JP3066509B2 - 変位計 - Google Patents
変位計Info
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- JP3066509B2 JP3066509B2 JP3308497A JP30849791A JP3066509B2 JP 3066509 B2 JP3066509 B2 JP 3066509B2 JP 3308497 A JP3308497 A JP 3308497A JP 30849791 A JP30849791 A JP 30849791A JP 3066509 B2 JP3066509 B2 JP 3066509B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は変位計に関し、さらに
詳しく言えば、半導***置検出素子（ＰＳＤ；Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を
用いた三角測量方式の変位計に関するものである。
詳しく言えば、半導***置検出素子（ＰＳＤ；Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を
用いた三角測量方式の変位計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】まず、図２の断面図に示されているよう
に、半導***置検出素子（ＰＳＤ）１は、平板状シリコ
ンの表面にＰ層、裏面にＮ層そして中間にあるＩ層の３
層から構成されている。
に、半導***置検出素子（ＰＳＤ）１は、平板状シリコ
ンの表面にＰ層、裏面にＮ層そして中間にあるＩ層の３
層から構成されている。
【０００３】この場合、Ｐ層が受光面とされており、そ
の両端には出力端子Ｔ１，Ｔ２が設けられている。Ｐ層
に光スポットＳＰが入射されると、その入射位置には光
エネルギーに比例した電荷が発生し、同電荷は光電流と
してＰ層を通り、出力端子Ｔ１，Ｔ２より出力される。
の両端には出力端子Ｔ１，Ｔ２が設けられている。Ｐ層
に光スポットＳＰが入射されると、その入射位置には光
エネルギーに比例した電荷が発生し、同電荷は光電流と
してＰ層を通り、出力端子Ｔ１，Ｔ２より出力される。
【０００４】ここで、受光面（Ｐ層）の中心から出力端
子Ｔ１，Ｔ２に至る距離を距離をＬ、また、その中心か
ら光スポットＳＰの入射位置までの距離をＸａ、出力端
子Ｔ１，Ｔ２より出力される電流をＩ１，Ｉ２とする
と、 Ｘａ＝Ｌ・（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｉ１＋Ｉ２） で表される。これを電流Ｉ１，Ｉ２に対応する電圧Ｖ
１，Ｖ２で表すと、 Ｘａ＝Ｌ・（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｖ１＋Ｖ２）……式（１） となる。
子Ｔ１，Ｔ２に至る距離を距離をＬ、また、その中心か
ら光スポットＳＰの入射位置までの距離をＸａ、出力端
子Ｔ１，Ｔ２より出力される電流をＩ１，Ｉ２とする
と、 Ｘａ＝Ｌ・（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｉ１＋Ｉ２） で表される。これを電流Ｉ１，Ｉ２に対応する電圧Ｖ
１，Ｖ２で表すと、 Ｘａ＝Ｌ・（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｖ１＋Ｖ２）……式（１） となる。
【０００５】次に、図３を参照しながら、三角測量法に
ついて説明する。レーザー光源２から被測定面４に向け
て光をスポット状に照射し、同被測定面４で反射された
散乱光をレンズ３を介してＰＳＤ１上に結像させる。
ついて説明する。レーザー光源２から被測定面４に向け
て光をスポット状に照射し、同被測定面４で反射された
散乱光をレンズ３を介してＰＳＤ１上に結像させる。
【０００６】被測定面４が距離ｌずれたことにより、Ｐ
ＳＤ１上でその光スポットが距離Ｘａ分移動したとする
と、上記式（１）の原理により、被測定面４の移動距離
ｌを算出することができる。
ＳＤ１上でその光スポットが距離Ｘａ分移動したとする
と、上記式（１）の原理により、被測定面４の移動距離
ｌを算出することができる。
【０００７】すなわち、Ｘａとｌの関係は、Ｘａ＝Ｋｌ
／（Ｋ′＋ｌ）……式（２） となる。なお、ＫおよびＫ′は光学系から決まる定数で
ある。
／（Ｋ′＋ｌ）……式（２） となる。なお、ＫおよびＫ′は光学系から決まる定数で
ある。
【０００８】式（２）より、ｌ＝Ｋ′Ｘａ／（Ｋ−Ｘ
ａ）となり、これに上記式（１）を代入して整理する
と、 ｌ＝−（Ｖ１−Ｖ２）Ａ／｛（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）Ｂ｝…式（３） 同式（３）において、Ａ＝Ｋ′／Ｋ、Ｂ＝１／Ｋであ
る。
ａ）となり、これに上記式（１）を代入して整理する
と、 ｌ＝−（Ｖ１−Ｖ２）Ａ／｛（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）Ｂ｝…式（３） 同式（３）において、Ａ＝Ｋ′／Ｋ、Ｂ＝１／Ｋであ
る。
【０００９】図４には、この三角測量法による変位計の
ブロツク線図が例示されている。すなわち、ＰＳＤ１か
ら出力される検出電流Ｉ１，Ｉ２は、電流電圧変換回路
５，６にてそれぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２に変換される。
ブロツク線図が例示されている。すなわち、ＰＳＤ１か
ら出力される検出電流Ｉ１，Ｉ２は、電流電圧変換回路
５，６にてそれぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２に変換される。
【００１０】この電圧Ｖ１，Ｖ２は、減算回路７と加算
回路８に加えられ、減算回路７からは（Ｖ１−Ｖ２）な
る差電圧が出力される。また、加算回路８からは（Ｖ１
＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）なる和電圧が出力される。
回路８に加えられ、減算回路７からは（Ｖ１−Ｖ２）な
る差電圧が出力される。また、加算回路８からは（Ｖ１
＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）なる和電圧が出力される。
【００１１】これらの差電圧および和電圧は、割算回路
９において差電圧を分子とし、和電圧を分母として割算
され、上記の式（３）に基づいて変位量ｌが得られる。
９において差電圧を分子とし、和電圧を分母として割算
され、上記の式（３）に基づいて変位量ｌが得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このようにして、割算
回路９から被測定面４の変位量ｌに比例した電圧Ｖ０が
出力されるのであるが、光学系のずれ、変位量によって
倍率が変わり、これに伴って光スポット径の大きさが変
わる点およびＰＳＤ自体のリニア特性などが問題要因と
なって理論値どおりの結果が得られない、という問題が
あった。
回路９から被測定面４の変位量ｌに比例した電圧Ｖ０が
出力されるのであるが、光学系のずれ、変位量によって
倍率が変わり、これに伴って光スポット径の大きさが変
わる点およびＰＳＤ自体のリニア特性などが問題要因と
なって理論値どおりの結果が得られない、という問題が
あった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明は上記従来の事
情に鑑みなされたもので、その構成上の特徴は、被測定
面にて反射された光スポットを受光する受光面および少
なくとも２つの出力端子を有し、この各出力端子から光
スポットの入射位置と同出力端子との距離に逆比例した
位置検出電流Ｉ１，Ｉ２を出力する半導***置検出素子
（ＰＳＤ）と、上記位置検出電流Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ
電圧Ｖ１，Ｖ２に変換する第１および第２の電流電圧変
換回路と、上記電圧Ｖ１，Ｖ２からその差電圧（Ｖ１−
Ｖ２）を算出する減算回路と、上記電圧Ｖ１，Ｖ２から
（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）なる和電圧を算出する
加算回路と、上記差電圧を分子とし、上記和電圧を分母
として割算を行なう割算回路とを備え、三角測量法にて
上記被測定面の変位量を測定する変位計において、上記
減算回路から出力される上記差電圧の極性を検出する極
性検出手段を備え、その極性に応じて上記減算回路の補
正抵抗を変化させるようにしたことにある。
情に鑑みなされたもので、その構成上の特徴は、被測定
面にて反射された光スポットを受光する受光面および少
なくとも２つの出力端子を有し、この各出力端子から光
スポットの入射位置と同出力端子との距離に逆比例した
位置検出電流Ｉ１，Ｉ２を出力する半導***置検出素子
（ＰＳＤ）と、上記位置検出電流Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ
電圧Ｖ１，Ｖ２に変換する第１および第２の電流電圧変
換回路と、上記電圧Ｖ１，Ｖ２からその差電圧（Ｖ１−
Ｖ２）を算出する減算回路と、上記電圧Ｖ１，Ｖ２から
（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）なる和電圧を算出する
加算回路と、上記差電圧を分子とし、上記和電圧を分母
として割算を行なう割算回路とを備え、三角測量法にて
上記被測定面の変位量を測定する変位計において、上記
減算回路から出力される上記差電圧の極性を検出する極
性検出手段を備え、その極性に応じて上記減算回路の補
正抵抗を変化させるようにしたことにある。
【００１４】
【作用】上記のように、減算回路の補正抵抗を変化させ
ることにより、リニア特性が改善される。すなわち、図
５ないし図７には変位量（ｌ）と電圧（Ｖ）の特性曲線
が示されているが、補正しない場合には上記の式（３）
からも明らかなように、図５のようなカーブを画く。
ることにより、リニア特性が改善される。すなわち、図
５ないし図７には変位量（ｌ）と電圧（Ｖ）の特性曲線
が示されているが、補正しない場合には上記の式（３）
からも明らかなように、図５のようなカーブを画く。
【００１５】これに対して、図６および図７は補正抵抗
を調整した場合の特性曲線図であるが、図６のように正
の側のみを調整すると、負の側がずれてしまう。
を調整した場合の特性曲線図であるが、図６のように正
の側のみを調整すると、負の側がずれてしまう。
【００１６】この発明においては、差電圧の極性に応じ
て補正抵抗が調整され、これにより図７に示されている
ようにきれいなリニア特性が得られる。
て補正抵抗が調整され、これにより図７に示されている
ようにきれいなリニア特性が得られる。
【００１７】
【実施例】図１には、この発明に係る変位計の一実施例
が示されている。これによると、この変位計はＰＳＤ１
と、同ＰＳＤ１から出力される検出電流Ｉ１，Ｉ２をそ
れぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２に変換する第１および第２の電流
電圧変換回路１１，１２を備えている。
が示されている。これによると、この変位計はＰＳＤ１
と、同ＰＳＤ１から出力される検出電流Ｉ１，Ｉ２をそ
れぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２に変換する第１および第２の電流
電圧変換回路１１，１２を備えている。
【００１８】この電流電圧変換回路１１，１２にて変換
された電圧Ｖ１，Ｖ２は、減算回路１３と加算回路１４
とに加えられる。
された電圧Ｖ１，Ｖ２は、減算回路１３と加算回路１４
とに加えられる。
【００１９】減算回路１３は４つの抵抗Ｒがともに等し
い差動増幅形演算増幅器からなり、そのプラス入力端子
に一方の電圧Ｖ１が加えられ、マイナス入力端子には他
方の電圧Ｖ２が印加される。したがって、その出力側に
は（Ｖ１−Ｖ２）なる差電圧が現われる。
い差動増幅形演算増幅器からなり、そのプラス入力端子
に一方の電圧Ｖ１が加えられ、マイナス入力端子には他
方の電圧Ｖ２が印加される。したがって、その出力側に
は（Ｖ１−Ｖ２）なる差電圧が現われる。
【００２０】加算回路１４は３つの抵抗Ｒ´がともに等
しい反転演算増幅器からなり、そのマイナス入力端子に
は電圧Ｖ１，Ｖ２および減算回路１３から出力される差
電圧（Ｖ１−Ｖ２）が加えられるが、この場合、差電圧
（Ｖ１−Ｖ２）は上記定数Ｂを調整する補正抵抗１６を
介して供給される。これにより、同加算回路１４から
は、−｛（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）Ｂ｝なる和電
圧が出力される。
しい反転演算増幅器からなり、そのマイナス入力端子に
は電圧Ｖ１，Ｖ２および減算回路１３から出力される差
電圧（Ｖ１−Ｖ２）が加えられるが、この場合、差電圧
（Ｖ１−Ｖ２）は上記定数Ｂを調整する補正抵抗１６を
介して供給される。これにより、同加算回路１４から
は、−｛（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）Ｂ｝なる和電
圧が出力される。
【００２１】この実施例において、補正抵抗１６は抵抗
Ｒ１とＲ２の並列回路からなるが、抵抗Ｒ２側にはスイ
ッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
１８が同抵抗Ｒ２に対して直列に接続されている。
Ｒ１とＲ２の並列回路からなるが、抵抗Ｒ２側にはスイ
ッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
１８が同抵抗Ｒ２に対して直列に接続されている。
【００２２】また、減算回路１３の出力側には、その差
電圧（Ｖ１−Ｖ２）の極性を検出するコンパレータ１７
が接続されている。この実施例では差電圧が正のとき、
同コンパレータ１７の出力が「Ｈ」となり、これにより
ＦＥＴ１８がオンとなって、補正抵抗値が抵抗Ｒ１とＲ
２の合成値とされる。
電圧（Ｖ１−Ｖ２）の極性を検出するコンパレータ１７
が接続されている。この実施例では差電圧が正のとき、
同コンパレータ１７の出力が「Ｈ」となり、これにより
ＦＥＴ１８がオンとなって、補正抵抗値が抵抗Ｒ１とＲ
２の合成値とされる。
【００２３】差電圧と和電圧は、割算回路１５に入力さ
れ、同割算回路１５にて差電圧を分子Ｙとし、和電圧を
分母Ｘとする割算が行なわれ、その出力電圧Ｙ／Ｘは次
段の増幅回路１９に供給される。
れ、同割算回路１５にて差電圧を分子Ｙとし、和電圧を
分母Ｘとする割算が行なわれ、その出力電圧Ｙ／Ｘは次
段の増幅回路１９に供給される。
【００２４】増幅回路１９は、上記定数Ａを調整するた
めのもので、同増幅回路１９から上記式（３）に示され
ている被測定面の変位量に相当するＶ０＝（Ｙ／Ｘ）Ａ
なる電圧が出力される。
めのもので、同増幅回路１９から上記式（３）に示され
ている被測定面の変位量に相当するＶ０＝（Ｙ／Ｘ）Ａ
なる電圧が出力される。
【００２５】補正抵抗１６により定数Ｂを調整するにあ
たって、その補正抵抗がＲ１のみのときは、図６のよう
に正の側のみがきれいに調整され、負の側にずれが生ず
るが、差電圧（Ｖ１−Ｖ２）が正のとき、コンパレータ
１７よりＦＥＴ１８がオンとされ、補正抵抗がＲ１とＲ
２の合成値とされるため、図７に示されているように、
ｌ−Ｖ特性がその全域にわたってリニア補正される。
たって、その補正抵抗がＲ１のみのときは、図６のよう
に正の側のみがきれいに調整され、負の側にずれが生ず
るが、差電圧（Ｖ１−Ｖ２）が正のとき、コンパレータ
１７よりＦＥＴ１８がオンとされ、補正抵抗がＲ１とＲ
２の合成値とされるため、図７に示されているように、
ｌ−Ｖ特性がその全域にわたってリニア補正される。
【００２６】なお上記とは反対に、光学系などの要因に
より、正の側が負の側よりもずれが大きい場合には、コ
ンパレータ１７の入力を逆とし、差電圧（Ｖ１−Ｖ２）
が負のとき、ＦＥＴ１８がオンするようにすれば良い。
より、正の側が負の側よりもずれが大きい場合には、コ
ンパレータ１７の入力を逆とし、差電圧（Ｖ１−Ｖ２）
が負のとき、ＦＥＴ１８がオンするようにすれば良い。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＰＳＤから出力される位置検出電流Ｉ１，Ｉ２をそ
れぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２に変換するとともに、これらの電
圧Ｖ１，Ｖ２からその差電圧（Ｖ１−Ｖ２）と和電圧
（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）を算出し、差電圧を分
子とし、和電圧を分母として割算を行なう三角測量法に
て上記被測定面の変位量を測定する変位計において、差
電圧の極性に応じて減算回路の補正抵抗を変化させるよ
うにしたことにより、変位量とその検出電圧との関係に
おいて、きれいなリニア特性が得られる。
ば、ＰＳＤから出力される位置検出電流Ｉ１，Ｉ２をそ
れぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２に変換するとともに、これらの電
圧Ｖ１，Ｖ２からその差電圧（Ｖ１−Ｖ２）と和電圧
（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）を算出し、差電圧を分
子とし、和電圧を分母として割算を行なう三角測量法に
て上記被測定面の変位量を測定する変位計において、差
電圧の極性に応じて減算回路の補正抵抗を変化させるよ
うにしたことにより、変位量とその検出電圧との関係に
おいて、きれいなリニア特性が得られる。
【図１】この発明に係る変位計の一実施例を示した回路
図。
図。
【図２】ＰＳＤを説明するための断面図。
【図３】ＰＳＤを用いた三角測量法を説明するための模
式図。
式図。
【図４】同三角測量法を適用した従来の一般的な変位計
のブロック線図。
のブロック線図。
【図５】補正なしのときの変位量（ｌ）と検出電圧
（Ｖ）の特性図。
（Ｖ）の特性図。
【図６】抵抗Ｒ１のみによる補正時の変位量（ｌ）と検
出電圧（Ｖ）の特性図。
出電圧（Ｖ）の特性図。
【図７】抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の合成値による補正時の変
位量（ｌ）と検出電圧（Ｖ）の特性図。
位量（ｌ）と検出電圧（Ｖ）の特性図。
１ ＰＳＤ（半導***置検出素子） １１，１２ 電流電圧変換回路 １３ 減算回路 １４ 加算回路 １５ 割算回路 １６ 補正抵抗 １７ コンパレータ １８ ＦＥＴ
Claims (1)
- 【請求項１】被測定面にて反射された光スポットを受光
する受光面および少なくとも２つの出力端子を有し、こ
の各出力端子から光スポットの入射位置と同出力端子と
の距離に逆比例した位置検出電流Ｉ１，Ｉ２を出力する
半導***置検出素子（ＰＳＤ）と、上記位置検出電流Ｉ
１，Ｉ２をそれぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２に変換する第１およ
び第２の電流電圧変換回路と、上記電圧Ｖ１，Ｖ２から
その差電圧（Ｖ１−Ｖ２）を算出する減算回路と、上記
電圧Ｖ１，Ｖ２から（Ｖ１＋Ｖ２）＋（Ｖ１−Ｖ２）な
る和電圧を算出する加算回路と、上記差電圧を分子と
し、上記和電圧を分母として割算を行なう割算回路とを
備え、三角測量法にて上記被測定面の変位量を測定する
変位計において、 上記減算回路から出力される上記差電圧の極性を検出す
る極性検出手段を備え、その極性に応じて上記減算回路
の補正抵抗を変化させるようにしたことを特徴とする変
位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308497A JP3066509B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308497A JP3066509B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118846A JPH05118846A (ja) | 1993-05-14 |
| JP3066509B2 true JP3066509B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=17981728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3308497A Expired - Fee Related JP3066509B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3066509B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4914732B2 (ja) * | 2007-02-07 | 2012-04-11 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | レール変位量測定方法およびレール変位量測定装置 |
-
1991
- 1991-10-28 JP JP3308497A patent/JP3066509B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05118846A (ja) | 1993-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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