JPH04131712U - 傾き角検出センサ - Google Patents
傾き角検出センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 傾き角検出センサにおいて、受光素子の動作
領域を広げ、安定かつ高精度な傾き角検出を可能とし、
しかも検出回路を簡単にする。 【構成】 受光素子としてPSD12を使用し、発光素
子11から被検出物体Yに投光し、被検出物体Yからの
反射光がPSD12に入射する入射位置から被検出物体
Yの傾き角を検出する。 【効果】 入射光エネルギーとは無関係に、光の入射位
置を求めることができる。
領域を広げ、安定かつ高精度な傾き角検出を可能とし、
しかも検出回路を簡単にする。 【構成】 受光素子としてPSD12を使用し、発光素
子11から被検出物体Yに投光し、被検出物体Yからの
反射光がPSD12に入射する入射位置から被検出物体
Yの傾き角を検出する。 【効果】 入射光エネルギーとは無関係に、光の入射位
置を求めることができる。
Description
【0001】
本考案は、被検出物体の傾きを検出する傾き角検出センサに関する。
【0002】
従来の傾き角検出センサは、図5の如く、センサ本体1内に、発光素子(発光
ダイオード)2と、複数個に分割された受光素子(フオトダイオード)3(図6
参照)とを備え、発光素子1から被検出物体Yに投光し、被検出物体Yからの反
射光が受光素子2の受光面上にどのような領域をもつて受光されるかにより被検
出物体Yの傾き角を検出している。
【0003】
なお、図6は複数個に分割された受光素子の例を示す図であつて、図6−A,
Bは2分割型受光素子、図6−Cは6分割型受光素子である。また、図6中、斜
線部は受光素子に集光された反射光のスポツト領域を示す。
【0004】
従来の傾き角検出センサでは、図6に示すように、受光面を複数に分割した受
光素子が用いられているが、いずれも動作領域がせまく、安定かつ高精度な傾き
角検出ができない。また、検出回路が複雑になる等の欠点を有している。
【0005】
例えば、図6−A,Bに示す2分割の受光素子を用い、その差出力から傾き角
を検出する方式では、受光素子上に集光されたスポツト光に強度分布があるため
、スポツト光の位置の移動に対する差出力のリニアリテイは限られた範囲でしか
存在しない。
【0006】
また図6−Cに示す多分割素子(6分割)を用い、スポツト光の当たつている
位置により傾き角を検出する方式では、その分解能は分割数に依存し、また検出
回路も複雑となる。
【0007】
本考案は、上記に鑑み、受光素子の動作領域が広く、安定かつ高精度な傾き角
検出を可能とし、しかも検出回路が簡単となる傾き角検出センサの提供を目的と
する。
【0008】
(1)本考案請求項1による課題解決手段は、図1,2の如く、発光素子11と
、受光素子とを備え、発光素子11から被検出物体Yに投光し、被検出物体Yか
らの反射光が受光素子に入射する位置から被検出物体Yの傾き角を検出する傾き
角検出センサであつて、前記受光素子は、その両端から得られる光電流が光の入
射位置に比例するよう構成された半導体位置検出素子12から成るものである。
【0009】
(2)請求項2による課題解決手段は、請求項1記載の傾き角検出センサにおい
て、発光素子11と半導体位置検出素子12との間に、発光素子11からの照射
光が直接半導体位置検出素子12に入射するのを防止するための遮光壁15が配
置されたものである。
【0010】
(3)請求項3による課題解決手段は、請求項1,2記載の傾き角検出センサに
おいて、発光素子11および半導体位置検出素子12の前面に、検出しようとす
る被検出物体Yの角度変位の方向と直交する方向に軸を持つ円筒形レンズ21が
配置されたものである。
【0011】
上記課題解決手段において、発光素子11より照射された光は、円筒形レンズ
21を通り被検出物体Yで反射され、再び円筒形レンズ21を通り受光素子上に
集光される。
【0012】
このとき、請求項1では、受光素子として半導体位置検出素子12を使用して
おり、半導体位置検出素子12の両端から得られる光電流は、スポツト光の照射
位置に比例するから、入射光エネルギーとは無関係に、光の入射位置を求めるこ
とができる。このため、従来の分割型受光素子に比べて受光素子の動作領域が広
がり、安定かつ高精度な傾き角検出が可能となり、しかも分解能は分割数に依存
しないから検出回路も簡単となる。
【0013】
また、請求項2では、発光素子11と半導体位置検出素子12との間に遮光壁
15を配置し、発光素子11からの照射光が直接発光素子11に入射しない構造
としているので、S/N比が大きくとれる。
【0014】
さらに、請求項3では、検出しようとする被検出物体Yの角度変位の方向と直
交する方向に軸を持つ円筒形レンズ21を、発光素子11および半導体位置検出
素子12の前面に配置しているので、スポツト光をその走査方向に垂直な方向に
広がつた形状にしてスポツトサイズを大きくすることができる。このため、ゴミ
やホコリ等の影響が少なくなり、より安定した角度検出が可能となる。
【0015】
以下、本考案の一実施例を図1ないし図4に基づいて説明する。
【0016】
図1は本考案の一実施例に係る傾き角検出センサの構成を示す図であつて、図
1−Aは平面図、図1−Bは図1−AのA−A断面図、図1−Cは正面図、図2
は本実施例において受光素子として利用される半導体位置検出素子の断面図、図
3は被検出物体の傾き角変化に対する半導体位置検出素子のスポツト光領域の位
置関係を示す図、図4はスポツト光領域の位置と半導体検出素子の光電流の関係
を示す図である。
【0017】
本実施例の傾き角検出センサは、図1の如く、センサ本体10内に、発光素子
11と、半導体位置検出素子(以下、PSD(Position Sensit
ive Light Detector)という)12からなる受光素子とを備
え、発光素子11から被検出物体Yに投光し、被検出物体Yからの反射光がPS
D12に入射する入射位置から傾き角を検出するよう構成されている。
【0018】
前記センサ本体10は、図1−Bの如く、遮光性樹脂により前面開放の箱形に
形成されており、内部に、発光素子11が収納される発光側収納室13と、PS
D12が収納される受光側収納室14と、該収納室13,14との間に突出形成
され発光素子11の照射光が直接PSD12に入射するのを防止する遮光壁15
とを有している。
【0019】
前記発光素子11は、発光ダイオードが使用されており、図1−Aの如く、発
光側リードフレーム16にダイボンドされ、さらにボンデイングワイヤ17を介
してリードフレーム16と内部結線されている。
【0020】
前記PSD12は、受光側リードフレーム18にその長手方向がリードフレー
ム18のリード部と直交するようダイボンドされており、さらにボンデイングワ
イヤ17を介してリードフレーム18と内部結線されている。
【0021】
そして、PSD12は、シリコンフオトダイオードを応用した光スポツトの位
置検出用センサである。これは、ヒジコン、CCD等と異なり非分割型の素子で
あるので、連続した電気信号(X,Y座標信号)が得られ、位置分解能、応答性
に優れている。
【0022】
PSD12は、図2の如く、平板状シリコンの表面にP層、裏面にN層、中間
にあるI層から構成されており、PSD12に入射した光は、光電変換され、光
電流としてP層(両面分割型ではP層とN層)に付けられた電極19,20から
分割出力される。
【0023】
そして、発光素子11およびPSD12の前面には、図1の如く、PSD12
の長手方向と直交する方向、すなわち検出しようとする被検出物体Yの角度変位
の方向と直交する方向に軸を持つ円筒形レンズ21が配置されている。
【0024】
ここで、上記傾き角検出センサの製造方法について説明する。
【0025】
まず、発光素子11およびPSD12を各リードフレーム16,18にダイボ
ンドし、ボンデイングワイヤ17を介して発光素子11およびPSD12とリー
ドフレーム16,18間に内部結線を施す。そして、これらを金型等にセツトし
、遮光性樹脂にてこれらをモールドする。しかる後、円筒形レンズ21を発光素
子11およびPSD12の前面に取り付ける。
【0026】
次に、動作を説明する。
【0027】
発光素子11より照射された光は、光路ガイドホルダー(センサ本体)10お
よび円筒形レンズ21を通り被検出物体Yで反射され、再び円筒形レンズ21を
通りPSD12上に集光される。
【0028】
このとき、発光素子11と、PSD12との間に遮光壁15を配置し、発光素
子11から照射光が直接PSD12に入射しない構造となつているため、被検出
物体Yからの反射光(信号分:S)と、センサ内部での光のリーフ(ノイズ分:
N)との比(S/N)が大きくとれる。
【0029】
PSD12に光スポツトが入射すると、入射位置には光エネルギーに比例した
電荷が発生する。そして、発生した電荷は、光電流として抵抗層(図2ではP層
)を通り、両端電極19,20から出力される。
【0030】
ここで、抵抗層(P層)は、全面に均一な抵抗値を持つ様に作られていること
から、光電流は電極までの距離に逆比例して分割されて取り出される。すなわち
、PSD12の両端電極19,20から得られる光電流は、スポツト光の照射位
置に比例する。
【0031】
図1−Cの如く、被検出物体Yがa→b→cと角度を変えると、PSD12上
に集光された被検出物体Yの光の像は、図3の如く、a→b→cの様に移動する
。
【0032】
いま、図2の如く、PSD12と被検出物体Yとの距離をKとし、被検出物体
Yの角度変位が0のときにPSD12の中央に反射光が戻るようにセツトされて
いると、被検出物体Yが角度変位θ1をもつて傾くと、PSD中央よりx=Kt
an2θ1の位置に反射光が戻る。
【0033】
すなわち、被検出物体Yがθ1だけ角度変化すると、発光素子11からの照射
光は反射角R1(=θ1)をもつて反射される。一般に、反射角R1は、反射光の
方向と反射面の法線Zとの間の角をいう。したがつて、被検出物体Yは、その角
度変位0のときにはPSD12と平行にセツトされているから、角R2はθ1とな
り、x=Ktan2θ1を得る。
【0034】
ここで、PSD12の長さをLとすると、PSD12の一端側電極19から得
られる光電流I1は、
【0035】
【数1】
【0036】
となる。
【0037】
また、他端側電極20から得られる光電流I2は、
【0038】
【数2】
【0039】
となる。
【0040】
上式より光電流I1,I2の減算値と加算値の比を求めると、I0=I1+I2で
あるので、
【0041】
【数3】
【0042】
となる。
【0043】
角度変位が微少であれば、tan2θ1≒2θ1となることより、光電流I1,
I2の減算値と加算値の比は、
【0044】
【数4】
【0045】
となり、直接被検出物体Yの角度変位に比例する。
【0046】
図4にスポツト光位置と光電流の関係を示し、図中Sは有効受光部である。
【0047】
このように、受光素子としてPSD12を使用することで、入射光エネルギー
とは無関係に、光の入射位置を求めることができるので、従来の分割型受光素子
に比べて受光素子の動作領域が広がり、安定かつ高精度な傾き角検出が可能とな
り、しかも分解能は分割数に依存しないから検出回路も簡単となる。
【0048】
また、本実施例の光学系は、従来の球形レンズに換わつて円筒形レンズ21を
用いているのは、従来の球形レンズ系では、集光性が非常に良く、受光素子上に
小さなスポツト光を得るのには適しているが、逆にいま被検出物体Yが検出しよ
うとしている角度変位の方向と垂直方向に傾いた時、スポツト光が受光素子から
はずれてしてしまう恐れがあるからである。
【0049】
そこで、円筒形レンズ21を検出しようとする被検出物体Yの角度変位の方向
と直交する方向に軸を持つように、発光素子11およびPSD12の前面に配置
することにより、検出しようとする角度変位の方向のみ集光され、検出しようと
する角度変位の方向に垂直な方向は光路ガイドホルダー(センサ本体)10によ
り規制されているだけで、発光素子11から放射された光は円筒形レンズ21で
検出しようとする角度変位の方向のみ集光され、被検出物体Yから反射された光
が再び同じ円筒形レンズ21で集光され、PSD2上に検出しようとする角度変
位の方向と、垂直方向に細長いスポツト光を得ることができる。
【0050】
これにより、検出しようとする角度変位の方向と、垂直な方向に傾いた時もス
ポツト光がPSD12からはずれることはないので、ゴミやホコリ等の影響を少
なくでき、より安定した角度検出が可能になる。
【0051】
なお、本考案は、上記実施例に限定されるものではなく、本考案の範囲内で上
記実施例に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。
【0052】
以上の説明から明らかな通り、本考案請求項1によると、受光素子として、そ
の両端から得られる光電流が光の入射位置に比例するよう構成された半導体位置
検出素子を使用しているので、その検出出力は、直接被検出物体の角度変位に比
例することとなり、入射エネルギーとは無関係に光の入射位置を求めることがで
きる。
【0053】
したがつて、従来の分割型受光素子に比べて受光素子の動作領域が広がり、安
定かつ高精度な傾き角検出が可能となり、しかも分解能は分割数に依存しないか
ら検出回路も簡単で済む。
【0054】
また、請求項2によると、発光素子と半導体位置検出素子との間に遮光壁を配
置し、発光素子からの照射光が直接半導体位置検出素子に入射しない構造とする
ことで、S/N比を大きくとることができる。
【0055】
さらに、請求項3によると、検出しようとする被検出物体の角度変位の方向と
直交する方向に垂直な方向に軸を持つ円筒形レンズを、発光素子およびPSDの
前面に配置することから、スポツト光をその走査方向に垂直な方向に広がつた形
状にしてスポツトサイズを大きくできる。
【0056】
このため、ゴミやホコリ等の影響が少なくなり、より安定した角度検出が可能
となる。
【図1】図1は本考案の一実施例に係る傾き角検出セン
サの構成を示す図であつて、図1−Aは平面図、図1−
Bは図1−AのA−A断面図、図1−Cは正面図であ
る。
サの構成を示す図であつて、図1−Aは平面図、図1−
Bは図1−AのA−A断面図、図1−Cは正面図であ
る。
【図2】図2は本実施例において受光素子として利用さ
れる半導体位置検出素子の断面図である。
れる半導体位置検出素子の断面図である。
【図3】図3は被検出物体の傾き角変化に対する半導体
位置検出素子のスポツト光領域の位置関係を示す図であ
る。
位置検出素子のスポツト光領域の位置関係を示す図であ
る。
【図4】図4はスポツト光領域の位置と半導体検出素子
の光電流の関係を示す図である。
の光電流の関係を示す図である。
【図5】図5は従来の傾き角検出センサの構成を示す図
である。
である。
【図6】図6は複数個に分割された受光素子の例を示す
図であつて、図6−A,Bは2分割型受光素子、図6−
Cは6分割型受光素子である。
図であつて、図6−A,Bは2分割型受光素子、図6−
Cは6分割型受光素子である。
11 発光素子
12 半導体位置検出素子(PSD)
15 遮光壁
21 円筒形レンズ
Y 被検出物体
Claims (3)
- 【請求項1】 発光素子と、受光素子とを備え、発光素
子から被検出物体に投光し、被検出物体からの反射光が
受光素子に入射する位置から被検出物体の傾き角を検出
する傾き角検出センサであつて、前記受光素子は、その
両端から得られる光電流が光の入射位置に比例するよう
構成された半導体位置検出素子から成ることを特徴とす
る傾き角検出センサ。 - 【請求項2】 請求項1記載の傾き角検出センサにおい
て、発光素子と半導体位置検出素子との間に、発光素子
からの照射光が直接半導体位置検出素子に入射するのを
防止するための遮光壁が配置されたことを特徴とする傾
き角検出センサ。 - 【請求項3】 請求項1,2記載の傾き角検出センサに
おいて、発光素子および半導体位置検出素子の前面に、
検出しようとする被検出物体の角度変位の方向と直交す
る方向に軸を持つ円筒形レンズが配置されたことを特徴
とする傾き角検出センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP488691U JPH04131712U (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 傾き角検出センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP488691U JPH04131712U (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 傾き角検出センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04131712U true JPH04131712U (ja) | 1992-12-04 |
Family
ID=31898776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP488691U Pending JPH04131712U (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 傾き角検出センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04131712U (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60185919A (ja) * | 1984-03-05 | 1985-09-21 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 光電装置 |
JPS61205810A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Nippon Soken Inc | 移動物体の角度変位測定装置 |
JPH01178808A (ja) * | 1988-01-08 | 1989-07-17 | Sharp Corp | チルトセンサ |
JPH02210209A (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-21 | Hamamatsu Photonics Kk | チルトセンサ |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP488691U patent/JPH04131712U/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60185919A (ja) * | 1984-03-05 | 1985-09-21 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 光電装置 |
JPS61205810A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Nippon Soken Inc | 移動物体の角度変位測定装置 |
JPH01178808A (ja) * | 1988-01-08 | 1989-07-17 | Sharp Corp | チルトセンサ |
JPH02210209A (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-21 | Hamamatsu Photonics Kk | チルトセンサ |
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