JPH0625660B2 - Tilt sensor - Google Patents
Tilt sensorInfo
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- JPH0625660B2 JPH0625660B2 JP3185189A JP3185189A JPH0625660B2 JP H0625660 B2 JPH0625660 B2 JP H0625660B2 JP 3185189 A JP3185189 A JP 3185189A JP 3185189 A JP3185189 A JP 3185189A JP H0625660 B2 JPH0625660 B2 JP H0625660B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、正反射率が高い回転円盤のチルト角を検出
するチルトセンサに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tilt sensor for detecting a tilt angle of a rotating disk having a high regular reflectance.
〔従来技術〕 第5図は、従来のチルトセンサを示すものである。この
チルトセンサは、回転円盤1に光を照射するLED2
と、この反射光を受光する為に、LED2の両側で配置
された一対のホトダイード3、3を備えて構成されてい
る(同図(a))。この場合、回転円盤1とホトダイオ
ード3、3との間にレンズ4を介在させ、その入射角を
ほぼ直角にすることができる(同図(b))。[Prior Art] FIG. 5 shows a conventional tilt sensor. This tilt sensor includes an LED 2 that irradiates the rotating disk 1 with light.
Then, in order to receive the reflected light, a pair of photo diodes 3 and 3 arranged on both sides of the LED 2 are provided (FIG. 4A). In this case, the lens 4 can be interposed between the rotating disk 1 and the photodiodes 3 and 3 to make the incident angle of the lens 4 substantially perpendicular (FIG. 11B).
LED2から照射された光は、回転円盤1で反射し、ホ
トダイオード3に入射する。例えば、回転円盤1がΔθ
の傾斜角でB方向にチルトした場合(同図(a)参
照)、左側のホトダイオード3に入射される光量が増加
し、右側のホトダイオード3に入射される光量は減少す
る。光量の増減は、光電流の増減として電気的に検知す
ることができるので、チルト角に対する光電流値を予め
実験的に求めておけば、得られた光電流値から回転円盤
1のチルト角を検出することができる。The light emitted from the LED 2 is reflected by the rotating disk 1 and enters the photodiode 3. For example, the rotating disk 1 is Δθ
When tilted in the B direction at an inclination angle of (see (a) in the figure), the amount of light incident on the left photodiode 3 increases and the amount of light incident on the right photodiode 3 decreases. Since the increase / decrease in the amount of light can be electrically detected as the increase / decrease in photocurrent, if the photocurrent value for the tilt angle is experimentally obtained in advance, the tilt angle of the rotating disk 1 can be calculated from the obtained photocurrent value. Can be detected.
しかしながら、従来のチルトセンサは、LEDチップと
基板をダイボンドする際に位置ズレが生じており、この
基板を基準としてLEDの位置を決定していることか
ら、光軸にズレが生じるという問題があった。However, in the conventional tilt sensor, a positional deviation occurs when the LED chip and the substrate are die-bonded, and the position of the LED is determined with reference to the substrate, which causes a problem that the optical axis is displaced. It was
第6図は、指向性のバラツキの原因を示すものである。
例えば、本来aの位置に固定されるべき発光素子がbの
位置で固定されると、光路はレンズを通過した後、左方
向へ進む。また、発光素子がcの位置で固定されると、
光路はレンズを通過した後、右方向へ進む。この場合、
指向特性は光軸に対して左右対称にならず、右方向ある
いは左方向に偏ってしまう。FIG. 6 shows causes of variations in directivity.
For example, when the light emitting element, which should originally be fixed at the position a, is fixed at the position b, the optical path goes leftward after passing through the lens. Also, when the light emitting element is fixed at the position of c,
The optical path goes to the right after passing through the lens. in this case,
The directional characteristics are not symmetrical with respect to the optical axis and are biased rightward or leftward.
第7図は、指向特性が偏ったLEDの指向特性の一例を
示すものである。このように、偏った指向特性を有する
LEDを使用すると、測定値に誤差が生じるので、その
誤差分を光学系で調整しなければならない。この場合、
光軸ズレは、2次元のレベルで発生することから光学的
に2方向で調整できる調整機構を使用することが望まし
い。しかし、2方向の調整機構を使用すると、センサが
高価になり、また、安価な1方向の調整機構を使用する
と、その調整が非常に困難になる。FIG. 7 shows an example of the directional characteristics of an LED whose directional characteristics are biased. As described above, when an LED having a biased directional characteristic is used, an error occurs in the measured value, and the error must be adjusted by the optical system. in this case,
Since the optical axis shift occurs at a two-dimensional level, it is desirable to use an adjustment mechanism that can be optically adjusted in two directions. However, the use of a two-way adjustment mechanism makes the sensor expensive, and the use of an inexpensive one-way adjustment mechanism makes the adjustment very difficult.
そこで本発明は、光学系調整機構が不要なチルトセンサ
を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a tilt sensor that does not require an optical system adjustment mechanism.
上記課題を達成する為、この発明はスリット光源、位置
検出素子及び演算手段を備え、正反射率が高い回転円盤
のチルト角を検出するチルトセンサを達成する。ここ
で、スリット光源は回転円盤の半径方向に沿って、スリ
ット光を当該回転円盤に照射し、位置検出素子はスリッ
ト光の反射光を受光する為に回転円盤の接線方向に延在
した受光面を有し、演算手段は受光面における反射光の
位置に基づき、回転円盤のチルト角を検出する。In order to achieve the above object, the present invention achieves a tilt sensor that includes a slit light source, a position detection element, and a calculation unit, and that detects a tilt angle of a rotating disk having a high regular reflectance. Here, the slit light source irradiates the rotating disk with slit light along the radial direction of the rotating disk, and the position detecting element extends in the tangential direction of the rotating disk to receive the reflected light of the slit light. The calculation means detects the tilt angle of the rotating disk based on the position of the reflected light on the light receiving surface.
この発明は、以上のように構成されているので、スリッ
ト光源から出射し、回転円盤で反射したスリット光は、
位置検出素子の受光面が延在する方向と直交する方向に
投射される。演算手段では、回転円盤がチルトしていな
い時の投射位置等の基準位置と、チルトした時の投射位
置を比較することにより、回転円盤のチルト角度が検出
される。Since the present invention is configured as described above, the slit light emitted from the slit light source and reflected by the rotating disk is:
It is projected in a direction orthogonal to the direction in which the light receiving surface of the position detection element extends. The computing means detects the tilt angle of the rotating disk by comparing the reference position such as the projection position when the rotating disk is not tilted with the projected position when the rotating disk is tilted.
以下、この発明の一実施例に係るチルトセンサを添附図
面に基づき説明する。なお、説明において、同一要素に
は同一符号を使用し、重複する説明は省略する。A tilt sensor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
第1図は、この実施例に係るチルトセンサを示す斜視図
である。このチルトセンサは、基本的にスリット光源
5、位置検出素子6、及び演算処理部(演算手段)(図
示せず)を備えて構成されている。FIG. 1 is a perspective view showing a tilt sensor according to this embodiment. This tilt sensor is basically configured to include a slit light source 5, a position detection element 6, and a calculation processing section (calculation means) (not shown).
スリット光源5は、LED(図示せず)上に細長いスリ
ット5aを備えて構成されている。この場合、スリット
5aはLEDと回転円盤7との間に設けられているの
で、LEDから出射された光はスリット状に回転円盤7
へ投射される。回転円盤7は、少なくとも、スリット光
源5が対向する位置に正反射率の大きい反射面(図示せ
ず)を円周方向に備えている。位置検出素子6は、受光
面としてPSD(Position-Sensitive Detectors)6a
及びPSD用ヘッドアンプ6bを含んで構成されてお
り、このPSD6a上に投射されたスリット光から、そ
の投射位置を検出することができる。具体的には、受光
面6aにスリット光が入射すると、入射位置には光エネ
ルギに比例した電荷が発生する。この発生した電荷は光
電流として抵抗層(図示せず)を通り、電極より出力さ
れる。この抵抗層は全面に均一な抵抗値持つように作ら
れているので、光電流は電極までの距離(抵抗値)に逆
比例して分割され、電極から取り出される。この電極か
ら取り出される電流の差または比を演算処理部で求める
ことにより、入射光エネルギとは無関係に、光の入射位
置を求めることができる。演算処理部は、例えば演算処
理回路を組み込んだICで構成されており、スリット光
の投射位置に対応する電圧値V1を出力することができ
る。なお、上記LEDにはLED用ドライバ8がドライ
バ用トランジスタ9及び電流設定用抵抗10を介して接
続されている。The slit light source 5 is configured by including an elongated slit 5a on an LED (not shown). In this case, since the slit 5a is provided between the LED and the rotary disk 7, the light emitted from the LED is slit-shaped in the rotary disk 7.
Is projected to. The rotating disk 7 is provided at least at a position facing the slit light source 5 with a reflecting surface (not shown) having a large regular reflectance in the circumferential direction. The position detecting element 6 is a PSD (Position-Sensitive Detectors) 6a as a light receiving surface.
And the PSD head amplifier 6b are included, and the projection position can be detected from the slit light projected on the PSD 6a. Specifically, when the slit light is incident on the light receiving surface 6a, electric charges proportional to the light energy are generated at the incident position. The generated charges pass as a photocurrent through a resistance layer (not shown) and are output from the electrodes. Since this resistance layer is made to have a uniform resistance value over the entire surface, the photocurrent is divided in inverse proportion to the distance (resistance value) to the electrode and taken out from the electrode. By calculating the difference or ratio of the currents extracted from the electrodes by the arithmetic processing unit, the incident position of light can be calculated regardless of the incident light energy. The arithmetic processing unit is composed of, for example, an IC incorporating an arithmetic processing circuit, and can output a voltage value V1 corresponding to the slit light projection position. The LED driver 8 is connected to the LED via a driver transistor 9 and a current setting resistor 10.
第2図は、本発明の基本原理を示す側面図である。スリ
ット光源5から出射されたスリット光は、回転円盤7の
半径方向に沿って回転円盤7の一面に照射され、位置検
出素子6の受光面6aに投射される。従って、例えば回
転円盤7の平面と直交する方向におろした垂線に対し
て、θ2の傾斜角をもって照射される。FIG. 2 is a side view showing the basic principle of the present invention. The slit light emitted from the slit light source 5 is applied to one surface of the rotary disk 7 along the radial direction of the rotary disk 7 and projected on the light receiving surface 6 a of the position detection element 6. Therefore, for example, a perpendicular line drawn in a direction orthogonal to the plane of the rotating disk 7 is irradiated with an inclination angle of θ2.
例えば、回転円盤7がチルトしていないときのPSD6
aに投射されたスリット光の位置を基準とすれば、回転
円盤7がθ1だけチルトした場合、PSD6a上の位置
ずれ量はΔXになる。ここで、スリット光源5から回転
円盤7までの距離をLとすれば(第1図参照)、 ΔX=L・tan 2θ1…(1) が成立する。ここで、PSD6aの長手方向の長さを
C、全光電流を電圧に変換した時の電圧値をV0とすれ
ば、ΔXとの関係式は V1=V0(0.5−ΔX/C)…(2) になる。この(2)式に(1)式を代入すると、 V1=V0(0.5−L・tan 2θ1/C) が得られる。従って、スリット光の投射位置に対応する
電圧値V1から回転円盤7のチルト角θ1を算出するこ
とができる。For example, the PSD 6 when the rotating disk 7 is not tilted
With the position of the slit light projected on a as the reference, when the rotating disk 7 is tilted by θ1, the positional deviation amount on the PSD 6a is ΔX. Here, if the distance from the slit light source 5 to the rotating disk 7 is L (see FIG. 1), ΔX = L · tan 2θ1 (1) holds. Here, assuming that the length of the PSD 6a in the longitudinal direction is C and the voltage value when the total photocurrent is converted into a voltage is V0, the relational expression with ΔX is V1 = V0 (0.5−ΔX / C) ... (2) By substituting the equation (1) into the equation (2), V1 = V0 (0.5-L · tan 2θ1 / C) is obtained. Therefore, the tilt angle θ1 of the rotating disk 7 can be calculated from the voltage value V1 corresponding to the projection position of the slit light.
なお、PSD6aにおけるダイボンド上の誤差は、ΔX
の代わりに、その誤差を考慮し(ΔX±α)を使用する
ことにより補正することができる。この場合、出力電圧
値V1は、 V1=V0(0.5−L・tan 2θ1/C)±0α/C で与えられる為、±V0α/CだけPSDをオフセット
にて調節すればよい。従って、光学的調整が不要になる
ので、チルトセンサの製造が容易になる。The error on the die bond in PSD 6a is ΔX
Instead of, the error can be taken into account and corrected by using (ΔX ± α). In this case, the output voltage value V1 is given by V1 = V0 (0.5-L · tan 2θ1 / C) ± 0α / C, and therefore the PSD may be adjusted by ± V0α / C by the offset. Therefore, no optical adjustment is required, and the tilt sensor can be easily manufactured.
第3図は、回転円盤7に対するチルトセンサの配置例を
示す平面図である。ここで重要なことは、回転円盤7の
半径方向に沿ってスリット光が回転円盤に照射されるよ
うに、スリット5aの長手方向と半径方向がほぼ一致し
ている点、反射光の長手方向と受光面6aの延在方向と
が直交するように、受光面6aの延在方向と接線方向が
ほぼ一致している点である。FIG. 3 is a plan view showing an arrangement example of the tilt sensor with respect to the rotating disk 7. What is important here is that the longitudinal direction of the slit 5a substantially coincides with the radial direction so that the slit disk is irradiated with the slit light along the radial direction of the rotary disk 7, and the longitudinal direction of the reflected light. This is the point where the extending direction of the light receiving surface 6a and the tangential direction substantially coincide with each other so that the extending direction of the light receiving surface 6a is orthogonal.
第4図は、非球面レンズ付きLEDの指向特性を示すも
のである。スリット光源として、シリンドリカルレンズ
等の非球面レンズ11を有するLEDチップ12に、ス
リットを組み合わせて使用することにより、レンズ光学
系が不要になる。通常のLEDでは、パッケージから光
が出射される段階で散乱が生じ、被測定物に当たる光は
点光源にならず、設計が困難であった。しかし、非球面
レンズ付きLEDを使用すれば点光源が容易に実現で
き、スポットサイズの予測が可能になり設計が容易にな
る。この場合、LED12の大きさをl、LED12の
非球面レンズ11までの距離をL′、非球面レンズ11
から非測定物までの距離Lとすれば、LED12のスポ
ットサイズは、(L/L′)lで与えられる。FIG. 4 shows the directional characteristics of an LED with an aspherical lens. By using the LED chip 12 having an aspherical lens 11 such as a cylindrical lens as a slit light source in combination with a slit, a lens optical system becomes unnecessary. In an ordinary LED, scattering occurs when light is emitted from the package, and the light that hits the DUT does not serve as a point light source, which makes designing difficult. However, if an LED with an aspherical lens is used, a point light source can be easily realized, the spot size can be predicted, and the design becomes easy. In this case, the size of the LED 12 is 1, the distance of the LED 12 to the aspherical lens 11 is L ′, and the aspherical lens 11 is
From L to the non-measurement object, the spot size of the LED 12 is given by (L / L ') l.
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、この実施例ではチルト角を検出することが
できるが、原理的にはスリット光の移動距離を検出して
いるので、面ブレ量の検出をすることができる。その
為、距離センサとして使用することもできる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in this embodiment, the tilt angle can be detected, but since the moving distance of the slit light is detected in principle, the amount of surface blur can be detected. Therefore, it can also be used as a distance sensor.
また、位置検出素子としてPSDを使用しているが、二
分割ホトダイオード等を使用することができる。Further, although the PSD is used as the position detecting element, a two-divided photodiode or the like can be used.
この発明は、以上説明したように構成されているので、
光学系の調節を必要としないチルトセンサを提供するこ
とができる。Since the present invention is configured as described above,
It is possible to provide a tilt sensor that does not require adjustment of the optical system.
また、このチルトセンサは回転円盤の反射率による影響
を除去することができる。Further, this tilt sensor can eliminate the influence of the reflectance of the rotating disk.
第1図は本発明の一実施例に係るチルトセンサを示す斜
視図、第2図は本発明の基本原理を示す側面図、第3図
は回転円盤に対するチルトセンサの配置例を示す平面
図、第4図は非球面レンズ付きLEDの指向特性を示す
説明図、第5図は従来技術に係るチルトセンサを示す説
明図、第6図は指向性のバラツキの原因を説明する為の
説明図、第7図はLEDの指向特性を模式的に示す説明
図である。 1、7……回転円盤、2……LED、3……ホトダイオ
ード、4……レンズ、5……スリット光源、6……位置
検出素子、8……LED用ドライバ、9……ドライバ用
トランジスタ、10……電流設定用抵抗、11……非球
面レンズ、12……LEDチップ。FIG. 1 is a perspective view showing a tilt sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view showing the basic principle of the present invention, and FIG. 3 is a plan view showing an arrangement example of the tilt sensor with respect to a rotating disk. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the directional characteristics of an LED with an aspherical lens, FIG. 5 is an explanatory diagram showing a tilt sensor according to the prior art, and FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the cause of the variation in directivity. FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing directional characteristics of LEDs. 1, 7 ... Rotating disk, 2 ... LED, 3 ... Photodiode, 4 ... Lens, 5 ... Slit light source, 6 ... Position detection element, 8 ... LED driver, 9 ... Driver transistor, 10 ... Resistor for setting current, 11 ... Aspherical lens, 12 ... LED chip.
Claims (1)
するチルトセンサにおいて、 前記回転円盤の半径方向に沿った長手方向をもつ、スリ
ット光を当該回転円盤に照射するスリット光源と、 前記スリット光の反射光を受光する為に前記回転円盤の
接線方向に延在した受光面を有する位置検出素子と、 前記受光面における前記反射光の位置に基づき、前記回
転円盤のチルト角を検出する演算手段とを備えて構成さ
れているチルトセンサ。1. A tilt sensor for detecting a tilt angle of a rotating disk having a high regular reflectance, comprising a slit light source having a longitudinal direction along a radial direction of the rotating disk and irradiating the rotating disk with slit light. A position detecting element having a light receiving surface extending in a tangential direction of the rotating disk for receiving the reflected light of the slit light, and a tilt angle of the rotating disk is detected based on the position of the reflected light on the light receiving surface. A tilt sensor configured to include a computing unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3185189A JPH0625660B2 (en) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | Tilt sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3185189A JPH0625660B2 (en) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | Tilt sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02210209A JPH02210209A (en) | 1990-08-21 |
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Family
ID=12342554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3185189A Expired - Fee Related JPH0625660B2 (en) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | Tilt sensor |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH0625660B2 (en) |
Families Citing this family (4)
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| DE19939837A1 (en) * | 1999-08-21 | 2001-03-29 | Eht Werkzeugmaschinen Gmbh | Method and device for detecting a bending angle on a workpiece |
| DE10009074B4 (en) * | 2000-02-25 | 2006-03-23 | Eht Werkzeugmaschinen Gmbh | Method for free or swivel bending of a workpiece and device for determining the position of a workpiece leg during bending |
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-
1989
- 1989-02-10 JP JP3185189A patent/JPH0625660B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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