JPS5863801A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変位検出装置の改良に関し、更に詳細にはトン
ネル掘削機等の基準光軸に対する変位を検出する変位検
出装置の改良に関する。

一般的にトンネル掘削機等の直進制御は、第１図の様な
光軸センサ１をトン、ネル掘削機等の所定位置に取シ付
け、光軸センサ１の光軸２に対する変位を検出すること
により行なっている。

第１図の光軸センサ１は特性の揃ったフォトダイオード
ＡＸＢ、ＣＸＤの受光素子を配設（具体的には１枚のシ
リコンチップ全４分割した４分割センサとして市販され
ている）したものであり、光軸２に対する光軸センサ１
の変位によってフォトダイオードＡＸＢ、ＣＸＤの抵抗
値が各々、変化することを利用したものである。

従来は、この様な光軸センサ１を用Ｖ）て第２図の様な
回路を構成することによシ変位検出をしていた。

即ち、各フォトダイオードＡ、ＢＸＣＸ　Ｄは抵抗値の
等しい抵抗Ｒａ　Ｘ　Ｒｂ　、Ｒｅ　ＸＲｄとともに電
圧ＥＯの電源に並列接続されておシ、ａ点す点Ｃ点ｄ点
の電位Ｅａ　ＸＥｂ　％　Ｅｃ　％　Ｅｄｔ検出して、
（式−１）の演算Ｖこより光軸２の光軸センサ１に対す
るＸ軸方向の変位（実際には光軸センサ１が移動する）
を求め、（式−２）の演算によシ光軸２の光軸センサ１
に対するＸ軸方向の変位を求めている。

（Ｅａ＋Ｅｂ）−（Ｅｃ＋Ｅｄ）＝Ｅｘ　　　　（式−
１）（Ｅ　ａ　＋　Ｅ　ｃ　）　　（Ｅ　ｂ　＋　Ｅ　
（１）　＝Ｅ　ｙ　　　　（式−２）即チ、（式−１）
ＶＣおいてＥ　Ｘの絶対値はＸ軸方向の変位ｔ’を示し
、ｒ２Ｘの符号は変位の方向を示すことになる。又、（
式−２）においてＥｙの絶対値はｙ軸方向の変位量を示
し、Ｅｙの符号は変位の方向を示すことになる。

ところで、レーザ光のパワーが例えば経年変化等によシ
変動するとフォトダイオードＡＸＢＸＣ。

Ｄの抵抗値も変動し、これに伴ってフォトダイオードＡ
Ｘ　ＢＸＣ，Ｄ′（ｆ−流れる電流Ｉａ、　　Ｊｂ、　
ｉｃ。

Ｉｄ　も変化するのでａ点、ｂ点、０点、ｄ点の電位Ｅ
ａ、Ｅｂ、ｇｃＸＥｄ　も変動し、ｊ　ッで−（式”１
）、（式−２）におけるＥ　ｚ　ＸＥ　ｙの絶対値が変
化することになる。従って第２図に示す従来の回路によ
って変位検出をする場合、レーザ光のパワーが均一なも
のとなる様に常に綿密な光量管理をしなければならなか
った。

本発明はこの様な欠点に鑑みなされたものであシ、レー
ザ光のパワー変動によって検出変位量が変動しない変位
検出装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、フォトダイオードＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄに流れる総電流量をフィードバックして共通電圧Ｅｏ
を制御することによシ、フォトダイオードＡ、ＢＸＣＸ
Ｄに流れる総電流量がレーザ光のパワー変動の影響を受
けない様にしである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する
。

第４図は本発明の一実施例を示す回路図であり、従来と
同一のものは第２図と同一の符号を付し説明の重複は避
ける。第４図ではフォトダイオードＡ、Ｂ、Ｃ１Ｄに流
れる総電流ＩＴによって抵抗Ｒ０に生ずる電圧Ｒ８１，
ｒを、定電圧源３によって定まる負電圧に重畳して差動
アンプ４の反転入力端子に印加しており、総電流エアで
共通電圧ｇ。

を制御している。即ち、本実施例では、レーザ光のパワ
ーが低下してフォトダイオードＡＸ　Ｂ、Ｃ。

Ｄの抵抗が増加すると共通電圧Ｅ　＠ｔ”上昇させ、レ
ーザ光のパワーが増加してフォトダイオードＡ１Ｂ、Ｃ
ＸＤの抵抗がｍ＋すると共通電圧Ｅｏを下降させておシ
、レーザ光のパワー変動が生じても総電流■７が一定す
る様になされている。

先ず抵抗Ｒ０の端子電圧がＲ，Ｉ、の時に差動アンプ４
の出力電圧がＥｏとなる様に差動アンプ４け設定されて
おシ、各フォトダイオードＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄには各々電流ＩａＸＩｂ、Ｉｅ、　工ｄが流れ、
総電流ＩＴは（式−３）で示される。但し、（式−３）
においてＲは抵抗Ｒ６、Ｒａ、　Ｒｂ、　Ｒｅ、　Ｒｄ
及びフォトダイオードＡ、Ｂ、％　Ｃ，Ｄの合成抵抗を
示す。

ＩＴ＝Ｅ０／Ｒ（式−３） この合成、抵抗Ｒはレーザ光の光軸２に変位が生じても
、レーザ光のパワーが一定している限シ一定しているの
で、総電流■１は一定する。従って、レーザ光のパワー
が一定している限り抵抗Ｒ０の端子電圧もＲ（ＬＩＴの
まま安定し、差動アンプの出力電圧もＥｏのまま安定す
る。

今、レーザ光のパワーが△Ｐだけ減少すると、これに伴
ってフォトダイオードＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの抵抗も一様に増
加し、合成抵抗も△Ｒ増加し、Ｒ＋△Ｒとなる。

従って差動アンプ４の出力電圧がＥｏの−ｉｔ変化しな
いと、抵抗Ｒ，に流れる総電流は△■だけ減少し、抵抗
Ｒ０の端子電圧はＲｏ（Ｉ、−Δ■）となる。この端子
電圧Ｒｏ（ＩＴ−△Ｉ）は定電圧源３によって定まる負
電圧に重畳されて差動アンプ４の反転入力端子に印加さ
れ、反転入力端子電圧を降下させる。その結果、差動ア
ンプ４の出力電圧は△Ｅだけ上昇しＥ０＋△Ｅとなる。

従ってフォトダイオードＡＸ　ＢＳ　Ｃ，Ｄに流れる総
電流はレーザ光のパワー減少に伴う合成抵抗の増加にか
かわらず（式−４）で示すようにエアのまま安定する。

Ｉ　Ｔ　−（Ｅ　ｏ＋△Ｅ）／（Ｒ＋△Ｒ）　　　　（
式−４）一方、ａ点、ｂ点、０点、ｄ点の電位Ｅａ、Ｅ
ｂＥｃ、Ｅｄは各々（式−５）〜（式−８）で定義され
る。

Ｅａ＝Ｒ，Ｉ、十ＲａＩａ　　　、　　　　（式−５）
Ｅｂ＝ＲｏＩＴ＋ＲｂＩｂ　　　　　　　（式−６）Ｅ
Ｃ−ＲｏＩＴ＋ＲｃＩＣ（式−７） Ｅｄ＝Ｒｏ　ＩＴ　＋　ＲｄＩｄ　　　　　　（式−８
）本実施例でけレーザ光のパワー変動にかかわらず、総
電流工、は一定しているので、電位Ｅａ。

ｇｂ、Ｅｃ、Ｅｄは各フォトダイオードＡＢＣＤに流れ
る電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの比率によってのみ決定
されることになる。そして電流Ｉａ、　Ｉｂ、　Ｉｃ。

Ｉｄの比率は光軸２と光軸センサ１の変位のみによって
決定されるので、電位Ｅ　ａＸＥ　ｂＸＥ　０％　ＩＥ
　ｄｊｄ：光軸２と光軸センサ１の変位のみによって決
定される。即ち、本実施例によればａ点、ｂ点、０点、
ｄ点の電位ＥａＸＥｂＸＥｃ、Ｅｄ　はレーザ光のパワ
ー変動に影響されない。

この電位Ｅａ、ＥｂＸＥｃ、Ｅｄは演算増幅器５．６．
７．８．９．１Ｏ１ｔて図示の様に加えられておシ、演
算増幅器５．６．９により（式−２）の演算が又、演算
増幅器７．８．１ｏにより（式−１）の演算が行なわれ
、光軸２に対する光軸センサ１の変位が検出される。

伺、演算増幅器５．６．７．８．９．１ｏけ各々、 ■Ｅａ＋Ｅｂ＝Ｅｅ　（２）Ｅｂ＋Ｅｄ−＝Ｅｆ　■Ｅ
ａ＋Ｅｂ＝Ｅｇ■Ｅｃ＋Ｂｄ＝Ｅｎ■Ｅ　ｅ　−Ｅ　ｆ
　＝　Ｅ７　　■Ｅｇ　−Ｅｋ　＝　Ｅｘの演算を行な
うものである。

以上説明した様に本発明によれば、レーザ光のパワー、
変豐とは無関係に変ａ検出ができるのでレーザの光量管
理の為の労力を大幅に低減できる。

伺、上記においてはトンネル掘削機の変位検出装置を一
例として説明したが、これ以外でもレーザ光に対する変
位検出をする場合、本発明は広く応用できるものである
。

又、上記においてはＸ軸方向及びｙ軸方向の２次元的な
変位検出をする為の実施例を示したが、Ｘ軸方向又はｙ
軸方向の１次元的な変位検出をする場合は第５図の様に
フォトダイオードを２個並べた光軸センサを用Ｖ）て、
第６囚の様に回路構成をすればよい。この場合は１次元
的な変位検出を行なっているのでｉ算増幅機１２は１個
でよい。

更（て上記ではフォトダイオード全受光素子とした例を
示したが、他の受光素子を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図は光軸センサの概略図、第２図は従来の
変位検出装置の回°路図、第３図は変位方向の説明図、
第４図、第６図は本発明の一実施例の回路図。 １．１１・・・光軸センサ、２・・・光軸、３・・・定
電圧源、４・−・差動アンプ、５．６．７．８．９．１
０．１２・−・演算増幅機、ＡＸ　Ｂ％　０％　１）・
・・フォトダイオード（受光素子）。 第１因 第３図 Ｌ、　　　　、　　　　、Ｊ 手続補正書 昭和５７年４月）Ｎ日 １、事！−１の表示 昭和５６年特許願第１６３１２０ ２、発明の名称 変位検出装置 ３、補正をする者 事１１との関係　　特許出願人 （１２３）　　株式会社　小松製作所 ４、代理人 （〒１０４）東京都中央区銀座２丁目１１番２号６、補
正の内容 （１）本願の明細内箱２ページ第７行及び第３ページ第
１０行の「抵抗値」を「光電流」に訂正する。 （２）同、第３ページ第８行の［経年変化」を「経年変
化やその使用環境（はこりの多い所」に訂正する。 （３）同、第４ページ第１／Ｉ行及び第６ページ第６行
から第６ページ第７行の「定電圧源３」を「基準電圧３
」に訂正する。 （７１）同、第４ページ第１９行の１抵抗が増加する」
を「光電流が減少−りる」に訂■りる。 （５）同、第５ページ第１行の「抵抗が減少する」を「
光電流が増加Ｊる１に訂正Ｊる。 （６）同、第５ページ第４行の「先ず抵抗Ｒｏの」を「
先ずレーザパワーがＰｏで抵抗Ｒｏの」に訂正する。 （７）同、第５ページ第８行から第５ページ第１１行の
「但し、〜を示す」を削除する。 〈８）同、第５ページ第１２行のｒｌｖ＝Ｆｏ／Ｒ」を
１ｌＴ−１ａ　十Ｉｔ）　＋ＩＣ＋Ｉｄ　Ｊに訂正する
。 くっ）同、第５ページ第１３行から第５ページ第１８行
の「この合成抵抗Ｒは〜のまま安定する。」を削除１−
る。 〈１０）同、第６ページ第１行から第６ページ第２行の
１抵抗も〜」−△Ｒとなる。」を「光電流は一様に減少
でる。」に訂正する。 〈１１）同、第６ページ第１２行から第６ページ第１３
行の１合成抵抗の増加に」を１光電流の減少に」に訂正
する。 （１２）同、第６ページ第１３行の１（弐〜４）で示Ｊ
Ｊ：うに」を削除する。 （１３）同第６ページ第１４行の「のま仕安定する。」
後に［これはフカ１〜ダイオードの逆方向バイアス電圧
の深さににり光電流が変化する領域を利用している。］
を付（）加える。 （１４）同、第６ページ第１５行のｒｌｔ＝（Ｅｏ→−
△Ｅ）／（Ｒ十△Ｒ）（式−４）」を削除する。 （１５）同、第９ページ第６行から第９ページ第７行の
「定電圧泊」を［基型電圧−１に訂正する。 く１６）本願の明ＩＩに添イ」シた図面の第６図を別紙
の通り訂正づる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 共通電圧に対して並列接続された受光素子が複数配置ｒ
   された光軸センサを具備し、前記各受光素子に流れる電
   流量によシ、前記光軸センサの光軸に対する変位を求め
   る変位検出装置において、前記各受光素子を流れる総電
   流量によシ前記共通電圧を制御するフィードバックルー
   プを具備する変位検出装置。