JP2699953B2 - 微少位置変化検出装置 - Google Patents
微少位置変化検出装置Info
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- JP2699953B2 JP2699953B2 JP26417995A JP26417995A JP2699953B2 JP 2699953 B2 JP2699953 B2 JP 2699953B2 JP 26417995 A JP26417995 A JP 26417995A JP 26417995 A JP26417995 A JP 26417995A JP 2699953 B2 JP2699953 B2 JP 2699953B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は計測技術分野に属
し、特に何らなの支持機構によって外殻ケースに対する
微少位置、微少傾き変化を検出するに有用な微少位置変
化検出装置に関するものである。
し、特に何らなの支持機構によって外殻ケースに対する
微少位置、微少傾き変化を検出するに有用な微少位置変
化検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、機械的接触部分を持たないがため
に電気的結線が不可能な可動物体の変位検出器は、例え
ば一組の発光ダイオードとフォトトランジスタを使用
し、発光ダイオードを一定電流で駆動し、可動物体とと
もに移動する遮蔽体によってフォトトランジスタに入力
する光量を変化させ、直流的に信号を処理し、位置の検
出をするものであったが、温度による発光ダイオードの
発光特性、フォトトランジスタの温度ドリフトの影響に
より、温度環境の一定でない所で微少位置変化及び傾き
を分解能よく正確に検出するのが難しい欠点があった。
に電気的結線が不可能な可動物体の変位検出器は、例え
ば一組の発光ダイオードとフォトトランジスタを使用
し、発光ダイオードを一定電流で駆動し、可動物体とと
もに移動する遮蔽体によってフォトトランジスタに入力
する光量を変化させ、直流的に信号を処理し、位置の検
出をするものであったが、温度による発光ダイオードの
発光特性、フォトトランジスタの温度ドリフトの影響に
より、温度環境の一定でない所で微少位置変化及び傾き
を分解能よく正確に検出するのが難しい欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
に鑑み、温度による発光ダイオードの発光特性、フォト
トランジスタの温度ドリフトが強く影響を受ける温度環
境の一定でない所で、微少位置変化及び傾きを分解能よ
く正確に検出することが望まれる。
に鑑み、温度による発光ダイオードの発光特性、フォト
トランジスタの温度ドリフトが強く影響を受ける温度環
境の一定でない所で、微少位置変化及び傾きを分解能よ
く正確に検出することが望まれる。
【０００４】本発明の目的は、特性の揃った３組の発光
ダイオードとフォトトランジスタを使用し、光量の差分
を検出することにより温度変化の影響を打ち消し、また
光を変調し位相弁別増幅回路を使用することにより、フ
ォトトランジスタスおよび増幅部オペアンプの温度ドリ
フトの影響を少なくすることにより良質の位置および傾
き情報を電圧の形で出力できるよう構成された微少位置
変化検出装置を提供することにある。
ダイオードとフォトトランジスタを使用し、光量の差分
を検出することにより温度変化の影響を打ち消し、また
光を変調し位相弁別増幅回路を使用することにより、フ
ォトトランジスタスおよび増幅部オペアンプの温度ドリ
フトの影響を少なくすることにより良質の位置および傾
き情報を電圧の形で出力できるよう構成された微少位置
変化検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、内部に機械的支持なしに空隙を置いてに
支持された可動物体を有する外殻ケースの内面一側に所
定間隔で設置された２個の発光素子と、前記内面一側と
対向する前記外殻ケースの内面他側に所定間隔で設置さ
れた２個の受光素子と、前記１組の発光、受光素子と直
角の位置に前記発光、受光素子と同様に設置された１組
の発光、受光素子と、前記可動物体で前記発光素子から
の光が少なくとも一部遮蔽されて得られる前記２個の受
光素子の出力の差を出力する減算器と、この減算器の出
力を整流する整流器と、この整流器の出力と前記減算器
の出力を加算および漉波する加算器およびフィルタより
なる変位出力部と、前記互いに直角の位置に設置された
２個の受光素子の出力の差を入力し、可動物体の外殻ケ
ースに対する傾きを出力する傾き検出部とを備えること
を特徴とする。
決するために、内部に機械的支持なしに空隙を置いてに
支持された可動物体を有する外殻ケースの内面一側に所
定間隔で設置された２個の発光素子と、前記内面一側と
対向する前記外殻ケースの内面他側に所定間隔で設置さ
れた２個の受光素子と、前記１組の発光、受光素子と直
角の位置に前記発光、受光素子と同様に設置された１組
の発光、受光素子と、前記可動物体で前記発光素子から
の光が少なくとも一部遮蔽されて得られる前記２個の受
光素子の出力の差を出力する減算器と、この減算器の出
力を整流する整流器と、この整流器の出力と前記減算器
の出力を加算および漉波する加算器およびフィルタより
なる変位出力部と、前記互いに直角の位置に設置された
２個の受光素子の出力の差を入力し、可動物体の外殻ケ
ースに対する傾きを出力する傾き検出部とを備えること
を特徴とする。
【０００６】また、発光素子、受光素子から成る光検出
器としては、反射型のものであってもよい。
器としては、反射型のものであってもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に本発明について一実施形態に
基づいて説明する。図１は、一実施形態である光学式検
出部の斜視および断面構造を示す図である。
基づいて説明する。図１は、一実施形態である光学式検
出部の斜視および断面構造を示す図である。
【０００８】図１において、１、２は、外殻ケース９の
内面一側に所定間隔で設置された２個の発光ダイオード
であり、４、５は、発光ダイオード１、２と対向して外
殻ケースの内面他側に所定間隔で設置された２個のフォ
トトランジスタである。６、７は、前記１組の発光ダイ
オード１、フォトトランジスタ４と同一面で直角の位置
に同様に設置された１組の発光ダイオード、フォトトラ
ンジスタである。１組の発光ダイオード、フォトトラン
ジスタによって遮光型の光検出器を形成している。３
は、被計測物である可動物体（不図示）の一部で可動物
体のＸ方向の微少変位によってフォトトランジスへの入
射光を差動的に変化させる遮蔽体で、その両端面が各発
光ダイオード１、２の光路幅の中央に位置するような長
さにして軸８に取付けられている。８は可動物体を保持
する軸で、その両端は外殻ケース９の内部に図示してな
い磁気ベアリング等によって機械的支持なし（非接触）
に空隙を置いて支持されている。したがって、外殻ケー
ス内部での可動物体の変位によって軸８が空隙内を横に
ずれて僅かに傾くことがある。
内面一側に所定間隔で設置された２個の発光ダイオード
であり、４、５は、発光ダイオード１、２と対向して外
殻ケースの内面他側に所定間隔で設置された２個のフォ
トトランジスタである。６、７は、前記１組の発光ダイ
オード１、フォトトランジスタ４と同一面で直角の位置
に同様に設置された１組の発光ダイオード、フォトトラ
ンジスタである。１組の発光ダイオード、フォトトラン
ジスタによって遮光型の光検出器を形成している。３
は、被計測物である可動物体（不図示）の一部で可動物
体のＸ方向の微少変位によってフォトトランジスへの入
射光を差動的に変化させる遮蔽体で、その両端面が各発
光ダイオード１、２の光路幅の中央に位置するような長
さにして軸８に取付けられている。８は可動物体を保持
する軸で、その両端は外殻ケース９の内部に図示してな
い磁気ベアリング等によって機械的支持なし（非接触）
に空隙を置いて支持されている。したがって、外殻ケー
ス内部での可動物体の変位によって軸８が空隙内を横に
ずれて僅かに傾くことがある。
【０００９】図２は本発明の実施形態である微少位置、
微少傾き変化の検出回路構成を示すブロック図である。
微少傾き変化の検出回路構成を示すブロック図である。
【００１０】同図において、１、２、６は電流増幅器１
５に並列に接続された前述の発光ダイオードであり、
４、５、７は各発光ダイオードからの出射光を受光する
前述のフォトトランジスタである。１４は一定周期の矩
形波信号発生回路で、各発光ダイオードの発光電源とな
る。１５は電源のための電流増幅回路、１６、１７、１
８は各フォトトランジスタの受光量に応じた出力電流の
電流増幅器、１９はフォトトランジスタ４、５の受光出
力の差を求める減算器である。
５に並列に接続された前述の発光ダイオードであり、
４、５、７は各発光ダイオードからの出射光を受光する
前述のフォトトランジスタである。１４は一定周期の矩
形波信号発生回路で、各発光ダイオードの発光電源とな
る。１５は電源のための電流増幅回路、１６、１７、１
８は各フォトトランジスタの受光量に応じた出力電流の
電流増幅器、１９はフォトトランジスタ４、５の受光出
力の差を求める減算器である。
【００１１】２０は減算器に接続の整流回路、２１は減
算器１９、整流回路２０の両出力の加算及びフィルタ回
路からなる変位出力部である。上記の電流増幅器１６，
１７、減算回路１９、整流回路２０、及び加算、ローパ
スフィルター２１によって位相弁別回路が構成される。
２２はフォトトランジスタ４、７の受光出力による傾き
検出部である。また、整流回路２０、傾き検出部２２に
は信号発生回路１４からの信号が供給される。
算器１９、整流回路２０の両出力の加算及びフィルタ回
路からなる変位出力部である。上記の電流増幅器１６，
１７、減算回路１９、整流回路２０、及び加算、ローパ
スフィルター２１によって位相弁別回路が構成される。
２２はフォトトランジスタ４、７の受光出力による傾き
検出部である。また、整流回路２０、傾き検出部２２に
は信号発生回路１４からの信号が供給される。
【００１２】次に、実施形態の動作について、図１、図
２を参照して説明する。
２を参照して説明する。
【００１３】いま、可動物体が図１に示すＸ軸方向に微
少変位を起したとすると、遮蔽体３によって発光ダイオ
ード１からの出射光がフォトダイオード４に入射する光
量および発光ダイオード２からの出射光がフォトダイオ
ード５に入射する光量が、変位量に応じて差動的に変化
する。発光ダイオードの発光は図２の信号発生回路８の
矩形波によって変調されている。フォトトランジスタ
４、５の出力を電流増幅器１６、１７によって増幅した
後、減算回路１９によって差分出力を得る。減算回路１
９の出力と、減算回路１９の出力を信号発生回路１４の
矩形波によって整流した整流回路２０の出力とが加算お
よびローパスフィルタ回路２１によって加算およびフィ
ルタリングされ、変位に比例した電圧出力を得る。
少変位を起したとすると、遮蔽体３によって発光ダイオ
ード１からの出射光がフォトダイオード４に入射する光
量および発光ダイオード２からの出射光がフォトダイオ
ード５に入射する光量が、変位量に応じて差動的に変化
する。発光ダイオードの発光は図２の信号発生回路８の
矩形波によって変調されている。フォトトランジスタ
４、５の出力を電流増幅器１６、１７によって増幅した
後、減算回路１９によって差分出力を得る。減算回路１
９の出力と、減算回路１９の出力を信号発生回路１４の
矩形波によって整流した整流回路２０の出力とが加算お
よびローパスフィルタ回路２１によって加算およびフィ
ルタリングされ、変位に比例した電圧出力を得る。
【００１４】さらに可動物体が外殻ケース９に対して傾
いた場合、図１の発光ダイオード１からの出射光がフォ
トダイオード４に入射する光量、または発光ダイオード
６からの出射光がフォトダイオード７に入射する光量が
増加しその大きさは傾き量に応じて変化する。この２つ
のフォトダイオード４、７の出力差を利用して傾き検出
部２２によって傾きを検出する。検出できる傾きは、各
発光ダイオード、フォトトランジスタの配置方向に傾い
た場合に顕著である。
いた場合、図１の発光ダイオード１からの出射光がフォ
トダイオード４に入射する光量、または発光ダイオード
６からの出射光がフォトダイオード７に入射する光量が
増加しその大きさは傾き量に応じて変化する。この２つ
のフォトダイオード４、７の出力差を利用して傾き検出
部２２によって傾きを検出する。検出できる傾きは、各
発光ダイオード、フォトトランジスタの配置方向に傾い
た場合に顕著である。
【００１５】温度変化による発光ダイオードの発光特
性、フォトトランジスタの受光特性を特性の揃った３組
の発光ダイオードとフォトトランジスタを使用し、光量
の差分を検出することにより温度変化の影響を打ち消
し、また光を変調し位相弁別回路を使用することによ
り、フォトトランジスタ、および増幅部オペアンプの温
度ドリフトの影響を少なくすることにより良好な位置お
よび傾き情報を電圧の形で出力できるよう構成されたも
のである。
性、フォトトランジスタの受光特性を特性の揃った３組
の発光ダイオードとフォトトランジスタを使用し、光量
の差分を検出することにより温度変化の影響を打ち消
し、また光を変調し位相弁別回路を使用することによ
り、フォトトランジスタ、および増幅部オペアンプの温
度ドリフトの影響を少なくすることにより良好な位置お
よび傾き情報を電圧の形で出力できるよう構成されたも
のである。
【００１６】以上の説明は発光ダイオード、フォトトラ
ンジスタから成る遮光型光検出器を用いた場合である
が、光検出器としては遮光型に限らず反射型のものを用
いてもても良いことは云うまでもない。
ンジスタから成る遮光型光検出器を用いた場合である
が、光検出器としては遮光型に限らず反射型のものを用
いてもても良いことは云うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、３組の発光ダイオードとフォ
トトランジスタを用い、２つのフォトトランジスタの受
光量の差分を検出することにより、また光を変調し位相
弁別増幅回路を用いることによって、周囲温度の変化に
影響されずに被計測物の変位、傾きを分解能よく検出す
ることができる。
トトランジスタを用い、２つのフォトトランジスタの受
光量の差分を検出することにより、また光を変調し位相
弁別増幅回路を用いることによって、周囲温度の変化に
影響されずに被計測物の変位、傾きを分解能よく検出す
ることができる。
【図１】本発明の一実施形態である光学式検出部の斜視
および断面構造を示す図
および断面構造を示す図
【図２】本発明の実施形態である微少位置、微少傾き変
化の検出回路構成を示すブロック図
化の検出回路構成を示すブロック図
１、２、６ 発光ダイオード ３ 遮蔽体 ４、５、７ フォトダイオード ８ 軸 ９ 外殻ケース １４ 信号発生回路 １５、１６、１７、１８ 電流増幅器 １９ 減算回路 ２０ 整流回路 ２１ 加算及びローパスフィルタ回路（変位出力
部） ２２ 傾き検出部
部） ２２ 傾き検出部
Claims (2)
- 【請求項１】 内部に機械的支持なしに空隙を置いてに
支持された可動物体を有する外殻ケースの内面一側に所
定間隔で設置された２個の発光素子と、前記内面一側と
対向する前記外殻ケースの内面他側に所定間隔で設置さ
れた２個の受光素子と、前記１組の発光、受光素子と直
角の位置に前記発光、受光素子と同様に設置された１組
の発光、受光素子と、前記可動物体で前記発光素子から
の光が少なくとも一部遮蔽されて得られる前記２個の受
光素子の出力の差を出力する減算器と、この減算器の出
力を整流する整流器と、この整流器の出力と前記減算器
の出力を加算および漉波する加算器およびフィルタより
なる変位出力部と、前記互いに直角の位置に設置された
２個の受光素子の出力の差を入力し、可動物体の外殻ケ
ースに対する傾きを出力する傾き検出部とを備えて成る
ことを特徴とする非接触可動物体の微少位置変化検出装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の発光素子、受光素子から
成る遮光型光検出器に代えて反射型光検出器を備えるこ
とを特徴とする請求項１記載の微少位置変化検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26417995A JP2699953B2 (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 微少位置変化検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26417995A JP2699953B2 (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 微少位置変化検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105606A JPH09105606A (ja) | 1997-04-22 |
| JP2699953B2 true JP2699953B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=17399569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26417995A Expired - Lifetime JP2699953B2 (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 微少位置変化検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2699953B2 (ja) |
-
1995
- 1995-10-12 JP JP26417995A patent/JP2699953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09105606A (ja) | 1997-04-22 |
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