JP5284837B2 - Optical encoder and method for detecting displacement of linear power transmission member - Google Patents

Optical encoder and method for detecting displacement of linear power transmission member Download PDF

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本発明は、ワイヤ等の線状動力伝達部材の長手方向への変位を検出する光学式エンコーダ及びその光学式エンコーダを用いた線状動力伝達部材の変位検出方法に関する。   The present invention relates to an optical encoder that detects displacement in the longitudinal direction of a linear power transmission member such as a wire, and a displacement detection method of the linear power transmission member using the optical encoder.

一般に、内視鏡及びマニピュレータ等の操作システムでは、ワイヤ等の線状動力伝達部材によって動作部を屈曲させる駆動機構が用いられている。これらの操作システムは、内視鏡やマニピュレータの動作を正確に制御するために動作部の屈曲角度を検出する検出手段を設ける必要がある。   In general, in an operation system such as an endoscope and a manipulator, a drive mechanism is used that bends an operation portion by a linear power transmission member such as a wire. These operation systems need to be provided with detection means for detecting the bending angle of the operating part in order to accurately control the operation of the endoscope and manipulator.

特許文献1には、光ファイバを用いたエンコーダが開示されている。このエンコーダでは、光源から光ファイバを介して対象物である回転体に光を入射し、回転体から光ファイバへの光の反射量を検出する。これにより、回転体の回転位置と回転方向を検出するようになっている。   Patent Document 1 discloses an encoder using an optical fiber. In this encoder, light is incident on a rotating body, which is an object, from a light source via an optical fiber, and the amount of light reflected from the rotating body to the optical fiber is detected. Thereby, the rotation position and rotation direction of the rotating body are detected.

特許文献2には、内視鏡の屈曲角度を検出する光ファイバ式の検出センサが開示されている。この検出センサでは、光ファイバに複数の光吸収部が形成されていて、光吸収部で吸収される光量が検出される。光吸収部で吸収される光量は内視鏡の動作部の屈曲角度によって変化するため、光吸収部で吸収される光量を検出することにより、内視鏡の動作部の屈曲角度が検出されるようになっている。   Patent Document 2 discloses an optical fiber type detection sensor that detects a bending angle of an endoscope. In this detection sensor, a plurality of light absorbing portions are formed in the optical fiber, and the amount of light absorbed by the light absorbing portion is detected. Since the amount of light absorbed by the light absorption unit changes depending on the bending angle of the operation portion of the endoscope, the bending angle of the operation portion of the endoscope is detected by detecting the amount of light absorbed by the light absorption portion. It is like that.

特開2000−18971号公報JP 2000-18971 A 特許第4005318号公報Japanese Patent No. 4005318

例えば医療用マニピュレータ等の外径寸法が10mm以下の処置装置の操作システムの場合、従来のポテンショメータ及びエンコーダ等の角度センサを細径のマニピュレータの動作部に配置することは困難である。   For example, in the case of an operation system for a treatment apparatus having an outer diameter of 10 mm or less, such as a medical manipulator, it is difficult to dispose angle sensors such as conventional potentiometers and encoders in the operating portion of a thin manipulator.

また、角度センサの小型化を図り、角度センサを動作部に配置できたとしても、マニピュレータが多自由度で複数の関節部を有する場合、それぞれの関節部に対応する動作部について屈曲角度を検出するための角度センサを設ける必要がある。このため、角度センサの数が多くなり、それぞれの角度センサに接続される配線の数も多くなる。多くの配線を細径のマニピュレータの内部の隙間に挿通することは困難である。   Even if the angle sensor can be miniaturized and the angle sensor can be arranged in the operating part, if the manipulator has multiple joints with multiple degrees of freedom, the bending angle is detected for the operating part corresponding to each joint part. It is necessary to provide an angle sensor for this purpose. For this reason, the number of angle sensors increases, and the number of wires connected to each angle sensor also increases. It is difficult to insert many wires into the gaps inside the thin manipulator.

医療用マニピュレータはワイヤの長手方向への移動によって動作を行うワイヤ駆動機構であるが、上記特許文献1のエンコーダは回転体の回転位置と回転情報を検出するのであって、ワイヤ等の線状動力伝達部材の変位を検出するものではない。   The medical manipulator is a wire driving mechanism that operates by moving the wire in the longitudinal direction. However, the encoder of Patent Document 1 detects the rotational position and rotational information of the rotating body, and is used for linear power such as a wire. It does not detect the displacement of the transmission member.

上記特許文献2の検出センサでは、屈曲角度によって変化する光吸収部で吸収される光量を検出し、検出した光量から屈曲角度を算出している。このため、光源から出射される光量のばらつき等の影響を大きく受けてしまう。   In the detection sensor of Patent Document 2, the amount of light absorbed by the light absorbing portion that changes depending on the bending angle is detected, and the bending angle is calculated from the detected light amount. For this reason, it is greatly affected by variations in the amount of light emitted from the light source.

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、小型化及び構成の単純化を実現するとともに、線状動力伝達部材の変位の検出精度が高いエンコーダ及び線状動力伝達部材の変位検出方法を提供することにある。   The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems. The object of the present invention is to realize an encoder and a linear device that achieve miniaturization and simplification of the configuration, and have high detection accuracy of the displacement of the linear power transmission member. The object is to provide a displacement detection method for a power transmission member.

上記目的を達成するため、本発明のある態様の光学式エンコーダは、長手方向に移動する線状動力伝達部材と、前記線状動力伝達部材の外周面に固定されるとともに、前記線状動力伝達部材と一体に長手方向に移動可能で、反射率の異なる2種類の反射部が長手方向に所定のパターンで配置されるスリット部を備え、前記線状動力伝達部材と一体で湾曲可能な反射体と、光を出射する光源と、前記光源から前記スリット部へ光を導くとともに、前記スリット部から反射する反射光が導光される線状光伝送体と、前記線状動力伝達部材及び前記反射体を長手方向に移動可能に保持するとともに、前記線状動力伝達部材の前記長手方向に対して垂直な方向から前記スリット部に対して垂直に光を入射し、かつ、前記スリット部からの反射光が向かう入反射通路が内部に形成される保持部材であって、前記光入反射通路を通して前記スリット部へ光を入射可能で、かつ、前記光入反射通路を通った前記スリット部からの反射光を導光可能な位置で前記線状光伝送体を保持する保持部材と、前記線状光伝送体から導光される前記スリット部での反射光を受光し、前記反射体の変位と光量を示す電気信号を検出する受光素子と、前記電気信号を所定の閾値のパルス信号に変換する信号処理手段と、前記パルス信号のパルス数から前記反射体の長手方向への変位を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の別のある態様の線状動力伝達部材の変位検出方法は、線状動力伝達部材と一体に長手方向に移動可能な状態で保持部材によって保持されるとともに、前記線状動力伝達部材と一体で湾曲可能な反射体に設けられる、反射率の異なる2種類の反射部を長手方向に所定のパターンで配置したスリット部に、光源から線状光伝送体を介して光を入射する工程であって、前記線状光伝送体によって導光された光を、前記線状動力伝達部材の前記長手方向に対して垂直な方向から前記スリット部に対して垂直に前記保持部材の内部の光入反射通路を通して、前記スリット部に入射することを含む工程と、前記スリット部で反射する反射光を前記線状光伝送体へ導光し、受光素子で受光する工程であって、前記スリット部からの反射光が前記光入反射通路に向かい、前記光入反射通路を通った反射光が前記線状光伝送体により導光されることを含む工程と、前記受光素子で前記反射体の変位と光量を示す電気信号を検出する工程と、信号処理手段で前記電気信号を所定の閾値のパルス信号に変換する工程と、算出手段で前記パルス信号のパルス数から前記反射体の長手方向への変位を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical encoder according to an aspect of the present invention includes a linear power transmission member that moves in a longitudinal direction, an outer peripheral surface of the linear power transmission member, and the linear power transmission member. A reflector that can move in the longitudinal direction integrally with the member, has a slit portion in which two kinds of reflecting portions having different reflectivities are arranged in a predetermined pattern in the longitudinal direction, and can be bent integrally with the linear power transmission member A light source that emits light, a linear light transmission body that guides light from the light source to the slit portion and that reflects reflected light from the slit portion, the linear power transmission member, and the reflection The body is held so as to be movable in the longitudinal direction, and light is incident on the slit portion from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the linear power transmission member, and the light is reflected from the slit portion. Light is going A holding member having an incident / reflective path formed therein, wherein light can be incident on the slit through the light incident / reflective path, and light reflected from the slit through the light incident / reflected path is guided. A holding member that holds the linear light transmission body at a position where light can be transmitted, and an electric light that receives the reflected light from the slit portion guided from the linear light transmission body, and indicates the displacement and light quantity of the reflection body. A light receiving element for detecting a signal, signal processing means for converting the electric signal into a pulse signal having a predetermined threshold value, and calculating means for calculating a displacement in the longitudinal direction of the reflector from the number of pulses of the pulse signal. It is characterized by providing.
Further, another certain displacement detection method of linear power transmission member of the embodiment of the present invention, is held by a linear power transmission member and the holding member in a movable state in the longitudinal direction together, the linear power transmission Light is incident from a light source through a linear optical transmission body into a slit portion provided in a reflector that can be bent integrally with a member and arranged in a predetermined pattern in the longitudinal direction with two kinds of reflection portions having different reflectivities. The light guided by the linear light transmission body is perpendicular to the slit direction from the direction perpendicular to the longitudinal direction of the linear power transmission member. Including a step of entering the slit portion through a light incident / reflecting passage, and a step of guiding reflected light reflected by the slit portion to the linear optical transmission body and receiving the light by a light receiving element, the slit Reflected light from the front An electric signal indicating a displacement and a light amount of the reflector by the light receiving element, and a step including a step of directing the reflected light passing through the light incident / reflecting path toward the light incident / reflecting path by the linear optical transmission body Detecting the signal, converting the electrical signal into a pulse signal having a predetermined threshold by the signal processing means, calculating the displacement in the longitudinal direction of the reflector from the number of pulses of the pulse signal by the calculating means, It is characterized by providing.

本発明によれば、小型化及び構成の単純化を実現するとともに、線状動力伝達部材の変位の検出精度が高いエンコーダ及び線状動力伝達部材の変位検出方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while realizing size reduction and simplification of a structure, the encoder and the displacement detection method of a linear power transmission member with high detection accuracy of the displacement of a linear power transmission member can be provided.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学式エンコーダを備えるマニピュレータの屈曲操作システムを示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram illustrating a bending operation system for a manipulator including an optical encoder according to a first embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施形態に係るエンコーダリング部の構成を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of an encoder ring unit according to the first embodiment. 図3は、第1の実施形態に係るエンコーダヘッド部の構成を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of an encoder head unit according to the first embodiment. 図4は、第1の実施形態に係るエンコーダヘッド部の構成を示す縦断面図。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the encoder head unit according to the first embodiment. 図5は、図4のV―V線断面図。5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 図6は、第1の実施形態に係るエンコーダスリット部の構成を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration of an encoder slit portion according to the first embodiment. 図7は、第1の実施形態に係るエンコーダスリット部の構成を示す横断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the encoder slit portion according to the first embodiment. 図8は、図7を、(A)は矢印Aの方向から見た図、(B)は矢印Bの方向から見た図、(C)は矢印Zの方向から見た図。8A is a view of FIG. 7 viewed from the direction of arrow A, FIG. 8B is a view viewed from the direction of arrow B, and FIG. 8C is a view viewed from the direction of arrow Z. FIG. 図9は、第1の実施形態に係る光学式エンコーダの作用を示すフローチャート。FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of the optical encoder according to the first embodiment. 図10は、第1の実施形態に係る受光素子で検出される、(A)は第1のスリット部の電気信号を示すグラフ、(B)は第2のスリット部の電気信号を示すグラフ、(C)は第3のスリット部の電気信号を示すグラフ。FIG. 10 is a graph showing an electrical signal of the first slit part, (B) is a graph showing an electrical signal of the second slit part, detected by the light receiving element according to the first embodiment. (C) is a graph which shows the electrical signal of a 3rd slit part. 図11の、(A)は図10(A)の電気信号のパルス信号を示すグラフ、(B)は図10(B)の電気信号のパルス信号を示すグラフ、(C)は図10(C)の電気信号のパルス信号を示すグラフ。11A is a graph showing the pulse signal of the electrical signal of FIG. 10A, FIG. 11B is a graph showing the pulse signal of the electrical signal of FIG. 10B, and FIG. The graph which shows the pulse signal of the electrical signal of). 図12は、第1の実施形態に係るマニピュレータの動作部の、(A)は屈曲させていない状態を示す縦断面図、(B)は屈曲させた状態を示す縦断面図。12A and 12B are longitudinal sectional views showing a state where the operating portion of the manipulator according to the first embodiment is not bent, and FIG. 12B is a longitudinal sectional view showing a bent state. 図13は、第1の実施形態の第1の変形例に係るエンコーダスリット部の構成を示す斜視図。FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of an encoder slit portion according to a first modification of the first embodiment. 図14は、第1の実施形態の第1の変形例に係るエンコーダスリット部の構成を示す縦断面図。FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an encoder slit portion according to a first modification of the first embodiment. 図15は、第1の実施形態の第2の変形例に係るエンコーダスリット部の構成を示す斜視図。FIG. 15 is a perspective view illustrating a configuration of an encoder slit portion according to a second modification of the first embodiment. 図16は、第1の実施形態の第2の変形例に係るエンコーダヘッド部の構成を示す横断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of an encoder head unit according to a second modification of the first embodiment. 図17は、第1の実施形態の第3の変形例に係るエンコーダスリット部の構成を示す斜視図。FIG. 17 is a perspective view illustrating a configuration of an encoder slit portion according to a third modification of the first embodiment. 図18は、第1の実施形態の第3の変形例に係るエンコーダヘッド部の構成を示す横断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an encoder head unit according to a third modification of the first embodiment. 図19は、第1の実施形態の第4の変形例に係るエンコーダヘッド部の構成を示す縦断面図。FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an encoder head unit according to a fourth modification of the first embodiment. 図20は、第1の実施形態の第5の変形例に係るエンコーダヘッド部の構成を示す縦断面図。FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an encoder head unit according to a fifth modification of the first embodiment. 図21は、第1の実施形態の第6の変形例に係るエンコーダヘッド部の構成を示す横断面図。FIG. 21 is a transverse cross-sectional view showing a configuration of an encoder head unit according to a sixth modification of the first embodiment.

本発明の第1の実施形態について図1乃至図12(A)(B)を参照して説明する。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12A and 12B.

図1は、本実施形態の光学式エンコーダを備えるマニピュレータ1の屈曲操作システムを示す図である。図1に示すように、マニピュレータ1は、細長い管状部2と、管状部2の先端側に設けられる動作部3と、を有する。マニピュレータ1の管状部2の内部には線状動力伝達部材である4本のワイヤ5が挿通され、動作部3に接続されている。4本のワイヤ5のうち2本のワイヤ5が動作部3の上部及び下部に接続される。これら2本のワイヤ5が上下方向の屈曲動作に用いられる。他の2本のワイヤ5は動作部3の左部及び右部に接続される。これら2本のワイヤ5が左右方向の屈曲動作に用いられる。ワイヤ5の基端部は、マニピュレータ1の外部に設けられる駆動手段11に接続されている。駆動手段11は回転型モータとプーリとの組み合わせ又はリニア型モータ等であり、ワイヤ5はそれぞれのモータに接続されるか、又は、上下用と左右用のワイヤ5がそれぞれ一体化されてプーリに巻かれている。駆動手段11は、コンピュータ等の制御手段12に接続されている。制御手段12は、ジョイスティック又はハンドル等の操作手段13、及び、ディスプレイ等の画像表示手段14に接続されている。画像表示手段14には、マニピュレータの先端に設けられるカメラ(図示しない)等の画像が表示される。   FIG. 1 is a diagram illustrating a bending operation system of a manipulator 1 including the optical encoder of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the manipulator 1 includes an elongated tubular portion 2 and an operation portion 3 provided on the distal end side of the tubular portion 2. Four wires 5, which are linear power transmission members, are inserted into the tubular portion 2 of the manipulator 1 and connected to the operating portion 3. Of the four wires 5, two wires 5 are connected to the upper part and the lower part of the operation unit 3. These two wires 5 are used for the bending operation in the vertical direction. The other two wires 5 are connected to the left part and the right part of the operation part 3. These two wires 5 are used for the bending operation in the left-right direction. The proximal end portion of the wire 5 is connected to driving means 11 provided outside the manipulator 1. The driving means 11 is a combination of a rotary motor and a pulley, or a linear motor, and the wire 5 is connected to each motor, or the upper and lower wires 5 and the left and right wires 5 are integrated into the pulley. It is rolled up. The drive unit 11 is connected to a control unit 12 such as a computer. The control means 12 is connected to an operation means 13 such as a joystick or a handle, and an image display means 14 such as a display. The image display means 14 displays an image of a camera (not shown) provided at the tip of the manipulator.

動作部3を屈曲させる際には、術者は画像表示手段14に表示される画像を見ながら、動作部3を屈曲させる方向へと操作手段13を操作する。操作手段13に入力された信号は、制御手段12に送られる。制御手段12では、動作部3の動作に対応するように所定の計算が行われ、動作部3を駆動する駆動手段11のモータの変位が算出される。算出された駆動手段11のモータの変位は、信号として駆動手段11へ送られる。駆動手段11では、制御手段12からの信号がモータを駆動する電流信号へと変換されて、モータが駆動される。駆動手段11のモータが駆動することにより、動作部3に接続されるワイヤ5が先端側に押出し動作又は基端側に引張り動作される。例えば、マニピュレータ1の動作部3を上方向に屈曲させる場合には、動作部3の上部に接続されるワイヤ5が基端側へ引張り動作され、動作部3の下部に接続されるワイヤ5が先端側に押出し動作される。以上のようにして、マニピュレータ1の動作部3の屈曲角度が上下方向及び左右方向に変化するようになっている。   When bending the operation unit 3, the surgeon operates the operation unit 13 in a direction in which the operation unit 3 is bent while viewing an image displayed on the image display unit 14. A signal input to the operation means 13 is sent to the control means 12. In the control unit 12, predetermined calculation is performed so as to correspond to the operation of the operation unit 3, and the displacement of the motor of the drive unit 11 that drives the operation unit 3 is calculated. The calculated displacement of the motor of the driving unit 11 is sent to the driving unit 11 as a signal. In the drive means 11, the signal from the control means 12 is converted into a current signal for driving the motor, and the motor is driven. When the motor of the driving unit 11 is driven, the wire 5 connected to the operation unit 3 is pushed out toward the distal end or pulled toward the proximal end. For example, when the operation unit 3 of the manipulator 1 is bent upward, the wire 5 connected to the upper part of the operation unit 3 is pulled toward the proximal end, and the wire 5 connected to the lower part of the operation unit 3 is It is pushed out to the tip side. As described above, the bending angle of the operating portion 3 of the manipulator 1 changes in the vertical direction and the horizontal direction.

図1に示すように、マニピュレータ1の管状部2の内部の動作部3の近傍には、光学式エンコーダを構成する円柱形状のエンコーダリング部20が配設されている。図2は、エンコーダリング部20の構成を示す図である。図2に示すように、エンコーダリング部20には、エンコーダリング部20を長手方向に貫通する円柱形状のスロット部23がワイヤ5に対応する数(本実施形態では4つ)だけ設けられている。4つのスロット部23は、互いにエンコーダリング部20の周方向について略90°離れた位置に略同心状に配設されている。それぞれのスロット部23には、エンコーダヘッド部21が固定された状態で収納されている。エンコーダヘッド部21で、それぞれのワイヤ5の変位量、変位の移動方向及び基準位置からの移動量を検出するようになっている。   As shown in FIG. 1, a cylindrical encoder ring portion 20 constituting an optical encoder is disposed in the vicinity of the operation portion 3 inside the tubular portion 2 of the manipulator 1. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the encoder ring unit 20. As shown in FIG. 2, the encoder ring portion 20 is provided with a number of cylindrical slot portions 23 penetrating the encoder ring portion 20 in the longitudinal direction corresponding to the number of wires 5 (four in this embodiment). . The four slot portions 23 are disposed substantially concentrically at positions separated from each other by approximately 90 ° in the circumferential direction of the encoder ring portion 20. In each slot part 23, the encoder head part 21 is stored in a fixed state. The encoder head unit 21 detects the displacement amount of each wire 5, the displacement moving direction, and the displacement amount from the reference position.

図3乃至図5は、1つのエンコーダヘッド部21の構成を示す図である。図3乃至図5に示すように、エンコーダヘッド部21の軸中心には、エンコーダヘッド部21を長手方向に貫通する円柱形状の中心孔31が形成されている。ワイヤ5の外周面には、反射体である円筒状のエンコーダスリット部32が長手方向に一定の長さを有して固定されている。すなわち、エンコーダスリット部32には、ワイヤ5が内周面に固定される状態で挿通されている。中心孔31には、ワイヤ5及びエンコーダスリット部32が長手方向に往復移動自在に挿通されている。エンコーダヘッド部21の中心孔31では、エンコーダヘッド部21に対してワイヤ5とエンコーダスリット部32とが一体に長手方向に移動可能となっている。このような構成にすることにより、ワイヤ5及びエンコーダスリット部32が、保持部材であるエンコーダヘッド部21によって長手方向に移動可能に保持される。   3 to 5 are diagrams showing the configuration of one encoder head unit 21. FIG. As shown in FIGS. 3 to 5, a cylindrical center hole 31 penetrating the encoder head portion 21 in the longitudinal direction is formed at the axial center of the encoder head portion 21. A cylindrical encoder slit portion 32 as a reflector is fixed to the outer peripheral surface of the wire 5 with a certain length in the longitudinal direction. That is, the wire 5 is inserted into the encoder slit portion 32 in a state of being fixed to the inner peripheral surface. A wire 5 and an encoder slit portion 32 are inserted into the center hole 31 so as to be reciprocally movable in the longitudinal direction. In the center hole 31 of the encoder head portion 21, the wire 5 and the encoder slit portion 32 are integrally movable in the longitudinal direction with respect to the encoder head portion 21. With such a configuration, the wire 5 and the encoder slit portion 32 are held movably in the longitudinal direction by the encoder head portion 21 which is a holding member.

図6乃至図8(A)〜(C)はエンコーダスリット部32の構成を示す図である。図7において2点鎖線で示すように、エンコーダスリット部32の円周は120°ごとに3つの読取り領域に3分割されている。3つの分割部分には、図5、図7に示されるようにそれぞれ第1のスリット部40A、第2のスリット部40B、第3のスリット部40Zが形成されている。すなわち、スリット部40A、40B、40Zは、エンコーダスリット部32の外周面に軸回り方向について隣接するスリット部40A、40B、40Zと120°の位相差を有して形成されている。   6A to 8C are views showing the configuration of the encoder slit portion 32. FIG. As shown by a two-dot chain line in FIG. 7, the circumference of the encoder slit portion 32 is divided into three reading areas every 120 °. As shown in FIGS. 5 and 7, a first slit portion 40A, a second slit portion 40B, and a third slit portion 40Z are formed in the three divided portions, respectively. That is, the slit portions 40A, 40B, and 40Z are formed with a phase difference of 120 ° with the slit portions 40A, 40B, and 40Z adjacent to the outer peripheral surface of the encoder slit portion 32 in the direction around the axis.

図8(A)は第1のスリット部40Aを示し、図8(B)は第2のスリット部40Bを示す。図8(A)(B)に示すように、第1のスリット部40A、第2のスリット部40Bには、反射率の異なる2種類の反射部41A、41Bが長手方向に所定のパターンで配置されるA相、B相が形成されている。2種類の反射部41A、41Bのうち、反射率が高い一方を第1の反射部41Aとし、他方を第2の反射部41Bとする。第1のスリット部40Aでは、第1の反射部41Aと第2の反射部41Bとがエンコーダスリット部32の長手方向に沿って一定の幅で交互に並んで配置されている。第2のスリット部40Bでは、第1の反射部41Aと第2の反射部41Bとがエンコーダスリット部32の長手方向に沿って第1のスリット部40Aと同一の幅で、かつ、第1のスリット部40Aとは長手方向に所定の距離だけずらして交互に配置されている。第2のスリット部40Bでの反射部41A、41Bの配置を第1のスリット部40Aと長手方向に所定の距離だけずらすことにより、後述する光学手段16の受光素子で検出される第2のスリット部40Bからの電気信号と第1のスリット部40Aからの電気信号とが90°の位相差を有するようになっている。   FIG. 8A shows the first slit portion 40A, and FIG. 8B shows the second slit portion 40B. As shown in FIGS. 8A and 8B, in the first slit portion 40A and the second slit portion 40B, two types of reflecting portions 41A and 41B having different reflectances are arranged in a predetermined pattern in the longitudinal direction. A phase and B phase are formed. Of the two types of reflection parts 41A and 41B, one having a high reflectance is a first reflection part 41A, and the other is a second reflection part 41B. In the first slit portion 40 </ b> A, the first reflecting portions 41 </ b> A and the second reflecting portions 41 </ b> B are alternately arranged with a certain width along the longitudinal direction of the encoder slit portion 32. In the second slit portion 40B, the first reflective portion 41A and the second reflective portion 41B have the same width as the first slit portion 40A along the longitudinal direction of the encoder slit portion 32, and the first slit portion 40B The slit portions 40A are alternately arranged with a predetermined distance shifted in the longitudinal direction. The second slit detected by the light receiving element of the optical means 16, which will be described later, by shifting the arrangement of the reflecting portions 41A, 41B in the second slit portion 40B by a predetermined distance from the first slit portion 40A in the longitudinal direction. The electrical signal from the portion 40B and the electrical signal from the first slit portion 40A have a phase difference of 90 °.

図8(C)は、第3のスリット部40Zを示す。図8(C)に示すように、第3のスリット部40Zでは、基準位置42を境界として一方側に第1の反射部41Aが、他方側に第2の反射部41Bが配置されるZ相が形成されている。   FIG. 8C shows the third slit portion 40Z. As shown in FIG. 8C, in the third slit portion 40Z, the Z-phase in which the first reflecting portion 41A is arranged on one side and the second reflecting portion 41B is arranged on the other side with the reference position 42 as a boundary. Is formed.

スリット部40A、40B、40Zは、例えばエンコーダスリット部32の外周面にレーザー加工、切削、フォトリソグラフ、コーティング剤塗布、レーザー印刷等によって加工する部分と、加工しない部分と、を設けることにより、形成される。これにより、加工した部分では光が散乱するため光ファイバ22への反射率の低い第2の反射部41Bとなり、加工しない部分が光ファイバ22への反射率が高い第1の反射部41Aとなる。また、エンコーダスリット部32の外周面にプリント等でプリントする部分と、プリントしない部分と、を設けることにより、スリット部40A、40B、40Zを形成してもよい。この場合、プリントした部分が光ファイバ22への反射率の低い第2の反射部41Bとなり、プリントしない部分が光ファイバ22への反射率が高い第1の反射部41Aとなる。   The slit portions 40A, 40B, and 40Z are formed by providing, for example, a portion that is processed by laser processing, cutting, photolithography, coating agent application, laser printing, and the like and a portion that is not processed on the outer peripheral surface of the encoder slit portion 32. Is done. Thereby, since light is scattered in the processed portion, the second reflective portion 41B having a low reflectivity to the optical fiber 22 is formed, and the non-processed portion is the first reflective portion 41A having a high reflectivity to the optical fiber 22. . Moreover, you may form slit part 40A, 40B, 40Z by providing the part printed by printing etc. in the outer peripheral surface of the encoder slit part 32, and the part which is not printed. In this case, the printed portion is the second reflecting portion 41B having a low reflectance to the optical fiber 22, and the non-printing portion is the first reflecting portion 41A having a high reflectance to the optical fiber 22.

なお、エンコーダスリット部32は、SUSパイプ等の柔軟性のある部材で形成されていることが好ましい。これにより、ワイヤ5が湾曲した際に、エンコーダスリット部32もワイヤと一体に湾曲可能となる。   The encoder slit portion 32 is preferably formed of a flexible member such as a SUS pipe. As a result, when the wire 5 is bent, the encoder slit portion 32 can also be bent integrally with the wire.

図3に示すように、エンコーダヘッド部21の基端面には、中心孔31の周囲に3つの光ファイバ用穴35が形成されている。3つの光ファイバ用穴35は、中心孔31から略同心状に、軸回り方向についてそれぞれのスリット部40A、40B、40Zと対応する位置に配設されている。図4に示すように、光ファイバ用穴35は、エンコーダヘッド部21の基端面から長手方向に沿って中心孔31と平行に形成されている。また、図5に示すように、エンコーダヘッド部21には、透光部として光ファイバ用穴35の先端部から中心孔31まで貫通する光入反射孔37がそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに対して垂直に形成されている。光ファイバ用穴35と光入反射孔37との間には、光路変換部材であるプリズム36が設けられている。それぞれの光ファイバ用穴35には、エンコーダスリット部32のそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに光を導く線状光伝送体である光ファイバ22が、ワイヤ5と平行に挿入されている。すなわち、光ファイバ22は保持部材であるエンコーダヘッド部21によって、ワイヤ5と離れた位置でワイヤ5と平行に保持されている。   As shown in FIG. 3, three optical fiber holes 35 are formed around the center hole 31 on the base end surface of the encoder head portion 21. The three optical fiber holes 35 are arranged substantially concentrically from the center hole 31 at positions corresponding to the slit portions 40A, 40B, and 40Z in the direction around the axis. As shown in FIG. 4, the optical fiber hole 35 is formed in parallel with the center hole 31 along the longitudinal direction from the base end face of the encoder head portion 21. Further, as shown in FIG. 5, the encoder head portion 21 has light incident / reflecting holes 37 penetrating from the tip end portion of the optical fiber hole 35 to the center hole 31 as the light transmitting portions, respectively, in the slit portions 40A, 40B, 40Z. It is formed perpendicular to. A prism 36 serving as an optical path conversion member is provided between the optical fiber hole 35 and the light incident / reflecting hole 37. In each optical fiber hole 35, an optical fiber 22, which is a linear optical transmission body that guides light to each slit portion 40 </ b> A, 40 </ b> B, 40 </ b> Z of the encoder slit portion 32, is inserted in parallel with the wire 5. That is, the optical fiber 22 is held in parallel with the wire 5 at a position away from the wire 5 by the encoder head portion 21 which is a holding member.

光ファイバ22の基端部は、マニピュレータ1の外部のエンコーダ信号処理部15に接続されている。エンコーダ信号処理部15は、光源、レンズ、受光素子等の光学素子等によって光ファイバ22への光の入射及びエンコーダヘッド部21からの反射光の受光を行う光学手段16と、信号処理回路等の信号処理手段17と、を有する。   The proximal end portion of the optical fiber 22 is connected to the encoder signal processing unit 15 outside the manipulator 1. The encoder signal processing unit 15 includes an optical unit 16 that receives light incident on the optical fiber 22 and receives reflected light from the encoder head unit 21 using an optical element such as a light source, a lens, and a light receiving element, and a signal processing circuit. Signal processing means 17.

このような構成にすることにより、光学手段16の光源から出射した光は、光ファイバ22によってプリズム36に導かれる。プリズム36は例えば図示されるようにスリット部32とそれぞれの光ファイバ22に対して平行に対面するように互いに90°の角度を有して形成された入出射面と、これら入出射面を通過する光ビームが往復する光路を形成するための反射面とを有する。そして、プリズム36で90°曲げられ、光入反射孔37からそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに入射する。スリット部40A、40B、40Zで反射した反射光は、光入反射孔37を通り、プリズム36で90°曲げられることにより、光ファイバ22へ導光される。そして、光ファイバ22を通り、光学手段16の受光素子で受光される。すなわち、光ファイバ22はエンコーダヘッド部21によって、スリット部40A、40B、40Zへの光の入射、及び、スリット部40A、40B、40Zからの反射光の導光が可能な位置で保持されている。この際、光入反射孔37がそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに対して垂直に形成されているため、スリット部40A、40B、40Zに入射された入射光は、光入反射孔37に向かって反射するようになっている。   With this configuration, the light emitted from the light source of the optical means 16 is guided to the prism 36 by the optical fiber 22. The prism 36 includes, for example, an incident / exit surface formed at an angle of 90 ° so as to face the slit portion 32 and each optical fiber 22 in parallel as shown in the figure, and passes through these incident / exit surfaces. And a reflecting surface for forming an optical path along which the light beam reciprocating. Then, it is bent by 90 ° by the prism 36 and enters the slit portions 40A, 40B, and 40Z from the light incident / reflecting hole 37. The reflected light reflected by the slit portions 40A, 40B, and 40Z passes through the light incident / reflecting hole 37 and is bent by 90 ° by the prism 36 to be guided to the optical fiber 22. Then, it passes through the optical fiber 22 and is received by the light receiving element of the optical means 16. That is, the optical fiber 22 is held by the encoder head portion 21 at a position where light can be incident on the slit portions 40A, 40B, and 40Z and reflected light from the slit portions 40A, 40B, and 40Z can be guided. . At this time, since the light incident / reflecting holes 37 are formed perpendicular to the slit portions 40A, 40B, 40Z, incident light incident on the slit portions 40A, 40B, 40Z enters the light incident / reflecting holes 37. It is designed to reflect toward you.

光学手段16の受光素子で受光された反射光は、電気信号に変換される。受光素子で変換された電気信号は、信号処理手段17に送られる。信号処理手段17では、波形処理や信号のパルス化等の信号処理が行われる。信号処理手段17からのエンコーダ出力信号は、制御手段12に送られる。制御手段12に設けられる算出手段(図示しない)では、ワイヤ5の変位量、変位の移動方向及び基準位置からの移動量が算出される。算出された情報に基づいて目標変位と実際の変位との差が計算され、駆動手段11のモータが駆動制御されるようになっている。   The reflected light received by the light receiving element of the optical means 16 is converted into an electrical signal. The electrical signal converted by the light receiving element is sent to the signal processing means 17. The signal processing means 17 performs signal processing such as waveform processing and signal pulsing. The encoder output signal from the signal processing means 17 is sent to the control means 12. A calculation means (not shown) provided in the control means 12 calculates the displacement amount of the wire 5, the movement direction of the displacement, and the movement amount from the reference position. Based on the calculated information, the difference between the target displacement and the actual displacement is calculated, and the motor of the driving means 11 is driven and controlled.

次に、本実施形態の光学式エンコーダの作用について説明する。図9は、光学式エンコーダの作用を示す図である。図9に示すように、光学式エンコーダでは、光学手段16の光源から出射した光は、光ファイバ22によってプリズム36に導かれる。そして、プリズム36で90°曲げられ、光入反射孔37からそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに入射する(ステップS101)。スリット部40A、40B、40Zで反射した反射光は、光入反射孔37を通り、プリズム36で90°曲げられることにより、光ファイバ22へ導光される。そして、光ファイバ22を通り、光学手段16の受光素子で受光される(ステップS102)。   Next, the operation of the optical encoder of this embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the optical encoder. As shown in FIG. 9, in the optical encoder, the light emitted from the light source of the optical means 16 is guided to the prism 36 by the optical fiber 22. Then, it is bent by 90 ° by the prism 36, and enters the slit portions 40A, 40B, and 40Z from the light incident / reflecting hole 37 (step S101). The reflected light reflected by the slit portions 40A, 40B, and 40Z passes through the light incident / reflecting hole 37 and is bent by 90 ° by the prism 36 to be guided to the optical fiber 22. Then, the light is received by the light receiving element of the optical means 16 through the optical fiber 22 (step S102).

また、マニピュレータ1の動作部3の屈曲角度を変化させる場合、線状動力伝達部材であるワイヤ5を長手方向に移動させることにより行われる。この際、ワイヤ5の外周面に固定される反射体であるエンコーダスリット部32もワイヤ5と一体に長手方向に移動する。エンコーダスリット部32には、反射率の異なる2種類の反射部41A、41Bが設けられているため、第1の反射部41Aと第2の反射部41Bとで同一の光量の光を入射しても、光学手段16の受光素子で受光する光量が異なる。したがって、エンコーダスリット部32の長手方向の移動により、図10(A)〜(C)に示すようなエンコーダスリット部32の変位と光量を示した波形の電気信号が検出される(ステップS103)。ここで、図10(A)は、第1のスリット部40Aから検出された波形である。図10(B)は、第2のスリット部40Bから検出される波形であり、第1のスリット部40Aから検出される波形と90°の位相差を有する。図10(C)は、第3のスリット部40Zから検出される波形である。なお、ワイヤ5及びエンコーダスリット部32は保持部材であるエンコーダヘッド部21で保持されているため、光学手段16の光源からスリット部40A、40B、40Zまでの光路長は、エンコーダスリット部32の長手方向についての変位に関係なく略一定である。これにより、安定した検出が可能となっている。   Moreover, when changing the bending angle of the action | operation part 3 of the manipulator 1, it is performed by moving the wire 5 which is a linear power transmission member to a longitudinal direction. At this time, the encoder slit portion 32 which is a reflector fixed to the outer peripheral surface of the wire 5 also moves in the longitudinal direction integrally with the wire 5. Since the encoder slit portion 32 is provided with two types of reflection portions 41A and 41B having different reflectivities, the first reflection portion 41A and the second reflection portion 41B receive the same amount of light. However, the amount of light received by the light receiving element of the optical means 16 is different. Therefore, by the movement of the encoder slit portion 32 in the longitudinal direction, an electrical signal having a waveform indicating the displacement and the amount of light of the encoder slit portion 32 as shown in FIGS. 10A to 10C is detected (step S103). Here, FIG. 10A shows a waveform detected from the first slit portion 40A. FIG. 10B shows a waveform detected from the second slit portion 40B, and has a 90 ° phase difference from the waveform detected from the first slit portion 40A. FIG. 10C shows a waveform detected from the third slit portion 40Z. Since the wire 5 and the encoder slit portion 32 are held by the encoder head portion 21 that is a holding member, the optical path length from the light source of the optical means 16 to the slit portions 40A, 40B, and 40Z is the longitudinal length of the encoder slit portion 32. It is substantially constant regardless of the displacement in the direction. Thereby, stable detection is possible.

変位と光量を示した波形信号は、受光素子から信号処理手段17へ送られる。信号処理手段17では、信号の波形処理及びパルス化等の信号処理が行われる。信号処理により図10(A)〜(C)の波形は、図11(A)〜(C)に示すような閾値がt1のパルス信号に変換され(ステップS104)、制御手段12の算出手段へ送られる。そして、第1のスリット部40Aからのパルス信号のパルス数及び既知の第1のスリット部40Aの第1の反射部41Aと第2の反射部41Bの寸法から、エンコーダスリット部32の変位量が算出される(ステップS105)。また、第1のスリット部40Aからのパルス信号のパルス数及び第2のスリット部40Bからのパルス信号のパルス数から、エンコーダスリット部32の変位の移動方向が算出される(ステップS105)。さらに、第3のスリット部40Zからのパルス信号のパルス数から基準位置からの移動量が算出される(ステップS105)。ワイヤ5は、エンコーダスリット部32と一体に長手方向に移動するため、この移動によりエンコーダスリット部32の長手方向への変位量、変位の移動方向、基準位置からの移動量が、ワイヤ5の長手方向への変位量、変位の移動方向、基準位置からの移動量となる。   A waveform signal indicating the displacement and the amount of light is sent from the light receiving element to the signal processing means 17. The signal processing means 17 performs signal processing such as signal waveform processing and pulsing. 10A to 10C is converted into a pulse signal with a threshold value t1 as shown in FIGS. 11A to 11C by signal processing (step S104), and the calculation means of the control means 12 is sent to the calculation means. Sent. Then, from the number of pulses of the pulse signal from the first slit portion 40A and the dimensions of the first reflecting portion 41A and the second reflecting portion 41B of the known first slit portion 40A, the displacement amount of the encoder slit portion 32 is determined. Calculated (step S105). Further, the displacement moving direction of the encoder slit portion 32 is calculated from the pulse number of the pulse signal from the first slit portion 40A and the pulse number of the pulse signal from the second slit portion 40B (step S105). Further, the amount of movement from the reference position is calculated from the number of pulses of the pulse signal from the third slit portion 40Z (step S105). Since the wire 5 moves integrally with the encoder slit portion 32 in the longitudinal direction, the displacement amount in the longitudinal direction of the encoder slit portion 32, the moving direction of the displacement, and the movement amount from the reference position are caused by this movement. The displacement amount in the direction, the displacement movement direction, and the displacement amount from the reference position.

そして、算出されるワイヤ5の変位量から動作部3の屈曲変位すなわち屈曲角度を算出する。ワイヤ5の変位量から動作部3の屈曲角度を算出する方法は様々であるが、1つの方法は実際にワイヤ5の変位量を変化させて動作部3の屈曲角度を測定して、その関係式を導くか、もしくはテーブルを作成しておいて、光ファイバーエンコーダーによってワイヤの移動量が検出されたときにその関係式もしくはテーブルにあてはめて動作部3の屈曲角度を算出する。   Then, the bending displacement, that is, the bending angle of the operating portion 3 is calculated from the calculated displacement amount of the wire 5. There are various methods for calculating the bending angle of the operation unit 3 from the displacement amount of the wire 5, but one method is to actually change the displacement amount of the wire 5 and measure the bending angle of the operation unit 3, and the relationship. An equation is derived or a table is prepared, and when the movement amount of the wire is detected by the optical fiber encoder, the bending angle of the operation unit 3 is calculated by applying the equation to the relational equation or the table.

別の方法について図12を用いて説明する。図12(A)(B)は、マニピュレータ1の動作部3を示す断面図である。図12(A)に示すように、動作部3の先端付近には、ワイヤ5が取付けられるワイヤ取付け位置P1がある。動作部3には、ワイヤ5を引張り動作した際に屈曲する部分の最も基端側である屈曲開始位置P2がある。ワイヤ取付け位置P1と屈曲開始位置P2の間の中心軸線C上の長さをLとする。また、中心軸線Cからワイヤ取付け位置P1までの径方向の長さをrとする。図1(B)に示すように、一方のワイヤ5をΔxの長さだけ引張り動作し、他方のワイヤ5をΔxだけ押出し動作した際に、屈曲している部分の曲率がどの位置においても同じである場合は、Lの長さは図12(A)に示される屈曲していない場合と変わらない。この際、屈曲開始位置P2とワイヤ取付け位置P1の間の角度θに対するワイヤ5の移動量Δxの関係は、θ=Δx/rで求めることができる。   Another method will be described with reference to FIG. FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views showing the operation unit 3 of the manipulator 1. As shown in FIG. 12A, there is a wire attachment position P1 where the wire 5 is attached near the tip of the operating portion 3. The operating portion 3 has a bending start position P2 that is the most proximal side of the portion that bends when the wire 5 is pulled. Let L be the length on the central axis C between the wire attachment position P1 and the bending start position P2. Further, the length in the radial direction from the central axis C to the wire attachment position P1 is r. As shown in FIG. 1 (B), when one wire 5 is pulled by Δx length and the other wire 5 is pushed by Δx, the curvature of the bent portion is the same at any position. In this case, the length of L is not different from the case of not bending as shown in FIG. At this time, the relationship of the movement amount Δx of the wire 5 with respect to the angle θ between the bending start position P2 and the wire attachment position P1 can be obtained by θ = Δx / r.

なお、ここでは上下の屈曲または左右の屈曲のどちらか一方の場合を説明したが、上下左右が同時に屈曲している場合でも上式は成り立つ。   Here, the case of either one of the upper and lower bends or the left and right bends has been described. However, the above equation holds even when the upper and lower and right and left bends are simultaneously bent.

そこで、上記構成の光学式エンコーダでは以下の効果を奏する。すなわち、光学式エンコーダでは、反射率の異なる2種類の反射部41A、41Bが長手方向に所定のパターンで配置されるスリット部40A、40B、40Zに光を入射し(ステップS101)、スリット部40A、40B、40Zで反射した反射光を受光素子で受光する(ステップS102)。第1の反射部41Aと第2の反射部41Bとでは光ファイバ22へ導光される光量が異なるため、エンコーダスリット部32がワイヤ5と一体に長手方向へ移動すると、光学手段16の受光素子でエンコーダスリット部32の変位と光量を示した波形の電気信号が検出される(ステップS103)。そして、信号処理手段17により特定の閾値のパルス信号に変換され(ステップS104)、制御手段12の算出手段により検出されたパルス信号のパルス数及び既知のエンコーダスリット部32の第1の反射部41Aと第2の反射部41Bの寸法から、エンコーダスリット部32の変位量、変位の移動方向及び基準位置からの移動量が算出される(ステップS105)。ワイヤ5はエンコーダスリット部32と一体に長手方向へ移動するため、エンコーダスリット部32の変位量、変位の移動方向及び基準位置からの移動量からワイヤ5の長手方向への変位を正確に検出することができる。   Therefore, the optical encoder configured as described above has the following effects. That is, in the optical encoder, light is incident on the slit portions 40A, 40B, and 40Z in which two kinds of reflection portions 41A and 41B having different reflectances are arranged in a predetermined pattern in the longitudinal direction (step S101), and the slit portion 40A , 40B and 40Z, the reflected light is received by the light receiving element (step S102). Since the amount of light guided to the optical fiber 22 is different between the first reflecting portion 41A and the second reflecting portion 41B, when the encoder slit portion 32 moves in the longitudinal direction integrally with the wire 5, the light receiving element of the optical means 16 Thus, an electrical signal having a waveform indicating the displacement of the encoder slit portion 32 and the amount of light is detected (step S103). Then, it is converted into a pulse signal having a specific threshold value by the signal processing means 17 (step S104), and the number of pulses of the pulse signal detected by the calculation means of the control means 12 and the first reflection part 41A of the known encoder slit part 32 are detected. The displacement amount of the encoder slit portion 32, the displacement moving direction, and the displacement amount from the reference position are calculated from the dimensions of the second reflecting portion 41B (step S105). Since the wire 5 moves in the longitudinal direction integrally with the encoder slit portion 32, the displacement in the longitudinal direction of the wire 5 is accurately detected from the displacement amount of the encoder slit portion 32, the displacement movement direction, and the movement amount from the reference position. be able to.

また、光学式エンコーダでは、光ファイバ22によって光をスリット部40A、40B、40Zに導くため、光学式エンコーダは小型化される。これにより、マニピュレータ、内視鏡等の先端部の細径の管状内に、エンコーダスリット部32を保持するエンコーダヘッド部21を収納することができる。   In the optical encoder, since the light is guided to the slit portions 40A, 40B, and 40Z by the optical fiber 22, the optical encoder is reduced in size. Thereby, the encoder head part 21 which hold | maintains the encoder slit part 32 can be accommodated in the small diameter tubular shape of front-end | tip parts, such as a manipulator and an endoscope.

また、エンコーダヘッド部21に電気部品が設けられていないため、電気部品に接続される複数の配線を設ける必要がなくなり、検出の際に電気ノイズの影響が小さくなる。これにより、光学式エンコーダの構成の単純化を実現でき、容易に滅菌、洗浄等を行うことができる。   In addition, since no electrical component is provided in the encoder head portion 21, it is not necessary to provide a plurality of wires connected to the electrical component, and the influence of electrical noise is reduced during detection. Thereby, simplification of the configuration of the optical encoder can be realized, and sterilization, washing, and the like can be easily performed.

さらに、光学式エンコーダでは、保持部材であるエンコーダヘッド部21によって、光ファイバ22がワイヤ5と平行に保持され、光ファイバ22の先端と光入反射孔37との間にはプリズム36が設けられている。光源から出射した光は、光ファイバ22によってプリズム36に導かれる。そして、プリズム36で90°曲げられ、光入反射孔37からそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに入射する。スリット部40A、40B、40Zで反射した反射光は、光入反射孔37を通り、プリズム36で90°曲げられることにより、光ファイバ22へ導光される。そして、光ファイバ22を通り、光学手段16の受光素子で受光される。プリズム36を設けることにより、光ファイバ22がスリット部40A、40B、40Zへの光の入射、及び、スリット部40A、40B、40Zからの反射光の導光が可能な位置に、湾曲することなく配置される。これにより、エンコーダヘッド部21をより小型化することができる。この際、光入反射孔37がそれぞれのスリット部40A、40B,40Zに対して垂直に形成されているため、スリット部40A、40B、40Zに入射された入射光は、光入反射孔37に向かって反射するようになっている。このため、検出精度を向上させることができる。   Further, in the optical encoder, the optical fiber 22 is held in parallel with the wire 5 by the encoder head portion 21 that is a holding member, and a prism 36 is provided between the tip of the optical fiber 22 and the light incident reflection hole 37. ing. Light emitted from the light source is guided to the prism 36 by the optical fiber 22. Then, it is bent by 90 ° by the prism 36 and enters the slit portions 40A, 40B, and 40Z from the light incident / reflecting hole 37. The reflected light reflected by the slit portions 40A, 40B, and 40Z passes through the light incident / reflecting hole 37 and is bent by 90 ° by the prism 36 to be guided to the optical fiber 22. Then, it passes through the optical fiber 22 and is received by the light receiving element of the optical means 16. By providing the prism 36, the optical fiber 22 is not curved at a position where light can be incident on the slit portions 40A, 40B, and 40Z and reflected light from the slit portions 40A, 40B, and 40Z can be guided. Be placed. Thereby, the encoder head part 21 can be further reduced in size. At this time, since the light incident / reflecting holes 37 are formed perpendicular to the respective slit portions 40A, 40B, 40Z, incident light incident on the slit portions 40A, 40B, 40Z enters the light incident / reflecting holes 37. It is designed to reflect toward you. For this reason, detection accuracy can be improved.

次に、本発明の第1の実施形態の第1乃至第3の変形例について、図13乃至図18を参照して説明する。第1乃至第3の変形例では第1の実施形態の構成を次の通り変形したものである。なお、第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。   Next, first to third modifications of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 18. In the first to third modifications, the configuration of the first embodiment is modified as follows. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

図13及び図14は、第1の変形例のエンコーダスリット部61の構成を示す図である。図13及び図14に示すように、エンコーダスリット部61は円筒状に形成されている。エンコーダスリット部61には、ワイヤ5が挿通されず、エンコーダスリット部61の両端にワイヤ5が固定されている。   13 and 14 are diagrams showing the configuration of the encoder slit portion 61 of the first modification. As shown in FIGS. 13 and 14, the encoder slit 61 is formed in a cylindrical shape. The wire 5 is not inserted into the encoder slit portion 61, and the wire 5 is fixed to both ends of the encoder slit portion 61.

図15は、第2の変形例のエンコーダスリット部62の構成を示す図である。図15に示すように、エンコーダスリット部62は四角柱状に形成されている。エンコーダスリット部62には、エンコーダスリット部62を長手方向に貫通するワイヤ挿通孔63が形成され、ワイヤ挿通孔63にはワイヤ5が固定された状態で挿通されている。エンコーダスリット部62の長手方向に対して平行な4つの面のうちのいずれか3つ面には、A相、B相、Z相のスリット部40A、40B、40Zが形成されている。   FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the encoder slit portion 62 of the second modification. As shown in FIG. 15, the encoder slit portion 62 is formed in a quadrangular prism shape. The encoder slit portion 62 is formed with a wire insertion hole 63 penetrating the encoder slit portion 62 in the longitudinal direction, and the wire 5 is inserted in a fixed state into the wire insertion hole 63. On any three surfaces of the four surfaces parallel to the longitudinal direction of the encoder slit portion 62, A-phase, B-phase, and Z-phase slit portions 40A, 40B, and 40Z are formed.

図16は、エンコーダスリット部62を保持するエンコーダヘッド部64の構成を示す図である。図16に示すように、エンコーダヘッド部64の軸中心には、四角柱状の中心孔65が形成され、中心孔65にはエンコーダスリット部62及びワイヤ5が挿通されている。エンコーダヘッド部64には、エンコーダヘッド部21と同様に、3つの光ファイバ用穴35と、プリズム36と、光入反射孔37と、が設けられている。光ファイバ用穴35は、軸回り方向についてそれぞれのスリット部40A、40B、40Zと対応する位置に配設され、光ファイバ22がワイヤ5と平行に挿入されている。光入反射孔37は、エンコーダスリット部62のそれぞれのスリット部40A、40B、40Zが形成される3つの面に対して垂直に形成されている。このような構成にすることにより、エンコーダスリット部62のスリット部40A、40B、40Zが形成される面に対して垂直に光が入射される。   FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of the encoder head unit 64 that holds the encoder slit unit 62. As shown in FIG. 16, a square columnar center hole 65 is formed at the axial center of the encoder head portion 64, and the encoder slit portion 62 and the wire 5 are inserted through the center hole 65. Similar to the encoder head portion 21, the encoder head portion 64 is provided with three optical fiber holes 35, a prism 36, and a light incident / reflecting hole 37. The optical fiber hole 35 is disposed at a position corresponding to each of the slit portions 40 </ b> A, 40 </ b> B, 40 </ b> Z in the direction around the axis, and the optical fiber 22 is inserted in parallel with the wire 5. The light incident / reflecting hole 37 is formed perpendicular to the three surfaces on which the slit portions 40A, 40B, and 40Z of the encoder slit portion 62 are formed. With such a configuration, light is incident perpendicular to the surface of the encoder slit portion 62 where the slit portions 40A, 40B, and 40Z are formed.

図17は、第3の変形例のエンコーダスリット部66の構成を示す図である。図17に示すように、エンコーダスリット部66は三角柱状に形成されている。エンコーダスリット部66には、エンコーダスリット部66を長手方向に貫通するワイヤ挿通孔67が形成され、ワイヤ挿通孔67にはワイヤ5が固定された状態で挿通されている。エンコーダスリット部66の長手方向に対して平行な3つの面には、A相、B相、Z相のスリット部40A、40B、40Zが形成されている。   FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of the encoder slit portion 66 of the third modification. As shown in FIG. 17, the encoder slit part 66 is formed in a triangular prism shape. The encoder slit portion 66 is formed with a wire insertion hole 67 penetrating the encoder slit portion 66 in the longitudinal direction. The wire insertion hole 67 is inserted in a state where the wire 5 is fixed. A-phase, B-phase, and Z-phase slit portions 40A, 40B, and 40Z are formed on three surfaces parallel to the longitudinal direction of the encoder slit portion 66.

図18は、エンコーダスリット部66を保持するエンコーダヘッド部68の構成を示す図である。図18に示すように、エンコーダヘッド部68の軸中心には、三角柱状の中心孔69が形成され、中心孔69にはエンコーダスリット部66及びワイヤ5が挿通されている。エンコーダヘッド部68には、エンコーダヘッド部21と同様に、3つの光ファイバ用穴35と、プリズム36と、光入反射孔37と、が設けられている。光ファイバ用穴35は、軸回り方向についてそれぞれのスリット部40A、40B、40Zと対応する位置に配設され、光ファイバ22がワイヤ5と平行に挿入されている。光入反射孔37は、エンコーダスリット部62のそれぞれのスリット部40A、40B、40Zが形成される3つの面に対して垂直に形成されている。このような構成にすることにより、エンコーダスリット部62のスリット部40A、40B、40Zが形成される面に対して垂直に光が入射される。   FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of the encoder head portion 68 that holds the encoder slit portion 66. As shown in FIG. 18, a triangular prism-shaped center hole 69 is formed at the axial center of the encoder head portion 68, and the encoder slit portion 66 and the wire 5 are inserted through the center hole 69. Similar to the encoder head portion 21, the encoder head portion 68 is provided with three optical fiber holes 35, a prism 36, and a light incident / reflecting hole 37. The optical fiber hole 35 is disposed at a position corresponding to each of the slit portions 40 </ b> A, 40 </ b> B, 40 </ b> Z in the direction around the axis, and the optical fiber 22 is inserted in parallel with the wire 5. The light incident / reflecting hole 37 is formed perpendicular to the three surfaces on which the slit portions 40A, 40B, and 40Z of the encoder slit portion 62 are formed. With such a configuration, light is incident perpendicular to the surface of the encoder slit portion 62 where the slit portions 40A, 40B, and 40Z are formed.

以上、第1乃至第3の変形例で示すように、本実施形態では、保持部材であるエンコーダヘッド部でワイヤ5及びエンコーダスリット部が保持され、ワイヤ5とエンコーダヘッド部が一体に長手方向に移動可能な構成であればよい。   As described above, as shown in the first to third modifications, in this embodiment, the wire 5 and the encoder slit portion are held by the encoder head portion that is a holding member, and the wire 5 and the encoder head portion are integrally formed in the longitudinal direction. Any movable configuration may be used.

次に、本発明の第1の実施形態の第4及び第5の変形例について、図19及び図20を参照して説明する。第4の変形例では第1の実施形態の構成を次の通り変形したものである。なお、第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。   Next, the 4th and 5th modification of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG.19 and FIG.20. In the fourth modification, the configuration of the first embodiment is modified as follows. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

図19は、第4の変形例のエンコーダヘッド部71の構成を示す図である。図19に示すように、エンコーダヘッド部71では光路変換部材としてミラー72が用いられている。光学手段16の光源から出射した光は、光ファイバ22によってミラー72に導かれる。そして、ミラー72で90°曲げられ、光入反射孔37からそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに入射する。スリット部40A、40B、40Zで反射した反射光は、光入反射孔37を通り、ミラー72で90°曲げられることにより、光ファイバ22へ導光される。そして、光ファイバ22を通り、光学手段16の受光素子で受光される。すなわち、光ファイバ22はエンコーダヘッド部71によって、スリット部40A、40B、40Zへの光の入射、及び、スリット部40A、40B、40Zからの反射光の導光が可能な位置で保持されている。この際、光入反射孔37がそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに対して垂直に形成されているため、スリット部40A、40B、40Zに入射された入射光は、光入反射孔37に向かって反射するようになっている。   FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of an encoder head unit 71 according to a fourth modification. As shown in FIG. 19, in the encoder head portion 71, a mirror 72 is used as an optical path conversion member. The light emitted from the light source of the optical means 16 is guided to the mirror 72 by the optical fiber 22. Then, it is bent 90 ° by the mirror 72 and enters the slit portions 40A, 40B, and 40Z from the light incident / reflecting hole 37. The reflected light reflected by the slit portions 40A, 40B, and 40Z passes through the light incident / reflecting hole 37, and is guided to the optical fiber 22 by being bent by 90 ° by the mirror 72. Then, it passes through the optical fiber 22 and is received by the light receiving element of the optical means 16. That is, the optical fiber 22 is held by the encoder head portion 71 at a position where light can be incident on the slit portions 40A, 40B, and 40Z and reflected light from the slit portions 40A, 40B, and 40Z can be guided. . At this time, since the light incident / reflecting holes 37 are formed perpendicular to the slit portions 40A, 40B, 40Z, incident light incident on the slit portions 40A, 40B, 40Z enters the light incident / reflecting holes 37. It is designed to reflect toward you.

図20は、第5の変形例のエンコーダヘッド部73の構成を示す図である。図20に示すように、エンコーダヘッド部73では、スリット部40A、40B、40Zに光を導く光ファイバ74が、エンコーダヘッド部73の基端面から、光ファイバ用穴35を通り、光ファイバ用穴35の先端部で湾曲され、光入反射孔37まで挿入されている。光ファイバ74は、エンコーダヘッド部73によって光ファイバ用穴35でワイヤ5と平行に保持される被保持部75と、光入反射孔37にスリット部40A、40B、40Zに対して垂直に挿入される光入反射部76と、被保持部75と光入反射部76との間に設けられる湾曲部77と、を有する。光ファイバ74の湾曲部77は、管内で光の光路の変換可能な光路変換部となっている。光学手段16の光源から出射した光は、光ファイバ74の被保持部75を通り、湾曲部77に導かれる。そして、湾曲部77で光路が変換され、光入反射部76からそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに入射する。スリット部40A、40B、40Zで反射した反射光は、光入反射部76を通り、湾曲部77で光路が変換されることにより、被保持部75へ導光される。そして、光学手段16の受光素子で受光される。すなわち、光ファイバ74はエンコーダヘッド部73によって、スリット部40A、40B、40Zへの光の入射、及び、スリット部40A、40B、40Zからの反射光の導光が可能な位置で保持されている。   FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of an encoder head unit 73 according to a fifth modification. As shown in FIG. 20, in the encoder head portion 73, an optical fiber 74 that guides light to the slit portions 40 </ b> A, 40 </ b> B, and 40 </ b> Z passes through the optical fiber hole 35 from the base end surface of the encoder head portion 73. It is curved at the tip of 35 and inserted up to the light incident / reflecting hole 37. The optical fiber 74 is inserted perpendicularly to the slits 40A, 40B, and 40Z into the held portion 75 held in parallel with the wire 5 in the optical fiber hole 35 by the encoder head portion 73 and the light incident / reflecting hole 37. A light incident / reflecting portion 76, and a curved portion 77 provided between the held portion 75 and the light incident / reflecting portion 76. The curved portion 77 of the optical fiber 74 serves as an optical path conversion unit that can convert the optical path of light within the tube. The light emitted from the light source of the optical means 16 passes through the held portion 75 of the optical fiber 74 and is guided to the bending portion 77. Then, the optical path is converted by the bending portion 77 and enters the slit portions 40A, 40B, and 40Z from the light incident / reflecting portion 76. The reflected light reflected by the slit portions 40 </ b> A, 40 </ b> B, and 40 </ b> Z passes through the light incident / reflecting portion 76 and is guided to the held portion 75 by changing the optical path at the bending portion 77. Then, the light is received by the light receiving element of the optical means 16. That is, the optical fiber 74 is held by the encoder head portion 73 at a position where light can be incident on the slit portions 40A, 40B, and 40Z and reflected light from the slit portions 40A, 40B, and 40Z can be guided. .

このような構成にすることにより、光入反射部76がそれぞれのスリット部40A、40B、40Zに対して垂直に形成されているため、スリット部40A、40B、40Zに入射された入射光は、光入反射部76に向かって反射される。また、プリズム36、ミラー72等の光路変換部材を用いないため、光路変換部材での光量の減衰を防止される。このため、検出精度を向上させることができる。   By adopting such a configuration, the light incident / reflecting part 76 is formed perpendicular to the respective slit parts 40A, 40B, 40Z, so that incident light incident on the slit parts 40A, 40B, 40Z is The light is reflected toward the light incident / reflecting portion 76. Further, since no optical path conversion member such as the prism 36 and the mirror 72 is used, attenuation of the light amount at the optical path conversion member is prevented. For this reason, detection accuracy can be improved.

次に、本発明の第1の実施形態の第6の変形例について図21を参照して説明する。第6の変形例では第1の実施形態の構成を次の通り変更したものである。なお、第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。   Next, a sixth modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the sixth modification, the configuration of the first embodiment is changed as follows. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

図21は、第6の変形例のエンコーダヘッド部80の構成を示す図である。図21に示すように、エンコーダヘッド部80の軸中心には、円柱形状のエンコーダスリット部用孔81が形成され、エンコーダスリット部用孔81にはエンコーダスリット部82及びワイヤ5が挿通されている。エンコーダスリット部82には、外周面から外側に向けて突出した3つの突出部83が設けられている。突出部83の長手方向に対し垂直な断面で切断した断面形状は、四角形状になっている。エンコーダヘッド部80のエンコーダスリット部用孔81には、エンコーダスリット部82の突出部83と対応する形状の3つの溝部84が、軸回り方向について突出部83と対応する位置に形成されている。係合部である突出部83が被係合部である溝部84と係合することにより、エンコーダスリット部82及びワイヤ5のエンコーダヘッド部80に対する軸回り方向への移動を規制することができる。この際、長手方向についてはエンコーダスリット部82及びワイヤ5がエンコーダヘッド部80に対して移動可能となっている。   FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of an encoder head unit 80 according to a sixth modification. As shown in FIG. 21, a cylindrical encoder slit hole 81 is formed in the center of the encoder head 80, and the encoder slit 82 and the wire 5 are inserted into the encoder slit hole 81. . The encoder slit portion 82 is provided with three projecting portions 83 projecting outward from the outer peripheral surface. The cross-sectional shape cut by a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the protrusion 83 is a quadrangular shape. In the encoder slit portion hole 81 of the encoder head portion 80, three groove portions 84 having a shape corresponding to the protruding portion 83 of the encoder slit portion 82 are formed at positions corresponding to the protruding portion 83 in the direction around the axis. By engaging the protruding portion 83 as the engaging portion with the groove portion 84 as the engaged portion, movement of the encoder slit portion 82 and the wire 5 in the direction around the axis with respect to the encoder head portion 80 can be restricted. At this time, the encoder slit portion 82 and the wire 5 are movable with respect to the encoder head portion 80 in the longitudinal direction.

なお、本実施形態では、3つの突出部83が設けられているが、突出部83はエンコーダスリット部82の外周面に1つ以上形成されていればよい。また、突出部83の長手方向に対し垂直な断面で切断した断面形状は、四角形状に限るものではなく、例えば三角形状等でもよい。
なお、前述した実施形態では、エンコーダスリット部32に3種類のスリット部40A、40B、40Zが形成されているが、1種類又は2種類のスリット部のみが形成されている構成でもよく、逆に4種類以上としてもよい。この場合、1種類又は2種類、若しくは4種類以上のスリット部のパルス信号を用いてワイヤ5の長手方向への変位の算出を行ってもよい。また、円筒状のエンコーダスリット部32においてスリット部40A、40B、40Zに相当する部分で、かつ、それぞれの光入反射孔37へ反射光を導光可能な領域に相当する円周部分のみを部分的に切削して、第2及び第3の変形例と同様に、長手方向に沿って光入反射孔37に対し垂直な平面を形成してもよい。
In the present embodiment, three protrusions 83 are provided, but one or more protrusions 83 may be formed on the outer peripheral surface of the encoder slit part 82. Moreover, the cross-sectional shape cut | disconnected by the cross section perpendicular | vertical with respect to the longitudinal direction of the protrusion part 83 is not restricted to square shape, For example, triangle shape etc. may be sufficient.
In the above-described embodiment, the encoder slit portion 32 is formed with three types of slit portions 40A, 40B, and 40Z. However, a configuration in which only one type or two types of slit portions are formed may be used. It is good also as four or more types. In this case, the displacement in the longitudinal direction of the wire 5 may be calculated using the pulse signals of one type, two types, or four or more types of slit portions. Further, in the cylindrical encoder slit portion 32, only the circumferential portion corresponding to the portion corresponding to the slit portions 40A, 40B and 40Z and corresponding to the region where the reflected light can be guided to the respective light incident reflection holes 37 is partially provided. As in the second and third modifications, a plane perpendicular to the light incident / reflecting hole 37 may be formed along the longitudinal direction.

また、前述した実施形態では、第2のスリット部40Bから検出される電気信号と第1のスリット部40Aから検出される電気信号との位相差が90°となるように、第1のスリット部40Aと第2のスリット部40Bでは、第1の反射部41Aと第2の反射部41Bの長手方向についての配置パターンが異なるが、第1のスリット部40Aと第2のスリット部40Bで、第1の反射部41Aと第2の反射部41Bの長手方向についての配置パターンを同一にして、スリット部40A、40Bに光を入射する光入反射孔37を長手方向にずらして配置してもよい。   Further, in the above-described embodiment, the first slit portion is set so that the phase difference between the electrical signal detected from the second slit portion 40B and the electrical signal detected from the first slit portion 40A is 90 °. In 40A and the second slit portion 40B, the arrangement patterns in the longitudinal direction of the first reflecting portion 41A and the second reflecting portion 41B are different, but the first slit portion 40A and the second slit portion 40B are different in the first slit portion 40B. The arrangement pattern in the longitudinal direction of the first reflecting portion 41A and the second reflecting portion 41B may be the same, and the light incident / reflecting holes 37 that allow light to enter the slit portions 40A and 40B may be shifted in the longitudinal direction. .

また、光入反射孔37に光をスリット部40A、40B、40Zへの入射光を平行にする凸レンズ、ボールレンズ等の光学手段を配置してもよい。   Further, an optical means such as a convex lens or a ball lens that makes light incident on the slit portions 40A, 40B, and 40Z parallel to the light incident / reflecting hole 37 may be disposed.

さらに、本実施形態では光学式エンコーダを用いたマニピュレータ1について説明したが、線状動力伝達部材の長手方向への変位の検出する場合であれば、これに限るものではない。   Furthermore, although this embodiment demonstrated the manipulator 1 using an optical encoder, if it is a case where the displacement to the longitudinal direction of a linear power transmission member is detected, it will not restrict to this.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形ができることは勿論である。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

1…マニピュレータ、 2…管状部、 3…動作部、 5…ワイヤ、 11…駆動手段、 12…制御手段、 15…エンコーダ信号処理部、 16…光学手段、 17…信号処理手段、 20…エンコーダリング部、 21…エンコーダヘッド部、 22…光ファイバ、 32…エンコーダスリット部、 36…プリズム、 37…光入反射孔、 40A,40B,40Z…スリット部、 41A,41B…反射部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Manipulator, 2 ... Tubular part, 3 ... Operation | movement part, 5 ... Wire, 11 ... Driving means, 12 ... Control means, 15 ... Encoder signal processing part, 16 ... Optical means, 17 ... Signal processing means, 20 ... Encoder ring Reference numeral 21: Encoder head part 22: Optical fiber 32: Encoder slit part 36: Prism 37: Light incident / reflection hole 40A, 40B, 40Z: Slit part 41A, 41B: Reflector part

Claims (6)

長手方向に移動する線状動力伝達部材と、
前記線状動力伝達部材の外周面に固定されるとともに、前記線状動力伝達部材と一体に長手方向に移動可能で、反射率の異なる2種類の反射部が長手方向に所定のパターンで配置されるスリット部を備え、前記線状動力伝達部材と一体で湾曲可能な反射体と、
光を出射する光源と、
前記光源から前記スリット部へ光を導くとともに、前記スリット部から反射する反射光が導光される線状光伝送体と、
前記線状動力伝達部材及び前記反射体を長手方向に移動可能に保持するとともに、前記線状動力伝達部材の前記長手方向に対して垂直な方向から前記スリット部に対して垂直に光を入射し、かつ、前記スリット部からの反射光が向かう入反射通路が内部に形成される保持部材であって、前記光入反射通路を通して前記スリット部へ光を入射可能で、かつ、前記光入反射通路を通った前記スリット部からの反射光を導光可能な位置で前記線状光伝送体を保持する保持部材と、
前記線状光伝送体から導光される前記スリット部での反射光を受光し、前記反射体の変位と光量を示す電気信号を検出する受光素子と、
前記電気信号を所定の閾値のパルス信号に変換する信号処理手段と、
前記パルス信号のパルス数から前記反射体の長手方向への変位を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
A linear power transmission member that moves in the longitudinal direction;
The linear power transmission member is fixed to the outer peripheral surface, and can be moved integrally with the linear power transmission member in the longitudinal direction, and two kinds of reflecting portions having different reflectances are arranged in a predetermined pattern in the longitudinal direction. A reflector that can be bent integrally with the linear power transmission member ;
A light source that emits light;
A linear optical transmission body that guides light from the light source to the slit portion and guides reflected light reflected from the slit portion;
The linear power transmission member and the reflector are held movably in the longitudinal direction, and light is incident on the slit portion from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the linear power transmission member. In addition, a holding member in which an incident / reflection path to which reflected light from the slit portion is directed is formed, and light can be incident on the slit portion through the light incident / reflection path, and the light incident / reflection path. A holding member that holds the linear optical transmission body at a position where the reflected light from the slit portion that has passed through can be guided;
A light receiving element that receives reflected light at the slit portion guided from the linear light transmission body and detects an electrical signal indicating the displacement and the amount of light of the reflector;
Signal processing means for converting the electrical signal into a pulse signal having a predetermined threshold;
Calculating means for calculating displacement in the longitudinal direction of the reflector from the number of pulses of the pulse signal;
An optical encoder comprising:
前記反射体には、外周面の周方向に沿って複数の種類の前記スリット部が並設され、
それぞれの前記スリット部は、2種類の前記反射部の長手方向についての配置パターンが異なる状態に設定されるとともに、
それぞれの前記スリット部に対して前記線状光伝送体及び前記光入反射通路が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
In the reflector, a plurality of types of the slit portions are arranged in parallel along the circumferential direction of the outer peripheral surface,
Each of the slit portions is set in a state in which the arrangement pattern in the longitudinal direction of the two types of the reflection portions is different,
The optical encoder according to claim 1, wherein the linear optical transmission body and the light incident / reflection path are provided for each of the slit portions.
複数の種類の前記スリット部は、
2種類の前記反射部が、長手方向に沿って一定の幅で交互に配置される第1のスリット部と、
2種類の前記反射部が、長手方向に沿って前記第1のスリット部と同一の幅で、かつ、前記第1のスリット部とは長手方向に所定の距離だけずらして交互に配置される第2のスリット部と、
所定の基準位置を境界として先端側に2種類の前記反射部の一方が、基端側に他方が配置される第3のスリット部と、
であることを特徴とする請求項2に記載の光学式エンコーダ。
The plurality of types of slit portions are
Two types of the reflection portions, the first slit portions alternately arranged with a certain width along the longitudinal direction,
The two types of the reflective portions are alternately arranged along the longitudinal direction with the same width as the first slit portion and shifted from the first slit portion by a predetermined distance in the longitudinal direction. 2 slits,
A third slit portion in which one of the two types of the reflection portion is disposed on the distal end side with the predetermined reference position as a boundary, and the other is disposed on the proximal end side;
The optical encoder according to claim 2, wherein:
前記反射体には、外周面の周方向の一部に凹部又は凸部の少なくともいずれか一方の係合部が設けられ、
前記保持部材には、前記係合部と係合するとともに、前記反射体の軸回り方向への移動を規制する被係合部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
The reflector is provided with an engaging portion of at least one of a concave portion and a convex portion in a part of the outer peripheral surface in the circumferential direction,
Wherein the holding member is configured to engage with the engaging portion, the optical according to claim 1, characterized in that the engaged portion that restricts the movement in the axial direction around the reflector is provided Type encoder.
前記保持部材は、軸心部に配設され、前記反射体が挿入される中心孔と、前記反射体の前記スリット部に対して垂直に形成され、前記光入反射通路が設けられる透光部と、を備えるとともに、
前記線状光伝送体は前記保持部材によって前記線状動力伝達部材と平行に保持され、
前記線状光伝送体の先端と前記透光部との間には、光の光路を変換する光路変換部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
The holding member is disposed in an axial center portion, and is formed perpendicular to the center hole into which the reflector is inserted, and the slit portion of the reflector, and is provided with the light incident / reflection passage. And comprising
The linear optical transmission body is held in parallel with the linear power transmission member by the holding member,
2. The optical encoder according to claim 1, wherein an optical path conversion unit that converts an optical path of light is provided between a tip of the linear optical transmission body and the light transmission unit.
線状動力伝達部材と一体に長手方向に移動可能な状態で保持部材によって保持されるとともに、前記線状動力伝達部材と一体で湾曲可能な反射体に設けられる、反射率の異なる2種類の反射部を長手方向に所定のパターンで配置したスリット部に、光源から線状光伝送体を介して光を入射する工程であって、前記線状光伝送体によって導光された光を、前記線状動力伝達部材の前記長手方向に対して垂直な方向から前記スリット部に対して垂直に前記保持部材の内部の光入反射通路を通して、前記スリット部に入射することを含む工程と、
前記スリット部で反射する反射光を前記線状光伝送体へ導光し、受光素子で受光する工程であって、前記スリット部からの反射光が前記光入反射通路に向かい、前記光入反射通路を通った反射光が前記線状光伝送体により導光されることを含む工程と、
前記受光素子で前記反射体の変位と光量を示す電気信号を検出する工程と、
信号処理手段で前記電気信号を所定の閾値のパルス信号に変換する工程と、
算出手段で前記パルス信号のパルス数から前記反射体の長手方向への変位を算出する工程と、
を備えることを特徴とする線状動力伝達部材の変位検出方法。
Two types of reflections with different reflectivities , which are held by a holding member while being movable in the longitudinal direction integrally with the linear power transmission member and provided on a reflector that can be bent integrally with the linear power transmission member. The light is incident from the light source through the linear light transmitter to the slit portion in which the portions are arranged in a predetermined pattern in the longitudinal direction, and the light guided by the linear light transmitter is And entering the slit part through a light incident / reflection path inside the holding member perpendicularly to the slit part from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the power transmission member;
The step of guiding the reflected light reflected by the slit part to the linear optical transmission body and receiving it by a light receiving element, wherein the reflected light from the slit part goes to the light incident / reflecting path, and the light incident / reflected A step including the reflected light passing through the passage is guided by the linear light transmitter;
Detecting an electrical signal indicating the displacement and light quantity of the reflector with the light receiving element;
Converting the electrical signal into a pulse signal having a predetermined threshold by a signal processing means;
Calculating a displacement in the longitudinal direction of the reflector from the number of pulses of the pulse signal by a calculating means;
A displacement detection method for a linear power transmission member.
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JP2766899B2 (en) * 1994-08-24 1998-06-18 株式会社大塚製薬工場 Spray sterilizer and sterilization method
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