JP2005147955A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スリットの幅以上の範囲に亘って遮光板の現在位置を検出すること。
【解決手段】 フォトインタラプタの隙間を通って所定の方向（Ａ）に往復動可能であって、発光体から受光体へ向けて投光される光を遮蔽する遮光板（２０Ａ）は、所定の方向と直交する方向へ延在する幅（Ｗp2）が変化している。遮光板の幅が、先端から所定の方向に沿って徐々に広くなっている。例えば、遮光板は楔形の形状をしていて良い。換言すれば、遮光板は、当該遮光板の移動量に応じてフォトインタラプタのスリット（１４）を覆う遮光面積が比例して増加するような、形状を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、位置検出装置に関し、特に、フォトインタラプタと遮光板とを用いた位置検出装置に関する。

基準位置を調整するために、フォトインタラプタと遮光板とを用いた基準位置調整装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１に示されるように、フォトインタラプタ１０は、発光側１１ａに設けられた発光体１２と、この発光体１２に対向して受光側１１ｂに設けられた受光体１３とを備え、発光体１２と受光体１３との間に隙間が設けられている。発光体１２は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。受光体１３は、例えば、フォトダイオードである。

一方、図２に示されるように、遮光板２０は、その隙間を通って矢印Ａで示す所定の方向に往復動可能であって、発光体１２から受光体１３へ向けて投光される光を遮蔽する。図２において，（ａ）は遮光板２０がスリット１４を覆っていない状態（すなわち、発光体１２からの光が何ら遮蔽されことなく、受光体１３に投射されている状態）を示し、（ｂ）は遮光板２０がスリット１４の約半分を覆っている状態（すなわち、遮光板２０の先端が発光体１２の中心と受光体１３の中心とを結ぶ線上にあって、発光体１２からの光は受光光１３に対して半分遮蔽されている状態）を示し、（ｃ）は遮光板２０がスリット１４のほぼ全体を覆っている状態（すなわち、発光体１２からの光が受光体１４に対して完全に遮蔽されている状態）を示す。

特許文献１に開示された基準位置調整装置は、受光体１３での出力レベルの変化から遮光板２０の基準位置を調整するようにしている。

通常、フォトインタラプタ１０は、図１に図示されているように、発光体１２から投光された光を、受光側１１ｂに設けられたスリット１４を介して受光体１３で検出する。そして、スリット１４は、図２に示されるように、所定の方向Ａに延在する一定の幅Ｗs1と一定の高さＨs1とを持つ矩形形状を持っている。一方、遮光板２０は、図２に示されるように、所定の方向Ａと直交する方向へ延在する一定の幅Ｗp1を持つ直方体の形状をしている。換言すれば、遮光板２０がスリット１４に対して垂直なものとなっている。このような構造の遮光板２０を垂直遮光板と呼ぶことにする。

このような構成の基準位置調整装置は、受光体１３での出力レベルに基づいて遮光板２０の現在位置を検出する位置検出装置としても使用することができる。

一方、位置検出装置ではないが、円形の平行ビームを連続的に減衰させる可変減衰器も知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、所定方向に移動すると共に平行ビームの減衰量を変化させる遮蔽板を備えている。
特開２００３−１３１１１３号公報 特開２００３−１２１７６３号公報

上述した特許文献１に開示されている、フォトインタラプタ１０と遮光板２０とを用いた従来の位置検出装置では、スリット１４が矩形形状をしており、遮光板２０が直方体形状をしているので、図２（ｃ）の矢印Ｂで示す受光体１４での出力レベルの変化する範囲（すなわち、遮光板の位置検出範囲）が、スリット１４の幅Ｗs1によって一意に決定されてしまう。換言すれば、従来の位置検出装置は、その位置検出範囲（出力変化範囲）Ｂがスリット１４の幅Ｗs1に制限されてしまう。

したがって、従来の位置検出装置は、スリットの幅以上の範囲に亘って遮光板の現在位置を検出することはできない。

一方、特許文献２は、単に、平行ビームの減衰量を変化させる遮蔽板を備えた可変減衰器を開示しているに過ぎず、本発明が対象としている位置検出装置とは分野が異なる。したがって、当業者といえども、特許文献２に開示された技術的思想を特許文献１に適用することが困難であると思料する。また、たとえ適用できたと仮定したとしても、平行ビームの断面形状が円形をしているので、遮蔽板の移動量と平行ビームの減衰量とは比例せず、直線性を得ることが困難である。

したがって、本発明の課題は、スリットの幅以上の範囲に亘って遮光板の現在位置を検出することが可能な、位置検出装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、受光手段での出力レベルが遮光板の移動量に応じて直線的に変化させることが可能な、位置検出装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、発光側（１１ａ）に設けられた発光手段（１２）と、該発光手段に対向して受光側（１１ｂ）に設けられた受光手段（１３）とを備え、前記発光手段と前記受光手段との間に隙間が設けられているフォトインタラプタ（１０）と、前記隙間を通って所定の方向（Ａ）に往復動可能であって、前記発光手段から前記受光手段へ向けて投光される光を遮蔽する遮光板（２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ）とを備え、前記受光手段での出力レベルに基づいて前記遮光板の現在位置を検出する位置検出装置において、前記フォトインタラプタは、前記発光手段から投光された光を、前記受光側に設けられたスリット（１４）を介して前記受光手段で検出するように構成されており、前記スリットは、前記所定の方向に延在する一定の幅（Ｗs1）と一定の高さ（Ｈs1）とを持つ矩形形状を持ち、前記遮光板は、前記所定の方向と直交する方向へ延在する幅（Ｗp2）が変化していることを特徴とする位置検出装置が得られる。

上記本発明の第１の態様による位置検出装置において、前記遮光板の幅が、先端から前記所定の方向に沿って徐々に広くなっていることが好ましい。例えば、前記遮光板は楔形の形状をしていて良い。換言すれば、前記遮光板は、当該遮光板の移動量に応じて前記スリットを覆う遮光面積が比例して増加するような、形状を有することが望ましい。

本発明の第２の態様によれば、発光側（１１ａ）に設けられた発光手段（１２）と、該発光手段に対向して受光側（１１ｂ）に設けられた受光手段（１３）とを備え、前記発光手段と前記受光手段との間に隙間が設けられているフォトインタラプタ（１０）と、前記隙間を通って所定の方向（Ａ）に往復動可能であって、前記発光手段から前記受光手段へ向けて投光される光を遮蔽する遮光板（２０Ａ）とを備え、前記受光手段での出力レベルに基づいて前記遮光板の現在位置を検出する位置検出装置において、前記フォトインタラプタは、前記発光手段から投光された光を、前記受光側に設けられたスリット（１４Ａ）を介して前記受光手段で検出するように構成されており、前記スリットは、前記所定の方向と直交する一定の高さ（Ｈs2）を持つ平行四辺形の形状を持ち、前記遮光板は、前記所定の方向と直交する方向へ延在する幅（Ｗp2）が変化していることを特徴とする位置検出装置が得られる。

上記本発明の第２の態様による位置検出装置において、前記遮光板の幅が、先端から前記所定の方向に沿って徐々に広くなっていることが好ましい。例えば、前記遮光板が楔形の形状をしていて良い。また、スリット（１４Ａ）の平行四辺形の形状は、当該遮光板の移動量に応じてスリットを覆う遮光面積が比例して増加するように、遮光板の楔形の斜面と同一方向に傾く斜辺を持つこと望ましい。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、遮光板における所定の方向と直交する方向へ延在する幅が変化しているので、スリットの幅以上の範囲に亘って遮光板の現在位置を検出することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１および図３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置について説明する。図示の位置検出装置は、遮光板の構成が図２に示したものと相違する点を除いて、図１および図２に図示された位置検出装置と同様の構成を有し、同様の動作をする。したがって、遮光板に２０Ａの参照符号を付してある。従来の位置検出装置と同様の構成を有するものには同一の参照符号を付して、説明の簡略化のためにそれらの説明については省略する。

図示の遮光板２０Ａは、楔形の形状をしている。すなわち、遮光板２０Ａは、所定の方向Ａと直交する方向へ延在する幅Ｗp2が変化している。換言すれば、遮光板２０Ａの幅Ｗp2が、先端から所定の方向Ａに沿って徐々に広くなっている。このように、遮光板２０Ａがスリット１４に対して斜めになっている。このような構造の遮光板２０Ａを斜め遮光板と呼ぶことにする。

図３において，（ａ）は遮光板２０Ａがスリット１４を覆っていない状態を示し、（ｂ）は遮光板２０Ａがスリット１４の一部分を覆っている状態を示し、（ｃ）は遮光板２０Ａがスリット１４のほぼ全体を覆っている状態を示す。

このように、遮光板２０Ａが楔形の形状をしているので、図３（ｃ）の矢印Ｃで示す受光体１４での出力レベルの変化する範囲（すなわち、遮光板２０Ａの位置検出範囲）が、スリット１４の幅Ｗs1より広くすることができる。換言すれば、本実施の形態の位置検出装置は、その位置検出範囲（出力変化範囲）Ｃがスリット１４の幅Ｗs1に制限されることはない。

図４に、遮光板として垂直遮光板２０を使用した場合と、斜め遮光板２０Ａを使用した場合の、遮光板の移動距離（μｍ）に対する受光体１３の出力電圧（Ｖ）の変化を図示してある。

図４から明らかなように、垂直遮光板２０を用いた従来の位置検出装置では、その受光体１３の出力電圧の変化する範囲が狭いので、垂直遮光板２０の移動量（移動距離）に対して直線性を得られる範囲が狭くなっていることが分かる。これに対して、斜め遮光板２０Ａを用いた本発明による位置検出装置では、その受光体１３の出力電圧が変化する範囲が広く、斜め遮光板２０Ａの移動量（移動距離）に対して直線線を得られる範囲が広くなっていることが分かる。

図５に、斜め遮光板２０Ａの移動量と斜め遮光板２０Ａによって覆われるスリット１４の遮光面積との関係を図示する。図５において、（ａ）は斜め遮光板２０Ａとスリット１４の配置関係を示し、（ｂ）は斜め遮光板２０Ａによって覆われるスリット１４の移動量に対する遮光面積を示す。

とにかく、本発明に係る斜め遮光板２０Ａは、当該遮光板の移動量に応じてスリット１４を覆う遮光面積が実質的に比例して増加するような、形状を有している。しかしながら、斜め遮光板２０Ａと矩形のスリット１４では、図５（ｂ）から分かるように、斜め遮光板２０Ａがスリット１４を覆い始める所定の区間Ｌsと、斜め遮光板２０Ａがスリット１４を完全に覆い終わる所定の区間Ｌeにおいて、遮光面積の増加が緩やかになってしまうことが分かる。

このため、図４からも分かるとおり、遮光板２０Ａの移動量に対して直線性を得られる範囲が若干狭くなってしまう。

このような問題点を解決するために、後述するように、スリットまたは遮光板の形状を変更させることが望ましい。

図６にスリットの形状を平行四辺形にした場合の、斜め遮光板２０Ａの移動量と斜め遮光板２０Ａによって覆われるスリット１４Ａの遮光面積との関係を図示する。図６において、（ａ）は斜め遮光板２０Ａとスリット１４Ａの配置関係を示し、（ｂ）は斜め遮光板２０Ａによって覆われるスリット１４Ａの移動量に対する遮光面積を示す。

図示のスリット１４Ａは、所定の方向Ａと直交する一定の高さＨs2を持つ。スリット１４Ａの平行四辺形の形状は、斜め遮光板２０Ａの移動量に応じてスリット１４Ａを覆う遮光面積が比例して増加するように、斜め遮光板２０Ａの楔形の斜面と同一方向に傾く斜辺を持っている。このような構造とすることにより、図６（ｂ）に示されるように、遮光板２０Ａの移動量に応じてスリット１４Ａを覆う遮光面積が比例することが分かる。この結果、遮光板２０Ａの移動量に対して直線性を得られる範囲を広くすることができる。

図７に遮光板の形状を階段形状にした場合の、階段遮光板２０Ｂの移動量と階段遮光板２０Ｂによって覆われるスリット１４の遮光面積との関係を図示する。図７において、（ａ）は階段遮光板２０Ｂとスリット１４の配置関係を示し、（ｂ）は階段遮光板２０Ｂによって覆われるスリット１４の移動量に対する遮光面積を示す。

階段遮光板２０Ｂの段差Ｌdは一定で、各段の奥行きＤp1はスリット１４の幅Ｗs1と等しい。このような構造とすることにより、図７（ｂ）に示されるように、階段遮光板２０Ｂの移動量に応じてスリット１４を覆う遮光面積が比例することが分かる。この結果、階段遮光板２０Ｂの移動量に対して直線性を得られる範囲を広くすることができる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、遮光板の形状は、楔形や階段形状に限定されず、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるような形状を持つ遮光板２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅであって良い。すなわち、遮光板の幅が、先端から所定の方向に沿って徐々に広くなっている形状であればどのような形状であっても良い。

本発明に係る位置検出装置に用いられるフォトインタラプタの外観構成を示す斜視図である。 従来の位置検出装置に用いられる遮光板を、フォトインタラプタのスリットと共に配置を変えて示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置に用いられる遮光板を、フォトインタラプタのスリットと共に配置を変えて示した図である。 遮光板として従来の垂直遮光板を使用した場合と、本発明に係る斜め遮光板を使用した場合の、遮光板の移動距離に対する受光体の出力電圧の変化を示す図である。 本発明に係る斜め遮光板の移動量と斜め遮光板によって覆われるスリットの遮光面積との関係を示す図である。 スリットの形状を平行四辺形にした場合の、本発明に係る斜め遮光板の移動量と斜め遮光板によって覆われるスリットの遮光面積との関係を示す図である。 遮光板の形状を階段形状にした場合の、階段遮光板の移動量と階段遮光板によって覆われるスリットの遮光面積との関係を示す図である。 本発明に係る位置検出装置に用いられる遮光板の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ フォトインタラプタ
１１ａ 発光側
１１ｂ 受光側
１２ 発光体
１３ 受光体
１４，１４Ａ スリット
２０Ａ〜２０Ｅ 遮光体

Claims (8)

1. 発光側に設けられた発光手段と、該発光手段に対向して受光側に設けられた受光手段とを備え、前記発光手段と前記受光手段との間に隙間が設けられているフォトインタラプタと、
   前記隙間を通って所定の方向に往復動可能であって、前記発光手段から前記受光手段へ向けて投光される光を遮蔽する遮光板とを備え、
   前記受光手段での出力レベルに基づいて前記遮光板の現在位置を検出する位置検出装置において、
   前記フォトインタラプタは、前記発光手段から投光された光を、前記受光側に設けられたスリットを介して前記受光手段で検出するように構成されており、前記スリットは、前記所定の方向に延在する一定の幅と一定の高さとを持つ矩形形状を持ち、
   前記遮光板は、前記所定の方向と直交する方向へ延在する幅が変化していることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記遮光板の幅が、先端から前記所定の方向に沿って徐々に広くなっていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記遮光板が楔形の形状をしている、請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記遮光板は、当該遮光板の移動量に応じて前記スリットを覆う遮光面積が比例して増加するような、形状を有する、請求項２に記載の位置検出装置。
5. 発光側に設けられた発光手段と、該発光手段に対向して受光側に設けられた受光手段とを備え、前記発光手段と前記受光手段との間に隙間が設けられているフォトインタラプタと、
   前記隙間を通って所定の方向に往復動可能であって、前記発光手段から前記受光手段へ向けて投光される光を遮蔽する遮光板とを備え、
   前記受光手段での出力レベルに基づいて前記遮光板の現在位置を検出する位置検出装置において、
   前記フォトインタラプタは、前記発光手段から投光された光を、前記受光側に設けられたスリットを介して前記受光手段で検出するように構成されており、前記スリットは、前記所定の方向と直交する一定の高さを持つ平行四辺形の形状を持ち、
   前記遮光板は、前記所定の方向と直交する方向へ延在する幅が変化していることを特徴とする位置検出装置。
6. 前記遮光板の幅が、先端から前記所定の方向に沿って徐々に広くなっていることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記遮光板が楔形の形状をしている、請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記スリットの前記平行四辺形の形状は、当該遮光板の移動量に応じて前記スリットを覆う遮光面積が比例して増加するように、前記遮光板の楔形の斜面と同一方向に傾く斜辺を持つ、請求項７に記載の位置検出装置。
   
   

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