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JP3067282B2 - 移動検出器 - Google Patents

移動検出器

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JP3067282B2
JP3067282B2 JP3168786A JP16878691A JP3067282B2 JP 3067282 B2 JP3067282 B2 JP 3067282B2 JP 3168786 A JP3168786 A JP 3168786A JP 16878691 A JP16878691 A JP 16878691A JP 3067282 B2 JP3067282 B2 JP 3067282B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/363Direction discrimination

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体の移動に応じて
パルス状の電気信号を出力する移動検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の移動検出器たる回転検出器は、移
動体としての回転ディスクにその外周部に沿って多数の
スリット状の透孔部と遮蔽部とを交互に所定のピッチで
形成してスリットパターンを構成し、この回転ディスク
のスリットパターンに投光する発光ダイオード等の投光
素子を設け、前記スリットパターンの透孔部を透過した
光を受光するフォトトランジスタ等の受光素子を設け、
この受光素子が発生するパルス状の電気信号を処理する
ことにより回転検出を行なう構成である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
高分解能の検出を行なう必要のある場合には、スリット
パターンの透孔部と遮蔽部とのピッチを小にすればよい
のであるが、このためには、隣接する透孔部からの光の
干渉をなくすべく投光用の精密なレンズ等の光学系が必
要となり、従って、設計上において困難さがあり、高価
なものになるという問題があった。
【0004】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、高分解能の検出を設計上の困難さなく
安価に実現し得る移動検出器を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の移動検出器は、
移動方向に沿って多数のスリット状の透光部が所定のピ
ッチで形成されたスリットパターンを有する移動体を設
け、この移動体のスリットパターンに向け投光する投光
素子を設け、前記スリットパターンの透光部を透過した
光を受光してその光の重心位置を検出する半導体位置検
出素子を設け、この半導体位置検出素子からの2つの
号の大小を比較して位置信号を得る第1のコンパレータ
を設け、前記半導体位置検出素子からの2つの信号の加
算値と基準値とを比較して位置信号を得る第2のコンパ
レータを設ける構成に特徴を有する。
【0006】
【作用】本発明の移動検出器によれば、移動体の移動に
ともなってそのスリットパターンにより半導体位置検出
素子の受光面には透光部の有無に応じて光の明部と暗部
との変化が作用するようになり、従って、光の重心位置
を検出する半導体位置検出素子はその明部と暗部との移
動変化を明確に検出することになって、2つの信号を出
力するようになり、これらの2つの信号に基づいて第1
及び第2のコンパレータが夫々位置信号をを得るので、
高分解能の移動検出が可能になり、又、2つの位置信号
により移動体の移動方向も検出できる。
【0007】
【実施例】以下、本発明を回転検出器に適用した一実施
例につき図面を参照しながら説明する。
【0008】先ず、図2乃至図4において、ケース1は
円形状をなしており、その中心部にはシャフト2が挿通
支承されており、このシヤフト2にはケース1内に位置
して移動体としての回転ディスク3の中心部が嵌め込み
固定されている。この回転ディスク3は遮光性部材によ
って構成され、これには移動方向たる回転方向に沿っ
て、即ち、外周部に沿って一定ピッチでスリット状の透
光部たる透孔部4aと遮光部たる遮蔽部4bとが交互に
多数個形成され、以て、スリットパターン4が構成され
ている。
【0009】又、ケース1の上壁1aの内面にはスリッ
トパターン4に対応して例えば発光ダイオードからなる
投光素子5が配設され、ケース1の下壁1bの内面には
スリットパターン4を介して投光素子5に対向するよう
に半導体位置検出素子(PSD)6が配設されている。
【0010】さて、図1を参照して電気的構成について
述べる。PSD6の一方の出力電極は電流−電圧変換ア
ンプ7を介して第1のコンパレータ8の非反転入力端子
(+)に接続されており、PSD6の他方の出力電極は
電流−電圧変換アップ9を介してコンパレータ8の反転
入力端子(−)に接続されている。そして、コンパレー
タ8の出力端子は出力端子10に接続されている。
【0011】又、電流−電圧変換アンプ7及び9の出力
端子は加算アンプ11の両入力端子に夫々接続されてお
り、その加算アンプ11の出力端子は第2のコンパレー
タ12の非反転入力端子(+)に接続されている。更
に、このコンパレータ12の反転入力端子(−)には後
述するように基準値たる基準電圧VSを出力する基準電
圧発生器13が接続されており、そして、コンパレータ
12の出力端子は出力端子14に接続されている。
【0012】次に、本実施例の作用につき図5及び図6
をも参照しながら説明する。
【0013】今、回転ディスク3が、図3において矢印
15方向に移動即ち回転したとすると、該回転ディスク
3は、図4においては矢印15方向に移動するものとす
る。そして、回転ディスク3の回転(移動)によってP
SD6の受光面には、投光素子5からの光がスリットパ
ターン4の孔部4aを通過して受光される明部16
と、遮蔽部4bにより遮光される暗部17とが交互に投
影され、これが図5で示すように矢印15方向に移動す
る。
【0014】この場合、図5に示すように、スリットピ
ッチをPとし、明部16と暗部17(透孔部4aと遮蔽
部4b)との面積を説明の便宜上単純化して1対1と
し、PSD6の長さ寸法Lを5P/2とする。従って、
スリットパターン4が矢印15方向に移動するにともな
って、PSD6の受光面の明部16と暗部17とは同図
(A)乃至(E)のように変化する。
【0015】ここで、図5において、(A)のように、
明部を16a,16b及び16cとし且つ暗部を17a
及び17bとし、スリットパターン4の移動量をxと
し、(A)の状態ではx=0とする。これにより、
(B)の状態では、明部16aが減少し且つ代りに暗部
17cが増大し、(C)の状態では、x=P/2となっ
て、明部16aがなくなり且つ暗部17cが最大とな
り、(D)の状態では、暗部17aが減少し且つ代りに
明部16dが増大し、そして、(E)の状態では、x=
Pとなって、暗部17aがなくなり且つ明部16dが最
大となる。従って、図5(A)から(E)まではスリッ
トパターン4が1ピッチPだけ移動したことになる。
【0016】このようにして、PSD6の受光面上を明
部16及び暗部17が移動すると、即ち、光の重心位置
が移動すると、PSD6の一対の出力電極には電流I1
及びI2が発生する。
【0017】ここで、t=x/Pとした場合、PSD6
の電流I1及びI2は、0≦t≦0.5(0≦x≦P/
2)の時 I1=S(15−12t+4t2 )/10 ……(1) I2=S(15−8t−4t2 )/10 ……(2) I1+I2=S(3−2t) ……(3) I1−I2=2S(2t2 −t)/5 ……(4) 0.5≦t≦1(P/2≦x≦P)の時 I1=S(3+16t−4t2 )/10 ……(5) I2=S(7+4t+4t2 )/10 ……(6) I1+I2=S(1+2t) ……(7) I1−I2=−2S(2t2 −3t+1)/5 ……(8) のように表わされる。但し、Sは定数である。
【0018】そして、(1)式,(5)式及び(2)
式,(6)式の電流I1及びI2をグラフで示すと、図
6(a)のようになり、(3)式及び(7)式の電流和
I1+I2をグラフで示すと、図6(b)のようにな
り、又、(4)式及び(8)式の電流差I1−I2をグ
ラフで示すと、図6(c)のようになる。
【0019】而して、PSD6に発生する電流I1及び
I2は、電流−電圧変換アンプ7及び9により該電流I
1及びI2に比例する電圧V1及びV2(PSD6から
の2つの信号)に変換される。これらの電圧V1及びV
2はコンパレータ8によって比較されるので、コンパレ
ータ8は、図6(d)で示すように、V1≧V2(即ち
I1≧I2)の時に位置信号としてハイレベルの出力パ
ルスP1を出力する。又、電圧V1及びV2は、加算ア
ンプ11に与えられるので、その波形図は図6(b)と
比例したものとなり、これがコンパレータ12によって
基準電圧発生器13からの基準電圧VS(便宜上図6
(b)に示す)と比較されるで、コンパレータ12は、
図6(e)で示すように、V1+V2≧VSの時に位置
信号としてハイレベルの出力パルスP2を出力する。
【0020】従って、出力パルスP1若しくはP2をカ
ウントすることにより、回転ディスク3の移動量たる回
転角を検出することができる。又、出力パルスP1及び
P2は位相差をもつようになっているので、一方の出力
パルスを基準として他方の出力パルスを見ると、回転方
向により位相関係が逆転するようになるものであり、従
って、出力パルスP1及びP2の位相を測定することに
より、回転ディスク3の回転(移動)方向を検出するこ
とができる。
【0021】このような本実施例によれば、次のような
効果を得ることができる。
【0022】即ち、回転ディスク3の回転に基づいてス
リットパターン4によりPSD6の受光面上に光の明部
16及び暗部17を形成し、PSD6はこれに応じて電
流I1及びI2を発生し、これに基づき電流−電圧変換
アンプ7,9,コンパレータ8,12,加算アンプ11
及び基準電圧発生器13からなる検出手段18がパルス
信号たる出力パルスP1及びP2を出力するようにした
ので、出力パルスP1若しくはP2をカウントすること
により回転ディスク3の回転角を検出することができ、
又、出力パルスP1及びP2の位相により回転ディスク
3の回転方向を検出することができる。
【0023】この場合、PSD6は、回転ディスク3の
回転に基づくスリットパターン4による光の明部16及
び暗部17の移動、即ち、光の重心位置の移動を電気信
号たる電流I1及びI2として検出するので、スリット
ピッチPを小にしても確実に出力パルスP1及びP2を
出力することができるものであり、従って、高分解能の
検出を精密な光学系を用いる等の設計上の困難さなく安
価に実現することができる。
【0024】尚、上記実施例は、本発明を回転ディスク
3を有する回転検出器に適用した場合であるが、これに
限らず、直線移動する直線移動検出器にも同様にして適
用し得る等、移動検出器全般に適用可能である。
【0025】
【発明の効果】本発明の移動検出器は以上説明したよう
に、移動体のスリットパターンに基づく光の重心位置を
半導体位置検出素子により検出して2つの信号を出力さ
せ、これらの2つの信号に基づいて第1及び第2のコン
パレータから夫々位置信号を得るようにしたので、高分
解能の移動検出を設計上の困難さなく安価に実現するこ
とができ、しかも、2つの位置信号から移動体の移動方
向を検出することができるという優れた効果を奏するも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電気的構成図
【図2】縦断側面図
【図3】横断平面図
【図4】要部の拡大縦断側面図
【図5】半導体位置検出素子の受光状態を示す平面図
【図6】各部の信号波形図
【符号の説明】
図面中、1はケース、2はシャフト、3は回転ディスク
(移動体)、4はスリットパターン、4aは透孔部(透
光部)、4bは遮蔽部(遮光部)、5は投光素子、6は
PSD(半導体位置検出素子)、8は第1のコンパレー
タ、12は第2のコンパレータ、18は検出手段を示
す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動方向に沿って多数のスリット状の透
    光部が所定のピッチで形成されたスリットパターンを有
    する移動体と、この移動体のスリットパターンに向けて
    投光する投光素子と、前記スリットパターンの透光部を
    透過した光を受光してその光の重心位置を検出する半導
    体位置検出素子と、この半導体位置検出素子からの2つ
    信号の大小を比較して位置信号を得る第1のコンパレ
    ータと、前記半導体位置検出素子からの2つの信号の加
    算値と基準値との大小を比較して位置信号を得る第2の
    コンパレータとを具備してなる移動検出器。
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EP0518373A1 (en) 1992-12-16
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