JPH09229615A - Position detecting apparatus and position change detecting apparatus - Google Patents

Position detecting apparatus and position change detecting apparatus

Info

Publication number
JPH09229615A
JPH09229615A JP3856096A JP3856096A JPH09229615A JP H09229615 A JPH09229615 A JP H09229615A JP 3856096 A JP3856096 A JP 3856096A JP 3856096 A JP3856096 A JP 3856096A JP H09229615 A JPH09229615 A JP H09229615A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
photoelectric conversion
detecting device
light source
position detecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3856096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Hotta
宏之 堀田
Keiji Fujimagari
啓志 藤曲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP3856096A priority Critical patent/JPH09229615A/en
Publication of JPH09229615A publication Critical patent/JPH09229615A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the position and the position change of object to which a light source is difficult to attach by installing a photoelectric conversion element at a position where reflected light rays from the object are shielded by a light shielding plate corresponding to the position of the object. SOLUTION: An object has a reflecting region 2 having high reflectance in a part of its region. The reflecting region irradiated with diffused light rays from a light source 1 becomes a suppositional light source and the position of the object in the reflecting region 2 is detected by a position detecting device 3. Photoelectric conversion elements 11-14 are arranged in one and single y-z plane in the position detecting device 3 and light shielding plates 15-17 are installed respectively corresponding to the elements 11-13 of those elements. When reflected light rays from the reflecting region 2 are received by the elements 11-14, the light reception surface areas of the elements 11-13 among them change due to the light shielding plates 15-17 depending on the direction in which the reflected light rays are coming. The quantity of the light corresponding to the surface areas is transformed into voltage and the one dimensional position, the two-dimensional position, and the three-dimensional position of the reflecting region 2 can be detected by computing the obtained voltage values.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の位置検出
および位置変化検出に関するものである。例えば、距
離、移動速度、物体形状の検出等、より具体的には、回
転物体の偏心や回転速度、ロボットの可動部の位置およ
び速度の制御、生産ライン上の部品の形状確認等、位置
検出および位置変化検出技術一般に広く利用することの
できる位置検出および位置変化検出に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to position detection and position change detection of an object. For example, detection of distance, moving speed, object shape, etc., more specifically, position detection such as eccentricity and rotation speed of a rotating object, control of position and speed of a movable part of a robot, shape confirmation of parts on a production line, etc. The present invention relates to position detection and position change detection that can be widely used in general.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の対象物の位置検出技術において
は、位置検出に対して過剰な性能とコストを必要とする
か、または、厳密な微調整を必要とする部品,装置類を
用いているのが現状である。例えば、従来、特開昭60
−60502号公報や特開昭63−238510に記載
されているように、カメラを複数台用いるものがある。
しかし、カメラは、本来、画像を全て入力するための装
置であるにもかかわらず、単に発光領域を検出するため
だけに用いているため、余計なコストが必要であるばか
りでなく、画像処理による発光領域の抽出という複雑な
画像処理過程まで必要となる。
2. Description of the Related Art In the conventional object position detecting technology, parts and devices that require excessive performance and cost for position detection or that require strict fine adjustment are used. is the current situation. For example, conventionally, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 60
As described in Japanese Unexamined Patent Publication No. -60502 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-238510, there are some which use a plurality of cameras.
However, although the camera is originally a device for inputting all the images, it is used only for detecting the light emitting area, so that not only extra cost is required but also the image processing A complicated image processing process of extracting the light emitting area is also required.

【0003】特開平3−196326号公報に記載され
ているように、レンズと2分割ピンフォトダイオードを
用いるものもある。レンズについては、その構造上、焦
点を有するため、その焦点からはずれた距離にある発光
領域については、正確な3次元位置を検出することが困
難であり、収差の補正のための補正回路またはビットマ
ップ等が必要不可欠となる。もし、ズームレンズを用い
て正確な3次元位置を知ろうとすれば、位置検出時に焦
点合わせのための部品と焦点合わせの過程が必要とな
る。
As described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-196326, there is a device using a lens and a two-divided pin photodiode. Since the lens has a focal point due to its structure, it is difficult to detect an accurate three-dimensional position in a light emitting region that is away from the focal point, and a correction circuit or a bit for correcting aberration is required. Maps, etc. will be indispensable. If an accurate three-dimensional position is to be known using a zoom lens, a component for focusing and a process of focusing are required at the time of position detection.

【0004】特開平3−150623号公報等に記載さ
れているように、複数の2次元PSDとピンホールを用
いて3次元空間で位置検出または形状測定をするものが
ある。ピンホールは、直進性の良好な光学部品として位
置づけられるが、通過する光量の絶対量が小さくなるた
め、原理的に光量を十分にとれず光源の出力または光電
変換素子の出力での増幅に負担がかかる。
As described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-150623, there is a device which detects a position or measures a shape in a three-dimensional space by using a plurality of two-dimensional PSDs and pinholes. The pinhole is positioned as an optical component with good straightness, but the absolute amount of light that passes through is small, so in principle it is not possible to obtain a sufficient amount of light and it is burdened with amplification at the output of the light source or the output of the photoelectric conversion element. Takes.

【0005】特開昭54−116258号公報に記載さ
れているように、複数の1次元CCDを互いに直交方向
に対向させるものがあるが、1次元CCDを配置する位
置が限られてしまうため、検出装置の小型化および低コ
スト化が困難である。
As described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 54-116258, there is one in which a plurality of one-dimensional CCDs are opposed to each other in a direction orthogonal to each other, but the positions where the one-dimensional CCDs are arranged are limited. It is difficult to reduce the size and cost of the detection device.

【0006】特開平6−42919号公報に記載されて
いるように、PSDと遮光手段を用るものがある。PS
Dは、発光領域検出に適するが、2〜4個の各端子から
誤差のない正確な電流値を得るためには、均一性の高い
薄膜を得る必要がある。したがって、製造工程での歩留
りが低くなり、コストアップに大きく影響を与えている
ので、簡易なデバイスでの代替が求められている。さら
に、正確な電流値を得るためには、照射される光量を大
きくとる必要があり、特に光量を多く取れないピンホー
ルと組み合せた場合は非常に不利な状況となる。
As described in JP-A-6-42919, there is one using a PSD and a light shielding means. PS
D is suitable for light emitting region detection, but it is necessary to obtain a thin film having high uniformity in order to obtain an accurate current value without error from each of the 2 to 4 terminals. Therefore, the yield in the manufacturing process is reduced and the increase in cost is greatly affected. Therefore, replacement with a simple device is required. Further, in order to obtain an accurate current value, it is necessary to increase the amount of light to be emitted, which is extremely disadvantageous especially when combined with a pinhole that cannot obtain a large amount of light.

【0007】一方、3次元の位置検出技術として、商品
名「FASTRAK」(日商エレクトロニクス)、商品
名「3D MOUSE」(旭エレクトロニクス)などが
商品として発売されている。商品名「FASTRAK」
は、磁場を用いるものであり、測定範囲が3m程度と広
範囲であるが、測定範囲およびその2倍程度の距離内に
磁性体が存在する場合には、磁場が歪められ、補正不可
能な誤差が残るため、測定条件が限定される。商品名
「3D MOUSE」は、超音波を用いるものである
が、周辺の物体からの超音波の反射によるノイズが多く
発生し、やはり測定条件が限定される。
On the other hand, as a three-dimensional position detecting technique, a product name "FASTRAK" (Nissho Electronics), a product name "3D MOUSE" (Asahi Electronics) and the like are on sale. Product name "FASTRAK"
Uses a magnetic field, and the measurement range is as wide as about 3 m. However, when a magnetic substance exists within the measurement range and a distance about twice the measurement range, the magnetic field is distorted and an uncorrectable error occurs. Remains, the measurement conditions are limited. The product name "3D MOUSE" uses ultrasonic waves, but a lot of noise is generated due to the reflection of ultrasonic waves from surrounding objects, and the measurement conditions are also limited.

【0008】また、もう1つの大きな問題点として、光
によって3次元位置検出をする場合、回転物体や微小領
域等、光源の取り付けができない対象物については、位
置検出が不可能である。カメラの測距装置においては、
対象物からの反射光を利用して、比較的簡単な構造のデ
バイスによって距離を測定している。しかし、1次元位
置しか測定できず、3次元位置検出への拡張は簡単でな
い。
Another problem is that when light is used for three-dimensional position detection, it is impossible to detect the position of an object to which a light source cannot be attached, such as a rotating object or a minute area. In the range finder of the camera,
The reflected light from the object is used to measure the distance with a device having a relatively simple structure. However, only one-dimensional position can be measured, and extension to three-dimensional position detection is not easy.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、厳密な微調整が不要でかつ
低コストの部品を用い、光源を取り付けにくい対象物に
ついても位置検出および位置変化検出をすることができ
る位置検出装置および位置変化検出装置を提供すること
を目的とする。光の直進性と光電変換素子の特性を十分
に活かし、光源,光電変換素子,遮光手段などで構成さ
れる簡易なデバイスを使用して位置検出および位置変化
検出を行なうことができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and uses a low-cost component that does not require strict fine adjustment and detects the position of an object to which a light source is difficult to attach. An object of the present invention is to provide a position detection device and a position change detection device that can detect a position change. The position detection and the position change detection can be performed using a simple device including a light source, a photoelectric conversion element, a light shielding means, etc., by fully utilizing the straightness of light and the characteristics of the photoelectric conversion element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
おいては、位置検出装置において、光の照射を受ける対
象物の位置を該対象物からの反射光を少なくとも1つの
位置検出デバイスで検出する位置検出装置において、前
記位置検出デバイスは、前記対象物からの反射光を遮光
する遮光手段と、少なくとも1つの第1の光電変換手段
を有し、第1の光電変換手段は、前記遮光手段により前
記対象物の位置に応じて前記反射光の一部が遮光される
位置に設置されることを特徴とするものである。さら
に、請求項2に記載の発明においては、請求項1に記載
の位置検出装置において、前記位置検出デバイスは、少
なくとも1つの第2の光電変換手段を有し、第2の光電
変換手段は、前記遮光手段により前記反射光が遮光され
ることのない位置に設置されることを特徴とするもので
ある。
According to a first aspect of the present invention, in a position detecting device, the position of an object to be irradiated with light is detected by at least one position detecting device for reflected light from the object. In the position detecting device, the position detecting device includes a light shielding unit that shields the reflected light from the object and at least one first photoelectric conversion unit, and the first photoelectric conversion unit is the light shielding unit. Is installed at a position where a part of the reflected light is shielded according to the position of the object. Further, in the invention described in claim 2, in the position detection device according to claim 1, the position detection device has at least one second photoelectric conversion means, and the second photoelectric conversion means includes: It is characterized in that it is installed at a position where the reflected light is not blocked by the light blocking means.

【0011】請求項3に記載の発明においては、位置検
出装置において、光の照射を受ける対象物の位置を該対
象物からの反射光を少なくとも1つの位置検出デバイス
で検出する位置検出装置において、前記位置検出デバイ
スは、対象物からの反射光を反射する反射手段と、前記
反射光を遮光する遮光手段と、少なくとも1つの第1の
光電変換手段を有し、第1の光電変換手段は、前記反射
手段または前記遮光手段の少なくとも1つの手段により
前記対象物の位置に応じて前記反射光の一部が反射また
は遮光される位置に設置されることを特徴とするもので
ある。さらに、請求項4に記載の発明においては、請求
項3に記載の位置検出装置において、前記位置検出デバ
イスは、少なくとも1つの第2の光電変換手段を有し、
第2の光電変換手段は、前記反射手段および前記遮光手
段により前記反射光が遮光および反射されることのない
位置に設置されることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the position detecting device, the position detecting device detects the position of the object to which light is irradiated by the reflected light from the object by at least one position detecting device, The position detection device includes a reflection unit that reflects the reflected light from the object, a light shielding unit that shields the reflected light, and at least one first photoelectric conversion unit, and the first photoelectric conversion unit includes: At least one of the reflecting means or the light shielding means is installed at a position where a part of the reflected light is reflected or shielded according to the position of the object. Further, in the invention according to claim 4, in the position detecting device according to claim 3, the position detecting device has at least one second photoelectric conversion means,
The second photoelectric conversion means is installed at a position where the reflected light is not shielded or reflected by the reflecting means and the light shielding means.

【0012】請求項5に記載の発明においては、請求項
1ないし4のいずれか1項に記載の位置検出装置におい
て、前記光を照射する光源を有することを特徴とするも
のである。請求項6に記載の発明においては、請求項1
ないし5のいずれか1項に記載の位置検出装置におい
て、前記反射光の光電変換出力に基づいて前記対象物の
位置を演算する位置演算手段を有することを特徴とする
ものである。請求項7に記載の発明においては、請求項
1ないし6のいずれか1項に記載の位置検出装置におい
て、前記対象物の少なくとも一部に反射領域が設けら
れ、該反射領域で反射される反射光を前記少なくとも1
つの位置検出デバイスで検出することを特徴とするもの
である。
According to a fifth aspect of the present invention, the position detecting device according to any one of the first to fourth aspects is characterized in that it has a light source for irradiating the light. In the invention described in claim 6, claim 1
The position detection device according to any one of items 1 to 5, further comprising a position calculation unit that calculates a position of the object based on a photoelectric conversion output of the reflected light. According to a seventh aspect of the present invention, in the position detection device according to any one of the first to sixth aspects, at least a part of the object is provided with a reflection area, and the reflection area is reflected by the reflection area. Light at least 1
It is characterized by detecting with one position detection device.

【0013】請求項8に記載の発明においては、請求項
7に記載の位置検出装置において、前記対象物は感光体
であり、電子写真記録機構における位置検出装置である
ことを特徴とするものである。請求項9に記載の発明に
おいては、請求項7に記載の位置検出装置において、前
記対象物はレンズまたはレンズ支持体であり、レンズ移
動機構における位置検出装置であることを特徴とするも
のである。請求項10に記載の発明においては、請求項
7に記載の位置検出装置において、前記対象物は透明基
板であり、前記透明基板の片面側に前記反射領域が設け
られ、前記透明基板の他面側に前記少なくとも1つの位
置検出デバイスが設けられることを特徴とするものであ
る。
According to an eighth aspect of the present invention, in the position detecting device according to the seventh aspect, the object is a photoconductor and is a position detecting device in an electrophotographic recording mechanism. is there. According to a ninth aspect of the invention, in the position detecting device according to the seventh aspect, the object is a lens or a lens support, and is a position detecting device in a lens moving mechanism. . According to a tenth aspect of the invention, in the position detecting device according to the seventh aspect, the object is a transparent substrate, the reflective region is provided on one side of the transparent substrate, and the other surface of the transparent substrate is provided. It is characterized in that the at least one position detection device is provided on the side.

【0014】請求項11に記載の発明においては、請求
項1ないし6のいずれか1項に記載の位置検出装置にお
いて、前記対象物自体の表面が反射表面であり、該反射
表面で反射される反射光を前記少なくとも1つの位置検
出デバイスで検出することを特徴とするものである。さ
らに、請求項12に記載の発明においては、請求項11
に記載の位置検出装置において、前記対象物は反射表面
を有する紙であり、紙の位置検出装置であることを特徴
とするものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the position detecting device according to any one of the first to sixth aspects, the surface of the object itself is a reflecting surface and is reflected by the reflecting surface. The reflected light is detected by the at least one position detection device. Furthermore, in the invention described in claim 12,
In the position detecting device according to the item (1), the object is a paper having a reflecting surface and is a paper position detecting device.

【0015】請求項13に記載の発明においては、請求
項5または6に記載の位置検出装置において、前記対象
物の複数の領域を前記光源で順次照射する照射手段を有
し、順次の照射に同期して前記複数の領域の位置検出出
力を得ることを特徴とするものである。請求項14に記
載の発明においては、請求項5または6に記載の位置検
出装置において、前記光源は前記対象物の複数の領域を
前記領域ごとに照射光の特性を異ならせて照射するもの
であり、前記反射光の特性に基づいて前記複数の領域の
位置検出出力を得ることを特徴とするものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the position detecting apparatus according to the fifth or sixth aspect, there is provided an irradiation means for sequentially irradiating a plurality of regions of the object with the light source. It is characterized in that position detection outputs of the plurality of areas are obtained in synchronization. According to a fourteenth aspect of the present invention, in the position detecting device according to the fifth or sixth aspect, the light source irradiates a plurality of regions of the target object with different characteristics of irradiation light for each of the regions. It is characterized in that position detection outputs of the plurality of regions are obtained based on the characteristics of the reflected light.

【0016】請求項15に記載の発明においては、位置
変化検出装置において、請求項1ないし14のいずれか
1項に記載の位置検出装置と、前記位置検出装置の出力
に基づいて前記対象物の速度,加速度,角速度等の位置
変化量を演算する位置変化演算手段を有することを特徴
とするものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the position change detecting device, the position detecting device according to any one of the first to fourteenth aspects and the object based on the output of the position detecting device. It is characterized by having a position change calculation means for calculating a position change amount such as velocity, acceleration, angular velocity and the like.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1ないし図3は、本発明の位置
検出装置の概要説明図であり、図1は、拡散光を反射領
域に照射するものにおいて、図2は、細い光束を反射領
域に照射するものにおいて、図3は、対象物に複数の反
射領域があるものにおいて、光源、対象物の反射領域、
光電変換素子の位置関係を示す概要説明図である。図
中、1,5,7は光源、2,6,8は反射領域、3は位
置検出デバイス、4は小孔である。
1 to 3 are schematic explanatory views of a position detecting device of the present invention. FIG. 1 shows a case in which diffused light is applied to a reflection area, and FIG. FIG. 3 shows a light source, a reflection area of an object, and a reflection area of an object.
It is a schematic explanatory drawing which shows the positional relationship of a photoelectric conversion element. In the figure, 1, 5 and 7 are light sources, 2, 6 and 8 are reflection areas, 3 is a position detection device, and 4 is a small hole.

【0018】図1において、対象物の一部の領域に反射
率の良い反射領域2がある。光源1からの光は拡散光で
あり、その拡散光によって照射される反射領域2が仮想
的な光源となり、反射領域2の対象物の位置を光電変換
素子を内蔵する位置検出デバイス3によって検出する。
In FIG. 1, there is a reflective area 2 having a high reflectance in a partial area of the object. The light from the light source 1 is diffused light, and the reflection area 2 illuminated by the diffused light serves as a virtual light source, and the position of the object in the reflection area 2 is detected by the position detection device 3 including a photoelectric conversion element. .

【0019】光源1はスポット状の点光源またはこれに
近いものが望ましく、例えば、小型の赤外LEDを用い
る。光源は主に赤外光を発光するものがよい。赤外光は
一般的な作業環境において外乱光として比較的少ない波
長であり、さらに、位置検出デバイス3内の光電変換素
子の前に赤外透過フィルタを設ければ外乱光をより効率
よく除去する作用を有している。
The light source 1 is preferably a spot-shaped point light source or a light source close to this, for example, a small infrared LED is used. It is preferable that the light source mainly emits infrared light. Infrared light has a relatively small wavelength as disturbance light in a general work environment, and if an infrared transmission filter is provided in front of the photoelectric conversion element in the position detection device 3, the disturbance light can be removed more efficiently. Has an effect.

【0020】光源1をパルス点灯し、光パルスを所定周
期で発生させるように光強度変調すると、位置検出デバ
イス3内において光電変換素子の出力からオフセット成
分として現われるような外乱光の除去ができる。光源1
におけるパルスに同期して光電変換素子の出力を取り込
むと、外乱光の除去に一層好適である。
When the light source 1 is pulse-lighted and the light intensity is modulated so that a light pulse is generated at a predetermined cycle, disturbance light that appears as an offset component from the output of the photoelectric conversion element in the position detection device 3 can be removed. Light source 1
Taking in the output of the photoelectric conversion element in synchronism with the pulse in is more suitable for removing ambient light.

【0021】反射領域2は、光を拡散するものが望まし
い。拡散しないで正反射により一定方向に偏った反射光
を発すると、その方向に光電変換素子がない場合に位置
検出ができない。反射板または反射塗料またはメッキが
対象物の少なくとも一部に設けられるか、対象物自体の
一部の表面または全表面が反射表面になっていてもよ
い。
The reflective area 2 is preferably one that diffuses light. If the reflected light that is not diffused and is deviated in a certain direction by regular reflection is generated, position detection cannot be performed without a photoelectric conversion element in that direction. A reflector or a reflective paint or plating may be provided on at least a part of the object, or a part or the whole surface of the object itself may be a reflective surface.

【0022】位置検出デバイス3としては、光源の位置
を検出できるものであれば、従来の位置検出デバイスを
用いることもできるが、本発明の実施の形態では、光の
直進性と光電変換素子の特性を十分に生かした簡易なデ
バイスの組合せからなるものを用いる。位置検出デバイ
ス3は、図4ないし図11を参照して後述するため、こ
こでは要約して説明する。反射領域2からの反射光を光
電変換素子で受光すると、光電変換素子では、遮光手段
によって反射光の来る方向に依存して受光面積が変化
し、この面積に応じた光量を電圧に変換し、電圧値を演
算することによって、反射領域2の1次元位置や2次元
位置、3次元位置を検出することができる。
As the position detecting device 3, a conventional position detecting device may be used as long as it can detect the position of the light source, but in the embodiment of the present invention, the linearity of light and the photoelectric conversion element are used. A device consisting of a combination of simple devices that fully utilize the characteristics is used. The position detection device 3 will be described later with reference to FIGS. 4 to 11, and thus will be summarized here. When the photoelectric conversion element receives the reflected light from the reflection region 2, the light receiving area of the photoelectric conversion element changes depending on the direction in which the reflected light comes in the photoelectric conversion element, and the light amount corresponding to this area is converted into a voltage, By calculating the voltage value, the one-dimensional position, the two-dimensional position, and the three-dimensional position of the reflection area 2 can be detected.

【0023】受光量は、反射領域2の位置以外の要因で
ある、反射領域2と光電変換素子間の距離、反射光の方
向、反射率などに依存するため、基準となる光電変換素
子を設けることが望ましく、そのため、通常は、遮光手
段を設けない第2の光電変換素子を1個設けて、反射領
域2からの光を受光してこれを基準とする。特に、上記
複数の光電変換素子を略同一平面内に設置することによ
って、組立て時の位置合わせの簡略化および演算式の簡
素化を実現することができる。
Since the amount of received light depends on factors other than the position of the reflection area 2, such as the distance between the reflection area 2 and the photoelectric conversion element, the direction of reflected light, and the reflectance, a photoelectric conversion element serving as a reference is provided. Therefore, normally, one second photoelectric conversion element having no light shielding means is provided, and light from the reflection region 2 is received and used as a reference. In particular, by arranging the plurality of photoelectric conversion elements in substantially the same plane, it is possible to realize simplification of alignment during assembly and simplification of arithmetic expressions.

【0024】図2において、光源1からの出射光は絞り
等の小孔4で細い光束に絞られ、その光束上にある対象
物に反射領域2がある。出射光が細く絞られているた
め、反射領域2が広範囲にわたっていてもよく、出射光
を反射する対象物の位置を光電変換素子を内蔵する位置
検出デバイス3によって検出する。
In FIG. 2, the light emitted from the light source 1 is narrowed into a thin light beam by a small hole 4 such as a diaphragm, and the object on the light beam has a reflection area 2. Since the emitted light is narrowed down, the reflection area 2 may extend over a wide range, and the position of the object that reflects the emitted light is detected by the position detection device 3 having a built-in photoelectric conversion element.

【0025】図3において、対象物の複数の一部領域に
反射領域2,6,8を設け、これらからの反射光によ
り、複数の反射領域2,6,8の位置を光電変換素子を
内蔵する位置検出デバイス3によって順次検出する。反
射領域が複数箇所にあるため、対象物の形状を測定する
こともできる。
In FIG. 3, reflection areas 2, 6, 8 are provided in a plurality of partial areas of the object, and photoelectric conversion elements are built in the positions of the reflection areas 2, 6, 8 by reflected light from these areas. The position detecting device 3 is sequentially detected. Since there are a plurality of reflection areas, the shape of the object can be measured.

【0026】光源1で反射領域2を照射し、次に光源5
で反射領域6を照射し、最後に光源7で反射領域8を照
射する。光源側から同期信号を送るなどして、位置検出
デバイス3内またはこれに接続される情報処理装置にお
ける演算処理回路において、光源1,5,7の発光の切
換に対応して光電変換素子の出力の切換を行なうことに
より、対象物の複数の反射領域2,6,8の位置を個別
に検出する。あるいは、光源1,5,7の光の波長を異
ならせ、各反射領域2,6,8からの反射光の波長を変
え、位置検出デバイス3が光の波長ごとに位置検出して
もよい。例えば、カラーフィルタにより光源の波長を異
ならせたり、反射光の波長を選択することができる。
The light source 1 illuminates the reflective area 2 and then the light source 5
The reflective area 6 is illuminated with and finally the reflective area 8 is illuminated with the light source 7. In the arithmetic processing circuit in the position detecting device 3 or in the information processing apparatus connected to the same by sending a synchronization signal from the light source side, the output of the photoelectric conversion element corresponding to the switching of light emission of the light sources 1, 5 and 7. The positions of the plurality of reflection areas 2, 6 and 8 of the object are individually detected by switching the above. Alternatively, the light wavelengths of the light sources 1, 5, and 7 may be different, the wavelengths of the reflected light from the reflection regions 2, 6, and 8 may be changed, and the position detection device 3 may detect the position for each wavelength of the light. For example, the wavelength of the light source can be changed by the color filter, or the wavelength of the reflected light can be selected.

【0027】パルス光を用いる場合には、光源1,5,
7のパルス周期を異ならせ、位置検出デバイス3内また
はこれに接続される情報処理装置において、パルス周期
ごとに光電変換素子の出力を分離することにより、対象
物の複数の反射領域2,6,8の位置を個別に検出する
ことが可能である。上述した光源の発光時点、光の波
長、パルス周期の中から、2つ以上を組み合わせて複数
の反射領域2,6,8の位置を個別に検出することも可
能である。
When pulsed light is used, the light sources 1, 5,
In the information processing apparatus in or connected to the position detection device 3, the pulse periods of 7 are different, and the output of the photoelectric conversion element is separated for each pulse period, so that a plurality of reflection regions 2, 6, 6 of the object are obtained. It is possible to detect the 8 positions individually. It is also possible to individually detect the positions of the plurality of reflection regions 2, 6, and 8 by combining two or more of the above-described light emission point of the light source, the wavelength of light, and the pulse period.

【0028】3個の光源1,5,7を1個の光源に置き
換えることも可能である。例えば、1個の光源1の照射
方向をミラー等により走査して反射領域2,6,8を順
次照射するか、光源1の出射光を透過波長の異なる3個
のカラーフィルタに個別に通し、反射領域2,6,8ご
とに照射される光の波長を異ならせるか、反射領域2,
6,8ごとに反射面を着色し反射光の波長が異なるよう
にすればよい。
It is also possible to replace the three light sources 1, 5, 7 with one light source. For example, the irradiation direction of one light source 1 is scanned by a mirror or the like to sequentially irradiate the reflection areas 2, 6 and 8, or the emitted light of the light source 1 is individually passed through three color filters having different transmission wavelengths. The wavelength of the light to be radiated is made different for each of the reflection areas 2, 6 and 8.
The reflecting surface may be colored for each of 6 and 8 so that the wavelength of the reflected light is different.

【0029】図1ないし図3において、反射領域2に代
えて対象物に光源1を設け、位置検出デバイス3で光源
1の位置を検出しても対象物の位置検出および位置変化
検出ができる。これと比較して、反射領域2を用いるも
のでは、反射領域2に必要な大きさおよび形状が厳しく
なく、また、給電線や信号線などを必要としない。した
がって、対象物が小さくてもよく、対象物の任意の場所
に設けることも容易であり、また、移動物体や回転物体
など固定的に設置されていないものでも問題がない。そ
の結果、光源を取り付けにくい対象物についても位置検
出および位置変化検出が可能となる。
1 to 3, even if the light source 1 is provided on the object instead of the reflection area 2 and the position of the light source 1 is detected by the position detection device 3, the position and position change of the object can be detected. On the other hand, in the case where the reflective area 2 is used, the size and shape required for the reflective area 2 are not strict, and the power supply line and the signal line are not required. Therefore, the target object may be small, and it is easy to provide the target object at any place, and there is no problem even if the target object is not fixedly installed such as a moving object or a rotating object. As a result, it becomes possible to detect the position and the position change of the object to which the light source is difficult to attach.

【0030】図1ないし図3においては、光源1を位置
検出デバイス3から離して設置したが、両者を1つのパ
ッケージに収容し、さらに、プリント基板等へ実装する
ために従来のICと同様の外部接続ピンを設けてもよ
い。典型的には、反射領域2を有する対象物,光源1,
位置検出デバイス3が固定的に設置される。しかし、反
射領域2と位置検出デバイス3間の相対位置を検出する
ものであるため、反射領域2を有する対象物が移動体
で、光源1および位置検出デバイス3を固定的に設置し
たり、反射領域2を有する対象物が固定され位置検出デ
バイス3が移動体側にあるものでもよい。光源1も固定
される必要はない。
1 to 3, the light source 1 is installed separately from the position detection device 3, but both are housed in one package and further mounted on a printed circuit board or the like in the same manner as a conventional IC. External connection pins may be provided. Typically, the object having the reflective area 2, the light source 1,
The position detection device 3 is fixedly installed. However, since the relative position between the reflection area 2 and the position detection device 3 is detected, the object having the reflection area 2 is a moving body, and the light source 1 and the position detection device 3 are fixedly installed or reflected. The object having the area 2 may be fixed and the position detection device 3 may be on the moving body side. The light source 1 also need not be fixed.

【0031】図1ないし図3においては、位置検出デバ
イス3を1個使用したが、複数個を併用し、複数の出力
を用いて位置検出精度を上げることもできる。位置検出
デバイス3内の光電変換素子の出力を比較して、その最
大値等の基準をもとに1つ以上の位置検出デバイスを選
出して、選出された位置検出デバイスが有する光電変換
素子の出力の平均値等の演算によって、前記反射領域2
の位置を求めることができる。
Although one position detecting device 3 is used in FIGS. 1 to 3, it is also possible to improve the position detection accuracy by using a plurality of position detecting devices 3 in combination. The outputs of the photoelectric conversion elements in the position detection device 3 are compared with each other, one or more position detection devices are selected based on the maximum value or the like, and the photoelectric conversion elements included in the selected position detection devices are selected. The reflection area 2 is calculated by calculating the average value of the output.
Can be obtained.

【0032】さらに、位置検出デバイス3を用いて位置
の検出をし、所定時間後に再度位置の検出をすることに
より位置の変化が検出できる。同様にして、位置の検出
出力に基づいて反射領域2の速度,加速度,角速度等の
位置変化量を演算することができる。また、位置検出装
置を応用して、検出した対象物の反射領域2の位置をC
RT画面等にカーソル等として表示することができる。
その際、位置検出デバイス3内の光電変換素子の1個以
上の出力の合計または平均値等を演算し、その結果が予
め設定した値の範囲外となった場合に、カーソルの表示
を中止してもよい。
Further, the position change can be detected by detecting the position using the position detecting device 3 and again after a predetermined time. Similarly, it is possible to calculate the amount of position change such as the velocity, acceleration, angular velocity, etc. of the reflection area 2 based on the detected output of the position. In addition, the position of the detected reflection area 2 of the object is detected by applying a position detecting device to C
It can be displayed as a cursor or the like on the RT screen or the like.
At that time, the sum or average value of the outputs of one or more photoelectric conversion elements in the position detection device 3 is calculated, and when the result is out of the preset value range, the cursor display is stopped. May be.

【0033】次に、図4ないし図11を参照して、位置
検出デバイス3の詳細を説明する。光源1と反射領域2
の記載は省略し、位置検出デバイス3から見たとき反射
領域2が実質的に光源となるため、これを光源18とし
て説明する。
Next, the position detecting device 3 will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 11. Light source 1 and reflection area 2
The description is omitted, and since the reflection region 2 substantially serves as a light source when viewed from the position detection device 3, this will be described as the light source 18.

【0034】図4は、位置検出デバイスの第1の基本構
成の平面図である。図5(A)は、図4のx−y平面の
断面図、図5(B)は、図5(A)における光源と各部
の位置関係を示す説明図である。図6(A)は、図4の
x−z平面の断面図であり、図6(B)は、図6(A)
における光源と各部の位置関係を示す説明図である。図
中、11〜13は第1の光電変換素子、14は第2の光
電変換素子、15〜17は遮光板、18は光源、19は
原点である。
FIG. 4 is a plan view of the first basic structure of the position detecting device. 5A is a cross-sectional view taken along the xy plane of FIG. 4, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing the positional relationship between the light source and each part in FIG. 5A. 6A is a cross-sectional view of the xz plane of FIG. 4, and FIG. 6B is FIG. 6A.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the light source and each part in FIG. In the figure, 11 to 13 are first photoelectric conversion elements, 14 is a second photoelectric conversion element, 15 to 17 are light shielding plates, 18 is a light source, and 19 is an origin.

【0035】この第1の基本構成は、光源18からの光
を遮光する遮光板15〜17により光源18の位置に応
じて光の一部が遮光される位置に、第1の光電変換素子
11〜13が設置される3次元位置検出装置である。さ
らに、遮光板15〜17により光源18からの光が遮光
されることのない位置に、第2の光電変換素子14が設
置されるものである。
In the first basic structure, the first photoelectric conversion element 11 is provided at a position where a part of light is shielded by the light shielding plates 15 to 17 which shield the light from the light source 18 according to the position of the light source 18. It is a three-dimensional position detection device in which ~ 13 are installed. Further, the second photoelectric conversion element 14 is installed at a position where the light from the light source 18 is not blocked by the light blocking plates 15 to 17.

【0036】図4に示すように、説明を簡単にするた
め、3個の第1の光電変換素子11〜13と1個の第2
の光電変換素子14が、同一のy−z平面上に設置さ
れ、これらはy軸またはz軸方向に端を有する同一の矩
形であるとする。この平面からx方向に所定距離hだけ
離間した平面上に、第1の光電変換素子11〜13のそ
れぞれに対応して遮光板15〜17が設置され、これら
はy軸またはz軸方向に端を有する同一の矩形であると
する。
As shown in FIG. 4, in order to simplify the explanation, three first photoelectric conversion elements 11 to 13 and one second photoelectric conversion element 11 to 13 are used.
The photoelectric conversion elements 14 are installed on the same yz plane, and these are the same rectangle having an end in the y-axis or z-axis direction. Light-shielding plates 15 to 17 are installed corresponding to the respective first photoelectric conversion elements 11 to 13 on a plane separated from the plane by a predetermined distance h in the x direction, and these are shielded in the y-axis or z-axis direction. Are the same rectangle with.

【0037】第1の光電変換素子11および遮光板15
の組は、第1の光電変換素子12および遮光板16の組
とy軸方向に対向し、これに直交して、z軸方向に第2
の光電変換素子14と、第1の光電変換素子13および
遮光板17の組とが対向して設置されている。第2の光
電変換素子14は、第1の光電変換素子11〜13と同
一の矩形とする。
The first photoelectric conversion element 11 and the light shielding plate 15
Of the first photoelectric conversion element 12 and the light shielding plate 16 are opposed to each other in the y-axis direction and are orthogonal to the second set in the z-axis direction.
The photoelectric conversion element 14 and the set of the first photoelectric conversion element 13 and the light shielding plate 17 are installed to face each other. The second photoelectric conversion element 14 has the same rectangular shape as the first photoelectric conversion elements 11 to 13.

【0038】図5(A),図6(A)に示すように、光
源18からの無指向性の光は、遮光板15〜17を介し
て第1の光電変換素子11〜13で受光され、遮光板1
5〜17を介さずに第2の光電変換素子14の全面で受
光される。このとき、第1の光電変換素子11〜13に
おいては、光の入射方向、言い換えれば、第1の光電変
換素子11〜13の各位置から光源18を見たときの立
体角に依存して、遮光板15〜17の影になる遮光領域
が変化することにより、受光領域の面積が変化する。図
中、第1の光電変換素子11〜13の遮光領域は、黒く
塗りつぶされている。
As shown in FIGS. 5A and 6A, the non-directional light from the light source 18 is received by the first photoelectric conversion elements 11 to 13 via the light shielding plates 15 to 17. , Light shield 1
The light is received on the entire surface of the second photoelectric conversion element 14 without passing through 5 to 17. At this time, in the first photoelectric conversion elements 11 to 13, depending on the incident direction of light, in other words, depending on the solid angle when the light source 18 is viewed from each position of the first photoelectric conversion elements 11 to 13, The area of the light receiving area changes due to the change of the light shielding area that is shaded by the light shielding plates 15 to 17. In the figure, the light shielding regions of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 are filled with black.

【0039】第1の光電変換素子11〜13は、この受
光面積に応じた総光量を電流または電圧に変換して出力
する。第1の光電変換素子11〜13の光電流を電流電
圧変換部を通して電圧に変換してもよい。各第1の光電
変換素子11〜13から得られる電流値または電圧値を
演算することによって、光源18の1次元位置や2次元
位置、または3次元位置を検出することができる。第1
の光電変換素子の個数は、光源18の1次元上の位置を
検出する場合には1個、2次元上の位置を検出する場合
には2個、3次元上の位置を検出する場合には3個でよ
い。
The first photoelectric conversion elements 11 to 13 convert the total amount of light corresponding to the light receiving area into a current or a voltage and output it. The photocurrents of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 may be converted into voltages through the current / voltage conversion unit. By calculating the current value or the voltage value obtained from each of the first photoelectric conversion elements 11 to 13, the one-dimensional position, the two-dimensional position, or the three-dimensional position of the light source 18 can be detected. First
The number of photoelectric conversion elements is 1 when detecting the one-dimensional position of the light source 18, two when detecting the two-dimensional position, and two when detecting the three-dimensional position. Three is enough.

【0040】本発明は、後述する他の実施の形態を含
め、レンズを用いないため、焦点距離や収差を考慮した
設計を必要とせず、組立て時の調整の困難さもない。ま
た、ピンホールやスリットとは異なり、単に第1の光電
変換素子11〜13の一端からの遮光という方法をとっ
ているため、受光面積を大きくとることができる。その
結果、光量も大きく、遠方を含む広範囲での位置検出を
行うことが可能となる。
Since the present invention, including other embodiments described later, does not use a lens, there is no need for a design considering the focal length and aberrations, and there is no difficulty in adjustment during assembly. Further, unlike the pinholes and slits, since the method of simply shielding light from one end of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 is adopted, a large light receiving area can be taken. As a result, the amount of light is large, and it becomes possible to perform position detection in a wide range including a distant place.

【0041】なお、図5(A),図5(B)は、x−y
平面の断面図であるから、z=0である一断面を表わす
にすぎないが、x−y平面に平行な他の断面において
も、第1の光電変換素子11,12と、遮光板15,1
6や光源18との断面上の位置および角度関係は同様で
ある。光源18の位置の座標は、図4においては(x,
y,z)で表わされているが、このような断面上では、
光源18の位置のz座標に無関係に位置および角度関係
が決まるため、図5(A),(B)においては、光源1
8の位置の座標を(x,y)として示している。
Note that FIG. 5A and FIG. 5B show xy
Since it is a cross-sectional view of a plane, it only represents one cross section where z = 0, but in other cross sections parallel to the xy plane, the first photoelectric conversion elements 11 and 12 and the light shielding plate 15, 1
6 and the light source 18 have the same position and angle relationship on the cross section. The coordinates of the position of the light source 18 are (x,
y, z), but on such a cross section,
Since the position and the angular relationship are determined regardless of the z coordinate of the position of the light source 18, in FIG.
The coordinates of the position 8 are shown as (x, y).

【0042】同様に、図6(A),図6(B)は、y=
0であるx−z平面の断面図であるが、x−z平面に平
行な他の断面においても、第1の光電変換素子13と、
遮光板17や光源18との断面上の位置および角度関係
は同様である。光源18の位置の座標も、このような断
面上では、y座標に無関係に位置および角度関係が決ま
るため、図6(A),(B)においては、光源18の位
置の座標を(x,z)として示している。
Similarly, in FIG. 6 (A) and FIG. 6 (B), y =
It is a cross-sectional view of the xz plane which is 0, but in the other cross section parallel to the xz plane, the first photoelectric conversion element 13 and
The cross-sectional position and angular relationship with the light-shielding plate 17 and the light source 18 are the same. Since the position and angular relationship of the position of the light source 18 is determined regardless of the y coordinate on such a cross section, the coordinates of the position of the light source 18 are represented by (x, z).

【0043】しかし、第1の光電変換素子11〜13の
受光面においては、受光領域においても、光源18から
の距離および光の入射する方向、光源18の照射光の強
度等に依存して単位面積当たりの光量が変化するため、
この変化も第1の光電変換素子11〜13の出力に表わ
れる。その結果、光の入射する方向と受光面積との関係
に基づいて光源18の位置を検出する際には、誤差が生
じる。このため、光源18からの光を全面で受光する第
2の光電変換素子14が設置され、この出力を用いて、
光源18からの距離および光の入射する方向、光源18
の照射光の強度等に依存する単位面積当たりの光量の変
化等を補償することができる。
However, in the light receiving surface of each of the first photoelectric conversion elements 11 to 13, even in the light receiving region, the unit depends on the distance from the light source 18, the direction of incidence of light, the intensity of light emitted from the light source 18, and the like. Since the amount of light per area changes,
This change also appears in the outputs of the first photoelectric conversion elements 11 to 13. As a result, an error occurs when detecting the position of the light source 18 based on the relationship between the incident direction of light and the light receiving area. Therefore, the second photoelectric conversion element 14 that receives the light from the light source 18 over the entire surface is provided, and by using this output,
Distance from the light source 18 and direction of incidence of light, light source 18
It is possible to compensate a change in the amount of light per unit area depending on the intensity of the irradiation light.

【0044】なお、第1,第2の光電変換素子11〜1
4の位置が若干異なるため、各受光面における、上述し
た光源18からの距離等の相違に依存して、単位面積当
たりの光量が異なるが、これはわずかである。なお、こ
の実施の形態は、各受光面における光の入射する方向の
相違に依存して受光領域と遮光領域の面積比が変化する
ことを利用して位置を検出するものである。しかし、こ
の面積比は、距離hの存在により、各受光面における光
の入射する方向の相違に依存して大きく変化するため、
光の入射する方向の相違による単位面積当たりの光量の
変化の影響は相対的に小さくなる。
Incidentally, the first and second photoelectric conversion elements 11 to 1
Since the positions of 4 are slightly different, the amount of light per unit area differs depending on the difference in the distance from the light source 18 on each light receiving surface, but this is slight. In this embodiment, the position is detected by utilizing the fact that the area ratio of the light-receiving region and the light-shielding region changes depending on the difference in the light incident direction on each light-receiving surface. However, this area ratio greatly changes depending on the difference in the incident direction of light on each light receiving surface due to the existence of the distance h,
The influence of the change in the amount of light per unit area due to the difference in the incident direction of light is relatively small.

【0045】図4に示すように、第1の光電変換素子1
1〜13の原点19側の端は、本来、原点19に一致さ
せた方が演算が簡単になるが、第1の光電変換素子11
〜13は、それぞれある面積を有しているため、原点1
9から距離a1 ,a2 ,a3だけ離れて設置されるもの
とする。また、第1の光電変換素子11〜13の原点1
9側の端とこれに対向する端との間の距離をLとする。
第2の光電変換素子14も、同一の矩形としているが、
後述するように必ずしもこの必要はない。原点19から
原点19側の端までの距離についても厳密な制約はな
く、第1の光電変換素子11〜13と同一の平面上にあ
る必要もなく、これらの近傍に設置されていればよい。
As shown in FIG. 4, the first photoelectric conversion element 1
Originally, if the ends of 1 to 13 on the origin 19 side are made coincident with the origin 19, the calculation becomes easier, but the first photoelectric conversion element 11
Since ~ 13 has a certain area, the origin 1
It is assumed that they are installed at a distance of a 1 , a 2 , and a 3 from 9. In addition, the origin 1 of the first photoelectric conversion elements 11 to 13
The distance between the end on the 9 side and the end facing the end is L.
The second photoelectric conversion element 14 also has the same rectangular shape,
This is not always necessary as described later. There is no strict restriction on the distance from the origin 19 to the end on the side of the origin 19, and the distance does not have to be on the same plane as the first photoelectric conversion elements 11 to 13 and may be installed in the vicinity thereof.

【0046】図5(A),図6(A)に示すように、遮
光板15〜17は、各第1の光電変換素子11〜13か
らx軸方向に一定の距離hとなる平面上に設置され、図
4に示したように、y軸またはz軸方向に端を有する同
一の矩形であり、遮光板15,16の原点19側の端
は、原点19からy軸方向に距離A1 ,A2 、x軸方向
にhだけ離れて設置され、遮光板17の原点19側の端
は原点からz軸方向に距離A3 、x軸方向にhだけ離れ
て設置される。なお、遮光板15〜17は十分薄くされ
るか、少なくともこれらの原点19側の端が鋭いエッジ
状にされることが望ましい。
As shown in FIGS. 5 (A) and 6 (A), the light shielding plates 15 to 17 are arranged on a plane at a constant distance h in the x-axis direction from the first photoelectric conversion elements 11 to 13. As shown in FIG. 4, the same rectangular shape is installed and has ends in the y-axis or z-axis direction, and the ends of the light shields 15 and 16 on the origin 19 side are distance A 1 from the origin 19 in the y-axis direction. , A 2 , and are separated from each other by h in the x-axis direction, and the end of the shading plate 17 on the origin 19 side is separated from the origin by a distance A 3 in the z-axis direction and h in the x-axis direction. It is desirable that the light-shielding plates 15 to 17 be made sufficiently thin, or at least their ends on the side of the origin 19 are formed into sharp edges.

【0047】また、第1の光電変換素子11において、
受光領域と遮光領域の境界線は、原点よりd1 の距離に
あるとする。同様に、第1の光電変換素子12における
境界線は、d2 の距離、第1の光電変換素子13におけ
る境界線は、d3 の距離にあるとする。したがって、光
がy−z平面に垂直に入射するような、例えば、光源1
8が、原点19を通りy−z平面に垂直な軸上の十分遠
方にある場合には、光電変換素子11〜13の受光面上
が、それぞれ、原点19からd1 =A1 ,d2=A2
3 =A3 の位置を境界線として、受光領域と遮光領域
に分けられることになる。
In the first photoelectric conversion element 11,
It is assumed that the boundary line between the light receiving area and the light shielding area is at a distance of d 1 from the origin. Similarly, the boundary line in the first photoelectric conversion element 12 is at a distance of d 2 , and the boundary line in the first photoelectric conversion element 13 is at a distance of d 3 . Thus, for example, the light source 1 is such that light is incident normal to the yz plane.
8 is sufficiently far on the axis passing through the origin 19 and perpendicular to the y-z plane, the light receiving surfaces of the photoelectric conversion elements 11 to 13 are d 1 = A 1 and d 2 respectively from the origin 19. = A 2 ,
With the position of d 3 = A 3 as a boundary line, the light receiving region and the light shielding region are divided.

【0048】次に、図5(B),図6(B)を用い、各
部の位置と光源18の位置との関係を数式を用いて説明
する。光源18から第1の光電変換素子11〜13への
光路を基に三角形の相似を利用して、境界線の原点から
の距離d1 〜d3 を求める。まず、図5(B)におい
て、次式が成り立つ。
Next, the relationship between the position of each part and the position of the light source 18 will be described using mathematical expressions with reference to FIGS. 5B and 6B. Based on the optical path from the light source 18 to the first photoelectric conversion elements 11 to 13, the distances d 1 to d 3 from the origin of the boundary line are obtained by utilizing the similarity of the triangle. First, in FIG. 5B, the following equation is established.

【0049】(d1 −y)/x=(d1 −A1 )/h (d2 +y)/x=(d2 −A2 )/h これより、 x=−h・y/(d1 −A1 )+h・d1 /(d1 −A1 ) …(1) y=(d2 −A2 )・x/h−d2 …(2) (2)式を(1)式に代入すると、 x=h・(d1 +d2 )/(d1 +d2 −A1 −A2 ) …(3) (3)式を(2)式に代入すると、 y=(A1 ・d2 −A2 ・d1 ) /(d1 +d2 −A1 −A2 ) …(4) が得られる。このように、x,yの座標が求まること
で、まず、x−y平面上の2次元での位置検出が可能と
なる。
(D 1 −y) / x = (d 1 −A 1 ) / h (d 2 + y) / x = (d 2 −A 2 ) / h From this, x = −h · y / (d 1 -A 1) + h · d 1 / (d 1 -A 1) ... (1) y = (d 2 -A 2) · x / h-d 2 ... (2) (2) equation (1) Substituting into x = h · (d 1 + d 2 ) / (d 1 + d 2 −A 1 −A 2 ) ... (3) Substituting equation (3) into equation (2) yields y = (A 1 · d 2 -A 2 · d 1) / (d 1 + d 2 -A 1 -A 2) ... (4) is obtained. As described above, by obtaining the coordinates of x and y, first, the position can be detected in two dimensions on the xy plane.

【0050】図6(B)においては、同様に、次式が成
り立つ。 (d3 +z)/x=(d3 −A3 )/h これより、 z=(d3 −A3 )・x/h−d3 …(5) (5)式を(3)式に代入すると、 z=((A1 +A2 )・d3 −A3 ・(d1 +d2 )) /(d1 +d2 −A1 −A2 ) …(6) が得られる。
Similarly, in FIG. 6B, the following equation holds. (D 3 + z) / x = (d 3 −A 3 ) / h From this, z = (d 3 −A 3 ) · x / h−d 3 (5) substituting, z = ((A 1 + A 2) · d 3 -A 3 · (d 1 + d 2)) / (d 1 + d 2 -A 1 -A 2) ... (6) is obtained.

【0051】また、各第1の光電変換素子11〜13の
出力をV1 〜V3 とし、第2の光電変換素子14の出力
をV0 とする。第1,第2の光電変換素子11〜14の
出力は、それぞれの受光領域の面積に比例するから、次
式が成り立つ。 (d1 −a1 )/L=V1 /V0 (d2 −a2 )/L=V2 /V0 (d3 −a3 )/L=V3 /V0 これより、 d1 =V1 ・(L/V0 )+a1 …(7) d2 =V2 ・(L/V0 )+a2 …(8) d3 =V3 ・(L/V0 )+a3 …(9) となる。
The outputs of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 are set to V 1 to V 3, and the output of the second photoelectric conversion element 14 is set to V 0 . Since the outputs of the first and second photoelectric conversion elements 11 to 14 are proportional to the areas of the respective light receiving regions, the following equation is established. (D 1 -a 1) / L = V 1 / V 0 (d 2 -a 2) / L = V 2 / V 0 (d 3 -a 3) / L = V 3 / V 0 From this, d 1 = V 1 · (L / V 0 ) + a 1 (7) d 2 = V 2 · (L / V 0 ) + a 2 (8) d 3 = V 3 · (L / V 0 ) + a 3 … ( 9)

【0052】(7)〜(9)式を(3)〜(6)式に代
入すると、 x=h・(V1 +V2 +(a1 +a2 )・V0 /L) /(V1 +V2 +(a1 +a2 −A1 −A2 )・V0 /L) …(10 ) y=(A1 ・V2 −A2 ・V1 +(a2 ・A1 −a1 ・A2 )・V0 /L) /(V1 +V2 +(a1 +a2 −A1 −A2 )・V0 /L) …(11 ) z=((A1 +A2 )・V3 −A3 ・(V1 +V2 ) +(a3 ・(A1 +A2 )−(a1 +a2 )・A3 )・V0 /L) /(V1 +V2 +(a1 +a2 −A1 −A2 )・V0 /L) …(12 ) によって、x,y,zの座標が求まる。
Substituting the equations (7) to (9) into the equations (3) to (6), x = h · (V 1 + V 2 + (a 1 + a 2 ) · V 0 / L) / (V 1 + V 2 + (a 1 + a 2 -A 1 -A 2) · V 0 / L) ... (10) y = (A 1 · V 2 -A 2 · V 1 + (a 2 · A 1 -a 1 · A 2) · V 0 / L ) / (V 1 + V 2 + (a 1 + a 2 -A 1 -A 2) · V 0 / L) ... (11) z = ((A 1 + A 2) · V 3 -A 3 · (V 1 + V 2) + (a 3 · (A 1 + A 2) - (a 1 + a 2) · A 3) · V 0 / L) / (V 1 + V 2 + (a 1 + a 2 −A 1 −A 2 ) · V 0 / L) (12), the coordinates of x, y, z are obtained.

【0053】実際に、第1,第2の光電変換素子11〜
14の出力V1 〜V4 を用いてx,y,z座標を求める
ための演算回路を実現する場合には、演算上の誤差を小
さくするために、第1の光電変換素子11〜13の原点
側の端部は、いずれもx−z平面内の原点から一定の距
離aの位置に配置し、遮光板15〜17の原点側の端
部、すなわち、第1の光電変換素子11〜13上に境界
線を投影する部分は、原点から平面内をy軸またはz軸
方向に一定の距離Aにある点から、さらにこの面に垂直
なx軸方向にhの位置に配置されるようにする。
Actually, the first and second photoelectric conversion elements 11 to 11
In the case of realizing an arithmetic circuit for obtaining x, y, z coordinates by using the outputs V 1 to V 4 of 14, the first photoelectric conversion elements 11 to 13 of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 are used in order to reduce an arithmetic error. The end portions on the origin side are all arranged at positions at a constant distance a from the origin in the xz plane, and the end portions on the origin side of the light shielding plates 15 to 17, that is, the first photoelectric conversion elements 11 to 13 are arranged. The part projecting the boundary line above is arranged so that it is arranged at a position at a constant distance A in the y-axis or z-axis direction in the plane from the origin, and at a position h in the x-axis direction perpendicular to this plane. To do.

【0054】すなわち、 A1 =A2 =A3 =A a1 =a2 =a3 =a として、(10)〜(12)式を以下のように簡略化す
ることが望ましい。 x=h・(V1 +V2 +2a・V0 /L) /(V1 +V2 −(2A−2a)・V0 /L) …(13) y=A・(V2 −V1 ) /(V1 +V2 −(2A−2a)・V0 /L) …(14) z=A・(2V3 −(V1 +V2 )) /(V1 +V2 −(2A−2a)・V0 /L) …(15) と表すことができる。このように、各素子の配置を工夫
することによって、簡単な回路を用いて光源の3次元位
置の検出ができる。
That is, it is desirable to simplify equations (10) to (12) as follows, assuming that A 1 = A 2 = A 3 = A a 1 = a 2 = a 3 = a. x = h · (V 1 + V 2 + 2a · V 0 / L) / (V 1 + V 2 - (2A-2a) · V 0 / L) ... (13) y = A · (V 2 -V 1) / (V 1 + V 2 - ( 2A-2a) · V 0 / L) ... (14) z = A · (2V 3 - (V 1 + V 2)) / (V 1 + V 2 - (2A-2a) · V It can be expressed as 0 / L) (15). Thus, by devising the arrangement of each element, the three-dimensional position of the light source can be detected using a simple circuit.

【0055】また、第1,第2の光電変換素子11〜1
4の出力は、演算上の誤差を小さくするために、オペア
ンプで、増幅やオフセット除去を行うことが望ましい。
演算は、電流または電圧をA/D変換によりディジタル
量に変換してからディジタル演算を行なうか、または、
オペアンプ等を用いて電流または電圧のままアナログ演
算を行なってもよい。
Further, the first and second photoelectric conversion elements 11 to 1
It is desirable that the output of 4 be amplified and offset removed by an operational amplifier in order to reduce a calculation error.
The calculation is performed by converting the current or voltage into a digital amount by A / D conversion and then performing digital calculation, or
You may perform an analog calculation with an electric current or voltage using an operational amplifier.

【0056】上述した説明では、演算を簡単にするた
め、第1,第2の光電変換素子11〜14が、同一平面
上に規則的に設置され、この平面から所定距離だけ離間
した平面上に遮光板15〜17が規則的に配置されたも
のについて説明したが、第1,第2の光電変換素子11
〜14は、必ずしも、同一平面上に規則的に配置される
必要はなく、遮光板15〜17についても同様である。
ただし、遮光板15〜17と第1の光電変換素子11〜
13とは、光源18からの光の入射方向に応じ、光の一
部が遮光される位置、例えば、第1の光電変換素子上の
受光領域と遮光領域の面積が変化するような位置に設置
し、上述した式も配置に応じて変える必要がある。
In the above description, in order to simplify the calculation, the first and second photoelectric conversion elements 11 to 14 are regularly arranged on the same plane, and are arranged on a plane separated from the plane by a predetermined distance. Although the description has been given of the case where the light shielding plates 15 to 17 are regularly arranged, the first and second photoelectric conversion elements 11
No. 14 to No. 14 do not necessarily need to be regularly arranged on the same plane, and the same applies to the light shielding plates 15 to 17.
However, the light shielding plates 15 to 17 and the first photoelectric conversion elements 11 to 11
13 is installed at a position where a part of the light is shielded according to the incident direction of the light from the light source 18, for example, at a position where the areas of the light receiving region and the light shielding region on the first photoelectric conversion element change. However, it is necessary to change the above-mentioned formula according to the arrangement.

【0057】第1の光電変換素子11〜13は、必ずし
も同一の矩形である必要がない。遮光板15〜17につ
いても同様である。それぞれの形状および大きさが互い
に異なっていても、光源18の位置からの光の入射方向
に応じて、受光領域と遮光領域の境界線が規則的に移動
するから、演算により光源18の位置座標を求めること
ができる。光源18からの光の入射方向に応じ受光面上
を受光領域と遮光領域との境界線が移動する際に、光の
入射方向に依存せずに、この境界線の形状が常に一定、
例えば、一定長の直線になるように、遮光板15〜17
および第1の光電変換素子11〜13の形状および設置
位置が定められていれば、上述した式を、そのままま
か、わずかに修正するだけで光源18の位置座標を求め
ることができる。
The first photoelectric conversion elements 11 to 13 do not necessarily have to have the same rectangular shape. The same applies to the light shielding plates 15 to 17. Even if the respective shapes and sizes are different from each other, the boundary line between the light receiving area and the light shielding area is regularly moved according to the incident direction of light from the position of the light source 18, so the position coordinates of the light source 18 are calculated. Can be asked. When the boundary line between the light receiving area and the light blocking area moves on the light receiving surface according to the incident direction of the light from the light source 18, the shape of the boundary line is always constant without depending on the incident direction of the light,
For example, the light-shielding plates 15 to 17 should be straight lines of a certain length.
If the shapes and installation positions of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 are determined, the position coordinates of the light source 18 can be obtained by directly modifying the above equation or by slightly modifying it.

【0058】また、第2の光電変換素子14は、受光領
域において光の入射方向に依存して単位面積当たりの光
量が変化することを補償するものであるから、どのよう
な形状でもよい。上述した(13)〜(15)式などに
おいては、第2の光電変換素子14の受光面の面積に応
じて、係数(V0 /L)の値を変えるだけでよい。
The second photoelectric conversion element 14 compensates for a change in the amount of light per unit area depending on the incident direction of light in the light receiving region, and therefore may have any shape. In the above equations (13) to (15) and the like, it is only necessary to change the value of the coefficient (V 0 / L) according to the area of the light receiving surface of the second photoelectric conversion element 14.

【0059】上述した説明では、第2の光電変換素子1
4を用いた場合を説明した。高精度で位置検出する場合
には、第2の光電変換素子14が必要である。しかし、
第2の光電変換素子14を用いなくても実用上差し支え
ない場合もある。単位面積当たりの光量があらかじめわ
かっている場合、例えば、光源18の検出すべき位置が
狭い範囲に限られていたり、あるいは、光源18の基準
位置からのわずかな相対位置変化を検出する場合などで
ある。逆に、光源18の検出すべき位置が十分離れた数
カ所に限られており、位置検出精度が低くてもよい場合
には、第1の光電変換素子11〜13の出力変化が大き
く、単位面積当たりの光量の変化が誤差にしかならな
い。
In the above description, the second photoelectric conversion element 1
The case where 4 is used has been described. The second photoelectric conversion element 14 is required for highly accurate position detection. But,
In some cases, there is no problem in practical use without using the second photoelectric conversion element 14. When the amount of light per unit area is known in advance, for example, the position to be detected by the light source 18 is limited to a narrow range, or when a slight relative position change from the reference position of the light source 18 is detected. is there. On the contrary, when the position of the light source 18 to be detected is limited to several places which are sufficiently distant and the position detection accuracy may be low, the output change of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 is large and the unit area is large. The change in the amount of light per hit is only an error.

【0060】また、第1の光電変換素子11と遮光板1
5の組と、第1の光電変換素子12と遮光板16の組
は、線対称に配置されている。この場合、光源18が遠
方にあり、x座標値が大きいときには、第1の光電変換
素子11からみた光の入射角と第1の光電変換素子12
から見た光の入射角が等しくなるため、第1の光電変換
素子11上の受光部分の面積と第2の光電変換素子12
の受光部分の面積の和が、入射方向にかかわらずほぼ一
定になり、第2の光電変換素子14の受光部分の面積に
等しくなる。したがって、このようなときには、第2の
光電変換素子14の出力V0 に代えて、第1の光電変換
素子11の出力V1 と第2の光電変換素子12の出力V
2 の和を用いることもできる。現実には光源18が十分
遠方にはないため、誤差が生じるが、位置検出精度が低
くてもよい用途には、この方法を用いることもできる。
In addition, the first photoelectric conversion element 11 and the light shield plate 1
The group of 5 and the group of the first photoelectric conversion element 12 and the light shielding plate 16 are arranged line-symmetrically. In this case, when the light source 18 is located far away and the x-coordinate value is large, the incident angle of light seen from the first photoelectric conversion element 11 and the first photoelectric conversion element 12 are considered.
Since the incident angles of light viewed from the same are the same, the area of the light receiving portion on the first photoelectric conversion element 11 and the second photoelectric conversion element 12 are
The sum of the areas of the light receiving portions of is constant regardless of the incident direction, and is equal to the area of the light receiving portions of the second photoelectric conversion element 14. Therefore, in such a case, instead of the output V 0 of the second photoelectric conversion element 14, the output V 1 of the first photoelectric conversion element 11 and the output V 1 of the second photoelectric conversion element 12 are used.
It is also possible to use the sum of two . In reality, since the light source 18 is not sufficiently far away, an error occurs, but this method can also be used for applications where the position detection accuracy may be low.

【0061】第1,第2の光電変換素子11〜14に
は、例えばフォトダイオード(PD)が用いられるが、
光電変換素子に限られず、光電変換手段であればよい。
また、1次元PSDの全電流を出力として用いることに
より、1次元PSDをフォトダイオード的に使用するこ
ともできる。
Photodiodes (PD), for example, are used for the first and second photoelectric conversion elements 11 to 14,
The photoelectric conversion element is not limited to the photoelectric conversion element and may be any photoelectric conversion means.
Further, by using the entire current of the one-dimensional PSD as an output, the one-dimensional PSD can be used as a photodiode.

【0062】一般的なフォトダイオードの光量の分解能
力は、1/30000であるので、例えば60cmの距
離を0.02mm/dot、6mの距離を0.2mm/
dotという非常に高い密度で分解することができる。
光源18からの光は、無指向性のものが望ましいが、指
向性があっても、指向特性が第1,第2の光電変換素子
11〜14の位置の差によってあまり変化しなければ、
わずかな誤差しか生じない。
Since the resolution of the light quantity of a general photodiode is 1/30000, for example, a distance of 60 cm is 0.02 mm / dot and a distance of 6 m is 0.2 mm / dot.
It can be decomposed at a very high density of dot.
The light from the light source 18 is preferably non-directional, but even if it has directivity, if the directivity does not change significantly due to the difference in the positions of the first and second photoelectric conversion elements 11 to 14,
Only a slight error occurs.

【0063】図7は、位置検出デバイスの第2の基本構
成の説明図であり、図7(A)は平面図、図7(B)は
正面図である。図8は、図7の位置C−C’における部
分断面図および等価な部分断面図であり、図8(A)は
光が遮光されるときの部分断面図、図8(B)は図8
(A)に等価な部分断面図、図8(C)は光が反射され
るときの部分断面図、図8(D)は図8(C)に等価な
部分断面図である。図中、図4と同様な部分には同じ符
号を用いて説明を省略する。21〜23は反射兼遮光板
である。
FIG. 7 is an explanatory view of the second basic structure of the position detecting device, FIG. 7 (A) is a plan view, and FIG. 7 (B) is a front view. 8A and 8B are a partial cross-sectional view and an equivalent partial cross-sectional view at positions CC ′ in FIG. 7, FIG. 8A is a partial cross-sectional view when light is blocked, and FIG. 8B is FIG.
8A is a partial sectional view equivalent to FIG. 8A, FIG. 8C is a partial sectional view when light is reflected, and FIG. 8D is a partial sectional view equivalent to FIG. 8C. In the figure, the same parts as those in FIG. Reference numerals 21 to 23 are reflection and light shielding plates.

【0064】この第2の基本構成は、光源18からの光
を反射または遮光する反射兼遮光板21〜23により光
源18からの光の入射方向に応じて光の一部が反射また
は遮光される位置に、第1の光電変換素子11〜13が
設置される3次元位置検出装置である。さらに、反射兼
遮光板21〜23により光が遮光および反射されること
のない位置に、第2の光電変換素子14が設置されるも
のである。
In the second basic structure, a part of the light is reflected or shielded by the reflecting / shading plates 21 to 23 for reflecting or shielding the light from the light source 18 according to the incident direction of the light from the light source 18. This is a three-dimensional position detection device in which the first photoelectric conversion elements 11 to 13 are installed at positions. Further, the second photoelectric conversion element 14 is installed at a position where light is not blocked or reflected by the reflection / shading plates 21 to 23.

【0065】図7(A)に示すように、第1の光電変換
素子11〜13と第2の光電変換素子14が、図4ない
し図6を参照して説明した第1の基本構成と同様の位置
に設置される。ただし、第1,第2の光電変換素子11
〜14の原点19側の端とこれに対向する遠い端との間
の距離はいずれもL/2とする。第1の光電変換素子1
1〜13の原点19から遠い端に、各第1の光電変換素
子11〜13に対応して反射兼遮光板21〜23が設置
される。この位置は、原点19からA1 〜A3の距離に
あるとする。
As shown in FIG. 7A, the first photoelectric conversion elements 11 to 13 and the second photoelectric conversion element 14 have the same basic configuration as described with reference to FIGS. 4 to 6. Will be installed in the position. However, the first and second photoelectric conversion elements 11
The distances between the end of ˜14 on the side of the origin 19 and the far end opposite thereto are both L / 2. First photoelectric conversion element 1
Reflection / light-shielding plates 21 to 23 are installed at the ends far from the origin 19 of 1 to 13 corresponding to the respective first photoelectric conversion elements 11 to 13. This position is assumed to be at a distance of A 1 to A 3 from the origin 19.

【0066】この反射兼遮光板21〜23は、原点側が
反射面でこの反対側が遮光面である矩形の板状体であ
り、図7(B)に示すように、y−z平面に垂直なx軸
方向に設けられ高さをhとする。第1の光電変換素子1
1および反射兼遮光板21の組は、第1の光電変換素子
12および反射兼遮光板22の組とy軸方向に対向し、
これに直交して、z軸方向に第2の光電変換素子14
と、第1の光電変換素子13および反射兼遮光板23の
組とが対向して設置される。
Each of the reflection / shading plates 21 to 23 is a rectangular plate-like body having a reflecting surface on the origin side and a shading surface on the opposite side, and is perpendicular to the y-z plane as shown in FIG. 7B. It is provided in the x-axis direction and the height is h. First photoelectric conversion element 1
The set of 1 and the reflection / shading plate 21 opposes the set of the first photoelectric conversion element 12 and the reflection / shading plate 22 in the y-axis direction,
The second photoelectric conversion element 14 is orthogonal to this in the z-axis direction.
And a set of the first photoelectric conversion element 13 and the reflection / light-shielding plate 23 face each other.

【0067】図8(A),図8(C)に示すように、反
射兼遮光板23は、第1の光電変換素子13に対し、光
源18が第1の光電変換素子13側と反対側にあるとき
は遮光手段として作用し、光源18が光電変換素子13
側にあるときは反射手段として作用する。図示を省略す
るが、他の反射兼遮光板21,22も第1の光電変換素
子11,12に対し、同様に作用する。
As shown in FIGS. 8A and 8C, in the reflection / shading plate 23, the light source 18 is opposite to the first photoelectric conversion element 13 side with respect to the first photoelectric conversion element 13. When the light source 18 is in the
When on the side, it acts as a reflection means. Although not shown, the other reflecting / shading plates 21 and 22 similarly act on the first photoelectric conversion elements 11 and 12.

【0068】図8(A)においては、光源18からの光
は、反射兼遮光板23を介して第1の光電変換素子13
で受光される。このとき、第1の光電変換素子13で
は、光の入射する方向に依存して遮光領域が変化するこ
とにより、受光領域の面積が変化する。図中、第1の光
電変換素子13の遮光領域は黒く塗りつぶされ、受光領
域には受光面に沿って矢印が記入されている。なお、反
射兼遮光板23は、両面が反射面であっても、第1の光
電変換素子13に対して遮光板となる。第1の光電変換
素子11〜13は、この受光面積に応じた総光量を電流
または電圧に変換して出力する。
In FIG. 8A, the light from the light source 18 is transmitted through the reflection / light-shielding plate 23 to the first photoelectric conversion element 13
Is received at. At this time, in the first photoelectric conversion element 13, the area of the light receiving region changes due to the change of the light shielding region depending on the light incident direction. In the figure, the light-shielding region of the first photoelectric conversion element 13 is filled in black, and the light-receiving region is marked with an arrow along the light-receiving surface. The reflection / shading plate 23 serves as a shading plate for the first photoelectric conversion element 13 even if both surfaces are reflecting surfaces. The first photoelectric conversion elements 11 to 13 convert the total amount of light corresponding to the light receiving area into a current or a voltage and output it.

【0069】このように、反射兼遮光板23の第1の機
能は、光源18からの光をその入射方向に依存した量だ
け遮光して、第1の光電変換素子11〜13で受光させ
ることであり、この第1の光電変換素子11〜13の出
力を読み取ることにより、光源18の方向を知ることが
可能となる。
As described above, the first function of the reflection / shading plate 23 is to shield the light from the light source 18 by the amount depending on the incident direction and allow the first photoelectric conversion elements 11 to 13 to receive the light. Therefore, the direction of the light source 18 can be known by reading the outputs of the first photoelectric conversion elements 11 to 13.

【0070】図8(C)においては、光源18からの光
は、反射兼遮光板23を介して第1の光電変換素子13
で受光される。このとき、第1の光電変換素子13で
は、光の入射する方向に依存して反射光受光領域が変化
し、直接光および反射光により2重に受光する領域の面
積が変化する。第1の光電変換素子13は、直接光およ
び反射光のそれぞれの受光面積の和に応じた総光量を電
流または電圧に変換して出力する。このように、遮光兼
反射手段23の第2の機能は、光源18からの光をその
入射方向に依存した量だけ反射して、第1の光電変換素
子11〜13に受光させることであり、この第1の光電
変換素子11〜13の出力を読み取ることによって、光
源18の方向を知ることが可能となる。
In FIG. 8C, the light from the light source 18 is transmitted through the reflection / light-shielding plate 23 to the first photoelectric conversion element 13
Is received at. At this time, in the first photoelectric conversion element 13, the reflected light receiving area changes depending on the incident direction of the light, and the area of the area that double receives the direct light and the reflected light changes. The first photoelectric conversion element 13 converts the total amount of light corresponding to the sum of the light receiving areas of the direct light and the reflected light into a current or a voltage and outputs the current or voltage. As described above, the second function of the light shielding / reflecting means 23 is to reflect the light from the light source 18 by the amount depending on the incident direction and allow the first photoelectric conversion elements 11 to 13 to receive the light. The direction of the light source 18 can be known by reading the outputs of the first photoelectric conversion elements 11 to 13.

【0071】図8(B)は図8(A)と等価である。図
8(B)においては、反射兼遮光板23がなく、第1の
光電変換素子13が遮光板17の先まで延長されて長さ
が2倍のLとなり、図8(A)の反射兼遮光板23の上
端と同じ位置に遮光板17の原点側の端があるものとす
る。図8(A)と同様に、光源18からの光のうち一部
が遮光板17で遮光され、第1の光電変換素子13で受
光されて、その分の出力が第1の光電変換素子13から
出力されることになる。図8(D)は、同様に、図8
(C)と等価であり、構成自体は図8(B)と同じであ
る。光源18からの光のうち、図8(C)では反射兼遮
光板23で反射されるべき光量が、延長された第1の光
電変換素子13で受光され、その分の出力が加えられて
第1の光電変換素子13から出力されることになる。
FIG. 8 (B) is equivalent to FIG. 8 (A). In FIG. 8 (B), there is no reflection / shading plate 23, and the first photoelectric conversion element 13 is extended to the tip of the shading plate 17 so that the length becomes twice L. It is assumed that the end of the light shielding plate 17 on the origin side is located at the same position as the upper end of the light shielding plate 23. Similar to FIG. 8A, a part of the light from the light source 18 is shielded by the light shielding plate 17, is received by the first photoelectric conversion element 13, and the output thereof is the first photoelectric conversion element 13. Will be output from. Similarly, FIG. 8D is similar to FIG.
It is equivalent to (C), and the configuration itself is the same as that of FIG. 8 (B). In FIG. 8C, of the light from the light source 18, the amount of light that should be reflected by the reflection / shading plate 23 is received by the extended first photoelectric conversion element 13, and the output thereof is added to produce the first light. The photoelectric conversion element 13 of No. 1 outputs.

【0072】図8(B),図8(D)における第1の光
電変換素子13および遮光板17は、図4ないし図6を
参照して説明した第1の基本構成における第1の光電変
換素子13および遮光板17と同様のものであるが、図
面上では、第1の光電変換素子13の長さが2倍で面積
も2倍の関係になる。図示を省略するが、図7における
他の第1の光電変換素子11,12および反射兼遮光板
21,22についても、第1の基本構成における第1の
光電変換素子11,12および遮光板15,16と同様
の関係にある。
The first photoelectric conversion element 13 and the light shielding plate 17 in FIGS. 8B and 8D are the first photoelectric conversion elements in the first basic configuration described with reference to FIGS. 4 to 6. Although it is similar to the element 13 and the light shielding plate 17, in the drawing, the length of the first photoelectric conversion element 13 is double and the area is also double. Although not shown, the other first photoelectric conversion elements 11 and 12 and the reflection / shading plates 21 and 22 in FIG. 7 also have the first photoelectric conversion elements 11 and 12 and the shading plate 15 in the first basic configuration. , 16 has the same relationship.

【0073】しかし、図7,図8(A),図8(C)に
示されたように、第1,第2の光電変換素子11〜14
の長さを、上述したように便宜的にL/2に定めれば、
第1の実施の形態の説明において得られた式において、
0 を2V0 に置き換えることによって光源18の位置
座標を求めることができる。もちろん、Lの具体的な数
値は任意である。
However, as shown in FIGS. 7, 8A, and 8C, the first and second photoelectric conversion elements 11 to 14 are used.
If the length of is set to L / 2 for convenience as described above,
In the equation obtained in the description of the first embodiment,
By replacing V 0 with 2V 0 , the position coordinates of the light source 18 can be obtained. Of course, the specific numerical value of L is arbitrary.

【0074】なお、第2の光電変換素子14の長さもL
/2に定めたが、第1の基本構成において説明したよう
に、もともと第2の光電変換素子14の形状は任意であ
り、受光面積に応じて適宜係数を変更すれば同様の式を
用いて光源18の位置座標を求めることができる。例え
ば、図8(B),図8(D)で示した等価な第1の光電
変換素子13と同じ長さLにすれば、上述した式をその
まま用いて光源18の位置座標を求めることができる。
The length of the second photoelectric conversion element 14 is also L
However, as described in the first basic configuration, the shape of the second photoelectric conversion element 14 is originally arbitrary, and if the coefficient is appropriately changed according to the light receiving area, the same equation is used. The position coordinates of the light source 18 can be obtained. For example, if the length L is the same as that of the equivalent first photoelectric conversion element 13 shown in FIGS. 8B and 8D, the position coordinates of the light source 18 can be obtained by using the above equation as it is. it can.

【0075】この第2の基本構成においても、第1の基
本構成と同様に、第1,第2の光電変換素子11〜1
4、特に第1の光電変換素子11〜13は、必ずしも同
一平面上に規則的に配置される必要はなく、反射遮光板
21〜23についても同様である。ただし、反射遮光板
21〜23と第1の光電変換素子11〜13とは、光源
18からの光の入射方向に応じ、光の一部が反射または
遮光される位置、例えば、第1の光電変換素子11〜1
3上の反射光受光領域または遮光領域の面積が変化する
ような位置に設置し、上述した演算式も配置に応じて変
える必要がある。
Also in this second basic structure, similar to the first basic structure, the first and second photoelectric conversion elements 11 to 1 are used.
4, particularly the first photoelectric conversion elements 11 to 13 do not necessarily have to be regularly arranged on the same plane, and the same applies to the reflection / shielding plates 21 to 23. However, the reflection / shielding plates 21 to 23 and the first photoelectric conversion elements 11 to 13 are located at positions where a part of the light is reflected or shielded according to the incident direction of the light from the light source 18, for example, the first photoelectric conversion element. Conversion elements 11 to 1
It is necessary to install the reflection light receiving area or the light shielding area on the position 3 so that the area of the reflected light receiving area or the light shielding area changes, and to change the above-described arithmetic expression according to the arrangement.

【0076】同様に、第1の光電変換素子11〜13
は、必ずしも同一の矩形である必要がない。反射遮光板
21〜23についても同様である。それぞれの形状およ
び大きさが互いに異なっていても、光源18からの光の
入射方向に応じて、反射光受光領域の境界線または遮光
領域の境界線が規則的に移動するから、演算により光源
18の位置座標を求めることができる。
Similarly, the first photoelectric conversion elements 11 to 13
Do not necessarily have to be the same rectangle. The same applies to the reflective light-shielding plates 21 to 23. Even if the respective shapes and sizes are different from each other, the boundary line of the reflected light receiving region or the boundary line of the light shielding region is regularly moved according to the incident direction of the light from the light source 18, and therefore the light source 18 is calculated. The position coordinates of can be obtained.

【0077】光源18からの光の入射方向に応じ受光面
上を反射光受光領域の境界線または遮光領域の境界線が
移動する際に、光の入射方向に依存せずに、この境界線
の形状が常に一定、例えば、一定長の直線になるよう
に、反射遮光板21〜23および第1の光電変換素子1
1〜13の形状および設置位置が定められていれば、上
述した演算式をそのままか、わずかに修正するだけで光
源の位置座標を求めることができる。第2の光電変換素
子14を用いなくても実用上差し支えない場合があるこ
とは、第1の基本構成の場合と同様である。
When the boundary line of the reflected light receiving region or the boundary line of the light shielding region moves on the light receiving surface in accordance with the incident direction of the light from the light source 18, the boundary line of the reflected light receiving region does not depend on the incident direction of the light. The reflection / shielding plates 21 to 23 and the first photoelectric conversion element 1 so that the shape is always constant, for example, a straight line having a constant length.
If the shapes and installation positions of 1 to 13 are determined, the position coordinates of the light source can be obtained by directly or slightly modifying the above-described arithmetic expression. As in the case of the first basic configuration, there are cases in which there is no practical problem even without using the second photoelectric conversion element 14.

【0078】反射兼遮光板21〜23は、第1の光電変
換素子11〜13の受光面積を実質的に2倍にするもの
であることがわかる。それに伴い、受光可能な光の入射
方向の角度範囲が拡大し、光源の位置検出可能な範囲が
拡大することになる。反射兼遮光板21〜23は、必ず
しも平面状で、かつ、第1の光電変換素子11〜13の
端部から受光面に対し垂直に設置される必要はない。し
かし、平面状でかつこのように設置されることにより、
光源18の位置座標を求めるための演算式が簡単になる
という利点がある。
It can be seen that the reflection / shading plates 21 to 23 substantially double the light receiving area of the first photoelectric conversion elements 11 to 13. Along with this, the angle range of the incident direction of the light that can be received is expanded, and the range in which the position of the light source can be detected is expanded. The reflection / shading plates 21 to 23 do not necessarily have to be flat and installed vertically from the ends of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 to the light receiving surface. However, by being flat and installed in this way,
There is an advantage that the arithmetic expression for obtaining the position coordinates of the light source 18 becomes simple.

【0079】また、図8(A),図8(C)を参照して
説明したように、反射兼遮光板21〜23の反射および
遮光の機能は、光源18の位置によっていずれか一方の
機能が働くものである。したがって、光源18の検出す
べき位置の範囲があらかじめ限られている場合には、反
射兼遮光板21〜23の中には、実質的にいずれか一方
の機能しか果たさない場合がある。
As described with reference to FIGS. 8 (A) and 8 (C), the reflection / light-shielding plates 21 to 23 have either one of the reflection and light-shielding functions depending on the position of the light source 18. Is what works. Therefore, when the range of the position to be detected by the light source 18 is limited in advance, the reflecting / shading plates 21 to 23 may substantially perform only one of the functions.

【0080】そのため、反射兼遮光板21〜23は、場
合により、3個の反射のみの手段、あるいは、3個の遮
光のみの手段、さらにまた、反射のみの手段と遮光のみ
の手段を適宜組み合わせたものとすることもできる。第
1の基本構成の遮光板15〜17も、遮光のみの手段の
一形態であるから、場合により、第2の基本構成におけ
る反射兼遮光板21〜23の一部を第1の実施の形態の
遮光板15〜17に置き換えることもできる。
Therefore, the reflection / light-shielding plates 21 to 23 are, depending on the case, three reflection-only means, three reflection-only means, or a combination of reflection-only and reflection-only means. It can also be used. The light-shielding plates 15 to 17 of the first basic configuration are also one form of means only for light-shielding, and therefore, in some cases, a part of the reflection / light-shielding plates 21 to 23 in the second basic configuration is used in the first embodiment. Alternatively, the light shielding plates 15 to 17 may be replaced.

【0081】図4ないし図8を参照して、位置検出デバ
イス3の基本構成を説明したが、以下、この構成を多少
変形させた種々の構成について説明する。
Although the basic configuration of the position detecting device 3 has been described with reference to FIGS. 4 to 8, various configurations obtained by slightly modifying this configuration will be described below.

【0082】図9は、図4に示した第1の基本構成の第
1の変形例を説明する平面図である。図中、図4と同様
な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。31は遮
光板である。この変形例は、図4ないし図6を用いて説
明した第1の基本構成における遮光板15〜17を原点
19側に移動させ、さらにこれらを1枚の遮光板31に
置き換えた位置検出デバイスである。
FIG. 9 is a plan view for explaining a first modification of the first basic structure shown in FIG. In the figure, the same parts as those in FIG. Reference numeral 31 is a light shielding plate. This modified example is a position detection device in which the shading plates 15 to 17 in the first basic configuration described with reference to FIGS. 4 to 6 are moved to the origin 19 side, and further these are replaced by one shading plate 31. is there.

【0083】この場合は、受光領域と遮光領域が図4な
いし図6の場合と逆になるだけであるから、同様の演算
によって、光源18の3次元位置の座標を得ることがで
きる。なお、図4においても、遮光板15〜17をつな
いで1枚の遮光板にしたものに置き換えることもでき
る。例えば、矩形状の中心穴が開けられた額縁状の遮光
板に置き換え、この中心穴の下であって、光源18から
の光がこの遮光板に遮られない位置に第2の光電変換素
子14を設置してもよい。
In this case, the light-receiving region and the light-shielding region are only opposite to those in FIGS. 4 to 6, and therefore the coordinates of the three-dimensional position of the light source 18 can be obtained by the same calculation. Also in FIG. 4, the light shielding plates 15 to 17 may be connected to be replaced with a single light shielding plate. For example, the second photoelectric conversion element 14 is replaced with a frame-shaped light-shielding plate having a rectangular center hole and below the center hole, the light from the light source 18 is not blocked by the light-shielding plate. May be installed.

【0084】また、図9において、図示の遮光板31お
よび第2の光電変換素子14を取り除き、図示の遮光板
31の位置に、これと同形状とした第2の光電変換素子
14を設置することにより、遮光板31と第2の光電変
換素子14とを兼用することができる。あるいは、図示
の遮光板31の上に、これ以下の大きさの第2の光電変
換素子14を載せて設置してもよい。この場合、さらに
小型化が可能となる。なお、このような手法は、図4に
おいても可能であり、3個の遮光板15〜17の中の適
当な遮光板を選んで、これを第2の光電変換素子14に
置き換えるか、この上に第2の光電変換素子14を載せ
ればよい。
Further, in FIG. 9, the illustrated light shielding plate 31 and the second photoelectric conversion element 14 are removed, and the second photoelectric conversion element 14 having the same shape as that of the light shielding plate 31 is installed at the position of the illustrated light shielding plate 31. As a result, the light shielding plate 31 and the second photoelectric conversion element 14 can be used in common. Alternatively, the second photoelectric conversion element 14 having a size smaller than that may be placed and installed on the illustrated light shielding plate 31. In this case, the size can be further reduced. Note that such a method is also possible in FIG. 4, and an appropriate light-shielding plate is selected from the three light-shielding plates 15 to 17, and this is replaced with the second photoelectric conversion element 14, or The second photoelectric conversion element 14 may be mounted on.

【0085】図10は、図4に示した第1の基本構成の
第2の変形例を説明する平面図である。図中、図4と同
様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。この実
施の形態は、図4〜図6を参照して説明した第1の基本
構成における、第1の光電変換素子11〜13とこれに
対応する遮光板15〜17の各1個を1組とし、この複
数組が互いに離されて設置され、さらに、各組に近接し
て、1個の第2の光電変換素子14が個別に設置され、
合計3個の第2の光電変換素子14を用いた位置検出デ
バイスである。
FIG. 10 is a plan view for explaining a second modification of the first basic structure shown in FIG. In the figure, the same parts as those in FIG. In this embodiment, one set of each of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 and the corresponding light shielding plates 15 to 17 in the first basic configuration described with reference to FIGS. And the plurality of sets are installed apart from each other, and further, one second photoelectric conversion element 14 is installed individually near each set,
This is a position detection device using a total of three second photoelectric conversion elements 14.

【0086】第1の光電変換素子11〜13を互いに離
して設置することにより、各光電変換素子11〜13に
おいて、光源18からの光の入射方向が比較的大きく異
なることになるため、位置検出の精度が向上する。しか
し、仮に第2の光電変換素子14を1個のままにしてお
くと、第1の光電変換素子11〜13と第2の光電変換
素子14との間でも、光源18からの距離および光の入
射方向、光源18の照射光の強度分布等が大きく異なる
ことになる。
By arranging the first photoelectric conversion elements 11 to 13 apart from each other, the incident directions of the light from the light source 18 are relatively different between the photoelectric conversion elements 11 to 13, so that the position detection is performed. The accuracy of is improved. However, if one second photoelectric conversion element 14 is left as it is, the distance from the light source 18 and the amount of light emitted from the light source 18 are reduced even between the first photoelectric conversion elements 11 to 13 and the second photoelectric conversion element 14. The incident direction, the intensity distribution of the irradiation light of the light source 18, etc. are greatly different.

【0087】第1の基本構成においては、第2の光電変
換素子14の出力を用いて、上述した光源18からの距
離等に依存する単位面積当たりの光量の変化を補償して
いた。すなわち、第1の光電変換素子11〜13と第2
の光電変換素子14の出力の比がそれぞれの照射面積ま
たは長さの比に相当することを利用して光源の位置を検
出していた。したがって、両者が離れていると、光源1
8からの距離等の相違によって位置検出の精度が劣化す
る可能性がある。
In the first basic configuration, the output of the second photoelectric conversion element 14 is used to compensate for the change in the light amount per unit area depending on the distance from the light source 18 and the like. That is, the first photoelectric conversion elements 11 to 13 and the second photoelectric conversion elements
The position of the light source is detected by utilizing the fact that the ratio of the outputs of the photoelectric conversion elements 14 corresponds to the ratio of the respective irradiation areas or lengths. Therefore, when the two are separated, the light source 1
The accuracy of the position detection may be deteriorated due to the difference in the distance from 8 or the like.

【0088】そのため、この実施の形態では、第1の光
電変換素子11〜13のそれぞれに、個別に第2の光電
変換素子14を隣接させ、第1の光電変換素子11〜1
3の出力と、それぞれに近接した第2の光電変換素子1
4の出力とを組み合わせて演算することにより、第1の
光電変換素子11〜13の出力を正確に照射面積または
長さに関連づけることを可能とした。この場合、第1の
基本構成で説明した(7)〜(9)式までに用いたV0
は、第1の光電変換素子11〜13に共通の値ではな
く、各々の場所にある個別の第2の光電変換素子14の
出力を表わすことになる。したがって、この式以降の演
算式は修正されることになる。
Therefore, in this embodiment, the second photoelectric conversion element 14 is individually adjacent to each of the first photoelectric conversion elements 11 to 13, and the first photoelectric conversion elements 11 to 1 are individually arranged.
3 output and the second photoelectric conversion element 1 close to each
By combining with the output of No. 4 and calculating, the output of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 can be accurately associated with the irradiation area or length. In this case, V 0 used in the expressions (7) to (9) described in the first basic configuration is used.
Represents not the value common to the first photoelectric conversion elements 11 to 13, but the output of the individual second photoelectric conversion element 14 at each location. Therefore, the arithmetic expressions after this expression will be modified.

【0089】なお、この実施例においても、第2の光電
変換素子14を遮光板15〜17と兼用させたり、遮光
板15〜17の上に載せることにより更に小型化が可能
となる。第1の光電変換素子,遮光板,全面で受光する
第2の光電変換素子からなる組が2組の場合は光源の2
次元位置を検出することができる。
Also in this embodiment, the second photoelectric conversion element 14 can also be used as the light shielding plates 15 to 17 or can be mounted on the light shielding plates 15 to 17 to further reduce the size. If there are two sets of the first photoelectric conversion element, the light shielding plate, and the second photoelectric conversion element that receives light over the entire surface, two light sources are used.
Dimensional position can be detected.

【0090】図11は、図4に示した第1の基本構成に
おいて、第1の光電変換素子と遮光板の距離を変化させ
た場合の説明図であり、図11(A)は距離を長くした
場合、図11(B)は距離を短くした場合の部分断面図
である。図中、図4と同様な部分には同じ符号を用いて
説明を省略する。いずれの場合も、光源18からの光が
遮光板15を介して第1の光電変換素子11の全受光面
に照射されているときを図示している。
FIG. 11 is an explanatory view when the distance between the first photoelectric conversion element and the light shielding plate is changed in the first basic structure shown in FIG. 4, and FIG. 11A shows a long distance. 11B is a partial cross-sectional view when the distance is shortened. In the figure, the same parts as those in FIG. In each case, the case where the light from the light source 18 is applied to the entire light receiving surface of the first photoelectric conversion element 11 via the light shielding plate 15 is illustrated.

【0091】このとき、光源18は位置検出の限界位置
にあり、光源18をこれ以上x軸方向に接近させると、
第1の光電変換素子11の遮光板15側の端から光がも
れてしまい、位置検出が不可能となる。ただし、第1の
光電変換素子11と遮光板15の距離hを大きくした方
が検出感度が高い。したがって、図11(A)のよう
に、第1の光電変換素子11と遮光板15の距離h1
長くした場合は、x1 以上の遠距離を検出するのに適
し、図11(B)のように距離h2 を短くした場合は、
2 以上の近距離を検出するのに適している。例えば、
遮光板15の位置の設定を変化させることによって、数
m立方から数cm立方の範囲に存在する光源18の位置
を、それぞれ、数10μmからサブμmオーダーの高精
度で検出することが可能となる。
At this time, the light source 18 is at the limit position for position detection, and when the light source 18 is further approached in the x-axis direction,
Light is leaked from the end of the first photoelectric conversion element 11 on the side of the light shield plate 15, and the position cannot be detected. However, the detection sensitivity is higher when the distance h between the first photoelectric conversion element 11 and the light shielding plate 15 is increased. Therefore, as shown in FIG. 11A, when the distance h 1 between the first photoelectric conversion element 11 and the light shielding plate 15 is increased, it is suitable for detecting a long distance of x 1 or more, and FIG. When the distance h 2 is shortened as
It is suitable for detecting a short distance of x 2 or more. For example,
By changing the setting of the position of the light shielding plate 15, it is possible to detect the position of the light source 18 existing in the range of several m3 to several cm3 with high accuracy of the order of several tens of μm to sub μm. .

【0092】したがって、第1の光電変換素子11と遮
光板15の距離をh1 とした組とh1 より短いh2 とし
た組を同じ配列で近接設置して、各組の出力を手動また
は自動で切り換える位置検出装置とすることにより、遠
近両方の位置検出に対応できるようになる。あるいは、
第1の光電変換素子11および遮光板15の組が1組で
あっても、モータやプランジャ等により遮光板15を動
かし、距離hの値を可変にしてもよい。他の第1の光電
変換素子と遮光板の組についても同様にして遠近両方の
位置検出に対応させることができる。光源18の検出す
べき位置があらかじめ限られている場合には、第1の光
電変換素子11〜13のそれぞれから光源18までの距
離の長さの程度に応じて、それぞれに対応する遮光板1
5〜17の長さhを個別に設定してもよい。
Therefore, a group in which the distance between the first photoelectric conversion element 11 and the light shielding plate 15 is h 1 and a group in which the distance between the first photoelectric conversion element 11 and the light shielding plate 15 is h 2 shorter than h 1 are closely arranged in the same arrangement, and the output of each group is set manually or By using a position detection device that automatically switches, it becomes possible to cope with both the near and far position detection. Or,
Even if the set of the first photoelectric conversion element 11 and the light shielding plate 15 is one, the value of the distance h may be made variable by moving the light shielding plate 15 by a motor, a plunger or the like. Similarly, the other sets of the first photoelectric conversion element and the light shielding plate can be used for both the near and far position detection. When the position of the light source 18 to be detected is limited in advance, the light-shielding plate 1 corresponding to each of the first photoelectric conversion elements 11 to 13 according to the extent of the distance from the light source 18 to the light source 18.
The length h of 5 to 17 may be set individually.

【0093】次に、図12ないし図20を参照して、本
発明の位置検出装置または位置変化検出装置のより具体
的な実施の形態を説明する。
Next, a more specific embodiment of the position detecting device or the position change detecting device of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0094】図12は、本発明の第1の実施の形態の説
明図であり、図12(A)は衝撃センサ,加速度セン
サ、図12(B)は従来例の説明図である。図中、図1
と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。4
1は支持棒、42は衝撃センサまたは加速度センサ、4
3は圧電素子である。この実施の形態は、衝撃センサま
たは加速度センサに代表される片持ちばりを用いたセン
サを、本発明の位置検出装置によってさらに高精度化し
た例である。衝撃センサは、物品に取り付けられ物品の
輸送時に衝撃が加わったかどうかを輸送後に検出するた
めのバッチとして用いられる。
FIG. 12 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention, FIG. 12 (A) is an impact sensor and an acceleration sensor, and FIG. 12 (B) is an explanatory diagram of a conventional example. In the figure, FIG.
The same parts as those in FIG. Four
1 is a support rod, 42 is an impact sensor or acceleration sensor, 4
Reference numeral 3 is a piezoelectric element. This embodiment is an example in which a sensor using a cantilever beam represented by an impact sensor or an acceleration sensor is further improved in accuracy by the position detection device of the present invention. The impact sensor is used as a batch that is attached to the article and detects whether or not an impact is applied during the transportation of the article after the transportation.

【0095】図12(B)に示すように、従来の衝撃セ
ンサまたは加速度センサは、圧電素子43などの積層構
造からなる片持ちばりを用いているために、その検出特
性が片持ちばりの材料や張り合わせの特性に大きく依存
しており、検出特性に極力影響を与えない材料を選択す
るか、または出力の補正が不可欠であった。さらに、圧
電素子43の積層構造からなる場合には、1次元方向の
衝撃または加速度しか得られなかった。
As shown in FIG. 12B, since the conventional impact sensor or acceleration sensor uses a cantilever beam having a laminated structure such as the piezoelectric element 43, its detection characteristic is a cantilever beam material. It depends on the characteristics of bonding and bonding, and it is essential to select a material that does not affect the detection characteristics as much as possible or to correct the output. Further, in the case of the laminated structure of the piezoelectric element 43, only a one-dimensional impact or acceleration was obtained.

【0096】しかし、図12(A)に示すように、圧電
素子等を用いることなく自由な材質の支持棒41によっ
て反射領域2を支持し、その位置を位置検出デバイス3
によって検出する。光源1および位置検出デバイス3を
1つにまとめ、これに反射領域2を先端の小部分に有し
た支持棒41をケースに収納することにより衝撃センサ
または加速度センサ42となる。反射領域2の位置の時
間的変化はCPU等による演算によって算出されるが、
このケース内に演算手段を内蔵するか、外部のパーソナ
ルコンピュータや専用の情報処理装置において演算する
ことができる。支持棒41の材質に制限は少なく、また
1次元のみならず2次元方向の衝撃および加速度を検出
することが可能である。
However, as shown in FIG. 12A, the reflection area 2 is supported by the support rod 41 made of a free material without using a piezoelectric element or the like, and its position is detected by the position detection device 3.
To detect. The light source 1 and the position detection device 3 are integrated into one, and the support rod 41 having the reflection area 2 in the small portion at the tip thereof is housed in the case to form the impact sensor or the acceleration sensor 42. The time change of the position of the reflection area 2 is calculated by calculation by a CPU or the like.
The calculation means can be built in this case, or the calculation can be performed by an external personal computer or a dedicated information processing device. There are few restrictions on the material of the support rod 41, and it is possible to detect impact and acceleration not only in one dimension but also in two dimensions.

【0097】反射板を設ける代わりに、支持棒の先端部
自体が光を反射する表面を有していてもよい。もちろ
ん、反射領域2外の部分は測定用の光をなるべく反射し
ないようにすることが望ましい。なお、位置検出デバイ
ス3も比較的小さく形成できるため、位置検出デバイス
3と反射領域2の配置を逆にして、位置検出デバイス3
を支持棒41に取り付けてもよい。
Instead of providing the reflection plate, the tip end portion of the supporting rod itself may have a surface for reflecting light. Of course, it is desirable that the portion outside the reflection area 2 does not reflect the measurement light as much as possible. Since the position detecting device 3 can also be formed to be relatively small, the position detecting device 3 and the reflection area 2 may be arranged in the opposite manner.
May be attached to the support rod 41.

【0098】また、図12(B)の圧電素子43の先端
に反射領域2を設け、光源1および位置検出デバイス3
を用いるとともに圧電素子43も用いて衝撃センサまた
は加速度センサ42としてもよい。この場合、異なる2
つの方法で衝撃や加速度を検出することができ、両者を
補完的に用いたり、一方で他方の校正をすることができ
る。
Further, the reflection area 2 is provided at the tip of the piezoelectric element 43 of FIG. 12B, and the light source 1 and the position detection device 3 are provided.
May be used as the impact sensor or the acceleration sensor 42. In this case, different 2
Impact and acceleration can be detected by one of the methods, both can be used complementarily, and the other can be calibrated.

【0099】図13は、本発明の第2の実施の形態の説
明図であり、図13(A)は反射領域を感光ドラムの外
周面に設けたもの、図13(B)は反射領域を感光ドラ
ムの側面に設けたもの、図13(C)は反射領域を感光
ドラムの回転軸に設けたものの説明図である。図中、図
1と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。
51は感光ドラム、52は回転軸である。この実施の形
態は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真記
録機構への応用例であって、感光ドラムの動作測定など
に用いるものである。
FIG. 13 is an explanatory view of the second embodiment of the present invention. FIG. 13 (A) shows a reflection area provided on the outer peripheral surface of the photosensitive drum, and FIG. 13 (B) shows the reflection area. FIG. 13C is an explanatory diagram of the one provided on the side surface of the photosensitive drum, and FIG. In the figure, the same parts as those in FIG.
Reference numeral 51 is a photosensitive drum, and 52 is a rotating shaft. This embodiment is an application example to an electrophotographic recording mechanism such as a copying machine, a facsimile, a printer, etc., and is used for measuring the operation of a photosensitive drum.

【0100】図13(A)においては、感光ドラム51
の感光面上の一小部分に反射板等による反射領域2を設
け、感光ドラム51とは非接触でこれに近接した位置に
光源1と位置検出デバイス3を設置し、感光ドラム51
が回転して反射領域2が位置検出デバイス3に近づいた
時に反射領域2からの反射光によって、反射領域2の位
置を検出し、その値から感光ドラム1の角速度,偏心,
軸方向のずれ等の3次元の位置変化情報を演算して測定
することができる。なお、反射領域2の反射板を蛍光体
に置き換えることができる。感光ドラム51の全面露光
の過程において、蛍光体が露光光源の照射を受けて発す
る蛍光を反射光とする。
In FIG. 13A, the photosensitive drum 51
The reflection area 2 by a reflection plate or the like is provided in a small portion on the photosensitive surface of the photosensitive drum 51, and the light source 1 and the position detection device 3 are installed at positions close to the photosensitive drum 51 without contacting the photosensitive drum 51.
Rotates and the reflection area 2 approaches the position detection device 3, the position of the reflection area 2 is detected by the reflected light from the reflection area 2, and the angular velocity, eccentricity of the photosensitive drum 1,
Three-dimensional position change information such as axial displacement can be calculated and measured. The reflector of the reflective area 2 can be replaced with a phosphor. In the process of exposing the entire surface of the photosensitive drum 51, the fluorescent light emitted by the fluorescent material upon irradiation with the exposure light source is used as reflected light.

【0101】反射領域2の位置は、図13(B)に示さ
れるように感光ドラムの側面の一部分、または、図13
(C)に示されるように感光ドラム51の回転軸52の
外周面の一部分に設置することもできる。反射領域2を
1箇所に設置した場合には、その1箇所での角速度、偏
心、軸方向のずれなどの測定を行うことができるが、反
射領域2を多数箇所に設置した場合は、感光ドラム51
の全体での回転方向の速度、偏心、軸方向のずれを常時
測定することで、より詳細な測定が可能となる。 反射
板を設ける代わりに、反射領域2の感光ドラム51また
は回転軸52自体が光を反射する表面を有していてもよ
い。もちろん、反射領域2外の部分は測定用の光をなる
べく反射しないようにすることが望ましい。なお、位置
検出デバイス3と、反射領域2の位置を入れ替え、位置
検出デバイス3を感光ドラム51側に設置することもで
きる。
The position of the reflection area 2 is a part of the side surface of the photosensitive drum as shown in FIG.
As shown in (C), it may be installed on a part of the outer peripheral surface of the rotary shaft 52 of the photosensitive drum 51. When the reflection area 2 is installed at one location, the angular velocity, eccentricity, axial deviation, etc. can be measured at that one location. However, when the reflection area 2 is installed at multiple locations, the photosensitive drum is 51
A more detailed measurement becomes possible by constantly measuring the speed in the rotation direction, the eccentricity, and the deviation in the axial direction as a whole. Instead of providing the reflection plate, the photosensitive drum 51 in the reflection area 2 or the rotary shaft 52 itself may have a surface that reflects light. Of course, it is desirable that the portion outside the reflection area 2 does not reflect the measurement light as much as possible. The position detection device 3 and the reflection area 2 may be replaced with each other, and the position detection device 3 may be installed on the photosensitive drum 51 side.

【0102】図14は、本発明の第3の実施の形態の説
明図である。図中、図1と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。61は対象物である基板、62は
PAD、63は検査用プローブである。この実施の形態
は、検査用プローブ63への応用例であって、対象物で
ある基板61と検査用プローブ63の相対位置関係を検
出して位置合わせするものである。半導体のチップまた
はウエハを対象物である基板61とすることができる。
FIG. 14 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. Reference numeral 61 is a substrate as an object, 62 is a PAD, and 63 is an inspection probe. This embodiment is an application example to the inspection probe 63, and detects the relative positional relationship between the substrate 61 as an object and the inspection probe 63 to perform alignment. A semiconductor chip or wafer can be used as the target substrate 61.

【0103】対象物である基板61上には所定の位置に
ワイヤボンディング用等のための金属のPAD62と反
射領域2が設けられている。光源1からの光を反射させ
る反射領域2は、例えば、対象物である基板61上にP
AD62と同様な方法で形成されるか、別に貼り付けら
れた反射板であり、この位置を検査用プローブ63の先
端または近傍に設けた位置検出デバイス3によって検出
し、PAD62と検査用プローブ63との相対的な位
置、すなわち、水平面上の位置および垂直高さを測定す
る。同時に、測定値をフィードバックさせながら相対位
置を図示しない駆動装置によって変え、正確にプロービ
ングを行うことができ、検査用プローブ63の先端がP
AD62を切断してしまうようなことがない。
A metal PAD 62 for wire bonding and the like and a reflection region 2 are provided at a predetermined position on a substrate 61 which is an object. The reflection area 2 that reflects the light from the light source 1 is, for example, P on the substrate 61 that is an object.
A reflection plate formed by a method similar to that of the AD62 or attached separately, and this position is detected by the position detection device 3 provided at the tip of the inspection probe 63 or in the vicinity thereof, and the PAD62 and the inspection probe 63 are connected to each other. The relative position of, i.e., the position on the horizontal plane and the vertical height are measured. At the same time, while feeding back the measured value, the relative position can be changed by a driving device (not shown) to perform accurate probing.
There is no possibility of cutting AD62.

【0104】図15は、本発明の第4の実施の形態の説
明図である。図中、図1,図14と同様な部分には同じ
符号を用いて説明を省略する。64はワイヤボンディン
グ用プローブ、65はワイヤである。この実施の形態
は、ワイヤボンディング用プローブ64への応用例であ
って、対象物である基板61とワイヤボンディング用プ
ローブ64の相対位置関係を検出し、ワイヤボンディン
グ時の位置合わせを行うものである。
FIG. 15 is an explanatory diagram of the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIGS. Reference numeral 64 is a wire bonding probe, and 65 is a wire. This embodiment is an application example to the wire bonding probe 64, and detects the relative positional relationship between the substrate 61 as an object and the wire bonding probe 64, and performs alignment during wire bonding. .

【0105】ワイヤ65が引き出されるワイヤボンディ
ング用プローブ64の先端または近傍に光源1と位置検
出デバイス3が設けられ、位置検出デバイス3によっ
て、PAD62とワイヤボンディング用プローブ64と
の相対位置を測定し、測定値をフィードバックさせなが
ら相対位置を図示しない駆動装置によって変え、正確に
ワイヤボンディングを行うことができる。
The light source 1 and the position detecting device 3 are provided at or near the tip of the wire bonding probe 64 from which the wire 65 is pulled out, and the position detecting device 3 measures the relative position between the PAD 62 and the wire bonding probe 64. The relative position can be changed by a driving device (not shown) while feeding back the measured value, and the wire bonding can be performed accurately.

【0106】図14または図15において、反射領域2
を複数箇所に設けることもできる。この場合、対象物で
ある基板61のねじれを検出することができる。反射領
域2を検査用プローブ63またはワイヤボンディング用
プローブ64側に、位置検出デバイス3を対象物である
基板61側に設けることも可能である。また、光源1は
位置検出デバイス3側に設けたが、別の部分に設けても
よい。PAD62など対象物である基板61上に比較的
光を反射させやすい部分がある場合には、これを反射領
域2とすることも可能である。
In FIG. 14 or 15, the reflection area 2
May be provided at a plurality of locations. In this case, the twist of the substrate 61 that is the object can be detected. It is also possible to provide the reflection area 2 on the inspection probe 63 or the wire bonding probe 64 side and the position detection device 3 on the substrate 61 side which is the object. Although the light source 1 is provided on the position detecting device 3 side, it may be provided on another portion. When there is a portion on the substrate 61 such as the PAD 62 that is relatively easy to reflect light, it can be used as the reflection area 2.

【0107】なお、類似の応用例として、検査用プロー
ブ63を一般的な製造ラインにおいても使用される作業
用ロボットの可動アームに置き換えると、可動アームの
位置検出および位置制御に用いることができる。
As a similar application example, if the inspection probe 63 is replaced with a movable arm of a work robot which is also used in a general manufacturing line, it can be used for position detection and position control of the movable arm.

【0108】図16は、本発明の第5の実施の形態の説
明図である。図中、図1と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。71は透明基板、72は低反射
膜、73は保護膜、74はステッパのステージ、75は
遮光フードである。この実施の形態は、TFT液晶製造
用等の半導体プロセスへの応用例であり、ステッパのア
ライメント用等の装置に用いるものである。
FIG. 16 is an explanatory diagram of the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 71 is a transparent substrate, 72 is a low reflection film, 73 is a protective film, 74 is a stepper stage, and 75 is a light shielding hood. This embodiment is an application example to a semiconductor process such as for manufacturing a TFT liquid crystal and is used for an apparatus for alignment of a stepper.

【0109】従来は、図示を省略するが、透明基板を保
持するステッパのステージの近辺にレーザ光等の光源を
設置し、特定形状の光束を基板に照射し、その照射した
光束(マーク)と基板上に作製済のマークとを、顕微鏡
に取り付けたCCDカメラで撮影し、これらの位置合わ
せを、自動画像処理と目視による画面確認によって行っ
ていた。しかし、単に位置合わせを行うために、レーザ
光の精密な出射方向の制御と、カメラでの撮影と画像処
理という複雑な過程を経ている上に、これを目視により
確認して正常と判断すれば確認信号を入力しなければな
らない。この方法によっても、制御可能な精度はサブμ
m程度である。本発明の位置検出装置によれば、簡易な
手段と、簡単な演算回路によって同様のサブμm程度の
精度を可能にする。
Conventionally, although not shown, a light source such as a laser beam is installed near the stage of a stepper that holds a transparent substrate, a substrate is irradiated with a light beam of a specific shape, and the irradiated light beam (mark) and The marks already formed on the substrate were photographed by a CCD camera attached to a microscope, and their positions were aligned by automatic image processing and visual confirmation of the screen. However, in order to simply perform the alignment, the complicated process of controlling the precise emission direction of the laser light, photographing with the camera and image processing is performed, and if this is visually confirmed and judged to be normal. A confirmation signal must be input. Even with this method, the controllable accuracy is sub-μ.
m. According to the position detecting device of the present invention, similar accuracy of about sub-μm is possible with a simple means and a simple arithmetic circuit.

【0110】TFT液晶はガラス基板上に形成される。
このようなガラス基板等の透明基板71上に反射膜が形
成されこれを反射領域2とする。反射領域2は、ガラス
基板上の複数箇所に設けてもよく、この場合には3点,
8点といった多点位置検出ができる。この反射面は反射
膜の下面、つまり透明基板71に接する側にあり、透明
基板71側から入射した光を拡散する。透明基板71を
載せているステッパのステージ74の上面に凹部が設け
られ、ここに光源1と位置検出デバイス3が透明基板7
1とは非接触で設置され、光源1から反射領域2に光を
照射し、反射光を光電変換素子を有する位置検出デバイ
ス3によって検出し、仮想的な光源としての反射領域2
の3次元位置を読み取る。
The TFT liquid crystal is formed on the glass substrate.
A reflective film is formed on the transparent substrate 71 such as the glass substrate, and is used as the reflective region 2. The reflection area 2 may be provided at a plurality of places on the glass substrate, and in this case, three points,
It is possible to detect multiple points such as 8 points. This reflecting surface is on the lower surface of the reflecting film, that is, on the side in contact with the transparent substrate 71, and diffuses the light incident from the transparent substrate 71 side. A concave portion is provided on the upper surface of the stage 74 of the stepper on which the transparent substrate 71 is placed, and the light source 1 and the position detection device 3 are provided on the transparent substrate 7.
1 is installed in a non-contact manner, the light source 1 irradiates the reflection area 2 with light, the reflected light is detected by the position detection device 3 having a photoelectric conversion element, and the reflection area 2 as a virtual light source.
Read the 3D position of.

【0111】このようにして、2次元平面での透明基板
71のアライメント、および透明基板71の垂直方向の
浮きの量を検出する。なお、透明基板71と位置検出デ
バイス3とが接触していても位置検出できる。光源1は
反射領域2が存在する範囲にのみ光を照射させる遮光フ
ード75または反射鏡を有してもよい。
In this way, the alignment of the transparent substrate 71 on the two-dimensional plane and the amount of floating of the transparent substrate 71 in the vertical direction are detected. The position can be detected even if the transparent substrate 71 and the position detection device 3 are in contact with each other. The light source 1 may have a light shielding hood 75 or a reflecting mirror that irradiates light only in the range where the reflection area 2 exists.

【0112】反射領域2となる反射膜の作製は、半導体
プロセスなどにより、まず、アルミニウム等、反射率が
高く光が拡散しやすい膜をガラス等の透明基板71上の
所定の領域にパターニングする。TFT液晶製造の場合
には、ゲート電極のメタル作成と同時に行なうこともで
きる。光を拡散しやすくするために、透明基板71の表
面に細かい凹凸を設けてもよい。次に、反射膜がその後
の工程において、エッチング等により変質および形状変
化を起こさないように、保護膜73としてポリイミド等
を積層する。
In the production of the reflective film to be the reflective region 2, first, a film such as aluminum having a high reflectance and easy to diffuse light is patterned into a predetermined region on the transparent substrate 71 such as glass by a semiconductor process or the like. In the case of manufacturing TFT liquid crystal, it can be performed at the same time when the metal of the gate electrode is formed. Fine concavities and convexities may be provided on the surface of the transparent substrate 71 to facilitate the diffusion of light. Next, polyimide or the like is laminated as the protective film 73 so that the reflective film is not deteriorated or changed in shape in a subsequent process by etching or the like.

【0113】さらに、その上に低反射膜72を積層すれ
ば、反射膜以外からの反射光が位置検出デバイス3内の
光電変換素子に到達することを避けることができる。低
反射膜73が保護膜としても使える場合には、保護膜7
2は省略することもできる。これらの膜の作製は、少な
くとも、アライメントが必要となる露光工程より前に行
う必要がある。また、透明基板71から離れた場所で、
これらの反射領域2等を作製して、後で透明基板71と
貼り合わせることも可能である。
Further, by laminating the low reflection film 72 thereon, it is possible to prevent the reflected light from other than the reflection film from reaching the photoelectric conversion element in the position detection device 3. When the low reflection film 73 can also be used as a protective film, the protective film 7
2 can be omitted. The production of these films needs to be performed at least before the exposure step that requires alignment. Also, at a place away from the transparent substrate 71,
It is also possible to fabricate these reflective regions 2 and the like and later bond them to the transparent substrate 71.

【0114】さらに、アライメントを行う度に透明基板
71を光学的に同一の状態に保ち、各アライメントの工
程において高精度な位置合わせを行うことができる。こ
のためには、照射光および反射光の光路となる領域の傷
や汚れを避けることが必要であり、アライメントおよび
露光の工程はもちろん、他の工程においても、この光路
にあたる領域に接触する治具がないようにプロセスを設
計する必要がある。また、アライメント工程の前に十分
な洗浄を行い、透明基板71の裏面の汚れを落とすこ
と、および、反射領域2や保護膜73、低反射膜72な
どが、次工程によって変質したり剥離したりしないよう
なプロセスの選択が必要となる。
Furthermore, the transparent substrate 71 can be kept in the same optical state every time alignment is performed, and highly accurate alignment can be performed in each alignment process. For this purpose, it is necessary to avoid scratches and stains on the regions that become the optical paths of the irradiation light and the reflected light, and jigs that come into contact with the regions corresponding to this optical path in the alignment and exposure steps as well as in other steps. The process needs to be designed so that there is no such thing. In addition, before the alignment step, sufficient cleaning is performed to remove stains on the back surface of the transparent substrate 71, and the reflective region 2, the protective film 73, the low reflective film 72, etc. are altered or peeled off in the next step. It is necessary to select a process that does not.

【0115】また、反射領域2以外からの迷光の入射を
避けるために、反射領域2から位置検出デバイス3内の
光電変換素子へ至る光路上に、光源1から照射される光
の波長を選択的に透過するフィルタを設けることが望ま
しい。また、空気と透明基板71の界面を光が通過する
ため、これらの屈折率差の補正が必要となる。ただし、
ステッパのステージ74側に設けられた光源1および位
置検出デバイス3内の光電変換素子を、透明基板71と
同様の屈折率の材料で覆って、反射光が通過する空気の
層を極力薄くするか接触させてなくすことにより、この
補正を不要とすることも可能である。
Further, in order to avoid the incidence of stray light from other than the reflection area 2, the wavelength of the light emitted from the light source 1 is selectively set on the optical path from the reflection area 2 to the photoelectric conversion element in the position detection device 3. It is desirable to provide a filter that transmits light. Further, since light passes through the interface between the air and the transparent substrate 71, it is necessary to correct the difference in refractive index between them. However,
Whether the photoelectric conversion element in the light source 1 and the position detection device 3 provided on the stage 74 side of the stepper is covered with a material having the same refractive index as the transparent substrate 71 to make the air layer through which the reflected light passes as thin as possible. It is also possible to eliminate this correction by eliminating the contact.

【0116】図17は、本発明の第6の実施の形態の説
明図である。図中、図1と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。82,84はレンズ、81,83
はレンズ支持体である。この実施の形態は、複写機、フ
ァックシミリ、プリンタ、カメラ、望遠鏡、光ディスク
ドライブ等における、レンズ機構への応用例であって、
レンズ82,84またはレンズ支持体81,83の動作
測定等に用いるものである。
FIG. 17 is an explanatory diagram of the sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 82 and 84 are lenses, and 81 and 83
Is a lens support. This embodiment is an application example to a lens mechanism in a copying machine, a fax machine, a printer, a camera, a telescope, an optical disk drive, etc.
It is used for measuring the operation of the lenses 82, 84 or the lens supports 81, 83.

【0117】2枚のレンズ82,84が、それぞれ、レ
ンズ支持体81,83に取り付けられ、水平方向に所定
間隔で置かれ、それぞれ、レンズ移動機構により水平移
動し両者の相対位置が変化する。レンズ支持体81,8
3の一小部分に、反射板を取り付けるなどして反射領域
2を設置し、これらと近接した位置に、それぞれ、光源
1と位置検出デバイス3を設置する。反射領域2はレン
ズ82,84の端部に設けてもよい。レンズ82,84
およびレンズ支持体81,83が移動した時に、各反射
領域2からの反射光により、レンズ支持体81,83の
位置を検出し、その値からレンズ82,84またはレン
ズ支持体81,83の位置を測定する。
The two lenses 82 and 84 are attached to the lens supports 81 and 83, respectively, and are arranged at predetermined intervals in the horizontal direction. The lenses are horizontally moved by the lens moving mechanism, and the relative positions of the two lenses are changed. Lens support 81, 8
The reflection area 2 is installed in a small portion of 3 by attaching a reflection plate, and the light source 1 and the position detection device 3 are installed in positions close to these. The reflective area 2 may be provided at the ends of the lenses 82 and 84. Lenses 82, 84
When the lens supports 81 and 83 move, the position of the lens supports 81 and 83 is detected by the reflected light from each reflection area 2, and the positions of the lenses 82 and 84 or the positions of the lens supports 81 and 83 are detected from the detected values. To measure.

【0118】さらに、位置の時間変化を演算することに
より、速度、加速度等の位置変化に関する3次元の情報
を測定することもできる。これらによって、レンズ8
2,84の位置を定量的に解析することができるので、
位置ずれなどのトラブルを未然に発見することができ、
このずれ量をフィードバックすることにより位置ずれを
なくすこともできる。
Further, by calculating the time change of the position, it is possible to measure the three-dimensional information about the position change such as the velocity and the acceleration. By these, lens 8
Since the positions of 2,84 can be analyzed quantitatively,
Trouble such as misalignment can be found in advance,
It is possible to eliminate the positional deviation by feeding back the deviation amount.

【0119】また、ズームレンズ機構においてレンズ位
置の検出をすることができる。レンズ82,84を垂直
面内において移動させるレンズ移動機構においては、レ
ンズ82,84の各中心軸のずれを検出して中心軸を合
わせることもできる。なお、レンズ移動機構は、一方側
のみに取り付けられてもよく、この場合は、本発明を用
いてレンズ82,84間またはレンズ支持体81,83
間の相対距離を検出することができる。
The lens position can be detected in the zoom lens mechanism. In the lens moving mechanism that moves the lenses 82 and 84 in the vertical plane, it is also possible to detect the deviation of the central axes of the lenses 82 and 84 and align the central axes. It should be noted that the lens moving mechanism may be attached to only one side, and in this case, the present invention is used to provide a space between the lenses 82 and 84 or a lens support 81 and 83.
The relative distance between can be detected.

【0120】図18は、本発明の第7の実施の形態の説
明図である。図中、図1と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。91はリング状パイプ、92は支
柱、93は回転角等の検出センサである。この実施の形
態は、小さな回転物体への応用例であって、回転物体の
位置、オイラー角などの回転角、角速度、角加速度等を
測定するものである。
FIG. 18 is an explanatory diagram of the seventh embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. Reference numeral 91 is a ring-shaped pipe, 92 is a column, and 93 is a sensor for detecting a rotation angle and the like. This embodiment is an application example to a small rotating object, and measures the position of the rotating object, the rotation angle such as the Euler angle, the angular velocity, the angular acceleration, and the like.

【0121】透明な中空のリング状パイプ91に液体ま
たは気体を封入し、この中に反射領域2となる光反射性
の物体として、ウエイトまたは浮きを入れ、この物体の
回転運動を、支柱92に光源1とともに取り付けられた
位置検出デバイス3によって検出する。反射領域2とな
る物体を除く部分が回転するときにこの物体が静止して
いるようにすれば、これらの部材を収納して回転角等の
検出センサ93となり、このセンサが取り付けた物体の
回転角等を検出することができる。光源1は位置検出デ
バイス3と離して設置してもよく、光源1を回転角等の
検出センサ93外に設け、この中へ光を照射するように
してもよい。
A transparent hollow ring-shaped pipe 91 is filled with a liquid or a gas, and a weight or a float is put in this as a light-reflective object to be the reflection area 2, and the rotational movement of this object is applied to the support column 92. It is detected by the position detection device 3 attached together with the light source 1. If the object other than the object serving as the reflection area 2 rotates so that the object is stationary, these members are housed to serve as a sensor 93 for detecting a rotation angle and the like, and the rotation of the object attached by this sensor is performed. Corners and the like can be detected. The light source 1 may be installed separately from the position detection device 3, or the light source 1 may be provided outside the detection sensor 93 for detecting the rotation angle and the like, and the light may be radiated therein.

【0122】従来は磁気センサによりオイラー角などの
測定を行っていたため、測定範囲に存在する磁性体によ
り磁場が歪められて補正不可能な誤差が残ることが常識
であったが、光による測定のため、このような誤差は存
在せず、しかも簡易に測定することが可能となる。ただ
し、リング状パイプ91に封入した液体または気体の特
性に依存して、反射領域2である物体の運動に慣性力が
含まれてしまうため、例えば、半径の異なるリング状パ
イプ91をいくつか用意し、それぞれに入れられた反射
領域2となる物体の抵抗を変え、順次反射領域を照射す
ることにより、慣性による移動量を補正することも可能
である。
Conventionally, since the Euler angle and the like were measured by the magnetic sensor, it was common knowledge that the magnetic substance was distorted by the magnetic substance existing in the measurement range and an uncorrectable error remained, but it was not Therefore, such an error does not exist, and the measurement can be easily performed. However, depending on the characteristics of the liquid or gas sealed in the ring-shaped pipe 91, the inertial force is included in the motion of the object that is the reflection region 2, so that, for example, several ring-shaped pipes 91 with different radii are prepared. However, it is also possible to correct the amount of movement due to inertia by changing the resistance of the object to be the reflection area 2 placed in each and sequentially irradiating the reflection area.

【0123】図19は、本発明の第8の実施の形態の説
明図である。図中、図1と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。101は紙である。この実施の形
態は、複写機、ファックス、プリンタ等における、紙送
り機構への応用例であって、紙または紙送り機構の位置
検出や動作測定を行なうものである。
FIG. 19 is an explanatory diagram of the eighth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 101 is paper. This embodiment is an example of application to a paper feeding mechanism in a copying machine, a fax machine, a printer, etc., and performs position detection and operation measurement of paper or a paper feeding mechanism.

【0124】紙101の紙面の縁または角といった端部
近傍を反射領域と見なして、紙面の端部に近接した位置
に光源1と位置検出デバイス3を設置し、紙101が移
動して紙面の端部が位置検出デバイス3に近づいた時に
紙101からの反射光によって、紙面の端部の位置を検
出し、その値から紙101の位置、速度、加速度等に関
する3次元の情報を測定する。この例では、光源1から
の光がスポット状であり、この光を反射する反射領域の
面積が紙101の移動ととも変化するがこれは誤差とし
て扱うことができる。
The vicinity of an edge such as an edge or a corner of the paper surface of the paper 101 is regarded as a reflection area, and the light source 1 and the position detection device 3 are installed at positions close to the edges of the paper surface. When the edge approaches the position detection device 3, the position of the edge of the paper surface is detected by the reflected light from the paper 101, and three-dimensional information regarding the position, speed, acceleration, etc. of the paper 101 is measured from the value. In this example, the light from the light source 1 is spot-like, and the area of the reflection region that reflects this light changes with the movement of the paper 101, but this can be treated as an error.

【0125】紙101が紙送り機構によって供給される
ものであれば、紙101の位置情報などから、紙送り機
構の動作測定を行なうことができる。また、紙送り機構
自体に反射領域を設ければ、図14における対象物であ
る基板61と同様に紙送り機構の位置検出を行なうこと
もできる。
If the paper 101 is supplied by the paper feed mechanism, the operation of the paper feed mechanism can be measured from the position information of the paper 101 and the like. Further, if the paper feeding mechanism itself is provided with a reflection area, the position of the paper feeding mechanism can be detected similarly to the substrate 61 which is the object in FIG.

【0126】これらによって、単に紙送り不能のトラブ
ルの検出にとどまらず、紙101のずれの方向やその大
きさ、および紙の浮きの量についても知ることができる
ので、トラブル対策のための情報を提供し、かつ、トラ
ブル発生前に発生の危険性を知ることも可能となる。も
ちろん、紙送り機構の制御の際の紙101または紙送り
機構の位置検出などに用いることもできる。
By these, not only the detection of the trouble that the paper cannot be fed, but also the direction and the size of the deviation of the paper 101 and the amount of the floating of the paper can be known. It is also possible to provide the information and to know the danger of occurrence before the trouble occurs. Of course, it can also be used for detecting the position of the paper 101 or the paper feed mechanism when controlling the paper feed mechanism.

【0127】図20は、本発明の第9の実施の形態の説
明図である。図中、図1と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。111はレーザ光源、112は反
射面を有する対象物体である。この実施の形態は、物体
形状の測定への応用例であって、物体の形状を位置検出
デバイスで検出するものである。接触測定の不可能な遺
物や柔らかい物質などの3次元形状測定が可能となり、
形状が時間的に変化してもよい。
FIG. 20 is an explanatory diagram of the ninth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 111 is a laser light source, and 112 is a target object having a reflecting surface. This embodiment is an application example to the measurement of an object shape, in which the shape of the object is detected by a position detection device. It is possible to measure three-dimensional shapes such as relics and soft materials that cannot be contact-measured.
The shape may change with time.

【0128】レーザ光源111から発する細く絞られた
光をスキャンして、拡散性の反射面を有する対象物体1
12に照射することにより、その反射光を光電変換素子
を有する位置検出デバイス3で検出して物体の3次元形
状を検出する。スキャンには、例えば、ミラーを用いる
ことができる。スキャンと同期する信号を位置検出デバ
イス3内または外部に設けられた演算手段に出力して、
レーザ光の照射角度と演算された位置との対応をとって
もよい。
The target object 1 having a diffusive reflecting surface is scanned by scanning the light that is emitted from the laser light source 111 and is narrowed down.
By irradiating 12 with the reflected light, the position detection device 3 having a photoelectric conversion element detects the reflected light to detect the three-dimensional shape of the object. For scanning, for example, a mirror can be used. A signal synchronized with the scan is output to a calculation means provided inside or outside the position detection device 3,
A correspondence between the irradiation angle of the laser light and the calculated position may be taken.

【0129】光源としては、直進性がよく細い光束のも
のがよいが、LED光をレンズで収束したものでも、図
2に示した小孔4を用いて細い光束に絞られたものでも
よい。非接触で、位置検出およびその時間変化である速
度、加速度等3次元での測定ができる。
As the light source, a light beam having a good straightness and a small light flux is preferable, but an LED light beam converged by a lens or a light beam narrowed down by using the small hole 4 shown in FIG. 2 may be used. Position detection and three-dimensional measurement such as speed and acceleration, which are changes over time, can be performed without contact.

【0130】最後に、位置検出精度の向上対策について
説明する。広範囲で高精度の3次元位置検出を行うため
には、本発明の位置検出デバイス3のユニットを複数個
設けることが望ましい。そして、最も光源1との距離が
近く、高精度で位置検出を行えるユニットを選ぶ。その
ために、例えば、各ユニットの全面照射を受ける図4等
に示した第2の光電変換素子14の出力の中から、出力
が最大となるユニットを選び、そのユニットを用いて3
次元位置を検出することができる。選ぶユニットは1つ
に限らず、例えば、出力の大きい方から2〜3を選ん
で、そこから得られた3次元位置の平均値を求めるよう
にしてもよい。
Finally, measures for improving the position detection accuracy will be described. In order to perform highly accurate three-dimensional position detection in a wide range, it is desirable to provide a plurality of units of the position detection device 3 of the present invention. Then, select a unit that is closest to the light source 1 and can detect the position with high accuracy. Therefore, for example, a unit having the maximum output is selected from the outputs of the second photoelectric conversion elements 14 shown in FIG.
Dimensional position can be detected. The number of units to be selected is not limited to one, and for example, two to three may be selected from the one having the largest output, and the average value of the three-dimensional positions obtained therefrom may be obtained.

【0131】また、図4等に示した第1,第2の光電変
換素子11〜14のそれぞれの端部近傍の受光面におい
ては、素子の中央部等の他の部分に比べ、光電変換出力
のリニアリティが劣るなど精度劣化要因を有する場合が
ある。このような場合には、端部から精度劣化要因を有
する部分までの受光面に接して遮光板を設けるか、精度
劣化要因を有する受光面に遮光塗料を塗布するなどし
て、精度劣化要因となる部分を用いずに位置検出を行う
ことが可能となる。
In addition, in the light receiving surface near each end of the first and second photoelectric conversion elements 11 to 14 shown in FIG. May have a factor of deterioration in accuracy such as poor linearity. In such a case, a light-shielding plate may be provided in contact with the light-receiving surface from the end portion to the portion having the accuracy deterioration factor, or a light-shielding paint may be applied to the light-receiving surface having the accuracy deterioration factor. It is possible to detect the position without using the part.

【0132】本発明の位置検出装置は、発光源により照
射される反射領域を対象物に設けることにより、一般的
な1次元ないし3次元位置検出装置、さらには、位置変
化検出装置となる。図示を省略するが、通常用いられる
ボールペンまたはこれと同様な形状のペンや、指示棒に
反射領域を設けてもよい。例えば、ペン筺体や指示棒の
先端部またはこの近傍を反射領域とする。バーチャル・
リアリティ関連の技術への応用も可能であり、例えば、
使用者の体の一部に反射領域を設けることにより、体の
動きや身ぶりを検出する入力装置となる。このように、
一般的な物体または反射領域を取り付けた物体の3次元
位置および運動の速度や方向、または、一般的な物体の
3次元形状を測定することが可能になり、広く、3次元
計測の分野に応用することができる。
The position detecting device of the present invention becomes a general one-dimensional to three-dimensional position detecting device and further a position change detecting device by providing a reflection area irradiated by a light emitting source on an object. Although not shown, a reflection area may be provided on a ball-point pen that is normally used, a pen having a similar shape to this, or an indicator rod. For example, the tip portion of the pen housing or the indicator rod or its vicinity is used as the reflection area. virtual·
It can be applied to reality-related technologies, for example,
By providing a reflection area on a part of the user's body, the input device can detect body movement and body movement. in this way,
It is possible to measure the 3D position and speed or direction of motion of a general object or an object with a reflection area attached, or the 3D shape of a general object, and widely applied to the field of 3D measurement. can do.

【0133】[0133]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1に記載の発明によれば、位置検出デバイスが、対象物
からの反射光を遮光する遮光手段と、少なくとも1つの
第1の光電変換手段を有し、第1の光電変換手段が、遮
光手段により対象物の位置に応じて反射光の一部が遮光
される位置に設置されることから、厳密な微調整が不要
であり、光電変換手段,遮光手段などで構成される簡易
なデバイスを使用して位置検出を行なうことができると
いう効果がある。対象物からの反射光を受光するもので
あるため、光源を取り付けにくい対象物についても位置
検出をすることができるという効果がある。
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the invention, the position detecting device includes the light shielding means for shielding the reflected light from the object, and at least one first photoelectric device. Since the first photoelectric conversion means having the conversion means is installed at a position where a part of the reflected light is shielded according to the position of the object by the light shielding means, strict fine adjustment is not required, There is an effect that position detection can be performed using a simple device composed of photoelectric conversion means, light shielding means, and the like. Since the reflected light from the target object is received, it is possible to detect the position of the target object to which the light source is difficult to attach.

【0134】請求項2に記載の発明によれば、位置検出
デバイスが、少なくとも1つの第2の光電変換手段を有
し、第2の光電変換手段が、遮光手段により反射光が遮
光されることのない位置に設置されることから、光源か
らの距離および光の方向、光源の照射光の強度等に依存
する単位面積当たりの光量の変化などを補償することが
できるという効果がある。
According to the invention described in claim 2, the position detecting device has at least one second photoelectric conversion means, and the second photoelectric conversion means shields the reflected light by the light shielding means. Since it is installed at such a position, there is an effect that it is possible to compensate a change in the amount of light per unit area depending on the distance from the light source, the direction of light, the intensity of the irradiation light of the light source, and the like.

【0135】請求項3に記載の発明によれば、位置検出
デバイスが、対象物からの反射光を反射する反射手段
と、反射光を遮光する遮光手段と、少なくとも1つの第
1の光電変換手段を有し、第1の光電変換手段が、反射
手段または遮光手段の少なくとも1つの手段により対象
物の位置に応じて反射光の一部が反射または遮光される
位置に設置されることから、請求項1に記載の発明と同
様の効果に加え、反射手段によって第1の光電変換手段
の実質的な受光面積が増加するため、受光可能な光の方
向が拡大し、光源の位置検出可能な範囲が拡大されると
いう効果がある。
According to the third aspect of the present invention, the position detection device has a reflecting means for reflecting the reflected light from the object, a light shielding means for shielding the reflected light, and at least one first photoelectric conversion means. And the first photoelectric conversion means is installed at a position where a part of the reflected light is reflected or shielded by at least one of the reflecting means or the light shielding means according to the position of the object. In addition to the same effect as the invention described in Item 1, since the substantial light receiving area of the first photoelectric conversion means is increased by the reflecting means, the direction of light that can be received is expanded and the position of the light source can be detected. Has the effect of being expanded.

【0136】請求項4に記載の発明によれば、位置検出
デバイスが、少なくとも1つの第2の光電変換手段を有
し、第2の光電変換手段が、反射手段および遮光手段に
より反射光が遮光および反射されることのない位置に設
置されることから、請求項2に記載の発明と同様の効果
がある。
According to the invention described in claim 4, the position detecting device has at least one second photoelectric conversion means, and the second photoelectric conversion means shields the reflected light by the reflecting means and the light shielding means. Since it is installed at a position where it is not reflected, there is the same effect as the invention according to claim 2.

【0137】請求項5に記載の発明によれば、光を照射
する光源を有することから、あらかじめ光源と位置検出
デバイスの位置関係が定まるため、位置検出装置の設置
場所を決めることが容易であるという効果がある。請求
項6に記載の発明によれば、反射光の光電変換出力に基
づいて対象物の位置を演算する位置演算手段を有するこ
とから、容易に位置を検出することができるという効果
がある。請求項7に記載の発明によれば、対象物の少な
くとも一部に反射領域が設けられ、反射領域で反射され
る反射光を少なくとも1つの位置検出デバイスで検出す
ることから、対象物から反射光を容易に得ることができ
るという効果がある。
According to the invention described in claim 5, since the light source for irradiating light is included, the positional relationship between the light source and the position detection device is determined in advance, so that the installation location of the position detection device can be easily determined. There is an effect. According to the invention described in claim 6, since it has the position calculation means for calculating the position of the object based on the photoelectric conversion output of the reflected light, there is an effect that the position can be easily detected. According to the invention described in claim 7, since the reflection area is provided in at least a part of the object and the reflected light reflected by the reflection area is detected by at least one position detection device, the reflected light from the object There is an effect that can be easily obtained.

【0138】請求項8に記載の発明によれば、対象物が
感光体であり、電子写真記録機構における位置検出装置
であることから、感光体の回転位置を容易に検出できる
という効果がある。請求項9に記載の発明によれば、対
象物がレンズまたはレンズ支持体であり、レンズ移動機
構における位置検出装置であることから、レンズまたは
レンズ支持体の位置を容易に検出できるという効果があ
る。請求項10に記載の発明によれば、対象物が透明基
板であり、透明基板の片面側に反射領域が設けられ、透
明基板の他面側に少なくとも1つの位置検出デバイスが
設けられることから、反射領域に対し透明基板をはさん
だ場所において透明基板の位置を容易に検出できるとい
う効果がある。
According to the eighth aspect of the invention, since the object is the photoconductor and the position detecting device in the electrophotographic recording mechanism, there is an effect that the rotational position of the photoconductor can be easily detected. According to the invention described in claim 9, since the object is the lens or the lens support and the position detecting device in the lens moving mechanism, the position of the lens or the lens support can be easily detected. . According to the invention of claim 10, since the object is a transparent substrate, the reflective region is provided on one side of the transparent substrate, and at least one position detection device is provided on the other side of the transparent substrate. There is an effect that the position of the transparent substrate can be easily detected at a place sandwiching the transparent substrate with respect to the reflection area.

【0139】請求項11に記載の発明によれば、対象物
自体の表面が反射表面であり、反射表面で反射される反
射光を少なくとも1つの位置検出デバイスで検出するこ
とから、付加的に反射板,反射塗料,メッキ等を用いる
ことなく対象物自体の特徴を利用して反射領域を設ける
ことができるという効果がある。請求項12に記載の発
明によれば、対象物は反射表面を有する紙であり、紙の
位置検出装置であることから、紙の位置を容易に検出で
きるという効果がある。
According to the invention described in claim 11, since the surface of the object itself is a reflecting surface and the reflected light reflected by the reflecting surface is detected by at least one position detecting device, it is additionally reflected. There is an effect that the reflective region can be provided by utilizing the characteristics of the object itself without using a plate, reflective paint, plating or the like. According to the twelfth aspect of the invention, since the object is paper having a reflecting surface and is a paper position detecting device, there is an effect that the position of the paper can be easily detected.

【0140】請求項13に記載の発明によれば、対象物
の複数の領域を光源で順次照射する照射手段を有し、順
次の照射に同期して複数の領域の位置検出出力を得るこ
とから、複数の領域の位置を容易に検出できるという効
果がある。請求項14に記載の発明によれば、光源が対
象物の複数の領域を領域ごとに照射光の特性を異ならせ
て照射するものであり、反射光の特性に基づいて複数の
領域の位置検出出力を得ることから、複数の領域の位置
を容易に検出できるという効果がある。
According to the thirteenth aspect of the invention, there is provided irradiation means for sequentially irradiating a plurality of regions of the object with the light source, and position detection outputs of the plurality of regions are obtained in synchronization with the sequential irradiation. There is an effect that the positions of a plurality of areas can be easily detected. According to the invention as set forth in claim 14, the light source irradiates a plurality of regions of the object with different characteristics of the irradiation light for each region, and position detection of the plurality of regions is performed based on the characteristics of the reflected light. Since the output is obtained, there is an effect that the positions of a plurality of areas can be easily detected.

【0141】請求項15に記載の発明によれば、請求項
1ないし14のいずれか1項に記載の位置検出装置と、
この位置検出装置の出力に基づいて対象物の速度,加速
度,角速度等の位置変化量を演算する位置変化演算手段
を有することから、対象物の位置変化量を容易に検出す
ることができるという効果がある。
According to a fifteenth aspect of the present invention, the position detecting device according to any one of the first to fourteenth aspects,
The position change amount calculating means for calculating the position change amount such as the velocity, acceleration, and angular velocity of the target object based on the output of the position detecting device is provided, so that the position change amount of the target object can be easily detected. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 拡散光を反射領域に照射するものにおいて、
光源、対象物の反射領域、光電変換素子の位置関係を示
す概要説明図である。
FIG. 1 shows a case where diffused light is applied to a reflection area,
It is a schematic explanatory drawing which shows the positional relationship of a light source, the reflective area | region of an object, and a photoelectric conversion element.

【図2】 細い光束を反射領域に照射するものにおい
て、光源、対象物の反射領域、光電変換素子の位置関係
を示す概要説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a positional relationship between a light source, a reflection area of an object, and a photoelectric conversion element in a case where a reflection area is irradiated with a thin light beam.

【図3】 対象物に複数の反射領域があるものにおい
て、光源、対象物の反射領域、光電変換素子の位置関係
を示す概要説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing a positional relationship between a light source, a reflection area of an object, and a photoelectric conversion element in an object having a plurality of reflection areas.

【図4】 位置検出デバイスの第1の基本構成の平面図
である。
FIG. 4 is a plan view of a first basic configuration of the position detection device.

【図5】 図4のx−y平面の断面図および光源と各部
の位置関係を示す説明図である。
5 is a cross-sectional view of the xy plane of FIG. 4 and an explanatory diagram showing a positional relationship between a light source and each part.

【図6】 図4のx−z平面の断面図および光源と各部
の位置関係を示す説明図である。
6 is a cross-sectional view of the xz plane of FIG. 4 and an explanatory diagram showing a positional relationship between a light source and each part.

【図7】 位置検出デバイスの第2の基本構成の説明図
である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a second basic configuration of the position detection device.

【図8】 図7の位置C−C’における部分断面図およ
び等価な部分断面図である。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view and an equivalent partial cross-sectional view at a position CC ′ of FIG. 7.

【図9】 図4に示した第1の基本構成の第1の変形例
を説明する平面図である。
FIG. 9 is a plan view illustrating a first modification of the first basic configuration shown in FIG.

【図10】 図4に示した第1の基本構成の第2の変形
例を説明する平面図である。
FIG. 10 is a plan view illustrating a second modification example of the first basic configuration shown in FIG.

【図11】 図4に示した第1の基本構成において、第
1の光電変換素子と遮光板の距離を変化させた場合の説
明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram when the distance between the first photoelectric conversion element and the light shielding plate is changed in the first basic configuration shown in FIG.

【図12】 本発明の第1の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の第2の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram of the second embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の第3の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の第4の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 15 is an explanatory diagram of the fourth embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の第5の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 16 is an explanatory diagram of the fifth embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の第6の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 17 is an explanatory diagram of the sixth embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の第7の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 18 is an explanatory diagram of the seventh embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の第8の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 19 is an explanatory diagram of the eighth embodiment of the present invention.

【図20】 本発明の第9の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 20 is an explanatory diagram of the ninth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,5,7,18…光源、2,6,8…反射領域、3…
位置検出デバイス、4…小孔、11〜13…第1の光電
変換素子、14…第2の光電変換素子、15〜17,3
1…遮光板、21〜23…反射兼遮光板、41…支持
棒、43…圧電素子、51…感光ドラム、52…回転
軸、61…対象物である基板、63…検査用プローブ、
64…ワイヤボンディング用プローブ、71…透明基
板、74…ステッパのステージ、82,84…レンズ、
91…リング状パイプ、101…紙、111…レーザ光
源、112…反射面を有する対象物体。
1, 5, 7, 18 ... Light source, 2, 6, 8 ... Reflection area, 3 ...
Position detecting device, 4 ... Small holes, 11-13 ... First photoelectric conversion element, 14 ... Second photoelectric conversion element, 15-17, 3
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light-shielding plate, 21-23 ... Reflection and light-shielding plate, 41 ... Support rod, 43 ... Piezoelectric element, 51 ... Photosensitive drum, 52 ... Rotating shaft, 61 ... Target substrate, 63 ... Inspection probe,
64 ... Wire bonding probe, 71 ... Transparent substrate, 74 ... Stepper stage, 82, 84 ... Lens,
91 ... Ring pipe, 101 ... Paper, 111 ... Laser light source, 112 ... Target object having a reflecting surface.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光の照射を受ける対象物の位置を該対象
物からの反射光を少なくとも1つの位置検出デバイスで
検出する位置検出装置において、前記位置検出デバイス
は、前記対象物からの反射光を遮光する遮光手段と、少
なくとも1つの第1の光電変換手段を有し、第1の光電
変換手段は、前記遮光手段により前記対象物の位置に応
じて前記反射光の一部が遮光される位置に設置されるこ
とを特徴とする位置検出装置。
1. A position detection device for detecting the position of an object to which light is irradiated by reflected light from the object with at least one position detection device, wherein the position detection device is a reflected light from the object. And a first photoelectric conversion unit, and the first photoelectric conversion unit shields a part of the reflected light according to the position of the object by the light shielding unit. A position detecting device which is installed at a position.
【請求項2】 前記位置検出デバイスは、少なくとも1
つの第2の光電変換手段を有し、第2の光電変換手段
は、前記遮光手段により前記反射光が遮光されることの
ない位置に設置されることを特徴とする請求項1に記載
の位置検出装置。
2. The position detecting device is at least one.
The position according to claim 1, further comprising two second photoelectric conversion means, wherein the second photoelectric conversion means is installed at a position where the reflected light is not blocked by the light blocking means. Detection device.
【請求項3】 光の照射を受ける対象物の位置を該対象
物からの反射光を少なくとも1つの位置検出デバイスで
検出する位置検出装置において、前記位置検出デバイス
は、対象物からの反射光を反射する反射手段と、前記反
射光を遮光する遮光手段と、少なくとも1つの第1の光
電変換手段を有し、第1の光電変換手段は、前記反射手
段または前記遮光手段の少なくとも1つの手段により前
記対象物の位置に応じて前記反射光の一部が反射または
遮光される位置に設置されることを特徴とする位置検出
装置。
3. A position detecting device for detecting the position of an object receiving light irradiation by means of at least one position detecting device for reflected light from the object, wherein the position detecting device detects the reflected light from the object. It has a reflection means for reflecting light, a light shielding means for shielding the reflected light, and at least one first photoelectric conversion means, and the first photoelectric conversion means includes at least one of the reflection means or the light shielding means. The position detecting device is installed at a position where a part of the reflected light is reflected or shielded according to the position of the object.
【請求項4】 前記位置検出デバイスは、少なくとも1
つの第2の光電変換手段を有し、第2の光電変換手段
は、前記反射手段および前記遮光手段により前記反射光
が遮光および反射されることのない位置に設置されるこ
とを特徴とする請求項3に記載の位置検出装置。
4. The position detecting device is at least one.
Two second photoelectric conversion means are provided, and the second photoelectric conversion means is installed at a position where the reflected light is not blocked or reflected by the reflecting means and the light shielding means. Item 3. The position detection device according to item 3.
【請求項5】 前記光を照射する光源を有することを特
徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の位置
検出装置。
5. The position detecting device according to claim 1, further comprising a light source that emits the light.
【請求項6】 前記反射光の光電変換出力に基づいて前
記対象物の位置を演算する位置演算手段を有することを
特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の位
置検出装置。
6. The position detecting device according to claim 1, further comprising position calculating means for calculating a position of the object based on a photoelectric conversion output of the reflected light.
【請求項7】 前記対象物の少なくとも一部に反射領域
が設けられ、該反射領域で反射される反射光を前記少な
くとも1つの位置検出デバイスで検出することを特徴と
する請求項1ないし6のいずれか1項に記載の位置検出
装置。
7. The reflection area is provided in at least a part of the object, and the reflected light reflected by the reflection area is detected by the at least one position detection device. The position detection device according to claim 1.
【請求項8】 前記対象物は感光体であり、電子写真記
録機構における位置検出装置であることを特徴とする請
求項7に記載の位置検出装置。
8. The position detecting device according to claim 7, wherein the object is a photoconductor and is a position detecting device in an electrophotographic recording mechanism.
【請求項9】 前記対象物はレンズまたはレンズ支持体
であり、レンズ移動機構における位置検出装置であるこ
とを特徴とする請求項7に記載の位置検出装置。
9. The position detecting device according to claim 7, wherein the object is a lens or a lens support, and is a position detecting device in a lens moving mechanism.
【請求項10】 前記対象物は透明基板であり、前記透
明基板の片面側に前記反射領域が設けられ、前記透明基
板の他面側に前記少なくとも1つの位置検出デバイスが
設けられることを特徴とする請求項7に記載の位置検出
装置。
10. The object is a transparent substrate, the reflective region is provided on one surface side of the transparent substrate, and the at least one position detection device is provided on the other surface side of the transparent substrate. The position detecting device according to claim 7.
【請求項11】 前記対象物自体の表面が反射表面であ
り、該反射表面で反射される反射光を前記少なくとも1
つの位置検出デバイスで検出することを特徴とする請求
項1ないし6のいずれか1項に記載の位置検出装置。
11. The surface of the object itself is a reflective surface, and the reflected light reflected by the reflective surface is the at least 1
The position detecting device according to claim 1, wherein the position detecting device detects the position with one position detecting device.
【請求項12】 前記対象物は反射表面を有する紙であ
り、紙の位置検出装置であることを特徴とする請求項1
1に記載の位置検出装置。
12. The object is a paper having a reflecting surface and is a paper position detecting device.
1. The position detection device according to 1.
【請求項13】 前記対象物の複数の領域を前記光源で
順次照射する照射手段を有し、順次の照射に同期して前
記複数の領域の位置検出出力を得ることを特徴とする請
求項5または6に記載の位置検出装置。
13. An irradiation means for sequentially irradiating a plurality of regions of the object with the light source, wherein position detection outputs of the plurality of regions are obtained in synchronization with the sequential irradiation. Alternatively, the position detection device according to item 6.
【請求項14】 前記光源は前記対象物の複数の領域を
前記領域ごとに照射光の特性を異ならせて照射するもの
であり、前記反射光の特性に基づいて前記複数の領域の
位置検出出力を得ることを特徴とする請求項5または6
に記載の位置検出装置。
14. The light source irradiates a plurality of regions of the object with different characteristics of irradiation light for each region, and position detection outputs of the plurality of regions based on the characteristics of the reflected light. 5. The method according to claim 5, wherein
3. The position detecting device according to claim 1.
【請求項15】 請求項1ないし14のいずれか1項に
記載の位置検出装置と、前記位置検出装置の出力に基づ
いて前記対象物の速度,加速度,角速度等の位置変化量
を演算する位置変化演算手段を有することを特徴とする
位置変化検出装置。
15. The position detecting device according to claim 1, and a position for calculating a position change amount such as velocity, acceleration, angular velocity or the like of the object based on an output of the position detecting device. A position change detection device comprising a change calculation means.
JP3856096A 1996-02-26 1996-02-26 Position detecting apparatus and position change detecting apparatus Pending JPH09229615A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3856096A JPH09229615A (en) 1996-02-26 1996-02-26 Position detecting apparatus and position change detecting apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3856096A JPH09229615A (en) 1996-02-26 1996-02-26 Position detecting apparatus and position change detecting apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09229615A true JPH09229615A (en) 1997-09-05

Family

ID=12528691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3856096A Pending JPH09229615A (en) 1996-02-26 1996-02-26 Position detecting apparatus and position change detecting apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09229615A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000284686A (en) * 1999-03-30 2000-10-13 Toyota Motor Corp Method of matching photographed images, map updating device utilizing same method, and updating method therefor
WO2017039170A1 (en) * 2015-09-03 2017-03-09 (주)이오테크닉스 Device and method for measuring change in thickness or height of object
CN109253697A (en) * 2017-07-13 2019-01-22 台濠科技股份有限公司 The sensing wafer structure of optics ruler reading head

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000284686A (en) * 1999-03-30 2000-10-13 Toyota Motor Corp Method of matching photographed images, map updating device utilizing same method, and updating method therefor
WO2017039170A1 (en) * 2015-09-03 2017-03-09 (주)이오테크닉스 Device and method for measuring change in thickness or height of object
CN109253697A (en) * 2017-07-13 2019-01-22 台濠科技股份有限公司 The sensing wafer structure of optics ruler reading head

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101409644B1 (en) Three-dimensional shape measuring apparatus
JP3208902B2 (en) Lens system optical axis adjusting device and lens system optical axis adjusting method
JP2979431B2 (en) Method and apparatus for calibrating a controller for deflecting a laser beam
US10006757B1 (en) Optical configuration for measurement device using emitter material configuration with quadrant photodetectors
CN103309169B (en) The method of pick-up unit, exposure device and manufacture device
US6624879B2 (en) Exposure apparatus and method for photolithography
JPH1183438A (en) Position calibration method for optical measuring device
US5432330A (en) Two-stage detection noncontact positioning apparatus having a first light detector with a central slit
JPH0514217B2 (en)
CN106840030B (en) A kind of two dimension long-range profile detection device and detection method
JPH09229615A (en) Position detecting apparatus and position change detecting apparatus
US20230069195A1 (en) Camera module manufacturing device
CN101118314A (en) Light path system detecting touch article coordinate using MEMS microscope
JP2987540B2 (en) 3D scanner
JPH09236406A (en) Device and apparatus for detecting position
JPH0511257B2 (en)
JPH109812A (en) Device and equipment for detecting position
JP4025049B2 (en) Gap adjustment device
JP3512440B2 (en) Displacement sensor
JP2675051B2 (en) Optical non-contact position measuring device
WO2021128517A1 (en) Radius of curvature measurement apparatus and radius of curvature measurement method
JP3007756B2 (en) Reading device manufacturing method
CN101320218A (en) Three scanning type silicon slice focusing and leveling measurement apparatus, system and method
JP3042693B2 (en) Method and apparatus for measuring perspective distortion and method and apparatus for measuring surface three-dimensional shape
JPH10300630A (en) Scanning line measuring equipment and inspection method therefor