JPH01118714A - 光学式位置検出センサ - 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】 〔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。

〔従来技術とその問題点〕

（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。

（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。

〔発明の目的〕

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。

〔発明の構成と効果〕

（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。

（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。

（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。

〔実施例の説明〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。