光学式変位測定装置
【課題】光源から放射された入射光の微小な変位を測定するにあたり、出力信号のＳ／Ｎを向上させるとともに、回路構成を小型化することができる光学式変位測定装置を得る。
【解決手段】受光面が光に対して不感なギャップを介して複数の領域に分割された４分割フォトダイオード１０に対して、光源から放射された入射光を入射させ、４分割フォトダイオード１０のフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、４分割フォトダイオード１０に対する入射光の相対的な変位を測定する光学式変位測定装置であって、４分割フォトダイオード１０のフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄには、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域１２と、入射光によって出力を生じる感光領域１３とが形成され、４分割フォトダイオード１０全体について、不感領域１２は、感光領域１３に囲まれているものである。
【解決手段】受光面が光に対して不感なギャップを介して複数の領域に分割された４分割フォトダイオード１０に対して、光源から放射された入射光を入射させ、４分割フォトダイオード１０のフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、４分割フォトダイオード１０に対する入射光の相対的な変位を測定する光学式変位測定装置であって、４分割フォトダイオード１０のフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄには、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域１２と、入射光によって出力を生じる感光領域１３とが形成され、４分割フォトダイオード１０全体について、不感領域１２は、感光領域１３に囲まれているものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光検出素子を用いて、光源から放射された入射光の微小な変位を測定する光学式変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光の微小な変位を測定するために、受光面が複数の領域に分割された光検出素子に対して光源からスポット光（入射光）を入射させ、光検出素子の各領域からの出力の変化に基づいて、光検出素子に対するスポット光の相対的な変位を測定する装置が知られている。これは、光検出素子上でのスポット光の位置の変化に応じて、各領域に入射する光量が変化し、各領域からの出力が光量に比例して変化することを利用するものである。
【０００３】
このような装置として、受光面が複数の受光部に分割された受光器（光検出素子）に対して発光ダイオードからビーム光（入射光）を入射させ、各受光部からの受光出力の変化に基づいて、ビーム光の２次元の変位を測定する変位検出装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、従来の光学式変位測定装置について説明する。
図６は、従来の光学式変位測定装置の光検出素子である４分割フォトダイオード５０を、光源６０とともに示す斜視図である。図６において、４分割フォトダイオード５０には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびピンホールキャップ等により構成された光源６０から、スポット光（入射光）６１が入射されている。
【０００５】
図７は、図６に示した４分割フォトダイオード５０の受光面を抜粋して示す構成図である。図７において、４分割フォトダイオード５０の受光面は、同一面積の４つのフォトダイオード（素子）５１Ａ〜５１Ｄにより構成されている。すなわち、４分割フォトダイオード５０は、受光面が４つの領域に分割されている。また、４つのフォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄの境界は、光に対して不感なギャップと呼ばれる領域で区切られている。
【０００６】
フォトダイオードは、光が入射されると、その光量に応じた電流を出力する。そのため、４分割フォトダイオード５０に対して光源６０からスポット光が入射されると、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれに入射する光量の割合に応じた出力が得られる。ここで、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれからの出力の比をとることにより、スポット光の重心位置を得ることができる。
【０００７】
これにより、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれからの出力の変化に基づいて、４分割フォトダイオード５０に対するスポット光の相対的な変位を測定することができる。すなわち、光源６０から放射されたスポット光の微小な変位を測定する光学式変位測定装置を構成することができる。
【０００８】
図８は、従来の光学式変位測定装置の回路構成を示す概略図である。この回路構成により、スポット光の横方向および縦方向の変位量を得ることができる。図８において、この光学式変位測定装置は、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄから受光面が構成される４分割フォトダイオード５０、１段目増幅部５２、２段目増幅部５３および３段目増幅部５４を備えている。
【０００９】
フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄは、それぞれ入射したスポット光の光量に応じた電流を出力する。１段目増幅部５２は、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄにそれぞれ対応して設けられた増幅器を用いて、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄからの出力信号を、電圧に変換するとともに増幅する。
【００１０】
２段目増幅部５３は、１段目増幅部５２で増幅されたフォトダイオード５１Ａからの出力信号とフォトダイオード５１Ｃからの出力信号との差をとるとともに、１段目増幅部５２で増幅されたフォトダイオード５１Ｄからの出力信号とフォトダイオード５１Ｂからの出力信号との差をとり、それぞれの出力信号を増幅する（差動増幅処理）。
【００１１】
３段目増幅部５４は、２段目増幅部５３からのそれぞれの出力信号の和をとるとともに（和演算）、２段目増幅部５３からのそれぞれの出力信号の差をとる（差演算）。このとき、必要であれば、３段目増幅部５４は、それぞれの出力信号を増幅する。ここで、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄからの出力信号をそれぞれ単にＡ〜Ｄとすると、これらの処理により、最終的には、スポット光の横方向の変位を表すＡ−Ｂ−Ｃ＋Ｄを増幅した信号と、縦方向の変位を表すＡ＋Ｂ−Ｃ−Ｄを増幅した信号とが得られる。
【００１２】
一般的に、初期状態において、スポット光は、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれから均等な出力信号を得られる位置（中央）に配置される。この状態では、図９に示されるように、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれからの出力信号Ａ〜Ｄは互いに等しく、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれに入射する光量の割合に応じた出力信号が得られる。ここでは、各出力信号が等しいので、２段目増幅部５３で出力信号の差をとった結果、２段目増幅部５３からの出力信号は何れも０になる。
【００１３】
ここで、この状態からスポット光の位置が、図１０に示されるように、右方向に変位した場合について考える。このとき、フォトダイオード５１Ａ、５１Ｄからの出力信号Ａ、Ｄは、光量の増加分に応じて増加する一方、フォトダイオード５１Ｂ、５１Ｃからの出力信号Ｂ、Ｄは、光量の減少分に応じて減少する。
【００１４】
そのため、２段目増幅部５３において、出力信号Ａと出力信号Ｃとの差が０から正になるとともに、出力信号Ｄと出力信号Ｂとの差も０から正になる。したがって、３段目増幅部５４において、（Ａ−Ｃ）＋（Ｄ−Ｂ）が正になり、（Ａ−Ｃ）−（Ｄ−Ｂ）が０になるので、スポット光が右方向に変位したことを検知することができる。
【００１５】
ここで、スポット光の微小な変位を測定しようとする場合には、増幅部において大きな増幅倍率を設定する必要がある。図８に示した回路では、１段目増幅部５２から３段目増幅部５４までの３段の増幅部が存在するので、３回に分けて出力信号を増幅することができる。
【００１６】
しかしながら、増幅は、できるだけ少ない段数で行うことが望ましい。なぜならば、増幅器から出力される信号には、増幅された入力信号の他に、増幅器での処理によって生じる雑音が重畳されるからである。そのため、後段の増幅器では、前段の増幅器で重畳された雑音も併せて増幅することになるので、増幅を重ねる毎に信号中の雑音成分の大きさが増加することになる。
【００１７】
そこで、１段目増幅部５２でできる限り増幅率を大きくとることを考える。一般的に、増幅器は、その電源電圧以上の電圧を出力することができないので、増幅器の増幅率Ｇと、出力が範囲外とならない最大増幅率Ｇｍａｘとの関係は、出力信号をＶｏｕｔ、入力信号をＩｉｎ、電源電圧をＶｓｕｐｐｌｙとし、入力信号Ｉｉｎ＝０のとき出力信号Ｖｏｕｔ＝０とし、入力信号Ｉｉｎの想定される最大値をＩｍａｘとおくと、次式（１）で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
式（１）において、入力信号Ｉｉｎは、スポット光の変位の前後においてともにフォトダイオードに入射している光量に応じたバイアス出力Ｉｂと、スポット光が微小変位Δｄだけ変位したときのフォトダイオードからの変位出力ΔＩとを加算した値になる（Ｉｉｎ＝Ｉｂ＋Δｄ）。このとき、スポット光が変位した後の入力信号Ｉｉｎにおいては、Ｉｂ≫ΔＩであることから、入力信号Ｉｉｎのほとんどをバイアス出力Ｉｂが占めることが分かる。
【００２０】
ここで、入力信号Ｉｉｎにおいて、出力として意味があるのは変位出力ΔＩなので、この信号を増幅することが重要になるが、バイアス出力Ｉｂを含む入力信号Ｉｉｎが増幅された成分によって、出力信号Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを超えないことが必要になるので、最大増幅率Ｇｍａｘを高めることができない。そのため、２段目増幅部５３においては、出力信号どうしの差をとることにより、バイアス出力Ｉｂの増幅成分を相殺し、これ以降、変位出力ΔＩの成分のみを増幅している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平１−２０１１２９号公報
【特許文献２】特開平５−６０５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
スポット光の微小な変位を測定する場合、スポット光の変位の前後においてフォトダイオードから定常的に出力されるバイアス出力の大きさと比較して、フォトダイオードに対するスポット光の相対的な変位によって生じる変位出力の大きさは、極めて小さい。
【００２３】
ここで、フォトダイオードからの出力信号を増幅する１段目増幅部では、バイアス出力と変位出力とがともに増幅される。そのため、バイアス出力によって１段目増幅部の出力制限に達してしまい、変位出力を十分に増幅することができない。そこで、２段目増幅部において、出力信号どうしの差をとる等の処理により、バイアス出力を打ち消してから増幅を行う必要があった。
【００２４】
その結果、１段目増幅部において出力信号に重畳された雑音が、２段目以降の増幅部で増幅されてしまい、出力信号のＳ／Ｎが悪化するという問題がある。また、増幅器の段数が増加することにより、光学式変位測定装置の回路構成が大型化するという問題もある。
【００２５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、光源から放射された入射光の微小な変位を測定するにあたり、出力信号のＳ／Ｎを向上させるとともに、回路構成を小型化することができる光学式変位測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この発明に係る光学式変位測定装置は、受光面が光に対して不感なギャップを介して複数の領域に分割された光検出素子に対して、光源から放射された入射光を入射させ、光検出素子の各領域からの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、光検出素子に対する入射光の相対的な変位を測定する光学式変位測定装置であって、光検出素子の各領域には、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域と、入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、光検出素子全体について、各領域に形成された不感領域は、各領域に形成された感光領域に囲まれているものである。
【発明の効果】
【００２７】
この発明に係る光学式変位測定装置によれば、光検出素子の各領域には、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域と、入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、光検出素子全体について、各領域に形成された不感領域は、各領域に形成された感光領域に囲まれている。
これにより、入射光の変位の前後において光検出素子の各領域に入射している光量に応じたバイアス出力の、光検出素子の各領域からの全出力に対する割合が低減され、入射光の変位に応じた光検出素子の各領域からの変位出力の割合が増大する。そのため、光検出素子の各領域からの出力を増幅する際に、変位出力を十分に増幅することができる。
したがって、光源から放射された入射光の微小な変位を測定するにあたり、出力信号のＳ／Ｎを向上させるとともに、回路構成を小型化することができる光学式変位測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子の中央に光が入射している状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子に入射する光が中央から右方向に変位した状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子の別の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る光学式変位測定装置の光検出素子の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図６】従来の光学式変位測定装置の光検出素子を光源とともに示す斜視図である。
【図７】図６に示した光検出素子の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図８】従来の光学式変位測定装置の回路構成を示す概略図である。
【図９】従来の光学式変位測定装置の光検出素子の中央に光が入射している状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【図１０】従来の光学式変位測定装置の光検出素子に入射する光が中央から右方向に変位した状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明に係る光学式変位測定装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。この発明に係る光学式変位測定装置は、受光面が複数の領域に分割された光検出素子に対して、光源から放射された入射光を入射させ、光検出素子の各領域からの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、光検出素子に対する入射光の相対的な変位を測定するものである。
【００３０】
なお、この発明に係る光学式変位測定装置は、例えば微小ステージの変位を測定する場合に用いられる。また、この光学式変位測定装置の用途はこれに限定されず、他の用途に用いられてもよい。
【００３１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子である４分割フォトダイオード１０の受光面を抜粋して示す構成図である。図１において、４分割フォトダイオード１０には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびピンホールキャップ等により構成された光源（図示せず）から、スポット光（入射光）２１が入射されている。
【００３２】
また、４分割フォトダイオード１０の受光面は、同一面積の４つのフォトダイオード（素子）１１Ａ〜１１Ｄにより構成されている。すなわち、４分割フォトダイオード１０は、受光面が４つの領域に分割されている。また、４つのフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの境界は、光に対して不感なギャップと呼ばれる領域で区切られている。
【００３３】
ここで、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの各領域には、それぞれスポット光によって出力を生じない不感領域と、スポット光によって出力を生じる感光領域とが形成されている。以下、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの各領域に形成された不感領域をまとめて不感領域１２と表し、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの各領域に形成された感光領域をまとめて感光領域１３と表す。
【００３４】
不感領域１２は、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央部に、感光領域１３に囲まれて形成されている。この不感領域１２は、不感領域１２が形成されていない通常の多分割フォトダイオードの表面に、遮光材料でマスクを作成することにより形成されてもよいし、遮光材料を塗布することにより形成されてもよい。また、あらかじめ不感領域１２が形成されるように、フォトダイオードを製造してもよい。
【００３５】
また、この光学式変位測定装置の回路構成は、図８に示したものとほぼ同等の構成である。しかしながら、２段目増幅部は、必要があれば、１段目増幅部で増幅されたフォトダイオード１１Ａからの出力信号とフォトダイオード１１Ｃからの出力信号との差、および１段目増幅部で増幅されたフォトダイオード１１Ｄからの出力信号とフォトダイオード１１Ｂからの出力信号との差をとった後、それぞれの出力信号を増幅する。
【００３６】
ここで、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央にスポット光が入射している状態、およびそのときの各素子からの出力信号を図２に示す。図９に示した、不感領域１２が形成されていないものと比較すると、各素子からの出力から、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄ中央部の不感領域１２の面積に相当するバイアス出力の分だけ出力が減少していることが分かる。
【００３７】
次に、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄに入射するスポット光が中央から右方向に変位した状態、およびそのときの各素子からの出力信号を図３に示す。図１０に示した、不感領域１２が形成されていないものと比較すると、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄ中央部の不感領域１２の面積に相当するバイアス出力の分だけ出力は減少しているものの、スポット光の変位によって変化した各素子の面積は同じなので、出力の変化の大きさは同じであることが分かる。
【００３８】
このことから、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄに不感領域１２を形成することにより、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力全体に対するスポット光の変位に応じた変位出力の割合を増大させることができる。そのため、１段目増幅部においてフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄのそれぞれからの出力を増幅する際に、変位出力に対して十分に大きな増幅をかけることができる。
【００３９】
また、上述した従来の光学式変位測定装置では、３段目増幅部５４までアナログ信号のまま演算処理を行っていたが、この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置では、１段目増幅部で変位出力を十分に増幅することができるので、１段目増幅部での増幅後、すぐにデジタル信号に変換して演算処理を行うことができる。そのため、装置構成を簡略化することができる。
【００４０】
なお、不感領域１２の大きさについては、スポット光が測定を想定している範囲内を変位した場合に、不感領域１２が常にスポット光の領域内に含まれる大きさに設定されることが望ましい。すなわち、不感領域１２は、スポット光の変位の前後において、スポット光が入射され続ける範囲内に形成されることが望ましい。
【００４１】
これは、スポット光の変位によって、不感領域１２がスポット光の領域外に出ることがあれば、不感領域１２が形成されている場合とされていない場合とで、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力の変化量が異なることになるからである。このような場合には、スポット光の位置変化と変位出力との相関関係が崩れることとなる。
【００４２】
特に、スポット光の変位によって出力が増加するフォトダイオードについては、不感領域１２が形成されていないものと出力の増加分が変わらないのに対して、スポット光の変位によって出力が減少するフォトダイオードについては、スポット光からはみ出した不感領域１２は、出力が変化しない。そのため、出力の増加と減少とのバランスが狂い、スポット光の変位に対する出力変化の直線性が悪化する。
【００４３】
したがって、不感領域１２を、スポット光の変位の前後において、スポット光が入射され続ける範囲内に形成することにより、スポット光の変位に対する出力変化の直線性を確保することができる。
【００４４】
ここで、スポット光が半径Ｒの円形で、スポット光の定格変位量が横方向および縦方向ともに±Δｄである場合に、フォトダイオードからのバイアス出力を最も削減することができる不感領域１２が形成された４分割フォトダイオード１０の受光面を図４に示す。図４において、不感領域１２は、スポット光がフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央から定格変位量変位した場合であっても、スポット光の領域外に出ることがないという条件下で最大化されている。
【００４５】
不感領域１２の形状や大きさを、スポット光が定格変位量のぎりぎりまで変位した場合の形状や大きさに合わせて設計することにより、フォトダイオードからのバイアス出力を最も小さくすることができる。
【００４６】
しかしながら、実際には、スポット光と４分割フォトダイオード１０との初期位置が、不感領域１２やフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中心位置と一致せず、ある程度のずれをもって設置されることが考えられる。このような場合に、不感領域１２がスポット光の領域外に出ることを防止するためには、想定されうる初期位置のずれ分だけ、不感領域１２を小さめに設定しておく必要がある。
【００４７】
このことは、不感領域１２の大きさを、スポット光の定格変位量から算出されるぎりぎりの大きさに設定していた場合に、スポット光と４分割フォトダイオード１０との初期位置がずれたことにより、不感領域１２が予想外にスポット光の領域外に出てしまい、スポット光の変位に対する出力変化の直線性が悪化することを防止するためである。
【００４８】
以上のように、実施の形態１によれば、光検出素子の各領域には、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域と、入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、光検出素子全体について、各領域に形成された不感領域は、各領域に形成された感光領域に囲まれている。
これにより、入射光の変位の前後において光検出素子の各領域に入射している光量に応じたバイアス出力の、光検出素子の各領域からの全出力に対する割合が低減され、入射光の変位に応じた光検出素子の各領域からの変位出力の割合が増大する。そのため、光検出素子の各領域からの出力を増幅する際に、変位出力を十分に増幅することができる。
したがって、光源から放射された入射光の微小な変位を測定するにあたり、出力信号のＳ／Ｎを向上させるとともに、回路構成を小型化することができる光学式変位測定装置を得ることができる。
【００４９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央部に、スポット光によって出力を生じない不感領域１２が形成されると説明した。この実施の形態２では、不感領域を単にマスクするだけでなく、この領域に入射したスポット光を光源方向に反射するように、不感領域にリフレクタ部１４を設ける場合について説明する。
【００５０】
図５は、この発明の実施の形態２に係る光学式変位測定装置の４分割フォトダイオード１０の受光面を抜粋して示す構成図である。図５において、図１に示した不感領域１２に対応する部分には、光を反射するリフレクタ部１４が設けられている。リフレクタ部１４を設けたことにより、光源から放射されたスポット光（入射光２２）は、リフレクタ部１４で反射して光源に戻され（反射光２３）、光源で反射されることによって、再び４分割フォトダイオード１０に入射される。
【００５１】
スポット光の反射を繰り返すことにより、不感領域に入射されたスポット光を感光領域に導くことで、光源から放射されたスポット光を有効に利用し、光源の変位によってフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力が変化する領域における単位面積あたりの光量を増加させることができる。そのため、光源からのスポット光の光量が同一であっても、スポット光の変位に対する出力変化を増加させることができ、出力信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００５２】
なお、リフレクタ部１４によってスポット光が乱反射し、反射したスポット光が光源にそのまま戻ることなく、周囲で再び反射して４分割フォトダイオード１０に戻ってくる場合が考えられる。このような場合に、光源からのスポット光が、もともと入射しているフォトダイオード以外の領域のフォトダイオードに戻ってくると、スポット光の位置にかかわらず、迷光として一定の出力を生じさせることになる。そのため、スポット光の変位に対する出力の感度が低下する恐れがある。したがって、リフレクタ部１４は、光を乱反射させず、光源方向に真っ直ぐに光を反射させることが望ましい。
【００５３】
また、上記実施の形態１、２では、光検出素子として４分割フォトダイオード１０を例に挙げて説明したが、これに限定されず、光検出素子は、受光面が２つの領域に分割された２分割フォトダイオードであっても、同様の効果を得ることができる。
また、分割された複数の領域の各素子のある頂点が、全てある領域に集中しており、各素子に対して同時にスポット光を入射させることができるような多分割の光検出素子に対しても、同様の効果を得ることができる。
さらに、上記実施の形態１、２では、光検出素子としてフォトダイオードを用いているが、これに限定されず、フォトダイオードと同様に、光の入射によって出力を得ることができる光検出素子であれば、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ４分割フォトダイオード（光検出素子）、１１Ａ〜１１Ｄ フォトダイオード、１２ 不感領域、１３ 感光領域、１４ リフレクタ部、２１ スポット光、２２ 入射光、２３ 反射光、５０ ４分割フォトダイオード、５１Ａ〜５１Ｄ フォトダイオード、５２ １段目増幅部、５３ ２段目増幅部、５４ ３段目増幅部、６０ 光源、６１ スポット光。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光検出素子を用いて、光源から放射された入射光の微小な変位を測定する光学式変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光の微小な変位を測定するために、受光面が複数の領域に分割された光検出素子に対して光源からスポット光（入射光）を入射させ、光検出素子の各領域からの出力の変化に基づいて、光検出素子に対するスポット光の相対的な変位を測定する装置が知られている。これは、光検出素子上でのスポット光の位置の変化に応じて、各領域に入射する光量が変化し、各領域からの出力が光量に比例して変化することを利用するものである。
【０００３】
このような装置として、受光面が複数の受光部に分割された受光器（光検出素子）に対して発光ダイオードからビーム光（入射光）を入射させ、各受光部からの受光出力の変化に基づいて、ビーム光の２次元の変位を測定する変位検出装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、従来の光学式変位測定装置について説明する。
図６は、従来の光学式変位測定装置の光検出素子である４分割フォトダイオード５０を、光源６０とともに示す斜視図である。図６において、４分割フォトダイオード５０には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびピンホールキャップ等により構成された光源６０から、スポット光（入射光）６１が入射されている。
【０００５】
図７は、図６に示した４分割フォトダイオード５０の受光面を抜粋して示す構成図である。図７において、４分割フォトダイオード５０の受光面は、同一面積の４つのフォトダイオード（素子）５１Ａ〜５１Ｄにより構成されている。すなわち、４分割フォトダイオード５０は、受光面が４つの領域に分割されている。また、４つのフォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄの境界は、光に対して不感なギャップと呼ばれる領域で区切られている。
【０００６】
フォトダイオードは、光が入射されると、その光量に応じた電流を出力する。そのため、４分割フォトダイオード５０に対して光源６０からスポット光が入射されると、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれに入射する光量の割合に応じた出力が得られる。ここで、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれからの出力の比をとることにより、スポット光の重心位置を得ることができる。
【０００７】
これにより、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれからの出力の変化に基づいて、４分割フォトダイオード５０に対するスポット光の相対的な変位を測定することができる。すなわち、光源６０から放射されたスポット光の微小な変位を測定する光学式変位測定装置を構成することができる。
【０００８】
図８は、従来の光学式変位測定装置の回路構成を示す概略図である。この回路構成により、スポット光の横方向および縦方向の変位量を得ることができる。図８において、この光学式変位測定装置は、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄから受光面が構成される４分割フォトダイオード５０、１段目増幅部５２、２段目増幅部５３および３段目増幅部５４を備えている。
【０００９】
フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄは、それぞれ入射したスポット光の光量に応じた電流を出力する。１段目増幅部５２は、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄにそれぞれ対応して設けられた増幅器を用いて、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄからの出力信号を、電圧に変換するとともに増幅する。
【００１０】
２段目増幅部５３は、１段目増幅部５２で増幅されたフォトダイオード５１Ａからの出力信号とフォトダイオード５１Ｃからの出力信号との差をとるとともに、１段目増幅部５２で増幅されたフォトダイオード５１Ｄからの出力信号とフォトダイオード５１Ｂからの出力信号との差をとり、それぞれの出力信号を増幅する（差動増幅処理）。
【００１１】
３段目増幅部５４は、２段目増幅部５３からのそれぞれの出力信号の和をとるとともに（和演算）、２段目増幅部５３からのそれぞれの出力信号の差をとる（差演算）。このとき、必要であれば、３段目増幅部５４は、それぞれの出力信号を増幅する。ここで、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄからの出力信号をそれぞれ単にＡ〜Ｄとすると、これらの処理により、最終的には、スポット光の横方向の変位を表すＡ−Ｂ−Ｃ＋Ｄを増幅した信号と、縦方向の変位を表すＡ＋Ｂ−Ｃ−Ｄを増幅した信号とが得られる。
【００１２】
一般的に、初期状態において、スポット光は、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれから均等な出力信号を得られる位置（中央）に配置される。この状態では、図９に示されるように、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれからの出力信号Ａ〜Ｄは互いに等しく、フォトダイオード５１Ａ〜５１Ｄのそれぞれに入射する光量の割合に応じた出力信号が得られる。ここでは、各出力信号が等しいので、２段目増幅部５３で出力信号の差をとった結果、２段目増幅部５３からの出力信号は何れも０になる。
【００１３】
ここで、この状態からスポット光の位置が、図１０に示されるように、右方向に変位した場合について考える。このとき、フォトダイオード５１Ａ、５１Ｄからの出力信号Ａ、Ｄは、光量の増加分に応じて増加する一方、フォトダイオード５１Ｂ、５１Ｃからの出力信号Ｂ、Ｄは、光量の減少分に応じて減少する。
【００１４】
そのため、２段目増幅部５３において、出力信号Ａと出力信号Ｃとの差が０から正になるとともに、出力信号Ｄと出力信号Ｂとの差も０から正になる。したがって、３段目増幅部５４において、（Ａ−Ｃ）＋（Ｄ−Ｂ）が正になり、（Ａ−Ｃ）−（Ｄ−Ｂ）が０になるので、スポット光が右方向に変位したことを検知することができる。
【００１５】
ここで、スポット光の微小な変位を測定しようとする場合には、増幅部において大きな増幅倍率を設定する必要がある。図８に示した回路では、１段目増幅部５２から３段目増幅部５４までの３段の増幅部が存在するので、３回に分けて出力信号を増幅することができる。
【００１６】
しかしながら、増幅は、できるだけ少ない段数で行うことが望ましい。なぜならば、増幅器から出力される信号には、増幅された入力信号の他に、増幅器での処理によって生じる雑音が重畳されるからである。そのため、後段の増幅器では、前段の増幅器で重畳された雑音も併せて増幅することになるので、増幅を重ねる毎に信号中の雑音成分の大きさが増加することになる。
【００１７】
そこで、１段目増幅部５２でできる限り増幅率を大きくとることを考える。一般的に、増幅器は、その電源電圧以上の電圧を出力することができないので、増幅器の増幅率Ｇと、出力が範囲外とならない最大増幅率Ｇｍａｘとの関係は、出力信号をＶｏｕｔ、入力信号をＩｉｎ、電源電圧をＶｓｕｐｐｌｙとし、入力信号Ｉｉｎ＝０のとき出力信号Ｖｏｕｔ＝０とし、入力信号Ｉｉｎの想定される最大値をＩｍａｘとおくと、次式（１）で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
式（１）において、入力信号Ｉｉｎは、スポット光の変位の前後においてともにフォトダイオードに入射している光量に応じたバイアス出力Ｉｂと、スポット光が微小変位Δｄだけ変位したときのフォトダイオードからの変位出力ΔＩとを加算した値になる（Ｉｉｎ＝Ｉｂ＋Δｄ）。このとき、スポット光が変位した後の入力信号Ｉｉｎにおいては、Ｉｂ≫ΔＩであることから、入力信号Ｉｉｎのほとんどをバイアス出力Ｉｂが占めることが分かる。
【００２０】
ここで、入力信号Ｉｉｎにおいて、出力として意味があるのは変位出力ΔＩなので、この信号を増幅することが重要になるが、バイアス出力Ｉｂを含む入力信号Ｉｉｎが増幅された成分によって、出力信号Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを超えないことが必要になるので、最大増幅率Ｇｍａｘを高めることができない。そのため、２段目増幅部５３においては、出力信号どうしの差をとることにより、バイアス出力Ｉｂの増幅成分を相殺し、これ以降、変位出力ΔＩの成分のみを増幅している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平１−２０１１２９号公報
【特許文献２】特開平５−６０５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
スポット光の微小な変位を測定する場合、スポット光の変位の前後においてフォトダイオードから定常的に出力されるバイアス出力の大きさと比較して、フォトダイオードに対するスポット光の相対的な変位によって生じる変位出力の大きさは、極めて小さい。
【００２３】
ここで、フォトダイオードからの出力信号を増幅する１段目増幅部では、バイアス出力と変位出力とがともに増幅される。そのため、バイアス出力によって１段目増幅部の出力制限に達してしまい、変位出力を十分に増幅することができない。そこで、２段目増幅部において、出力信号どうしの差をとる等の処理により、バイアス出力を打ち消してから増幅を行う必要があった。
【００２４】
その結果、１段目増幅部において出力信号に重畳された雑音が、２段目以降の増幅部で増幅されてしまい、出力信号のＳ／Ｎが悪化するという問題がある。また、増幅器の段数が増加することにより、光学式変位測定装置の回路構成が大型化するという問題もある。
【００２５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、光源から放射された入射光の微小な変位を測定するにあたり、出力信号のＳ／Ｎを向上させるとともに、回路構成を小型化することができる光学式変位測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この発明に係る光学式変位測定装置は、受光面が光に対して不感なギャップを介して複数の領域に分割された光検出素子に対して、光源から放射された入射光を入射させ、光検出素子の各領域からの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、光検出素子に対する入射光の相対的な変位を測定する光学式変位測定装置であって、光検出素子の各領域には、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域と、入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、光検出素子全体について、各領域に形成された不感領域は、各領域に形成された感光領域に囲まれているものである。
【発明の効果】
【００２７】
この発明に係る光学式変位測定装置によれば、光検出素子の各領域には、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域と、入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、光検出素子全体について、各領域に形成された不感領域は、各領域に形成された感光領域に囲まれている。
これにより、入射光の変位の前後において光検出素子の各領域に入射している光量に応じたバイアス出力の、光検出素子の各領域からの全出力に対する割合が低減され、入射光の変位に応じた光検出素子の各領域からの変位出力の割合が増大する。そのため、光検出素子の各領域からの出力を増幅する際に、変位出力を十分に増幅することができる。
したがって、光源から放射された入射光の微小な変位を測定するにあたり、出力信号のＳ／Ｎを向上させるとともに、回路構成を小型化することができる光学式変位測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子の中央に光が入射している状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子に入射する光が中央から右方向に変位した状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子の別の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る光学式変位測定装置の光検出素子の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図６】従来の光学式変位測定装置の光検出素子を光源とともに示す斜視図である。
【図７】図６に示した光検出素子の受光面を抜粋して示す構成図である。
【図８】従来の光学式変位測定装置の回路構成を示す概略図である。
【図９】従来の光学式変位測定装置の光検出素子の中央に光が入射している状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【図１０】従来の光学式変位測定装置の光検出素子に入射する光が中央から右方向に変位した状態、およびそのときの各素子からの出力信号を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明に係る光学式変位測定装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。この発明に係る光学式変位測定装置は、受光面が複数の領域に分割された光検出素子に対して、光源から放射された入射光を入射させ、光検出素子の各領域からの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、光検出素子に対する入射光の相対的な変位を測定するものである。
【００３０】
なお、この発明に係る光学式変位測定装置は、例えば微小ステージの変位を測定する場合に用いられる。また、この光学式変位測定装置の用途はこれに限定されず、他の用途に用いられてもよい。
【００３１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置の光検出素子である４分割フォトダイオード１０の受光面を抜粋して示す構成図である。図１において、４分割フォトダイオード１０には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびピンホールキャップ等により構成された光源（図示せず）から、スポット光（入射光）２１が入射されている。
【００３２】
また、４分割フォトダイオード１０の受光面は、同一面積の４つのフォトダイオード（素子）１１Ａ〜１１Ｄにより構成されている。すなわち、４分割フォトダイオード１０は、受光面が４つの領域に分割されている。また、４つのフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの境界は、光に対して不感なギャップと呼ばれる領域で区切られている。
【００３３】
ここで、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの各領域には、それぞれスポット光によって出力を生じない不感領域と、スポット光によって出力を生じる感光領域とが形成されている。以下、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの各領域に形成された不感領域をまとめて不感領域１２と表し、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの各領域に形成された感光領域をまとめて感光領域１３と表す。
【００３４】
不感領域１２は、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央部に、感光領域１３に囲まれて形成されている。この不感領域１２は、不感領域１２が形成されていない通常の多分割フォトダイオードの表面に、遮光材料でマスクを作成することにより形成されてもよいし、遮光材料を塗布することにより形成されてもよい。また、あらかじめ不感領域１２が形成されるように、フォトダイオードを製造してもよい。
【００３５】
また、この光学式変位測定装置の回路構成は、図８に示したものとほぼ同等の構成である。しかしながら、２段目増幅部は、必要があれば、１段目増幅部で増幅されたフォトダイオード１１Ａからの出力信号とフォトダイオード１１Ｃからの出力信号との差、および１段目増幅部で増幅されたフォトダイオード１１Ｄからの出力信号とフォトダイオード１１Ｂからの出力信号との差をとった後、それぞれの出力信号を増幅する。
【００３６】
ここで、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央にスポット光が入射している状態、およびそのときの各素子からの出力信号を図２に示す。図９に示した、不感領域１２が形成されていないものと比較すると、各素子からの出力から、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄ中央部の不感領域１２の面積に相当するバイアス出力の分だけ出力が減少していることが分かる。
【００３７】
次に、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄに入射するスポット光が中央から右方向に変位した状態、およびそのときの各素子からの出力信号を図３に示す。図１０に示した、不感領域１２が形成されていないものと比較すると、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄ中央部の不感領域１２の面積に相当するバイアス出力の分だけ出力は減少しているものの、スポット光の変位によって変化した各素子の面積は同じなので、出力の変化の大きさは同じであることが分かる。
【００３８】
このことから、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄに不感領域１２を形成することにより、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力全体に対するスポット光の変位に応じた変位出力の割合を増大させることができる。そのため、１段目増幅部においてフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄのそれぞれからの出力を増幅する際に、変位出力に対して十分に大きな増幅をかけることができる。
【００３９】
また、上述した従来の光学式変位測定装置では、３段目増幅部５４までアナログ信号のまま演算処理を行っていたが、この発明の実施の形態１に係る光学式変位測定装置では、１段目増幅部で変位出力を十分に増幅することができるので、１段目増幅部での増幅後、すぐにデジタル信号に変換して演算処理を行うことができる。そのため、装置構成を簡略化することができる。
【００４０】
なお、不感領域１２の大きさについては、スポット光が測定を想定している範囲内を変位した場合に、不感領域１２が常にスポット光の領域内に含まれる大きさに設定されることが望ましい。すなわち、不感領域１２は、スポット光の変位の前後において、スポット光が入射され続ける範囲内に形成されることが望ましい。
【００４１】
これは、スポット光の変位によって、不感領域１２がスポット光の領域外に出ることがあれば、不感領域１２が形成されている場合とされていない場合とで、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力の変化量が異なることになるからである。このような場合には、スポット光の位置変化と変位出力との相関関係が崩れることとなる。
【００４２】
特に、スポット光の変位によって出力が増加するフォトダイオードについては、不感領域１２が形成されていないものと出力の増加分が変わらないのに対して、スポット光の変位によって出力が減少するフォトダイオードについては、スポット光からはみ出した不感領域１２は、出力が変化しない。そのため、出力の増加と減少とのバランスが狂い、スポット光の変位に対する出力変化の直線性が悪化する。
【００４３】
したがって、不感領域１２を、スポット光の変位の前後において、スポット光が入射され続ける範囲内に形成することにより、スポット光の変位に対する出力変化の直線性を確保することができる。
【００４４】
ここで、スポット光が半径Ｒの円形で、スポット光の定格変位量が横方向および縦方向ともに±Δｄである場合に、フォトダイオードからのバイアス出力を最も削減することができる不感領域１２が形成された４分割フォトダイオード１０の受光面を図４に示す。図４において、不感領域１２は、スポット光がフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央から定格変位量変位した場合であっても、スポット光の領域外に出ることがないという条件下で最大化されている。
【００４５】
不感領域１２の形状や大きさを、スポット光が定格変位量のぎりぎりまで変位した場合の形状や大きさに合わせて設計することにより、フォトダイオードからのバイアス出力を最も小さくすることができる。
【００４６】
しかしながら、実際には、スポット光と４分割フォトダイオード１０との初期位置が、不感領域１２やフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中心位置と一致せず、ある程度のずれをもって設置されることが考えられる。このような場合に、不感領域１２がスポット光の領域外に出ることを防止するためには、想定されうる初期位置のずれ分だけ、不感領域１２を小さめに設定しておく必要がある。
【００４７】
このことは、不感領域１２の大きさを、スポット光の定格変位量から算出されるぎりぎりの大きさに設定していた場合に、スポット光と４分割フォトダイオード１０との初期位置がずれたことにより、不感領域１２が予想外にスポット光の領域外に出てしまい、スポット光の変位に対する出力変化の直線性が悪化することを防止するためである。
【００４８】
以上のように、実施の形態１によれば、光検出素子の各領域には、それぞれ入射光によって出力を生じない不感領域と、入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、光検出素子全体について、各領域に形成された不感領域は、各領域に形成された感光領域に囲まれている。
これにより、入射光の変位の前後において光検出素子の各領域に入射している光量に応じたバイアス出力の、光検出素子の各領域からの全出力に対する割合が低減され、入射光の変位に応じた光検出素子の各領域からの変位出力の割合が増大する。そのため、光検出素子の各領域からの出力を増幅する際に、変位出力を十分に増幅することができる。
したがって、光源から放射された入射光の微小な変位を測定するにあたり、出力信号のＳ／Ｎを向上させるとともに、回路構成を小型化することができる光学式変位測定装置を得ることができる。
【００４９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、フォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄの中央部に、スポット光によって出力を生じない不感領域１２が形成されると説明した。この実施の形態２では、不感領域を単にマスクするだけでなく、この領域に入射したスポット光を光源方向に反射するように、不感領域にリフレクタ部１４を設ける場合について説明する。
【００５０】
図５は、この発明の実施の形態２に係る光学式変位測定装置の４分割フォトダイオード１０の受光面を抜粋して示す構成図である。図５において、図１に示した不感領域１２に対応する部分には、光を反射するリフレクタ部１４が設けられている。リフレクタ部１４を設けたことにより、光源から放射されたスポット光（入射光２２）は、リフレクタ部１４で反射して光源に戻され（反射光２３）、光源で反射されることによって、再び４分割フォトダイオード１０に入射される。
【００５１】
スポット光の反射を繰り返すことにより、不感領域に入射されたスポット光を感光領域に導くことで、光源から放射されたスポット光を有効に利用し、光源の変位によってフォトダイオード１１Ａ〜１１Ｄからの出力が変化する領域における単位面積あたりの光量を増加させることができる。そのため、光源からのスポット光の光量が同一であっても、スポット光の変位に対する出力変化を増加させることができ、出力信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００５２】
なお、リフレクタ部１４によってスポット光が乱反射し、反射したスポット光が光源にそのまま戻ることなく、周囲で再び反射して４分割フォトダイオード１０に戻ってくる場合が考えられる。このような場合に、光源からのスポット光が、もともと入射しているフォトダイオード以外の領域のフォトダイオードに戻ってくると、スポット光の位置にかかわらず、迷光として一定の出力を生じさせることになる。そのため、スポット光の変位に対する出力の感度が低下する恐れがある。したがって、リフレクタ部１４は、光を乱反射させず、光源方向に真っ直ぐに光を反射させることが望ましい。
【００５３】
また、上記実施の形態１、２では、光検出素子として４分割フォトダイオード１０を例に挙げて説明したが、これに限定されず、光検出素子は、受光面が２つの領域に分割された２分割フォトダイオードであっても、同様の効果を得ることができる。
また、分割された複数の領域の各素子のある頂点が、全てある領域に集中しており、各素子に対して同時にスポット光を入射させることができるような多分割の光検出素子に対しても、同様の効果を得ることができる。
さらに、上記実施の形態１、２では、光検出素子としてフォトダイオードを用いているが、これに限定されず、フォトダイオードと同様に、光の入射によって出力を得ることができる光検出素子であれば、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ４分割フォトダイオード（光検出素子）、１１Ａ〜１１Ｄ フォトダイオード、１２ 不感領域、１３ 感光領域、１４ リフレクタ部、２１ スポット光、２２ 入射光、２３ 反射光、５０ ４分割フォトダイオード、５１Ａ〜５１Ｄ フォトダイオード、５２ １段目増幅部、５３ ２段目増幅部、５４ ３段目増幅部、６０ 光源、６１ スポット光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面が光に対して不感なギャップを介して複数の領域に分割された光検出素子に対して、光源から放射された入射光を入射させ、前記光検出素子の各領域からの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、前記光検出素子に対する前記入射光の相対的な変位を測定する光学式変位測定装置であって、
前記光検出素子の各領域には、それぞれ前記入射光によって出力を生じない不感領域と、前記入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域は、前記各領域に形成された感光領域に囲まれている
ことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項２】
前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域は、前記入射光の変位の前後において、前記入射光が入射され続ける範囲内に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学式変位測定装置。
【請求項３】
前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域の大きさは、前記入射光の変位の前後において、前記入射光が入射され続ける範囲の外縁から、前記入射光と前記光検出素子との初期位置のずれ分だけ縮小されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学式変位測定装置。
【請求項４】
前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域に、前記入射光を前記光源方向に反射するリフレクタ部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の光学式変位測定装置。
【請求項１】
受光面が光に対して不感なギャップを介して複数の領域に分割された光検出素子に対して、光源から放射された入射光を入射させ、前記光検出素子の各領域からの出力を増幅し、増幅された出力の変化に基づいて、前記光検出素子に対する前記入射光の相対的な変位を測定する光学式変位測定装置であって、
前記光検出素子の各領域には、それぞれ前記入射光によって出力を生じない不感領域と、前記入射光によって出力を生じる感光領域とが形成され、前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域は、前記各領域に形成された感光領域に囲まれている
ことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項２】
前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域は、前記入射光の変位の前後において、前記入射光が入射され続ける範囲内に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学式変位測定装置。
【請求項３】
前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域の大きさは、前記入射光の変位の前後において、前記入射光が入射され続ける範囲の外縁から、前記入射光と前記光検出素子との初期位置のずれ分だけ縮小されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学式変位測定装置。
【請求項４】
前記光検出素子全体について、前記各領域に形成された不感領域に、前記入射光を前記光源方向に反射するリフレクタ部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の光学式変位測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６１２３３（Ｐ２０１３−６１２３３Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９６６０（Ｐ２０１１−１９９６６０）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、柔軟物も取扱える生産用ロボットシステム（次世代産業用ロボット分野）、ＦＡ機器組立ロボットシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、柔軟物も取扱える生産用ロボットシステム（次世代産業用ロボット分野）、ＦＡ機器組立ロボットシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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