(57)【要約】【課題】  振動部の振動のストロークが長い場合においても大幅なコスト増加を招くことなく振動部の位置検出を行う。【解決手段】  １対の発光部１および受光部２と、振動部と一体となって振動し、発光部１および受光部２間を通過する遮光部３とを有する。この遮光部３のエッジは、振動部の振動方向に対して傾斜している。エッジの傾斜角度は、振動方向に対して４５ｄｅｇ以内であることが好ましい。【選択図】図１
2020043402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の発光部および受光部と、
振動部と一体となって振動し、前記発光部および受光部間を通過する遮光部であって、前記遮光部のエッジが前記振動部の振動方向に対して傾斜した遮光部と
を具備する位置検出部を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記エッジを曲線形状とすることにより前記振動部の位置変化に対して前記受光部の出力信号値を直線的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記位置検出部は、
前記発光部および前記受光部間に拡散板を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記位置検出部として、１対または複数対の位置検出部を有し、
対をなす２つの位置検出部は、前記振動方向に対する遮光量の変化方向が互いに逆である遮光部を各々有し、
対をなす２つの位置検出部の２つの受光部の出力信号の差分を検出する差分検出部をさらに具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記対をなす２つの位置検出部の遮光部は、前記振動方向に垂直な方向に対する遮光量の変化方向が互いに同一であることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スピーカユニットの振動部等、一定方向に振動する振動部の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカユニットをＭＦＢ（Ｍｏｔｉｏｎａｌ  Ｆｅｅｄ  Ｂａｃｋ）制御するスピーカシステムが知られている。このスピーカシステムでは、ボビン等、スピーカユニットの振動部の位置を位置検出装置により検出し、位置検出信号を帰還回路によりスピーカユニットの駆動信号入力部に帰還させる。特許文献１〜３は、このＭＦＢ制御を行うスピーカシステムに用いられる位置検出装置を開示している。
【０００３】
特許文献１に開示の位置検出装置では、振動部であるボビンに空けられたスリット（特許文献１では角孔）を挟んで発光部と受光部が配置される。受光部は、スリットの移動方向に並んだ２つの受光ダイオードを有する。位置検出装置には、これらの２つの受光ダイオードの出力信号の差分を位置検出信号として出力する差動増幅回路が設けられている。振動部の振動によりスリットの位置が変わると、スリットを通過して２つの受光ダイオードに受光される受光量のバランスが変化するため、振動部の位置変化に応じて信号強度が変化する位置検出信号が得られる。以下では、このような位置検出装置をスリット法による位置検出装置と呼ぶ。
【０００４】
特許文献２に開示の位置検出装置では、振動部と一体となって振動する遮光部のエッジが、発光部および受光部間の光路を通過する。受光部は、発光部からの受光量に応じた信号強度の位置検出信号を出力する。振動部の振動により遮光部のエッジの位置が変わると、発光部から受光部に向かう光のうち遮光部により遮られる光量が変化する。このため、振動部の位置変化に応じて信号強度が変化する位置検出信号が受光部から得られる。以下では、このような位置検出装置をナイフエッジ法による位置検出装置と呼ぶ。
【０００５】
特許文献３は、特許文献２と同様なナイフエッジ法による位置検出装置を開示している。この特許文献３では、発光部から受光部に向かう光を遮る遮光部として、振動部であるコーン紙を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５４−９６２３１号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００８−２２８２１２号公報
【０００８】
【特許文献３】特開２００８−２２８２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したスリット法やナイフエッジ法による位置検出装置は、位置検出範囲、すなわち、振動部の位置変化に応じて位置検出信号の信号強度が変化する範囲が発光部から受光部に至る光ビームのビーム径により制限されるため、振動部の振動のストロークが長い場合に、振動部の位置変化を検出することが困難である問題があった。また、上述したスリット法やナイフエッジ法による位置検出装置は、位置検出範囲を広くすることが求められる場合に、発光部から放射する光ビームの放射角を広げる必要があるが、その場合に受光部の受光面積を大きくする必要があり、位置検出装置のコストが大幅に高くなる問題があった。
【００１０】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、振動部の振動のストロークが長い場合においても大幅なコスト増加を招くことなく振動部の位置検出を行う技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、１対の発光部および受光部と、振動部と一体となって振動し、前記発光部および受光部間を通過する遮光部であって、前記遮光部のエッジが前記振動部の振動方向に対して傾斜した遮光部とを具備する位置検出部を備えたことを特徴とする位置検出装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の第１実施形態である位置検出装置を−ｙ方向から見た図である。
【図２】同位置検出装置をｘ方向から見た図である。
【図３】この発明の第２実施形態による位置検出装置に用いられる遮光部を示す図である。
【図４】同実施形態における正規化位置と位置検出信号の正規化信号値との関係を例示する図である。
【図５】同実施形態において求める誤差を例示する図である。
【図６】同実施形態において求める補正値を例示する図である。
【図７】同実施形態において求める補正エッジ位置を例示する図である。
【図８】この発明の第３実施形態による位置検出装置に用いられる拡散板の作用を説明する図である。
【図９】同拡散板の作用を説明する図である。
【図１０】同実施形態による位置検出装置の構成および動作を示す図である。
【図１１】同位置検出装置の構成および動作を示す図である。
【図１２】同位置検出装置の構成および動作を示す図である。
【図１３】この発明の第４実施形態による位置検出装置の構成を示す図である。
【図１４】この発明の第６実施形態による位置検出装置が実装されたスピーカユニットの構成を示す縦断面図である。
【図１５】同スピーカユニットを上方から透視した図である。
【図１６】この発明の第７実施形態による位置検出装置が実装されたスピーカユニットを上方から透視した図である。
【図１７】同スピーカユニットの縦断面図である。
【図１８】この発明の第８実施形態による位置検出装置が実装されたスピーカユニットの縦断面図である。
【図１９】同スピーカユニットを左右方向から透視した図である。
【図２０】同スピーカユニットを上方から透視した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）は、この発明の第１実施形態である位置検出装置１００Ａの構成を示す図である。この位置検出装置１００Ａは、一対の発光部１および受光部２と、ボイスコイル、コーン紙等のスピーカの振動部（図示略）と一体となって振動し、発光部１および受光部２間を通過する遮光部３とを備えた位置検出部を有する。発光部１および受光部２は、例えばスピーカユニットのフレーム（図示略）等の固定部に固定されている。本実施形態において、位置検出装置１００Ａは、１つの位置検出部を有するが、後述する第６〜第８実施形態のように位置検出装置に複数の位置検出部を設けてもよい。
【００１５】
図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）には、３次元空間において相互に直交するｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が示されている。図１（ａ）〜（ｃ）は位置検出装置１００Ａを−ｙ方向から見た図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は同位置検出装置１００Ａをｘ方向から見た図である。
【００１６】
図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）において、発光部１は、例えばＬＥＤであり、径を増加させつつ進行する円錐状の光ビーム４を放射する。この光ビーム４の中心をなす光軸４ａｘは、ｘ方向を向いている。受光部２は、フォトトランジスタ、フォトダイオード等である。光ビーム４の光軸４ａｘは、受光部２の受光面の中心において受光面と直交する。受光部２は、受光面の総受光量に応じた強度の位置検出信号を出力する。
【００１７】
平面５は、光ビーム４の光軸４ａｘと直交する仮想的な平面であり、発光部１から距離Ａだけ離れ、かつ、受光部２から距離Ｂだけ離れた位置にある。遮光部３は、振動部と一体となって振動し、平面５に沿って図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）に示すｚ方向または−ｚ方向に移動する。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、遮光部３は、遮光部３の移動方向であるｚ方向に延びる辺３ａと、ｚ方向およびｘ方向と直交するｙ方向に延びる辺３ｂと、辺３ａおよび３ｂ間の斜辺であるエッジ３ｅとに囲まれた直角三角形状をなしている。ここで、エッジ３ｅは、遮光部３の移動方向であるｚ方向に対して角度θだけ傾いている。この角度θは４５°以下であることが好ましい。また、平面５における光ビーム４の断面は、半径Ｒの円となる。
【００１９】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、遮光部３は、平面５に沿って、−ｚ方向に移動することにより、そのエッジ３ｅが光ビーム４を通過する。ここで、エッジ３ｅは、光ビーム４を遮光部３により遮られることなく通過する透過領域と遮光部３によって遮られる遮光領域とを分ける境界として機能する。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように遮光部３が−ｚ方向に移動してエッジ３ｅが光ビーム４を通過すると、その際に、光ビーム４の透過領域の面積が減少して遮光領域の面積が増加する。この結果、遮光部３の±ｚ方向の位置変化に応じて受光部２の位置検出信号の強度が変化する。
【００２０】
図２（ａ）では、エッジ３ｅが光ビーム４の断面円の左側（−ｙ方向）の円弧と接している。エッジ３ｅがこの位置よりも−ｚ方向に移動すると、光ビーム４の透過領域の面積の減少と、遮光領域の面積の増加が始り、位置検出信号の強度が最大値から減少し始める。
【００２１】
図２（ｂ）では、エッジ３ｅが図２（ａ）の位置からＲ／ｔａｎθだけ−ｚ方向に移動し、光ビーム４の光軸４ａｘに接している。この状態では、光ビーム４の透過領域の面積と、遮光領域の面積が等しく、位置検出信号の強度は、最大強度と最小強度の中間の強度となる。
【００２２】
図２（ｃ）では、エッジ３ｅが図２（ｂ）の位置からＲ／ｔａｎだけ−ｚ方向に移動し、光ビーム４の断面円の右側（ｙ方向）の円弧と接している。この状態では、光ビーム４の透過領域の面積はゼロであり、遮光領域の面積が最大となる。このため、位置検出信号の強度は、最小強度となる。
【００２３】
本実施形態では、遮光部のエッジと、振動部の振動方向とがなす角度をθとした場合、位置検出範囲は２Ｒ／ｔａｎθとなる。従って、光ビームの半径Ｒを大きくしなくても、θを４５°以下の適切な角度にすることにより、必要な位置検出範囲２Ｒ／ｔａｎθを得ることができる。また、本実施形態では、光ビームの半径Ｒを大きくする必要がないので、振動部の振動方向における受光部のサイズを小さくすることができ、位置検出装置のコスト増を回避することができる。
【００２４】
例えば２０ｃｍウーハにおいてボイスコイルが±５ｍｍ振動する場合に、その位置を検出するためには、２Ｒ／ｔａｎθ＝１０ｍｍとする必要がある。ここで、θ＝１５ｄｅｇとすると、ｔａｎθ＝０．２６８となるので、２Ｒ＝２．６８ｍｍとなる。この場合、振動部の振動方向における受光部のサイズ２Ｒ×（Ａ＋Ｂ）／Ａはせいぜい３ｍｍでよい。このようなフォトダイオードは、入手性が良いので、位置検出装置をローコストに構成することが可能である。
【００２５】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態において、受光部の受光強度は、受光面内の各位置において一定ではなく、位置に依存して変化する。このため、直線状のエッジを移動させたとき、エッジの位置変化に対する位置検出信号の強度変化は非線形となる。本実施形態では、遮光部のエッジを曲線形状とすることにより、エッジの位置変化に対して位置検出信号の強度を直線的に変化させる。より詳しくは、本実施形態では、遮光部の位置と位置検出信号との関係を実測する過程と、この実測結果に基づいて遮光部のエッジを変形する過程を繰り返すことにより、遮光部の位置と位置検出信号との関係を直線（線形）に近づける。
【００２６】
図３は、変形前の初期状態における遮光部２０３と、この遮光部２０３が移動する平面内における光ビーム２０４の断面形状を示す図である。図３には、前掲図２（ａ）〜（ｃ）と同様、遮光部２０３の移動方向であるｚ方向と、このｚ方向および光ビームの光軸の方向と直交するｙ方向が示されている。図３において、遮光部２０３が移動する平面内における光ビーム２０４の断面形状は、半径Ｒの円となっている。遮光部２０３は、ｙ方向の辺とｚ方向の辺が直交した直角三角形状をなしており、直角をなす２辺に挟まれた斜辺であるエッジ２０３ｅは、ｚ方向に対して角度θだけ傾いている。本実施形態では、このエッジ２０３ｅの中点を遮光部２０３の基準位置とする。また、本実施形態では、光ビーム２０４の光軸２０４ａｘが遮光部２０３の移動する平面と直交する点をｙｚ座標系の原点（０、０）とする。
【００２７】
図３に示す例では、遮光部２０３の基準位置が原点（０、０）に位置している。遮光部２０３は、振動部と一体となって振動することにより、その遮光部２０３の基準位置が原点（０、０）を通過するｚ軸に沿って移動する。遮光部２０３のｚ方向の辺は、基準位置から−ｙ方向にＲ＋αだけ隔たっている。また、遮光部２０３のｙ方向の辺は、原点（０、０）を通過するｚ軸から−ｙ方向にＲ＋αだけ隔たった位置に一端があり、同ｚ軸から＋ｙ方向にＲ＋αだけ隔たった位置に他端がある。遮光部２０３の基準位置が±ｚ方向に移動すると、遮光部２０３において基準位置を通るｚ軸からｙ方向に±Ｒの範囲内の部分が光ビーム２０４を遮る。この部分の外側の±αの領域は、遮光部２０３の取付部品が光ビーム２０４を遮らないようにするための取付代である。
【００２８】
遮光部２０３のエッジ２０３ｅは、図３に示すように基準位置が原点（０、０）にある状態において、（−Ｒ、−Ｒ／ｔａｎθ）、（０，０）、（Ｒ、Ｒ／ｔａｎθ）の３点を通過する。
【００２９】
本実施形態では、遮光部２０３を−ｚ方向に少しずつ動かしながら、遮光部２０３の基準位置のｚ座標値と、光ビーム２０４を受光する受光部から得られる位置検出信号を測定する。そして、遮光部２０３の基準位置のｚ座標値を０％から１００％以内に正規化し、かつ、位置検出信号の信号値を０％から１００％以内に正規化する。
【００３０】
具体的には、基準位置が原点（０、０）にある場合における位置検出信号値と、最下位置（０、−Ｒ／ｔａｎθ）にある場合における位置検出信号値との差分を求めるとともに、基準位置が原点（０、０）にある場合における位置検出信号値と、最上位置（０、Ｒ／ｔａｎθ）にある場合における位置検出信号値との差分を求める。そして、両差分の絶対値のうち大きい方を５０％として、各位置における位置検出信号値を正規化する。そして、正規化された基準位置（以下、正規化位置という）と正規化された位置検出信号値（以下、正規化信号値という）の関係を示すグラフを作成する。また、明らかに各点における位置検出信号値にオフセットが生じていると判断される場合は、計算によりオフセットを除去してからグラフ化を行う。図４はこうして得られる正規化位置（％）と正規化信号値（％）の関係を示すグラフである。
【００３１】
次に図４において、正規化信号値＝正規化位置となる理想直線を求め、この理想直線上の正規化信号値に対する図４の正規化信号値の誤差、すなわち、前者の正規化信号値に対する後者の正規化信号値の比率の１００％との差分を求める。図５はこのようにして得られる正規化位置（％）と誤差（％）との関係を示すグラフである。
【００３２】
次に図５に示される誤差（％）の極性を反転して補正値（％）を求める。図６はこのようにして得られる正規化位置（％）と補正値（％）との関係を示すグラフである。
【００３３】
次に図６に示される正規化位置（％）と補正値（％）との関係に従い、図３に示すエッジ２０３ｅ上の各エッジ位置のｙ座標値を補正する。図７はこの補正後のエッジ位置のｙ座標値ｙ１のグラフと、補正前のｙ座標値ｙ０のグラフを示すものである。図７において、横軸は、図４〜図６と同様、遮光部２０３の基準位置の正規化されたｚ座標値である。この横軸において、０％はｚ＝−Ｒ／ｔａｎθに対応し、１００％はｚ＝Ｒ／ｔａｎθに対応している。縦軸は、光ビームの中心軸を通過するｙ軸と交差するエッジ位置の正規化されたｙ座標値である。
【００３４】
遮光部２０３の基準位置のｚ座標値が−Ｒ／ｔａｎθ（０％）である場合、原点（０、０）を通過するｙ軸は、基準位置からｚ方向にＲ／ｔａｎθ、ｙ方向にＲだけ離れたエッジ位置においてエッジ２０３ｅと交差する。遮光部２０３の基準位置のｚ座標値が０（５０％）である場合、原点（０、０）を通過するｙ軸は、基準位置であるエッジ位置においてエッジ２０３ｅと交差する。遮光部２０３の基準位置のｚ座標値がＲ／ｔａｎθ（１００％）である場合、原点（０、０）を通過するｙ軸は、基準位置から−ｚ方向にＲ／ｔａｎθ、−ｙ方向にＲだけ離れたエッジ位置においてエッジ２０３ｅと交差する。
【００３５】
そこで、正規化位置０％（ｚ＝−Ｒ／ｔａｎθ）〜５０％（ｚ＝０）までの補正値Δｙ０を用いて、基準位置から−ｚ方向にＲ／ｔａｎθ、−ｙ方向にＲだけ離れたエッジ位置と、基準位置であるエッジ位置との間の区間のエッジ位置のｙ座標値ｙ０を補正し、補正エッジ位置のｙ座標値ｙ１を求める。また、正規化位置５０％（ｚ＝０）〜１００％（ｚ＝Ｒ／ｔａｎθ）までの補正値Δｙ０を用いて、基準位置であるエッジ位置と、基準位置からｚ方向にＲ／ｔａｎθ、ｙ方向にＲだけ離れたエッジ位置との間の区間のエッジ位置のｙ座標値ｙ０を補正し、補正エッジ位置のｙ座標値ｙ１を求める。そして、図７の補正後のｙ座標値ｙ１のグラフに基づいて、エッジ２０３ｅの形状が補正された遮光部２０３を制作する。
【００３６】
ここで、図５の誤差の要因は、光ビーム内の強度分布や受光部の検出感度分布によるものなので、誤差のカーブを極性反転したカーブに従ってエッジ形状を補正するだけで誤差が０となる保証はない。そこで、エッジ形状の一次補正を行った遮光部２０３を作製し、それを用いて再度測定を行い、残留誤差を評価する。そして、残留誤差が目標数値以内（例えば１％）に収束するまでこのプロセスを繰り返す。これにより、正規化位置と正規化信号値との関係が直線的である遮光部２０３が得られる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、遮光部２０３のエッジ２０３ｅを曲線形状とすることにより、エッジ２０３ｅの位置変化に対して位置検出信号の強度を直線的に変化させることができる。
【００３８】
＜第３実施形態＞
上記各実施形態と同様、本実施形態による位置検出装置は、振動部の振動方向に対して傾斜したエッジを持った遮光部を有する。本実施形態では、この遮光部におけるエッジ外側の領域に拡散板を設けることで、受光部のサイズの縮小化を実現している。
【００３９】
拡散板には、粒子型拡散板とレンズ型拡散板がある。本実施形態ではどちらのタイプの拡散板も使用可能であるが、理解のし易さからレンズ型拡散板を用いた場合を説明する。本実施形態の構成を説明するのに先立ち、本実施形態において用いるレンズ型拡散板の作用を具体的に説明する。
【００４０】
図８において、発光部３０１はレンズ付きＬＥＤであり、受光部３０２はレンズ付きＰＤ（Photo Detector）である。ＰＤとしては、例えばフォトトランジスタやフォトダイオードが使用可能である。発光部３０１と受光部３０２は各々の光軸を一直線にした状態で互いに対向している。ここで、発光部３０１の光軸とは、光の強度が最大となる方角を指す軸であり、受光部３０２の光軸とは、受光感度が最大となる方角を指す軸である。図８では、発光部３０１の光軸と受光部の光軸が共通の光軸３０４ａｘとして図示されている。拡散板３０３は、発光部３０１側の面に微小なレンズが形成されたレンズ型拡散板であり、発光部３０１および受光部３０２間の光軸３０４ａｘと直交している。
【００４１】
図８に示す例において、発光部３０１の放射角は±２８ｄｅｇ、受光部３０２の指向特性は±４５ｄｅｇ、拡散板３０３と発光部３０１、受光部３０２の距離はそれぞれ３ｍｍ、拡散板３０３の拡散角は±６０ｄｅｇである。この構成において、発光部３０１から出射した光はφ３．２ｍｍの範囲で拡散板３０３に入射する。
【００４２】
拡散板３０３の裏面には、図９に示すように拡散透過光を放射するφ３．２ｍｍの円状のスポット３０３ｇが形成されている。受光部３０２は、±４５ｄｅｇの入射角度範囲の光を検知する指向特性であるため、拡散板３０３上の点Ｐｍを中心とするφ６ｍｍの円３０３ｈ内の光を検知する。
【００４３】
ここで、スポット３０３ｇの縁にあたる点Ｐａでの光路を考えると、図８に示すように、発光部３０１の発光点Ｐｅより角度２８ｄｅｇで放射された光は、拡散板３０３の点Ｐａに６２ｄｅｇの角度で入射し、この入射光の光軸は、角度６２ｄｅｇで拡散板３０３の点Ｐａから出射する。拡散光は、光軸に対して±６０ｄｅｇまで拡散するので、拡散板３０３の裏面に対して２ｄｅｇから１２２ｄｅｇの範囲に拡散する。
【００４４】
図８の例では、拡散角の範囲内に受光部３０２の受光点Ｐｒが含まれているので、受光部３０２のＰＤ側への拡散光の一部は受光部３０２のレンズで集光されて、受光点Ｐｒに達する。スポットの反対の縁の点Ｐｂからの拡散光も同様に受光点Ｐｒに到達するので、Ｐａ−Ｐｂ間の全ての位置からの拡散光が受光点Ｐｒに到達する。以上のことは、拡散板３０３のスポット３０３ｇ内の全ての位置からの拡散光に当てはまる。従って、受光点Ｐｒにスポット３０３ｇの全範囲から拡散光が到達する。
【００４５】
図１０〜図１２は本実施形態による位置検出装置１００Ｃにおける光の伝達状況を示す図である。本実施形態では、エッジ３０３ｅを挟んで遮光部３０３Ｂ１と拡散部３０３Ｂ２とが隣接した板部３０３Ｂが発光部３０１および受光部３０２間を横切る。拡散部３０３Ｂ２は、レンズ型拡散板であり、±６０ｄｅｇの拡散角を有する。発光部３０１は、放射角±２８ｄｅｇの光ビーム３０４を放射する。受光部３０２は、受光角±４５ｄｅｇのＰＤを備えている。
【００４６】
図１０〜図１２において、（ａ）は受光部３０２のＰＤから見た板部３０３Ｂの裏面の拡散透過光の発光の様子を示し、（ｂ）は発光部３０１および受光部３０２間の光ビームの伝搬状況を示しており、（ｃ）は遮光部３０３Ｂ１および拡散部３０３Ｂ２とこれらに照射される光ビーム３０４の断面形状を示している。
【００４７】
図１０〜図１２では、遮光部３０３Ｂ１の基準位置を−５ｍｍ位置から５ｍｍステップで移動させている。なお、基準位置の定義は上記第２実施形態と同様である。
【００４８】
図１０〜図１２に示されるように、発光部３０１から放射された放射角±２８ｄｅｇの光ビーム３０４は、遮光部３０３Ｂ１または拡散部３０３Ｂ２に入射する。遮光部３０３Ｂ１の基準位置が−５ｍｍ、０ｍｍ、５ｍｍという具合に移動すると、遮光部３０３Ｂ１によって遮られる光ビームの直径方向の寸法が２．９５ｍｍ、１．６ｍｍ、０．２６ｍｍという具合に変化する。一方、光ビーム３０４のうち拡散部３０３Ｂ２に入射した光は、拡散部３０３Ｂ２によって拡散され、図１０〜図１２に示すように、受光部３０２のＰＤに到達する。このため、受光部３０２のＰＤから見た板部３０３Ｂの裏面の拡散透過光ＳＰ’の断面積は、図１０〜図１２に示すように、遮光部３０３Ｂ１の基準位置が−５ｍｍ、０ｍｍ、５ｍｍと変化するのに応じて大きくなる。
【００４９】
本実施形態では、発光部３０１から放射される大きな放射角の光ビーム３０４を、遮光部３０３Ｂ１に連結された拡散部３０３Ｂ２における広い面積の領域において拡散させ、受光面積の小さい受光部３０２のＰＤに到達させる。よって、本実施形態によれば、受光部３０２のＰＤの受光面積を大きくすることなく、振動部の振動のストロークが長いスピーカユニットにおける振動部の位置検出を行うことができる。
【００５０】
＜第４実施形態＞
図１３はこの発明の第４実施形態による位置検出装置１００Ｄの構成を示す図である。図１３において、発光部４０１は、レンズ付きＬＥＤであり、放射角±２８ｄｅｇの光ビーム４０４を放射する。受光部４０２は、レンズ付きの受光部であり、受光角±４５ｄｅｇの角度範囲内の光をＰＤに収束させる。発光部４０１と受光部４０２は各々の光軸を一致させた状態で対向している。遮光部４０３は、板状をなしており、発光部４０１および受光部４０２間を結ぶ光軸において、発光部４０１、受光部４０２からそれぞれ３ｍｍずつ離れた位置を紙面垂直方向に横切る。上記各実施形態と同様、この遮光部４０３は、振動部の振動方向である紙面垂直方向に対して４５ｄｅｇ以下の角度だけ傾いたエッジを有している。拡散板４０６は、発光部４０１および受光部４０２間を結ぶ光軸に垂直な平面状の拡散板であり、遮光部４０３が移動する平面と、発光部４０１との間の位置に設けられている。
【００５１】
図１３において、遮光部４０３のエッジは点ＰａおよびＰｂ間を紙面垂直方向に移動する。受光部４０２の受光点Ｐｒから点Ｐａを通る線分を延長し、拡散板４０６に交わる点を点Ｐｊとする。同様に受光部４０２の受光点Ｐｒから点Ｐｂを通る線分を延長し、拡散板４０６に交わる点を点Ｐｋとする。
【００５２】
この構成では、遮光部４０３のエッジが点ＰａおよびＰｂ間を移動するときに、拡散板４０６において点ＰｊおよびＰｋを通る円内から受光部４０２のＰＤに到達する拡散透過光量がエッジの移動に応じて変化する。
【００５３】
拡散板４０６としては、主に粒子型拡散板が用いられ、拡散板への入射光ビーム径がφＡとして、出射拡散透過光ビーム径φＢが点ＰｊおよびＰｋ間距離以上となる拡散板が用いられる。
【００５４】
拡散板４０６と遮光部４０３の距離が短い程、φＡとφＢの倍率が小さく、一般的に透過率の高い拡散板を使用することができる。従って、運動時のぶれにより遮光部４０３と拡散板４０６が衝突しない範囲で両者を近づけることが望ましい。
【００５５】
本実施形態においても上記各実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態では、遮光部４０３のみが振動部と連動し、拡散板４０６は振動部と連動しないので、振動系の質量の増加を少なくすることができるという効果がある。
【００５６】
＜第５実施形態＞
上記第４実施形態では、遮光部４０３が移動する平面と、発光部４０１との間の位置に拡散板４０６を設けた。これに対し、本実施形態では、遮光部４０３が移動する平面と、受光部４０２との間の位置に拡散板４０６を設ける。本実施形態においても上記第４実施形態と同様な効果が得られる。
【００５７】
＜第６実施形態＞
図１４は、この発明の第６実施形態である位置検出装置が実装されたスピーカユニット１０００Ａを同スピーカユニット１０００Ａの軸を含む平面により切断した縦断面図である。また、図１５は同スピーカユニット１０００Ａを軸方向から見た平面図である。
【００５８】
このスピーカユニット１０００Ａにおいて、ボビン１００１は、円筒体であり、下半分の領域にコイル１００２が巻回されている。ボビン１００１におけるコイル１００２の巻き回された領域は、ポールピース１０１０とヨーク１０１１との間に挟まれた磁気ギャップ内に挿入されている。ボビン１００１は、コイル１００２への通電により紙面上下方向に振動する。
【００５９】
遮光板部１１００は、同一形状の２枚の板材を互いに直交させて繋いだものであり、上から見ると十文字状をなしている。この遮光板部１１００の十文字の４つの端部は、ボビン１００１の上端に固定されている。遮光板部１１００を十文字状にしているのは、遮光板部１１００の固定されたボビン１００１の重量バランスと強度を適切なものにするためである。
【００６０】
遮光板部１１００の十文字の各端部のうち対角関係にある２つの端部近傍には、ボビン１００１の内壁近傍の空間領域を下方に延びる１対の板状の遮光部１１０１および１１０２が設けられている。これらの遮光部１１０１および１１０２は、振動部であるボビン１００１の振動方向（紙面上下方向）に対して傾斜したエッジ１１０１ｅおよび１１０２ｅを有する。ここで、エッジ１１０１ｅおよび１１０２ｅは、ボビン１００１の振動方向に対するエッジの位置の変化方向が互いに逆である。すなわち、エッジ１１０１ｅに関しては、同エッジ１１０１ｅからスピーカユニット１０００Ａの振動軸に近づく内側領域が遮光部１１０１の遮光領域になっており、紙面上方に進むほど遮光領域の幅が短くなるのに対し、エッジ１１０２ｅに関しては、同エッジ１１０２ｅからスピーカユニット１０００Ａの振動軸から遠ざかる外側領域が遮光部１１０２の遮光領域になっており、紙面上方に進むほど遮光領域の幅が長くなる。
【００６１】
センサ支持台１０２０は、ポールピース１０１０の上端中央に起立した状態で固定された垂直脚部１０２１と、この垂直脚部１０２１の上端から水平方向両側にボビン１００１の内壁近傍まで延びた水平腕部１０２２とを有する。この水平腕部１０２２の一方の端部は第１支持部１０３１および第２支持部１０３２に枝分かれしており、他方の端部は第３支持部１０３３および第４支持部１０３４に枝分かれしている。本実施形態では、センサ支持台１０２０が、後述する発光部および受光部をスピーカユニット１０００Ａに固定する固定部を構成している。
【００６２】
第１支持部１０３１および第２支持部１０３２は、遮光部１１０１を間に挟んで対向している。第１支持部１０３１および第２支持部１０３２の各対向面には、発光部２００１ａおよび受光部２００２ａが各々の光軸を一致させた状態で固定されている。この発光部２００１ａおよび受光部２００２ａ間を結ぶ光軸を遮光部１１０１のエッジ１１０１ｅが横切る。
【００６３】
同様に、第３支持部１０３３および第４支持部１０３４は、遮光部１１０２を間に挟んで対向している。第３支持部１０３３および第４支持部１０３４の各対向面には、発光部２００１ｂおよび受光部２００２ｂが各々の光軸を一致させた状態で固定されている。この発光部２００１ｂおよび受光部２００２ｂ間を結ぶ光軸を遮光部１１０２のエッジ１１０２ｅが横切る。
【００６４】
図１５に示すように、発光部２００１ａおよび２００１ｂは、ボビン１００１の直径に対して互いに反対側に位置している。これは発光部２００１ａの放射した光が受光部２００２ｂによって受光され、発光部２００１ｂの放射した光が受光部２００２ａによって受光されるクロストークを防止するためである。
【００６５】
本実施形態では、発光部２００１ａと、受光部２００２ａと、遮光部１１０１が第１の位置検出部を構成し、発光部２００１ｂと、受光部２００２ｂと、遮光部１１０２が第２の位置検出部を構成している。そして、本実施形態では、対をなす第１および第２の位置検出部は、上述したように振動方向に対する各遮光部１１０１および１１０２の遮光量の変化方向が互いに逆である。また、対をなす第１および第２の位置検出部は、振動方向に垂直な方向において、各遮光部１１０１および１１０２の遮光領域のエッジに対する方向が同一方向である。このため、第１および第２の位置検出部の遮光部は、振動方向に垂直な方向に対する遮光量の変化方向が互いに同一である。そして、本実施形態による位置検出装置は、差分検出部（図示略）を備えている。この差分検出部は、第１の位置検出部の受光部２００２ａの出力信号と、第２の位置検出部の受光部２００２ｂの出力信号との差分を検出し、位置検出信号として出力する。
【００６６】
図１４において、ボビン１００１が上方に移動すると、遮光部１１０１によって遮られる光量が増加するため第１の位置検出部の出力信号の信号強度が低下し、遮光部１１０２によって遮られる光量が減少するため第２の位置検出部の出力信号の信号強度が上昇する。この結果、第１の位置検出部の出力信号から第２の位置検出部の出力信号を差し引いた位置検出信号の信号強度が低下する。
【００６７】
これに対し、ボビン１００１が下方に移動すると、遮光部１１０１によって遮られる光量が減少するため第１の位置検出部の出力信号の信号強度が上昇し、遮光部１１０２によって遮られる光量が増加するため第２の位置検出部の出力信号の信号強度が低下する。この結果、第１の位置検出部の出力信号から第２の位置検出部の出力信号を差し引いた位置検出信号の信号強度が上昇する。このようにボビン１００１の位置変化に応じて信号強度が変化する位置検出信号が得られる。
【００６８】
一方、ボビン１００１に横揺れが発生すると、この横揺れは、第１の位置検出部の出力信号と第２の位置検出部の出力信号に同じ極性の同程度の雑音を発生する。例えば図１４において紙面左側から右側への横揺れが発生した場合、遮光部１１０１によって遮られる光量と、遮光部１１０２によって遮られる光量は、同程度に増加する。従って、第１の位置検出部の出力信号と第２の位置検出部の出力信号の各信号強度は同程度に増加するのである。
【００６９】
本実施形態によれば、振動方向に対する各遮光部１１０１および１１０２の遮光量の変化方向が互いに逆であることから、振動方向に対する第１の位置検出部の出力信号の変化方向と第２の位置検出部の出力信号の変化方向が逆であり、差分検出部がこの第１の位置検出部の出力信号と第２の位置検出部の出力信号の差分を位置検出信号として出力する。従って、電源電圧変動や温度変動に対するＬＥＤの光量変化やＰＤの検出感度の変動に対し、位置検出信号の電気的中点が変動し難くなるという効果が得られる。
【００７０】
仮にシングルエンド型の増幅器により位置検出信号を出力した場合、検出系の感度が変動すると電気的中点とメカニカルな中点にずれが生じ、スピーカユニットに音信号が入力されていない場合にも位置検出信号を基準値とするための直流電流がコイルに流れ続け、コイルの発熱につながる場合がある。また、機械的な中点からオフセットした位置に長時間振動系が保持されると、ダンパやサスペンションの変形に繋がる場合もある。また、検出感度の誤差はＭＦＢを掛けた後のスピーカ音声の歪みとなって現れる。これに対し、本実施形態では、差分検出部が第１の位置検出部の出力信号と第２の位置検出部の出力信号の差分を位置検出信号として出力するので、両出力信号に発生する同相雑音を相殺し、これらの問題が発生するのを防止することができる。
【００７１】
また、本実施形態において、対をなす２つの位置検出部の遮光部１１０１および１１０２は、振動方向に垂直な方向に対する遮光量の変化方向が互いに同一であるので、振動部に横揺れが発生した場合に、第１の位置検出部の出力信号と第２の位置検出部の出力信号に横揺れに起因した同相雑音が発生し、差分検出部においてこの同相雑音が相殺される。従って、位置検出信号に横揺れの影響が現れるのを防止することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、位置検出信号に横揺れの影響が現れるのを防止するという効果を得るため、各遮光部１１０１および１１０２の振動方向に垂直な方向に対する遮光量の変化方向を同一にしたが、この効果が不要である場合には、各遮光部１１０１および１１０２の振動方向に垂直な方向に対する遮光量の変化方向を逆方向にしてもよい。
【００７３】
＜第７実施形態＞
図１６は、この発明の第７実施形態である位置検出装置が実装されたスピーカユニット１０００Ｂを上方から透視した透視平面図である。また、図１７は、同スピーカユニット１０００Ｂをその軸を含む平面により切断した縦断面図である。なお、これらの図において、前掲図１４および図１５に示された部分と対応した部分には共通の符号を使用し、その説明を省略する。
【００７４】
図１７に示すように、コーン紙１２０２はその中央部分がボビン１００１の上端に固定され、その周辺部がエッジ１２０１を介してフレーム１２００に固定されている。本実施形態では、コーン紙１２０２の裏側において、周辺部近傍の対角関係にある２カ所に遮光部１１０１および１１０２が固定されている。上記第６実施形態と同様、遮光部１１０１および１１０２は、ボビン１００１の振動方向に対して傾斜したエッジ１１０１ｅおよび１１０２ｅを有する。これらのエッジ１１０１ｅおよび１１０２ｅは、ボビン１００１の振動方向に対するエッジの位置の変化方向が互いに逆である。従って、遮光部１１０１および１１０２では、振動方向に対する遮光量の変化方向が互いに逆である。また、遮光部１１０１および１１０２は、上記第６実施形態と同様、振動方向に垂直な方向に対する遮光量の変化方向が互いに同一方向である。
【００７５】
フレーム１２００には、発光部２００１ａおよび受光部２００２ａを支持するセンサ支持部１０４１と、発光部２００１ｂおよび受光部２００２ｂを支持するセンサ支持部１０４２が固定される。
【００７６】
フレーム１２００において、遮光部１１０１および１１０２が下がる位置の遮光部下端を通過させる窓または孔が設けられる。
【００７７】
通常の音声信号の入力がない状態では、遮光部１１０１および１１０２はフレーム１２００内に収まるので、スピーカユニット１０００Ｂの取り扱いやスピーカシステムへの組み込み時に特別な配慮を必要としない。
【００７８】
また、発光部２００１ａおよび２００１ｂと、受光部２００２ａおよび２００２ｂは、いずれもフレーム１２００に固定されるため、発光部および受光部に対する配線に錦糸線を用いる必要がない。
【００７９】
＜第８実施形態＞
図１８は、この発明の第８実施形態である位置検出装置が実装されたスピーカユニット１０００Ｃをその軸を含む平面により切断した縦断面図である。図１９（ａ）は同スピーカユニット１０００Ｃ内の遮光部１１０１を図１８の左側から透視した図、図１９（ｂ）は同スピーカユニット１０００Ｃ内の遮光部１１０２を図１８の右側から透視した図である。図２０は同スピーカユニット１０００Ｃを上方から透視した図である。なお、これらの図において、前掲図１６および図１７に示された部分と対応した部分には共通の符号を使用し、その説明を省略する。
【００８０】
本実施形態では、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、エッジ１１０１ｅを有する遮光部１１０１と、エッジ１１０２ｅを有する遮光部１１０２をボビン１００１の表面に形成する。ボビン材料としてカプトン樹脂がよく使われるが、褐色をしたカプトン樹脂は赤外領域では透過率８０％以上となる。このため、赤外領域発光のＬＥＤを発光部２００１ａおよび２００１ｂとして使用し、赤外領域に感度を持つフォトトランジスタを受光部２００２ａおよび２００２ｂとして使用すれば、ボビン１００１に穴を開けずに光を透過させることが可能である。ボビン１００１の表面または内面に光を遮断する印刷を施したり遮光シールを貼り付けることで遮光部１１０１および１１０２を形成することも可能である。
【００８１】
ボビン１００１内では、ポールピース１０１０に支持台１０３０が固定されている。この支持台１０３０は、ポールピース１０１０の上面に垂直な垂直部と、この垂直部の頂上から水平方向両側にボビン１００１の内壁近傍まで延びた水平部とからなる。そして、支持台１０３０の水平部両端には、ボビン１００１の内壁の遮光部１１０１および１１０２の形成された領域に光ビームを放射する発光部２００１ａおよび２００１ｂが固定されている。
【００８２】
ボビン１００１の外側では、フレーム１２００に固定された支持部１０４１および１０４２に受光部２００２ａおよび２００２ｂが各々固定されている。そして、発光部２００１ａと受光部２００２ａは、各々の間にボビン１００１を挟み、互いに光軸を一致させて対向している。同様に発光部２００１ｂと受光部２００２ｂも、各々の間にボビン１００１を挟み、互いに光軸を一致させて対向している。
【００８３】
上記第６実施形態と同様、遮光部１１０１のエッジ１１０１ｅと、遮光部１１０２のエッジ１１０２ｅは、ボビン１００１の振動方向に対するエッジの遮光量の変化方向が互いに逆である。
【００８４】
本実施形態によれば、ボビン１００１に穴を開けないので空気の流出入ノイズを発生させることはない。また、発光部、受光部ともに固定側に設置されるために錦糸線の増加等もない。なお、本実施形態では、発光部をボビン内に受光部をボビン外に設けたが、発光部と受光部の位置関係を入れ替えてもよい。ボビン外部に設けられる発光部または受光部は振動板とダンパの間に設置されるため、通常のユニットよりもダンパをボイスコイル側に設置する必要が生じ、あるいはボイスコイルの高さが多少増加する可能性がある。
【００８５】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態があり得る。例えばこの発明はオーディオミキサのリニアフェーダの位置検出装置にも適用され得る。この場合、位置検出信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号により電子ボリュームを制御するようにしてもよい。この場合、リニアフェーダに対して非接触な状態で位置検出を行うことができるので耐久性を高めることができる。また、この発明は、騒音や電磁ノイズ環境下において大振幅の正確な位置検出を必要とする製品全般に適用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１００Ａ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ……位置検出装置、１０００Ａ，１０００Ｂ，１０００Ｃ……スピーカユニット、１，３０１，４０１，２００１ａ，２００１ｂ……発光部、２，３０２，４０２，２００２ａ，２００２ｂ……受光部、３，２０３，３０３Ｂ１，４０３，１１０１，１１０２……遮光部、３ｅ，２０３ｅ，３０３ｅ，１１０１ｅ，１１０２ｅ……エッジ、３０３Ｂ２……拡散部、４０６，４０７……拡散板、１１００……遮光板部、１０１０……ポールピース、１０２０……センサ支持台、１０２１……垂直脚部、１０２２……水平腕部、１０３１……第１支持部、１０３２……第２支持部、１０３３……第３支持部、１０３４……第４支持部、１００１……ボビン、１００２……コイル、１０１１……ヨーク、１０４１，１０４２……支持部、１０３０……支持台、１２００……フレーム、１２０１……エッジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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