JPH1062122A

JPH1062122A - 位置センサ

Info

Publication number: JPH1062122A
Application number: JP26112396A
Authority: JP
Inventors: Takao Tawara; 隆雄俵
Original assignee: OPT ELECTRON KK
Current assignee: OPT ELECTRON KK
Priority date: 1996-08-25
Filing date: 1996-08-25
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光を利用し、しかも如何なる光学的レンズを
も使用すること無しに、第１の物体上の座標原点からの
第２の物体（工作機械の可動部等）の偏位を検知するこ
と。同様にして移動する薄板の表面から突出する微小突
起の突出位置を自動的に検知し記録すること。低コスト
の位置センサを提供すること。【解決手段】第１の物体上の原点にピンゲージ２を、
第２の物体上に点光源１とホトセンサ３１、３２を取付
け、点光源１とホトセンサ３１、３２とがピンゲージ２
を挟む位置関係となるように第２の物体を復帰させたと
き、第２の物体の上記原点からの偏位を、ホトセンサ３
１、３２間の受光量の大小関係によって、検知するもの
である。又、ロールＲに接触して移動する紙板Ｐの一側
に点光源１を他側にホトセンサ３と配置し、ホトセンサ
３の受光量の減少によって、薄板Ｐの微小突起を自動的
に検知し記録するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、光を利用
して対象物の座標位置を検出するための位置センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】光を利用して対象物の座標位置を検出す
るための手段・方法については、枚挙するに暇がない程
多数の提案が、これ迄になされている。例えば、特開平
５−１０７０２５号公報には、光通信用ＬＤ（レーザダ
イオード）モジュールの結合点（光ファイバとの結合
点、即ちレーザダイオード光の集光スポットの空中像）
位置と同ＬＤモジュールの外径との間の同軸度を測定す
るための、同軸度測定装置が開示され、その同軸度測定
装置には、そのサブシステムとして、（１）対物レンズ
が取り付けられた顕微鏡と、この顕微鏡の光軸と同軸の
状態に円筒形状のワーク（光通信用用Ｄモジュール）を
保持するワーク供給ユニットと、前記ワークの端面の対
象点（光ファイバとの結合点）が配置される範囲の前記
顕微鏡による像を光電変換するカメラと、このカメラに
撮像される前記対象点の中心位置を算出する画像処理装
置とから成る、前記対象点の中心位置を測定する装置
（同公報請求項１の欄）や、（２）互いに前記ワークを
挟んで向い合う第１のレーザ外径測定器投光ユニットお
よび第１のレーザ外径測定器受光ユニットと、これら第
１のレーザ外径測定器投光ユニット及び第１のレーザ外
径測定器受光ユニットと垂直な方向に互いに前記ワーク
を挟んで向い合う第２のレーザ外径測定器投光ユニット
及び第２のレーザ外径測定器受光ユニットと、前記第１
のレーザ外径測定器投光ユニット及び第１のレーザ外径
測定器受光ユニットならびに前記第２のレーザ外径測定
器受光ユニット及び第２のレーザ外径測定器受光ユニッ
トに接続され前記ワークの中心位置を算出するレーザ外
径測定器コントローラとから成る、前記ワークの中心位
置を測定する装置（同公報請求項１の欄）や、（３）そ
れぞれが前記ワークの側面上で前記ワークの中心軸に垂
直な面上の異なる点である第１〜第３の点の位置を測定
する第１〜第３の測長手段と、これら第１〜第３の測長
手段に接続され前記第１〜第３の点の位置から前記ワー
クの中心位置を算出するコントローラとから成る、前記
ワークの中心位置を測定する装置（同公報請求項２の
欄）、が使用されている。

【０００３】又、特開平６−１０４３３０号公報には、
（４）各個に異なる寸法を有する、円板（例えばウエ
ハ）の自動芯出しをなすための、自動芯出し装置が開示
されている。その自動芯出し装置には、投光手段と受光
手段からなるビームセンサが少なくとも３対（好ましく
は７対）設けられると共に、これらのセンサは、各投光
手段から投射される各ビームが、仮想正円錐体の母線を
なすものとなる所要の配置となされている。一方では、
板状体を把握するためのチャックを、前記仮想円錐体の
中心軸の方向へ、及びその中心軸と交差した面上の任意
の位置へ、移動させるものとしたアームロボットが設け
ると共に、このロボットを前記センサの検出信号に基づ
いて作動させるための制御装置が設けられて成るもので
ある。

【０００４】

【従来の技術の問題点】然るところ、前記（１）〜
（３）の測定装置は何れも、構成が極めて複雑であり、
又、精密な光学レンズを必要とする。従って、コストダ
ウン等は、原理的に困難である。前記（４）の測定装置
は、その測定対象が、原理的に、円板（ウエハ）に限ら
れている。それ故、前記（１）〜（４）の測定装置は何
れも、工作機械等の可動部（例えばテーブル）の座標位
置を検知する用途等には適していない。ここに掲記し切
れなかったその他の従来の技術についても、事情は大同
小異である。これを要するに、従来の技術においては、
光を利用した測定装置に光学レンズを使用することは、
謂わば当たり前のこととして、何らの抵抗感も無く、受
け止められて来たのである。

【０００５】

【発明の目的】それ故、この出願の発明の第１の目的
は、光を利用し、しかも如何なる光学的レンズをも使用
すること無しに、機械一般、特に工作機械における可動
部（例えばテーブル）の座標位置を検出する事が出来
る、低コストの位置センサを提供する事にある。この出
願の発明の第２の目的は、光を利用し、しかも如何なる
光学的レンズをも使用することなしに、移動する薄板
（例えば紙板）の表面から突出する微小突起の存在を自
動的に探知すると共に、その突出位置（座標位置）を自
動的に検知し、記録する事が出来る、低コストの位置セ
ンサを提供する事にある。

【０００６】

【目的を達成するための手段】前記の諸問題を解決し、
且つ前記の諸目的を達成するために、この出願の発明の
第１の位置センサは、第１の物体及び第２の物体の一方
又は双方が三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平
行に運動可能であるときに、上記第１の物体に対する上
記第２の物体の相対的な位置関係を検知するための、位
置センサであって、点光源１と、ピンゲージ２と、１対
のホトセンサ３１・３２と、差動増幅器４と、信号処理
・演算回路５とを含有し、上記ピンゲージ２は、その中
心軸線が上記三次元直交座標系のＺ軸と合致するよう
に、第１の物体上に取付けられ、上記点光源１は、その
光軸が上記三次元直交座標系のＸ軸に対して平行関係を
成すように、又、上記１対のホトセンサ３１・３２は、
その中点が上記点光源１の光軸上にあるように、且つこ
の光軸と直交するＹ軸と平行関係を成すように、それぞ
れ第２の物体上に取付けられ、上記第２の物体に対する
上記点光源１の取付位置は、上記第１の物体と上記第２
の物体との間の相対運動に伴って、上記点光源１の光軸
が上記ピンゲージ２と交差することが出来るように、選
択され、上記１対のホトセンサ３１・３２の二つの出力
端子には、上記差動増幅器４の二つの入力端子が、それ
ぞれ接続され、上記差動増幅器４は、上記点光源１の光
軸が上記ピンゲージ２と交差しているときは０値を出力
するように、それがＹ軸の正の向きに偏位しているとき
は極性が正（又は負）で絶対値が偏位距離の関数を成す
値を出力するように、それが負の向きに偏位していると
きは極性が負（又は正）で絶対値が偏位距離の関数を成
す値を出力するように、構成され、上記差動増幅器４の
後段には、信号処理・演算回路５が接続され、信号処理
・演算回路５の後段には、位置信号出力点が形成され、
上記位置信号出力点には、上記差動増幅器４の出力に基
づいて形成されたところの、上記点光源１の光軸のＹ座
標を表す信号が、即ち上記第１の物体に対する上記第２
の物体のＹ軸方向の位置関係を表す信号が出力される、
ものである。

【０００７】この出願の発明の第２の位置センサは、前
記第１の位置センサにおいて、前記点光源１と前記１対
のホトセンサ３１・３２との間に、筒状ガラスカバー７
が、Ｚ軸と平行関係を成すように、配設されているもの
である。

【０００８】この出願の発明の第３の位置センサは、第
１の物体及び第２の物体の一方又は双方が三次元直交座
標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運動可能であると共
にＸ軸と平行にも運動可能であるときに、上記第１の物
体に対する上記第２の物体の相対的な位置関係を検知す
るための、位置センサであって、１個のピンゲージ２
と、第１の点光源１１と、第１の１対のホトセンサ３１
・３２と、第１の差動増幅器４１と、第１の信号処理・
演算回路５１と、第２の点光源１２と、第２の１対のホ
トセンサ３３・３４と、第２の差動増幅器４２と、第２
の信号処理・演算回路５２と、を含有し、上記ピンゲー
ジ２は、その中心軸線が上記三次元直交座標系のＺ軸と
合致するように、第１の物体上に固定され、上記第１の
点光源１１は、その光軸が上記三次元直交座標系のＸ軸
に対して平行関係を成すように、又、上記第１の１対の
ホトセンサ３１・３２は、その中点が上記第１の点光源
１１の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交するＹ
軸と平行関係を成すように、それぞれ第２の物体上に取
付けられ、上記第２の点光源１２は、その光軸が上記三
次元直交座標系のＹ軸に対して平行関係を成すように、
又、上記第２の１対のホトセンサ３３・３４は、その中
点が上記第２の点光源１２の光軸上にあるように、且つ
この光軸と直交するＸ軸と平行関係を成すように、それ
ぞれ第２の物体上に取付けられ、上記第２の物体に対す
る上記第１の点光源１１の取付位置及び上記第２の点光
源１２の取付位置はそれぞれ、上記第１の物体と上記第
２の物体との間のＹ軸方向の相対運動に伴って上記第１
の点光源１１の光軸が上記ピンゲージ２と交差すること
が出来るように、又上記第１の物体と上記第２の物体と
の間のＸ軸方向の相対運動に伴って上記第２の点光源１
２の光軸が上記ピンゲージ２と交差することが出来るよ
うに、選択され、上記第１の１対のホトセンサ３１・３
２の二つの出力端子には、上記第１の差動増幅器４１の
二つの入力端子が、それぞれ接続され、上記第２の１対
のホトセンサ３３・３４の二つの出力端子には、上記第
２の差動増幅器４２の二つの入力端子が、それぞれ接続
され、上記第１の差動増幅器４１は、上記第１の点光源
１１の光軸が上記ピンゲージ２と交差しているときは０
値を出力するように、それがＹ軸の正の向きに偏位して
いるときは極性が正（又は負）で絶対値が偏位距離の関
数を成す値を出力するように、それが負の向きに偏位し
ているときは極性が負（又は正）で絶対値が偏位距離の
関数を成す値を出力するように、構成され、上記第２の
差動増幅器４２は、上記第２の点光源１２の光軸が上記
ピンゲージ２と交差しているときは０値を出力するよう
に、それがＸ軸の正の向きに偏位しているときは極性が
正（又は負）で絶対値が偏位距離の関数を成す値を出力
するように、それが負の向きに偏位しているときは極性
が負（又は正）で絶対値が偏位距離の関数を成す値を出
力するように、構成され、上記第１の差動増幅器４１の
後段には、上記第１の信号処理・演算回路５１が接続さ
れ、上記第１の信号処理・演算回路５１の後段には、第
１の位置信号出力点が形成され、上記第２の差動増幅器
４２の後段には、上記第２の信号処理・演算回路５２が
接続され、上記第２の信号処理・演算回路５２の後段に
は、第２の位置信号出力点が形成され、上記第１の位置
信号出力点には、上記第１の差動増幅器４１の出力に応
じて形成されたところの、上記第１の点光源１１の光軸
のＹ座標を表す信号が、即ち上記第１の物体に対する上
記第２の物体のＹ軸方向の位置関係を表す信号が出力さ
れ、上記第２の位置信号出力点には、上記第２の差動増
幅器４２の出力に応じて形成されたところの、上記第２
の点光源１２の光軸のＸ座標を表す信号、即ち上記第１
の物体に対する上記第２の物体のＸ軸方向の位置関係を
表す信号が出力される、ものである。

【０００９】この出願の発明の第４の位置センサは、前
記第３の位置センサにおいて、前記第１の点光源１１と
前記第１の１対のホトセンサ３１・３２との間であっ
て、且つ前記第２の点光源１２と前記第２の１対のホト
センサ３３・３４との間に、筒状ガラスカバー７が、Ｚ
軸と平行関係を成すように、配設されている、ものであ
る。

【００１０】この出願の発明の第５の位置センサは、第
１の物体及び第２の物体の一方又は双方が三次元直交座
標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運動可能であるとき
に、上記第１の物体に対する上記第２の物体の相対的な
位置関係を検知するための、位置センサであって、点光
源１と、ピンゲージ２と、ラインイメージセンサ３ｃ
と、増幅器４ａと、二値化回路５ｂと、計数演算手段５
ｃとを含有し、ピンゲージ２は、その中心軸線が上記三
次元直交座標系のＺ軸と合致するように、第１の物体上
に取付けられ、上記点光源１は、その光軸が上記三次元
直交座標系のＸ軸に対して平行関係を成すように、又、
ラインイメージセンサ３ｃは、受光面の中心が上記点光
源１の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交するＹ
軸と平行関係を成すように、それぞれ第２の物体上に取
付けられ、上記第２の物体に対する上記点光源１の取付
位置は、上記第１の物体と上記第２の物体との間のＹ軸
方向の相対運動に伴って、上記点光源１の光軸がピンゲ
ージ２と交差することが出来るように、選択され、ライ
ンイメージセンサ３ｃと、増幅器４ａと、二値化回路５
ｂと、計数演算手段５ｃとは、この順で、縦続接続さ
れ、該計数演算手段５ｃの後段には、位置信号出力点が
形成され、上記位置信号出力点には、ラインイメージセ
ンサ３ｃの出力に基づいて形成されたところの、点光源
１の光軸のＹ座標を表す信号が、即ち上記第１の物体に
対する上記第２の物体のＹ軸方向の位置関係を表す信号
が出力される、ものである。

【００１１】この出願の発明の第６の位置センサは、第
１の物体及び第２の物体の一方又は双方が三次元直交座
標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運動可能であると共
に、Ｘ軸と平行にも運動可能であるときに、上記第１の
物体に対する上記第２の物体の相対的な位置関係を検知
するための、位置センサであって、ピンゲージと、第１
の点光源と、第１のラインイメージセンサと、第１の増
幅器と、第１の二値化回路と、第１の計数演算手段と、
第２の点光源と、第２のラインイメージセンサと、第２
の増幅器と、第２の二値化回路と、第２の計数演算手段
と、を含有し、上記ピンゲージは、その中心軸線が上記
三次元直交座標系のＺ軸と合致するように、第１の物体
上に取付けられ、上記第１の点光源は、その光軸が上記
三次元直交座標系のｘ軸に対して平行関係を成すよう
に、又、上記第１のラインイメージセンサは、受光面の
中心が第１の点光源の光軸上にあるように、且つこの光
軸と直交するＹ軸と平行関係を成すように、それぞれ第
２の物体上に取付けられ、上記第２の点光源は、その光
軸が上記三次元直交座標系のＹ軸に対して平行関係を成
すように、又、上記第２のラインイメージセンサは、受
光面の中心が第２の点光源の光軸上にあるように、且つ
この光軸と直交するＸ軸と平行関係を成すように、それ
ぞれ第２の物体上に取付けられ、上記第２の物体に対す
る上記第１の点光源の取付位置は、上記第１の物体と上
記第２の物体との間のＹ軸方向の相対運動に伴って、上
記第１の点光源の光軸が上記ピンゲージと交差すること
が出来るように、選択され、上記第２の物体に対する上
記第２の点光源の取付位置は、上記第１の物体と上記第
２の物体との間のＸ軸方向の相対運動に伴って、上記第
２の点光源の光軸が上記ピンゲージと交差することが出
来るように、選択され、上記第１のラインイメージセン
サと、上記第１の増幅器と、上記第１の二値化回路と、
上記第１の計数演算手段とは、この順で縦続接続され、
上記第１の計数演算手段の後段には、第１の位置信号出
力点が形成され、上記第２のラインイメージセンサと、
上記第２の増幅器と、上記第２の二値化回路と、上記第
２の計数演算手段とは、この順で縦続接続され、上記第
２の計数演算手段の後段には、第２の位置信号出力点が
形成され、上記第１の位置信号出力点には、上記第１の
ラインイメージセンサの出力に基づいて形成されたとこ
ろの、上記第１の点光源の光軸のＹ座標を表す信号が、
即ち上記第１の物体に対する上記第２の物体のＹ軸方向
の位置関係を表す信号が出力され、上記第２の位置信号
出力点には、上記第２のラインイメージセンサの出力に
基づいて形成されたところの、上記第２の点光源の光軸
のＸ座標を表す信号が、即ち上記第１の物体に対する上
記第２の物体のＸ軸方向の位置関係を表す信号が出力さ
れる、ものである。

【００１２】この出願の発明の第７の位置センサは、長
尺の紙板Ｐが、紙送りシステムのローラＲに接触せしめ
られた状態で、長手方向に移動せしめられているとき
に、上記紙板Ｐの表面から法線方向に突出している微小
突起の存在を自動的に探知すると共に、その突出位置
（座標位置）を自動的に検知し、記録するための、位置
センサであって、点光源１と、ホトセンサ３と、信号処
理・演算回路５と、紙板部位算出回路８と、メモリＭと
を含有し、上記点光源１は、紙板ＰとロールＲとの接触
領域に即して短手方向に延びる一の線分の左側（又は右
側）に配置され、その光軸は該線分と合致せしめられ、
上記ホトセンサ３は、上記線分の右側（又は左側）に配
置され、上記信号処理・演算回路５は、上記ホトセンサ
３の出力電圧（電流）を増幅して、２値信号（２元信
号）に変換するように構成され、上記紙板部位算出回路
８は、上記紙送りシステムから時々刻々到来する紙板走
行速度又は紙板走行距離に基づいて、上記点光源１の光
軸位置に次々に差し掛かる紙板部位をその都度算出する
ように構成され、上記メモリＭは、上記ホトセンサ３か
ら上記微小突起の検出信号が出力され、これを受けた上
記信号処理・演算回路５から書き込み指令が与えられた
時点々々で、上記紙板部位算出回路８から出力された紙
板部位が書き込まれるように構成されている、ものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】この出願の発明の第１の実施の形
態の位置センサについて説明する。第１の実施の形態
は、第１の物体及び第２の物体（図示しない）の一方又
は双方が三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行
に運動可能であるときに、上記第１の物体に対する上記
第２の物体の相対的な位置関係を検知するための、位置
センサである。ここに、第１の物体とは、例えば工作機
械のベッド、コラム又はアーム等のことであり、第２の
物体とは、例えば同工作機械のテーブルのことである。
図１は、上記第１の実施の形態の模式図である。図１の
図の右上には、説明の便のため、三次元直交座標系
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）におけるＸ軸とＹ軸とが示されている。
Ｚ軸は、紙面に垂直となる（従って、図示されない）。
図１において、１は点光源、２はピンゲージ、３１及び
３２は１対のホトセンサ、４は差動増幅器、５は信号処
理・演算回路である。ピンゲージ２以外の部分（１，３
１・３２，４，５）は、共同してセンサ本体を構成す
る。そして、６は表示器である。

【００１４】この出願の発明に使用する点光源１は、レ
ーザダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）
であって、発光領域の面積を可及的に極小化し、光量密
度を可及的に極大化したものである。この出願の発明に
使用するＬＥＤ光源は、例えば、発光領域の面積を従来
のＬＥＤ光源の百分の一以下に極少化すると共に、その
光量密度を百倍程度に高くしたものである。従来のＬＥ
Ｄ光源の発光領域の面積は、９００００μｍ^２程度であ
り、その光量密度は、０．０３μＷ／μｍ^２であるが、
この実施例に使用するＬＥＤ光源１の発光領域の面積
は、３００〜２０００μｍ^２若しくはそれ以下であり、
その光量密度は、１．５〜３μＷ／μｍ^２若しくはそれ
以上である。発光領域の形状は、略円形状である。この
様なＬＥＤ光源１は、原理的には、例えば、面発光形構
造のＬＥＤに微小径のメサ構造を用いて実現される（例
えば、「電子情報通信ハンドブック第１分冊」第９９２
頁（昭和６３年３月３０日オーム社発行）参照）。将来
的には、端面発光形や、プレーナ構造でも実現されよ
う。

【００１５】ピンゲージ２は、細い棒状を成し、その直
径は、例えば３ｍｍ程度である。ピンゲージ２の中心軸
線は、上記三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＺ軸と合
致せしめられる（尤も、図１では、ピンゲージ２等を見
易くするため、その中心軸線とＺ軸とは未だ合致せしめ
られていない。以下も同様である）。ピンゲージ２の基
部は、例えば、Ｚ軸に即して進出自在のピンゲージホル
ダ（図示しない）を介して、第１の物体（例えば工作機
械のベッド、コラム又はアーム等）の適宜の部位に取付
けられる。ピンゲージ２は、非計測時（例えば工作時）
には、センサ本体並びに第２物体の移動の邪魔にならな
い位置まで、ピンゲージホルダによって引っ込められ、
待機せしめられる。計測時（例えば工作開始の直前又は
工作終了の直後）には、光源１の光軸と交差することが
出来る位置まで、即ちその先端部が原点（０，０，０）
を越える位置まで、ピンゲージホルダによって突出せし
められる。１対のホトセンサ３１・３２は、その中点が
点光源１の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交す
るＹ軸と平行関係を成すように、それぞれ第２の物体上
に取付られれる。上記第２の物体に対する点光源１の取
付位置は、上記第１の物体と上記第２の物体との間の相
対運動に伴って、点光源１の光軸がピンゲージ２と交差
することが出来るように、選択される。１対のホトセン
サ３１・３２の二つの出力端子には、差動増幅器４の二
つの入力端子が、それぞれ接続される。好ましくは、点
光源１の発光面側の近傍と一対のホトダイオード３１・
３２の受光面側の近傍とに、塵埃の付着を防止するた
め、カバーガラスが配設される。差動増幅器４は、点光
源１の光軸がピンゲージ２の中心軸線と交差していると
きは０値を出力するように、それがＹ軸の正の向きに偏
位しているときは極性が正で絶対値が偏位距離の関数を
成す値を出力するように、それが負の向きに偏位してい
るときは極性が負で絶対値が偏位距離の関数を成す値を
出力するように、構成される。差動増幅器４の後段に
は、信号処理・演算回路（５）が接続され、信号処理・
演算回路（５）の後段には、位置信号出力点（図示しな
い）が形成される。この位置信号出力点には、表示器６
が接続される。信号処理・演算回路（５）は、差動増幅
器４から出力されたアナログ信号を増幅して、ディジタ
ル信号に変換する。表示器６は、差動増幅器４の出力に
応じて、即ち信号処理・演算回路５の出力に基づいて、
光源１の光軸のＹ座標を、即ち上記第１の物体に対する
上記第２の物体のＹ軸方向の位置関係を表示する。

【００１６】この出願の発明の第１の実施の形態の動作
について説明する。点光源１の光軸がピンゲージ２と交
差しているときは、ホトセンサ３１及び３３に入射する
光量は、互いに同一である。従って、差動増幅器４の出
力は０となり、表示器６は０を表示する。第２の物体が
Ｙ軸の正の向きに微小距離偏位すると、従って光源１の
光軸がＹ軸の正の向きに微小距離偏位すると、ホトセン
サ３１に入射する光量が増大し、ホトセンサ３２に入射
する光量が減少する。従って、差動増幅器４の出力は、
図２の動作特性曲線に従って、振幅が微小偏位距離にほ
ぼ比例した正のアナログ信号となる。信号処理・演算回
路５は、この信号を、正のディジタル信号に変換する。
表示器６は、このディジタル信号に基づいて、偏位の向
きと大きさとを表示する。第２の物体がＹ軸の正の向き
に更に偏位し、光源１とホトセンサ３２の中心を結ぶ直
線がピンゲージ２と交差する点に到達すると、ホトセン
サ３２の出力の絶対値が０もしくは極小となり、従って
差動増幅器４の出力は、図２の動作特性曲線に示す通
り、絶対値が極大となる。以下、この点を「極大点」と
いう。

【００１７】第２の物体が極大点を過ぎて更に大きく偏
位すると、今度は差動増幅器４の出力が、徐々に減少
し、終（つい）には０となる。第２の物体がＹ軸の負の
向きに偏位したとき、即ち点光源１の光軸がＹ軸の負の
向きに偏位したときは、差動増幅器４の出力は、負極性
となるが、絶対値は正の向きに偏位したときと同一であ
る。（なお、差動増幅器４の回路形式如何によっては、
出力信号の極性が上記説明文とは反対になり得る。その
場合は、上記説明文中の「正」を「負」、「負」を
「正」と読み替えるものとする。）信号処理・演算回路５は、上記アナログ信号を、ディジ
タル信号に変換する。表示器６は、このディジタル信号
に基づいて、偏位の向きと大きさとを表示することが出
来る。

【００１８】第１の実施の形態の位置センサは、上記両
極大点間で使用するのが望ましい。例えば、工作機械類
では、テーブル等の原点復帰が正しく行われているか否
かを、エンコーダ等を用いてチェックしなければならな
い。しかし、エンコーダ等によるチェックでは、ミクロ
ン単位の誤差が残る。上記の位置センサは、このような
場合における原点復帰状態の再チェックに有効である。
工作機械等の低速すべり案内機構においては、付着すべ
り（ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ）現象の発生の故に、機械座
標系における原点からの偏位（ミクロン単位の偏位）が
正しくに検知されたとしても、完全なる原点復帰の困難
な場合が無いでもない。そのような場合は、上記位置セ
ンサの位置信号出力点から出力されるディジタル信号に
よって、プログラム上のワーク座標系における原点を自
動的に調節（オフセット）するようにすれば良い。その
ようにした場合は、表示器６を省略することが出来る。
なお、信号処理・演算回路５及び表示器６は、アナログ
形式に留めることが出来る。

【００１９】この出願の発明の第２の実施の形態の位置
センサについて説明する。図３は、第２、第４の実施の
形態の位置センサに使用される筒状ガラスカバーの水平
断面図である。図３において、１は点光源、２はピンゲ
ージである。７はガラス乃至透明材料から成る筒状のカ
バー（以下単に「筒状ガラスカバー」という。）であ
る。筒状ガラスカバー７は、通常、位置センサの本体側
に取り付けられる。図３（ａ）の筒状ガラスカバー７
は、内表面及び外表面を共に円筒状に形成したものであ
る（以下これを「円筒状カバー」という）。又、図３
（ｂ）の筒状ガラスカバー７は、外表面を角筒状に、内
表面を円筒状に形成したものである（以下これを「角円
筒状カバー」という）。点光源１から出発して円筒状ガ
ラスカバー７の（光源側から見て）右半部（図３（ａ）
では上半部）に入射した光線は、その筒壁部を前後２回
（最右端では１回）通過することになるが、その際、よ
り右側（上側）を進行する光線は、より大きく右側（上
側）に屈折せしめられる。何故かならば、円筒状ガラス
カバー７は、より右側（上側）の筒壁面ほどＹ軸に対す
る傾きが大きくなるから、より右側（上側）を進行する
光線ほどガラス内の光路が長くなり、従ってそこを通過
した後の波面が相対的に遅れることとなるからである。
点光源１から出発して円筒状ガラスカバー７の（光源側
から見て）左半部（図３（ａ）では下半部）に入射した
光線については、より左側（下側）を進行する光線ほ
ど、より大きく左側（下側）に屈折せしめられる。その
理由は、上記の場合の裏返しである。

【００２０】図３（ｂ）の角円筒状ガラスカバー７は、
入射する光路がより右側（図では上側）になればなるほ
ど対応部位の壁厚が増大し、又、より左側（下側）にな
ればなるほど壁厚が増大する。このことは、同図（ｂ）
を一見すれば明らかである。従って、角円筒状ガラスカ
バー７の右半部（上半部）に入射した光線は、より右側
（上側）を進行する光線ほど、より大きく右側（上側）
に屈折せしめられ、左半部（下半部）に入射した光線
は、より左側（下側）を進行する光線ほど、より大きく
左側（下側）に屈折せしめられることとなる。即ち、図
３の如く、筒状ガラスカバー７が挿入されると、ピンゲ
ージ２の右側（上側）を通る光線は、より右側（上側）
に屈折せしめられ、ピンゲージ２の左側（下側）を通る
光は、より左側（下側）に屈折せしめられることとな
る。その結果、ピンゲージ２の近傍を通過する光が分散
し、検出が容易になる。なお、筒状ガラスカバー７は、
ピンゲージ２と共に、ピンゲージホルダＨに取り付ける
ことも出来る。この場合は、屈折作用のみを果す。この
出願の発明の第２の実施の形態のその余の事項は、第１
の実施の形態と同様である。

【００２１】この出願の発明の第３の実施の形態の位置
センサについて説明する。第３の実施の形態は、第１の
物体及び第２の物体の一方又は双方が三次元直交座標系
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運動可能であると共にＸ
軸と平行にも運動可能であるときに、上記第１の物体に
対する上記第２の物体の相対的な位置関係を検知するた
めの、位置センサである。ここに、第１の物体とは、例
えば工作機械のベッド、コラム又はアーム等のことであ
り、第２の物体とは、例えば同工作機械のテーブルのこ
とである。図４は、この出願の発明の第３の実施の形態
の位置センサの説明図であって、同図（ａ）は正面図、
（ｂ）は水平断面図、（ｃ）は側面図である。図４
（ｂ）の左側には、三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の
Ｘ軸とＹ軸とが示されている。Ｚ軸は、紙面に垂直であ
る（従って図示されない）。図５は、同第３の実施の形
態の位置センサの要部の縦断面図である。図５の右側に
は、同じく説明の便のため、三次元直交座標系（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）のＸ軸とＺ軸とが示されている。Ｙ軸は、紙面
に垂直である（従って図示されない）。図６は、同第３
の実施の形態の位置センサの回路図であって、同図
（ａ）はＸ座標検知用の回路図、同図（ｂ）はＹ座標検
知用の回路図である。

【００２２】図４〜６において、１１は第１の点光源、
２はピンゲージ、３１及び３２は第１の１対のホトセン
サ、４１は第１の差動増幅器、５１は第１の信号処理・
演算回路、６１は第１の表示器である。そして、１２は
第２の点光源、３３及び３４は第２の１対のホトセン
サ、４２は第２の差動増幅器、５２は第２の信号処理・
演算回路、６２は第２の表示器、Ｈはピンゲージホルダ
である。なお、Ｂは電池、Ｓはスイッチ、Ｉは同スイッ
チに係る表示ランプである。第３の実施の形態に使用さ
れる第１の点光源１１及び第２の点光源１２は、第１の
実施の形態に使用される点光源１と同一である。第３の
実施の形態に使用されるピンゲージ２も、第１の実施の
形態に使用されるピンゲージ２と同一である。ピンゲー
ジ２の中心軸線は、上記三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）のＺ軸と合致せしめられる。その基部は、例えば、
Ｚ軸に即して進出自在のピンゲージホルダ（Ｈ）を介し
て、第１の物体（例えば工作機械のベッド、コラム又は
アーム等）の適宜の部位に取付けられる。ピンゲージ２
は、計測時（例えば工作開始前又は工作終了後）には、
図５の如く、光源１の光軸と交差することが出来る位置
まで、ピンゲージホルダによって進出せしめられる。非
計測時（例えば工作時）には、第２の物体の移動の妨げ
にならない位置まで、同ホルダによって引っ込められ
る。

【００２３】第１の点光源１１は、その光軸が三次元直
交座標系のＸ軸に対して平行関係を成すように、又、第
１の１対のホトセンサ３１・３２は、その中点が第１の
点光源１１の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交
するＹ軸と平行関係を成すように、それぞれ第２の物体
上に取付けられる。第２の点光源１２は、その光軸が三
次元直交座標系のＹ軸に対して平行関係を成すように、
又、第２の１対のホトセンサ３３・３４は、その中点が
第２の点光源１２の光軸上にあるように、且つこの光軸
と直交するＸ軸と平行関係を成すように、それぞれ第２
の物体上に取付けられる。第２の物体に対する第１の点
光源１１の取付位置及び第２の点光源１２の取付位置は
それぞれ、第１の物体と第２の物体との間のＹ軸方向の
相対運動に伴って点光源１１の光軸がピンゲージ２と交
差することが出来るように、又第１の物体と第２の物体
との間のＸ軸方向の相対運動に伴って点光源１２の光軸
がピンゲージ２と交差することが出来るように、選択さ
れる。

【００２４】第１の１対のホトセンサ３１・３２の二つ
の出力端子には、差動増幅器４１の二つの入力端子が、
それぞれ接続され、第２の１対のホトセンサ３３・３４
の二つの出力端子には、差動増幅器４２の二つの入力端
子が、それぞれ接続される。第１の差動増幅器４１は、
点光源１１の光軸がピンゲージ２と交差しているときは
０値を出力するように、それがＹ軸の正の向きに偏位し
ているときは偏位距離に応じた正の値を出力するよう
に、それが負の向きに偏位しているときは偏位距離に応
じた負の値を出力するように、構成される。第２の差動
増幅器４２は、点光源１２の光軸がピンゲージ２の中心
軸線と交差しているときは０値を出力するように、それ
がＸ軸の正の向きに偏位しているときは偏位距離に応じ
た正の値を出力するように、それが負の向きに偏位して
いるときは偏位距離に応じた負の値を出力するように、
構成される。

【００２５】第１の差動増幅器４１の後段には、第１の
信号処理・演算回路５１が接続され、第１の信号処理・
演算回路５１の後段には、第１の位置信号出力点（図示
しない）が形成され、この第１の位置信号出力点には、
第１の表示器６１が接続される。第２の差動増幅器４２
の後段には、第２の信号処理・演算回路５２が接続さ
れ、第２の信号処理・演算回路５２の後段には、第２の
位置信号出力点（図示しない）が形成され、この第２の
位置信号出力点には、第２の表示器６２が接続される。
第１の表示器６１には、第１の差動増幅器４１の出力に
基づいて、第１の点光源１１の光軸のＹ座標が、即ち第
１の物体に対する第２の物体のＹ軸方向の位置関係が表
示される。第２の表示器６２には、第２の差動増幅器４
２の出力に基づいて、第２の点光源１２の光軸のＸ座標
が、即ち第１の物体に対する第２の物体のＸ軸方向の位
置関係が表示される。この出願の発明の第３の実施の形
態のその余の事項は、第１の実施の形態と同様である。

【００２６】この出願の発明の第４の実施の形態の位置
センサについて説明する。同第４の実施の形態の位置セ
ンサは、前記第３の実施の形態の位置センサにおいて、
第１の点光源１１と第１の１対のホトセンサ３１・３２
との間であって、且つ第２の点光源１２と第２の１対の
ホトセンサ３３・３４との間に、筒状ガラスカバー７
が、Ｚ軸と平行関係を成すように、配設されているもの
である。ここに使用される筒状ガラスカバー７は、前記
第２の実施の形態に使用されたもの（図３参照）と同一
である。この出願の発明の第４の実施の形態のその余の
事項は、第３の実施の形態と同様である。

【００２７】この出願の発明の第５の実施の形態の位置
センサについて説明する。同第５の位置センサは、第１
の物体及び第２の物体の一方又は双方が三次元直交座標
系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（Ｘ軸は紙面の横方向に平行、Ｙ軸は
紙面の縦方向に平行。）のＹ軸と平行に運動可能である
ときに、上記第１の物体に対する上記第２の物体の相対
的な位置関係を検知するための、位置センサである。図
７は、この出願の発明の第５の実施の形態の位置センサ
の説明図であって、同図（ａ）の左半部は、同位置セン
サを構成する光学系の模式図、同右半部は、同位置セン
サに使用したラインイメージセンサの出力波形（の一例
を示す）図、同図（ｂ）は、同位置センサの要部の回路
図である。図７において、１は点光源、２はピンゲー
ジ、３ｃはラインイメージセンサ、４ａは増幅器、５ｂ
は二値化回路、５ｃは計数演算手段、Ｄはドライブ回路
である。ピンゲージ２以外の部分（１，３１・３２，３
ｃ，４ａ，５ｂ，５ｃ，Ｄ）は、共同してセンサ本体を
構成する。そして、６は表示器である。ピンゲージ２
は、その軸線が上記三次元直交座標系のＺ軸（Ｚ軸は紙
面に対して垂直とする。）と合致するように、第１の物
体上に取付けられる。点光源１は、その光軸が上記三次
元直交座標系のＸ軸に対して平行関係を成すように、第
２の物体上に取付けられる。ラインイメージセンサ３ｃ
は、ＣＣＤ（電荷結合素子）形又はＭＯＳ形から成る。
そして、その受光面の中心が点光源１の光軸上に位置す
るように、且つ該光軸に直交するＹ軸と平行関係を成す
ように、第２の物体上に取付けられる。上記第２の物体
に対する点光源１の取付位置は、上記第１の物体と上記
第２の物体との間のＹ軸方向の相対運動に伴って、点光
源１の光軸がピンゲージ２と交差することが出来るよう
に、選択される。ラインイメージセンサ３ｃと、増幅器
４ａと、二値化回路５ｂと、計数演算手段５ｃとは、こ
の順で縦続接続され、計数演算手段５ｃの後段には、位
置信号出力点が形成される。この位置信号出力点には、
表示器６が接続される。

【００２８】ドライブ回路Ｄは、ラインイメージセンサ
３ｃに対してシフトパルスと読み出しクロックパルス
（転送パルス）とを供給すると共に、計数演算手段５ｃ
に対してもそれらのパルスを供給する。ラインイメージ
センサ３ｃは、周知の通り、感光部及び転送部を含有す
る。感光部の信号電荷列Ｑは全て、シフトパルスのオン
時に、転送部にパラレルに移送される。転送部の信号電
荷列Ｑは、読出しクロックパルス（転送パルス）によっ
て、シリアルに転送され、出力端子から順次出力され
る。ラインイメージセンサ３ｃ内の電子的走査の向き
（順序）は、簡単のため、Ｙ軸の向き（下から上へ）と
合致せしめられる（合致せしめないときは、ダウンカウ
ンタを使用するが、回路構成がやや複雑となる）。点光
源１とラインイメージセンサ３ｃとの間にピンゲージ２
が介在する時は、ラインイメージセンサ３ｃの受光面の
長手方向（即ちＹ軸と平行な方向）に即して、例えば、
明部−暗部−明部が、交番的に、出現する。かかる明部
と暗部の空間的分布は、ラインイメージセンサ３ｃ内の
読出しクロックパルスによる電子的走査によって、一般
には、時間軸上で強−弱−強の分布を成す電気的アナロ
グ信号に変換される。ここでは、ラインイメージセンサ
３ｃに奇数段のプリアンプが付加されているために出力
電圧の極性が反転され、図７（ａ）右半部の出力波形図
の如く、時間軸上で弱−強−弱の分布となる。ラインイ
メージセンサ３ｃから出力されたアナログ信号は、増幅
器４ａで増幅され、二値化回路５ｂで二値化される。ラ
インイメージセンサ３ｃの受光面上の明部に対応する二
値化信号の値は、図７（ａ）右半部の出力波形図の如
く、論理０となり、ラインイメージセンサ３ｃの暗部に
対応する二値化信号の値は、反対に論理１となる。

【００２９】図７（ｃ）は、前記計数演算手段５ｃの回
路構成の一例を示す図である。計数演算手段５ｃは、図
示の如く、少なくとも、１個のパルスカウンタ、１個の
減算回路（又は加減算回路）及び１個のレジスタを含有
する。パルスカウンタは、ドライブ回路Ｄから読出しク
ロックパルスを受け取って、これを計数する。計数動作
の開始時点は、ラインイメージセンサ３ｃの電子走査が
受光面の一端のピクセル（画素）に差し掛かった時点と
同時であり、計数動作の終了時点は、ラインイメージセ
ンサ３ｃが論理１信号を出力した時点、従って計数演算
手段５ｃが二値化回路５ｂから論理１信号を受け取った
時点とほぼ同時である。パルスカウンタの計数動作の開
始・終了は、同カウンタの直前に接続されているゲート
回路の導通・不導通状態に従う。上記ゲート回路の導通
・不導通状態は、図示の如く、１段のＳＲフリップフロ
ップによって制御され、該ＳＲフリップフロップのセッ
トは、ドライブ回路Ｄから受け取ったシフトパルスの立
下り（後縁）のタイミング（又は適宜遅延させたタイミ
ング）によってなされ、そのリセットは、二値化回路５
ｂからの論理１信号によってなされる。かくして、パル
スカウンタは、計数動作終了時点における計数値を出力
することと成る。減算回路（又は加減算回路）は、受け
取った計数値から所定値ｙ_０を減算して成る値を、レジ
スタに与える。上記の所定値ｙ_０は、点光源１の光軸が
ピンゲージ２の中心軸線と交差したときに（即ち第２の
物体の基準点が原点にあるときに）、０値を出力するよ
うに、予め校正（ｃａｌｉｂｒａｔｅ）される。計数演
算手段５ｃの出力値は、位置信号出力点を介して、例え
ば表示器６に表示される。上記パルスカウンタは、次の
計数動作開始前までに、リセットされる。リセット信号
としては、例えば、ドライブ回路Ｄから受け取ったシフ
トパルスの立上り部位が利用される。

【００３０】第２の物体がＹ軸方向ばかりでなくＸ軸方
向にも変動する場合は、電子走査による論理１信号の幅
（持続時間）が変動するため、上記の回路構成では、原
点表示に誤差を生じる。かかる場合は、上記パルスカウ
ンタのクロックパルス入力端子の直前に挿入されていた
上記ゲート回路を除去し、代りに１個の切換スイッチ
（図示しない）を挿入し、この切換スイッチの第１の出
力端子と上記クロックパルス入力端子との間を直接的に
接続し、第２の出力端子と上記クロックパルス入力端子
との間を、別のゲート回路と１／２分周器との縦続接続
回路を介して、接続する。上記切換スイッチの第１の出
力端子側への切換は、例えば第１のＳＲフリップフロッ
プのオン出力によってなし、上記別のゲート回路の導通
状態への切換は、例えば第２のＳＲフリップフロップの
オン出力によってなすようにする。上記第１のＳＲフリ
ップフロップのセットは、ドライブ回路Ｄから受け取っ
たシフトパルスの立下り（後縁）によってなされ、その
リセットは、二値化回路５ｂからの論理１信号の立上り
（前縁）によってなされる。上記第２のＳＲフリップフ
ロップのセットは、二値化回路５ｂからの論理１信号の
立上り（前縁）のタイミングによってなされ、そのリセ
ットは、同論理１信号の立下り（後縁）のタイミングに
よってなされる。これによって、上記パルスカウンタ
は、等価的に、論理１信号の中間時点まで計数動作を続
けたことになるから、仮令第２の物体がＸ軸方向に変動
したとしても、計数演算手段５ｃの出力は、その影響を
受けることがなくなる。なお、計数演算手段５ｃは、デ
ィジタル回路しか含有していないから、マイクロコンピ
ュータ（とプログラム）によって、容易に置換すること
が出来る。この場合には、ドライブ回路Ｄからの読み出
しクロックパルスの代わりに、マイクロコンピュータの
内部のクロックパルスを使用することが出来るので、読
み出しクロックパルスの受信を省略することが出来る
（図７（ｂ）参照）。

【００３１】第５の実施の形態の位置センサの動作につ
いて説明する。ピンゲージ２が、図７（ａ）の如く、点
光源１の光軸上（即ちＸ軸上）に存在する時は、二値化
回路５ｂの出力は、ラインイメージセンサ３ｃの一端か
ら開始する走査期間の中間領域において、論理１とな
る。この時、前記所定値ｙ_０は、計数演算手段５ｃが０
値を出力するように、予め校正（調節）されている。前
記第２の物体がＹ軸の正方向に微小距離偏位し、従って
点光源１の光軸がＹ軸の正方向に微小距離偏位すると、
図７（ａ）右半部の出力波形図における、論理１信号の
出現時点が、時間軸上の正方向に偏位する。従って、計
数演算手段５ｃは、正方向の偏位距離に応じた正の値を
前記位置信号出力点に出力する。表示器６は、これに基
づいて点光源１の光軸の正の偏位距離を表示する。

【００３２】前記第２の物体がＹ軸の負方向に微小距離
偏位し、従って点光源１の光軸がＹ軸の負方向に微小距
離偏位すると、図７（ａ）右半部の出力波形図におけ
る、論理１信号の出現時点が、時間軸上の負方向に偏位
する。従って、計数演算手段５ｃは、負方向の偏位距離
に応じた負の値を前記位置信号出力点に出力する。表示
器６は、これに基づいて点光源１の光軸の負の偏位距離
を表示する。即ち、表示器６には、ラインイメージセン
サ３ｃの出力に基づいて、点光源１の光軸のＹ座標が、
従って上記第１の物体に対する上記第２の物体のＹ軸方
向の位置関係が表示される。

【００３３】第６の実施の形態の位置センサについて説
明する。第６の実施の形態の位置センサの光学系は、第
５の実施の形態の位置センサの光学系と同じものを二組
用意し、これらを互いに直交するように配設して成るも
のである。別言すれば、図４（ｂ）に示した第３の実施
の形態の位置センサにおける第１の１対のホトセンサ３
１・３２を第１のラインイメージセンサで置換し、第２
の１対のホトセンサ３３・３４を第２のラインイメージ
センサで置換したものと同一である。上記第１のライン
イメージセンサ及び上記第２のラインイメージセンサの
後段に続く回路配置（ｃｉｒｃｕｉｔａｒｒａｎｇｅ
ｍｅｎｔ）は何れも、第５の実施の形態における回路配
置と同一である。即ち、上記第１のラインイメージセン
サ及び上記第２のラインイメージセンサの後段には何れ
も、増幅器と二値化回路と計数演算手段とがこの順で縦
続接続され、各計数演算手段の後段にはそれぞれ、位置
信号出力点が形成され、各位置信号出力点にはそれぞ
れ、表示器が接続されている。但し、この実施の形態に
使用される計数演算手段は、先に第５の実施の形態に関
連して説明した二つの回路構成の内の後者、即ち内蔵す
るパルスカウンタが等価的に論理１信号の中間時点まで
計数動作を続けたことになる形式のものでなければなら
ない。上記各光学系、並びに上記各回路配置の動作は、
第５の実施の形態と同様である。

【００３４】この出願の発明の第７の実施の形態の位置
センサについて説明する。同第７の実施の形態の位置セ
ンサは、長尺の紙板Ｐが紙送りシステムのローラＲに接
触せしめられた状態で、長手方向に移動せしめられてい
るときに、上記紙板の表面から法線方向に突出している
微小突起の存在を自動的に探知すると共に、その突出位
置（座標位置）を自動的に検知し、且つ記録するため
の、位置センサである。図８は、この出願の発明の第７
の実施の形態の位置センサの説明図であって、同図
（ａ）は要部の横断面図、同図（ｂ）はその縦断面図、
同図（ｃ）は回路図である。図８において、Ｒはロー
ラ、Ｐは長尺の紙板、１は点光源、３はホトセンサ、５
は信号処理・演算回路、８は紙板部位算出回路、Ｍはメ
モリである。９は紙板Ｒからその法線方向に突出する微
小突起であって、この際の検出対象を成す。（微小突起
９の高さは、例えばサブミリオーダーであるが、図８で
は、見易くするため、実際よりも大幅に誇張して描いて
ある。）

【００３５】点光源１は、紙板Ｐの表面に即して短手方
向に延びる任意の線分の左側（又は右側）に配置され、
その光軸は該線分と合致せしめられる。そして、ホトセ
ンサ３は、上記線分の右側（又は左側）に配置される。
然るところ、紙板Ｐは、ローラとローラの間では振動す
る虞があるが、ローラＲとの接触領域では振動する虞が
ない。それ故、点光源１とホトセンサ３の配設位置は、
紙板ＰとローラＲの接触領域の左右両側が好適である。
ホトセンサ３は、点光源１からの光が遮られた時、検出
信号を出力する。信号処理・演算回路５は、ホトセンサ
３の出力を先ず増幅し、次いで二元信号に変換して、出
力する。この信号は、メモリＭに対する書き込み指令と
なる。紙板部位算出回路８は、上記の紙送りシステムか
ら、時々刻々、紙板走行距離ｓ（ｔ）又は紙板走行速度
ｖ（ｔ）の転送を受ける。紙板走行速度ｖ（ｔ）の転送
を受ける場合は、紙板走行距離ｓ（ｔ）と紙板走行速度
ｖ（ｔ）との間の積分関係ｓ（ｔ）＝∫ｖ（ｔ）ｄｔを
利用して、紙板走行速度ｖ（ｔ）を時間ｔで積分して紙
板走行距離ｓ（ｔ）を算出するように、紙板部位算出回
路を構成する。紙板の先端部に座標原点（基準点）を定
め、且つこの原点が点光源１の光軸位置に差し掛かった
時点から積分動作を開始するものとすれば、点光源１の
光軸位置に次々に差し掛かる紙板各部位の座標位置（即
ち先端部からの距離）を実時間で算出し、出力すること
が出来るようになる。なお、積分動作の開始時点は、積
分定数を加減することによって、任意に選択することが
出来る。

【００３６】第７の実施の形態の位置センサの動作につ
いて説明する。点光源１とホトセンサ３との間に微小突
起９が存在しない時は、点光源１からの光はホトセンサ
３に到達する。この時、信号処理・演算回路５の出力
は、例えば論理０となり、メモリＭへの書き込み信号を
与えない。点光源１とホトセンサ３との間に微小突起９
が進入した時は、点光源１からの光はこの微小突起９に
よって遮られ、ホトセンサ３に到達しない。この時、信
号処理・演算回路５の出力は、例えば論理１となり、メ
モリＭに対して書き込み信号を与えることとなる。メモ
リＭには、紙板部位算出回路８から出力された紙板部位
が書き込まれる。以下、この動作が、紙板Ｐの送り動作
が終了するまで、反復継続される。第７の実施の形態に
よれば、高さが１００μｍ位の微小突起でも、探知する
ことが出来る。第７の実施の形態は、紙板以外の類似の
薄版についても、適用することが出来る。

【００３７】第８、第９の実施の形態の位置センサにつ
いて説明する。第８の実施の形態の位置センサは、前記
第１の実施の形態の位置センサ（図１参照）において、
差動増幅器４を除去し、代わりに、２個のアナログ／デ
ィジタル変換器（以下「Ａ／Ｄ変換器」という。）と１
個の減算器（又は加減算器）とを導入し、前記一対のホ
トセンサ３１，３２の後段にはそれぞれ上記Ａ／Ｄ変換
器を接続し、それらの変換器の後段には上記減算器（又
は加減算器）を接続して成るものである。減算器（又は
加減算器）の出力側には、上記ホトセンサ３１の出力と
上記ホトセンサ３２の出力との差の出力が現れることと
なる。更に、上記２個のＡ／Ｄ変換器は、１個の２入力
１出力形切換スイッチと、その出力側に接続した１個の
Ａ／Ｄ変換器と、その又出力側に接続した１個の１入力
２出力形切換スイッチとから成る縦続接続回路で置換を
することが出来る。第８の実施の形態のその余の事項
は、第１の実施の形態と同様である。第９の実施の形態
の位置センサは、前記第２の実施の形態の位置センサに
おける前記第１の差動増幅器４１及び前記第２の差動増
幅器４２をそれぞれ上記と同様に置換して成るものであ
る。第９の実施の形態のその余の事項は、第２の実施の
形態と同様である。

【００３８】念のため付言するに、前記第１〜第９の実
施の形態における、ディジタル処理部分は何れも、マイ
クロコンピュータ（とプログラム）によって、容易に構
成することが出来る。

【００３９】

【発明の効果】この出願の発明は、以上の様に構成した
から、下記（ａ）〜（ｃ）の通り、顕著な効果を奏する
ことが出来る。（ａ）光を利用し、しかも如何なる光学的レンズをも使
用すること無しに、機械一般、特に工作機械における可
動部（例えばテーブル）の座標位置を、ミクロンオーダ
ーの精度で、検知することが出来る。（ｂ）光を利用し、しかも如何なる光学的レンズをも使
用すること無しに、移動する薄板（例えば紙板）の表面
から突出しているサブミリオーダーの微小突起の存在
を、自動的に探知すると共に、その突出位置（座標位
置）を自動的に検知し、記録することが出来る。（ｃ）低コストの位置センサを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の第１の実施の形態の位置セン
サの模式図である。

【図２】同第１の実施の形態の位置センサの動作特性を
示す図である。

【図３】この出願の発明の第２、第４の実施の形態の位
置センサに使用される筒状ガラスカバーの水平断面図で
ある。

【図４】この出願の発明の第３の実施の形態の位置セン
サの説明図である。

【図５】この出願の発明の第３の実施の形態の位置セン
サの要部の縦断面図である。

【図６】この出願の発明の第３の実施の形態の位置セン
サの回路図である。

【図７】この出願の発明の第５の実施の形態の位置セン
サの説明図である。

【図８】この出願の発明の第７の実施の形態の位置セン
サの説明図である。

【符号の説明】

１点光源１１第１の点光源１２第２の点光源２ピンゲージ３ホトセンサ３１ホトセンサ３２ホトセンサ３３ホトセンサ３４ホトセンサ３ｃラインイメージセンサ４差動増幅器４１第１の差動増幅器４２第２の差動増幅器４ａ増幅器５信号処理・演算回路５１第１の信号処理・演算回路５２第２の信号処理・演算回路５ｂ二値化回路５ｃ計数演算手段５ｍマイクロコンピュータ６表示器６１第１の表示器６２第２の表示器７筒状ガラスカバー８紙板部位算出回路９微小突起Ｂ電池Ｄドライブ回路ＨピンゲージホルダＩ表示ランプＭメモリＰ紙板ＲローラＳスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の物体及び第２の物体の一方又は双
方が三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運
動可能であるときに、上記第１の物体に対する上記第２
の物体の相対的な位置関係を検知するための、位置セン
サであって、点光源（１）と、ピンゲージ（２）と、１対のホトセン
サ（３１・３２）と、差動増幅器（４）と、信号処理・
演算回路（５）とを含有し、上記ピンゲージ（２）は、その中心軸線が上記三次元直
交座標系のＺ軸と合致するように、第１の物体上に取付
けられ、上記点光源（１）は、その光軸が上記三次元直交座標系
のＸ軸に対して平行関係を成すように、又、上記１対の
ホトセンサ（３１・３２）は、その中点が上記点光源
（１）の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交する
Ｙ軸と平行関係を成すように、それぞれ第２の物体上に
取付けられ、上記第２の物体に対する上記点光源（１）の取付位置
は、上記第１の物体と上記第２の物体との間のＹ軸方向
の相対運動に伴って、上記点光源（１）の光軸が上記ピ
ンゲージ（２）と交差することが出来るように、選択さ
れ、上記１対のホトセンサ（３１・３２）の二つの出力端子
には、上記差動増幅器（４）の二つの入力端子が、それ
ぞれ接続され、上記差動増幅器（４）は、上記点光源（１）の光軸が上
記ピンゲージ（２）と交差しているときは０値を出力す
るように、それがＹ軸の正の向きに偏位してしていると
きは極性が正（又は負）で絶対値が偏位距離の関数を成
す値を出力するように、それが負の向きに偏位している
ときは極性が負（又は正）で絶対値が偏位距離の関数を
成す値を出力するように、構成され、上記差動増幅器（４）の後段には、上記信号処理・演算
回路（５）が接続され、上記信号処理・演算回路（５）
の後段には、位置信号出力点が配置され、上記位置信号出力点には、上記差動増幅器（４）の出力
に基づいて形成されたところの、上記点光源（１）の光
軸のＹ座標を表す信号が、即ち上記第１の物体に対する
上記第２の物体のＹ軸方向の位置関係を表す信号が、出
力される、位置センサ。
【請求項２】請求項１記載の位置センサにおいて、前
記点光源（１）と前記１対のホトセンサ３１・３２との
間に、筒状ガラスカバー（７）が前記Ｚ軸と平行関係を
成すように配設されている、位置センサ。
【請求項３】第１の物体及び第２の物体の一方又は双
方が三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運
動可能であると共にＸ軸と平行にも運動可能であるとき
に、上記第１の物体に対する上記第２の物体の相対的な
位置関係を検知するための、位置センサであって、１個のピンゲージ（２）と、第１の点光源（１１）と、第１の１対のホトセンサ（３
１・３２）と、第１の差動増幅器（４１）と、第１の信
号処理・演算回路（５１）と、第２の点光源（１２）と、第２の１対のホトセンサ（３
３・３４）と、第２の差動増幅器（４２）と、第２の信
号処理・演算回路（５２）と、を含有し、上記ピンゲージ（２）は、その中心軸線が上記三次元直
交座標系のＺ軸と合致するように、第１の物体上に取付
けられ、上記第１の点光源（１１）は、その光軸が上記三次元直
交座標系のＸ軸に対して平行関係を成すように、又、上
記第１の１対のホトセンサ（３１・３２）は、その中点
が上記第１の点光源（１１）の光軸上にあるように、且
つこの光軸と直交するＹ軸と平行関係を成すように、そ
れぞれ第２の物体上に取付られ、上記第２の点光源（１２）は、その光軸が上記三次元直
交座標系のＹ軸に対して平行関係を成すように、又、上
記第２の１対のホトセンサ（３３・３４）は、その中点
が上記第２の点光源（１２）の光軸上にあるように、且
つこの光軸と直交するＸ軸と平行関係を成すように、そ
れぞれ第２の物体上に取付られ、上記第２の物体に対する上記第１の点光源（１１）の取
付位置及び上記第２の点光源（１２）の取付位置はそれ
ぞれ、上記第１の物体と上記第２の物体との間のＹ軸方
向の相対運動に伴って上記第１の点光源（１１）の光軸
が上記ピンゲージ（２）と交差することが出来るよう
に、又上記第１の物体と上記第２の物体との間のＸ軸方
向の相対運動に伴って上記第２の点光源（１２）の光軸
が上記ピンゲージ（２）と交差することが出来るよう
に、選択され、上記第１の１対のホトセンサ（３１・３２）の二つの出
力端子には、上記第１の差動増幅器（４１）の二つの入
力端子が、それぞれ接続され、上記第２の１対のホトセ
ンサ（３３・３４）の二つの出力端子には、上記第２の
差動増幅器（４２）の二つの入力端子が、それぞれ接続
され、上記第１の差動増幅器（４１）は、上記第１の点光源
（１１）の光軸が上記ピンゲージ（２）と交差している
ときは０値を出力するように、それがＹ軸の正の向きに
偏位しているときは極性が正（又は負）で絶対値が偏位
距離の関数を成す値を出力するように、それが負の向き
に偏位しているときは極性が負（又は正）で絶対値が偏
位距離の関数を成す値を出力するように、構成され、上記第２の差動増幅器（４２）は、上記第２の点光源
（１２）の光軸が上記ピンゲージ（２）と交差している
ときは０値を出力するように、それがＸ軸の正の向きに
偏位しているときは極性が正（又は負）で絶対値が偏位
距離の関数を成す値を出力するように、それが負の向き
に偏位しているときは極性が負（又は正）で絶対値が偏
位距離の関数を成す値を出力するように、構成され、上記第１の差動増幅器（４１）の後段には、上記第１の
信号処理・演算回路（５１）が接続され、上記第１の信
号処理・演算回路（５１）の後段には、第１の位置信号
出力点が形成され、上記第２の差動増幅器（４２）の後段には、上記第２の
信号処理・演算回路（５２）が接続され、上記第２の信
号処理・演算回路（５２）の後段には、第２の位置信号
出力点が形成され、上記第１の位置信号出力点には、上記第１の差動増幅器
（４１）の出力に基づいて形成されたところの、上記第
１の点光源（１１）の光軸のＹ座標を表す信号が、即ち
上記第１の物体に対する上記第２の物体のＹ軸方向の位
置関係を表す信号が、出力され、上記第２の位置信号出力点には、上記第２の差動増幅器
（４２）の出力に基づいて形成されたところの、上記第
２の点光源（１２）の光軸のＸ座標を表す信号が、即ち
上記第１の物体に対する上記第２の物体のＸ軸方向の位
置関係を表す信号が、出力される、位置センサ。
【請求項４】請求項３記載の位置センサにおいて、前
記第１の点光源（１１）と前記第１の１対のホトセンサ
（３１・３２）との間であって且つ前記第２の点光源
（１２）と前記第２の１対のホトセンサ（３３・３４）
との間に、筒状ガラスカバー（７）が、前記Ｚ軸と平行
関係を成すように配設されている、位置センサ。
【請求項５】第１の物体及び第２の物体の一方又は双
方が三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運
動可能であるときに、上記第１の物体に対する上記第２
の物体の相対的な位置関係を検知するための、位置セン
サであって、点光源（１）と、ピンゲージ（２）と、ラインイメージ
センサ（３ｃ）と、増幅器（４ａ）と、二値化回路（５
ｂ）と、計数演算手段（５ｃ）とを含有し、上記ピンゲージ（２）は、その中心軸線が上記三次元直
交座標系のＺ軸と合致するように、第１の物体上に取付
けられ、上記点光源（１）は、その光軸が上記三次元直交座標系
のＸ軸に対して平行関係を成すように、又、上記ライン
イメージセンサ（３ｃ）は、受光面の中心が上記点光源
（１）の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交する
Ｙ軸と平行関係を成すように、それぞれ第２の物体上に
取付けられ、上記第２の物体に対する上記点光源（１）の取付位置
は、上記第１の物体と上記第２の物体との間のＹ軸方向
の相対運動に伴って、上記点光源（１）の光軸が上記ピ
ンゲージ（２）と交差することが出来るように、選択さ
れ、上記ラインイメージセンサ（３ｃ）と、上記増幅器（４
ａ）と、上記二値化回路（５ｂ）と、上記計数演算手段
（５ｃ）とは、この順で縦続接続され、上記計数演算手
段（５ｃ）の後段には、位置信号出力点が形成され、上記位置信号出力点には、上記ラインイメージセンサ
（３ｃ）の出力に基づいて形成されたところの、上記点
光源（１）の光軸のＹ座標を表す信号が、即ち上記第１
の物体に対する上記第２の物体のＹ軸方向の位置関係を
表す信号が出力される、位置センサ。
【請求項６】第１の物体及び第２の物体の一方又は双
方が三次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ軸と平行に運
動可能であると共に、Ｘ軸と平行にも運動可能であると
きに、上記第１の物体に対する上記第２の物体の相対的
な位置関係を検知するための、位置センサであって、ピンゲージと、第１の点光源と、第１のラインイメージセンサと、第１
の増幅器と、第１の二値化回路と、第１の計数演算手段
と、第２の点光源と、第２のラインイメージセンサと、第２
の増幅器と、第２の二値化回路と、第２の計数演算手段
と、を含有し、上記ピンゲージは、その中心軸線が上記三次元直交座標
系のＺ軸と合致するように、第１の物体上に取付けら
れ、上記第１の点光源は、その光軸が上記三次元直交座標系
のＸ軸に対して平行関係を成すように、又、上記第１の
ラインイメージセンサは、受光面の中心が第１の点光源
の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交するＹ軸と
平行関係を成すように、それぞれ第２の物体上に取付け
られ、上記第２の点光源は、その光軸が上記三次元直交座標系
のＹ軸に対して平行関係を成すように、又、上記第２の
ラインイメージセンサは、受光面の中心が第２の点光源
の光軸上にあるように、且つこの光軸と直交するＸ軸と
平行関係を成すように、それぞれ第２の物体上に取付け
られ、上記第２の物体に対する上記第１の点光源の取付位置
は、上記第１の物体と上記第２の物体との間のＹ軸方向
の相対運動に伴って、上記第１の点光源の光軸が上記ピ
ンゲージと交差することが出来るように、選択され、上記第２の物体に対する上記第２の点光源の取付位置
は、上記第１の物体と上記第２の物体との間のＸ軸方向
の相対運動に伴って、上記第２の点光源の光軸が上記ピ
ンゲージと交差することが出来るように、選択され、上記第１のラインイメージセンサと、上記第１の増幅器
と、上記第１の二値化回路と、上記第１の計数演算手段
とは、この順で縦続接続され、上記第１の計数演算手段
の後段には、第１の位置信号出力点が形成され、上記第２のラインイメージセンサと、上記第２の増幅器
と、上記第２の二値化回路と、上記第２の計数演算手段
とは、この順で縦続接続され、上記第２の計数演算手段
の後段には、第２の位置信号出力点が形成され、上記第１の位置信号出力点には、上記第１のラインイメ
ージセンサの出力に基づいて形成されたところの、上記
第１の点光源の光軸のＹ座標を表す信号が、即ち上記第
１の物体に対する上記第２の物体のＹ軸方向の位置関係
を表す信号が、出力され、上記第２の位置信号出力点には、上記第２のラインイメ
ージセンサの出力に基づいて形成されたところの、上記
第２の点光源の光軸のＸ座標を表す信号が、即ち上記第
１の物体に対する上記第２の物体のＸ軸方向の位置関係
を表す信号が、出力される、位置センサ。
【請求項７】長尺の紙板（Ｐ）が、紙送りシステムの
ローラ（Ｒ）に接触せしめられた状態で、長手方向に移
動せしめられているときに、上記紙板（Ｐ）の表面から
法線方向に突出している微小突起の存在を自動的に探知
すると共に、同突起の突出位置（座標位置）を自動的に
検知し、記録するための、位置センサであって、点光源（１）と、ホトセンサ（３）と、信号処理・演算
回路（５）と、紙板部位算出回路（８）と、メモリ
（Ｍ）とを含有し、上記点光源（１）は、紙板（Ｐ）とロール（Ｒ）との接
触領域に即して短手方向に延びる一の線分の左側（又は
右側）に配置され、その光軸は該線分と合致せしめら
れ、上記ホトセンサ（３）は、上記線分の右側（又は左側）
に配置され、上記信号処理・演算回路（５）は、上記ホトセンサ
（３）の出力電圧（電流）を増幅して、２値信号（２元
信号）に変換するように構成され、上記紙板部位算出回路（８）は、上記紙送りシステムか
ら時々刻々到来する紙板走行速度又は紙板走行距離に基
づいて、上記点光源（１）の光軸位置に次々に差し掛か
る紙板部位をその都度算出するように構成され、上記メモリ（Ｍ）は、上記ホトセンサ（３）から上記微
小突起の検出信号が出力され、これを受けた上記信号処
理・演算回路（５）から書き込み指令が与えられた時点
々々で、上記紙板部位算出回路（８）から出力された紙
板部位が書き込まれるように構成されている、位置センサ。