JPH09229615A - 位置検出装置および位置変化検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厳密な微調整が不要で低コストの部品を用
い、光源の取り付けができない対象物についても位置検
出および位置変化検出ができる位置検出装置および位置
変化検出装置を提供する。 【解決手段】 対象物の一部の領域に反射率の良い反射
領域２がある。光源１からの拡散光によって照射される
反射領域２が仮想的な光源となり、反射領域２の対象物
の位置を光電変換素子を内蔵する位置検出デバイス３に
よって検出する。位置検出デバイス３は、光電変換手
段，遮光手段などで構成され、光の直進性と光電変換素
子の特性を十分に生かしたものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の位置検出
および位置変化検出に関するものである。例えば、距
離、移動速度、物体形状の検出等、より具体的には、回
転物体の偏心や回転速度、ロボットの可動部の位置およ
び速度の制御、生産ライン上の部品の形状確認等、位置
検出および位置変化検出技術一般に広く利用することの
できる位置検出および位置変化検出に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の対象物の位置検出技術において
は、位置検出に対して過剰な性能とコストを必要とする
か、または、厳密な微調整を必要とする部品，装置類を
用いているのが現状である。例えば、従来、特開昭６０
−６０５０２号公報や特開昭６３−２３８５１０に記載
されているように、カメラを複数台用いるものがある。
しかし、カメラは、本来、画像を全て入力するための装
置であるにもかかわらず、単に発光領域を検出するため
だけに用いているため、余計なコストが必要であるばか
りでなく、画像処理による発光領域の抽出という複雑な
画像処理過程まで必要となる。

【０００３】特開平３−１９６３２６号公報に記載され
ているように、レンズと２分割ピンフォトダイオードを
用いるものもある。レンズについては、その構造上、焦
点を有するため、その焦点からはずれた距離にある発光
領域については、正確な３次元位置を検出することが困
難であり、収差の補正のための補正回路またはビットマ
ップ等が必要不可欠となる。もし、ズームレンズを用い
て正確な３次元位置を知ろうとすれば、位置検出時に焦
点合わせのための部品と焦点合わせの過程が必要とな
る。

【０００４】特開平３−１５０６２３号公報等に記載さ
れているように、複数の２次元ＰＳＤとピンホールを用
いて３次元空間で位置検出または形状測定をするものが
ある。ピンホールは、直進性の良好な光学部品として位
置づけられるが、通過する光量の絶対量が小さくなるた
め、原理的に光量を十分にとれず光源の出力または光電
変換素子の出力での増幅に負担がかかる。

【０００５】特開昭５４−１１６２５８号公報に記載さ
れているように、複数の１次元ＣＣＤを互いに直交方向
に対向させるものがあるが、１次元ＣＣＤを配置する位
置が限られてしまうため、検出装置の小型化および低コ
スト化が困難である。

【０００６】特開平６−４２９１９号公報に記載されて
いるように、ＰＳＤと遮光手段を用るものがある。ＰＳ
Ｄは、発光領域検出に適するが、２〜４個の各端子から
誤差のない正確な電流値を得るためには、均一性の高い
薄膜を得る必要がある。したがって、製造工程での歩留
りが低くなり、コストアップに大きく影響を与えている
ので、簡易なデバイスでの代替が求められている。さら
に、正確な電流値を得るためには、照射される光量を大
きくとる必要があり、特に光量を多く取れないピンホー
ルと組み合せた場合は非常に不利な状況となる。

【０００７】一方、３次元の位置検出技術として、商品
名「ＦＡＳＴＲＡＫ」（日商エレクトロニクス）、商品
名「３Ｄ ＭＯＵＳＥ」（旭エレクトロニクス）などが
商品として発売されている。商品名「ＦＡＳＴＲＡＫ」
は、磁場を用いるものであり、測定範囲が３ｍ程度と広
範囲であるが、測定範囲およびその２倍程度の距離内に
磁性体が存在する場合には、磁場が歪められ、補正不可
能な誤差が残るため、測定条件が限定される。商品名
「３Ｄ ＭＯＵＳＥ」は、超音波を用いるものである
が、周辺の物体からの超音波の反射によるノイズが多く
発生し、やはり測定条件が限定される。

【０００８】また、もう１つの大きな問題点として、光
によって３次元位置検出をする場合、回転物体や微小領
域等、光源の取り付けができない対象物については、位
置検出が不可能である。カメラの測距装置においては、
対象物からの反射光を利用して、比較的簡単な構造のデ
バイスによって距離を測定している。しかし、１次元位
置しか測定できず、３次元位置検出への拡張は簡単でな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、厳密な微調整が不要でかつ
低コストの部品を用い、光源を取り付けにくい対象物に
ついても位置検出および位置変化検出をすることができ
る位置検出装置および位置変化検出装置を提供すること
を目的とする。光の直進性と光電変換素子の特性を十分
に活かし、光源，光電変換素子，遮光手段などで構成さ
れる簡易なデバイスを使用して位置検出および位置変化
検出を行なうことができる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいては、位置検出装置において、光の照射を受ける対
象物の位置を該対象物からの反射光を少なくとも１つの
位置検出デバイスで検出する位置検出装置において、前
記位置検出デバイスは、前記対象物からの反射光を遮光
する遮光手段と、少なくとも１つの第１の光電変換手段
を有し、第１の光電変換手段は、前記遮光手段により前
記対象物の位置に応じて前記反射光の一部が遮光される
位置に設置されることを特徴とするものである。さら
に、請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載
の位置検出装置において、前記位置検出デバイスは、少
なくとも１つの第２の光電変換手段を有し、第２の光電
変換手段は、前記遮光手段により前記反射光が遮光され
ることのない位置に設置されることを特徴とするもので
ある。

【００１１】請求項３に記載の発明においては、位置検
出装置において、光の照射を受ける対象物の位置を該対
象物からの反射光を少なくとも１つの位置検出デバイス
で検出する位置検出装置において、前記位置検出デバイ
スは、対象物からの反射光を反射する反射手段と、前記
反射光を遮光する遮光手段と、少なくとも１つの第１の
光電変換手段を有し、第１の光電変換手段は、前記反射
手段または前記遮光手段の少なくとも１つの手段により
前記対象物の位置に応じて前記反射光の一部が反射また
は遮光される位置に設置されることを特徴とするもので
ある。さらに、請求項４に記載の発明においては、請求
項３に記載の位置検出装置において、前記位置検出デバ
イスは、少なくとも１つの第２の光電変換手段を有し、
第２の光電変換手段は、前記反射手段および前記遮光手
段により前記反射光が遮光および反射されることのない
位置に設置されることを特徴とするものである。

【００１２】請求項５に記載の発明においては、請求項
１ないし４のいずれか１項に記載の位置検出装置におい
て、前記光を照射する光源を有することを特徴とするも
のである。請求項６に記載の発明においては、請求項１
ないし５のいずれか１項に記載の位置検出装置におい
て、前記反射光の光電変換出力に基づいて前記対象物の
位置を演算する位置演算手段を有することを特徴とする
ものである。請求項７に記載の発明においては、請求項
１ないし６のいずれか１項に記載の位置検出装置におい
て、前記対象物の少なくとも一部に反射領域が設けら
れ、該反射領域で反射される反射光を前記少なくとも１
つの位置検出デバイスで検出することを特徴とするもの
である。

【００１３】請求項８に記載の発明においては、請求項
７に記載の位置検出装置において、前記対象物は感光体
であり、電子写真記録機構における位置検出装置である
ことを特徴とするものである。請求項９に記載の発明に
おいては、請求項７に記載の位置検出装置において、前
記対象物はレンズまたはレンズ支持体であり、レンズ移
動機構における位置検出装置であることを特徴とするも
のである。請求項１０に記載の発明においては、請求項
７に記載の位置検出装置において、前記対象物は透明基
板であり、前記透明基板の片面側に前記反射領域が設け
られ、前記透明基板の他面側に前記少なくとも１つの位
置検出デバイスが設けられることを特徴とするものであ
る。

【００１４】請求項１１に記載の発明においては、請求
項１ないし６のいずれか１項に記載の位置検出装置にお
いて、前記対象物自体の表面が反射表面であり、該反射
表面で反射される反射光を前記少なくとも１つの位置検
出デバイスで検出することを特徴とするものである。さ
らに、請求項１２に記載の発明においては、請求項１１
に記載の位置検出装置において、前記対象物は反射表面
を有する紙であり、紙の位置検出装置であることを特徴
とするものである。

【００１５】請求項１３に記載の発明においては、請求
項５または６に記載の位置検出装置において、前記対象
物の複数の領域を前記光源で順次照射する照射手段を有
し、順次の照射に同期して前記複数の領域の位置検出出
力を得ることを特徴とするものである。請求項１４に記
載の発明においては、請求項５または６に記載の位置検
出装置において、前記光源は前記対象物の複数の領域を
前記領域ごとに照射光の特性を異ならせて照射するもの
であり、前記反射光の特性に基づいて前記複数の領域の
位置検出出力を得ることを特徴とするものである。

【００１６】請求項１５に記載の発明においては、位置
変化検出装置において、請求項１ないし１４のいずれか
１項に記載の位置検出装置と、前記位置検出装置の出力
に基づいて前記対象物の速度，加速度，角速度等の位置
変化量を演算する位置変化演算手段を有することを特徴
とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明の位置
検出装置の概要説明図であり、図１は、拡散光を反射領
域に照射するものにおいて、図２は、細い光束を反射領
域に照射するものにおいて、図３は、対象物に複数の反
射領域があるものにおいて、光源、対象物の反射領域、
光電変換素子の位置関係を示す概要説明図である。図
中、１，５，７は光源、２，６，８は反射領域、３は位
置検出デバイス、４は小孔である。

【００１８】図１において、対象物の一部の領域に反射
率の良い反射領域２がある。光源１からの光は拡散光で
あり、その拡散光によって照射される反射領域２が仮想
的な光源となり、反射領域２の対象物の位置を光電変換
素子を内蔵する位置検出デバイス３によって検出する。

【００１９】光源１はスポット状の点光源またはこれに
近いものが望ましく、例えば、小型の赤外ＬＥＤを用い
る。光源は主に赤外光を発光するものがよい。赤外光は
一般的な作業環境において外乱光として比較的少ない波
長であり、さらに、位置検出デバイス３内の光電変換素
子の前に赤外透過フィルタを設ければ外乱光をより効率
よく除去する作用を有している。

【００２０】光源１をパルス点灯し、光パルスを所定周
期で発生させるように光強度変調すると、位置検出デバ
イス３内において光電変換素子の出力からオフセット成
分として現われるような外乱光の除去ができる。光源１
におけるパルスに同期して光電変換素子の出力を取り込
むと、外乱光の除去に一層好適である。

【００２１】反射領域２は、光を拡散するものが望まし
い。拡散しないで正反射により一定方向に偏った反射光
を発すると、その方向に光電変換素子がない場合に位置
検出ができない。反射板または反射塗料またはメッキが
対象物の少なくとも一部に設けられるか、対象物自体の
一部の表面または全表面が反射表面になっていてもよ
い。

【００２２】位置検出デバイス３としては、光源の位置
を検出できるものであれば、従来の位置検出デバイスを
用いることもできるが、本発明の実施の形態では、光の
直進性と光電変換素子の特性を十分に生かした簡易なデ
バイスの組合せからなるものを用いる。位置検出デバイ
ス３は、図４ないし図１１を参照して後述するため、こ
こでは要約して説明する。反射領域２からの反射光を光
電変換素子で受光すると、光電変換素子では、遮光手段
によって反射光の来る方向に依存して受光面積が変化
し、この面積に応じた光量を電圧に変換し、電圧値を演
算することによって、反射領域２の１次元位置や２次元
位置、３次元位置を検出することができる。

【００２３】受光量は、反射領域２の位置以外の要因で
ある、反射領域２と光電変換素子間の距離、反射光の方
向、反射率などに依存するため、基準となる光電変換素
子を設けることが望ましく、そのため、通常は、遮光手
段を設けない第２の光電変換素子を１個設けて、反射領
域２からの光を受光してこれを基準とする。特に、上記
複数の光電変換素子を略同一平面内に設置することによ
って、組立て時の位置合わせの簡略化および演算式の簡
素化を実現することができる。

【００２４】図２において、光源１からの出射光は絞り
等の小孔４で細い光束に絞られ、その光束上にある対象
物に反射領域２がある。出射光が細く絞られているた
め、反射領域２が広範囲にわたっていてもよく、出射光
を反射する対象物の位置を光電変換素子を内蔵する位置
検出デバイス３によって検出する。

【００２５】図３において、対象物の複数の一部領域に
反射領域２，６，８を設け、これらからの反射光によ
り、複数の反射領域２，６，８の位置を光電変換素子を
内蔵する位置検出デバイス３によって順次検出する。反
射領域が複数箇所にあるため、対象物の形状を測定する
こともできる。

【００２６】光源１で反射領域２を照射し、次に光源５
で反射領域６を照射し、最後に光源７で反射領域８を照
射する。光源側から同期信号を送るなどして、位置検出
デバイス３内またはこれに接続される情報処理装置にお
ける演算処理回路において、光源１，５，７の発光の切
換に対応して光電変換素子の出力の切換を行なうことに
より、対象物の複数の反射領域２，６，８の位置を個別
に検出する。あるいは、光源１，５，７の光の波長を異
ならせ、各反射領域２，６，８からの反射光の波長を変
え、位置検出デバイス３が光の波長ごとに位置検出して
もよい。例えば、カラーフィルタにより光源の波長を異
ならせたり、反射光の波長を選択することができる。

【００２７】パルス光を用いる場合には、光源１，５，
７のパルス周期を異ならせ、位置検出デバイス３内また
はこれに接続される情報処理装置において、パルス周期
ごとに光電変換素子の出力を分離することにより、対象
物の複数の反射領域２，６，８の位置を個別に検出する
ことが可能である。上述した光源の発光時点、光の波
長、パルス周期の中から、２つ以上を組み合わせて複数
の反射領域２，６，８の位置を個別に検出することも可
能である。

【００２８】３個の光源１，５，７を１個の光源に置き
換えることも可能である。例えば、１個の光源１の照射
方向をミラー等により走査して反射領域２，６，８を順
次照射するか、光源１の出射光を透過波長の異なる３個
のカラーフィルタに個別に通し、反射領域２，６，８ご
とに照射される光の波長を異ならせるか、反射領域２，
６，８ごとに反射面を着色し反射光の波長が異なるよう
にすればよい。

【００２９】図１ないし図３において、反射領域２に代
えて対象物に光源１を設け、位置検出デバイス３で光源
１の位置を検出しても対象物の位置検出および位置変化
検出ができる。これと比較して、反射領域２を用いるも
のでは、反射領域２に必要な大きさおよび形状が厳しく
なく、また、給電線や信号線などを必要としない。した
がって、対象物が小さくてもよく、対象物の任意の場所
に設けることも容易であり、また、移動物体や回転物体
など固定的に設置されていないものでも問題がない。そ
の結果、光源を取り付けにくい対象物についても位置検
出および位置変化検出が可能となる。

【００３０】図１ないし図３においては、光源１を位置
検出デバイス３から離して設置したが、両者を１つのパ
ッケージに収容し、さらに、プリント基板等へ実装する
ために従来のＩＣと同様の外部接続ピンを設けてもよ
い。典型的には、反射領域２を有する対象物，光源１，
位置検出デバイス３が固定的に設置される。しかし、反
射領域２と位置検出デバイス３間の相対位置を検出する
ものであるため、反射領域２を有する対象物が移動体
で、光源１および位置検出デバイス３を固定的に設置し
たり、反射領域２を有する対象物が固定され位置検出デ
バイス３が移動体側にあるものでもよい。光源１も固定
される必要はない。

【００３１】図１ないし図３においては、位置検出デバ
イス３を１個使用したが、複数個を併用し、複数の出力
を用いて位置検出精度を上げることもできる。位置検出
デバイス３内の光電変換素子の出力を比較して、その最
大値等の基準をもとに１つ以上の位置検出デバイスを選
出して、選出された位置検出デバイスが有する光電変換
素子の出力の平均値等の演算によって、前記反射領域２
の位置を求めることができる。

【００３２】さらに、位置検出デバイス３を用いて位置
の検出をし、所定時間後に再度位置の検出をすることに
より位置の変化が検出できる。同様にして、位置の検出
出力に基づいて反射領域２の速度，加速度，角速度等の
位置変化量を演算することができる。また、位置検出装
置を応用して、検出した対象物の反射領域２の位置をＣ
ＲＴ画面等にカーソル等として表示することができる。
その際、位置検出デバイス３内の光電変換素子の１個以
上の出力の合計または平均値等を演算し、その結果が予
め設定した値の範囲外となった場合に、カーソルの表示
を中止してもよい。

【００３３】次に、図４ないし図１１を参照して、位置
検出デバイス３の詳細を説明する。光源１と反射領域２
の記載は省略し、位置検出デバイス３から見たとき反射
領域２が実質的に光源となるため、これを光源１８とし
て説明する。

【００３４】図４は、位置検出デバイスの第１の基本構
成の平面図である。図５（Ａ）は、図４のｘ−ｙ平面の
断面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における光源と各部
の位置関係を示す説明図である。図６（Ａ）は、図４の
ｘ−ｚ平面の断面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）
における光源と各部の位置関係を示す説明図である。図
中、１１〜１３は第１の光電変換素子、１４は第２の光
電変換素子、１５〜１７は遮光板、１８は光源、１９は
原点である。

【００３５】この第１の基本構成は、光源１８からの光
を遮光する遮光板１５〜１７により光源１８の位置に応
じて光の一部が遮光される位置に、第１の光電変換素子
１１〜１３が設置される３次元位置検出装置である。さ
らに、遮光板１５〜１７により光源１８からの光が遮光
されることのない位置に、第２の光電変換素子１４が設
置されるものである。

【００３６】図４に示すように、説明を簡単にするた
め、３個の第１の光電変換素子１１〜１３と１個の第２
の光電変換素子１４が、同一のｙ−ｚ平面上に設置さ
れ、これらはｙ軸またはｚ軸方向に端を有する同一の矩
形であるとする。この平面からｘ方向に所定距離ｈだけ
離間した平面上に、第１の光電変換素子１１〜１３のそ
れぞれに対応して遮光板１５〜１７が設置され、これら
はｙ軸またはｚ軸方向に端を有する同一の矩形であると
する。

【００３７】第１の光電変換素子１１および遮光板１５
の組は、第１の光電変換素子１２および遮光板１６の組
とｙ軸方向に対向し、これに直交して、ｚ軸方向に第２
の光電変換素子１４と、第１の光電変換素子１３および
遮光板１７の組とが対向して設置されている。第２の光
電変換素子１４は、第１の光電変換素子１１〜１３と同
一の矩形とする。

【００３８】図５（Ａ），図６（Ａ）に示すように、光
源１８からの無指向性の光は、遮光板１５〜１７を介し
て第１の光電変換素子１１〜１３で受光され、遮光板１
５〜１７を介さずに第２の光電変換素子１４の全面で受
光される。このとき、第１の光電変換素子１１〜１３に
おいては、光の入射方向、言い換えれば、第１の光電変
換素子１１〜１３の各位置から光源１８を見たときの立
体角に依存して、遮光板１５〜１７の影になる遮光領域
が変化することにより、受光領域の面積が変化する。図
中、第１の光電変換素子１１〜１３の遮光領域は、黒く
塗りつぶされている。

【００３９】第１の光電変換素子１１〜１３は、この受
光面積に応じた総光量を電流または電圧に変換して出力
する。第１の光電変換素子１１〜１３の光電流を電流電
圧変換部を通して電圧に変換してもよい。各第１の光電
変換素子１１〜１３から得られる電流値または電圧値を
演算することによって、光源１８の１次元位置や２次元
位置、または３次元位置を検出することができる。第１
の光電変換素子の個数は、光源１８の１次元上の位置を
検出する場合には１個、２次元上の位置を検出する場合
には２個、３次元上の位置を検出する場合には３個でよ
い。

【００４０】本発明は、後述する他の実施の形態を含
め、レンズを用いないため、焦点距離や収差を考慮した
設計を必要とせず、組立て時の調整の困難さもない。ま
た、ピンホールやスリットとは異なり、単に第１の光電
変換素子１１〜１３の一端からの遮光という方法をとっ
ているため、受光面積を大きくとることができる。その
結果、光量も大きく、遠方を含む広範囲での位置検出を
行うことが可能となる。

【００４１】なお、図５（Ａ），図５（Ｂ）は、ｘ−ｙ
平面の断面図であるから、ｚ＝０である一断面を表わす
にすぎないが、ｘ−ｙ平面に平行な他の断面において
も、第１の光電変換素子１１，１２と、遮光板１５，１
６や光源１８との断面上の位置および角度関係は同様で
ある。光源１８の位置の座標は、図４においては（ｘ，
ｙ，ｚ）で表わされているが、このような断面上では、
光源１８の位置のｚ座標に無関係に位置および角度関係
が決まるため、図５（Ａ），（Ｂ）においては、光源１
８の位置の座標を（ｘ，ｙ）として示している。

【００４２】同様に、図６（Ａ），図６（Ｂ）は、ｙ＝
０であるｘ−ｚ平面の断面図であるが、ｘ−ｚ平面に平
行な他の断面においても、第１の光電変換素子１３と、
遮光板１７や光源１８との断面上の位置および角度関係
は同様である。光源１８の位置の座標も、このような断
面上では、ｙ座標に無関係に位置および角度関係が決ま
るため、図６（Ａ），（Ｂ）においては、光源１８の位
置の座標を（ｘ，ｚ）として示している。

【００４３】しかし、第１の光電変換素子１１〜１３の
受光面においては、受光領域においても、光源１８から
の距離および光の入射する方向、光源１８の照射光の強
度等に依存して単位面積当たりの光量が変化するため、
この変化も第１の光電変換素子１１〜１３の出力に表わ
れる。その結果、光の入射する方向と受光面積との関係
に基づいて光源１８の位置を検出する際には、誤差が生
じる。このため、光源１８からの光を全面で受光する第
２の光電変換素子１４が設置され、この出力を用いて、
光源１８からの距離および光の入射する方向、光源１８
の照射光の強度等に依存する単位面積当たりの光量の変
化等を補償することができる。

【００４４】なお、第１，第２の光電変換素子１１〜１
４の位置が若干異なるため、各受光面における、上述し
た光源１８からの距離等の相違に依存して、単位面積当
たりの光量が異なるが、これはわずかである。なお、こ
の実施の形態は、各受光面における光の入射する方向の
相違に依存して受光領域と遮光領域の面積比が変化する
ことを利用して位置を検出するものである。しかし、こ
の面積比は、距離ｈの存在により、各受光面における光
の入射する方向の相違に依存して大きく変化するため、
光の入射する方向の相違による単位面積当たりの光量の
変化の影響は相対的に小さくなる。

【００４５】図４に示すように、第１の光電変換素子１
１〜１３の原点１９側の端は、本来、原点１９に一致さ
せた方が演算が簡単になるが、第１の光電変換素子１１
〜１３は、それぞれある面積を有しているため、原点１
９から距離ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃だけ離れて設置されるもの
とする。また、第１の光電変換素子１１〜１３の原点１
９側の端とこれに対向する端との間の距離をＬとする。
第２の光電変換素子１４も、同一の矩形としているが、
後述するように必ずしもこの必要はない。原点１９から
原点１９側の端までの距離についても厳密な制約はな
く、第１の光電変換素子１１〜１３と同一の平面上にあ
る必要もなく、これらの近傍に設置されていればよい。

【００４６】図５（Ａ），図６（Ａ）に示すように、遮
光板１５〜１７は、各第１の光電変換素子１１〜１３か
らｘ軸方向に一定の距離ｈとなる平面上に設置され、図
４に示したように、ｙ軸またはｚ軸方向に端を有する同
一の矩形であり、遮光板１５，１６の原点１９側の端
は、原点１９からｙ軸方向に距離Ａ₁ ，Ａ₂ 、ｘ軸方向
にｈだけ離れて設置され、遮光板１７の原点１９側の端
は原点からｚ軸方向に距離Ａ₃ 、ｘ軸方向にｈだけ離れ
て設置される。なお、遮光板１５〜１７は十分薄くされ
るか、少なくともこれらの原点１９側の端が鋭いエッジ
状にされることが望ましい。

【００４７】また、第１の光電変換素子１１において、
受光領域と遮光領域の境界線は、原点よりｄ₁ の距離に
あるとする。同様に、第１の光電変換素子１２における
境界線は、ｄ₂ の距離、第１の光電変換素子１３におけ
る境界線は、ｄ₃ の距離にあるとする。したがって、光
がｙ−ｚ平面に垂直に入射するような、例えば、光源１
８が、原点１９を通りｙ−ｚ平面に垂直な軸上の十分遠
方にある場合には、光電変換素子１１〜１３の受光面上
が、それぞれ、原点１９からｄ₁ ＝Ａ₁ ，ｄ₂＝Ａ₂ ，
ｄ₃ ＝Ａ₃ の位置を境界線として、受光領域と遮光領域
に分けられることになる。

【００４８】次に、図５（Ｂ），図６（Ｂ）を用い、各
部の位置と光源１８の位置との関係を数式を用いて説明
する。光源１８から第１の光電変換素子１１〜１３への
光路を基に三角形の相似を利用して、境界線の原点から
の距離ｄ₁ 〜ｄ₃ を求める。まず、図５（Ｂ）におい
て、次式が成り立つ。

【００４９】（ｄ₁ −ｙ）／ｘ＝（ｄ₁ −Ａ₁ ）／ｈ （ｄ₂ ＋ｙ）／ｘ＝（ｄ₂ −Ａ₂ ）／ｈ これより、 ｘ＝−ｈ・ｙ／（ｄ₁ −Ａ₁ ）＋ｈ・ｄ₁ ／（ｄ₁ −Ａ₁ ） …（１） ｙ＝（ｄ₂ −Ａ₂ ）・ｘ／ｈ−ｄ₂ …（２） （２）式を（１）式に代入すると、 ｘ＝ｈ・（ｄ₁ ＋ｄ₂ ）／（ｄ₁ ＋ｄ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ） …（３） （３）式を（２）式に代入すると、 ｙ＝（Ａ₁ ・ｄ₂ −Ａ₂ ・ｄ₁ ） ／（ｄ₁ ＋ｄ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ） …（４） が得られる。このように、ｘ，ｙの座標が求まること
で、まず、ｘ−ｙ平面上の２次元での位置検出が可能と
なる。

【００５０】図６（Ｂ）においては、同様に、次式が成
り立つ。 （ｄ₃ ＋ｚ）／ｘ＝（ｄ₃ −Ａ₃ ）／ｈ これより、 ｚ＝（ｄ₃ −Ａ₃ ）・ｘ／ｈ−ｄ₃ …（５） （５）式を（３）式に代入すると、 ｚ＝（（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）・ｄ₃ −Ａ₃ ・（ｄ₁ ＋ｄ₂ ）） ／（ｄ₁ ＋ｄ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ） …（６） が得られる。

【００５１】また、各第１の光電変換素子１１〜１３の
出力をＶ₁ 〜Ｖ₃ とし、第２の光電変換素子１４の出力
をＶ₀ とする。第１，第２の光電変換素子１１〜１４の
出力は、それぞれの受光領域の面積に比例するから、次
式が成り立つ。 （ｄ₁ −ａ₁ ）／Ｌ＝Ｖ₁ ／Ｖ₀ （ｄ₂ −ａ₂ ）／Ｌ＝Ｖ₂ ／Ｖ₀ （ｄ₃ −ａ₃ ）／Ｌ＝Ｖ₃ ／Ｖ₀ これより、 ｄ₁ ＝Ｖ₁ ・（Ｌ／Ｖ₀ ）＋ａ₁ …（７） ｄ₂ ＝Ｖ₂ ・（Ｌ／Ｖ₀ ）＋ａ₂ …（８） ｄ₃ ＝Ｖ₃ ・（Ｌ／Ｖ₀ ）＋ａ₃ …（９） となる。

【００５２】（７）〜（９）式を（３）〜（６）式に代
入すると、 ｘ＝ｈ・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１０ ） ｙ＝（Ａ₁ ・Ｖ₂ −Ａ₂ ・Ｖ₁ ＋（ａ₂ ・Ａ₁ −ａ₁ ・Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１１ ） ｚ＝（（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）・Ｖ₃ −Ａ₃ ・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ） ＋（ａ₃ ・（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）−（ａ₁ ＋ａ₂ ）・Ａ₃ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１２ ） によって、ｘ，ｙ，ｚの座標が求まる。

【００５３】実際に、第１，第２の光電変換素子１１〜
１４の出力Ｖ₁ 〜Ｖ₄ を用いてｘ，ｙ，ｚ座標を求める
ための演算回路を実現する場合には、演算上の誤差を小
さくするために、第１の光電変換素子１１〜１３の原点
側の端部は、いずれもｘ−ｚ平面内の原点から一定の距
離ａの位置に配置し、遮光板１５〜１７の原点側の端
部、すなわち、第１の光電変換素子１１〜１３上に境界
線を投影する部分は、原点から平面内をｙ軸またはｚ軸
方向に一定の距離Ａにある点から、さらにこの面に垂直
なｘ軸方向にｈの位置に配置されるようにする。

【００５４】すなわち、 Ａ₁ ＝Ａ₂ ＝Ａ₃ ＝Ａ ａ₁ ＝ａ₂ ＝ａ₃ ＝ａ として、（１０）〜（１２）式を以下のように簡略化す
ることが望ましい。 ｘ＝ｈ・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋２ａ・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −（２Ａ−２ａ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１３） ｙ＝Ａ・（Ｖ₂ −Ｖ₁ ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −（２Ａ−２ａ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１４） ｚ＝Ａ・（２Ｖ₃ −（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −（２Ａ−２ａ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１５） と表すことができる。このように、各素子の配置を工夫
することによって、簡単な回路を用いて光源の３次元位
置の検出ができる。

【００５５】また、第１，第２の光電変換素子１１〜１
４の出力は、演算上の誤差を小さくするために、オペア
ンプで、増幅やオフセット除去を行うことが望ましい。
演算は、電流または電圧をＡ／Ｄ変換によりディジタル
量に変換してからディジタル演算を行なうか、または、
オペアンプ等を用いて電流または電圧のままアナログ演
算を行なってもよい。

【００５６】上述した説明では、演算を簡単にするた
め、第１，第２の光電変換素子１１〜１４が、同一平面
上に規則的に設置され、この平面から所定距離だけ離間
した平面上に遮光板１５〜１７が規則的に配置されたも
のについて説明したが、第１，第２の光電変換素子１１
〜１４は、必ずしも、同一平面上に規則的に配置される
必要はなく、遮光板１５〜１７についても同様である。
ただし、遮光板１５〜１７と第１の光電変換素子１１〜
１３とは、光源１８からの光の入射方向に応じ、光の一
部が遮光される位置、例えば、第１の光電変換素子上の
受光領域と遮光領域の面積が変化するような位置に設置
し、上述した式も配置に応じて変える必要がある。

【００５７】第１の光電変換素子１１〜１３は、必ずし
も同一の矩形である必要がない。遮光板１５〜１７につ
いても同様である。それぞれの形状および大きさが互い
に異なっていても、光源１８の位置からの光の入射方向
に応じて、受光領域と遮光領域の境界線が規則的に移動
するから、演算により光源１８の位置座標を求めること
ができる。光源１８からの光の入射方向に応じ受光面上
を受光領域と遮光領域との境界線が移動する際に、光の
入射方向に依存せずに、この境界線の形状が常に一定、
例えば、一定長の直線になるように、遮光板１５〜１７
および第１の光電変換素子１１〜１３の形状および設置
位置が定められていれば、上述した式を、そのままま
か、わずかに修正するだけで光源１８の位置座標を求め
ることができる。

【００５８】また、第２の光電変換素子１４は、受光領
域において光の入射方向に依存して単位面積当たりの光
量が変化することを補償するものであるから、どのよう
な形状でもよい。上述した（１３）〜（１５）式などに
おいては、第２の光電変換素子１４の受光面の面積に応
じて、係数（Ｖ₀ ／Ｌ）の値を変えるだけでよい。

【００５９】上述した説明では、第２の光電変換素子１
４を用いた場合を説明した。高精度で位置検出する場合
には、第２の光電変換素子１４が必要である。しかし、
第２の光電変換素子１４を用いなくても実用上差し支え
ない場合もある。単位面積当たりの光量があらかじめわ
かっている場合、例えば、光源１８の検出すべき位置が
狭い範囲に限られていたり、あるいは、光源１８の基準
位置からのわずかな相対位置変化を検出する場合などで
ある。逆に、光源１８の検出すべき位置が十分離れた数
カ所に限られており、位置検出精度が低くてもよい場合
には、第１の光電変換素子１１〜１３の出力変化が大き
く、単位面積当たりの光量の変化が誤差にしかならな
い。

【００６０】また、第１の光電変換素子１１と遮光板１
５の組と、第１の光電変換素子１２と遮光板１６の組
は、線対称に配置されている。この場合、光源１８が遠
方にあり、ｘ座標値が大きいときには、第１の光電変換
素子１１からみた光の入射角と第１の光電変換素子１２
から見た光の入射角が等しくなるため、第１の光電変換
素子１１上の受光部分の面積と第２の光電変換素子１２
の受光部分の面積の和が、入射方向にかかわらずほぼ一
定になり、第２の光電変換素子１４の受光部分の面積に
等しくなる。したがって、このようなときには、第２の
光電変換素子１４の出力Ｖ₀ に代えて、第１の光電変換
素子１１の出力Ｖ₁ と第２の光電変換素子１２の出力Ｖ
₂ の和を用いることもできる。現実には光源１８が十分
遠方にはないため、誤差が生じるが、位置検出精度が低
くてもよい用途には、この方法を用いることもできる。

【００６１】第１，第２の光電変換素子１１〜１４に
は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が用いられるが、
光電変換素子に限られず、光電変換手段であればよい。
また、１次元ＰＳＤの全電流を出力として用いることに
より、１次元ＰＳＤをフォトダイオード的に使用するこ
ともできる。

【００６２】一般的なフォトダイオードの光量の分解能
力は、１／３００００であるので、例えば６０ｃｍの距
離を０．０２ｍｍ／ｄｏｔ、６ｍの距離を０．２ｍｍ／
ｄｏｔという非常に高い密度で分解することができる。
光源１８からの光は、無指向性のものが望ましいが、指
向性があっても、指向特性が第１，第２の光電変換素子
１１〜１４の位置の差によってあまり変化しなければ、
わずかな誤差しか生じない。

【００６３】図７は、位置検出デバイスの第２の基本構
成の説明図であり、図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は
正面図である。図８は、図７の位置Ｃ−Ｃ’における部
分断面図および等価な部分断面図であり、図８（Ａ）は
光が遮光されるときの部分断面図、図８（Ｂ）は図８
（Ａ）に等価な部分断面図、図８（Ｃ）は光が反射され
るときの部分断面図、図８（Ｄ）は図８（Ｃ）に等価な
部分断面図である。図中、図４と同様な部分には同じ符
号を用いて説明を省略する。２１〜２３は反射兼遮光板
である。

【００６４】この第２の基本構成は、光源１８からの光
を反射または遮光する反射兼遮光板２１〜２３により光
源１８からの光の入射方向に応じて光の一部が反射また
は遮光される位置に、第１の光電変換素子１１〜１３が
設置される３次元位置検出装置である。さらに、反射兼
遮光板２１〜２３により光が遮光および反射されること
のない位置に、第２の光電変換素子１４が設置されるも
のである。

【００６５】図７（Ａ）に示すように、第１の光電変換
素子１１〜１３と第２の光電変換素子１４が、図４ない
し図６を参照して説明した第１の基本構成と同様の位置
に設置される。ただし、第１，第２の光電変換素子１１
〜１４の原点１９側の端とこれに対向する遠い端との間
の距離はいずれもＬ／２とする。第１の光電変換素子１
１〜１３の原点１９から遠い端に、各第１の光電変換素
子１１〜１３に対応して反射兼遮光板２１〜２３が設置
される。この位置は、原点１９からＡ₁ 〜Ａ₃の距離に
あるとする。

【００６６】この反射兼遮光板２１〜２３は、原点側が
反射面でこの反対側が遮光面である矩形の板状体であ
り、図７（Ｂ）に示すように、ｙ−ｚ平面に垂直なｘ軸
方向に設けられ高さをｈとする。第１の光電変換素子１
１および反射兼遮光板２１の組は、第１の光電変換素子
１２および反射兼遮光板２２の組とｙ軸方向に対向し、
これに直交して、ｚ軸方向に第２の光電変換素子１４
と、第１の光電変換素子１３および反射兼遮光板２３の
組とが対向して設置される。

【００６７】図８（Ａ），図８（Ｃ）に示すように、反
射兼遮光板２３は、第１の光電変換素子１３に対し、光
源１８が第１の光電変換素子１３側と反対側にあるとき
は遮光手段として作用し、光源１８が光電変換素子１３
側にあるときは反射手段として作用する。図示を省略す
るが、他の反射兼遮光板２１，２２も第１の光電変換素
子１１，１２に対し、同様に作用する。

【００６８】図８（Ａ）においては、光源１８からの光
は、反射兼遮光板２３を介して第１の光電変換素子１３
で受光される。このとき、第１の光電変換素子１３で
は、光の入射する方向に依存して遮光領域が変化するこ
とにより、受光領域の面積が変化する。図中、第１の光
電変換素子１３の遮光領域は黒く塗りつぶされ、受光領
域には受光面に沿って矢印が記入されている。なお、反
射兼遮光板２３は、両面が反射面であっても、第１の光
電変換素子１３に対して遮光板となる。第１の光電変換
素子１１〜１３は、この受光面積に応じた総光量を電流
または電圧に変換して出力する。

【００６９】このように、反射兼遮光板２３の第１の機
能は、光源１８からの光をその入射方向に依存した量だ
け遮光して、第１の光電変換素子１１〜１３で受光させ
ることであり、この第１の光電変換素子１１〜１３の出
力を読み取ることにより、光源１８の方向を知ることが
可能となる。

【００７０】図８（Ｃ）においては、光源１８からの光
は、反射兼遮光板２３を介して第１の光電変換素子１３
で受光される。このとき、第１の光電変換素子１３で
は、光の入射する方向に依存して反射光受光領域が変化
し、直接光および反射光により２重に受光する領域の面
積が変化する。第１の光電変換素子１３は、直接光およ
び反射光のそれぞれの受光面積の和に応じた総光量を電
流または電圧に変換して出力する。このように、遮光兼
反射手段２３の第２の機能は、光源１８からの光をその
入射方向に依存した量だけ反射して、第１の光電変換素
子１１〜１３に受光させることであり、この第１の光電
変換素子１１〜１３の出力を読み取ることによって、光
源１８の方向を知ることが可能となる。

【００７１】図８（Ｂ）は図８（Ａ）と等価である。図
８（Ｂ）においては、反射兼遮光板２３がなく、第１の
光電変換素子１３が遮光板１７の先まで延長されて長さ
が２倍のＬとなり、図８（Ａ）の反射兼遮光板２３の上
端と同じ位置に遮光板１７の原点側の端があるものとす
る。図８（Ａ）と同様に、光源１８からの光のうち一部
が遮光板１７で遮光され、第１の光電変換素子１３で受
光されて、その分の出力が第１の光電変換素子１３から
出力されることになる。図８（Ｄ）は、同様に、図８
（Ｃ）と等価であり、構成自体は図８（Ｂ）と同じであ
る。光源１８からの光のうち、図８（Ｃ）では反射兼遮
光板２３で反射されるべき光量が、延長された第１の光
電変換素子１３で受光され、その分の出力が加えられて
第１の光電変換素子１３から出力されることになる。

【００７２】図８（Ｂ），図８（Ｄ）における第１の光
電変換素子１３および遮光板１７は、図４ないし図６を
参照して説明した第１の基本構成における第１の光電変
換素子１３および遮光板１７と同様のものであるが、図
面上では、第１の光電変換素子１３の長さが２倍で面積
も２倍の関係になる。図示を省略するが、図７における
他の第１の光電変換素子１１，１２および反射兼遮光板
２１，２２についても、第１の基本構成における第１の
光電変換素子１１，１２および遮光板１５，１６と同様
の関係にある。

【００７３】しかし、図７，図８（Ａ），図８（Ｃ）に
示されたように、第１，第２の光電変換素子１１〜１４
の長さを、上述したように便宜的にＬ／２に定めれば、
第１の実施の形態の説明において得られた式において、
Ｖ₀ を２Ｖ₀ に置き換えることによって光源１８の位置
座標を求めることができる。もちろん、Ｌの具体的な数
値は任意である。

【００７４】なお、第２の光電変換素子１４の長さもＬ
／２に定めたが、第１の基本構成において説明したよう
に、もともと第２の光電変換素子１４の形状は任意であ
り、受光面積に応じて適宜係数を変更すれば同様の式を
用いて光源１８の位置座標を求めることができる。例え
ば、図８（Ｂ），図８（Ｄ）で示した等価な第１の光電
変換素子１３と同じ長さＬにすれば、上述した式をその
まま用いて光源１８の位置座標を求めることができる。

【００７５】この第２の基本構成においても、第１の基
本構成と同様に、第１，第２の光電変換素子１１〜１
４、特に第１の光電変換素子１１〜１３は、必ずしも同
一平面上に規則的に配置される必要はなく、反射遮光板
２１〜２３についても同様である。ただし、反射遮光板
２１〜２３と第１の光電変換素子１１〜１３とは、光源
１８からの光の入射方向に応じ、光の一部が反射または
遮光される位置、例えば、第１の光電変換素子１１〜１
３上の反射光受光領域または遮光領域の面積が変化する
ような位置に設置し、上述した演算式も配置に応じて変
える必要がある。

【００７６】同様に、第１の光電変換素子１１〜１３
は、必ずしも同一の矩形である必要がない。反射遮光板
２１〜２３についても同様である。それぞれの形状およ
び大きさが互いに異なっていても、光源１８からの光の
入射方向に応じて、反射光受光領域の境界線または遮光
領域の境界線が規則的に移動するから、演算により光源
１８の位置座標を求めることができる。

【００７７】光源１８からの光の入射方向に応じ受光面
上を反射光受光領域の境界線または遮光領域の境界線が
移動する際に、光の入射方向に依存せずに、この境界線
の形状が常に一定、例えば、一定長の直線になるよう
に、反射遮光板２１〜２３および第１の光電変換素子１
１〜１３の形状および設置位置が定められていれば、上
述した演算式をそのままか、わずかに修正するだけで光
源の位置座標を求めることができる。第２の光電変換素
子１４を用いなくても実用上差し支えない場合があるこ
とは、第１の基本構成の場合と同様である。

【００７８】反射兼遮光板２１〜２３は、第１の光電変
換素子１１〜１３の受光面積を実質的に２倍にするもの
であることがわかる。それに伴い、受光可能な光の入射
方向の角度範囲が拡大し、光源の位置検出可能な範囲が
拡大することになる。反射兼遮光板２１〜２３は、必ず
しも平面状で、かつ、第１の光電変換素子１１〜１３の
端部から受光面に対し垂直に設置される必要はない。し
かし、平面状でかつこのように設置されることにより、
光源１８の位置座標を求めるための演算式が簡単になる
という利点がある。

【００７９】また、図８（Ａ），図８（Ｃ）を参照して
説明したように、反射兼遮光板２１〜２３の反射および
遮光の機能は、光源１８の位置によっていずれか一方の
機能が働くものである。したがって、光源１８の検出す
べき位置の範囲があらかじめ限られている場合には、反
射兼遮光板２１〜２３の中には、実質的にいずれか一方
の機能しか果たさない場合がある。

【００８０】そのため、反射兼遮光板２１〜２３は、場
合により、３個の反射のみの手段、あるいは、３個の遮
光のみの手段、さらにまた、反射のみの手段と遮光のみ
の手段を適宜組み合わせたものとすることもできる。第
１の基本構成の遮光板１５〜１７も、遮光のみの手段の
一形態であるから、場合により、第２の基本構成におけ
る反射兼遮光板２１〜２３の一部を第１の実施の形態の
遮光板１５〜１７に置き換えることもできる。

【００８１】図４ないし図８を参照して、位置検出デバ
イス３の基本構成を説明したが、以下、この構成を多少
変形させた種々の構成について説明する。

【００８２】図９は、図４に示した第１の基本構成の第
１の変形例を説明する平面図である。図中、図４と同様
な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。３１は遮
光板である。この変形例は、図４ないし図６を用いて説
明した第１の基本構成における遮光板１５〜１７を原点
１９側に移動させ、さらにこれらを１枚の遮光板３１に
置き換えた位置検出デバイスである。

【００８３】この場合は、受光領域と遮光領域が図４な
いし図６の場合と逆になるだけであるから、同様の演算
によって、光源１８の３次元位置の座標を得ることがで
きる。なお、図４においても、遮光板１５〜１７をつな
いで１枚の遮光板にしたものに置き換えることもでき
る。例えば、矩形状の中心穴が開けられた額縁状の遮光
板に置き換え、この中心穴の下であって、光源１８から
の光がこの遮光板に遮られない位置に第２の光電変換素
子１４を設置してもよい。

【００８４】また、図９において、図示の遮光板３１お
よび第２の光電変換素子１４を取り除き、図示の遮光板
３１の位置に、これと同形状とした第２の光電変換素子
１４を設置することにより、遮光板３１と第２の光電変
換素子１４とを兼用することができる。あるいは、図示
の遮光板３１の上に、これ以下の大きさの第２の光電変
換素子１４を載せて設置してもよい。この場合、さらに
小型化が可能となる。なお、このような手法は、図４に
おいても可能であり、３個の遮光板１５〜１７の中の適
当な遮光板を選んで、これを第２の光電変換素子１４に
置き換えるか、この上に第２の光電変換素子１４を載せ
ればよい。

【００８５】図１０は、図４に示した第１の基本構成の
第２の変形例を説明する平面図である。図中、図４と同
様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。この実
施の形態は、図４〜図６を参照して説明した第１の基本
構成における、第１の光電変換素子１１〜１３とこれに
対応する遮光板１５〜１７の各１個を１組とし、この複
数組が互いに離されて設置され、さらに、各組に近接し
て、１個の第２の光電変換素子１４が個別に設置され、
合計３個の第２の光電変換素子１４を用いた位置検出デ
バイスである。

【００８６】第１の光電変換素子１１〜１３を互いに離
して設置することにより、各光電変換素子１１〜１３に
おいて、光源１８からの光の入射方向が比較的大きく異
なることになるため、位置検出の精度が向上する。しか
し、仮に第２の光電変換素子１４を１個のままにしてお
くと、第１の光電変換素子１１〜１３と第２の光電変換
素子１４との間でも、光源１８からの距離および光の入
射方向、光源１８の照射光の強度分布等が大きく異なる
ことになる。

【００８７】第１の基本構成においては、第２の光電変
換素子１４の出力を用いて、上述した光源１８からの距
離等に依存する単位面積当たりの光量の変化を補償して
いた。すなわち、第１の光電変換素子１１〜１３と第２
の光電変換素子１４の出力の比がそれぞれの照射面積ま
たは長さの比に相当することを利用して光源の位置を検
出していた。したがって、両者が離れていると、光源１
８からの距離等の相違によって位置検出の精度が劣化す
る可能性がある。

【００８８】そのため、この実施の形態では、第１の光
電変換素子１１〜１３のそれぞれに、個別に第２の光電
変換素子１４を隣接させ、第１の光電変換素子１１〜１
３の出力と、それぞれに近接した第２の光電変換素子１
４の出力とを組み合わせて演算することにより、第１の
光電変換素子１１〜１３の出力を正確に照射面積または
長さに関連づけることを可能とした。この場合、第１の
基本構成で説明した（７）〜（９）式までに用いたＶ₀
は、第１の光電変換素子１１〜１３に共通の値ではな
く、各々の場所にある個別の第２の光電変換素子１４の
出力を表わすことになる。したがって、この式以降の演
算式は修正されることになる。

【００８９】なお、この実施例においても、第２の光電
変換素子１４を遮光板１５〜１７と兼用させたり、遮光
板１５〜１７の上に載せることにより更に小型化が可能
となる。第１の光電変換素子，遮光板，全面で受光する
第２の光電変換素子からなる組が２組の場合は光源の２
次元位置を検出することができる。

【００９０】図１１は、図４に示した第１の基本構成に
おいて、第１の光電変換素子と遮光板の距離を変化させ
た場合の説明図であり、図１１（Ａ）は距離を長くした
場合、図１１（Ｂ）は距離を短くした場合の部分断面図
である。図中、図４と同様な部分には同じ符号を用いて
説明を省略する。いずれの場合も、光源１８からの光が
遮光板１５を介して第１の光電変換素子１１の全受光面
に照射されているときを図示している。

【００９１】このとき、光源１８は位置検出の限界位置
にあり、光源１８をこれ以上ｘ軸方向に接近させると、
第１の光電変換素子１１の遮光板１５側の端から光がも
れてしまい、位置検出が不可能となる。ただし、第１の
光電変換素子１１と遮光板１５の距離ｈを大きくした方
が検出感度が高い。したがって、図１１（Ａ）のよう
に、第１の光電変換素子１１と遮光板１５の距離ｈ₁ を
長くした場合は、ｘ₁ 以上の遠距離を検出するのに適
し、図１１（Ｂ）のように距離ｈ₂ を短くした場合は、
ｘ₂ 以上の近距離を検出するのに適している。例えば、
遮光板１５の位置の設定を変化させることによって、数
ｍ立方から数ｃｍ立方の範囲に存在する光源１８の位置
を、それぞれ、数１０μｍからサブμｍオーダーの高精
度で検出することが可能となる。

【００９２】したがって、第１の光電変換素子１１と遮
光板１５の距離をｈ₁ とした組とｈ₁ より短いｈ₂ とし
た組を同じ配列で近接設置して、各組の出力を手動また
は自動で切り換える位置検出装置とすることにより、遠
近両方の位置検出に対応できるようになる。あるいは、
第１の光電変換素子１１および遮光板１５の組が１組で
あっても、モータやプランジャ等により遮光板１５を動
かし、距離ｈの値を可変にしてもよい。他の第１の光電
変換素子と遮光板の組についても同様にして遠近両方の
位置検出に対応させることができる。光源１８の検出す
べき位置があらかじめ限られている場合には、第１の光
電変換素子１１〜１３のそれぞれから光源１８までの距
離の長さの程度に応じて、それぞれに対応する遮光板１
５〜１７の長さｈを個別に設定してもよい。

【００９３】次に、図１２ないし図２０を参照して、本
発明の位置検出装置または位置変化検出装置のより具体
的な実施の形態を説明する。

【００９４】図１２は、本発明の第１の実施の形態の説
明図であり、図１２（Ａ）は衝撃センサ，加速度セン
サ、図１２（Ｂ）は従来例の説明図である。図中、図１
と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。４
１は支持棒、４２は衝撃センサまたは加速度センサ、４
３は圧電素子である。この実施の形態は、衝撃センサま
たは加速度センサに代表される片持ちばりを用いたセン
サを、本発明の位置検出装置によってさらに高精度化し
た例である。衝撃センサは、物品に取り付けられ物品の
輸送時に衝撃が加わったかどうかを輸送後に検出するた
めのバッチとして用いられる。

【００９５】図１２（Ｂ）に示すように、従来の衝撃セ
ンサまたは加速度センサは、圧電素子４３などの積層構
造からなる片持ちばりを用いているために、その検出特
性が片持ちばりの材料や張り合わせの特性に大きく依存
しており、検出特性に極力影響を与えない材料を選択す
るか、または出力の補正が不可欠であった。さらに、圧
電素子４３の積層構造からなる場合には、１次元方向の
衝撃または加速度しか得られなかった。

【００９６】しかし、図１２（Ａ）に示すように、圧電
素子等を用いることなく自由な材質の支持棒４１によっ
て反射領域２を支持し、その位置を位置検出デバイス３
によって検出する。光源１および位置検出デバイス３を
１つにまとめ、これに反射領域２を先端の小部分に有し
た支持棒４１をケースに収納することにより衝撃センサ
または加速度センサ４２となる。反射領域２の位置の時
間的変化はＣＰＵ等による演算によって算出されるが、
このケース内に演算手段を内蔵するか、外部のパーソナ
ルコンピュータや専用の情報処理装置において演算する
ことができる。支持棒４１の材質に制限は少なく、また
１次元のみならず２次元方向の衝撃および加速度を検出
することが可能である。

【００９７】反射板を設ける代わりに、支持棒の先端部
自体が光を反射する表面を有していてもよい。もちろ
ん、反射領域２外の部分は測定用の光をなるべく反射し
ないようにすることが望ましい。なお、位置検出デバイ
ス３も比較的小さく形成できるため、位置検出デバイス
３と反射領域２の配置を逆にして、位置検出デバイス３
を支持棒４１に取り付けてもよい。

【００９８】また、図１２（Ｂ）の圧電素子４３の先端
に反射領域２を設け、光源１および位置検出デバイス３
を用いるとともに圧電素子４３も用いて衝撃センサまた
は加速度センサ４２としてもよい。この場合、異なる２
つの方法で衝撃や加速度を検出することができ、両者を
補完的に用いたり、一方で他方の校正をすることができ
る。

【００９９】図１３は、本発明の第２の実施の形態の説
明図であり、図１３（Ａ）は反射領域を感光ドラムの外
周面に設けたもの、図１３（Ｂ）は反射領域を感光ドラ
ムの側面に設けたもの、図１３（Ｃ）は反射領域を感光
ドラムの回転軸に設けたものの説明図である。図中、図
１と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。
５１は感光ドラム、５２は回転軸である。この実施の形
態は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真記
録機構への応用例であって、感光ドラムの動作測定など
に用いるものである。

【０１００】図１３（Ａ）においては、感光ドラム５１
の感光面上の一小部分に反射板等による反射領域２を設
け、感光ドラム５１とは非接触でこれに近接した位置に
光源１と位置検出デバイス３を設置し、感光ドラム５１
が回転して反射領域２が位置検出デバイス３に近づいた
時に反射領域２からの反射光によって、反射領域２の位
置を検出し、その値から感光ドラム１の角速度，偏心，
軸方向のずれ等の３次元の位置変化情報を演算して測定
することができる。なお、反射領域２の反射板を蛍光体
に置き換えることができる。感光ドラム５１の全面露光
の過程において、蛍光体が露光光源の照射を受けて発す
る蛍光を反射光とする。

【０１０１】反射領域２の位置は、図１３（Ｂ）に示さ
れるように感光ドラムの側面の一部分、または、図１３
（Ｃ）に示されるように感光ドラム５１の回転軸５２の
外周面の一部分に設置することもできる。反射領域２を
１箇所に設置した場合には、その１箇所での角速度、偏
心、軸方向のずれなどの測定を行うことができるが、反
射領域２を多数箇所に設置した場合は、感光ドラム５１
の全体での回転方向の速度、偏心、軸方向のずれを常時
測定することで、より詳細な測定が可能となる。 反射
板を設ける代わりに、反射領域２の感光ドラム５１また
は回転軸５２自体が光を反射する表面を有していてもよ
い。もちろん、反射領域２外の部分は測定用の光をなる
べく反射しないようにすることが望ましい。なお、位置
検出デバイス３と、反射領域２の位置を入れ替え、位置
検出デバイス３を感光ドラム５１側に設置することもで
きる。

【０１０２】図１４は、本発明の第３の実施の形態の説
明図である。図中、図１と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。６１は対象物である基板、６２は
ＰＡＤ、６３は検査用プローブである。この実施の形態
は、検査用プローブ６３への応用例であって、対象物で
ある基板６１と検査用プローブ６３の相対位置関係を検
出して位置合わせするものである。半導体のチップまた
はウエハを対象物である基板６１とすることができる。

【０１０３】対象物である基板６１上には所定の位置に
ワイヤボンディング用等のための金属のＰＡＤ６２と反
射領域２が設けられている。光源１からの光を反射させ
る反射領域２は、例えば、対象物である基板６１上にＰ
ＡＤ６２と同様な方法で形成されるか、別に貼り付けら
れた反射板であり、この位置を検査用プローブ６３の先
端または近傍に設けた位置検出デバイス３によって検出
し、ＰＡＤ６２と検査用プローブ６３との相対的な位
置、すなわち、水平面上の位置および垂直高さを測定す
る。同時に、測定値をフィードバックさせながら相対位
置を図示しない駆動装置によって変え、正確にプロービ
ングを行うことができ、検査用プローブ６３の先端がＰ
ＡＤ６２を切断してしまうようなことがない。

【０１０４】図１５は、本発明の第４の実施の形態の説
明図である。図中、図１，図１４と同様な部分には同じ
符号を用いて説明を省略する。６４はワイヤボンディン
グ用プローブ、６５はワイヤである。この実施の形態
は、ワイヤボンディング用プローブ６４への応用例であ
って、対象物である基板６１とワイヤボンディング用プ
ローブ６４の相対位置関係を検出し、ワイヤボンディン
グ時の位置合わせを行うものである。

【０１０５】ワイヤ６５が引き出されるワイヤボンディ
ング用プローブ６４の先端または近傍に光源１と位置検
出デバイス３が設けられ、位置検出デバイス３によっ
て、ＰＡＤ６２とワイヤボンディング用プローブ６４と
の相対位置を測定し、測定値をフィードバックさせなが
ら相対位置を図示しない駆動装置によって変え、正確に
ワイヤボンディングを行うことができる。

【０１０６】図１４または図１５において、反射領域２
を複数箇所に設けることもできる。この場合、対象物で
ある基板６１のねじれを検出することができる。反射領
域２を検査用プローブ６３またはワイヤボンディング用
プローブ６４側に、位置検出デバイス３を対象物である
基板６１側に設けることも可能である。また、光源１は
位置検出デバイス３側に設けたが、別の部分に設けても
よい。ＰＡＤ６２など対象物である基板６１上に比較的
光を反射させやすい部分がある場合には、これを反射領
域２とすることも可能である。

【０１０７】なお、類似の応用例として、検査用プロー
ブ６３を一般的な製造ラインにおいても使用される作業
用ロボットの可動アームに置き換えると、可動アームの
位置検出および位置制御に用いることができる。

【０１０８】図１６は、本発明の第５の実施の形態の説
明図である。図中、図１と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。７１は透明基板、７２は低反射
膜、７３は保護膜、７４はステッパのステージ、７５は
遮光フードである。この実施の形態は、ＴＦＴ液晶製造
用等の半導体プロセスへの応用例であり、ステッパのア
ライメント用等の装置に用いるものである。

【０１０９】従来は、図示を省略するが、透明基板を保
持するステッパのステージの近辺にレーザ光等の光源を
設置し、特定形状の光束を基板に照射し、その照射した
光束（マーク）と基板上に作製済のマークとを、顕微鏡
に取り付けたＣＣＤカメラで撮影し、これらの位置合わ
せを、自動画像処理と目視による画面確認によって行っ
ていた。しかし、単に位置合わせを行うために、レーザ
光の精密な出射方向の制御と、カメラでの撮影と画像処
理という複雑な過程を経ている上に、これを目視により
確認して正常と判断すれば確認信号を入力しなければな
らない。この方法によっても、制御可能な精度はサブμ
ｍ程度である。本発明の位置検出装置によれば、簡易な
手段と、簡単な演算回路によって同様のサブμｍ程度の
精度を可能にする。

【０１１０】ＴＦＴ液晶はガラス基板上に形成される。
このようなガラス基板等の透明基板７１上に反射膜が形
成されこれを反射領域２とする。反射領域２は、ガラス
基板上の複数箇所に設けてもよく、この場合には３点，
８点といった多点位置検出ができる。この反射面は反射
膜の下面、つまり透明基板７１に接する側にあり、透明
基板７１側から入射した光を拡散する。透明基板７１を
載せているステッパのステージ７４の上面に凹部が設け
られ、ここに光源１と位置検出デバイス３が透明基板７
１とは非接触で設置され、光源１から反射領域２に光を
照射し、反射光を光電変換素子を有する位置検出デバイ
ス３によって検出し、仮想的な光源としての反射領域２
の３次元位置を読み取る。

【０１１１】このようにして、２次元平面での透明基板
７１のアライメント、および透明基板７１の垂直方向の
浮きの量を検出する。なお、透明基板７１と位置検出デ
バイス３とが接触していても位置検出できる。光源１は
反射領域２が存在する範囲にのみ光を照射させる遮光フ
ード７５または反射鏡を有してもよい。

【０１１２】反射領域２となる反射膜の作製は、半導体
プロセスなどにより、まず、アルミニウム等、反射率が
高く光が拡散しやすい膜をガラス等の透明基板７１上の
所定の領域にパターニングする。ＴＦＴ液晶製造の場合
には、ゲート電極のメタル作成と同時に行なうこともで
きる。光を拡散しやすくするために、透明基板７１の表
面に細かい凹凸を設けてもよい。次に、反射膜がその後
の工程において、エッチング等により変質および形状変
化を起こさないように、保護膜７３としてポリイミド等
を積層する。

【０１１３】さらに、その上に低反射膜７２を積層すれ
ば、反射膜以外からの反射光が位置検出デバイス３内の
光電変換素子に到達することを避けることができる。低
反射膜７３が保護膜としても使える場合には、保護膜７
２は省略することもできる。これらの膜の作製は、少な
くとも、アライメントが必要となる露光工程より前に行
う必要がある。また、透明基板７１から離れた場所で、
これらの反射領域２等を作製して、後で透明基板７１と
貼り合わせることも可能である。

【０１１４】さらに、アライメントを行う度に透明基板
７１を光学的に同一の状態に保ち、各アライメントの工
程において高精度な位置合わせを行うことができる。こ
のためには、照射光および反射光の光路となる領域の傷
や汚れを避けることが必要であり、アライメントおよび
露光の工程はもちろん、他の工程においても、この光路
にあたる領域に接触する治具がないようにプロセスを設
計する必要がある。また、アライメント工程の前に十分
な洗浄を行い、透明基板７１の裏面の汚れを落とすこ
と、および、反射領域２や保護膜７３、低反射膜７２な
どが、次工程によって変質したり剥離したりしないよう
なプロセスの選択が必要となる。

【０１１５】また、反射領域２以外からの迷光の入射を
避けるために、反射領域２から位置検出デバイス３内の
光電変換素子へ至る光路上に、光源１から照射される光
の波長を選択的に透過するフィルタを設けることが望ま
しい。また、空気と透明基板７１の界面を光が通過する
ため、これらの屈折率差の補正が必要となる。ただし、
ステッパのステージ７４側に設けられた光源１および位
置検出デバイス３内の光電変換素子を、透明基板７１と
同様の屈折率の材料で覆って、反射光が通過する空気の
層を極力薄くするか接触させてなくすことにより、この
補正を不要とすることも可能である。

【０１１６】図１７は、本発明の第６の実施の形態の説
明図である。図中、図１と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。８２，８４はレンズ、８１，８３
はレンズ支持体である。この実施の形態は、複写機、フ
ァックシミリ、プリンタ、カメラ、望遠鏡、光ディスク
ドライブ等における、レンズ機構への応用例であって、
レンズ８２，８４またはレンズ支持体８１，８３の動作
測定等に用いるものである。

【０１１７】２枚のレンズ８２，８４が、それぞれ、レ
ンズ支持体８１，８３に取り付けられ、水平方向に所定
間隔で置かれ、それぞれ、レンズ移動機構により水平移
動し両者の相対位置が変化する。レンズ支持体８１，８
３の一小部分に、反射板を取り付けるなどして反射領域
２を設置し、これらと近接した位置に、それぞれ、光源
１と位置検出デバイス３を設置する。反射領域２はレン
ズ８２，８４の端部に設けてもよい。レンズ８２，８４
およびレンズ支持体８１，８３が移動した時に、各反射
領域２からの反射光により、レンズ支持体８１，８３の
位置を検出し、その値からレンズ８２，８４またはレン
ズ支持体８１，８３の位置を測定する。

【０１１８】さらに、位置の時間変化を演算することに
より、速度、加速度等の位置変化に関する３次元の情報
を測定することもできる。これらによって、レンズ８
２，８４の位置を定量的に解析することができるので、
位置ずれなどのトラブルを未然に発見することができ、
このずれ量をフィードバックすることにより位置ずれを
なくすこともできる。

【０１１９】また、ズームレンズ機構においてレンズ位
置の検出をすることができる。レンズ８２，８４を垂直
面内において移動させるレンズ移動機構においては、レ
ンズ８２，８４の各中心軸のずれを検出して中心軸を合
わせることもできる。なお、レンズ移動機構は、一方側
のみに取り付けられてもよく、この場合は、本発明を用
いてレンズ８２，８４間またはレンズ支持体８１，８３
間の相対距離を検出することができる。

【０１２０】図１８は、本発明の第７の実施の形態の説
明図である。図中、図１と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。９１はリング状パイプ、９２は支
柱、９３は回転角等の検出センサである。この実施の形
態は、小さな回転物体への応用例であって、回転物体の
位置、オイラー角などの回転角、角速度、角加速度等を
測定するものである。

【０１２１】透明な中空のリング状パイプ９１に液体ま
たは気体を封入し、この中に反射領域２となる光反射性
の物体として、ウエイトまたは浮きを入れ、この物体の
回転運動を、支柱９２に光源１とともに取り付けられた
位置検出デバイス３によって検出する。反射領域２とな
る物体を除く部分が回転するときにこの物体が静止して
いるようにすれば、これらの部材を収納して回転角等の
検出センサ９３となり、このセンサが取り付けた物体の
回転角等を検出することができる。光源１は位置検出デ
バイス３と離して設置してもよく、光源１を回転角等の
検出センサ９３外に設け、この中へ光を照射するように
してもよい。

【０１２２】従来は磁気センサによりオイラー角などの
測定を行っていたため、測定範囲に存在する磁性体によ
り磁場が歪められて補正不可能な誤差が残ることが常識
であったが、光による測定のため、このような誤差は存
在せず、しかも簡易に測定することが可能となる。ただ
し、リング状パイプ９１に封入した液体または気体の特
性に依存して、反射領域２である物体の運動に慣性力が
含まれてしまうため、例えば、半径の異なるリング状パ
イプ９１をいくつか用意し、それぞれに入れられた反射
領域２となる物体の抵抗を変え、順次反射領域を照射す
ることにより、慣性による移動量を補正することも可能
である。

【０１２３】図１９は、本発明の第８の実施の形態の説
明図である。図中、図１と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。１０１は紙である。この実施の形
態は、複写機、ファックス、プリンタ等における、紙送
り機構への応用例であって、紙または紙送り機構の位置
検出や動作測定を行なうものである。

【０１２４】紙１０１の紙面の縁または角といった端部
近傍を反射領域と見なして、紙面の端部に近接した位置
に光源１と位置検出デバイス３を設置し、紙１０１が移
動して紙面の端部が位置検出デバイス３に近づいた時に
紙１０１からの反射光によって、紙面の端部の位置を検
出し、その値から紙１０１の位置、速度、加速度等に関
する３次元の情報を測定する。この例では、光源１から
の光がスポット状であり、この光を反射する反射領域の
面積が紙１０１の移動ととも変化するがこれは誤差とし
て扱うことができる。

【０１２５】紙１０１が紙送り機構によって供給される
ものであれば、紙１０１の位置情報などから、紙送り機
構の動作測定を行なうことができる。また、紙送り機構
自体に反射領域を設ければ、図１４における対象物であ
る基板６１と同様に紙送り機構の位置検出を行なうこと
もできる。

【０１２６】これらによって、単に紙送り不能のトラブ
ルの検出にとどまらず、紙１０１のずれの方向やその大
きさ、および紙の浮きの量についても知ることができる
ので、トラブル対策のための情報を提供し、かつ、トラ
ブル発生前に発生の危険性を知ることも可能となる。も
ちろん、紙送り機構の制御の際の紙１０１または紙送り
機構の位置検出などに用いることもできる。

【０１２７】図２０は、本発明の第９の実施の形態の説
明図である。図中、図１と同様な部分には同じ符号を用
いて説明を省略する。１１１はレーザ光源、１１２は反
射面を有する対象物体である。この実施の形態は、物体
形状の測定への応用例であって、物体の形状を位置検出
デバイスで検出するものである。接触測定の不可能な遺
物や柔らかい物質などの３次元形状測定が可能となり、
形状が時間的に変化してもよい。

【０１２８】レーザ光源１１１から発する細く絞られた
光をスキャンして、拡散性の反射面を有する対象物体１
１２に照射することにより、その反射光を光電変換素子
を有する位置検出デバイス３で検出して物体の３次元形
状を検出する。スキャンには、例えば、ミラーを用いる
ことができる。スキャンと同期する信号を位置検出デバ
イス３内または外部に設けられた演算手段に出力して、
レーザ光の照射角度と演算された位置との対応をとって
もよい。

【０１２９】光源としては、直進性がよく細い光束のも
のがよいが、ＬＥＤ光をレンズで収束したものでも、図
２に示した小孔４を用いて細い光束に絞られたものでも
よい。非接触で、位置検出およびその時間変化である速
度、加速度等３次元での測定ができる。

【０１３０】最後に、位置検出精度の向上対策について
説明する。広範囲で高精度の３次元位置検出を行うため
には、本発明の位置検出デバイス３のユニットを複数個
設けることが望ましい。そして、最も光源１との距離が
近く、高精度で位置検出を行えるユニットを選ぶ。その
ために、例えば、各ユニットの全面照射を受ける図４等
に示した第２の光電変換素子１４の出力の中から、出力
が最大となるユニットを選び、そのユニットを用いて３
次元位置を検出することができる。選ぶユニットは１つ
に限らず、例えば、出力の大きい方から２〜３を選ん
で、そこから得られた３次元位置の平均値を求めるよう
にしてもよい。

【０１３１】また、図４等に示した第１，第２の光電変
換素子１１〜１４のそれぞれの端部近傍の受光面におい
ては、素子の中央部等の他の部分に比べ、光電変換出力
のリニアリティが劣るなど精度劣化要因を有する場合が
ある。このような場合には、端部から精度劣化要因を有
する部分までの受光面に接して遮光板を設けるか、精度
劣化要因を有する受光面に遮光塗料を塗布するなどし
て、精度劣化要因となる部分を用いずに位置検出を行う
ことが可能となる。

【０１３２】本発明の位置検出装置は、発光源により照
射される反射領域を対象物に設けることにより、一般的
な１次元ないし３次元位置検出装置、さらには、位置変
化検出装置となる。図示を省略するが、通常用いられる
ボールペンまたはこれと同様な形状のペンや、指示棒に
反射領域を設けてもよい。例えば、ペン筺体や指示棒の
先端部またはこの近傍を反射領域とする。バーチャル・
リアリティ関連の技術への応用も可能であり、例えば、
使用者の体の一部に反射領域を設けることにより、体の
動きや身ぶりを検出する入力装置となる。このように、
一般的な物体または反射領域を取り付けた物体の３次元
位置および運動の速度や方向、または、一般的な物体の
３次元形状を測定することが可能になり、広く、３次元
計測の分野に応用することができる。

【０１３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、位置検出デバイスが、対象物
からの反射光を遮光する遮光手段と、少なくとも１つの
第１の光電変換手段を有し、第１の光電変換手段が、遮
光手段により対象物の位置に応じて反射光の一部が遮光
される位置に設置されることから、厳密な微調整が不要
であり、光電変換手段，遮光手段などで構成される簡易
なデバイスを使用して位置検出を行なうことができると
いう効果がある。対象物からの反射光を受光するもので
あるため、光源を取り付けにくい対象物についても位置
検出をすることができるという効果がある。

【０１３４】請求項２に記載の発明によれば、位置検出
デバイスが、少なくとも１つの第２の光電変換手段を有
し、第２の光電変換手段が、遮光手段により反射光が遮
光されることのない位置に設置されることから、光源か
らの距離および光の方向、光源の照射光の強度等に依存
する単位面積当たりの光量の変化などを補償することが
できるという効果がある。

【０１３５】請求項３に記載の発明によれば、位置検出
デバイスが、対象物からの反射光を反射する反射手段
と、反射光を遮光する遮光手段と、少なくとも１つの第
１の光電変換手段を有し、第１の光電変換手段が、反射
手段または遮光手段の少なくとも１つの手段により対象
物の位置に応じて反射光の一部が反射または遮光される
位置に設置されることから、請求項１に記載の発明と同
様の効果に加え、反射手段によって第１の光電変換手段
の実質的な受光面積が増加するため、受光可能な光の方
向が拡大し、光源の位置検出可能な範囲が拡大されると
いう効果がある。

【０１３６】請求項４に記載の発明によれば、位置検出
デバイスが、少なくとも１つの第２の光電変換手段を有
し、第２の光電変換手段が、反射手段および遮光手段に
より反射光が遮光および反射されることのない位置に設
置されることから、請求項２に記載の発明と同様の効果
がある。

【０１３７】請求項５に記載の発明によれば、光を照射
する光源を有することから、あらかじめ光源と位置検出
デバイスの位置関係が定まるため、位置検出装置の設置
場所を決めることが容易であるという効果がある。請求
項６に記載の発明によれば、反射光の光電変換出力に基
づいて対象物の位置を演算する位置演算手段を有するこ
とから、容易に位置を検出することができるという効果
がある。請求項７に記載の発明によれば、対象物の少な
くとも一部に反射領域が設けられ、反射領域で反射され
る反射光を少なくとも１つの位置検出デバイスで検出す
ることから、対象物から反射光を容易に得ることができ
るという効果がある。

【０１３８】請求項８に記載の発明によれば、対象物が
感光体であり、電子写真記録機構における位置検出装置
であることから、感光体の回転位置を容易に検出できる
という効果がある。請求項９に記載の発明によれば、対
象物がレンズまたはレンズ支持体であり、レンズ移動機
構における位置検出装置であることから、レンズまたは
レンズ支持体の位置を容易に検出できるという効果があ
る。請求項１０に記載の発明によれば、対象物が透明基
板であり、透明基板の片面側に反射領域が設けられ、透
明基板の他面側に少なくとも１つの位置検出デバイスが
設けられることから、反射領域に対し透明基板をはさん
だ場所において透明基板の位置を容易に検出できるとい
う効果がある。

【０１３９】請求項１１に記載の発明によれば、対象物
自体の表面が反射表面であり、反射表面で反射される反
射光を少なくとも１つの位置検出デバイスで検出するこ
とから、付加的に反射板，反射塗料，メッキ等を用いる
ことなく対象物自体の特徴を利用して反射領域を設ける
ことができるという効果がある。請求項１２に記載の発
明によれば、対象物は反射表面を有する紙であり、紙の
位置検出装置であることから、紙の位置を容易に検出で
きるという効果がある。

【０１４０】請求項１３に記載の発明によれば、対象物
の複数の領域を光源で順次照射する照射手段を有し、順
次の照射に同期して複数の領域の位置検出出力を得るこ
とから、複数の領域の位置を容易に検出できるという効
果がある。請求項１４に記載の発明によれば、光源が対
象物の複数の領域を領域ごとに照射光の特性を異ならせ
て照射するものであり、反射光の特性に基づいて複数の
領域の位置検出出力を得ることから、複数の領域の位置
を容易に検出できるという効果がある。

【０１４１】請求項１５に記載の発明によれば、請求項
１ないし１４のいずれか１項に記載の位置検出装置と、
この位置検出装置の出力に基づいて対象物の速度，加速
度，角速度等の位置変化量を演算する位置変化演算手段
を有することから、対象物の位置変化量を容易に検出す
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】 拡散光を反射領域に照射するものにおいて、
光源、対象物の反射領域、光電変換素子の位置関係を示
す概要説明図である。

【図２】 細い光束を反射領域に照射するものにおい
て、光源、対象物の反射領域、光電変換素子の位置関係
を示す概要説明図である。

【図３】 対象物に複数の反射領域があるものにおい
て、光源、対象物の反射領域、光電変換素子の位置関係
を示す概要説明図である。

【図４】 位置検出デバイスの第１の基本構成の平面図
である。

【図５】 図４のｘ−ｙ平面の断面図および光源と各部
の位置関係を示す説明図である。

【図６】 図４のｘ−ｚ平面の断面図および光源と各部
の位置関係を示す説明図である。

【図７】 位置検出デバイスの第２の基本構成の説明図
である。

【図８】 図７の位置Ｃ−Ｃ’における部分断面図およ
び等価な部分断面図である。

【図９】 図４に示した第１の基本構成の第１の変形例
を説明する平面図である。

【図１０】 図４に示した第１の基本構成の第２の変形
例を説明する平面図である。

【図１１】 図４に示した第１の基本構成において、第
１の光電変換素子と遮光板の距離を変化させた場合の説
明図である。

【図１２】 本発明の第１の実施の形態の説明図であ
る。

【図１３】 本発明の第２の実施の形態の説明図であ
る。

【図１４】 本発明の第３の実施の形態の説明図であ
る。

【図１５】 本発明の第４の実施の形態の説明図であ
る。

【図１６】 本発明の第５の実施の形態の説明図であ
る。

【図１７】 本発明の第６の実施の形態の説明図であ
る。

【図１８】 本発明の第７の実施の形態の説明図であ
る。

【図１９】 本発明の第８の実施の形態の説明図であ
る。

【図２０】 本発明の第９の実施の形態の説明図であ
る。

【符号の説明】

１，５，７，１８…光源、２，６，８…反射領域、３…
位置検出デバイス、４…小孔、１１〜１３…第１の光電
変換素子、１４…第２の光電変換素子、１５〜１７，３
１…遮光板、２１〜２３…反射兼遮光板、４１…支持
棒、４３…圧電素子、５１…感光ドラム、５２…回転
軸、６１…対象物である基板、６３…検査用プローブ、
６４…ワイヤボンディング用プローブ、７１…透明基
板、７４…ステッパのステージ、８２，８４…レンズ、
９１…リング状パイプ、１０１…紙、１１１…レーザ光
源、１１２…反射面を有する対象物体。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の照射を受ける対象物の位置を該対象
   物からの反射光を少なくとも１つの位置検出デバイスで
   検出する位置検出装置において、前記位置検出デバイス
   は、前記対象物からの反射光を遮光する遮光手段と、少
   なくとも１つの第１の光電変換手段を有し、第１の光電
   変換手段は、前記遮光手段により前記対象物の位置に応
   じて前記反射光の一部が遮光される位置に設置されるこ
   とを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記位置検出デバイスは、少なくとも１
   つの第２の光電変換手段を有し、第２の光電変換手段
   は、前記遮光手段により前記反射光が遮光されることの
   ない位置に設置されることを特徴とする請求項１に記載
   の位置検出装置。
3. 【請求項３】 光の照射を受ける対象物の位置を該対象
   物からの反射光を少なくとも１つの位置検出デバイスで
   検出する位置検出装置において、前記位置検出デバイス
   は、対象物からの反射光を反射する反射手段と、前記反
   射光を遮光する遮光手段と、少なくとも１つの第１の光
   電変換手段を有し、第１の光電変換手段は、前記反射手
   段または前記遮光手段の少なくとも１つの手段により前
   記対象物の位置に応じて前記反射光の一部が反射または
   遮光される位置に設置されることを特徴とする位置検出
   装置。
4. 【請求項４】 前記位置検出デバイスは、少なくとも１
   つの第２の光電変換手段を有し、第２の光電変換手段
   は、前記反射手段および前記遮光手段により前記反射光
   が遮光および反射されることのない位置に設置されるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記光を照射する光源を有することを特
   徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の位置
   検出装置。
6. 【請求項６】 前記反射光の光電変換出力に基づいて前
   記対象物の位置を演算する位置演算手段を有することを
   特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の位
   置検出装置。
7. 【請求項７】 前記対象物の少なくとも一部に反射領域
   が設けられ、該反射領域で反射される反射光を前記少な
   くとも１つの位置検出デバイスで検出することを特徴と
   する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の位置検出
   装置。
8. 【請求項８】 前記対象物は感光体であり、電子写真記
   録機構における位置検出装置であることを特徴とする請
   求項７に記載の位置検出装置。
9. 【請求項９】 前記対象物はレンズまたはレンズ支持体
   であり、レンズ移動機構における位置検出装置であるこ
   とを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
10. 【請求項１０】 前記対象物は透明基板であり、前記透
    明基板の片面側に前記反射領域が設けられ、前記透明基
    板の他面側に前記少なくとも１つの位置検出デバイスが
    設けられることを特徴とする請求項７に記載の位置検出
    装置。
11. 【請求項１１】 前記対象物自体の表面が反射表面であ
    り、該反射表面で反射される反射光を前記少なくとも１
    つの位置検出デバイスで検出することを特徴とする請求
    項１ないし６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
12. 【請求項１２】 前記対象物は反射表面を有する紙であ
    り、紙の位置検出装置であることを特徴とする請求項１
    １に記載の位置検出装置。
13. 【請求項１３】 前記対象物の複数の領域を前記光源で
    順次照射する照射手段を有し、順次の照射に同期して前
    記複数の領域の位置検出出力を得ることを特徴とする請
    求項５または６に記載の位置検出装置。
14. 【請求項１４】 前記光源は前記対象物の複数の領域を
    前記領域ごとに照射光の特性を異ならせて照射するもの
    であり、前記反射光の特性に基づいて前記複数の領域の
    位置検出出力を得ることを特徴とする請求項５または６
    に記載の位置検出装置。
15. 【請求項１５】 請求項１ないし１４のいずれか１項に
    記載の位置検出装置と、前記位置検出装置の出力に基づ
    いて前記対象物の速度，加速度，角速度等の位置変化量
    を演算する位置変化演算手段を有することを特徴とする
    位置変化検出装置。