JPS6027923B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無接触で所望の被側体の位置を検出可能にする
装置、特に、被測体上に異なった方向から第１と第２の
光東を投射し、この第１と第２の光東に夫々対応する被
榎山体からの第１と第２の反射光東を、光東入射位置に
対応する信号を形成する光電式位置検知手段の受光面上
に入射せしめる様にすると共に、少なくともこの受光面
上で第１と第２の反射光東が明滅する様になし、そして
この際、光電式＆贋検知手段が形成する信号差から被測
体の位置を検出できる様にした装置に関する。

この種の位置検出装置の一つが米国特許第３，８３６，
９１９号明細書に開示されている。

この刊行物に記載の装置の１つは、光電式位置検知手段
の受光面の像を被測体側空間に結像するレンズ系の外側
の対称な方向から２つの光東を被測体側空間に、上記受
光面で交叉する様に交互に投射する様になっている。こ
の装置は上述の如く２つの光東をレンズ系の外側の対称
な方向から被灘体に光東を投射する様になっている為、
レンズ系を介して彼損山体からの反射光を受光する光電
式位置検知手段には正反射光は入射せず、従ってこの装
置では被測体が鏡面をもつものには適用できず、又、例
え被側体が粗面を持つものでも受光される光量は少ない
という欠点をもつている。一方、上記刊行物の他の装置
では、被測体側空間の一点で交叉する様にレンズ系を介
して交互に２つの光東を投射する様になっているが、こ
の装置では上記しンズ系に関して上記光東の交叉位置と
光函式位置検知手段の受光面位置とが共役関係にない為
、やはり上述と同じ欠点があるばかりでなく、更に上述
の如く共役関係にない為に、光電式位置検知手段の受光
面上に形成される光スポットはかなりぼやけたものにな
ってしまい、従ってスポット位置の正確な検出も期し難
いという欠点もある。本発明は上記の様な従来装置の欠
点を解決する事を主たる目的とするもので、鏡面、粗面
何れを有する被測体に対しても適用でき、又光電式位置
検知手段の受光面上に形成される光スポットの光量も多
く、且つ十分鮮明な光スポットが形成され得る様にした
位置検出装置を提供しようとするものである。

この為、本発明の位置検出装置は、受光面上での光東の
入射位置に対応した信号を形成する光電式位置検知手段
、この光電式位置検出手段の受光面の像を被榎ｑ体の配
置される空間に結像する結像手段、この結像手段の光路
中に配置された光東分割手段、この光東分割手段を介し
、上記結像手段の光路を通して上記被測体の配置される
空間の光電式位置検知手段受光面の嫁位置で交叉する様
投射される第１と第２の投射光東を形成する投射光東形
成手段、この第１と第２の投射光東が夫々被測体で反射
され、上記結像手段と光東分割手段を介して光電式位置
検知手段の受光面に入射する第１と第２の反射光東を少
なくとも上記受光面上で交互に明滅せしめる光束明滅手
段、この交互に明滅する第１と第２の反射光東に夫々対
応して、上記光軍式＆直検知手段が形成する信号の差異
を検出する信号差異検出手段を備えた構成になっている
。以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。第１
図、第２図は本発明の実施例に使用される位置検出光電
素子の一例の説明図である。

Ｄはその素子で、第１図の如く２つの端子に抵抗Ｒと電
圧計Ｍとを接続し、受光面〇に微小径の光スポットを入
射せしめた時、電圧計Ｍに示される素子Ｄの出力を第２
図に示した、即ち、第２図で×は素子受光面■′上での
光スポットの位置座標を示し、Ｙは素子○の出力を示す
。座標Ｘ，，Ｘ２の間では光スポットの入射位置の変化
に対して素子出力は十分線型に変化し、従ってこのＸ，
，Ｘ２間で利用される事が望ましい。尚、斯様な位置検
出光亀素子は１９５７年４月刊の雑誌Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｏｆｔｈｅｍＥ４７４〜４８３頁、１９７６年３月
刊の雑誌凶ｓｅｒＦＭ雌３８〜４０頁等に記載されたも
のがある。或いは、太陽電池の受光面に１方向に関して
連続的に、好ましくは線型的に透過率の変化する光学フ
ィルターを密着せしめた構成の素子等も使用できる。次
に第３図は本発明の一実施例の光学系の説明図である。

１は細い平行光東Ｌを形成する光源、例えばレーザーで
ある。

２は光東Ｌを第１と第２の光東Ｌ，Ｌに分割するハ−フ
ミラーであり、分割された一方の光東Ｌ２はミラー３に
よって偏向せしめられ、光東Ｌ，と平行になる。

４はハ−フミラーであり、上記第１と第２の光東Ｌ，Ｌ
２を半光量宛反射、透過せしめる。

このハーフミラ‐４によって後述の様に素子○の受光面
〇の共役位置近傍から正反射光を検出可能とするもので
ある。反射された第１と第２の光東Ｌ，Ｌ２はしンズ５
によって、このレンズ５の前側焦点位置Ｆ５に収畝せし
められる。尚、レンズ５はその光軸に関して対称な点に
第１と第２の光東Ｌ，Ｌ２が入射する様配置されている
。６はしンズであり、第１と第２の光東Ｌ，Ｌ２か，後
述の被測体を反射して形成された光東がハーフミラー４
を通過後入射する位置に配置されている。

即ち、レンズ６はその光軸が、レンズ５のハーフミラー
４における透過光軸と一致する（第３図の場合）様にか
、又はレンズ５のハーフミラー４における反射光軸と一
致する様に配置されている。尚、後者の場合は、レンズ
５及び被測体は言う迄もなく、ハーフミラー２、ミラー
３からの光東Ｌ．，Ｌ２がハーフミラー４を透過した光
路中に配置されるものである。位置検知光電素子Ｄは、
その受光面〇がレンズ６の後側焦点Ｆ６面上にある様に
、配置されている。

従って、素子Ｄの受光面〇の像が、レンズ６，５によっ
てレンズ５の前側焦点面上、即ちレンズ５による第１，
第２光東Ｌ，Ｌ２の収鉄交叉位置に形成される。７はビ
ームチョツパーであり、ハーフミラー２、ミラー３とハ
ーフミラー４との間の光路において第１と第２の光東Ｌ
，Ｌ２を交互に周期的に遮断する。

この為にチョッパー７は第４図に示す様に等間隔に配さ
れた等幅の奇数枚の羽根とこの羽根と等幅の奇数の開□
部を有し、第１と第２の光東Ｌ，，Ｌ２の闇の中央に軸
を有するモーター８で定速回転せしめられている。この
チョツパー７の回転によってハーフミラー４には、従っ
て又レンズ５には第１と第２の光東Ｌ，，−が交互周期
的に入射し、光東Ｌ，，Ｌ２はしンズ５の前側焦点に向
けてレンズ５の光軸に関して対称な異なった方向より交
互周期的に指向する。尚、９，１０は、ハーフミラー４
を透過、又は反射してレンズ５の側に、従って被榎山体
側空間に指向しない第１と第２の光東Ｌ，，Ｌを受光し
、電気信号を形成する光電素子である。

さて、０は被渡正体であり、入射光を正反射する鏡面を
有しているものとする。

そして被測体○はしンズ５からの第１と第２の光東Ｌ，
，−が入射する範囲及びその近傍の面内では十分な平面
性を有していると見なしてよいものとする。被測体○が
レンズ５の焦点Ｆ５の位置にある時、即ち、レンズ５を
通った第１，第２光東Ｌ，Ｌがレンズ５の光軸に関して
対称な方向から収数交叉する位置に被測体０がある時、
上記第１，第２光東Ｌ，セが被測体○で夫々正反射する
事によって形成された第１と第２の反射光東１，，１２
は、レンズ５を逆進し、ハーフミラー４を透過した後レ
ンズ６によって位置検出光電素子○の受光面Ｄ′上の同
一点（受光面Ｄ′の中央）に収歓せしめられる。

これは上記受光面〇と上記被測体○がレンズ５，６より
成る光学系に関して共役の関係にあるからである。又被
測体○がレンズ５の焦点Ｆ５の位置から前後に変位して
いる時、第１と第２の光東Ｌ，Ｌ２は被測体○上の異な
った点に入射する。そしてこの際正反射された第１，第
２の反射光束１′，，１′２はしンズ５を逆進してハー
フミラー４を透過した後レンズ６によって位置検出光電
素子○の受光面〇上の異なった点に入射せしめられる。
光東１′，，１′２の上記受光面〇上でのスポット位置
は、夫々光東Ｌ，，Ｌ２が被測体○を反射後遺過するレ
ンズ５の前側焦点面上の位置、又は光東Ｌ，Ｌ２が被測
体○を反射後そこから射出したと見なせるレンズ５の前
側焦Ｖ点面上の位置のレンズ５，６から成る光学系によ
る結像位置である。ここで被測体○のレンズ５の前側焦
点Ｆ５位置からの変位量を△、位置検出光電素子受光面
〇上での第１，第２反射光東スポット間々隔をど、レン
ズ５，６の焦点距離を夫々ｆ５，ｆ６、第１，第２光東
Ｌ，Ｌのレンズ５への入射前の間隔をｄとした際のも／
ｄをＦとすると、△＝きＦ号 ‘１１ なる関係が成立する。

Ｆ，ｆ５，Ｗま前もって設定されているからごを知れば
、△を知る事ができる。（尚、ご，△に関しては互いに
対称して正、負の符号を定めれば良い。例えば第３図の
如く、被測体○がレンズ５の焦点Ｆ５より前に変位して
いる時△は正で、これに対応して第３図の受光面Ｄ′上
で光東１′，が光東１′２より下になる時のどを正とす
る。）【１１式は被測体が鏡面の場合についてであり、
粗面の場合については者千修正を要する。

前述した様に、レンズ５の焦点位置Ｆ５としンズ６の焦
点位置Ｆ６、即ち位置検出光電素子の受光面Ｐ′は共役
関係にあるから、レンズ６の焦点面Ｆ６の受光面上での
光量分布はしンズ５の焦点面Ｆ５上での光量分布と１対
１に対応する。

被測体が鏡面の場合は、正反射光のみ形成される為、第
１，第２反射光東はしンズ５の焦点面Ｆ５では、被灘体
上で２光東の間隔の２倍の間隔をもっている。被測体が
粗面の場合反射光が散乱する為、この散乱状態により△
が等しくても両Ｆ５上での光量分布は異なる。しかし散
乱状態が同一であれば、△とごは一定の関係が成立する
。‘１｝式の右辺に比例係数ｋを掛けた次式が成立する
。△＝Ｋ●さす肌 ｛１１′ Ｋは被測体の粗面の状態で決まる定数である。

鏡面の時はＫ＝１である。被測体が入射光東の入射角に
依らずに垂直（完全拡散面に対して）な方向に一番強く
反射し垂直からの反射角度のこ対して放射強度がｃｏｓ
のこ比例する性格を有する完全拡散面の場合は、Ｋ＝２
となる。斯くして被測体が粗面であっても、鏡面の場合
と同様な事が言え、この際鏡面についての‘１１式の右
辺に上記比例定数Ｋをかけたものを指定すれば良い。さ
て、前述の如く第１と第２の光東Ｌ，，セはハーフミラ
ー４に入射前にチョツパー７で交互周期的に遮蔽される
。

従って、位置検出光電素子受光面Ｄ′上で第１，第２の
反射光東は交互周期的に明滅する。それ故、第２図で説
明した事から明らかになる様に、素子Ｄの出力は前記ｚ
に対応して従って又、前記△に対応して時間的に変動す
る。これを第１図の装置で測定すると第５図に示した様
な波形が得られる。第５図では横軸に時間Ｔ、縦藤に素
子Ｄの出力Ｖをとった。実線の出力は△＝０（従ってご
＝０）、鎖線の出力は△キ０（従ってご±０）の時に対
応し、Ｖｏの出力は第１，第２反射光束１，，１２が素
子受光面Ｄ′の同一の点に入射した際の出力、Ｖ，，Ｖ
２の出力は、夫々第１，第２反射光東１′，，１′２が
素子受光面〇の異なった点に入射した時の出力である。
明らかに（Ｖ，一Ｖ２）等素子Ｄの出力変動差を検出す
れば被頚９体○の変位量△を検出する事が可能になる。
第６図に第３図光学系の位置検出光電素子Ｄの形成した
信号を処理する系を示した。１１，１２は増幅器で位置
検出光電素子Ｄの２つの端子からの出力を夫々増幅する
。

増幅器１１，１２からの出力は夫々２つに分割されて、
夫々差動増幅器１３と加算用増幅器１４とに印加される
。

増幅器１３は増幅器１１の出力信号と増幅器１２の出力
信号との差に対応する信号を形成し、増幅器１４の信号
は増幅器１１，１２の夫々の出力信号の和に対応する信
号を形成する。１５は割算器で、増幅器１３の出力信号
を増幅器１４の出力信号で割算したものに対応する信号
を形成する。

この様に差動増幅器１３、加算用増幅器１４、割算器１
５を使用する事によって、割算器１５の出力を、光源の
出力変動、或いは被榎ｑ体の反射特性の変動等によって
生ずる受光素子Ｄ上での入射光東光量の変動に無関係に
安定せしめる事ができる様になる。割算器１５の出力を
第７図ｄに示した。Ｖ．は第１反射光東に対応する出力
、Ｖ２は第２反射光東に対応する出力である。（尚、第
７図では機軸に時間Ｔを、縦軸に信号レベルをとってい
る。）割算器１５の出力は２つに分割されて、夫々単安
定マルチバイブレーター２０，２１からの矩形波信号が
伝えられている間、割算器１５からの出力を夫々ラッチ
メモリー２２，２３に伝達するゲート１６，１７に印加
される。

上記ゲート１６，１７の開閉を夫々制御する単安定マル
チバイブレーター２０，２１は、夫々第３図の光電素子
９，１０の出力の印加される検出器１８，１９の出力を
受ける事によって制御される。即ち、検出器１８，１９
は夫々微分回路と、これに接続された正電圧のみを抽出
するダイオードとを有し、各々光電素子９，１０にハー
フミラー４を透過した第１，第２光東Ｌ，Ｌが入射した
時形成される出力の立上り時を検出し、この立上り時に
短パルスを形成して夫々単安定マルチバイブレーター２
０，２１に印加するものである。そして単安定マィチバ
ィブレーター２０は上記素子９の出力の立上り時、即ち
、第１光東Ｌ．が被側体０に入射し始めた時、即ち第７
図ＡのＶ，レベルの信号が形成され始めた時から、所定
時間遅れた時より、チョッパー７による第１光東が遮蔽
され始める時の所定時間前迄の時間継続する短形波信号
を形成する。（第７図Ｂ）単安定マルチパイプレータ−
２１も上を同様に第２光東Ｌ２がチョツパー７によって
光略を開かれ始めた時から、所定時間遅れた時より、チ
ョッパー７により第１光東が遮蔽され始める時の所定時
間前迄の時間継続する矩形波信号を形成する。（第７図
Ｂ）単安定マルチパイプレータ−２１も上と同様に第２
光東Ｌ２がチョツパ−７によって光路を開かれ始めた時
から所定時間遅れた時より、遮蔽され始める時の所定時
間前迄の時間継続する矩形波信号を形成する。（第７図
Ｃ）従って、ゲート１６は光東Ｌに対応する信号、即ち
第７図ＡのＶ，レベルの信号を第７図Ｂの矩形波信号の
存在する間、ラッチメモリー２２に伝達し、ゲート１７
は、光東Ｌに対応する信号、即ち第７図のＶ２レベルの
信号を第７図Ｃの矩形波信号の存在する間ラツチメモリ
ー２３に伝達する。尚、第７図Ｂ、Ｃの様な信号を用い
るのはチョッパー７の回転によって同時に第１，第２の
両光東Ｌ，，Ｌ２が被測体に入射した場合等に素子○が
形成する様な不都合な信号を排除する為である。処で、
ラツチメモリ−２２，２３には、記憶信号を消去し、次
に印加される信号を記憶する体制をとる為、リセツト信
号が印加されるが、このリセット信号は、前記の検出器
１９からの信号を受け、第２光東Ｌ２が被測体に入射し
始めた時より所定時間経過した前記の第７図Ｃの矩形波
信号立下り時点の更に後の時点から、チョッパー７が第
２光東しを遮蔽し始める所定時間前の時点迄の間で短パ
ルス（第７図Ｄ）を形成する単安定マルチバイブレータ
ー２４によって形成される。即ち単安定マルチバイブレ
ーター４の形成する上記パルス信号がメモリー２２，２
３をリセットする。従ってラッチメモリ２２，２３は夫
々第７図Ｅ，Ｆの様な信号を差動増幅器２５に印加する
。この差敷増幅器２５はラッチメモリー２２からの信号
からラツチメモリー２３からの信号を減算したものに対
応する信号、即ち第１光東Ｌに対応する信号から第２光
東Ｌ２に対応する信号を減算したものに対応する信号を
形成するものである。差動増幅器２５の出力はゲート２
６に印加される。

このゲート２６は単安定マルチバイブレーター２７の形
成する矩形波信号の存在する間、差動増幅器２５の出力
をラッチメモリー２８に伝達する。上記単安定マルチバ
イブレーター２７は、前記の検出器１１からの信号によ
り制御され、単安定マルチバイブレーター２１の形成す
る第７図Ｃの矩形波信号の立上り時より少なくとも回路
１６，１７，２２，２３，２５から成る系の所要作動時
間分の時間か又はそれより微かに長い時間遅れた時点か
ら、単安定マルチバイブレーター２４の形成する第７図
Ｄのパルス信号の立上り直前の時間迄持続する矩形波信
号を形成する。（第７図Ｇ）従ってゲート２６を通過し
てラッチメモリー２８に印加される信号は第７図日の如
くなり、各矩形波のレベル（Ｖ，一Ｖ２）に対応したも
のとなる。ラッチメモリー２８の出力は表示器２９に伝
達されるが、この表示器は（Ｖ，一Ｖ２）の値と正負の
符号を表示する。前述の如く（Ｖ，一Ｖ２）の値とその
正負の符号は、位置検出光電素子Ｄの受光面〇上での第
１，第２反射光東スポット間々隅どの値と正負の符号に
対応し、従って被検対称○の位魔検出光電素子Ｄの受光
面〇の像位置からの変位量△とその正負の符号に対応し
ている。それ故表示器２９に表示された符号と数値によ
り被榎山体○の位置を検出できる。尚、ラッチメモリー
２８は単安定マルチバイブレーター２４の形成する第７
図Ｄの信号でリセツトされるものである。上に述べた実
施例では、チョッパー７を利用して２つの光東を交互に
明滅させている為、２つの光東が同時に被側体０に入射
したり等して、第１光東に対応する信号と第２光東に対
応する信号との境界が乱れ易く、その影響をなくす為に
光電素子９，１０とそれに関連する回路が必要になる事
や、又チョッパーによって光東を端部から遮蔽して行き
、又は開放して行くから、この時チョツバーより後の光
路において光東の光量中心（光東断面形状の重心位置）
が光東の径の半分の量を変位して行く事等の不都合な点
もある。第８図に示した光学系では左様な不都合もない
。

第８図の光学系で、位置検出光電素子Ｄの受光面〇はし
ンズ６の後側焦点面に配置され、このレンズ６としンズ
５とによって、上記受光面〇の像をレンズ５の前側焦点
面に形成する事、第１と第２の投射光東Ｌ，Ｌ２をレン
ズ５によってその前側焦点に収鰍交叉せしめる事、光東
分割手段４′がレンズ５と６の間の光路中に配置されて
いる事、レンズ５の光東分割器４′における透過光藤（
図の場合）又は反射光軸がレンズ６の光軸を一致してい
る事、光東分割器２′とミラー３とで光源１′からの光
東Ｌを互いに平行な第１と第２の光東Ｌ，Ｌ２に形成し
て光東分割器４′に指向せしめる事等は、第３図光学系
と同様である。

しかし第８図光学系では、１′は細い平行光東であって
、且つ直線偏光光東Ｌを形成する光源である。そして２
′はＳ偏光を反射しＰ偏光を透過する偏光ビームスプリ
ッターである。光源１′と偏光ビームスプリツター２′
との間の光路中には１′２波長板３０が配置されている
。この１／２波長板３０は外周は歯車３２を有する筒体
３１中に保持されている。そしてこの筒体は光東Ｌの軸
を中心に回転自在に設けられており、又上記歯車３２は
定速回転するモーター３４の回転軸に結合された歯車３
３に噛合している。

従ってモーター３４が回転すると、１／２皮長板３０は
直線偏光光東Ｌの軸を中心に定速回転する。これによっ
て、偏光ビームスフリッター２′に入射する直線偏光光
東Ｌ′の偏光面は定速回転する事になり、従って偏光ビ
ームスブリッター２′を透過した第１光東Ｌ，（Ｐ偏光
）と反射した第２光東Ｌ（Ｓ偏光）の光量は第９図に示
す様に夫々周期的に変化し、又両光東Ｌ，，−の光量和
は各時点で常に一定（光源１′の出力変動がないとして
）で、且つ両光東Ｌ，Ｌ２は各々の光量変動周期に関し
て互いに１８００位相かずれたものとなっている。第９
図では横鞠に時間Ｔ、縦軸に光量１をとった。偏光ビー
ムスプリッター２′と４′との間の第１光東Ｌ，の光路
中には１′２皮長板３５が配置されていて、第１光東Ｌ
，をＳ偏光に変換する様になっている。これによって第
１，第２光東Ｌ，，Ｌ２は共に偏光ビームスプリッター
４′によって反射せしめられる事になる。（尚、１／２
皮長坂３５を偏光ビームスプリツター２′と４′の間の
第２光東Ｌ２の光路中に配置してＬ，Ｌ２の光東を共に
Ｐ偏光にそろえてもよい。この場合、両光東Ｌ，，Ｌ２
は偏光ビームスプリッター４′を透過するからしンズ５
はこの透過光東光路中に配置される事になる。）偏光ビ
ームスプリッター４′と被測体○の間の光路中には１／
金皮長坂３６が配置されており、偏光ビームスプリッタ
‐４′で反射されたＳ偏光の光東Ｌ，，−を円偏光に変
換し、被測体○で反射された円偏光の第１，第２反射光
東１，，１′，，「１２，１′２等をＰ偏光に変換する
様になっている。この様に直線偏光光東と偏光ビームス
プリツター４′，１／心皮長坂３６を使用する事により
、第３図光学系のハーフミラー４を使用するだけの場合
に比べ、光東分割器４部分に於ける光量ロスをなくす事
が可能になる。以上の第８図の光学系により、位置検出
光軍素子Ｄが変形する信号を第１図装置の電圧計Ｍで検
出すれば、それは第１０図の如くなる。

（第１０図では機軸に時間、縦軸に第１，第２図々示の
素子○の出力をとった。）即ち、被測体○がレンズ５の
焦点位置にある時、第３図に関連して述べたと同様位置
検出光電素子Ｄの電圧計Ｍに示される出力は一定〜。で
ある。彼側体○がレンズ５の焦点位置から△だけ変位し
ている時、先にも述べた如く、第１，第２反射光束１′
，，１′２は、位置検出光蟹素子Ｄの受光面Ｄ′上の間
にどの間隔を有する異なった位置に第９図と同様な光量
変動状態で交互周期的に明滅しながら入射する。この際
電圧計Ｍに表示される信号は第９図に示した第１，第２
光東Ｌ．，Ｌ２の光量変動曲線と同様の波形をもって変
動する。即ちこの信号の周期は第１，第２光東Ｌ，，Ｌ
２の光量変動周期と一致し、その位相は第１光東Ｌ，或
いは第２光東Ｌ２の何れかの光量変動の位相と一致し、
その振幅は前記ごに、従って前記△に対応した大きさを
もっている。如上の如き変動出力が形成されるのは第２
図で説明した位置検出光露素子Ｄの作用による。即ち、
この位置検出光蟹素子Ｄは受光面〇上の座標ｘ，に光量
Ｌ，の光スポットが形成され、座標彬に光量１２光スポ
ットが形成された時、１よ，十１・Ｘ２
■１１十１２なる座標位置に光量
（ｉ，十ｉ２）の光スポットが形成されたと同じ出力を
形成する。

今、ｉ，十ｉ２＝１（一定）とし、座標ｘ，に光量１の
光スポットが形成された時の電圧計Ｍに示される出力を
Ｖ，、座標均に光量１の光スポットが形成された時の電
圧計Ｍに示される出力をＶ２とすると、この位置検出光
電素子ＤはＶ：ｉ２４十１１Ｖ２ ｛３
１なる出力を形成する。

そこで簡単にｉ，＝１ ｛ｓｉｎ（８ｔ十Ｑ）＋季｝，
ｉ２＝１｛Ｓｉｎ（８ｔ十Ｑ十汀）十季｝とすると（第
９図参照）、‘３｝式は次の様に書き換える事ができる
。Ｖ＝（ｖ，一ｖ２）ｓｉｎ（ａｔ＋Ｑ） 十毒（ＶＩ＋も）…【４１ 第８図でもし、レンズ５の焦点Ｆ５から変位している被
側体○がレンズ５の光軸に垂直ならば、‘４１式の（ｖ
，十ｖ２）／２の項は第１ ０図のｖｏと等しくなる。

ここで、以上から明らかになる如く、素子Ｄは等光量の
光東が受光面〇の第８図紙面上で上方より下方に入射し
た際、高い出力が形成されるものであるとすると、第８
図の如く被側体○がレンズ５の焦点位置Ｆ５から前方に
変位している時、即ち第１反射光東１′，が第２反射光
東１′２より受光面〇の下方に入射する時、素子Ｄの形
成する出力と第１光東Ｌ，の光量の変動位相が一致して
おり、逆に被測体○が位置Ｆ５から後方に変位している
時、素子Ｄの形成する出力と第２光東−の光量の変動位
相が一致している事になる。以上より分る様に、第８図
の光学系における位置検出光電素子○の第１，第２光東
Ｌ，Ｌ２に夫々対応する出力の差、即ち出力の変動振幅
に関する情報と、出力の位相を知れば被測体○の位置を
検出する事が可能になる。

第１１図に第８図光学系に適用される電気信号処理系を
示した。

１１乃至１５の回路については、第６図で説明したと同
様である。

そして割算器１５の出力は第１０図に示した様な波形を
もつ事になる。割算器１５の出力は交流抽出器３９に印
加される。これはコンデンサーを含む公知の回路であっ
て、割算器１５の出力の時間的変動部分を交流として抽
出し、交流電圧測定回路４０‘こ伝達する。この回路は
上記交流の実効値電圧を測定する。一方、３８は交流発
電機であり、その回転軸は第８図の如く１′２皮長坂３
０を回転させる歯車３２に噛合したこの歯車３２と同歯
数の歯車３７に結合されていて、１／２波長板３０と等
角速度で回転する様になっている。従って発電機３８は
第１，第２光東Ｌ，，Ｌ２の光量変動の周波数と同じ周
波数の光流を形成するが、その際第１光東Ｌの光量変動
と同位相の交流を形成する様になっている。この発電機
３８からの交流は、コンデンサー等で構成される位相調
整回路４１に印加される。この回路４１は、前記の交流
抽出回路３９等による素子Ｄからの信号の位相の遅れ分
だけ、発電機３８からの交流の位相を遅らせる。そして
回路４１からの信号は位相差検出器４２に印放されるが
、この位相差検出器４２には前記交流抽出回路３９から
の信号も印加されている。この位相差検出器４２は上記
両信号の位相差を検出する。先に述べた様にこの位相差
は被測体○の変位方向に対応している。交流電圧測定回
路４０からの信号と位相差検出回路４２からの信号は表
示器４３に印加される。

表示器４３は、被測体○の変位量ｌ△ｌと変位方向に夫
々対応する前記の交流の実効値電圧と、前記の位相差を
表示する。尚、前述の如く被測体としては鏡面をもつも
のばかりでなく、入射光を拡散反射する狼面を有するも
のにも本発明は適用できるものである。

又、光電式位置検出手段は光電素子の多数をアレイ状に
配列した１次元ＭＯＳセンサー、固体撮像素子（ＣＣＤ
）等を用いても構成できるものである。以上述べた事か
ら解る様に、本発明の装置を使用すれば鏡面を有するも
のでも被灘体の位置を検出でき、又検出精度も向上でき
るもので、当産業分野に寄与する処大である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は位置検出光電素子の一例の説明図、第
３図、第４図は本発明の一実施例の光学系の説明図、第
５図は位置検出光電素子の出力の説明図、第６図は第３
図光学系に適用される信号処理系の説明図、第７図は第
６図系での信号説明図、第８図、第９図は本発明の他の
実施例の光学系の説明図、第１０図は位置検出光電素子
の出力の説明図、第１１図は第８図光学系に適用される
信号処理系の説明図である。 １，１は光源、２はハーフミラー、２′は偏光ビームス
プリツター、３はミラ−、４はハ−フミフー、４′は偏
光ビームスプリッター、５，６はしンズ、７はビームチ
ョツパー、３０は１／２皮長板、３５は１／２皮長板、
３６は１′４皮長板、Ｄは位置検出光電素子、Ｄ′はそ
の受光面、Ｌ，Ｌ２は役射光東、１，，１′，，１２，
１′２は反射光東、０は被灘体である。 弟↑図 第２図 第三図 第４図 勇５図 第８図 弟ｑ図 第｛ｏ図 図 ■ 船 弟ワ図 図 船

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 受光面上での光束の入射位置に対応した信号を形成
   する光電式位置検知手段、この光電式位置検出手段の受
   光面の像を被測体の配置される空間に結像する結像手段
   、この結像手段の光路中に配置された光束分割手段、こ
   の光束分割手段を介し、上記結像手段の光路を通して上
   記被測体の配置される空間の光電式位置検知手段受光面
   の像位置で交叉する様投射される第１と第２の投射光束
   を形成する投射光束形成手段、この第１と第２の投射光
   束が夫々被測体で反射され、上記結像手段と光束分割手
   段を介して光電式位置検知手段の受光面に入射する第１
   と第２の反射光束を少なくとも上記受光面上で交互に明
   滅せしめる光束明滅手段、この交互に明滅する第１と第
   ２の反射光束に夫々対応して上記光電式位置検知手段が
   形成する信号の差異を検出する信号差異検出手段を備え
   、被測体の位置を検出できる様にした位置検出装置。 ２ 前記結像手段は、前記光束分割手段に関して被測体
   側の光路中に配置された第１のレンズ系と光電式位置検
   知手段側の光路中に配置された第２のレンズ系とを備え
   、この第２と第１のレンズ系で光電式位置検知手段受光
   面の像を被測体の配置される空間に結像すると共に、第
   １のレンズ系で前記光束分割手段を介した前記投射光束
   形成手段からの第１と第２の投射光束を前記光電式位置
   検知手段受光面の結像位置で交叉する様に投射する特許
   請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 ３ 前記光電式位置検知手段の受光面は前記第２のレン
   ズ系の後側焦点位置に配置され、前記第１のレンズ系に
   入射する第１と第２の投射光束は互いに平行である特許
   請求の範囲第２項記載の位置検出装置。 ４ 前記投射光束形成手段は光源とこの光源からの光束
   を第１と第２の投射光束に分割するハーフミラーとを備
   えている特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記
   載の位置検出装置。 ５ 前記光束明滅手段は、前記投射光束形成手段と前記
   光束分割手段との間の光路中、又は前記光束分割手段と
   前記光電式位置検知手段との間の光路中に配置されたビ
   ームチヨツパーである特許請求の範囲第１項又は第２項
   又は第３項又は第４項記載の位置検出装置。 ６ 前記投射光束形成手段は直線偏光光束を形成する光
   源と、偏光ビームスプリツターと、この光源と偏光ビー
   ムスプリツターとの間の光路中に配置された偏光方向回
   転手段を備え、前記光束明滅手段の機能をも兼ねるもの
   である特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載
   の位置検出装置。 ７ 前記第１と第２の投射光束と前記第１と第２の反射
   光束とを分離する光束分割手段は偏光ビームスプリツタ
   ーであり、この偏光ビームスプリツターと前記投射光束
   形成手段との間の第１又は第２の投射光束光路中には偏
   光方向回転手段が配置され、又、光束分割手段と被測体
   間の光路中には１／４波長板が配置されている特許請求
   の範囲第６項記載の位置検出装置。