JPH02107901A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体装置検出素子（ＰＳＤ）を用いた位置
検出装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、たとえば荷重測定機のような測定機に用いられる
位置検出装置としては、光源である発光ダイオードと、
半導体装置検出素子とを対向配置して構成したものがあ
る。

この位置検出装置では、通常、荷重等により変位する可
動側の部材に発光ダイオードが取り付けられる一方、固
定側の部材に半導体装置検出素子が前記発光ダイオード
に対向して取り付けられており、発光ダイオードの発光
がスリット等の光学的手段によりスポット状に絞られて
、半導体装置検出素子の受光面上に照射されるようにな
っている。

半導体装置検出素子は、周知のように、ＰＩＮ構造の光
ダイオードで構成されたもので、前面の受光面の一個所
にスポット光が入射すると、両端の各電極にはそれぞれ
、入射位置までの距離に逆比例した量の光電流が流れる
。そして、両端の電極から取り出された光電流の差から
、スポット光の入射位置が検出され、したがって、半導
体装置検出素子に対する発光ダイオードの変位量が検出
される。

ところで、発光ダイオードの発光効率は、温度に依存す
る。駆動電流が一定であるとすると、温度が変化するの
に伴い発光効率が変化するので、発光ダイオードの発光
量が増減変化する。発光ダイオードの発光量が増減する
と、これを受光する半導体装置検出素子の光電流の総量
が増減し、該素子の出力から変位量を算出する際の演算
誤差が大きくなる。

そのため、従来は、半導体装置検出素子における光電流
の総量が一定になるように、発光ダイオードの駆動電流
を増減制御することが行われている。

第４図は、半導体装置検出素子を用いた従来の位置検出
装置の回路ブロック図で、１ｏは光源としての発光ダイ
オード、２ｏはその前面のスリット、３ｏは半導体装置
検出素子である。半導体装置検出素子３゜の両端の各電
極から取り出された光電流Ｉ■、は、それぞれ電流／電
圧変換器４゜、５ｏで電圧信号Ｖ　＋　、　Ｖ　２に変
換される。両電流／電圧変換器４゜、５ｏの出力である
電圧信号Ｖ　、、Ｖ　、は減算器６゜に入力し、減算器
６゜からは、両型圧信号の差信号（■Ｖ＋）が位置検出
信号として出力される。

また、両電流／電圧変換器４゜、５ｏからの電圧信号Ｖ
　、、Ｖ　、は、加算器７゜にも入力する。この加算器
７゜からの和信号（Ｖ　１　＋　Ｖ　２）は、−走化回
路８゜に入力し、−走化回路８゜からは、加算器７゜の
和信号と、予め設定されている基準値Ｖｃとの差に応じ
た制御信号が出力される。そして、発光ダイオード」。

の駆動回路９゜は、−走化回路８゜からの制御信号に応
答して、発光ダイオード１゜への駆動電流を増減させる
。

したがって、発光ダイオード１゜の駆動電流は、両電流
／電圧変換器４゜、５ｏの電圧信号の和（’ｖ、＋Ｖ２
）、すなわち半導体装置検出素子３゜の光電流の総量Ｉ
。（＝Ｉ　＋＋　Ｉ　ｔ）が常に一定になるよう増減制
御される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、」１記のように、半導体装置検出素子１
゜の光電流の総量■。が常に一定になるよう発光ダイオ
ード１゜の駆動電流を制御しても、やはり、位置検出出
力には周囲温度に応じた誤差、すなわち温度ドリフトが
含まれる。

この点について、本件の発明者が検討したところ、発光
ダイオード１゜は完全な点光源ではなく、２００ｘ２０
０μｍ程度の発光面を有していて、その発光面での発光
光度分布は一様でなく、発光ダイオード１゜の駆動電流
が増減変化すると、前記の発光面での光度分布が変化し
、発光面上で発光中心が変位する、という事実を見いだ
した。

そして、発光ダイオード１゜の発光中心か変位すること
により、半導体装置検出素子３゜で入射光の位置にずれ
が生じ、これによって、前記した温度ドリフトか生じる
、という知見を得ノと。

このように、温度ドリフトが生じる原因は、光源である
発光ダイオード１゜が完全な点光源でないことにあるか
ら、これに対しては、はぼ完全な点光源とみなせるレー
ザタイオードを用いれば良いのであるが、レーザダイオ
ードは高価であり、容易に採用しがたい。

そこで、本件の発明者がさらに検討したところ、駆動電
流の値ｌこ応じて発光ダイオード１゜の発光中心が変位
する態様、すなわち発光中心の変位方向と変位量とは、
各発光ダイオード１゜のデツプに固有である、という事
実を見いだした。したがって、各発光ダイオードにおけ
る発光中心の変位態様が分かれば、温度ドリフトの補正
を行うことができる。

本発明は、」１記の知見に基づいてなされたものであっ
て、発光ダイオードの駆動電流が増減した場合に生じる
発光中心の変位に起因する温度ドリフトを解消すること
を課題とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記の目的を達成するために、請求項第１項
の発明では、発光ダイオードと、この発光ダイオードの
発光を受光しうる位置に配置された半導体装置検出素子
とを有する位置検出装置において、周囲温度を検出する
温度検出手段と、この温度検出手段の温度検出信号に対
応した補正信号を出力する補正信号発生回路と、補正信
号発生回路の補正信号により前記半導体装置検出素子の
出力側の信号を補正する補正回路とを備えた構成とした
。

また、請求項第２項の発明では、発光ダイオードに供給
される駆動電流の電流値に対応した補正信号を出力する
補正信号発生回路と、この補正信号発生回路の補正信号
により前記半導体装置検出素子の出力側の信号を補正す
る補正回路とを備えて位置検出装置を構成した。

く作用〉 請求項第１項の発明では、発光ダイオードの駆動電流は
、その周囲温度に応じて増減制御され、発光ダイオード
の発光中心が変位し、これに伴い、半導体装置検出素子
の受光面において入射光の位置ずれが生じるが、このと
き、補正信号発生回路からは、周囲温度に対応した補正
信号が出力され、この補正信号が、半導体装置検出素子
の出力側の信号に加えられる。これによって、発光ダイ
オードの発光中心の変位に起因する温度ドリフトが相殺
される。

請求項第２項の発明では、発光ダイオードの駆動電流が
増減制御されることで、発光ダイオードの発光中心が変
位し、これに伴い、半導体装置検出素子の受光面で入射
光の位置ずれが生じるが、このとき、補正信号発生回路
からは、発光ダイオードの駆動電流に対応した補正信号
が出力され、この補正信号が、半導体装置検出素子の出
力側の信号に加えられる。これによって、発光ダイオー
ドの発光中心の変位に起因する温度ドリフトが相殺され
る。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例に係る位置検出装置の概略
構成を示す回路ブロック図である。

この実施例の位置検出装置は、光源としての発光ダイオ
ード１と、その前面のスリット２゛と、発光ダイオード
１に対向配置された半導体装置検出素子３とを備える。

発光ダイオードｌは、荷重等により変位する可動側の部
材に取り付けられ、固定側の部材には半導体装置検出素
子３が前記発光ダイオードｌに対向して取り付けられる
。そして、発光ダイオードｌからの光がスリット２によ
りスポット状に絞られて半導体装置検出素子３の受光面
上に照射されるようになっている。

半導体装置検出素子３の光電流の出力側には、光電流の
取り出し用電極に対応した一対の電流／電圧変換器４，
５と、減算器としての差動増幅器６と、第１加算器７と
、補正回路としての第２加算器８とが設けられている。

半導体装置検出素子３の各取り出し用電極から取り出さ
れた光電流Ｉ１．ＩＱは、それぞれ対応する電流／電圧
変換器４，５に入力して電圧信号Ｖ。

■、に変換される。差動増幅器６は、両型流／電圧変換
器の電圧信号Ｖ　＋　、　Ｖ　２を導入して、その差分
に対応した差信号（ｖ　ｌ−Ｖ　ｌ）を出力する。そし
て、差動増幅器６の差信号は、第２加算器８の一方の入
力部に入力される。第２加算器８は、差動増幅器６から
の差信号に、後述する補正信号Ｖｔを加算することで補
正を行い、その和信号を位置検出信号Ｖ。とじて出力す
る。

第１加算器７は、両型流／電圧変換器４，５からの電圧
信号Ｖ、、■２を導入して、その加算分に対応した和信
号（Ｖｌ＋Ｖ２）を出力する。第１加算器７の出力段に
は、−走化回路９が設けられている。−走化回路９は、
第１加算器７からの和信号と、予め設定されている基準
値Ｖ、ｃとの差に応じた制御信号を出力する。この制御
信号は発光ダイオード１の駆動回路１０に与えられる。

駆動回路１０は、制御信号に応答して、発光ダイオード
Ｉへの駆動電流を増減する。

一方、発光ダイオード■の近傍には温度検出手段１１が
配設され、この温度検出手段ｌｌの出力側には、補正信
号発生回路１２が設けられている。

この補正信号発生回路１２は、温度検出手段１１からの
温度検出信号を入力して、差動増幅器６の差信号を補正
するための補正信号Ｖｔを出力するもので、その補正信
号Ｖｔは、前記第２加算器８の他方の入力部に与えられ
る。

ここで、差動増幅器６からの差信号（Ｖ　２−　Ｖ　、
）は、周囲温度の変化に伴う誤差（温度ドリフト）を含
んでいる。この誤差とは、発光ダイオード１の駆動電流
がその周囲温度に応して増減制御された場合、発光ダイ
オード１で発光中心が変位するに伴い、半導体装置検出
素子３の受光面で入射光の位置がずれるために生じる。

そして、前記した補正信号Ｖｔとは、この誤差（温度ド
リフト）を相殺するためのものである。この補正信号Ｖ
ｔの値は、各位置検出装置毎に、差動増幅器６からの差
信号を測定して温度ドリフトの量を計測したうえで、そ
の計測結果に対応して設定されている。

上記の構成において、発光ダイオードｌの発光効率が周
囲温度に応じて変化し、発光タイオートｌの発光量が変
化すると、半導体装置検出素子３に発生する光電流の総
量■。（−ｒ　、＋　ｒ　２）が増減変化するが、光電
流の総量Ｉ。が増減変化すると、それに対応して第１加
算器７の和信号のレベルが変化し、その変化分に応じて
発光ダイオード１の駆動電流が制御される。要するに、
発光ダイオードｌの駆動電流は、その周囲温度に対応し
て増減制御される。

このように、発光ダイオードｌの駆動電流か増減制御さ
れると、その駆動電流の増減に伴い、発光ダイ」−ド１
の発光中心が変位し、半導体装置検出素子３でのスポッ
ト光の入射位置にずれが生じる。この入射光の位置ずれ
は、半導体装置検出素子３の両端の光電流の差、すなわ
ち、差動増幅器６の差信号の誤差（温度ドリフト）とし
て現イっれる。

このとき、補正信号発生回路１２からは、周囲温度に対
応した補正信号Ｖｔが出力され、この補正信号Ｖｔが、
第２加算器８において差動増幅器＝１１ ６の出力に加えられる。これによって、入射光の位置ず
れに伴う温度ドリフトが相殺される。したがって、第２
加算器８からは、温度ドリフトが相殺された位置検出信
号Ｖ。が得られる。

第２図は、本発明の第２実施例に係る位置検出装置の概
略構成を示す回路ブロック図である。

この実施例において、第１実施例と異なる点は、補正信
号発生回路１３が発光ダイオードｌの駆動回路１０の出
力部に接続されていて、発光ダイオード１に供給される
駆動電流の電流値を検出し、その検出電流値に対応した
補正信号Ｖｔを出力することである。

そして、この補正信号発生回路１３の補正信号Ｖｔが、
第２加算器８の一方の入力部に入力されて、該加算器８
の他方の入力部に入力される差動増幅器６の差信号と加
算される点は、第１実施例と同じである。そして、第１
実施例と同様に、発光ダイオード１の駆動電流の増減に
起因する差動増幅器６の出力に含まれる誤差が補正され
る。

なお、この第２実施例において、第１実施例の各部と対
応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略す
る。

第３図は、本発明の第３実施例に係る位置検出装置の概
略構成を示す回路ブロック図である。

この実施例は、基本的に第１実施例と同一の回路構成を
有しており、第１実施例のものに、周囲温度に応じて発
光ダイオードｌの駆動電流の基準値となる基準信号Ｖｄ
を発生する基準信号発生回路１４が付加されている。

基準信号発生回路１４は、温度検出手段１１の温度検出
信号を導入し、温度検出信号に応じた基準信号Ｖｄを出
力して差動積分器９−の一方の入力部に与えるようにな
っている。差動積分器９′は、この基準信号Ｖｄと、第
１加算器７からの和信号とを入力し、両信号の差に応じ
た制御信号を出力する。この制御信号は発光ダイオード
ｌの駆動回路１０に与えられる。駆動回路１０は、制御
信号に応答して、発光ダイオードｌへの駆動電流を増減
する。したがって、発光ダイオードＩの駆動電流は、周
囲温度に応じて自動設定される基準値Ｖｄと同じ値に維
持される。

この実施例でも、発光ダイオードｌの駆動電流の増減に
起因する差動増幅器６の出力に含まれる誤差が補正され
ることは、第１の実施例の場合と同様である。

この第３の実施例で、周囲温度に応じて発光ダイオード
１の駆動電流の基準値を変えているのは、受光側での変
位量Ｘ（半導体装置検出素子３の受光面上での入射光の
変位量）から位置検出信号Ｖ。

への変換係数αを一定に保つためである。

変換係数αは、半導体装置検出素子３の入射光量、すな
わち該素子３の光電流に比例する。ところが、発光ダイ
オードｌの発光量を制御するために、半導体装置検出素
子３の入射光量に対応するものとして発光ダイオードｌ
の駆動回路ＩＯ側に取り込まれる第１加算器７の出力（
Ｖ　、十Ｖ　２）には、光電流の総量■。によるもの以
外に、実は、半導体装置検出素子３の暗電流によるもの
が含まれており、この暗電流は周囲温度に応じて変動す
る。

そのため、第１加算器７の出力（ＶＩ＋Ｖｔ）が一定に
なるよう、発光ダイオード１の駆動電流を制御しても、
周囲温度が変化すると、半導体装置検出素子３での暗電
流が増減し、この暗電流の増減分だけ、発光ダイオード
ｌの発光量、したがって、半導体装置検出素子３の入射
光量が増減変化することになる。そして、入射光量の変
化のため、変換係数αが変化する。そこで、この実施例
では、周囲温度の変化により半導体装置検出素子３の暗
電流が増減しても、半導体装置検出素子３の入射光量が
一定になるよう、基準信号発生回路１４の出力である基
準信号Ｖｄを入力とする差動積分器９°の出力を変化さ
せ、変換係数αを一定に保つようにしている。

したがって、この実施−例では、変換係数αがほぼ一定
に保たれるとともに、前記のように位置検出信号■。が
補正されるため、周囲温度の影響がより確実に排除され
、位置検出の正確さが増す。

なお、上記各実施例では、差動増幅器６の出力である差
信号（Ｖ　２−　Ｖ　ｌ）に補正信号Ｖｔを加算するよ
う（こしたが、補正信号Ｖｔは、差動増幅器６の前段で
加えてもよく、要するに、半導体装置検出素子３の光電
流の出力側の信号を補正するようにすればよい。

また、上記各実施例では、１次元的な変位を検出する半
導体検出素子３について説明したが、２次元的な変位量
を検出する半導体装置検出素子を用いることも可能で、
その場合は、半導体装置検出素子の出力側の回路を２組
にすればよい。

このほか、発光ダイオード１を固定側の部材に、また半
導体装置検出素子３を可動側の部材にそれぞれ設けるこ
とも可能で、さらに、発光ダイオード１の発光は、実施
例のように、直接、半導体装置検出素子３の受光面に入
射させるほか、発光ダイオードｌの発光をミラーのよう
な光学系を介して半導体装置検出素子３の受光面に導く
ようにしてもよい。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、発光ダイオードの駆動
電流を増減制御した場合に生じる位置検出信号の誤差が
補正され、周囲温度や発光グイ第−ドの駆動電流の変化
に拘わらず、半導体装置検出素子と発光ダイオードとの
相対変位に対応した正確な位置検出信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路ブロック図、第２図
は第２実施例の回路ブロック図、第３図は第３実施例の
回路ブロック図である。 第４図は従来例の回路ブロック図である。 ｌ　・発光ダイオード、３・・・半導体装置検出素子、
４．５・・・電流／電圧変換器、６・・・差動増幅器、
８・・第２加算器（補正回路）、１０　駆動回路、１１
温度検出手段、１２　・補正信号発生回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光ダイオードと、この発光ダイオードの発光を
   受光しうる位置に配置された半導体装置検出素子とを有
   する位置検出装置において、 周囲温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段
   の温度検出信号に対応した補正信号を出力する補正信号
   発生回路と、補正信号発生回路の補正信号により前記半
   導体装置検出素子の出力側の信号を補正する補正回路と
   を備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. （２）発光ダイオードと、この発光ダイオードの発光を
   受光しうる位置に配置された半導体装置検出素子とを有
   する位置検出装置において、 前記発光ダイオードに供給される駆動電流の電流値に対
   応した補正信号を出力する補正信号発生回路と、この補
   正信号発生回路の補正信号により前記半導体装置検出素
   子の出力側の信号を補正する補正回路とを備えたことを
   特徴とする位置検出装置。