使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置製造方法
2023-07-20 14:05:11
使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及位置檢測裝置，其具備：反射體(5)，具有沿著移動體的移動方向交替地排列的反射部(Sa)與非反射部(Sb)，並安裝在移動體上；反射型光電傳感器(1)，並置有發光元件(3)和利用多個受光部接收由反射體(5)反射的光的受光元件(4)；運算單元(8)，使用受光部的輸出信號計算出表示移動體的位置的值。受光元件(4)至少包含輸出相位互不相同的信號的第一和第二受光部(4a、4b)，第二受光部(4b)被分割設置為第一和第二受光區域(4b1、4b2)，該第一和第二受光區域分別位於第一受光部(4a)的與發光元件(3)相反一側和第一受光部(4a)的與發光元件(3)相近一側，運算單元使用根據第一和第二受光區域(4b1、4b2)的輸出信號計算出的一個信號和第一受光部的輸出信號，計算出表示移動體的位置的值。
【專利說明】使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置，特別是涉及一種用於進行攝影機等裝置內的移動體的位置或移動量的檢測的裝置。
【背景技術】
[0002]以往，在例如數位相機、可攜式攝像機、監視攝像機等中，使用各種致動器驅動透鏡，為了進行該可動透鏡等的位置傳感，而使用位置檢測裝置。
[0003]例如，作為焦點透鏡的位置以及移動量的檢測裝置，存在如步進電機方式那樣使用脈衝發生器的類型，或者在壓電馬達方式中使用光傳感器或者磁傳感器以模擬方式檢測變化量的類型，作為前者的例子可舉出日本特開平04-9712號公報等，作為後者的例子可舉出日本特開平05-45179號公報、日本特開2002-357762號公報、日本特開2006-173306號、日本特開2009-38321號公報等。
[0004]上述步進電機方式是根據產生的脈衝數的計數，每次旋轉固有的旋轉角度的方式，即使對需要長距離位置檢測的應用，也一般採用這種步進電機方式。但是，由於為電機不連續旋轉的結構，因此，在旋轉時產生的聲音大，這是拍攝運動圖像時的聲音噪聲的產生源。此外，還存在響應慢的問題。
[0005]因此，在數位相機等中，逐漸由使用步進電機方式，進入到使用適於避免在拍攝運動圖像時產生的聲音噪聲、自動聚焦的高速化，或者應用的小型化的壓電馬達方式。
[0006]在圖4A?4B中，示出了能夠在利用壓電馬達方式進行的位置檢測中使用的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置。如圖4A所示，反射型光電傳感器I在用遮擋壁2隔開的一側的凹部中配置發光元件3，在另一側的凹部中配置受光元件4。此外，如圖4B所示，在光電傳感器I的發光/受光面SL側上，以與該發光/受光面SL平行並且在發光元件3與受光元件4排列的方向移動的方式配置反射板5。當設為這種結構時，從發光元件3發射的光在反射板5反射，向受光元件4入射，根據其受光量檢測反射板5 (安裝該反射板的移動體)的位置或移動距離。
[0007]作為使用這樣的反射型光電傳感器來提高位置檢測、移動量檢測的性能的例子，有日本特開2006-173306號公報的技術,此外作為提高輸出信號的直線性的例子，有日本特開2009-38321號公報中所示的例子。
[0008]然而，在高倍率或者高端機型的數位相機、單鏡頭反光照相機、可攜式攝像機以及監視攝像機等中，在需要變焦功能以及長距離檢測的相機模型的透鏡位置檢測中，有時需要以5μπι以下的解析度進行1mm以上的長距離檢測，在使用現有的反射型光電傳感器的位置傳感中難以檢測。
[0009]另一方面，在實現避免在拍攝運動圖像時產生聲音噪聲、自動聚焦的高速化或者應用的小型化的壓電馬達方式的位置檢測中使用磁傳感器，作為該磁傳感器的例子，有在日本特開2006-292396號公報中所示的例子。該日本特開2006-292396號公報的磁傳感器設有將S極與N極交替地排列而得的磁產生構件(磁鐵)與2個磁場檢測元件(MR元件或者霍爾元件)，放大該磁場檢測元件的輸出，進行運算處理，由此，進行位置檢測。
[0010]然而，在使用上述磁傳感器的情況下，存在以下問題。
[0011]I)系統本身大型化。
[0012]2)由於使用排列了多個S極、N極而得的磁場產生構件，因此系統成本變高。
[0013]3)由於是磁場檢測，因此，難以改善信號的直線性。
[0014]4)在裝載有磁傳感器等的裝置內使用其他的磁那樣的情況下，受到磁霧等的影響，有誤操作的可能性。
[0015]5)由於2個磁場檢測元件的輸出低，因此，需要使用運算放大器進行放大，用於構成系統的部件成本變高。
[0016]6)在磁場產生構件的S極、N極的磁化中容易產生誤差，難以恆定地保持磁場強度，此外由於氧化而使性能惡化。
[0017]為了消除這樣的問題，本申請的 申請人:提出了一種使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置(日本特開2013-36972號公報)。在圖5中示出了本申請的 申請人:提出的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置。反射型光電傳感器I為如下結構，在由外周壁與遮光壁2劃分出的一側的凹部6a配置發光元件(LED) 3，在另一側的凹部6b配置受光元件(光電電晶體)4。在該反射型光電傳感器I的發光/受光面側，以與該發光/受光面平行並且在與發光元件3和受光元件4的排列方向(圖的上下方向)大致垂直的方向(箭頭方向)移動的方式配置反射板5。該反射板5以與透鏡等移動體一體地移動的方式被安裝。在反射板5中交替地(呈縱條紋狀地)形成、配置有極細條狀的反射部sa與非反射部Sb。
[0018]如圖5所示，在反射型光電傳感器I的受光元件4中形成有將受光區域在移動體的移動方向上分割為各自不同的區域而得的3個受光部4a、4b、4c。調整反射型光電傳感器
1、受光元件4以及反射板5的大小、配置等以得到來自此3個受光部的3個輸出信號(分別設為A、B、C)，例如，得到相對於基準信號(輸出A)相位前進90度的信號(輸出B)，並得到進一步相位前進90度的信號(輸出C)。
[0019]該受光部的輸出分別輸入緩衝放大器7a、7b、7c，進而，這些輸出被輸入進行根據相位相差180度的輸出A以及輸出C求出輸出信號的中點電位的運算、以及用於得到具有直線性的值的線性值運算的運算電路(MPU)8。在運算電路8中，根據具有180度相位差的輸出A與輸出C計算中點電位D = (A + C) / 2，根據具有90度相位差的輸出A與輸出B進行(A-B) / (A + B) [ = b]與(A + B) / (A-B) [ = a]的運算。
[0020]根據該線性值運算，如圖6所示，通過計算中點電位D，由於輸出A、B的中點電位始終被設定為0V，因此，運算結果為高線性、重複的三角波。另外，在圖6中將輸出A以及輸出B各自的值換算為-1?I的範圍來示出輸出A以及輸出B。此外，運算結果表示使用該換算值進行運算而得的值，在圖6中的三角波的右下降部分是使用上述運算式(A + B) /(A-B) [ = a]運算而得的，右上升部分是使用上述運算式(A-B) / (A + B) [ = b]運算而得的結果。
[0021]此外作為其它的線性值運算的例，也能夠通過計算arctan(A / B)來求出信號的相位角Θ，檢測移動距離。在圖7中，示出了如下結構，通過移動合計由反射部sa與非反射部Sb構成的反射板5的反射部Sa的寬度與非反射部Sb的寬度而得的距離來得到反射型光電傳感器的輸出信號的I個周期的量，這樣，通過求出arctan (A / B)，能夠檢測移動體的移動距離。
[0022]然而，在本申請 申請人:提出的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置中，為了得到相位差90度的信號以進行arctan (A / B)的運算，如圖8所示，需要配置為從發光元件3側觀察會產生受光元件4a與4b重疊的部分、受光元件4b與受光元件4c重疊的部分。在圖9中示出了在該重疊的部分中在圖8上的上下方向切斷而得的剖面。在存在重疊部分的情況下，如圖9所示，從發光元件3發射的光在反射板反射後到達受光部4a或者4c的光的行進距離(實線箭頭)，與從發光元件3發射的光在反射板反射後到達受光部4b的光的行進距離(虛線箭頭)並不相同。其結果是，如圖10所示，存在每個受光部輸出電壓各有偏差的問題。在圖8所示的受光元件的配置中，在發光元件3側配置受光元件4b的情況也是相同的。
[0023]當使用這樣的輸出電壓存在偏差的信號進行arctan運算時，會導致圖7B所示的三角波間距不相同，無法正確進行移動體的位置檢測的問題。
[0024]此外，如圖10所示，表示受光元件輸出的峰值的檢測位置不同，特性曲線的曲率大不相同。其結果是，在實際的應用中，有時會產生如下那樣的問題。
[0025]在相機透鏡模塊等的應用中，反射板5或反射型光電傳感器I固定在致動器殼體的可動部或固定部。對於該固定理想的是，反射板5與反射型光電傳感器I正對，其表面為平行。但是，存在殼體的加工精度或可動部的安裝精度、反射板的安裝精度、反射型光電傳感器的安裝精度差，或者在應用上反射板5相對於反射型光電傳感器I被有傾斜地安裝的情況。
[0026]例如，圖11表示反射板5相對於反射型光電傳感器I被傾斜地安裝的結構。當這樣具有傾斜地安裝的反射板5移動時，存在從發光元件3發射的光在反射板5反射，到入射至受光元件4a和4c與入射至受光元件4b的光的移動距離之差進一步變大，位置檢測精度降低的問題。
【發明內容】
[0027]本發明的目的在於提供一種解決這種問題，即使是必須使受光元件重疊配置的結構的位置檢測裝置，也能夠正確地進行移動體的位置檢測的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置。
[0028]為了實現上述目的，本發明的第一方式的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置，該位置檢測裝置檢測移動體的位置，其特徵在於，具有:反射體，其具有沿著上述移動體的移動方向交替地排列的反射部與非反射部，並安裝在上述移動體上；反射型光電傳感器，其與該反射體相向設置，發光元件以及受光元件並列設置在與上述移動方向正交的方向上，該受光元件利用多個受光部接收由該發光元件發射並在該反射體反射的光；以及運算單元，其使用上述受光部的輸出信號，計算出表示上述移動體的位置的值，其中，上述受光元件至少包含第一以及第二受光部，該第一以及第二受光部設置在上述移動體的移動方向上的不同位置，通過接收來自上述反射體的光，從而輸出相位互不相同的信號，上述第二受光部被分割設置為第一受光區域和第二受光區域，該第一受光區域和第二受光區域分別位於上述第一受光部的與上述發光元件相反一側以及上述第一受光部的與上述發光元件相近一側，上述運算單元根據上述第一以及第二受光區域的輸出信號計算出一個信號，使用該計算結果和上述第一受光部的輸出信號，計算出表示上述移動體的位置的值。
[0029]在本發明的第一方式中，本發明的第二方式的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置，其特徵在於，其構成為:上述運算單元設上述第一受光部的輸出信號的大小為A，並且設根據上述第一以及第二受光區域的輸出信號計算出的一個信號的大小為B，進行Θ=arctan (A / B)的運算，上述位置檢測裝置通過該相位角Θ檢測上述移動體的位置。
[0030]在本發明的第一或者第二方式中，本發明的第三方式的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置，其特徵在於，上述運算單元根據從上述多個受光部輸出的相位不同的輸出信號的電壓，計算出該輸出信號的中點電位，以該中點電位為基準，進行上述輸出信號的運算。
[0031]根據本發明的位置檢測裝置，只要在移動體中具備僅交替地形成了反射部與非反射部的反射板，就能夠檢測1mm以上的長距離的移動。此外由於不需要像以往那樣的磁產生構件，因此，具有還不會受到磁霧等的影響的優點。並且，只要變換受光部的配置，就能夠進行比本申請的 申請人:之前提出的位置檢測裝置精度更高的長距離位置檢測。
[0032]此外根據本發明的位置檢測裝置，具有如下優點:即使在沒有平行地安裝反射板與反射型光電傳感器的情況下也可以進行高精度的長距離位置檢測，能夠擴大可適用的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是表示本發明的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置的結構的圖。
[0034]圖2是說明本發明的反射型光電傳感器中使用的受光元件的輸出特性的圖。
[0035]圖3是說明本發明的反射型光電傳感器中使用的受光元件的受光部的其它配置例的圖。
[0036]圖4A以及圖4B是說明以往的位置檢測裝置的結構的圖。
[0037]圖5是現有的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置的說明圖。
[0038]圖6是重合顯示現有的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置的仿真數據與線性值運算輸出的說明圖。
[0039]圖7是重合顯示現有的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置的相位角運算的仿真數據與線性值運算輸出的說明圖。
[0040]圖8是說明本申請的 申請人:之前提出的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置的圖。
[0041]圖9是說明圖8所示的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置的剖面的圖。
[0042]圖10是說明圖9所示的位置檢測裝置的受光元件的輸出特性的圖。
[0043]圖11是說明使用了反射板被傾斜安裝的反射型光電傳感器的位置檢測裝置的圖。
[0044]附圖標記說明
[0045]1:反射型光電傳感器；2:遮光壁；3:發光兀件；4:受光兀件；5:反射板；6a、6b:凹部；7:緩衝放大器；8:運算電路。
【具體實施方式】
[0046]本發明所涉及的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置的結構為:從發光元件6向將反射部與非反射部排列於移動體的移動方向而得的反射板發射的光，在反射板的反射部反射，入射至多個受光元件的每一個，通過用運算電路8進行規定的計算，從而能夠計算出移動體的移動距離。以下對實施例進行詳細說明。
[0047]實施例1
[0048]圖1表示本發明的第一實施例的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置。如圖所不，反射型光電傳感器I在由外圓周壁與遮光壁2劃分出的凹部6a配置發光兀件(LED) 3，在另一凹部6b配置受光元件(光電電晶體)4。在該反射型光電傳感器I的發光/受光面側，以與該發光/受光面平行並且在與發光元件3和受光元件4的排列方向(圖的縱向)大致垂直的方向(箭頭方向)移動的方式配置反射板5。該反射板5的結構為:以與透鏡等移動體一體地移動的方式進行安裝，通過檢測反射板5的移動量，來檢測移動體的移動量。
[0049]在反射板5交替(縱條紋狀)地形成有極細條狀的反射部sa與非反射部Sb，在實施例中，將該反射部sa與非反射部Sb的寬度設為300 μ m左右。另外，該非反射部sb也可以以狹縫狀的空間構成。該反射板5 —般使用半導體光刻技術，通過在透明玻璃上金屬蒸鍍或者濺射後，除去為非反射部的部分的金屬膜，由此，能夠容易地高精度地形成該反射板
5。此外，在用樹脂替代透明玻璃作為基材的情況下，也可以將表面部分地設為粗糙面來作為非反射部。
[0050]並且，在本發明中，在如下方面具有特徵:受光元件4包含設置在移動體的移動方向上不同位置的多個受光部，進而，一部分受光部被分割設置為如下兩個受光區域，即，配置在其他受光部的發光元件3 —側的受光區域、以及配置在其他受光部的發光元件3的相反一側的受光區域，該一部分受光部的受光區域分別以與其他受光部在移動體的移動方向上部分重疊的方式配置。
[0051]即，在受光部4a的發光兀件3 —側設置第二受光區域4b2,在受光部4a的發光兀件3相反一側設置第一受光區域4bl，第一以及第二受光區域4bl、4b2分別以與受光部4a的一部分重疊的方式設置。通過這樣構成，第一以及第二受光區域4bl、4b2能夠配置在也與受光部4c重疊的位置。
[0052]通過調整受光部4a、4c、以及第一和第二受光區域4bl、4b2的大小、配置、反射板5的反射部sa、非反射部Sb的寬度，從而從光電傳感器I輸出的3個信號被設計為例如相對於基準信號(O度:輸出A)前進90度(輸出B)相位角與前進180度(輸出C)相位角的關係。本發明由於將受光部配置在重疊的位置，因此，能夠容易地形成直線性優良的90度相位差的信號。
[0053]在圖2示出這樣配置的受光部的相對輸出。將來自第一受光區域4bl的輸出與來自第二受光區域4b2的輸出兩者合計作為「4bl + 4b2」示出。如圖2所示，從各輸出部得到的相對輸出幾乎相同，當與圖10所示的現有例比較時，可知其效果較大。
[0054]這樣，對於相對輸出大致相同的輸出信號，來自受光部4a的輸出被輸出至緩衝放大器7a,來自第一以及第二受光區域4bl、4b2的輸出被輸出至緩衝放大器7b,來自受光部4c的輸出被輸出至緩衝放大器7c，由運算電路8進行移動量的運算。
[0055]另外，通過調整受光部4a、4c、以及第一和第二受光區域4bl、4b2的大小、配置、反射板5的反射部sa、非反射部Sb的寬度，從而從光電傳感器I輸出的3個信號被設計為例如相對於基準信號(O度:輸出A)相位角前進90度(輸出B)與相位角前進180度(輸出C)的關係。本發明由於也可以將受光部配置在重疊的位置，因此，能夠容易形成直線性優秀的90度相位差的信號。
[0056]具體地說，例如在由0.3mm的反射部sa與0.3mm的非反射部sb構成的反射板5的
0.6mm的移動中，預先調整受光部的重疊尺寸或間隔以得到反射型光電傳感器I的I周期的輸出信號波形。對於信號的相位角Θ通過將受光部4a的輸出的大小設為A,將合計第一以及第二受光區域4bl、4b2的輸出而得的值設為B，利用運算電路8運算Θ = arctan(A /B)，由此，能夠得到圖7B所示的計算結果，進行位置檢測。
[0057]在本發明中如圖2所示，由於從各受光部輸出的相對輸出大致一致，因此，能夠輸出間距一致的三角波，進行正確的位置檢測。
[0058]另外，本發明的位置檢測裝置當然也可以利用運算電路8進行圖6所示的運算。具體地說，通過利用運算電路8，將受光部4a的輸出的大小設為A，將合計第一以及第二受光區域4bl、4b2的輸出而得的值設為B，進行(A — B) / (A + B)以及(A + B) / (A-B)的運算，由此，能夠伴隨反射板5的移動得到重複直線的上升線與直線的下降線的三角波的輸出。此外，基於來自受光部4a的輸出與來自受光部4c的輸出，根據D= (A + C) / 2計算出中間電位D，通過始終將輸出A、B的中間電位設定為0V，由此，能夠得到如圖6所示的高線性、重複的三角波。
[0059]在這種情況下也由於從各受光部輸出的相對輸出大致一致，因此，能夠輸出間距一致的三角波，進行正確的位置檢測。
[0060]此外，本發明的受光部的配置並不限定於圖1所示配置，也可以為例如如圖3所示那樣的鑰匙形狀的交錯的構造。
[0061]以上，對反射型光電傳感器I與反射板5平行地正對的情況進行了說明，但是，本發明在相對於反射型光電傳感器I斜向傾斜配置反射板5的情況下，由於將設置在從發光元件3起的距離互不相同的位置的受光部發出的輸出作為一個輸出信號進行運算處理，因此，也能夠進行正確的位置檢測。
【權利要求】
1.一種使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置，該位置檢測裝置檢測移動體的位置，其具有: 反射體，其具有沿著上述移動體的移動方向交替地排列的反射部與非反射部，並安裝在上述移動體上； 反射型光電傳感器，其與該反射體相向設置，發光元件以及受光元件並列設置在與上述移動方向正交的方向上，該受光元件利用多個受光部接收由該發光元件發射並在該反射體反射的光；以及 運算單元，其使用上述受光部的輸出信號，計算出表示上述移動體的位置的值， 上述受光元件至少包含第一以及第二受光部，該第一以及第二受光部設置在上述移動體的移動方向上的不同位置，通過接收來自上述反射體的光，從而輸出相位互不相同的信號， 上述第二受光部被分割設置為第一受光區域和第二受光區域，該第一受光區域和第二受光區域分別位於上述第一受光部的與上述發光元件相反一側以及上述第一受光部的與上述發光元件相近一側， 上述運算單元根據上述第一以及第二受光區域的輸出信號計算出一個信號，使用該計算結果和上述第一受光部的輸出信號，計算出表示上述移動體的位置的值。
2.根據權利要求1所述的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置，其構成為: 上述運算單元設上述第一受光部的輸出信號的大小為A，並且設根據上述第一以及第二受光區域的輸出信號計算出的一個信號的大小為B，進行Θ = arctan (A / B)的運算， 上述位置檢測裝置通過該相位角Θ檢測上述移動體的位置。
3.根據權利要求1或者2所述的使用了反射型光電傳感器的位置檢測裝置，其中， 上述運算單元根據從上述多個受光部輸出的相位不同的輸出信號的電壓，計算出該輸出信號的中點電位，以該中點電位為基準，進行上述輸出信號的運算。
【文檔編號】G01B11/00GK104048598SQ201410088225
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2013年3月12日
【發明者】福井和人 申請人:新日本無線株式會社