JPS6344116A - 変位スイツチ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光ビームが照射された被測定物体からの反
射光と用いて被測定物体の距離又は変位を検知する変位
スイッチに関し、特に構成？簡略１ヒしてコストダウン
を実現した変位スイッチに関するものである。

［従来の技術］ 第７図は、例えば特公昭５６−１０５６１号公報及び特
公昭５９−７６２−号公報に記載された。従来の変位ス
イッチを示すブロック図であり、図において、（１）は
光源駆動回路である。（２）は光源駆動回路（１）によ
りパルス駆動される光源であり、レーザダイオード又は
発光ダイオード等からなっている。（３）は光源（２）
から放射される光ビームＬを細い照射光ビームＬ１にす
る投光レンズである。（４）は照射光ビームＬ１が照射
される被測定物体であり、照射光ビームＬ１の照射方向
と一致する矢印Ａ又はＢ方向に一次元位胃が変位するよ
うになっている。

（５）は被測定物体（４）からグ）反射光（散乱光）１
２を収束する集光レンズ、（６）は集光レンズ（５）を
介した反射光Ｌ３が照射される位置検出素子、（７）及
び（８〉は位置検出素子（６）から出力される２つの電
気信号即ち電流信号１４．１２分それぞれ電圧信号■１
、ｖ２に変換するＩＶ変換器であり、これらは光源駆動
回路（１）、光１（２）及び投光レンズ（３）と共に検
出ヘッド部トｌｔ！：構成している。

（９）及び（１０）はＩＶ変換器（７）、（８）から出
力される電圧信号■１、■２を増幅する増幅器、（１１
）は増幅された電圧信号ｖ１及び■２の和を演算して加
算電圧Ｖａとして出力する加算回路、（１２）は増幅さ
れた電圧信号■、及びｖ２の差を演算して減算電圧Ｖｄ
として出力する減算回路、（１３）は減算回路（１２）
及び加算回路（１１〉の各電圧Ｖｄ及びＶａの電圧比Ｒ
３求める除Ｗ　器、（１４）は電圧比Ｒを変位信号とし
て出力する出力端子であり、これらは処理部Ｍを構成し
ている。

次に、第７図に示した従来の変位スイッチの動作につい
て説明する。まず、光源（２）から放射された光ビーム
しは、投光レンズ（３）を介し、て岬い照射光ビームＬ
１となって被測定物体（４）に照射される。

一般に、被測定物体く４）の表面は鏡面ではないので、
照射光ビームＬ１は種々の角度の反射光Ｌ２となって散
乱される。従って、照射光ビームし１の光軸とは異なる
方向から、′ｒｌｉ測定物体（４）上に明るい光のスポ
ットＩＩＩＩち光点が観３７１される。集光レンズ（５
）は、照射光ビームＬ１とは異なる方向に散乱する反射
光Ｌ２を受け、位π検出素子（６）上に光点の像念形成
する。

位置検出素子（６）は、受光面上に形成された光点の僅
の位置に応じて、一対の光電流を電流信号ｉ、、ｉ：と
じて出力する。このＴｉ流信号１１．１２は、ＩＶ変換
器く７）、（８）により各電流信号１１．１２の大きさ
に比例した電圧した■１、ｖ２に変換され、更に処理部
Ｍに送られ、増幅器（９）、（１０）により増幅される
。

増幅された電圧信号■４、■２は、加算回路（１１）及
び減算回路（１２）に入力され、電流信号ｉｌ、１□の
和にｌ＋；２）及び差（ｉ、　　ｉ２）に比例した加算
電圧Ｖａ、滅ｒ１電圧Ｖｄが得られる。更に、除算器（
１３）は各電圧Ｖｄ及びＶａの電圧比Ｒ＜−Ｖｄ／Ｖａ
）を演算し、出力端子（１４）から出力する。この電圧
比Ｒは、１１＝Ｖｄ／Ｖａ ＝　（Ｖ、　−Ｖ２）／　（Ｖｌ　−＝　Ｖ２）−（ｉ
１＋□〉／（１１＋１２） となる。つまり、゛七流信づ１１．１２の差及び和の比
となる。

この電圧比Ｒは、被測定物体く４）と検出ヘッド部１１
との間の距殖に比例しているので、所定の設定値と比較
することにより、被測定物体（４）が所定正順内に接近
しているか、又は所定距夏より遠ざかっているかを検知
することができる。従って、出力端子（１４）から出力
される信−弓即ち電圧比Ｒは、被測定物体（４）の−次
元位置の変位ａ１１１定用の制御信号として利用されて
いる。

一最に、除算器（１３）は専用の割算回路ＩＣや演算増
幅器と用いて構成されているが、回路自体の割算精度は
１％程度であり、光源（２）の光量の低下、空気中のほ
こり、位置検出素子（６）の受光面の／りれ及び光検出
感度のバラツキなどで加算電圧Ｖａのレベルが低下する
と演算誤差が増大するうえ、周波数特性も悪い、しかし
、これらを改善した割算器ご用いようとするとコストア
ンプとなってしまう。

「発明が解決しようとする問題点］ 従来の変位スイッチは以上のように、位置検出素子（６
）及び除算器（１３）を用いていたので、位置検出素子
（６）から出力される２つの電気イコ号をアナログ増幅
し且つ割算処理しなければならず、囲路が複雑で高価に
なるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、回路構成を簡単にして安価な変位スイッチを
得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ こグ）発明に係る変位スイッチは、被測定物体からの反
射′−に、ｆ！：受光し、その変位に応じた電気信号分
出力する２分割フォトダイオードと、この２分割フォト
ダイオードに対する反射光の光点位置を謂竺する訓整手
段と、２分割フォトダイオードからの電気信号に基づい
て被測定物体の変位を検出する検出回路とを備えたもの
である。

［作用コ この発明においては、反射光の光点が２分割フォトダイ
オードの分割点にあるときには、反射光の変位に応じて
電気信号がリニアに変化し、反射光の光点が分割点から
外れると一方が零で他方が１となり、被測定物体が所定
の変位位置に到達又は変位位置から外れたことを検出す
る。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、〈１
）〜（５）は前述の従来装置と同様のものである。

（１５）は２分割フォトダイオードであり、２つのフォ
トダイオード（１５ａ）及び（１５ｂ）からなっている
。

これら７オトダイオード（１５ｍ）及び（１５ｂ）は、
被Ｔ１１定物体（４）が矢印Ａ、Ｂ方向に変位すること
によって変位する反射光Ｌ２（Ｌ３）の変位方向に直列
に配置され、分割点（１５ｃ）で順方向に接続されてい
る。

又、分割点（１５ｅ）はグランド又は印加される電源に
接続されている。

（１６）は２分割フォトダイオード（１５）を固定支持
する取付台である。　（１７）は取付台（１６）に螺合
された調整ネジであり、２分割フォトダイオード＜１５
）を取付台（１６）と共に反射光１４３の変位方向に沿
って移動調整する位置決め手段を構成している。（１８
）は２分割フォトダイオード（１５）の両端間を短絡し
た接続点Ｃからの信号が入力される検出回路である。

１００図は２分割フォトダイオード（ＩＳ）及び検出回
、７３（１８）の具体的構成を示す回路図である。２分
割フォトダイオード（１５）は、一方のフオｌ−ダイオ
−ｌ？　（＋５ｂ）のアノードと、他方のフォトダイオ
ード（１５ａ）のカンードとが分割点（１５ｃ）で接続
され、更に分割点（１，５ｃ）はグランｌ；に接続され
ており、接続点Ｉ″、は検出回路（１８）に接続されて
いる。

（２０）は接続点ＣＧ′ニー接続されたコンデンサ、（
２１）°士コンデンサ（２０）とグランドとの間に挿入
された抵抗器であり、これらは外乱光を除去するための
ハイパスフィルタ肝を構成している。

（２２）はコンデンサク２０）及び抵抗器（２１）の接
続点即ちハイパスフィルタＩＩＦの出力を一方の入力と
すζコンパレータてあり、演算増幅器等からなっている
。（２３）はコンパレータ（２２）の他方の入力端子に
基準電圧を印加するための基準電源である。

・、２４）はコンパレータ（２２）の出力端子に接続さ
れた抵抗器、（２Ｓ）は抵抗器（２４）とグランドとの
間に挿入されたコンデンサであり、これらはノイズ除去
用のローパスフィルタＬＦを構成している。（２６）は
抵抗器（２４）及びコンデンサ（２５）の接続点即ちロ
ーパスフィルタＬＦの出力をベース信号とするトランジ
スタであり、コレクタは出力端子（２７）に接続され、
エミッタはグランドに接続されている。

次に、第１図及び第２図に示したこの発明の一実施例の
動作について説明する。

被測定物体（４）に照射された光ビームＬ１は散乱され
て反射光Ｌ２となり、集光レンズ（５）により２分割フ
ォトダイオード（１５）の分割点（１５ｃ）付近に光点
として集光されて照射される。

２分割フォトダイオード（１５）の各フォトダイオード
（１５ａ）及び（１５ｂ）は、反射光Ｌ３の光点の受光
位置に対応した電気信号（電流）を生成する。そして、
接続点Ｃから出力された電流は、ハイパスフィルタＩＩ
Ｆを介して外乱光のノイズが除去され、光源駆動回路（
１）によりパルス駆動された光ビームＬの反射光Ｌ３の
みの電流となる。更に、この電流はコンパレータ（２２
）の一方の入力端子に入力され、基準電源（２３）から
の基準電圧と比較されろ。

反射光Ｌ３の光点が分割点（１５ｃ）に関して対称な饋
ｊ・（に照射されている場合は、各フォトダイオード（
＋５ａ）及び（１５ｂ）の受光量が等しいので、各フォ
トダイオード（１５ａ）及び（１５１＋）に流れる電流
は、互いに極性が逆で絶対値が等しくなる。従って、接
ｐｌ　、点Ｃから出力される電流は零となり、ハイパス
フィルタＩＩＦ内の抵抗器（２１）のホラ１一端子の電
圧は零となる。この零電圧が基準電圧より高い場き、コ
ンパレータ（２２）の出力端子からは、プラス飽和（オ
ン）゛電圧が出力され、逆に低い場合は零（オフ）出力
となる。

光源（２）はパルス駆動されているので、抵抗器（２１
〉のホット端子が基準電圧よりパルス期間高くなると、
パルス１．（のオン電圧がコンパレータ（２２）から出
力されてトランジスタ（２６）をオン動牛さぜる。従っ
て、出力端子（２７）の電圧は零となる。又、このとき
、コンパレータ（２２）の出力端子とトランジスタ（２
６）のベースとの間に挿入されたローパスフィルタＬＦ
が、オン電圧をろ波してノイズによる誤動作を防止する
。

ここで、被；ｌｌｉ定物体（４）が矢印入方向に変位し
て検出ヘッド部Ｈに接近したとすると、反射光Ｌ３の光
点はフォトダイオード（１５ａ）側に変位するので、フ
ォトダイオード（１５ａ７の電流は増大し、フォトダイ
オード（１５ｂ）の電流は減少する。

従って、抵抗器（２１）のホット端子電圧が基１！ＪＳ
電圧以下となり、コンパレータ（２２）の出力が零とな
るので、トランジスタ（２６）はオフとなって出力端子
（２７）の電圧をハイレベルに反転させる。

ところで、この出力端子（２７）の電圧を反転させる位
置は、２分割フォトダイオード（１５）グ）分割点（１
５ｃ）の位置により決定することができるので、予め、
Ｌ’ｉ整ネジ（１７）を回して分割点＜１５ｅ）を所望
の位置に位Ｔ決めしておく、この分割点＜１５ｃ）の位
置は、被測定物体（・１）の所定め変位検出位置に対応
した光点位置に一致している。

こうして、被測定物体（４）が所定位置まで変位したと
きに出力端子（２７）から反転電圧が得られ、変位スイ
ッチの制御信号として利用することができる。

第３図はこの発明力第２の実施例を示す回路図であり、
（２２＾）はコンパレータ（２２）としての演算増幅器
である。演算増幅器（２２，Ａ＞はフィードバックが無
限大となっており、２分割フォトダイオード（１５）の
接続点Ｃを一方の入力とし、他方の入力端子１ｉグラン
ドに接続されている。　（３０＞はトランジスタり（２
６）のベースの逆方向電圧を保護するためのりｆオード
であり、アノードが演算増幅器（２２Ａ）の出力端子に
接続され、カソードがローパスフィルタ１．Ｆの抵抗器
（２４）に接続されている。

二のように、演算増幅器（２２＾）を用いて電流信りを
、Ｒ圧信号にＩｖ変換すれば、２つのフォトダイオード
（１５ａ）及び（１５ｂ）のわずかな電流差により、演
算増：幅器（２２Ａ＞の出力はプラス又はマイナスの飽
和憤となる。

ＡＭ木ネジ１７）による分割点（１５ｃ）の位置決め及
びトランジスタ（２６）の反転等の基本動作についてｉ
＝、第１実施ρｊの場合と同様なので説明を′δ略する
。

第４図はこの発明の第３の実施例を示す回路図であり−
（４１）は一方のフォトダイオード（１５ａ）からの電
流信号を電圧信号に変換するＩＶ変換器、（４２）は他
方のフォトダイオード（１５ｂ）からの電流信号を電圧
信号に変換するＩＶ変換器である。

これら■ｖ変換Ｈ３（４１）及び（４２）の各出力はコ
ンパレータ（２２）の入力端子にそれぞれ印加され、コ
ンパレータ〈２２）の出力端子は制御信号用の出力端子
（２７）に接続されている。

このように、各フォトダイオード（１５ａ）、（１５ｂ
）に流れる電流を電圧信号に変換して、コンパレータ（
２２）により比較すれば、被測定物体く４）の変位によ
って変１ヒする電圧信号に応じて、コンパレータ（２２
）の出力は反転動作する。従って、コンパレータ（２２
）の反転出力を、変位検出用の制御信号として利用する
ことができる。

尚、上記第１乃至第３の実施例では、２分割フォトダイ
オード（１５）に対する反射光Ｌ３の光点位置を、Ｌ！
ＩＩＩ）する位置決め手段として、２分割フォトダイオ
ード（１５）を移動する調整ネジ（１７）を設けたが、
集光レンズ（５）を移動又は回転してもよい、又、集光
レンズ〈５）と２分割フォトダイオード（１５）との間
にミラーを設け、このミラーを移動又は回転するように
してもよい。

第５（２Ｉは、集光レンズ（５）を位置決めする場合の
、この発明の第４の実施例を示す回路図であり、（５０
）は集光レンズ（５）に設けられた調整ネジである。こ
のように、集光レンズ（５）を反射光Ｌ３の変；立Ｈ向
に沿って移動させることにより、所望の変（ｉ検出値＝
に分割点（１５ｃ）を位置決めすることができる。

叉、集光レンズ（５）を反射光Ｌ３の変位方向に沿って
回転可能に枢着し、調整ネジ（５０）又は回転駆動手段
（図示せず）により回転位置決めするようにしても同様
の効果が得られる。

第６図は、集光レンズ（５）と２分割フォトダイ４−ド
（１５）との間にミラー（６０）を介在さぜな場かの、
この発明の第５の実施例を示す回路図である。

（３１）はミラー〈６０）を反射光Ｌ３の変位方向に沿
って移ユリさせて位で決めするための調整ネジである。

反射光Ｌ３は、一旦ミラー（６０）に反射された後、２
分割フォトダイオード（１５）の分割点（１５ｃ）に照
射されている。従って、ミラー（６０）を移動すること
により、２分割フォトダイオード（１５）に対する反射
光１，３の光点位置を任意に設定することができる。

又、ミラー（６０）を回転可能に枢若し、調整ネジ（６
１）又は回転駆動手段（図示せず）により回転位置決め
するようにしても同様の効果がマ）られる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、披ｉＴｔ！ｌ定物体か
らの反射光を受光し、その変位に応じた電気信写を出力
する２分割フォトダイオードと、こヅ）２分割フォトダ
イオードに対する反射光の光点位置を調整する調整手段
と、２分割フォＩ・グイオードからの電気Ｃ号に基づい
て被測定物体の変位を検出する検出回路とを備え、反射
光の光点が２分割フォトダイオードの分割点から′ｘ：
位したときに、被測定物体が所定の変位位置に到達又は
変位位置から外れたことを検出するようにしたので、安
価で小形の変位スイッチが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例な示すブロック図、第−）
コは第１図内の２分割フオｌ・グイオー１ζ及び検出回
路を示す回路図、第３図はこの発明の第２力夫施例？示
す回路図、第４図はこの発明の第３の′（絶倒を請ず回
路口、第５図はこグ）発明の第１↓の’！＝　ｌ１ａｉ
ｌシ１１を示す回路図、第６１３はこの発明の第５の実
施β（ｌ　３示す回路図、第７図は従来の変位スイ／チ
企示すブロフク図である。 （１）光源駆動回路　　（２）・・・光源（４）−・披
ｄｏｌ＋定物体　　　（５）・・集光レンズ（，５）・
２５）・割フォトダイオード’：１５ｎ）　、（１５ｂ
）　　フｔ　ｌ−ダイオード（ｉ５ｃ）　　分割点　　
（１７）、（５０）、（６１）・′３Ｊ整才・ジ（９）
・・・検出回路　　　　（２２）・・コンパレータ（２
２＾）　／寅算増幅器　　　（２６）トランシ′スタ（
３０）−１’イオ−ト（４１）、（４２）、、、ＶＩ変
＋ｆｉ　＜５（６０）・・ミラー　　　　　Ｌ、・・光
ビーム１．２、Ｌ３・・反射光　　　　Ｃ・・接続点Ｉ
！Ｆ・・ハイパスフィルタ　ＬＦ・ローパスフィルタ・
１’−ｉ　、図中、同一符号は同−又は引当部分を示す
。 革１図、Ｈ し尤ヒ゛−４ Ｌ２．Ｌ３反傘丁六− ４茂焚：ａリプ：中カクト ５　　集光しシス゛ ＋５１２Ｖ官す７τトデイ↑−ド ＋５ａ　　１５ｂ　：　　Ｖｒ１４’４ｔ−ド１５ｃφ
ｔ１−１苧１ １７を町３舗２′−。 Ｃ押Ｆｆ：！戸、 ２２　　コシハ′Ｌ−タ ２６　　　トｉ−シ゛ズタ ＨＦ　　　ハイバーへフイノ乙り しＦ　　：　　Ｏ−／ｌ’スフ４ｊＬり、￥１３図 （Ｈ 壓４図 ／Ｈ ４１，４２：　ＩＶ変枡器 熱５図 ７日 ５０１ｔｌ’ｆｆｉ！！年５゛′ 壓６図 、Ｈ ６ｏ　　　ミ一

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを放射する光源と、この光源をパルス駆
   動する光源駆動回路と、前記光ビームが照射された被測
   定物体からの反射光を受光し該反射光の変位に応じた電
   気信号を出力する２分割フォトダイオードと、この２分
   割フォトダイオードに対する前記反射光の光点位置を調
   整する調整手段と、前記電気信号に基づいて前記被測定
   物体の変位を検出する検出回路とを備えた変位スイッチ
   。
2. （２）２分割フォトダイオードは、反射光の変位方向に
   直列に配置され、一方のフォトダイオードのアノードと
   他方のフォトダイオードのカソードとが分割点で接続さ
   れると共に、この分割点がグランド又は電源に接続され
   て形成され、前記分割点の近傍に反射光が照射されるよ
   うに調整されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の変位スイッチ。
3. （３）調整手段は、２分割フォトダイオードを反射光の
   変位方向に沿って移動させる位置決め手段であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の変位
   スイッチ。
4. （４）調整手段は、反射光を２分割フォトダイオード上
   に集光させる集光レンズと、この集光レンズを前記反射
   光の変位方向に沿って移動又は回転させる位置決め手段
   とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の変位スイッチ。
5. （５）調整手段は、反射光を反射して２分割フォトダイ
   オードに照射させるミラーと、このミラーを前記反射光
   の変位方向に沿って移動又は回転させる位置決め手段と
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の変位スイッチ。
6. （６）位置決め手段は、調整ネジであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の
   変位スイッチ。
7. （７）検出回路は、２分割フォトダイオードの両端間を
   短絡した接続点からの信号を入力とするコンパレータを
   備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６
   項のいずれかに記載の変位スイッチ
8. （８）検出回路は、２分割フォトダイオードの両端間を
   短絡した接続点とコンパレータの入力端子との間に挿入
   されたハイパスフィルタを備えたことを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の変位スイッチ
9. （９）検出回路は、２分割フォトダイオードの両端から
   の電流信号をそれぞれ電圧信号に変換する２つのＩＶ変
   換器と、このＩＶ変換器の出力を比較するコンパレータ
   を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ６項のいずれかに記載の変位スイッチ。
10. （１０）検出回路は、コンパレータの出力によりオン動
    作するトランジスタを備えたことを特徴とする特許請求
    の範囲第７項乃至第９項のいずれかに記載の変位スイッ
    チ。
11. （１１）検出回路は、コンパレータの出力端子とトラン
    ジスタのベースとの間に挿入されたローパスフィルタを
    備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の
    変位スイッチ。
12. （１２）検出回路は、コンパレータの出力端子とトラン
    ジスタのベースとの間に挿入され、前記ベースの逆方向
    電圧を保護するためのダイオードを備えたことを特徴と
    する特許請求の範囲第１０項又は第１１項記載の変位ス
    イッチ。
13. （１３）コンパレータは、演算増幅器からなることを特
    徴とする特許請求の範囲第７項乃至第１２項のいずれか
    に記載の変位スイッチ。