JPH08320217A - 二次元傾きセンサ - Google Patents

二次元傾きセンサ

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JPH08320217A
JPH08320217A JP12827995A JP12827995A JPH08320217A JP H08320217 A JPH08320217 A JP H08320217A JP 12827995 A JP12827995 A JP 12827995A JP 12827995 A JP12827995 A JP 12827995A JP H08320217 A JPH08320217 A JP H08320217A
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直哉 江口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ディスク等の反射鏡面を有した被検出物体
の二次元の傾きを検出する二次元傾きセンサにおいて、
X軸方向及びY軸方向の各々の傾き角を正確に検出でき
るようにする。 【構成】 センサ本体内に発光光源1とこの光源1から
出て被検出物体で反射した光を受光する受光素子2を配
置する。また、受光素子2を光源1を通る直線(Y軸)
に対して対称に四つの受光部2a〜2dに分割するとと
もに、各受光部2a〜2dの全体にわたって、Y軸のセ
ンサ原点(O)から外側に向かって大きさが小から大と
なるような受光穴7aを有した遮光層7を設ける。そし
て、各受光部2a〜2dの出力から被検出物体の二次元
方向の傾き角をそれぞれ演算により検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に反射鏡面を有した
光ディスク等の被検出物体の二次元の傾きを検出する光
学式反射型の二次元傾きセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は光ディスク等の二次元の傾きを検
出する一般的な二次元傾きセンサ(二次元スキューセン
サ)の概略構成を示す斜視図である。この傾きセンサ
は、光学式反射型のセンサであり、LED(発光ダイオ
ード)等の発光光源1と四つの受光部2a〜2dに分割
された4分割受光素子2が本体3内に収納されている。
そして、4分割受光素子2の各受光部2a〜2dは、光
源1を通る直線(Y−Y´軸)に対して対称に配置され
ている。また、本体3の上部にはレンズ部4が設けら
れ、本体3の下部にはリード端子5が接続されている。
【0003】図8は上記発光光源1と受光素子2の位置
関係を示す図で(a)は等価回路、(b)はZ軸方向か
ら見た配置位置を示している。また、同図中の6はレン
ズ部4の上方の反射鏡面を有したCD(コンパクトディ
スク)等の被検出物体を示している。
【0004】上記構成の傾きセンサは、レンズ部4のZ
軸の上方に配置された物体6の二次元の傾きを検出でき
るようになっている。すなわち、光源1から出た光がレ
ンズ部4を通り、物体6の鏡面で反射して再びレンズ部
4を通って4分割受光素子2の各受光部2a〜2dに入
射する。そして、この各受光部2a〜2dの出力から上
記物体6のX−X´軸及びY−Y´軸に対する傾き角を
検出することができる。
【0005】例えば、図9の(a)に示すように物体6
がY−Y´軸に平行な軸を中心にΔθyだけ傾けた場
合、4分割受光素子2の各受光部2a〜2dの各出力を
それぞれa,b,c,dとすると、(a+c)−(b+
d)の演算を行うことによってその傾き角を検出するこ
とができ、したがって図9の(b)に示すように(a+
c)−(b+d)の検出信号から物体6のX−X´軸に
対する傾き角θyを検出することができる。
【0006】また、図10の(a)に示すように物体6
がX−X´軸に平行な軸を中心にΔθxだけ傾けた場合
は、同図の(b)に示すように(a+b)−(c+d)
の演算を行うことによって上記と同様傾き角θxを検出
することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の二次元傾きセンサにあっては、受光素子2
の各受光部2a〜2dがX−X´軸に対して対称ではな
いため、被検出物体6の傾き角を正確に検出することが
できないという問題点があった。
【0008】すなわち、被検出物体6がY−Y´軸に平
行な軸を中心に傾いた場合、(a+c)−(b+d)の
差出力は傾き角θyによって変化し、−方向と+方向で
出力の絶対値は対称となる。しかし、被検出物体6がX
−X´軸に平行な軸を中心に傾いた場合は、(a+b)
−(c+d)の出力は傾き角θxによって変化するが、
−方向と+方向で出力の絶対値は対称とはならない。
【0009】そして、上記被検出物体6が傾くにつれて
該被検出物体6で反射した光が再びレンズ部4に入射で
きなくなることと、被検出物体6が傾くことによって生
じる偏心の収差のため、受光素子2上の像が歪み、これ
が検出出力に影響を及ぼす。
【0010】上記の被検出物体6がY−Y´軸に平行な
軸を中心に傾いた場合、検出出力が−方向と+方向で対
称になるのは、本体3内の光源1及び4分割受光素子2
がY−Y´軸に対称であるためで、上述の歪みの影響が
−方向と+方向で同様に起こるためである。
【0011】また被検出物体6がX−X´軸に平行な軸
を中心に傾いた場合は、本体3内の光源1及び4分割受
光素子2がX−X´軸に対して対称でないため、被検出
物体6が−方向に傾いた場合と+方向に傾いた場合とで
上記の歪みの影響が異なる。特に、被検出物体6が+方
向に傾くにしたがって該被検出物体6で反射した光がレ
ンズ部4に入射できなくなり、出力a,b,c,dは小
さくなる。
【0012】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、受光素子の二次元の各±方向の出力に
良好な対称性を持たせることができ、被検出物体の二次
元方向の傾き角を正確に検出することが可能な二次元傾
きセンサを提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係る二次元傾き
センサは、被検出物体の二次元の傾きを検出する傾きセ
ンサにおいて、発光光源と、この光源から出て前記被測
定物体で反射した光を受光する受光素子を備え、該受光
素子は、前記光源を通る直線に対して対称に分割された
複数の受光部を有し、かつ前記直線の光源側より連続的
に光の透過度が増す密度勾配を持った遮光層が各受光部
の全体にわたって設けられ、前記受光素子の各受光部の
出力から被測定物体の傾きを検出するように構成したも
のである。
【0014】また上記構成の二次元傾きセンサにおい
て、受光素子の遮光層は、光源側より大きさが小から大
となる受光穴を有したもの、あるいは光源側より大きさ
が大から小となる遮光部を有したもの、あるいは光源側
より間隔が小から大となる線状の遮光部を有したもの、
あるいは光源側より幅が大から小となる逆三角形状の遮
光部を有したもので形成したものである。
【0015】
【作用】本発明によれば、受光素子が光源を通る直線に
対して対称に複数の受光部に分割され、かつ各受光部の
全体に光源側より連続的に光の透過度が増す遮光層が設
けられているので、被検出物体の二次元方向の各傾きに
対して受光素子の検出出力は±方向で対称となる。
【0016】
【実施例】図1は本発明の第1実施例による光学式反射
型の二次元傾きセンサの要部を示す平面図であり、図7
と同一符号は同一構成要素を示している。
【0017】図1において、1はLED等の発光素子か
らなる発光光源、2はこの光源1から出て光ディスク等
の被検出物体の反射鏡面(図示せず)で反射した光を受
光する4分割受光素子で、光源1を通る直線(Y−Y´
軸)に対して対称に分割された複数(ここでは四つ)の
受光部2a〜2dを有している。
【0018】また、7は上記光源1を通る直線の光源側
より連続的に光の透過度が増す密度勾配を持った遮光層
で、受光素子2の各受光部2a〜2dの全体にわたって
設けられている。本実施例では、この遮光層7は図示の
ように、光源側より大きさが小から大となる円形の受光
穴7aを有したものとなっている。図中の各受光部2a
〜2dの中の円形斜線部分は出力端子部であり、また周
囲の斜線部分は遮光部を示している。
【0019】なお、その他の構成は図7と同様であり、
光源1及び遮光層7を持った受光素子2は本体3内に収
納され、その上部にレンズ部4が設けられ、その上方に
被検出物体が位置するようになっている。また、リード
端子6の各受光部2a〜2dの出力から被検出物体の傾
きが検出されるように構成されている。
【0020】上記のように構成された二次元傾きセンサ
においては、上方の被検出物体がY−Y´軸に平行な軸
を中心に傾いた場合、その傾き角θyによって変化する
受光素子2の各受光部2a〜2dの差出力(a+c)−
(b+d)は−方向と+方向で出力の絶対値が対称とな
り、したがって正確な傾き角θyを検出することができ
る。
【0021】また、被検出物体がX−X´軸に平行な軸
を中心に傾いた場合、従来構成では差出力(a+b)−
(c+d)が−方向と+方向で絶対値が対称とならない
が、本実施例ではその特性から逆算して感度勾配を付け
た遮光層7を設けているので、検出出力が−方向と+方
向で対称となるように補正される。
【0022】すなわち、4分割受光素子2の四つの受光
部2a〜2d上に、Y−Y´軸に沿ってセンサ原点
(O)方向より外周方向に向かって密から粗となるよう
な連続的な密度勾配を持たせた遮光層7を設け、Y−Y
´軸に沿って連続的な感度勾配を持たせている。このた
め、図2に示すようにX−X´軸に対する傾き特性、つ
まり差出力(a+b)−(c+d)も−方向と+方向で
対称になり、傾き角θxを正確に検出することができ
る。
【0023】図3は本発明の第2実施例を示す平面図で
あり、図1と同一符号は同一構成要素を示している。本
実施例は、受光素子2の各受光部2a〜2d上に、Y−
Y´軸に沿ってセンサ原点(O)方向より外周方向に大
きさが大から小となる円形の遮光部7bを有した遮光層
7を設けたものである。
【0024】このような構成としても、上述の実施例と
同様X−X´軸に対する傾き特性が補正される。したが
って、受光素子2の二次元の各±方向の出力に良好な対
称性を持たせることができ、被検出物体の二次元方向の
傾き角θx,θyを正確に検出することができる。
【0025】また、図4及び図5は本発明の第3実施例
及び第4実施例を示す平面図である。図4に示す実施例
は、Y−Y´軸に沿ってセンサ原点(O)方向より外周
方向に向かって互いの間隔が小から大となるような線状
の遮光部7cを有した4分割受光素子2を設けた例、図
5に示す実施例は、同じくY−Y´軸に沿ってセンサ原
点(O)方向より幅が大から小となる逆三角形状の遮光
部7dを有した4分割受光素子2を設けた例である。
【0026】このような構成であっても、上述の各実施
例と同等の作用効果を得ることができ、受光素子2に感
度勾配を持たせることによるX方向及びY方向の良好な
±方向の対称性を得ることができ、正確な傾き角を検出
することができる。
【0027】ここで、上記4分割受光素子2の構造は、
図1及び図3〜図5に示すものに限らず、例えば図6の
(a)に示すように各受光部2A〜2Dが三角形となる
ように分割されたものであっても良い。この場合、図6
の(b)に示すように各受光部2A〜2Dの出力をA,
B,C,Dとすると、θy方向の差出力は(A−B)、
θx方向の差出力は(C−D)となる。
【0028】また、遮光層7の構造も図1及び図3〜図
5に示すものに限ることはなく、例えば図1の受光穴7
aや図3の遮光部7bの形状は四角形やその他の形状で
あっても良い。
【0029】なお、図1及び図3〜図5では遮光層7の
構造をわかり易くするために受光穴7a及び遮光部7
b,7c,7dの形状を受光素子2の大きさに比べて相
対的に大きく描いてあるが、実際にはこの受光穴7a及
び遮光部7b,7c,7dはかなり細かな形状となるも
のである。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被検出
物体からの反射光を受光する受光素子を、光源を通る直
線に対して対称に複数の受光部に分割し、かつ各受光部
の全体にわたって光源側より連続的に光の透過度が増す
遮光層を設けたため、受光素子の二次元の各±方向の出
力に良好な対称性を持たせることができ、被検出物体の
二次元方向の傾き角を正確に検出することができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例の要部を示す平面図
【図2】 第1実施例における検出信号を示す特性図
【図3】 本発明の第2実施例の要部を示す平面図
【図4】 本発明の第3実施例の要部を示す平面図
【図5】 本発明の第4実施例の要部を示す平面図
【図6】 4分割受光素子の他の構造例を示す説明図
【図7】 光学式反射型の傾きセンサの概略構成を示す
斜視図
【図8】 発光光源と受光素子の位置関係を示す説明図
【図9】 従来の傾き角検出の様子を示す説明図
【図10】 従来の傾き角検出の様子を示す説明図
【符号の説明】
1 発光光源 2 4分割受光素子 2a 受光部 2b 受光部 2c 受光部 2d 受光部 3 本体 4 レンズ部 6 被検出物体 7 遮光層 7a 受光穴 7b 遮光部 7c 遮光部 7d 遮光部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検出物体の二次元の傾きを検出する傾
    きセンサにおいて、発光光源と、この光源から出て前記
    被測定物体で反射した光を受光する受光素子を備え、該
    受光素子は、前記光源を通る直線に対して対称に分割さ
    れた複数の受光部を有し、かつ前記直線の光源側より連
    続的に光の透過度が増す密度勾配を持った遮光層が各受
    光部の全体にわたって設けられ、前記受光素子の各受光
    部の出力から被測定物体の傾きを検出することを特徴と
    する二次元傾きセンサ。
  2. 【請求項2】 遮光層は、光源側より大きさが小から大
    となる受光穴を有したものであることを特徴とする請求
    項1記載の二次元傾きセンサ。
  3. 【請求項3】 遮光層は、光源側より大きさが大から小
    となる遮光部を有したものであることを特徴とする請求
    項1記載の二次元傾きセンサ。
  4. 【請求項4】 遮光層は、光源側より間隔が小から大と
    なる線状の遮光部を有したものであることを特徴とする
    請求項1記載の二次元傾きセンサ。
  5. 【請求項5】 遮光層は、光源側より幅が大から小とな
    る逆三角形状の遮光部を有したものであることを特徴と
    する請求項1記載の二次元傾きセンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001095043A1 (en) * 2000-06-05 2001-12-13 Hideyuki Yoshikawa Remote control traveling device
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CN105928456A (zh) * 2016-04-18 2016-09-07 深圳市欢创科技有限公司 一种光学检测装置、系统及方法
CN107941207A (zh) * 2017-12-13 2018-04-20 北京京东方光电科技有限公司 陀螺仪、电子装置及检测角速度的方法

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