JPH0694413A

JPH0694413A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH0694413A
Application number: JP24323492A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Inoue; 仁井上
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、受光面の小さなＰＳＤを用いて測
定対象部材の大きな変位が検出できる位置検出装置を提
供することを目的とする。【構成】光出射部（１０、２０）からは、測定対象の
動作に合わせて光路が変更された光が、光位置検出部
（３０）に向けて出射される。光路の変更は、光位置検
出部（３０）への入射位置を測定対象の動作方向と同一
方向に移動させ、且つ所定の終端まで入射位置が移動し
たときに、所定の始端に入射位置を戻して同一方向への
入射位置の移動を繰り返すように行われる。このような
光路を持った出射光が光位置検出部（３０）に入射さ
れ、入射位置の検出が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＳＤ等の光位置検出
素子を用いた位置検出装置に関し、特にカメラのフォー
カスレンズの位置を検出する位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１７に従来の反射型位置検出装置２０
０の構成を示す。光源を構成するＬＥＤ２０１から出射
した光束は、検出対象２０２表面に設けられた細い反射
板２０３で反射し、検出素子であるＰＳＤ２０４に入射
する。検出対象２０２の移動によって、反射板２０３で
反射した光束が入射するＰＳＤ２０４上の位置が変化す
る。ＰＳＤ２０４は入射した光束の位置によって異なる
電流比で電流Ｉ₁、Ｉ₂を発生し、この電流比を演算す
ることによって検出対象２０２の位置を検出することが
できる。この従来例の反射板２０３の位置とＰＳＤ２０
４への光束の入射位置の関係は、図１８のようになる。
同図より、反射板２０３の移動距離の２倍だけ、ＰＳＤ
２０４への光束の入射位置が移動することがわかる。

【０００３】また、図１９に従来の透過型位置検出装置
２１０の構成を示す。光源を構成するＬＥＤ２１１から
出射した光束は、コリメートレンズ２１２で平行光線と
なり、スリット板２１３を介して検出素子であるＰＳＤ
２１４に照射する。スリット板２１３には、スリット孔
２１３ａが一つ開けられており、ＰＳＤ２１４にはこの
孔を通過した光束のみが入射される。スリット板２１３
が測定対象と共に移動すれば、スリット孔２１３ａを通
過してＰＳＤ２１４に入射する光束の位置も移動し、そ
の入射位置によって、ＰＳＤ２１４からの出力電流
Ｉ₁、Ｉ₂の値が変化する。この電流比を演算すること
によって測定対象の位置を検出することができる。この
従来例のスリット孔２１３ａの位置とＰＳＤ２０４への
光束の入射位置の関係は、図２０のようになる。同図よ
り、スリット孔２１３ａの移動距離と同じ距離だけ、Ｐ
ＳＤ２０４への光束の入射位置が移動することがわか
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の位置
検出装置２００、２１０では、測定対象の比較的長い変
位を検出する場合、ＰＳＤ２０４、２１４への光束の移
動範囲が広がるため、測定対象の移動方向に受光面の幅
が広いＰＳＤ２０４、２１４を必要とする。また、この
ように受光面の幅が広いＰＳＤ２０４、２１４では、出
力電流Ｉ₁、Ｉ₂の変動が緩やかになるため、分解能が
低下するといった問題があった。

【０００５】さらに、このように受光面の幅が広いＰＳ
Ｄ２０４、２１４では、出力電流Ｉ₁、Ｉ₂を電流−電
圧変換アンプに与えて電圧信号Ｖ₁、Ｖ₂に変換した場
合、受光面の幅が広い程、測定対象の変位による電圧信
号Ｖ₁、Ｖ₂の変化が緩やかになる。このため、電流−
電圧変換アンプの雑音特性が悪い場合には、電圧信号Ｖ
₁、Ｖ₂への雑音の影響が大きくなり、分解能が低下す
るといった問題があった。

【０００６】また、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、
従来の位置検出装置２００、２１０では、反射板２０
３、或いはスリット孔２１３ａの位置によって、光束の
光源における立体角θ₁₁、θ₁₂が異なる。ＰＳＤ２０
４、２１４では、入射した光束の入射位置と光強度の積
分によって出力電流Ｉ₁、Ｉ₂の値が決まるため、ＰＳ
Ｄ２０４、２１４上の入射位置によって入射光の光強度
が変動する。このようなＰＳＤ２０４、２１４への入射
光の強度分布の不均一が、位置検出の誤差となり問題で
あった。

【０００７】本発明は、以上の問題を解決することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の位置検出装置は、光を出射する光出射部
と、光出射部から出射された光を入射して、この光の入
射位置を検出する光位置検出部とを備え、光出射部で
は、測定対象の動きに応じてこの動作方向と同一方向に
光位置検出部への入射位置を移動させ、且つ所定の終端
まで入射位置が移動したときに所定の始端に入射位置を
戻して同一方向への入射位置の移動を繰り返すよう出射
光の光路を変更させ、光位置検出部では、始端に入射位
置が近い場合に第１レベル、終端に入射位置が近い場合
に第２レベルの第１信号と、この第１信号より１／４周
期遅れた第２信号とを出力し、これらの出力信号より入
射位置を検出する。

【０００９】また、光出射部は、測定対象の変位に応じ
て１次元的な移動をしこの移動方向と垂直な面に対して
それぞれ４５°の角度で交わる２つの反射面からなるＶ
字形の溝を複数有する変位部材と、変位部材の移動方向
と垂直な面に沿って変位部材のいずれかの溝に光を照射
する光照射部とを備え、光位置検出部は、光照射部から
の照射光が変位部材の溝で反射した光の光路上に配設さ
れていてもよい。

【００１０】この場合、光照射部は、光源と移動方向に
垂直なスリットが形成されたスリット板を備え、光源か
らの照射光をスリットを介して変位部材のいずれかの溝
に照射するものであってもよい。

【００１１】さらに、光出射部は、平行光線を照射する
光照射部と、測定対象の変位に応じて１次元的な移動を
し光位置検出部の受光面の移動方向の幅とほぼ同じ間隔
で移動方向に垂直なスリットが複数形成されたスリット
板とを備え、光位置検出部は、スリットを通過した光源
からの照射光の光路上に配設されていてもよい。

【００１２】

【作用】本発明の位置検出装置は上述のように構成され
るので、光出射部からは、測定対象の動作に合わせて光
路が変更された光が、光位置検出部に向けて出射され
る。光路の変更は、光位置検出部への入射位置を測定対
象の動作方向と同一方向に移動させ、且つ所定の終端ま
で入射位置が移動したときに、所定の始端に入射位置を
戻して同一方向への入射位置の移動を繰り返すように行
われる。このような光路を持った出射光が光位置検出部
に入射され、入射位置の検出が行われる。

【００１３】光位置検出部での入射位置の検出は次のよ
うに行われる。入射位置の所定の始端に入射位置が近い
場合に第１レベル、所定の終端に入射位置が近い場合に
第２レベルの第１信号と、この第１信号より１／４周期
遅れた第２信号とを出力する。光位置検出部での入射位
置の軌跡を４等分した範囲を、始端側から順に範囲ａ、
範囲ｂ、範囲ｃ、範囲ｄとすると、第１信号が第１レベ
ルで第２信号が第２レベルのときは、範囲ａ内に光が入
射されていることが判る。また、第１信号が第１レベル
で第２信号が第１レベルのときは、範囲ｂ内に光が入射
されていることが判る。さらに、第１信号が第２レベル
で第２信号が第１レベルのときは、範囲ｃ内に光が入射
されていることが判る。同様に、第１信号が第２レベル
で第２信号が第２レベルのときは、範囲ｄ内に光が入射
されていることが判る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の位置検出装置の一実施例につ
いて、添付図面を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明の第１の実施例である反射
型位置検出装置の構成を示す斜視図である。本実施例の
位置検出装置は、ＬＥＤ１１とスリット板１２からなる
光照射部１０と、Ｖ字型の溝を複数有する変位部材２０
と、変位部材２０で反射した光を入射する光位置検出部
であるＰＳＤ３０とを備えている。ＬＥＤ１１とスリッ
ト板１２は、ＬＥＤ１１からの照射光がスリット板１２
を通して変位部材２０のいずれかの溝に照射するよう、
不図示の手段によって空間的にそれぞれ固定されてい
る。同様に、ＰＳＤ３０も変位部材２０の溝で反射した
光を受光できるように、不図示の手段によって空間的に
固定されている。

【００１６】変位部材２０は測定対象の動きに応じて１
次元的な移動を行う。この移動によって、変位部材２０
の溝からの反射光がＰＳＤ３０に入射する位置も変化す
る。変位部材２０の溝には、２つの反射面が形成され、
変位部材の移動方向と垂直な面に対してそれぞれ４５°
の角度で交わっている。したがって、２つの反射面の間
の角度は９０°である。

【００１７】また、ＬＥＤ１１から照射された光は変位
部材２０の移動方向に垂直なスリットが形成されたスリ
ット板１２により、限られた面積だけ光を照射する光束
となる。この光束が変位部材２０の移動方向と垂直な面
に沿った光路になるようＬＥＤ１１の照射方向が調整さ
れている。溝の２つの反射面は９０°の角度で交わって
いるので、これらの反射面で反射してＰＳＤ３０に入射
される光も、変位部材２０の移動方向と垂直な面に沿っ
た光路になる。

【００１８】ＰＳＤ３０は３つのＰＳＤ３１、３２、３
３から構成されており、ＰＳＤ３１、３２、３３の両端
からは、反射光の入射位置に相当する電流比で電流信号
（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）が出力される。Ｉ₁、Ｉ₂
はＰＳＤ３０ａから出力される電流信号で、Ｉ₃はＰＳ
Ｄ３０ｂとＰＳＤ３０ｃの内側（接合部側）の電流信号
Ｉ₃₁、Ｉ₃₂の和、Ｉ₄はＰＳＤ３０ｂとＰＳＤ３０ｃの
外側の電流信号Ｉ₄₁、Ｉ₄₂の和である。これらの電流信
号の比を演算することにより、変位部材２０の移動量お
よび移動方向を検出することができる。

【００１９】次に、図２の斜視図を用いて、本発明の第
２の実施例である透過型位置検出装置の構成について説
明する。本実施例の位置検出装置は、ＬＥＤ４０と、Ｌ
ＥＤ４０からの光束を平行化するコリメートレンズ５０
と、測定対象の移動と共に一次元的に移動し、この移動
方向と垂直方向に細いスリット孔が複数形成されたスリ
ット板６０と、スリット板６０のスリット孔を通過した
光を入射する光位置検出部であるＰＳＤ７０とを備えて
いる。ＬＥＤ４０とコリメートレンズ５０は、ＰＳＤ７
０の受光面に対してほぼ垂直な平行光線を照射できるよ
う、不図示の手段によって空間的にそれぞれ固定されて
いる。

【００２０】スリット板６０に形成された複数のスリッ
ト孔は、ＰＳＤ７０の長手方向の幅ｄとほぼ同じ間隔ｄ
で配置されている。ＰＳＤ３０と同様に、ＰＳＤ７０も
３つ部分（ＰＳＤ７０ａ、ＰＳＤ７０ｂ、ＰＳＤ７０
ｃ）から構成されており、ＰＳＤ７０の各部分の両端か
らは、反射光の入射位置に相当する電流比で電流
（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）が出力されている。これら
の電流信号の比を演算することにより、スリット板６０
の移動量および移動方向を検出することができる。

【００２１】次に、第１の実施例の反射型位置検出装置
の動作について、図３及び図４を用いて説明する。ま
ず、図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ１１から照射され
た光が変位部材２０の溝２１の反射面２１ａに入射した
場合、入射光は反射面２１ａで反射し、さらに反射面２
１ｂで反射して、ＰＳＤ３０の受光面に入射する。この
反射光の入射位置は、受光面の中央部より図の左側にず
れた位置である。この場合のＰＳＤ３０からの電流信号
（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）は、図５（ａ）〜（ｄ）の
波形図の時間ｔ₁における出力値である。つまり、ＰＳ
Ｄ３０ａから出力された電流信号（Ｉ₁、Ｉ₂）は、反
射光の入射位置がＩ₁の出力端子側（図の左側）に近い
ので、Ｉ₂に比べてＩ₁の方が大きい。また、ＰＳＤ３
０ｂへの反射光の入射位置は、ＰＳＤ３０ｂの受光面の
中央部なので、Ｉ₃₁とＩ₄₁とは等しい。さらに、ＰＳＤ
３０ｃには光が入射されないのでＰＳＤ３０ｃの両端か
らは電流（Ｉ₃₂、Ｉ₄₂）が出力されない。このため、Ｉ
₃₁とＩ₃₂の和であるＩ₃と、Ｉ₄₁とＩ₄₂の和であるＩ₄
とは等しくなる。

【００２２】変位部材２０が図の左方向に移動して、図
３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１１から照射された光が
変位部材２０の溝２１の底辺部２１ｃに入射した場合、
入射光は底辺部２１ｃで反射して、ＰＳＤ３０の受光面
の中央部に入射する。この場合のＰＳＤ３０からの電流
信号（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）は、図５（ａ）〜
（ｄ）の波形図の時間ｔ₂における出力値となる。つま
り、反射光がＰＳＤ３０ａに入射する入射位置は、受光
面の中央部なので、ＰＳＤ３０ａから出力される電流信
号Ｉ₁とＩ₂はほぼ等しくなる。また、ＰＳＤ３０ｂ、
ＰＳＤ３０ｃに入射される反射光の入射位置は、それぞ
れＰＳＤ３０ｂとＰＳＤ３０ｃの接合部上なので、Ｉ₃₁
とＩ₃₂の和であるＩ₃は最大電流値となり、Ｉ₄₁とＩ₄₂
の和であるＩ₄は０Ａ（アンペア）となる。

【００２３】変位部材２０がさらに図の左方向に移動し
て、図４（ｃ）に示すように、ＬＥＤ１１から照射され
た光が変位部材２０の溝２１の反射面２１ｂに入射した
場合、入射光は反射面２１ｂで反射し、さらに反射面２
１ａで反射して、ＰＳＤ３０の受光面に入射する。この
反射光の入射位置は、受光面の中央部より図の右側にず
れた位置である。この場合のＰＳＤ３０からの電流信号
（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）は、図５（ａ）〜（ｄ）の
波形図の時間ｔ₃における出力値である。つまり、ＰＳ
Ｄ３０ａから出力された電流信号（Ｉ₁、Ｉ₂）は、反
射光の入射位置がＩ₂の出力端子側（図の左側）に近い
ので、Ｉ₁に比べてＩ₂の方が大きい。また、ＰＳＤ３
０ｃへの反射光の入射位置は、ＰＳＤ３０ｃの受光面の
中央部なので、Ｉ₃₁とＩ₄₁とは等しい。さらに、ＰＳＤ
３０ｂには光が入射されないのでＰＳＤ３０ｂの両端か
らは電流信号（Ｉ₃₁、Ｉ₄₁）が出力されない。このた
め、Ｉ₃₁とＩ₃₂の和であるＩ₃と、Ｉ₄₁とＩ₄₂の和であ
るＩ₄とは等しくなる。

【００２４】変位部材２０がさらに図の左方向に移動し
て、図４（ｄ）に示すように、ＬＥＤ１１から照射され
た光が変位部材２０の溝２１と溝２２との境に入射した
場合、入射光は２方向に反射し、さらに溝２１の反射面
２１ａ、溝２２の反射面２２ｂで反射して、ＰＳＤ３０
の受光面の両端部に入射する。この場合のＰＳＤ３０か
らの電流信号（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄）は、図５
（ａ）〜（ｄ）の波形図の時間ｔ₄における出力値とな
る。つまり、反射光がＰＳＤ３０ａに入射する入射位置
は、受光面の両端部なので、ＰＳＤ３０ａから出力され
る電流信号Ｉ₁とＩ₂はほぼ等しくなる。また、ＰＳＤ
３０ｂに入射される反射光の入射位置は、Ｉ₄₁の出力端
子側（図の左側）であり、ＰＳＤ３０ｃに入射される反
射光の入射位置は、Ｉ₄₂の出力端子側（図の右側）であ
る。このため、Ｉ₄₁とＩ₄₂の和であるＩ₄は最大電流値
となり、Ｉ₃₁とＩ₃₂の和であるＩ₃は０Ａ（アンペア）
となる。

【００２５】ＰＳＤ３０から出力される電流信号Ｉ₁、
Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄は、図８のブロック図に示す信号処理
回路に与えられる。同図の回路より、電流信号Ｉ₁、Ｉ
₂、Ｉ₃、Ｉ₄は電流・電圧変換アンプ１０１〜１０４
によって、電圧信号Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ₄に変換され
る。各電圧信号の波形は、図６（ｅ）〜（ｈ）の波形図
に示す通りである。

【００２６】電圧信号Ｖ₁と電圧信号Ｖ₂はＶ₁とＶ₂
の大小関係を比較するコンパレータ１０５に与えられ、
電圧信号Ｖ₁が電圧信号Ｖ₂より大きい場合にハイレベ
ルの電圧信号Ｖ_C1を出力し、電圧信号Ｖ₂が電圧信号Ｖ
₁より大きい場合にローレベルの電圧信号Ｖ_C1を出力す
る。また、電圧信号Ｖ₃と電圧信号Ｖ₄はＶ₃とＶ₄の
差電圧を演算する差動アンプ１０６に与えられ、電圧信
号Ｖ₃から電圧信号Ｖ₄を減算した電圧信号を出力す
る。さらに、電圧信号Ｖ₃と電圧信号Ｖ₄はＶ₃とＶ₄
の大小関係を比較するコンパレータ１０７にも与えら
れ、電圧信号Ｖ₃が電圧信号Ｖ₄より大きい場合にハイ
レベルの電圧信号Ｖ_C2を出力し、電圧信号Ｖ₄が電圧信
号Ｖ₃より大きい場合にローレベルの電圧信号Ｖ_C2を出
力する。電圧信号Ｖ_C1、Ｖ_C2の波形は、図７（ｉ）、
（ｊ）の波形図に示す通りである。

【００２７】コンパレータ１０５から出力される電圧信
号Ｖ_C1は、カウンタ１０８及び位相状態検出回路１０９
に与えられる。カウンタ１０８には位置演算回路１１０
からのアップ／ダウンコントロール信号も与えられ、変
位部材２０上の所定の基準位置と照射光の入射位置の間
の溝の数をカウントする。また、位相状態検出回路１０
９にはコンパレータ１０７から出力される電圧信号Ｖ_C2
も与えられ、変位部材２０の溝２１のどの部分で反射し
ているかを検出して、検出結果を出力する。さらに、差
動アンプ１０６で演算された（Ｖ₃−Ｖ₄）のアナログ
信号はＡ／Ｄコンバータ１１１に与えられ、デジタル信
号に変換される。位置演算回路１１０には、カウンタ１
０８から出力されたカウント数と、位相状態検出回路１
０９で検出された検出結果と、Ａ／Ｄコンバータ１１１
で変換されたデジタル信号が与えられ、変位部材２０の
位置を検出する。

【００２８】次に、位置演算回路１１０の演算で用いら
れる位置検出アルゴリズムについて説明する。変位部材
２０が移動すると、光照射部１０からの照射光の変位部
材２０への入射位置も移動する。照射光の所定の入射位
置を基準位置とした場合、変位部材２０の移動によって
変化する照射光の入射位置と基準位置との距離は、（カ
ウンタ１０８でのカウント数）×（変位部材２０の溝の
移動方向の幅）で検出される。さらに、入射光の溝上の
詳細な位置は、電圧信号Ｖ_C1とＶ_C2の関係から、図７
（ｋ）に示すような４つの部分（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に識
別される。電圧信号Ｖ_C1、Ｖ_C2と溝の４つの部分（ａ、
ｂ、ｃ、ｄ）との関係は次の通りである。

【００２９】Ｖ_C1＝“Ｌ”、Ｖ_C2＝“Ｌ”………ａＶ_C1＝“Ｌ”、Ｖ_C2＝“Ｈ”………ｂＶ_C1＝“Ｈ”、Ｖ_C2＝“Ｌ”………ｃＶ_C1＝“Ｈ”、Ｖ_C2＝“Ｈ”………ｄ各部分におけるさらに細かい位置は、差動アンプ１０６
から出力されるアナログ信号と、ａ、ｂ、ｃ、ｄの関係
とから演算することができる。また、電圧信号Ｖ_C1とＶ
_C2の状態遷移の順番によって、対象物の移動方向が検出
できる。

【００３０】次に、第２の実施例の反射型位置検出装置
の動作について、図９及び図１０を用いて説明する。ま
ず、図９（ａ）に示すように、ＬＥＤ４０から照射され
た光は、コリメートレンズ５０で平行光線となり、スリ
ット板６０に照射される。これらの照射光の内、スリッ
ト板６０のスリット孔を通過した光だけがＰＳＤ７０の
受光面に入射する。この反射光の入射位置は、受光面の
中央部より図の右側にずれた位置である。この場合にＰ
ＳＤ７０から出力される電流信号は、Ｉ₂＞Ｉ₁、Ｉ₃
＝Ｉ₄である。

【００３１】図９（ｂ）に示すようにスリット板６０が
図の左方向に移動した場合、スリット孔を通過した照射
光は、ＰＳＤ７０の中央部に入射する。この場合にＰＳ
Ｄ７０から出力される電流信号は、Ｉ₁＝Ｉ₂、Ｉ₃＝
（最大電流）、Ｉ₄＝０Ａ（アンペア）である。

【００３２】さらに、図１０（ｃ）に示すようにスリッ
ト板６０が図の左方向に移動した場合、スリット孔を通
過した照射光は、ＰＳＤ７０の右側に入射する。この場
合にＰＳＤ７０から出力される電流信号は、Ｉ₁＞
Ｉ₂、Ｉ₃＝Ｉ₄である。

【００３３】同様に、図１０（ｄ）に示すようにスリッ
ト板６０が図の左方向に移動した場合、スリット孔を通
過した照射光は、ＰＳＤ７０の両端に入射する。この場
合にＰＳＤ７０から出力される電流信号は、Ｉ₁＝
Ｉ₂、Ｉ₃＝０Ａ（アンペア）、Ｉ₄＝（最大電流）で
ある。

【００３４】ＰＳＤ７０から出力される電流信号Ｉ₁、
Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄は、図８のブロック図に示す信号処理
回路に与えられ、第１の実施例と同じ検出アルゴリズム
で、スリット板６０の移動距離及び移動方向の検出が行
われる。

【００３５】図１１は、第１の実施例をオートフォーカ
スカメラやＶＴＲカメラなどに用いて、フォーカスレン
ズの位置検出を行う応用例を示したものである。同図に
おいて、固定レンズ１２１及びフォーカスレンズ１２２
は光学系を形成し、フォーカスレンズ１２２はアクチュ
エータ１２３でフォーカスレンズ１２２の光軸方向に移
動して、ピント合わせが行われる。フォーカスレンズ１
２２の側面には、上面に複数のＶ字型の溝を有する変位
部材１２４が備えられている。また、変位部材１２４の
溝に照射できる位置に、ＬＥＤ１２５とスリット板１２
６が不図示の手段によって空間的に固定されている。さ
らに、変位部材１２４の溝からの反射光が入射できる位
置に、ＰＳＤ１２７が不図示の手段によって空間的に固
定されている。そして、フォーカスレンズ１２２の移動
を、ＰＳＤ１２７に入射される入射光の位置変化によっ
て検出する。

【００３６】図１２は、第２の実施例をオートフォーカ
スカメラやＶＴＲカメラなどに用いて、フォーカスレン
ズの位置検出を行う応用例を示したものである。同図に
おいて、固定レンズ１３１及びフォーカスレンズ１３２
は光学系を形成し、フォーカスレンズ１３２はアクチュ
エータ１３３でフォーカスレンズ１３２の光軸方向に移
動して、ピント合わせが行われる。フォーカスレンズ１
３２の側面には、複数のスリット孔が並設されたスリッ
ト板１３４が備えられている。また、スリット板１３４
に対して垂直に平行光線を照射できる位置に、ＬＥＤ１
３５とコリメートレンズ１３６が不図示の手段によって
空間的に固定されている。さらに、スリット板１３４の
スリット孔を通過した光が入射できる位置に、ＰＳＤ１
３７が不図示の手段によって空間的に固定されている。
そして、フォーカスレンズ１３２の移動を、ＰＳＤ１３
７に入射される入射光の位置変化によって検出する。

【００３７】次に、第１の実施例、及び第２の実施例に
共通する特徴について説明する。まず、第１の特徴は、
測定対象の比較的長い変位を検出する場合であっても、
受光面の比較的小さなＰＳＤ３０、７０で足りることで
ある。ＰＳＤ３０、７０への入射光方向の受光面の長さ
は、第１の実施例では２×（検出範囲）／（溝の数）で
よく、第２の実施例では（検出範囲）／（スリット孔の
数）でよい。このように本実施例では小さなＰＳＤ３
０、７０を用いているので、絶対位置の演算精度が高く
なる。これは、ＰＳＤ３０、７０の分解能はＰＳＤ３
０、７０が小さいほど高いからである。

【００３８】また、第１及び第２の実施例の第２の特徴
は、ＰＳＤ３０、７０から出力された電流信号を入力す
るアンプの雑音特性が悪くても、高い分解能を維持でき
ることである。これは、ＰＳＤ３０、７０から出力され
る電流信号は比較的短い周期信号で、出力波形の傾きが
大きいので、これらの電流信号が入力されるアンプの雑
音特性が悪くても、雑音の影響を受け難いからである。
ＰＳＤ３０、７０から出力される電流信号の周期は、第
１の実施例では（変位検出範囲）／（溝の数）となり、
第２の実施例では（変位検出範囲）／（２×スリット孔
の数）となる。

【００３９】次に、第１の実施例固有の特徴について説
明する。まず、第１の特徴は、図１３に示すように、Ｐ
ＳＤ３０と変位部材２０との距離が変化しても、ＰＳＤ
３０への反射光の入射位置変化は、検出方向（変位部材
２０の移動方向）と垂直方向になり、検出位置の誤差が
生じないことである。反射光の入射位置変化の許容範囲
は、（検出方向に垂直な方向のＰＳＤ３０の幅）＋２×
（検出方向に垂直な方向の光束の幅）である。また、光
源がレーザ光のように微小スポット光であれば、許容範
囲は、ほぼ（検出方向に垂直な方向のＰＳＤ３０の幅）
になる。

【００４０】また、第２の特徴は、ＰＳＤ３０に入射さ
れる入射光の光強度及び強度分布が等しいことである。
これは、上述したように、変位部材２０の移動に関わら
ず光照射部１０からＰＳＤ３０までの光路長が一定であ
り、図１４に示すように、変位部材２０の移動に関わら
ず光照射部１０からの照射光の放射立体角θ₁が等しい
からである。ＰＳＤ３０では、入射した光束の位置とそ
の光強度の積分によって出力電流であるＩ₁とＩ₂が決
定されるが、放射立体角θ₁が変わらず光強度が等しい
ため、変位部材２０の移動量そのものがＩ₁とＩ₂の変
化となる。

【００４１】次に、第２の実施例固有の特徴について説
明する。上述のように第２の実施例の構成では、比較的
小さなＰＳＤ７０を用いているので、コリメートレンズ
５０のレンズ径を小さくすることができる。このため光
束の照射範囲が小さくなり、光パワーの利用効率を高く
維持できる。

【００４２】なお、第１及び第２の実施例では、３つの
ＰＳＤ３１、３２、３３（或いはＰＳＤ７１、７２、７
３）を組み合わせて用いているが、図１５（ａ）、図１
６（ａ）に示すようなフィッシュボーン型のＰＳＤ１４
０を用いてもよい。このＰＳＤ１４０は、受光面の両側
に抵抗層が設けられ、片側はＩ₁、Ｉ₂を検出するため
に抵抗層の両端から信号を取り出すようにし、もう一方
は抵抗層の中央からＩ₃を、両端からアルミ配線もしく
は外部で直接接続することによりＩ₄を取り出すように
構成されている。

【００４３】また、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）に示す
ような受光部と抵抗層を兼ねるタイプのＰＳＤ１５０を
用いてもよい。ＰＳＤ１５０は、抵抗層が並列に２本形
成されており、片側はＩ₁、Ｉ₂を、もう一方はＩ₃、
Ｉ₄を取り出すように構成されている。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置検出
装置であれば、光位置検出部への入射光の入射位置は、
測定対象の動きに応じてこの動作方向と同一方向に移動
する。そして、所定の終端まで入射位置が移動したとき
に、所定の始端に入射位置を戻して、繰り返し入射位置
の移動が行われる。つまり、測定対象の移動距離および
位置は、光位置検出部に入射される光の入射位置の始端
から終端までの移動の繰り返し回数と、第１信号および
第２信号から得られる入射位置の情報とから検出でき
る。

【００４５】従って、測定対象の比較的長い変位を検出
する場合でも、光位置検出部は所定の始端から終端まで
入射できる程度の小さな受光面を備えていればよい。光
位置検出部の分解能は受光面の測定方向の幅が短いほど
高いので、光位置検出部から出力される第１信号および
第２信号の精度も高くなる。

【００４６】また、上述のように光位置検出部は小さな
受光面を備えていればよいので、測定対象の変位による
第１信号および第２信号の変化は急激である。そのた
め、これらの出力信号を入力するアンプが雑音特性の悪
いものであっても、出力信号への雑音の影響は少ない。
このため、出力信号は高い分解能が保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射型位置検出装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】透過型位置検出装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図３】反射型位置検出装置の動作を示す図である。

【図４】反射型位置検出装置の動作を示す図である。

【図５】ＰＳＤから出力される電流信号の波形図であ
る。

【図６】電流・電圧変換アンプから出力される電圧信号
の波形図である。

【図７】コンパレータから出力される電圧信号の波形図
である。

【図８】信号処理回路を示すブロック図である。

【図９】透過型位置検出装置の動作を示す図である。

【図１０】透過型位置検出装置の動作を示す図である。

【図１１】反射型位置検出装置の応用例を示す斜視図で
ある。

【図１２】透過型位置検出装置の応用例を示す斜視図で
ある。

【図１３】ＰＳＤと変位部材との距離変化に対するＰＳ
Ｄへの入射位置変化を示す図である。

【図１４】照射光の放射立体角を示す図である。

【図１５】ＰＳＤの構成を示す斜視図である。

【図１６】ＰＳＤの受光面を示す平面図である。

【図１７】従来の反射型位置検出装置の構成を示す斜視
図である。

【図１８】反射板の位置とＰＳＤへの光束の入射位置の
関係を示す図である。

【図１９】従来の透過型位置検出装置の構成を示す斜視
図である。

【図２０】スリット孔の位置とＰＳＤへの光束の入射位
置の関係を示す図である。

【図２１】反射板に入射する光の放射立体角を示す平面
図である。

【符号の説明】

１０…光照射部、１１、４０…ＬＥＤ、１２、６０…ス
リット板、２０…変位部材、３０、７０…ＰＳＤ、５０
…コリメートレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を出射する光出射部と、前記光出射部から出射された光を入射して、この光の入
射位置を検出する光位置検出部とを備え、前記光出射部では、測定対象の動きに応じてこの動作方
向と同一方向に前記光位置検出部への入射位置を移動さ
せ、且つ所定の終端まで入射位置が移動したときに所定
の始端に入射位置を戻して前記同一方向への入射位置の
移動を繰り返すよう出射光の光路を変更させ、前記光位置検出部では、前記始端に入射位置が近い場合
に第１レベル、前記終端に入射位置が近い場合に第２レ
ベルの第１信号と、この第１信号より１／４周期遅れた
第２信号とを出力し、これらの出力信号より入射位置を
検出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】前記光出射部は、測定対象の変位に応じ
て１次元的な移動をし、この移動方向と垂直な面に対し
てそれぞれ４５°の角度で交わる２つの反射面からなる
Ｖ字形の溝を複数有する変位部材と、前記変位部材の移
動方向と垂直な面に沿って前記変位部材のいずれかの溝
に光を照射する光照射部とを備え、前記光位置検出部は、前記光照射部からの照射光が前記
変位部材の溝で反射した光の光路上に配設されているこ
とを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】前記光照射部は、光源と前記移動方向に
垂直なスリットが形成されたスリット板を備え、前記光
源からの照射光を前記スリットを介して前記変位部材の
いずれかの溝に照射することを特徴とする請求項２記載
の位置検出装置。
【請求項４】前記光出射部は、平行光線を照射する光
照射部と、測定対象の変位に応じて１次元的な移動をし
前記光位置検出部の受光面の前記移動方向の幅とほぼ同
じ間隔で前記移動方向に垂直なスリットが複数形成され
たスリット板とを備え、前記光位置検出部は、前記スリットを通過した前記光源
からの照射光の光路上に配設されていることを特徴とす
る請求項１記載の位置検出装置。