JPS59228103A - 変位量検出装置 - Google Patents
変位量検出装置Info
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- JPS59228103A JPS59228103A JP10306483A JP10306483A JPS59228103A JP S59228103 A JPS59228103 A JP S59228103A JP 10306483 A JP10306483 A JP 10306483A JP 10306483 A JP10306483 A JP 10306483A JP S59228103 A JPS59228103 A JP S59228103A
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- circuit
- light
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は平行移動゛4イJ被測定物体の変位けを検出す
るようにした変位量検出装置に関する。
るようにした変位量検出装置に関する。
背景技術とその問題点
先ず、第1図乃至第3図を参照し゛ζ従来のこの種変位
量検出装置について説明する。(aば平行移動する被測
定物体であっ°C1これにミラー(2)が取り付けられ
ている。(3)はこのミラー(2)に光線を入射せしめ
る光源であっ′ζ、例えば半導体レーザ光源を用いる。
量検出装置について説明する。(aば平行移動する被測
定物体であっ°C1これにミラー(2)が取り付けられ
ている。(3)はこのミラー(2)に光線を入射せしめ
る光源であっ′ζ、例えば半導体レーザ光源を用いる。
この半導体レーザ光源(3)よりの光線(レーザ光線)
はレンズ(4)を介し゛ζミラー(2)に入射せしめら
れる。Nは、この光線のミラー(2)に幻する入射点に
おける法線を不ず。(5)はミラー(2)よりの反射光
線を被測定物体(1)の変位量にJIi′)じノ、−受
光部子の位置で受光するライン光検出器である。
はレンズ(4)を介し゛ζミラー(2)に入射せしめら
れる。Nは、この光線のミラー(2)に幻する入射点に
おける法線を不ず。(5)はミラー(2)よりの反射光
線を被測定物体(1)の変位量にJIi′)じノ、−受
光部子の位置で受光するライン光検出器である。
このライン光検出器(5)は、その受光而の1暖手力向
(ライン方向)が、入射及び反射光線lトびに法線N・
を含む平面内に位置するように配される。
(ライン方向)が、入射及び反射光線lトびに法線N・
を含む平面内に位置するように配される。
θはミラー(2)に対する入射光線及び反則光線の夫々
入射、反射角であっ′ζ、これらは互いに等しい。
入射、反射角であっ′ζ、これらは互いに等しい。
しかして、被測定物体(11が平行移動、即r、法線N
方向に4だり変位したとすると、ライン光検出器(5)
の受光面に入射するミラー(2)からの反射光線の位j
iIJ:はその長手方向(ライン方向)にXだり変位J
る。このXは次式の様に表わされる。
方向に4だり変位したとすると、ライン光検出器(5)
の受光面に入射するミラー(2)からの反射光線の位j
iIJ:はその長手方向(ライン方向)にXだり変位J
る。このXは次式の様に表わされる。
z=27!sInθ
この式においてθを30°に選ぶと、sfθは+になる
から、x−1となる。。
から、x−1となる。。
」二連したライン光検出器(5)の−例としては第2図
に等価回路を示す如きPINソAトタイオードを用いた
半導体位W検出器が用いられる。この半導体装置検出器
は入射光線によって生じた光電流が均一なJlli抗層
を通じζ2つの出力端子L1+L2に流れ、その得られ
た差動の第1及び第2の位置検出電流の差を求めること
により、入射する光線の位置が検出されるものである。
に等価回路を示す如きPINソAトタイオードを用いた
半導体位W検出器が用いられる。この半導体装置検出器
は入射光線によって生じた光電流が均一なJlli抗層
を通じζ2つの出力端子L1+L2に流れ、その得られ
た差動の第1及び第2の位置検出電流の差を求めること
により、入射する光線の位置が検出されるものである。
ff52図においてt3はバイアス電圧のイ3(給され
る入力端子である。
る入力端子である。
又、R6は抵抗率の一定な表面抵抗であって、ごのJi
k抗R6に入射する光の位置に応しC5その417置と
各出力端’I’+ t、間のllk: rfL値がそ
の長さに比例し′ζ決定され、その抵抗の逆数の比に応
して出力端子tI、t2に得られる電流が変化する。
k抗R6に入射する光の位置に応しC5その417置と
各出力端’I’+ t、間のllk: rfL値がそ
の長さに比例し′ζ決定され、その抵抗の逆数の比に応
して出力端子tI、t2に得られる電流が変化する。
尚、Pは電流源、Dは理想的グイオート、C1は接合容
量、RIJIは並列抵抗である。
量、RIJIは並列抵抗である。
ところで、斯るライン光検出器(5)としての半導体装
置検出器よりの出力端子を五、t2に得られる各出力の
差を取ることにより、被測定物体fl+の変位量を検出
することができるが、ライン光検出器(5)に入射する
光量が変化すると、その検出された位置情報は大きな誤
差を含んでしまうことになる。これは、第4図のグラフ
で明らかになる。即も、第4図に、被測定物体の変位量
に対する差出力及び和出力の変化状態を夫々曲線Sd、
Saとして示しである。尚、′曲線Sd、 Saが2
iRrllt綿であるのは、ヒステリシスによるもの
である。そこで、ライン光検出器(5)の出力を以−ト
に説明する第3図に示す補正回路に供給し゛乙うイン光
検出器(5)に入射する光量の変化に拘わらず被測定物
体の変イ17甲を正確に検出できるようにする。即ぢ、
ライン光検出器(5)の出力端子Ls + 12より
の第1及()第2の位置検出出力である各電流を電流−
電)L変換回路(61)、 (62)に供給して市、
1上に変換して得られたごの第1及び第2の位ic4’
P出出力!+。
置検出器よりの出力端子を五、t2に得られる各出力の
差を取ることにより、被測定物体fl+の変位量を検出
することができるが、ライン光検出器(5)に入射する
光量が変化すると、その検出された位置情報は大きな誤
差を含んでしまうことになる。これは、第4図のグラフ
で明らかになる。即も、第4図に、被測定物体の変位量
に対する差出力及び和出力の変化状態を夫々曲線Sd、
Saとして示しである。尚、′曲線Sd、 Saが2
iRrllt綿であるのは、ヒステリシスによるもの
である。そこで、ライン光検出器(5)の出力を以−ト
に説明する第3図に示す補正回路に供給し゛乙うイン光
検出器(5)に入射する光量の変化に拘わらず被測定物
体の変イ17甲を正確に検出できるようにする。即ぢ、
ライン光検出器(5)の出力端子Ls + 12より
の第1及()第2の位置検出出力である各電流を電流−
電)L変換回路(61)、 (62)に供給して市、
1上に変換して得られたごの第1及び第2の位ic4’
P出出力!+。
12を加算回路(7)及び減!?:bJ路(8)に供給
する。そして、減算回路18)の減算出力1+ j
2と加界回1/8 (71よりの加算出力■1→−■2
とを711算回路(9)に供給して、減算出力■!〜1
2を加算出力■11−12で割算し、その割算出力、を
増幅器(1(Qを介して出力端子(11)に出力するも
のである。
する。そして、減算回路18)の減算出力1+ j
2と加界回1/8 (71よりの加算出力■1→−■2
とを711算回路(9)に供給して、減算出力■!〜1
2を加算出力■11−12で割算し、その割算出力、を
増幅器(1(Qを介して出力端子(11)に出力するも
のである。
断る第3図の補正回路を設ヲノることにより出力端子(
11)には、精度の良い被測定物体の変位量検出装置を
1!iすることかできるものである。
11)には、精度の良い被測定物体の変位量検出装置を
1!iすることかできるものである。
とごろが、上述の割算回1/8 (91は、専用の割算
回1−δrcや演算増幅器を用いて構成するが、斯る回
1−!G自体の割′!J、精度は1%程度であっζ、加
算1i、il l/R(7)の加算出力11 +12の
レベルが低−1・すると演算誤差が増大し、又、周波数
特性があまり速くなく、しかもこれを改善するために性
能のよい割算回路を用いると装置の価格の1宜につなが
ってしまう。
回1−δrcや演算増幅器を用いて構成するが、斯る回
1−!G自体の割′!J、精度は1%程度であっζ、加
算1i、il l/R(7)の加算出力11 +12の
レベルが低−1・すると演算誤差が増大し、又、周波数
特性があまり速くなく、しかもこれを改善するために性
能のよい割算回路を用いると装置の価格の1宜につなが
ってしまう。
かかる加算回路(7)の加算出力1s++2の変動原因
としζは、光源(3)の光電の低−1・、ミラー+21
0)反射面の汚れ、空気中の埃、ライン光検出j!j’
t m)の受光部の前面ガラスによる光線の干渉、ライ
ン光検出器+5)の受光面上の汚れ、光検出感度のバラ
ツキ等が考えられる。
としζは、光源(3)の光電の低−1・、ミラー+21
0)反射面の汚れ、空気中の埃、ライン光検出j!j’
t m)の受光部の前面ガラスによる光線の干渉、ライ
ン光検出器+5)の受光面上の汚れ、光検出感度のバラ
ツキ等が考えられる。
発明の目的
斯る点に鑑み、本発明はライン光検出器よりの差動の第
1及び第2の位置検出出力を減容回路及び加算回路にイ
バ給し、割算回路を設GJて減智回路の出力を加算回路
の出力で割算をすることによっ゛(、被測定物体の変位
量を検出する様にし2だ変(1ン早検出装置においζ、
加算回路よりの加勢出力の変動を除去して、精度の良い
変位P検出出力をf!fるごとのできる変位量検出装置
をIN¥L、 、、I:・)とするものである。
1及び第2の位置検出出力を減容回路及び加算回路にイ
バ給し、割算回路を設GJて減智回路の出力を加算回路
の出力で割算をすることによっ゛(、被測定物体の変位
量を検出する様にし2だ変(1ン早検出装置においζ、
加算回路よりの加勢出力の変動を除去して、精度の良い
変位P検出出力をf!fるごとのできる変位量検出装置
をIN¥L、 、、I:・)とするものである。
発明の概要
本発明による変位量検出装置は、平行移り14°る被測
定物体に取り付けられたミラーと、このミラーに光線を
入射せしめる光源と、このミラーよりの反射光線を被測
定物体の変位量に応じた受J)’6而、1−の位置で受
光するライン光検出器と、このライン光検出器よりの差
動の第1及び第2の位置検出出力が共j[に供給される
減算回路及び加算回路と、減′R11旧−8の減算出力
を加算回1/&の加算出方で割算(−る81算回路とを
【jし、ごの割χ?回1?δより被測定物体の変位量検
出出力をi!vる様にし〕、:変位量検出出力において
、加算回路の加算出力をループフィルタを介して光源に
供給してその光量を制御し、加算回路の加算出力が一定
になるように制御するようにしたものである。
定物体に取り付けられたミラーと、このミラーに光線を
入射せしめる光源と、このミラーよりの反射光線を被測
定物体の変位量に応じた受J)’6而、1−の位置で受
光するライン光検出器と、このライン光検出器よりの差
動の第1及び第2の位置検出出力が共j[に供給される
減算回路及び加算回路と、減′R11旧−8の減算出力
を加算回1/&の加算出方で割算(−る81算回路とを
【jし、ごの割χ?回1?δより被測定物体の変位量検
出出力をi!vる様にし〕、:変位量検出出力において
、加算回路の加算出力をループフィルタを介して光源に
供給してその光量を制御し、加算回路の加算出力が一定
になるように制御するようにしたものである。
斯る本発明によれば、加算回路の加算出力の変動を除去
して、被測定物体の変位量を+Ri tI!i度をもっ
′ζζ出出ることのできる変位に検出出力を得ることが
できる。
して、被測定物体の変位量を+Ri tI!i度をもっ
′ζζ出出ることのできる変位に検出出力を得ることが
できる。
実施例
以トに第5図を参照し°ζ本発明の一実施例を説明する
も、第5図におい゛ζ第3図と対応する部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。尚、この第5図の実施
例では、加算回路+71及び減算回l/K (81を夫
々演算増幅器で構成し“ζいる6しがし“C1加算回路
(7)の出力をループフィルタ(1+−パスフィルタ)
(12)に供給する。尚、(13)は感度調整用の
直流電源を不ず。このループフィルタ(12)の周波数
特性は、第7図の曲線aに示ず如く、カットオフ周波数
がI MII2で、6 dB/ octの傾斜特性を有
している。尚、斯るループフィルタ(I2)を2段縦続
接続すれば、第7図の曲線すにボず如く、その傾斜特性
は12dB10ctとなる。
も、第5図におい゛ζ第3図と対応する部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。尚、この第5図の実施
例では、加算回路+71及び減算回l/K (81を夫
々演算増幅器で構成し“ζいる6しがし“C1加算回路
(7)の出力をループフィルタ(1+−パスフィルタ)
(12)に供給する。尚、(13)は感度調整用の
直流電源を不ず。このループフィルタ(12)の周波数
特性は、第7図の曲線aに示ず如く、カットオフ周波数
がI MII2で、6 dB/ octの傾斜特性を有
している。尚、斯るループフィルタ(I2)を2段縦続
接続すれば、第7図の曲線すにボず如く、その傾斜特性
は12dB10ctとなる。
ループフィルタ(12)の出力はゲイン調替回路(14
)を介してNPN形トランジスタ(I6)のヘースに供
給する。面、ゲイン調堅回路(14)は′■゛形抵抗抵
抗回路って、そのT形回路の脚部の回路の一部に可変抵
抗器が設けられ°Cおり、その脚部のコール1′エンド
はリップル除去用のコンデンサ(15)を介して接地さ
れζいる。又、(17)は定電圧電源であっ“ζ、負電
源−Bを定電圧化し7、その得られた定電1上をトラン
ジスタ(’l [i)のj−ミッタに供給する。トラン
ジスタ(16)のJレククは電流制限回路(16)を介
し゛C半導体レー+J゛光源としてのレーザ発光ダイオ
ード(3)のカッ−1−にf19続される。尚、そのア
ノード′は接11されζいる。第6図はこのレーザ発光
ダイオードの駆動電流と光出力との特性曲線を不し、電
流が例えば50m^稈度で光出力は急激に上昇する。こ
の場合駆動電流の中心値を例えば60m八程へに選定°
4る。
)を介してNPN形トランジスタ(I6)のヘースに供
給する。面、ゲイン調堅回路(14)は′■゛形抵抗抵
抗回路って、そのT形回路の脚部の回路の一部に可変抵
抗器が設けられ°Cおり、その脚部のコール1′エンド
はリップル除去用のコンデンサ(15)を介して接地さ
れζいる。又、(17)は定電圧電源であっ“ζ、負電
源−Bを定電圧化し7、その得られた定電1上をトラン
ジスタ(’l [i)のj−ミッタに供給する。トラン
ジスタ(16)のJレククは電流制限回路(16)を介
し゛C半導体レー+J゛光源としてのレーザ発光ダイオ
ード(3)のカッ−1−にf19続される。尚、そのア
ノード′は接11されζいる。第6図はこのレーザ発光
ダイオードの駆動電流と光出力との特性曲線を不し、電
流が例えば50m^稈度で光出力は急激に上昇する。こ
の場合駆動電流の中心値を例えば60m八程へに選定°
4る。
メ、(10)はこのレーザ発光ダイオード(3)に逆向
きに並列接続された保1WQJダーずオー1′である。
きに並列接続された保1WQJダーずオー1′である。
次にこの第51321の変位臣稜出装置の動作を説明す
る。上述した様な種々の原因のいずれかによって、加榊
1回路(7)の加算出力h」」2が増大しようとすると
、レーザ発光ダイオード(3)の駆動電流は低減せしめ
られ°ζその発光量が抑えられ、その結果ライン光検出
器(5)への入射光電が減少し、加算出力Il +12
の増大は抑圧される。又、加算出力!+++2が減少し
ようとした場合もl+1 様にその減少は抑えられる。
る。上述した様な種々の原因のいずれかによって、加榊
1回路(7)の加算出力h」」2が増大しようとすると
、レーザ発光ダイオード(3)の駆動電流は低減せしめ
られ°ζその発光量が抑えられ、その結果ライン光検出
器(5)への入射光電が減少し、加算出力Il +12
の増大は抑圧される。又、加算出力!+++2が減少し
ようとした場合もl+1 様にその減少は抑えられる。
又、本実施例では光源(3)とし°ζレーザ発光ダイオ
ードを使用し、ライン光検出′alii+としζ1)I
Nフメトタイオー1゛から成る半堺体4)γ置検出器(
第2図参jj4()を用いているので、ソイードバンク
ループはInJ速応答がIjJ能となり、又、遅延が少
ないためフィードバックループの帯域及び利得を大きく
とることができる。
ードを使用し、ライン光検出′alii+としζ1)I
Nフメトタイオー1゛から成る半堺体4)γ置検出器(
第2図参jj4()を用いているので、ソイードバンク
ループはInJ速応答がIjJ能となり、又、遅延が少
ないためフィードバックループの帯域及び利得を大きく
とることができる。
又、」二連したループフィルタ(12)を用いることに
より低周波領域では、60dBの利得が得られ、又、こ
れを2段縦続接続し°ζ、2次フィルタを構成した場合
には80dBの利得が得られる。割!?回路(9)の精
度を1%とすると、ループフィルタ(I2)の低周波領
域での利得が60dllの場合、割算回路(9)の精度
1%に対し、変位量検出出力の精度は0.1%となる。
より低周波領域では、60dBの利得が得られ、又、こ
れを2段縦続接続し°ζ、2次フィルタを構成した場合
には80dBの利得が得られる。割!?回路(9)の精
度を1%とすると、ループフィルタ(I2)の低周波領
域での利得が60dllの場合、割算回路(9)の精度
1%に対し、変位量検出出力の精度は0.1%となる。
又、このとき、ループフィルタとし′ζ2次フィルタを
使用する場合は、変位量の精度は0.01%となる。従
って、加算回路(7)の加算出力の変動による変位量検
出出力への影響はほとんど無視しうる程度になる。
使用する場合は、変位量の精度は0.01%となる。従
って、加算回路(7)の加算出力の変動による変位量検
出出力への影響はほとんど無視しうる程度になる。
発明の効果
上述せる本発明によればライン光検出器よりの差動の第
1及び第2の位置検出出力を夫々減算回路及び加算11
!回路に供給し、その各出力を割算同Vδに供給しζ、
減算出力を加算出力で割算することにより、その割算回
路より被測定物体の変ll7m検出出力を得るようにし
た変位量検出装置において、加算回路の加算出力の変動
を除去し′(,1111精度の変位m検出出力を得るこ
とのできる変位量検出装置i7を1υるごとがごきる。
1及び第2の位置検出出力を夫々減算回路及び加算11
!回路に供給し、その各出力を割算同Vδに供給しζ、
減算出力を加算出力で割算することにより、その割算回
路より被測定物体の変ll7m検出出力を得るようにし
た変位量検出装置において、加算回路の加算出力の変動
を除去し′(,1111精度の変位m検出出力を得るこ
とのできる変位量検出装置i7を1υるごとがごきる。
第1図はiπ来の変位量検出装置の光学系をボず配置図
、第2図は第1図の光学系のライン光検出器の一例の半
導体装置検出器の等(i[li li、Il路をボ“(
1il路図、第3図は従来の変位量検出装置の?市1F
回路をボ1ブロック線図、第4図は特11曲線図、第5
図は4発明の一実施例を示す回路!!!I、第(1図は
レーザ発光ダイオ−(゛の特性を刀くず特性曲線図、第
7図は第5図の変位量検出装置に用いるループフィルタ
の特性を示す特性曲線図である。 (1)は被測定物体、(2)はミラー、(3)は光源、
(5)はライン光検出器、(7)は加算回路、(8)は
減算回路、(9)は割算回路、(12)はループフィル
タごある。 昭和58年6月30日 1.事件の表示 昭和58年特許願第 103064 号2、発明の名称
変位量検出装置 3、補正をする者 (338B) 弁理士 伊 藤 貞5、
補正命令の日付 昭和 年 月 日6、補正
により増加する発明の数 明 細 書 (訂正) 発明の名称 変位量検出装置 特許請求の範囲 平行移動する被測定物体に取り付けられたミラーと、該
ミラーに光線を入射せしめる光源と、上記ミラーよりの
反射光線を」1記被測定物体の変位量に応じた受光面上
の位置で受光するライン光検出器と、該ライン光検出器
よりの差動の第1及び第2の位置検出出力が供給される
減算回11δとを有し、該陰算回路より」1記被測定物
体の変417甲検出出力を得るようにした変位量検出装
置において、算回路の加算出力をループフィルタを介し
て上記光源に供給してその光量を制御し、上配別W 1
ijl W8の加算出力が一定になるように制御するよ
うにしたことを特徴とする変位量検出装置。 発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は平行移動す◆被測定物体の変位9を検出するよ
うにした変()7屋検出装置に関する。 背景技術とその問題点 先ず、第1図乃至第3図を参照し゛ζ従来のこの種変位
pi#検出装置について説明する。(1)は平行移動す
る被測定物体であっζ、これにミラー(2)が取りfす
けられている。 13)はこのミラー(2)に光線を入
射ゼしめる光源であって、1Mえぽ半導体レーザ光源を
用いる。この半導体レーザ光源(3)よりの光線(レー
ザ光線)はレンズ(4)を介し゛ζミラー(2)に入射
せしめられる。Nは、この光線のミラー(2+に対する
入射点におりる法線を示す。(5)はミラー(2)より
の反射光線を被測定物体(11の変位量に応じた受光部
−にの位置で受光するライン光検出器である。 このライン光検出器(5)は、その受光面の長手方向(
ライン方向)が、入射及び反射光線並びに法線Nを含む
平面内に位置するように配される。 θはミラー(2)に対する入射光線及び反射光線の夫々
火剤、反射角であって、これらはノ1いに等しい。 しかして、被測定物体(11が平1■移動、即も法線N
方向にpだけ変位したとすると、ライン光検出器(5)
の受光面に入射するミラー(2)からの反!1・1光線
の位置はその長手方向(ライン方向)にXだり変位する
。このXは次式の様に表わされる。 x=24!sinθ この式においζθを30’に選ぶと、 sinθは+1
になるから、x=Itとなる。 上述したライン光検出器(5)の−例としζは第2図に
等価回路を示す如きPINフォトダイオードを用いた半
導体装置検出器が用いられる。この半導体装置検出器は
入射光線によゲζ生じた光重流が均一な抵抗層を通して
2つの出方端子t、、t2に流れ、その(qられた差動
のml及びff12の位置検出電流の差を求めることに
より、入射する光線のイ3′装置が検出されるものであ
る。第2図においてt3はバイ”rスミ圧の供給される
入力端子でJJる。 又、RCliは抵抗率の一定な表面抵抗であっ(、ごの
抵抗RCRに入射する光の位置に応じて、そのイ1装置
と各出力端tz、t2間の抵抗値がその長さに比例して
決定され、その抵抗の逆数の比に応じて出力端子tl+
’2に得られる電流が変化する。 尚、Pは電流源、l)は理想的グイメート、CTLは接
合容置、RRCは並列批抗である。 ところで、斯るライン光検出+a!51としこの半導体
装置検出器よりの出力端子tilt2に(1fられる各
出力の差を取るごとにより、被測定物体(1)の変位m
を検出することができるが、ライン光検出″a(5)に
入射する光量が変化すると、その検出された位置情報は
大きな誤差を含んでしまうことになる。これは、第4図
のグラフで明らかになる。即ち、第4図に、被測定物体
の変位量に幻゛]゛る差出力及び和出力の変化状態を夫
々曲線Sd、 Saとして不しこある。尚、曲線Sd、
Saが2車曲線であるのは、ヒステリシスによるもの
である。そこで、ライン光検出器(5)の出力を以下に
説明する第31図に21マず補正回路に供給しζ、ライ
ン光検出:!1l(51に入射する光量の変化に拘わら
ず被測定物体の変位量を正確に検出できるようにする。 即ら、ライン光検出器(5)の出力端子L1+L2より
の第1及び第2の位置検出出力である各電流を電流−電
圧変換回路(6s ) 、 (62)に供給し”ζ電
圧に変換して得られたこの第1−及び第2の位置検出出
力11゜■7を加算回路(7)及び減算回路(8)に供
給する。そして、減算回路(8)の減算出力11’
12と加算回路(7)よりの加算出力11 +I2とを
割Wl+旧−8(9)に供給して、減算出力It
12を加算出力1.+■2で割算し、その割算出力を増
幅器(1ψを介して出力端子(11)に出力するもので
ある。 斯る第3図の補正回路を設けるごとにより出力端子(1
1)には、精度の良い被測定物体の変位量検出出力を得
ることができるものである。 とごろが、上述の割算回vR(91は、専用の割算回路
rcや演算増幅器を用いて構成するが、lUiる回路自
体の割算精度は1%程度であり、加算回路(7)の加算
出力Is +Txのレベルが低ドすると演算誤差が増大
し、又、周波数特性があまり速くなく、しかもこれを改
善するために性能のよい割算回路を用いると装置の価格
の上昇につながってしまう。 かかる加算回路(7)の加算出力If +I2の変動原
因としては、光源(3)の光量の低下、ミラー(2)の
反射ibjの汚れ、空気中の埃、ライン光検出器(5)
の受光部の前面ガラスによる光線の干渉、ライン光検出
器(5)の受光面」二の汚れ、光検出感度のバラツキ等
が考えられる。 発明の目的 断る点に#tiiの、本発明はライン光検出器よりの差
動の第1及び第2の位置検出出力を減智回lI′8に供
給し、この減算回路の出力によっ゛C,被測定物体の変
位量を検出する様にした変位m検出装置において、構成
簡単、価格低速にして、精度の良い変位量検出出力を得
ることのできる変位量検出装置を従業じようとするもの
である。 発明の概要 本発明による変位量検出装置は、平行移動する被測定物
体に取すイ1けられたミラーと、このミラーに光線を入
射ゼしめる光源と、このミラーよりの反射光線を被測定
物体の変位量に応じた受光面」二の位置で受光するライ
ン光検出器と、このライン光検出器よりの差動の第1及
び第2の位置検出出力が供給される減算回路とを有し、
この減算回路より被測定物体の変位量検出出力を得る様
にした変位量検出装置において、ライン光検出器よりの
差動の第1及び第2の位置検出出力が供給される加算回
路を設け、この加算回路の加算出力をループフィルタを
介して光源に供給してその先9を制御し、加算回路の加
算出力が一定になるように11jJ illするように
したものである。 斯る本発明によれば、構成簡単、価格低速にし°6被測
定物体の変位量を高精度をもって検出することのできる
変位量検出装置を1qることかできる。 実施例 以下に第5図を参照して本発明の一実施例を説明するも
、第5図におい“ζ第3図と対応Jる部分には同一符号
をイ1し°ζ重fJj説明を省略する。減算回路(8)
の減算出力If−12を増幅器0〔を介して出力端子(
11)に出力する。又、第3図と同様に、加算回路(7
)を設りる。尚、この第5図の実施例では、加算回11
!@ (71及び減算回路(8)を夫々演算増幅器で構
成している。しかして、加算回路(7)の出力をループ
フィルタ (0−バスフィルタ> (12)に(11
給する。尚、(13)は感度#li+I整川の直流用源
を示す。このループフィルタ(12)の周波数特性は、
第7図の曲線aに示す如く、カットオフ周波数がI M
I+2で、6 dB/ octの顔料特性を有しζいる
。 尚、jりiるループフィルタ(12)を2段縦続接続J
れば、第7図の曲線すに示す如く、その領斜特i![は
12dB/ octとなる。 ループフィルタ(12)の出力はゲインglt+l ;
11iU路(14)を介し゛ζNPN形トランジスタ(
16)のペースに供給する。面、ゲインl!it整回路
(14)はT形11を抗回路ごあって、その1゛形回路
の脚部の回路の一部に角変抵抗器が設けられでおり、そ
の脚部のコールドエンドはリップル除去用のコンデンー
リ(■5)を介し°C接地されている。又、(17)は
定電圧電源であって、負電源−Bを定電圧化し、その得
られた定電圧をトランジスタ(16)のエミッタに供給
する。トランジスタ(16)の、:ルククは電流制限回
路(16)を介して半導体レーザ光源とし゛このレーザ
発光ダイオード(3)のカソードに接続される。尚、そ
のアノードは接地されている。第6図はこのレーザ発光
ダイオードの駆動電流と光出力との特性曲線を示し、電
流が例えば50mA稈度で光出力は急激に上胃する。こ
の場合駆動電流の中心値を例えば60mA程度に選定す
る。 又、(18)はごのレーザ発光ダイオ−1(3)に逆向
きに並列接続された保護用ダイオ−F ”eある。 次にこの第5図の変位量検出装置の動作を説明する。上
述した様な種々の原因のいずれかによって、加算回路(
7)の加算出力11 +I2が増大し、;;うとすると
、レーザ発光ダイオード(3)の駆動電流は低減せしめ
られζその発光量が抑えられ、その結果ライン光検出器
(5)への入射光里が減少し、加算出力1x+12の増
大は抑圧される。又、加算出力11 +12が減少しよ
うとした場合も同様にその減少は抑えられる。 このように、ライン光検出器(5)よりのM 1ljl
J(JJ第1及び第2の位置検出出力の和が一定になる
ので、減算回路(8)の減算出力から成る変位量検出出
力の誤差は大幅に低減される。 又、本実施例では光源(3)としてレーザ発光ダイオー
ドを使用し、ライン光検出器(5)とし゛ζPINソオ
]・ダイオードから成る半導体装置検出器(第21図参
照)を用いζいるので、フィードバックループは114
J速応答が可能となり、又、j1y延が少ないためフィ
ードバックループの帯域及び利1仔を大きくとることが
できる。 又、上述したループフィルタ(12)を用いることによ
り41−周波領域では、60dllの利iqが1qられ
、又、ごれを2段紺続t?、続して、2次フ2イルクを
構成した場合には80dBの利i!Iが得られる。第3
しIの割算回1//lを用いた従来例では、その割算回
1−6の精度は1%程度であったが、本発明によれば、
ループフィルタ(12)ノ低周波flJi 域テ17J
刊(!7が60+IB(7)場合、ループフィルタのオ
?i度は0,1%となる。又、このとき、ループフィル
タ(12) として2次フィルタを使用する場合は、ル
ープフィルタの精度は0.01%となる。(#:っζ、
変位計の検出精度は従来例に比し大幅に向上するごとに
なる。 発明の効果 上述せる本発明によればライン光検出器よりの差動の第
1及び第2の位置検出出力を夫々減Wltl路及び加算
回路に供給し、その減算回路より被測定物体の変位量検
出出力を得るようにすると共に、加算回路の加算出力の
ループうイルタを介しζ得た制御信号によって光源の光
量を制御して、その加算出力が一定になるよにしたから
、構成節用、価格低度で、高精度の変位量検出出力をt
Wるごとのできる変位量検出装置を得ることができる。 図面の簡単な説明 第1図は従来の変位量検出装置の光学系を示す配置図、
第2図は第1図の光学系のライン光検出器の一例の半導
体装置検出器の等価回路を不1回路図、第3図は従来の
変位量検出装置の禎11・回路を示すブロック線図、第
4図は特性曲線図、第5図は本発明の一実施例を示す回
路図、第6図はレーザ発光ダイオードの特性を示す特性
曲線図、第7図は第5図の変位量検出装置に用いるルー
プフィルタの特性を示す特性曲線図である。 +1)は被測定物体、(2)はミラー、(3)は光源、
(5)はライン光検出器、!714;l加算回路、(8
)は減算回路、(9)は、JIII浣0回路、(12)
むJループフィルタである。
、第2図は第1図の光学系のライン光検出器の一例の半
導体装置検出器の等(i[li li、Il路をボ“(
1il路図、第3図は従来の変位量検出装置の?市1F
回路をボ1ブロック線図、第4図は特11曲線図、第5
図は4発明の一実施例を示す回路!!!I、第(1図は
レーザ発光ダイオ−(゛の特性を刀くず特性曲線図、第
7図は第5図の変位量検出装置に用いるループフィルタ
の特性を示す特性曲線図である。 (1)は被測定物体、(2)はミラー、(3)は光源、
(5)はライン光検出器、(7)は加算回路、(8)は
減算回路、(9)は割算回路、(12)はループフィル
タごある。 昭和58年6月30日 1.事件の表示 昭和58年特許願第 103064 号2、発明の名称
変位量検出装置 3、補正をする者 (338B) 弁理士 伊 藤 貞5、
補正命令の日付 昭和 年 月 日6、補正
により増加する発明の数 明 細 書 (訂正) 発明の名称 変位量検出装置 特許請求の範囲 平行移動する被測定物体に取り付けられたミラーと、該
ミラーに光線を入射せしめる光源と、上記ミラーよりの
反射光線を」1記被測定物体の変位量に応じた受光面上
の位置で受光するライン光検出器と、該ライン光検出器
よりの差動の第1及び第2の位置検出出力が供給される
減算回11δとを有し、該陰算回路より」1記被測定物
体の変417甲検出出力を得るようにした変位量検出装
置において、算回路の加算出力をループフィルタを介し
て上記光源に供給してその光量を制御し、上配別W 1
ijl W8の加算出力が一定になるように制御するよ
うにしたことを特徴とする変位量検出装置。 発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は平行移動す◆被測定物体の変位9を検出するよ
うにした変()7屋検出装置に関する。 背景技術とその問題点 先ず、第1図乃至第3図を参照し゛ζ従来のこの種変位
pi#検出装置について説明する。(1)は平行移動す
る被測定物体であっζ、これにミラー(2)が取りfす
けられている。 13)はこのミラー(2)に光線を入
射ゼしめる光源であって、1Mえぽ半導体レーザ光源を
用いる。この半導体レーザ光源(3)よりの光線(レー
ザ光線)はレンズ(4)を介し゛ζミラー(2)に入射
せしめられる。Nは、この光線のミラー(2+に対する
入射点におりる法線を示す。(5)はミラー(2)より
の反射光線を被測定物体(11の変位量に応じた受光部
−にの位置で受光するライン光検出器である。 このライン光検出器(5)は、その受光面の長手方向(
ライン方向)が、入射及び反射光線並びに法線Nを含む
平面内に位置するように配される。 θはミラー(2)に対する入射光線及び反射光線の夫々
火剤、反射角であって、これらはノ1いに等しい。 しかして、被測定物体(11が平1■移動、即も法線N
方向にpだけ変位したとすると、ライン光検出器(5)
の受光面に入射するミラー(2)からの反!1・1光線
の位置はその長手方向(ライン方向)にXだり変位する
。このXは次式の様に表わされる。 x=24!sinθ この式においζθを30’に選ぶと、 sinθは+1
になるから、x=Itとなる。 上述したライン光検出器(5)の−例としζは第2図に
等価回路を示す如きPINフォトダイオードを用いた半
導体装置検出器が用いられる。この半導体装置検出器は
入射光線によゲζ生じた光重流が均一な抵抗層を通して
2つの出方端子t、、t2に流れ、その(qられた差動
のml及びff12の位置検出電流の差を求めることに
より、入射する光線のイ3′装置が検出されるものであ
る。第2図においてt3はバイ”rスミ圧の供給される
入力端子でJJる。 又、RCliは抵抗率の一定な表面抵抗であっ(、ごの
抵抗RCRに入射する光の位置に応じて、そのイ1装置
と各出力端tz、t2間の抵抗値がその長さに比例して
決定され、その抵抗の逆数の比に応じて出力端子tl+
’2に得られる電流が変化する。 尚、Pは電流源、l)は理想的グイメート、CTLは接
合容置、RRCは並列批抗である。 ところで、斯るライン光検出+a!51としこの半導体
装置検出器よりの出力端子tilt2に(1fられる各
出力の差を取るごとにより、被測定物体(1)の変位m
を検出することができるが、ライン光検出″a(5)に
入射する光量が変化すると、その検出された位置情報は
大きな誤差を含んでしまうことになる。これは、第4図
のグラフで明らかになる。即ち、第4図に、被測定物体
の変位量に幻゛]゛る差出力及び和出力の変化状態を夫
々曲線Sd、 Saとして不しこある。尚、曲線Sd、
Saが2車曲線であるのは、ヒステリシスによるもの
である。そこで、ライン光検出器(5)の出力を以下に
説明する第31図に21マず補正回路に供給しζ、ライ
ン光検出:!1l(51に入射する光量の変化に拘わら
ず被測定物体の変位量を正確に検出できるようにする。 即ら、ライン光検出器(5)の出力端子L1+L2より
の第1及び第2の位置検出出力である各電流を電流−電
圧変換回路(6s ) 、 (62)に供給し”ζ電
圧に変換して得られたこの第1−及び第2の位置検出出
力11゜■7を加算回路(7)及び減算回路(8)に供
給する。そして、減算回路(8)の減算出力11’
12と加算回路(7)よりの加算出力11 +I2とを
割Wl+旧−8(9)に供給して、減算出力It
12を加算出力1.+■2で割算し、その割算出力を増
幅器(1ψを介して出力端子(11)に出力するもので
ある。 斯る第3図の補正回路を設けるごとにより出力端子(1
1)には、精度の良い被測定物体の変位量検出出力を得
ることができるものである。 とごろが、上述の割算回vR(91は、専用の割算回路
rcや演算増幅器を用いて構成するが、lUiる回路自
体の割算精度は1%程度であり、加算回路(7)の加算
出力Is +Txのレベルが低ドすると演算誤差が増大
し、又、周波数特性があまり速くなく、しかもこれを改
善するために性能のよい割算回路を用いると装置の価格
の上昇につながってしまう。 かかる加算回路(7)の加算出力If +I2の変動原
因としては、光源(3)の光量の低下、ミラー(2)の
反射ibjの汚れ、空気中の埃、ライン光検出器(5)
の受光部の前面ガラスによる光線の干渉、ライン光検出
器(5)の受光面」二の汚れ、光検出感度のバラツキ等
が考えられる。 発明の目的 断る点に#tiiの、本発明はライン光検出器よりの差
動の第1及び第2の位置検出出力を減智回lI′8に供
給し、この減算回路の出力によっ゛C,被測定物体の変
位量を検出する様にした変位m検出装置において、構成
簡単、価格低速にして、精度の良い変位量検出出力を得
ることのできる変位量検出装置を従業じようとするもの
である。 発明の概要 本発明による変位量検出装置は、平行移動する被測定物
体に取すイ1けられたミラーと、このミラーに光線を入
射ゼしめる光源と、このミラーよりの反射光線を被測定
物体の変位量に応じた受光面」二の位置で受光するライ
ン光検出器と、このライン光検出器よりの差動の第1及
び第2の位置検出出力が供給される減算回路とを有し、
この減算回路より被測定物体の変位量検出出力を得る様
にした変位量検出装置において、ライン光検出器よりの
差動の第1及び第2の位置検出出力が供給される加算回
路を設け、この加算回路の加算出力をループフィルタを
介して光源に供給してその先9を制御し、加算回路の加
算出力が一定になるように11jJ illするように
したものである。 斯る本発明によれば、構成簡単、価格低速にし°6被測
定物体の変位量を高精度をもって検出することのできる
変位量検出装置を1qることかできる。 実施例 以下に第5図を参照して本発明の一実施例を説明するも
、第5図におい“ζ第3図と対応Jる部分には同一符号
をイ1し°ζ重fJj説明を省略する。減算回路(8)
の減算出力If−12を増幅器0〔を介して出力端子(
11)に出力する。又、第3図と同様に、加算回路(7
)を設りる。尚、この第5図の実施例では、加算回11
!@ (71及び減算回路(8)を夫々演算増幅器で構
成している。しかして、加算回路(7)の出力をループ
フィルタ (0−バスフィルタ> (12)に(11
給する。尚、(13)は感度#li+I整川の直流用源
を示す。このループフィルタ(12)の周波数特性は、
第7図の曲線aに示す如く、カットオフ周波数がI M
I+2で、6 dB/ octの顔料特性を有しζいる
。 尚、jりiるループフィルタ(12)を2段縦続接続J
れば、第7図の曲線すに示す如く、その領斜特i![は
12dB/ octとなる。 ループフィルタ(12)の出力はゲインglt+l ;
11iU路(14)を介し゛ζNPN形トランジスタ(
16)のペースに供給する。面、ゲインl!it整回路
(14)はT形11を抗回路ごあって、その1゛形回路
の脚部の回路の一部に角変抵抗器が設けられでおり、そ
の脚部のコールドエンドはリップル除去用のコンデンー
リ(■5)を介し°C接地されている。又、(17)は
定電圧電源であって、負電源−Bを定電圧化し、その得
られた定電圧をトランジスタ(16)のエミッタに供給
する。トランジスタ(16)の、:ルククは電流制限回
路(16)を介して半導体レーザ光源とし゛このレーザ
発光ダイオード(3)のカソードに接続される。尚、そ
のアノードは接地されている。第6図はこのレーザ発光
ダイオードの駆動電流と光出力との特性曲線を示し、電
流が例えば50mA稈度で光出力は急激に上胃する。こ
の場合駆動電流の中心値を例えば60mA程度に選定す
る。 又、(18)はごのレーザ発光ダイオ−1(3)に逆向
きに並列接続された保護用ダイオ−F ”eある。 次にこの第5図の変位量検出装置の動作を説明する。上
述した様な種々の原因のいずれかによって、加算回路(
7)の加算出力11 +I2が増大し、;;うとすると
、レーザ発光ダイオード(3)の駆動電流は低減せしめ
られζその発光量が抑えられ、その結果ライン光検出器
(5)への入射光里が減少し、加算出力1x+12の増
大は抑圧される。又、加算出力11 +12が減少しよ
うとした場合も同様にその減少は抑えられる。 このように、ライン光検出器(5)よりのM 1ljl
J(JJ第1及び第2の位置検出出力の和が一定になる
ので、減算回路(8)の減算出力から成る変位量検出出
力の誤差は大幅に低減される。 又、本実施例では光源(3)としてレーザ発光ダイオー
ドを使用し、ライン光検出器(5)とし゛ζPINソオ
]・ダイオードから成る半導体装置検出器(第21図参
照)を用いζいるので、フィードバックループは114
J速応答が可能となり、又、j1y延が少ないためフィ
ードバックループの帯域及び利1仔を大きくとることが
できる。 又、上述したループフィルタ(12)を用いることによ
り41−周波領域では、60dllの利iqが1qられ
、又、ごれを2段紺続t?、続して、2次フ2イルクを
構成した場合には80dBの利i!Iが得られる。第3
しIの割算回1//lを用いた従来例では、その割算回
1−6の精度は1%程度であったが、本発明によれば、
ループフィルタ(12)ノ低周波flJi 域テ17J
刊(!7が60+IB(7)場合、ループフィルタのオ
?i度は0,1%となる。又、このとき、ループフィル
タ(12) として2次フィルタを使用する場合は、ル
ープフィルタの精度は0.01%となる。(#:っζ、
変位計の検出精度は従来例に比し大幅に向上するごとに
なる。 発明の効果 上述せる本発明によればライン光検出器よりの差動の第
1及び第2の位置検出出力を夫々減Wltl路及び加算
回路に供給し、その減算回路より被測定物体の変位量検
出出力を得るようにすると共に、加算回路の加算出力の
ループうイルタを介しζ得た制御信号によって光源の光
量を制御して、その加算出力が一定になるよにしたから
、構成節用、価格低度で、高精度の変位量検出出力をt
Wるごとのできる変位量検出装置を得ることができる。 図面の簡単な説明 第1図は従来の変位量検出装置の光学系を示す配置図、
第2図は第1図の光学系のライン光検出器の一例の半導
体装置検出器の等価回路を不1回路図、第3図は従来の
変位量検出装置の禎11・回路を示すブロック線図、第
4図は特性曲線図、第5図は本発明の一実施例を示す回
路図、第6図はレーザ発光ダイオードの特性を示す特性
曲線図、第7図は第5図の変位量検出装置に用いるルー
プフィルタの特性を示す特性曲線図である。 +1)は被測定物体、(2)はミラー、(3)は光源、
(5)はライン光検出器、!714;l加算回路、(8
)は減算回路、(9)は、JIII浣0回路、(12)
むJループフィルタである。
Claims (1)
- 112行移動する被測定物体に取りイー[げられたミラ
ーと、該ミラーに光線を入射−uしめる光源と、上記ミ
ラーよりの反射光線をト記被測定物体の変位量に応じた
受光面上の位置で受光するライン光検出器と、該ライン
光検出器よりの差動の第1及び第2の位置検出出力が共
通に供給される減算回R3及び加算回1−δと、上記減
算回路の減算出力を」〜配別算回路の加算出力で割算す
る割算回1/、’Gとを有し、該割算回路より上記被測
定物体の変位ltl検出出力を得るようにし犬変位…検
出装置において、上記加算回路の加算出力をループフィ
ル°りを介し°C−ヒ記光源に供給してその光壁を制御
し、上記加算量II品の加算出力が一定になるように制
御するよ・)にしたことを特徴とする変位量検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10306483A JPS59228103A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 変位量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10306483A JPS59228103A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 変位量検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59228103A true JPS59228103A (ja) | 1984-12-21 |
Family
ID=14344235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10306483A Pending JPS59228103A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 変位量検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59228103A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6280503A (ja) * | 1985-10-04 | 1987-04-14 | Ricoh Co Ltd | 位置検出装置 |
JPS63253203A (ja) * | 1987-04-10 | 1988-10-20 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 位置検出装置 |
JPS6410102A (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | Koyo Electronics Ind Co | Input/output control circuit for position detecting device |
JPH05180630A (ja) * | 1991-08-13 | 1993-07-23 | Omron Corp | ディジタル照明装置 |
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JPS56137101A (en) * | 1980-03-28 | 1981-10-26 | Hamamatsu Tv Kk | Optical position detecting device |
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1983
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