JPS62127604A - 光学式位置検出装置 - Google Patents
光学式位置検出装置Info
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- JPS62127604A JPS62127604A JP26727985A JP26727985A JPS62127604A JP S62127604 A JPS62127604 A JP S62127604A JP 26727985 A JP26727985 A JP 26727985A JP 26727985 A JP26727985 A JP 26727985A JP S62127604 A JPS62127604 A JP S62127604A
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光学式位置検出装置に関する。
従来の光学式位置検出装置は、例えば第6図に示すよう
に、光源61と、PSD(半導体装置検出素子)63と
、光源61からの入射光線@ PSD63の検出面上に
結像させる光学系62と、PSD63の出力信号X2
+ X2 + V1+ V2をそれぞれ増幅する増幅器
1,2.3.4と、PSD63の出力信号XI+X2
、Vl、Y2から光源位置の座標を得るための演算を行
なう演算器および得られた座標を出力する出力装置より
なる信号処理部64とから構成されている。
に、光源61と、PSD(半導体装置検出素子)63と
、光源61からの入射光線@ PSD63の検出面上に
結像させる光学系62と、PSD63の出力信号X2
+ X2 + V1+ V2をそれぞれ増幅する増幅器
1,2.3.4と、PSD63の出力信号XI+X2
、Vl、Y2から光源位置の座標を得るための演算を行
なう演算器および得られた座標を出力する出力装置より
なる信号処理部64とから構成されている。
PSD63は、第5図に示すように、入射光線が結像さ
れる受光面51と、受光面51の四辺にそれぞれ配冒さ
れた4個の電極E xl+ E X2+ E VI+
E y2を備えている。ここで、受光面51の中心0を
原点として図示のようにy軸、y軸を設定し、入射光線
の受光面51上の結像点P (x、y)から各電極E
XI+ E x2+ E V++ E V2までの距離
をそれぞれ’ X++ ’ X2y ’ VI* ’
y2とし、点Pの座標X、yを規格化された形、すなわ
ち と、 を得る。
れる受光面51と、受光面51の四辺にそれぞれ配冒さ
れた4個の電極E xl+ E X2+ E VI+
E y2を備えている。ここで、受光面51の中心0を
原点として図示のようにy軸、y軸を設定し、入射光線
の受光面51上の結像点P (x、y)から各電極E
XI+ E x2+ E V++ E V2までの距離
をそれぞれ’ X++ ’ X2y ’ VI* ’
y2とし、点Pの座標X、yを規格化された形、すなわ
ち と、 を得る。
一方、光スポットにより点Pに励起された光電流は各電
極E X I r E X 2 + E V + +
E V 2方向に流れ、各電極EXIT EX21 E
VII EV2からそれぞれ出力される出力信号X+
+ X2 + ’J+ + V2の値はそれぞれ点Pか
ら各電極E xl+ E x2+ E VI+ E y
2までの距離J、xl+ ’x2+ ”/I+ z、2
に逆比例するので であり、この関係式を前記の座標x、yの式に代入して か得られる。
極E X I r E X 2 + E V + +
E V 2方向に流れ、各電極EXIT EX21 E
VII EV2からそれぞれ出力される出力信号X+
+ X2 + ’J+ + V2の値はそれぞれ点Pか
ら各電極E xl+ E x2+ E VI+ E y
2までの距離J、xl+ ’x2+ ”/I+ z、2
に逆比例するので であり、この関係式を前記の座標x、yの式に代入して か得られる。
すなわち、PSD63からの出力信号)’C+ + X
2 +V+ + V2を検出し、式(1,I)、(1,
2)にしたがい演算することにより点Pの座標x、yが
得られ、これに光学系62の倍率を乗ずれば光源61の
座標となる。
2 +V+ + V2を検出し、式(1,I)、(1,
2)にしたがい演算することにより点Pの座標x、yが
得られ、これに光学系62の倍率を乗ずれば光源61の
座標となる。
第7図(A)、(B)はそれぞれ光源61の実際の座標
と上述の方法で測定された光源61の座標を示しており
、測定値は受光面510周辺部に近い程直線性が悪い。
と上述の方法で測定された光源61の座標を示しており
、測定値は受光面510周辺部に近い程直線性が悪い。
これはPSD63自体の非直線性、ならびに光学系62
の収差による非直線性に起因するが、この問題は従来、
マツピング補正または関数補正を実施することで解決さ
れている。前者は、光源61の座標の測定値(X□、Y
□)と実際値(X、。
の収差による非直線性に起因するが、この問題は従来、
マツピング補正または関数補正を実施することで解決さ
れている。前者は、光源61の座標の測定値(X□、Y
□)と実際値(X、。
Y、)の関係を予めテーブルにして信号処理部64に記
憶させておき、測定時に測定値(Xo。
憶させておき、測定時に測定値(Xo。
Y□)を補正する方法であり、後者は測定値(X□、Y
□)を多項式に入力して演算、補正を行ない実際値(X
、、Y、)を求める方法である。例えば2次多項式とし
て次式が用いられる。
□)を多項式に入力して演算、補正を行ない実際値(X
、、Y、)を求める方法である。例えば2次多項式とし
て次式が用いられる。
XI = A ×、2+B Xm Ym +CV
m2+oxffl +EY□ 十F ここで、各項の係数A−F、a−fは測定時の較正によ
り決定される定数である。
m2+oxffl +EY□ 十F ここで、各項の係数A−F、a−fは測定時の較正によ
り決定される定数である。
ところで、測定したPSD63の出力信号XI+X21
VIIV2中にはノイズ(主として外乱光による)が含
まれている。
VIIV2中にはノイズ(主として外乱光による)が含
まれている。
すなわち、出力信号XI * X7.l yI + V
2中の真の信号をX +sr X 211 V +s+
V 211、ノイズをX 11+1 X 2111
yIn+ ’V 2nとすると、X + = X I
s + X In −−−(2,1)X 2 =
X 2s + x 2n −−−(2,2)Y
I= yIs十y In −−−(2,3)V
2= V 2s ” V 2n −−−(2,
4)となる。
2中の真の信号をX +sr X 211 V +s+
V 211、ノイズをX 11+1 X 2111
yIn+ ’V 2nとすると、X + = X I
s + X In −−−(2,1)X 2 =
X 2s + x 2n −−−(2,2)Y
I= yIs十y In −−−(2,3)V
2= V 2s ” V 2n −−−(2,
4)となる。
式(2,1)〜(2,4)を式(1,1)、(L2)に
代入すれば、 を得る。この式より明らかなように、ノイズX 1+1
1 X 2n+ Y In+ ”/ 2nが変化すれば
測定値X。
代入すれば、 を得る。この式より明らかなように、ノイズX 1+1
1 X 2n+ Y In+ ”/ 2nが変化すれば
測定値X。
yが変化する。
上述した2つの補正方法ではノイズが零である必要はな
いが測定中一定である必要があり、測定の環境が変るた
びに較正作業が必要になり不便である。
いが測定中一定である必要があり、測定の環境が変るた
びに較正作業が必要になり不便である。
ノイズの原因としては外乱光のほかに第6図に示す増巾
器1〜4と信号処理部64にあるマルチプレクサ、サン
プルホールド回路、A/D変換器等の電子回路に起因す
るものもあるが、これらは通常は外乱光に起因するもの
に比べてずっと小さい。
器1〜4と信号処理部64にあるマルチプレクサ、サン
プルホールド回路、A/D変換器等の電子回路に起因す
るものもあるが、これらは通常は外乱光に起因するもの
に比べてずっと小さい。
本発明の目的は、あるレベルの外乱光のもとて一度だけ
較正すれば外乱光のレベルに影響されない安定した直線
性を有する光学式位置検出袋Nを提供することにある。
較正すれば外乱光のレベルに影響されない安定した直線
性を有する光学式位置検出袋Nを提供することにある。
本発明の光学式位置検出装置は、光源が点灯していると
きと、消灯しているときの半導体装置検出素子の出力す
る信号を測定し、前者の測定値と後者の測定値との差を
演算して真の信号値を求め、この真の信号値を用いて光
源の位置を演算する信号処理部を有することを特徴とし
でいる。
きと、消灯しているときの半導体装置検出素子の出力す
る信号を測定し、前者の測定値と後者の測定値との差を
演算して真の信号値を求め、この真の信号値を用いて光
源の位置を演算する信号処理部を有することを特徴とし
でいる。
そこで、第4図に示すように、光源が点灯されている時
間tに得られた前者の測定値×1には真の信号値Xls
とノイズの信号値xl、が含まれており、後者の測定値
はノイズの信号値X+、に等しい。したがっで、信号処
理部では式(2,0より得られる次式 %式%) を用いて両側定値の差X+gを演算して光源の光に対応
する真の信号値x+J定めることが出来る。
間tに得られた前者の測定値×1には真の信号値Xls
とノイズの信号値xl、が含まれており、後者の測定値
はノイズの信号値X+、に等しい。したがっで、信号処
理部では式(2,0より得られる次式 %式%) を用いて両側定値の差X+gを演算して光源の光に対応
する真の信号値x+J定めることが出来る。
他の信号測定値X2 + ’/ l 、+ V 2に対
しでも同様にして、式(2,2)〜(2,4)より得ら
れる次式X2S”X2 X2n ”・・(4,2
)”y’ 、、== y l ’l +。 ・
・・ (4,3)V 2S= V2’i/ 2n
・・・ (4,4)よりそれぞれ真の信号(li!X
251 y + Ill y 2s!定める。次に
、これらの真の信号値x Is、 x 2s。
しでも同様にして、式(2,2)〜(2,4)より得ら
れる次式X2S”X2 X2n ”・・(4,2
)”y’ 、、== y l ’l +。 ・
・・ (4,3)V 2S= V2’i/ 2n
・・・ (4,4)よりそれぞれ真の信号(li!X
251 y + Ill y 2s!定める。次に
、これらの真の信号値x Is、 x 2s。
”/ Is+ ”I’ 2gを次の式(5,D、(5,
2)に代入して座標x、yを演算し、光学系の倍率を乗
じ、マツピングまたは関数による補正を実施して、外乱
光による影響を排除した正確な光源の位置を外部に出力
する。
2)に代入して座標x、yを演算し、光学系の倍率を乗
じ、マツピングまたは関数による補正を実施して、外乱
光による影響を排除した正確な光源の位置を外部に出力
する。
なお、光源の点灯時間tは環境の変化に要する時間に対
して十分に小ざいので両側定値、XI+XI、等は全く
同一時刻に測定したものと考えてさしつかえない。
して十分に小ざいので両側定値、XI+XI、等は全く
同一時刻に測定したものと考えてさしつかえない。
本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の光学式位置検出装置の一実施例の信号
処理部を示すブロック図、第2図は第1図の信号処理部
のフローチャート、第3図は各信号のタイミング図、第
4図はPSDの出力信号(×1)の説明図である。
処理部を示すブロック図、第2図は第1図の信号処理部
のフローチャート、第3図は各信号のタイミング図、第
4図はPSDの出力信号(×1)の説明図である。
本実施例の光学式位置検出装置は、光源(不図示)の発
光を所定の周期Tで所定の時間tだけオンとするように
制御する光源制御手段(不図示)を有し、この光が光源
から放射されて装酉内に入射し、光学系(不図示)を経
てPSD (不図示)上に結像される。
光を所定の周期Tで所定の時間tだけオンとするように
制御する光源制御手段(不図示)を有し、この光が光源
から放射されて装酉内に入射し、光学系(不図示)を経
てPSD (不図示)上に結像される。
増幅器1,2,3.4は、それぞれPSDから出力され
た信号X+ + X2 * ’/l * V2を増幅す
る。マルチプレクサ5はこれらの増幅信号を入力して多
重化する。サンプルホールド回路6はこの多重化された
信号を標本化して標本値信号を出力する。A/D変換器
7はこの標本値信号をA/D変換してマイクロコンピュ
ータ8に出力する。マイクロコンピュータ8は入力され
たPSDからの信号XI + x、、 T T/ I
+ !/ 2の値にもとづいて光源の位置の座標を演算
する。演算された光源の座標は出力袋M9より外部へ出
力される。
た信号X+ + X2 * ’/l * V2を増幅す
る。マルチプレクサ5はこれらの増幅信号を入力して多
重化する。サンプルホールド回路6はこの多重化された
信号を標本化して標本値信号を出力する。A/D変換器
7はこの標本値信号をA/D変換してマイクロコンピュ
ータ8に出力する。マイクロコンピュータ8は入力され
たPSDからの信号XI + x、、 T T/ I
+ !/ 2の値にもとづいて光源の位置の座標を演算
する。演算された光源の座標は出力袋M9より外部へ出
力される。
次に本実施例の動作を第2図と第3図を参照して説明す
る。
る。
時刻t0に光源がオンすると、マイクロコンピュータ8
は、PSDの出力信号XI + X2 +゛X 3 +
X 4のうちの1チヤネルの信号X、から光の立上り
を検出しくステップ21)、この立上り検出パルス31
によりマイクロコンピュータ8はPSDのすべての出力
信号33ヲマルチブレクサ5に入力させる(ステップ2
2)。
は、PSDの出力信号XI + X2 +゛X 3 +
X 4のうちの1チヤネルの信号X、から光の立上り
を検出しくステップ21)、この立上り検出パルス31
によりマイクロコンピュータ8はPSDのすべての出力
信号33ヲマルチブレクサ5に入力させる(ステップ2
2)。
この出力信号33は光源の光とそれ以外のノイズを合わ
せた光に対応する値を有する。次に、マイクロコンピュ
ータ8は時刻t1において光の立下りを検出すると(ス
テップ23)、立下り検出パルス32により、同様にP
SDのすべての出力信号34をマルチプレクサ5に入力
させる(ステップ24)。
せた光に対応する値を有する。次に、マイクロコンピュ
ータ8は時刻t1において光の立下りを検出すると(ス
テップ23)、立下り検出パルス32により、同様にP
SDのすべての出力信号34をマルチプレクサ5に入力
させる(ステップ24)。
この出力信号34は光源の光を含まず、ノイズのみのレ
ベルに対応する値を有する。次にこれら出力信号33.
34はマイクロコンピュータ8に到達し、マイクロコン
ピュータ8は時刻t2よりt31こ至る演算時間tp中
に、前述した式(4,I)〜(4,4)により光源の光
に対応する信号X Is+ X 2s+ ”/ +5+
V2sを演算しくステップ25)、式(5,1)、(5
,2)による座標x、yの演算を行ない、これらに光学
系の倍率を乗じ(ステップ26)、さらにマツピングま
たは関数を用いて補正を行なって(ステップ27)、光
源の正確な座標X、、Y、が出力装置9から出力される
(ステップ28)。以上で位置座標測定の1サイクルを
終了し、必要に応じて周期Tで同様の測定が繰返されプ
ログラムの終了と共に動作を終る(ステップ29)。
ベルに対応する値を有する。次にこれら出力信号33.
34はマイクロコンピュータ8に到達し、マイクロコン
ピュータ8は時刻t2よりt31こ至る演算時間tp中
に、前述した式(4,I)〜(4,4)により光源の光
に対応する信号X Is+ X 2s+ ”/ +5+
V2sを演算しくステップ25)、式(5,1)、(5
,2)による座標x、yの演算を行ない、これらに光学
系の倍率を乗じ(ステップ26)、さらにマツピングま
たは関数を用いて補正を行なって(ステップ27)、光
源の正確な座標X、、Y、が出力装置9から出力される
(ステップ28)。以上で位置座標測定の1サイクルを
終了し、必要に応じて周期Tで同様の測定が繰返されプ
ログラムの終了と共に動作を終る(ステップ29)。
本実施例では、マイクロコンピュータ8を演算に使用し
たので光源のオン/オフによる入射光の立上りおよび立
下りの検出もマイクロコンピュータ8で行なったか、こ
の動作は別個の電子回路を用いてもよい。また光源のオ
ン/オフ制御信号は装置から光源へ送るものとしたが、
逆に光源からオン/オフ信号を装置へ入力しても同様の
測定が可能である。また、出力装置9は、上位コンピユ
ータへの入出力インタフェースであってもよく、場合に
よっては補正の演算は上位コンピュータで行ってもよい
。なお、以上の説明は2次元のPSDを使った例である
が、1次元のPSD@用いた場合も全く同じことである
。
たので光源のオン/オフによる入射光の立上りおよび立
下りの検出もマイクロコンピュータ8で行なったか、こ
の動作は別個の電子回路を用いてもよい。また光源のオ
ン/オフ制御信号は装置から光源へ送るものとしたが、
逆に光源からオン/オフ信号を装置へ入力しても同様の
測定が可能である。また、出力装置9は、上位コンピユ
ータへの入出力インタフェースであってもよく、場合に
よっては補正の演算は上位コンピュータで行ってもよい
。なお、以上の説明は2次元のPSDを使った例である
が、1次元のPSD@用いた場合も全く同じことである
。
(発明の効果〕
以上説明したように本発明は、位置を測定しようとする
光源をオン/オフしで、光源がオンのとき入射された光
源からの光とそのときの外乱光との合計に対応するPS
Dからの出力信号値と、光源がオフのとき入射された外
乱光に対応するPSDからの出力信号値とを測定して、
信号処理部の演算装置で両方の測定値を用いて演算し補
正することにより、外乱光による影響を排除して正確な
光源の座標を得ることができ、かつ演算された光源の座
標が非直線性を有する原因はPSD自体および光学系に
しぼられ、それらはほとんど経年変化のないものである
から、PSDと光学系の組合せが変えられたときに一度
較正して新しいマツピングのテーブルを作成するか、ま
たは補正関数の係数を1つ 決定しておけば、測定環境の変化に影響されない安定し
た直線性が得られる効果がある。したがって本発明を利
用すれば、例えばロボットのアーム等の移動体の動きを
非接触で、安定して計測することもできる。
光源をオン/オフしで、光源がオンのとき入射された光
源からの光とそのときの外乱光との合計に対応するPS
Dからの出力信号値と、光源がオフのとき入射された外
乱光に対応するPSDからの出力信号値とを測定して、
信号処理部の演算装置で両方の測定値を用いて演算し補
正することにより、外乱光による影響を排除して正確な
光源の座標を得ることができ、かつ演算された光源の座
標が非直線性を有する原因はPSD自体および光学系に
しぼられ、それらはほとんど経年変化のないものである
から、PSDと光学系の組合せが変えられたときに一度
較正して新しいマツピングのテーブルを作成するか、ま
たは補正関数の係数を1つ 決定しておけば、測定環境の変化に影響されない安定し
た直線性が得られる効果がある。したがって本発明を利
用すれば、例えばロボットのアーム等の移動体の動きを
非接触で、安定して計測することもできる。
第1図は本発明の光学式位置検出装置の一実施例の信号
処理部を示すブロック図、第2図は第1図の信号処理部
の動作のフローチャート、第3図は各信号のタイミング
図、第4図はPSDの出力信号(×1)の説明図、第5
図はPSDの構造と出力信号、および光像点の座標の説
明図、第6図は従来の光学式位置検出装置の構成を示す
ブロック図、第7図(A)は光源の実際の座標(Xl。 Yl)、第7図(8)は第7図(A)に対応する測定さ
れた座標(X□、Y□)を示す図である。 1.2.3.4−・・増幅器、 5・・・マルチプレクサ、 6・・・サンプルホールド回路、 7−A / D変換器、 ; 1 8・・・マイクロコンピュータ、 9・・・出力装置、 21〜29・・・ステップ、
31・・・光の立上りの検出パルス、 32・・・光の立下りの検出パルス、 33、34−・・PSD出力信号、 t0〜t4・・・時刻、 T・・・光源のオン/オフの周期、 1−・・光源のオン状態の時間、 tp・・・マイクロコンピュータ8の演算タイム、51
・・・受光面、 P・・・光像点、x、y・・・
光像点Pの座標、 E XI +EX2 +EVI+ 巳V 2 ””電極
、j!8.・・・光像点Pと電極Exlの距離、!、x
2・・・光像点Pと電極E、□の距離、1−v+・・・
光像点Pと電極Ey+の距離、j!y2”・光像点Pと
電極EV2の距離、X l + X2 + yI +
V 2・・・PSDの出力信号、X、、Y、・・・光源
の実際の座標、 X、、l、Yffl・・・光源の測定された座標。 殻 家 co′−O
処理部を示すブロック図、第2図は第1図の信号処理部
の動作のフローチャート、第3図は各信号のタイミング
図、第4図はPSDの出力信号(×1)の説明図、第5
図はPSDの構造と出力信号、および光像点の座標の説
明図、第6図は従来の光学式位置検出装置の構成を示す
ブロック図、第7図(A)は光源の実際の座標(Xl。 Yl)、第7図(8)は第7図(A)に対応する測定さ
れた座標(X□、Y□)を示す図である。 1.2.3.4−・・増幅器、 5・・・マルチプレクサ、 6・・・サンプルホールド回路、 7−A / D変換器、 ; 1 8・・・マイクロコンピュータ、 9・・・出力装置、 21〜29・・・ステップ、
31・・・光の立上りの検出パルス、 32・・・光の立下りの検出パルス、 33、34−・・PSD出力信号、 t0〜t4・・・時刻、 T・・・光源のオン/オフの周期、 1−・・光源のオン状態の時間、 tp・・・マイクロコンピュータ8の演算タイム、51
・・・受光面、 P・・・光像点、x、y・・・
光像点Pの座標、 E XI +EX2 +EVI+ 巳V 2 ””電極
、j!8.・・・光像点Pと電極Exlの距離、!、x
2・・・光像点Pと電極E、□の距離、1−v+・・・
光像点Pと電極Ey+の距離、j!y2”・光像点Pと
電極EV2の距離、X l + X2 + yI +
V 2・・・PSDの出力信号、X、、Y、・・・光源
の実際の座標、 X、、l、Yffl・・・光源の測定された座標。 殻 家 co′−O
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 光源から入射された光線を半導体装置検出素子の受光面
上に結像させ、その出力信号を測定することにより得ら
れた測定値から光源の位置を検出する光学式位置検出装
置において、 光源が点灯しているときと、消灯しているときの半導体
位置検出素子の出力する信号を測定し、前者の測定値と
後者の測定値との差を演算して真の信号値を求め、この
真の信号値を用いて光源の位置を演算する信号処理部を
有することを特徴とする光学式位置検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26727985A JPS62127604A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 光学式位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26727985A JPS62127604A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 光学式位置検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62127604A true JPS62127604A (ja) | 1987-06-09 |
Family
ID=17442626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26727985A Pending JPS62127604A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 光学式位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62127604A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01202614A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-15 | Nikon Corp | アクティブ測距装置 |
JPH0363517A (ja) * | 1989-08-02 | 1991-03-19 | Hitachi Cable Ltd | 光回転角速度センサ |
JPH05196463A (ja) * | 1992-01-23 | 1993-08-06 | Japan Radio Co Ltd | 光学式変位測定装置 |
-
1985
- 1985-11-29 JP JP26727985A patent/JPS62127604A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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