专利名称：位置检测装置用光敏器件、使用它的位置检测装置和位置检测方法
技术领域：
本发明涉及使用反射型光敏器件、用于进行照相机等的装置内的移动物体的位置和移动量的检测的传感器和使用了它的位置检测装置，以及位置检测方法。
背景技术：
一直以来，例如数码静态相 机、可携式摄像机、监控摄像机等中，使用各种致动器驱动透镜，且为了进行该可动透镜等的位置感测而使用位置检测装置。例如，作为聚焦透镜的位置和移动量的检测装置，有步进电机方式这样使用脉冲发生器的类型、和在压电电机方式中使用光传感器或磁传感器来模拟性地检测变化量的类型，作为前者的示例，可列举特开平04-9712号公报(文献I)等，作为后者的示例，可列举特开平05-45179号公报(文献2)、特开2002-357762号公报(文献3)、特开2006-173306号(文献4)、特开2009-38321 (文献5)等。就上述步进电机方式而言，是按发生的脉冲数的统计数所对应的各旋转角使之旋转的方式，在需要长距离位置检测的用途中，一般也采用该步进电机方式，但是，因为电机不是连续旋转，所以旋转时的噪音大，该噪音造成视频摄录时发生声音干扰，而且响应性迟缓这样的问题存在。例如，就数码静态相机等而言，至今为止都是以步进电机方式为主流，但是，因为对在视频摄录时声音干扰的发生避免和自动聚焦的高速化、或使用了它的装置的小型化的重视，所以近年来，压电电机方式得到利用，在该压电电机方式的位置检测中使用的是光传感器和磁传感器。在图15A 15B中，示出的是现有的使用了一般的反射型的光敏器件的位置检测装置，如图5A所示，反射型光敏器件I采用的构成为，在由遮光壁2隔开的一方的凹部配置有发光兀件3,在另一方的凹部配置有光接收兀件4。另外,如图15B,在光敏器件I的发光/光接收面4侧，按照与该发光/光接收面&平行、且沿着使发光元件3和光接收元件4连接的线方向移动的方式，配置有反射板5。根据这样的构成，来自发光元件3的光由反射板5反射、且输入到光接收元件4，根据其光接收量，检测出反射板5 (安装有该反射板的移动物体)的位置和移动距离。作为使用这样的反射型光敏器件、且使位置检测和移动量检测的性能提高的例子，有特开2006-173306号公报(文献4)的技术，另外作为使输出信号的直线性提高的例子，有特开2009-38321号公报(文献5)所示的技术。可是，高倍率或高端模式的数码静态相机、单镜头反光相机、可携式摄像机、监控摄像机等，在变焦功能和长距离检测的相机模组的透镜位置检测中，需要在5 μ m以下的高分辨率下、IOmm以上的长距离检测的情况存在，在使用了现有的反射型光敏器件的位置感测中，检测有困难。另一方面，在视频摄录时声音干扰的发生避免和自动聚焦的高速化或应用的小型化得以实现的压电电机方式的位置检测中，使用的是磁传感器，作为该磁传感器的示例，有特开2006-292396号公报(文献6)所公开的技术。该文献6的磁传感器,设置交替排列有S极和N极的磁场发生构件(磁体)和2个磁场检测元件(MR元件或霍尔元件)，使该磁场检测元件的输出增幅，进行运算处理，从而进行位置检测。然而，使用上述磁传感器时，存在以下的问题。I)系统自身大型化。2)因为使用大量排列有S极、N极的磁体(磁场发生构件)，所以总系统成本变高。3)因为是检测磁场的构成，所以难以改善信号的直线性。4)在搭载有磁传感器等的装置内使用其他磁力的情况下，受到磁头(磁気力、；
>9 )等的影响，有误操作的可能性。5)因为2个磁场检测元件的输出功率低，所以需要使用运算放大器进行增幅，用于构成系统的部件成本变得昂贵。6)磁体的S极、N极在充磁中所得到的磁力的误差容易产生，也难以将磁场的强度保持一定，另外由于磁体的氧化导致性能劣化。
发明内容
本发明鉴于上述问题点而做，其目的在于，提供一种位置检测装置用传感器、使用了它的位置检测装置和位置检测方法，该位置检测装置用传感器不使用大型化、检测精度等也会产生问题的磁传感器，而使用小型且成本低廉、并以5μπι以下的分辨率可以进行IOmm以上的长距离检测的反射型光敏器件。为了达成上述目的，本发明的位置检测装置用传感器具备将反射面和非反射面沿移动物体的移动方向交替排列的反射部；反射型光敏器件，其与该反射部相对地设置，具有发光元件和光接收元件，该发光元件朝着该反射部的方向发光，该光接收元件接收由所述反射部反射的光，所述反射型光敏器件的光接收元件设有多个光接收部，该多个光接收部在所述移动物体的移动方向上具有各自不同的光接收区域。优选所述反射型光敏器件的光接收元件的光接收部，按照在反射部移动方向的从所述光接收部的中心部起越朝向两端、单位长度的光接收区域的面积越宽的方式形成，以使检测输出随着所述移动物体的移动量进行直线性地变化，或者，所述发光元件的发光部，按照在反射部移动方向的从所述发光元件的中心部起越朝向两端、单位长度的面积越宽的方式形成，以使检测输出随着所述反射部的移动量进行直线性地变化，。本发明的位置检测装置，具有第一发明所述的位置检测用传感器；运算机构，其根据来自所述多个光接收部的信号，进行加、减、除及函数计算的至少一种运算，使通过该运算得到的值和所述反射部的位置的关系得以线性化。还具有中点电位转换机构，其按照在从所述多个光接收部之中的2个所分别得到的输出值和所述反射部的位置的关系下、使该反射部的位置变化所对应的所述输出值的变化的中点电位成为O的方式，使所述输出值平行移动，在该中点电位转换机构所转换的所述2个光接收部各自的输出值设为Α、B时，所述运算机构在A彡0、Β彡O或Α<0、Β<0时，进行(A-B) / (Α+Β)的运算，在A彡0、Β<0或Α<0、Β彡O时，进行(A+B) / (A-B)的运算，因为这容易取得线形性，所以优选。即，能够得到线性的上倾斜部和下倾斜部交替出现的形成三角波形的运算输出，能够高精度地进行长距离的位置检测，另外可以消除因温度变化而产生的反射型光敏器件的输出变动。所述运算机构还具有在表示从所述多个光接收部之中的2个所分别得到的所述反射部的位置和所述光接收部各自的输出值的关系的曲线中、作为能够得到该曲线的线形性的临界之值即右上升曲线的上限和右下落曲线的下限的阈值的设定机构；达到该上限和下限的阈值的到达次数的统计机构，根据由该统计机构得到的统计数和输出，也能够进行移动物体的位置检测。还具有在从所述多个光接收部之中的2个所分别得到的输出值和所述反射部的位置的关系、通过使用距基准位置的距离所对应的相位角Θ而各自以sin0的曲线加以近似下，按照所述各自的sin Θ的曲线的中点电位成为O的方式进行平行移动的中点电位转换机构，并且，按照使所述2个信号的相位差为90度的方式形成所述2个光接收部，由所述中点电位转换机构进行了平行移动的所述2个光接收部各自的输出值设为A、B且相位前进90度一侧的输出值设为A,所述运算机构进行Θ = arctan(B/A)的运算，由此也能够求得移动物体的位置。·作为优选，所述多个光接收部具有第三光接收部，按照使该第三光接收部的输出和所述2个光接收部之一的光接收部的输出达到180度相位差的方式，形成所述第三光接收部，并且，通过对于具有该180度的相位差的2个光接收部的输出进行加法运算，来计算所述中点电位的中点电位计算机构被形成。本发明的位置检测方法，其特征在于，在移动物体上，固定有使反射面和非反射面以各自相同的宽度沿着所述移动物体的移动方向交替排列的反射部；与该反射部相对地设置、且具有发光元件和光接收元件的反射型光敏器件，按照沿着所述移动物体的移动方向而具有各不相同的多个光接收部的方式形成该反射型光敏器件的光接收元件；并且，通过对于伴随所述移动物体的移动而变化的所述多个光接收部的输出进行运算处理，检测所述移动物体的位置。根据本发明，例如在照相机的可动透镜等的移动物体上，安装使反射面和非反射面交替形成的反射部，通过来自该反射部的光反射的变化状态由例如2个光接收部(各自不同的光接收区域)接收，能够得到对应距离接近正弦曲线的输出信号，通过2个光接收部，输出接近正弦曲线的周期函数的相位不同的2个信号。然后，基于这2个信号，通过实施线性值运算(用于得到有直线性的值的运算)，或者对2个信号变化的直线部的值进行累积(積算)，能够检测移动物体的位置或移动量。在此，所谓线性值运算，是指使移动物体的位置与由光接收部所得到的值之关系近似于直线的、这样针对光接收部的值进行的运算，将这样的近似于直线关系的光接收部的值在以下简单地称为“线性值”，将这样的用于获得线性值的运算在以下简单地称为“线性值运算”。另外，作为反射型光敏器件，其设有如下光接收区域或发光区域，S卩，使检测输出对应反射部的移动量而直线性地变化，如此从反射部移动方向的中心部开始，越朝向两端，单位长度的面积越宽，通过使用这样的反射型光敏器件，例如能够提高2个信号的直线性。此外，例如通过三等分的光接收部输出3个信号(输了 A C)，根据有180相位差的输出信号A和C计算中间电位，并且根据有90相位差的输出信号A和B进行线性值运算，由此在线性值运算时能够同时得到中点电位，即使因温度变化等导致输出信号发生变动时，仍可在中点电位保持一定的状态下准确地检测出移动物体的位置和移动量。根据本发明的位置检测装置，因为反射部为只交替形成反射面和非反射面的构成，所以与多个排列S极和N极的磁场发生构件比较，能够以低成本小型地形成传感器，另外也容易提高线性特性，通过大量反复形成反射面和非反射面，可以跨越IOmm以上的长距离而进行良好的位置感测。此外，通过进行减小反射面和非反射面的宽度等的调整，加大输出的梯度，能够实现5μπι以下的高分辨率(高精度)的位置检测。例如，若使反射面和非反射面的宽度分别为300 μ m以下，则为了检测10 μ m的变化，必须识别180度/30 = 6度的相位变化，但若使反射面和非反射面的宽度分别达到100 μ m，则为了检测10 μ m的变化，只要检测180度/10 = 18度 的相位变化即可，因为10度左右的变化能够充分地进行检测，所以也可以达到5μπι以下的高分辨率。由此具有的效果是，可以适用于需要IOmm以上的位置检测的高倍率或高端模式的数码静态相机、单镜头反光相机、可携式摄像机、监控摄像机等需要有变焦功能的相机模组，另外可以适用于需要以高精度进行长距离范围的位置检测的用途。另外，使用磁传感器时的问题得到消除。即，不会受到磁头等的影响，也能够防止因磁体的S极、N极的充磁的偏差和磁场强度的不均匀而发生检测误差，或因磁体的氧化导致性能劣化。另外，通过对于光接收部中心部的光接收区域的一部分进行遮光，能够使来自光接收部的输出波形的上升和下降的倾斜度的直线性提高，能够提高检测精度。此外，求得来自在不同区域所形成的2个光接收部的输出的和与差，进行求得其比的运算处理，能够得到线形性良好的运算结果的曲线。通过设置前述的具有180度相位差的第三光接收部而求得中点电位，能够在检测时同时取得在进行长距离位置检测上为了得到必须的线性特性而必不可少的中点电位，其所具有的优点是，在光敏器件具有温度依存性时，和由于温度变化导致来自光敏器件的输出信号产生变动时，即使中点电位水平变化，也不会对通过运算得到的结果(线性特性)造成影响。
图I是表示使用了本发明的第一实施例的反射型光敏器件的位置检测装置的构成的图。图2Α 2D是表示光接收部的构成例的图。图3Α 3Β是从图I所示的第一实施例的位置检测装置的反射部侧观看的透视的立体图、和从光敏器件侧观看的透视立体图。图4Α是表示第一实施例的位置检测装置的检测例的图，图4Β是在光接收元件输出的模拟图中使中点电位为O的图，图4C是表示用于得到线形性的运算机构(线性值运算输出)的结果的一例的图。图5Α 5C是表示以图2Β所示的光接收部的构造而进行了与图4Α 4C同样的处理的结果的图。图6是表示使图4Β和图4C重合、且光接收元件的输出也为了方便使极值由±1表不的图。
图7是在第一实施例中，如图2C和图2D这样遮蔽光接收区域的一部分时的光接收部的输出图。图8A 8B是表示第二实施例的位置检测装置的构成、和这时的光接收元件输出及检测例的说明图。图9是表示第三实施例的位置检测装置的构成的图。图IOA IOB是表示第三实施例的光接收元件的构成例的图。图IlA IlB是第三实施例的位置检测装置的构成例和光接收元件输出的模拟图。图12A 12B是第三实施例的位置检测装置的反射部的构成例、和与该反射部有
关联的光接收元件输出的模拟及线性值运算输出图。图13A 13B是第三实施例的位置检测装置的反射部的构成例、和表示该反射部的位置与进行相位角运算时的线性值运算输出的关系的图。图14A 14B是表示由第三实施例的位置检测装置计算中点电位时的结果、和中点电位移动时的结果的图。图15A 15B表示现有的位置检测装置的构成，是其顶视图和侧视图。符号说明I、9…反射型光敏器件3、7…发光兀件4、8、16、17、18、24、28…光接收元件5、12…反射板(反射部)8a、8b、16a、16b、17a、17b、18a、18b、24a 24c,28a 28c…光接收部14、26…运算机构(微处理器)19、20…遮光反射膜22…加法运算机构Sa…反射面Sb…非反射面
具体实施例方式在图I至图3B中，示出了使用本发明的第一实施例的反射型光敏器件的位置检测装置的构成，在该实施例中，设置具有发光元件7和光接收元件8的反射型光敏器件9。BP,还如图3A所示，该反射型光敏器件9其构成为，在由外周壁和遮光壁9k隔开的一方的凹部9a配置有发光元件(LED) 7，在另一方的凹部9b配置有光接收元件(光电晶体管)8，但在该光敏器件9的发光/光接收面侧，按照与该发光/光接收面平行且沿着与发光元件7和光接收元件8的排列方向(图的纵向)大体垂直的方向100移动的方式，配置有反射板(光学反射部)12。该反射板12按照与透镜等的移动物体一体移动的方式安装。在上述反射板12上，极细狭条形状的反射面sa和非反射面sb被交替(竖条状)形成，在实施例中，使该反射面sa的宽度wl和非反射宽度w2相等(W),形成为w = 300 μ m左右。即，优选该反射面sa和非反射为相同宽度。另外，从提高检测精度(灵敏度)的观点出发，优选其宽度尽可能地窄。还有，非反射面Sb也可以由狭缝空间构成。该反射板12能够运用一般的半导体光刻技术、通过在透明玻璃上进行金属蒸镀或溅射而很容易地高精度地形成。另外，在基材采用树脂时，除了金属镀敷以外，也可以通过蚀刻和模具成型时的模压进行表面部分的粗糙化而形成。然后，还如图2A所示，在上述光敏器件9的光接收元件8上形成使光接收区域按照在移动物体的移动方向上成为各自不同的区域的方式分割后的2个光接收部8a、8b。在本实施例中，如图2A和图2B所示，2个光接收部8a和8b、16a和16b的中心部的间隔dl，按照使2个光接收部8a和Sb的接收信号的相位差达到90度的方式形成，通常设定为w/2，但根据光接收部8a和8b的形状等,也不一定限制为w/2。另外,2个光接收部8a和8b形成为相同面积相同形状。如后述，这是为了使反射板12的移动带来的2个光接收部8a和8b输出变化以相同的方式变化，使其相位差成为90度。但是，通过设计后述的运算机构，SP使不是90度，如果能够进行可得到线形性的运算，则也不需要进行这样的限度。此外，在第一实施例中，具有接收来自光接收元件8的2个光接收部8a、8b的输出的缓冲放大器13a、13b，根据该缓冲放大器13a、13b的输出进行线性值运算的运算机构
(MPU) 14。该运算机构14可以通过微处理器进行运算，也可以用运算放大器等的电路。另夕卜，还具有未图示的求得反射板12移动时的2个光接收部8a、8b各自的输出变化的中心电位的中点电位转换机构，且换算成使该中点电位为O点的输出变化。该中点电位转换机构，通过例如由ADC转换成数字值，通过微型电子计算机求出中点电位，从由光接收部8a、8b得到的输出值减去中点电位的方法，和进行以缓冲放大器13a、13b使DC电平为O的偏移(offset)处理等的中点电位转换机构，能够使中点电位成为O。将此中点电位转换为O的2个光接收部8a、8b的输出值设为A、B，A > 0、B > O或A< 0、B < O时，进行b = (A-B) / (A+B)的运算，在A彡0、B<0或Α<0、Β彡O时，进行a=(A+B)/(A-B)的运算，能够得到伴随反射板12的移动而直线性的上升线和直线性的下降线反复的三角波形。另外，通过在这样的分母和分子两方进行测量值以相同的次数被包含的运算，即使反射型光敏器件的温度特性等导致变动产生，因为分母分子构成同样的变化，所以仍会被消除。在图2B 2D中示出其他构成例以取代光接收元件8。还有，在图I中是以从背面侧观看反射型光敏器件9的透视图进行描绘，但图2A 2D是表面朝向地描绘。图2B的光接收元件16，是将在移动物体的移动方向100上呈细长的光接收区域的2个光接收部16a、16b，以其一部分重叠的状态，配置在与移动方向100垂直的方向上。这种情况下，也是如前述，2个光接收部16a、16b的中心部的间隔dl，如前述，也是按照使其输出为90度的相位差的方式形成。另外，图2C的光接收元件17，具有以遮光反射膜19遮挡图2A的光接收部8a、8b的光接收区域的一部分的光接收部17a、17b，图2D的光接收元件18，具有以遮光反射膜20遮挡图2B的光接收部16a、16b的光接收区域的一部分的光接收元件18a、18b。还有，上述遮光反射膜19和20轮廓分别为多角形，但也可以为曲线状，能够基于所求得的输出特性进行适宜选择。S卩，这些光接收部17a、17b、18a、18b与上述文献5(特开2009-38321)同样，设置出如下光接收区域，即通过由遮光反射膜(Al膜)19、20覆盖光接收部8a、8b、16a、16b的活性层(光接收区域)，从反射板12的移动方向的中心部起越朝向两端、而单位长度的面积越宽的光接收部区域。由此，能够使光敏器件9的检测输出的直线性(linearity)提高。还有，在实施例中，是在I个光接收元件8、16 18上形成2个光接收部，但也可以将2个光接收部8a和8b、16a和16b、17a和17b、18a和18b分别作为光接收元件配置。另一方面，也可以在发光元件7的发光区域也与上述光接收元件17、18同样，形成通过其一部分由遮光膜等覆盖、从反射板12的移动方向的中心部起越朝向两端而单位长度的面积越宽的发光区域，从而能够使光敏器件9的检测输出的直线性(linearity)提高。第一实施例由以上的结构构成，根据这一构成，能够得到图4所示的结果。S卩，在图4A所示的第一实施例的构成中，如图4B所示，能够得到在使中点电位转换为O时的、来自光接收元件8的光接收部8a的相对输出A、来自光接收部8b的相对输出B，这些输出A、B形成产生90度的相位差(大致相 当于间隔O. 15mm)的波形。然后，若基于该输出A和B，以运算机构14，对应前述的A、B的正负，进行b = (A-B)/(A+B)和a = (A+B)/(A-B)的运算，则如图4C所示，能够得到相对于反射板坐标向上倾斜部a和向下倾斜部b反复的三角波形。即，通过此运算，能够得到维持了直线性的检测输出。如果反射板12 (反射部)和反射型光敏器件9的关系确定，则该反射板的坐标(位置)和输出A、B的关系可毫无疑义地确定，在位置检测装置形成的时刻，可知4C所示的运算输出和反射板坐标的关系，在存储器中预先存储三角波的数量和运算输出所对应的反射板坐标的关系。其结果是，在检测反射板12的位置实际处于哪个位置时，能够基于所测量的光接收部8a、8b的运算输出，和在其测量时刻将几次(何回)通过a、b的直线部加以统计的值，根据存储器所存储的对照表，检测实际的位置。另外，通过使用上述运算式，也可以完全消除反射形光敏器件的温度特性。SP，例如没有温度的影响，A = O. 4(V)，B = O. I (V)时，上述运算式(A-B)/(A+B)的值为O. 6，但相对于此，若由于温度的影响导致有I成的变动，则A = O. 44，B = O. 11，但在这种情况下，运算值仍为O. 6，变动部分被消除。因此，不需要设置由电热调节器监测装置内温度并加以反馈的电路、和特别的温度特性消除电路。另外还考虑有如下方法，因为使2个光接收部8a、8b的间隔成为90度的相位差而形成光接收元件8，所以，若使对于前述的相位延迟的输出B进行了中点校正的输出信号的变化近似于sin0的曲线，则A的输出信号为sin( Θ +90° ),因此由输出信号的比B/A = sin ( Θ )/cos ( θ ) = tan ( θ )的反函数θ=arctan (B/A)计算θ ,采用反射板12的反射面(或非反射面)间距和角度Θ的相互关联，计算移动距离。采用求得该Θ的运算式的方法能够容易地计算移动距离。特别用求a、b的运算式线形性不充分时，采用求得该Θ的运算式的方法能够得到良好的线形性。求得该Θ时，就该反射板12的坐标和角度Θ的关系而言，也与前述的求a、b的情况同样，如果反射板12、反射型光敏器件9的关系确定，则是预先可知的，将该关系预先存储在存储器中，与前述同样，根据tan Θ的曲线旋转了几次(几次通过反射部sa)、和经由前述的函数计算得到的Θ，能够求得实际的反射板12的位置。还有，也能够不将Θ和位置的关系存储到存储器中，而将使Θ由反射面sa的宽度w的函数加以了换算的X = w· Θ/^和位置的关系存储到存储器中，根据该X的值来求得位置。在图5A 5C中，示出了使用图2B的光接收元件16时的结果，这一情况下，如来自光接收元件16的光接收部16a的输出、在中点电位为O时的输出A，来自光接收部16b的输出、在中点电位为O时的输出B所示，能够得到在两者之间、产生90度的相位差的波形的输出。然后，若基于这一输出A和B，通过微型电子计算机构成的运算机构(参照图1)，与图I的示例同样地进行b= (A-B)/(A+B)和a= (A+B)/(A-B)的运算，则如图5C所示，能够得到由a、b构成的直线性得以维持的三角波形。图6是重叠示出第一实施例的光接收元件8的输出和线性值运算输出，运算值a、b成为相对于反射板12的移动距离(检测位置)依次反复的三角波形。在该例中，I个三角波形相当于O. 3mm的移动距离。在该例中，三角波形以O. 3mm的周期反复，因此例如O. 15mm(底部Dl)的运算值和O. 45mm(底部D2)的运算值是相同的值，不能直接判定反射板位于哪个位置。因为该周期性，在位置X和(x+0. 3)mm的位置上运算结果相同。但是,在O O. 3mm,运算值a或b与反射板的位置一一对应，因此通过考虑顶点、底部的通过次数，能够由运算值判断位置。S卩，反射板12在移动中的信号的获取和运算始终进行。因此，统计反射板底部通过的次数，并使之保持，从而以下式进行计算并判断当前位置=(运算值a所对应的位置(O. 3mm以内))+ (信号周期(O. 3mm) X统计数)。顶点Ul、U2…和底部Dl、D2…是信号A、
B的正负切换的点，底部是信号A从正切换到负或从负切换到正的点，顶点是信号B从正切换到负或从负切换到正的点。该信号切换的判定，也能够通过如下方式检测，即能够由以零点作为基准的模拟比较电路进行检测，作为数字转换后的数字值在处理器内进行正负的判定。因此，将本实施例的位置检测装置应用于具有变焦功能的相机模组时，如果在使用结束后或开始时使透镜返回原点(收纳有变焦透镜的状态)，则在使用变焦功能时，透镜遵循变焦操作而移动的量能够根据统计的累积值得以了解，通过使变焦操作结束时的统计的累积值存储到存储器等之中，能够了解当前的透镜的位置。另外，通过使反射板12的反射面sa的形状只在终端部加以宽阔等来改变尺寸，只在终端部使光接收元件8、16 18的输出波形成为不同的形状，也能够了解透镜达到最大可移动位置。另外在本发明中，由于能够增加大移动物体的移动距离所对应的a、b的变化量(每移动单位的变化)，所以可以进行非常高分辨率的位置检测。即，在需要进行更高分辨率的检测时，在图6的运算值波形中，通过最恰当地设计使运算值a、b的变化量变大这样的光接收图案(2个光接收部的形状、尺寸、配置等)及反射板12的构成(反射面和非反射面的宽度等)，使光接收部输出波长的上升和下降的倾斜角度变大即可。其结果是，反射型光敏器件9的2个输出信号运算值a、b的梯度(移动距离所对应的a、b的值的变化量)变大，能够得到高分辨率。还有，在该图6中，使用运算值a、b时，设定上下的阈值Cpd1，通过使用该阈值C1和Cl1之间的运算值a、b，也能够实现检测精度的提高。在图7中表示的是来自光接收部17a的输出D，以该光接收部17a作为第一实施方式中2个光接收部的光接收区域的一部分加以遮蔽时[图2C、2D]的光接收部17a、17b、18a、18b的代表,这种情况下,如图示,若与图2A的示例A’进行比较,则能够确认到在顶点和底部侧而输出波形的直线性的改善。即，如图2C、2D，光接收部17a、17b、18a、18b的光接收区域的一部分由遮光反射膜19、20遮挡，成为从光接收部的反射部移动方向的中心部起越朝向两端而单位长度的面积越宽的光接收区域，即，从而能够使输出波形的极值邻域的倾斜度的直线性提高。在图8A 8B中表示第二实施例的构成，该第二实施例不是进行线性值运算，而是进行长距离检测。即，如图8B所示，在输出波形的极值邻域(顶点/底部部分)的由虚线以椭圆状标记的部分，输出信号的变化�。荒芙姓返奈恢眉觳猓绻フ獠糠郑蚓哂兄毕咝裕虼耍酶弥毕卟糠掷醇觳馕恢�。即，只用I个光接收部的信号不能进行连续性的位置检测，但如图8A所示，设置2个光接收部8a、8b，通过使与信号SI相位不同的信号S2以相位差例如错开90左右得到的方式进行配置，由此，通过交替利用两信号S1、S2的直线部分，就能够检测位置。这种情况下，两个光接收部8a、8b的相位差不必为90度，但两方的信号SI、S2的极值部分不重叠，一方的信号SI的极值部分被另一方的信号S2的直线部分覆盖，如此使相位错开。关于此例的位置检测的方法，边参照图SB边进行说明。预先设定在信号S1、S2表示能够取得直线性的范围的阈值d2 (下限)、c2 (上限)。然后，在图SB所示的el的变化中，以信号SI进行位置检测，如果信号SI达到上限阈值c2，则利用S2进行位置检测(e2)。同样，如果信号S2的输出达到上限阈值c2，则利用信号SI的输出进行位置检测(e3)。同样，如果信号SI达到下限阈值d2，则切换到信号S2的输出进行位置检测，通过同样反复，即使是长距离也能够准确地进行检测。在该例中，如果2个光接收部8a、8b的位置确定，则该检测位置和信号的输出值的关系也始终一定，预先存储2个信号的输出值和距离的关系，2
个信号SI、S2几次通过上限阈值c2和下限阈值d2借助加法电路加以统计，即使是长距离也能够准确地进行检测。还有，关于是否超过阈值，也能够借助以阈值作为基准的比较电路或根据处理器内的数字值的比较的检测机构来进行检测。据此，不需要用于线性值运算的运算机构，可以在简单的构成下实施位置检测。在上述实施例中，说明的是将光接收元件8、16 18的光接收区域分割成2个的例子，但也可以将这些光接收元件的光接收区域分割成3个以上，在第一实施例中，基于3个以上的输出实施线性值运算，在第二实施例中，通过将3个以上的输出加以累积，也可以在高分辨率下进行长距离的位置检测。接下来，对于第三实施例进行说明。在上述实施例中进行线性值运算时，需要进行以来自光接收部的输出信号的中点电位为基准的运算处理，但是，因为光敏器件9的输出电压具有温度依存性，所以温度变化等而使中点电位的水平发生变化，若在中点电位发生了偏移(变动)的状态下进行运算处理，则根据运算结果得到的值和距离的关系的线性崩溃。另外，上述中点电位，是通过计算在光敏器件9的2个光接收部8a和8b各自的输出A和输出B中使各自的Peak值和Bottom值相加后的值的1/2，求得输出A、输出B各自的中点电位，将该中点电位用于各自输出的偏移值(DC电平的变化量)，分别校正中间电位，由此，用于得到正常的线性的条件成立。但是，由于周围温度的急剧变化等的要因，在反射型光敏器件9的输出信号产生突变时，由于时机选择，会发生作为运算式本来应该提供的中点电位(例如O)无法作为正常的值获�。峁谴嬖谙咝允О艿目赡苄浴Ｒ虼耍诘谌凳├校扑阒屑涞缥唬诖私邢咝灾翟怂恪Ｔ谕�9和图IOA IOB中，表示第三实施例的位置检测装置的构成，在该实施例中，配置有与第一实施例同样的反射板12 (wl = w2 = w)，设有具有发光元件7和光接收元件24的反射型光敏器件9。即，该反射型光敏器件9，由与第一实施例同样的构造构成，配置有光接收元件24代替光接收元件8。在该光接收元件24上，也如图IOA所示，形成有使光接收区域按照在移动物体的移动方向100上成为各自不同的区域的方式分割后的3个光接收部24a、24b、24c，这3个光接收部24a、24b、24c各自的中心部的间隔，按照通过使各自输出达到90度的相位差而使来自电传感器9的3个输出信号(A C)成为例如相对于基准信号(O度输出A)延迟90度(输出B)和180度(输出C)的相位角的关系的方式设计。另外，还具有接收来自上述3个光接收部24a、24b、24c的输出的缓冲放大器25a、25b、25c，根据该放大器25a、25b、25c的输出求得检测信号的中点电位且进行线性值运算的运算机构(MPU)26。作为该运算机构26的线性值运算，能够适用的是，使b = (A-B)/(A+B)和a = (A+B) / (A-B)的运算,或使其输出近似于正弦波的曲线，以Θ = arctan (B/A)求得信号的相位角Θ的运算等，这与第一实施例相同。这时，中点电位通过使放大器25a和放大器25c相加所得到的值偏移到O而求得。在图IOB中，表示替换上述 光接收元件24的其他构成例，图IOB的光接收元件28，是使在移动物体的移动方向100上呈细长的光接收区域的3个光接收部28a、28b、28c以其一部分重叠的状态在与移动方向100垂直的方向上配置的元件。还有，在上述光接收部24a、24b、24c和光接收部28a、28b、28c中，也能够设置图2C、2D中说明的遮光反射膜19。第三实施例由以上结构构成，根据这一构成，能够得到图11A、11B、图12A、12B所示的结果。即，在图IlA所示的第三实施例的构成中，如图IlB所示，能够从光接收元件24的光接收部24a得到输出A’，从光接收部24b得到输出B’，从光接收部24c得到输出C’，这些输出形成按其相位角相对于输出A’(O度)而输出B’延迟90度、输出C’延迟180度的波形。然后，基于该输出A’ C’，将中点电位成为O的输出分别作为A、B、C，以运算机构26进行与前述同样的线性值运算。即，基于有180度相位差的上述输出C’，运用D=(A’ +0/2计算中点电位D，并且基于使中点电位为O时的输出A和B，与第一实施例同样，进行 b = (A-B)/(A+B)和 a = (A+B)/(A-B)的运算。根据该线性值运算，如图12A所示，能够得到有线性度的上倾斜部a和下倾斜部b重复的三角波形。而且，在第三实施例中，因为计算出上述中点电位D，所以即使在有温度变化时，线性值运算中的中点电位(实施例中为0V)也不会变动，而且保持一定，具有能够得到正确的运算值这一优点，其详情后述。还有，根据上述运算式，如第一实施例也说明的，光敏器件9的温度特性也可以完全消除，因此，不需要设置以电热调节器监测装置内温度并加以反馈的电路、和特别的温度特性消除电路。另外，如图12A所示，第三实施例其设计方式为，在反射板12中，使反射面sa的宽度为O. 3mm，使非反射面Sb的宽度为O. 3mm,以双方O. 6mm的移动，得到反射型光敏器件9的输出信号波形的I个周期量。即，在信号波形的I个周期量中能够检测O. 6mm的移动。在图13A 13B中示出，在第三实施例中、作为其他的线性值运算使用以Θ =arctan(B/A)求得信号的相位角Θ的运算式时的结果。如上述，在求得线性值的运算中，也有使用Θ = arctan(B/A)的方法，输出信号的相位角设为Θ时，通过取该Θ和反射板12的位置(坐标)的相互关联，能够检测移动光敏器件9的发光/光接收面侧的反射板12的移动距离。该Θ和反射板12的坐标的关系，如图13B所示。在该例中，例如也是以由O. 3mm的反射面sa和O. 3mm的非反射面sb构成的反射板12的O. 6mm的移动,能够得到光敏器件9的输出信号I个周期量，在此情况下，因为反射板12的移动O. 6mm =输出信号的相位角360度的关系式成立，所以通过计算该相位角Θ，可以进行移动物体的位置检测。接下来,通过图14A 14B说明计算中点电位时的效果。
在第三实施例的运算中，由输出信号A、B的运算得到线性值，但各运算式所使用的输出信号a、b的值不是绝对值，是相对于上述中点电位D的相对值。S卩，为了通过上述线性值运算进行位置检测，如果未在为了得到各输出电压使之同步且始终使输出信号的中点电位为O之状态下进行运算，则位置检测所需要的线性崩溃。一般来说，反射型光敏器件9的输出电压根据制品而存在个体差异，也根据光敏器件的偏压条件变化。另外，由于光敏器件具有温度依存性，所以输出信号的中点电位D的值不是固定值。为了总是正确地获得该中点电位D，以外部的LSI等监测输出信号A’、B’的振幅，通过使用该监控值的运算式A’ /2 = B’ /2 = D求得中点电位D的值，进行A = A’ -D和B = B’ -D的计算即可，但出于某种要因，导致急剧的温度变化和装置内偏压变动等发生时，因时机选择没有提供正确的中点电位D，瞬间性地从运算值得到的结果成为如图14B的E那样线性崩溃的波形的可能性存在。图14B中，输出信号的振幅从本来的-I +1向O. 5 2. 5变动，不管中点电位是否向I. 5V移动，都进行上述(A-B)/(A+B)，(A+B)/(A-B)的运算，其结果输出了波形E的运·算值。由其结果可知，为了不发生系统失败，总是得到稳定的线性，能够与输出信号A、B的检测同步地、经常监测中点电压D的值即可。图14A是计算中点电位D的结果，通过该中点电位D的计算，输出A、B的中点电位始终设定为0V，因此运算结果成为线性高、反复的三角波形。另外，在实施例中，输出(信号)C以相对于A前进180度相位角的方式设计，因此A和C的半值、即D = (A+C) /2，无关输出A、B、C的变动，通常表示各输出信号的中点电位D。即，该中点电位D的计算，如上述，也能够以D = (Amax-Amin)/2 = B(Bmax-Bmin)/2的运算式进行,但使用有180度相位差的A和C的方法，可正确地进行中点电位D的计算。然后，基于同时得到的输出A、B、C，以运算机构26进行该D = (A+C)/2的运算，在线性值运算中通�？梢匀繁Ｏ咝�。根据上述第三实施例，具有的优点是，在光敏器件9具有温度依存性时，由于急剧的温度变化导致来自光敏器件9的输出信号产生变动等这样的情况下，即使中点电位水平变化，也不会对由运算式得到的线性特性产生影响。产业上的可行性本发明作为以高分辨率进行长距离检测的位置检测装置等，能够适用于例如需要高倍率变焦的数码静态相机、单镜头反光相机、可携式摄像机、CCTV等长距离检测用致动器
坐寸O
权利要求
1.一种位置检测用传感器，其中，具备 反射部，其在移动物体的移动方向交替排列有反射面和非反射面； 反射型光敏器件，其与该反射部相对地设置，具有发光元件和光接收元件，该发光元件朝着该反射部的方向发光，该光接收元件接收由所述反射部反射的光； 所述反射型光敏器件的光接收元件设有多个光接收部，该多个光接收部在所述移动物体的移动方向上具有各自不同的光接收区域。
2.根据权利要求I所述的位置检测用传感器，其中， 所述反射型光敏器件的光接收元件的光接收部，按照在反射部移动方向的从所述光接收部的中心部起越朝向两端、单位长度的光接收区域的面积越宽的方式形成，以使检测输出随着所述移动物体的移动量进行直线性地变化，或者，所述发光元件的发光部，按照在反射部移动方向的从所述发光元件的中心部起越朝向两端、单位长度的面积越宽的方式形成，以使检测输出随着所述反射部的移动量进行直线性地变化。
3.—种位置检测装置，其中，具有 权利要求I所述的位置检测用传感器； 运算机构，其根据来自所述多个光接收部的信号，进行加、减、除及函数计算的至少一种运算，使通过该运算得到的值和所述反射部的位置的关系得以线性化。
4.根据权利要求3所述的位置检测装置，其中， 还具有中点电位转换机构，其按照在从所述多个光接收部之中的2个所分别得到的输出值与所述反射部的位置的关系下、使该反射部的位置变化所对应的所述输出值的变化的中点电位成为O的方式，使所述输出值平行移动，在该中点电位转换机构所转换的所述2个光接收部各自的输出值设为A、B时，所述运算机构 在A 彡 0、B3 0*A<0、B<0 时，进行(A-B) / (A+B)的运算， 在A彡0、B<0或Α<0、Β彡O时，进行(A+B) / (A-B)的运算。
5.根据权利要求3所述的位置检测装置，其中， 所述运算机构还具有在表示从所述多个光接收部之中的2个所分别得到的所述反射部的位置和所述光接收部各自的输出值的关系的曲线中、作为能够得到该曲线的线形性的临界之右上升曲线的上限和右下落曲线的下限的阈值的设定机构；达到该上限和下限的阈值的到达次数的统计机构， 并且，根据由该统计机构得到的统计数和输出，进行移动物体的位置检测。
6.根据权利要求3所述的位置检测装置，其中， 还具有在从所述多个光接收部之中的2个所分别得到的输出值和所述反射部的位置的关系、通过使用距基准位置的距离所对应的相位角Θ而各自以sin0的曲线加以近似下，按照所述各自的sin Θ的曲线的中点电位成为O的方式进行平行移动的中点电位转换机构， 按照使所述2个信号的相位差为90度的方式形成所述2个光接收部，由所述中点电位转换机构进行了平行移动的所述2个光接收部各自的输出值设为A、B且相位前进90度一侧的输出值设为A，所述运算机构进行Θ = arctan(B/A)的运算。
7.根据权利要求3 6中任一项所述的位置检测装置，其中， 所述多个光接收部具有第三光接收部，按照使该第三光接收部的输出和所述2个光接收部之一的光接收部的输出达到180度相位差的方式，形成所述第三光接收部，并且，通过对于具有该180度的相位差的2个光接收部的输出进行加法运算，来计算所述中点电位的中点电位计算机构被形成。
8.—种位置检测方法 ，其特征在于， 在移动物体上，固定有使反射面和非反射面以各自相同的宽度沿着所述移动物体的移动方向交替排列的反射部；与该反射部相对地设置、且具有发光元件和光接收元件的反射型光敏器件，按照沿着所述移动物体的移动方向而具有各不相同的多个光接收部的方式形成该反射型光敏器件的光接收元件；并且，通过对于伴随所述移动物体的移动而变化的所述多个光接收部的输出进行运算处理，检测所述移动物体的位置。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种使用了反射型光敏器件的且小型、廉价并也能在10mm左右以上的长距离下进行检测的位置检测装置及其检测方法。其中，将反射面(sa)和非反射面(sb)在移动物体的移动方向上交替排列的反射板(12)设置在移动物体上；在反射型光敏器件(9)的光接收元件(8)上，设置例如2个光接收元件(8a、8b)，其在移动物体的移动方向上具有各自不同的光接收区域；输出从这2个光接收部(8a、8b)得到的输出信号，对于这2个输出信号实施进行加、减、除或函数计算的至少一项运算，来检测移动物体的位置。
文档编号G01D5/32GK102879023SQ201210238559
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月10日 优先权日2011年7月13日
发明者大野文昭, 福井和人 申请人:新日本无线株式会社
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