TWI485368B - 位置檢測用光偵測器、使用該偵測器之位置檢測裝置及位置檢測方法 - Google Patents

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Description

位置檢測用光偵測器、使用該偵測器之位置檢測裝置及位 置檢測方法
本發明係關於偵測器、使用該偵測器之位置檢測裝置及位置檢測方法，上述偵測器使用反射型光偵測器，用以檢測攝影機等的裝置內之移動物的位置、移動量。
一直以來，例如數位防盜攝影機、攝錄影機、監視攝影機等，採用位置檢測裝置，使用各種起動器驅動鏡頭，用以進行此可動鏡頭等的位置偵測。
例如，聚焦鏡的位置及移動量的檢測裝置，具有步進馬達方式地使用脈衝產生器類型、以及壓電馬達方式中使用光偵測器或磁性偵測器類比檢測變化量類型，前者例如平成4年第9712號專利公開公報(文件1)等，後者例如平成5年第45179號專利公開公報(文件2)、第2002-357762號專利公開公報(文件3)、第2006-173306號專利公開公報(文件4)、第2009-38321號專利公開公報(文件5)。
上述步進馬達方式，由於旋轉對應產生脈衝數的計數之每個旋轉角，有關長距離位置檢測係必需的應用，一般係採用此步進馬達方式，因為馬達非連續旋轉，旋轉時的噪音大，此噪音導致動畫攝影時產生聲音雜訊，且有應答性遲緩的不妥。
例如，數位防盜攝影機等，至今為止以步進馬達方式為主流，但因為重視動畫攝影時避免產生聲音雜訊、自動 對焦的高速化、或使用上述攝影機的裝置的小型化，近年來變成利用壓電馬達方式，此壓電馬達方式中的位置檢測使用光偵測器、磁性偵測器。
第15A~15B圖中，顯示使用習知的一般反射型光偵測器之位置檢測裝置，如第15A圖所示，反射型光偵測器1的構成係以遮光壁2隔開的一方凹部中配置發光元件3，另一方的凹部中配置受光元件4。又，如第15B圖所示，在光偵測器1的發光/受光面SL 側，平行此發光/受光面SL 側，且往發光元件3與受光元件4連結線方向移動，配置反射板5。根據如此的構成，來自發光元件3的光以反射板5反射，輸入至受光元件4，並根據此受光量檢測反射板5(安裝此反射板的移動物)的位置、移動距離。
由於使用如此的反射型光偵測器，提高位置檢測、移動檢測的性能的範例，有第2006-173306號專利公開公報(文件4)的技術，還有提高輸出信號的直線性的範例，如第2009-38321號專利公開公報(文件5)中所示。
不過，高倍率或高級模型的數位防盜攝影機，單眼相機、攝錄影機、監視攝影機等，在需要縮放功能及長距離檢測之攝影機模組的鏡頭位置檢測中，有時必須以5微米(μm)以下的高解析，檢測10mm(毫米)以上的長距離檢測，要是使用習知的反射型光偵測器的位置偵測的話，檢測困 難。
另一方面，企圖迴避動畫攝影時的聲音雜訊產生、高速化自動對焦或小型化應用之壓電方式的位置檢測中，使用磁性偵測器，此磁性偵測器的範例，如第2006-292396號專利公開公報(文件6)所示。此文件6的磁性偵測器，設置S極與N極交互排列的磁場產生構件(磁石)與2個磁場檢測元件(MR元件或洞穴元件)，放大此磁場檢測元件的輸出，以運算處理，進行位置檢測。
不過，使用上述磁性偵測器時，有以下的問題。
1)系統本體大型化。
2)因為使用的磁石(磁場產生構件)排列很多S極、N極，總系統成本變高。
3)因為檢測磁場的構成，難以改善信號的直線性。
4)安裝磁性偵測器等的裝置內，使用其他的磁性時，受到磁頭等的影響，有誤動作的可能性。
5)因為2個磁場檢測元件的輸出低，必須使用運算放大器放大，用以構成系統的零件成本變高。
6)磁石的S極、N極的著磁中得到的磁力容易產生誤差，難以保持磁場強度固定，還由於磁石的氧化而性能惡化。
本發明鑑於上述問題點，目的為提供位置檢測用偵測器、使用該偵測器之位置檢測裝置及位置檢測方法，不使用大型化、且對檢測精度等產生不妥的磁性偵測器，使用小型且廉價的成本，還可以以5μm以下的解析檢測10mm 以上長距離之反射型光偵測器。
為了達成上述目的，本發明的位置檢測用光偵測器具有反射部，反射面與非反射面往移動物的移動方向交互排列；以及反射型光偵測器，與上述反射部對向設置，具有往上述反射部的方向發光之發光元件及接收上述反射部反射的光之受光元件；其中，上述反射型光偵測器的受光元件設置複數的受光部，在上述移動物的移動方向分別具有不同受光區域。
上述反射型光偵測器的受光元件之受光部的形成，最好係檢測輸出依照上述移動物的移動量直線地變化，反射部移動方向中從上述受光部的中心部越往兩端，每單位長的受光區域面積越廣，或者上述發光元件的發光部的形成，係檢測輸出依照上述反射部的移動量直線地變化，反射部移動方向中從上述發光元件的中心部越往兩端，每單位長的面積越廣。
根據本發明的位置檢測裝置，具有申請專利範圍第1項所述的位置檢測用偵測器；以及運算裝置，根據來自上述複數的受光部的信號，執行加法、減法、除法及函數計算中的至少其一的運算，並線形化上述運算所得的值與上述反射部的位置之間的關係。
更包括中點電位變換裝置，從上述複數的受光部中的2個分別得到的輸出值與上述反射部位置之間的關係中，平行移動上述輸出值，使對於上述反射部位置變化的上述 輸出值變化之中點電位成為0，上述中點電位變換裝置變換的上述2個受光部的各輸出值為A、B，上述運算裝置為了容易得到線性最好當A≧0、B≧0或A<0、B<0時，執行(A-B)/(A+B)的運算，當A≧0、B<0或A<0、B≧0時，執行(A+B)/(A-B)的運算。即，得到運算輸出為線性的上升傾斜部及下降傾斜部交互出現的三角波形，可以高精度檢測長距離的位置，還可以取消溫度變化產生的反射型光偵測器之輸出變動。
上述運算裝置更包括設定裝置，從上述複數的受光部中的2個分別得到的上述反射部位置與上述受光部的各輸出值之間的關係顯示曲線中，設定為得到上述曲線的線性之界限值的右上升曲線上限與右下降曲線下限之臨界值；以及計數裝置，計數到達上述上限及下限臨界值的次數；其中，根據上述計數裝置得到的計數數量與輸出，也可以進行移動物的位置檢測。
更包括中點電位變換裝置，從上述複數的受光部中的2個分別得到的輸出值與上述反射部的位置之間的關係，採用對應離基準位置的距離之相位角θ，分別以sin θ的曲線近似，平行移動使上述各sin θ的曲線的中點電位成為0，並形成上述2個受光部，使上述2個信號的相位差為90度，上述中點電位變換裝置平行移動的上述2個受光部之分別輸出值為A、B，相位增至90度側的輸出值為A，根據上述運算裝置執行θ=arctan(B/A)的運算，還可以求得移動物的位置。
最好形成中點電位算出裝置，上述複數的受光部具有第3受光部，形成上述第3受光部，使上述第3受光部的輸出與上述2個受光部中的1受光部之間為180度相位差，具有上述180度相位差的2個受光部的輸出經由加法，算出上述中點電位。
本發明的位置檢測方法的特徵，係反射面與非反射面各以同樣的寬度沿著上述移動物的移動方向交互排列之反射部固定至移動物，並設置與上述反射部對向且具有發光元件與受光元件之反射型光偵測器，上述反射型光偵測器的受光元件的形成係沿著上述移動物的移動方向具有分別不同的複數受光部，且經由運算處理隨著上述移動物的移動變化之上述複數受光部的輸出，檢測上述移動物的位置。
根據本發明的構成，例如攝影機的可動鏡頭等的移動物上安裝反射面與非反射面交互形成的反射部，來自此反射部的光反射之變化狀態，以例如2個受光部(分別不同的受光區域)受光，根據距離得到接近sin(正弦)曲線的輸出信號，2個受光部輸出接近sin曲線的周期函數之相位不同的2個信號。於是，根據這2個信號實施線性值運算(用以得到具有直線性的值之運算)，或是累計2個信號變化的直線部的值，可以檢測移動物位置或移動量。在此，所謂線性值運算，係指決定受光部的值之運算，使移動物的位置與受光部得到的值之間的關係接近直線，近似如此的直線關係之受光部的值，以下僅稱作「線性值」，用以得到如此的線性值之運算，以下僅稱作「線性值運算」。
又，反射型光偵測器，採用設置受光區域或發光區域，檢測輸出依照反射部的移動量直線地變化，從反射部移動方向的中心部越往兩端，每單位長的面積越廣，藉此可以提高例如2個信號的直線性。
又，例如由分3份的受光部輸出3個信號(輸出A~C)，由180度相位差的輸出信號A與C算出中點電位的同時，由90度相位差的輸出信號A與B執行線性值運算，藉此在線性運算之際同時得到中點電位，即使因溫度變化等輸出信號變動的情況下，也在保持中點電位固定的狀態下，正確檢測移動物的位置、移動量。
根據本發明的位置檢測裝置，由於反射部係只有反射面與非反射面交互形成的構成，相較於多列S極與N極的磁場產生構件，可以低成本、小型地形成偵測器，還有也變得容易提高線性特性，藉由多次重複形成反射面與非反射面，通過10mm以上的長距離，可以是良好的位置偵測。又，調整縮小反射面與非反射面寬度等，增大輸出的斜度，藉此可以實現5μm以下的高解析(高精度)的位置檢測。例如，反射面與非反射面的寬度分別為300μm時，對於檢測10μm的變化，雖然必須識別180度/30=6度的相位變化，但反射面與非反射面的寬度分別為100μm時，對於檢測10μm的變化，只要檢測180度/10=18度的相位變化即可，因為可以充分檢測10度左右的變化，也可以是5μm以下 的高解析。因此，需要10mm以上的位置檢測之高倍率或高級模型的數位防盜攝影機、單眼相機、攝錄影機、監視攝影機等，具有可適用於需要縮放功能的攝影機模組，還有適用於需要高精度下長距離範圍的位置檢測之應用的效果。
又，消除使用磁性偵測器時的不妥。即，不受磁頭等的影響，防止時而由於磁石中的S極、N極的著磁的偏離、磁場強度的不均一，產生檢測誤差，時而由於磁石氧化，性能惡化。
又，藉由遮光受光部中心部的一部分受光區域，提高來自受光部的輸出波形的上升及下降傾斜的直線性，可以提高檢測精度。
又，求得不同區域中形成的2個受光部的輸出和及差，再進行求得其比的運算處理，藉此可以得到線性良好的運算結果之曲線。
設置具有上述180度相位差的第3受光部，經由求得中點電位，進行長距離位置檢測之後，為了得到必要的線性特性，必不可缺的中點電位可以在檢測之際同時取出，光偵測器具有溫度依存性時，或因溫度變化光偵測器的輸出信號產生變動時，中點電位準位即使變化，也不影響從運算式得到的結果(線性特性)，有此優點。
第1圖至第3B圖係使用本發明第一實施例的反射型光 偵測器之位置檢測裝置的構成顯示圖，此實施例中，設置具有發光元件7與受光元件8的反射型光偵測器9。即，也如第3A圖所示，此反射型光偵測器9，係在以外周壁與遮光壁9k隔開的一方凹部9a中配置發光元件(LED)7、另一方凹部9b中配置受光元件(光電晶體)8而構成，在此光偵測器9的發光/受光面側，往平行此發光/受光面側且與發光元件7和受光元件8的排列方向(圖的縱方向)略垂直的方向100移動，配置反射板(光學反射部)12。安裝此反射板12，與鏡頭等的移動物一體移體。
上述反射板12中，極細長方形形狀的反射面sa與非反射面sb交互(直條紋狀地)形成，實施例中，此反射面sa的寬w1與非反射面sb的寬w2相等(w)，形成w=300μm左右。即，此反射面sa與非反射面sb最好是相同寬度。又，此寬度，從提高檢測精度(感度)的觀點來看，最好儘量狹窄。又，此非反射面sb也可以以縫隙空間構成。此反射板12，使用一般的半導體微影技術，在透明玻璃上金屬蒸鍍或濺鍍，可以容易高精度形成。又，基材為樹脂時，根據金屬電鍍的其他蝕刻、模型成型時的壓型所產生的表面部分粗面化也可以形成。
於是，也如第2A圖所示，上述光偵測器9的受光元件8中，受光區域在移動物的移動方向中成為不同的區域一般形成分割的2個受光部8a、8b。本實施例中，如第2A、2B圖所示，形成2個受光部8a與8b、16a與16b的中心部的間隔d1，2個受光部8a與8b的受光信號相位差90度， 通常設定為w/2，但根據受光部8a與8b的形狀等，不一定是w/2。又，2個受光部8a、8b以相同的面積形成相同的形狀。這是因為，如後所述，反射板12的移動產生的2個受光部8a、8b的輸出變化同樣地變化，使其相位差為90度。不過，在後述的運算裝置下功夫，即使不是90度，也可以執行得到線性的運算的話，不必如此限定。
又，第一實施例中，具有接受受光元件8的2個受光部8a與8b的輸出之緩衝放大器13a、13b，以及根據此緩衝放大器13a、13b的輸出執行線性運算之運算裝置(MPU)14。此運算裝置(MPU)14，可以以微處理器運算，也可以是運算放大器等的電路。又，具有未圖示的中點電位變換裝置，用以求出反射板12移動時的2個受光部8a、8b的各輸出變化的中點電位，並換算成此中點電位為0點的輸出變化。
此中點電位變換裝置，例如以ADC變換為數位值，以微電腦求得中點電位，由受光部8a、8b等得到的輸出值減去中點電位的方法，或以放大器13a、13b使DC電位為0之偏移處理等的中點電位變換裝置，可以使中點電位為0。變換此中點電位為0的2個受光部8a、8b的輸出值為A、B，A≧0、B≧0或A<0、B<0時，進行b=(A-B)/(A+B)的運算，A≧0、B<0或A<0、B≧0時，進行a=(A+B)/(A-B)的運算，隨著反射板12的移動，得到重複直線上升線與直線下降線的三角波形輸出。又，經由在如此的分子及分母兩方執行包含同樣次數的測量值之運算，由於反射型光偵 測器的溫度特性等，即使產生變動，因為分母分子為同樣的變化，會消除。
第2B~2D圖中，顯示取代受光元件8的其他構成例。又，第1圖係從裏側所見的反射型光偵測器9立體圖，而第2A~2D圖係依外表所繪。第2B圖的受光元件16中，往移動物的移動方向100細長的受光區域之2個受光部16a、16b，以一部分重疊的狀態，垂直於移動方向100配置。即使在此情況下，如上述，2個受光部16a、16b的中心部的間隔d1，如上述，也以其輸出為90度的相位差形成。又，第2C圖的受光元件17，具有第2A圖的受光部8a、8b的一部分受光區域以遮光反射膜19遮光之受光部17a、17b，第2D圖的受光元件18，具有第2B圖的受光部16a、16b的一部分受光區域以遮光反射膜20遮光之受光元件18a、18b。又，上述遮光反射膜19及20，分別為多角形的輪廓，也可以是曲線狀，根據求出的輸出特性，可以適當選擇。
即，這些受光部17a、17b、18a、18b，與上述文件5(第2009-38321號專利公開公報)的受光部相同，由於受光部8a、8b、16a、16b的活性層(受光區域)以遮光反射膜(A1層)19、20覆蓋，設置的受光區域，從反射板12的移動方向的中心部越往兩端，每單位長的面積越廣。因此，可以提高光偵測器9的檢測輸出的直線性(線性)。又，實施例中，1個受光元件8、16~18中，形成2個受光部，也可以2個受光部8a與8b、16a與16b、17a與17b、18a與18b分別配置為受光元件。
另一方面，發光元件7的發光區域中，也與上述受光元件17、18相同，一部分以遮光膜覆蓋，形成的發光區域從反射板12的移動方向的中心部越往兩端，每單位長的面積越廣，藉此可以提高光偵測器9的檢測輸出的直線性(線性)。
第一實施例，係由以上的構成所形成，根據如此的構成，得到第4圖所示的結果。即，第4A圖所示的第1實施例的構成中，如第4B圖所示，中點電變化為0時，得到受光元件8的受光部8a之相對輸出A、受光部8b之相對輸出B，這些輸出A、B成為產生90度相位差(相當於約間隔0.15mm)的波形。於是，根據此輸出A與B，運算裝置14，根據上述A、B的正負，執行b=(A-B)/(A+B)以及a=(A+B)/(A-B)的運算時，如第4C圖所示，得到對反射板座標重複上升傾斜部a與下降傾除斜部b之三角波形。即，根據此運算，可以得到維持直線性的輸出檢測。
此反射板的座標(位置)與輸出A、B間的關係，如果與反射板12(反射部)及反射型光偵測器9間的關係決定的話，由於只決定一種含意，在位置檢測裝置形成的時間點，明白第4C圖所示的運算輸出與反射板座標間的關係，記憶體中先記錄三角波的數量與對於運算輸出的反射板座標之間的關係。結果，檢測反射板12的位置實際在哪個位置時，根據測量的受光部8a、8b的運算輸出，以及在此測量時間點通過幾次a、b的直線部之計數值，可以由記憶體內所記憶的對照表檢測實際的位置。
又，使用上述運算式，可以完全消除反射型光偵測器9的溫度特性。即，例如，沒有溫度影響，A=0.4(V)、B=0.1(V)時，上述運算式(A-B)/(A+B)產生的值為0.6，相對於此，由於溫度影響有1成的變動時，雖然A=0.44、B=0.11，但此時運算值也為0.6，變動部分被消除。因此，不必設置裝置內溫度以熱敏電阻監視並回饋之電路、特別溫度特性消除電路。又，因為形成受光元件8使2個受光部8a、8b的間隔為90度的相位差，上述相位延遲的輸出B之中點補正的輸出信號變化近似sin θ的曲線的話，由於A的輸出信號為sin(θ+90°)，從輸出信號比B/A=sin(θ)/cos(θ)=tan(θ)的反函數θ=arctan(B/A)算出θ，也考慮取得反射板12的反射面(或是非反射面)間距與角度θ之間的相關，算出移動距離的方法。使用求出此θ的運算式，可以容易算出移動距離。特別是，經由求得a、b的運算式，線性不夠時，使用求得此θ的運算式，得到良好的線性。
求得此θ時，此反射板12的座標與角度θ之間的關係，也如同求得上述a、b時，如果與反射板12、反射型光偵測器9間的關係決定的話，由於事先知道，先記憶此關係至記憶體，與上述相同，根據tan θ的曲線旋轉幾次(通過幾次反射部sa)以及上述函數計算所得到的θ，可以求得實際的反射板12位置。又，θ與位置之間的關係不記憶在記憶體內，θ以反射面sa的寬w的函數換算的x=w．θ/π與位置之間的關係記憶至記憶體，可以根據此x值求得 位置。
第5A~5C圖係顯示使用第2B圖的受光元件16時的結果，此時，受光元件16的受光部16a的輸出中，中點電位為0時的輸出A，受光部16b的輸出中，中點電位為0時的輸出B，如同所示，兩者間，得到產生90度相位差之波形輸出。於是，根據此輸出A與B，由微電腦的運算裝置14(參照第1圖)，與第1圖的範例相同，執行b=(A-B)/(A+B)以及a=(A+B)/(A-B)的運算時，如第5C圖所示，得到維持a、b構成的直線性之三角波形。
第6圖係第一實施例的受光元件8的輸出與線性值運算輸出重疊顯示圖，運算值a、b，對反射板12的移動距離(檢測位置)形成依序重複的三角波形。此範例中，1個三角波形相當於0.3mm的移動距離。
此範例中，由於三角波形以0.3mm的周期重複，例如在0.15mm(底部D1)的運算值，與在0.45mm(底部D2)的運算值同值，維持一樣的話不能判定反射板位於哪個位置。由於此周期性，在位置x與(x+0.3)mm的位置，運算結果相同。不過，在0~0.3mm，由於運算值a或b與反射板的位置成為1對1的對應，根據考慮通過頂峰、底部的次數，可以根據運算值判斷位置。
即，經常進行取入及運算反射板12在移動中的信號。因此，計數反射板通過底部的次數，經由保持此次數，以現在位置=(對應運算值a的位置(0.3mm以內))+(信號周期(0.3mm)×計數數量)的算式計算，可以判斷。頂峰U1、U2… 及底部D1、D2…係信號A、B的正負轉換點，底部係信號A係從正到負或負到正的轉換點，頂峰係信號B係從正到負或負到正的轉換點。此信號的轉換判定，以零點為基準的類比比較電路可以檢測，數位轉換後的數位值在處理器內藉由判定正負也可以檢測。
因此，根據本實例的位置檢測裝置，應用於具有縮放功能的攝影機模組時，使用結束後或開始時鏡頭先回到原點(縮放鏡頭成為收納狀態)的話，使用縮放功能時，隨著縮放動作，從計數的累計值可以知道鏡頭移動量，縮放動作結束時藉由計數累計值記憶在記憶體等，可以知道現在鏡頭的位置。又，反射板12的反射面sa的形狀只有終端部寬度等，經由先變更尺寸，只有終端部受光元件8、16~18的輸出波形為不同形，可以知道鏡頭到達最大移動位置
又，本發明中，由於對移動物的移動距離之a、b變化量(每移動單位的變化)可以大量取得，可以進行非常高解析的位置檢測。即，必須進行更高解析的檢測時，第6圖的運算值波形中，經由最適當地設計運算值a、b的變化量變大之受光圖案(2個受光部的形狀、尺寸、配置等)以及反射板12的構成(反射面及非反射面的寬度等)，受光部輸出波形的上升及下降的傾斜角度變大即可。結果，反射型光偵測器9的2個輸出信號運算值a、b的斜度(對移動距離的a、b值變化量)變大，得到高解析。又，此第6圖中，使用運算值a、b時，設定上下的臨界值c1 、d1 ，藉由使用 此臨界值c1 、d1 之間的運算值a、b，可以謀求提高檢測精度。
第7圖中，第一實施例中遮蔽2個受光部的一部分受光區域時[第2C、2D圖]受光部17a、17b、18a、18b的代表以受光部17a的輸出D顯示，此時，如圖示，與第2A圖的例A’比較時，在頂峰與底部側可以確認輸出波形的直線性改善。即，如第2C、2D圖所示，受光部17a、17b、18a、18b的一部分受光區域以遮光反射膜19、20遮光，受光部的反射部移動方向從中心部越往兩端，成為每單位長的面積越廣的受光區域，藉此可以提高輸出波形的極值近旁的傾斜直線性。
第8A~8B圖中，顯示第二實施例的構成，此第二實施例，不作線性值運算，係進行長距離檢測。即，如第8B圖所示，輸出波形的極值近旁(頂峰.底部部分)的虛線標示橢圓狀的部分，輸出信號小，不能正確位置檢出，但除去此部分的話，因為有直線性，利用此直線部分檢測位置。即，只有1個受光部的信號的話，不能進行連續的位置檢測，但如第8A圖所示，設置2個受光部8a、8b，與信號S1的相位不同的信號S2，相位差例如90度左右，由於配置為錯開得到，經由交互利用兩信號S1、S2的直線部分，可以檢測位置。此時，兩受光部8a、8b的相位差，雖然不必為90度，但錯開相位，兩方信號S1、S2的極值部分不重疊，一方的信號S1的極值部分被另一方的信號S2的直線部分覆蓋。
有關此範例的位置檢測的方法，參照第8B圖說明。預先設定臨界值d2(下限)、c2(上限)，顯示信號S1、S2中得到直線性的範圍。於是，第8B圖所示的e1的變化中，以信號S1進行位置檢測，信號S1達到上限臨界值c2的話，以信號S2進行位置檢測(e2)。同樣地，信號S2的輸出達到上限臨界值c2的話，以信號S1進行位置檢測(e3)。同樣地，信號S1的輸出達到下限臨界值d2的話，輸換為信號S2的輸出，進行位置檢測，經由同樣的重複，即使長距離也可以正確檢測。又此範例中，2個受光部8a、8b的位置決定的話，此檢測位置與信號的輸出值之間的關係總是固定，預先記憶2個信號的輸出值與距離之間的關係，2個信號S1、S2通過幾次上限臨界值c2及下限臨界值d2以加法電路22先計數，藉此即使長距離也可以確實檢測。又，是否超過臨界值，可以以臨界值為基準的比較電路，或根據處理器內的數位值比較之檢測裝置，可以檢測。因此，不需要線性值運算的運算裝置，可以以簡單的構成實施位置檢測。
上述實施例中，雖然說明受光元件8、16~18的受光區域分割為2個的範例，但分割這些受光元件的受光區域為3個以上，在第一實施例中，根據3個以上的輸出，實施線性值運算，而第二實施例中，經由累計3個以上的輸出，也可以以高解析進行長距離的位置檢測。
其次，說明第三實施例。
上述實施例中，執行線性值運算時，必須是以受光部 的輸出信號的中點電位為基準之運算處理，因為光偵測器9的輸出電壓具有溫度依存性，根據溫度變化等中點電位的準位變化，中點電位發生偏移(變動)的狀態下進行運算處理時，運算結果得到的值與距離之間的關係的線性變形。
又，上述中點電位，有關光偵測器9的2個受光部8a與8b分別的輸出A與輸出B，經由算出各項峰值與底部值的互補值之1/2，求出各輸出A、B的中點電位，使用此中點電位於各輸出的偏移值(DC電位的變化量)，經由補正各中點電位，用以得到正常線性的條件成立。但是，由於周圍溫度急劇變化等的主因，反射型光偵測器9的輸出信號發生驟變時，根據時序，運算式本來應給的中點電位(例如0)發生不能以正常值取入，結果有線性破裂的可能性。在此，第三實施例中，算出中點電位，根據此進行線性值運算。
第9及10A~10B圖中，顯示第三實施例的位置檢測裝置的構成，此實施例中，配置與第一實施例相同的反射板12(w1=w2=w)，設置具有發光元件7與受光元件24之反射型光偵測器9。即，此反射型光偵測器9，以與第一實施例相同的構造形成，取代受光元件8，配置受光元件24。此受光元件24中，也如第10A圖所示，受光區域在移動物的移動方向100成為分別不同的區域，形成分割的3個受光部24a、24b、24c。此3個受光部24a、24b、24c的各中心部的間隔設計，藉由使各輸出成為90度的相位差，光偵測器9的3個輸出信號(A~C)成為例如對基準信號(0度： 輸出A)延遲90度(輸出B)與180度(輸出C)的相位角關係。
又，接受來自上述3個受光部24a、24b、24c的輸出之緩衝放大器25a、25b、25c，根據此緩衝放大器25a、25b、25c的輸出求出檢測信號的中點電位的同時，具有執行線性值運算的運算裝置(MPU)26。此運算裝置26中的線性值運算為b=(A-B)/(A+B)以及a=(A+B)/(A-B)的運算，或是將這些輸出近似正弦波的曲線，可以應用信號的相位θ以θ=arctan(B/A)求出的運算式等，與第一實施例相同。此時，中點電位係經由放大器25a與放大器25c以加法得到的值偏移為0求出。
第10B圖中，顯示取代上述受光元件24的其他構成例，第10B圖的受光元件28，係往移動物的移動方向100細長之受光區域的3個受光部28a、28b、28c，以一部分重疊的狀態且垂直於移動方向100配置。又，上述受光部24a、24b、24c以及受光部28a、28b、28c中，可以設置第2C、2D圖中說明的遮光反射膜19。
第三實施例，由以上的構成形成，根據如此的構成，得到第11A、11B圖、第12A、12B圖所示的結果。即，第11A圖所示的第三實施的構成中，如第11B圖所示，從受光元件24的受光部24a得到輸出A’，從受光部24b得到輸出B’，從受光部24c得到輸出C’，這些是此相位角中對輸出A’(0度)輸出B’延遲90度，輸出C’延遲180度的波形。於是，根據此輸出A’~C’，中點電位為 0的輸出，分別為A、B、C，以運算裝置26進行與上述相同的線性值運算。即，根據有180度相位差的上述輸出A’與C’，中點電位D以D=(A’+C’)/2算出的同時，根據中點電位為0時的輸出A與B，與第一實施例相同，執行b=(A-B)/(A+B)以及a=(A+B)/(A-B)的運算。
根據此線性值運算，如第12A圖所示，得到有線性的上升傾斜部a與下降傾斜部b重複的三角波形。於是，第三實施例中，因為算出上述的中點電位D，之後詳述，但即使有溫度變化時，線性值運算中的中點電位(實施例中為0V)不變動，為固定，也具有得到正確運算值的優點。又，根據上述的運算式，也如第一實施例中的說明，由於光偵測器9的溫度特性也可以完全消除，不必裝置內溫度以熱敏電阻監視，並設置回饋電路、或設置特別溫度特性消除電路。
又，如第12A圖所示，第三實施例中，反射板12中，設計反射面sa的寬度為0.3mm，非反射面sb的寬度為0.3mm，以兩方0.6mm的移動，得到反射型光偵測器9的輸出信號波形的1周期部分。即，以信號波形的1周期部分，可以檢測0.6mm的移動。
第13A~13B圖中，在第三實施例中，其他的線性值運算，顯示使用信號的相位角θ以θ=arctan(B/A)求出的運算式時的結果。如上述，求出線性值的運算中，也有使用θ=arctan(B/A)的方法，輸出信號的相位角為θ時，經由取得此θ與反射板12的位置(座標)之間的相關，可以檢測 移動光偵測器9的發光/受光面側之反射板12的移動距離。
此θ與反射板12的座標之間的關係，顯示於第13B圖，此範例中，也例如以0.3mm的反射面sa與0.3mm的非反射面sb構成的反射板12移動0.6mm，得到光偵測器9的輸出信號1周期部分，此時，因為反射板12的移動0.6mm=輸出信號的相位角360度的關係式成立，經由算出此相位角θ可以進行移動物的位置檢測。
其次，算出中點電位時的效果以第14A~14B圖說明。
第三實施例的運算中，雖然根據輸出信號A、B的運算得到線性值，但各運算式中使用的輸出信號A、B的值不是絕對值，成為對上述中點電位D的相對值。即，為了以上述線性值進行位置檢測，同期得到各輸出壓力，不經常以輸出信號的中點電位為0進行運算的話，位置檢測中必需的線性變形。
一般，反射型光偵測器9的輸出電壓，根據製品，有個體差，也依光偵測器的偏壓條件而變化。又，由於光偵測器具有溫度依存性，輸出信號的中點電位D的值並非總是固定值。為了總是正確得到此中點電位D，以外部的LSI等，監視輸出信號A’、B’的振幅，根據使用此監視值的運算式A’/2=B’/2=D，求出中點電位D的值，雖然只要執行A=A’-D，以及B=B’-D的計算即可，但根據某些主因，急劇的溫度變化、裝置內偏壓變動等發生時，不根據時序給與正確的中點電位D，瞬間從運算值得到的結果，如第14B圖的E，線性有成為變形的波形之可能性。
第14B圖，係不拘於輸出信號的振幅從原來的-1~+1變動為0.5~2.5，中點電位也位移至1.5V，施行上述(A-B)/(A+B)、(A+B)/(A-B)的運算，結果，輸出波形E的運算值。根據此結果，也不發生系統失敗，為了得到總是安定的線性，了解與輸出信號A、B的檢測同步，可以經常監視中點電位D的值即可。
第14A圖係算出中點電位D的結果，經由算出此中點電位D，輸出A、B的中點電位總是設定為0V，因此運算結果的線性高，成為重複的三角波形。又，實施例中，輸出(信號)C對於A，因為設計增至180度相位角，A與C的和之半值D=(A+C)/2，無關輸出A、B、C的變動，總是顯示各輸出信號的中點電位D。即，此中點電位D的算出，如上述，雖然可以以D=(AMAX -AMIN )/2=(BMAX -BMIN )/2的運算式實行，但使用180度相位差的A與C，係正確實行中點電位D的算出。於是，此D=(A+C)/2的運算，根據同時得到的輸出A、B、C，在運算裝置26中實行，線性值運算中可以總是確保線性。
根據上述第三實施例，光偵測器9具有溫度依存性時，由於急劇溫度變化，光偵測器9的輸出信號發生變動時等，中點電位準位即使變化，具有不影響運算式得到的線性特性之優點。
[產業上的利用可能性]
本發明以高解析進行長距離檢測的位置檢測裝置，可以應用於例如必須高倍率縮放的數位防盜攝影機、單眼攝 影機、攝錄影機、CCTV等的長距離檢測用起動器等。
1‧‧‧反射型光偵測器
2‧‧‧遮光壁
3‧‧‧發光元件
4‧‧‧受光元件
5‧‧‧反射板
7‧‧‧發光元件
8‧‧‧受光元件
8a、8b‧‧‧受光部
9‧‧‧反射型光偵測器
9a、9b‧‧‧凹部
9k‧‧‧遮光壁
12‧‧‧反射板
13a、13b‧‧‧緩衝放大器
14‧‧‧運算裝置(MPU)
16‧‧‧受光元件
16a、16b‧‧‧受光部
17‧‧‧受光元件
17a、17b‧‧‧受光部
18‧‧‧受光元件
18a、18b‧‧‧受光部
19‧‧‧遮光反射膜
20‧‧‧遮光反射膜
22‧‧‧加法電路
24‧‧‧受光元件
24a、24b、 24c‧‧‧受光部
25a、25b、25c‧‧‧緩衝放大器
26‧‧‧運算裝置(MPU)
28‧‧‧受光元件
28a、28b、28c‧‧‧受光部
100‧‧‧移動方向
a、b‧‧‧運算值
A、B‧‧‧輸出
c1 、d1 ‧‧‧臨界值
d2(下限)、c2(上限)‧‧‧臨界值
S1‧‧‧信號
S2‧‧‧信號
sa‧‧‧反射面
sb‧‧‧非反射面
w1‧‧‧反射面sa的寬
w2‧‧‧非反射面sb的寬
[第1圖]係使用本發明第一實施例的反射型光偵測器之位置檢測裝置的構成顯示圖；[第2A~2D圖]係受光部的構造例顯示圖；[第3A~3B圖]係從第1圖所示的第一實施例的位置檢測裝置之反射部側所見的透視立體圖，以及從光偵測器側所見的透視立體圖；[第4A圖]係根據第一實施例的位置檢測裝置之檢測例顯示圖；[第4B圖]係受光元件輸出的模擬圖，且中點電位為0之圖；[第4C圖]係用以得到線性的運算裝置(線性值運算輸出)的結果之一範例顯示圖；[第5A~5C圖]係以第2B圖所示的受光部構造，施行與第4A~4C圖相同的處理結果顯示圖；[第6圖]係第4B圖與第4C圖互相重疊的同時，受光元件的輸出也方便地以±1表示極值之圖；[第7圖]係第一實施例中，如同第2C圖及第2D圖，遮蔽一部分受光區域時的受光部之輸出圖；[第8A~8B圖]係顯示第二實施例的位置檢測裝置構成，以及此時的受光元件輸出及檢測例之說明圖；〔第9圖]係顯示第三實施例的位置檢測裝置構成圖； [第10A~10B圖]係顯示第三實施例中的受光元件構成例圖；[第11A~11B圖]係顯示第三實施例的位置檢測裝置的構成例，以及受光元件輸出的模擬圖；[第12A~12B圖]係顯示第三實施例的位置檢測裝置中的反射部構成例，以及關聯此反射部的受光元件輸出之模擬及線性運算值輸出圖；[第13A~13B圖]係顯示第三實施例的位置檢測裝置中的反射部構成例，以及此反射部的位置與相位角運算時的線性值運算輸出之間的關係顯示圖；[第14A~14B圖]係以第三實施例的位置檢測裝置算出中點位置時的結果，以及中點電位移位時的結果顯示圖；以及[第15A~15B圖]係顯示習知的位置檢測裝置構成，其上面圖與側面圖。
7‧‧‧發光元件
8‧‧‧受光元件
8a、8b‧‧‧受光部
9‧‧‧反射型光偵測器
9a、9b‧‧‧凹部
9k‧‧‧遮光壁
12‧‧‧反射板
13a、13b‧‧‧緩衝放大器
14‧‧‧運算裝置
100‧‧‧移動方向
A、B‧‧‧輸出
a‧‧‧反射面
sb‧‧‧非反射面
w1‧‧‧反射面sa的寬
w2‧‧‧非反射面sb的寬

Claims (6)

  1. 一種位置檢測用偵測器，包括：反射部，反射面與非反射面往移動物的移動方向交互排列；以及反射型光偵測器，與上述反射部對向設置，具有往上述反射部的方向發光之發光元件及接收上述反射部反射的光之受光元件；其中，上述反射型光偵測器的受光元件設置複數的受光部，在上述移動物的移動方向分別具有不同受光區域，上述複數的受光部的形成，係檢測輸出依照上述移動物的移動量直線地變化，反射部移動方向中從上述受光部的中心部越往兩端，每單位長的受光區域面積越廣，或者上述發光元件的發光部的形成，係檢測輸出依照上述反射部的移動量直線地變化，反射部移動方向中從上述發光元件的中心部越往兩端，每單位長的發光區域面積越廣。
  2. 一種位置檢測裝置，包括：位置檢測用偵測器，包括：反射部，反射面與非反射面往移動物的移動方向交互排列；以及反射型光偵測器，與上述反射部對向設置，具有往上述反射部的方向發光之發光元件及接收上述反射部反射的光之受光元件，其中上述反射型光偵測器的受光元件設置複數的受光部，在上述移動物的移動方向分別具有不同受光區域；以及運算裝置，根據來自上述複數的受光部的信號，執行加法、減法、除法及函數計算中的至少一運算，並線形化 上述運算得到的值與上述反射部的位置之間的關係；其中上述運算裝置包括：中點電位變換裝置，從上述複數的受光部中的2個分別得到的輸出值與上述反射部位置之間的關係中，平行移動上述輸出值，使對於上述反射部位置變化的上述輸出值變化之中點電位成為0，上述中點電位變換裝置變換的上述2個受光部的各輸出值為A、B；其中，上述運算裝置當A≧0、B≧0或A<0、B<0時，執行(A-B)/(A+B)的運算，當A≧0、B<0或A<0、B≧0時，執行(A+B)/(A-B)的運算。
  3. 一種位置檢測裝置，包括：位置檢測用偵測器，包括：反射部，反射面與非反射面往移動物的移動方向交互排列；以及反射型光偵測器，與上述反射部對向設置，具有往上述反射部的方向發光之發光元件及接收上述反射部反射的光之受光元件，其中上述反射型光偵測器的受光元件設置複數的受光部，在上述移動物的移動方向分別具有不同受光區域；運算裝置，根據來自上述複數的受光部的信號，執行加法、減法、除法及函數計算中的至少一運算，並線形化上述運算得到的值與上述反射部的位置之間的關係，其中上述運算裝置包括：設定裝置，從上述複數的受光部中的2個分別得到的 上述反射部位置與上述受光部的各輸出值之間的關係顯示曲線中，設定為得到上述曲線的線性之界限的右上升曲線上限與右下降曲線下限之臨界值；以及計數裝置，計數到達上述上限及下限臨界值的次數；其中，根據上述計數裝置得到的計數數量與輸出，進行移動物的位置檢測。
  4. 一種位置檢測裝置，包括：位置檢測用偵測器，包括：反射部，反射面與非反射面往移動物的移動方向交互排列；以及反射型光偵測器，與上述反射部對向設置，具有往上述反射部的方向發光之發光元件及接收上述反射部反射的光之受光元件，其中上述反射型光偵測器的受光元件設置複數的受光部，在上述移動物的移動方向分別具有不同受光區域；運算裝置，根據來自上述複數的受光部的信號，執行加法、減法、除法及函數計算中的至少一運算，並線形化上述運算得到的值與上述反射部的位置之間的關係；以及中點電位變換裝置，從上述複數的受光部中的2個分別得到的輸出值與上述反射部的位置之間的關係，採用對應離基準位置的距離之相位角θ，分別以sin θ的曲線近似，平行移動使上述各sin θ的曲線的中點電位成為0，並形成上述2個受光部，使上述2個信號的相位差為90度，上述中點電位變換裝置平行移動的上述2個受光部之分別輸出值為A、B，相位增至90度側的輸出值為A，上述運算裝置執行θ=arctan(B/A)的運算。
  5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述的位置檢測裝置，其中，形成中點電位算出裝置，上述複數的受光部具有第3受光部，形成上述第3受光部，使上述第3受光部的輸出與上述2個受光部中的1受光部之間為180度相位差，具有上述180度相位差的2個受光部的輸出經由加法，算出上述中點電位。
  6. 一種位置檢測方法，包括下列步驟：固定步驟，反射面與非反射面各以同樣的寬度沿著上述移動物的移動方向交互排列之反射部，固定至移動物；設置步驟，設置與上述反射部對向且具有發光元件與受光元件之反射型光偵測器；形成步驟，形成上述反射型光偵測器的受光元件，沿著上述移動物的移動方向具有分別不同的複數受光部，其中上述複數的受光部的形成，係檢測輸出依照上述移動物的移動量直線地變化，反射部移動方向中從上述受光部的中心部越往兩端，每單位長的受光區域面積越廣，或者上述發光元件的發光部的形成，係檢測輸出依照上述反射部的移動量直線地變化，反射部移動方向中從上述發光元件的中心部越往兩端，每單位長的發光區域面積越廣；以及檢測步驟，經由運算處理隨著上述移動物的移動變化之上述複數受光部的輸出，檢測上述移動物的位置。
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