JPH08297012A - 光電式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検物の有無を正しく判断することができる
光電式位置検出装置を提供する。 【構成】 被検物３の表面を照明する光源１と、被検物
表面からの反射光を受ける半導体位置検出器５と、検出
器５に入射する光の強度に比例した電圧Ｖ１と一定電圧
発生回路８の一定電圧Ｖ０とを比較し、その比較値Ｖに
応じて光源１の発光強度を制御する制御回路とを備えた
光電式位置検出装置において、電圧Ｖ１を比較値Ｖで除
算する除算回路１４と、その除算値Ｖ２と一定電圧発生
回路１１の設定電圧Ｖｓとを比較して被検物３の有無を
判別する電圧比較回路１２とを備える。被検物３の反射
率Ｒに正比例した除算値Ｖ２と一定電圧発生回路１１の
設定電圧Ｖｓとを電圧比較回路１２が比較して被検物３
の有無を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検物の位置や変位
を検出する光学的高さ測定装置、光学的変位測定装置、
光学機械の自動焦点検出装置等に使用される光電式位置
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような光電式位置検出装置と
して図４に示すような回路構成を用いたものが知られて
いる。この光電式位置検出装置では、半導体レーザのよ
うな光源４１から出射された光は投光レンズ４２によっ
て被検物４３に照射される。被検物４３の表面で反射し
た光は受光レンズ４４で集光されて位置検出器４５の表
面に入射する。この位置検出器４５は入射光の強度に応
じた信号を出力する。この出力信号は、演算回路４６で
演算されて被検物４３の位置を表わす位置信号となる。
この位置信号は、被検物４３の位置や変位等を測定する
ために用いられる。

【０００３】また、図４に示す光電式位置検出装置に
は、光源４１の発光強度を制御するための制御回路が設
けられている。この制御回路は、演算回路４７で位置検
出器４５の出力信号から位置検出器４５に入射する光の
強度に比例した電圧を演算し、この電圧と一定電圧発生
回路４８によって発生した一定電圧との差を差動演算回
路４９で演算し、その差電圧を電圧ー電流変換回路５０
で電流に変換し、この電流信号によって光源４１を発光
させる。この制御回路は、位置検出器４５に入射する光
の強度に比例した電圧が前記一定電圧と等しくなるよう
に光源４１の発光強度を制御する。

【０００４】さらに、この光電式位置検出装置では、被
検物４３の有無を検出するために、位置検出器４５に入
射する光の強度に比例した電圧と一定電圧発生回路５１
から出力される予め設定された設定電圧とを電圧比較回
路５２によって比較する。演算回路４７の出力電圧が設
定電圧よりも大きい場合には被検物４３が存在すると判
断し、逆の場合には被検物４３が存在しないと判断す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す上記従来の
光電式位置検出装置の動作を単純化して説明するため
に、その装置を単純化して示した図５を用いる。図５に
おいて、図４と同じ回路要素には同じ符号を付してあ
る。

【０００６】図５に示す光電式位置検出装置において、
光源４１は、差動演算回路４９の出力電圧（前記差電
圧）Ｖに比例した強度Ｐの光を発光する。この光源４１
の電圧ー光変換効率をＧ１とする。Ｇ１は電気ー光の変
換効率と、半導体レーザの駆動に使用しているアンプ
（例えば電圧ー電流変換アンプ）の増幅率と、投光レン
ズの効率（例えば透過率）とを含んでいる。

【０００７】位置検出器４５は、入射光（被検物４３か
らの反射光）の強度Ｐ１に応じた電圧Ｖ１の信号を出力
する。この位置検出器４５の光ー電圧変換効率をＧ２と
する。Ｇ２は、受光レンズの効率と、光ー電流の変換効
率と、電流ー電圧変換アンプの増幅率とを含んでいる。

【０００８】位置検出器４５の出力電圧Ｖ１と一定電圧
発生回路４８で発生した一定電圧Ｖ０との差動演算が差
動演算回路４９によってなされる。この演算回路４９の
出力電圧Ｖに基づいて光源４１の発光強度Ｐが制御され
る。すなわち、出力電圧Ｖ１が一定電圧Ｖ０と等しくな
るように光源１の発光強度が制御される。

【０００９】そして、被検物４３の有無を検出するため
に、位置検出器４５の出力電圧Ｖ１と、一定電圧発生回
路５１から出力される設定電圧Ｖｓとの比較が電圧比較
回路５２によってなされる。出力電圧Ｖ１が設定電圧Ｖ
ｓよりも大きい場合には被検物４３が存在すると判断
し、逆の場合には被検物４３が存在しないと判断する。

【００１０】図５に示す光電式位置検出装置において、
被検物４３の反射率をＲとすると、以下の関係式（１）
〜（４）が成立する。

【００１１】 Ｖ＝Ｖ０ーＶ１ （１） Ｐ＝Ｇ１×Ｖ （２） Ｐ１＝Ｒ×Ｐ （３） Ｖ１＝Ｇ２×Ｐ１ （４） ここで、式（３）を式（４）に代入してＰ１を消去する
と、 Ｖ１＝Ｇ２×Ｒ×Ｐ （５） となり、さらに式（５）と式（２）より、 Ｖ１＝Ｇ１×Ｇ２×Ｖ×Ｒ （６） となる。ここで、式（１）のＶを式（６）に代入する
と、 Ｖ１＝Ｇ１×Ｇ２×Ｒ×（Ｖ０ーＶ１） （７） が得られ、この式（７）を変形してＶ１を求めると、 Ｖ１＝Ｖ０／（１＋１／（Ｇ１×Ｇ２×Ｒ）） （８） となる。Ｖ１は位置検出器４５の出力電圧であり、この
出力電圧Ｖ１が一定電圧発生回路５１から出力される設
定電圧Ｖｓより大きいか否かを比較して被検物４３の有
無を判断する。

【００１２】被検物４３の有無を判断するためには、被
検物４３の反射率Ｒが一定値以上であるか一定値未満で
あるかを判断するのが望ましい。ところが、上記従来技
術では、式（８）で表わされる電圧Ｖ１は被検物４３の
反射率Ｒに比例した関係になっておらず、一定電圧発生
回路４８で発生した一定電圧Ｖ０に正比例した電圧にな
っている。しかも、実際の一定電圧発生回路４８は周囲
温度の変化等によって出力電圧（一定電圧Ｖ０）が変動
してしまう特性がある。そのため、前記設定電圧Ｖｓと
比較される位置検出器４５の出力電圧Ｖ１も周囲温度の
変化等によって変動してしまい、設定電圧Ｖｓと前記出
力電圧Ｖ１と比較結果が周囲温度の変化等に左右されて
しまう。したがって、上記従来技術では、被検物の有無
を正しく判断することができないという問題があった。

【００１３】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、その課題は被検物の有無を正しく判断する
ことができる光電式位置検出装置を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明に係る光電式位置検出装置は、被
検物を照明する光源と、前記被検物からの反射光又は透
過光を受け、その光強度に応じた信号を出力する光電変
換手段と、前記光電変換手段の出力値と基準値とを比較
し、その比較値に応じて前記光源の発光強度を制御する
制御回路とを備え、前記光電変換手段の出力に基づいて
前記被検物表面の位置や変位を検出する光電式位置検出
装置において、前記光電変換手段の出力値を前記比較値
で除算し、その除算値の信号を出力する除算手段と、前
記除算値に基づいて前記被検物の有無を判別する判別手
段とを備えている。

【００１５】

【作用】請求項１記載の光電式位置検出装置では、光源
の発光強度をＰ、被検物の反射率又は透過率をＲ、光電
変換手段が受ける被検物からの反射光又は透過光の光強
度をＰ１、光電変換手段の出力値をＡ１、基準値をＡ
０、Ａ１とＡ０の比較値をＡ、光源の電気ー光変換効率
をＧ１、光電変換手段の光ー電気変換効率をＧ２とする
と、次の関係式（１´）〜（４´）が成立する。

【００１６】 Ａ＝Ａ０ーＡ１ （１´） Ｐ＝Ｇ１×Ｖ （２´） Ｐ１＝Ｒ×Ｐ （３´） Ａ１＝Ｇ２×Ｐ１ （４´） ここで、式（３´）を式（４´）に代入してＰ１を消去
すると、 Ａ１＝Ｇ２×Ｒ×Ｐ （５´） となり、さらに式（５´）と式（２´）より、 Ａ１＝Ｇ１×Ｇ２×Ａ×Ｒ （６´） となる。

【００１７】除算手段は式（６´）で表わされる光電変
換手段の出力値Ａ１を前記比較値Ａで除算するので、そ
の除算値Ａ２は、 Ａ２＝Ａ１／Ａ＝Ｇ１×Ｇ２×Ｒ （１１´） となる。

【００１８】このように、除算手段の除算値Ａ２は被検
物の反射率又は透過率Ｒに正比例する。このような除算
値Ａ２と所定値とを判別手段が比較し、その比較結果に
基づいて被検物の有無を判断する。しかも、除算値Ａ２
は周囲温度の変化等によって変動するパラメータを含ん
でいないので、前記比較結果が周囲温度の変化等に左右
されない。

【００１９】

【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２０】図１はこの発明の一実施例に係る光電式位
置検出装置を示している。この光電式位置検出装置は、
半導体レーザのような光源１と、光源１から出射された
光を被検物３に照射する投光レンズ２と、被検物３の表
面で反射した光を位置検出器５の表面に照射する受光レ
ンズ４と、被検物３の表面からの反射光を受ける半導体
位置検出器（以下、単に位置検出器という）５とを備え
ている。光源１から出射された光は投光レンズ２によっ
て被検物３に照射され、被検物３の表面で反射した光は
受光レンズ４で集光されて位置検出器５の表面に入射す
る。

【００２１】位置検出器５は、図２に示すように、ｎ型
半導体２１と、ｐ型半導体２２とを有する。ｎ型半導体
２１には電極２３が貼り付けられ、ｐ型半導体２２には
電極２４及び２５が貼り付けられている。同図におい
て、符号２６は位置検出器５の表面に入射する光であ
り、ｉ１、ｉ２は、電極２４、２５からそれぞれ出力さ
れる電流である。電流ｉ１、ｉ２は、入射光２６の入射
位置によってそれぞれ異なる。位置検出器５の表面の中
心位置からの入射光２６の入射位置Ｘは、次式（９）を
演算することにより求められる。

【００２２】 Ｘ＝Ｋ×（ｉ１ーｉ２）／（ｉ１＋ｉ２） （９） また、位置検出器５に入射する光２６の強度Ｙは、次式
（１０）を演算することにより求められる。 Ｙ＝（ｉ１＋ｉ２） （１０） このような演算をするために、電流ー電圧変換回路６
Ａ、７Ａと、差動演算回路６Ｂと、加算回路７Ｂと、除
算回路６Ｃとが設けられている。電流ー電圧変換回路６
Ａ、７Ａは電流ｉ１、ｉ２をそれぞれ電圧ｖ１、ｖ２に
変換する。差動演算回路６Ｂは（ｖ１ーｖ２）の演算を
行なう。加算回路７Ｂは（ｖ１＋ｖ２）の演算を行な
う。そして、除算回路６Ｃは、（Ｋ×（ｖ１ーｖ２）／
（ｖ１＋ｖ２））の演算を行なう。

【００２３】したがって、差動演算回路６Ｂからは、位
置検出器５の表面の中心位置からの入射光２６の入射位
置Ｘを表わす絶対値の信号が出力される。この信号は被
検物３の位置を表わす位置信号で、この位置信号は被検
物３の位置や変位等を測定するために用いられる。そし
て、加算回路７Ｂからは、位置検出器５の入射光２６の
強度Ｙに比例した電圧を表わす電圧信号が出力される。

【００２４】また、図１に示す光電式位置検出装置に
は、光源１の発光強度を制御するための制御回路が設け
られている。この制御回路は、加算回路７Ｂから出力さ
れる前記入射光２６の強度Ｙに比例した電圧と一定電圧
発生回路８によって発生した一定電圧との差を差動演算
回路９で演算し、その差電圧を電圧ー電流変換回路１０
で電流に変換し、この電流信号によって光源１を発光さ
せる。この制御回路は、位置検出器５への入射光の光強
度に比例した電圧が前記一定電圧と等しくなるように光
源１の発光強度を制御する。すなわち、制御回路は、被
検物３によってその反射率が異なっても、位置検出器５
に入射する光の強度が一定になるように光源１の発光強
度を制御する。

【００２５】さらに、上記一実施例に係る光電式位置検
出装置には、被検物３の有無を検出するために、予め設
定された設定電圧（所定値）を出力する一定電圧発生回
路１１と、除算回路１４と、電圧比較回路１２とが設け
られている。除算回路１４は、加算回路７Ｂから出力さ
れる位置検出器５に入射する光２６の強度に比例した電
圧（光電変換手段の出力）を差動演算回路９の出力電圧
（比較値）で除算し、その除算値の電圧信号を出力す
る。電圧比較回路１２は、除算回路１４から出力される
信号の除算値と一定電圧発生回路１１から出力される設
定電圧とを比較し、その比較結果に基づいて被検物３の
有無を判別する。電圧比較回路１２は、前記除算値が設
定電圧よりも大きい場合には被検物３が存在すると判断
し、逆の場合には被検物３が存在しないと判断する。

【００２６】図１に示す上記一実施例に係る光電式位置
検出装置の動作を単純化して説明するために、その装置
を単純化して示した図３を用いる。図３において、図１
と同じ回路要素には同じ符号を付してある。

【００２７】図３に示す光電式位置検出装置において、
光源１は、差動演算回路９の出力電圧（前記差電圧）Ｖ
に比例した強度Ｐの光を発光する。この光源１の電圧ー
光変換効率をＧ１とする。Ｇ１は電気ー光の変換効率
と、半導体レーザの駆動に使用しているアンプ（例えば
電圧ー電流変換アンプ）の増幅率と、投光レンズの効率
（例えば透過率）とを含んでいる。

【００２８】位置検出器５は、入射光（被検物３からの
反射光）の光強度Ｐ１に応じた電圧Ｖ１の信号を出力す
る。この位置検出器５の光ー電圧変換効率をＧ２とす
る。Ｇ２は、受光レンズの効率と、光ー電流の変換効率
と、電流ー電圧変換アンプの増幅率とを含んでいる。

【００２９】位置検出器５の出力電圧Ｖ１と一定電圧発
生回路８で発生した一定電圧Ｖ０との差動演算が差動演
算回路９によってなされる。この演算回路９の出力電圧
Ｖに基づいて光源１の発光強度Ｐが制御される。すなわ
ち、出力電圧Ｖ１が一定電圧Ｖ０と等しくなるように光
源１の発光強度が制御される。

【００３０】そして、被検物３の有無を検出するため
に、除算回路１４によって位置検出器５の出力電圧Ｖ１
を差動演算回路９の出力電圧Ｖ（Ｖ＝Ｖ０ーＶ１）で除
算し、その除算値Ｖ２（Ｖ２＝Ｖ１／Ｖ）と一定電圧発
生回路１１から出力される設定電圧Ｖｓとの比較が電圧
比較回路１２によってなされる。電圧比較回路１２は、
除算値Ｖ２が設定電圧Ｖｓよりも大きい場合には被検物
３が存在すると判断し、逆の場合には被検物３が存在し
ないと判断する。

【００３１】図３に示す光電式位置検出装置において、
被検物３の反射率をＲとすると、上記従来技術と同様に
上記関係式（１）〜（４）が成立し、上記式（６）が得
られる。

【００３２】除算回路１４は式（６）で表わされる位置
検出器５の出力電圧Ｖ１を差動演算回路９の出力電圧Ｖ
で除算するので、その除算値Ｖ２は、 Ｖ２＝Ｖ１／Ｖ＝Ｇ１×Ｇ２×Ｒ （１１） となる。

【００３３】この式（１１）から明らかなように、除算
回路１４から出力される信号の除算値Ｖ２は被検物３の
反射率Ｒに正比例する。ここで、一定電圧発生回路１１
の出力電圧（設定電圧Ｖｓ）を、被検物３がない場合に
除算回路１４から出力される信号の除算値Ｖ２より僅か
に高い電圧に設定することにより、電圧比較回路１２の
出力信号から被検物３の有無を検知することができる。

【００３４】このように、上記一実施例によれば、被検
物３の反射率Ｒに正比例した除算回路１４から出力され
る信号の除算値Ｖ２と一定電圧発生回路１１から出力さ
れる設定電圧Ｖｓとを電圧比較回路１２が比較し、その
比較結果に基づいて被検物３の有無を判断する。しか
も、除算値Ｖ２は周囲温度の変化等によって変動するパ
ラメータを含んでいないので、前記比較結果が周囲温度
の変化等に左右されない。したがって、被検物３の有無
を正しく判断することができる。

【００３５】なお、上記一実施例では、被検物３の表面
で反射された反射光を位置検出器５で受光しているが、
光源１からの光が被検物３に照射され、被検物３を透過
する透過光を位置検出器５で受光するように構成しても
よい。この場合にも、上記一実施例と同様の効果が得ら
れる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明に係る光電式位置検出装置によれば、除算手段の除算
値は被検物の反射率又は透過率に正比例する。このよう
な除算値に基づいて被検物の有無を判断する。しかも、
除算値は周囲温度の変化等によって変動するパラメータ
を含んでいないので、前記比較結果が周囲温度の変化等
に左右されない。したがって、被検物の有無を正しく判
断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例に係る光電式位置検
出装置を示すブロック図である。

【図２】図２は図１の光電式位置検出装置に使用された
半導体位置検出器を示す概略構成図である。

【図３】図３は図１の光電式位置検出装置を単純化して
示したブロック図である。

【図４】図４は従来の光電式位置検出装置を示すブロッ
ク図である。

【図５】図５は図４の光電式位置検出装置を単純化して
示したブロック図である。

【符号の説明】

１ 光源 ３ 被検物 ５ 半導体位置検出器（光電変換手段） １２ 電圧比較回路（判別手段） １４ 除算回路（除算手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物を照明する光源と、前記被検物か
   らの反射光又は透過光を受け、その光強度に応じた信号
   を出力する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力値
   と基準値とを比較し、その比較値に応じて前記光源の発
   光強度を制御する制御回路とを備え、前記光電変換手段
   の出力に基づいて前記被検物表面の位置や変位を検出す
   る光電式位置検出装置において、 前記光電変換手段の出力値を前記比較値で除算し、その
   除算値の信号を出力する除算手段と、 前記除算値に基づいて前記被検物の有無を判別する判別
   手段とを備えていることを特徴とする光電式位置検出装
   置。