JP2007171066A - 位置変位センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】外部に向けて磁気ノイズを生じさせず、かつ、自身も外部からの磁気ノイズの影響を受けず、種々の用途に適用することが出来ると共に、外部環境からの影響に左右されることなく正確に位置変位を検出し得る、構造簡潔で有用な位置変位センサを提供する。
【解決手段】位置変位センサ1であって、所定の間隔を置いて配列された第1及び第2の発光源2と、発光源の配列方向に沿って発光源と相対的に変位可能な検出ヘッド4であって、発光源の配列間隔内に所定の間隔を置いて配列された、発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子3からなるものと、並びに、受光素子3からの出力を演算し、発光源に対する検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものとする。
【選択図】図1
【解決手段】位置変位センサ1であって、所定の間隔を置いて配列された第1及び第2の発光源2と、発光源の配列方向に沿って発光源と相対的に変位可能な検出ヘッド4であって、発光源の配列間隔内に所定の間隔を置いて配列された、発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子3からなるものと、並びに、受光素子3からの出力を演算し、発光源に対する検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものとする。
【選択図】図1
Description
本発明は、被検体の動きに応じた位置変位を検出するための位置変位センサに関する。
近年、コイル等のインピーダンス素子と磁気応答部材との相対的位置に応じた検出信号を各インピーダンス素子から得ることにより被検体の位置変位を検出する位置変位センサ(例えば、特許文献1参照)が開発され、この基本検出原理の応用範囲が広いことから、様々な用途への展開が試みられている。
上記の位置変位センサは、インピーダンス素子と磁気応答部材との相対的位置に応じて交流信号中に流れる電気位相差より、位置変位を検出するものである(いわゆる位相差変換(P−D変換)方式)。
はじめに、この従来知られた位置変位センサの基本検出原理の大略を、添付図面(図7〜図13)を用いて説明する。図7は従来の誘導方式による直線変位検出型センサの構造原理を模式的に示す斜視図、図8は図7の構造が対象とする直線変位検出の態様を回路的に示す図、図9は図8の誘導方式におけるトランス構造に代えて、実質上自己インダクタンスL1〜L4のみからなるインピーダンス素子を用い、同様の関係が得られるようにした位置変位センサの回路図である。図10は図7〜図9に係る従来の位置変位センサの動作波形及び解析手順を示す図であり、(A)は印加電圧ASinωtと、Sinωtを搬送波とするx変位を含む電圧波形図、(B)はASinωtのグラフと特定の変位x(1回転の角度0〜360度で等価的に表示したもの)を含む正弦波aSin(ωt−x)のグラフとの時間関係を示す波形図、(C)はこれらの波形図の根拠となる数式的推移を示した図である。図11は図10(C)にあらわされた操作を具体的に実現する回路のブロック図、図12はインピーダンス素子節減型位置変位センサの一例を示す図、図13は図12に示すインピーダンス素子節減型位置変位センサの変位検出装置の構成を示すブロック図である。
はじめに、この従来知られた位置変位センサの基本検出原理の大略を、添付図面(図7〜図13)を用いて説明する。図7は従来の誘導方式による直線変位検出型センサの構造原理を模式的に示す斜視図、図8は図7の構造が対象とする直線変位検出の態様を回路的に示す図、図9は図8の誘導方式におけるトランス構造に代えて、実質上自己インダクタンスL1〜L4のみからなるインピーダンス素子を用い、同様の関係が得られるようにした位置変位センサの回路図である。図10は図7〜図9に係る従来の位置変位センサの動作波形及び解析手順を示す図であり、(A)は印加電圧ASinωtと、Sinωtを搬送波とするx変位を含む電圧波形図、(B)はASinωtのグラフと特定の変位x(1回転の角度0〜360度で等価的に表示したもの)を含む正弦波aSin(ωt−x)のグラフとの時間関係を示す波形図、(C)はこれらの波形図の根拠となる数式的推移を示した図である。図11は図10(C)にあらわされた操作を具体的に実現する回路のブロック図、図12はインピーダンス素子節減型位置変位センサの一例を示す図、図13は図12に示すインピーダンス素子節減型位置変位センサの変位検出装置の構成を示すブロック図である。
P−D変換を用いる位置変位センサは、その駆動原理から誘導型とインピーダンス型の二つに分けられる。直線変位を検出する場合、誘導型ではトランスの二次コイルが検出方向に直線状に配列される。
以下では、本発明の対象である位置変位センサの基礎的理解のため、直線変位の検出を行う誘導型位置変位センサの動作原理を図7以降の各図を用いて説明する。図7において各インピーダンス素子はコイルとする。
以下では、本発明の対象である位置変位センサの基礎的理解のため、直線変位の検出を行う誘導型位置変位センサの動作原理を図7以降の各図を用いて説明する。図7において各インピーダンス素子はコイルとする。
図7において、51はソレノイド型一次コイル、52はその内側に同軸配置された二次コイル列であり、ここでは同一規格の4個のインピーダンス素子A〜D(コイルL1,L2,L3,L4)が等間隔で配列されている。このコイル配列に対しては、コイル軸と同軸且つ軸方向動自在の関係で磁性体配列棒(可動磁性体)53が挿入される。磁性体配列棒53にはコイル配列間隔(隣接コイル中心間距離)の4倍を1ピッチとして、複数の円筒状強磁性体54が配列されている。磁性体配列棒53の棒軸は顕著な磁性を示さない金属又はプラスチック物質からなっている。
インピーダンス素子A〜D(二次コイルL1,L2,L3,L4)は、図7のごとく正弦波電圧ASinωtが印加された一次コイル51からの相互誘導作用により、正弦波電圧を誘起されるが、前述した磁性体配列棒53との関係位置に応じたインダクタンスの変化によって二次回路の構成時、異なった振幅のコイル端間電圧を具現するものであり、図7における磁性体配列棒53の軸方向位置(L1−L3の位置:両コイルともL2を挟んで対向する端部のみが強磁性体54の端部に対応するか、僅かに被る程度の平衡位置, L2−L4の位置:L2が強磁性体54に対応し、L4が強磁性体54間の大空隙を介して配列棒53の棒軸に対応する位置)をx=0とし、且つ同棒の、例えば図の左方への移動を正方向とすれば、L1−L3差動出力は、誘起される正弦波Sinωtに、変動する係数すなわち振幅の変位aSinxを掛けた値
aSinxSinωt・・・・・・(1)
[ただし、aは任意の定数]
となり、L2−L4差動出力は、誘起される正弦波Sinωtに、変動する係数すなわち振幅の変位aCosxを掛けた値
aCosxSinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
となり、従って、磁性体配列棒53の1ピッチ変位を1p(=ピッチ)=2π(360度)とすれば、磁性体配列棒53の変位(実寸)を正弦又は余弦関数において、x(p)=2π±θ[rad]として処理しうることが理解されるであろう。
aSinxSinωt・・・・・・(1)
[ただし、aは任意の定数]
となり、L2−L4差動出力は、誘起される正弦波Sinωtに、変動する係数すなわち振幅の変位aCosxを掛けた値
aCosxSinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
となり、従って、磁性体配列棒53の1ピッチ変位を1p(=ピッチ)=2π(360度)とすれば、磁性体配列棒53の変位(実寸)を正弦又は余弦関数において、x(p)=2π±θ[rad]として処理しうることが理解されるであろう。
上記の説明を、今度は回路的に示したものが図8であり、同様の関係はL1〜L4を実質上自己インダクタンスのみからなるインピーダンス素子A〜Dとして,正弦波電圧ASinωtを直接加えた場合にも生ずることを示したのが図9の回路図である。
この、インピーダンス型においても、上記と同様にして得られるインピーダンス素子A〜D(コイルL1〜L4)の各端子電圧を、正弦係数の式をα、余弦係数の式をβとすれば、やはり次の様に表すことができる。
α=aSinx・Sinωt・・・・・・(1)
β=aCosx・Sinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
これらの式から、直線変位xを求める演算回路としては、まず(1)式及び(2)式にそれぞれ、0から順次増加するデジタル位相値φの余弦関数Cosφ、及び正弦関数Sinφを乗じていき、
Sinφ・Cosθ−Cosφ・Sinθ=0・・(3)
の時点において、θ=φとしてθを特定するR−D変換方式も公知であるが、この方式ではφを追従カウントするときのクロック遅れが生じ,応答性が悪いという問題がある。
α=aSinx・Sinωt・・・・・・(1)
β=aCosx・Sinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
これらの式から、直線変位xを求める演算回路としては、まず(1)式及び(2)式にそれぞれ、0から順次増加するデジタル位相値φの余弦関数Cosφ、及び正弦関数Sinφを乗じていき、
Sinφ・Cosθ−Cosφ・Sinθ=0・・(3)
の時点において、θ=φとしてθを特定するR−D変換方式も公知であるが、この方式ではφを追従カウントするときのクロック遅れが生じ,応答性が悪いという問題がある。
本発明の各実施形態においても適用することとなるP−D変換では、(1)式におけるSinωtを回路上でCosωtに変換することによって、aSinxCosωtを得、直接に三角関数の加法定理を適用する。すなわち
aSinx・Cosωt±aCosx・Sinωt=
aSin(ωt±x)・・・・・・(4)
[ただし、aは任意の定数]
aSinx・Cosωt±aCosx・Sinωt=
aSin(ωt±x)・・・・・・(4)
[ただし、aは任意の定数]
上記のような流れで位置変位を検出する手順を位相差変換(P−D変換)方式と呼び、図10に動作波形及び解析手順を示す。図10の分図(A)は印加電圧ASinωtと、Sinωtを搬送波とするx変位(x(p)=2π±θ[rad]として表記)に対応した(1)、(2)式の各右辺の電圧波形図、同(B)はASinωtのグラフと特定の位相(x)を含む(4)式の右辺の正弦波、この場合は、aSin(ωt−x)のグラフとの時間関係を示す波形図であり、更に同(C)はこれらの波形図の根拠となる数式的推移を示したものである。また、図10Cの操作を具体的に実現する回路のブロック図を図11に示す。各インピーダンス素子はそれぞれA〜Dで表わされる。ここでは、(1)、(2)式で表わされる信号α、βはそれぞれ、変位検出回路40に入力された後、増幅処理(増幅度b/a)を経てから、位相シフト及び加算等の処理が施される。なお、図10Bにおいて、進み位相波aSin(ωt+x)の場合、そのグラフは破線で示した遅れ位相波aSin(ωt−x)のグラフと対称的に、実線で示したASinωtのグラフよりもxだけ時間的に先行した正弦波として想起できるであろう。
図10Bのグラフから明らかなとおり、xを求めるにはASinωtグラフのゼロクロス点から、aSin(ωt−x)又はaSin(ωt+x)グラフのゼロクロス点までの時間をカウントすればよいことが理解されるであろう。このカウントは進相、遅相いずれの位相で求めてもよいが、各インピーダンス素子A〜D(コイルL1〜L4)等に温度変化によるインピーダンス変化が生じている場合,それによる変動誤差±dはωtに付随するため、ここでは詳述しないが上記の進相、遅相の両正弦波グラフの双方を用いて処理することにより、この±dを容易に消去することもできる。
要するに、上記した位置変位センサにおいては、コイル端間電圧の差動出力を求めることによりサイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号と、コサイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号との2種類の異なる出力交流信号を得ることができれば、先に説明した位相差変換方式より位置変位を交流振幅の正弦/余弦変位として検出することが可能であろう。
またさらに、特許文献1にも詳述されるとおり、インピーダンス素子をより節減してこのような位置変位センサを実現することも可能である。これは、1)各インピーダンス素子の配置位置を変えることなくただこれらコイルの内の少なくとも1個を除去しても、残りのコイルに生じる、各コイル対磁性体配列棒の関係位置に応じたインダクタンスの変化によって生じる交流振幅を有するコイル端間電圧に影響がないこと、および、2)このとき、連続した少なくとも3個のコイルの各々の端子間電圧が得られれば、これらの差動出力を求めることによりサイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号と、コサイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号との2種類の異なる出力交流信号を得ることができ、これを用いることによって通常の場合と同様、位相差変換により位置変位を検出することが可能であることによるものである。図12はインピーダンス素子節減型位置変位センサの一例を示す図、図13は、その変位検出回路の構成を示すブロック図である。
隣接した3個のインピーダンス素子は図12に示される様な態様で結線される。基本正弦波交流電圧ASinωtは、各インピーダンス素子(A〜C)の一端を介してこれらに印加される。又インピーダンス素子A又はCの他端はそれぞれ、2種類の異なる出力交流信号を得るために設けられた各差動増幅器OA(B−A),OA(B−C)の−側に接続され、インピーダンス素子Bの他端はそれぞれ、上記各差動増幅器の+側に接続される。
ここで、B−A間、B−C間の差動出力を得る際、三角関数の公式
を適用すれば、B−A間、B−C間の差動出力より、コサイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流電圧α’と、サイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流信号β’との2種類の異なる出力交流信号((6),(7)式)が得られる。
α’=a’Cosx’Sinωt
β’=a’Sinx’Sinωt・・・・・・(7)
ただし、a’=((√2)/2)a=定数, x’=x+π/4
以降、得られた2種類の異なる出力交流信号を用いて最終的に位置変位を位相差として含む正弦波信号を得、これより位置変位を検出する流れについては、先の2対、4極のインピーダンス素子からなる位置変位センサの場合と同様である(図11,13参照)。
を適用すれば、B−A間、B−C間の差動出力より、コサイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流電圧α’と、サイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流信号β’との2種類の異なる出力交流信号((6),(7)式)が得られる。
α’=a’Cosx’Sinωt
β’=a’Sinx’Sinωt・・・・・・(7)
ただし、a’=((√2)/2)a=定数, x’=x+π/4
以降、得られた2種類の異なる出力交流信号を用いて最終的に位置変位を位相差として含む正弦波信号を得、これより位置変位を検出する流れについては、先の2対、4極のインピーダンス素子からなる位置変位センサの場合と同様である(図11,13参照)。
ところで、上記した位置変位センサは、直線変位につき、1ピッチの直線変位を360°フル回転の位相変化に換算することによって検出するため、原理上、微小変位を高分解能で検出できる特長を有するが、その一方で、次の点で問題があった。
すなわち、近年は電子機器等より発せられる電磁ノイズや磁気ノイズが他の機器に及ぼす影響について検討、配慮されているところ、上記した位置変位センサはコイルを用いた所謂磁気検出方式を採る関係上、必然的に磁気を発するものである。そうすると、外部から受ける磁気ノイズの影響を受け易い機器等、用途によってはこの従来例に係る位置変位センサを適用することが困難な場合があった。機器の電子化はこれからも益々進展して行くことから、かかる問題への対応は、上記した位置変位センサの将来性とも関連して急務となっている。
他方、上記した位置変位センサから発生する磁気の問題とは反対に、このセンサが外部環境から何らかの磁力を受けた場合には、センサの出力と実際の変位(直線変位)との間に誤差が生じ得る。この外部環境からの磁力が一定の強さをもつ場合のほか、何らかの予測可能性があるものであれば、上記誤差に適当な補正係数を計算上乗じる事でこの問題を解決することは一応可能である。しかしながら、外部環境からの磁力が外乱的或いは突発的にこのセンサに作用し得る様な状況の下では、センサの出力と実際の変位(直線変位)との間に生じる誤差の問題を完全に解消し得ないという問題があった。
ここで、磁気ではなく光学的な検出原理を用いた位置変位センサも、例えば特許文献2、3をはじめとして種々のものが開発され、様々な用途への展開が試みられているところである。しかしながら、それらは何れも、精密な平行光を準備する必要があるものや、偏光フィルタを利用して偏向角の回転を光量の増減に変換することを要するもの等、構成が複雑なものばかりであると言う問題があった。
特開2004−233311号公報
特開平9−196705号公報
特開平10−239109号公報
従って本発明は、適用対象となる機器等の外部に向けて磁気ノイズを生じさせることなく、かつ、自身も外部からの磁気ノイズの影響を受けることがなく、種々の用途に適用することが出来ると共に、外部環境からの影響に左右されることなく正確に位置変位を検出することが出来る、簡素な位置変位センサを提供することを課題とする。
上記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、本願発明者は、従来の磁気検出方式に代えて投光素子と受光素子との組み合わせを用いた光量検出方式を採用する一方、受光素子から出力される信号を処理して実際の位置変位(直線変位)を算出するに当たっては、従来の位置変位センサの信号処理系でも採用されていたP−D変換がそのまま適用できる検出ヘッドの構成とすることにより上記課題を解決可能なことを見い出し、本発明を完成した。
上記課題を解決可能な本発明の位置変位センサは、先ず第1実施形態の第1例として、(1)主として直線変位を検出可能な位置変位センサであって、
所定の間隔を置いて配列された第1及び第2の発光源と、
前記発光源の配列方向に沿って前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、前記発光源の配列間隔内に所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記発光源に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
所定の間隔を置いて配列された第1及び第2の発光源と、
前記発光源の配列方向に沿って前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、前記発光源の配列間隔内に所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記発光源に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
又本発明の位置変位センサは、第1実施形態の第2例として、(2)位置変位センサであって、
少なくとも1つの発光源と、
前記発光源の配列方向に沿って前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射する光を受光し得る複数の受光素子からなり、電気的に前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成されたものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記発光源に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
ここで、(3)前記検出ヘッドは、前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、前記各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dであるとして、電気的に前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成されたものからなることが好ましい。
少なくとも1つの発光源と、
前記発光源の配列方向に沿って前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射する光を受光し得る複数の受光素子からなり、電気的に前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成されたものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記発光源に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
ここで、(3)前記検出ヘッドは、前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、前記各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dであるとして、電気的に前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成されたものからなることが好ましい。
又本発明の位置変位センサは、第1実施形態の第3例として、(4)位置変位センサであって、
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、
前記スケールの配列方向に沿って、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチ全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源と、
前記スケールの配列方向に沿って前記発光源と並んで設けられ、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチ内に所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る双対の受光素子からなるものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、
前記スケールの配列方向に沿って、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチ全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源と、
前記スケールの配列方向に沿って前記発光源と並んで設けられ、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチ内に所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る双対の受光素子からなるものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
又本発明の位置変位センサは、第1実施形態の第4例として、(5)位置変位センサであって、
所定方向に沿って変位可能な検出ヘッドであって、
変位方向に沿って、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、前記各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dであるとして、電気的に双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成された受光列と、
前記変位方向に沿って前記受光列と並んで設けられ、前記受光列の全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源からなるものと、
前記検出ヘッドと対向する反射片であって、前記変位方向に少なくとも前記受光素子の配列間隔1ピッチ以上の全長を備えたものと、並びに、
前記発光源から出射された前記反射片からの反射光を受光し得る前記受光素子からの出力を演算し、前記反射片に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
所定方向に沿って変位可能な検出ヘッドであって、
変位方向に沿って、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、前記各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dであるとして、電気的に双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成された受光列と、
前記変位方向に沿って前記受光列と並んで設けられ、前記受光列の全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源からなるものと、
前記検出ヘッドと対向する反射片であって、前記変位方向に少なくとも前記受光素子の配列間隔1ピッチ以上の全長を備えたものと、並びに、
前記発光源から出射された前記反射片からの反射光を受光し得る前記受光素子からの出力を演算し、前記反射片に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
さらに、本発明の位置変位センサは、第2実施形態として、(6)位置変位センサであって、
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、
前記スケールの配列方向に沿って所定の間隔を置いて順に配列された、夫々発光色の異なる第1、第2及び第3の発光源であって、前記各発光源から出射した光の前記スケールにおける反射位置が、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/4ずつ前記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、
前記検出ヘッド上に設けられ、前記各発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部からなるものと、並びに、
前記受光部からの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、
前記スケールの配列方向に沿って所定の間隔を置いて順に配列された、夫々発光色の異なる第1、第2及び第3の発光源であって、前記各発光源から出射した光の前記スケールにおける反射位置が、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/4ずつ前記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、
前記検出ヘッド上に設けられ、前記各発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部からなるものと、並びに、
前記受光部からの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
その他、本発明の位置変位センサは、第3実施形態として、(7)位置変位センサであって、
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、前記検出ヘッド上における受光素子の配置位置が前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/4前記スケールの配列方向に沿って互いにずれる様構成された第1及び第2のブロックからなり、前記第1及び第2のブロックが夫々、
前記スケールの配列方向に沿って所定の間隔を置いて配列された、発光色の異なる第1及び第2の発光源であって、前記各発光源から出射した光の前記スケールにおける反射位置が、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/2前記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、
前記検出ヘッド上に設けられ、前記各ブロックにおける第1及び第2の発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部からなるものと、並びに、
前記検出ヘッドからの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、前記検出ヘッド上における受光素子の配置位置が前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/4前記スケールの配列方向に沿って互いにずれる様構成された第1及び第2のブロックからなり、前記第1及び第2のブロックが夫々、
前記スケールの配列方向に沿って所定の間隔を置いて配列された、発光色の異なる第1及び第2の発光源であって、前記各発光源から出射した光の前記スケールにおける反射位置が、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/2前記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、
前記検出ヘッド上に設けられ、前記各ブロックにおける第1及び第2の発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部からなるものと、並びに、
前記検出ヘッドからの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とするものである。
なお、上記(1)〜(7)に係る位置変位センサにおいては、(8)前記変位検出装置は、
前記検出ヘッドにおける複数の受光出力を組み合わせて一対の差動出力を得る差動出力部と、
前記検出ヘッドにおける複数の受光出力又は前記一対の差動出力に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部と、
前記略正弦波の交流波形が乗じられた前記一対の差動出力の一方を略90°移相して余弦波電圧を得る移相部と、
前記一対の差動出力の一方と他方とからなる前記余弦波電圧と正弦波電圧の和又は差であって位置変位を位相差として含む正弦波信号を得る加算又は減算部と、並びに、
前記加算又は減算部からの前記正弦波信号より前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出部と、
からなることが好ましい。
また、互いに相対移動し得る上記発光源、検出ヘッド、スケール、又は反射片については、どちら側が移動するものであっても良い。
前記検出ヘッドにおける複数の受光出力を組み合わせて一対の差動出力を得る差動出力部と、
前記検出ヘッドにおける複数の受光出力又は前記一対の差動出力に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部と、
前記略正弦波の交流波形が乗じられた前記一対の差動出力の一方を略90°移相して余弦波電圧を得る移相部と、
前記一対の差動出力の一方と他方とからなる前記余弦波電圧と正弦波電圧の和又は差であって位置変位を位相差として含む正弦波信号を得る加算又は減算部と、並びに、
前記加算又は減算部からの前記正弦波信号より前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出部と、
からなることが好ましい。
また、互いに相対移動し得る上記発光源、検出ヘッド、スケール、又は反射片については、どちら側が移動するものであっても良い。
本発明の位置変位センサでは、磁気検出方式とは全く異なる検出方式を採ることから、適用対象となる機器等の外部に向けて磁気ノイズを生じさせることもなく、かつ、自身も外部からの磁気ノイズの影響を受けることもない。さらに、構成が簡素である。それゆえ、本発明によれば、種々の用途に適用することが出来ると共に、外部環境からの影響に左右されることなく正確に位置変位を検出することが出来る、構造簡潔で有用な位置変位センサを提供することが可能となる。
以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態につき説明する。図1は本発明の位置変位センサの第1実施形態(1)を示す図、図2は本発明の位置変位センサの第1実施形態(2)を示す図、図3は本発明の位置変位センサの第1実施形態(3)を示す図、図4は本発明の位置変位センサの第1実施形態(4)を示す図、図5は本発明の位置変位センサの第2実施形態を示す図、図6は本発明の位置変位センサの第3実施形態を示す図である。
[第1実施形態]
はじめに、本発明の第1実施形態に付き説明する。本実施形態に係る位置変位センサは、1種の発光源を用いた態様であって、1)検出ヘッドが透過型であるか反射型であるか、或いは2)検出ヘッドの受光素子列の構成が1ピッチ型であるか多ピッチ型であるかに応じて、次の4タイプに大別されるものである。
すなわち、透過型1ピッチヘッドを持つタイプ(第1例)、透過型多ピッチヘッドを持つタイプ(第2例)、反射型1ピッチヘッドを持つタイプ(第3例)、及び反射型多ピッチヘッドを持つタイプ(第4例)である。以下、順を追って説明する。
はじめに、本発明の第1実施形態に付き説明する。本実施形態に係る位置変位センサは、1種の発光源を用いた態様であって、1)検出ヘッドが透過型であるか反射型であるか、或いは2)検出ヘッドの受光素子列の構成が1ピッチ型であるか多ピッチ型であるかに応じて、次の4タイプに大別されるものである。
すなわち、透過型1ピッチヘッドを持つタイプ(第1例)、透過型多ピッチヘッドを持つタイプ(第2例)、反射型1ピッチヘッドを持つタイプ(第3例)、及び反射型多ピッチヘッドを持つタイプ(第4例)である。以下、順を追って説明する。
(第1例)
まず、透過型1ピッチヘッドを持つ第1例に付き説明する。図1に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図1に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、所定の間隔を置いて配列された第1及び第2の発光源2と、上記発光源の配列方向に沿って発光源2と相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4の受光素子3からの出力を演算し、発光源2に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。第1及び第2の発光源2は、同一種のものを用いている。
まず、透過型1ピッチヘッドを持つ第1例に付き説明する。図1に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図1に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、所定の間隔を置いて配列された第1及び第2の発光源2と、上記発光源の配列方向に沿って発光源2と相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4の受光素子3からの出力を演算し、発光源2に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。第1及び第2の発光源2は、同一種のものを用いている。
検出ヘッド4は、第1及び第2の発光源2の配列間隔内に所定の間隔を置いて配列された、発光源2から出射する光を受光し得る双対(計4個)の受光素子3からなっている。本例では、第1及び第2の発光源2の配列間隔が1ピッチとされる。このとき、検出ヘッド4の受光素子3は、1ピッチの寸法内に4素子が等間隔で配置されている。
変位検出装置10は、検出ヘッド4における複数の受光出力A〜Dを組み合わせて一対の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))を得る差動出力部12と、検出ヘッド4における複数の受光出力又は上記一対の差動出力に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、略正弦波の交流波形が乗じられた上記一対の差動出力(α,β)の一方を略90°移相して余弦波電圧を得る移相部14と、上記一対の差動出力(α,β)の一方αと他方βとからなる余弦波電圧と正弦波電圧の和又は差であって位置変位xを位相差として含む正弦波信号を得る加算又は減算部15と、並びに、この加算又は減算部15からの正弦波信号より検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出部16とからなっている。
具体的には、本例の変位検出装置10は、図1に示すとおり、受光素子3からの各出力A〜D又は各対の受光素子(ACの組とBDの組)の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、この略正弦波の交流波形が乗じられた各対の受光素子の差動出力(α,β)の一方αを略90°移相して余弦波電圧(bSinxCosωt)を得る移相部14と、上記双対の受光素子(AC,BD)より得られる差動出力(OA(A−C),OA(B−D))の一方と他方とからなる余弦波電圧(bSinxCosωt)と正弦波電圧(bCosxSinωt)との和又は差であって位置変位xを位相差として含む正弦波信号bSin(ωt±x)[本例では、増幅されている関係で係数は定数bとなる。以下の各例でも同様]を得る加算又は減算部15と、並びに、上記した変位検出部16とから構成されている。
図1に示す例において、差動出力(OA(A−C),OA(B−D))は、オペアンプからなる差動出力部12から得る様構成されている。又図1において、正弦波重畳部は、差動出力部12の前段(11)に備えても、後段(11’)に備えても構わないことを意味している。その他、略正弦波の交流波形が乗じられた差動出力α,βは、増幅部13で増幅(b/a)された後、移相部14及び加算又は減算部15に入力される様になっている。
尚これらについては、以下の各例でも同様である。
尚これらについては、以下の各例でも同様である。
本例の構成によれば、双対の受光素子の各素子を、発光源2の配列方向に沿って、上記1ピッチの寸法内に交互に等間隔(1/4ピッチ間隔)で配置することで、検出ヘッド4を変位させた時に各対の受光素子AC,BDが受ける受光量の差分が、差動出力A−C又はB−D(aSinx又はaCosx[aは定数])として表れるかたちとなる。
従ってこの構成を利用すれば、先の背景技術の項で種々説明したインピーダンス素子を用いた位置変位センサの場合と同様の検出原理(P−D変換)を適用して直線変位の検出を行うことが可能となる。
従ってこの構成を利用すれば、先の背景技術の項で種々説明したインピーダンス素子を用いた位置変位センサの場合と同様の検出原理(P−D変換)を適用して直線変位の検出を行うことが可能となる。
この検出ヘッドからの出力(差動出力とする前であっても後であっても良い)に、さらに計算機上(本例では正弦波重畳部11,11’を用いる)で適宜Sinωtの交流波形を乗じて、正弦係数の式(α)、余弦係数の式(β)
α=aSinx・Sinωt・・・・・・(1)
β=aCosx・Sinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
をそれぞれ求め、それらの結果を特許文献1、或いは本明細書の背景技術の欄で説明した図11及び対応する記載に示すとおり、移相部14及び加算又は減算部15に入力すれば、位相差変換(P−D変換)方式の基礎となる式
aSinx・Cosωt±aCosx・Sinωt=
aSin(ωt±x)・・・・・・(4)
[ここで、aは定数。 ただし、図1,11に示す例では増幅されている関係で係数はbとなる]
を利用して位置変位xを位相差として含む正弦波信号(4)を加算又は減算部15より得ることが出来る。こののち、加算又は減算部15からの出力を変位検出部16に入力することにより、最終的に位置変位xの値を算出することが出来る。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
α=aSinx・Sinωt・・・・・・(1)
β=aCosx・Sinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
をそれぞれ求め、それらの結果を特許文献1、或いは本明細書の背景技術の欄で説明した図11及び対応する記載に示すとおり、移相部14及び加算又は減算部15に入力すれば、位相差変換(P−D変換)方式の基礎となる式
aSinx・Cosωt±aCosx・Sinωt=
aSin(ωt±x)・・・・・・(4)
[ここで、aは定数。 ただし、図1,11に示す例では増幅されている関係で係数はbとなる]
を利用して位置変位xを位相差として含む正弦波信号(4)を加算又は減算部15より得ることが出来る。こののち、加算又は減算部15からの出力を変位検出部16に入力することにより、最終的に位置変位xの値を算出することが出来る。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
(第2例)
次に、透過型多ピッチヘッドを持つ第2例に付き説明する。図2に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図2に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、少なくとも1つの発光源2と、上記発光源の配列方向に沿って発光源2と相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4の受光素子3からの出力を演算し、発光源2に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。図2の例では、発光源2は1個の発光素子のみからなっている。
次に、透過型多ピッチヘッドを持つ第2例に付き説明する。図2に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図2に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、少なくとも1つの発光源2と、上記発光源の配列方向に沿って発光源2と相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4の受光素子3からの出力を演算し、発光源2に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。図2の例では、発光源2は1個の発光素子のみからなっている。
検出ヘッド4は、所定の間隔を置いて配列された、発光源2から出射する光を受光し得る複数の受光素子3からなっている。このとき、上記複数の受光素子は、第1例に示す様な、発光源2から出射する光を受光し得る双対の受光素子(AC,BD)からなるものと電気的に同等に取り扱い得る様構成されている。
図2に示す例では、検出ヘッド4は、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dとなる様電気的に結線されている。
図2に示す例では、検出ヘッド4は、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dとなる様電気的に結線されている。
第1例と同様、本例の変位検出装置10は、図2に示すとおり、出力A〜Dに集約されることとなる検出ヘッド4からの各出力又は各対(ACの組とBDの組)の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、この略正弦波の交流波形が乗じられた各対の差動出力(α,β)の一方αを略90°移相して余弦波電圧(bSinxCosωt)を得る移相部14と、検出ヘッド4より得られる各対の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))の一方と他方とからなる余弦波電圧(bSinxCosωt)と正弦波電圧(bCosxSinωt)との和又は差であって位置変位xを位相差として含む正弦波信号bSin(ωt±x)を得る加算又は減算部15と、並びに、この加算又は減算部15からの正弦波信号より発光源2に対する検出ヘッド4の相対位置xを算出する変位検出部16とからなっている。
本例の構成によれば、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列をA’,B’,C’,D’A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設し、各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dとなる様電気的に結線しておくことで、検出ヘッド4を変位させた時に、(出力A〜Dに集約されることとなる)検出ヘッド4から得られる各対(ACの組とBDの組)の出力の差分が、差動出力A−C又はB−D(aSinx又はaCosx[aは定数])として表れるかたちとなる。
従ってこの構成を利用すれば、第1例と同様に直線変位の検出を行うことが可能である。
従ってこの構成を利用すれば、第1例と同様に直線変位の検出を行うことが可能である。
この検出ヘッドからの出力に、さらに計算機上で適宜Sinωtの交流波形を乗じて正弦係数の式(α)、余弦係数の式(β)を求め、これらに基づいて位相差変換(P−D変換)方式から位置変位xの値を算出し得る点については、第1例の場合と同様である。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
(第3例)
また、反射型1ピッチヘッドを持つ第3例に付き説明する。図3に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図3に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、略同じ大きさの遮光部7と反射部6が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケール5と、上記スケールの配列方向に沿ってスケール5と相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4の各受光素子3からの出力を演算し、スケール5に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。
また、反射型1ピッチヘッドを持つ第3例に付き説明する。図3に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図3に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、略同じ大きさの遮光部7と反射部6が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケール5と、上記スケールの配列方向に沿ってスケール5と相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4の各受光素子3からの出力を演算し、スケール5に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。
検出ヘッド4は、スケール5の配列方向に沿って、遮光部7又は反射部6の配列間隔1ピッチ全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源2’と、スケール5の配列方向に沿って発光源2’と並んで設けられ、遮光部7又は反射部6の配列間隔1ピッチ内に所定の間隔を置いて配列された、発光源2’から出射されたスケール5からの反射光を受光し得る双対(計4個)の受光素子3からなっている。
上記各例と同様、本例の変位検出装置10は、図3に示すとおり、受光素子3からの各出力(A〜D)又は各対(ACの組とBDの組)の受光素子3の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、この略正弦波の交流波形が乗じられた各対の受光素子の差動出力(α,β)の一方αを略90°移相して余弦波電圧(bSinxCosωt)を得る移相部14と、双対の受光素子より得られる差動出力(OA(A−C),OA(B−D))の一方と他方とからなる余弦波電圧(bSinxCosωt)と正弦波電圧(bCosxSinωt)との和又は差であって位置変位xを位相差として含む正弦波信号bSin(ωt±x)を得る加算又は減算部15と、並びに、この加算又は減算部15からの正弦波信号よりスケール5に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出部16とからなっている。
本例の構成によれば、双対の受光素子の各素子を、スケール5の配列方向に沿って、上記1ピッチの寸法内に交互に等間隔(1/4ピッチ間隔)で配置することで、検出ヘッド4を変位させた時に各対の受光素子AC,BDが受ける、発光源2’から出射されたスケール5からの反射光の受光量の差分が、差動出力A−C又はB−D(aSinx又はaCosx[aは定数])として表れるかたちとなる。
従ってこの構成を利用すれば、上記各例と同様に直線変位の検出を行うことが可能である。
従ってこの構成を利用すれば、上記各例と同様に直線変位の検出を行うことが可能である。
この検出ヘッドからの出力に、さらに計算機上で適宜Sinωtの交流波形を乗じて正弦係数の式(α)、余弦係数の式(β)を求め、これらに基づいて位相差変換(P−D変換)方式から位置変位xの値を算出し得る点については、上記各例の場合と同様である。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
(第4例)
さらに、反射型多ピッチヘッドを持つ第4例に付き説明する。図4に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図4に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、第3例と同様、所定方向に沿って変位可能な、発光源2’と受光素子3とからなる検出ヘッド4と、検出ヘッド4と対向する反射片6’であって、上記変位方向に少なくとも受光素子3の配列間隔1ピッチ以上の全長を備えたものと、並びに、受光素子3からの出力を演算し、反射片6’に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。受光素子3は、発光源2’から出射された反射片6’からの反射光を受光し得る様構成されている。
さらに、反射型多ピッチヘッドを持つ第4例に付き説明する。図4に、本例に係る位置変位センサの概略構成を示す。
図4に示すとおり、本例に係る位置変位センサ1は、第3例と同様、所定方向に沿って変位可能な、発光源2’と受光素子3とからなる検出ヘッド4と、検出ヘッド4と対向する反射片6’であって、上記変位方向に少なくとも受光素子3の配列間隔1ピッチ以上の全長を備えたものと、並びに、受光素子3からの出力を演算し、反射片6’に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。受光素子3は、発光源2’から出射された反射片6’からの反射光を受光し得る様構成されている。
検出ヘッド4は、その変位方向に沿って、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設されている。このとき、上記複数の受光素子は、第3例に示す様な、発光源2’から出射されたスケール5からの反射光を受光し得る双対の受光素子(AC,BD)からなるものと電気的に同等に取り扱い得る様構成されている。
図4に示す例では、各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dとなる様電気的に結線されている。
また検出ヘッド4は、上記変位方向に沿って受光素子列3と並んで設けられ、上記受光素子列の全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源2’を備えている。
図4に示す例では、各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dとなる様電気的に結線されている。
また検出ヘッド4は、上記変位方向に沿って受光素子列3と並んで設けられ、上記受光素子列の全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源2’を備えている。
上記各例と同様、本例の変位検出装置10は、図4に示すとおり、出力A〜Dに集約されることとなる検出ヘッド4からの各出力又は各対(ACの組とBDの組)の差動出力に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、この略正弦波の交流波形が乗じられた各対の差動出力(α,β)の一方αを略90°移相して余弦波電圧(bSinxCosωt)を得る移相部14と、検出ヘッド4より得られる各対の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))の一方と他方とからなる余弦波電圧(bSinxCosωt)と正弦波電圧(bCosxSinωt)との和又は差であって位置変位xを位相差として含む正弦波信号bSin(ωt±x)を得る加算又は減算部15と、並びに、この加算又は減算部15からの正弦波信号より反射片6’に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出部16とからなっている。
本例の構成によれば、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列をA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設し、各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dとなる様電気的に結線しておくことで、検出ヘッド4を変位させた時に、(出力A〜Dに集約されることとなる)検出ヘッド4から得られる各対(ACの組とBDの組)の出力の差分が、差動出力A−C又はB−D(aSinx又はaCosx[aは定数])として表れるかたちとなる。
従ってこの構成を利用すれば、上記各例と同様に直線変位の検出を行うことが可能である。
従ってこの構成を利用すれば、上記各例と同様に直線変位の検出を行うことが可能である。
この検出ヘッドからの出力に、さらに計算機上で適宜Sinωtの交流波形を乗じて正弦係数の式(α)、余弦係数の式(β)を求め、これらに基づいて位相差変換(P−D変換)方式から位置変位xの値を算出し得る点については、上記各例の場合と同様である。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
このように、本例の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に付き説明する。図5に、本発明の第2実施形態に係る位置変位センサの(a)概略構成及び(b)変位検出装置のブロック図を示す。以下に説明する例は、検出ヘッドからの出力を信号処理して位置変位を算出する手法に、従来のインピーダンス素子節減型位置変位センサ(特許文献1、或いは本明細書の背景技術の欄で説明した図12,13及び対応する記載参照)の考え方を応用するものである。
図5に示すとおり、本実施形態に係る位置変位センサ1は、略同じ大きさの遮光部7と反射部6が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケール5と、スケールの配列方向に沿って上記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4からの出力を演算し、スケール5に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。
次に、本発明の第2実施形態に付き説明する。図5に、本発明の第2実施形態に係る位置変位センサの(a)概略構成及び(b)変位検出装置のブロック図を示す。以下に説明する例は、検出ヘッドからの出力を信号処理して位置変位を算出する手法に、従来のインピーダンス素子節減型位置変位センサ(特許文献1、或いは本明細書の背景技術の欄で説明した図12,13及び対応する記載参照)の考え方を応用するものである。
図5に示すとおり、本実施形態に係る位置変位センサ1は、略同じ大きさの遮光部7と反射部6が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケール5と、スケールの配列方向に沿って上記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4からの出力を演算し、スケール5に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。
検出ヘッド4は、スケール5の配列方向に沿って所定の間隔を置いて順に配列された、夫々発光色がR,G,Bと異なる第1、第2及び第3の発光源21〜23であって、各発光源21〜23から出射した光のスケール5における反射位置が、遮光部7又は反射部6の配列間隔1ピッチの略1/4ずつ上記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、検出ヘッド4上に設けられ、各発光源21〜23から出射されたスケール5からの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部20からなっている。
図5に示す例では、受光部20は、複数色の光を受光可能な1個の受光素子から構成されている。
図5に示す例では、受光部20は、複数色の光を受光可能な1個の受光素子から構成されている。
また変位検出装置10は、第1実施形態とは差動出力の取り出し方が相違するが、検出ヘッド4における複数(R,G,B)の受光出力を組み合わせて一対の差動出力を得る差動出力部12と、検出ヘッド4における複数の受光出力又は上記一対の差動出力に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、略正弦波の交流波形が乗じられた上記一対の差動出力(α’,β’)の何れか一方(図5ではβ’)を略90°移相して余弦波電圧を得る移相部14と、上記一対の差動出力(α’,β’)の一方β’と他方α’とからなる余弦波電圧と正弦波電圧の和又は差であって位置変位x’を位相差として含む正弦波信号を得る加算又は減算部15と、並びに、この加算又は減算部15からの正弦波信号より検出ヘッド4の相対位置(x’,x)を算出する変位検出部16とからなっている。
具体的には、本実施形態の変位検出装置10は、図5に示すとおり、受光部20からの各色R,G,B毎の出力A〜C、又は入射した光の内の第1及び第2の発光源21,22からの成分の差動出力OA(B−A)と、第2及び第3の発光源22,23からの成分の差動出力OA(B−C)に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、この略正弦波の交流波形が乗じられた第1及び第2の発光源21,22からの成分の差動出力(α’)と、第2及び第3の発光源22,23からの成分の差動出力(β’)の一方(ここではβ’)を略90°移相して余弦波電圧(bSinx’Cosωt)を得る移相部14と、第1及び第2の発光源21,22からの成分の差動出力OA(B−A)と、第2及び第3の発光源22,23からの成分の差動出力OA(B−C)からなる正弦波電圧(bCosx’Sinωt)と余弦波電圧(bSinx’Cosωt)との和又は差であって位置変位x’を位相差として含む正弦波信号bSin(ωt±x’)[本例では、増幅されている関係で係数は定数bとなる]を得る加算又は減算部15と、並びに、上記した変位検出部16とから構成されている。
本実施形態では、1つのRGB受光素子と、R,G,Bの各色の発光素子を組み合わせて検出ヘッドを構成している。ここで、RGB受光素子は、R,G,Bの各色別の光量を検出するものである。一例によれば、受光素子は、自身が受けた受光量に応じて各色別の電圧信号(R,G,B)を外部に出力する。
このとき、本実施形態では、検出ヘッド4におけるR,G,B複数の受光出力を組み合わせて一対の差動出力を得る構成としている。この、検出ヘッド4におけるR,G,B複数の受光出力は、特許文献1及び本明細書の背景技術の項で説明したインピーダンス素子節減型位置変位センサの変位検出装置におけるA〜Cの出力に相当する。本実施形態では、上記差動出力はOA(B−C)及びOA(B−A)の形でオペアンプからなる差動出力部12より取り出される。
また図5に示すように、本実施形態では、RGB受光素子が捕らえるスケール上のR,G,B各色の反射位置関係が1/4ピッチ間隔となる様に発光源と受光素子を配置している。かかる構成とする場合、検出ヘッドからの出力を信号処理して位置変位を算出する手法に、従来のインピーダンス素子節減型位置変位センサの考え方におけるL1,L2,L3の各素子の配置位置へ、R,G,Bの各色の発光素子を同義的に当てはめることが出来る。
なお、複数色の発光素子及び複数色に対して感度をもつ受光素子を用いて検出ヘッドを構成する例においては、予め各色の発光に対する受光感度を較正しておくことが好ましい。以下の各例でも同様である。
なお、複数色の発光素子及び複数色に対して感度をもつ受光素子を用いて検出ヘッドを構成する例においては、予め各色の発光に対する受光感度を較正しておくことが好ましい。以下の各例でも同様である。
その他、図5において、正弦波重畳部は、先の各実施形態と同様、差動出力部12の前段(11)に備えても、後段(11’)に備えても構わないことを意味している。また、略正弦波の交流波形が乗じられた差動出力α’,β’は、増幅部13で増幅(b/a’)された後、移相部14及び加算又は減算部15に入力される様になっている。
本実施形態の構成によれば、RGB受光素子20が捕らえるスケール5上のR,G,B各色の光の反射位置関係が1/4ピッチ間隔となる様に第1〜第3の発光源21〜23と受光素子20を配置することで、スケール5を変位させた時に受光素子20が受ける第1〜第3の発光源21〜23からの反射光量の差分が、例えばB−A又はB−Cの形で差動出力を取ったときには(a/2)(Cosx−Sinx)又は(a/2)(Cosx+Sinx)[ここで、a/2は定数]として表れるかたちとなる。
このとき、三角関数の公式
を適用することにより、上記各出力に、さらに計算機上で適宜Sinωtの交流波形を乗じて、コサイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流電圧α’と、サイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流信号β’との2種類の異なる出力交流信号((6),(7)式)を得ることが出来る。
α’=a’Cosx’Sinωt
β’=a’Sinx’Sinωt・・・・・・(7)
ただし、a’=((√2)/2)a=定数, x’=x+π/4
以降、得られた2種類の異なる出力交流信号α’,β’、並びに位相差変換(P−D変換)方式の基礎となる式
a’Sinx’Cosωt±a’Cosx’Sinωt=
a’Sin(ωt±x’)・・・・・・(4)’
[ここで、a’は定数。 ただし、図5に示す例では増幅されている関係で係数はbとなる]
を利用して位置変位を位相差として含む正弦波信号(4)’を得、これより位置変位x’、そして最終的な位置変位の値xを検出する流れについては、第1実施形態として数例を挙げて説明した位置変位センサの場合と同様である。
従って、本実施形態の構成によっても、第1実施形態同様、P−D変換を用いて直線変位の検出を行うことが可能となる。
このとき、三角関数の公式
を適用することにより、上記各出力に、さらに計算機上で適宜Sinωtの交流波形を乗じて、コサイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流電圧α’と、サイン相の振幅関数特性を示す出力正弦波交流信号β’との2種類の異なる出力交流信号((6),(7)式)を得ることが出来る。
α’=a’Cosx’Sinωt
β’=a’Sinx’Sinωt・・・・・・(7)
ただし、a’=((√2)/2)a=定数, x’=x+π/4
以降、得られた2種類の異なる出力交流信号α’,β’、並びに位相差変換(P−D変換)方式の基礎となる式
a’Sinx’Cosωt±a’Cosx’Sinωt=
a’Sin(ωt±x’)・・・・・・(4)’
[ここで、a’は定数。 ただし、図5に示す例では増幅されている関係で係数はbとなる]
を利用して位置変位を位相差として含む正弦波信号(4)’を得、これより位置変位x’、そして最終的な位置変位の値xを検出する流れについては、第1実施形態として数例を挙げて説明した位置変位センサの場合と同様である。
従って、本実施形態の構成によっても、第1実施形態同様、P−D変換を用いて直線変位の検出を行うことが可能となる。
[第3実施形態]
又以下では、本発明の第3実施形態に付き説明する。図6に、本発明の第3実施形態に係る位置変位センサの(a)概略構成及び(b)変位検出装置のブロック図を示す。
第2実施形態同様、本実施形態に係る位置変位センサ1は、図6に示すとおり、略同じ大きさの遮光部7と反射部6が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケール5と、スケールの配列方向に沿って上記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4からの出力を演算し、スケール5に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。
又以下では、本発明の第3実施形態に付き説明する。図6に、本発明の第3実施形態に係る位置変位センサの(a)概略構成及び(b)変位検出装置のブロック図を示す。
第2実施形態同様、本実施形態に係る位置変位センサ1は、図6に示すとおり、略同じ大きさの遮光部7と反射部6が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケール5と、スケールの配列方向に沿って上記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッド4と、並びに、検出ヘッド4からの出力を演算し、スケール5に対する検出ヘッド4の相対位置を算出する変位検出装置10とからなるものである。
検出ヘッド4は、検出ヘッド上における受光素子の配置位置が上記遮光部7又は反射部6の配列間隔1ピッチの略1/4前記スケールの配列方向に沿って互いにずれる様構成された第1及び第2のブロック41,42からなっている。この第1及び第2のブロックは夫々、スケール5の配列方向に沿って所定の間隔を置いて配列された、発光色の異なる第1及び第2の発光源p,qであって、各発光源から出射した光のスケール5における反射位置が、遮光部7又は反射部6の配列間隔1ピッチの略1/2上記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、検出ヘッド4上に設けられ、上記第1及び第2の各ブロックにおける第1及び第2の発光源p,qから出射されたスケール5からの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部31,32からなっている。
また変位検出装置10は、第1実施形態の各例と同様、検出ヘッド4における複数の受光出力を組み合わせて一対の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))を得る差動出力部12と、検出ヘッド4における複数の受光出力又は上記一対の差動出力に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、略正弦波の交流波形が乗じられた上記一対の差動出力(α,β)の一方αを略90°移相して余弦波電圧を得る移相部14と、上記一対の差動出力(α,β)の一方αと他方βとからなる余弦波電圧と正弦波電圧の和又は差であって位置変位xを位相差として含む正弦波信号を得る加算又は減算部15と、並びに、この加算又は減算部15からの正弦波信号より検出ヘッド4の相対位置xを算出する変位検出部16とからなっている。
具体的には、本実施形態の変位検出装置10は、図6に示すとおり、第1及び第2のブロック41,42の受光部31,32からの各色p,q毎の出力(A〜D)、又は第1及び第2のブロックの各受光部31,32に入射した光の第1及び第2の発光源からの成分の差動出力(OA(A−C),OA(B−D))に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部11,11’と、この略正弦波の交流波形が乗じられた、第1及び第2のブロックの各受光部31,32より得られる上記各差動出力(α,β)の一方αを略90°移相して余弦波電圧(bSinxCosωt)を得る移相部14と、第1及び第2のブロックの各受光部31,32より得られる各差動出力(OA(A−C),OA(B−D))の一方と他方とからなる余弦波電圧(bSinxCosωt)と正弦波電圧(bCosxSinωt)との和又は差であって位置変位xを位相差として含む正弦波信号bSin(ωt±x)[本例では、増幅されている関係で係数は定数bとなる]を得る加算又は減算部15と、並びに、上記した変位検出部16とから構成されている。
第1実施形態の考え方によれば、出力A〜Dに集約されることとなる4個又は4n(n:整数)個からなる受光素子からA−CとB−Dの2系統の差動出力を求め、上記発光源、検出ヘッド、スケール又は反射片の位置関係の相対変化に応じた検出量aSinx:(A−C)及びaCosx:(B−D)を抽出していた。
本実施形態では、図6のように1つの受光素子と2つの光源(互いに発光色の異なるp、qの光源)とから構成される組を2組(第1及び第2のブロック41,42)用意し、それらを夫々の受光素子31,32が移動方向に上記1/4ピッチずれる様に配置することによって検出ヘッドを形成している。受光素子31,32は、双方とも、複数色(図6に示す例では、少なくとも光源p、qからの発光色)検出可能なものとしている。一方、各組の光源(2p1及び2q1、又は2p2及び2q2)は、スケール5上における互いの反射位置が上記移動方向において丁度1/2ピッチ離間する様に配置されている。
本実施形態では、図6のように1つの受光素子と2つの光源(互いに発光色の異なるp、qの光源)とから構成される組を2組(第1及び第2のブロック41,42)用意し、それらを夫々の受光素子31,32が移動方向に上記1/4ピッチずれる様に配置することによって検出ヘッドを形成している。受光素子31,32は、双方とも、複数色(図6に示す例では、少なくとも光源p、qからの発光色)検出可能なものとしている。一方、各組の光源(2p1及び2q1、又は2p2及び2q2)は、スケール5上における互いの反射位置が上記移動方向において丁度1/2ピッチ離間する様に配置されている。
本実施形態の構成によれば、受光素子31,32を移動方向に1/4ピッチずらして配置することで、スケールを変位させた時に各受光素子31,32が受ける2色光源(2p1及び2q1、又は2p2及び2q2)からの反射光量の差分が、先の第1実施形態の考え方におけるA−C(又はB−D)差動出力の様にaSinx(又はaCosx)として表れるかたちとなる。
従ってこの構成を利用すれば、先の第1実施形態の考え方と同様の検出原理を適用して直線変位の検出を行うことが可能となる。
従ってこの構成を利用すれば、先の第1実施形態の考え方と同様の検出原理を適用して直線変位の検出を行うことが可能となる。
この出力に、さらに計算機上で適宜Sinωtの交流波形を乗じて、正弦係数の式(α)、余弦係数の式(β)
α=aSinx・Sinωt・・・・・・(1)
β=aCosx・Sinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
をそれぞれ求め、それらの結果を特許文献1、或いは本明細書の背景技術の欄で説明した図11及び対応する記載に示すとおり、移相部14及び加算又は減算部15に入力すれば、位相差変換(P−D変換)方式の基礎となる式
aSinx・Cosωt±aCosx・Sinωt=
aSin(ωt±x)・・・・・・(4)
[ここで、aは定数。 ただし、図6,11に示す例では増幅されている関係で係数はbとなる]
を利用して位置変位xを位相差として含む正弦波信号(4)を加算又は減算部15より得ることが出来る。こののち、加算又は減算部15からの出力を変位検出部16に入力することにより、最終的に位置変位xの値を算出することが出来る。
このように、本実施形態の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
α=aSinx・Sinωt・・・・・・(1)
β=aCosx・Sinωt・・・・・・(2)
[ただし、aは任意の定数]
をそれぞれ求め、それらの結果を特許文献1、或いは本明細書の背景技術の欄で説明した図11及び対応する記載に示すとおり、移相部14及び加算又は減算部15に入力すれば、位相差変換(P−D変換)方式の基礎となる式
aSinx・Cosωt±aCosx・Sinωt=
aSin(ωt±x)・・・・・・(4)
[ここで、aは定数。 ただし、図6,11に示す例では増幅されている関係で係数はbとなる]
を利用して位置変位xを位相差として含む正弦波信号(4)を加算又は減算部15より得ることが出来る。こののち、加算又は減算部15からの出力を変位検出部16に入力することにより、最終的に位置変位xの値を算出することが出来る。
このように、本実施形態の構成によっても(P−D変換を用いて)直線変位の検出を行うことが可能となる。
[変形例]
以上、本発明に付き数例を用いて具体的に説明したが、本発明は上記各構成に何ら限定されず、種々の変形が可能である。
以上、本発明に付き数例を用いて具体的に説明したが、本発明は上記各構成に何ら限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記各例では、変位検出装置10中に増幅回路13を備えるものとして説明したが、これを省略しても構わない。
また、上記したとおり図1〜6各図に示す変位検出装置10中における正弦波重畳部の配置位置は、差動出力部12の前段(11)に備えても後段(11’)に備えても構わない。
そのほか、差動出力は上記各例ではOA(A−C)及びOA(B−D)、或いはOA(B−C)及びOA(B−A)の形でオペアンプからなる差動出力部12より取り出されるが、これに限らず単純な結線構成から差動出力を得る構成であっても構わない。
また、上記したとおり図1〜6各図に示す変位検出装置10中における正弦波重畳部の配置位置は、差動出力部12の前段(11)に備えても後段(11’)に備えても構わない。
そのほか、差動出力は上記各例ではOA(A−C)及びOA(B−D)、或いはOA(B−C)及びOA(B−A)の形でオペアンプからなる差動出力部12より取り出されるが、これに限らず単純な結線構成から差動出力を得る構成であっても構わない。
さらに、図1〜4各図(第1例〜第4例)に示す第1実施形態については、変位検出装置10の構成は同図に記載の構成に限られず、第2実施形態の変位検出装置として説明した、3素子の出力から位置変位の検出を行う所謂インピーダンス素子節減型(特許文献1参照)の変位検出装置と同等の構成を採用しても構わない。
この他、特許文献1同様に、直線変位の検出以外にも、回転変位や傾斜角の検出等に本発明原理を応用し得ることは言うまでもない。
この他、特許文献1同様に、直線変位の検出以外にも、回転変位や傾斜角の検出等に本発明原理を応用し得ることは言うまでもない。
このように、本発明は上記実施形態等に記載の構成に限定されるものではなく、当業者であれば、以上に開示された基本的技術思想及び教示に基づき、種々の変形例を想到出来る事は自明である。
以上に説明したとおり、本願発明は、適用対象となる機器等の外部に向けて磁気ノイズを生じさせることなく、かつ、自身も外部からの磁気ノイズの影響を受けることがなく、種々の用途に適用することが出来ると共に、外部環境からの影響に左右されることなく正確に位置変位を検出することが出来る、構造簡潔で有用な位置変位センサを提供する新規かつ有用なるものであることが明らかである。
1 位置変位センサ
2,2’ 発光源
2p1,2q1 第1の発光源(p,q)
2p2,2q2 第2の発光源(p,q)
3 受光素子
4 検出ヘッド
5 スケール
6,6’ 反射部、反射片
7 遮光部
10 変位検出装置
11,11’ 正弦波重畳部
12 差動出力部
13 増幅部
14 移相部
15 加算又は減算部
16 変位検出部
20 受光部
21〜23 第1〜第3の発光源(R,G,B)
31,32 受光部
2,2’ 発光源
2p1,2q1 第1の発光源(p,q)
2p2,2q2 第2の発光源(p,q)
3 受光素子
4 検出ヘッド
5 スケール
6,6’ 反射部、反射片
7 遮光部
10 変位検出装置
11,11’ 正弦波重畳部
12 差動出力部
13 増幅部
14 移相部
15 加算又は減算部
16 変位検出部
20 受光部
21〜23 第1〜第3の発光源(R,G,B)
31,32 受光部
Claims (8)
- 位置変位センサであって、
所定の間隔を置いて配列された第1及び第2の発光源と、
前記発光源の配列方向に沿って前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、前記発光源の配列間隔内に所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記発光源に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とする位置変位センサ。 - 位置変位センサであって、
少なくとも1つの発光源と、
前記発光源の配列方向に沿って前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射する光を受光し得る複数の受光素子からなり、電気的に前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成されたものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記発光源に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とする位置変位センサ。 - 前記検出ヘッドは、前記発光源と相対的に変位可能な検出ヘッドであって、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、前記各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dであるとして、電気的に前記発光源から出射する光を受光し得る双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成されたものからなることを特徴とする請求項2に記載の位置変位センサ。
- 位置変位センサであって、
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、
前記スケールの配列方向に沿って、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチ全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源と、
前記スケールの配列方向に沿って前記発光源と並んで設けられ、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチ内に所定の間隔を置いて配列された、前記発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る双対の受光素子からなるものと、並びに、
前記受光素子からの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とする位置変位センサ。 - 位置変位センサであって、
所定方向に沿って変位可能な検出ヘッドであって、
変位方向に沿って、受光素子A’,B’,C’,D’の組からなる受光素子列がA’,B’,C’,D’,A’,B’,C’,D’・・・の順に所定間隔で複数組列設され、前記各受光素子A’の出力の総和、B’の出力の総和、C’の出力の総和、及びD’の出力の総和がそれぞれ出力A,B,C,Dであるとして、電気的に双対の受光素子からなるものと同等に取り扱い得る様構成された受光列と、
前記変位方向に沿って前記受光列と並んで設けられ、前記受光列の全長にわたって形成された細帯状の一様光源である発光源からなるものと、
前記検出ヘッドと対向する反射片であって、前記変位方向に少なくとも前記受光素子の配列間隔1ピッチ以上の全長を備えたものと、並びに、
前記発光源から出射された前記反射片からの反射光を受光し得る前記受光素子からの出力を演算し、前記反射片に対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とする位置変位センサ。 - 位置変位センサであって、
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、
前記スケールの配列方向に沿って所定の間隔を置いて順に配列された、夫々発光色の異なる第1、第2及び第3の発光源であって、前記各発光源から出射した光の前記スケールにおける反射位置が、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/4ずつ前記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、
前記検出ヘッド上に設けられ、前記各発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部からなるものと、並びに、
前記受光部からの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とする位置変位センサ。 - 位置変位センサであって、
略同じ大きさの遮光部と反射部が所定間隔で交互に列設されて構成されたスケールと、
前記スケールの配列方向に沿って前記スケールと相対的に変位可能な検出ヘッドであって、前記検出ヘッド上における受光素子の配置位置が前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/4前記スケールの配列方向に沿って互いにずれる様構成された第1及び第2のブロックからなり、前記第1及び第2のブロックが夫々、
前記スケールの配列方向に沿って所定の間隔を置いて配列された、発光色の異なる第1及び第2の発光源であって、前記各発光源から出射した光の前記スケールにおける反射位置が、前記遮光部又は反射部の配列間隔1ピッチの略1/2前記スケールの配列方向に沿ってずれる様構成されたものと、
前記検出ヘッド上に設けられ、前記各ブロックにおける第1及び第2の発光源から出射された前記スケールからの反射光を受光し得る、複数色の光を受光可能な、少なくとも1個の受光素子からなる受光部からなるものと、並びに、
前記検出ヘッドからの出力を演算し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出装置と、
からなることを特徴とする位置変位センサ。 - 前記変位検出装置は、
前記検出ヘッドにおける複数の受光出力を組み合わせて一対の差動出力を得る差動出力部と、
前記検出ヘッドにおける複数の受光出力又は前記一対の差動出力に略正弦波の交流波形を乗じて正弦波電圧を得る正弦波重畳部と、
前記略正弦波の交流波形が乗じられた前記一対の差動出力の一方を略90°移相して余弦波電圧を得る移相部と、
前記一対の差動出力の一方と他方とからなる前記余弦波電圧と正弦波電圧の和又は差であって位置変位を位相差として含む正弦波信号を得る加算又は減算部と、並びに、
前記加算又は減算部からの前記正弦波信号より前記検出ヘッドの相対位置を算出する変位検出部と、
からなることを特徴とする請求項1〜7に記載の位置変位センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005371387A JP2007171066A (ja) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | 位置変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005371387A JP2007171066A (ja) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | 位置変位センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007171066A true JP2007171066A (ja) | 2007-07-05 |
Family
ID=38297812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005371387A Pending JP2007171066A (ja) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | 位置変位センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007171066A (ja) |
-
2005
- 2005-12-26 JP JP2005371387A patent/JP2007171066A/ja active Pending
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