JP3542226B2 - Optical potentiometer - Google Patents

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JP3542226B2 JP06730796A JP6730796A JP3542226B2 JP 3542226 B2 JP3542226 B2 JP 3542226B2 JP 06730796 A JP06730796 A JP 06730796A JP 6730796 A JP6730796 A JP 6730796A JP 3542226 B2 JP3542226 B2 JP 3542226B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は固定光源と固定受光素子と両者の間に介在するスリット盤とからなる光学式ポテンショメータに関する。より詳しくは、固定光源を電気的な破壊から防止するためのスリット盤構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から様々な形式の光学式ポテンショメータが知られている。例えば、特開昭60−140117号公報、特開昭60−225024号公報、特開平7−43176号公報等には螺旋状にスリットが形成されたスリット盤を利用した構造が開示されている。図8に示すように、金属薄板等の遮光性材料からなるスリット盤1は回転軸2に固着されており回転変位可能である。この回転軸2は図示しない被測定体に接続されている。スリット盤1の表面には中心からの距離が周方向に沿って徐々に拡大する螺旋状の信号用スリット3がエッチングにより形成されている。スリット盤1の上方には例えばLED等からなる光源4が固定配置されている。この光源4はその表面に固着された投光レンズ5を介して概そ平行な光をスリット盤1の表面に照射する。一方スリット盤1の下方には光源4と整合して受光素子6が固定配置されている。その表面に設けられた受光面7はスリット盤1の径方向に沿った長手形状を有する。スリット盤1の回転変位に伴って信号用スリット3を通った通過光8は径方向に移動し受光面7により受光される。受光素子6は例えばPSD等からなり、一対の出力端子に検出信号IA,IBを出力する。検出信号IA,IBは通過光8の受光位置9に応じて変化する。これら一対の検出信号IA,IBは処理回路10により差分処理を施され、スリット盤1の回転変位を表わす出力信号Voutを生成する。加えて、処理回路10には自動光量制御回路(APC)15が接続されており、光源4の駆動回路16を制御している。すなわち、APC15は一対の検出信号IA,IBを互いに加算した信号に基いて動作し受光素子6の受光量を一定に保つように光源4の発光量を制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、スリット盤1には周方向に沿って部分的に信号用スリット3が形成されている。従って、スリット盤1の回転位置によっては光源4の光が完全に遮断され受光素子6の受光量が皆無になる場合がある。何ら対策を施さないと、APC15の作用により駆動回路16から光源4に供給される駆動電流が極端に増大することになる。そこで、光源4からの光がスリット盤1により遮断されても光源4が破壊されないように、APC15に電流制限を設けている。ところで制限電流の量は使用温度範囲の全体に渡って光源の定格電流を超えない様に設定する。仮に定格電流を超えて設定すると光源を破壊する恐れがある。一般に、光源の定格電流は周囲温度が高くなる程小さくなる。この為、制限電流は最高使用温度時における光源の定格電流と一致する様に設定される。ところが、最高使用温度以下で使用した場合、光源の消費電流が制限電流に達して設計上製品寿命に到ったとしても、実際には最高使用温度以下で使用している限り光源が破壊又は劣化している分けでは無く、例えば制限電流を新たに高めに設定すればそのまま使用できる。しかしながら、現実には設計上寿命が尽きたとされるので光源は破壊されていないのに使えない状態となる。この様に、電流制限を設けることにより、製品寿命が短くなるという欠点が生じる。なお、電流制限を設けるという電気的な対策に代えて機械的な対策が考えられる。例えば、ストッパを設け信号用スリット3の存在する角度範囲を超えて回転軸2が機械的に回転できないようにする。しかしながら、この場合にはストッパを含む新たな回転停止機構が必要となり、製造コストの増大につながる。
【0004】
ここで、上記欠点の理解を容易にする為、光学式ポテンショメータの製品寿命について簡単に説明を加える。光学式ポテンショメータでは構成部品の内で光源の寿命が一番短く、光源の寿命=製品寿命とすることが最善である。しかしながら、これが成立するのは最高使用温度時のみである。光源として用いられる発光素子の寿命は同じ発光量を得るのに必要な電流が初期の1.5倍になった時、若しくは同じ電流で発光量が67%になった時とするのが一般である。光源は時間と共に劣化していくため、同じ光量を得るにはより大きな電流を必要とする様になる。光学式ポテンショメータではPSD等からなる受光素子の受光量の変化が出力となるため、PSDの受光量が一定になる様光源の発光量をAPC制御しなければならない。従って、光源の劣化が進み必要電流が制限電流に達するとPSDの受光量をそれまでのレベルに保てなくなる。この時を製品寿命とする。従来の光学式ポテンショメータでは、この様に制限電流を設けたことで製品寿命が人為的に決められている。部品が実際に破壊して機能しなくなるまでではなく、劣化があらかじめ定められた分だけ進行したら実際は使用できるのに製品寿命であると判断されてしまう。なお、ここで制限電流の設定式を参考のため、以下に記載しておく。
制限電流=(光源電流(at25℃))/(相対光量(at最高使用温度))×(光源の寿命設定係数)+(回路の消費電流)
相対光量(at最高使用温度)は光源の特性による。光源の寿命設定係数は一般的に1.5である。回路の消費電流は回路構成により決まる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題を解決するため以下の手段を講じた。すなわち、本発明に係る光学式ポテンショメータは基本的な構成要素として、スリット盤と、固定光源と、固定受光素子と、処理回路と、自動光量制御回路とを備えている。スリット盤は回転軸を中心として回転変位するとともに周方向に沿って信号用スリットが形成されている。固定光源は該スリット盤に光を照射する。固定受光素子は該スリット盤の径方向に沿って配置された長手形状の受光面を備え回転変位に伴って径方向に移動する信号用スリットからの通過光を受光しその位置に応じた検出信号を出力する。処理回路は該検出信号を処理して回転変位を表わす出力信号を生成する。自動光量制御回路は該検出信号に基いて動作し固定受光素子の受光量を一定に保つように該固定光源の発光量を制御する。係る構成において、前記スリット盤は回転変位の検出が可能な有効角度領域と回転変位の検出が不能な無効角度領域とに分かれている。該有効角度領域には回転軸からの径方向距離が回転変位に対して直線的に変化する前記信号用スリットが設けてある。特徴事項として、該無効角度領域には単に光を通過させるための保護用スリットが設けられており、該スリット盤の全角に渡って自動光量制御回路が定常動作する。元々、自動光量制御回路は常に動作する様設計されている。只、光がスリット盤により遮断されるとフィードバック制御系の信号経路が切断されるため受光量の制御ができなくなる。そこで、スリット盤の全角に渡ってスリットを設け自動光量制御回路の定常動作を維持している。好ましくは、前記保護用スリットは該スリット盤の周方向に沿って複数個に分割されている。また好ましくは、前記保護用スリットと前記信号用スリットとは該スリット盤の周方向に沿って部分的に重複配置している。更に好ましくは、前記保護用スリットは前記信号用スリットよりも大きな径方向幅を有する。なお、見方を変えると、スリット幅を広くすることは条件次第で部分的に保護用スリットと信号用スリットを重複配置したのと同じ効果が得られる。このことは、周方向に分割された保護用スリットの継ぎ目に開口を設ける場合でも同様である。
【0006】
本発明の基本的な概念はスリット盤の回転位置に係わらず常に受光素子に光源からの光を受光させることである。このため、信号用スリットが存在する有効角度領域外の無効角度領域に保護用スリットを設けている。このように、スリット盤の360度全角にわたってスリットを設けることにより、自動光量制御回路を常に定常動作させ、光源に過剰な駆動電流が供給されないようにしている。この様に、本発明では光が遮断されることがなくなるため、電流制限を設けなくても良くなり、制限抵抗を省略できるとともに光源寿命=製品寿命になる。電流制限は光が遮断されたとき光源が破壊されない様に設けたものであり、光が遮断されなければ必要ない。また、保護用スリットをスリット盤の周方向に沿って複数個分割している。各保護用スリットの間に継ぎ目が残されることによりスリット盤の機械的な強度を維持可能としている。更に、保護用スリットと信号用スリットとはスリット盤の周方向に沿って部分的に重複配置して互いに干渉させている。これにより、360度全角にわたって光源からの光を完全に透過させることが可能になる。加えて、保護用スリットの径方向幅を信号用スリットの径方向幅より広めにしている。これにより、無効角度領域における光源の駆動電流を抑制できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の最良な実施形態を詳細に説明する。図1は本発明に係る光学式ポテンショメータの基本的な構成を示す模式的なブロック図である。図示するように、本光学式ポテンショメータはスリット盤1と、固定された光源4と、同じく固定された受光素子6と、処理回路10と、自動光量制御回路(APC)15とを備えている。スリット盤1は回転軸2を中心として回転変位するとともに、周方向に沿って信号用スリット3が部分的に形成されている。このスリット盤1は金属薄板等の遮光性材料からなり、信号用スリット3はエッチングにより形成できる。光源4は例えばLED等からなり駆動回路16から駆動電流の供給を受けて発光しスリット盤1に光を照射する。光源4はその表面に固着された投光レンズ5を介してほぼ平行な光をスリット盤1の表面に照射する。受光素子6はスリット盤1を介して光源4に対向配置しており、スリット盤1の径方向に沿って配置された長手形状の受光面7を備え、回転変位に伴って径方向に移動する信号用スリット3からの通過光8を受光し、その位置9に応じた検出信号IA,IBを出力する。この受光素子6は例えばPSD等からなり、一対の出力端子に検出信号IA,IBを出力する。検出信号IA,IBは通過光8の受光位置9に応じて変化する。処理回路10は検出信号IA,IBを処理して回転変位を表わす出力信号Voutを生成する。具体的には、一対の検出信号IA,IBを差分処理して、スリット盤1の回転変位情報を表わす出力信号Voutを生成する。APC15は処理回路10に接続しており、一対の検出信号IA,IBを互いに加算処理した信号に基いて動作し、受光素子6の受光量を一定に保つように光源4の発光量を制御する。すなわち、検出信号IA,IBの合計量が増大した場合には、APC15は駆動回路16を制御して光源4に供給する駆動電流を抑制する。又、検出信号IA,IBの合計量が低下した場合には、APC15は駆動回路16を制御して光源4に供給する駆動電流を増大させる。これにより、光源4と受光素子6の組み合わせからなる検出系はフィードバック制御により安定的に動作可能となる。
【0008】
スリット盤1は回転変位の検出が可能な有効角度領域と回転変位の検出が不能な無効角度領域とに分かれている。有効角度領域には回転軸2からの径方向距離が回転変位に対して直線的に変化する信号用スリット3が設けてある。この信号用スリット3は例えば中心からの距離が周方向に沿って徐々に拡大する螺旋形状を有している。これに対し、無効角度領域には単に光を通過させるための保護用スリット3aが設けられている。この保護用スリット3aは例えば単純な円弧形状を有している。このように、スリット盤1の360度全角にわたってスリット3,3aを設けることにより、自動光量制御回路15がスリット盤1の回転位置に係わらず常に定常動作することとなり、光源4と受光素子6の組合わせからなる検出系の安定動作が完全に維持できる。
【0009】
図2は、スリット盤1に形成されたスリットの形状を示す一実施であり、最も単純な例を表わしている。信号用スリット3は螺旋形状を有し、有効角度領域31に形成されている。一方、保護用スリット3aは円弧形状を有し無効角度領域32に形成されている。なお、信号用スリット3および保護用スリット3aの形状はこれらに限られるものではない。本例では有効角度領域31が約120度であり、無効角度領域32が約240度となっており、スリット盤1の360度全角に渡ってスリット3,3aが設けてある。これにより、スリット盤1の回転位置に係わらず光源からの光が遮断されることがなくなり、APCの電流制限にかかる恐れがなくなる。
【0010】
図3はスリット形状の他の実施例を表わしている。図2に示した最も単純な実施例では信号用スリット3と保護用スリット3aとの間で2箇所のみに継ぎ目が残されることになる。このため、スリット盤1の機械的強度が低下する恐れがある。そこで、図3に示した実施例では保護用スリット3aをスリット盤1の周方向に沿って複数個に分割し、継ぎ目の個数を増やしている。この例では保護用スリット3aを3分割することで、スリット盤1には合計4個の継ぎ目33が残されることになり、機械的強度が大きくなる。
【0011】
図4はスリット形状の別の実施例を表わしている。図3に示した例ではあるスリットの端と隣接する他のスリットの端はエッチング加工等の製造誤差により完全に一致するとは限らない。スリットの端と端が離間してしまうと、光源からの光の一部が遮断されてしまうため、光が完全に通過している時よりも光源に供給される駆動電流が大きくなる。このため、定格電流を超える可能性がある。そこで、本実施例では一部でも光が遮断されないように、スリットの端と端を互いに周方向に沿って部分的に重複させている。この際、信号用スリット3は有効角度領域31に対応した有効電気角が小さくならないように、重複させる分だけ切れ角を大きくとってある。
【0012】
図5はスリット形状の更に別の実施例を示している。図4に示した実施例では隣合うスリットが重複している部分は通常よりも通過光量が増大するため、光源に供給される駆動電流が通常よりも小さくなる。このような変動を押えるため、図5に示した実施例では分割された保護用スリット3aの間を離間し、重複部分をなくすとともに、これに替えて一対の開口34を設けている。ここで、保護用スリット3aの径方向幅をdとし、隣り合う保護用スリット3aの周方向離間距離をtし、一方の開口34の直径を2r1 とし、他方の開口34の直径を2r2 とすると、π(r1 の2乗+r2 の2乗)>d・tの関係を満たすようにすれば、保護用スリット3aの境界における出力をほぼ一定にできる。
【0013】
図6はスリットの更に別の実施例を表わしている。一般に、光源は駆動電流が小さい程寿命が長くなる。この点に鑑み、本実施例では保護用スリット3aの径方向幅Dを信号用スリット3の径方向幅dよりも広く設定している。このようにすると、光学式ポテンショメータが無効角度領域にある場合、有効角度領域に比べAPCにより光源の駆動電流が抑制されるため、その分劣化を遅くすることができる。
【0014】
最後に、図7は図1に示した処理回路10,APC15及び駆動回路16の具体的な構成例を示すブロック図である。PSD等からなる受光素子6から出力される一方の検出信号IAはアンプ11により対応する電圧信号VAに変換された後、差分器12の正入力端子に印加される。同様に、他方の検出信号IBはアンプ13により対応する電圧信号VBに変換された後、差分器12の負入力端子に印加される。一対の電圧信号VA,VBは差分器12により互いに差分処理され、スリット3を通った通過光の受光位置に対応した信号Voutを出力する。更に、一対の電圧信号VA,VBは加算器14により互いに加算処理される。加算器14の出力端子には駆動回路16に含まれる駆動トランジスタ16aが接続されており、加算結果が一定となるようにLED等からなる光源4の駆動電流を制御する。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号用スリットをスリット盤の有効角度領域に設ける一方、保護用スリットをスリット盤の無効角度領域に設け、スリット盤の全角にわたって自動光量制御回路を動作させている。これにより、光学式ポテンショメータが有効角度領域から外れて無効角度領域に進入した場合でも、光源の破壊を防ぐことが可能である。また、保護用スリットをスリット盤の周方向に沿って複数個に分割することで継ぎ目を残し、スリット盤の機械的強度を維持可能である。更に、保護用スリットと信号用スリットをスリット盤の周方向に沿って部分的に重複配置することで、光源からの光が一瞬でも遮断されることを防止し、光源の破壊の可能性を皆無とする。加えて、保護用スリットの径方向幅を信号用スリットよりも大きく設定することで、光源の経時劣化を遅くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光学式ポテンショメータの基本的な構成を示すブロック図である。
【図2】スリット盤に形成される保護用スリットの一実施例を示す模式的な平面図である。
【図3】同じく保護用スリットの他の実施例を示す平面図である。
【図4】同じく保護用スリットの別の実施例を示す平面図である。
【図5】同じく保護用スリットの更に別の実施例を示す平面図である。
【図6】同じく保護用スリットの更に別の実施例を示す平面図である。
【図7】図1に示した光学式エンコーダに組込まれる処理回路の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図8】従来の光学式ポテンショメータの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1・・・スリット盤、2・・・回転軸、3・・・信号用スリット、3a・・・保護用スリット、4・・・光源、6・・・受光素子、7・・・受光面、8・・・通過光、9・・・受光位置、10・・・処理回路、15・・・自動光量制御回路、16・・・駆動回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical potentiometer including a fixed light source, a fixed light receiving element, and a slit disk interposed between the fixed light source and the fixed light receiving element. More specifically, the present invention relates to a slit disk structure for preventing a fixed light source from being electrically damaged.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of optical potentiometers are known. For example, JP-A-60-140117, JP-A-60-225024, and JP-A-7-43176 disclose a structure using a slit disk in which spiral slits are formed. As shown in FIG. 8, a slit disc 1 made of a light-shielding material such as a thin metal plate is fixed to a rotating shaft 2 and can be rotationally displaced. The rotating shaft 2 is connected to a measurement object (not shown). A spiral signal slit 3 whose distance from the center gradually increases along the circumferential direction is formed on the surface of the slit disk 1 by etching. Above the slit board 1, a light source 4 composed of, for example, an LED is fixedly arranged. The light source 4 irradiates the surface of the slit disk 1 with substantially parallel light via a light projecting lens 5 fixed to the surface. On the other hand, a light receiving element 6 is fixedly arranged below the slit board 1 in alignment with the light source 4. The light receiving surface 7 provided on the surface has a longitudinal shape along the radial direction of the slit disc 1. The light 8 passing through the signal slit 3 moves radially with the rotation displacement of the slit board 1 and is received by the light receiving surface 7. The light receiving element 6 is composed of, for example, a PSD, and outputs detection signals IA and IB to a pair of output terminals. The detection signals IA and IB change according to the light receiving position 9 of the passing light 8. The pair of detection signals IA and IB are subjected to difference processing by the processing circuit 10 to generate an output signal Vout representing the rotational displacement of the slit disk 1. In addition, an automatic light amount control circuit (APC) 15 is connected to the processing circuit 10 and controls a drive circuit 16 of the light source 4. That is, the APC 15 operates based on a signal obtained by adding the pair of detection signals IA and IB to each other, and controls the light emission amount of the light source 4 so as to keep the light reception amount of the light receiving element 6 constant.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, the slit board 1 is formed with a signal slit 3 partially in the circumferential direction. Therefore, depending on the rotational position of the slit disc 1, the light from the light source 4 may be completely shut off and the light receiving element 6 may not receive any light. If no countermeasures are taken, the drive current supplied from the drive circuit 16 to the light source 4 by the action of the APC 15 will increase extremely. Therefore, the APC 15 is provided with a current limit so that the light source 4 is not destroyed even when the light from the light source 4 is cut off by the slit board 1. By the way, the amount of the limiting current is set so as not to exceed the rated current of the light source over the entire operating temperature range. If the current exceeds the rated current, the light source may be damaged. Generally, the rated current of a light source decreases as the ambient temperature increases. For this reason, the limiting current is set so as to match the rated current of the light source at the maximum operating temperature. However, if the light source is used below the maximum operating temperature, even if the current consumption of the light source reaches the current limit and the product reaches the end of its product life, the light source will actually break down or deteriorate as long as it is used below the maximum operating temperature. If the current limit is newly set higher, for example, it can be used as it is. However, in reality, the life of the light source is considered to have expired in design, so that the light source cannot be used because it has not been destroyed. As described above, the provision of the current limitation has a disadvantage that the product life is shortened. It should be noted that a mechanical measure can be considered instead of the electric measure of providing a current limit. For example, a stopper is provided to prevent the rotation shaft 2 from mechanically rotating beyond the angle range where the signal slit 3 exists. However, in this case, a new rotation stop mechanism including a stopper is required, which leads to an increase in manufacturing cost.
[0004]
Here, in order to facilitate understanding of the above drawbacks, a brief description will be given of the product life of the optical potentiometer. In the optical potentiometer, the life of the light source is shortest among the components, and it is best that the life of the light source = the product life. However, this only holds true at maximum operating temperatures. The lifetime of a light emitting element used as a light source is generally when the current required to obtain the same light emission is 1.5 times the initial value or when the light emission is 67% at the same current. is there. Since the light source deteriorates with time, a larger current is required to obtain the same light amount. In an optical potentiometer, a change in the amount of light received by a light receiving element such as a PSD is output, so that the light emission amount of the light source must be APC-controlled so that the amount of light received by the PSD is constant. Therefore, when the deterioration of the light source progresses and the required current reaches the limit current, the amount of light received by the PSD cannot be maintained at the previous level. This time is defined as the product life. In the conventional optical potentiometer, the product life is artificially determined by providing the limiting current in this way. It is determined that the product has reached the end of its service life, even though it can actually be used if the deterioration has progressed by a predetermined amount, rather than until the component actually breaks down and no longer functions. Note that the setting formula of the limiting current is described below for reference.
Limited current = (light source current (at 25 ° C.)) / (Relative light quantity (at maximum operating temperature)) × (light source life setting coefficient) + (current consumption of circuit)
The relative light quantity (at the maximum operating temperature) depends on the characteristics of the light source. The life setting coefficient of the light source is generally 1.5. The current consumption of the circuit is determined by the circuit configuration.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The following measures were taken in order to solve the above-mentioned problems of the conventional technology. That is, the optical potentiometer according to the present invention includes, as basic components, a slit disk, a fixed light source, a fixed light receiving element, a processing circuit, and an automatic light amount control circuit. The slit disc is rotationally displaced about a rotation axis and has a signal slit formed along a circumferential direction. A fixed light source irradiates the slit disc with light. The fixed light receiving element has a long light receiving surface arranged along the radial direction of the slit disk, receives light passing through the signal slit that moves in the radial direction with rotational displacement, and detects a detection signal corresponding to the position. Is output. A processing circuit processes the detection signal to generate an output signal representing the rotational displacement. The automatic light amount control circuit operates based on the detection signal and controls the light emission amount of the fixed light source so as to keep the light reception amount of the fixed light receiving element constant. In such a configuration, the slit disc is divided into an effective angle region where rotation displacement can be detected and an invalid angle region where rotation displacement cannot be detected. The effective angle region is provided with the signal slit whose radial distance from the rotation axis changes linearly with respect to rotational displacement. As a characteristic feature, a protection slit for simply passing light is provided in the invalid angle region, and the automatic light amount control circuit operates in a steady state over the entire angle of the slit disk. Originally, the automatic light quantity control circuit is designed to always operate. However, if the light is blocked by the slit disc, the signal path of the feedback control system is cut off, so that the amount of received light cannot be controlled. Therefore, a slit is provided over the entire angle of the slit disc to maintain a steady operation of the automatic light amount control circuit. Preferably, the protection slit is divided into a plurality of pieces along the circumferential direction of the slit disc. Also preferably, the protective slit and the signal slit are partially overlapped with each other along the circumferential direction of the slit disk. More preferably, the protective slit has a larger radial width than the signal slit. From a different point of view, widening the slit width has the same effect as partially arranging the protection slit and the signal slit partially depending on the conditions. This is the same even when an opening is provided at the joint of the protective slit divided in the circumferential direction.
[0006]
The basic concept of the present invention is to make the light receiving element always receive the light from the light source regardless of the rotational position of the slit disc. For this reason, the protection slit is provided in an invalid angle area outside the effective angle area where the signal slit exists. In this manner, by providing slits over the entire 360-degree angle of the slit disk, the automatic light amount control circuit is always operated in a steady state, so that an excessive drive current is not supplied to the light source. As described above, in the present invention, since light is not blocked, there is no need to provide a current limit, the limiting resistor can be omitted, and the life of the light source is equal to the product life. The current limit is provided so that the light source is not destroyed when the light is blocked, and is not necessary if the light is not blocked. Further, a plurality of protective slits are divided along the circumferential direction of the slit disc. The seam is left between the protective slits, so that the mechanical strength of the slit disc can be maintained. Further, the protection slit and the signal slit are partially overlapped with each other along the circumferential direction of the slit disc and interfere with each other. This makes it possible to completely transmit the light from the light source over the full 360 degrees. In addition, the radial width of the protective slit is made wider than the radial width of the signal slit. Thereby, the drive current of the light source in the invalid angle region can be suppressed.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a basic configuration of an optical potentiometer according to the present invention. As shown in the figure, the optical potentiometer includes a slit disk 1, a fixed light source 4, a light receiving element 6 also fixed, a processing circuit 10, and an automatic light amount control circuit (APC) 15. The slit disc 1 is rotationally displaced about a rotation shaft 2 and has a signal slit 3 partially formed along the circumferential direction. The slit disc 1 is made of a light-shielding material such as a thin metal plate, and the signal slit 3 can be formed by etching. The light source 4 is composed of, for example, an LED or the like, and receives a drive current from the drive circuit 16 to emit light and irradiates the slit disc 1 with light. The light source 4 irradiates the surface of the slit disk 1 with substantially parallel light through a light projecting lens 5 fixed to the surface thereof. The light receiving element 6 is arranged to face the light source 4 via the slit board 1 and has a long light receiving surface 7 arranged along the radial direction of the slit board 1 and moves in the radial direction with rotational displacement. It receives the passing light 8 from the signal slit 3 and outputs detection signals IA and IB corresponding to the position 9 thereof. The light receiving element 6 is composed of, for example, a PSD, and outputs detection signals IA and IB to a pair of output terminals. The detection signals IA and IB change according to the light receiving position 9 of the passing light 8. The processing circuit 10 processes the detection signals IA and IB to generate an output signal Vout representing the rotational displacement. Specifically, a difference process is performed on the pair of detection signals IA and IB to generate an output signal Vout representing rotation displacement information of the slit disc 1. The APC 15 is connected to the processing circuit 10 and operates based on a signal obtained by adding the pair of detection signals IA and IB to each other, and controls the light emission amount of the light source 4 so as to keep the light reception amount of the light receiving element 6 constant. . That is, when the total amount of the detection signals IA and IB increases, the APC 15 controls the drive circuit 16 to suppress the drive current supplied to the light source 4. When the total amount of the detection signals IA and IB decreases, the APC 15 controls the drive circuit 16 to increase the drive current supplied to the light source 4. Thus, the detection system including the combination of the light source 4 and the light receiving element 6 can be stably operated by the feedback control.
[0008]
The slit disc 1 is divided into an effective angle region where rotation displacement can be detected and an invalid angle region where rotation displacement cannot be detected. In the effective angle region, there is provided a signal slit 3 whose radial distance from the rotation shaft 2 changes linearly with respect to rotational displacement. The signal slit 3 has, for example, a spiral shape whose distance from the center gradually increases along the circumferential direction. On the other hand, in the invalid angle area, a protective slit 3a for merely passing light is provided. The protective slit 3a has, for example, a simple arc shape. In this manner, by providing the slits 3 and 3a over the entire 360-degree angle of the slit board 1, the automatic light amount control circuit 15 always operates steadily regardless of the rotational position of the slit board 1, and the light source 4 and the light receiving element 6 The stable operation of the detection system composed of the combination can be completely maintained.
[0009]
FIG. 2 is an embodiment showing the shape of the slit formed in the slit disc 1, and shows the simplest example. The signal slit 3 has a spiral shape and is formed in the effective angle area 31. On the other hand, the protective slit 3a has an arc shape and is formed in the invalid angle area 32. The shapes of the signal slit 3 and the protection slit 3a are not limited to these. In this example, the effective angle area 31 is about 120 degrees, the invalid angle area 32 is about 240 degrees, and the slits 3 and 3a are provided over the full 360 degrees of the slit disk 1. Thus, light from the light source is not blocked regardless of the rotational position of the slit board 1, and there is no danger of limiting the current of the APC.
[0010]
FIG. 3 shows another embodiment of the slit shape. In the simplest embodiment shown in FIG. 2, only two joints are left between the signal slit 3 and the protection slit 3a. For this reason, the mechanical strength of the slit disc 1 may be reduced. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 3, the protective slit 3a is divided into a plurality of pieces along the circumferential direction of the slit board 1, and the number of joints is increased. In this example, by dividing the protective slit 3a into three, a total of four seams 33 are left on the slit disc 1, and the mechanical strength is increased.
[0011]
FIG. 4 shows another embodiment of the slit shape. In the example shown in FIG. 3, the edge of one slit and the edge of another slit adjacent thereto do not always completely match due to a manufacturing error such as etching. When the ends of the slit are separated from each other, part of the light from the light source is blocked, so that the driving current supplied to the light source becomes larger than when the light is completely passing. For this reason, the rated current may be exceeded. Therefore, in this embodiment, the ends of the slits are partially overlapped with each other along the circumferential direction so that even part of the light is not blocked. At this time, in order to prevent the effective electrical angle corresponding to the effective angle area 31 from decreasing, the cutting angle of the signal slit 3 is set large enough to overlap.
[0012]
FIG. 5 shows still another embodiment of the slit shape. In the embodiment shown in FIG. 4, since the amount of light passing through the portion where the adjacent slits overlap is larger than usual, the driving current supplied to the light source is smaller than usual. In order to suppress such a variation, in the embodiment shown in FIG. 5, the divided protective slits 3a are separated from each other to eliminate the overlapping portion, and a pair of openings 34 are provided instead. Here, the radial width of the protective slit 3a is d, the circumferential distance between the protective slit 3a adjacent to t, and the diameter of one opening 34 and 2r 1, 2r diameter of the other opening 34 2 Then, if the relationship of π (square of r 1 + square of r 2 )> dt is satisfied, the output at the boundary of the protective slit 3 a can be made substantially constant.
[0013]
FIG. 6 shows yet another embodiment of the slit. In general, the light source has a longer life as the drive current is smaller. In view of this point, in this embodiment, the radial width D of the protection slit 3a is set to be wider than the radial width d of the signal slit 3. With this configuration, when the optical potentiometer is in the invalid angle region, the driving current of the light source is suppressed by the APC as compared with the effective angle region, so that the deterioration can be delayed accordingly.
[0014]
Finally, FIG. 7 is a block diagram showing a specific configuration example of the processing circuit 10, the APC 15, and the driving circuit 16 shown in FIG. One detection signal IA output from the light receiving element 6 such as a PSD is converted into a corresponding voltage signal VA by the amplifier 11 and then applied to the positive input terminal of the differentiator 12. Similarly, the other detection signal IB is converted to a corresponding voltage signal VB by the amplifier 13 and then applied to the negative input terminal of the differentiator 12. The pair of voltage signals VA and VB are subjected to differential processing by the differentiator 12 to output a signal Vout corresponding to the light receiving position of the light passing through the slit 3. Further, the pair of voltage signals VA and VB are added to each other by the adder 14. A drive transistor 16a included in the drive circuit 16 is connected to the output terminal of the adder 14, and controls the drive current of the light source 4 including an LED or the like so that the addition result is constant.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the signal slit is provided in the effective angle area of the slit disk, while the protection slit is provided in the invalid angle area of the slit disk, and the automatic light amount control circuit operates over the entire angle of the slit disk. Let me. Thereby, even when the optical potentiometer deviates from the effective angle region and enters the invalid angle region, it is possible to prevent the light source from being destroyed. Further, by dividing the protective slit into a plurality of pieces along the circumferential direction of the slit disc, a seam is left, and the mechanical strength of the slit disc can be maintained. Furthermore, by partially arranging the protection slit and the signal slit along the circumferential direction of the slit disc, light from the light source is prevented from being interrupted even for a moment, and there is no possibility of destruction of the light source. And In addition, by setting the width of the protection slit in the radial direction to be larger than that of the signal slit, deterioration over time of the light source can be delayed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an optical potentiometer according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing one embodiment of a protective slit formed on a slit board.
FIG. 3 is a plan view showing another embodiment of the protective slit.
FIG. 4 is a plan view showing another embodiment of the protective slit.
FIG. 5 is a plan view showing still another embodiment of the protective slit.
FIG. 6 is a plan view showing still another embodiment of the protective slit.
FIG. 7 is a block diagram showing a specific configuration example of a processing circuit incorporated in the optical encoder shown in FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional optical potentiometer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Slit board, 2 ... Rotation axis, 3 ... Signal slit, 3a ... Protection slit, 4 ... Light source, 6 ... Light receiving element, 7 ... Light receiving surface, 8: transmitted light, 9: light receiving position, 10: processing circuit, 15: automatic light amount control circuit, 16: drive circuit

Claims (4)

回転軸を中心として回転変位するとともに周方向に沿って信号用スリットが形成されたスリット盤と、該スリット盤に光を照射する固定光源と、該スリット盤の径方向に沿って配置された長手形状の受光面を備え回転変位に伴って径方向に移動する信号用スリットからの通過光を受光しその位置に応じた検出信号を出力する固定受光素子と、該検出信号を処理して回転変位を表わす出力信号を生成する処理回路と、該検出信号に基いて動作し固定受光素子の受光量を一定に保つように該固定光源の発光量を制御する自動光量制御回路とからなる光学式ポテンショメータにおいて、
前記スリット盤は回転変位の検出が可能な有効角度領域と回転変位の検出が不能な無効角度領域とに分かれており、該有効角度領域には回転軸からの径方向距離が回転変位に対して直線的に変化する前記信号用スリットが設けてある一方、該無効角度領域には単に光を通過させる為の保護用スリットが設けられており、該スリット盤の全角に渡って自動光量制御回路が定常動作することを特徴とする光学式ポテンショメータ。
A slit disc having a signal slit formed along the circumferential direction while being rotationally displaced about the rotation axis, a fixed light source for irradiating the slit disc with light, and a longitudinally arranged along the radial direction of the slit disc A fixed light receiving element having a light receiving surface having a shape, receiving light passing through a signal slit that moves in a radial direction with rotational displacement, and outputting a detection signal according to the position; An optical potentiometer comprising: a processing circuit for generating an output signal representing the following equation; and an automatic light amount control circuit that operates based on the detection signal and controls the light emission amount of the fixed light source so as to keep the light reception amount of the fixed light receiving element constant. At
The slit disc is divided into an effective angle area where rotational displacement can be detected and an invalid angle area where rotational displacement cannot be detected.In the effective angle area, the radial distance from the rotation axis is relative to the rotational displacement. While the signal slit which changes linearly is provided, a protection slit for merely passing light is provided in the invalid angle area, and an automatic light amount control circuit is provided over the entire angle of the slit disk. An optical potentiometer that operates steadily.
前記保護用スリットは該スリット盤の周方向に沿って複数個に分割されていることを特徴とする請求項1記載の光学式ポテンショメータ。The optical potentiometer according to claim 1, wherein the protective slit is divided into a plurality of pieces along a circumferential direction of the slit board. 前記保護用スリットと前記信号用スリットとが該スリット盤の周方向に沿って部分的に重複配置していることを特徴とする請求項1記載の光学式ポテンショメータ。The optical potentiometer according to claim 1, wherein the protection slit and the signal slit are partially overlapped with each other along a circumferential direction of the slit disk. 前記保護用スリットは前記信号用スリットよりも大きな径方向幅を有することを特徴とする請求項1記載の光学式ポテンショメータ。The optical potentiometer according to claim 1, wherein the protective slit has a larger radial width than the signal slit.
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