JPS5937688Y2 - 移動物体の位置検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、移動物体の移動位置を光を用いて自動的に検
出する位置検出装置に関するものである。

本考案の位置検出装置は移動物体の中心を光学的に検出
することにより、移動物体のダイナミックな移動位置を
極めて高精度で検出することができるようにしたもので
ある。

第１図は本考案に係る位置検出装置の一実施例を示す構
成説明図である。

第１図において、１０Ｉｄ 光学機構で、光源１１、フ
ォトトランジスタのような光検出器１２、−・−フミラ
ー１３、集光レンズ１４からなっている。

２０は光学機構１０に対向して配置された被検出物体で
ある。

被検出物体２０において、２１はその上面が白色の平板
状固定物体、２２はその断面が円柱体（又は円筒体）で
構成された黒色の移動物体である。

移動物体２２はこれに与えられる外力により固定物体２
１上を矢印Ｙ方向に移動する。

光学機構１０におけるハーフ□う１３により反射された
光源からの光は集光レンズ１４で集光され、スポットと
して固定物体２１上に投射される。

このような構成の検出装置の動作を説明すると次の如く
なる。

集光レンズ１４によって得られる光のスポットに対して
移動物体２２が第２図Ａの位置にあるようなときには光
は固定物体２１にのみ投射され、この光は反射されて投
射光路を戻り、第１図に示すハーフミラ１３を介して検
出器１２で検出される。

この場合固定物体２１の上面は白色であるので光の反射
率は高く、このため検出器１２の出力は第３図のＡ部分
で示す如く最大となる。

移動物体２２が固定物体２１に対して平行に矢印Ｙ方向
に移動して第２図のＲの位置１で来ると、移動物体２２
は固定物体２１からの反射光を遮り始めると共に集光レ
ンズ１４からの光のスポットは移動物体２２に投射し始
曾る。

しかしこの場合、移動物体２２は円柱体（又は円筒体）
で構成されているので投射される光は球面反射されるた
め、この反射光は検出器１２で検出されない。

このため、検出器１２の出力は第３図のＢ部分で示され
る如く最低となる。

移動物体２２が更にＹ方向に移動して第２図のＣに示す
如く光路の真下に位置すると、レンズ１４からの光のス
ポットは移動物体２２に投射される。

移動物体毀は黒色であるが、黒色といっても完全に無反
射ではなく、これに光が投射さ゛れるとわずかではある
が反射する。

このため、移動物体２２の中心が光のスポットの中心位
置に来た場合に限り、移動物体２２０反射光は第１図に
示す・・−フミン１３を通って光検出器１２によって検
出される。

このため、光検出器１２の出力は第３図のＣに示す如く
増大する。

更に移動物体２２が移動して第２図のＤに示す如くなる
と、その反射光は第２図のＢと同様に検出器１２には達
せず、このため光検出器１２の出力は第３図のＤに示す
如く低下する。

そして、第２図のＥの如く移動物体２２がスポットから
完全に離れると、検出器１２の出力は第３図のＥで示す
如く再び増大する。

以上の動作説明から明らかなように、本考案の装置にお
いては第３図のＣ部分で示される検出器１２の出力を処
理するようにすれば、移動物体２２のダイナミックな移
動位置の中心を検出することができる。

移動物体の移動位置を光の反射を利用して検出するよう
にした装置は公知である。

しかし、従来のこの種の装置は移動物体の幅全体を検出
するようにしたもので、移動物体の幅が大きい場合には
検出精度が低下する。

これに対して、移動物体の中心より反射する反射光を受
光するように構成した本考案の装置においては、移動物
体２２が光のスポット全体を遮っている時間を第３図に
示す如くＴ２とし、移動物体２２０反射光を検出してい
る時間をＴ１ とすると、Ｔ２対Ｔ１の比をほぼ７：１
にすることができた。

この比は移動物体２２の形状にもよるが、移動物体の中
心位置を検出する場合には移動物体の幅全体を検出する
場合に比較して測定精度をほぼ７〜１０倍に上げること
ができることになる。

なお、上述の実施例では移動物体２２０色を黒と説明し
たが、赤等であっても良く、更に移動物体２２を白とし
て固定物体２１を黒或いは赤等にしても検出器２２の出
力特性が第３図とは逆の第６図の如くなるだけで移動物
体の中心位置を検出できることに変りはない。

要するに固定物体と移動物体の色は光の反射率の異なる
ものであれば良い。

又、移動物体２２の形状は楕円であっても良い０ 上記のように移動物体のダイナミックな移動位置を高精
度で測定できるようにした本考案の装置は種々の用途が
考えられるが、例えば指示電気計器における移動物体で
ある指針と固定物体であるスケール板とは一般に光の反
射率が異なり、かつ円筒状で又幅があるので、このよう
な指示電気計器における可動部の応答速度の測定或いは
固有振動数（周期）の測定に本考案の装置を用いて極め
て好適である。

第４図は第１図に示す光検出器１２の出力電圧である第
３図のＣ部分で示される極大点を検出するのに用いて好
適なコンパレータの一実施例を示す電気的接続図である
。

第４図において、Ａは差動増幅器、Ｄｉはダイオード、
Ｃ１はコンデンサ、Ｒｉは抵抗、ＯＵＴ ｖよ出力端子
、ＩＮは入力端子で、この入力端子は第１図の光検出器
１２の出力端に接続される。

入力端子ＩＮは差動増幅器Ａの反転（へ）入力端に接続
されると共に、ダイオードＤｉのカンード電極に接続さ
れ、Ｄｉのアノード電極は差動増幅器Ａの非反転（ト）
入力端に接続されている。

コンデンサＣｉ と抵抗Ｒｉの一端はそれぞれ差動増幅
器Ａの非反転（ト）入力端に接続され、Ｃｉ とＲｉの
他端はそれぞれコモン接続されている。

このような構成のコンパレータの動作を第５図を用いて
説明する。

なお、第５図のイは第１図に示す検出器１２の出力電圧
を示すものである。

このような波形の電圧が入力電圧ｅ、として入力端子Ｉ
Ｎに印加される。

この入力電圧ｅ、は差動増幅器Ａの反転（へ）入力端に
直接印加される。

一方、電圧ｅｉはダイオードＤｉ とコンデンサＣｉと
で構成される最小値保持回路に入力され、コンデンサＣ
ｉの端子電圧は第５図イの点線Ｘ部分で示す如く入力電
圧ｅ、に追従して低下し、コンデンサＣｉは入力電圧ｅ
、の最低値を保持する。

この場合、ダイオードＤｉの順方向電圧降下のために、
コンデンサＣｉの端子電圧はｅ、よりＤｉＯ順方向電圧
降下ぶんだげ高い値となる。

コンデンサＣｉの保持電圧は抵抗Ｒｉを介して放電され
、第５図イの点線２部分で示す如く時間ｔの経過と共に
上昇し、所定時間経過後初期状態に復帰する。

このよう々第５図イの点線で示す電圧が差動増幅器Ａの
非反転（ト）入力端に印加される。

この非反転←）入力端に印加される電圧をＣ８とする。

第５図に示す如く、時間ｔ１に到る筐での間は差動増幅
器Ａの反転（へ）入力端に印加される電圧ｅｉ より非
反転（ト）入力端に印加される電圧ｅ８はダイオードＤ
ｉの順方向電圧降下ぶんだげ大きく、このため差動増幅
器Ａの出力ｅ。

はこの間ｔｔ １ ｎレベルとなっている。

時間ｔ１においてｅ、がｅ８を越えて大きくなると差動
増幅器Ａの出力ｅ。

は反転し、ｔｔ Ｏｐｐレベルとなる。

同様に時間ｔ３ｔｔ４においてｅ、はｅ８をよぎるが、
その際のｅ、と０８の大小関係により差動増幅器Ａの出
力レベルは反転し、Ａの出力は結局第５図の口の如くな
る。

このように、第４図に示すコンパレータは、コンパレー
トされるアナログ入力電圧ｅ、自身から基準レベルｅ
が作られ、そしてダイオードＤｉの順方内型圧降下によ
って初期状態にｋげろ増幅器Ａの出力が一意的に決定さ
れるようになっている。

第５図の口に示す差動増幅器Ａの出力ｅ。

はこの出力波形の最初の立下がりのみで変化するフリッ
プ・フロップ（図示せず）に加えられ、第５図の八に示
すパルスとなる。

この第５図のハに示すパルスはその立下がりで一定時間
のパルスを発生するモノマルチ（図示せず）等に加えら
れ、このモノマルチはその立下がりが第５図の二に示す
如く第５図イの極太点Ｃに合致させるための微調整を行
なうことができるようになっている。

このため、第５図の二に示すパルスの立下がりをとらえ
た第５図のホに示すパルスの時刻は入力電圧ｅｉの極大
点Ｃに一致している。

したがって、このパルスを用いて、例えばカウンタの出
力を瞬時にラッチするようにすれば、第１図に示す移動
物体２２の移動位置を極めて高精度でディジタルで表示
させることができる。

第１図に示す光検出器１２は普通フォトトランジスタが
用いられるが、フォトトランジスタの出力レベルは周囲
温度によって大きく変動する。

このようなフォトトランジスタの出力の極大値をコンパ
レータを用いて正確に検出することは通常の方法では困
難で、自動的にその出力を一定に保つ回路（ＡＧＣ）を
必要とし、或いは手動でコンパレータの出力を調整しな
がら測定する必要があった。

これに対して、第４図に示すコンパレータにおいては、
基準レベルをコンパレートされるアナログ入力電圧自体
から作り、そしてその基準レベルは入力のアナログ量に
追従するようになっているので、光検出器１２を構成す
るフォトトランジスタの出力が温度によって変化しても
出力は影響されず、このため広い温度範囲にわたって安
定な動作を行なわせることができる。

なお、第４図の回路は第３図の如く示される入力電圧ｅ
ｉの極太点を検出するコンパレータであるが、第６図の
如く入力電圧ｅｉが極小点Ｃ′をもつような場合にはそ
の極小点は第１図の構成のコンパレータで検出される。

第７図において第４図と相違する点はダイオードＤｉの
方向を逆にし、このダイオードＤｉ とコンデンサＣｉ
により最大値保持回路を構成した点である。

なおまた、実施例では第４図、第７図の回路で第３図、
第６図の如くの入力電圧ｅ、の極太点及び極小点を取出
す場合について説明したが、第４図のコンパレータは第
８図の、また第７図のコンパレータは第９図の如くそれ
ぞれ極太点又は極小点が１つの場合のような入力電圧ｅ
ｉでもその極太点又は極／ト点を正確に検出することが
できる。

第８図、第９図において、ｅ、は入力のアナログ電圧、
ｅ８はこのアナログ入力電圧によって作られた基準レベ
ルｅｏは出力電圧である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の検出装置の一実施例を示す構成説明図
、第２図は第１図装置の動作を説明するための図、第３
図は第１図装置に用いられる検出器の出力電圧の波形図
、第４図は第３図波形の極太点を検出するコンパレータ
の回路図、第５図は第４図回路の動作を説明するための
波形図、第６図は極小点を有する入力電圧の一例の波形
図、第１図は第６図波形の極小点を検出するコンパレー
タの回路図、第８図及び第９図は極太点及び極小点を有
する波形例である。 １１・・・・・・光源、１２・・・・・・光検出器、２
１・・・・・・固定物体、２２・・・・・・移動物体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 平板状の固定物体、光の反射率が前記固定物体の上面に
   おける反射率と相違しかつこの固定物体の上面を平行移
   動する円形状又は惰円形状の移動物体、前記固定物体の
   上の１点を照射する光のスポット、前記固定物体に照射
   される光のスポットが前記移動物体により遮り初め又は
   終るときの光出力と移動物体が光のスポットの真下に移
   動してきたときにこの移動物体により反射する反射光と
   を検出する光検出器、及びこの光検出器の出力とダイオ
   ード又はキャパシタよりなる最大又は最小値保持回路を
   介して得られる前記光検出器の出力とを比較するコンパ
   レータを具備し、このコンパレータの出力より前記移動
   物体の位置を検出するようにしたことを特徴とする移動
   物体の位置検出装置。