JPH01118714A - 光学式位置検出センサ - Google Patents
光学式位置検出センサInfo
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- JPH01118714A JPH01118714A JP27666287A JP27666287A JPH01118714A JP H01118714 A JPH01118714 A JP H01118714A JP 27666287 A JP27666287 A JP 27666287A JP 27666287 A JP27666287 A JP 27666287A JP H01118714 A JPH01118714 A JP H01118714A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の分野〕
本発明は遮蔽板の位置変化に対応した出力を得るように
した光学式位置検出センサに関するものである。
した光学式位置検出センサに関するものである。
(従来技術)
従来、光を用いて物体の変位を検出するための素子とし
て特公昭39−21006号等に示されているように、
対称な受光領域を有するCdSを用いた回路が知られて
いる。これは第5図に概略図を示すように、長方形状の
受光領域の光導電物質(CdS)を対角線に対して対称
な対の三角形状の受光部1a、lbとして構成し、図中
X軸方向に移動するスリット2aを有するスリット板2
を設け、図示しない光源より光を投光することによって
夫々の受光部の受光面積を変化させるようにしたものが
知られている。この変位検出素子は第6図に示すように
、夫々の受光部をその一辺とするブリッジ回路に接続し
、該ブリッジ回路に電R3より一定の電圧を与えること
によってブリッジの両端の電圧がスリシト2aの位置、
即ち2つの受光部la、lbの受光面積の変化に対応し
て変化することとなる。従ってブリッジ回路の両端の電
圧によってスリット板2の変位を知ることができる。
て特公昭39−21006号等に示されているように、
対称な受光領域を有するCdSを用いた回路が知られて
いる。これは第5図に概略図を示すように、長方形状の
受光領域の光導電物質(CdS)を対角線に対して対称
な対の三角形状の受光部1a、lbとして構成し、図中
X軸方向に移動するスリット2aを有するスリット板2
を設け、図示しない光源より光を投光することによって
夫々の受光部の受光面積を変化させるようにしたものが
知られている。この変位検出素子は第6図に示すように
、夫々の受光部をその一辺とするブリッジ回路に接続し
、該ブリッジ回路に電R3より一定の電圧を与えること
によってブリッジの両端の電圧がスリシト2aの位置、
即ち2つの受光部la、lbの受光面積の変化に対応し
て変化することとなる。従ってブリッジ回路の両端の電
圧によってスリット板2の変位を知ることができる。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながらこのような従来の光電式変位検出素子によ
れば、受光部にCdSを用いているため応答速度が極め
て遅く、スリット板が高速で変化する場合にはそれに追
従した位置信号を得ることができなかった。又CdSは
耐温度性が悪く、温度が大きく変化する環境下で使用す
ることができないという欠点があった。更にCdSは第
5図に示すように受光部分が線状に構成されているため
、スリット板の微小な変位に対して出力が不連続に変化
することがあるという問題点もあった。
れば、受光部にCdSを用いているため応答速度が極め
て遅く、スリット板が高速で変化する場合にはそれに追
従した位置信号を得ることができなかった。又CdSは
耐温度性が悪く、温度が大きく変化する環境下で使用す
ることができないという欠点があった。更にCdSは第
5図に示すように受光部分が線状に構成されているため
、スリット板の微小な変位に対して出力が不連続に変化
することがあるという問題点もあった。
本発明はこのような従来の光学式変位検出素子の問題点
に鑑みてなされたものであって、応答性が速く温度変化
の激しい環境下でも使用することができ、直線性を向上
させた光電式位置検出センサを得ることを技術的課題と
する。
に鑑みてなされたものであって、応答性が速く温度変化
の激しい環境下でも使用することができ、直線性を向上
させた光電式位置検出センサを得ることを技術的課題と
する。
(問題点を解決するための手段)
本発明は遮蔽板の位置変化に対応した出力を得るように
した光学式位置検出センサであって、第1図に示すよう
に、線対称の所定形状の受光領域を対角線によって二分
割して構成した互いに対称な受光領域を有する一対のフ
ォトダイオードと、一対のフォトダイオードの全ての受
光領域に光を照射する光源と、光源と前記一対のフォト
ダイオード間に一定方向に移動自在に配置され、光を透
過させるスリットを有する遮蔽板と、一対のフォトダイ
オードより得られる受光出力を加算する加算回路と、加
算回路の出力が一定値となるように光源を駆動する駆動
手段と、を具備し、遮蔽板の変位を前記一方のフォトダ
イオード出力によって検出するようにしたことを特徴と
するものである。
した光学式位置検出センサであって、第1図に示すよう
に、線対称の所定形状の受光領域を対角線によって二分
割して構成した互いに対称な受光領域を有する一対のフ
ォトダイオードと、一対のフォトダイオードの全ての受
光領域に光を照射する光源と、光源と前記一対のフォト
ダイオード間に一定方向に移動自在に配置され、光を透
過させるスリットを有する遮蔽板と、一対のフォトダイ
オードより得られる受光出力を加算する加算回路と、加
算回路の出力が一定値となるように光源を駆動する駆動
手段と、を具備し、遮蔽板の変位を前記一方のフォトダ
イオード出力によって検出するようにしたことを特徴と
するものである。
(作用)
このような特徴を有する本発明によれば、互いに対称な
受光領域を有する一対のフォトダイオードを受光素子と
°して用いており、光源とフォトダイオード間にその変
位によって受光領域が変化する遮蔽板を設けている。従
って遮蔽板の変位に対して一対のフォトダイオードの受
光量が対称的に変化することとなる。しかしこれらのフ
ォトダイオードに得られる受光量の受光出力を加算回路
によって加算し、加算出力が常に一定値となるように駆
動手段を介して光源を駆動している。そうすればいずれ
か一方のフォトダイオードの受光出力から遮蔽板の変位
信号を得ることができる。そして光源の出力が低下した
り温度変化等によって受光レベルが変化してもその受光
量が常に一定値となるように駆動しているため、このよ
うな変化を自動的に補償するようにしている。
受光領域を有する一対のフォトダイオードを受光素子と
°して用いており、光源とフォトダイオード間にその変
位によって受光領域が変化する遮蔽板を設けている。従
って遮蔽板の変位に対して一対のフォトダイオードの受
光量が対称的に変化することとなる。しかしこれらのフ
ォトダイオードに得られる受光量の受光出力を加算回路
によって加算し、加算出力が常に一定値となるように駆
動手段を介して光源を駆動している。そうすればいずれ
か一方のフォトダイオードの受光出力から遮蔽板の変位
信号を得ることができる。そして光源の出力が低下した
り温度変化等によって受光レベルが変化してもその受光
量が常に一定値となるように駆動しているため、このよ
うな変化を自動的に補償するようにしている。
(発明の効果)
このように本発明によれば、フォトタイオードの応答速
度はCdSに対して極めて速いため、従来の変位検出素
子に比べて極めて速い応答性を有する位置検出センサを
得ることができる。又受光出力が常に一定となるように
制御しているため、耐環境性に優れた位置検出センサと
することができる。更に一対のフォトダイオードの受光
領域はCdSと異なって均一に構成されているため遮蔽
板の微小な変位に対しても出力が正確に追従することと
なり、直線性を向上させることができるという効果が得
られる。
度はCdSに対して極めて速いため、従来の変位検出素
子に比べて極めて速い応答性を有する位置検出センサを
得ることができる。又受光出力が常に一定となるように
制御しているため、耐環境性に優れた位置検出センサと
することができる。更に一対のフォトダイオードの受光
領域はCdSと異なって均一に構成されているため遮蔽
板の微小な変位に対しても出力が正確に追従することと
なり、直線性を向上させることができるという効果が得
られる。
第1図は本発明の一実施例による光学式位置検出センサ
の全体構成を示す回路図、第2図はそのフォトダイオー
ドの構成を示す図である。本実施例では第2図に示すよ
うにフォトダイオードは長方形状に構成され、対角線で
分離された互いに対称な受光領域を持つ一対のフォトダ
イオード11a、11bから成り立っている。そして第
1図に示すようにこのフォトダイオード11a、11b
に対向する位置に2つのフォトダイオードの前面に光を
照射することができる光源、例えば発光ダイオード12
を配置する0発光ダイオード12はフォトダイオードl
la、llbと共に一定位置に固定されており、全ての
受光領域に光を照射するために複数の受光ダイオードで
構成するようにしてもよい。そしてこの発光ダイオード
12とフォトダイオードlla、llb間に遮蔽板13
を設ける。遮蔽板13は第2図に示すようにX軸方向に
移動自在に構成されており、移動方向と垂直な軸、即ち
Y軸に平行なスリット13aが設けられるものとする。
の全体構成を示す回路図、第2図はそのフォトダイオー
ドの構成を示す図である。本実施例では第2図に示すよ
うにフォトダイオードは長方形状に構成され、対角線で
分離された互いに対称な受光領域を持つ一対のフォトダ
イオード11a、11bから成り立っている。そして第
1図に示すようにこのフォトダイオード11a、11b
に対向する位置に2つのフォトダイオードの前面に光を
照射することができる光源、例えば発光ダイオード12
を配置する0発光ダイオード12はフォトダイオードl
la、llbと共に一定位置に固定されており、全ての
受光領域に光を照射するために複数の受光ダイオードで
構成するようにしてもよい。そしてこの発光ダイオード
12とフォトダイオードlla、llb間に遮蔽板13
を設ける。遮蔽板13は第2図に示すようにX軸方向に
移動自在に構成されており、移動方向と垂直な軸、即ち
Y軸に平行なスリット13aが設けられるものとする。
そしてこの遮蔽板13のX方向の変位によって2つのフ
ォトダイオード11a。
ォトダイオード11a。
11bに照射される受光面積が変化し、その受光出力が
変化する。ここでフォトダイオード11はY軸に平行な
中心線に沿って対称な形状を有するものとする。これら
のフォトダイオード11a。
変化する。ここでフォトダイオード11はY軸に平行な
中心線に沿って対称な形状を有するものとする。これら
のフォトダイオード11a。
11bはその出力を変換するための演算増幅器14.1
5に接続されている。演算増幅器14の出力Va、演算
増幅器15の出力vbは加算回路16に与えられる。こ
こでは単一電源を用いて加算回路を構成するために2つ
の演算増幅器17.18を用いて加算回路を実現してい
る。即ち演算増幅器14.15の出力端は夫々同一の抵
抗値を有する抵抗R1,R2に接続され、これらの抵抗
の他端が共通接続されて演算増幅器17の反転入力端に
接続される。演算増幅器17の非反転入力端には基準電
圧源Vrより抵抗R3,R4によって分圧された電圧が
与えられる。そして演算増幅器17の出力と反転入力端
間には帰還抵抗R5が接続されている。ここで抵抗R1
,R2,R4,R5は同一の抵抗値Raを有するものと
し、抵抗R3はそのAの抵抗値Ra/2を有するものと
する。
5に接続されている。演算増幅器14の出力Va、演算
増幅器15の出力vbは加算回路16に与えられる。こ
こでは単一電源を用いて加算回路を構成するために2つ
の演算増幅器17.18を用いて加算回路を実現してい
る。即ち演算増幅器14.15の出力端は夫々同一の抵
抗値を有する抵抗R1,R2に接続され、これらの抵抗
の他端が共通接続されて演算増幅器17の反転入力端に
接続される。演算増幅器17の非反転入力端には基準電
圧源Vrより抵抗R3,R4によって分圧された電圧が
与えられる。そして演算増幅器17の出力と反転入力端
間には帰還抵抗R5が接続されている。ここで抵抗R1
,R2,R4,R5は同一の抵抗値Raを有するものと
し、抵抗R3はそのAの抵抗値Ra/2を有するものと
する。
こうすれば演算増幅器17の出力には2Vr−(Va+
Vb)の電圧が得られ、この電圧が抵抗R6を介して演
算増幅器18の反転入力端に与えられる。演算増幅器1
8の非反転入力端には電圧Vrの基準電圧源が接続され
、その出力と反転入力端間には抵抗R7が接続される。
Vb)の電圧が得られ、この電圧が抵抗R6を介して演
算増幅器18の反転入力端に与えられる。演算増幅器1
8の非反転入力端には電圧Vrの基準電圧源が接続され
、その出力と反転入力端間には抵抗R7が接続される。
ここで抵抗R6゜R7の抵抗値は同一のものとする。そ
うすれば演算増幅器18の出力より演算増幅器14.1
5の出力を加算した電圧出力Va+Vbが得られること
となる。この電圧出力が抵抗R8を介して演算増幅器1
9の反転入力端に与えられる。演算増幅器19の非反転
入力端には電圧Vrが基準電圧源より与えられており、
その出力と反転入力端間には発振防止用のコンデンサC
1が接続されている。
うすれば演算増幅器18の出力より演算増幅器14.1
5の出力を加算した電圧出力Va+Vbが得られること
となる。この電圧出力が抵抗R8を介して演算増幅器1
9の反転入力端に与えられる。演算増幅器19の非反転
入力端には電圧Vrが基準電圧源より与えられており、
その出力と反転入力端間には発振防止用のコンデンサC
1が接続されている。
そしてこの出力は演算増幅器20の非反転入力端に与え
られる。演算増幅器20の出力はトランジスタTriの
ベースに与えられる。トランジスタTr1は発光ダイオ
ード12及び抵抗R9が直列に接続され、抵抗R9の一
端が演算増幅器20の反転入力端に接続される。演算増
幅器20はトランジスタTriを介して発光ダイオード
12の電流値を与えられた電圧レベルとなるように制御
するものである。ここで演算増幅器19.20及びトラ
ンジスタTriは加算回路16の出力を基準電圧Vrに
等しくなるように(Vr =Va +Vb )発光ダイ
オード12の発光強度を制御する駆動手段21を構成し
ている。
られる。演算増幅器20の出力はトランジスタTriの
ベースに与えられる。トランジスタTr1は発光ダイオ
ード12及び抵抗R9が直列に接続され、抵抗R9の一
端が演算増幅器20の反転入力端に接続される。演算増
幅器20はトランジスタTriを介して発光ダイオード
12の電流値を与えられた電圧レベルとなるように制御
するものである。ここで演算増幅器19.20及びトラ
ンジスタTriは加算回路16の出力を基準電圧Vrに
等しくなるように(Vr =Va +Vb )発光ダイ
オード12の発光強度を制御する駆動手段21を構成し
ている。
次に本実施例の位置検出の原理について説明する。第3
図において2つのフォトダイオード11a、llbの出
力は受光面積に比例しているものと考えることができる
。従って第3図に示すように遮蔽板13のスリット13
aの中心位置をX。
図において2つのフォトダイオード11a、llbの出
力は受光面積に比例しているものと考えることができる
。従って第3図に示すように遮蔽板13のスリット13
aの中心位置をX。
2つのフォトダイオードの縦方向及び横方向の長さを夫
々A、Bとすると、2つのフォトダイオードlla、l
lbの受光面積al+ t)Iは夫々次式で与えられる
。
々A、Bとすると、2つのフォトダイオードlla、l
lbの受光面積al+ t)Iは夫々次式で与えられる
。
(k+は定数)
そして2つのフォトダイオードlla、llbの受光信
号を電圧に変換した演算増幅器14.15の出力Va、
Vbは夫々次式で与えられる。
号を電圧に変換した演算増幅器14.15の出力Va、
Vbは夫々次式で与えられる。
Va =Ma、 Vb =Mb。
(Mは定数)
ここで電圧Va+Vbとvbの比を算出すれば、Vb
b、 x Va +Vb a++blB 従って演算増幅器14.15の出力電圧の和Va+vb
を一定に保っておくことにより一方の演算増幅器、例え
ば演算増幅器15の出力vbは遮蔽vi13の変位Xに
比例しており、この電圧によって遮蔽板13の位置を検
出することができる。
b、 x Va +Vb a++blB 従って演算増幅器14.15の出力電圧の和Va+vb
を一定に保っておくことにより一方の演算増幅器、例え
ば演算増幅器15の出力vbは遮蔽vi13の変位Xに
比例しており、この電圧によって遮蔽板13の位置を検
出することができる。
尚上述した第1実施例は長方形状のフォトダイオードの
対角線を分割して2つの受光領域を有するフォトダイオ
ードとして構成しているが、遮蔽板が回転する場合には
フォトダイオードの受光領域を中心線に対して線対称の
扇形にして構成することもできる。第4図はこのような
フォトダイオードの構成を示す図であって、扇形のフォ
トダイオード31を分割して2つの受光領域を有するフ
ォトダイオード31a、31bとしている。このとき遮
蔽板32はフォトダイオード31と同一の中心を有して
回動自在とし、半径方向に長方形のスリット32aを有
するものとする。さてフォトダイオード31の分割曲線
Ldの中心までの距離f(θ)は内側及び外側の円の半
径を夫々rl+ rt、遮蔽板32が回動したときの夫
々のフォトダイオード31a、31bに対する受光面積
を夫々a Z +b2とすると、スリットが十分細い場
合a!+ b2は次式で表される。
対角線を分割して2つの受光領域を有するフォトダイオ
ードとして構成しているが、遮蔽板が回転する場合には
フォトダイオードの受光領域を中心線に対して線対称の
扇形にして構成することもできる。第4図はこのような
フォトダイオードの構成を示す図であって、扇形のフォ
トダイオード31を分割して2つの受光領域を有するフ
ォトダイオード31a、31bとしている。このとき遮
蔽板32はフォトダイオード31と同一の中心を有して
回動自在とし、半径方向に長方形のスリット32aを有
するものとする。さてフォトダイオード31の分割曲線
Ldの中心までの距離f(θ)は内側及び外側の円の半
径を夫々rl+ rt、遮蔽板32が回動したときの夫
々のフォトダイオード31a、31bに対する受光面積
を夫々a Z +b2とすると、スリットが十分細い場
合a!+ b2は次式で表される。
a2=ka(f(θ) −r、)
bg=に3(rz−f(θ))
aり
めに、
とおく。ここでr(θ) =rt、 f(δ)=r2を
代入すれば、k4を1/δとしてf(θ)が次式で与え
られる。
代入すれば、k4を1/δとしてf(θ)が次式で与え
られる。
θ
f(θ) ” (rt r+) +rtδ
その他の構成については前述の実施例と同様とする。こ
うすれば極座標の式f(θ)で表された分割曲線Ldで
フォトダイオード31の2つの受光領域を分割すること
によって回転角度に比例した電圧出力を得ることができ
る。
うすれば極座標の式f(θ)で表された分割曲線Ldで
フォトダイオード31の2つの受光領域を分割すること
によって回転角度に比例した電圧出力を得ることができ
る。
尚前述した第1実施例では加算回路16を2つの演算増
幅器を用いて構成しているが、正負の対称な電源を用い
る場合には演算増幅器14.15の出力をそのまま加算
して駆動手段21に与えるようにすることができること
はいうまでもない。
幅器を用いて構成しているが、正負の対称な電源を用い
る場合には演算増幅器14.15の出力をそのまま加算
して駆動手段21に与えるようにすることができること
はいうまでもない。
又本発明によるフォトダイオードは長方形及び扇形に限
らず中心線に対して線対称となる種々の形状のフォトダ
イオードに適用することが可能である。
らず中心線に対して線対称となる種々の形状のフォトダ
イオードに適用することが可能である。
第1図は本発明の一実施例による光学式位置検出センサ
の構成を示すブロック図、第2図はそのフォトダイオー
ドの構成を示す図、第3図はフォトダイオードの受光面
積を示す図、第4図は第2の実施例によるフォトダイオ
ードの受光面積を示す図、第5図は従来の光電式変位セ
ンサの構成を示す概略図、第6図はその駆動回路を示す
図である。 11a、Ilb、31a、31b−−−フォトダイオー
ド 12−・−発光ダイオード 13.32−・・
−・遮蔽板 14,15.1?、、18,19゜20
・−・・・−演算増幅器 16−・−加算回路 2
i −−−−−−一駆動手段 特許出願人 立石電機株式会社 代理人 弁理士 岡本宜喜(他1名) X 第3図 第5図 第6図
の構成を示すブロック図、第2図はそのフォトダイオー
ドの構成を示す図、第3図はフォトダイオードの受光面
積を示す図、第4図は第2の実施例によるフォトダイオ
ードの受光面積を示す図、第5図は従来の光電式変位セ
ンサの構成を示す概略図、第6図はその駆動回路を示す
図である。 11a、Ilb、31a、31b−−−フォトダイオー
ド 12−・−発光ダイオード 13.32−・・
−・遮蔽板 14,15.1?、、18,19゜20
・−・・・−演算増幅器 16−・−加算回路 2
i −−−−−−一駆動手段 特許出願人 立石電機株式会社 代理人 弁理士 岡本宜喜(他1名) X 第3図 第5図 第6図
Claims (1)
- (1)線対称の所定形状の受光領域を対角線によって二
分割して構成した互いに対称な受光領域を有する一対の
フォトダイオードと、 前記一対のフォトダイオードの全ての受光領域に光を照
射する光源と、 前記光源と前記一対のフォトダイオード間に一定方向に
移動自在に配置され、光を透過させるスリットを有する
遮蔽板と、 前記一対のフォトダイオードより得られる受光出力を加
算する加算回路と、 前記加算回路の出力が一定値となるように前記光源を駆
動する駆動手段と、を具備し、 前記遮蔽板の変位を前記一方のフォトダイオード出力に
よって検出するようにしたことを特徴とする光学式位置
検出センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27666287A JPH01118714A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 光学式位置検出センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27666287A JPH01118714A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 光学式位置検出センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01118714A true JPH01118714A (ja) | 1989-05-11 |
Family
ID=17572570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27666287A Pending JPH01118714A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 光学式位置検出センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01118714A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003287418A (ja) * | 2002-03-28 | 2003-10-10 | Alps Electric Co Ltd | 操舵角検出装置 |
JP2004170302A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Alps Electric Co Ltd | 位置検出センサ |
JP2012058671A (ja) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Ricoh Co Ltd | ベルト蛇行抑制装置及びこれを備えた画像形成装置 |
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