JPS6344115A

JPS6344115A - 変位スイツチ

Info

Publication number: JPS6344115A
Application number: JP18684486A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Ida; 井田　芳明
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1988-02-25

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】［産業上の利用分野］この発明は、光ビームが照射された被測定物体からの反
射光分用いて被測定物体の距離又は変位と検知する変位
スイッチに関し、特に構成を簡略化してコストダウンを
実現した変位スイッチに関するものである。

し従来の技術］第３図は、例えば特公昭５６−１０５６１号公報及び特
公昭５９−７６２号公報に記載された、従来の変位スイ
ッチを示すブロック図であり、図において、（１）は光
源駆動回路である。（２）は光源駆動回路（１）により
パルス駆動される光源であり、レーザダイオード又は発
光ダイオード等からなっている。（３）は光ａ（２）か
ら放射される光ビームＬを細い照射光ビーム１，１にす
る投光レンズである。（４）は照射光ビームＬ１が照射
される被測定物体であり、照射光ビームＬｌの照射方向
と一致する矢印Ａ又はＢ方向に一次元位置が変位するよ
うになっている。

（５）は被測定物体（４）からの反射光（散乱光）Ｌ２
を収束する集光レンズ、（６）は集光レンズ（５）を介
した反射光Ｌ３が照射される位置検出素子、（７）及び
（８〉は位置検出素子（６）から出力される２つの電気
信号即ち電流信号１１．１２をそれぞれ電圧信号■１、
■２に変換するＩＶ変換器であり、これらは光源駆動回
路（１）、光源（２）及び投光レンズく３）と共に検出
ヘッド部Ｈを構成している。

くっ）及び（１０）はＩＶ変換器（７）、（８）から出
力すれる電圧信号■１、ｖｌを増幅する増幅器、（１１
ンは増幅された電圧信号Ｖ、及びｖｌの和を演算して加
ｙ電圧Ｖａとして出力する加算回路、（１２）は増幅さ
れた電圧信号Ｖ、及びｖｌの差を演算して減算電圧Ｖｄ
として出力する減算回路、（１３）は減算回路（１２）
及び加算回路り１１〉の各電圧Ｖｄ及びＶａの電圧比Ｒ
を求める除算器、（１４）は電圧比Ｒを変位信号として
出力する出力端子であり、これらは処理部Ｍを構成して
いる。

次に、第３図に示した従来の変位スイッチの動作につい
て説明する。まず、光源（２）から放射された光ビーム
Ｌは、投光レンズく３）を介して細い照射光ビームＬ１
となって被測定物体（４ンに照射される。

−ａに、被測定物体（４〉の表面は鏡面ではないので、
照射光ビームＬ１は種々の角度の反射光Ｌ２どなって散
乱される。従って、照射光ビームＬ１の光軸とは異なる
方向から、被測定物＃（４ン上に明るい光のスポット即
ち光点が観測される。集光レンズ（５）は、照射光ビー
ムＬ１とは異なる方向に散乱する反射光Ｌ２を受け、位
置検出素子く６）上に光点の像を形成する。

位置検出素子（６）は、受光面上に形成された光点の像
の位置に応じて、一対の光電流を電流信号ｉ９．１２と
して出力する。この電流信号１１、Ｉ２は、ＩＶ変換器
（７）、（８）により各電流信号ｉ２．１２の大きさに
比例した電圧したｖｌ、■２に変換され、更に処理部Ｍ
に送られ、増幅器（９）、（１０）により増幅される。

増幅された電圧信号■３、ｖｌは、加Ｘ回路（１１）及
び減算回路（１２〉に入力され、電流信号１１．１２の
和（ｉｌ＋ｉ２）及び差（ｉ１ｉ２）に比例した加算電
圧Ｖａ、減算電圧Ｖｄが得られる。更に、除算器（１３
）は各電圧Ｖｄ及びＶａの電圧比Ｒ（＝Ｖｄ／Ｖａ）を
演算し、出力端子（１４）から出力する。この電圧比Ｒ
は、Ｒ＝Ｖｄ／Ｖａ＝　　（ＶＩ−Ｖ２）／　（Ｖｌ　　＋　Ｖ２）”　（
ｉ＋　　１２）／　（！＋　＋　；２）となる、つまり
、電流信号ｉ８．１２の差及び和の比となる。

この電圧比Ｒは、被測定物体（４）と検出ヘッド部１４
との間の距離に比例しているので、所定の設定値と比較
することにより、被測定物体（４）が所定距離内に接近
しているか、又は所定距離より遠ざかっているかを検知
することができる。従って、出力端子（１４）から出力
される信号即ち電圧比Ｒは、被測定物体（４）の−次元
位置の変位測定用の制御信号として利用されている。

一般に、除算器（１３）は専用の割算回路ＩＣや演算増
幅器を用いて構成されているが、回路自体の割算精度は
１％程度であり、光源（２）の光景の低下、空気中のほ
こり、位置検出素子（６）の受光面の汚れ及び光検出感
度のバラツキなどで加Ｘ電圧Ｖａのレベルが低下すると
演Ｗ、誤差が増大するうえ、周波数特性も悪い、しかし
、これらを改善した割算器を用いようとするとコストア
ップとなってしまう。

［発明が解決しようとする問題点］従来の変位スイッチは以上のように、位置検出素子（６
）及び除算器（１３）を用いていたので、位置検出素子
〈６）から出力される２つの電気信号をアナログ増幅し
且つ割算処理しなければならず、回路が複雑で高価にな
るという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、回路構成を簡単にして安価な変位スイッチを
得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る変位スイッチは、被測定物体からの反射
光を受光し、その変位に応じた電気信号を出力する２つ
の２分割フォトダイオードと、これら２つの２分割フォ
トダイオードに対する反射光の光点位置を調整する調整
手段と、２つの２分割フォトダイオードからの電気信号
に基づいて被測定物体の変位範囲を検出する検出回路と
を備えたものである。

「作用コこの発明においては、反射光の光点が２つの２分割フォ
トダイオードの各分割点まで変位すると検出回路の出力
が反転し、被測定物体が所定の変位範囲内に到達又は変
位範囲から外れたことを検出する。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す回路図であり、（１）〜
（５）は前述の従来装置と同様のものである。

（１５）及び（１６）は２つの２分割フォトダイオード
であり、それぞれ２つのフォトダイオード（１５ａ）、
（１５ｂ）及び＜１６ａ）　、（１６ｂ）からなってい
る。これらフォトダイオード（１５ａ）、（１５ｂ）及
び（１６ａ）、（１６ｂ）は、被測定物体（４〉が矢印
Ａ、Ｂ方向に変位することによって変位する反射光Ｌ２
（Ｌ３）の変位方向にそれぞれ直列に配置され、各分割
点（１５ｃ）、（＋６ｃ）で順方向に接続されている。

又、各２分割フォトダイオード（１５）、（１６）の分
割点（１５ｃ）、（１６ｃ）はグランド又は印加される
電源に接続されており、更に、各２分割フォトダイオー
ド（１５）、（１６）は、反射光Ｌ３の変位方向に沿っ
て直列に配置されている。

（１７）及び（１８）は２つの２分割フォトダイオード
（１５）　（１６）をそれぞれ固定支持する取付台であ
る。

（１９）及び（２０）は各取付台（１７）、（１８）に
螺合された調整ネジであり、各２分割フォトダイオード
（１５）、り１６）を取付台り１７）、（１８）と共に
反射光Ｌ３の変位方向に沿って、それぞれ独立に移動調
整するための位置決め手段を構成している。

（２１）〜（２４）は電流信号を電圧信号に変換する■
■変換器であり、各ＴＶＶ換器＜２１）及び（２２〉は
２分割フォトダイオード〈１５）の両端にそれぞれ接続
され、各ＩＶ変変器器２３）及びり２４）は２分割フォ
トダイオード（１６）の両端にそれぞれ接続されている
。　（２５）は各ＩＶＶ換器（２１）及び（２２）の出
力を比較するコンパレータ、（２６）は各ＩＶＶ換器（
２３）及び（２４〉の出力を比較するコンパレータ、＜
２７）はコンパレータ（２５）の出力端子、（２８）は
コンパレータ（２６）の出力端子であり、これらはＩＶ
Ｖ換器（２１）〜（２４）と共に検出回路を構成してい
る。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

まず、調整ネジ（１９）、（２０）を回すことにより、
各分割点（１５ｃ）、（１６ｃ）を所望の変位検出位置
に対応する位置まで移動して位置決めする。

前述と同様に、被測定物体（４）に照射された光ビーム
Ｌ１は散乱されて反射光Ｌ２となり、更に集光レンズ（
５）により集光された反射光Ｌ３となって、再び検出ヘ
ッド部Ｈに入力される。この反射光Ｌ３は、２つの２分
割フォトダイオード（１５）、＜１６）の各分割点（１
５ｃ）及び（１６ｃ）ではさまれた領域に光点となって
照射される。

２つの２分割フォトダイオード（１５）、（１６）の各
フォトダイオード（１５ａ）、（１５ｂ）及び（１６ａ
）、（１８ｃ）は、反射光Ｌ３の光点の受光位置に対応
した電気信号（電流）を生成する。これら電流信号は、
それぞれ＋ＶＶ換器（２１）〜（２４）を介して電圧信
号■１〜ｖ４となる、そして、電圧信号ｖ１及びｖ２は
コンパレータ＜２５）の入力端子に印加され、電圧信号
ｖ３及びｖ４はコンパレータ（２６）の入力端子に印加
され、それぞれ互いに比較される。

ここで、被測定物体（４）が矢印Ａ方向に変位して検出
ヘッド部Ｈに接近したとすると、反射光Ｌ３の光点は２
分割フォトダイオード（１５）側に変位する。そして、
分割点（１５ｃ）を越えると、フォトダイオード（１５
ａ）の電流は増大し、フォトダイオード（１５ｂ）の電
流は減少するので、コンパレータ（２５）の出力が反転
する。

又、被測定物体（４）が矢印Ｂ方向に変位して検出ヘッ
ド部Ｈから遠ざかり、反射光Ｌ３の光点が２分割フォト
ダイオード（１６）側に変位して、更に分割点（１６ｃ
）を越えたとすると、フォトダイオード（１６ｂ）のｔ
ｉが増大してフォトダイオード（１６ａ）の電流が減少
するので、コンパレータ（２６）の出力が反転する。

これら各コンパレータ（２５）、（２６）の出力の反転
動作は、各出力端子（２７）、（２８）から取り出され
る。

従って、１Ｎ測定物体（４）が、所定の変位検出位置の
範囲内にあるか、又は変位検出位置の範囲から逸脱した
かを検知することができる。

尚、上記実施例では２つの２分割フォトダイオード（１
５〉、（１６）を直列配置したが、並列配置してもよい
。

第２図は、２つの２分割フォトダイオード（１５〉、（
ｉ６）を並列配置した場合の、この発明の池の実施例に
よる配置の説明図であり、（２９）は反射光Ｌ３による
光点である。このように、各２分割フォトダイオード（
１５）、（１６）を並列配置して、それぞれを反射光Ｌ
３の変位方向に沿って、例えば矢印Ｃ，Ｄ方向に移動調
整すれば、各２オドダイオード（１５ａ）、（１５ｂ）
　、（１６ａ）及び（１６ｂ）がオーバラップして移動
できるので、検出位置調整範囲を更に小さく設定するこ
とができる。このとき、光点（２９）は、両方の２分割
フォトダイオード（１５）、（１６〉に照射されること
は言うまでもない。

又、各２分割フォトダイオード（１５）、（１６）に対
する反射光Ｌ３の光点位置を調整する位置決め手段とし
て、２分割フォトダイオード（１５）及び（１６）を移
動させる調整ネジ（１９）、（２０）を設けたが、調整
ネジ（１９）又は（２０）を一方の２分割フォトダイオ
ード（１５）又は（１６）のみに設け、他方の２分割フ
ォトダイオード（１６）又は（１５）に対する光点の位
置調整は、集光レンズ（５）の移動又は回転により行な
ってもよい、更に、集光レンズ（５）を移動又は回転駆
動する代わりに、集光レンズ（５）と２分割フォトダイ
オード（１５）、＜１６）との間にミラーと設け、この
ミラーを移動又は回転するようにしてもよい。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、被測定物体からの反射
光を受光し、その変位に応じた電気信号を出力する２つ
の２分割フォトダイオードと、これら２つの２分割フォ
トダイオードに対する反射光の光点位置を調整する調整
手段と、２つの２分割フォトダイオードからの電気信号
に基づいて被測定物体の変位を検出する検出回路とを備
え、反射光の光点が２つの２分割フォトダイオードの各
分割点まで変位すると検出回路の出力が反転し、被測定
物体が所定の変位範囲内に到達又は変位範囲から外れた
ことを検出するようにしたので、安価で小形の変位スイ
ッチが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は第
１図内の２つの２分割フォトダイオードの配置を示す説
明図、第３図は従来の変位スイッチを示すブロック図で
ある。（１）・・・光源駆動回路　　（２）・・・光源（４）
・・・被測定物体（１５）　、（１６）・・・２分割フォトダイオード＜
！５ａ）　、（１５ｂ）、（１６ａ）　、（１６ｂ）・
＝　７　オドダイオード（ｉ５ｃ）、＜１６ｃ）・＝分
割点　（ｉ　９）　、　（２０）−調整ネジ（２１）〜
（２４）・・弓■変換器（２５）、（２６）・・・コンパレータ　（２９）・・
・光点Ｌ・・・光ビーム　　　　　Ｌ２．Ｌ３・・・反
射光■１〜ｖ４・・・電圧信号〈電気信号）１４、図中
、同一符号は同−又は相当部分を示す。部１図（Ｈ４ダ穿］史＠停止５．１６　　１　　２５ソｉコχトタ゛イオードｉ５
ａ、Ｉ５ｂ、Ｉ６ａ、Ｉ６ｂ　　：　　１ｒ）ダイオ−
４！＋５ｃ　１６ｃ　　　怜ｔ＋ｐ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光ビームを放射する光源と、この光源をパルス駆
動する光源駆動回路と、前記光ビームが照射された被測
定物体からの反射光を受光し該反射光の変位に応じた電
気信号を出力する２つの２分割フォトダイオードと、こ
れら２つの２分割フォトダイオードに対する前記反射光
の光点位置を調整する調整手段と、前記電気信号に基づ
いて前記被測定物体の変位範囲を検出する検出回路とを
備えた変位スイッチ。
（２）２つの２分割フォトダイオードは反射光の変位方
向に直列に配置され、各２分割フォトダイオードは、そ
れぞれ、一方のフォトダイオードのアノードと他方のフ
ォトダイオードのカソードとが分割点で接続されると共
に、この分割点がグランド又は電源に接続されて形成さ
れ、前記２つの分割点の間の領域に反射光が照射される
ように調整されたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の変位スイッチ。
（３）２つの２分割フォトダイオードは、それぞれ反射
光の変位方向に並列に配置されたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の変位スイッチ。
（４）調整手段は、２つの２分割フォトダイオードをそ
れぞれ反射光の変位方向に沿って移動させる位置決め手
段であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
３項のいずれかに記載の変位スイッチ。
（５）位置決め手段は、調整ネジであることを特徴とす
る特許請求の範囲第４項記載の変位スイッチ。
（６）検出回路は、各２分割フォトダイオードの各フォ
トダイオードから得られる電流信号を電圧信号に変換す
るＩＶ変換器と、前記２分割フォトダイオードからの各
一対の電圧信号をそれぞれ比較するコンパレータとを備
えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
のいずれかに記載の変換スイッチ。