(57)【要約】      （修正有）【課題】物体の変位の変化を高精度で測定できる変位検出装置及び方法を提供する。【解決手段】発光素子１０１と、光学素子１０２と、光分割素子１０４と、感知素子１０６とを備え、物体１０７が前記光分割素子と前記感知素子との間で移動するとき、または前記物体が前記光分割素子と前記光学素子との間で移動するとき、前記物体の変位に対応する感知素子の光感知変化に基づいて前記物体の変位を測定することによって物体の変位変化を高精度にタイムリーな監視を実現することを目的とする。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位検出装置であって、
光線を提供するための発光素子と、
前記発光素子の一方の側に配置され、前記光線を平行ビームに変換するための光学素子と、
前記光学素子の一方の側に配置され、前記平行ビームを複数の平行光線に分割するための光分割素子と、
前記光分割素子の一方の側に配置された感知素子と、を含み、
物体が前記光分割素子と前記感知素子との間または前記光分割素子と前記光学素子との間に位置する場合、前記物体は、前記複数の平行光線の一部を遮断し、前記物体は前記複数の平行光線の他部を前記感知素子に投光させ、前記感知素子は光線感知を生成し、
前記物体が前記光分割素子と前記感知素子との間を移動する時、あるいは、前記物体が前記光分割素子と前記光学素子との間を移動する時、前記感知素子は、異なる光線感知の変化を反映し、
前記物体の変位に対応する前記感知素子による光線感知の変化によって、前記物体の変位を測定する変位検出装置。
【請求項２】
前記発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、エキシマレーザ、ファイバーレーザのいずれか１つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群である請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項３】
ホルダを更に含み、
前記発光素子、前記光学素子および前記光分割素子は、前記ホルダの同じ側に配置され、前記感知素子は、前記ホルダの反対側に配置され、
或いは、
前記発光素子および前記光学素子は、前記ホルダの同じ側に配置され、前記光分割素子および前記感知素子は、前記ホルダの反対側に配置される、
請求項１または２に記載の変位検出装置。
【請求項４】
ホルダを更に含み、前記ホルダはＵ字形構造体である請求項１から３のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項５】
ホルダを更に含み、前記ホルダは、発光面と受光面を有し、前記発光面と前記受光面との間には、物体変位測定空間を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項６】
前記感知素子の光線感知の変化を処理して前記物体の変位数値を生成するための処理素子と、
前記処理素子と電気的に接続され、前記物体の変位数値を表示するための表示素子と、
をさらに含む請求項１から５のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項７】
前記光学素子は平凸の光学素子またはレンズであるか、あるいは、前記光学素子は両凸の光学素子またはレンズである請求項１から６のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項８】
前記光分割素子は、グレーティング、ビームスプリッタ、プリズム、ビームスプリット光学フィルム、ファイバカプラ、フォトニック結晶素子の1つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群を含む請求項１から７のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項９】
前記光分割素子は、複数の光透過口または光透過窓を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項１０】
前記感知素子は、位置検出器ＰＳＤ、電荷結合素子ＣＣＤ、電界効果型半導体感知素子ＣＭＯＳ、半導体感知素子のいずれかを含む請求項１から９のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項１１】
物体の変位を測定する方法であって、
光線を提供するための発光素子を提供するステップと、
前記光線を平行ビームに変換するための光学素子を提供するステップと、
前記平行ビームを複数の平行光線に分割するための光分割素子を提供するステップと、
感知素子を提供するステップと、
を含み、
物体が前記光分割素子と前記感知素子との間に位置する場合、或いは、前記光分割素子と前記光学素子との間に位置する場合、前記物体は、前記複数の平行光線の一部を遮断し、前記複数の平行光線の他部を前記感知素子に投光させ、前記感知素子は、光線感知を生成し、
前記物体が前記光分割素子と前記感知素子との間を移動する時、或いは、前記物体が前記光分割素子と前記光学素子との間を移動する時、前記感知素子は、異なる光線感知の変化を反映し、前記物体の変位に対応する前記感知素子による光線感知の変化に応じて、前記物体の変位を測定する、
物体の変位を測定する方法。
【請求項１２】
前記感知素子による光線感知の変化を処理して、前記物体の変位数値を生成するための処理素子を提供するステップを更に含む請求項１１に記載の物体の変位を測定する方法。
【請求項１３】
前記処理素子と電気的に接続され、前記物体の変位数値を表示するための表示素子を提供するステップを更に含む請求項１２に記載の物体の変位を測定する方法。
【請求項１４】
前記光分割素子は、グレーティング、ビームスプリッタ、プリズム、ビームスプリット光学フィルム、ファイバカプラ、フォトニック結晶素子の1つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群を含む請求項１１から１３のいずれか一項に記載の物体の変位を測定する方法。
【請求項１５】
前記光分割素子は、複数の光透過口または光透過窓を含む請求項１１から１４のいずれか一項に記載の物体の変位を測定する方法。
【請求項１６】
前記感知素子は、位置検出器ＰＳＤ、電荷結合素子ＣＣＤ、電界効果型半導体感知素子ＣＭＯＳ、半導体感知素子のいずれかを含む請求項１１から１５のいずれか一項に記載の物体の変位を測定する方法。
【請求項１７】
変位検出装置であって、
光線を提供するための発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの一方の側に配置され、前記光線を平行ビームに変換するためのレンズと、
前記レンズの一方の側に配置され、前記平行ビームを複数の平行光線に分割するためのグレーティングと、
前記グレーティングの一方の側に配置される位置検出器と、
を含み、
物体が前記グレーティングと前記位置検出器との間に位置する場合、或いは、前記グレーティングと前記レンズとの間に位置する場合、前記物体は、前記複数の平行光線の一部を遮断し、前記複数の平行光線の他部を前記位置検出器に投光させ、前記位置検出器は、光線感知を生成し、
前記物体が前記グレーティングと前記位置検出器との間を移動する場合、或いは、前記物体が前記グレーティングと前記レンズとの間を移動する場合、前記位置検出器は、異なる光線感知の変化を反映し、
前記物体の変位は、前記物体の変位に対応する前記位置検出器における光線感知の変化に応じて、測定される、
変位検出装置。
【請求項１８】
ホルダを更に含み、
前記発光ダイオード、前記レンズおよび前記グレーティングは、前記ホルダの同じ側に配置され、前記位置検出器は、前記ホルダの反対側に配置され、
或いは、
前記発光ダイオードおよび前記レンズは、前記ホルダの同じ側に配置され、前記グレーティングおよび前記位置検出器は、前記ホルダの反対側に配置される、
請求項１７に記載の変位検出装置。
【請求項１９】
ホルダを更に含み、前記ホルダはＵ字形構造体である請求項１７または１８に記載の変位検出装置。
【請求項２０】
ホルダを更に含み、前記ホルダは、発光面と受光面を有し、前記発光面と前記受光面との間には、物体変位測定空間を有する請求項１７から１９のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項２１】
前記位置検出器の光線感知の変化を処理して前記物体の変位数値を生成するための処理素子をさらに含む請求項１７から２０のいずれか一項に記載の変位検出装置。
【請求項２２】
前記処理素子と電気的に接続され、前記物体の変位数値を表示するための表示素子をさらに含む請求項２１に記載の変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光感知の分野に関し、特に変位検出装置および物体の変位を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置検出センサは、物体の位置を検出するための装置であり、物体の位置検出を通じて物体の状態を取得し、ひいては物体の状態に応じて、対応する制御動作を行う。位置検出センサは、ワークピースの変位、サイズ、表面状態と振動、偏心、ギャップ、ストロークなどの運動の状態に関するオンライン検出、三次元空間変位検出およびロボットレンジングなどに用いられる。
【０００３】
現在、位置検出センサは、主に、発光素子と受光素子を含む。受光素子は、具体的にフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。発光素子が電気を光に変換し、光が受光素子上に照射され、受光素子が光を電気信号に変換し、制御部が電気信号によって外部接合体の存在または接近などの状態を判断する。具体的に、発光素子と受光素子との間に遮蔽物が存在しない場合に、発光素子からの光は、全て受光素子に照射される。測定物体が発光素子と受光素子との間に位置する場合に、測定物体が光の一部を遮断し、受光素子は、検出した光線によって物体の通過を感知し、制御部は、受光素子からの信号によって発光素子と受光素子との間で物体が通過することを判明する。
【０００４】
しかしながら、上記のような位置検出センサは、物体の通過または接近などの状態しか検出できなく、物体が移動する過程における変位の変化を検出することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、物体の変位の変化を高精度で測定できる変位検出装置及び物体の変位を測定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は変位検出装置を提供し、当該変位検出装置は、以下を含む：光線を提供するための発光素子と、上記発光素子の一方の側に配置され、上記光線を平行ビームに変換するための光学素子と、上記光学素子の一方の側に配置され、上記平行ビームを複数の平行光線に分割するための光分割素子と、上記光分割素子の一方の側に配置された感知素子。そのうち、物体が上記光分割素子と上記感知素子との間または上記光分割素子と上記光学素子との間に位置する場合、上記物体は、上記複数の平行光線の一部を遮断し、上記物体は上記複数の平行光線の他部を上記感知素子に投光させ、上記感知素子は光線感知を生成する。そのうち、物上記物体が上記光分割素子と上記感知素子との間で移動する時、あるいは、上記物体が上記光分割素子と上記光学素子との間で移動する時、上記感知素子は、異なる光線感知の変化を反映し、上記物体の変位に対応する上記感知素子による光線感知の変化によって、上記物体の変位を測定する。
【０００７】
好ましくは、上記変位検出装置は、固定フレームをさらに含む。
【０００８】
好ましくは、上記発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、エキシマレーザ、ファイバーレーザのいずれか１つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群である。
【０００９】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記発光素子、上記光学素子および上記光分割素子は、上記ホルダの同じ側に配置される。
【００１０】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記感知素子は、上記ホルダの反対側に配置される。
【００１１】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記発光素子、上記光学素子および上記光分割素子は、上記ホルダの同じ側に配置され、上記感知素子は、上記ホルダの反対側に配置される。或いは、
上記発光素子および上記光学素子は、上記ホルダの同じ側に配置され、上記光分割素子および上記感知素子は、上記ホルダの反対側に配置される。
【００１２】
好ましくは、上記変位検出装置は、上記感知素子の光線感知の変化を処理して上記物体の変位数値を生成するための処理素子を更に含む。
【００１３】
好ましくは、上記光線は、可視光および不可視光を含む。
【００１４】
好ましくは、上記光学素子は平凸の光学素子またはレンズであるか、あるいは、上記光学素子は両凸の光学素子またはレンズである。
【００１５】
好ましくは、上記光分割素子は、グレーティング、ビームスプリッタ、プリズム、ビームスプリット光学フィルム、ファイバカプラ、フォトニック結晶素子の1つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群を含む。
【００１６】
好ましくは、上記光分割素子は、複数の光透過口または光透過窓を含む。
【００１７】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダはＵ字形構造体である。
【００１８】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダは、リカゲル、熱硬化性コロイドおよびエポキシ樹脂の一つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせである。
【００１９】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダは、発光面を有する。
【００２０】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダは、受光面を有する。
【００２１】
好ましくは、上記発光面と上記受光面との間には、物体変位測定空間を有する。
【００２２】
好ましくは、上記感知素子は、位置検出器（ＰＳＤ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、電界効果型半導体感知素子（ＣＭＯＳ）、半導体感知素子の一つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群を含む。
【００２３】
好ましくは、上記感知素子は、上記感知素子の光線感知の変化を処理して上記物体の変位数値を生成するための処理素子と、上記処理素子と電気的に接続され、上記物体の変位数値を表示するための表示素子と、をさらに含む。
【００２４】
好ましくは、上記光学素子は、上記発光素子と上記光分割素子との間に位置する。
【００２５】
好ましくは、上記光分割素子は、上記光学素子と上記感知素子との間に位置する。
【００２６】
好ましくは、上記光分割素子と上記感知素子との間には、物体変位測定空間を有する。
【００２７】
好ましくは、上記光分割素子と上記光学素子との間には、物体変位測定空間を有する。
【００２８】
本発明は、物体の変位を測定する方法をさらに提供する。当該方法は、以下を含む：光線を提供するための発光素子を提供するステップと、上記光線を平行ビームに変換するための光学素子を提供するステップと、上記平行ビームを複数の平行光線に分割するための光分割素子を提供するステップと、感知素子を提供するステップ。物体が上記光分割素子と上記感知素子との間に位置する場合、或いは、上記光分割素子と上記光学素子との間に位置する場合、上記物体は、上記複数の平行光線の一部を遮断し、上記複数の平行光線の他部を上記感知素子に投光させ、上記感知素子は、光線感知を生成する。上記物体が上記光分割素子と上記感知素子との間で移動する時、或いは、上記物体が上記光分割素子と上記光学素子との間で移動する時、上記感知素子は、異なる光線感知の変化を反映し、上記物体の変位に対応する上記感知素子による光線感知の変化に応じて、上記物体の変位を測定する。
【００２９】
好ましくは、上記発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、エキシマレーザ、ファイバーレーザのいずれか１つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群である。
【００３０】
好ましくは、物体の変位を測定する上記方法は、上記感知素子の光線感知の変化を処理して上記物体の変位数値を生成するための処理素子を提供するステップをさらに含む。
【００３１】
好ましくは、上記光線は、可視光および不可視光を含む。
【００３２】
好ましくは、上記光学素子は平凸の光学素子またはレンズであるか、あるいは、上記光学素子は両凸の光学素子またはレンズである。
【００３３】
好ましくは、上記光分割素子は、グレーティング、ビームスプリッタ、プリズム、ビームスプリット光学フィルム、ファイバカプラ、フォトニック結晶素子の1つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群を含む。
【００３４】
好ましくは、上記光分割素子は、複数の光透過口または光透過窓を含む。
【００３５】
好ましくは、上記感知素子は、位置検出器（ＰＳＤ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、電界効果型半導体感知素子（ＣＭＯＳ）、半導体感知素子の一つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群を含む。
【００３６】
好ましくは、物体の変位を測定する上記方法は、上記感知素子と電気的に接続され、上記感知素子の光線感知の変化を処理して上記物体の変位数値を生成するための処理素子を提供するステップと、上記処理素子と電気的に接続され、上記物体の変位数値を表示するための表示素子を提供するステップをさらに含む。
【００３７】
好ましくは、上記光学素子は、上記発光素子と上記光分割素子との間に位置する。
【００３８】
好ましくは、上記光分割素子は、上記光学素子と上記感知素子との間に位置する。
【００３９】
好ましくは、上記光分割素子と上記感知素子との間には、物体変位測定空間を有する。
【００４０】
好ましくは、上記光分割素子と上記光学素子との間には、物体変位測定空間を有する。
【００４１】
本発明は、変位検出装置をさらに提供し、以下を含む：光線を提供するための発光ダイオードと、上記発光ダイオードの一方の側に配置され、上記光線を平行ビームに変換するためのレンズと、上記レンズの一方の側に配置され、上記平行ビームを複数の平行光線に分割するためのグレーティングと、上記グレーティングの一方の側に配置される位置検出器（ＰＳＤ）。そのうち、物体が上記グレーティングと上記位置検出器との間に位置する場合、或いは、上記グレーティングと上記レンズとの間に位置する場合、上記物体は、上記複数の平行光線の一部を遮断し、上記複数の平行光線の他部を上記位置検出器に投光させ、上記位置検出器は、光線感知を生成する。そのうち、上記物体が上記グレーティングと上記位置検出器との間で移動する場合、或いは、上記物体が上記グレーティングと上記レンズとの間で移動する場合、上記位置検出器は、異なる光線感知の変化を反映する。そのうち、上記物体の変位は、上記物体の変位に対応する上記位置検出器における光線感知の変化に応じて、測定される。
【００４２】
好ましくは、上記変位検出装置はホルダを更に含む。そのうち、上記発光ダイオード、上記レンズおよび上記グレーティングは、上記ホルダの同じ側に配置され、上記位置検出器は、上記ホルダの反対側に配置される。或いは、上記発光ダイオードおよび上記レンズは、上記ホルダの同じ側に配置され、上記グレーティングおよび上記位置検出器は、上記ホルダの反対側に配置される。
【００４３】
好ましくは、上記変位検出装置は、上記位置検出器における光線感知の変化を処理して上記物体の変位数値を生成するための処理素子を更に含む。
【００４４】
好ましくは、上記光線は、可視光および不可視光を含む
【００４５】
好ましくは、上記レンズは平凸のレンズまたは両凸のレンズである。
【００４６】
好ましくは、上記グレーティングは、複数の光透過口または光透過窓を含む。
【００４７】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダはＵ字形構造体である。
【００４８】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダは、リカゲル、熱硬化性コロイドおよびエポキシ樹脂の一つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせである。
【００４９】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダは、発光面を有する。
【００５０】
好ましくは、上記変位検出装置は、ホルダを更に含む。上記ホルダは、受光面を有する。
【００５１】
好ましくは、上記発光面と上記受光面との間には、物体変位測定空間を有する。
【００５２】
好ましくは、上記感知素子は、上記位置検出器と電気的に接続され、上記位置検出器の光線感知の変化を処理して上記物体の変位数値を生成するための処理素子と、上記処理素子と電気的に接続され、上記物体の変位数値を表示するための表示素子とをさらに含む。
【００５３】
好ましくは、上記レンズは、上記発光ダイオードと上記グレーティングとの間に位置する。
【００５４】
好ましくは、上記グレーティングは、上記レンズと上記位置検出器との間に位置する。
【００５５】
好ましくは、上記グレーティングと上記位置検出器との間には、物体変位測定空間を有する。
【００５６】
好ましくは、上記グレーティングと上記レンズとの間には、物体変位測定空間を有する。
【００５７】
本発明は、物体の変位を測定する方法をさらに提供し、以下を含む：光線を提供するための発光ダイオードを提供するステップと、上記光線を平行ビームに変換するためのレンズを提供するステップと、上記平行ビームを複数の平行光線に分割するためのグレーティングを提供するステップと、位置検出器を提供するステップ。物体が上記グレーティングと上記位置検出器との間に位置する場合、或いは、上記グレーティングと上記レンズとの間に位置する場合、上記物体は、上記複数の平行光線の一部を遮断し、上記複数の平行光線の他部を上記位置検出器に投光させ、上記位置検出器は、光線感知を生成する。上記物体が上記グレーティングと上記位置検出器との間で移動する時、或いは、上記物体が上記グレーティングと上記レンズとの間で移動する時、上記位置検出器は、異なる光線感知の変化を反映する。上記物体の変位は、上記物体の変位に対応する上記位置検出器による光線感知の変化に応じて、測定される。
【００５８】
本発明は、変位検出装置をさらに提供し、以下を含む：複数の平行光線を提供するための発光素子と、上記発光素子の一方の側に配置される感知素子。そのうち、上記物体が上記複数の平行光線の一部を遮断して、上記物体が上記複数の平行光線の他部を上記感知素子に投光させる場合、上記感知素子は光線感知を生成する。そのうち、上記物体が移動する時、上記感知素子は、異なる光線感知の変化を反映する。そのうち、上記物体の変位／速度／寸法は、上記物体の変位に対応する上記感知素子による光線感知の変化によって、測定される。
【００５９】
本発明は、変位検出装置をさらに提供し、以下を含む：複数の平行光線を提供するための発光ダイオードと、上記発光ダイオードの一方の側に配置される位置感知器。そのうち、上記物体が上記複数の平行光線の一部を遮断して、上記物体が上記複数の平行光線の他部を上記位置感知器に投光させる場合、上記位置感知器は光線感知を生成する。そのうち、上記物体が移動する時、上記位置感知器は、異なる光線感知の変化を反映する。そのうち、上記物体の変位／速度／寸法は、上記物体の変位に対応する上記位置感知器による光線感知の変化によって、測定される。
【００６０】
本実施例に係る変位検出装置は、発光素子、光学素子、光分割素子、及び感知素子を含む。よって、光分割素子は、平行ビームを複数の平行光線に分割することができる。複数の平行光線は、感知素子の光感知領域と一対一に対応することができる。よって、物体が光分割素子の一方の側で移動する時、一部の光線を遮断する場合、感知素子は、平行光線との対応関係によって、光線の変化を正確に感知できる。光線の変化によっては、物体の変位の変化を測定することができる。従来技術と比べて、本願に係る変位検出装置は、感知素子と光源および二回の光学的調整された平行光線によって、変位検出装置の感度を大幅に向上させ、変位検出装置により物体の変位変化に対する高精度かつタイムリーな監視という目的を実現し、物体の変位測定をより正確かつ安全にし、物体の位置の変化をより簡便かつ迅速に得るようになり、従来技術における変位検出装置による物体の変位の測定精度が高くないという技術的課題を解決する。
【００６１】
上記の目的、技術的特徴および利点をより明らかにするために、以下では、図面と合わせて好ましい実施形態で詳細な説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
本発明に係る実施形態又は先行技術における技術的方案をより明確に説明するために、実施形態または従来技術の説明で使用される図面を以下に簡単に説明する。明らかであるように、以下の説明における図面は、本発明のいくつかの実施形態であり、当業者にとって、本発明の範囲から逸脱することなく、それらの図面から他の図面を得ることができる。
【図１Ａ】本発明の実施例１に係る変位検出装置において物体が光分割素子と感知素子との間に位置する場合の断面構造図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例１に係る変位検出装置において物体が光分割素子と光学素子との間に位置する場合の断面構成図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１に係る変位検出装置が物体のＸ方向に沿った変位を測定する場合の立体構成概略図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例１に係る変位検出装置が物体のＸ方向に沿った変位を測定する場合の立体構成概略図である。
【図３Ａ】本発明の実施例１に係る変位検出装置が物体のＹ方向に沿った変位を測定する場合の立体構成概略図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例１に係る変位検出装置が物体のＹ方向に沿った変位を測定する場合の立体構成概略図である。
【図４】本発明の実施例１に係る変位検出装置の回路のブロック構成概略図である。
【図５】本発明の実施例２に係る物体の変位を測定する方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施例４に係る物体の変位を測定する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明に係る実施形態における目的、技術的方案および利点をより明確にするために、以下では、本発明に係る実施形態における図面を参照して、本発明に係る実施形態における技術的方案を明確に、完全に説明する。明らかであるように、説明される実施形態は、すべての実施形態ではなく、本発明に係る実施形態の一部である。当業者にとって、本発明に係る実施形態に基づいて、創作努力なしに得られる他のすべての実施形態は、本発明の範囲内に属する。
【実施例１】
【００６４】
図１Ａは、本発明の実施例１に係る変位検出装置において物体が光分割素子と感知素子との間に位置する場合の断面構造図である。図１Ｂは、本発明の実施例１に係る変位検出装置において物体が光分割素子と光学素子との間に位置する場合の断面構成図である。図２Ａ−２Ｂは、本発明の実施例１に係る変位検出装置が物体のＸ方向に沿った変位を測定する場合の立体構成概略図である。図３Ａ−３Ｂは、本発明の実施例１に係る変位検出装置が物体のＹ方向に沿った変位を測定する場合の立体構成概略図である。図４は、本発明の実施例１に係る変位検出装置の回路のブロック構成概略図である。
【００６５】
本実施に係る変位検出装置は、物体の変位を測定するのに用いられる。変位検出装置は、洗濯機、プリンタ、スキャナ、プロジェクタなどの機器内に適用されていてもよい。それらの機器は、変位検出装置によって検出された部品の変位の変化に応じて、制御されて対応する動作を実行する。変位検出装置は、物体の変位を検出するための任意の電子装置、機器またはシステムに適用することもできる。
【００６６】
図１Ａ〜図４を参照するように、本実施例における変位検出装置は、発光素子１０１、光学素子１０２、光分割素子１０４、及び感知素子１０６を含む。発光素子１０１は、具体的に、発光ダイオード、レーザダイオード、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、エキシマレーザ、ファイバーレーザのいずれか１つまたは少なくとも２つ以上の任意の組み合わせの群である。発光素子１０１から出射された光線は、可視光および不可視光を含んでもよい。すなわち、発光素子１０１から出射された光線は、可視光でもよいし、レーザのような不可視光でもよい。このうち、光学素子１０２は、発光素子１０１の一側に設けられている。光学素子１０２は、発光素子１０１から出射された光線１０３を平行ビーム１１２に変換するために用いられる。具体的に、光学素子１０２は、平凸の光学素子またはレンズであってもよいし、両凸の光学素子またはレンズであってもよい。そのうち、光分割素子１０４は、光学素子１０２の一側に設けられている。具体的に、発光素子１０１は光学素子１０２の一側に位置し、光分割素子１０４は光学素子１０２の反対側に位置する。すなわち、光学素子１０２は、発光素子１０１と光分割素子１０４との間に位置する。光分割素子１０４は、光学素子１０２により変換された平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するのに用いられる。光分割素子１０４は、グレーティング、ビームスプリッタ、プリズム、ビームスプリット光学フィルム、ファイバカプラ、フォトニック結晶素子の1つまたは少なくとも2つ以上の任意の組み合わせの群を含む。例えば、光分割素子１０４は、ビームスプリッタ、グレーティングおよびフォトニック結晶素子からなる。そのうち、感知素子１０６は、光分割素子１０４の一側に設けられている。具体的に、光学素子１０２は光分割素子１０４の一側に位置し、感知素子１０６は光分割素子１０４の反対側に位置する。すなわち、光分割素子１０４は、光学素子１０２と感知素子１０６との間に位置する。そのうち、感知素子１０６は、光分割素子１０４により分割された複数の平行光線１０５が感知素子１０６上に投光されるように、光分割素子１０４に対向する。感知素子１０６は、位置検出器（ＰＳＤ）、電荷結合素子１０６（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）、電界効果型半導体感知素子１０６（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、ＣＭＯＳ）、半導体感知素子１０６（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）のいずれかであってもよい。好ましくは、感知素子１０６はＰＳＤである。
【００６７】
本実施において、物体１０７が光分割素子１０４と感知素子１０６との間に位置する場合（図１Ａに示すように）、或いは、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間に位置する場合（図１Ｂに示すように）、物体１０７は、それらの平行光線１０５の一部を遮断し、他部を感知素子１０６に投光させる。感知素子１０６に投光された平行光線１０５によっては、感知素子１０６による光線感知を引き起こす。物体１０７が光分割素子１０４と感知素子１０６との間で移動する時、或いは、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間で移動する時、物体が移動する位置、速度と変位、光線が物体により遮断された範囲および物体により遮断されない他の光線の範囲に基づいて、感知素子１０６は、異なる光線感知の変化を感知できる。これにより、物体１０７の変位に対応する光線感知の変化に応じて、物体１０７の変位を測定する。すなわち、本実施例において、物体１０７の変位は、感知素子１０６により感知された光線感知に基づいて測定される。従来技術と比べて、本実施例において、光分割素子１０４の配置によって、光分割素子１０４を通過した平行ビーム１１２は、複数の平行光線１０５に分割される。これにより、それぞれの平行光線１０５は、感知素子１０６の光感知領域に対応させるようになる。物体１０７が移動する時、物体１０７がそのうちの平行光線１０５を遮断する場合、感知素子１０６の光感知領域は、平行光線１０５との対応関係によって、光線の変化を正確に感知することができる。また、平行光線１０５が感知素子１０６の光感知領域と対応しているため、感知素子１０６は、物体１０７がわずかな動きや振動またはオフセット状態であっても、感知することができる。したがって、本実施例に係る変位検出装置は、感知素子１０６と光源および二回の光学的調整された平行光線１０５によって、変位検出装置の感度を大幅に向上させ、変位検出装置により物体１０７の変位変化に対する高精度かつタイムリーな監視という目的を実現し、物体１０７の変位測定をより正確かつ安全にし、物体１０７の位置の変化をより簡便かつ迅速に得るようになる。
【００６８】
従って、本実施例に係る変位検出装置は、発光素子１０１、光学素子１０２、光分割素子１０４、及び感知素子１０６を含む。そのうち、光分割素子１０４は、平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割することができる。複数の平行光線１０５は、感知素子１０６の光感知領域と一対一に対応することができる。よって、物体１０７が光分割素子１０４の一側で移動する時、一部の光線を遮断する場合、感知素子１０６は、平行光線１０５との対応関係によって、光線の変化を正確に感知できる。光線の変化によっては、物体１０７の変位の変化を測定することができる。従来技術と比べて、本願に係る変位検出装置は、感知素子１０６と光源および二回の光学的調整された平行光線１０５によって、変位検出装置の感度を大幅に向上させ、変位検出装置により物体１０７の変位変化に対する高精度かつタイムリーな監視という目的を実現し、物体１０７の変位測定をより正確かつ安全にし、物体１０７の位置の変化をより簡便かつ迅速に得るようになり、従来技術における変位検出装置による物体１０７の変位の測定精度が高くないという技術的課題を解決する。
【００６９】
また、上記実施例の上で、本実施例においては、光分割素子１０４と感知素子１０６との間の物体１０７の移動を容易にするために、光分割素子１０４と感知素子１０６との間に物体変位測定空間を配置する。これにより、物体１０７が物体変位測定空間の中で移動することができる。また、本実施例において、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間で移動できるので、光分割素子１０４と光学素子１０２との間に物体変位測定空間を配置してもよい。これにより、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間の物体変位測定空間の中で移動することができる。
【００７０】
また、上記実施例の上で、本実施例は、図１Ａに示すように、発光素子１０１、光学素子１０２、光分割素子１０４および素子１０６を支持するために、ホルダ１０８を更に含む。ホルダ１０８は、両端部を含み、両端部の間に物体で移動させるための空間を有する。具体的に、図１Ａに示すように、発光素子１０１、光学素子１０２および光分割素子１０４は、ホルダ１０８の一方の端部に位置し、感知素子１０６は、ホルダ１０８の他方の端部に位置する。感知素子１０６と光分割素子１０４は対向する。感知素子１０６と光分割素子１０４との間には、物体１０７を移動させるための空間を有する。すなわち、発光素子１０１、光学素子１０２および光分割素子１０４は、ホルダ１０８の同じ側に位置し、感知素子１０６は、ホルダ１０８の他側に位置する。或いは、本実施例において、発光素子１０１と光学素子１０２はホルダ１０８の一方の端部に配置されており、光分割素子１０４と感知素子１０６はホルダ１０８の他方の端部に配置されてもよい。光学素子１０２と光分割素子１０４との間には、物体１０７を移動させるための空間を有する。すなわち、発光素子１０１と光学素子１０２は、ホルダ１０８の同じ側に位置し、光分割素子１０４と感知素子１０６は、ホルダ１０８の反対側に位置する。本実施例において、発光素子１０１、光学素子１０２、光分割素子１０４および感知素子１０６は、ホルダ１０８を介して一体部品として組み立てられる。
【００７１】
また、本実施例において、具体的に、ホルダ１０８は、Ｕ字形構造体である。そのようなＵ字形構造体間の空間では、物体１０７が移動可能である。
【００７２】
また、本実施例において、具体的に、ホルダ１０８の材質としては、シリカゲル、熱硬化性コロイド、エポキシ樹脂のいずれであってもよく、シリカゲル、熱硬化性コロイド、エポキシ樹脂の少なくとも２つの組み合わせであってもよい。例えば、ホルダ１０８は、シリカゲルと熱硬化性コロイドで製造されてもよいし、シリカゲル、熱硬化性コロイドおよびエポキシ樹脂の３種類の材料で製造されてもよい。
【００７３】
また、本実施例において、ホルダ１０８は発光面１１０を有する。よって、平行ビーム１１２又は平行光線１０５は、発光面から出射される。そして、ホルダ１０８は受光面１１１を有する。よって、光線が受光面１１１に入射されると、受光面１１１は、それらの光線を受光できる。本実施例では、ホルダ１０８の発光面１１０と受光面１１１は、対向して配置される。発光面１１０と受光面１１１との間には、物体１０７を移動させるための物体変位測定空間が配置される。
【００７４】
また、本実施例において、感知素子１０６により感知された光線を処理するために、本実施例は、更に処理素子３０１を含む。処理素子３０１は、感知素子１０６と電気的に接続される。処理素子３０１は、感知素子１０６による光線感知の変化を処理して、物体１０７の変位数値を生成するのに用いられる。本実施例は、更に通信素子３０３と記憶素子３０４を含む。図４に示すように、通信素子３０３と記憶素子３０４は、それぞれ処理素子３０１と接続される。処理素子３０１は、取得した変位数値を記憶素子３０４中に格納して保存する。
【００７５】
また、本実施例は表示素子３０２をさらに含む。表示素子３０２は、処理素子３０１と電気的に接続され、物体１０７の変位数値を表示するのに用いられる。
【００７６】
また、本実施において、光分割素子１０４が平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するように、具体的に、光分割素子１０４は、複数の光透過口１０９または光透過窓を含む。すなわち、光線が光透過口１０９または光透過窓を通過して複数の平行光線１０５を形成する。複数の光透過口１０９または光透過窓は、互いに平行であり、均等に間隔を置いて配置される。複数の光透過口１０９または光透過窓は、ビームを互いに平行な複数の光線に分割できる限り、横方向に平行に配置されてもよいし、縦方向に平行に配置されてもよい。
【００７７】
本実施例において、具体的に、図２Ａに示すように、光分割素子２０４は、ホルダ２０８の一方の端部に設けられ、感知素子１０６は、ホルダ２０８の他方の端部に設けられる。光分割素子２０４に開いた複数の光透過口２０９は、Ｘ軸方向に沿って間隔を置いて一列に配置される。光分割素子２０４の光透過口２０９から出射された平行光線は、感知素子１０６上に投光される。
【００７８】
物体２０７が平行光線に位置してＸ軸方向に沿って移動する時に（図２Ｂに示すように）、平行光線は、物体２０７による遮蔽の原因で、一部だけが感知素子１０６に照射する。感知素子１０６は、光線の変化を感知し、取得したパルスアナログ電気信号を処理素子３０１に伝送する。処理素子３０１は、得られた電気信号を増幅して波形処理を行った後にデジタル信号に変換し、次に、測定式に従って物体の変位を算出する。そして、処理素子３０１は、測定結果をビジュアル表示するように表示部３０２に出力してもよいし、同時に記憶素子３０４に出力して保存してもよい。
【００７９】
そのうち、光分割素子２０４に開いた複数の光透過口２０９は、図２Ａに示す複数列に配置される。そのほか、図３Ａに示すように、光分割素子３０４における複数の光透過口３０９は、Ｙ軸に沿って一列に配置され、光分割素子３０４は、ホルダ３０８の一方の端部に設けられ、感知素子１０６は、ホルダ３０８の他方の端部に位置する。図３Ａに示すように、物体３０７が平行光線に置いてＹ軸方向に沿って移動する時に（図３Ｂに示すように）、平行光線は、物体３０７による遮蔽の原因で、一部だけが感知素子１０６に照射する。感知素子１０６は、光線の変化を感知し、取得したパルスアナログ電気信号を処理素子３０１に伝送する。処理素子３０１は、得られた電気信号を増幅して波形処理を行った後にデジタル信号に変換し、次に、測定式に従って物体の変位を算出する。そして、処理素子３０１は、測定結果をビジュアル表示するように表示部３０２に出力してもよいし、同時に記憶素子３０４に出力して保存してもよい。
【００８０】
なお、説明すべきなのは、光分割素子３０４における複数の光透過口３０９は、十字状に配列してもよい。よって、感知素子１０６は、物体がＸ軸またはＹ軸に沿って移動するかどうかにかかわらず、物体の変位の変化を感知することができる。
【実施例２】
【００８１】
図５は、本発明の実施例２に係る物体の変位を測定する方法の概略フローチャートである。
【００８２】
本実施例は、物体の変位を測定する方法を提供し、具体的に、上記実施例1に係る変位検出装置を用いて物体の変位を測定する。測定方法は、図５に示すように、以下のステップを含む：ステップ２１）：光線を提供するための発光素子１０１を提供する。そのうち、発光素子１０１は、具体的に、発光ダイオード、レーザダイオード、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、エキシマレーザ、ファイバーレーザの1つまたは少なくとも2つ以上の任意の組み合わせの群である。本実施において、光線は、可視光および不可視光を含んでもよい。すなわち、発光素子１０１から出射された光線は、可視光でもよいし、レーザのような不可視光でもよい。
【００８３】
ステップ２２）：光線を平行ビーム１１２に変換するための光学素子１０２を提供する。そのうち、光学素子１０２は、平凸の光学素子またはレンズであってもよいし、両凸の光学素子またはレンズであってもよい。
【００８４】
ステップ２３）：平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するための光分割素子１０４を提供する。そのうち、光分割素子１０４は、グレーティング、ビームスプリッタ、プリズム、ビームスプリット光学フィルム、ファイバカプラ、フォトニック結晶素子の1つまたは少なくとも2つ以上の任意の組み合わせの群を含む。例えば、光分割素子１０４は、ビームスプリッタ、グレーティングおよびフォトニック結晶素子からなる。
【００８５】
ステップ２４）：感知素子１０６を提供する。物体１０７が光分割素子１０４と感知素子１０６との間に位置する場合、或いは、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間に位置する場合、物体１０７は、それらの平行光線１０５の一部を遮断し、平行光線１０５の他部を感知素子１０６に投光させる。感知素子１０６は、光線感知を生成する。そのうち、具体的に、感知素子１０６は、位置検出器（ＰＳＤ）、電荷結合素子１０６（ＣＣＤ）、電界効果型半導体感知素子１０６（ＣＭＯＳ）、半導体感知素子１０６のいずれかであってもよい。好ましくは、本実施例において、感知素子１０６は位置検出器（ＰＳＤ）である。そのうち、ＰＳＤは、光スポットを連続的な位置データに変換する光電変換素子であり、優れた解像度、高速な応答、優れたリニアリティ特性を提供し、広範囲のライトウォールに適用することができる。これにより、物体の変位検出精度が向上する。
【００８６】
そのうち、本実施例において、光学素子１０２は、発光素子１０１と光分割素子１０４との間に位置する。光分割素子１０４は、光学素子１０２と感知素子１０６との間に位置する。よって、発光素子１０１から出射された光線１０３は、光学素子１０２を通過して、平行ビーム１１２に変換される。平行ビーム１１２は、光分割素子１０４を通過して、複数の平行ビーム１１２に分割される。平行ビーム１１２は、物体１０７の遮蔽がないとき、感知素子１０６に照射される。感知素子１０６は、光線感知を生成する。
【００８７】
ステップ２５）：物体１０７が光分割素子１０４と感知素子１０６との間で移動する時、或いは、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間で移動する時、感知素子１０６は、異なる光線感知の変化を反映し、物体１０７の変位に対応する感知素子１０６による光線感知の変化に応じて、物体１０７の変位を測定する。
【００８８】
そのうち、本実施例において、光分割素子１０４は、平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割する。よって、物体１０７が移動する過程において、感知素子１０６は、平行光線１０５の変化を感知できる。光線の変化によっては、物体１０７の変位を測定する。本実施例において、平行光線１０５が感知素子１０６の光感知領域と対応するため、感知素子１０６は、物体１０７がわずかな動きであっても、感知することができる。したがって、変位検出装置によって物体１０７の変位を測定する場合、感知素子１０６と光源および二回の光学的調整された平行光線１０５によって、物体１０７の変位変化に対する高精度かつタイムリーな監視という目的を実現し、物体１０７の変位測定をより正確かつ安全にし、物体１０７の位置の変化をより簡便かつ迅速に得るようになり、従来技術における変位検出装置による物体１０７の変位の測定精度が高くないという技術的課題を解決する。
【００８９】
また、本実施例において、感知素子１０６により感知された光線を処理するために、本実施例は、更に処理素子３０１を含む。処理素子３０１は、感知素子１０６と電気的に接続される。処理素子３０１は、感知素子１０６による光線感知の変化を処理して、物体１０７の変位数値を生成するのに用いられる。また、本実施例は表示素子３０２をさらに含む。表示素子３０２は、処理素子３０１と電気的に接続され、物体１０７の変位数値を表示するのに用いられる。
【００９０】
光分割素子１０４と感知素子１０６との間の物体１０７の移動を容易にするために、光分割素子１０４と感知素子１０６との間に物体変位測定空間が配置される。これにより、物体１０７が物体変位測定空間の中で移動することができる。また、本実施例において、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間で移動できるので、光分割素子１０４と光学素子１０２との間に物体変位測定空間を配置してもよい。これにより、物体１０７が光分割素子１０４と光学素子１０２との間の物体変位測定空間の中で移動することができる。
【００９１】
また、本実施例において、光分割素子１０４が平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するように、具体的に、光分割素子１０４は、複数の光透過口１０９または光透過窓を含む。すなわち、光線が光透過口１０９または光透過窓を通過して複数の平行光線１０５を形成する。複数の光透過口１０９または光透過窓は、互いに平行であり、均等に間隔を置いて配置される。複数の光透過口１０９または光透過窓は、ビームを互いに平行な複数の光線に分割できる限り、横方向に平行に配置されてもよいし、縦方向に平行に配置されてもよい。
【実施例３】
【００９２】
本実施例は、変位検出装置を提供する。具体的に、変位検出装置は、発光ダイオード、レンズ、グレーティングおよびＰＳＤを含む。すなわち、発光素子１０１は発光ダイオードであり、光学素子１０２はレンズであり、光分割素子１０４はグレーティングであり、感知素子１０６はＰＳＤである。そのうち、発光ダイオードは、光線を提供するのに用いられ、レンズは、発光ダイオードの一側に配置されて光線を平行ビーム１１２に変換するのに用いられ、グレーティングは、レンズの一側に配置されて平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するのに用いられ、ＰＳＤは、グレーティングの一側に配置される。具体的に、レンズは、発光ダイオードとグレーティングとの間に位置し、グレーティングは、レンズと位置検出器との間に位置する。そのうち、発光ダイオード、レンズ、グレーティング、ＰＳＤの間の位置関係は、上記実施例１に係る発光素子１０１、光学素子１０２、光分割素子１０４および感知素子１０６の位置関係であってもよい。グレーティングと位置検出器との間には、物体変位測定空間がある。よって、グレーティングと位置検出器との間の物体１０７の移動を容易にする。或いは、本実施例において、グレーティングとレンズとの間に物体変位測定空間があってもよい。これにより、物体１０７は、グレーティングとレンズとの間にある物体変位測定空間で移動することができる。そのうち、本実施例において、物体１０７がグレーティングと位置検出器との間に位置する場合、或いは、グレーティングとレンズとの間に位置する場合、物体１０７は、それらの平行光線１０５の一部を遮断し、平行光線１０５の他部を位置検出器に投光させる。位置検出器は、光線感知を生成する。具体的に、ＰＳＤのターゲット表面上には、シャドーバンドまたは光線感知バンドが生成される。物体１０７がグレーティングと位置検出器との間で移動する時、或いは、グレーティングとレンズとの間で移動する時、位置検出器は、異なる光線感知の変化を反映できる。物体１０７の変位に対応する位置検出器における光線感知の変化に応じて、物体１０７の変位を測定する。具体的に、ＰＳＤのターゲット表面上におけるシャドーの左右のオフセットに応じて、物体１０７の位置の変化を反映する。
【００９３】
従来技術と比べて、本実施例において、グレーティングによって、平行ビーム１１２は、複数の平行光線１０５に分割される。これにより、それぞれの平行光線１０５は、ＰＳＤの光感知領域に対応させるようになる。物体１０７が移動する時、物体１０７がそのうちの平行光線１０５を遮断する場合、ＰＳＤの光感知領域は、平行光線１０５との対応関係によって、光線の変化を正確に感知することができる。また、平行光線１０５がＰＳＤの光感知領域と対応しているため、ＰＳＤは、物体１０７がわずかな動きや振動またはオフセット状態であっても、感知することができる。したがって、本実施例に係る変位検出装置は、ＰＳＤと光源および二回の光学的調整された平行光線１０５によって、変位検出装置の感度を大幅に向上させ、変位検出装置により物体１０７の変位変化に対する高精度かつタイムリーな監視という目的を実現し、物体１０７の変位測定をより正確かつ安全にし、物体１０７の位置の変化をより簡便かつ迅速に得るようになる。
【００９４】
そのうち、本実施例において、ＰＳＤは、コーティングまたはゲルの採択を通して、選択的に波長を透過させることによって、発光ダイオードから出射された光線のみを感知するため、抗干渉機能を達成することができる。
【００９５】
そのうち、本実施例において、ＰＳＤにおける感知素子の配列方式は、グレーティングの方向と一致する。グレーティングの方向は、ＰＳＤにおける感知素子の配列方式に従って、調整することができる。
【００９６】
そのうち、本実施例において、ＰＳＤは、具体的に、１次元または２次元のＰＳＤであってもよい。さらに、ＰＳＤは、ラインアレイＰＳＤを使用し、ＤＳＰによってＰＳＤのプログラム制御駆動、信号処理および認識、細分化、計算および通信などの機能を実現する。ＰＳＤは、１枚の回路基板に配置されてもよい。回路基板は、処理素子および通信部を含むことができる。ＰＳＤは、処理部と通信部を通じて、無線または有線で遠隔監視センタと同期受光を実現し、タイムリーな変位監視を行うことができる。
【００９７】
また、上記実施例の上で、本実施例は、発光ダイオード、レンズ、グレーティングおよびＰＳＤを支持するために、ホルダ１０８を更に含む。ホルダ１０８は、両端部を含み、両端部の間に物体を移動させるための空間を有する。具体的に、発光ダイオード、レンズおよびグレーティングは、ホルダ１０８の一方の端部に位置し、ＰＳＤは、ホルダ１０８の他方の端部に位置する。ＰＳＤとグレーティングは対向する。ＰＳＤとグレーティングとの間には、物体１０７を移動させるための空間を有する。すなわち、発光ダイオード、レンズおよびグレーティングは、ホルダ１０８の同じ側に位置し、ＰＳＤは、ホルダ１０８の他側に位置する。或いは、本実施例において、発光ダイオードとレンズはホルダ１０８の一方の端部に配置されており、グレーティングとＰＳＤはホルダ１０８の他方の端部に配置されてもよい。レンズとグレーティングとの間には、物体１０７を移動させるための空間を有する。すなわち、発光ダイオードとレンズは、ホルダ１０８の同じ側に位置し、グレーティングとＰＳＤは、ホルダ１０８の反対側に位置する。本実施例において、発光ダイオード、レンズ、グレーティングおよびＰＳＤは、ホルダ１０８を介して一体部品として組み立てられる。
【００９８】
また、本実施例において、具体的に、ホルダ１０８は、Ｕ字形構造体である。そのようなＵ字形構造体間の空間では、物体１０７が移動可能である。
【００９９】
また、本実施例において、具体的に、ホルダ１０８の材質としては、シリカゲル、熱硬化性コロイド、エポキシ樹脂のいずれであってもよく、シリカゲル、熱硬化性コロイド、エポキシ樹脂の少なくとも２つの組み合わせであってもよい。例えば、ホルダ１０８は、シリカゲルと熱硬化性コロイドで製造されてもよいし、シリカゲル、熱硬化性コロイドおよびエポキシ樹脂の３種類の材料で製造されてもよい。
【０１００】
また、本実施例において、ホルダ１０８は発光面１１０を有する。よって、平行ビーム１１２又は平行光線１０５は、発光面から出射される。そして、ホルダ１０８は受光面１１１を有する。よって、光線が受光面１１１に入射されると、受光面１１１は、それらの光線を受光できる。本実施例では、ホルダ１０８の発光面１１０と受光面１１１は、対向して配置される。発光面１１０と受光面１１１との間には、物体１０７を移動させるための物体変位測定空間が配置される。
【０１０１】
また、本実施例において、ＰＳＤにより感知された光線を処理するために、本実施例は、更に処理素子３０１を含む。処理素子３０１は、ＰＳＤと電気的に接続される。処理素子３０１は、ＰＳＤによる光線感知の変化を処理して、物体１０７の変位数値を生成するのに用いられる。すなわち、本実施例において、ＰＳＤは、取得したパルスアナログ電気信号を処理素子３０１に伝送する。処理素子３０１は、得られた電気信号を増幅して波形処理を行った後にデジタル信号に変換し、次に、測定式に従って物体の変位を算出する。
【０１０２】
また、本実施例は表示素子３０２をさらに含む。表示素子３０２は、処理素子３０１と電気的に接続され、物体１０７の変位数値を表示するのに用いられる。これにより、処理素子３０１は、測定結果をビジュアル表示するように表示部に出力してもよいし、同時に記憶素子に出力して保存してもよい。
【０１０３】
また、本実施において、発光ダイオードから出射された光線は、可視光および不可視光を含んでもよい。すなわち、発光ダイオードから出射された光線は、可視光でもよいし、レーザのような不可視光でもよい。
【０１０４】
また、本実施例において、レンズは、具体的に、平凸レンズであってもよいし、両凸レンズであってもよい。
【０１０５】
また、本実施において、グレーティングが平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するように、具体的に、グレーティングは、複数の光透過口１０９または光透過窓を含む。すなわち、光線が光透過口１０９または光透過窓を通過して複数の平行光線１０５を形成する。複数の光透過口１０９または光透過窓は、互いに平行であり、均等に間隔を置いて配置される。複数の光透過口１０９または光透過窓は、ビームを互いに平行な複数の光線に分割できる限り、横方向に平行に配置されてもよいし、縦方向に平行に配置されてもよい。例えば、グレーティングは、互いに平行な５つの光透過口１０９または光透過窓を含む。その場合、ＰＳＤにおける光感知領域の長さをｘとし、出力電流に基づいて判断すると、１／５またはその倍数である場合、現在の状態を知ることができる。ＰＳＤチップの特性によっては、デジタルに類似する信号出力を実現できる。
【実施例４】
【０１０６】
図６は、本発明の実施例４に係る物体の変位を測定する方法のフローチャートである。
【０１０７】
本実施例は、物体の変位を測定する方法を提供し、具体的に上記実施例３の変位検出装置を用いて物体１０７の変位を測定する測定方法である。図６に示すように、以下のステップを含む：ステップ４１）：光線を提供するための発光ダイオードを提供する。ステップ４２）：光線を平行ビーム１１２に変換するためのレンズを提供する。ステップ４３）：平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するためのグレーティングを提供する。ステップ４４）：ＰＳＤを提供する。物体１０７がグレーティングとＰＳＤとの間に位置する場合、或いは、グレーティングと光学素子との間に位置する場合、物体１０７は、それらの平行光線１０５の一部を遮断し、平行光線１０５の他部をＰＳＤに投光させる。ＰＳＤは、光線感知を生成する。そのうち、本実施例において、レンズは、発光ダイオードとグレーティングとの間に位置し、グレーティングは、レンズとＰＳＤとの間に位置する。これにより、発光ダイオードから出射された光線は、レンズを通過して、平行ビーム１１２に変換される。平行ビーム１１２は、グレーティングを通過して、複数の平行ビーム１１２に分割される。平行ビーム１１２は、物体１０７の遮蔽がないとき、ＰＳＤに照射される。ＰＳＤは、光線感知を生成する。
【０１０８】
ステップ４５）：物体１０７がグレーティングとＰＳＤとの間で移動する時、或いは、物体１０７がグレーティングとレンズとの間で移動する時、ＰＳＤは、異なる光線感知の変化を反映できる。物体１０７の変位に対応するＰＳＤによる光線感知の変化に応じて、物体１０７の変位を測定する。
【０１０９】
そのうち、本実施例において、グレーティングは、平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割する。よって、物体１０７が移動する過程において、ＰＳＤは、平行光線１０５の変化を感知できる。光線の変化によっては、物体１０７の変位を測定する。本実施例において、平行光線１０５がＰＳＤの光感知領域と対応するため、ＰＳＤは、物体１０７がわずかな動きであっても、感知することができる。したがって、変位検出装置によって物体１０７の変位を測定する場合、ＰＳＤと光源および二回の光学的調整された平行光線１０５によって、物体１０７の変位変化に対する高精度かつタイムリーな監視という目的を実現し、物体１０７の変位測定をより正確かつ安全にし、物体１０７の位置の変化をより簡便かつ迅速に得るようになり、従来技術における変位検出装置による物体１０７の変位の測定精度が高くないという技術的課題を解決する。
【０１１０】
また、本実施例において、ＰＳＤにより感知された光線を処理するために、本実施例は、更に処理素子３０１を含む。処理素子３０１は、ＰＳＤと電気的に接続される。処理素子３０１は、ＰＳＤによる光線感知の変化を処理して、物体１０７の変位数値を生成するのに用いられる。
また、本実施例は表示素子３０２をさらに含む。表示素子３０２は、処理素子３０１と電気的に接続され、物体１０７の変位数値を表示するのに用いられる。
【０１１１】
また、本実施において、光線は、可視光および不可視光を含んでもよい。すなわち、発光ダイオードから出射された光線は、可視光でもよいし、レーザのような不可視光でもよい。
【０１１２】
また、上記実施例の上で、本実施例においては、グレーティングとＰＳＤとの間の物体１０７の移動を容易にするために、グレーティングとＰＳＤとの間に物体変位測定空間が配置される。これにより、物体１０７が物体変位測定空間の中で移動することができる。また、本実施例において、物体１０７がグレーティングとレンズとの間で移動できるので、グレーティングとレンズとの間に物体変位測定空間を配置してもよい。これにより、物体１０７がグレーティングとレンズとの間の物体変位測定空間の中で移動することができる。
【０１１３】
また、本実施例において、レンズは、具体的に、平凸レンズであってもよいし、両凸レンズであってもよい。
【０１１４】
また、本実施において、グレーティングが平行ビーム１１２を複数の平行光線１０５に分割するように、具体的に、グレーティングは、複数の光透過口１０９または光透過窓を含む。すなわち、光線が光透過口１０９または光透過窓を通過して複数の平行光線１０５を形成する。複数の光透過口１０９または光透過窓は、互いに平行であり、均等に間隔を置いて配置される。複数の光透過口１０９または光透過窓は、ビームを互いに平行な複数の光線に分割できる限り、横方向に平行に配置されてもよいし、縦方向に平行に配置されてもよい。
【０１１５】
また、本実施例において、発光ダイオードから出射された光線は、可視光および不可視光を含んでもよい。すなわち、発光ダイオードから出射された光線は、可視光でもよいし、レーザのような不可視光でもよい。
【０１１６】
本発明の説明において、理解されるべきであるように、用語である「中央」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「トップ」、「ボトム」、「内」および「外」などにより特定された方向または位置関係は、図面に示す方向または位置関係に基づくものである。これは、本発明およびその説明を簡略化するためだけであり、言及された装置または素子が特定の方向を有して特定の方向で構成または動作しなければならないという明示的または黙示的なものではない。そこで、本発明の限定として解釈されるべきではない。
【０１１７】
本発明の説明において、理解されるべきであるように、本文で使った用語「含む」や「有する」およびそれらの任意の変形は、非排他的な包含をカバーすると意図する。例えば、一連のステップやユニットを含むプロセス、方法、システム、製品または機器は、必ずしも明確に列挙されたステップまたはユニットに限定されるものではなく、明確に列挙されていない、またはそれらのプロセス、方法、製品または機器にとって固有する他のステップ又はユニットを含むことも可能である。
【０１１８】
他に明確に定義または限定されない限り、用語「インストール」、「接続」、「連結」、「固定」等は、広く理解されるべきである。例えば、固定な接続であってもよいし、着脱可能な接続であってもよく、一体となってもよい。直接的な接続であってもよいし、中間物を介して間接的な接続であってもよく、2つの素子の内部接続または2つの素子の相互作用でもよい。本発明における上記の用語の具体的な意味は、当業者によって事例ごとに理解することができる。さらに、「第1」、「第2」などの用語は、説明のためにのみ使用されており、相対的な重要性を明示または黙示し、または特定された技術的特徴の数を暗示的に指定するものとして理解されるべきではない。
【０１１９】
最後に、留意すべきであるように、上記各実施例は、本発明の技術的方案を説明するためのみであり、限定的ではない。上記各実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとって理解すべきであるように、上記各実施例に記載の技術的方案を修正したり、その一部又は全部の技術特徴を均等置換したりすることも可能である。ところが、そのような変更又は置換は、関連する技術的方案の主旨を本発明に係る各実施例における技術的方案の範囲から逸脱させることがない。
【符号の説明】
【０１２０】
１０１  発光素子
１０２  光学素子
１０３  光線
１０４  光分割素子
１０５  平行光線
１０６  感知素子
１０７  物体
１０８  ホルダ
１０９  光透過口
１１０  発光面
１１１  受光面
１１２  平行ビーム
３０１  処理素子
３０２  表示素子
３０３  通信素子
３０４  記憶素子
【図１Ａ】
2019032325.tif 000003
【図１Ｂ】
2019032325.tif 000004
【図２Ａ】
2019032325.tif 000005
【図２Ｂ】
2019032325.tif 000006
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2019032325.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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