JPH02201104A - 差点穴位置決め制御方法 - 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〕 本発明は、マトリクスボード上の任意の差点穴にピン挿
抜機構を正確に位置付けるために、マトリクスボード上
に形成した差点ガイドパターンと差点ガイドパターンか
ら差点位置を読み取る位置検出器とを用いた差点穴位置
決め制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

差点穴を二次元メツシュ状に配置したマトリクスボード
を有し、このマトリクスボードの縦線群に加入者線群を
横線群に局内線群を接続し、その差点穴に導通ピンを自
動機構によって差し込むことによって通話路を構成する
自動接続替装置の一種である主配線盤が、例えば特開昭
５１５２７０６号公報に開示されている。この種従来の
装置では差点密度（単位面積当たりの差点数）が低く、
すなわちマトリクスボード上の差点穴が大きいので、差
点穴中心と自動機構との相対位置誤差がある程度あって
も、支障無くピン挿抜ができた。

ところが、電話需要が増大し、これに伴って接続替装置
が大型化するという問題が発生してきた。

この問題を解決する唯一の手段は差点密度の高いマトリ
クスボードを採用して、加入者線の収容効率を高めるこ
とである。

しかしながら、差点密度の増加は差点穴の狭小化を伴う
ので、マトリクスボードやマトリクスボード架の組立誤
差や加工誤差に起因する差点穴中心と自動機構との相対
位置誤差を無視しえなくなる。この相対位置誤差を小さ
くするために、従来技術ではマトリクスボード架、移送
機構、マトリクスボード等の自動接続替装置用機構を高
精度に加工していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この従来技術では、装置コストが増大し、差点
密度の向上に限界が生じる。

また、自動接続替装置は多数のマトリクスボードを数十
年の長期間に渡って使用する可能性があるので、マトリ
クスボードの差点ガイドパターンの製造ばらつきや長期
間の使用により差点ガイドパターンの反射率劣化や位置
検出器の検出感度変動が予想される。

以上述べたように、マトリクスボードを用いた自動接続
替装置等では装置の小型化・高倍転化の観点から、長期
間使用による性能変動や製造ばらつきに対処するために
、マトリクスボード架、移送機構、７トリクスポード等
の自動接続替装置用機構の高精度化を必要とすることな
く、マトリクスボード上の反射率基準からの反射光で検
出感度を自律的に校正できる差点穴位置決め制御が必要
不可欠になってきた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、差点密度の高い差点穴へのピン
の挿抜を自動接続替装置用機構の高精度化を必要とする
ことなく可能にし、マトリクスボードの差点ガイドパタ
ーンの製造ばらつきや長期間の使用による差点ガイドパ
ターンの反射率劣化や位置検出器の検出感度変動の影響
を除去できる差点穴位置決め制御方法を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本発明は、マトリクス
ボード上に作成された反射率基準パターンに照射した光
の反射を検出し、差点穴位置を示す差点マークの近傍を
位置検出器で走査し、位置検出器の検出信号を蓄積し、
蓄積された検出信号の極値を推定するようにしたもので
ある。

〔作用〕

本発明による差点穴位置決め制御方法においては、自動
接続替装置用機構の高精度化が不要で、検出感度変動が
抑制される。

〔実施例〕

従来技術における差点密度の向上の限界を突破する１つ
の方法は差点穴の中心位置を検出できる位置検出器を自
動機構に搭載することである。すなわち、位置検出器付
き自動接続替装置では差点穴中心をマトリクスボード上
の差点ガイドパターンから位置検出器で検出しつつ導通
ピンの挿抜を行なうので、差点穴が小さくなっても導通
ピンを正確に挿抜てき、差点密度の向上が可能になる。

また、差点ガイドパターンには各マトリクスボードの固
有番地を付与し、位置検出器によりマトリクスボード番
地の検出が可能なので、移送の信顧性が向上する。更に
、マトリクスボードの差点密度の増加にともなって、導
通ピンも細小化するが、マトリクスボード面の相対傾き
を測定することにより、マトリクスボード面に垂直にな
るようにピン挿抜機構の姿勢を制御できるので、厚みあ
るマトリクスボードの差点穴に導通ピンを座屈や破損な
く信頬性高く挿抜てきる。

また、マトリクスボードの差点ガイドパターンの製造ば
らつきや長期間の使用による差点ガイドバクーンの反射
率劣化や位置検出器の検出感度変動に対しては、まず、
予測される変動分だけ発光強度を増強した位置検出器用
発光素子を採用すること、次に、日常の使用に際して、
マトリクスボード上に設けた反射率の基準となる領域で
位置検出器と差点ガイドパターンの反射率との相互作用
で決定される検出感度を校正すること、更に、目標差点
近傍では差点ガイドパターン反射率の局部変動に対処す
るため、極値を検出して目標差点中心を決定することが
重要である。

本発明は、マトリクスボード上に形成された反射率基準
パターンで位置検出器の検出感度を校正し、位置検出器
により差点ガイドパターンを観測しつつ、任意のマトリ
クスボードの番地およびマトリクスボード上の任意の差
点穴位置を検出し、ピン挿抜機構をマトリクスボード上
の任意の差点穴位置まで移送することを最も主要な特徴
とする。

従来の技術とは、マトリクスボード架２移送機構、マト
リクスボード等の自動接続替装置用機構を高精度化する
ことなしに、差点密度の向上と位置決め制御の高倍転化
が図れるという点が異なる。

第１図は自動接続替装置の概略図であり、工は姿勢制御
機構、２はマトリクスボード、３は移送機構、４は下部
レール、５は上部レール、６は架、７は位置検出器、８
はピン挿抜機構、９はマトリクスボード架である。

本発明を適用する姿勢制御機構ｌは上下レール４．５に
案内された移送機構３に搭載され、対向する壁面に実装
されたマトリクスボード２間を目的差点まで移送される
。

第２図（８１は差点ガイドパターンの第１の実施例を説
明する図であって、第２回出）はマトリクスボードの差
点穴の１断面とピン挿抜機構８の位置関係を説明する図
である。これらの図に示すように、マトリクスボード２
は差点ガイドパターン２１〜２５および第１の導体群２
１０を有する第１の層２００と、第１の導体群２１０と
直交する第２の導体群２１１　（第２図（δ）では破線
で示す）を有する第２の層２０２と、第１の層と第２の
層とを電気的に絶縁する絶縁１ｉｆ２０１からなる３層
構造（第２図ｆｂ）参照）であり、第１の導体群２１０
と第２の導体群２１１の交点には交差接続用差点穴２１
２がある。第２図（ａ）の２２０は説明のための座標軸
を示し、第２図（ｂ＋の２０３は導通ピン（以下単に「
ピン」という）である。

反射基準パターン２１３と差点ガイドパターンは金めつ
き等の高反射率材料で形成され、他の部分と明確に区別
される。また、差点ガイドパターン内のマーク部は後述
するように、差点ガイドパターンの両側に凸部２９ａ、
２９ｂを設け、位置検出器７が通過する際、そのレベル
が極大値を持つよう形成しである。

まず、姿勢制御機構１を所望のマトリクスボードの差点
穴２１２に移送する手順を説明する０本発明では、制御
装置（図示せず）からの指令により移送機構に組み込ま
れた移送距離センサを用いて姿勢制御機構ｌを所望のマ
トリクスボードの反射率基準パターン２１３に位置決め
る粗位置決め制御と、位置検出器７を作動して差点ガイ
ドパターンから相対誤差を測定しつつ、目標差点穴に位
置決めする精密位置決め制御よりなる。粗位置決め制御
では、マトリクスボード２からの位置信号を用いない移
送制御なので、マトリクスボード架９、移送機構３．マ
トリクスボード２等の加工・調整誤差等により正確にマ
トリクスボード２上の任意の場所へ位置決めすることは
困難であり、ある限られた範囲（反射率基準パターン２
１３）に位置決めされる。反射率基準パターン２１３で
は、後に述べるように、差点ガイドパターンからの状態
量を検出する位置検出器７の検出感度を校正する。

次に、この反射率基準パターン２１３からマトリクスボ
ード基点マーク２６を位置検出器７で検出し、姿勢制御
機構ｌを精密制御の基点に位置決めする必要がある。粗
位置決め制御の完了時点では、姿勢制御機構工のマトリ
クスボード２上での位置は特定できないので、まず、は
じめに反射率基準パターン２１３から、以下の移送動作
によりマトリクスボード位置の特定が最も容易なマトリ
クスボード端面の検出を行なう、すなわち、マトリクス
ボード基点ガイドパターン２２を検出するまで姿勢制御
機構１を矢印ＡＰＩで示すように＋Ｙ力方向移送する。

差点ガイドパターンは金めつき等の高反射率材料で形成
されているので、位置検出器７の出力値が規定値を越え
たことにより差点ガイドパターンの確定は可能である。

マトリクスボード基点ガイドパターン２２を検出した後
、矢印ＡＲ２で示すように更に＋Ｙ力方向送り、マトリ
クスボードエツジパターン２１を検出する。

反射率基準パターン２１３の近傍（厳密には＋Ｙ力方向
には、これら２本の差点ガイドパターンしかマトリクス
ボード上には配置されていないので、これら２本の差点
ガイドパターンを検出できたということから、姿勢制御
機構１はほぼマトリクスボードエツジパターン２１上に
あることが特定できる。姿勢制御機構１がマトリクスボ
ードエツジパターン２１に位置決めされたことを確定す
るために、矢印ＡＲ３で示すように更に＋Ｙ方向に送り
、マトリクスボード領域が途切れることを確認する。す
なわち、マトリクスボードエツジパターン２１から＋Ｙ
方向に移送するとマトリクスボード領域が途切れ、マト
リクスボードからの反射光は極端に減少するので、マト
リクスボードの外へ出たことは位置検出器７の出力レベ
ルがほぼ零になることから確認できる。マトリクスボー
ド端面検出後、今度は矢印ＡＲ４で示すように−Ｙ力方
向送ってマトリクスボードエツジパターン２１を探索し
、検出する。マトリクスボードエツジの差点ガイドパタ
ーン２１検出後、さらに矢印Ａ、　Ｒ５で示すように−
Ｙ力方向送ってマトリクスボード基点差点ガイドパター
ン２２を再度探索し、検出する０次に、マトリクスボー
ド基点マーク２６の特定のために、マークポード基点差
点ガイドパターン２２を検出した後、第２図（ａｌにお
いてはマトリクスボード基点ガイドパターン２２に沿っ
て矢印ＡＲ６で示すように−Ｘ方向にマトリクスボード
基点マーク２６を検出するまで姿勢制御機構１を移送す
る。このマトリクスボード基点マーク２６の検出後、マ
トリクスボード番地差点ガイドパターン２３に沿って姿
勢制御機構１を−Ｙ力方向移送しつつ、マトリクスボー
ド固有番地を読み取る。粗位置決めにより所望のマトリ
クスボードに移送されたことを確認するため、マトリク
スボード番地差点ガイドパターン２３にはマトリクスボ
ード番地検出用マークが一定間隔に配列されており、マ
トリクスボード個別に与えられた番号に従い、２進表現
されたビットパターン２７が付与されている。自動接続
替装置内の全マトリクスボード数をＮとすると、マトリ
クスボード番地差点ガイドパターン２３に配列されるビ
ット数はＩｏｇＮである。位置検出器７はこのビットパ
ターン２７を一定間隔毎に読み取ることにより、マトリ
クスボード番地情報を取得し、制御装置から送られてき
たマトリクスボード番地との照合を行なう。所定のマト
リクスボードであることを確認した後、矢印ＡＲ？で示
すように規定距離だけ−Ｙ力方向移送して、横線差点ガ
イドパターン２４上の原点マーク２８を探索し、検出す
る。マトリクスボード原点マーク２８は以後の差点穴位
置法めの原点となる。すなわち、マトリクスボード上の
差点穴マークは、マトリクスボード原点マーク２８を座
標の原点として割り振られているので、例えば制御装置
からピン挿抜差点穴の座標が（ｍ、ｎ）として与えられ
ると、姿勢制御機構１は矢印ＡＲ８で示すように、まず
横線差点ガイドパターン２４に沿ってｍ個のマーク２８
１を検出するまで＋Ｘ方向に移送される。その後、矢印
ＡＲ９で示すように−Ｙ方向にｎ個のマーク２９を検出
するまで縦線差点ガイドパターン２５に沿って姿勢制御
機構ｌを移送し、所望の差点穴２１２の位置を示す差点
穴マークを検出した後、後で詳しく述べる差点位置検出
方法に従って位置決めする。

第２図（Ｃ）は差点ガイドパターンの第２の実施例であ
り、２１３は反射率基準パターン、２４は横ライン、２
５は縦ライン、２１２は差点穴、２９は差点マーク、２
７ｖは縦ライン番号マーク、２７ｈは横ライン番号マー
ク、２８ｕは上原点マーク、２８ｄは下原点マークであ
る。

プリント板技術を活用して作製する格子状差点ガイドパ
ターンの第２の実施例において、差点ガイドパターンの
Ｙ方向中央部の幅広の領域は反射率基準パターン２１３
であり、マトリクスボード間を高速で移動する際の目標
領域と精密位置決め制御の開始領域となる。この領域を
差点ガイドパターンのＹ方向中央部に設けた理由は、リ
ンク線用コネクタのつなぎ目（図示せず）がこの部分に
位置し、差点配置ができない無駄領域であること、縦方
向精密位置決め制御時の平均移動距離が精密位置決め制
御開始領域をマトリクスボード端部に配置する差点ガイ
ドパターン形式に比べて半分に短縮でき、高速化が図れ
ること等による。差点ガイドパターンの第２の特徴は各
差点穴２１２に対して縦横二次元の絶対番地を付与する
ため、縦パターンの中央部の縦ライン番号マーク２７Ｖ
、横パターンの終点部の横ライン番号マーク２７ｈにそ
れぞれの２進化番地情報を埋設した点にある。

したがって、例えば縦・横ラインが交差する位置に配置
された差点番地は縦・横ライン番号により（Ｘｉ、Ｙｊ
）として特定できる。ここで、Ｘｌ（ｊ　−ｆ、　　・
・・、ｎ）、Ｙｊ　　（ｊ＝１．　　・・・、ｍ）の最
大値ｎ、ｍはマトリクスボード上の総縦・横ライン数に
等しい。この差点の番地情報は、接続ピン挿入時の挿入
差点のｉｎ認、誤挿入接続ピンの捜査等、ピン挿抜の高
倍転化には必要不可欠な情報である。

差点ガイドパターンは金めつき等の高反射率材料で形成
され、他の部分と明確に区別される。また、図中丸印で
示した差点中心を表わす差点マーク部２９および番地情
報を表わす縦・横ライン番号マーク２７ｖ、２７ｈは高
反射率材料を円形等に剥離または非反射塗料等を塗布し
て反射率を低下し、光学的に差点ガイドパターンと明確
に区別できるように形成しである。

第２図（ｄ）は差点ガイドパターンの第３の実施例であ
り、第２の実施例との相違は丸印のライン番号マークお
よび差点マークを斜線マークに置換したことにある。丸
印から斜線化することにより、マーク部分の面積が増大
するので、マトリクスボード製造・組立時のハンドリン
グミスによる傷部分の全マーク面積に対する比率を削減
できるのでマークパターンの信頼性を高めることができ
る。

上述の格子状差点ガイドパターンを用いた精密位置決め
制ｊＢをより詳細に説明する。粗位置決め制御では、マ
トリクスボードからの位置信号を用いない移送制御なの
で、マトリクスボード架９゜移送機構１．マトリクスボ
ード２等（第１図参照）の加工・調整誤差等により、正
確にマトリクスボード２上の任意の場所へ位置決めする
ことは困難であり、マトリクスボード上のある限られた
範囲（反射率基準パターン２Ｉ３）に位置決めされる。

次に、現在位置決めされている反射率基準パターン２１
３と非差点ガイドパターン領域での反射率差を利用して
光センサ７を搭載したピン挿抜機構８をマトリクスボー
ド上の原点２８ｕまたは２８ｄに位置決めする。具体的
には、光センサ７で検出した反射光が無くなるまで（反
射率基準パターン２１３の外部に追い出す）移送機構を
＋Ｘ方向に移送し、反射光が無くなった地点で今度は移
送機構を−Ｘ方向に再び反射光が検出できるまで移送す
る。さらに、Ｘ方向と同様な移送方法をＸ方向にも適用
する。これらのＸ、Ｙ移送制御が完結した時には、光セ
ンサ７は反射率基準パターン２１３の右上端または右下
端に位置決めされる。上下端の選択は、縦ライン番号マ
ーク２７ｖに対して目標差点が下部にあるか（上端）、
上部にあるか（下：Ｊｆａ）に依存する。たとえば、目
標差点が縦ライン番号マーク２７ｖに対して上部にある
場合、右下端に位置決めされた光センサ７を−Ｘ方向に
移送する。やがて、反射率基準パターン２１３を逸脱し
、横差点ガイドパターン２４に到達すると、後述の機能
を持つ光センサ７から相対位置誤差（差点ガイドパター
ン中心と光センサ中心との差）が検出されるので、この
誤差を零にするように移送機構を駆動制御しつつ、さら
に−Ｘ方向に移送すると遂に下原点マーク２８ｄが検出
できる。この原点マーク検出後、さらに−Ｘ方向に移送
しつつ差点マークをＸｉ個カウントする。通過差点数が
所定の値に達すると、次に移送機構を＋ＹＸ方向移送し
、縦ライン番号マーク２７ｖから縦ライン番号を読み取
る。このようにして読み取られた縦ライン番号は、制御
装置で、上位装置から受信した目標差点二次元番地のＸ
番地（Ｘｉ）と比較され、過不足量に応じてピン挿抜機
構をＸ方向に移送して横パターン２４上を修正移動する
。この修正動作によってＸ番地が確定したので、次にピ
ン挿抜機構をＸ方向に移送して縦パターン２５上を目標
差点Ｙｊまで移送する。このＸ方向移送は、差点マーク
のカウント値がＹｊになるまで実行する。目標差点（Ｘ
ｔ、Ｙｊ）に光センサ７力イ位置決めされた後、今度は
光センサとは物理的に異なった位置に設置されているピ
ン挿抜機構を目標差点に位置決めるために、予め既知の
オフセット量（光センサとピン挿抜機構との距離）を補
正するオフセット量りを行なう。目標差点までの縦・横
ライン上の移送時は、光センサ７と縦・横ラインから後
述の方法により相対位置誤差を検出し、相対位置誤差が
零になる方向に移送機構を駆動制御する。この駆動制御
方法の詳細はこの種業者には良く知られた方法なので、
詳細な説明は省略する。

このようにして目標差点に位置決めされたピン挿抜機構
によりピンの挿抜を行ない、その後、挿抜差点のＹ番地
を確認するために、横パターン上を横ライン番号マーク
２７ｈまで移送する。当該領域から読み取られた７番地
情報は、制’４７ＪＶｚ置で上位装置から受信した目標
二次元番地のうちのＹ番地（Ｙｊ）と比較され、両者が
一致した場合、動作終了信号を上位装置に転送する。番
地情報が不一致の場合は、同−横パターン上をピン挿抜
した差点まで引き返して、ピン挿入時にはピン撤去を、
ピン撤去時にはピン挿入を行なって、当該差点状態を操
作前の初期状態に戻した後、再度、縦パターン上を反射
率基準パターン２１３まで移送し、上述の精密送りを繰
り返し行なう。

本発明が適用される後述の校正回路の第１．第２の実施
例で使用する位置検出器７は、測定光を出射し、差点ガ
イドパターンでの反射光を受光して状態量を検出する方
式なので、受光強度変動の主要因は、差点ガイドパター
ン作成時のめっき条件変動と長期間使用に伴うガイド表
面への塵埃付着であり、また発光強度変動の主要因は、
発光素子としての半導体レーザやＬＥＤの長期間使用に
伴う特性劣化である。従って、個々のマトリクスボード
上のガイドパターン反射率の代表値を表わす反射率基準
パターン２１３へ測定光を出射し、その反射光の検出値
が既定値になるように位置検出器７で校正できれば、検
出誤差を格段に減少できる。ここでは、校正法として以
下の２方法を開示する。

第３図（ａｌは校正回路の第１の実施例であり、３０は
比較回路、３１は基準値発生器、３２は受光信号増幅器
、３３は発光素子駆動電流回路である。

第１の実施例は、発光素子の発光強度を反射光の検出値
が既定値になるように調整する方法であり、このために
はあらかじめ予想される変動分だけ発光強度を増強した
発光素子を採用する必要がある。

すなわち、発光素子駆動電流回路３３から標準電流を発
光素子に印加し、反射率基準パターン２１３からの反射
光ａを受光信号増幅器３２で増幅し、比較回路３０のＡ
入力端子にｂ信号として入力する。Ｂ入力端子に基準信
号発生器３１からＣ信号として既定値が入力された比較
回路３０では、ｂＣ信号のレベルを比較し、ｂ信号レベ
ル〉Ｃ信号レベルのときは電流削減指示、ｂ信号レベル
〈Ｃ信号レベルのときは電流増幅指示を発光素子駆動電
流回路３３に入力して、反射光が既定値に等しくなるよ
うに調整する。

第３図中）は、校正回路の第２の実施例であり、３４は
可変利得増幅器である。第２の実施例は、発光素子の発
光強度を一定にして、反射光の検出値が既定値になるよ
うに受光信号増幅器の利得を調整する方法である。すな
わち、発光素子からの反射光を可変利得増幅器３４で増
幅し、比較回路３０のへ入力端子にｂ信号として入力す
る。Ｂ入力端子に基準信号発生器３１からＣ信号として
既定値が人力された比較回路３０では、ｂ、　　Ｃ信号
のレベルを比較し、ｂ信号のレベル〉Ｃ信号のレベルの
ときは利得削減指令、ｂ信号のレベル〈Ｃ信号のレベル
のときは利得増加指令を可変利得増幅器３４の利得調整
端子に入力して増幅後の反射信号が既定値に等しくなる
よう調整する。また、反射率基準パターン２１３からの
反射光をメモリに蓄積して、差点ガイドパターンからの
状Ｂ量検出時に前記蓄積信号で規格化する方法を使って
も第２の実施例と同様の効果が得られることは言うまで
もなく、本発明はこのようなバリエーションも含むもの
である。

次に、第３図の位置検出器７の構造、動作について説明
する。第４図（ａｌは位置検出器７の第１の実施例であ
り、４１は半導体レーザ、４２はコリメータレンズ、４
３はビーム径変換レンズ、４４はビームスプリフタ、４
５は波長板、４６はハーフミラ−４７は偏光ビームスプ
リフタ、４８は第１の位置センサ、４９は第２の位置セ
ンサ、４１０は異常光線、４１１は正常光線、４１２は
正常光線の差点ガイドパターンからの反射光、４１３は
異常光線の差点ガイドパターンからの反射光である。

第４回出）はマトリクスボード２　（第１図参照）の拡
大図、第４図（Ｃ１は第１の位置センサ４８の詳細図で
あり、４１４〜４１７はマトリクスボード上の差点ガイ
ドパターン２５からの反射光４１２の移動軌跡である。

また、４１８は第４図（ｂ）、　（ｃｌを説明するため
の座標軸である。

第４図（ａ）で、半導体レーザ４１から発射された広が
り光をコリメータレンズ４２で平行光に変換し、ビーム
径変換レンズ４３で所定のビーム径に絞り、ビームスプ
リッタ４４に入射する。方解石等の複屈折材で構成され
たビームスブリフタ４４は、入射光を異常光線４１０と
正常光線４１１に分割する機能がある。また、分割距離
ｄは屈折率と光路長しとの積で決まる。すなわち、屈折
率は複屈折材の固有の値なので、ここでは差点ガイとパ
ターン２５幅の２１″倍に等しくなるように光路長りを
決定しである１分割光が差点ガイドパターン２５に対し
て４５度傾いているのは（第４図（ｂ）の光線４１０，
４１１参照）、送り方向の情報と後述する位置センサ４
８，４９がらの位置情報からＸまたはＹ方向の相対位置
誤差（差点ガイドパターンと姿勢制御機構との相対位置
誤差）を検出するためである。マトリクスボード上に照
射された差点ガイドパターン２５幅の２１″倍に等しく
分割された２本の光ビーム４１０．４１１は、差点ガイ
ドパターン２５で反射され、ハーフミラ−４６を介して
偏光ビームスプリッタ４７に入射する。偏光ビームスプ
リッタ４７では、異常光線の差点ガイドパターンからの
反射光４１３は９０度に反射され、第２の位置センサ４
９に導かれる。

また、正常光線の差点ガイドパターンからの反射光４１
２は偏光ビームスプリッタ４７を透過し、第１の位置セ
ンサ４８に導かれる。また、波長板４５は、偏光ビーム
スプリンタ４７で異常光線と正常光線を分離するため複
屈折材からの出力光を４５度偏光する。また、位置セン
サ４８，４．９は、文献「倉沢、山本、非走査形ポジシ
ョンセンサ。

Ｏｐｌｕｓ　　Ｅ、１６号、７９〜８７頁、１９８１年
」に詳しく説明されているように、光スポットの二次元
位置と光強度を測定できる。そこで、例えば、第４図（
ｂｌの４１０ａ、４１１ａに示すように差点ガイドパタ
ーン２５に対して姿勢制御機構が右側にずれた場合には
、後述するように差点ガイドパターン２５に対して異常
光４１０ａの照射面積が正常光４１１３の照射面積に対
して増加するので、差点ガイドパターン２５からの各々
の反射光が位置センサ４８．４９へ入射する時に光強度
に差ができ、この差の極性からずれの方向、絶対値から
ずれの大きさを測定できる。また、２本のビーム４１０
．４１１が差点ガイドパターン内ノマークを捕らえた時
（４１０ｂ、４１１ｂ）、位置センサ４Ｂ、４９へ入射
する光強度の和は増加するので、各々の位置センサ４８
，４９の光強度の和の極大値を検出することにより、マ
ークの中心を検出できる。また、差点ガイドパターンの
第３の実施例に示すような斜線マークを２本のビーム４
１０，４１１が捕らえた時には、光強度の和は減少する
ので、その極小値を検出することによりマークの中心を
検出できる。一方、マトリクスボードが傾いた場合には
光スポットが第４図（ＣＪに示すように位置センサの中
心からずれるので、二次元位置の測定結果からΦ、甲方
向のずれを検出できる。具体的には、もしマトリクスボ
ードがΦ方向にずれた場合、位置センサ４８上の差点ガ
イドパターン２５からの反射光スポット位置は、第４図
（Ｃ１に示す４１４または４１５の方向に、またマトリ
クスボードが平方向にずれた場合、位置センサ４８上の
差点ガイドパターン２５からの反射光スポット位置が、
ずれの大きさおよび方向に応じて第４図ｃｃ＋に示す４
１６または４１７の方向に変化するので、この変化量を
検出することにより容易に！方向のずれを検出できる。

第５図（ａ）は位置検出器７の第２の実施例であり、５
０は半導体レーザ、５１はコリメータレンズ、５２はビ
ームスブリフタ、５３はハーフミラ−５４は対物レンズ
、５５は凸レンズ、５６はシリンドリカルレンズ、５７
は６分割素子、５８は中導光、５９ａ、５９ｂはサイド
光、５１０はマトリクスボード２からの中心光の反射光
、５１１８５１１ｂはマトリクスボード２からのサイド
光の反射光、５１２は焦点用アクチュエータ、５１３は
相対位Ｗ誤差用アクチュエータ、５１４は焦点用アクチ
ュエータ駆動コイル、５１５は相対位置誤差用アクチュ
エータ駆動コイル、５１６は回転・スラスト兼用ベアリ
ング、５１７はベアリング用ガイドである。

半導体レーザ５０から発射されたコヒーレントな光ビー
ムはコリメータレンズ５１で平行光ビームニ変換され、
ビームスプリッタ５２で３本の光ビーム（１本の中心光
５８と２本のサイド光５９ａ、５９ｂ）に分割される。

ハーフミラ−５３を直進した３本の光ビームは、対物レ
ンズ５４を介してマトリクスボード２上の差点ガイドパ
ターンに照射される。対物レンズ５４を介してハーフミ
ラ−５３に入射された差点ガイドパターンからの反射光
は、凸レンズ５５．シリンドリカルレンズ５６を介して
６分割素子５７に導光される。本実施例では、中心光５
８から対物レンズ５４とマトリクスボード２間の距離（
焦点距離）を光デイスク用光ヘッドでの焦点測定技術と
して良く知られている非点収差法により測長するために
、凸レンズ５５．シリンドリカルレンズ５６および６分
割素子５７中の４つの受光素子からなる田の字形素子部
を用いる。また、差点ガイドパターンの両エツジを照射
したサイド光の反射光５１１ａ、５１１ｂは、上述の光
学系と６分割素子５７中の田の字素子５７１　（第５図
（ｂｌ参照）を両側から挟むように取りつけである２分
割素子５７２（第５図ｃｂｉ参照）に導光され、画素子
間の受光量の差の極性から相対位置誤差の方向、その絶
対値から相対位置誤差の大きさを検出する。本位置検出
器は、対物レンズ５４を焦点方向（上下動）に移動でき
るアクチュエータ５１２と差点ガイドパターン幅方向（
回転）に動作できるアクチュエータ５１３を搭載した揺
動形であり、これらの機構動作を円滑に行なえるように
回転・スラスト兼用ベアリング５１６とベアリング用ガ
イド５１７で構成した。

したがって、上述の焦点距離信号・相対誤差信号をアク
チュエータ駆動コイル５１４，５１５にフィードバック
するように後述のアクチュエータ制御回路と結合すれば
、自律的に焦点距離を一定に保ちつつ、相対誤差を零に
する光センサを構成することができる。

第５図（ｂｌはアクチュエータ駆動の実施例であり、５
１９．５２０，５２２は加算器、５２１，５２５は減算
器、５２３．５２６は除算器、５２４゜５２７はラグリ
ード補償器付き電力増幅器である。

凸レンズ５５．シリンドリカルレンズ５６の作用により
田の字素子５７１に導光された差点ガイドパターンから
の中心光の反射光５１０は、対物レンズ５４とマトリク
スボード２間の距離信号（フォーカス信号）に応じて左
４５度楕円（前フォーカス）、円（ジャストフォーカス
）、右４５度楕円（後フォーカス）というビーム形状を
とるので、田の字素子５７１の２組の斜め対向素子間で
の受光信号の比較によりビーム形状を判定し、フォーカ
ス状態を検出する。具体的には、第５図（Ｃ）の５１Ｑ
ａに示した実線の前フォーカスビーム形状の場合、加算
器５１９の出力が加算器５２０の出力より大きくなるの
で、減算器５２１の出力には正のフォーカス信号が出力
される。これとは逆に、第５図＋Ｃ）の５１０ｂに示し
た点線の後フォーカスビーム形状の場合、加算器５１９
の出力が加算器５２０の出力より小さくなるので、減算
器５２１の出力には負のフォーカス信号が出力される。

さらに、第５図（Ｃ１の５１０ｅに示した一点鎖線のジ
ャストフォーカスビーム形状の場合、田の字の各素子に
は等しい光量の中心光が照射されるので、加算器５１９
の出力と加算器５２０の出力は等しくなり、減算器５２
１の出力には零のフォーカス信号が出力される。このよ
うにして検出されたフォーカス信号はラグリード補償器
付き電力増幅器５２４で位相補償された後、電流増幅さ
れ、対物レンズ５４とマトリクスボード２間の距離が一
定、すなわち減算器５２１の出力が零になる５１０Ｃに
示した一点鎖線のジャストフォーカスビーム形状になる
ように焦点用アクチュエータ駆動コイル５１４にフィー
ドバックされる。

一方、２分割素子５７２に導光されたサイド光５１１ａ
、５１ｔｂは、その面積（光強度）が相対位置誤差に応
じて変化するので、２分割素子５７２からの各信号をｆ
ｆｊｔｎ器５２５で減算することにより、相対位置誤差
を検出できる。相対位置誤差の大きさ、方向は減算器５
２５から出力される信号の大きさ、符号により定まる。

したがって、焦点制御と同様に、検出した相対位置誤差
信号をラグリード補償器付き電力増幅器５２７で位相補
償した後、電流増幅し、相対位置誤差用アクチュエータ
駆動コイル５１５に通電して、対物レンズ５４と差点ガ
イドパターンとの相対位置誤差が零になるようにフィー
ドバックする。以上説明したように、第２の実施例の位
置検出器を用いた場合は、移送機構が精密位置決め動作
を高速化する時に発生する機構振動に対しても、光セン
サが自律的に差点ガイドパターンを追従するので、縦・
横ライン外れを許容値以下に抑制でき、差点位置決め時
間の短縮化が可能となる。

本実施例において位置検出器７の光ビーム５８５９ａ、
５９ｂが差点ガイドパターンの第２の実施例に示す差点
マーク２９（第２図（Ｃ１参照）を捕らえた場合、中心
ビーム５８の反射光５１０の光量は減少するので、極小
値を検出することにより、差点マークの中心を検出でき
る。また、差点ガイドパターンの第３の実施例に示す差
点マーク２９　（第２図！ｄｌ参照）を捕らえた場合で
も同様の手法で差点マークの中心を検出できるので、説
明は省略する。

第６図ｆａ）は位置検出器７の第３の実施例であって、
６１は半導体レーザ、６２はコリメータレンズ、６３は
光ビーム、６４はビームスプリフタ、６５は差点ガイド
パターン、６６は結像レンズ、６７は二次元位置検出用
光電素子（以下［二次元ＰＳＤＪという）、６８は集光
レンズ、６９は一次元位置検出用光電素子（以下「−次
元ＰＳＤｊという）である。なお、６２は絞りレンズで
もよい。

半導体レーザ６１から出射した光ビーム６３は、ビーム
スプリッタ６４を通してマトリクスボード２上に設けた
差点ガイドパターン６５に照射、される。照射光ビーム
６３の径は、コリメータレンズ６２により差点ガイドパ
ターン６５のパターン幅Ｗにほぼ等しいビーム径になる
よう設定されている（第６図（ｂ）参照）。

この光ビーム６３で照射された差点ガイドパターン６５
を結像レンズ６６を介して二次元ＰＳＤ６７に結像させ
、二次元ＰＳＤ６７からの出力信号を処理することによ
り、相対位置誤差、差点マークを検出する。

第６図（Ｃ１は、二次元ＰＳＤ６７の受光部を示す図で
ある。二次元ＰＳＤ６７では、受光ビーム６２１（α、
β）の重心位置は、 にもとすいて検出できる（参考文献；金沢、山本“非走
査形ポジションセンサ”、　　ＯＰｌｕｓ　　Ｅ７９〜
８７頁、１６号、１９８１年３月）、ここで、Ｔｘ−Ｔ
ｖは、それぞれ二次元ＰＳＤ６７からのＸ方向、Ｙ方向
のビーム位置信号、Ｘｌ＋Ｘ２　、Ｙ＋　、Ｙｔは二次
元ＰＳＤ６７からの出力信号、ｈは二次元ＰＳＤ６７の
有効受光長である。

この二次元ＰＳＤ６７の受光ビーム位置検出機能を利用
することにより、光センサと差点ガイドパターン間の相
対位置誤差を検出できる。

第６図ｆｄ）〜（ｇ）は、本実施例における相対位置誤
差の検出方法を説明する説明図である。ここで、光ビー
ム６３の中心６３゛は、マトリクスボード２面が多少傾
いても結像レンズ６６の作用により、二次元ＰＳＤ６７
の中心６７゛に結像する。また、二次元ＰＳＤ６７上の
像の重心位置は、式（１）で示した受光ビーム位置の検
出と同様、ビーム位置信号Ｔ、、Ｔ、より知ることがで
きる。

二次元ＰＳＤ６７上の差点ガイドパターン像は、相対位
置誤差が零のときは円形像６３１　（第６図＋ｄｌ参照
）となり、像の重心は二次元ＰＳＤ６７の中心６７′と
一致する。また、Ｘ方向の相対位置誤差が一ΔＸもしく
は＋ΔＸ生じた時は、半月状の像６３１　’、６３１”
　（第６図（ｅｌ、　（ｆ）参照）となり、像の重心位
置は二次元ＰＳＤ６７の中心６７°から＋εもしくは−
εだけ離れる。すなわち相対位置誤差が生じれば、二次
元ＰＳＤ６７上の像形状、像の重心位置が変化し、その
結果、ビーム位置信号Ｔ、が変化する（第６図（ｇ）参
照）。したがって、ビーム位置信号Ｔｘの極性から相対
位置誤差の方向、その絶対値から誤差の大きさを知るこ
とができる。

以上、相対位置誤差の検出の説明では、第６図（ｄ）〜
（ｆｆｌのＸ方向の差点ガイドパターン６５に対して相
対位置誤差検出の方法を説明したが、Ｙ方向に設けた差
点ガイドパターン６５に対しても全く同様の検出方法で
行なえることは説明するまでもない。

第６図（ｈｌ、　＋１１は、本実施例における差点マー
クの検出を説明する説明図である。差点マークの検出は
、二次元ＰＳＤ６７の受光出力信号の総和Ｐｃｐ＝ｘ、
＋ｘ□＋Ｙ＋＋Ｙｔ）を検出することにより行なう。

差点ガイドパターン６５上に形成した光ビーム６３の径
より小さな差点マーク６４１を光ビーム６３で照射する
と、二次元ＰＳＤ６７上にはドーナンッ状のリング像６
４２が結像する（第６図（ｈ））。

光ビーム６３を差点ガイドパターン６５に沿ってＹ方向
に走査していくと、光ビーム６３が差点マーク６４１を
照射した時、二次元ＰＳＤ６７の受光出力信号の総和Ｐ
は、差点マーク６４１以外の差点ガイドパターン６５照
射時の受光出力信号の総和に比べて減少する。したがっ
て、二次元ＰｓＤ６７の受光出力信号の総和Ｐの極小値
を検出することにより差点マークの中心が検出可能であ
り、しかも差点マーク位置では二次元ＰＳＤ６７上の像
重心位置がＰＳＤ中心位置と一致しているので、差点マ
ークの有無によって相対位置誤差検出能力が低下するこ
とはない。

第７図（ａ）、　（ｂｌ、　（ｃ）により差点ガイドパ
ターンの第１の実施例と位置検出器の第１の実施例とを
用いて相対位置誤差の検出方法および差点穴位置の検出
方法について説明する。第７図（ａ）はマトリクスボー
ド２の拡大図である。第７図（ｂ）、　（Ｃ）は姿勢制
御機構１の移動に伴う各センサ出力または演算結果の模
式図である。

まず、矢印ＡＲＩＯで示すように姿勢制御機構１が差点
ガイドパターン２５に対してＸ方向に移動した場合の位
置ずれ誤差の検出方法について説明する。第７図（ｈｌ
は姿勢制御機構１のＸ軸方向の移動に伴う各センサ出力
の模式図である。横軸は第７図（ａｌに示す差点ガイド
パターン２５に対するビームの相対位置であり、縦軸は
各位置における各センサ出力である。点線７０は異常光
４１０に対するセンサ出力、実線７１は正常光４１１に
対するセンサ出力である。これらの出力結果に演算を施
すことにより、第７図（Ｃ）に示すような各センサ出力
の和信号７２および差信号７３が得られる。

従って、差信号７３の極性が正の場合、姿勢制御機構１
は差点ガイドパターン２５の中心位置に対し左にずれて
おり、負の場合、右側にずれていることが判定できる。

また、和信号を同時に測定することにより、差信号が零
であっても、和信号のレベルが零の場合は姿勢制御機構
ｌが差点ガイドパターン２５からはずれていることが検
出できる。

Ｘ方向の差点ガイドパターン２１，２２．２４　　（第
２図（ａ）参照）のＹ方向の相対位置誤差の検出におい
ても、上記の移動方向をＹ方向とすることで同様の検出
が可能である。

次に、差点穴中心位置の決定方法を開示する。

第７図（ｄｌは姿勢制御機構１が差点ガイドパターン２
５に沿ってＹ方向に移動する場合（第７図（ａ）の矢印
ＡＲＩＩ参照）の各センサ出力の模式図である。差点穴
位置マーク部２９（第２図（ａ）参照）には正常光およ
び異常光のビーム間隔に合わせて凸部２９ａ、２９ｂが
形成されている。この部分を位置検出器７がＹ方向に走
査した場合、センサ出カフ０．７１および両者の和信号
７４は、位置ＡにおけるレベルＬから、位置Ｂにおいて
レベルＬの約２倍の値Ｈに変化し、位ＺＣにおいて再び
レベルＬに変化する。従って、和信号７４は差点穴位置
マーク部２９の中心位置Ｂで極大値を取り、位置Ｂを通
る軸７５に対し左右に対照な上に凸の二次曲線に似た特
性曲線となる。従って、位置Ｂの近傍においてＹ方向の
位置データとその位置における和信号データの組合せを
３個所以上取得し、制御装置に付属の記憶回路または記
憶装置（図示せず）に蓄積し、それらのデータから二次
回帰分析により近似二次曲線の方程式を決定する。二次
回帰分析に関してはすでに多くの専門書で解説がなされ
ているので、ここでは節単に説明する。位置データの集
合をｘｉ（ｉは自然数）、各位置における和信号のデー
タの集合をｙｆとする。近似曲線の方程式を、 ｙ＝ａ　ｘ’　＋ｂｘ十ｃ　−−−１２１とすると、 Ｑ＝Σ（ｙｉ　−（ａｘｉ”　＋ｂｘｉ十ｃ））”か４ ・・・・（３） のＱが最小となる（ａ、ｂ、ｃ）を次式の正規方近似曲
線の式（２）より、和信号が最大となる位置Ｂは（−（
ｂ／２ａ）で与えられるので、データを取得開始した位
置より（−（ｂ／２ａ）移送した位置が差点マークの中
心位置と決定できる。

このような手法を採用することにより、局部的な差点マ
ークでの反射率の変動に対して高信頼な差点穴位置検出
が可能となる。以上の説明は、差点ガイドパターンの第
２の実施例および第３の実施例における差点穴位置検出
においても、極大値検出を極小値検出に置き換えること
により同様の手法が可能である。

以上説明したように本実施例の位置検出器７は、位置セ
ンサ４．８．４９（第４図（δ）参照）の光強度の差か
ら相対位置誤差を検出するので、これを零とするようＸ
およびＹ方向の移送量を制御することにより、差点ガイ
ドパターンに沿った姿勢制御機構の目的差点までの移送
が可能となる。相対位置誤差の検出に際しては、マトリ
クスボード毎に反射率基準パターンを利用して位置検出
器の検出感度を校正しているため、反射光強度の変動に
対し、高信頼な検出が可能となる。また、目標差点穴位
置近傍においては位置検出器により走査しつつ位置信号
を蓄積し、蓄積信号から差点中心を検出しているため、
差点ガイドパターンの局部的な反射率の変動に左右され
ない高信頼な差点穴位置検出が可能となる。更に、目標
差点中心に位置決めされた姿勢制御機構に対して、位置
センサ４８４９の差点ガイドパターン２５からの反射光
スポット位置が位置センサの中心にくるようΦおよび平
方向の姿勢を制御するので、ピン挿抜機構をマトリクス
ボード２面に垂直な方向に位置決めでき、座屈なきピン
挿抜を行なえる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による差点穴位置決め制御方
法では、ピン挿抜機構と一体に取り付けた位置検出器を
用いてマトリクスボード内の差点ガイドパターンに沿っ
て姿勢制御機構に搭載したピン挿抜機構を移送すること
ができるので、従来技術のようにマトリクスボード架、
移送機構、マトリクスボード等の自動接続替装置用機構
を高精度に加工する必要がない。この結果、装置コスト
の増大を伴うことなく、差点密度の向上を図れるという
効果がある。

また、マトリクスボード間での差点ガイドバクーンの反
射率の相違や腐食ガス、はこり等による反射率の劣化に
対して、各マトリクスボードの基準反射信号により、相
対位置誤差信号を校正することができるので、受光信号
の検出感度変動を抑制できるという効果がある。

さらに、差点マーク中心位置の検出においては、中心位
置近傍の光強度のデータを抽出し、特性曲線から中心位
置を決定することができるので、差点ガイドパターンの
局部的な反射率変動に左右されず、高信頼な差点マーク
中心位置の検出が可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動接続替装置の概略図、第２図（ａｌは差点
ガイドパターンの第１の実施例を説明するための説明図
、第２図中）はピン挿抜機構と差点大断面の位置関係を
説明するための説明図、第２図（ｃ）、（ｄ）は差点ガ
イドパターンの第２．第３の実施例を説明するための説
明図、第３図は校正回路の第１、第２の実施例を説明す
るための説明図、第４図ｉａ）は位置検出器の第１の実
施例を説明するための説明図、第４図（ｂｌはマトリク
スボードの拡大図、第４図ｔｅｌは第１の位置センサの
詳細図、第５図（８）は位置検出器の第２の実施例を説
明するための説明図、第５図（ｂ）はアクチュエータ駆
動回路の実施例を示す回路図、第５図（Ｃ）はフォーカ
スビーム形状を示す説明図、第６図１ａｌ、　（ｂ）は
位置検出器の第３の実施例を説明するための説明図、第
６図（Ｃ）は二次元ＰＳＤ上のビーム位置検出を説明す
るための説明図、第６図（ｄ３〜！ｇ＋は相対位置誤差
の検出方法を説明するための説明図、第６図（ｈ）、　
（１）は差点マーク中心の検出方法を説明するための説
明図、第７図ｆａ）はマトリクスボードの拡大図、第７
図（ｂｌは差点ガイドパターンと位置検出器の相対位置
誤差とセンサ出力の関係を説明するための説明図、第７
図（Ｃ）は差点ガイドパターンと位置検出器の相対位置
誤差とセンサ出力演算結果を説明するための説明図、第
７図（ｄ）は差点マーク中心と位置検出器の相対位置誤
差とセンサ出力の関係を説明するための説明図である。 １・・・姿勢制御機構、２・・・マトリクスボード、３
・・・移送機構、４・・・下部レール、５・・・上部レ
ール、６・・・架、７・・・位置検出器、８・・・ピン
挿抜機構、９・・・マトリクスボード架。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マトリクスボード上の差点ガイドパターンから位置検出
   器により位置情報を読み取りつつ任意の差点穴に位置決
   めし、前記差点穴に導通ピンを挿抜することにより信号
   路を形成、消滅する差点穴位置決め制御方法であって、
   マトリクスボード上に作成された反射率基準パターンに
   照射した光の反射を検出し、前記差点穴位置を示す差点
   マークの近傍を位置検出器で走査し、前記位置検出器の
   検出信号を蓄積し、前記蓄積された検出信号の極値を推
   定することを特徴とする差点穴位置決め制御方法。