JPH02112708A - 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、発光ダイオードのような光源と
、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
動側の部材に光源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光源に対向して取り付けら
れており、光源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光源の変位量が検出される。

ところで、光源として用いられる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太き（なる。

そのため、従来、発光ダイオードを光源としている位置
検出装置では、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２図は、発光ダイオードと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、１０は光源
としての発光ダイオード、２゜はその前面のスリット、
３゜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
た電流Ｉ＋、Ｉｔは、それぞれ電流／電圧変換器４゜、
５゜で電圧信号Ｖ、、Ｖ、に変換される。両型流／電圧
変換器４゜、５゜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　ｔ−Ｖ　＋）が位置検出信号Ｖ０として
出力される。

また、両型流／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（Ｖｌ＋Ｖｔ）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１゜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する。

したがって、発光ダイオード１゜の駆動電流は、両型流
／電圧変換器４゜、５゜の電圧信号の和（Ｖ１＋Ｖｔ）
、すなわち半導体装置検出素子３゜の全出力電流■。（
−ｒ　、＋　Ｉ　ｔ）が常に一定になるように増減制御
される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のように、半導体装置検出素子３゜
の全出力電流■。が常に一定になるように発光ダイオー
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、位置
検出出力に温度ドリフトが含まれるのは、周囲温度の変
化に応じて、受光側での変換係数（変位量Ｘから位置検
出出力Ｖ０への変換係数α）が変動するからで、この変
換係数αの変動は、主として、半導体装置検出素子３゜
での暗電流が周囲温度に応じて変化することが原因で生
じる、ということが分かった。

ここで、受光側での変位量ｘとは、半導体装置検出素子
３゜の受光面上での入射光の変位量であり、変換係数α
とは、変位量Ｘとこの変位量Ｘに対応する位置検出出力
ｖ０との比（■。／Ｘ）である。

したがって、暗電流の増減により生じる位置検出出力Ｖ
０の変動分を補正すれば、変換係数αを一定に保ち、常
に変位量Ｘに正確に対応した位置検出出力を得ることが
できるはずである。

今、変換係数αの変動が半導体装置検出素子３゜での暗
電流の増減により生じるとして、変換係数αの変動量を
算出してみる。

半導体装置検出素子３゜の全出力電流■。は、光電流の
総量１ｈ、と、暗電流の総量ｉとの和である。

ｔ　ｏ＝　Ｉｈ、＋　ｔ　　　　　　　　　−−−−・
−・−（１）また、全出力電流Ｉ。は、各電極から実際
に取り出される電流Ｉｔ、Ｉｔの和でもある。

１　ｏ＝　Ｉ　ｌ＋　Ｉ　ｔ　　　　　　　　　”””
”’（２）である。

次に、各電極からの実際の取り出し電流Ｉ、、Ｉ、も、
光電流と暗電流との和であるが、暗電流は各部に均一に
発生するから、各電極には等分に流れる。したがって、
各電極から取り出される電流Ｉ、、Ｉｆは、各電極に流
れる光電流をそれぞれＩｈ、、ｔｈｔとすると、　次式
のようになる。

Ｔ　＋＝　Ｉ　ｈ＋＋　ｔ／　２ Ｉｔ＝　Ｉｈｔ＋ｔ／２　　　　　　　　・・・・・・
・・・（３）ここで、各光電流１　ｈ、、　Ｉ　ｈ、の
値は、電極から入射光の入射位置までの距離に逆比例し
た量であるから、半導体装置検出素子３゜の受光面の全
長を２Ｌ、受光面の中心から入射光の入射位置までの距
離（受光面の中心に対する入射光の変位量）をＸとする
と、 Ｉｈ、＝　Ｉｈａ−（Ｌ−Ｘ　）／２ＬＩｈｔ＝Ｉｈｏ
・（Ｌ＋ｘ）／２Ｌ　　　−・−−−−−（４）である
。この（４）式を前記の（３）式（こ代入して、各電極
での電流１＋、Ｉｔを求めると、１−Ｉ　ｈｏ・（Ｌ　
　ｘ　）／　２　Ｌ　＋ｉ／　２Ｉ　ｔ＝　Ｉｈｏ・（
Ｌ＋ｘ　）／２Ｌ＋ｉ／２　　・・−（５）そして、上
記（５）式の左辺どうし、右辺どうしを加えて、Ｉｈａ
について解くと、 Ｉ　ｈｏ＝　Ｉ　ｌ＋　Ｉ　！−＋　　　　　　　　−
−−−・・−（６）となる。

ところで、電流／１！圧変換器４゜、５゜のゲインをＡ
とすると、電流／電圧変換器の出力ｖ　、、Ｖ　、冬よ
、次式のように表される。

Ｖ、＝Ａ・■１ Ｖ、−Ａ・！、　　　　　　　　　・・・・・・・・（
７）位置検出出力である減算器６゜の出力Ｖ。（よ、■
。＝Ｖ＊　　Ｖ　＋＝Ａ（Ｉ　ｔ　　Ｉ　＋）である。

ここで、右辺の（ｘｔ　　ｔ＋）は、前言己（５）式か
ら、 Ｉ　ｔ−［、＝　ｒ　ｈｏ−ｘ／Ｌ　　　　　　　・−
・−・−・（８）であるから、 Ｖ０＝Ａ−Ｉｈ０・Ｘ／Ｌ　　　　　　　　・・・・・
・・・・（９）となる。この（９）式に、Ｉｈ、につい
ての（６）式を代入すると、 Ｖｏ”Ａ　”　（Ｔ　Ｉ＋　Ｉ　ｔ　　ＩＸＸ／Ｌ）＝
（Ａ　−１、＋Ａ　−１２−Ａ　−１）（Ｘ　／Ｌ）・
・・・・・・　（１０） ここで、Ａ・■１はＶ、であり、Ａ−１，はＶ、である
。Ａ−１−ｖとすると、 Ｖｏ＝（Ｖ＋＋Ｖｔ−ｖＸｘ／Ｌ）　　　−＝−（１１
）である。

変換係数αは、変位量Ｘと位置検出出力Ｖ。との比（Ｖ
　Ｏ／　Ｘ　）であるから、 α−（ｖ、＋ｖ、−ｖ　）／Ｌ　　　　−−−−−・−
（１２）である。暗電流ｉの電圧変換値Ｖは、周囲温度
により暗電流ｉが増減するのに伴い変化するから、変換
係数αが周囲温度により変動することが分かる。

そして、この（１２）式での分子の項（Ｖ、＋Ｖ。

■）は、光源の発光量を制御することにより一定にする
ことができるはずで、■の変化分だけ光源の発光量を調
整することにより、変換係数αを一定に保つことができ
る。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって
、周囲温度に応じて光源の発光量を調整することで、受
光側での変位量から位置検出出力への変換係数を一定に
保ち、変換係数の変動に伴う温度ドリフトを解消するこ
とを課題とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上記の課題を達成するために、光源と、この
光源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
号に対応した基準信号を出力する基準信号発生回路と、
基準信号発生回路からの基準信号に基づいて前記光源の
駆動電流を制御する駆動電流制御部とを備えて位置検出
装置を構成した。

く作用〉 上記の構成において、基準信号発生回路は、周囲温度に
応じた基準信号を発生し、その基準信号は駆動電流制御
部に与えられる。駆動電流制御部は、基準信号に基づい
て光源の駆動電流を制御して、光源の発光量を調整する
。光源の発光量が周囲温度に応じて調整されることで、
受光側での変換係数が一定に保たれる。

〈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ｌ
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１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、加算器７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
れた電流１．Ｉ、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、両電流／電圧変換器の電圧信号Ｖ　、、Ｖ
　、を導入して、その差分に対応した差信号（Ｖｔ−■
ｌ）を位置検出信号Ｖ０として出力する。

加算器７は、両電流／電圧変換器４．５からの電圧信号
Ｖ　、、Ｖ　、を導入して、その加算分に対応した和信
号（Ｖ　＋　十Ｖ　ｔ）を出力する。加算器７の出力段
には、駆動電流制御部８が設けられている。

この駆動電流制御部８は、差動積分器９と、駆動回路１
０とで構成されている。

差動積分器９は、加算器７からの和信号と、後述する基
準信号発生回路１１から与えられる基準信号Ｖｄとの差
に応じた制御信号を出力する。この制御信号は駆動回路
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。

一方、発光ダイオード１の近傍には温度検出手段１２が
配設され、この温度検出手段１２の出力側には、基準信
号発生回路１１が設けられている。

この基準信号発生回路１１は、温度検出手段１２からの
温度検出信号を入力して、駆動電流値の基準となる基準
信号Ｖｄを出力するもので、その基準信号Ｖｄは、差動
積分器９の一方の入力部に与えられる。

ここで、基準信号Ｖｄとは、周囲温度に応じて設定され
た発光ダイオードｌの駆動電流の基亭値を示すもので、
周囲温度に応じて発光ダイオードの発光量を調整するこ
とで、半導体装置検出素子以下の受光側の変換係数を一
定に保つようになっている。市記した算出式（１２）、 ％式％） に即していえば、分子の項（Ｖｌ＋Ｖｔ−Ｖ）を一定の
保つための信号である。

この基準信号Ｖｄの値は、各位置検出装置毎に、あるい
は多数の位置検出装置のうちから抽出したいくつかの装
置について、変位量ｘを予め設定しておいて、その変位
１ｔｘのもとでの位置検出信号Ｖｏを測定して温度ドリ
フトの量を算出し、その算出結果に対応して設定されて
いる。

上記の構成において、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、主としてこの暗電流
の増減により受光側の変換係数α（＝　Ｖ　ｏ／　ｘ　
）が変動するが、周囲温度が変化すると、その温度変化
に応じて、発光ダイオードｌの駆動電流の基準値が変わ
り、発光ダイオードｌの発光量が調整される。

すなわち、基準信号発生回路１１が、周囲温度に応じた
基準信号Ｖｄを発生し、その基準信号Ｖｄは駆動電流制
御部８に与えられる。駆動電流制御部８は、基準信号Ｖ
ｄに基づいて発光ダイオードｌの駆動電流を制御して、
発光ダイオードｌの発光量を調整する。発光ダイオード
ｌの発光量が周囲温度に応じて調整されることで、半導
体装置検出素子３の暗電流の影響が相殺され、これによ
って受光側での変換係数αか一定に保たれる。

なお、上記実施例では、光源として発光ダイオードを用
いたが、半導体レーザ等の他の発光素子を用いてもよい
。

また、上記実施例では、１次元的な変位を検出ずろ半導
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。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、光源の発光量を調整す
ることで、受光側での変位量から位置検出出力への変換
係数が一定に保たれ、周囲温度の変化に拘わらず、半導
体装置検出素子と光源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。

すなわち、従来のこの種の装置で、光源の発光量を制御
するために、半導体装置検出素子の入射光量に対応する
ものとして光源の駆動回路側に取り込まれる加算出力（
Ｖ　＋　＋　Ｖ　ｔ）には、光電流の総量１゜によるも
の以外に、半導体装置検出素子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し、こ
の暗電流の増減分だけ、光源の発光量、すなわち半導体
装置検出素子の入射光量が増減変化する。本発明は、周
囲温度に応じた半導体装置検出素子の暗電流の増減にか
かわらず、光源の光量、半導体装置検出素子への入射光
量が変化しないようにして、変換係数を一定に保ってい
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路ブロック図、第２図は
従来例の回路ブロック図である。 ｌ・・・発光ダイオード（光源）、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・・・駆動電流制御部、１１・・・基準信
号発生回路、１２・・温度検出手段。 −の

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、この光源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基準信号を出力する基準信号
   発生回路と、基準信号発生回路からの基準信号に基づい
   て前記光源の駆動電流を制御する駆動電流制御部とを備
   えたことを特徴とする位置検出装置。