<Detection of z coordinate>
Here, calculation of the z coordinate will be described. As described above, the z axis is an axis perpendicular to the light receiving surface 14 (xy plane). The z coordinate is obtained based on the first to third electric signals. More specifically, the z-coordinate indicates the maximum value of the first electric signal (maximum value of A) as Amax, the maximum value of the second electric signal (maximum value of B) as Bmax, and the maximum value of the third electric signal ( When the maximum value of C) is Cmax, it is expressed as shown in Equation (9). The z coordinate is in a predetermined range (that is, the minimum value is “0” and the maximum value is “V REF ”), similarly to the x coordinate and the y coordinate. The computing unit 43 obtains the z coordinate of the detection target 60 using the first to third electrical signals and the equation (9).

Figure 0006310684
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図12は、演算器43で求められるz座標について説明するための図である。式(9)で求められるz座標は、検知対象物60の位置が受光面14(受光部3)に近いほど大きい値をとり、検知対象物60の位置が受光面14(受光部3)に遠いほど小さい値をとる。   FIG. 12 is a diagram for explaining the z-coordinate obtained by the calculator 43. The z-coordinate obtained by Equation (9) takes a larger value as the position of the detection target 60 is closer to the light receiving surface 14 (light receiving unit 3), and the position of the detection target 60 is on the light receiving surface 14 (light receiving unit 3). The farther away, the smaller the value.

なお、検知対象物60が受光面14に対して近いか遠いかの2値が分かるだけで良い場合には、演算器43は、z座標を式(10.1),(10.2)を用いて求めても良い。   Note that when only the binary value indicating whether the detection target 60 is close to or far from the light receiving surface 14 needs to be known, the computing unit 43 uses the equations (10.1) and (10.2) for the z coordinate. You may ask for it.

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図13は、式(10.1),(10.2)で表されるz座標について説明するための図である。式(10.1)に示されるように、(A+B+C)/(Amax+Bmax+Cmax)が予め定めたしきい値βより大きい場合にはzの出力は「VREF」となる。検知対象物60が受光面14に対して近づいている場合には、(A+B+C)/(Amax+Bmax+Cmax)がしきい値βより大きくなることから、図13に示されるように、z座標=VREFは、検知対象物60が受光面14に対して近づいていることを示している。 FIG. 13 is a diagram for explaining the z-coordinate expressed by the equations (10.1) and (10.2). As shown in equation (10.1), when (A + B + C) / (Amax + Bmax + Cmax) is larger than a predetermined threshold value β, the output of z is “V REF ”. If the sense target 60 is approaching against the light-receiving surface 14, from becoming larger than (A + B + C) / (Amax + Bmax + Cmax) threshold beta, as shown in FIG. 13, z coordinate = V REF is This shows that the detection target 60 is approaching the light receiving surface 14.

一方で、式(10.2)に示されるように、(A+B+C)/(Amax+Bmax+Cmax)がしきい値β以下の場合には、zの出力は「0」となる。検知対象物60が受光面14に対して離れている場合には、(A+B+C)/(Amax+Bmax+Cmax)がしきい値β以下となることから、z座標=0は、図13に示されるように、検知対象物60が受光面14に対して離れていることを示している。   On the other hand, as shown in Expression (10.2), when (A + B + C) / (Amax + Bmax + Cmax) is equal to or less than the threshold value β, the output of z is “0”. When the detection object 60 is away from the light receiving surface 14, (A + B + C) / (Amax + Bmax + Cmax) is equal to or less than the threshold value β, and therefore, the z coordinate = 0 is as shown in FIG. It shows that the detection target 60 is separated from the light receiving surface 14.

<検出結果について>
次に、光学的位置検出装置1における検知対象物60の位置の検出結果について図14,15に基づいて説明する。図14は、受光面14での反射光51の強受光領域510の位置が変化する様子を示している。図15は、反射光51の強受光領域510の位置が図14のように変化するときの光学的位置検出装置1における検知対象物60の位置の検出結果を示す図である。
<About detection results>
Next, the detection result of the position of the detection target 60 in the optical position detection apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 14 shows how the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 on the light receiving surface 14 changes. FIG. 15 is a diagram illustrating a detection result of the position of the detection target 60 in the optical position detection device 1 when the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 changes as illustrated in FIG. 14.

図14の例では、反射光51の強受光領域510の位置は、受光面14の右側を始点として、受光面14上を反時計回りに1周回転するように変化している。図14の例では反射光51の強受光領域510の面積は一定である。検知対象物60が受光面14に平行な平面内において回転移動すると、反射光51の強受光領域510の位置は図14のように変化する。   In the example of FIG. 14, the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 changes so as to rotate once around the light receiving surface 14 counterclockwise starting from the right side of the light receiving surface 14. In the example of FIG. 14, the area of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 is constant. When the detection target 60 rotates in a plane parallel to the light receiving surface 14, the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 changes as shown in FIG.

ここで、反射光51の強受光領域510の位置が図14のように回転する際の当該強受光領域510の位置を「強受光領域回転位置」と呼ぶ。そして、図14の左上に示されるように、反射光51の強受光領域510が受光面14の右側に存在するときの強受光領域回転位置を0度とし、図14の左下に示されるように、反射光51の強受光領域510が受光面14の上側に存在するときの強受光領域回転位置を90度とする。そして、図14の右下に示されるように、反射光51の強受光領域510が受光面14の左側に存在するときの強受光領域回転位置を180度とし、図14の右上に示されるように、反射光51の強受光領域510が受光面14の下側に存在するときの強受光領域回転位置を270度とする。   Here, the position of the strong light receiving area 510 when the position of the strong light receiving area 510 of the reflected light 51 rotates as shown in FIG. 14 is referred to as a “strong light receiving area rotation position”. Then, as shown in the upper left of FIG. 14, the strong light receiving region rotation position when the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 exists on the right side of the light receiving surface 14 is 0 degree, and as shown in the lower left of FIG. 14. The strong light receiving region rotation position when the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 is present on the upper side of the light receiving surface 14 is 90 degrees. Then, as shown in the lower right of FIG. 14, the strong light receiving region rotation position when the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 exists on the left side of the light receiving surface 14 is 180 degrees, and as shown in the upper right of FIG. 14. In addition, the strong light receiving region rotation position when the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 exists below the light receiving surface 14 is 270 degrees.

図15の横軸は強受光領域回転位置を示している。図15の縦軸は、制御部10から検知対象物60のx座標、y座標及びz座標として出力される出力電圧を示している。図15のグラフ71,72,73は、強受光領域回転位置が変化する際の検知対象物60のx座標、y座標及びz座標をそれぞれ示している。   The horizontal axis in FIG. 15 indicates the strong light receiving region rotation position. The vertical axis in FIG. 15 indicates output voltages output from the control unit 10 as the x coordinate, y coordinate, and z coordinate of the detection target 60. Graphs 71, 72, and 73 in FIG. 15 respectively show the x coordinate, the y coordinate, and the z coordinate of the detection target 60 when the strong light receiving region rotation position changes.

図15のグラフ71に示されるように、x座標は、反射光回転位置が0度の場合(つまり、反射光51の強受光領域510が受光面14の右側、すなわちx軸のプラス側に存在する場合)、一番大きい値をとり、反射光回転位置が180度に近づくにともなって(つまり、反射光51の強受光領域510が、受光面14の左側、すなわちx軸方向のマイナス側に近づくにともなって)小さくなる。そして、反射光回転位置が180度となったときに、x座標は一番小さい値をとる。その後、反射光回転位置が360度(つまり、始点位置である0度)に近づくにつれてx座標が大きくなる。このように、反射光51の強受光領域510のx軸方向の位置の変化に伴って、求められるx座標が変化している。   As shown in the graph 71 of FIG. 15, the x-coordinate is when the reflected light rotation position is 0 degree (that is, the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 exists on the right side of the light receiving surface 14, that is, on the positive side of the x axis. When the reflected light rotation position approaches 180 degrees (ie, the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 is on the left side of the light receiving surface 14, that is, on the negative side in the x-axis direction). It gets smaller as you get closer. When the reflected light rotation position reaches 180 degrees, the x coordinate takes the smallest value. Thereafter, the x-coordinate increases as the reflected light rotation position approaches 360 degrees (that is, the starting position is 0 degrees). Thus, the required x coordinate changes with the change of the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 in the x-axis direction.

また図15のグラフ72に示されるように、y座標は、反射光回転位置が0度の場合(反射光51の強受光領域510がy軸方向の中央付近に存在する場合)、中央値の“0.5”の値をとり、反射光回転位置が90度の場合(つまり、反射光51の強受光領域510が受光面14の上側、すなわちy軸のプラス側に存在する場合)、一番大きい値をとる。その後、反射光回転位置が270度の場合(つまり、反射光51の強受光領域510が受光面14の下側、すなわちy軸のマイナス側に存在する場合)、一番小さい値をとる。y座標も、x座標と同様に、反射光51の強受光領域510のy軸方向の位置の変化に伴って、求められるy座標が変化している。   Further, as shown in the graph 72 of FIG. 15, the y coordinate has a median value when the reflected light rotation position is 0 degree (when the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 exists near the center in the y-axis direction). When the value of “0.5” is taken and the reflected light rotation position is 90 degrees (that is, when the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 exists on the upper side of the light receiving surface 14, that is, on the positive side of the y axis), Take the largest value. After that, when the reflected light rotation position is 270 degrees (that is, when the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 exists below the light receiving surface 14, that is, on the negative side of the y axis), the smallest value is obtained. Similarly to the x-coordinate, the y-coordinate obtained also changes as the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 in the y-axis direction changes.

なお、受光面14と検知対象物60との距離が一定に保たれているため、図15のグラフ73に示されるようにz座標は一定となっている。   Since the distance between the light receiving surface 14 and the detection target 60 is kept constant, the z coordinate is constant as shown in the graph 73 of FIG.

このように、本実施の形態では、検知対象物60の実際の位置の変化に応じたx座標、y座標及びz座標が得られることから、検知対象物60の位置を正確に検出することができる。   As described above, in the present embodiment, since the x coordinate, the y coordinate, and the z coordinate corresponding to the change in the actual position of the detection target 60 are obtained, the position of the detection target 60 can be accurately detected. it can.

<受光面の形状について>
上述した実施の形態では、受光面14の形状が図4に示されるような円形であり、PD5の第1受光面15、PD6の第2受光面16およびPD7の第3受光面17の形状は互いに形状が等しい扇形である。しかし、受光面14および各PDの受光面の形状は他の形状であっても良い。受光面14および各PDの受光面の形状は、例えば図16,17,18に示されるような形状であっても、上述した図4の受光部3(受光面14)と同様に扱うことができる。図16,17,18は受光面を示す図である。
<About the shape of the light receiving surface>
In the embodiment described above, the shape of the light receiving surface 14 is circular as shown in FIG. 4, and the shapes of the first light receiving surface 15 of PD5, the second light receiving surface 16 of PD6, and the third light receiving surface 17 of PD7 are as follows. They are fan-shaped with the same shape. However, the shape of the light receiving surface 14 and the light receiving surface of each PD may be other shapes. Even if the shape of the light receiving surface 14 and the light receiving surface of each PD is as shown in FIGS. 16, 17, and 18, for example, it can be handled in the same manner as the light receiving unit 3 (light receiving surface 14) of FIG. it can. 16, 17 and 18 are views showing the light receiving surface.

図16の例では、受光部3全体の受光面14aの形状は三角形である。また、PD5aの第1受光面15a、PD6aの第2受光面16aおよびPD7aの第3受光面17aは互いに面積及び形状が等しい三角形となっている。   In the example of FIG. 16, the shape of the light receiving surface 14 a of the entire light receiving unit 3 is a triangle. Further, the first light receiving surface 15a of the PD 5a, the second light receiving surface 16a of the PD 6a, and the third light receiving surface 17a of the PD 7a are triangular with the same area and shape.

図17の例では、受光部3全体の受光面14bの形状は六角形である。また、PD5bの第1受光面15b、PD6bの第2受光面16bおよびPD7bの第3受光面17bは互いに面積及び形状が等しい四角形である。   In the example of FIG. 17, the shape of the light receiving surface 14 b of the entire light receiving unit 3 is a hexagon. The first light receiving surface 15b of the PD 5b, the second light receiving surface 16b of the PD 6b, and the third light receiving surface 17b of the PD 7b are quadrangles having the same area and shape.

図18の例では、受光部3全体の受光面14cの形状は、十二角形である。PD5cの第1受光面15c、PD6cの第2受光面16cおよびPD7cの第3受光面17cは互いに面積及び形状が等しい六角形である。   In the example of FIG. 18, the shape of the light receiving surface 14 c of the entire light receiving unit 3 is a dodecagon. The first light receiving surface 15c of the PD 5c, the second light receiving surface 16c of the PD 6c, and the third light receiving surface 17c of the PD 7c are hexagons having the same area and shape.

図16〜18に示されるように、複数のPDが有する受光面の面積及び形状を等しくすることで、つまり複数のPDが有する受光面の形状を合同にすることで、各PDの感度のばらつきを低減することができる。よって、検知対象物60の位置の検出精度が向上する。   As shown in FIGS. 16 to 18, by making the areas and shapes of the light receiving surfaces of the plurality of PDs equal, that is, by making the shapes of the light receiving surfaces of the plurality of PDs congruent, variations in sensitivity of each PD. Can be reduced. Therefore, the detection accuracy of the position of the detection target 60 is improved.

また、受光部3として分割フォトダイオードを採用した場合には、3つのPD(PD5,6,7)の受光面の位置及び形状のばらつきを小さくすることができる。したがって、検知対象物60の位置の検出精度が向上する。   Further, when a divided photodiode is employed as the light receiving unit 3, variations in position and shape of the light receiving surfaces of the three PDs (PD5, 6, 7) can be reduced. Therefore, the detection accuracy of the position of the detection target 60 is improved.

<<比較対象の光学的位置検出装置について>>
さて、ここで本実施形態の光学的位置検出装置1と比較される光学的位置検出装置(以後、「比較対象装置」と呼ぶ)について説明する。
<< About the optical position detection device to be compared >>
Now, an optical position detection device (hereinafter referred to as “comparison target device”) to be compared with the optical position detection device 1 of the present embodiment will be described.

<比較対象装置の電気的構成について>
図19は、比較対象装置の制御部10の構成を主に示す図である。図19に示されるように、比較対象装置の受光部3には、PD5〜7以外にもPD8が設けられている。PD8は、その受光面で受光した光を第4電気信号に変換して出力する。
<About the electrical configuration of the comparison target device>
FIG. 19 is a diagram mainly illustrating a configuration of the control unit 10 of the comparison target device. As shown in FIG. 19, the light receiving unit 3 of the comparison target device is provided with a PD 8 in addition to the PDs 5 to 7. The PD 8 converts the light received by the light receiving surface into a fourth electric signal and outputs it.

また比較対象装置の制御部10には、増幅器42a〜42c以外にも、PD8からの第4電気信号が入力される増幅器43dが設けられている。増幅器43dにはコンデンサ45dが接続されている。増幅器43dの動作は、上述した増幅器42a〜42cの動作と同様である。演算器43には、増幅器42a,42b,42c,42dにおいて補正された第1乃至第4電気信号が入力される。   In addition to the amplifiers 42a to 42c, the control unit 10 of the comparison target device is provided with an amplifier 43d to which the fourth electric signal from the PD 8 is input. A capacitor 45d is connected to the amplifier 43d. The operation of the amplifier 43d is similar to the operation of the amplifiers 42a to 42c described above. The first to fourth electric signals corrected by the amplifiers 42a, 42b, 42c, and 42d are input to the arithmetic unit 43.

以後、第1乃至第3電気信号と同様に、特に断らない限り、単に「第4電気信号」と言えば、増幅器42dで補正された第4電気信号を意味する。   Hereinafter, as in the case of the first to third electric signals, unless otherwise specified, simply saying “fourth electric signal” means the fourth electric signal corrected by the amplifier 42d.

<比較対象装置のx座標およびy座標の位置検出について>
図20は、比較対象装置における受光部3の受光面14dを示す図である。図20に示されるように、受光面14dは、PD5の第1受光面15dと、PD6の第2受光面16dと、PD7の第3受光面17dと、PD8の第4受光面18dとで構成されている。演算器43は、検知対象物60の位置を求める際には、図20のようにしてx軸及びy軸を定義するとともに、当該x軸及y軸に垂直なz軸を定義する。なお、図20では、第1受光面15dと、第2受光面16dと、第3受光面17dと、第4受光面18dとは、互いに隣接して示されているが、実際には、第1受光面15dと第2受光面16dの間、第2受光面16dと第3受光面17dの間、第3受光面17dと第4受光面18dの間、第4受光面18dと第1受光面15dの間には少し隙間が設けられている。
<Regarding the position detection of the x-coordinate and y-coordinate of the comparison target device>
FIG. 20 is a diagram illustrating the light receiving surface 14d of the light receiving unit 3 in the comparison target device. As shown in FIG. 20, the light receiving surface 14d includes a first light receiving surface 15d of PD5, a second light receiving surface 16d of PD6, a third light receiving surface 17d of PD7, and a fourth light receiving surface 18d of PD8. Has been. When calculating the position of the detection target 60, the computing unit 43 defines the x axis and the y axis as shown in FIG. 20, and also defines the z axis perpendicular to the x axis and the y axis. In FIG. 20, the first light receiving surface 15d, the second light receiving surface 16d, the third light receiving surface 17d, and the fourth light receiving surface 18d are shown adjacent to each other. Between the first light receiving surface 15d and the second light receiving surface 16d, between the second light receiving surface 16d and the third light receiving surface 17d, between the third light receiving surface 17d and the fourth light receiving surface 18d, and between the fourth light receiving surface 18d and the first light receiving surface. A small gap is provided between the surfaces 15d.

ここで、第1乃至第4電気信号(電流)の大きさを、それぞれA〜Dとすると、演算器32は、以下の式(11)〜(13)を用いて、検知対象物60のx座標xc、y座標yc及びz座標zcを求める。なお、x座標xc、y座標yc及びz座標zcのとり得る範囲は、0〜VREFである。 Here, assuming that the magnitudes of the first to fourth electric signals (currents) are A to D, the calculator 32 uses the following formulas (11) to (13) to calculate x of the detection target 60. A coordinate xc, a y coordinate yc, and a z coordinate zc are obtained. Incidentally, x-coordinate xc, y-coordinate yc and possible range of z-coordinate zc is 0 to V REF.

Figure 0006310684
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Figure 0006310684
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Figure 0006310684
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<比較対象装置の検出結果について>
次に、比較対象装置における検知対象物60の位置の検出結果について、図21,22に基づいて説明する。図21は、受光面14dでの反射光51の強受光領域510の位置が変化する様子を示している。図22は、反射光51の強受光領域510の位置が図21のように変化するときの光学的位置検出装置1における検知対象物60の位置の検出結果を示す図である。
<About the detection result of the comparison target device>
Next, the detection result of the position of the detection target 60 in the comparison target device will be described based on FIGS. FIG. 21 shows how the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 on the light receiving surface 14d changes. FIG. 22 is a diagram illustrating a detection result of the position of the detection target 60 in the optical position detection device 1 when the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 changes as illustrated in FIG.

図21の例では、上述の図14と同様に、反射光51の強受光領域510の位置は、受光面14dの右側を始点として、受光面14d上を反時計回りに1周回転するように変化している。図21の例では反射光51の強受光領域510の面積は一定である。検知対象物60が受光面14dに平行な平面内において回転移動すると、反射光51の強受光領域510の位置は図21のように変化する。   In the example of FIG. 21, as in FIG. 14 described above, the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 is rotated once around the light receiving surface 14d counterclockwise starting from the right side of the light receiving surface 14d. It has changed. In the example of FIG. 21, the area of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 is constant. When the detection target 60 rotates in a plane parallel to the light receiving surface 14d, the position of the strong light receiving region 510 of the reflected light 51 changes as shown in FIG.

図22のグラフ71,72,73は、強受光領域回転位置が変化する際の検知対象物60のx座標、y座標及びz座標をそれぞれ示している。図22に示されるように、比較対象装置で求められるx座標、y座標及びz座標についても、検知対象物60の位置の変化に応じた値となる。   Graphs 71, 72, and 73 in FIG. 22 respectively show the x coordinate, the y coordinate, and the z coordinate of the detection target 60 when the strong light receiving region rotation position changes. As shown in FIG. 22, the x-coordinate, y-coordinate, and z-coordinate obtained by the comparison target device are also values according to the change in the position of the detection target 60.

<光学的位置検出装置と比較対象装置との比較について>
上述したように、実施の形態に係る光学的位置検出装置1と比較対象装置を比較すると、光学的位置検出装置1は比較対象装置よりPD(受光面)が1つ少ない。そのため、光学的位置検出装置1の制御部10では、比較対象装置の制御部10に比べて、増幅器43および増幅器43に接続されるコンデンサ45を1つ少なくすることができる。実施の形態に係る光学的位置検出装置1は、PD、増幅器およびコンデンサを1つ削除することで、比較対象装置よりも小型化することが可能である。
<Comparison between optical position detection device and comparison target device>
As described above, when the optical position detection device 1 according to the embodiment and the comparison target device are compared, the optical position detection device 1 has one PD (light receiving surface) less than the comparison target device. Therefore, in the control unit 10 of the optical position detection device 1, the amplifier 43 and the capacitor 45 connected to the amplifier 43 can be reduced by one compared to the control unit 10 of the comparison target device. The optical position detection device 1 according to the embodiment can be made smaller than the comparison target device by deleting one PD, an amplifier, and a capacitor.

また、光学的位置検出装置1では、式(7.1)〜(7.2)、式(8.1)〜(8.3)および式(9)に示されるように、特殊な演算を用いることなく、四則演算を用いて検知対象物60の位置を求めることができる。したがって、光学的位置検出装置1の演算器43で行われる演算は、比較対象装置の演算器43で行われる演算と同程度の複雑度であると言える。   Further, in the optical position detection device 1, special calculations are performed as shown in the equations (7.1) to (7.2), the equations (8.1) to (8.3), and the equation (9). Without using, the position of the detection object 60 can be obtained using four arithmetic operations. Therefore, it can be said that the calculation performed by the calculator 43 of the optical position detection apparatus 1 has the same degree of complexity as the calculation performed by the calculator 43 of the comparison target apparatus.

また、光学的位置検出装置1の受光面14を、図4に示されるように円形(つまり、受光面14が有する各受光面を扇形)とした場合には、比較対象装置と比べて各PDの受光面の面積を大きくすることができる。図20に示される比較対象装置における各PDの受光面の面積は、例えば、受光面14dの一辺が2a[mm]であるときは、略a[mm]となる。一方、図4に示される光学的位置検出装置1における各PDの受光面の面積は、受光面14の直径(一辺)が2a[mm]であるときには、略πa/3[mm]となる。つまり、受光面14,14dの一辺の長さを同じとしたときには、光学的位置検出装置1が有する各PDの受光面の面積は、比較対象装置が有する各PDの受光面の面積より大きくなる。PDの受光面の面積が大きくなると、PDの感度が高くなることから、受光面の面積が大きいPDは、強度が弱い反射光51についても検出することが可能となる。よって、検知対象物60の位置の検出精度が向上する。見方を変えれば、受光面の面積が大きいPDは、強度が弱い反射光51についても検出することが可能となることから、LED4の発光強度を低減したとしても、検知対象物60の位置の検出精度を維持することができる。よって、検知対象物60の位置の検出精度を維持しつつ、消費電力を低減することができる。 Further, when the light receiving surface 14 of the optical position detecting device 1 is circular as shown in FIG. 4 (that is, each light receiving surface of the light receiving surface 14 has a fan shape), each PD is compared with the comparison target device. The area of the light receiving surface can be increased. The area of the light receiving surface of each PD in the comparison target device illustrated in FIG. 20 is approximately a 2 [mm 2 ] when, for example, one side of the light receiving surface 14d is 2a [mm]. On the other hand, the area of the light receiving surface of the PD in the optical position detection apparatus 1 shown in FIG. 4, when the diameter of the light receiving surface 14 (one side) is 2a [mm] is approximately πa 2/3 [mm 2] and Become. That is, when the lengths of one side of the light receiving surfaces 14 and 14d are the same, the area of the light receiving surface of each PD included in the optical position detection device 1 is larger than the area of the light receiving surface of each PD included in the comparison target device. . When the area of the light receiving surface of the PD increases, the sensitivity of the PD increases. Therefore, the PD having a large area of the light receiving surface can detect the reflected light 51 having a low intensity. Therefore, the detection accuracy of the position of the detection target 60 is improved. In other words, a PD having a large light-receiving surface area can detect the reflected light 51 having a low intensity. Therefore, even if the emission intensity of the LED 4 is reduced, the position of the detection target 60 can be detected. Accuracy can be maintained. Therefore, the power consumption can be reduced while maintaining the detection accuracy of the position of the detection target 60.

また、光学的位置検出装置1の受光面14を、図4に示されるように円形とした場合には、比較対象装置と比べて受光面の面積を小さくすることができる。受光面14,14dの一辺が2a[mm]であるときは、図20に示される比較対象装置の受光面14dの面積は、略4a[mm]となるのに対し、図4に示される光学的位置検出装置1における受光面14の面積は、略πa[mm]となる。つまり、受光面14,14dの一辺の長さを同じとしたときには、光学的位置検出装置1の受光面14の面積は、比較対象装置の受光面14dの面積よりも小さくなる。受光面14の面積が小さくなることで、実施の形態に係る光学的位置検出装置1では、電子部品を詰めて配置することができ、比較対象装置よりも小型化することができる。 Further, when the light receiving surface 14 of the optical position detecting device 1 is circular as shown in FIG. 4, the area of the light receiving surface can be made smaller than that of the comparison target device. When one side of the light receiving surfaces 14 and 14d is 2a [mm], the area of the light receiving surface 14d of the comparison target device shown in FIG. 20 is approximately 4a 2 [mm 2 ], whereas FIG. The area of the light receiving surface 14 in the optical position detection apparatus 1 to be obtained is approximately πa 2 [mm 2 ]. That is, when the lengths of one side of the light receiving surfaces 14 and 14d are the same, the area of the light receiving surface 14 of the optical position detection device 1 is smaller than the area of the light receiving surface 14d of the comparison target device. Since the area of the light receiving surface 14 is reduced, the optical position detection device 1 according to the embodiment can be arranged with electronic components and can be made smaller than the comparison target device.

<<第一変形例>>
上述した実施の形態では、図4,16〜18に示されるように、各PDの受光面の面積および形状が互いに等しい場合について説明した。しかし、受光面14が図23,24に示されるような形状であっても、検知対象物60の位置を求めることができる。図23,24は、共に受光面の一例を示す図である。
<< First Modification >>
In the above-described embodiment, the case where the area and shape of the light receiving surface of each PD are equal to each other has been described as shown in FIGS. However, even if the light receiving surface 14 has a shape as shown in FIGS. 23 and 24, the position of the detection target 60 can be obtained. 23 and 24 are diagrams showing an example of the light receiving surface.

図23に示される受光面14fでは、PD5fの第1受光面15f、PD6fの第2受光面16fおよびPD7fの第3受光面17fの形状は互いに等しい。しかし、第1受光面15fおよび第3受光面17fと、第2受光面16fとは、面積が異なる。図24に示される受光面14gでは、PD5gの第1受光面15gおよびPD7gの第3受光面17gと、PD6gの第2受光面16gとで、面積も形状も異なる。   In the light receiving surface 14f shown in FIG. 23, the shapes of the first light receiving surface 15f of the PD 5f, the second light receiving surface 16f of the PD 6f, and the third light receiving surface 17f of the PD 7f are equal to each other. However, the first light receiving surface 15f, the third light receiving surface 17f, and the second light receiving surface 16f have different areas. In the light receiving surface 14g shown in FIG. 24, the first light receiving surface 15g of the PD 5g and the third light receiving surface 17g of the PD 7g and the second light receiving surface 16g of the PD 6g have different areas and shapes.

各PDの受光面の面積が異なる場合には、例えば、強受光領域510の中心位置がxy平面の中心位置(基準点20)と一致している場合であっても、各PDから出力される電気信号の大きさは互いに異なる(より具体的には、入射領域500内(図7〜10参照)であれば、面積の大きい受光面を有するPDでは、多くの反射光51を受光できるため、出力される電気信号の大きさが大きくなる)。各PDから出力される電気信号の大きさが異なると、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3の大きさもそれぞれ異なる。したがって、強受光領域510の中心位置がxy平面の中心位置(基準点20)と一致している場合であっても、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3の合成ベクトルの先端の位置が、強受光領域510の中心位置(この例では基準点20の位置)を示すことはない。つまり、各PDの受光面の面積が異なる場合には、第1乃至第3電気信号と、既述した式(7.1)〜(7.2)および式(8.1)〜(8.3)とを用いて検知対象物60のx座標およびy座標を求めることができない。   When the areas of the light receiving surfaces of the PDs are different, for example, even when the center position of the strong light receiving region 510 coincides with the center position (reference point 20) of the xy plane, the light is output from each PD. Since the magnitudes of the electrical signals are different from each other (more specifically, in the incident region 500 (see FIGS. 7 to 10), a PD having a large light-receiving surface can receive a large amount of reflected light 51. The magnitude of the output electrical signal will increase). When the magnitudes of the electric signals output from the PDs are different, the magnitudes of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 are also different. Therefore, even when the center position of the strong light receiving region 510 coincides with the center position of the xy plane (reference point 20), the tip of the combined vector of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3. Does not indicate the center position of the strong light receiving region 510 (in this example, the position of the reference point 20). That is, when the areas of the light receiving surfaces of the PDs are different, the first to third electric signals and the expressions (7.1) to (7.2) and the expressions (8.1) to (8. 3) cannot be used to determine the x and y coordinates of the detection object 60.

しかし、各PDの受光面の面積比が既知である場合(言い換えると、各PDの感度比が既知である場合)には、当該面積比に基づいて第1乃至第3電気信号を所定数倍して式(7.1)〜(7.2)および式(8.1)〜(8.3)に代入することで、例えば、図23のような、第1受光面15fおよび第3受光面17fと、第2受光面16fとの面積が異なる場合であっても検知対象物60のx座標およびy座標を求めることができる。   However, when the area ratio of the light receiving surface of each PD is known (in other words, when the sensitivity ratio of each PD is known), the first to third electrical signals are multiplied by a predetermined number based on the area ratio. Then, by substituting them into the equations (7.1) to (7.2) and the equations (8.1) to (8.3), for example, the first light receiving surface 15f and the third light receiving surface as shown in FIG. Even when the areas of the surface 17f and the second light receiving surface 16f are different, the x-coordinate and the y-coordinate of the detection target 60 can be obtained.

<<第二変形例>>
上述した実施の形態では、xy座標平面のx軸は、第1受光面15と第3受光面17との境界を通るように定義されている。しかし、xy座標平面が図25に示されるような場合であっても、検知対象物60の位置を求めることができる。図25は、受光面およびxy座標平面を示す図である。
<< Second Modification >>
In the embodiment described above, the x axis of the xy coordinate plane is defined so as to pass through the boundary between the first light receiving surface 15 and the third light receiving surface 17. However, even if the xy coordinate plane is as shown in FIG. 25, the position of the detection target 60 can be obtained. FIG. 25 is a diagram illustrating a light receiving surface and an xy coordinate plane.

図25に示される例では、xy座標平面のx軸は、第1受光面15における第1角度24を90度と30度に分けるように定義されている。xy座標平面の軸がこのように定義される場合であっても、上述した実施の形態と同様の考え方で検知対象物60の位置を求めることができる。   In the example shown in FIG. 25, the x-axis of the xy coordinate plane is defined so that the first angle 24 on the first light receiving surface 15 is divided into 90 degrees and 30 degrees. Even when the axes of the xy coordinate plane are defined in this way, the position of the detection target 60 can be obtained in the same way as in the above-described embodiment.

図26は、図25に示されるように反射光51が受光面14で受光された際の第1ベクトルu1、第2ベクトルu2、第3ベクトルu3を示す図である。図26において、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3のそれぞれの向きを、x軸のプラス側から当該ベクトルへの反時計回りの角度で表すと、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3の向きは、それぞれ、30度、150度及び270度となる。   FIG. 26 is a diagram showing the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 when the reflected light 51 is received by the light receiving surface 14 as shown in FIG. In FIG. 26, when the respective directions of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 are expressed by counterclockwise angles from the positive side of the x-axis to the vector, the first vector u1, the second vector u2, The directions of the vector u2 and the third vector u3 are 30 degrees, 150 degrees, and 270 degrees, respectively.

そして、上述した実施の形態と同様に、第1ベクトルu1、第2ベクトルu2及び第3ベクトルu3の合成ベクトルのx成分を検知対象物60のx座標とし、合成ベクトルのy成分を検知対象物60のy座標とすることで、検知対象物60の位置を求めることができる。つまり、xy座標平面の軸が、受光面14に対してどのような角度で定義されていても、上述した実施の形態と同じ考え方で、検知対象物60の位置を求めることができる。   As in the above-described embodiment, the x component of the combined vector of the first vector u1, the second vector u2, and the third vector u3 is set as the x coordinate of the detection target 60, and the y component of the combined vector is the detection target. By setting the y coordinate to 60, the position of the detection target 60 can be obtained. In other words, the position of the detection object 60 can be obtained based on the same concept as the above-described embodiment, regardless of the angle of the axis of the xy coordinate plane that is defined with respect to the light receiving surface 14.

上記において光学的位置検出装置1は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての曲面において例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。また、上述した各種の例は、相互に矛盾しない限り組み合わせて適用可能である。そして、例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。   Although the optical position detection apparatus 1 has been described in detail above, the above description is an example for all curved surfaces, and the present invention is not limited thereto. The various examples described above can be applied in combination as long as they do not contradict each other. And it is understood that the countless modification which is not illustrated can be assumed without deviating from the scope of the present invention.

1 光学的位置検出装置
2 照明部
3 受光部
4 LED
5,6,7 PD
14 受光面
15 第1受光面
16 第2受光面
17 第3受光面
50 光
51 反射光
60 検知対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical position detection apparatus 2 Illumination part 3 Light-receiving part 4 LED
5, 6, 7 PD
14 light receiving surface 15 first light receiving surface 16 second light receiving surface 17 third light receiving surface 50 light 51 reflected light 60 object to be detected

Claims (7)

光を照射する照明部と、
前記照明部が照射する光が検知対象物で反射することによって得られた反射光を受光する受光面を有する受光部と、
前記検知対象物の位置を求める位置取得部と
を備え、
前記受光面は、第1乃至第3受光面を有し、
前記第1乃至第3受光面のそれぞれは、他の2つの受光面と隣接するように基準点の周りに配置され、
前記第1受光面は、前記基準点の周りから第1角度を成して放射状に延びる2辺を有し、
前記第2受光面は、前記基準点の周りから第2角度を成して放射状に延びる2辺を有し、
前記第3受光面は、前記基準点の周りから第3角度を成して放射状に延びる2辺を有し、
前記第1乃至第3角度は互いに等しく、
前記受光部は、前記照射部が光を照射しているとき、前記反射光を前記第1乃至第3受光面で受光し、当該第1乃至第3受光面で受光された光をそれぞれ第1乃至第3電気信号に変換して出力し、
前記受光部は、前記照射部が光を照射していないときに前記第1乃至第3受光面で受光する光をそれぞれ第4乃至第6電気信号に変換して出力し、
前記位置取得部は、
前記第1乃至第3受光面を含む座標平面を定義し、
前記受光部から出力される前記第1乃至第3電気信号から前記第4乃至第6電気信号をそれぞれ差し引いて前記第1乃至第3電気信号を補正し、
補正後の前記第1乃至第3電気信号を前記基準点から前記第1乃至第3受光面にそれぞれ延びる第1乃至第3ベクトルでそれぞれ表し、
前記第1乃至第3ベクトルに基づいて、前記座標平面での前記検知対象物の位置を求める、光学的位置検出装置。
An illumination unit that emits light;
A light receiving unit having a light receiving surface for receiving reflected light obtained by reflecting light emitted from the illumination unit by a detection target;
A position acquisition unit for determining the position of the detection object,
The light receiving surface includes first to third light receiving surfaces,
Each of the first to third light receiving surfaces is arranged around a reference point so as to be adjacent to the other two light receiving surfaces,
The first light receiving surface has two sides extending radially at a first angle from around the reference point;
The second light receiving surface has two sides extending radially from the periphery of the reference point at a second angle;
The third light-receiving surface has two sides extending radially from the circumference of the reference point at a third angle;
The first to third angles are equal to each other;
The light receiving unit receives the reflected light from the first to third light receiving surfaces when the irradiating unit irradiates light, and each of the lights received by the first to third light receiving surfaces is first. To the third electrical signal and output it,
The light receiving unit converts the light received by the first to third light receiving surfaces when the irradiating unit is not irradiating light into fourth to sixth electric signals, respectively, and outputs the converted signals.
The position acquisition unit
Defining a coordinate plane including the first to third light receiving surfaces;
Subtracting the fourth to sixth electric signals from the first to third electric signals output from the light receiving unit to correct the first to third electric signals,
The first to third electric signals after correction are represented by first to third vectors respectively extending from the reference point to the first to third light receiving surfaces, respectively.
An optical position detection device that obtains a position of the detection object in the coordinate plane based on the first to third vectors .
請求項1に記載の光学的位置検出装置であって、
前記第1乃至第3受光面の面積は互いに等しい、光学的位置検出装置。
The optical position detection device according to claim 1,
An optical position detection device in which the areas of the first to third light receiving surfaces are equal to each other.
請求項2に記載の光学的位置検出装置であって、
前記第1乃至第3受光面の形状は合同である、光学的位置検出装置。
The optical position detection device according to claim 2,
The optical position detection device, wherein the first to third light receiving surfaces have the same shape.
請求項3に記載の光学的位置検出装置であって、
前記第1乃至第3受光面の形状は扇形である、光学的位置検出装置。
The optical position detection device according to claim 3,
The optical position detection device, wherein the first to third light receiving surfaces have a fan shape.
請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の光学的位置検出装置であって、
前記位置取得部は、補正後の前記第1乃至第3電気信号に基づいて、前記検知対象物についての、前記座標平面に対して垂直方向の位置を求める、光学的位置検出装置。
The optical position detection device according to any one of claims 1 to 4 ,
The position acquisition unit is an optical position detection device that determines a position of the detection target in a direction perpendicular to the coordinate plane based on the corrected first to third electric signals.
請求項1乃至請求項5のいずれか一つに記載の光学的位置検出装置であって、
前記位置取得部で求められる前記検知対象物の位置は、予め定められた数値範囲内で表現される、光学的位置検出装置。
An optical position detection device according to any one of claims 1 to 5 ,
The optical position detection device, wherein the position of the detection target obtained by the position acquisition unit is expressed within a predetermined numerical range.
請求項1乃至請求項のいずれか1つに記載の光学的位置検出装置であって、
前記受光部は、3分割フォトダイオードで構成される、光学的位置検出装置。
The optical position detection device according to any one of claims 1 to 6 ,
The light receiving unit is an optical position detection device including a three-division photodiode.
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