JP3433235B2

JP3433235B2 - 光変位センサ

Info

Publication number: JP3433235B2
Application number: JP50903194A
Authority: JP
Inventors: チン，フィリップ，ケイ．; リンク，ポール，マイケル
Original assignee: チン、フィリップ、ケイ
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: EP0663066B1; CA2106533A1; WO1994008208A3; EP0663066A1; JPH08501879A; AU5080993A; WO1994008208A2; DE69330133D1; AU675082B2; CA2106533C; ATE200574T1; DE69330133T2; EP1033558A1; US5376785A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、触感操作を行うロボットエンドイフェクタ
（製品の仕上げをするロボット）と共に利用される変位
センサ、とりわけ光変位変換器に関するものである。

現代の科学技術において、接触による物体の形状測定
能力を持つロボットの利用は非常に重要である。この目
的のため、各種の変位変換器が利用されてきた。例え
ば、変位を測定する種々の機具を使用する電気的変換
器、柔軟な固体を使用して電流を修正する力変換器、ま
た物体から偏向した光の量を計測する事により、その物
体の位置を測定する光変位センサ等である。本発明は、
最後の例の変換器、触覚、すなわち接触による情報を利
用した光変位センサに関わるものである。

光センサは情報伝達に光を利用するため、電気的変換
器に比べ、高感度、デザインの多様性、電磁気干渉への
高免疫性等、多くの利点を提供する。光変位センサに
は、ファイバオプティクスを利用して物体から反射した
光を送信、受容するものもある。光ファイバセンサで
は、発光のために発光ダイオードが使用され、光は光ト
ランジスタに反射される。

光変位変換器は、時に機械生産された部品の品質管理
に使用される。これらの変換器は、時として、オカルテ
ーション（隠蔽）、またはシャドーメソッドを使用し、
「現」像との比較のための像をカメラに創出する。この
原理に基いたマイクロスイッチは、組み立てラインにお
いて、物体の通過を探知し、生産された製品の数を記録
するためにしばしば使用される。触覚センサは、三軸方
向、六軸性の変位等、あらかじめ規定された方向に動く
センサの列に配置された一対のエミッタ／ディテクタハ
ンドを使用する。既知の光触覚センサの中には直角に交
わる光ファイバケーブルを利用しているものもある。格
子上のパターンが形成され、光ケーブルの格子接合部の
表面は光ファイバケーブルの側面から光を放射するよ
う、研磨される。

光センサがその一部として使用されるロボットセンサ
は、内部及び外部ステートセンサに類別される事に注目
する事も大切である。内部ステートセンサはロボットの
接合部の位置を探知する。この種のセンサにはロボット
のモータの電位差計、エンコーダ等が含まれる。

外部ステータスセンサは、直接、ロボットの環境と相
互に作用しあう。外部センサには接触型と、非接触型が
ある。接触センサは物体との物理的な接触を測定するセ
ンサである。これらのセンサは、力、トルク、圧力、ま
たはそのどれかを探知する。非接触センサは、映像、光
線、音によって物体を感知する。

本発明は、光の利用により表面輪郭の変位を探知する
接触力センサと共に使用されるタイプの変換器に関する
ものである。

発明の概要本発明の目的は、したがって、ロボット触覚アプリケ
ーションのための光学的変位変換器を提供する事にあ
る。

また、IRLED（赤外線発光ダイオード）／光トランジ
スタを使用した高精度、高感度のセンサを提供する事も
本発明の目的である。

さらに、生産が安価で、動作範囲の広範な光変位セン
サを提供する事も、本発明の目的である。

さらに、耐久性に富み、信頼性の高い光変位変換器を
提供する事も、本発明の目的である。

本発明の光学的変位変換器は、その全ての実施例にお
いて、発光体、受光体、そしてそれらの間を移動可能
の、光源から光センサへの光の流れを断続的に阻止する
遮光体から成る光学部品で構成されている。遮光体は、
外的に加えられた力に応じて直線運動、回転運動、また
はそのどちらかに適応する非透過性の長方形、または螺
旋形に形成され得る。遮光体にはウィンドウがあり、そ
のウィンドウと光の流れが一列に並んだ際に光がウィン
ドウから入射し得る。ウィンドウは、長方形、正方形、
三角形等の形を取り得る。あるいは、遮光部の長側面に
沿って複数のこのようなウィンドウが配置され得る。遮
光体は、ある実施例においては固体シャドーロッドを用
い、ある実施例においては長方形、三角形、または正方
形のウィンドウが使用され得る。遮光体は、少量の光不
透過性の液体の形態でもあり得る。さらに他の実施例で
は、螺旋状のウィンドウを持つ螺旋状回転ディスクが遮
光体となり得る。発光パイプは、内部に室を持つ直方体
の固体の形態をとり得、内室に設置された光源から発し
た光の拡散を促進するよう、研磨された表面に囲まれて
いる。代替実施例としては、発光ハウジングは中央に空
洞のあるドーナツ型の形態をとり得、片端が光透過性の
曲面を持つ円柱形、またはプリズム形のハウジングとな
り得る。

受光体は、単一の太陽電池、または光センサを収容す
る室を持つ複数の受光ボディでもあり得る。受光体は、
単数でも複数でもよく、発光ハウジングの周囲、互いに
並列で発光ハウジングに対して平行、あるいはハウジン
グに直線平行の関係に設置され得る。遮光体は、圧縮ば
ね、水平面垂直面に沿って伝達される光量を徐々に修正
する三角形の立体、または受光体、発光体、あるいはそ
のいずれかの周囲に円周状に設置されたスリーブの形態
をとり得る。

より特定された望ましい実施例では、本発明品は中央
に室のある細長い空洞のハウジングで構成されるフォト
変位変換器の利用のために提供される。非半透明の表面
を持つ仕切が、滑走性のプランジャが中を滑走しうるよ
う中央の空間を分割している。プランジャは、実質上ハ
ウジングの中央軸と同軸関係に伸張し、最伸張ポジショ
ンと、内側にむかって数段階の圧縮されたポジション、
あるいは部分的に圧縮されたポジションの間を、ハウジ
ング反対端に向かって動く。

ハウジングの一端は、外端プレートによって遮断さ
れ、そこからプランジャが外部に通過するのを可能にす
る。発光体と受光体は、中央室の第一部分内の、プラン
ジャの両側に設置される。

発光体は、発光パイプ内に一方の面をプランジャに向
けて配置された赤外線発光ダイオードで構成される。少
なくともプランジャに面している表面の一部は、光が発
光ダイオードから半透明面を通って発光パイプの外部に
伝達されるよう、半透明に製作される。受光体は、一面
がプランジャの反対側に面した受光パイプ内に挿入され
た光トランジスタで構成される。その表面は、発光パイ
プの表面同様、光を受光パイプと光トランジスタに通過
させる半透明面を有する。

プランジャは遮光体、すなわちシャドーロッドの役目
を果たし、その一端に隣接したウィンドウ空間を有し得
る。シャドーロッドがハウジング内で動く際、部分的ま
たは完全に発光体と受光体の半透明面を遮断する。ウィ
ンドウを通過し光トランジスタに到達する光量に基づ
き、プランジャの接触面の変位置が計算され得る。

本発明の代替実施案では、既知のばね定数を有する圧
縮装置が中央室の第二部分に配置される。圧縮装置とし
ては、エラストマブロック、つる巻ばね、板ばね、気圧
によって作動するピストン等が有り得る。圧縮装置はプ
ランジャを絶えずハウジングの外側に押し出し、測定す
る面に接触している際はプランジャが圧縮装置を圧縮す
る。

図の概略説明これより図に論及するが、図中では各部分が数字によ
って示されている。図１はロボットアームの先端に付設
された光変位センサの透視図である。

図２は、本発明に従った装置の光学部分の分解組み立
て図である。

図３は、本発明に従った装置の一実施例の、プランジ
ャを最伸張ポジションにした際の概略図である。

図４は、図３の装置のプランジャを圧縮ポジションに
した際の概略図である。

図５は、本発明に従った装置の別の実施例の、プラン
ジャを最伸張ポジションにした際の概略図である。

図６は、本発明に従った太陽電池を使用した際のシャ
ドーセンサの設計図を、概略的に図解した略図である。

図７は、本発明に従った光変位センサのさらに別の実
施例の概略図で、回転シャドーセンサを図解している図８は、本発明に従った装置のさらに別の実施例、回
転リイングシャドーセンサの発光／伝達部分を図解した
概略図である。

図９は、さらに別の実施例の変位センサの光学部分の
概略図で、二重光センサを図解している。

図10は、図９で示された光学部分の実施例の概略図
で、シャドーロッドが違った方向に動いている。

図11は、発光パイプが可動式の変位センサの光学部分
の概略図である。

図12は、図11と類似した実施例であるが、受光パイプ
の動きを示している。

図13は、図11および12と類似した実施例であるが、発
光パイプと受光パイプの動きを示している。

図14は、本発明に従った光変位センサのさらに別の実
施例で、シャドーロッドの異なった形態のウィンドウを
利用している。

図15は、本発明に従った装置のさらに別の実施例で、
半透明面の形態が修正されている。

図16は、図15と類似しているが、半透明面のゼロ空間
の設備を図解している。

図17は、図16と類似しているが、半透明面は斜線上の
ゼロ空間の設備を通じて修正されている。

図18は、光の流れを遮断するためにばね装置を利用し
た、本発明に従った光学部分のさらに別の実施例を図解
しており、ばねは圧縮ポジションをとっている。

図19は、ばねが伸張ポジションをとった場合の図18の
実施例の図解である。

図20は、本発明に従った設計のさらに別の実施例を図
解しており、プリズム形の光パイプが利用されている。

図21、22、23は、シャドーロッドが発光パイプまたは
受光パイプ内を動く円筒センサの利用を図解したもので
ある。

図24は、光学部分の実施例を図解しており、特に長く
拡張した変位に適している。

図25は、本発明のさらに別の実施例を図解しており、
色つき液体がシャドーセンサとして使用されている。

図26は、本発明に従った設計のさらに別の実施例を図
解しており、単一の光源を有する複数の光センサが利用
されている。

図27は、本発明の設計のさらに別の実施例を図解して
おり、単一の入力から複数の出力を産する事ができる。

図28、29、30は、円筒センサを利用した、本発明のさ
らに別の実施例を図解している。

図31は、シャドーロッドに小型のウィンドウを利用し
た代替実施例を図解している。

図32は、「ウォーム」シャドーセンサが利用された、
本発明に従った装置の光学部分のさらに別の実施例を図
解している。

図33は、二重光センサを利用した、本発明に従った装
置の光学部分のさらに別の実施例を図解している。

図34、35、36は、シャドーロッドとシャドーロッドの
ウィンドウ、もしくはその一方の、異なる実施例を図解
している。

図37、38は、延長光パイプを利用した二つの実施例を
図解している。

図39は、光源と光センサを有する光パイプの単一構造
の概略的な透視図である。

図40は、光源と光センサを有する、拡張した半透明面
を持つ光パイプの単一構造の概略的な透視図である。

図41は、異なる形態の光路の創造のための、反対方向
シャドーセンサを図解した透視図である。

図42は、受光パイプと発光パイプの半透明面を変更す
る事により、修正されたシグナルカーブ出力を形成する
方法を図解した透視図である。

図43は、光の流れをその後期の段階で光センサの方向
に方向転換する方法を図解した透視図である。

図44は、光の流れをその後期の段階で光センサの方向
に方向転換する事により、光の流れに影響を与える方法
を図解した透視図である。

望ましい実施例の詳細な説明さて、図の詳細に注目すると、本発明の第一実施例の
装置は図解の数字10番で示されている。センサには、そ
の作動部分を囲うようなサイズと形状に形成されたハウ
ジングカバーが設置されている。ハウジング12は、軽量
で堅牢な、例えばアルミニウムのような素材で作られた
細長い立体で、その内部に内室（中央室）14を持ってい
る。

内室14は、固定された内壁グライドブロック（仕切
り）20によって、第一部分16と第二部分18に分割され
る。グライドブロック20の中央開口22から張り出してい
るのは、内端プレート26を供する内端と外端プレート28
を持つ外端を有するプランジャ24である。

末端プレート26はハウジング12の内壁と摩擦を生じ、
内室部分18内に付設された圧縮装置、即ち、弾性手段30
に接触するような形状とサイズに形成されている。圧縮
装置はゴムその他の適切な素材で、圧縮性、弾力性に富
み、多数の圧縮にも耐久性のあるつる巻ばね、板ばね、
気圧ピストンその他のような形態をとる。

プレート26の反対側の面は、プランジャ24が最も伸張
した位置のさい、グライドブロック20に接触する。

内室の部分16には、赤外線発光ダイオード（IRLED）3
4が付設され、発（IRLED）光パイプ36、より詳しく言え
ばダイオード（発光源）34を収容する目的で作られた第
１の内室38内に受容される。

IRLED光パイプ36は、図２に描かれたように直方体、
または他の適切な形態をとり得る。発光パイプ35（発光
ハウジングともいう。）は、発光ダイオード34から受光
赤外線光トランジスタ40に、光が伝達されるよう例えば
クリアアクリル等の透光性の素材で製作される。光トラ
ンジスタ（光センサ）40は、プランジャ24の反対側の、
光パイプ42内に形成された第２の内室44に、それ自身の
受光パイプ42に装填される。受光パイプ（受光本体）42
は、光パイプ36と同様、クリアアクリルのような透明な
素材で製作され、ダイオード34から発射した光が光トラ
ンジスタ40へ伝達されるのを可能にする。

光パイプ36および42は、光の方向を変更し、拡散する
よう、さらに光を集中させ、方向を変更させるようデザ
インされている。この目的は、光パイプ36の一表面46
を、半透明の表面48を創出するよう装備する事で達成さ
れる。第１の半透明面48は、表面46をざらざらにし、表
面が滑らかでなくする事によって達成し得る。

半透明面48はダイオード34によって発射した光を、光
パイプ36の表面48からより広く拡散させる。表面46の他
の部分50は光を望む方向に伝えるよう非半透明に形成さ
れる。

光パイプ42の一表面52も同様に半透明部分54と非半透
明部分56に分割される。

光がダイオード34から半透明面48を通過し第２の半透
明面54へ、そして受光トランジスタ40へ透過するよう、
ウィンドウ開口部60がプランジャ24に設置される。

プランジャ［シャドーロッド（遮光手段）］24が、矢
印62で示された軸方向に動く際、光は部分的、あるいは
完全にプランジャ24によって遮断され、第一の例の光パ
イプ42の表面54に伝達される。表面54に伝達される光量
は、プランジャ24、言い替えるとシャドーロッドの位置
によって変わる。したがって、その位置により、「シャ
ドーロッド」24はダイオード34から光トランジスタ40に
伝達された光を遮断、または部分的に阻止する。IRLED
ダイオード34はカソード64とアノード66を有する。光ト
ランジスタ40は赤外線光トランジスタコレクタコネクシ
ョン68と、赤外線発光トランジスタエミッタコネクショ
ン70を有する。

シャドーロッド24の位置が、フォトトランジスタ40に
受容される光量を決定するため、光電流（すなわち基部
電流Ｘ）の量もプランジャ24の位置によってコントロー
ルされる。この光電流は、さらに入力トランジスタ（す
なわち出力トランジスタの基部電流）のコネクタ68電流
をコントロールする。出力トランジスタの基部電流がま
た、出力トランジスタのコレクタ電流をコントロールす
る。出力電圧を測定するため、コレクタ電流は負荷抵抗
を通過する。その結果、シャドーロッド24の位置が電気
回路の出力電圧を決定する。

このような半透明の表面を形成する適例の一つとし
て、面48および54が光拡散性の表面を形成するための化
学処理が挙げられる。好結果を得られるであろうもう一
例は、内部が光拡散性の光パイプを創出するよう、光パ
イプの製作過程において化成混合物に化学薬品を加える
事である。

図３に描かれたプランジャの位置（最も伸張した位
置）においては、偏向はゼロである。センサは最大量の
光を伝達し、最大出力電圧を生じる。プランジャが図４
に描かれた位置（最も圧縮された位置）の際は、最小量
の光を伝達し、最小量の出力電圧を生ずる。

最伸張と最圧縮の偏向は、それぞれ０インチおよび0.
8インチであると想定される。ある実施例においては、
この偏向は最大偏向となり、それ以上では装置10が損傷
され得る。

さらに装置10は、プランジャ24を収容する中央孔を有
する外端プレート、すなわちグライドブロック72から構
成される。グライドブロック72および20は、外的な光源
からの光を遮断しながらもプランジャ24が自由に動ける
よう、テフロンコーティングで被覆され得る。

カバープレート（描写なし）がハウジングボディ12に
開けられた孔76から、ボディ12にねじで装着される。

光トランジスタ40からおよびダイオード34からのワイ
ヤコネクションはボディ12に開けられた対応する通孔78
を通じて外部に出られる。使用中、装置10は電圧調整
器、数個の抵抗器、電位差計、出力トランジスタ、ワイ
ヤコネクタ、および「ブレッド」ボード（描写なし）に
接続される。電圧調整器は電源からのシグナルを平滑化
するために使用される。抵抗器、および電位差計は、ダ
イオードおよび光トランジスタへの電圧を調整するため
に使用され、出力トランジスタは各部間の回路コネクシ
ョンを単純化するよう意図されている。「ブレッド」ボ
ードは回路を完成するために使用される。

運転にあたって、変位センサ10の位置は、ロボットア
ーム82の手首80には付設され得る。プランジャ24の末端
28には、プレート86におかれた測量される物体と直接の
接触面を提供するよう、先端の尖ったポインタが付設さ
れてもよい。この実施例では、装置10はロボットアーム
および物体の接触力を測定するのにも使用される。

もし要望があれば、プレート86は測定の結果に影響し
うるプレート86の変位を防止するため、高摩擦ブロック
88の上に配置してもよい。

矢印90で描かれたロボットアームの動作は、測定され
る物体の全表面をカバーするよう、多数で緩やかであ
る。センサの総合的な速度は一般に、装置10の構造で使
用される電気回路の速度、センサの周囲との接触の際の
物理的力、そしてプランジャ24と接触する周囲との摩擦
量によって決定される。

ある試験済みの実施例では、フォトダーリントン回路
が利用された。もしこれが遅すぎると判明した場合、速
度を改善するよう、回路は、光ダイオード回路、または
ブラスダイオード回路、あるいはエッジ発射LED回路に
代替されうると考えられる。

プランジャ24の設計も、プローブの質量と摩擦係数を
減少させるよう修正され得る。

試験中、同変位に対する圧縮と伸張の読み取り間の装
置10における最大誤差は、約0.01ボルト、あるいは0.23
15％だった。

グライドブロック20および27は、テフロンの半不
透明を克服するため、着色されるか、黒色でカバーされ
非半透明である事が提案される。同様の目的、すなわち
光の拡散を防止するため、光パイプ36および42の表面そ
れぞれ92および94は、表面50および56と同様の金属テー
プで覆う事によって非半透明に製作されるべきである。

また、誤差は電気的あるいは磁気干渉からも生じ、こ
れらのノイズによる干渉は最小限に留める事が望ましい
事も特筆すべきである。表面部分48および54は、それら
の表面を透過する光の量を最大にするため半透明に製造
される事が望ましい。それ以外の表面は、そこから失わ
れる光の量を最小に留めるよう、平滑でクリアである事
が望ましい。

これらの後者の表面は、光をさらに望む方向に向ける
よう、非半透明に製造してもよい。非半透明の表面を製
造する一つの方法としては、鏡仕上げ金属ステッカーで
表面を被覆する方法がある。もう一つの好例は、光ファ
イバ通信で用いられる方法と類似しており、光ファイバ
ケーブルを通じて失われる光量を減少させるために特別
な被覆が用いられる。

図５は、図面の数字100番で示された光変位センサの
もう一つの実施例を図解している。装置100は、装置10
と同様、内室114が付設されたハウジング112を有する。
室114は、第一部分116と第二部分118に、非半透明の表
面を有し、ハウジング112の内壁に固定された仕切120に
よって分割されている。仕切120は、その中央に形成さ
れた通孔を通る細長いプランジャ122にとってグライド
ブロックの役目も果たしている。

プランジャ122は、その内端に付設された内端プレー
ト124と、外端に付設された外端プレート126を有する。
末端プレート124の一表面は、プランジャが最も伸張し
た位置の最、仕切120に接触する。仕切120は、プランジ
ャ122の外側への動きを限定する。

ハウジング112の一端は外端プレート130によって閉じ
られ、その通孔からプランジャ122がハウジング112の外
部に伸張している。

プランジャ122はハウジングの内部を同軸法方向にス
ライドし、本実施例では圧縮装置は使用されていないた
め、その動きが圧縮装置によって制限される事はない。

装置100はまた、発光パイプ132と受光パイプ134を有
し、それぞれIRLEDダイオードと赤外線発光トランジス
タが装備されている。装置100の光学部分の働きと構造
は、装置19のそれらと類似している。

本発明のセンサ10および100は、軽量で、触覚センサ
として使用されても好結果が上げられ得る。プランジャ
24および122のウィンドウ開口部は、データ処理を簡易
化するリニア出力を生じるように形成されうる。センサ
が光をトランスダクションの媒体として用い、媒体自身
に外部の電磁的干渉の影響が全くないため、高レベルの
精度が達成されうる。

センサ10および100の最小限のエレメントと部品は、
比較的安価な製品の製造を可能にする。センサ10および
100の摩擦レベルは、各種の抵抗変換器よりも著しく低
い。装置の寿命と耐久性は、ほとんど摩擦がないため、
抵抗変換器よりも長い。加えて、オカルテーション（隠
蔽）テクニックは、ワイヤ抵抗変換器よりずっと高い解
像度を有している。センサ10および100はリニア可変差
動トランスに比べ、組み立てが用意である。帰納法では
部分的なリニア出力のみなのに比して、オカルテーショ
ンテクニックでは完全なリニア出力を産出できる。

他の変換器、例えば圧電、磁気抵抗性、誘電体変換器
が、効率的に機能するためにしばしば特定の物質を要す
るのに対し、装置10および100は、特別な物質の使用に
制限されない。

さて、図６を見ると、本発明の設計のさらに別の実施
例の構成が図解されている。図に見られるように、セン
サの設計は、シャドーロッド142および光パイプ148の通
孔146内に配置された光源144と組み合わせて、太陽電池
140を取入れている。太陽電池140には、遠方の独立した
コンピュータに受光太陽電池の出力を伝達するため、接
続ワイヤ150が装備されている。

シャドーロッド142は、一般的な直方体として図解さ
れている。シャドーロッド142は、その特定のデザイン
によって、光透過ウィンドウ有りでもなしでも形成され
得る。発光パイプ148は、例えばシャドーロッド142に面
した表面を研磨する事によって製作された半透明の面15
4を有する。光パイプ148のそれ以外の面は、光源144か
らの光を受光素子140に向けて、矢印156の方向に向ける
様、例えば金属ステッカー等の非透明フィルムで覆われ
る。

運転中、シャドーロッド142は、光源144から発射さ
れ、表面154から外部に流出する光線を、断続的に遮断
したり、開通したりしながら矢印158の方向に動く。

もし要望があれば、シャドーロッド142はプランジャ2
4と同様にプランジャと併合し、図６のエレメントを利
用した変換センサのデザインは、シャドーロッド124の
作動する間コンプライアンスを提供するため、ばねまた
は弾力性の有る装置を組み入れる事も可能である。ば
ね、および弾力性の有る装置は、図３から５に図解され
た実施例と類似したものでよい。

さて、図７に注目すると、本発明に従った別の実施例
の回転シャドーセンサが図解されている。図に見られる
ように、光変位センサは、発光パイプ164の孔162に挿入
される発光体160が装備されている。光パイプ164の一表
面は第一部分166と第二部分168に分割される。部分166
は、矢印169の方向に光が貫通できるよう半透明に製作
される。その表面の第二部分は、光を望む方向に向ける
よう、半透明に形成され、便宜上反射接着フィルムで被
覆される。

光は受光パイプ170に伝達され、受光パイプ170に形成
された孔174に挿入された受光体172に探知される。矢印
169の方向に伝達された光は、光パイプ164に面した受光
パイプ170の表面の部分176を通って受容される。光パイ
プ170の第二部分178は、他の表面と同様、非半透明に製
作される。

図７の実施例中の遮光体は、角変位からリニア出力カ
ーブを生ずる螺旋状シャドーディスク180の形態に製作
されている。ディスク180は、発光体160から受光体172
に到達する光路を断続的に遮断したり通過させたりする
螺旋形のウィンドウ182を有する。矢印184方向への螺旋
状シャドーディスクの回転により、ディスク180は通過
する光を断続的に遮断できる。ロッド186のような固定
手段は、光変位センサにディスクを装填し得るよう、螺
旋状シャドーディスク180に固着される。

表面166および176は、希望により研磨されていてもい
なくても、半透明である限り構わない。図７の実施例
は、角および回転変位を測定するのに殊に役立つと考え
られる。要望があれば、コイルまたはエラストマの形態
のばね装置が、ねじりコンプライアンスを提供するため
に使用され得る。

図８の実施例では、回転シャドーセンサのもう一例が
図解されている。図に見られるように、装置の光学部分
は、光源192を収容したリング型発光パイプ190を有す
る。発光パイプ190は、アニュラ表面194、円孔196、お
よび一対の向かい合った平面198と200を有する。表面20
0は、光パイプ190からリング型受光パイプ204に向かっ
て、矢印202の方向に光が伝達されるよう半透明に製作
される。

受光パイプ204は受光面206を装備し、受光センサ208
はパイプ204に収容される。光は、受光体、例えば受光
ダイオード208に到達するまで、受光パイプ204内を矢印
210の方向に移動する。光線は、遮光部分214とウィンド
ウ216を有する回転螺旋状ディスク212によって、断続的
に遮断される。ディスク212は、矢印216の方向に、時計
回り、または半時計回りに回転する。

接続手段、例えば細長ロッド218は、シャドーディス
ク212への必要なトルクの伝達が可能なよう、ディスク
部分214に固定される。螺旋状シャドーディスク212は角
変位のリニア出力カーブを生じるよう設計され、回転変
位を測定するのにも使用可能である。表面200および206
は、より半透明の表面を創出するために研磨されてもよ
い。図７と同様、図８の実施例の光学部分は、ねじりコ
ンプライアンスを提供するよう、コイル状やエラスト
マ、またはその一方等の形態のばね装置を装備した光位
変位センサに組み入れられる。

さて、図９に関しては、さらに別の実施例の変位セン
サの光学部分が図解されている。本実施例は二つの光セ
ンサ220および222と、一つの光源244を用いている。光
源は発光パイプ226内に挿入され、第一の光センサ220
は、光が光源224から受光センサ220に伝達されるよう、
光ファイバケーブル228により光パイプに接続されてい
る。第二の光センサの使用は、長期に渡る一貫した読み
取りを提供し、温度変化を補正するよう光源224を監視
し、校正する上で殊に有効と考えられる。光源放射は、
シャドーロッド232に形成されたウィンドウ230を通り、
矢印234の方向へ、光センサ光パイプ236に装填された光
センサ222に向かって伝達される。

認識されるであろうように、図９に示された実施例
は、他の全ての点、すなわちプランジャ238と、発光パ
イプ226と受光パイプ236の互いに向かい合っている半透
明面の設備において図２の実施例に類似している。プラ
ンジャの作動方向は、図９の矢印240によって図式的に
示されている。光学光センサが光源放射を監視するため
に装備される事も考えられる。

図10に関しては、図９に類似した変換器の光学部分が
図解されている。本図はシャドーロッド232の、矢印240
の方向と垂直の矢印242で示された方向への動きを説明
している。本実施例も一対の光センサ244および246と、
一体の発光源248を用い、光は、光パイプ250から複数レ
ベルの矢印252の方向へ伝達される。図10に見られるよ
うに、矢印254で図式的に示された光線の部分は、シャ
ドーロッド232に形成された開口ウィンドウ256を通過せ
ず、シャドーロッド232の固体壁によって遮断される。
光の他の部分は、受光パイプ258へ通過し、光センサ244
によって受容される。第二の光センサ、センサ246は、
光パイプ250に光ファイバケーブル228同様、光ファイバ
ケーブル260によって接続してもよい。

シャドーロッドが光の流れる面に垂直方向に動く時、
光変位センサは触覚アプリケーションにおけるトルク遇
力とせん断力の探知に殊に有用であり得ると考えられ
る。このような適用の例として、ロボットハンドからの
物体の滑りの探知がある。

さて、図11、12、および13の実施例に注目すると、変
位センサの光学部分のさらに別の実施例が図解されてい
る。これまでの実施例と同様、光学部分は、発光パイプ
270、受光パイプ272、光パイプ270内に配置された光源2
74、および受光パイプ272内に配置された光センサ276か
ら構成される。

さらに、第二に光センサ278は、光ファイバケーブル2
80の使用を通じ、望むなら発光パイプ270と光学的に接
続される。光ファイバが光源を修正し、監視するために
使用されるが、もし望むなら省略しても差し支えない。
図11に示された実施例では、光パイプ270は矢印282の方
向に可動なように作成されるのに対し、発光パイプ272
は不動である。図11、12、および13の実施例ではプラン
ジャは使用されていないため、変位出力は、光パイプ27
0（図11の実施例）または受光パイプ272（図12の実施
例）の動き、あるいは図13の実施例に示されるような光
パイプ270および272の相互相対変位の量による。単純化
のため、受光パイプの動きは方向を示す矢印284によっ
て例示され、受光パイプと発光パイプ両方の変位は、そ
れぞれ矢印286、288で図式的に表わされている。

図に見られるように、光パイプ270から発射した光線
の一部は受光パイプ272に受容される。この部分は、図
中に図式的に例示され、数字290で示されている。同時
に、発光パイプと受光パイプの両方、または片方が互い
同士の関係からずれたさい、光の一部は受光パイプ272
を「逸れ」、受光パイプ272の受容表面292の外部を通過
する。光エネルギーのその部分は、図中の矢印294で図
式的に例示されている。

図13の実施例に関しては、発光パイプと受光パイプの
両方、または一方がずれているかどうかに関わらず、二
つの変位入力と単一のセンサ出力がある。光パイプ270
および272の構造が光パイプ250および258の構造に類似
している事は特記すべきであろう。

さて、図14の実施例に注目すると、本発明のさらに別
の実施例の変位センサの光学部分が図解されている。図
で見られるように、光学部分は、発光パイプ300と受光
パイプ302から構成され、発光パイプが光源304を収容
し、受光パイプが受光センサ306を収容するという点に
おいて、これまでの実施例と類似している。第二の光セ
ンサ308は、光ファイバケーブルを通して発光パイプ300
に接続する事も、オプションとして可能である。本実施
例のプランジャ312は、光パイプ300と302間を矢印314の
方向に縦に移動し、発光体304から発射し、面318を透過
する光線316を断続的に遮断したり通過させたりする。
図に示されるように、プランジャ312に形成されたウィ
ンドウ320は、直線的ではない出力カーブを描くよう三
角形に形成される。シャドーロッドのウィンドウの形を
変更する事により、望ましいアプリケーションにおける
異なったシグナル出力カーブが得られる。

発光および受光パイプの半透明の表面を修正する事に
よってシグナルカーブの形を変更する事も可能である。
図15、16、および17に示された実施例では、このような
変更がなされている。図15、16、および17の実施例は互
いに類似しており、それぞれが発光パイプ324、受光パ
イプ326、光源328および一対の光センサ330と332で構成
されている。可動プランジャ334は矢印336の方向に動
き、プランジャ334の一端に形成されたウィンドウ340を
通過した矢印338で図式的に示されたような光線を断続
的に遮断したり通過させたりする。発光パイプ324の半
透明面342は、その底辺境界線の指数曲線に相似するよ
う修正される。その結果、シグナルカーブの異なった形
が出力センサによって受容される。

図16の実施例では、発光パイプ342の半透明面342は、
全半透明面342を二分している反射分離線、言い替える
とゼロ空間344を形成する事によって修正される。ウィ
ンドウ340の左端が先346と一列に並ぶ際、光センサのシ
グナル出力に変化が探知されなかった事は特筆しておく
べきだろう。このようなゼロ空間、すなわち非半透明分
離線は、例えばジョイスティックの休止ポジションにあ
る際は、どんなカーソルの動きも望ましくないため、ジ
ョイスティックへの適用に有効である。同様な可能なア
プリケーションが図17の実施例でも達成され得る。本実
施例では、発光パイプ324の半透明面342に形成された斜
線348によって創出されたゼロ空間が、シャドーロッド3
44に形成された三角形ウィンドウ352の上辺350の角度に
一般に適合する。線348と350が一列に並んだ際も、光セ
ンサのシグナル出力に変化はない。

さて、図18および19の実施例に注目して、シャドーセ
ンサとしてのばね装置の使用について論じよう。図で見
られる様に、関連光源362を配備した発光パイプ360の設
備は、受光パイプ364とその関連受光体366同様、先に述
べられた実施例に共通である。同様に、光パイプ360お
よび364とも、光源362によって放出され、光センサ366
によって探知された光の放出と受容を可能にするよう、
それぞれ半透明面368および370が装備される。

しかしながら、図18および図19に示す実施例は、シャ
ドーロッドにおいて異なり、つる巻ばね372として本実
施例では例示されているばね装置が発表されている。ば
ね372は、ふたつのプレート、固定プレート374と移動接
触プレートの間に配置されている。プレート376は矢印3
78で示された動きの方向に横に動いて、間欠的につる巻
ばね372を圧縮伸張し、光源362から光センサ366への光
の流れの量をコントロールする。

認識されるであろうように、ばね372が圧縮位置にあ
る際、ばねは光源から光センサへ流れる光量を制限す
る。しかしながら、ばね372が図18の圧縮位置から伸張
され、図19に例示される状態になる際、受光パイプ364
に到達する光量は増加する。図18および19に示された実
施例では、つる巻ばね372の形態をとったばね装置は、
オカルテーション機能同様、コンプライアンス機能も果
たしている。

さて、図20の実施例に注目して、プリズム形の光パイ
プの使用について論じよう。図に見られるように、発光
パイプ380は光源384を収容する孔382を有する。孔382を
囲む壁は、光源384から伝達された光がさらに拡散する
よう、ざらざらに、例えば研磨されてもよい。受光パイ
プ386も同様に、光センサ390を収容するため、その基底
面に形成された孔388を有する。孔388を囲む壁は、より
高い拡散性のために研磨して半透明の面を形成してもよ
い。発光パイプ380および受光パイプ386の斜面それぞれ
392および394は、拡散性の面を創出するため接着反射フ
ィルムを固着し、表面を研磨しても、またそのどちらか
でもよい。結果として、光の流れは光パイプ380を矢印3
96（曲がった矢印）の方向に流出し、矢印398の方向に
光パイプ386に流入し光センサ390に到達するよう強制さ
れる。

逆さプリズムの使用は、特殊な性質の光の流れを生み
出す。

光パイプ380と386間を動き、光源384によって発射さ
れ光センサ390によって受容される光の流れを断続的に
遮断するシャドーロッド400は、図20に示されたような
直方体の形態でも、または望みに応じて他の形態でもよ
い。例えば、シャドーロッドは図２や他図に類似したウ
ィンドウを付設しても良いし、望むなら内部および外部
プランジャを付設しても良い。シャドーロッドの動きの
方向は、図20の矢印402で示されている。

さて、図21および22の実施例に注目すると、管状光パ
イプの使用が論及される。両図に図解された実施例は、
それぞれ発光ダイオードすなわち他の光源414、光セン
サ416を受容するよう、対応する孔とともに成型された
発光パイプ410および受光パイプ412を利用している点に
おいて、類似している。両光パイプ410および412の表面
418は、光拡散の目的のため、半透明に形成されてい
る。光パイプ410、412のその他の表面は、非半透明で、
例えば反射接着フィルムを使用した鏡面である。図21の
実施例では、シャドーロッド420は、光パイプ410内に成
型された対応する孔内部を軸方向に伸縮動作をする。シ
ャドーロッドの動きは、図21の矢印422で示されてい
る。シャドーロッド420は、光パイプ410のほぼ全長まで
延長可能なため、光源414からの光の流れを断続的に遮
断したり通過させる事ができ、光の流れは光パイプ412
内に配置された光センサ416へ、矢印424の方向に移動す
る。

図22の代替実施案では、シャドーロッド426は光パイ
プ412に形成された孔428内を動き、センサ416によって
受容される光量を断続的に遮断する。かかる実施例で
は、光パイプ410はその内部を動くシャドーロッドを有
していない。

図23では、二重入力および単一出力円管センサを図解
した実施例が示されている。光パイプ410内に軸方向滑
性動作で挿入されたシャドーロッド430は、発光源414か
らの光の放射ばかりでなく、光パイプ412に挿入された
光センサ416に到達する入力もコントロールする。加え
て、光パイプ412の孔434内に挿入されたもうひとつのシ
ャドーロッド432が、光センサ416への光入力をコントロ
ールする。シャドーロッド430および432両者とも、それ
ぞれ矢印436と438で図式的に示された方向に動く。シャ
ドーロッド430および432それぞれの動きが、必ずしも等
しい出力とはならない事は特筆しておくべきだろう。例
えば、それぞれのシャドーロッドの出力シグナルカーブ
は、表示された際、同型である必要はない。

さて、図24に示された実施例に注目すると、拡張変位
に適したセンサが論じられる。図に見られるように、本
装置には、光源444を受容するため、内部孔442を有する
光学光パイプ440が付設されている。

孔442を囲む壁は、光センサ446に伝達される光をさらに
拡散するよう研磨されてもよい。受光パイプ448は、同
様に研磨された面に囲まれた、対応する孔450を有し、
光源446によって受容された光をさらに拡散する。

半透明面452は、受光パイプ448の半透明面454に面し
た光パイプ440の表面に形成される。光パイプ440および
448のその他の面は、向かい合った表面452と454の望む
方向に光を伝達するよう、金属ステッカーまたはその他
の鏡反射面で覆われてもよい。シャドーロッド456は、
図24の実施例では三角型に成型されているが、光パイプ
440と448間を矢印458の方向に動く。もし望むなら、光
源444から光センサ446に望む光量が通過するよう、シャ
ドーロッド456に三角型のウィンドウを設置してもよ
い。さらに、もし望むなら、シャドーロッド456が接触
し、ある種のコンプライアンス性を持つようばね装置を
利用しても良い。かかる装置は、３フィート以上の変位
に特に有用と考えられる。

今度は、図25の実施例に注目して、遮光体としての液
体の使用が論じられる。図25の実施例では、本発明にし
たがった光センサに発光源462を収容する発光パイプ460
が付設される。光の流れが光パイプ460を矢印466の方向
に出るよう、半透明面464が一表面に形成される。

受光パイプ468は、光の流れが光パイプ468に入り、光
パイプ468内に配置された光センサ472の方向に移動しう
るよう、その一表面に形成された同様の半透明面を有す
る。光パイプ460および468は、どちらもその一端の分離
壁474に固定されている。光パイプ460と468間の壁474に
固定されているのは、液体収容ハウジング476で、図で
は円筒形パイプの形態で表わされている。壁474は、光
パイプ460と468が固定された表面478を有する。

堅固な長方形フレーム480は、表面478から外に向かっ
て壁474を貫通して伸びているシリンダ476の一端に固定
されている。フレーム480は、光パイプ460と468間、光
源462に発射された光路に実質上横たわっている。フレ
ーム480には、柔軟で折り畳み可能な透明液体管482が収
容され、管482を支え固定するためフレーム480の上辺と
底辺に沿って伸びた固定帯484によってフレーム480に固
定されている。

管482は、液体ハウジング476の内部と流体伝導をし、
その内部の色つき液体486を断続的に受容する。液体486
は、光パイプ460と468間の光の流れをうまく遮断するよ
う、濃色の液体でもよい。ピストン装置490は、ハウジ
ング476内で、プレート492が検査物体の表面に接触した
際、液体486をハウジング476から管482へ押しやるよう
作動する。

ピストン494は矢印494方向にハウジング476内を同軸
上に動き、液体を折り畳んだ管482内に流れ込ませ、光
の流れを遮断する。液体を管482からハウジング476へ移
動させるには、フレームが配置された壁の側面の装置内
に加圧空気が形成される。かかる方法により、一端接触
プレート492に圧力が加えられなくなると、液体486は管
482からハウジング476に押やられる。

さて、図26の実施例に注目して、複数光センサと単一
光源の使用を論じよう。図26に示されるように、単一の
光パイプ500が複数の受光パイプ502によって囲まれてお
り、働きの説明を簡潔化するよう一つの受光パイプが除
去されている。受光パイプ502のそれぞれは少なくとも
一体の光センサ504を収容し、光パイプ500から伝達され
た光を探知する。ここには示されていないが、光パイプ
500に光伝達関係に接続された光源、例えば光円錐は、
パイプ500に光を供給する。図26に示された実施例で
は、光パイプ500は、空洞で、センサ管の「混線」を防
ぎ、光を望む方向に向けるよう非反射フィルムで覆われ
た内部表面を有す。

光パイプ500の外部表面506は、発光パイプ500の円周
全体から光を伝達するよう、半透明に成型される。円錐
型の光ファイバの束を、空洞の円錐光の変わりに、必要
な光の流れの放射のために使用し得る事が考えられる。
非反射表面を光パイプ500の内部に使用する事により、
どの光センサもほかの光パイプに属すシャドーロッドの
動きを探知する事がないようにする。これは、光の流れ
を変更し、光センサ504の正しい出力シグナルを防止す
る結果となりうる。

各センサ光パイプ502は、矢印510の方向に動くそれ自
身のシャドーロッドを配備している。シャドーロッド50
8は、光センサ502の内側面と受光パイプ500間に形成さ
れた空間を動く。受光パイプ502の内側面は、内側の円
筒発光パイプ500の湾曲に対応してカーブをとって成型
されている。受光パイプ502の内側面512は、光の流れが
光センサ504に到達するよう半透明に成型される。その
ほかの表面は、濃色の表面514で図解されたように反射
接触フィルムで被覆され、非反射性に成型される。

光パイプ502は、管状の光センサの分離した部分とし
て形成される。図示されてはいないが、スペーサが隣接
した受光パイプ502間の光の流れを防止するよう、個々
の受光パイプ502間の空間516に配置されてもよい。

さて、図27の実施例に注目すると、複数回転シャドー
センサの使用が図示されている。単一発光パイプ520
は、その内部に挿入され光源522を有する。一対の光半
透明面（図27中では、一つだけが図示され、数字524で
表わされている）が、光パイプ520の向かい合った表面
に形成されている。光パイプ520の両側には、シャドー
ディスク526と528があり、それぞれに形成された螺旋型
ウィンドウ530と532を有する。両ディスクとも、同時等
距離回転をするよう、光パイプ420の反対両面で固定軸5
34に固定されている。ロッド534は矢印536方向に回転
し、発光パイプ520の半透明面524とウィンドウ530およ
び532が断続的に一列に並ぶよう、ディスク526と528に
トルクを伝達する。

一組の受光パイプ538および540が、シャドーディスク
526と528の反対両面にそれぞれ配置され、半透明面を通
してウィンドウ530と532を通過する光を受容し、光セン
サ542および544に光の流れを伝達する。光パイプ520と5
38、540のその他の表面は、光を望む方向に適切に向け
るよう非透明な物質、金属ステッカー等で被覆される。
螺旋シャドーディスクは、もし望むなら、異なる角度の
配置で、単一の出力カーブを有しても良い。ある意味
で、螺旋シャドーディスク526と528は、同じ固定軸534
に接続されており、同方行に同速度で回転する。もし望
むなら、他の出力を提供するために追加のセンサが加え
られ得る。

今度は、図28、29および30の実施例に注目して、空洞
の円筒シャドーロッドの使用が発表される。図28の実施
例では、発光パイプ550が空洞の円筒型シャドーハウジ
ング552に包括されている。発光パイプ550は、その内部
に配置された光源554を装備し、半透明面領域556が受光
パイプ558に面したパイプ550の一部表面に形成される。
光パイプ558は、受光パイプ558の半透明面領域562を断
続的に遮断したり露出したりする空洞円筒型シャドーシ
リンダ560に、光パイプ550同様、内包され包囲されてい
る。

光センサ564は、受光パイプ558内に挿入され、発光体
554からの光流出シグナルを受容する。シャドーシリン
ダ552および560は、矢印566に図示された直線方向また
は矢印568で示された円方向に動く事が可能である。シ
ャドーシリンダは、直線と回転、またはどちらかの入力
と、発光体、受光体のどの組み合わせにおいても、直線
的または回転状に動く事により、光センサ564に受容さ
れる光量を制限して光の流れを調節する。結果として、
シグナルは、四つの入力と一つの出力を有する。

光パイプ550および560のその他の表面領域は、金属ス
テッカーの様な非透明物質で被覆され、光の流れを望ん
だ方向に向ける。図29の実施例では、シャドーシリンダ
570は発光体572に円周を包囲された関係で挿入され、矢
印574の直線方向または矢印576の回転方向に動く。受光
体578は、発光パイプ572の半透明面582に面した半透明
面580を有する。半透明面580および582は、半透明面が
受光パイプ578に面している限り、シャドーシリンダ570
上にも形成され得る。

図30で示す実施例では、シャドーシリンダ584は、受
光パイプ586の円周内に包囲する関係で挿入され、半透
明面586を通過し、光センサ588へ到達する光量を調節す
る。光は発光パイプ594に付随した光源592によって放射
される。図29と類似した実施例で、シャドーシリンダ58
4は、矢印596で示す直線方向または矢印598に示す回転
方向に動く事が可能であるのを示す。29、30両図では、
直線と回転の二つの異なる入力から単一の出力へと光が
制御されるのが示される。

次の31図の光変位センサは、全体は示されていない
が、開口部604とその内部に位置する光源602を覆う発光
パイプ600、および開口部610とその内部に位置する寸
法、形態が開口部と合致する光センサ608を覆っている
受光パイプ606で構成される。発光パイプ600と受光パイ
プ606は、どちらもそれぞれ、矢印616の方向に光源602
から光センサ608に光を伝達する半透明部分612と614を
備えている。シャドーロッドもしくはプランジャ618は
光パイプ600と606間に位置し、矢印620で示される直線
方向に作動する。

ウィンドウ622は、半透明の表面に当たる612、614の
どちらかの全側面積よりも小さい。結果として、ほんの
少量の光が光の出射部602からセンサ608に伝導する事に
なる。

周知のとおり、光が光源から遠距離へと伝えられるよ
うに光源602から伝達される光は、減少する。シャドー
ロッド618やその内装ウィンドウ622の位置の変化は、光
センサ608へ伝わる光の流れまでも変化させる。ゆえ
に、ウィンドウ622の位置により、その光の強さや光セ
ンサによる受光の総量を決定する。

ウィンドウ622の寸法を変える事で、技術適用による
光の出力シグナルを組む事が可能である。光源602は赤
外線発光ダイオードになり得、光センサ608は赤外線発
光トランジスタになり得る。

さて、図32の実施例に言及し、ウォームシャドーセン
サについて論じよう。発光パイプ630は、開口部634に合
致するよう設置された光源632を収容している。光パイ
プ630は、そのパイプの外部へ光を出す表面の一部に当
たる半透明面636を備えている。受光パイプ638は、光パ
イプ630の反対側に位置し、光センサ640を収容してい
る。類似の半透明面642が、光パイプ638に光出力を伝導
させ、光センサ640により光の流れを探知させる受光パ
イプ638内に設置されている。シャドーロッド643は、光
パイプ630と638間に位置し、矢印644の直線方向と矢印6
46の示す回転方向、またはどちらかへの動きは、光路を
断続的に遮断、開通する。

ウィンドウ648は、シャドーロッド643に位置し、光路
を断続的に遮断、開通させる。シャドーロッド643は、
等間隔で複数の鋸歯形状のラック652を一部に有する上
部端650を有する。ラック652は、シャドーロッド643を
直線運動させる外面（図表示なし）によって伝達された
トルク適用を受容するウォーム654と組み合わされてい
る。

光はラック652を全く、もしくはその上層を透過する
事ができない点は、特記されるべきであろう。結果とし
て、多方向に回転するセンサが発明され、それは光が届
く、最小最大両極端の量以上、および以下で受光するた
めの360度以上の回転を与えるというものである。その
他の入力は、シャドーロッド643を操作するための、ウ
ォーム654に、一定量の回転を加える事によって生じら
れる。この特殊な型は例えば、三回転、五回転、十回転
といった動きを可能にする、多方向に回転する分圧器と
取り替える事も可能と考えられる。

さて、図33の実施例に注目して、光変位センサにおけ
る、光源662の設置された単一発光パイプ660の用途を明
らかにする。半透明表面664は、受光パイプ（この装置
では、666と668）と二重光源センサ670、672の堆積する
発光パイプ660からの光を伝導するそのパイプ表面の一
部分からなる。受光パイプ666と668は、おのおの光パイ
プから光センサへの光の流れを透過させる半透明表面部
674、676を備えている。シャドーロッド678は、発光パ
イプ660と相対位置する受光パイプ666と668の間に設置
されている。

ウィンドウ680は、シャドーロッド678に位置するた
め、664、674、676の表面による扶助があれば、光の流
れはウィンドウを通過できる。その他の場合、光の流れ
はシャドーロッド678によって遮断される。説明図に見
られるように、矢印682で図式的に示される一部である
いくらかの光の流れが遮断されるため、光源662から放
射される光全てがセンサ670、672に到達するわけではな
い。シャドーロッド678は、断続的にウィンドウ680への
光を遮断するため、矢印684の方向へ動く。図式には見
られないが、非伝導性、反射性の膜が686の平面に対し
て、受光パイプ666と668の間にある。この不透明の層
は、光パイプ666と668間の光の流れを保守し、それに起
因して、混線、混光を最小限に抑える。

受光パイプ666と668の出力は変えられる事が予想でき
るだろう。、仮に受光パイプ666の出力が受光パイプ668
の出力と同じでなければ、矢印690でその方向のずりが
表示されるように、そのプランジャの動きの方向にずり
はない事を示す。図33に見られる二重光源センサは、プ
ランジャ（図には示されていないが、シャドーロッド67
8の一端692に付設されている）が動く平面における変位
の探知に効果的に使用され得る事を示す。

図34、35、36では、シャドーロッドとシャドーロッド
内に位置するウィンドウの多様なデザインが見られる。
図34は、光センサの二種の個別のシャドーロッドの結合
を示す。特に、デジタル効果応用の複数の形状ウィンド
ウ704からなるストリップ702が見られる一方で、三角形
700は、特にアナログ効果を応用したシグナルを有す
る。その単一出力が一般的に光の遮断を減少するのに、
さらにデジタルストリップ702は、一定の周波帯におい
てシグナルを増減させる。その出力シグナルは、矩形の
二つの相対する対角線のポイントに沿って描かれた波動
の様に見える。

図35で見られるデジタルストリップ706では、図34の
位置から受けた出力シグナルと比較すると、「平ら」な
シグナルを生じる。複数、等間隔で同形状のウィンドウ
798の作りと類似している。出力シグナルは、なお、矩
形自体が「平ら」になる事を除いては、矩形の二つの相
対する対角線のポイントに沿って描かれた波動線とな
る。変位光軸「Ｘ」は平面上の軸で、シグナルが出力す
ると垂直平面軸で、ボルト（電位差）とアンペア（電力
強度）が必然的に引用される。

図36の実施例では、オプションとしてのシャドーロッ
ドとそのウィンドウの形状が示されている。この特殊な
デザインは、アナログトライアングル700とデジタルス
トリップ702間を通る単一出力を備えている。図36は、
多様な出力を有するシグナルを備えているのに、さらに
その出力においてのシグナルは不変である。

次の37、38図では、本発明にかなったデザインの光学
部分について言及する。図37では、発光パイプ710と、
その関連にある光源712について言及する。同じく伸張
された受光パイプ714は、発光パイプ710と相対位置に設
置された光センサ716を有する。半透明面718は、発光パ
イプ710では向側の端に当たる720に隣接し、相対の半透
明面722は、受光パイプ714の遠隔の端に当たる。

光は、矢印724の方向に光源712から半透明面718に伝
達され、半透明面722を通過して光センサ716に到達す
る。シャドーロッド726は、面718から面722へと光の流
れを遮断、透過させる半透明面718と722間で矢印728の
方向へ動く。ファイバオプティクケーブルを使用した光
パイプ710と714を全開に伸張した状態で、光を移動させ
る事は可能である。伸張された光パイプは縮小し、長距
離で渡した銅線が、普通影響される電磁気の妨害（EM
F）を減少させる事が考えられる。光パイプ710と714の
離れた端に当たる半透明表面の位置づけによって、さら
に多くのEMF削減が成し遂げられる。

図38に示された実施例は、半透明面732を有し、短い
方のパイプ730が光源734からファイバオプティクケーブ
ルを使って伸張された受光パイプ738に備え付けの半透
明面736、および光センサ740へ向けて光の流れを電動す
る事を示す。光センサ740は、半透明の受光面736から、
相対位置の光パイプ738の端に備え付けられている。

シャドーロッド742は、光の流れを遮断、透過させる
半透明面732と736間で、矢印744の方向に動く。このデ
ザインは、普通長距離に走る銅線に影響を与えるEMFを
減少するのに効果を上げる。光センサ716と740が表面的
に光パイプ710、714、730、738と各々接続しているのと
同じく、これらは光源712と734に接続させ得る。

しかしながら、図39では、受光パイプ754が光センサ7
56と一体にできるのと同様に、発光パイプ750は光源752
と単一体にする事ができる。半透明表面758は、光源75
2、光センサ756の相対する位置の光パイプ750、754の端
に位置している。シャドーロッド760は、光源752から光
センサ756への光の流れを遮断する光パイプ750、754間
で動く。そのシャドーロッドの動きは、矢印762で図式
的に描写されている。半透明面758は、一体の光セン
サ、あるいは光源／パイプ単位に据え付けられている。

図40では、伸張したハウジングに備え付けられた一体
の半透明の光センサと、一体の半透明の光源の用途が見
られる。発光パイプのハウジング764は、作り付けの光
源766と、作り付けの光センサ774を有する受光パイプ77
2の同じく伸張された半透明面770に相対位置の半透明面
768を備えている。シャドーロッド776は、光センサ774
への光の流れを調節する半透明面768と770の間で、矢印
778方向に動く。これらの伸張された光パイプやレンズ
ハウジングは、以前その実施例について述べた光パイプ
に代用される。

図41で見られるように、光路をＣ型からＳ型、あるい
はＺ型に変える事ができる。その実施例は、一定の方向
に流れる光が、元の方向からおよそ90度に光路を変え、
第二段階で再びおよそ垂直に光路を開き、第一段階での
光路と平行にしかしながら逆の流れになる、というＣ型
光路に築かれた多くの上記のケースについて言及する。

図41で見られるように、光パイプ786の末端784に内装
の室782にある光源780、および受光パイプ792に内装の
光センサ788の位置づけと、主に矢印794における光路の
流れによって、光路はＳ型に改められる事ができる。そ
れらの矢印は、光パイプ786一部の半透明面798を通り、
矢印796で見られるおよそ垂直の方向へ光路が開かれる
前の段階で、光源780より放射された光が直進する事を
示している。その光は、矢印794に見られる光路の方向
に対しおよそ右へ角度を変え、矢印806で示される方向
へその流れを変える。装置が作動している間、シャドー
ロッド802は矢印806の方向へ直進する。

光の流れを変える事によって、センサの内装置に変化
をきたし、より直線に近づいた出力シグナルを得るのが
可能である。本発明にかなった光変換器によって、製造
に取捨を与える事になるとされる。光パイプ786と792の
相対した端の据置した光源780と、光センサ788によって
光の流れはＺ型に変える事ができる。上記で示されるよ
うに、光センサが発光パイプの明るくない端の相対する
場所に位置されると、光源は受光パイプの感度の高くな
い相対位置になるので、現状のデザインでは出力シグナ
ルがより直線に近づいたカーブになっている事が認めら
れる。

図42では、変えられた出力シグナルのカーブが描写さ
れている。この図から見られるように、発光パイプ820
は、その表面一部である半透明の発光面822によって光
を伝導される。その面822は、少なくともその周りの一
部に当たる直面の端824で場所づけられる。

光源826は、矢印830の方向で、光の流れを受光体832
に向けて伝導する光パイプ820内装の828にある。

受光パイプ832は、発光パイプ834に相対した表面834
を有する。受光面834は、周りの部品の一部であるカー
ブ形状の末端836によって位置づけられる。受光パイプ8
32は、面822から面834へ伝導する光の総量を探知するよ
う据え付けられた光センサ838を備えている。結果とし
て、そのセンサは光源826から放射されるシグナルよ
り、カーブした、異なるシグナル出力を示す。プランジ
ャ840は、面822、834とウィンドウ842を交互に一直線上
に結ぶ位置に作動させるか、全ての、もしくは部分的に
遮断する動きで光の流れ830を断続的に遮断している。
図42は、同プランジャが矢印848で示された、およその
直線方向に動く事を示す。任意取捨で使用する第二の光
センサ844は、光源出力を測量し、モニタする。希望に
よって、その第二の光センサは取り除く事ができる。

図43の装置で、光パイプ850は、開口部854に装置され
た発光ダイオード852を覆うように見られる。発光半透
明面856は、光センサ862を覆う受光パイプ860に向け
て、矢印858の方向に光を放射する光パイプ850の表面の
一つを成している。

この実施例により、半透明面864は、受光パイプ850に
向かい合わせた表面866の相対面で、発光パイプ860の表
面に当たる。寸法と形状が、およそ面864の形状に合致
するカバー870は、半透明面864にしっかりと密着するも
のである。カバー870は、反射性で粘着性のある膜のよ
うな反射性素材で作る事ができる。

半透明面864は光路858から再遠側に位置するため、光
はその流れの最終段階で、光源862に再度伝達される。
反射カバー870は、半透明面864から、逆流で光センサの
光パイプ860に光を再伝導させる傾向を持つ。この方法
によって、光センサに向けて光路を開くというより効果
的な方法が成し遂げられるのは想像されるであろう。

光パイプ850、860の間に設置されたのは、ウィンドウ
874を有するプランジャ形状の遮光体である。プランジ
ャ872は、矢印876で示された直線方向に断続的に光流85
8を遮断し、一定間隔で光を妨げるように作動する。

図44において、最終段階の受光方式における光センサ
に光を再伝導させる方法は、半透明面884を内装した発
光パイプ882の一部分に、反射性で粘着力のあるカバー
を接触させる過程を経て成し遂げられる。面884は、面8
86と相対位置し、矢印888で示される流れで光は光パイ
プ882を通過する。その光の流れは、光パイプ882によっ
て覆われる発光ダイオード890によって生じるものであ
る。

受光パイプ892で、光がそのパイプに伝導される様に
面896と相対位置する半透明面894が同様に装置されてい
る。このようにして、光センサ898は、最終段階でシグ
ナルを受ける。

直動するプランジャ900は、矢印902の方向に断続的に
光の流れ888を、もしくはその流れの一部を遮断する動
きをする。

図42、43、44の実施例では、希望方向へ光路を開かせ
るように、光パイプ以外の全ての装置表面は金属性のス
テッカーでカバーされる。

本実施例の説明は、光遮断方式での固体または液体の用
途を明らかにする。ガスもこれらの対象物に加えて使用
される事は想像されるであろう。加えて言えば、例えば
赤から青へ光スペクトラム（分光）で光を変化させる事
が、光遮断方式なのである。光遮断方式は、与圧室での
ばねや液体チューブとの組み合わせによっても利用する
事ができる。さらに、光パイプは、シャドーロッドの使
用で光の流れを妨げるのに代えて、パイプの交互関連利
用へ進展させる事ができる。

本発明にかなった変位センサは、分圧器にとり変わっ
て高い確実性、変位量増加、製造の容易さを備えた効果
的な操作ができるものである。単一出力は希望の出力形
態へと選択できる。また、そのセンサはEMIに耐久する
様になる。

本発明の変位センサは、分圧器や同様の便宜で操作さ
れる商業的ビデオゲームに携わる自在スイッチ板に取代
わり使われるようにもなる。

さらに変位センサはスパイク圧力への著しい耐久性、
製造の容易さ、省力消費を供与するので、ろ過式の標準
的圧力センサに取代わり、使用される。また、高い確実
性、効力、製造の容易さを供与する点で、消費者、産業
がテレビの音量調節器に使用するようなワイヤコイル、
石炭、プラスチックタイプの回転分圧器や直動分圧器に
代えても使われる。

前述の捕捉適用として、温度調整域が補償される。本
発明の変位センサは、変位や平面直線の変動差を探知す
る変換器に代えても使用する事ができる。それは、従来
のLVDTsより感光度が高く、製造が容易でEMIへの耐久性
が高い等の条件を満たすものである。本発明のセンサは
省力消費で、それらは多量の金属性物体によっても影響
されず、取り付けが容易で他の全てのLVDTs用に温度域
が調整される。また、その変位センサは、評価の高い効
力、製造の容易さ、省力消費、EMIへの耐久性を担う点
で、回転、直線光エンコーダの代わりとしても使用され
る。加えて、光変位センサは従来の電気センサ、光電子
センサと光電子装置、定位置センサ（デジタルとアナロ
グ）電流センサ、温度センサ、気流センサ等に代えて使
用する事ができる。

製品向上の要素としては、例えば車の防犯アラームの
様に磁界の動きを測定する液体水銀スイッチに代えて、
動き／衝撃探知システムに使用される事である。末端機
能（手や足）として感覚変換器を用いたロボットの感覚
部分に、またロボットの帰還作用に使用される。製品の
長所は、従来の炭素分圧器やプラスチックの分圧器に、
より高い確実性、製造の容易、EMIへの耐久、省力消費
が供与される事である。シグナル出力は、現状の発明の
センサが使われる際、希望の選択で出力が形態され、温
度域も補われる。

加えて、光センサは、グラスの水や空の紙コップの様
な取扱の対象にも適用される。効力の総計で示される、
義手義足のユーザーを助力する製造分野にも使用され
る。そのセンサは、従来の炭素分圧器、プラスチック分
圧器よりも高い分析力、製造の容易さ、EMIへの耐久、
省力消費というより高い確実性を供与する。シグナル出
力は、希望の形状に形成され、温度域は補われる。ま
た、そのセンサは、ジャイロスコープ、加速メータ、速
度測定器に使われるのが想像できるであろう。同様に、
速度と圧力のセンサ帰還の現われである楽器、市場に出
回っているポケットビデオゲーム、家庭用ビデオゲー
ム、またオートフォーカスカメラやビデオカメラに帰還
したレンズやその他の部品に使用される。ヘリコプタの
翼の位置調節に、持ち上げる総重量を知るのに必要な翼
等の特殊なアングルに多種の外様の自動車において、活
動を停止するシステムが使用される際の乗用車トラッ
ク、その他の自動車が受ける衝撃を取り除く目的に、後
輪タイヤの曲がる位置決めの目的に、拡大コピーマシー
ンのレンズ位置を決める目的に、ディスク使用の従来の
加速モーターより性能のよい調整をする目的に、模擬装
置に手足の位置を帰還するため、手足の動きに実在感を
与える目的に、使用される。一般に、変位センサは位置
や動きを探知する必要のいかなるものにも使用できる。

本発明のデザインにおいて、その変位センサの意図か
らはずれる事なく、多くの改良を行う事ができる。付加
の申請の規範によって極められる本発明においての我々
の権利（クレーム）を請うものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭57−29805（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−10619（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の内室（38）を有する発光パイプ（3
6）を含み、前記内室に発光源（34）を収納し、前記発
光パイプ（36）の外部に光の流れを拡散する第１の半透
明面（48）に、前記発光源により放射された光の流れを
導くための発光手段と、前記発光パイプ（36）に対向配置され、光センサ（40）
を内蔵する第２の内室（44）を有する受光本体（42）を
構成する受光手段と、前記発光パイプ（36）と前記受光本体（42）との間を移
動可能で、前記発光源（34）から前記光センサ（40）へ
の光の流れを断続的に阻止するための遮光手段（24）と
を含み、前記受光本体（42）は、第２の半透明面（54）を有し、
この半透明面に受光した光を前記第２の内室（44）に拡
散させて前記光センサ（40）に導き、前記内室（44）が
受け取る光の量を前記光センサ（40）が検出するように
したことを特徴とする光変位変換器。
【請求項２】前記第１、第２の内室（38,44）が対向配
置される中央室（14）を内装する細長い空洞のハウジン
グ（12）と、前記中央室を第１部分（16）及び第２部分
（18）に分割する仕切り（20）とを備え、前記第１部分
（16）に前記発光手段と前記受光手段が対向配置され、
前記仕切りは、中央開口を有することを特徴とする請求
項１記載の光変位変換器。
【請求項３】前記中央室（14）の第２部分（18）内に、
既知のばね定数を有して前記遮光手段を付勢するための
圧縮装置（30）を含むことを特徴とする請求項２記載の
光変位変換器。
【請求項４】前記遮光手段は、前記第１部分（16）に配
置された前記発光手段と前記受光手段との間を移動する
ように配置され、前記発光手段によって放射される全て
の光が、前記受光手段に移動できるようにし、かつ、前
記第２部分（18）に配置された圧縮装置（30）が少なく
とも部分的に光を阻止するようにしたことを特徴とする
請求項２または請求項３に記載の光変位変換器。
【請求項５】前記発光手段は、発光パイプ（36）内に取
り付けられた発光ダイオードを含むことを特徴とする請
求項１ないし４のいずれかに記載の光変位変換器。
【請求項６】前記受光手段は、光トランジスタ（40）と
受光パイプ（42）からなることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の光変位変換器。
【請求項７】前記遮光手段は、光伝送用ウィンドウを有
する伸長したシャドーロッドを含み、前記ウィンドウ
は、前記ロッドの一端に隣接して作られ、前記ロッドの
内側端部に前記仕切りに接触する端部プレートを担持し
て、前記ハウジング（12）から外側への前記ロッドの移
動を制限し、前記光伝送用ウィンドウが発光パイプ（36）及び受光パ
イプ（42）と整合するとき、前記ロッドが前記第１位置
に移動し、前記光伝送用ウィンドウが発光パイプ（36）
及び受光パイプ（42）と少なくとも部分的に整合しない
とき、前記ロッドが前記第２位置に移動することを特徴
とする請求項２または請求項３に記載の光変位変換器。
【請求項８】前記遮光手段は、少なくとも１つのソリッ
ド形式のシャドーセンサを含み、このシャドーセンサ
が、発光手段からの光の流れを少なくとも部分的に阻止
する第１位置と、ほとんど全部の光の流れが受光手段を
通過することができる第２位置との間を移動できること
を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光変
位変換器。
【請求項９】前記遮光手段は、ウィンドウを有する固体
部材のプランジャーを含み、光が前記ウィンドウを通過
して流れることを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
かに記載の光変位変換器。
【請求項１０】前記発光手段は、プリズム形状の発光ハ
ウジングを構成し、この発光ハウジング内の光拡散面
が、前記発光ハウジングの少なくとも１つの他の面に対
して鋭角に配置され、前記受光手段が、プリズム形状を有する受光本体を含
み、前記光拡散面は、前記受光本体の少なくとも１つの
他の面に対して鋭角に配置されることを特徴とする請求
項１記載の光変位変換器。
【請求項１１】前記遮光手段は、光が貫通できるように
固体部材のシャドーロッドに形成された三角形状のウィ
ンドウを含んでいることを特徴とする請求項９記載の光
変位変換器。
【請求項１２】前記遮光手段は、直線方向に移動可能で
あることを特徴とする請求項１ないし11のいずれかに記
載の光変位変換器。