JPH01182702A - Method and apparatus for detecting position of movable body - Google Patents

Method and apparatus for detecting position of movable body

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JPH01182702A
JPH01182702A JP63004859A JP485988A JPH01182702A JP H01182702 A JPH01182702 A JP H01182702A JP 63004859 A JP63004859 A JP 63004859A JP 485988 A JP485988 A JP 485988A JP H01182702 A JPH01182702 A JP H01182702A
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light beam
light
movable body
photoelectric converter
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JP63004859A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Yoneda
米田 康司
Yoshiro Nishimoto
善郎 西元
Yasuhide Nakai
康秀 中井
Shinichi Imaoka
今岡 伸一
Akimitsu Nakagami
中上 明光
Yoshihiko Onishi
良彦 大西
Hiroyuki Tachibana
立花 弘行
Takayoshi Inoue
井上 隆善
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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    • B60W2550/142

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Abstract

PURPOSE:To perform detection characterized by quick response and excellent accuracy with a single apparatus, by sending and receiving a light beam between a movable body and a fixed body, and detecting the intensity of the light and the average value and the root mean square of distances between the end part of an optoelectronic transducer and the incident position of the beam by using the optoelectronic transducer. CONSTITUTION:A light beam, which is emitted from a light source 1 from the side of a movable body 2, is inputted into an optoelectronic transducer 5 on the side of a fixed part 3. The intensity of the light beam and the average value and the root mean square of the distances between the end part of the transducer 5, which is weighted with the intensity of the light, and the incident position of the beam are detected by using the transducer 5. Primary and secondary outputs, which are proportional to the average value and the root mean square, are taken out. The incident position of the beam is detected based on the primary output in an operating part 6. The dispersion of the beam is operated and detected based on the primary and secondary outputs. The position of the movable body 2 with respect to the fixed part 3 is computed based on the result.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、工作機械、検査装置等における各要素(可動
体)の精密な位置決め・位置制御、あるいは、定盤、光
学実験台等の実験装置における各要素(可動体)の精密
な位置決め・アライメント調整を行なう際などに用いて
好適の光学式の可動体の位置検出方法および装置に関す
るものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is applicable to precise positioning and position control of each element (movable body) in machine tools, inspection equipment, etc., or to experiments on surface plates, optical laboratory benches, etc. The present invention relates to an optical method and device for detecting the position of a movable body, which is suitable for use in precise positioning and alignment adjustment of each element (movable body) in a device.

[従来の技術] 従来の光学式の可動体の位置検出装置を説明する前に、
まず、その装置において用いられる従来の光位置検出装
置(P S D : P osition S ens
itiveD etector)について説明する。
[Prior Art] Before explaining a conventional optical movable body position detection device,
First, the conventional optical position detection device (PSD) used in the device
tiveD_tector) will be explained.

第18図は例えば精密機械VO1,51,N(14,1
985゜730〜737頁「位置測定におけるPSDの
応用」金沢−男著に示された従来の光位置検出装置を示
す側面図である。
Figure 18 shows, for example, precision machinery VO1, 51, N (14, 1
985. It is a side view showing the conventional optical position detection device shown in ``Application of PSD in position measurement'' written by Osamu Kanazawa, pages 730-737.

この従来の光位置検出装置では、平板状シリコン基板に
おいて、第18図に示すように、光入力を受けるP型半
導体(光電変換体)から成る第1抵抗M51と、この第
1抵抗層51に空乏層53を介して接続されたN型半導
体(光電変換体)から成る第2抵抗層52とがそなえら
れており、第1抵抗層51は全面一様な抵抗値を有する
ように形成されている。
In this conventional optical position detection device, as shown in FIG. 18, on a flat silicon substrate, a first resistor M51 made of a P-type semiconductor (photoelectric converter) that receives optical input, and this first resistive layer 51 are provided. A second resistance layer 52 made of an N-type semiconductor (photoelectric converter) is connected via a depletion layer 53, and the first resistance layer 51 is formed to have a uniform resistance value over the entire surface. There is.

そして、第1抵抗層51に入射される光ビームの1次元
位置を検出すべく、第1抵抗層51の両端に電極54.
55がそれぞれ取り付けられている。また、第2抵抗層
52の中央には、バイアス電極56が接続されている。
In order to detect the one-dimensional position of the light beam incident on the first resistance layer 51, electrodes 54.
55 are attached to each. Further, a bias electrode 56 is connected to the center of the second resistance layer 52.

このような光位置検出装置において、第18図に矢印a
で示すように、第1抵抗層51に光ビームが入射した場
合に、その1次元位置は次のようにして得られる。ただ
し、座標系としては、電極54.55との中点を原点と
し、この原点に対する入射位置の座標をXとし、また第
18図中の右方向を正方向とする。
In such an optical position detection device, arrow a is shown in FIG.
As shown in , when a light beam is incident on the first resistance layer 51, its one-dimensional position can be obtained as follows. However, as for the coordinate system, the origin is the midpoint between the electrodes 54 and 55, the coordinate of the incident position with respect to this origin is X, and the right direction in FIG. 18 is the positive direction.

矢印aのように光ビームが第1抵抗層51に入射すると
、入射位置には光エネルギーに比例した電子−正孔が発
生する。発生した正孔は、第1抵抗層51を流れ、同第
1抵抗層51の両端における電極54.55からそれぞ
れ電流値工、。t I20として検出される。また1発
生した電子は、空乏層53から第2抵抗層52を流れ、
バイアス電極56より取り出される。このとき、正孔即
ち光電流は、第1抵抗層51の均一な抵抗により、入射
位置から電極54.55までの距離に反比例配分される
When a light beam is incident on the first resistance layer 51 as indicated by arrow a, electrons and holes proportional to the light energy are generated at the incident position. The generated holes flow through the first resistance layer 51, and the current value is increased from the electrodes 54 and 55 at both ends of the first resistance layer 51, respectively. t I20. Further, one generated electron flows from the depletion layer 53 to the second resistance layer 52,
It is taken out from the bias electrode 56. At this time, holes, that is, photocurrent, are distributed in inverse proportion to the distance from the incident position to the electrodes 54 and 55 due to the uniform resistance of the first resistance layer 51.

従って、第1抵抗層51の全長を2Qoとすると、 Ito/(Qo  X)=IZO/(Qll+ X)”
= k  ”’(1)が得られる。ここで、kは、光エ
ネルギに依存する量であり、入射位置Xには依存しない
Therefore, if the total length of the first resistance layer 51 is 2Qo, then Ito/(Qo X)=IZO/(Qll+X)"
= k'' (1) is obtained, where k is a quantity that depends on the optical energy and does not depend on the incident position X.

そこで、測定される電流値工、。lI2゜に対して、(
工t。−工2゜)/(11゜+12゜)を求めると、(
1)式より、(I、。−I 、0)/(I 、。+ I
 2o)k・(Qo+ x)  k・(Qo−x)k・
(Q0+ x)+ k・(flo−x)=2に−x/(
2に−Qo)=x/Q。 ・・・(2)となり、入射位
置Xが、光エネルギに関係なく、x=Q。・(1,、−
I2.)バエ、。+工2o)  ・・・(3)として、
検出される。
Therefore, the current value is measured. For lI2°, (
Engineering t. - engineering2゜)/(11゜+12゜), we get (
1) From the formula, (I,.-I,0)/(I,.+I
2o)k・(Qo+x)k・(Qo−x)k・
(Q0+x)+k・(flo-x)=2 and -x/(
2-Qo)=x/Q. ...(2), and the incident position X is x=Q regardless of the optical energy.・(1,,-
I2. ) fly,. +Eng.2o) ...As (3),
Detected.

以上のように、第1抵抗層51に入射する光ビームの1
次元位置Xが、光位置検出装置により測定された電流値
I□。lI2゜から(3)式に基づいて求められる。な
お、光ビームの2次元位置も上述した1次元位置測定の
原理と同様にして行なわれる。
As described above, one of the light beams incident on the first resistance layer 51
The dimensional position X is the current value I□ measured by the optical position detection device. It is determined from lI2° based on equation (3). Note that the two-dimensional position of the light beam is also measured in the same manner as the principle of one-dimensional position measurement described above.

この場合、第19図あるいは第20図に示すような光位
置検出装置が用いられる。
In this case, an optical position detection device as shown in FIG. 19 or 20 is used.

第19図に示す光位置検出装置は表面分割型のもので、
電極57.58が、電極54.55に直交して第1抵抗
層51の両端部にそれぞれ取り付けられている。このよ
うな光位置検出装置では、電極54.55からそれぞれ
検出される電流値11゜。
The optical position detection device shown in FIG. 19 is a surface-divided type.
Electrodes 57, 58 are attached to each end of the first resistive layer 51 orthogonally to the electrodes 54, 55, respectively. In such an optical position detection device, the current value detected from each of the electrodes 54 and 55 is 11 degrees.

工2゜により、(3)式に基づきX座標が求められると
ともに、電極57.58からそれぞれ検出される電流値
11@tI4@によりy座標が求められる。
By step 2°, the X coordinate is determined based on equation (3), and the y coordinate is determined based on the current values 11@tI4@ detected from the electrodes 57 and 58, respectively.

また、第20図に示す光位置検出装置は両面分割型のも
ので、電極57.58が、電極54゜55に直交して第
2抵抗層52の両端部にそれぞれ取り付けられている。
The optical position detection device shown in FIG. 20 is of a double-sided split type, and electrodes 57 and 58 are respectively attached to both ends of the second resistance layer 52, orthogonal to the electrodes 54 and 55.

このとき、第2抵抗層52も全面−様な抵抗値を有する
ように形成されている。このような光位置検出装置でも
、電極54.55からの電流値Iユ。、工、。により、
X座標が得られるとともに、電極57.58からの電流
値■3゜t I4゜によりy座標が得られる。
At this time, the second resistance layer 52 is also formed to have a resistance value similar to that of the entire surface. Even in such an optical position detection device, the current value from the electrodes 54 and 55 is I. , Eng. According to
The X-coordinate is obtained, and the y-coordinate is obtained by the current value ■3°t I4° from the electrodes 57 and 58.

上述したような光位置検出装置を用いた従来の可動体の
位置検出装置としては、第21図に示すようなものがあ
る。第21図において、59は第18図に示す光ビーム
L0の1次元位置を検出する光位置検出袋[,59aは
光位置検出装置59の受光面、60は位置を検出すべき
可動体、61は可動体60上に固定され光ビームL0を
光位置検出装置59へ垂直に照射するレーザ光源である
A conventional position detecting device for a movable body using the optical position detecting device as described above is shown in FIG. In FIG. 21, 59 is an optical position detection bag for detecting the one-dimensional position of the light beam L0 shown in FIG. is a laser light source that is fixed on the movable body 60 and irradiates the optical position detection device 59 with a light beam L0 perpendicularly.

このような構成により、光位置検出装置59に入射する
光ビームL6の位置を検出電流値工、。。
With this configuration, the position of the light beam L6 incident on the optical position detection device 59 can be detected by the current value. .

工2゜および(3)式に基づいて検出することで、可動
体60の矢印す方向位置が検出される。
The position of the movable body 60 in the direction of the arrow is detected by detecting the position of the movable body 60 based on the equation (3) and the equation (3).

ここで、光位置検出装置59として、第19゜20図に
示すものを用いた場合には、回置光面59aに平行な面
(光ビームL6の照射方向に直交する面)内における可
動体60の2次元位置が検出される。
Here, when the optical position detection device 59 shown in FIGS. Sixty two-dimensional positions are detected.

なお、第21図では、レーザ光源61を可動体60上に
固定しているが、逆に、光位置検出装置59を可動体6
0上に固定し、レーザ光源61を固定部側に設けてもよ
い。
Note that in FIG. 21, the laser light source 61 is fixed on the movable body 60, but conversely, the optical position detection device 59 is fixed on the movable body 60.
0, and the laser light source 61 may be provided on the fixed part side.

また、第21図に示した可動体の位置検出装置のほかに
、従来、第22図に示すようなものもある(センサ技術
1987年2月号Vo1.7 、Na 2.18〜20
頁)。第22図において、61は光ビームL0を可動体
表面63へ垂直に照射するレーザ光源、62はレーザ光
源61からの光ビームL0を集光するレンズ、64I−
AM動体表面63により反射・散乱された散乱光S0を
受けるレンズ、65はレンズ64を通過した散乱光S、
を受光し散乱光S、の入射位置を検出することにより可
動体表面63の位置(変位)を検出するための受光素子
(第18図に示すものを用いてもよい)である。
In addition to the position detection device for a movable body shown in FIG. 21, there is also a conventional device as shown in FIG.
page). In FIG. 22, 61 is a laser light source that vertically irradiates the light beam L0 onto the movable body surface 63, 62 is a lens that focuses the light beam L0 from the laser light source 61, and 64I-
A lens 65 receives the scattered light S0 reflected and scattered by the AM moving object surface 63, and 65 is the scattered light S0 that has passed through the lens 64.
This is a light receiving element (the one shown in FIG. 18 may be used) for detecting the position (displacement) of the movable body surface 63 by receiving the scattered light S and detecting the incident position of the scattered light S.

このような装置の位置計測原理は、三角測量法であり、
測定対象物である可動体表面63に光ビームL、を照射
し、その反射散乱光S、をレンズ64により受光素子6
5上に結像し、この受光素子65の出力によって、可動
体表面63の位置(光ビームL0の照射方向の位!!り
を測定するものである。ここで示す装置は、第22図に
示すように、可動体表面63の位置A1〜Biの距離X
0間の変位量を検出しようとするもので、可動体表面6
3が位置Aユにあるときの散乱光S01は、受光素子6
5上の位[A、に入射し、可動体表面63が位置Bユに
あるときの散乱光S。2は、受光素子65上の位置B2
に入射する。
The position measurement principle of such devices is triangulation,
A light beam L is irradiated onto the movable body surface 63 that is the object to be measured, and the reflected and scattered light S is sent to the light receiving element 6 through a lens 64.
5, and the position of the movable body surface 63 (position of the irradiation direction of the light beam L0) is measured by the output of this light receiving element 65.The apparatus shown here is shown in FIG. As shown, the distance X between positions A1 and Bi on the movable body surface 63
This is intended to detect the amount of displacement between 0 and the surface of the movable body 6
3 is at position A, the scattered light S01 is reflected by the light receiving element 6.
Scattered light S when the movable body surface 63 is at position B. 2 is position B2 on the light receiving element 65
incident on .

従って、可動体表面63が位置A t ”” B 1を
移動するのに対応して、受光素子65上に入射する散乱
光S0の入射位置もAヨーB2の間を変化することにな
り、受光素子65への散乱光S0の入射位置を検出する
ことで、可動体表面63の変位つまり可動体の1次元的
な位置を検出することができる。
Therefore, in response to the movement of the movable body surface 63 from the position A t "" B 1, the incident position of the scattered light S0 incident on the light receiving element 65 also changes between A yaw and B2, and the light receiving By detecting the incident position of the scattered light S0 on the element 65, the displacement of the movable body surface 63, that is, the one-dimensional position of the movable body can be detected.

このように、第21図に示す装置では、光ビームL0の
照射方向に直交する面内における可動体の1次元もしく
は2次元位置を検出できる一方、第22図に示す装置で
は、光ビームL。の照射方向における可動体の1次元位
置を検出できる。
In this way, the device shown in FIG. 21 can detect the one-dimensional or two-dimensional position of the movable body in a plane perpendicular to the irradiation direction of the light beam L0, while the device shown in FIG. The one-dimensional position of the movable body in the irradiation direction can be detected.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、第21.22図に示すいずれの装置によ
っても、可動体の、光ビームL0の照射方向位置と、光
ビームL。の照射方向に直交する面内の位置とを一つの
装置で同時に検出することはできない。従って、これを
実現するためには、第21図あるいは第22図に示す装
置を複数組み合わせる必要があり、装置が複雑で高価な
ものとなる。
[Problems to be Solved by the Invention] However, with any of the devices shown in FIGS. It is not possible to simultaneously detect the position in a plane orthogonal to the irradiation direction with one device. Therefore, in order to realize this, it is necessary to combine a plurality of devices shown in FIG. 21 or 22, which makes the device complicated and expensive.

また、特に、第22図に示す装置では、三角測量法を利
用しているために光学系が大きくなり、装置の小型化が
困難である。
Further, in particular, in the apparatus shown in FIG. 22, since the triangulation method is used, the optical system becomes large, making it difficult to miniaturize the apparatus.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされた
もので、光ビームの位置や拡がり(分散)の情報を検出
して、光ビームの照射方向と、光ビームの照射方向に直
交する面内とにおける可動体の位置を、単一の装置によ
り速い応答性で精度良く検出できるようにした、低価格
でコンパクトな可動体の位置検出方法および装置を得る
ことを目的とする。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and detects information on the position and spread (dispersion) of a light beam, and detects information on the irradiation direction of the light beam and the direction perpendicular to the irradiation direction of the light beam. An object of the present invention is to provide a low-cost and compact method and device for detecting the position of a movable body, which can detect the position of a movable body in a plane with high accuracy and fast response using a single device.

[課題を解決するための手段] このため、本発明の可動体の位置検出方法は、可動体側
もしくは固定部側から照射された光ビームを上記の固定
部側もしくは可動体側の光電変換体に入射させて、上記
光ビームの光強度と、光強度によって重み付けされた上
記光電変換体の端部と上記光ビームの入射位置との距離
の平均値と、光強度によって重み付けされた上記光電変
換体の端部と上記光ビームの入射位置との距離の2乗平
均値とを上記光電変換体により検出し、検出された上記
の光強度および平均値に基づいて上記光電変換体の端部
と上記光ビームの入射位置との距離の平均値に比例する
1次出力をとり出すとともに。
[Means for Solving the Problem] For this reason, the method for detecting the position of a movable body of the present invention is such that a light beam irradiated from the movable body side or the fixed part side is incident on the photoelectric converter on the fixed part side or the movable body side. The light intensity of the light beam, the average value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam weighted by the light intensity, and the distance of the photoelectric converter weighted by the light intensity The root mean square value of the distance between the end and the incident position of the light beam is detected by the photoelectric converter, and the distance between the end of the photoelectric converter and the light beam is detected based on the detected light intensity and the average value. In addition to extracting the primary output proportional to the average value of the distance to the beam incident position.

検出された上記の光強度および2乗平均値に基づいて上
記光電変換体の端部と上記光ビームの入射位置との距離
の2乗平均値に比例する2次出力をとり出した後、上記
1次出力に基づき上記光ビームの入射位置を検出し、上
記の1次出力および2次出力に基づき上記光ビームの分
散を演算して検出してから、検出した上記光ビームの入
射位置および分散に基づいて上記可動体の上記固定部に
対する位置を算出することを特徴としている。
After extracting a secondary output proportional to the root mean square value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam based on the detected light intensity and the root mean square value, Detect the incident position of the light beam based on the primary output, calculate and detect the dispersion of the light beam based on the primary output and secondary output, and then calculate the detected incident position and dispersion of the light beam. The present invention is characterized in that the position of the movable body with respect to the fixed part is calculated based on the above.

また、本発明の可動体の位置検出装置は、光ビームを照
射する光源と、同光源からの光ビームを受ける光電変換
体とをそれぞれ可動体もしくは固定部のいずれか一方に
固定してそなえ、上記光電変換体が、前記1次出力を検
出すべく、上記光電変換体の端部からの距離に応じ同距
離位置において同距離に比例した幅方向位置で分離絶縁
されるとともに、前記2次出力を検出すべく、上記光電
変換体の端部からの距離に応じ同距離位置において同距
離の2乗に比例した幅方向位置で分離絶縁されて構成さ
れ、上記光電変換体からの出力に基づき上記光ビームの
入射位置および分散を算出しこれらの入射位置および分
散から上記可動体の上記固定部に対する位置を演算する
演算部をそなえたことを特徴としている。
Further, the position detection device for a movable body of the present invention includes a light source that irradiates a light beam and a photoelectric converter that receives the light beam from the light source, each fixed to either the movable body or the fixed part, In order to detect the primary output, the photoelectric converter is separated and insulated at the same distance position according to the distance from the end of the photoelectric converter at a width direction position proportional to the same distance, and the secondary output The photoelectric converter is separated and insulated at a position in the width direction proportional to the square of the distance at the same distance according to the distance from the end of the photoelectric converter, and based on the output from the photoelectric converter, the The present invention is characterized by comprising a calculation section that calculates the incident position and dispersion of the light beam and calculates the position of the movable body with respect to the fixed part from these incident positions and dispersion.

[作   用コ 上述した本発明の可動体の位置検出方法では、可動体側
もしくは固定部側からの光ビームが、上記の固定部側も
しくは可動体側に設けられた光電変換体に入射され、こ
の光電変換体により、同光電変換体の端部と光ビームの
入射位置との距離の平均値に比例する1次出力と上記距
離の2乗平均値に比例する2次出力とを検出することで
、複雑な信号処理回路などの高価なものを使用すること
なく、上記光電変換体からの上記の1次出力および2次
出力に基づいて、上記光ビームの入射位置および分散が
、統計学上の簡単な式により求められる。そして、得ら
れた上記光ビームの入射位置および分散から、それぞれ
上記光ビームの照射方向に直交する面内と同照射方向と
における上記可動体の上記固定部に対する位置が演算・
検出される。
[Function] In the method for detecting the position of a movable body of the present invention described above, a light beam from the movable body side or the fixed part side is incident on the photoelectric converter provided on the fixed part side or the movable body side, and the photoelectric converter is By using the converter to detect a primary output proportional to the average value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam, and a secondary output proportional to the root mean square value of the distance, The incident position and dispersion of the light beam can be statistically easily determined based on the primary and secondary outputs from the photoelectric converter without using expensive components such as complex signal processing circuits. It is determined by the following formula. Then, from the obtained incident position and dispersion of the light beam, the position of the movable body relative to the fixed part in a plane perpendicular to the irradiation direction of the light beam and in the same irradiation direction is calculated.
Detected.

また、上述した本発明の可動体の位置検出装置は前記方
法を実施するに際し直接使用されるもので、前記装置で
は、光源から照射された光ビームが、可動体側もしくは
固定部側から、固定部側もしくは可動体側の光電変換体
へ入射される。この光電変換体から出力される、1次直
線と2次曲線とに囲まれて分離絶縁された上記光電変換
体からの電流値と、上記2次曲線の下側の上記光電変換
体からの電流値との和により、光強度によって重み付け
された上記光電変換体の端部と上記光ビームの入射位置
との距離の平均値が得られる。また、上記2次曲線の下
側の上記光電変換体からの電流値により、光強度によっ
て重み付けされた上記光電変換体の端部と上記光ビーム
の入射位置との距離の2乗平均値が得られる。さらに、
3つの部分に分離絶縁された上記光電変換体からの電流
値の総和により上記光ビームの光強度が検出される。
Further, the above-described position detection device for a movable body of the present invention is used directly when carrying out the method, and in the device, a light beam irradiated from a light source is transmitted from the movable body side or the fixed part side to the fixed part. The light is incident on the photoelectric converter on the side or the movable body side. A current value outputted from the photoelectric converter that is surrounded and isolated by a linear straight line and a quadratic curve, and a current from the photoelectric converter below the quadratic curve. The average value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam, which is weighted by the light intensity, can be obtained by the sum of the values. Furthermore, the root mean square value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam weighted by the light intensity can be obtained from the current value from the photoelectric converter below the quadratic curve. It will be done. moreover,
The light intensity of the light beam is detected by the sum of the current values from the photoelectric converters separated and insulated into three parts.

そして、上記平均値を上記光強度により除算することで
、前記1次出力が求められるとともに、上記2乗平均値
を上記光強度により除算することで、前記2次出力が求
められる。これらの1次出力および2次出力に基づき上
記光ビームの入射位置および分散が算出され、得られた
入射位置および分散から、それぞれ上記光ビームの照射
方向に直交する面内と同照射方向とにおける上記可動体
の上記固定部に対する位置が演算・検出される。これら
の演算は、演算部においてなされる。
The primary output is obtained by dividing the average value by the light intensity, and the secondary output is obtained by dividing the root mean square value by the light intensity. The incident position and dispersion of the light beam are calculated based on these primary outputs and secondary outputs, and from the obtained incident position and dispersion, the incident position and dispersion of the light beam are calculated in the plane perpendicular to the irradiation direction and in the same irradiation direction, respectively. The position of the movable body with respect to the fixed part is calculated and detected. These calculations are performed in the calculation section.

[発明の実施例] まず1本発明による可動体の位置検出方法およびその原
理について説明する。
[Embodiments of the Invention] First, a method for detecting the position of a movable body according to the present invention and its principle will be explained.

本発明の方法では、光源から照射された光ビームが、可
動体側もしくは固定部側から、固定部側もしくは可動体
側の光電変換体へ入射されるが、このとき、光電変換体
への光ビームの入射位置に基づき、光ビームの照射方向
に直交する面(光電変換体の光ビーム入射面に平行な面
)内における可動体の位置が検出される(第4,9図参
照)、これは、第21図に示した従来装置と全く同様の
作用である。
In the method of the present invention, a light beam irradiated from a light source is incident from the movable body side or the fixed part side to the photoelectric converter on the fixed part side or the movable body side. Based on the incident position, the position of the movable body in a plane perpendicular to the light beam irradiation direction (a plane parallel to the light beam incident plane of the photoelectric converter) is detected (see Figures 4 and 9). The operation is exactly the same as that of the conventional device shown in FIG.

一方、光ビームは、その集束性が強いものであっても、
その到達距離が長くなればなるほど、その距離に比例し
て拡がりをもってくる。つまり。
On the other hand, even if the light beam is highly focused,
The longer the distance it reaches, the more it spreads in proportion to that distance. In other words.

光電変換体に到達した光ビームの分散(拡がり)を検出
することにより、光ビームの光源と光電変換体との距離
、即ち、光ビームの照射方向における可動体の位置が検
出される(第5図参照)。
By detecting the dispersion (spreading) of the light beam that has reached the photoelectric converter, the distance between the light source of the light beam and the photoelectric converter, that is, the position of the movable body in the irradiation direction of the light beam is detected (fifth (see figure).

従って、光電変換体により、光源からの光ビームの入射
位置(平均位置)および分散を検出することで、可動体
の位置(光ビームの照射方向に直交する面内および同照
射方向)が検出されることになる。
Therefore, by detecting the incident position (average position) and dispersion of the light beam from the light source using the photoelectric converter, the position of the movable body (in the plane orthogonal to the irradiation direction of the light beam and in the same irradiation direction) can be detected. That will happen.

そこで、本発明の方法では、次のようにして、光ビーム
の入射位置および分散を求めている。つまり、光ビーム
を受けるとその強度に応じ光電変換による所定の電流を
出力する光電変換体を用い、可動体側もしくは固定部側
から光ビームを照射し、固定部側もしくは可動体側の光
電変換体へ入射させる。そして、この光電変換体により
、まず、光強度(総強度)//’(x)dx(=It:
ここで、ρは光ビームの強度分布)と、光強度によって
重み付けされた光ビームの位ff1xの平均値fx・ρ
(x)d xと、同じく光強度によって重み付けされた
光ビームの位[xの2乗平均値/、!・ρ(x)dxと
を電流値として検出する。
Therefore, in the method of the present invention, the incident position and dispersion of the light beam are determined as follows. In other words, using a photoelectric converter that outputs a predetermined current by photoelectric conversion according to the intensity of the received light beam, the light beam is irradiated from the movable body side or the fixed part side, and is directed to the photoelectric converter on the fixed part side or the movable body side. Make it incident. Then, with this photoelectric converter, first, light intensity (total intensity) //'(x)dx(=It:
Here, ρ is the light beam intensity distribution) and the average value fx・ρ of the light beam position ff1x weighted by the light intensity
(x) d x and the position of the light beam also weighted by the light intensity [root mean square value of x/,! -Detect ρ(x)dx as a current value.

そして、検出された電流値から、光電変換体の端部と光
ビームの位置との距離の平均値(重心位置)Xに比例す
る1次出力として、K1゜・・fx・ρ(x)dx/ 
fρ(x)dxを得るとともに、光電変換体の端部と光
ビームの位置との距離の2乗平均値1に比例する2次出
力として、K、a ・/ x” ・P(x)dx/ /
 P(x)dxを得てから(ここで、K1゜、に2゜は
定数)、これらの出力に基づき、光ビームの位!11(
重心位置)Xを、 x=fx・pcx)dxlfpcx)dx   −(4
)として検出するとともに、光ビームの分散σ2を、a
 ” = f x” ・i”(x)di/ / /’(
x)dx−[/ x−F(x)dx/ / /’(x)
dxl”−一一丁  −2 −1−X          ・・・(5)にて検出す
るようにしている。
Then, from the detected current value, the primary output proportional to the average distance (center of gravity position) X between the end of the photoelectric converter and the position of the light beam is calculated as K1°... /
In addition to obtaining fρ(x)dx, K, a ・/ / /
After obtaining P(x)dx (where K1° and 2° are constants), based on these outputs, the order of the light beam! 11(
Center of gravity)X, x=fx・pcx)dxlfpcx)dx −(4
), and the dispersion σ2 of the light beam is detected as a
” = f x” ・i”(x)di/ / /'(
x) dx-[/ x-F(x) dx/ / /'(x)
dxl"-11-2-1-X... (5) is used for detection.

このようにして検出された平均位置iおよび分散σ2に
基づき、前述の通り、第4,9図および第5図に示すよ
うな関係から可動体の位置が演算・検出される。
Based on the average position i and variance σ2 thus detected, the position of the movable body is calculated and detected from the relationships shown in FIGS. 4, 9, and 5, as described above.

以下、図面により、本発明の方法に適用される可動体の
位置検出装置の具体的な実施例を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of a movable body position detection device applied to the method of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1〜7図は本発明の第1実施例としての可動体の位置
検出装置を示すもので、第1図(a)はその全体構成図
、第1図(b)はその光電変換体としてのDIPセンサ
[D : deviation(分散)、■:1nta
nsity (強度L P : position(位
置)]の平面図、第1図(Q)は上記DIPセンサの側
面図、第2図は上記DIPセンサに入射される光ビーム
の強度分布の一例を示すグラフ、第3図(a)、(b)
はいずれも上記DIPセンサにより得られる検出電流値
と上記DIPセンサ上の位置との関係を示すグラフ、第
4図はX軸ステージの位置と光ビームの入射位置との関
係を示すグラフ、第5図はY軸ステージの位置と光ビー
ムの分散との関係を示すグラフ、第6図は本実施例装置
の配置変形例を示す全体構成図、第7図(a)〜(d)
はいずれも光源の変形例を示す図である。
1 to 7 show a position detection device for a movable body as a first embodiment of the present invention, FIG. 1(a) is its overall configuration diagram, and FIG. 1(b) is a photoelectric converter thereof. DIP sensor [D: deviation, ■: 1nta
Fig. 1 (Q) is a side view of the DIP sensor, and Fig. 2 is a graph showing an example of the intensity distribution of the light beam incident on the DIP sensor. , Figure 3(a),(b)
4 is a graph showing the relationship between the detected current value obtained by the DIP sensor and the position on the DIP sensor, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the position of the X-axis stage and the incident position of the light beam, and FIG. The figure is a graph showing the relationship between the position of the Y-axis stage and the dispersion of the light beam, Figure 6 is an overall configuration diagram showing a variation of the arrangement of the device of this embodiment, and Figures 7 (a) to (d)
2A and 2B are diagrams showing modified examples of the light source.

第1実施例では、可動体の2次元位置を検出する場合、
つまり、光ビームの照射方向に直交する軸(X軸)と同
照射方向の軸、(Y軸)とについての可動体の固定部に
対する位1if(X、Y)を検出する場合について説明
する。
In the first embodiment, when detecting the two-dimensional position of the movable body,
In other words, a case will be described in which the position 1if (X, Y) of the movable body relative to the fixed portion of the axis (X-axis) perpendicular to the irradiation direction of the light beam and the axis (Y-axis) in the same irradiation direction is detected.

第1図(a)において、1は光ビームLを後述するDI
Pセンサへ垂直に照射するレーザ光源(半導体レーザ)
、2はX、Y方向の2自由度を有する可動体で、X軸ス
テージ2aとY軸ステージ2bとから構成され、図示し
ない駆動機構をそなえている。そして、Y軸ステージ2
b上にレーザ光源1が固定されている。また、3は固定
部、5はレーザ光源1からの光ビームLを受ける光電変
換体としてのDIPセンサで、固定部3上に固定されて
いる。さらに、6は演算部で、DIPセンサ5からの検
出信号(1111!113)に基づき、入射位置(平均
位置)iおよび分散σ2を算出し、これらの平均位lx
および分散σ2から可動体2(レーザ光源1)の位置(
x、y)を演算するものである。
In FIG. 1(a), 1 indicates the light beam L as DI, which will be described later.
Laser light source (semiconductor laser) that irradiates vertically to the P sensor
, 2 is a movable body having two degrees of freedom in the X and Y directions, and is composed of an X-axis stage 2a and a Y-axis stage 2b, and is equipped with a drive mechanism (not shown). And Y-axis stage 2
A laser light source 1 is fixed on b. Further, 3 is a fixed part, and 5 is a DIP sensor as a photoelectric converter that receives the light beam L from the laser light source 1, and is fixed on the fixed part 3. Furthermore, 6 is a calculation unit that calculates the incident position (average position) i and variance σ2 based on the detection signal (1111!113) from the DIP sensor 5, and calculates the average position lx
and the position of the movable body 2 (laser light source 1) from the dispersion σ2 (
x, y).

また、本実施例のDIPセンサ5は、第1図(b)、(
Q)に示すように、2層5−1.i層5−2および0層
5−3からなるフォトダイオードとして構成され、光ビ
ームLを受けるとその強度に応じ光電変換による所定の
電流を出力するものである。そして、各層5−1〜5−
3は、y=(w/Q)・xなる1次直線と、y=(w/
Q2)・X2なる放物線とにより3つの光電変換面5a
、5b。
In addition, the DIP sensor 5 of this embodiment is shown in FIG. 1(b), (
As shown in Q), two layers 5-1. It is configured as a photodiode consisting of an i-layer 5-2 and an 0-layer 5-3, and when it receives a light beam L, it outputs a predetermined current by photoelectric conversion according to the intensity of the light beam L. And each layer 5-1 to 5-
3 is a linear straight line with y=(w/Q)・x and y=(w/
Q2)・Three photoelectric conversion surfaces 5a due to the parabola X2
, 5b.

5cに分離絶縁されており、各光電変換面5a。5c, and each photoelectric conversion surface 5a.

5b、5cからそれぞれ電流値11* 12913が検
出されるようになっている。
A current value of 11*12913 is detected from each of 5b and 5c.

なお、第1図(b)において、2層5−1の第1図(b
)中の左下隅を原点として右方向にX軸、上方向にY軸
〔第1図(a)のX、Y軸とは異なる〕をとっている、
また、第1図(b)中のQ、wは、それぞれDIPセン
サ5の外形寸法、つまり長さ。
In addition, in FIG. 1(b), the second layer 5-1 in FIG.
) with the lower left corner of the center as the origin, the X-axis goes to the right, and the Y-axis goes up (different from the X and Y axes in Figure 1(a)).
Moreover, Q and w in FIG. 1(b) are the external dimensions, that is, the length, of the DIP sensor 5, respectively.

幅を示している。It shows the width.

本発明の第1実施例による可動体の位置検出装置は上述
のごとく構成されているので、可動体2の位置(つまり
はレーザ光源1の位置)を検出する際には、まず、可動
体2のY軸ステージ2b上のレーザ光源1から固定部3
上のDIPセンサ5へ、光ビームLを照射する。このよ
うにして、光ビームLを受けたDIPセンサ5は、その
光強度に応じて光電変換を行ない電流を生じる。この光
電変換によりDIPセンサ5から得られた検出信号i工
y lie 13は、演算部6へ入力される。
Since the movable body position detection device according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, when detecting the position of the movable body 2 (that is, the position of the laser light source 1), first the movable body 2 from the laser light source 1 on the Y-axis stage 2b to the fixed part 3
A light beam L is irradiated onto the upper DIP sensor 5. In this way, the DIP sensor 5 receiving the light beam L performs photoelectric conversion according to the intensity of the light and generates a current. The detection signal 13 obtained from the DIP sensor 5 through this photoelectric conversion is input to the calculation section 6.

この後、DIPセンサ5および演算部6により、次のよ
うにして、光ビームLの平均位置(重心位置)Y1分散
(広がり)σ2が算出され、さらには。
Thereafter, the DIP sensor 5 and the calculation unit 6 calculate the average position (center of gravity) Y1 dispersion (spread) σ2 of the light beam L as follows, and further.

これらの算出結果から可動体2の位[(X、Y)が演算
・検出される。
From these calculation results, the digit [(X, Y) of the movable body 2 is calculated and detected.

今、第2図に示すような1次元ガウス分布形の強度分布
ρ(ス)をもった光ビームLが、DIPセンサ5に入射
したとする。ここで、上記ガウス分布の平均位置を!、
分散をσ2.最大強度をI max、総強度(第2図に
斜線で示す部分の面積)をItとする。なお、第1図(
b)のy方向には、光強度分布は一定であるとする。
Now, assume that a light beam L having a one-dimensional Gaussian intensity distribution ρ(s) as shown in FIG. 2 is incident on the DIP sensor 5. Here, the average position of the Gaussian distribution above! ,
The variance is σ2. The maximum intensity is Imax, and the total intensity (area of the shaded area in FIG. 2) is It. In addition, Figure 1 (
It is assumed that the light intensity distribution is constant in the y direction in b).

このとき、位[xと、検出電流値11と12との和との
間には第3図、(a)に示すような関係があるとともに
、位置又と検出電流値i□との間には第3図(b)に示
すような関係がある。そこで、DIPセンサ5であるフ
ォトダイオードの光電変換効率をKとし、簡単のため、
B、=vr/Q、a2=w/Q2とすると、検出電流値
1zylz+i3は、i、=に一/’p(x)・a、x
”dx      ・−(6)L= K−fip (x
)(a、x −a、 x”)dx ・=(7)i、=に
一、/’ρ(x)・a、(u−x)dx   ”’(U
となり、これらの(6)〜(8)式より、iz+iz+
i、=に一/、’ρ(x)・a、1)dx”K”w−/
、’ρ(x)dx =に−w−It    ・・・(9) i、+i、=に−7,’ρ(x)・a、xdx   −
(10)が得られる。ここで、(9)式つまりi1+i
2+i。
At this time, there is a relationship between position [x and the sum of detected current values 11 and 12 as shown in FIG. There is a relationship as shown in FIG. 3(b). Therefore, let the photoelectric conversion efficiency of the photodiode that is the DIP sensor 5 be K, and for simplicity,
B, =vr/Q, a2=w/Q2, the detected current value 1zylz+i3 is i,=to/'p(x)・a,x
”dx・−(6)L=K−fip(x
) (a, x - a, x'') dx ・= (7) i, = 1, /'ρ(x)・a, (u-x) dx ''' (U
From these equations (6) to (8), iz+iz+
i,=ni/,'ρ(x)・a,1)dx"K"w-/
, 'ρ(x)dx = -w-It ... (9) i, +i, = -7, 'ρ(x)・a, xdx -
(10) is obtained. Here, equation (9), i.e. i1+i
2+i.

によって、光ビームLの総強度Itに関する量が検出さ
れ、(10)式つまりi1+i、によって、光ビ−ムL
の強度によって重み付けされた座標Xの平均値に関する
量が検出され、(6)弐つまり11によって、光ビーム
Lの強度によって重み付けされた座標Xの2乗平均値が
検出されることになる。
The quantity related to the total intensity It of the light beam L is detected by the equation (10), that is, i1+i.
A quantity related to the average value of the coordinate X weighted by the intensity of the light beam L is detected, and the root mean square value of the coordinate X weighted by the intensity of the light beam L is detected by (6) 2, that is, 11.

従って、(4) 、 (9) 、 (10)式より。Therefore, from equations (4), (9), and (10).

が得られ、この(xz + 12)l(ll + iz
 + 13)によって、DIPセンサ5の端部と光ビー
ムLの位置との距離Xの平均値Xに比例する1次出力が
とり出される。
is obtained, and this (xz + 12)l(ll + iz
+13), a primary output proportional to the average value X of the distance X between the end of the DIP sensor 5 and the position of the light beam L is extracted.

さらに、(9)、(6)式より、 =□     ・・・(12) が得られ、このz 1/ Cx 1 + x 2 + 
x 3)によって。
Furthermore, from equations (9) and (6), =□ ... (12) is obtained, and this z 1/ Cx 1 + x 2 +
x 3).

DIPセンサ5の端部と光ビームLの位置との距離Xの
2乗平均値?に比例する2次出力がとり出される。
The root mean square value of the distance X between the end of the DIP sensor 5 and the position of the light beam L? A secondary output proportional to is extracted.

以上の結果から、本実施例では、(9)式により光ビー
ムLの総強度Itが、 It=(i、+i、+ia)/(K−w)  −(13
)として検出され、(11)式により光ビームLの平均
位置iが、 x = 1(i工+iz)/(it+ i、+ i、)
・・・(14)として検出され、さらに、(5)、(1
1)、(12)式に基づき、下式(15)により分散σ
2が得られる。
From the above results, in this example, the total intensity It of the light beam L is determined by equation (9) as It=(i, +i, +ia)/(K-w) −(13
), and according to equation (11), the average position i of the light beam L is x = 1(i + iz)/(it + i, + i,)
...(14), and furthermore, (5), (1
Based on equations 1) and (12), the variance σ is calculated by equation (15) below.
2 is obtained.

・・・(15) そして、DIPセンサ5への光ビームLの入射位置又と
、X軸ステージ2aの座標Xとの間には、第4・図に示
すような比例関係があることがら、(14)式により求
められた平均位置!に基づき、光ビームLの照射方向に
直交するX軸についての可動体2(レーザ光源1)の座
aXが演算・検出される。
(15) Since there is a proportional relationship between the incident position of the light beam L on the DIP sensor 5 and the coordinate X of the X-axis stage 2a as shown in Fig. 4, Average position determined by equation (14)! Based on this, the position aX of the movable body 2 (laser light source 1) with respect to the X axis orthogonal to the irradiation direction of the light beam L is calculated and detected.

また、前述したように、光ビームLのレーザ光源1から
DIPセンサ5までの到達距離(Y)が長くなればなる
ほど、光ビームLは、上記到達距離に比例して拡がりを
もってくるため、DIPセンサに到達した光ビームLの
分散σ2と、Y軸ステージ2bの座標Yとの間には、第
5図に示すような比例関係がある。従って、 (15)
式により求められた分散σ2に基づき、光ビームLの照
射方向に平行なY軸についての可動体2(レーザ光源1
)の座標Yが演算・検出される。
In addition, as described above, as the distance (Y) of the light beam L from the laser light source 1 to the DIP sensor 5 becomes longer, the light beam L spreads in proportion to the distance, so the DIP sensor There is a proportional relationship as shown in FIG. 5 between the dispersion σ2 of the light beam L that has arrived at 2 and the coordinate Y of the Y-axis stage 2b. Therefore, (15)
Based on the dispersion σ2 obtained by the formula, the movable body 2 (laser light source 1
) coordinate Y is calculated and detected.

このように、本発明の第1実施例の装置によれば、複雑
な信号処理を施すことなく、極めて簡素な構造の装置を
用い、DIPセンサ5からの検出電流値iユe lap
 ’1mをもとに演算を行なうだけで、光ビームLにつ
いての1次出力および2次出力が得られ、これらの出力
から光ビームLの平均位置iおよび分散σ2が算出され
る。そして、このようにして得られた平均位1txおよ
び分散σ2に基づいて、光ビームLの照射方向に直交す
る軸と、同照射方向に平行な軸とによる可動体2の2次
元座標位置(x、y)を、単一の装置により速い応答性
で精度良く検出でき、装置の小型化および低価格化を実
現できる。
As described above, according to the device of the first embodiment of the present invention, the detected current value from the DIP sensor 5 can be detected using a device with an extremely simple structure without performing complicated signal processing.
By simply performing calculations based on '1m, the primary output and secondary output for the light beam L can be obtained, and the average position i and dispersion σ2 of the light beam L can be calculated from these outputs. Based on the mean position 1tx and dispersion σ2 obtained in this way, the two-dimensional coordinate position (x , y) can be detected with high accuracy and fast response using a single device, and the device can be made smaller and lower in price.

なお、上記第1実施例では、可動体2のY軸テーブル2
b上および固定部3上にそれぞれレーザ光源1およびD
IPセンサ5を固定しているが、第6図に示すように、
逆に、可動体2のY軸テーブル2b上にDIPセンサ5
を固定し、固定部3上にレーザ光源1を固定するように
してもよく。
In addition, in the first embodiment, the Y-axis table 2 of the movable body 2
Laser light sources 1 and D are placed on b and fixed part 3, respectively.
Although the IP sensor 5 is fixed, as shown in FIG.
Conversely, the DIP sensor 5 is placed on the Y-axis table 2b of the movable body 2.
may be fixed, and the laser light source 1 may be fixed on the fixed part 3.

この場合も、上記第1実施例と同様の作用効果が得られ
る。
In this case as well, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

また、上記第1実施例では、光源として半導体レーザに
よるレーザ光源1を用いているが、発散光あるいは集束
光であれば、レーザ光源には限定されない0例えば、■
第7図(a)に示すように。
Further, in the first embodiment, the laser light source 1 made of a semiconductor laser is used as the light source, but the light source is not limited to a laser light source as long as it is a diverging light or a convergent light.
As shown in FIG. 7(a).

白熱ランプ4とピンホール7とを用い、ピンホール7を
通過した白熱ランプ4からの光を光ビームLとする光源
、■第7図(b)に示すように、光ファイバ8からの発
散光を光ビームLとする光源、■第7図(0)に示すよ
うに、白熱ランプ4と集光レンズ9とを用い、集束レン
ズ9により集束した白熱ランプ4からの光を光ビームL
とする光源、■第7図(d)に示すように、光ファイバ
8と集光レンズ9とを用い、集束レンズ9により集束し
た光ファイバ8からの光を光ビームLとする光源など、
様々なものを光源として用いることができ、いずれの光
源によっても上記第1実施例と同様の作用効果が得られ
る。
A light source that uses an incandescent lamp 4 and a pinhole 7, and uses the light from the incandescent lamp 4 that has passed through the pinhole 7 as a light beam L; ■As shown in FIG. 7(b), a light source that emits diverging light from an optical fiber 8; As shown in FIG. 7(0), an incandescent lamp 4 and a condensing lens 9 are used to convert the light from the incandescent lamp 4 focused by the condensing lens 9 into a light beam L.
A light source that uses an optical fiber 8 and a condensing lens 9 as shown in FIG.
Various types of light sources can be used, and the same effects as in the first embodiment can be obtained using any of the light sources.

次に、第8,9図により本発明の第2実施例としての可
動体の位置検出装置について説明すると、第8図(a)
はその全体構成図、第8図(b)は本実施例において用
いられるDIPセンサの平面図、第9図はZ軸ステージ
の位置と光ビームの入射位置との関係を示すグラフであ
る。なお、図中、既述の符号と同一の符号は同一部分を
示しているので、説明は省略する。また、第8図(a)
において、演算部6は図示を省略されている。
Next, a movable body position detection device as a second embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8(a)
8(b) is a plan view of the DIP sensor used in this embodiment, and FIG. 9 is a graph showing the relationship between the position of the Z-axis stage and the incident position of the light beam. Note that in the drawings, the same reference numerals as those already described indicate the same parts, so the explanation will be omitted. Also, Fig. 8(a)
In the figure, the calculation unit 6 is omitted from illustration.

第1実施例が可動体2の2次元位置を検出する場合であ
ったのに対し、第2実施例では、可動体2の3次元位置
を検出する場合、つまり、光ビームLの照射方向に直交
する面内(D I Pセンサにおけるx、y座標に対応
したX、Z座標)と、同照射方向の軸(Y軸)とについ
ての可動体2A(レーザ光源1)の固定部3に対する位
1iW(X、 Y)を検出する場合について説明する。
While the first embodiment was for detecting the two-dimensional position of the movable body 2, the second embodiment is for detecting the three-dimensional position of the movable body 2, that is, in the irradiation direction of the light beam L. The position of the movable body 2A (laser light source 1) relative to the fixed part 3 in orthogonal planes (X, Z coordinates corresponding to the x, y coordinates in the DIP sensor) and the axis (Y axis) in the same irradiation direction. The case of detecting 1iW(X, Y) will be explained.

第8図(a)において、2Aは3自由度を有する可動体
で、X軸ステージ2aとY軸ステージ2bとZ軸ステー
ジ2cとから構成されている。また。
In FIG. 8(a), 2A is a movable body having three degrees of freedom, and is composed of an X-axis stage 2a, a Y-axis stage 2b, and a Z-axis stage 2c. Also.

50は固定部3上に設けられたDIPセンサ50であり
、このDIPセンサ50は、光ビームLのDIPセンサ
50への入射位置を2次元的に座標Cx、y)として検
出すべく、第8図(b)に示すように構成されている。
50 is a DIP sensor 50 provided on the fixed part 3, and this DIP sensor 50 has an eighth It is configured as shown in Figure (b).

そして、本実施例では、2軸テーブル2c上にレーザ光
源1が固定されている。
In this embodiment, the laser light source 1 is fixed on the two-axis table 2c.

そして、第8図(b)に示すように、DIPセンサ50
は、第1図(b)、 (Q)に示したDIPセンサ5と
同様に構成されたフォトダイオードをn個そなえ、y方
向へ5−1〜5−nまで平面状に配置して構成されてい
る。なお、各フォトダイオード5−1〜5− nの幅Δ
Wは、可動体2A(レーザ光源1)のZ軸方向移動幅に
比べて十分小さくなっている。
Then, as shown in FIG. 8(b), the DIP sensor 50
The sensor has n photodiodes configured similarly to the DIP sensor 5 shown in FIGS. 1(b) and 1(Q), and is arranged in a plane from 5-1 to 5-n in the y direction. ing. Note that the width Δ of each photodiode 5-1 to 5-n
W is sufficiently smaller than the movement width of the movable body 2A (laser light source 1) in the Z-axis direction.

上述の構成により、この第2実施例の装置でも、各フォ
トダイオード5−1〜5−nにより検出される電流値i
ts xz# 13をもとに、各フォトダイオード5−
1〜5−nにおける光ビームLの総強度It、入射位置
デおよび分散σ2が(13) 、 (14) 。
With the above-described configuration, the current value i detected by each photodiode 5-1 to 5-n also in the device of this second embodiment.
Based on ts xz # 13, each photodiode 5-
The total intensity It, the incident position D, and the dispersion σ2 of the light beam L at 1 to 5-n are (13), (14).

(15)式により求められる。そして、総強度Itの最
も大きなフォトダイオード5−1〜5−nのy方向位置
を、DIPセンサ5oにおける光ビームLのy方向入射
位置yとして検出する。
It is determined by equation (15). Then, the y-direction positions of the photodiodes 5-1 to 5-n with the largest total intensity It are detected as the y-direction incident position y of the light beam L on the DIP sensor 5o.

ここで、DIPセンサ5への光ビームLの入射位置yと
、Z軸ステージ2Cの座標Zとの間には、第9図に示す
ような比例関係があることから、前述のごとく求めた平
均位置(入射位置)yに基づき、光ビームLの照射方向
(Y軸)に直交し且つX軸にも直交するZ軸ついての可
動体2A(レーザ光源1)の座標Zが演算・検出される
Here, since there is a proportional relationship between the incident position y of the light beam L on the DIP sensor 5 and the coordinate Z of the Z-axis stage 2C as shown in FIG. Based on the position (incidence position) y, the coordinate Z of the movable body 2A (laser light source 1) about the Z axis that is orthogonal to the irradiation direction (Y axis) of the light beam L and also orthogonal to the X axis is calculated and detected. .

また、第1実施例と同様に、入射位置yにおけるフォト
ダイオードからの検出電流値i工、12゜i、をもとに
(14)、 (15)式により求めた入射位lxおよび
分散σ2から、第4,5図に示した関係に基づいて、光
ビームLの照射方向に直交する軸と、同照射方向に平行
な軸とによる可動体2Aの座標位置(x、y)が演算・
検出される。
In addition, as in the first embodiment, from the incident position lx and dispersion σ2 obtained from equations (14) and (15) based on the detected current value i, 12°i, from the photodiode at the incident position y. Based on the relationships shown in FIGS. 4 and 5, the coordinate position (x, y) of the movable body 2A between an axis perpendicular to the irradiation direction of the light beam L and an axis parallel to the irradiation direction is calculated.
Detected.

このようにして、本発明の第2実施例によれば、第1実
施例と同様の作用効果が得られるほか、簡素な構造の装
置により、可動体2Aの3次元位置(x、y、z)をも
検出できるのである。
In this way, according to the second embodiment of the present invention, in addition to obtaining the same effects as the first embodiment, the three-dimensional position (x, y, z ) can also be detected.

なお、上記第2実施例において、Z軸ステージ2cにD
IPセンサ50を配置し、固定部3上にレーザ光源1を
配置しても上述と同様の作用効果が得られる。また、第
1実施例と同様に、レーザ光源1に代えて、第7図(a
)〜(d)に示すいずれの光源を用いてもよい。
In addition, in the second embodiment, the Z-axis stage 2c is
Even if the IP sensor 50 is arranged and the laser light source 1 is arranged on the fixed part 3, the same effect as described above can be obtained. Further, as in the first embodiment, instead of the laser light source 1, the laser light source 1 shown in FIG.
) to (d) may be used.

ところで、上記第1,2実施例で使用されるDIPセン
サ5は、第1図(b)、(Q)(または第8図(b)〕
に示すようなフォトダイオードによるものとしているが
、本発明の方法を実施するための可動体の位置検出装置
における光電変換体としては、第1図(b)、(c)(
または第8図(b)〕に示すDIPセンサ5(または5
0)以外にも、様々なものを用いることができる。以下
に、本発明の方法を実施するために用いることのできる
光電変換体(DIPセンサ)の例を項目■〜■に挙げて
説明する。
By the way, the DIP sensor 5 used in the first and second embodiments is shown in FIG. 1(b), (Q) (or FIG. 8(b)).
1(b), (c) (
or the DIP sensor 5 (or 5
0), various other types can be used. Below, examples of photoelectric converters (DIP sensors) that can be used to carry out the method of the present invention will be described in items (1) to (2).

恵員工髪腹孤 第10図(a)、(b)はDIPセンサの第1変形例を
示すもので、第10図(a)はその側面図、第10図(
b)はその平面図、第11図は第1変形例のDIPセン
サを2次元の場合に拡張した例を示す斜視図である。
Figures 10(a) and 10(b) show a first modification of the DIP sensor, with Figure 10(a) being a side view and Figure 10(a) showing a first modification of the DIP sensor.
b) is a plan view thereof, and FIG. 11 is a perspective view showing an example in which the DIP sensor of the first modification is extended to a two-dimensional case.

第1変形例のDIPセンサ5Aでは、第10図(a)、
(b)に示すように、光ビームLを受けるP型半導体か
ら成る第1抵抗層11と、この第1抵抗層11に空乏層
13を介して接続されたN型半導体から成る第2抵抗層
12とがそなえられ、第1抵抗層11は全面一様な抵抗
値(抵抗線密度re)を有するように形成されている。
In the DIP sensor 5A of the first modification, FIG. 10(a),
As shown in (b), a first resistance layer 11 made of a P-type semiconductor receives the light beam L, and a second resistance layer made of an N-type semiconductor connected to the first resistance layer 11 via a depletion layer 13. 12, and the first resistance layer 11 is formed to have a uniform resistance value (resistance line density re) over the entire surface.

また、電極14.15が、間隔Qをあけてそれぞれ第1
抵抗層11の両端部に取り付けられるとともに、第2抵
抗層12の両端にも、電極16゜17が、それぞれ上記
電極14.15に対向するように取り付けられている。
Further, the electrodes 14 and 15 are connected to the first electrodes with an interval Q between them.
Electrodes 16 and 17 are attached to both ends of the resistive layer 11 and also to both ends of the second resistive layer 12 so as to face the electrodes 14 and 15, respectively.

なお、ここでは、電極14.16の位置を原点とし、こ
れらの電極14.16から電極15,17へ向がう方向
へX軸をとる。
Note that here, the position of the electrodes 14, 16 is taken as the origin, and the X axis is taken in the direction from these electrodes 14, 16 to the electrodes 15, 17.

さらに、第2抵抗層12は、その端部における電極16
の位置からの距離に依存する抵抗値を有するように形成
されており、 r = (re/ Q ) ・x   ・=(16)な
る抵抗線密度rをもっている。
Furthermore, the second resistance layer 12 has electrodes 16 at its ends.
It is formed to have a resistance value that depends on the distance from the position, and has a resistance line density r as follows: r = (re/Q) x x = (16).

なお、DIPセンサ5Aにおいて光電流が生じた場合、
電極14,15,16.17を流れる電流値が、それぞ
れiユ。、iヨ。e Jzy Jzとして検出されるよ
うになっている。
Note that when a photocurrent occurs in the DIP sensor 5A,
The current values flowing through the electrodes 14, 15, 16, and 17 are i, respectively. , iyo. It is now detected as e Jzy Jz.

また、第10図(a)、(b)中のQl、w、hは、そ
れぞれDIPセンサ5Aの外形寸法、つまり長さ9幅、
高さを示す。
In addition, Ql, w, and h in FIGS. 10(a) and (b) are the external dimensions of the DIP sensor 5A, that is, the length, width, and
Show height.

このようなりIPセンサ5Aでは、第1抵抗層11に入
射する光ビームLの総強度It、平均位置xおよび分散
σ2は次のようにして得られる。
In the IP sensor 5A as described above, the total intensity It, the average position x, and the dispersion σ2 of the light beam L incident on the first resistance layer 11 are obtained as follows.

今、第2図と同様の強度分布ρ(x)をもった光ビーム
Lが、第10図(a)に矢印Aで示すように入射したと
すると、光ビームLのうちの[x、x+d:c]間のビ
ーム素は、光電変換によりdiの正孔とdjの電子とを
生成する。即ち、 di=に−p(x)dx= −dj   =117)こ
こで、Kは光電変換効率である。
Now, suppose that a light beam L having the same intensity distribution ρ(x) as in FIG. 2 is incident on FIG. :c] generates holes di and electrons dj by photoelectric conversion. That is, di=−p(x)dx=−dj=117) where K is the photoelectric conversion efficiency.

そして、正孔diは、第1抵抗層11に沿って移動し、
電子dj(= −di)は、空乏層13がら第2抵抗層
12へ到達しこの第2抵抗層12に沿って移動する。第
1抵抗層11は全面一様な抵抗線密度r0をもっている
ため、正孔diは、0がらXまでの全抵抗と、XがらΩ
までの全抵抗とに反比例分配され、各々、dilll、
 di、。とじて電極14゜15から取り出される。従
って。
Then, the holes di move along the first resistance layer 11,
The electrons dj (=-di) reach the second resistance layer 12 from the depletion layer 13 and move along the second resistance layer 12. Since the first resistance layer 11 has a uniform resistance line density r0 over the entire surface, the holes di have the total resistance from 0 to X and the resistance from X to Ω.
are inversely proportional to the total resistance up to, respectively, dill,
di,. It is then taken out from the electrodes 14 and 15. Therefore.

di=di、。+di、。         −・・・
(18)roll に          g となる。
di=di,. +di,. −・・・
(18) Roll becomes g.

また、電極14.15からそれぞれ取り出される電流値
11゜t 12゜は、 iよ。= f di、。   ・・・(21)12゜=
/di、。   ・・・(22)であり、実際に測定さ
れるのは、これらの電流値18゜t 12゜である。1
2゜は、(22) 、 (20) 、 (17)式より
Also, the current values 11°t and 12° taken out from the electrodes 14 and 15 are i. = f di,. ...(21)12゜=
/di,. ...(22), and what is actually measured is these current values of 18°t and 12°. 1
2° is from equations (22), (20), and (17).

i3゜== / di2゜=(1/L)・/xdi=(
K/J)・/;、’x・ρ(x)dx  −(23)と
なり、光ビームLの強度によって重み付けされた座標X
の平均値が、電流値12゜により検出されることになる
i3゜== / di2゜=(1/L)・/xdi=(
K/J)・/;,'x・ρ(x)dx−(23), and the coordinate X weighted by the intensity of the light beam L
The average value of is detected by the current value of 12°.

しかし、電流値12゜は光ビームLの強度にも依存して
いる。そこで、全電流値(it。+12゜)を(21)
However, the current value of 12° also depends on the intensity of the light beam L. Therefore, the total current value (it. +12°) is expressed as (21)
.

(22) 、 (19) 、 (20) 、 (17)
式を用いて求めると。
(22), (19), (20), (17)
If you find it using the formula.

il、+i、。=f(dil。+di、。)=7di=
 K−1,”p (x)di = K・I t −(2
4)となり、光ビームLの総強度Itに関する量が得ら
れ、さらに(23) 、 (24) 、 (9)式より
、11o+Lo    Q が得られる。結局、1211/(l工。+120)によ
って、電極14の位置(光電変換体の端部)と光ビーム
Lの位置との距離Xの平均値iに比例する1次出力がと
り出され、(i工。+1za)によって、光ビームLの
強度情報としてに−I″tを求めることができる。
il,+i,. =f(dil.+di,.)=7di=
K-1,”p (x)di = K・I t −(2
4), a quantity related to the total intensity It of the light beam L is obtained, and 11o+Lo Q is obtained from equations (23), (24), and (9). In the end, a primary output proportional to the average value i of the distance X between the position of the electrode 14 (the end of the photoelectric converter) and the position of the light beam L is obtained by 1211/(1.+120), and ( −I″t can be obtained as the intensity information of the light beam L by i, +1za).

次に、第2抵抗層12は(16)式に示すような抵抗線
密度rをもっているので、電子djは、OからXまでの
全抵抗R1(X)と、XからQまでの全抵抗R2(X)
とに反比例配分され、各々、djt+ dJaとして電
極16.17から取り出される。従って、R1(X)=
 f:rdx = roa x”/(2(1) ・・(
26)Rz(X)= /’rdx = ro(R”−x”)/(212)  ・・・(27
)となり、全抵抗Rについては、 R= f”rdx = r、II Q / 2   −
(28)となるから。
Next, since the second resistance layer 12 has a resistance line density r as shown in equation (16), the electron dj has a total resistance R1 (X) from O to X and a total resistance R2 from X to Q. (X)
and are taken out from electrodes 16 and 17 as djt+dJa, respectively. Therefore, R1(X)=
f: rdx = roa x”/(2(1)...(
26) Rz(X)=/'rdx=ro(R"-x")/(212)...(27
), and for the total resistance R, R= f”rdx = r, II Q/2 −
(28).

dj=djt+djz           ・・・(
29)となる。
dj=djt+djz...(
29).

また、電極16,17からそ九ぞれ取り出される電流値
Jz* jzは、 J 1=/d jl   ・・・(32)J 2= /
 d jz    ・・・(33)であり、実際に測定
されるのは、これらの電流値J1? jlである。jl
は、(33) 、 (31)、 (12)式より1、L
=/d、L=(1/Q”)・/x2dj=  (K/N
”)・f:x”ρ(x)dx  −(34)となり、光
ビームLの強度によって重み付けされた座標Xの2乗平
均値が、電流値j2により検出されることになる。
In addition, the current values Jz*jz taken out from the electrodes 16 and 17 are as follows: J 1=/d jl (32) J 2= /
d jz (33), and what is actually measured is these current values J1? It is jl. jl
From equations (33), (31), and (12), 1, L
=/d, L=(1/Q”)・/x2dj= (K/N
").f:x"ρ(x)dx - (34), and the root mean square value of the coordinate X weighted by the intensity of the light beam L is detected from the current value j2.

しかし、電流値j2は光ビームLの強度にも依存してい
る。そこで、全電流値(j1+j2)を(32)。
However, the current value j2 also depends on the intensity of the light beam L. Therefore, the total current value (j1+j2) is (32).

(33) 、 (30) 、 (31) 、 (17)
式を用いて求めると、j工+jz=/(dj工+djz
)=/dj=−に−f’p(x)dx=−に−It −
=(35)となり、光ビームLの総強度Itに関する量
が得られ、さらに(34) 、 (35)式より、j工
+jz   Q” が得られる。結局、jz/(j□+ja)によって。
(33), (30), (31), (17)
Using the formula, j + jz = / (dj + djz
)=/dj=-to-f'p(x)dx=-to-It-
= (35), and the quantity related to the total intensity It of the light beam L is obtained, and from equations (34) and (35), j + jz Q'' is obtained. In the end, by jz/(j□+ja).

電極16の位置(光電変換体の端部)と光ビームLの位
置との距離Xの2乗平均値7に比例する2吹出カーx 
2 / Q2をとり出すことができる。
2-blowout car x proportional to the root mean square value 7 of the distance
2/Q2 can be extracted.

従って、光ビームLの分散(拡がり)σ2は(25) 
Therefore, the dispersion (spread) σ2 of the light beam L is (25)
.

(36) 、 (5)式より、 によって求めることができる。(36), From formula (5), It can be found by

以上の結果から、このDIPセンサ5Aを演算部6に接
続することで、検出電流値11゜、1つ。、j□。
From the above results, by connecting this DIP sensor 5A to the calculation unit 6, the detected current value is 11°. ,j□.

jlから、(24)(もしくは(35)) 、 (25
) 、 (37)式に基づいて、それぞれ、光ビームL
の総強度It、平均位置デおよび分散σ2を得ることが
でき、第10図(a)、(b)に示すDIPセンサ5A
によっても上記第1実施例と同様の作用効果が得られる
From jl, (24) (or (35)), (25
) and (37), the light beam L
The total intensity It, the average position De, and the variance σ2 can be obtained, and the DIP sensor 5A shown in FIGS. 10(a) and (b)
Also, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

なお、距離に比例した抵抗線密度をもつ第2抵抗層12
は、不純物のドーピング量の変化によって実現させるこ
とができるほか、距離に反比例した膜厚を第2抵抗層1
2にもたせることによっても実現できる(抵抗線密度o
e1/膜厚ψ距離)。
Note that the second resistance layer 12 has a resistance line density proportional to the distance.
can be realized by changing the doping amount of impurities, and also by changing the thickness of the second resistive layer 1 in inverse proportion to the distance.
2 (resistance linear density o
e1/film thickness ψ distance).

また、第10図(a)、(b)に示すようなりIPセン
サ5Aは、光ビームLの入射位置を2次元的に検出しう
る第11図に示すようなりIPセンサ50Aに拡張する
ことができる。つまり、第11図に示すように、第10
図(a)、(b)に示したものとほぼ同様の構成におい
て、電極14.15に直交するように電極14a、15
aが適当な間隔をあけてそれぞれ第1抵抗M11のy軸
方向の両端部に取り付けられるとともに、第2抵抗層1
2には、電極16a、17aが、それぞれ上記電極14
a、15aに対向するように取り付けられている。そし
て、第2抵抗層12は、Xyy軸方向に沿い線形に増加
する適当な抵抗線密度を有するように形成されている。
Furthermore, the IP sensor 5A as shown in FIGS. 10(a) and (b) can be expanded to an IP sensor 50A as shown in FIG. 11, which can two-dimensionally detect the incident position of the light beam L. can. In other words, as shown in FIG.
In a configuration substantially similar to that shown in FIGS. (a) and (b), electrodes 14a and 15 are
a are attached to both ends of the first resistor M11 in the y-axis direction at appropriate intervals, and the second resistor layer 1
2, electrodes 16a and 17a are connected to the electrode 14, respectively.
a, 15a. The second resistance layer 12 is formed to have an appropriate resistance line density that linearly increases along the Xyy axis direction.

従って、電極14.15からの検出電流値により光ビー
ムLのX軸方向の入射位置!が求められ、電極16.1
7からの検出電流値により7が求められるのはDIPセ
ンサ5Aの場合と同様で、(37)式によってX軸方向
の分散σx2が求められる。
Therefore, the incident position of the light beam L in the X-axis direction is determined by the detected current value from the electrodes 14 and 15. is determined and the electrode 16.1
7 is obtained from the detected current value from 7, as in the case of the DIP sensor 5A, and the dispersion σx2 in the X-axis direction is obtained by equation (37).

さらに、電極14a、15aからの検出電流値に基づき
(25)式により光ビームLのy軸方向の入射位置yが
求められ、電極16a、17aからの検出電流値により
〒1°が求められ、やはり、(37)式によってy軸方
向の分散σv2が求められる。
Further, based on the detected current values from the electrodes 14a and 15a, the incident position y of the light beam L in the y-axis direction is determined by equation (25), and 〒1° is determined from the detected current values from the electrodes 16a and 17a. Again, the dispersion σv2 in the y-axis direction is determined by equation (37).

このようにして、2次元であっても、光ビームLの入射
位置(x、y)および分散(σx2.σv2)が求めら
れので、この[)IPセンサ50Aを演算部6に接続す
ることで、DIPセンサ50Aによっても上記第2実施
例と同様の作用効果が得られる。
In this way, even in two dimensions, the incident position (x, y) and dispersion (σx2.σv2) of the light beam L can be determined. , the DIP sensor 50A can also provide the same effects as those of the second embodiment.

童!主変肛盤 第12図はDIPセンサの第2変形例を示す斜視図であ
り、第2変形例めDIPセンサ5Bでは、第12図に示
すように、第1変形例とほぼ同様の構成において、光ビ
ームLを受けるP型半導体から成る第1抵抗層11aと
、この第1抵抗層11aに空乏層13を介して接続され
たN型半導体から成る第2抵抗層12aとがそなえられ
、第2抵抗ifJ 12 aはバイアス電極18に接続
される。また、第1抵抗層11aは、複数の帯状(たん
ざく状)抵抗層部分11b、llcに分割されている。
Child! Main variable board FIG. 12 is a perspective view showing a second modified example of the DIP sensor, and the second modified DIP sensor 5B has almost the same configuration as the first modified example, as shown in FIG. , a first resistance layer 11a made of a P-type semiconductor that receives the light beam L, and a second resistance layer 12a made of an N-type semiconductor connected to the first resistance layer 11a via a depletion layer 13. 2 resistors ifJ 12 a are connected to the bias electrode 18 . Further, the first resistance layer 11a is divided into a plurality of strip-shaped (tangular) resistance layer portions 11b, llc.

そして、帯状抵抗層部分11b、lieは交互に配置さ
れ、奇数番目(所定番目毎)に位置する帯状抵抗層部分
11bは、全面一様な抵抗値を有するように形成される
とともに、偶数番目(上記所定番目毎以外)に位置する
帯状抵抗層部分11cは、X軸方向に線形増加する(1
6)式と同様の抵抗線密度rを有するように形成されて
いる。
The band-shaped resistance layer portions 11b and lie are arranged alternately, and the band-shaped resistance layer portions 11b located at odd-numbered positions (every predetermined position) are formed to have a uniform resistance value over the entire surface, and the even-numbered ( The band-shaped resistance layer portions 11c located at positions other than the above-mentioned predetermined positions increase linearly in the X-axis direction (1
6) It is formed to have a resistance line density r similar to Equation 6).

また、各帯状抵抗層部分11bの両端部には、電極14
b、15bが取り付けられるとともに、各帯状抵抗層部
分11cの両端部には、電極16b、17bが取り付け
られており、これらの電極14b、15b、16b、1
7bから検出される電流値1.。t’lz。t jut
 Jaより、上記の第1変形例(DIPセンサ5A)と
同様にして、1次出方および2吹出力が得られて、光強
度の平均位置X。
Furthermore, electrodes 14 are provided at both ends of each strip-shaped resistance layer portion 11b.
b, 15b are attached, and electrodes 16b, 17b are attached to both ends of each strip-shaped resistance layer portion 11c, and these electrodes 14b, 15b, 16b, 1
Current value detected from 7b 1. . t'lz. t jut
From Ja, in the same manner as in the first modification (DIP sensor 5A), the primary output and the secondary output are obtained, and the average position X of the light intensity is obtained.

強度Itおよび分散σ3の検出が行なわれる。従って、
このDIPセンサ5B&′演算部6に接続することで、
このDIPセンサ5Bによっても上記第1実施例と同様
の作用効果が得られる。
Detection of the intensity It and the variance σ3 is performed. Therefore,
By connecting this DIP sensor 5B&' calculation unit 6,
This DIP sensor 5B also provides the same effects as those of the first embodiment.

1策ユ聚履剪 第13.14図はDIPセンサの第3変形例を示すもの
で、第13図はその側面図、第14図(aL <b>は
それぞれ第1および第2の遮光マスクの形状を示す平面
図である。
Figures 13 and 14 show a third modified example of the DIP sensor. It is a top view showing the shape of.

第3変形例のDIPセンサ5Cでは、第13図に示すよ
うに、透光性を有する光電変換体としての3ffiのフ
ォトダイオード19−1〜19−3がそなえられており
、各フォトダイオード19−1〜19−3は、2層19
a、i層19bおよびn層19cから構成され、光ビー
ムLを受けるとその強度に応じ光電変換による所定の電
流を出力するものである。そして、各フォトダイオード
19−1〜19−3の上下面には、透明導電膜20が貼
付され、同透明導電膜20を介して各フォトダイオード
19−1〜19−3からの検出電流値I、、I□、I2
が得られるようになっている。さらに、上下面に透明導
電膜20を貼付された各フォトダイオード19−1〜1
9−3は、ガラス基板21上に載置されている。
In the DIP sensor 5C of the third modification, as shown in FIG. 1 to 19-3 are two-layer 19
It is composed of a layer A, an i layer 19b, and an n layer 19c, and when it receives a light beam L, it outputs a predetermined current by photoelectric conversion according to the intensity of the light beam L. A transparent conductive film 20 is attached to the upper and lower surfaces of each of the photodiodes 19-1 to 19-3, and the detected current value I from each of the photodiodes 19-1 to 19-3 is transmitted through the transparent conductive film 20. ,,I□,I2
is now available. Furthermore, each photodiode 19-1 to 1 has a transparent conductive film 20 attached to its upper and lower surfaces.
9-3 is placed on the glass substrate 21.

そしてJフォトダイオード19−2の光ビームL側表面
は、透光性を有する絶縁保護膜23を介して、第14図
(a)に示す形状をもつ第1の遮光マスク22aによっ
て蔽われるとともに、フォトダイオード19−3の光ビ
ームL側表面は、透光性を有する絶縁保護膜23を介し
て、第14図(b)に示す形状をもつ第2の遮光マスク
22bによって蔽われている。
The surface of the J photodiode 19-2 on the light beam L side is covered by a first light-shielding mask 22a having the shape shown in FIG. The surface of the photodiode 19-3 on the light beam L side is covered by a second light-shielding mask 22b having the shape shown in FIG. 14(b) via an insulating protective film 23 having a light-transmitting property.

つまり、第1の遮光マスク22aによる遮光部とフォト
ダイオード19−2の受光部との境界線は、? =(w
/ Q )・Xなる1次直線となり、フォトダイオード
19−2は、遮光マスク22aにより1位@Xにおいて
同Xに比例した幅(w/Q)・Xだけ露出されるように
なっている。同様に、第2の遮光マスク22bによる遮
光部とフォトダイオード19−3の受光部との境界線は
、y=(w/Q2)・x2なる放物線となり、フォトダ
イオード19−3は、遮光マスク22bにより、距離X
において同Xの2乗に比例した幅(w/Ω2)・x2だ
け露出されるようになっている。なお、x−y座標系は
、第1図(b)に示すものと同様である。
In other words, what is the boundary line between the light-shielding part by the first light-shielding mask 22a and the light-receiving part of the photodiode 19-2? =(w
/Q)*X, and the photodiode 19-2 is exposed by the light-shielding mask 22a by a width (w/Q)*X proportional to the first position @X. Similarly, the boundary line between the light-shielding part by the second light-shielding mask 22b and the light-receiving part of the photodiode 19-3 becomes a parabola of y=(w/Q2)·x2, and the photodiode 19-3 Therefore, the distance
, a width (w/Ω2)·x2 proportional to the square of the same X is exposed. Note that the x-y coordinate system is the same as that shown in FIG. 1(b).

上述のように遮光マスク22a、22bにより上面を蔽
われたフォトダイオード19−2.19−3と、フォト
ダイオード19−1とは、上から19−1.19−2.
19−3の順で透光性のある接着層24を介して積み重
ねられている。
The photodiodes 19-2, 19-3 and the photodiodes 19-1 whose upper surfaces are covered by the light-shielding masks 22a and 22b as described above are 19-1, 19-2.
They are stacked in the order of 19-3 with a light-transmitting adhesive layer 24 interposed therebetween.

このような−DIPセンサ5Cでは、第2図に示したも
のと同じ強度分布ρ(X)をもった光ビームLが、第1
3図に矢印Aで示すように入射した場合、第1図(b)
、(c)に示したDIPセンサ5と同様にして、光ビー
ムLの総強度It、平均位置Xおよび分散σ2が得られ
る。
In such a -DIP sensor 5C, the light beam L having the same intensity distribution ρ(X) as shown in FIG.
If the incident occurs as shown by arrow A in Figure 3, Figure 1 (b)
, the total intensity It, the average position X, and the dispersion σ2 of the light beam L are obtained in the same way as the DIP sensor 5 shown in (c).

つまり、このDIPセンサ5Cでも、位置又と検出電流
値11(=i工+xa)との間には第3図(a)に示す
ような関係があるとともに、位置Xと検出電流値l2(
=11)との間には第3図(b)に示すような関係があ
る。
In other words, in this DIP sensor 5C as well, there is a relationship between the position X and the detected current value 11 (=i + xa) as shown in FIG.
=11), there is a relationship as shown in FIG. 3(b).

従って、受光面が一切蔽われていないフォトダイオード
19−1により検出される電流値工。は、I、=KI、
−戸p (x )d z = Ko ・I t  −(
38)となり、この電流値工。から光ビームLの総強度
Itに関する量が得られる。また、遮光マスク22aに
蔽われたフォトダイオード19−2により検出される電
流値■□は、 11=K、・a、・/’x・p(x)dx   −(3
9)となって、光ビームLの強度によって重み付けされ
た座標Xの平均値が、電流値工、により検出されること
になる。同様に、遮光マスク22bに蔽われたフォトダ
イオード19−3により検出される電流値I2は、 I2=に2・az・f:x2・ρ(x)dx  ’−□
(40)となって、光ビームLの強度によって重み付け
された座標xの2乗平均値が、電流値工2により検出さ
れることになる。ここで、Ko= Kx−K2はそれぞ
れフォトダイオード19−1〜19−3の光電変換効率
である。
Therefore, the current value detected by the photodiode 19-1 whose light-receiving surface is not covered at all. is,I,=KI,
−Do p (x) d z = Ko ・It −(
38), and this current value is calculated. gives a quantity relating to the total intensity It of the light beam L. In addition, the current value ■□ detected by the photodiode 19-2 covered by the light-shielding mask 22a is as follows: 11=K,・a,・/'x・p(x)dx−(3
9), and the average value of the coordinates X weighted by the intensity of the light beam L is detected by the current value calculator. Similarly, the current value I2 detected by the photodiode 19-3 covered by the light-shielding mask 22b is I2=2・az・f:x2・ρ(x)dx '−□
(40), and the root mean square value of the coordinate x weighted by the intensity of the light beam L is detected by the current value detector 2. Here, Ko=Kx−K2 is the photoelectric conversion efficiency of each of the photodiodes 19-1 to 19-3.

従って、(38) 、 (39)より、11/Io=(
Kt/Ko)”at’5F   −(41)が得られ、
このI L / I Oによって、フォトダイオード1
9−2の端部と光ビームLの位置との距離Xの平均値i
に比例する1次出力がとり出される。
Therefore, from (38) and (39), 11/Io=(
Kt/Ko)"at'5F-(41) is obtained,
By this I L / I O, photodiode 1
Average value i of the distance X between the end of 9-2 and the position of the light beam L
A primary output proportional to is extracted.

また1、 (38) 、 (41)より、L/Io=(
K2/x、)−a2−x”  ””(42)が得られ、
このL/I。によって、フォトダイオード19−3の端
部と光ビームLの位置との距離Xの2乗平均値7に比例
する2次出力がとり出される。
Also, from 1, (38) and (41), L/Io=(
K2/x, )-a2-x""" (42) is obtained,
This L/I. As a result, a secondary output proportional to the root mean square value 7 of the distance X between the end of the photodiode 19-3 and the position of the light beam L is extracted.

なお、実際には、光ビームLがフォトダイオード19−
1〜19−3を順次透過するに従い、その光量は徐々に
吸収されて減衰するため、上記(39)〜(42)式に
よる演算にあたってはその減衰率を予め求めて考慮する
必要があるが、ここでは。
Note that in reality, the light beam L is connected to the photodiode 19-
1 to 19-3, the amount of light is gradually absorbed and attenuated, so when calculating the above equations (39) to (42), it is necessary to calculate the attenuation rate in advance and take it into consideration. here.

簡単のため光ビームLの減衰は生じないものとして、説
明している。
For the sake of simplicity, the explanation is given on the assumption that attenuation of the light beam L does not occur.

以上の結果から、DIPセンサ5Cでは、(38)式に
より光ビームLの総強度Itが、(41)式により光ビ
ームLの平均値fifxが得られ、さらに、(41)、
(42)式に基づき、下式(43)により分散σ2が得
られる。
From the above results, in the DIP sensor 5C, the total intensity It of the light beam L is obtained from equation (38), the average value fifx of the light beam L is obtained from equation (41), and furthermore, (41),
Based on the equation (42), the variance σ2 is obtained by the following equation (43).

従って、このDIPセンサ5Cを演算部6に接続するこ
とで、このDIPセンサ5Cによっても上記第1実施例
と同様の作用効果が得られる。
Therefore, by connecting this DIP sensor 5C to the calculation section 6, the same effects as in the first embodiment can be obtained with this DIP sensor 5C.

±災±変族叢 第15図(a)、(b)はDIPセンサの第4変形例を
示すもので、第15図(a)はその平面図、第15図(
b)はその側面図である。
Figures 15 (a) and 15 (b) show a fourth modification of the DIP sensor, and Figure 15 (a) is a plan view thereof, and Figure 15 (
b) is a side view thereof.

第4変形例のDIPセンサ5Dでは、第15図(a)、
(b)に示すように、光電変換体としてのフォトダイオ
ード27がガラス基板30上に載置されてそなえられ、
フォトダイオード27の光ビームL側表面は、第14図
(a)に示すものと同形状の第1の遮光マスク28と、
第14図(b)に示すものと同形状の第2の遮光マスク
29とにより蔽われている、そして、これらの遮光マス
ク28゜29はいずれも液晶シャッタとして構成されて
いる。
In the DIP sensor 5D of the fourth modification, FIG. 15(a),
As shown in (b), a photodiode 27 as a photoelectric converter is placed on a glass substrate 30,
The surface of the photodiode 27 on the light beam L side is provided with a first light-shielding mask 28 having the same shape as that shown in FIG. 14(a),
It is covered by a second light-shielding mask 29 having the same shape as that shown in FIG. 14(b), and both of these light-shielding masks 28 and 29 are configured as liquid crystal shutters.

つまり、遮光マスク28.29がいずれもオフ(開放)
状態である場合には、フォトダイオード27には光ビー
ムLが全く遮光されないまま入射して、フォトダイオー
ド27がら(38)式に対応する電流値工。が検出され
る。また、遮光マスク28が駆動電圧の印加によりオン
(閉鎖)状態となると、(39)式に対応する電流値工
、が検出され、さらに、遮光マスク29が駆動電圧の印
加によりオン状態となると、(4o)式に対応する電流
値工2が検出されるこ、とになる、これにより、所定の
タイミングで、遮光マスク28.29両方オフ、遮光マ
スク28のみオン、遮光マスク29オンの操作を駆動電
圧の印加制御により繰り返し行ない、時間分解して電流
値工。、I、、I、−t−検出し組み合わせることによ
って、 (38)式により光ビームLの総強度Itが、
(41)式により光ビームLの平均位置!が、(43)
式により分散σ2が得られる。
In other words, both light shielding masks 28 and 29 are off (open).
In this case, the light beam L enters the photodiode 27 without being blocked at all, and the current value of the photodiode 27 corresponds to equation (38). is detected. Further, when the light-shielding mask 28 is turned on (closed) by the application of a driving voltage, a current value corresponding to equation (39) is detected, and further, when the light-shielding mask 29 is turned on by the application of the driving voltage, The current value 2 corresponding to equation (4o) is detected. This allows the operation of turning off both the light-shielding masks 28 and 29, turning on only the light-shielding mask 28, and turning on the light-shielding mask 29 at a predetermined timing. This is done repeatedly by controlling the application of the drive voltage, and the current value is calculated by time resolution. By detecting and combining ,I,,I,-t, the total intensity It of the light beam L is given by equation (38).
(41) The average position of the light beam L! But (43)
The equation gives the variance σ2.

従って、このDIPセンサ5Dを演算部6に接続するこ
とで、このDIPセンサ5Dによっても上記第1実施例
と同様の作用効果が得られる。
Therefore, by connecting this DIP sensor 5D to the calculation section 6, the same effects as in the first embodiment can be obtained with this DIP sensor 5D.

なお、シャッタとして液晶以外に、PLZT(ジルコン
酸チタン酸鉛ランタン)、KDP(リン酸二水素カリウ
ム)などの電気光学結晶を用いてもよい。また、第2の
遮光マスク29の形状を第14図(b)に示すものと同
形状としているが、この第2の遮光マスク29を、第1
5図(a)における1次直線と2次血線とで囲まれた部
分だけとしてもよく、この場合、 (40)式に対応す
る電流値工2を検出する際には、第1の遮光マスク28
および第2の遮光マスク29を両方ともオン(閉鎖)状
態とすればよい。
In addition to the liquid crystal, an electro-optic crystal such as PLZT (lead lanthanum zirconate titanate) or KDP (potassium dihydrogen phosphate) may be used as the shutter. Further, the shape of the second light-shielding mask 29 is the same as that shown in FIG. 14(b), but this second light-shielding mask 29 is
It is also possible to use only the part surrounded by the primary straight line and the secondary blood line in Fig. 5(a). In this case, when detecting the current value 2 corresponding to equation (40), the first shading mask 28
and the second light-shielding mask 29 may both be in the on (closed) state.

東11変展孤 第16.17図はDIPセンサの第5変形例を示すもの
で、第16図はその側面図、第17図(a)、(b)は
それぞれ1次特性NDフィルタおよ゛び2次特性NDフ
ィルタの光透過率の性質を示すグラフである。
Figures 16 and 17 show the fifth modification of the DIP sensor. Figure 16 is a side view, and Figures 17 (a) and (b) are the first-order characteristic ND filter and 2 is a graph showing the properties of light transmittance of a ND filter with secondary characteristics.

第5変形例のDIPセンサ5Eでは、第16図に示すよ
うに、光電変換体として3組のフォトマル35〜37が
そなえられ、それぞれ長さΩを有している。ここで、フ
ォトマルとは、光電子増倍管のことで、光を受けると電
子をねずみ算的に増加させて光強度に応じた出力を得る
もので、特に微弱光の光電変換に用いられる。
In the DIP sensor 5E of the fifth modification, as shown in FIG. 16, three sets of photomultiples 35 to 37 are provided as photoelectric converters, each having a length Ω. Here, a photomultiplier tube is a photomultiplier tube that increases the number of electrons mathematically when it receives light to obtain an output corresponding to the light intensity, and is particularly used for photoelectric conversion of weak light.

そして、フォトマル36の光ビームL入力側表面は、1
次特性光学フィルタとしての1次特性NDフィルタ38
により蔽われるとともに、フォトマル37の光ビームL
入力側表面は、2次特性光学フィルタとしての2次特性
NDフィルタ39により蔽われている。ここで、1次特
性NDフィルタ38は、第17図(a)に示すように、
フォトマル36の端部からの距離Xに比例した透過率す
、・Xを有する一方、2次特性NDフィルタ39は。
The surface of the photomultiple 36 on the input side of the light beam L is 1
First-order characteristic ND filter 38 as a second-order characteristic optical filter
At the same time, the light beam L of the photomultiplier 37
The input side surface is covered by a secondary characteristic ND filter 39 as a secondary characteristic optical filter. Here, the primary characteristic ND filter 38 is as shown in FIG. 17(a).
On the other hand, the second-order characteristic ND filter 39 has a transmittance X proportional to the distance X from the end of the photomultiplex 36.

第17図(b)に示すように、フォトマル37の端部か
らの距離Xの2乗に比例した透過率b2・x2を有して
いる。なお、NDフィルタとは、NeutralD e
nsity F 1lterのことで、波長(色)によ
らない、即ち1分光透過率がフラットなものである。
As shown in FIG. 17(b), it has a transmittance b2·x2 proportional to the square of the distance X from the end of the photomultiplex 37. Note that the ND filter is NeutralDe
nsity F 1lter, which does not depend on wavelength (color), that is, has a flat 1-minute spectral transmittance.

また、入射してくる光ビームLは、ハーフミラ−40,
41により、それぞれフォトマル35〜37の受光面に
直交して入射するように分割される。
Furthermore, the incident light beam L is transmitted through a half mirror 40,
41, the light beams are divided so as to be incident perpendicularly to the light receiving surfaces of the photomultiples 35 to 37, respectively.

このDIPセンサ5Eでは、X方向に第2図と同様の光
強度分布ρ(X)をもつ光ビームLが入射すると、フィ
ルタをもたず光ビームLを直接入射されるフォトマル3
5により得られる出力v0は、V、=に一/’ρ(x)
dx =K・It         ・・・(44)となり、
この(44)式により光ビームLの総強度Itに関する
量が得られる。また、1次特性NDフィルタ38により
蔽われたフォトマル36により得られる出力v1は1 、V、=に一/’ρ(x)・b、・xdx  ”(45
)となって、光ビームLの強度によって重み付けされた
座標Xの平均値が、出力Vユにより得られることになる
。同様に、2次特性NDフィルタ39により蔽われたフ
ォトマル37により得られる出力v2は。
In this DIP sensor 5E, when a light beam L having a light intensity distribution ρ(X) similar to that shown in FIG.
The output v0 obtained by 5 is V, = 1/'ρ(x)
dx = K・It...(44),
The quantity related to the total intensity It of the light beam L can be obtained from this equation (44). In addition, the output v1 obtained from the photomultiplex 36 covered by the first-order characteristic ND filter 38 is 1, V, = 1/'ρ(x)・b,・xdx'' (45
), and the average value of the coordinates X weighted by the intensity of the light beam L is obtained by the output VU. Similarly, the output v2 obtained by the photomultiplex 37 covered by the secondary characteristic ND filter 39 is:

Vz=に一/’ρ(x)・b2・x”dx  −−−(
4s)となって、光ビームLの強度によって重み付けさ
れた座4fjIKの2乗平均値が、出力v2により得ら
れることになる。ここで、には光電変換効率である。
Vz=ni/'ρ(x)・b2・x”dx ---(
4s), and the root mean square value of 4fjIK weighted by the intensity of the light beam L is obtained from the output v2. Here, is the photoelectric conversion efficiency.

従って、(44)、 (45)式より、V1/Vo=b
1・x        ”・(47)が得られ、このv
 z / v oによって、フォトマル36の端部と光
ビームLの位置との距離Xの平均値Xに比例する1次出
力がとり出される。
Therefore, from equations (44) and (45), V1/Vo=b
1・x”・(47) is obtained, and this v
A primary output proportional to the average value X of the distance X between the end of the photomultiplex 36 and the position of the light beam L is extracted by z/vo.

また、(44)、(46)式より、 V、/ v、:2 b2・x”       ”・(4
8)が得られ、このV、/V0によって、フォトマル3
7の端部と光ビームLの位置との距1Iixの2乗平均
値Pに比例する2次出方がとり出される。
Also, from equations (44) and (46), V, / v, :2 b2・x” ”・(4
8) is obtained, and with this V, /V0, the photomultiplier 3
A quadratic output proportional to the root mean square value P of the distance 1Iix between the end of the light beam L and the position of the light beam L is extracted.

ここで、(45)式の右辺に2が乗算されているのは、
ハーフミーラー40.41によって光量が2分割される
からである。
Here, the right side of equation (45) is multiplied by 2 because
This is because the amount of light is divided into two by the half mirrors 40 and 41.

以上の結果から、(44)式により光ビームLの総強度
Itが、(47)式により光ビームLの平均位置又が得
られ、(47) 、 (48)式に基づき、下式(49
)により分散σ2が得ら九る。
From the above results, the total intensity It of the light beam L can be obtained from equation (44), the average position of the light beam L can be obtained from equation (47), and based on equations (47) and (48), the following equation (49
) gives the variance σ2.

従って、このDIPセンサ5Eを演算部6に接続するこ
とで、このDIPセンサ5Eによっても上記第1実施例
と同様の作用効果が得られる。
Therefore, by connecting this DIP sensor 5E to the calculation unit 6, the same effects as in the first embodiment can be obtained with this DIP sensor 5E.

以上、DIPセンサの変形例について説明したが、第1
図(a)に示すDIPセンサ5に代えて、いずれのセン
サ5A〜5Eを用いても1本発明の方法を実施すること
ができ、上述の通り上記第1実施例と同様の効果が得ら
れ°るほか、第8図(a)に示すDIPセンサ50に代
えて、第11図に示すセンサ50Aを用いても、上記第
2実施例と同様の効果が得られる。
Above, the modification of the DIP sensor has been explained, but the first
The method of the present invention can be carried out by using any of the sensors 5A to 5E in place of the DIP sensor 5 shown in FIG. In addition, the same effects as in the second embodiment can be obtained by using a sensor 50A shown in FIG. 11 in place of the DIP sensor 50 shown in FIG. 8(a).

なお、本発明による可動体の位置検出装置の応用例とし
て、前述した装置を、可動体2(または2A)の振動状
態を検出するための振動計としても利用できる。光学系
の構成は上述した実施例と同じで、レーザ光源1または
DIPセンサ5(または5A 〜5E、50,50A)
のいずれが一方を可動体2と連動させる(っまり可動体
2に固定する)ことで、可動体2の振動を検出すること
もできる。
In addition, as an application example of the movable body position detection device according to the present invention, the above-described device can also be used as a vibration meter for detecting the vibration state of the movable body 2 (or 2A). The configuration of the optical system is the same as in the embodiment described above, and includes a laser light source 1 or a DIP sensor 5 (or 5A to 5E, 50, 50A).
It is also possible to detect the vibration of the movable body 2 by interlocking one of them with the movable body 2 (fixing it completely to the movable body 2).

[発明の効果] 以上詳述したように、本発明の可動体の位置検出方法お
よび装置によれば、複雑な信号処理を施すことなく、光
電変換体からの検出電流値をもとに演算を行なうだけで
、光源からの光ビームについての1次出力および2次出
方が得られ上記光ビームの平均位置および分散が算出さ
れ、算出結果に基づいて可動体の位置(上記光ビームの
照射方向に直交する面内と同照射方向とにおける位置)
を、単一の装置により速い応答性で精度良く測定できる
とともに、装置が小型化がっ低価格化されるなどの効果
がある。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the method and apparatus for detecting the position of a movable body of the present invention, calculations can be performed based on the detected current value from the photoelectric converter without performing complicated signal processing. By simply performing position in the plane orthogonal to the same irradiation direction)
can be measured with high accuracy and fast response using a single device, and the device can also be made smaller and lower in price.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1〜7図は本発明の第1実施例としての可動体の位置
検出装置を示すもので、第1図(a)はその全体構成図
、第1図(b)はその光電変換体としてのDIPセンサ
の平面図、第1図(Q)は上記DIPセンサの側面図、
第2図は上記DIPセンサに入射される光ビームの強度
分布の一例を示すグラフ、第3図(a)、(b)はいず
れも上記DIPセンサにより得られる検出電流値と光電
変換体上の位置との関係を示すグラフ、第4図はX軸ス
テージの位置と光ビームの入射位置との関係を示すグラ
フ、第5図はY軸ステージの位置と光ビームの分散との
関係を示すグラフ、第6図は本実施例装置の配置変形例
を示す全体構成図、第7図(a)〜(d)はいずれも光
源の変形例を示す図であり、第8.9図は本発明の第2
実施例としての可動体の位置検出装置を示すもので、第
8図(a)はその全体構成図、第8図(b)はその光電
変換体としてのDIPセンサの平面図、第9図はZ軸ス
テージの位置と光ビームの入射位置との関係を示すグラ
フであり、第10.11図はDIPセンサの第1変形例
を示すもので、第10図(a)はその側面図、第10図
(b)はその平面図、第11図は本変形例のDIPセン
サを2次元の場合に拡張した例を示す斜視図であり、第
12図はDIPセンサの第2変形例を示す斜視図、第1
3.14図はDIPセンサの第3変形例を示すもので、
第13図はその側面図、第14図(a)、(b)はそれ
ぞれ第1および第2の遮光マスクの形状を示す平面図、
第15図(a)、(b)はDIPセンサの第4変形例を
示すもので、第15図(a)はその平面図、第15図(
b)はその側面図であり、第16.17図はDIPセン
サの第5変形例を示すもので、第16図はその側面図、
第17図(a)、(b)はそれぞれ1次特性NDフィル
タおよび2次特性NDフィルタの光透過率の性質を示す
グラフであり、第18図は従来の光位置検出装置を示す
側面図、第19図は従来の表面分割型光位置検出装置を
示す斜視図、第20図は従来の両面分割型光位置検出装
置を示す斜視図、第21.22図はいずれも従来の可動
体の位置検出装置を示す全体構成図である。 図において、1− レーザ光源、2,2A−可動体、2
a−X軸ステージ、2b−Y軸ステージ、2 c −−
Z軸ステージ、3−固定部、4−光源としての白熱ラン
プ、5,5A〜5E−光電変換体としてのDIPセンサ
、5−1〜5−n・−光電変換体としてのフォトダイオ
ード、6−演算部、7・−ピンホール、8・−光源とし
ての光ファイバ、9−集光レンズ、11.1la−第1
抵抗層、llb。 11c−帯状抵抗層部分、12,12a・−第2抵抗層
、13−空乏層、19−1〜19−3・−光電変換体と
してのフォトダイオード、22a・−第1の遮光マスク
、22b−第2の遮光マスク、27・−光電変換体とし
てのフォトダイオード、28−第1の遮光マスク(液晶
シャッタ)、29=−第2の遮光マスク(液晶シャッタ
)、35〜37−光電変換体としてフォトマル、38−
1次特性光学フィルタとしての1次特性NDフィルタ、
39 ・2次特性光学フィルタとしての2次特性NDフ
ィルタ、50.5OA−一光電変換体としてのDIPセ
ンサ。 L−光ビーム。 特許出願人 株式会社 神戸製鋼所
1 to 7 show a position detection device for a movable body as a first embodiment of the present invention, FIG. 1(a) is its overall configuration diagram, and FIG. 1(b) is a photoelectric converter thereof. Figure 1 (Q) is a side view of the DIP sensor;
FIG. 2 is a graph showing an example of the intensity distribution of the light beam incident on the DIP sensor, and FIGS. 3(a) and 3(b) show the detected current value obtained by the DIP sensor and the Figure 4 is a graph showing the relationship between the position of the X-axis stage and the incident position of the light beam, and Figure 5 is a graph showing the relationship between the position of the Y-axis stage and the dispersion of the light beam. , FIG. 6 is an overall configuration diagram showing a modified example of the arrangement of the apparatus of this embodiment, FIGS. 7(a) to (d) are all diagrams showing modified examples of the light source, and FIG. the second of
FIG. 8(a) is a diagram showing the overall configuration of a movable body position detection device as an example, FIG. 8(b) is a plan view of a DIP sensor as a photoelectric converter, and FIG. FIG. 10.11 is a graph showing the relationship between the position of the Z-axis stage and the incident position of the light beam, and FIG. 10.11 shows the first modification of the DIP sensor, and FIG. FIG. 10(b) is a plan view thereof, FIG. 11 is a perspective view showing an example in which the DIP sensor of this modification is extended to a two-dimensional case, and FIG. 12 is a perspective view showing a second modification of the DIP sensor. Figure, 1st
Figure 3.14 shows the third modification of the DIP sensor.
FIG. 13 is a side view thereof, and FIGS. 14(a) and (b) are plan views showing the shapes of the first and second light-shielding masks, respectively.
15(a) and 15(b) show a fourth modification of the DIP sensor, FIG. 15(a) is a plan view thereof, and FIG.
b) is a side view thereof, and Figures 16 and 17 show a fifth modification of the DIP sensor; Figure 16 is a side view thereof;
FIGS. 17(a) and 17(b) are graphs showing the properties of light transmittance of a primary characteristic ND filter and a secondary characteristic ND filter, respectively, and FIG. 18 is a side view showing a conventional optical position detection device. Fig. 19 is a perspective view showing a conventional surface-split type optical position detection device, Fig. 20 is a perspective view showing a conventional double-side split type optical position detection device, and Figs. 21 and 22 are conventional movable body positions. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a detection device. In the figure, 1- laser light source, 2, 2A- movable body, 2
a-X-axis stage, 2b-Y-axis stage, 2c --
Z-axis stage, 3-fixing part, 4-incandescent lamp as light source, 5,5A to 5E-DIP sensor as photoelectric converter, 5-1 to 5-n.-photodiode as photoelectric converter, 6- Arithmetic unit, 7.-pinhole, 8.-optical fiber as light source, 9. condensing lens, 11.1la-first
Resistive layer, llb. 11c - band-shaped resistance layer portion, 12, 12a - second resistance layer, 13 - depletion layer, 19-1 to 19-3 - photodiode as photoelectric converter, 22a - first light shielding mask, 22b - 2nd light shielding mask, 27 - photodiode as photoelectric converter, 28 - first light shielding mask (liquid crystal shutter), 29 = - second light shielding mask (liquid crystal shutter), 35 to 37 - as photoelectric converter Photomaru, 38-
A first-order characteristic ND filter as a first-order characteristic optical filter,
39 - Secondary characteristic ND filter as a secondary characteristic optical filter, DIP sensor as a 50.5OA-1 photoelectric converter. L-light beam. Patent applicant: Kobe Steel, Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)可動体側もしくは固定部側から照射された光ビー
ムを上記の固定部側もしくは可動体側の光電変換体に入
射させて、上記光ビームの光強度と、光強度によって重
み付けされた上記光電変換体の端部と上記光ビームの入
射位置との距離の平均値と、光強度によって重み付けさ
れた上記光電変換体の端部と上記光ビームの入射位置と
の距離の2乗平均値とを上記光電変換体により検出し、
検出された上記の光強度および平均値に基づいて上記光
電変換体の端部と上記光ビームの入射位置との距離の平
均値に比例する1次出力をとり出すとともに、検出され
た上記の光強度および2乗平均値に基づいて上記光電変
換体の端部と上記光ビームの入射位置との距離の2乗平
均値に比例する2次出力をとり出した後、上記1次出力
に基づき上記光ビームの入射位置を検出し、上記の1次
出力および2次出力に基づき上記光ビームの分散を演算
して検出してから、検出した上記光ビームの入射位置お
よび分散に基づいて上記可動体の上記固定部に対する位
置を算出することを特徴とする、可動体の位置検出方法
(1) A light beam irradiated from the movable body side or the fixed part side is made incident on the photoelectric converter on the fixed part side or the movable body side, and the light intensity of the light beam and the above photoelectric conversion are weighted by the light intensity. The average value of the distance between the end of the body and the incident position of the light beam, and the root mean square value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam, weighted by the light intensity. Detected by photoelectric converter,
Based on the detected light intensity and the average value, a primary output proportional to the average value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam is extracted, and the detected light is After extracting the secondary output proportional to the root mean square value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam based on the intensity and the root mean square value, the The incident position of the light beam is detected, the dispersion of the light beam is calculated and detected based on the above primary output and the secondary output, and then the movable body is moved based on the detected incident position and dispersion of the light beam. A method for detecting the position of a movable body, the method comprising: calculating the position of the movable body relative to the fixed part.
(2)光ビームを照射する光源と、同光源からの光ビー
ムを受ける光電変換体とをそれぞれ可動体もしくは固定
部のいずれか一方に固定してそなえ、上記光電変換体が
、同光電変換体の端部と上記光ビームの入射位置との距
離の平均値に比例する1次出力を検出すべく、上記光電
変換体の端部からの距離に応じ同距離位置において同距
離に比例した幅方向位置で分離絶縁されるとともに、上
記光電変換体の端部と上記光ビームの入射位置との距離
の2乗平均値に比例する2次出力を検出すべく、上記光
電変換体の端部からの距離に応じ同距離位置において同
距離の2乗に比例した幅方向位置で分離絶縁されて構成
され、上記光電変換体からの出力に基づき上記光ビーム
の入射位置および分散を算出しこれらの入射位置および
分散から上記可動体の上記固定部に対する位置を演算す
る演算部がそなえられたことを特徴とする可動体の位置
検出装置。
(2) A light source that irradiates a light beam and a photoelectric converter that receives the light beam from the light source are each fixed to either a movable body or a fixed part, and the photoelectric converter is connected to the same photoelectric converter. In order to detect the primary output proportional to the average value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam, the width direction is proportional to the same distance at the same distance from the end of the photoelectric converter. In order to detect a secondary output proportional to the root mean square value of the distance between the end of the photoelectric converter and the incident position of the light beam, the It is configured to be separated and insulated at a position in the width direction proportional to the square of the same distance at the same distance position according to the distance, and calculates the incident position and dispersion of the light beam based on the output from the photoelectric converter, and calculates these incident positions. and a calculation unit that calculates the position of the movable body with respect to the fixed part from the dispersion.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03229120A (en) * 1989-11-27 1991-10-11 Stribel Gmbh Optoelectronic device
JP2009098003A (en) * 2007-10-17 2009-05-07 Oputeikon:Kk Vibration displacement detecting device and method of detecting displacement and vibration

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03229120A (en) * 1989-11-27 1991-10-11 Stribel Gmbh Optoelectronic device
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