JP2010054430A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投光側反射手段の回転位置を検出する構成を、より小型に、且つ簡易なものとすることができ、装置全体の小型化、軽量化を効果的に図りうる位置検出装置を提供する。
【解決手段】位置検出手段１は、回転可能なビームスプリッタ５０により、光源２からの検出光Ｌ１の少なくとも一部を空間に向けて投射すると共に、検出物体からの反射光を、凹面鏡２０及びフォトダイオード２５を用いて検出している。さらに、フォトダイオード２５とは異なる位置に受光センサ１０が設けられており、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置となったときには、ビームスプリッタ５０に入射した検出光の少なくとも一部が導光手段によって導かれ、受光センサ１０に受光される。そして、この受光センサ１０による検出結果に基づいて、ビームスプリッタ５０の回転位置が検出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出装置に関するものである。

従来より、空間に存在する検出物体までの距離や方位を検出する技術として例えば特許文献１のようなレンジセンサが提供されている。この特許文献１の装置では、投光ミラー及び受光ミラーを一体的に回転させる構成とし、光源からの光を回転軸に沿って投光ミラーに入射させると共に、投光ミラーで反射した光を空間に向けて投射している。そして、空間に存在する被投射体（検出物体）からの光を受光ミラーで反射させて受光器に導入し、受光器での受光結果に基づいて被投射体までの距離や方位を検出するようにしている。
特開平２００５−５５２２６公報

しかしながら、特許文献１で提供される技術の場合、受光ミラーの回転位置の検出をレゾルバやロータリエンコーダなどによって行おうとしており、装置構成の大型化を招きやすいという問題がある。特に、特許文献１のように、受光ミラーのカバー等と一体化された回転軸を中空構造モータで駆動するといった比較的大掛かりな構成の場合、レゾルバやロータリエンコーダなども大型化する傾向にあり、装置全体の小型化、軽量化を阻害するという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、投光側反射手段の回転位置を検出する構成を、より小型に、且つ簡易なものとすることができ、装置全体の小型化、軽量化を効果的に図りうる位置検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、指向性を有する検出光を発する光源と、前記光源からの前記検出光の少なくとも一部を空間に向けて反射する反射面を備えた投光側反射手段と、前記投光側反射手段を所定の中心軸を中心として回転させる回転機構と、前記回転機構を駆動する駆動手段と、前記空間に位置する検出物体からの反射光を受光する第１の受光手段と、前記投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光が前記検出物体に照射されたときに、当該検出物体からの前記反射光を前記第１の受光手段に向けて反射する受光側反射手段と、前記投光側反射手段から発せられる前記検出光を受光する第２の受光手段と、前記投光側反射手段が所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光、又は前記反射面を透過した前記検出光を、前記第２の受光手段に導く導光手段と、前記第２の受光手段による検出結果に基づき、前記投光側反射手段の回転位置を検出する回転位置検出手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記受光側反射手段は、凹面鏡からなることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置において、前記導光手段は、前記投光側反射手段が前記所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段から発せられる前記検出光の経路上に位置し、且つ当該導光手段に入射する前記検出光を前記第２の受光手段に導く導光部材を有してなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の位置検出装置において、前記導光部材が、光ファイバからなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３に記載の位置検出装置において、前記導光部材が、屈折率の異なる複数の複数材料を組み合わせてなる光導波路からなることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置検出装置において、前記投光側反射手段は、当該投光側反射手段に入射する前記検出光の一部を前記反射面にて反射する第１の反射部と、前記反射面を透過する前記検出光を前記反射面とは異なる方向に反射する第２の反射部と、を有するビームスプリッタからなり、前記導光手段は、前記第２の反射部を有してなることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の位置検出装置において、前記ビームスプリッタが前記所定の回転位置となったときに前記第２の反射部にて反射した前記検出光が前記第２の受光手段で受光され、前記ビームスプリッタが前記所定の回転位置とは異なる第２の回転位置となったときに前記第１の反射部にて反射した前記検出光が前記第２の受光手段で受光されることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置検出装置において、前記受光側反射手段は、前記投光側反射手段と連結され、当該投光側反射手段と共に前記中心軸を中心として回転する構成をなし、前記モータは、前記中心軸と異なる位置で回転する駆動軸を有し、前記受光側反射手段と前記投光側反射手段とが一体化してなる投受光ユニットに対し、前記駆動軸の駆動力を伝達する伝達機構が設けられていることを特徴とする。

請求項９の発明は、指向性を有する検出光を発する光源と、
前記光源からの前記検出光の少なくとも一部を空間に向けて反射する反射面を備えた投光側反射手段と、前記投光側反射手段を所定の中心軸を中心として回転させる回転機構と、前記回転機構を駆動する駆動手段と、前記空間に位置する検出物体からの反射光を受光する第１の受光手段と、前記投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光が前記検出物体に照射されたときに、当該検出物体からの前記反射光を前記第１の受光手段に向けて反射する受光側反射手段と、前記投光側反射手段が所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光、又は前記反射面を透過した前記検出光を、前記第１の受光手段に導く導光手段と、前記第１の受光手段による検出結果に基づき、前記投光側反射手段の回転位置を検出する回転位置検出手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明は、投光側反射手段から発せられる検出光を受光する第２の受光手段と、投光側反射手段が所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段の反射面にて反射された検出光、又は反射面を透過した検出光を、第２の受光手段に導く導光手段とが設けられているため、投光側反射手段が所定の回転位置となる毎に第２の受光手段にて検出光が良好に受光されるようになり、回転位置検出の基準となる基準位置を複雑な構成を用いることなく簡易に検出できるようになる。そして、このような第２の受光手段での受光結果（即ち、基準位置検出結果）に基づいて投光側反射手段の回転位置検出がなされるため、投光側反射手段の回転位置を検出するための構成がより小型かつ簡易なものとなり、ひいては装置全体の小型化、軽量化を効果的に図ることができる。

請求項２の発明は、受光側反射手段が凹面鏡によって構成されているため、部品点数を多くすることなく、且つ複雑な構成とすることなく、検出物体からの反射光を広い範囲で取り込みつつ反射させ、第１の受光手段側に集光することができる。

請求項３の発明は、投光側反射手段が所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段から発せられる検出光の経路上に位置するように導光部材が構成されている。このようにすると、投光側反射手段が所定の回転位置となったときに当該投光側反射手段から発せられる検出光が導光部材に取り込まれて安定的に第２の受光手段側に案内されるため、第２の受光手段は、投光側反射手段からの検出光を外乱光の影響を抑えつつ受光できるようになる。

請求項４の発明のように、導光部材を光ファイバによって構成すると、簡易な構成で検出光を良好に導くことができる。

請求項５の発明のように、導光部材を屈折率の異なる複数の複数材料を組み合わせてなる光導波路によって構成すると、簡易な構成で検出光を良好に導くことができる。

請求項６の発明は、第１の反射部を透過した検出光を、第１の反射部による反射方向とは異なる方向に反射する第２の反射部を有しており、当該第２の反射部にて反射した検出光を回転位置検出に用いている。このようにすると、第１の反射部にて反射した検出光を検出物体の検出に利用しつつ、当該検出光（第１の反射部にて反射した検出光）とは異なる向きに発せられる検出光（第２の反射部にて反射した検出光）を回転位置検出に利用できる。即ち、投光側反射手段にて２方向に分岐する検出光を利用して検出物体の検出及び回転位置の検出をいずれも良好に行うことができる。

請求項７の発明は、ビームスプリッタが所定の回転位置となったときに第２の反射部にて反射した検出光が第２の受光手段で受光され、ビームスプリッタが所定の回転位置とは異なる第２の回転位置となったときに第１の反射部にて反射した検出光が第２の受光手段で受光されるようになっている。このようにすると、第２の反射部にて反射した検出光のみならず、第１の反射部にて反射した検出光（検出物体の検出に用いる検出光）をも利用して回転位置検出を行うことができ、装置構成を大型化、複雑化することなく検出精度を高めることができる。

請求項６項８の発明は、受光側反射手段と投光側反射手段とが連結され、これらが一体化してなる投受光ユニットが中心軸を中心として回転する構成をなしている。このようにすると、投光側反射手段の向きと受光側反射手段の向きを合わせることができる。更に、受光側反射手段と投光側反射手段とが一体化してなる投受光ユニットに対し、モータの駆動軸の駆動力を伝達する伝達機構が設けられているため、投受光ユニットの一部がモータの駆動軸となる構成と比較してモータや駆動軸の小型化を図りやすくなる。

請求項９の発明によれば、回転位置検出の基準となる基準位置を複雑な構成を用いることなく簡易に検出できるようになる。特に、第１の受光手段が空間の物体を検出する機能と、基準位置を検出する機能とを兼ねるため、投光側反射手段の回転位置を検出するための構成がより一層小型かつ簡易なものとなり、ひいては装置全体の小型化、軽量化をより効果的に図ることができる。

[第１実施形態]
以下、本発明の位置検出装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の要部を概略的に示す概略図である。図２は、図１の位置検出装置の伝達機構を説明する説明図である。図３は、図１の位置検出装置において、検出光がビームスプリッタで分岐する様子を説明する説明図であり、図４は、図３の状態からビームスプリッタが１８０°回転した状態を説明する説明図である。

図１に示すように、本実施形態に係る位置検出装置１は、検出光Ｌ１を発する光源２と、光源２からの検出光Ｌ１の一部を空間に向けて反射する反射面５１ａ（図３）を備えたビームスプリッタ５０とを備えている。光源２は、レーザダイオード３とこのレーザダイオード３からのレーザ光を集光する集光レンズ４によって構成されており、検出光Ｌ１として指向性を有するレーザ光を出射する構成をなしている。また、位置検出装置１では、光源２とビームスプリッタ５０とが対向して配置されており、光源２から出射された検出光Ｌ１は、後述する中心軸Ｘ１の方向を入射方向としてビームスプリッタ５０に入射するようになっている。

ビームスプリッタ５０は、図１、図３に示すように、光源２から出射された検出光Ｌ１を、中心軸Ｘ１と直交する向きの２つの光（検出光Ｌ２，Ｌ３）に分岐する構成をなしている。具体的には、図３に示すように、中心軸Ｘ１に対して傾斜した反射面５１ａを有する第１の反射部５１と、中心軸Ｘ１に対して傾斜した反射面５２ａを有する第２の反射部５２とを有しており、光源２側から入射する検出光Ｌ１の一部が第１の反射部５１の反射面５１ａにて反射し、中心軸Ｘ１と直交する向きの検出光Ｌ２として投射されるようになっている。

また、第１の反射部５１を透過した光の少なくとも一部が第２の反射部５２の反射面５２ａにて反射し、中心軸Ｘ１と直交する向きであって且つ検出光Ｌ２とは異なる向きの検出光Ｌ３として投射されるようになっている。なお、図３のビームスプリッタ３は、反射面５１ａと反射面５２ａとが直交する位置関係にあり、検出光Ｌ２と検出光Ｌ３とが逆向きに投射されるようになっている。
本実施形態では、ビームスプリッタ５０が「投光側反射手段」の一例に相当する。

また、位置検出装置１には、回転機構５が設けられている。回転機構５は、ビームスプリッタ５０が固定されるプーリ１４と、このプーリ１４に連結された軸部材１６と、軸部材１６を回転可能に支持する一対の軸受１１、１２とによって構成されており、ビームスプリッタ５０を、中心軸Ｘ１を中心として回転させるように機能している。この構成では、軸部材１６の回転軸が中心軸Ｘ１に相当し、検出光Ｌ１の光軸が中心軸Ｘ１の延長線上にあるため、軸部材１６に連結されたプーリ１４及びこのプーリ１４に固定されたビームスプリッタ５０が検出光Ｌ１の光軸を中心として回転する構成となっている。

ビームスプリッタ５０に設けられた第１の反射部５１は、反射面５１ａと中心軸Ｘ１とのなす角度が４５度となっており（即ち、反射面５１ａと、当該反射面５１ａに入射する検出光Ｌ１の光軸とのなす角度が４５度となっており）、ビームスプリッタ５０が中心軸Ｘ１を中心として回転したときに、いずれの回転位置においても、反射面５１ａと検出光Ｌ１の光軸とのなす角度が常に４５度となるように設定されている。従って、反射面５１ａからの検出光Ｌ２の光軸の向きは、常に、ビームスプリッタ５０に入射する検出光Ｌ１の光軸と直交する方向となり、中心軸Ｘ１を鉛直方向と一致させたときには、検出光Ｌ２が水平方向に走査されることとなる。

一方、ビームスプリッタ５０が設けられた上方側とは反対の下方側には、凹面鏡２０と、フォトダイオード２５とが互いに対向して設けられている。凹面鏡２０は、保持部材１８を介して軸部材１６に固定されており、軸部材１６及びこれに連結されたビームスプリッタ５０と共に中心軸Ｘ１を中心として一体的に回転する構成をなしている。また、凹面鏡２０は、側方の空間からの光（具体的には、ビームスプリッタ５０の反射面５１ａにて反射された検出光Ｌ２が向かう側の空間からの光）をフォトダイオード２５に向けて反射する構成をなしており、検出光Ｌ２が空間に位置する検出物体に照射されたときに、当該検出物体からの反射光をフォトダイオード２５に向けて反射するように機能する。なお、凹面鏡２０の反射面は、例えば放物線を軸中心に回転して得られる放物面とされ、フォトダイオード２５の受光面が当該放物面による焦点となるように設置されているため、反射光がフォトダイオード２５の受光面に効率よく集光されるようになっている。

フォトダイオード２５は、検出光Ｌ２が検出物体にて反射した反射光を検出し電気信号に変換する構成をなしている。本実施形態では検出物体からの反射光のうち所定領域のものが凹面鏡２０にて反射する構成となっており、フォトダイオード２５は、この凹面鏡２０にて反射した光を受光するように構成されている。
なお、フォトダイオード２５は、「第１の受光手段」の一例に相当する。また、凹面鏡２０は、「受光側反射手段」の一例に相当する。

また、図１の位置検出装置１には、回転機構５を駆動するモータ３０が設けられている。モータ３０は、例えばＤＣモータなどによって構成されており、図示しない公知のモータ制御回路によって制御されて駆動軸３１を回転駆動する構成をなしている。なお、モータ３０の駆動軸３１は、中心軸Ｘ１から離れた位置において当該中心軸Ｘ１と平行な回転軸を中心として回転する構成をなしている。

図１、図２に示すように、モータ３０の駆動軸３１には、プーリ３２が固定されており、プーリ３２の駆動力がベルト３４によってプーリ１４に伝達され、このプーリ１４、ビームスプリッタ５０、軸部材１６、保持部材１８、凹面鏡２０からなる投受光ユニットが一体的に回転するようになっている。なお、位置検出装置１では、プーリ３２、プーリ１４、ベルト３４によって伝達機構７が構成されており、モータ３０の駆動軸３１の駆動力を上記投受光ユニットに伝達するように機能している。

更に、本実施形態に係る位置検出装置１には、「第２の受光手段」に相当する受光センサ１０（受光センサ１０は、例えばフォトダイオードなどによって構成される）と、検出光を受光センサ１０に導く「導光手段」とが設けられている。具体的には、ビームスプリッタ５０に形成された第２の反射部５２と、ビームスプリッタ５０からの光を所定位置に導く光ファイバ８とによって「導光手段」が構成されており、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置（図１、図３に示す回転位置）となったときに検出光Ｌ３を受光センサ１０に導くように機能している。

図３に示すように、第２の反射部５２は、第１の反射部５１の反射面５１ａを透過した光を反射面５２ａにて反射させるように機能している。また、第２の反射部５２の反射面５２ａと中心軸Ｘ１とのなす角度は４５度となっており（即ち、反射面５２ａと反射面５１ａを透過する検出光Ｌ１の光軸とのなす角度が４５度となっており）、ビームスプリッタ５０が中心軸Ｘ１を中心として回転したときに、いずれの回転位置においても、反射面５２ａと検出光Ｌ１の光軸とのなす角度が常に４５度となるように設定されている。従って、反射面５２ａからの検出光Ｌ３の向きは、常に、ビームスプリッタ５０に入射する検出光Ｌ１の光軸と直交する方向となり、中心軸Ｘ１を鉛直方向と一致させたときには、検出光Ｌ３が水平方向に移動することとなる。

図３に示すように、光ファイバ８の光導入部８ａは、検出光Ｌ３が移動する仮想平面（即ち、中心軸Ｘ１と直交する仮想的な平面）上に位置しており、ビームスプリッタ５０が図１、図３に示すような所定の回転位置となったときに、反射面５１ａを透過し且つ反射面５２ａにて反射した検出光Ｌ３が光導入部８ａに入射するようになっている。光導入部８ａに入射する検出光Ｌ３は、光ファイバー８によって受光センサ１０に導かれ、当該受光センサ１０によって受光される。

また、図４に示すように、ビームスプリッタ５０が上記所定の回転位置（図１、図３）から中心軸Ｘ１を中心として１８０度回転した第２の回転位置となったときには、第１の反射部５１の反射面５１ａにて反射した検出光Ｌ２の経路上に光ファイバ８の光導入部８ａが位置するようになっており、このとき検出光Ｌ２が光ファイバ８によって受光センサ１０に導かれ、当該受光センサ１０によって受光されるようになっている。即ち、ビームスプリッタ５０は、検出光Ｌ２と検出光Ｌ３とが互いに逆向きに投射されるようになっているため、１８０度回転する毎に受光センサ１０によって検出光が検出されるようになっている。

また、図１に示すように、位置検出装置１には、制御基板２７が設けられている。この制御基板２７には、位置検出装置１の全体的制御を司る図示しない制御回路（ＣＰＵを備えたマイクロコンピュータなどによって構成される回路）、メモリ（図示略）、レーザダイオード３を駆動する駆動回路（図示略）、モータ３０を駆動する駆動回路（図示略）などが搭載されている。制御基板２７に設けられた制御回路は、レーザダイオード３の駆動回路に対して駆動信号を出力したり、フォトダイオード２５、受光センサ１０からの受光信号を取得したり、或いは各種演算処理を行うように機能している。

次に、位置検出装置１の作用について説明する。図１に示す位置検出装置１では、上記制御回路及び駆動回路によってレーザダイオード３が駆動され、検出光Ｌ１が出射されると、当該検出光Ｌ１がビームスプリッタ５０に入射すると共に、その入射する検出光Ｌ１の一部が第１の反射部５１（図１）にて反射し、検出光Ｌ２として空間に向けて投射される。

第１の反射部５１（図３）にて反射した検出光Ｌ２は空間に位置する検出物体にて反射し、この反射光の一部が凹面鏡２０に入射する。凹面鏡２０は、この反射光をフォトダイオード２５側へ反射し、フォトダイオード２５は、凹面鏡２０からの反射光を受光したときに受光量に応じた電気信号を出力する。この構成では、例えば、レーザダイオード３の駆動を開始してからフォトダイオード２５によって検出物体からの反射光が検出されるまでの時間を測定することにより検出物体までの距離を求めることができる。また、そのときの、ビームスプリッタ５０の回転位置を検出することで方位をも求めることができる。

ビームスプリッタ５０の回転位置の検出は、受光センサ１０での検出結果に基づき、以下のようにして行われる。
本実施形態に係る位置検出装置１では、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置（図１、図３）になったときに検出光Ｌ３が光ファイバ８に入射し、受光センサ１０によって受光されるようになっており、このような受光がなされる回転位置（受光センサ１０が検出光Ｌ３を受光する回転位置）を基準位置として回転位置の検出が行われる。

検出光Ｌ３が受光センサ１０に受光される回転位置を基準位置として回転位置の検出を行う構成は様々に考えられるが、例えば、検出光Ｌ３が受光センサ１０に受光される毎に、一回転パルスを発生する構成とし、この一回転パルスをＰＬＬなどによって分周することにより各回転位置に対応するパルスを発生させるようにし、このパルスに基づいて上記制御回路によって演算処理を行い、回転位置を算出するようにしてもよい。なお、このような回転位置検出方法は、第１の反射部５１からの検出光Ｌ２が光ファイバ８に入射しない構成でも好適に行われる。

また、図３、図４のように、受光センサ１０により、第２の反射部５２からの検出光Ｌ３のみならず、第１の反射光５１からの検出光Ｌ２をも受光する構成とした場合、これら検出光Ｌ２，Ｌ３に基づいて回転位置の検出を行うようにしてもよい。例えば、検出光Ｌ２，Ｌ３が受光センサ１０に受光される毎に、半回転パルスを発生させる構成とし、この半回転パルスをＰＬＬなどによって分周することにより各回転位置に対応するパルスを発生させるようにし、このパルスに基づいて上記制御回路によって演算処理を行い、回転位置を算出するようにしてもよい。

いずれにしても、本実施形態では制御基板２７（より詳しくは制御基板２７に搭載される上記制御回路）が「回転位置検出手段」の一例に相当し、投光側反射手段の回転位置を検出するように機能する。

本実施形態の構成によれば、例えば以下のような効果を奏する。
本実施形態に係る位置検出装置１は、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置となったときに、当該ビームスプリッタ５０の反射面５１ａを透過した検出光を、受光センサ１０に導く第２の反射部５２及び光ファイバ８が設けられているため、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置となる毎に受光センサ１０にて検出光Ｌ３が良好に受光されるようになり、回転位置検出の基準となる基準位置を複雑な構成を用いることなく簡易に検出できるようになる。そして、このような受光センサ１０での受光結果（即ち、基準位置検出結果）に基づいてビームスプリッタ５０の回転位置検出がなされるため、ビームスプリッタ５０の回転位置を検出するための構成がより小型かつ簡易なものとなり、ひいては装置全体の小型化、軽量化を効果的に図ることができる。

また、受光側反射手段が凹面鏡２０によって構成されているため、部品点数を多くすることなく、且つ複雑な構成とすることなく、検出物体からの反射光を広い範囲で取り込みつつ反射させ、フォトダイオード２５側に集光することができる。

また、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置となったときに、当該ビームスプリッタ５０から発せられる検出光の経路上に位置するように光ファイバ８（導光部材）が構成されている。このようにすると、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置となったときに当該ビームスプリッタ５０から発せられる検出光が光ファイバ８に取り込まれて受光センサ１０側に案内されるため、受光センサ１０は、ビームスプリッタ５０からの検出光を外乱光の影響を抑えつつ受光できるようになる。

また、第１の反射部５１を透過した検出光を、第１の反射部５１による反射方向とは異なる方向に反射する第２の反射部５２を有しており、当該第２の反射部５２にて反射した検出光を回転位置検出に用いている。このようにすると、第１の反射部５１にて反射した検出光を検出物体の検出に利用しつつ、当該検出光（第１の反射部５１にて反射した検出光）とは異なる向きに発せられる検出光（第２の反射部５２にて反射した検出光）を回転位置検出に利用できる。即ち、投光側反射手段にて２方向に分岐する検出光を利用して検出物体の検出及び回転位置の検出をいずれも良好に行うことができる。

また、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置となったときに第２の反射部５２にて反射した検出光Ｌ３が受光センサ１０で受光され、ビームスプリッタ５０が所定の回転位置とは異なる第２の回転位置となったときに第１の反射部５１にて反射した検出光Ｌ２が受光センサ１０で受光されるようになっている。このようにすると、第２の反射部５２にて反射した検出光Ｌ３のみならず、第１の反射部５１にて反射した検出光Ｌ２（検出物体の検出に用いる検出光）をも利用して回転位置検出を行うことができ、装置構成を大型化、複雑化することなく検出精度を高めることができる。

また、凹面鏡１０とビームスプリッタ５０とが連結され、これらが一体化してなる投受光ユニットが中心軸Ｘ１を中心として回転する構成をなしている。このようにすると、ビームスプリッタ５０の向きと凹面鏡１０の向きを合わせることができる。更に、この投受光ユニットに対し、モータ３０の駆動軸３１の駆動力を伝達する伝達機構７が設けられているため、投受光ユニットの一部がモータ３０の駆動軸３１となる構成と比較してモータ３０や駆動軸３１の小型化を図りやすくなる。

［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る位置検出装置２００の要部を概略的に例示する概略図である。なお、第２実施形態に係る位置検出装置２００は、モータ３０の駆動軸３１にロータリエンコーダが取り付けられている点が第１実施形態と異なっており、それ以外は第１実施形態と同様である。

図５に示すように、位置検出装置２００は、モータ３０の駆動軸３１に円板２０１が取り付けられており、円板２０１が駆動軸３１と一体的に回転する構成をなしている。円板２０１は、公知のロータリエンコーダで用いられるスリット円板であり、外周に沿って所定間隔毎（例えば４°毎）にスリットが形成されている。また、この円板２０１の付近には、スリットを検出するための図示しない投光素子及び受光素子が設けられており、これら円板２０１、投光素子、受光素子によってロータリエンコーダが構成されている。

本実施形態では、第１実施形態で説明した基準位置の検出（即ち、ビームスプリッタ５０から発せられる検出光の検出）と、ロータリエンコーダによる回転位置の検出とを併用しており、受光センサ１０による検出光の受光結果に基づいてビームスプリッタ５０の回転基準位置を検出し、その回転基準位置に対してビームスプリッタ５０がどの程度回転したかを上記ロータリエンコーダによって検出するようにしている。例えば、回転基準位置検出後のスリット検出数をカウントすることで回転位置を把握できる。

なお、図５の構成では、円板２０１に形成されたスリットの検出結果に基づき、基準位置に対してどの程度回転したかを把握しているが、スリット間隔よりも小さい角度で位置検出したい場合にはスリット位置検出タイミングを複数分割した各タイミング（例えば１６分割した各タイミング）を検出することにより必要な分解能を得ることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る位置検出装置３００の要部を概略的に例示する概略図である。第３実施形態の位置検出装置３００は、構成的には、ビームスプリッタ５０をミラー６０に変更した点のみが第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同様である。よって同様の部分については第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態の位置検出装置３００では、投光側反射手段としてミラー６０が設けられている。このミラー６０は、反射面６０ａと中心軸Ｘ１とのなす角度が４５度となっており（即ち、反射面６０ａと検出光Ｌ１の光軸とのなす角度が４５度となっており）、入射する検出光Ｌ１がミラー６０にて直角に反射するようになっており、ミラー６０がどのような回転位置にあっても、当該ミラー６０で反射した検出光Ｌ４の向きが、中心軸Ｘ１に対して直交する向きとなっている。即ち、ミラー６０で反射する検出光Ｌ４が中心軸Ｘ１と直交する仮想平面に沿って移動するようになっている。

このように構成される位置検出装置３００では、ミラー６０が所定の回転位置（図６の状態からミラー６０が１８０°回転した位置）となったときに、当該ミラー６０の反射面６０ａにて反射した検出光Ｌ４が光ファイバ８に入射し、このとき、検出光Ｌ４は光ファイバ８によって受光センサ１０側に案内され、光ファイバ８によって受光されるようになっている。本実施形態では、光ファイバ８が「導光部材」「導光手段」の一例に相当する。

この構成では、ミラー６０が一回転する毎に検出光Ｌ４が受光センサ１０で受光される。従って、その受光時に一回転パルスを発生させるように構成すると共に、この一回転パルスをＰＬＬなどによって分周することにより各回転位置に対応するパルスを発生させるようにし、このパルスに基づいて上記制御回路によって演算処理を行い、ミラー６０の回転位置を算出することができる。また、受光センサ１０による検出光Ｌ４の検出（即ち、基準位置の検出）と、第２実施形態のようなロータリエンコーダによる検出とを併用してもよい。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。図７は、第４実施形態に係る位置検出装置４００の要部を概略的に例示する概略図である。第４実施形態の位置検出装置４００は、構成的には、受光センサ１０を省略した点、ファイバ８の光導出部がフォトダイオード２５付近となるようにファイバ８を延ばした点のみが第３実施形態と異なり、それ以外は第３実施形態と同様である。よって同様の部分については第３実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態の位置検出装置４００も、指向性を有する検出光を発する光源２と、光源２からの検出光の少なくとも一部を空間に向けて反射する反射面６０ａを備えたミラー６０（投光側反射手段）と、ミラー６０を所定の中心軸Ｘ１を中心として回転させる回転機構５と、回転機構５を駆動するモータ３０（駆動手段）と、空間に位置する検出物体からの反射光を受光するフォトダイオード２５（第１の受光手段）と、ミラー６０の反射面６０ａにて反射された検出光が検出物体に照射されたときに、当該検出物体からの反射光をフォトダイオード２５に向けて反射する凹面鏡２０（受光側反射手段）とを備えている。

更に本実施形態では、ミラー６０が所定の回転位置となったときに、当該ミラー６０の反射面６０ａにて反射された検出光をフォトダイオード２５に導くファイバ４０８を備えている。このファイバ４０８は、「導光手段」の一例に相当するものであり、ミラー６０が所定の回転位置となったときに、当該ミラー６０にて反射される検出光の経路上に先端部（導光部）が位置し、且つ当該ファイバ４０８に入射する検出光をフォトダイオード２５に導く構成をなしている。

制御基板２７（回転検出手段）による回転検出の方法は、基準位置に基づいて回転検出を行う点については上記実施形態と同様であり、第１実施形態等では受光センサ１０が検出光Ｌ３を受光する回転位置を基準位置としていたのに対し、第４実施形態では、フォトダイオード２５がファイバ４０８から導出される検出光を受光する回転位置を基準位置としている点のみが上記実施形態と異なっている。制御基板２７では、このようなフォトダイオード２５による検出結果（即ち、ファイバ４０８から導出される検出光の受光結果）に基づき、上記実施形態と同様の演算によりミラー６０の回転位置を検出している。

本実施形態の構成によれば、回転位置検出の基準となる基準位置を複雑な構成を用いることなく簡易に検出できるようになる。特に、第１の受光手段が空間の物体を検出する機能と、基準位置を検出する機能とを兼ねるため、投光側反射手段の回転位置を検出するための構成がより一層小型かつ簡易なものとなり、ひいては装置全体の小型化、軽量化をより効果的に図ることができる。

［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、レーザ光を出射するレーザダイオードを有する光源を例示したが、指向性を有するものであれば別の構成であってもよく、例えば、ＬＥＤと集光レンズなどによって光源を構成してもよい。

上記実施形態では導光部材として光ファイバ８を例示したが、投光側反射手段が所定の回転位置となったときに当該投光側反射手段からの検出光を取り込み、かつ第２の受光手段側に案内しうる構成であれば別の例でもよい。例えば、屈折率の異なる２つの材料で構成した導波路を導光部材として用いてもよい。

図１は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の要部を概略的に示す概略図である。 図２は、伝達機構を説明する説明図である。 図３は、検出光がビームスプリッタで分岐する様子を説明する説明図である。 図４は、図３の状態からビームスプリッタが１８０°回転した状態を説明する説明図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る位置検出装置の要部を概略的に示す概略図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る位置検出装置の要部を概略的に示す概略図である。 図７は、本発明の第４実施形態に係る位置検出装置の要部を概略的に示す概略図である。

符号の説明

１，２００，３００，４００…位置検出装置
２…光源
５…回転機構
７…伝達機構
８…ファイバ（導光部材、導光手段）
１０…受光センサ（第２の受光手段）
２０…凹面鏡（受光側反射手段）
２５…フォトダイオード（第１の受光手段）
２７…制御基板（回転位置検出手段）
３０…モータ（駆動手段）
３１…駆動軸
５０…ビームスプリッタ（投光側反射手段）
５１…第１の反射部
５１ａ…反射面
５２…第２の反射部（導光手段）
６０…ミラー（投光側反射手段）
４０８…ファイバ（導光手段）
Ｘ１…中心軸

Claims (9)

1. 指向性を有する検出光を発する光源と、
   前記光源からの前記検出光の少なくとも一部を空間に向けて反射する反射面を備えた投光側反射手段と、
   前記投光側反射手段を所定の中心軸を中心として回転させる回転機構と、
   前記回転機構を駆動する駆動手段と、
   前記空間に位置する検出物体からの反射光を受光する第１の受光手段と、
   前記投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光が前記検出物体に照射されたときに、当該検出物体からの前記反射光を前記第１の受光手段に向けて反射する受光側反射手段と、
   前記投光側反射手段から発せられる前記検出光を受光する第２の受光手段と、
   前記投光側反射手段が所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光、又は前記反射面を透過した前記検出光を、前記第２の受光手段に導く導光手段と、
   前記第２の受光手段による検出結果に基づき、前記投光側反射手段の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   を備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記受光側反射手段は、凹面鏡からなることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記導光手段は、前記投光側反射手段が前記所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段から発せられる前記検出光の経路上に位置し、且つ当該導光手段に入射する前記検出光を前記第２の受光手段に導く導光部材を有してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記導光部材は、光ファイバからなることを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
5. 前記導光部材は、屈折率の異なる複数の複数材料を組み合わせてなる光導波路からなることを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
6. 前記投光側反射手段は、当該投光側反射手段に入射する前記検出光の一部を前記反射面にて反射する第１の反射部と、前記反射面を透過する前記検出光を前記反射面とは異なる方向に反射する第２の反射部と、を有するビームスプリッタからなり、
   前記導光手段は、前記第２の反射部を有してなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
7. 前記ビームスプリッタが前記所定の回転位置となったときに前記第２の反射部にて反射した前記検出光が前記第２の受光手段で受光され、
   前記ビームスプリッタが前記所定の回転位置とは異なる第２の回転位置となったときに前記第１の反射部にて反射した前記検出光が前記第２の受光手段で受光されることを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記受光側反射手段は、前記投光側反射手段と連結され、当該投光側反射手段と共に前記中心軸を中心として回転する構成をなし、
   前記モータは、前記中心軸と異なる位置で回転する駆動軸を有し、
   前記受光側反射手段と前記投光側反射手段とが一体化してなる投受光ユニットに対し、前記駆動軸の駆動力を伝達する伝達機構が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
9. 指向性を有する検出光を発する光源と、
   前記光源からの前記検出光の少なくとも一部を空間に向けて反射する反射面を備えた投光側反射手段と、
   前記投光側反射手段を所定の中心軸を中心として回転させる回転機構と、
   前記回転機構を駆動する駆動手段と、
   前記空間に位置する検出物体からの反射光を受光する第１の受光手段と、
   前記投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光が前記検出物体に照射されたときに、当該検出物体からの前記反射光を前記第１の受光手段に向けて反射する受光側反射手段と、
   前記投光側反射手段が所定の回転位置となったときに、当該投光側反射手段の前記反射面にて反射された前記検出光、又は前記反射面を透過した前記検出光を、前記第１の受光手段に導く導光手段と、
   前記第１の受光手段による検出結果に基づき、前記投光側反射手段の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   を備えたことを特徴とする位置検出装置。

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