JPS60257304A - 光学的位置検出装置 - 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】 （イ）利用分野 この発明は、物体の位置を光学的に検出する光学的位置
検出装置に関する。

（ロ）先行技術 従来、光学的位置検出装置は、例えば第１図のように構
成されている。即ち、発光素子αを縦および横方向に複
数個配列し、この各発光素子αと対をなす受光素子すを
所定距離離間して同一平面Ｓｏ上て複数個配列している
。そして、このうち一対の光源と受光素子、例えばａ、
２とｂ２を順次動作状態に指定し、光源α２からの出光
が受光素子ｂ２において受光されるか否かによってその
物体の平面位置を検知している。

（ハ）問題点 第１図において、平面上の物体の位置を精度良く検出す
るためには、発光素子および受光素子具に素子を小さく
して素子数を増加する必要があり、価格が高価になる点
があった。また、物体の位置検出は荒い分解能で十分な
場合においても、物体の位置によっては光路が遮蔽され
ないため全く位置を検知し得ない領域、即ち、不感応領
域を無くす為、素子数を一定数以下に減らすことができ
なかった。

に）　目　的 この発明は前記事情に基づいてなされたもので、その目
的とするところは、発光素子の数を減少し、しかも構成
が簡単で精度の高い光学的位置検出装置を提供すること
である。

（ホ）実施例 以下、この発明の実施例につき第２図ないし第５図に基
づいて説明する。第２図において、一端の座標な（０，
０）とし、他端の座標を（０，Ｙ）とするＬｌ辺（歯巾
縦方向）にはその座標を（０゜１）・・・・・・（０，
Ｙ）とする受光素子が等間隔に配列され、さらにその座
標な（０，０）とする発光素子αｌが配置されている。

また、一端の座標な（０，Ｙ）とし、他端の座標な（Ｘ
、Ｙ）とする５２辺（図中横方向）にはその座標を（１
，Ｙ）・・・・・・（Ｘ、Ｙ）とする受光素子が等間隔
に配置されている。また、一端の座標を（Ｘ、Ｙ）とし
、他端の座標を（Ｘ　、　、、０　）とするＬ３辺（図
中縦方向）にはその座標を（Ｘ、　１　）・・・・・・
（Ｘ　、　Ｙ　、）とする受光素子が配列され、さらに
その座標な（Ｘ。

０）とする発光素子ａ２が配置されている。前記Ｌｌ　
、Ｌ２およびＬ３辺によって物体の位置を検出する検出
面Ｓｔが形成されている。

・　前記発光素子αＩからの出光は５２辺およびＬ３辺
上の各受光素子によって受光される。また、発光素子ａ
２からの出光はＬｌおよびＬ２辺上の各受光素子によっ
て受光される。

第３図は第２図の検出部を有する光学的位置検出装置の
要部回路構成部を示し、同図において符号１は発振回路
を示し、この発振回路１は予想し得る外乱光の周波数よ
りも複数倍の高周波数の矩形の発振信号を出力するもの
で、この発振信号はインバータ２を介してシフトレジス
タ３にシフトクロックとして入力すると共に、直接、８
ビツトのカウンタ４へ計数信号としても入力される。カ
ウンタ４は、発振回路１から入力する発振信号を下位４
桁においてり、１４、’／８．”１６に分周した分局信
号を出力すると共に、上位４桁Ｘｏ　＋ＸＩ　ｙＸ２　
、Ｘ３の各ビット出力はラインＩ！０゜’１　＊　１２
　、Ｉ！３　に出力される。前記１７．　、１／８゜レ
　分周信号は夫々対応するイン・（−夕を経て６ ナンドゲート５に入力され、このナントゲート５の出力
は前記シフトレジスタ３に動作時間信号を与える。即ち
、’／４　、”／８　”１６　信号の少なくともひとつ
が出力されているとシフトレジスタ３に動作時間信号が
与えられ、その時間中、シフトレジスタ３は動作可能と
なる。前記１／、　、　１／８゜１／１６　信号はナン
トゲート６にも入力され、このナントゲート６の出力は
アドレス読込のタイミング信号として出力される。

シフトレジスタ３は、前記動作時間信号が入力されてい
る間だけ、前記入力されるシフトクロックの立上がりで
入力端に印加された光信号を１桁目Ａｏに記憶すると共
に各桁の記憶内容を一段上位の桁へとシフトする。シフ
トレジスタ３の下位４桁Ａｏ−Ａ３のビット出力は比較
回路７に夫々並列に入力される。一方、比較回路７の桁
ＢＯ〜Ｂ３には夫々対応して）・イ、ロウ、ノ・イ、ロ
ウの各レベルに設定されており、この桁Ｂｏ＝Ｂａの記
憶内容と入力した桁ＡＯ〜Ａ３からのビット出力とを夫
々対応して比較し、各桁の内容がすべて一致すると一致
信号をフリップフロップ８へ出力する。フリップフロッ
プ８は前記一致信号の立上りでセットされ、このセット
出力は発光ダイオードの光検出信号として出力される。

また、フリップフロップ８のＣＬＲ端子には前記動作時
間信号が与えられており、この動作時間信号の立下がり
で７リツプフロツプ８はリセットされる。

前記カウンタ４の桁ｘｏ　ｌ　ＸＩ　＋　Ｘ２からの出
力はマルチプレクサ９に入力される。このマルチプレク
サ９の８個の出力端子は夫々対応して前記検出面Ｓｔに
配列された受光素子に相当する８個のフォトトランジス
タｂ、−ｂ８のコレクタに接続され、これらのエミッタ
は共通に接続されてマルチプレクサ１０の対応するひと
つの出力端に接続されている。マルチプレクサ９は桁Ｘ
０１Ｘ１゜Ｘ２からの入力データに対応してフォトトラ
ンジスタｂ、−ｂ８のうちのひとつを接地して動作可能
状態に指定する。

一方、カウンタ４の桁Ｘ３からの出力はカウンタ１１に
入力され、カウンタ１１の桁ｘ４　、　ｘ５からの出力
は前記術Ｘ３の出力と共にマルチプレクサ１０に入力さ
れ、カウンタ１１の桁Ｘ６の出力はマルチプレクサ１２
の入力端Ａに入力される。

マルチプレクサ１２０２つの出力はトランジスタ１３１
．１３２　の各ベースに接続されており、このうちひと
つのトランジスタのベースをロウレベルにして動作可能
状態へ指定し、Ａ入力端に信号が入力される都度その指
定を切り換える。トランジスタ１３１，１３２　の各コ
レクタは夫々対応して前記発光素子（この例では発光ダ
イオード）αｌ、ａ、２のアノードに接続され、このカ
ソードは相互に接続されて接地されている。

、Ｖ　’？Ａ／ｆプ′クサ１０′）各出力は夫′対応し
て８１　個からなる一組のフォトトランジスタの相互に
接続されたエミッタと接続されており、桁Ｘ３．Ｘ４゜
Ｘ５からの入力データに対応した組の各フォトトランジ
スタのエミッタをラインｋに接続する。このラインｋに
は抵抗を介して正の電圧が印加されてｉす、接続された
組のフォトトランジスタを動作可能状態にする。ライン
ｋを介した信号はコンデンサ１４、増幅器１５、フィル
タ回路１６を夫々介し、シフトレジスタ３０Ａ端子に光
信号として入力される。なお、マルチプレクサ９，１０
によって順次指定される全フォトトランジスタは前記検
出面Ｓｌの全受光素子に相当するものである。

前記フリップフロップ８からの光検出信号、ナントゲー
ト６からのアドレス読込のタイミング信号、ラインｚ、
−ｚ５を介して与えられるフォトトランジスタのアドレ
ス信号およびライン！！６を介して与えられる発光素子
の指定信号はＣＰＵ　１７に与えられる。ＣＰＵ　１７
は入力される光検出信号、アドレス信号等から検出面３
１に置かれた物、体の平面位置を算出する動作を行う。

次に５、前述のように構成された光学的位置検出装置の
動作について説明する。第２図において、検出平面Ｓｌ
に置かれた物体１８の位置、即ち座。

標な（Ｚ、ｙ）とする。いま、物体１８が第２図に示す
位置に置かれたとする。このとき、発光素子α１からの
出光は辺Ｌ　２　ｓ　Ｌ　３上のフォトトラ−ンジスタ
に照射されるものの、物体１８の存在によりその照射光
が遮断されて辺Ｌ２上の座標（ｎ　＋Ｙ）によって示す
フォトトランジスタｂいにのみ入光しない。同様に、発
光素子α２からの出光は線Ｌｔ、Ｌ２上の全フォトトラ
ンジスタに対して照射されるものの、物体１８の存在に
より線Ｌｌ上の座標”（０、ｍ　）によって示すフォト
トランジスタｂｍにのみ入光しない。ところで、発光素
子α１とフォトトランジスタｂｎを結ぶ直線の式はｙ　
＝　Ｙ／　ｎ−ｘ　−（１） によって与えられる。また、発光素子ａ２とフォトトラ
ンジスタｂｍを結ぶ直線の式は １＝常／Ｘ　（Ｘ−ｗ　）　−（２） によって与えられる。

（１）　、　（２）式より物体１８の位置（ｚ、ｙ）は
次式（３）。

（４） Ｚ　＝　−−（３） によってめられる。

上述の位置を自動的にめるため、以下の動作が第３図の
回路において実行される。いま、カウンタ４，１１の各
出力はロウレベルであるとし、このときトランジスタ１
３１のベースにロウレベル信号が出力され、この結果、
発光素子α１は動作可能状態に印加されている。また、
マルチプレクサ１０は第１番目の組の８つの各フォトト
ランジスタｂ、−ｂ、を選択し、その各エミッタをライ
ンｋｌＣ接続している。さらに、桁Ｘ　ｏ　＋　Ｘ　ｔ
・Ｘ２からの（ロウ、ロウ、ロウ）のデータ入力により
マルチプレクサ９はフォトトランジスタｂ１、即ち検出
平面Ｓｌの座標（０，１）のフォトトランジスタのコレ
クタを接地して動作可能状態に指定する。この指定状態
において、カウンタ４は発振回路１から１見目〜１６発
目の発振信号を計数する間、発光素子ｃＬｌとフォトト
ランジスタｂｌによって以下の動作が行なわれる。発振
回路ｌから２発目の発振信号が出力されると、その立下
がりでカウンタ４からロウレベルの１４分周信号、・・
イレベルの１４分周信号が出力され、この結果、発光素
子ｃ１は点燈してシフトレジスタ３にナントゲート５を
介して動作時間信号が印加され、シフトレジスタ３は動
作可能状態に設定される。発光素子（Ｚｌから発光され
る赤外線はフォトトランジスタｂｌによって受光され、
マルチプレクサ１０、増幅器１５、フィルタ回路１６を
夫々介してわずかに遅延されて光信号としてシフトレジ
スタ３に入力される。前記２発目の一発振信号出力と同
時にインバータ２を介して入力されるシフトクロックの
タイミングでシフトレジスタ３はその入力端に印加され
ているロウレベル信号（このとき前記光信号はまだ印加
されてない）を桁ＡＯに記憶する。次に、３発目の発振
信号が計数されると、カウンタ４かもハイレベルの１／
／２分周信号、ハイレベルの１４分周信号が出力され、
この結果、発光素子ｃＬｌは消燈し、前記動作時間信号
は出力され続ける。これと同時に、シフトレジスタ３は
その入力端に印加されている光信号を取り込み、桁ＡＯ
ｓ　Ａ１の内容な夫々ハイ、ロウレベルとする。

５発目の発振信号がカウンタ４によって計数されると、
シフトレジスタ３の桁Ａ　ｏ　＝　Ａ　３はハイ、ロウ
、ハイ、ロウの各レベルが記憶されることとなり、これ
ら各信号は比較回路２２の桁ＢＯ−Ｂ３の設定値と比較
されて一致信号が出力され、この一致信号の立上りでフ
リップフロップ８がセットされて光検出信号が出力され
る。次に、６発目の発振信号がカウンタ４によって計数
されると同時に、シフトレジスタ３の桁Ａ　ｏ　−Ａ　
ａはロウ、ハイ、ロウ、ハイの各レベルにシフトされ、
この結果、比較回路７の内容は不一致となり前記一致信
号の出力は停止するものの、フリップフロップ８はセッ
トされ続けるから光検出信号は出力され続ける。同様に
、７，９，１１，１３．１５５発目発振信号の立下り時
に前記一致信号が出力され、８　、　］、　２　、１４
　、１６発目の発振信号の立下り時に一致信号の出力は
停止する。カウンタ４は１４４発目発振信号を計数する
と、ナンド回路６の出力カハイレベルからロウレベルに
切り変わる。このロウレベルの切り替わり時はフリップ
フロップ８から出力される光検出信号のアドレス読込タ
イミング信号として出力される。

発光素子αｌとフォトトランジスタｂ１との間の光路に
物体が挿入されている場合には、カウンタ４からの１４
分周信号がロウレベルとなり発光素子ｃＬ１が点燈して
もフォトトランジスタｂ、には赤外線は検出されない。

したがってシフトレジスタ３に動作時間信号が入力され
ている期間中にも光信号は入力されないから、比較回路
７からは一致信号は出力されず、したがって光検出信号
も出力されない。

発光素子ｃＬ１とフォトトランジスタｂ１との間に物体
が遮蔽されて無い状態では前記動作時間信号出力の間、
シフトレジスタ３には発光素子ａ１の点滅動作に伴なっ
て７発の光信号が順次印加することになる。このうち、
たとえ２番目の光信号の波形が歪み、この結果、シフト
レジスタ３にはロウレベルとして取り込まれたとしても
、前記５゜７発目の発振信号の立下がり時に前記一致信
号の出力は停止するものの、９．　、１１　、１３　、
１．５発目の発振信号の立下り時には一致信号は出力さ
れるから９発目の発振信号立下刃時に出力される一致信
号によって光検出信号は出力されることになり、可視外
光源からの到達光を精度良く確実に検出できる。この場
合はフォトトランジスタｂ、は発光素子ｃＬ１の光を検
出しないため、光検出信号は出力されない。

カウンタ４が１６６発目発振信号を計数すると、前記動
作時間信号、光検出信号の出力は停止すると共に、ナン
ド回路６の出力はハイレベルに変わる。さらに、このと
きカウンタ４の桁Ｘｏからハイレベル信号が出力される
から、マルチプレクサ９はフォトトランジスタｂ１に替
わりフォトトランジスタｂ２を動作可能状態にする。カ
ウンタ４は２回目の１発註から１６発口の発振信号を計
数する間、発光素子ｃＬ１は７回の点滅及びこれに基づ
く前述の動作が繰り返えされる。同様な動作が８回繰り
返えされ、発光素子Ｑ、１とフォトトランジスタｂ１〜
ｂ８の対の検出動作が終了すると、カウンタ４の桁Ｘ３
からハイレベル信号が出力される。この結果、マルチプ
レクサ１０は次の組の８つのフォトトランジスタのエミ
ッタとラインにへ接続を切り換えろ。そして、前述と全
く同様に、指定された組の中のフォトトランジスタが順
次指定されて同様の検出動作が行なわれる。なお、現在
指定されているフォトトランジスタのアドレスデータは
桁ＸＯ〜Ｘ５から送出され、その光検出信号と共にＣＰ
Ｕ１７に与えられる。ＣＰＵ１７には桁Ｘ６からの信号
も入力され、この信号によって現在指定されている発光
素子がａｌか、ｃＬ２かを判断する。そして、ＣＰＵ１
７は発光素子ｉ　ａｌが指定されていると判断した場合
にはＬｌ。

・１ １１　Ｌ３辺上のフォトトランジスタのみ光検出の対象
とし１発光素子ａ、２が指定されていると判断した場合
にはＬ１＋　Ｌ２辺上のフオ））ランジスタのみ光検出
の対象とする。

しかして、上述の如く検出面Ｓｌ上の全フォトトランジ
スタが指定され、発光素子（Ｌｌからの受光の有無が検
査される結果、ＣＰＵ１．７は座標（ｎ　、　Ｙ　）の
フォトトランジスタｂｎのみ光を受光して無いと検知す
る。全フォトトランジスタが指定されると、カウンタ１
１の桁Ｘ６がハイレベルとなり、マルチプレクサ１２は
発光素子ｃＬ２を動作可能状態に指定する。そして、前
述と全く同様にすべてのフォトトランジスタが順次指定
され、発光素子ａ２からの受光の有無の検査が行なわれ
ろ。この結果、ＣＰＵ１７において座標（０，ｍ）のフ
ォトトランジスタｂｍのみ光を受光して無いと検知する
。ＣＰＵ１７は検知した座標値ｎ、ｍとあらかじめ記憶
された値Ｘ、Ｙとから一前記（３）。

（４）式に従って物体１８の平面ＳＩ上の座標を算出し
、物体の位置として記憶する。

なお、第３図において、物体１８の位置によっては発光
素子ａ、ｌとＬ３上のフォトトランジスタの座標（Ｘ、
ｍ）、発光素子ａ２とＬ２上のフォトトランジスタの座
標（ｎ、Ｙ）との関係が成立し、この場合物体の座標（
π、２／）との間にはｙ　＝　−Ｚ　・・・（５） が夫々成立する。又、（１）式と（６）式が成立する場
合も存在する。各場合において、ＣＰＵ１７は適正な式
の組み合わせを選択し、選択された式に従って物体の正
確な位置を算出する。

第４図はこの発明の第２実施例を示し、この場合は長方
形の検出面、を形成する辺Ｍ＋　、　Ｍ２　ｒＭ　３＋
　Ｍ　４に夫々受光素子が等間隔離間して配列されてい
る。また、検出面の四つの隅には発光素子ＩＺＩ　ｒ　
ｃＬ２　ｒ　ｃＬ３　ｒα４　が夫々配置されている。

この場合、発光素子ｃＬ１は辺Ｍ３．Ｍ４上の、発光素
子ｃＬ２は辺Ｍｌ、Ｍ４上の、発光素子ａ、３は辺Ｍｓ
　ｒ　Ｍ２上の、発光素子ｆ１４は辺Ｍ２．Ｍ３上の夫
々の各受光素子に対して出光される。しかして、検出面
を第４図に示すように対角線で区切られる４つの領域Ｆ
ｌ　、Ｆ２　、Ｆ３　、Ｆ４に分けた場合、領域Ｆ１は
発光素子ａ、２．α３と辺Ｍ１の各受光素子、領域Ｆ２
は発光素子ＩＺ３　、　ａ、４と辺Ｍ２の各受光素子、
領域Ｆ３は発光素子（Ｌｌ。

ａ４と辺Ｍ３の各受光素子、領域Ｆ４は発光素子ｃＬｌ
＋ｃＬ２と辺Ｍ４の各受光素子の組み合わせによって各
領域内の物体の位置を検出することができろ。この場合
、４つの領域ごとに物体の位置を検出するための最適の
２つの発光素子が特定されるため、第２図の場合と比較
して一層精度を上げることができる。特に、受光素子を
イメージセンサによって構成すると、さらに精度を高め
ることができる。なお、物体の位置を検出するための回
路構成及び各発光素子αｌ〜α４の座標と所定の受光素
子とから物体の位置を検出するための方法は前記実施例
の場合とほぼ同様であるから説明を省略する。

第５図はこの発明の第３実施例を示し、簡便な位置検出
装置を実現するものである。この場合、第４図の装置に
おいて、辺Ｍ１　ｒ　Ｍ　４上の受光素子の配列を取り
除き、前記発光素子α１＋ｃＬ２＋α３＋Ｇ４　と辺Ｍ
２　、Ｍ３上の受光素子との組み合せによって検出面Ｓ
２上の物体の位置の検出を行う。即ち、第５図において
、発光素子αｌ、α２゜α３．α４　の座標を夫々対応
して（０，０）、（０，Ｙ）、（Ｘ、Ｙ）、（Ｘ、　０
　）とし、物体１９の位置な（ｚ、ｙ）とする。このと
き、発光素子αｌ・α２　の光が到達しない辺Ｍ４上の
受光素子を夫々（Ｘ、ｍ′）、（Ｘ、ｎ’）とすると、
人 が成立するから が得られる。この場合も第１実施例とほぼ同様の回路構
成によって物体（ｚ、ｙ）の位置を自動的にめることが
できる。この詳細は省略する。

なお、前記実施例においては、検出面を構成する全受光
素子を走査する構成としたが、指定された発光素子と対
応する受光素子のみ、例えば第２図において発光素子α
ｌが指定された場合は辺Ｌ２とＬ３の受光素子のみを走
査ス条構成としても良い。

（ホ）効　果 以上説明したようにこの発明によれば、第１の光源と、
この第１の光源からの出光を受光する第１の受光素子群
と、前記第１の光源と差交する光路を有する第２の光源
と、この第２の光源からの出光を受光する第２の受光素
子群とを同一平面上に備えてこの平面上の物体の位置を
自動的に検知するように構成したから、発光素子の数を
著るしく減少することができ、安価に製造することがで
きる。また、平面上の物体の位置のわずかな変化でもそ
れを検知する受光素子側には大きな光路変化として表わ
れるから受光素子側では確実に検知できこのため検出精
度の向上を図ることができる。

さらにまた、不感応領域が少なくなるから、受光素子数
を減少させることもできろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光学的検出装置に使用される位置検出面
の平面図、第２図はこの発明の位置検出面の第１実施例
を示す平面図、第３図は第２図に使用されろ回路構成図
、第４図はこの発明の位置検出面の第２実施例を示す平
面図、第５図はこの発明の位置検出面の第３実施例を示
す平面図である。 １・・・発振回路、　３・・・シフトレジスタ。 ４．１１・・・カウンタ、　７・・・比較回路、　８・
・・フリップフロップ、９，１０．１２・・・マルチプ
レクサ。 １８・１９°°°物体、　αｌ、α２．α３．α４・・
・発光素子。 ｂ　１−　ｂ　８　ｒ　ｂＷＬ＋　ｂｎ　’・・フォト
トランジスタ（受光素子）。 第１図 第２図 第３図 、Ｉ 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の光源と、この第１の光源からの出光を受光
   する第１の受光素子群と、前記第１の光源と差交する光
   路な有する第２の光源と、この第２の光源からの出光を
   受光する第２の受光素子群と、 前記第１、第２の光源および第１、第２の受光素子群は
   同一平面上に配置されており、前記平面上の物体によっ
   て光が遮蔽されることにより、前記第１の光源からの出
   光を受光して無い前記第１の受光素子群の受光素子およ
   び前記第２の光源からの出光を受光して無い前記第２の
   受光素子群の受光素子を検知する検知手段と、前記検知
   された受光素子と前記第１、第２の光源の平面位置に基
   づいて前記物体の平面位置を算出する演算回路とを備え
   てなる光学的位置検出装置。