JPS623603A - 線状マ−クの位置検出方式 - 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） 本発明はフィルム、紙等の帯状材上に描かれた線状マー
クの中心位置を検出する検出方式の改良に関し、特に、
光電変換素子の寸法、感度、増幅器利得、光学系等に製
作上あるいは特性上の相違あるいはばらつきが存在して
も、所定の位置検出特性を得ることができる方式に関す
るものでおり、主として、上記線状マークの中心位置検
出器の製造技術産業の分野において利用されるものであ
る。

（従来の技術） フィルム、紙等の帯状材上の線状マークの中心位置を検
出するための検出器としては、従来、例えば、２個−の
光電変換素子の出力をそれぞれ増幅する増幅器、それら
２個の増幅器の出力の差を増幅する差動増幅器から構成
される装置検出機能を備えたものがある。

このような従来の検出器においては、線状マークの中心
が、２個の光電変換素子の中心位置にあるとき差動増幅
器出力が零になるようバランス調整ができ、また位置に
対する出力信号の大きさが調整できるよう差動増幅器の
利得が調整できるよう構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来検出器においては、例えば、光電変換素子
の寸法、感度、増幅器の利得、光学系等に製作上、おる
いは特性上のばらつきが存在すると、たとえ中心位置に
おいて位置出力信号が零となっても、中心より右側およ
び左側の位置検出信号の最大値、利得等が同一とならず
非対象特性となる。　そのため、光電変換素子、増幅器
の特性ばらつきが許容値以下になるように選別したり、
光学系の取付けを高精度にする等が必要となる。

また、フィルム等の材質、色おるいは線状マークの色等
が変更されるたびに、検出器の使用者が一々バイアス調
整および利得調整し直さなければならないという非常な
不便と、使用者に調整技術者の必要性が要求される。

本発明は上記の問題を解決するため、右側および左側の
光電変換素子、増幅器、光学系全体の位置−出力信号特
性を、バイアス調整および利得調整により揃えることに
より、左右対象特性となる線状マークの位置検出方式を
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る線状マークの位置検出方式は次の特徴を有
するものである。

（１）フィルム、紙等の帯状材上に描かれた線状マーク
に照射された光線が、それを透過おるいは反則した明暗
の光線を、２個の光電変換素子上に、結像させる光学系
、各光電変換素子の出力電気信号をそれぞれ増幅する増
幅器、およびそれらの増幅器の出力信号の差に比例した
信号を増幅する差動増幅器を備えた線状マークの位置検
出器において、各光電変換素子に接続されている増幅器
の最小出力状態において、両増幅器の出力信号の太きざ
が同一となるように、一方あるいは両方のバイアス調整
する機能を有する第１の手段と、上記増幅器の最大出力
状態において両増幅器の出力信号の大きさが同一となる
ように、一方あるいは両方の利得調整する機能を有する
第２の手段を備えたこと。

（２）フィルム、紙等の帯状材上に描かれた線状マーク
に照射された光線が、それを透過あるいは反射した明暗
の光線を、２個の光電変換素子上に結像させる光学系、
各光電変換素子の出力電気信号をそれぞれ増幅する増幅
器、およびそれらの増幅器の出力信号の差に比例した信
号を増幅する差動増幅器を備えた線状マークの位置検出
器において、各光電変換素子に接続されている増幅器の
最小出力状態において、両増幅器の出力信号の大きさが
同一となるように、一方あるいは両方のバイアス調整す
る機能を有する第１の手段と、上記増幅器の最大出力状
態において両増幅器の出力信号の大きさが同一となるよ
うに、一方あるいは両方の利得調整する機能を有する第
２の手段を備え、更に、上記の線状マークの中心が、２
個の光電変換素子の中心位置にある場合に、差動増幅機
の出力信号の大きさが最小あるいは零となるように、２
個の増幅器の出力信号のバランス調整する機能を有する
第３の手段を備えたこと。

（作　用） 本発明の作用について説明する。（第１図参照）光源１
より光が線状マーク２に照射される。

線状マークの明暗の光線が光学（レンズ）系３により、
光電変換素子４および５に結像される。

光電変換素子４および５の出力はそれぞれ増幅器６およ
び７に入力される。　増幅器６および７の出力は、同一
の線状マークおるいはそれが描かれている同一の帯状材
であっても、レンズ系の光軸のずれ、光電変換素子の寸
法、感度の相違、増幅器の増幅度の相違等に因り同一と
ならないのが普通である。　そこで、増幅器６および７
の出力信号が、最小出力状態で同一となるように一方必
るいは両方のバイアス調整をし、また最大出力状態で同
一出力信号となるように、一方あるいは両方の利得調整
をする。　なお、線状マークの中心が、光電変換素子の
中心位置に結像されている場合に、差動増幅器９の出力
信号の大きさが零となるように、調整手段８によりバラ
ンス調整をする。

また、例えば、光電変換素子の感度劣化や、増幅器およ
び演算増幅器の特性変化のため、線状マーク象が光電変
換素子の中心位置にあるにも拘らず、位置出力電圧が零
とならないような場合にも、演算増幅器の入力バランス
調整手段によって、該出力電圧を零にすることができる
（第５図参照）。

（実　施　例） 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の全体構成を示すブロック図である。

　図において、１は光源、２は線状マーク、３は線状マ
ークの明暗に応じた光線を２個の光電変換素子４および
５に結像させるレンズ系、６および７は最小出力状態で
出ノｊ信号の大きさが同一となるように、一方あるいは
両方のバイアス調整ができる手段と、最大出力状態で出
力信号の大きさが同一となるように、一方おるいは両方
の利得調整ができる手段を有する増幅器、８は線状マー
クの結像位置が２個の光電変換素子４および５の中心に
ある場合、減算用演算増幅器９の出力信号の大きさが零
となるようにバランス調整ができる手段である。

第２図は本発明の一実施例のブロック図である。

同図において、１０は光源で、例えば直線コイル状のフ
ィラメントを有する電球である。１１はレンズ系、１２
はフィルム等の帯状材、１３はその上に描かれた線状マ
ークである。

なお、上記帯状材１２が透明で、線状マーク１３は不透
明であるのが通例であるが、これとは逆の場合もある。

　また、光線の透過が困難な場合には、フィルム、紙等
の帯状材１４上に描かれた線状マーク１５に照射された
光線の反則を利用する。

１６はレンズ系で、これを通過した光が２組の光電変換
素子１７およびび１８上に到達する。　１９は光電変換
素子１７・１８上に結像された線状マークである。　光
電変換索子１７および１８は受光光量に応じて、これを
電気信号に変換し、それが増幅器２０および２１に与え
られる。　２２および２３は増幅器２０および２１の利
得調整手段の一例、２４および２５は増幅器２０および
２１のバイアス調整手段の一例、２６は減算用演算増幅
器でおる。

上記した構成において、線状光源１０より出た光線はレ
ンズ系１１により焦点が帯状材１２あるいは１４上に結
像される。

このとき、上記帯状材１２が透明である場合は、その表
面に描かれた不透明の線状マーク１３の焦点が、レンズ
系１６により光電変換素子１７および１８上にコントラ
ストのある線状マーク像１９として結ばれる。　逆に、
不透明な帯状材１４の表面に描かれたコントラストのあ
る線状マーク１５の場合には、それら帯状材１４および
線状マーク１５を反射した光線によるマーク１５の像が
、レンズ系１６により光電変換素子１７および１８上に
線状マーク像１９として結像される。

光電変換素子１７および１８は、それぞれ入射光量に比
例した電気信号に変換し、増幅器２０および２１により
、通常電圧ＥＲおよびＥ、に変換される。

したがって、これら光電変換素子１７・１８上に線状マ
ーク像１９があると、その分だけ入射光量が減少する。

　この変化量は線状のマーク１３・１５の位置に応じて
変化する。

この線状マークの位置と各光電変換素子の出力電圧およ
び位置検出電圧の関係を第３図により説明する。

第３図（Ａ）において、ＰＤＲおよびＰＤ［は右および
左側光電変換素子で、Ｈは素子の高さ、Ｗは幅、Ｇはそ
れらの間隔でおる。しＩは光電変換素子上の線状ライン
の像で、Ｌはその幅である。

光電変換素子ＰＤＲおよびＰＤ、の出力はぞれぞれ増幅
器Ａ　およびＡ［により増幅され、　電圧Ｅ　およびＥ
、として出力される。　　これらの電圧は差動増幅器Ａ
、により次式の演算をし出力Ｅｏを位置検出電圧として
得る。　すなわち、Ｅｏ＝ｋ　（Ｅ、−ＥＲ）　　　　
　　・−・・−（１）ここに、ｋ＝増幅度 この場合、線状ラインＬ■の中心位置ｄと、増幅器ＡＲ
およびＡ、の出力電圧ＥＲおよびＥ、の特性を第３図（
Ｂ）に示す。　同図（Ｂ）において、線状ラインＬＩの
中心がｄ［１にある場合には、幅りの線状ラインの右端
と左側光電変換素子ＰＤしの左端が一致している。　ｄ
≦ｄＬ１において、光電変換素子ＰＤ１の入射光量は最
大値となっているので、増幅器Ａ、の出力電圧Ｅ［は第
３図（Ｂ）のへの値となっている。　ｄＬｌの値はｄ＝
ｄ、１＝−（Ｗ＋（Ｇ＋１）／２　　）・・・（２）次
に、線状ラインの中心位置をｄ＝しだけ増加し、 ｄＬ２°ｄ［１＋し ＝−ＣＷ＋（Ｇ−Ｌ）／２　）　　　・・・・・・（３
）となると、光電変換素子ＰＤ、の入射光量は最小値と
なるので、増幅器ＡＬの出力電圧Ｅ、は第３図（Ｂ）に
おけるＢの値となる。

この値は、ｄ１２≦ｄ≦ｄ［３の間一定となる。

ｄ　は線状ラインし１の右端と光電変換素子［３ ＰＤ、の右端が一致する場合である。　ゆえに、ｄＬ３
−ｄ［２＋ＷＬ−Ｌ ＝−（Ｇ＋Ｌ）／２　　　　　　　・・・・・・（４）
また、変位ｄ　＝　ｄ　１４の場合、　光電変換素子Ｐ
Ｄ［の右端と線状ラインＬ１の左端か一致し、増幅器へ
、の出力は最大値となり、Ａと同一となる。　すなわち
、 ｄＬ４＝（Ｇ−Ｌ）　／２　　　　　　・・・・・・（
５）以上のようにして、第３図（Ｂ）に示すように、増
幅器Ａ、の出力電圧Ｅ［が得られる。

全く同様にして、右側光電変換素子についても増幅器Ａ
Ｒの出力電圧ＥＲの特性が第３図（Ｂ）のように得られ
る。

しかしながら、同図に示すように必ずしも出力電圧の最
大値および最小値は同一となるとは限らない。　これは
、受光素子の寸法、感度、増幅器の利得レンズ系等の製
作上あるいは特性上の相違あるいはばらつきが存在する
ためである。

中心部の変位については、光電変換素子および線状ライ
ンの寸法Ｈ，Ｗ、Ｇおよび［が決まると次の関係が存在
する。

・°・ｄＲ２’Ｒ１””Ｌ４　　’Ｌ３＝、Ｌ　　　　
　　・・・・・・（７）次に、演算増幅器２６の出力電
圧Ｅ。は（１）式により求められる。　したがって、変
位ｄに対する特性は第３図（Ｃ）のようになる。　この
結果、ｄ＝○のときＥ□−＃Ｏとなる。　また、Ｅｏ＝
○となる変位はｄ＝ｄｏ≠Ｏとなる。

この性質は、線状ラインの中心に位置決め制御しようと
するときに、中心位置決めか不可能となり、不都合を生
ずる。

これを改善するには、前述（７）式の関係が存在するの
で、増幅器ＡＲおよび△、の出力電圧ＥＲおよびＥ、の
最小値および最大値が同一になるように調整すればよい
。　すなわち、　増幅器ＡＲおよびＡ、の出力電圧ＥＲ
およびＥ、は、第４図（Ａ）に示すように軸対象となる
。　したがって、位置出力電圧Ｅ。は同図（Ｂ）に示す
ようになり、原点対称の理想特性となる。

上記の原理の実施例が第２図に示されており、同図にお
いて、最小値の調整手段が増幅器２０および２１のバイ
アス調整用抵抗２４および２５である。また、最大値の
調整手段が増幅器２０および２１の利得調整用抵抗２２
および２３である。

調整法は光電変換素子幅Ｗに対し線状ライン像の幅りが
Ｌ＞＞Ｗとし、バイアス調整手段２４および２５により
増幅器出力電圧ＥＲおよびＥ、を最小の同一値おるいは
同一の所定値になるよう調整する。　また、光電変換素
子を全照射状態とし、利得調整手段２２および２３によ
り増幅器出力電圧ＥＲおよびＥＬを最大の同一値あるい
は同一の所定値になるように調整する。　この場合、最
大値および最小値共に所定値とする場合には、上記バイ
アス調整および利得調整を繰返すことにより可能でおる
。

上記調整により、第４図に示したように理想特性が得ら
れる。　しかしながら、例えば製品納入後時間が経過す
ると、光電変換素子１７．１８の感度劣化、増幅器２０
．２１および演算増幅器２６の特性変化のため、線状マ
ーク像が光電変換素子の中心位置におっても、位置出力
電圧Ｅｏが零とならない場合が生ずる。　このような場
合、第５図に示すように、演算増幅器２６の入力バラン
ス調整手段２７により、出力電圧Ｅ。を零にすることが
できる。

以上の説明は光電変換索子１７．１８が仝照射されると
き、増幅器２０．２１の出力電圧ＥＲ，Ｅ［が最大値と
なる場合について説明したが、この値が逆電圧必るいは
零電圧程度になるように、最初から別のバイアス電圧を
印加する場合もめる。　また、帯状材の色が線状マーク
より濃い場合もおる。

このような場合には、演算増幅器２６の出力電圧が最小
となるようバイアス調整し、光電変換索子１７．１８が
遮光状態のとき、増幅器２０．２１の出力電圧Ｅ８、Ｅ
、が最大値となる場合には、増幅器２０．２１の利得を
調整することになる。

通常、光電変換素子、増幅器、光学系等を組合せただけ
では左および右側増幅器の出力電圧の最小値および最大
値が異なるため、線状マーク中心が光電変換素子中心と
一致していても、位置検出電圧が零とならず中心位置に
誤差を生ずる。

したがって、上記の如く位置電圧の最小値を増幅器のバ
イアス調整により、また最大値を利得調整により同一値
とすることにより、原理的に中心位置誤差を零にするこ
とができる。　また、演算増幅器の入力バランス調整に
より、中心位置の経年変化が修正できる。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明によれば、たとえ光電変換素
子の寸法、感度のばらつき、増幅器の特性、利得のばら
つき、光学系の光軸ずれ等があっても、同一あるいは所
定の最小値および最大値となるよう増幅器のバイアス調
整および利得調整することにより、線状マーク像の位置
信号を零とし、位置誤差を零とすることができる。　ま
た、経年変化により、中心位置誤差が発生した場合、演
算増幅器入カバランス調整−個により修正できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成を示すブロック図、第２図は
本発明の一実施例の構成図、第３図および第４図はいず
れも本発明の動作を示す特性図、第５図は本発明の他の
実施例の要部を示す構成図である。 １・・・光源、　２・・・線状マーク、　３・・・光学
（レンズ）系、　４および５・・・光電変換素子、　６
および７・・・バイアス調整および利得調整イ」増幅器
、　８・・・減算用演算増幅器、　１０・・・光源、１
１・・・光学（レンズ）系、　１２および１４・・・帯
状材、１３および１５・・・線状マーク、　１６・・・
光学（レンズ）系、　１７および１８・・・光電変換素
子、　１９・・・線状マーク像、　２０および２１・・
・増幅器、　２２および２３・・・利得調整手段、　２
４および２５・・・バイアス調整手段、　２６・・・減
算用演算増幅器、　２７・・・バランス調整手段。 特許出願人　　東洋機械株式会社 第７図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィルム、紙等の帯状材上に描かれた線状マーク
   に照射された光線が、それを透過あるいは反射した明暗
   の光線を、２個の光電変換素子上に結像させる光学系、
   各光電変換素子の出力電気信号をそれぞれ増幅する増幅
   器、およびそれらの増幅器の出力信号の差に比例した信
   号を増幅する差動増幅器を備えた線状マークの位置検出
   器において、各光電変換素子に接続されている増幅器の
   最小出力状態において、両増幅器の出力信号の大きさが
   同一となるように、一方あるいは両方のバイアス調整す
   る機能を有する第１の手段と、上記増幅器の最大出力状
   態において両増幅器の出力信号の大きさが同一となるよ
   うに、一方あるいは両方の利得調整する機能を有する第
   ２の手段を備えたことを特徴とする線状マークの位置検
   出方式。
2. （２）フィルム、紙等の帯状材上に描かれた線状マーク
   に照射された光線が、それを透過あるいは反射した明暗
   の光線を、２個の光電変換素子上に結像させる光学系、
   各光電変換素子の出力電気信号をそれぞれ増幅する増幅
   器、およびそれらの増幅器の出力信号の差に比例した信
   号を増幅する差動増幅器を備えた線状マークの位置検出
   器において、各光電変換素子に接続されている増幅器の
   最小出力状態において、両増幅器の出力信号の大きさが
   同一となるように、一方あるいは両方のバイアス調整す
   る機能を有する第１の手段と、上記増幅器の最大出力状
   態において両増幅器の出力信号の大きさが同一となるよ
   うに、一方あるいは両方の利得調整する機能を有する第
   ２の手段を備え、更に、上記の線状マークの中心が、２
   個の光電変換素子の中心位置にある場合に、差動増幅器
   の出力信号の大きさが最小あるいは零となるように、２
   個の増幅器の出力信号のバランス調整する機能を有する
   第３の手段を備えたことを特徴とする線状マーークの位
   置検出方式。