JPH06148218A

JPH06148218A - 流向・流速計

Info

Publication number: JPH06148218A
Application number: JP32733292A
Authority: JP
Inventors: Wataru Ishibashi; 渡石橋; Mikio Suzuki; 幹男鈴木; Toshiaki Horikawa; 俊朗堀川; Shingo Kuroki; 真吾黒木; 鴻群 ▲登▼; Kougun Nobori; Soji Ichikawa; 宗次市川
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【構成】本体に対し、揺動可能に支持された流体受体
１２と、前記流体受体１２に連動する揺動スケール１８
及び前記揺動スケール１８の揺動方向及び揺動量を検出
する固定スケール２０を有するエンコーダ１６と、を備
えたことを特徴とする流向・流速計。【効果】流体受体に流体を当てることにより該流体受
体を傾け、その傾き方向及び傾き度より流向及び風速を
検出することとしたので、回転体を用いずしかも高精度
の流向、風速検出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流向・流速計、特に２次
元方向への変位を検出可能なエンコーダを用いた流向・
流速計に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種気象条件等の観察を行うため、風向
・風速計、或いは海流計測器などの流向・流速計が重要
な役割を果たしており、特に海洋、あるいは航空産業に
おいては、小型でしかも高精度の流向・流速計が要求さ
れる。従来の小型流向・流速計としては、矢羽根状の流
向計、及びプロペラ状の流速計を組合せたものが主体で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の一
般的な流向・流速計は、流向計及び流速計ともに回転部
分を含み、塵埃、砂等に弱く、さらに回転部分の摩耗等
により測定精度が低下するという課題があった。これら
の課題は、流向・流速計が屋外で使用され、特に海岸、
海洋、山岳地帯等、厳しい自然環境の下で使用された場
合に極めて大きな問題となってしまう。本発明は前記従
来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は耐
久性、使用性にすぐれ、しかも高精度な流向・流速計を
提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１にかる流向・流速計は、本体に対
し、揺動可能に支持された流体受体と、前記流体受体に
連動する揺動スケール及び前記揺動スケールの揺動方向
及び揺動量を検出する固定スケールを有するエンコーダ
と、を備えたことを特徴とする。また、請求項２記載の
流向・流速計は、前記エンコーダが、マトリックス状に
島状第一格子が形成された揺動スケールと、前記揺動ス
ケールに対し二次元方向に相対移動可能に並列配置さ
れ、十字状に相直交する第二格子が形成される固定スケ
ールと、を含むことを特徴とする。

【０００５】請求項３記載の流向・流速計は、前記揺動
スケールの第一格子が反射式島状格子よりなり、また固
定スケールには透過式十字状第二格子と、第二格子の外
周部に設けられた透過式第三格子が設けられ、前記透過
式十字状第二格子の裏面に発光素子が、また透過式第三
格子の裏面に受光素子が設けられたことを特徴とする。
請求項４記載の流向・流速計は、前記エンコーダがＸ軸
方向とＹ軸方向とにそれぞれ平行な線状の透明面と反射
面とが交互に繰り返してなる縞状格子が形成された揺動
スケールと、前記揺動スケールに対し二次元方向に相対
移動可能に平行配置され、前記縞状格子へ光を出射する
出射スリットと、前記縞状格子を介した光が入射する入
射スリットと、を有する固定スケールと、前記固定スケ
ールの出射スリット形成位置の裏面に設けられた発光素
子と、前記固定スケールの入射スリット形成位置の裏面
に設けられた受光素子と、を備え、前記揺動スケールに
形成された縞状格子の隣接する透明面と反射面とを合せ
た１パターンのピッチにおいて、揺動スケールの中心の
ピッチから外側のピッチに向かうに従って、１ピッチ中
の反射面の占める割合が一定の比率で増加、或いは減少
して形成されたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明にかかる流向・流速計は、揺動可能な流
体受体で流体を受けるため、該流体の方向及び強さに応
じて該流体受体が傾く。この流体受体の傾き量及び方向
は、エンコーダの揺動スケールに伝えられ、該揺動スケ
ールの変位方向及び変位量は固定スケールにより検出さ
れる。このように本発明にかかる流向・流速計によれ
ば、回転体を含まず、単に流体受体の揺動のみで流向及
び流速を検出することができる。

【０００７】また、エンコーダとして、固定スケールに
十字状格子が設けられており、一方揺動スケールにはマ
トリックス状の島状格子を設けたものを用いることが好
適である。この場合、十字状第二格子の一方向の格子が
島状第一格子のマトリックスの行方向に対応し、その方
向への移動量を検出する。また、十字状第二格子の他方
向への格子が島状第一格子のマトリックスの列方向に対
応し、その方向への移動量を検出する。

【０００８】また、エンコーダとして、揺動スケールに
Ｘ軸とＹ軸方向にそれぞれ平行な線状の透明面と反射面
とからなる縞状格子が形成することが好適である。すな
わち、前記縞状格子が中心のピッチから外側のピッチに
向かうに従って、１ピッチ中の反射面の占める割合が一
定の比率で増加、或いは減少して構成されているため、
ピッチ幅及び増加或いは減少する反射面の比率を調整す
ることにより、変位量に応じ受光素子による受光量が前
記比率に対応して変化するため、ダイナミックレンジの
大きなアナログ信号による変位検出が可能となり、回路
構成がシンプルで高感度、高精度の安価な光電型エンコ
ーダを得ることが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図１には本発明の一実施例にかかる流向・流
速計としての風向・風速計が示されている。同図に示す
風向・風速計は、ハウジング１０の上面略中央部に揺動
自在に立設された風受体１２と、該風受体１２より下方
に伸びる揺動軸１４の下端に設けられたエンコーダ１６
よりなり、該エンコーダ１６は揺動スケール１８と、該
揺動スケール１８と対向配置された固定スケール２０を
備える。

【００１０】そして、前記固定スケール２０はハウジン
グ１０の略中央に配置された保持板２２上に固定されて
いる。保持板２２上面とハウジング１０にかこまれた部
分にはダンピングオイル２４が充填されている。また、
前記揺動軸１４は、円板状の板バネ２６により支持され
ている。一方、ハウジング１０の下部は、その側壁２８
が透明なプラスチックで形成されており、内部には風向
・風速表示板３０が設けられている。そして、該表示板
３０の上面には図２に示すように風向、風速がそれぞれ
表示される。このため、風向、風速はそれぞれ透明プラ
スチック側壁２８を介して目視することが可能である。

【００１１】ハウジング１０の下端には支柱３２が固定
されており、該支柱３２の下部は三脚３４に設置されて
いる。尚、支柱３２は伸縮自在に形成し、且つハウジン
グ１０の傾きを変えられるようにすることが好適であ
る。図２に示すように、前記風向・風速表示板３０は中
央に風速を数字（m/sec）３４により表示し、また風向
は該風速表示３４の周囲に配置された風速表示ＬＥＤ３
６の点灯位置により表示する。本実施例にかかる風向・
風速計は概略以上のように構成され、次にその作用につ
いて説明する。まず、本実施例にかかる風向・風速計を
揺動軸１４が垂直となるように設置する。

【００１２】そして、風受体１２部分に風４０が当たる
と、球状風受体４０が風圧により押され、揺動軸１４を
傾ける（図１一点鎖線）。この際、揺動軸１４は板バ
ネ２６により支持されているため、揺動は極めて微力で
生じるが、ダンピングオイル２４の作用により風の状態
変更に相当する数秒単位での揺動のみを拾い、振動等の
数Ｈｚ以上の成分を拾ってしまうことは少ない。前記揺
動軸１４の傾きは、そのまま揺動スケール１８の水平方
向への移動に疑似され、該揺動スケール１８の水平移動
は固定スケール２０により検出される。このため、固定
スケール２０から出力される揺動スケール１８の水平方
向への移動方向は風向きを示し、且つ移動量は風速を示
すこととなる。

【００１３】そして、風向の検出結果は、前記表示板３
０のＬＥＤ３６の点灯位置により表示し、且つ風力は表
示板３０中央に数字でデジタル表示される。従って、観
察者は透明プラスチック側壁２８を介して、表示板３０
上への表示内容を確認することができる。なお、本実施
例において、揺動軸１４はハウジング１０上部の開口１
０ａより上部に突出しているが、該開口１０ａが揺動軸
１４の揺動を妨げないように、開口１０ａの径は揺動軸
１４の径よりも大きく形成される必要がある。このた
め、本実施例においては、該開口１０ａと揺動軸１４の
間隙は、ジャバラ３８により外部からの塵埃等の侵入を
防止している。

【００１４】本実施例において特徴的な、揺動スケール
１８及び固定スケール２０よりなるエンコーダ１６は次
のように構成されることが好適である。図３には本実施
例にかかる風向・風速計に用いられる光電型エンコーダ
１６の一例を示す縦断面図が示されており、また図４に
は図３IV−IV線での断面図が示されている。同図におい
て、光電型エンコーダ１６は、その揺動スケール１８が
揺動軸１４との結合部材５０に設けられ、又固定スケー
ル２０が保持板２２に設けられている。そして、揺動軸
１４の傾き方向及び傾き量を検出するものである。

【００１５】固定スケール２０の図３中下面には、一個
の発光素子５２及び八個の受光素子５４ａ，５４ｂ，…
５４ｈが配置されている。発光素子５２及び各受光素子
５４のリード線は、プリント基板５６に固定されてい
る。前記揺動スケール１８には、図５に示す第一格子５
８が設けられ、該第一格子５８はマトリックス状の正方
形島状反射格子部６０₁₁，６０₁₂…６０_1n、６０₂₁，６
０₂₂…６０_2n、…、６０_m1，６０_m2，…６０_mnを含む反
射式格子よりなる。格子部６０のＸ軸（列）方向への並
びはＹ軸に平行なピッチＰ₁の格子を構成し、同じく格
子部６０のＹ軸（行）方向への並びはＸ軸に平行なピッ
チＰ₁の格子を構成する。

【００１６】一方、固定スケール２０は、図６から明ら
かなように、第二格子６２及び第三格子６４ａ，６４
ｂ，…６４ｈを備えている。そして、第二格子６２は前
記発光素子５２に対応する各三角形状の透過格子部６６
ａ，６６ｂ，…６６ｄを含む十字状透過式格子よりな
る。また第三格子６４ａ，６４ｂ，…６４ｈはそれぞれ
受光素子５４ａ，５４ｂ，…５４ｈに対応する透過格子
よりなる。このため、発光素子５２から出光した光Ｌは
第二格子部６６ａ，６６ｂ，…６６ｄを介して第一格子
５８に反射され、該反射光は第三格子６４ａ，６４ｂ，
…６４ｈを介して受光素子５４ａ，５４ｂ，…５４ｈに
受光される。

【００１７】以上のように、本実施例に用いられる光電
型エンコーダ１６は、Ｘ方向への相対移動に対しては第
二格子部６６ａ，６６ｂ、第一格子部６０の列方向への
並び、第三格子部６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ、受
光素子５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが、それぞれ三
格子型変位検出器として機能する。また、Ｙ方向への相
対移動に対しては第二格子部６６ｃ，６６ｄ、第一格子
部６０の行方向への並び、第三格子部６４ｅ，６４ｆ，
６４ｇ，６４ｈがそれぞれ三格子型変位検出器として機
能する。

【００１８】すなわち、三格子型変位検出器は図７に示
すように３枚の格子の重なり合いの変化により変位量を
検出するものである(Journal of the optical society
of America, 1965, vol.55, No.4, p373-381)。図７に
示す三格子型変位検出器は、平行配置された第二格子６
２及び第三格子６４と、両格子６２，６４の間に相対移
動可能に平行配置された第一格子５８と、前記第二格子
６２の図中左側に配置された発光素子５２と、前記第三
格子６４の図中右側に配置された受光素子５４と、を含
む。そして、発光素子５２から出射された光は第二格子
６２、第一格子５８、第三格子６４を介して受光素子５
４に至り、該受光素子５４は各格子６２，５８，６４で
制限された照明光を光電変換し、更にプリアンプ６８で
増幅して検出信号ｓを得る。

【００１９】ここで、第一格子５８が、第二格子６２及
び第三格子６４に対して例えばｘ方向に相対移動する
と、発光素子５２からの照明光のうち、格子６２，５
８，６４により遮蔽される光量が徐々に変化し、検出信
号ｓは略正弦波として出力される。そして、前記第一格
子５８のピッチＰ₁と検出信号ｓの波長Ｐが対応し、該
検出信号ｓの波長及びその分割値より前記基準格子５８
の相対移動量を測定するものである。そして、本実施例
においては第一格子５８の格子部６０のＸ軸方向への並
びはＹ軸に平行でピッチＰ₁の格子を構成し、格子部６
０のＹ軸方向への並びはＸ軸に平行でピッチＰ₁の格子
を構成している。

【００２０】また、第二格子６２の格子部６６ａ，６６
ｂにはＹ軸に平行でピッチＰ₂の格子が形成され、格子
部６６ｃ，６６ｄにはＸ軸に平行でピッチＰ₂の格子が
形成されている。更に、第三格子６４ａにはＡｘ相用の
格子、第三格子６４ｂにはＡｘ'相用の格子、第三格子
６４ｃにはＢｘ相用の格子、第三格子６４ｄにはＢｘ'
相用の格子がそれぞれＹ軸に平行にピッチＰ₃で形成さ
れ、第三格子６４ｅにはＡｙ相用の格子、第三格子６４
ｆにはＡｙ'相用の格子、第三格子６４ｇにはＢｙ相用
の格子、第三格子６４ｈにはＢｙ'相用の格子がそれぞ
れＸ軸に平行にピッチＰ₃で形成されている。従って、
Ａｘ＝０゜とすると、Ａｘに対し、Ａｘ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃異なる）Ｂｘ＝９０゜（１／４Ｐ₃異なる）Ｂｘ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃異なる）また、Ａｙ＝Ｏ゜とすると、Ａｙに対してＡｙ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃'異なる）Ｂｙ＝９０゜（１／４Ｐ₃'異なる）Ｂｙ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃'異なる）となるように目盛が付けられている。

【００２１】この結果、受光素子５４ａ，５４ｂ，５４
ｃ，５４ｄからは、それぞれπ／２ずつ位相のずれたＡ
ｘ相、Ａｘ'相、Ｂｘ相、Ｂｘ'相の信号を得ることがで
き、Ａｘ相−Ａｘ'相より差動振幅増幅されたＡｘ相出
力を、またＢｘ相−Ｂｘ'相より差動振幅増幅されたＢ
ｘ相出力を得る。そして、該Ａｘ相出力及びＢｘ相出力
の位相のずれ方向等よりスケール１８，２０のＸ方向へ
の相対移動方向の弁別を行なうと共に、電気的に検出信
号の分割を行ない、分解能の高い変位量検出を行なって
いる。

【００２２】一方、受光素子５４ｅ，５４ｆ，５４ｇ，
５４ｈからはそれぞれπ／２ずつ位相のずれたＡｙ相、
Ａｙ'相、Ｂｙ相、Ｂｙ'相の信号を得ることができ、前
記Ｘ方向と同様にしてスケール１８，２０のＹ方向の位
相弁別及び相対移動距離を検出することができる。以上
のように、本実施例に用いられる光電型エンコーダ１６
よれば、Ｘ方向及びＹ方向の移動方向及び移動距離を検
出することができる。そして、風受体１２の受けた風力
を、揺動軸１４の原点位置と揺動位置（検出位置）の座
標を結ぶベクトルとして捉え、該ベクトルの方向より風
向を、また該ベクトルの大きさ（長さ）より風速をそれ
ぞれ算出するのである。

【００２３】なお、本実施例に用いられるエンコーダ１
６によれば、第一格子５８を広範囲にわたって形成する
ことができ、風速の大きな変化に対しても検出の広範囲
化により対応可能である。また、第一格子５８の形状
は、揺動スケール１８及び固定スケール２０の相対移動
可能距離等を考慮して、例えば円形など任意に決定する
ことができる。また、揺動スケール１８に設けられたマ
トリックス状の島状格子５８を透過部とし、島状格子で
ない部分７０を反射部として構成することも可能であ
る。

【００２４】これに対し、図８には、本発明の他の実施
例にかかる風向・風速計に用いられるエンコーダの基本
構成を示す縦断面図が示されており、また図９には図８
に示すＩＸ−ＩＸ線での断面図が示されている。同図に
おいて、光電型エンコーダ１１６は、その揺動スケール
１１８が揺動軸１１４に設けられ、又固定スケール１２
０が保持板１２２に設けられている。そして、揺動軸１
１４の傾き方向及び傾き量を検出するものである。

【００２５】固定スケール１２０の図８中下面には、一
個の発光素子１５２及び四個の受光素子１５４ａ，１５
４ｂ，…１５４ｄが配置されている。発光素子１５２及
び各受光素子１５４のリード線は、プリント基板１５６
に固定されている。前記振動スケール１１８には、図１
０に示す縞状格子１５８が形成されており、該縞状格子
１５８は、中央に透明面１６０が設けられ、該透明面１
６０から外側に向って、Ｘ軸とＹ軸方向とにそれぞれ平
行な２組の平行線からなるロ字状のクロム蒸着反射面１
６２と透明面１６０とが交互に繰り返し形成され構成さ
れている。また、前記ロ字状の一つの透明面１６０と該
透明面１６０の外側に隣接する一つの反射面１６２を１
パターンとし、該１パターンのピッチＰ₁〜Ｐ_nは同一に
形成されている。さらに、図１１に示すようにロ字状の
反射面１６２の面積は、内側から外側に向けて単調増加
しており、従って前記１パターンのピッチＰ₁〜Ｐ_nにお
ける反射面１６２の占める割合も内側から外側に（Ｐ₁
からＰ_nに）向けて一定比率で増加している。

【００２６】一方、固定スケール１２０は、図１２に示
すようにクロム蒸着面が形成されたガラス板よりなり、
該クロム蒸着面の前記発光素子１５２の対応位置にはＹ
軸に平行な出射スリット１６４ａ，１６４ｂ及びＸ軸に
平行な出射スリット１６４ｃ，１６４ｄが設けられてい
る。さらに前記クロム蒸着面の前記受光素子１５４ａ，
…１５４ｄのそれぞれの対応位置である前記各出射スリ
ット１６４の外側には、入射スリット１６６ａ，１６６
ｂ，１６６ｃ，１６６ｄが形成されている。このため、
発光素子１５２から出射した光Ｌは、例えば二次光源と
なる出射スリット１６４ａを介して出射し、振動スケー
ル１１８の縞状格子１５８の内、Ｙ軸方向に平行な透過
面１６０ａと反射面１６２ａの縞で一部反射され、入射
スリット１６６ａを介して受光素子１５２ａに受光され
る。

【００２７】すなわち、振動スケール１１８の縞状格子
１５８上に照射された光の内、透明面１６０に照射され
た光は反射されず、反射面１６２に照射された光のみが
反射して入射スリット１６６ａ方向に進行する。そし
て、前記縞状格子１５８は、前述したように透明面１６
０と反射面１６２の１パターンのピッチＰ₁〜Ｐ_nにおけ
る反射面１６２の占める割合が内側から外側に向けて一
定比率で増加しているため、前記光Ｌが照射する位置が
縞状格子１５８の外側にいく程、反射される光が増し、
受光素子１５４での受光量も増大する。すなわち、揺動
スケール１１８のＸ方向位置は受光素子１５４ａの受光
量に反映することとなるため、受光量変化を検出するこ
とにより揺動スケール１１８のＸ方向変位を把握するこ
とができることとなる。

【００２８】なお、受光素子１５４ａ，１５４ｂの出力
は図１３に示す回路により差動増幅された電圧出力とさ
れる。すなわち受光素子１５４ａ，１５４ｂはそれぞれ
フォトトランジスタよりなり、そのフォトトランジスタ
１５４ａの電流出力Ｉ_aは、並列接続されたオペレーシ
ョンアンプ１７０及び半固定抵抗１７２よりなる電流・
電圧変換器１７４により電圧変化として出力される。ま
た、フォトトランジスタ１５４ｂの電流出力Ｉ_bは、同
様の構成を有する電流・電圧変換器１７６により電圧変
化として出力される。各フォトトランジスタ１５４ａ，
１５４ｂの電流出力Ｉ_a，Ｉ_bは図１４に示すように逆位
相であることから、並列接続された抵抗１７８及びオペ
レーションアンプ１８０よりなる差動増幅アンプ１８２
により差動増幅することで、図１５に示すような電圧出
力Ｖ_outを得ることができる。

【００２９】なお、同様に、Ｙ軸方向の変位に対して
も、縞状格子１５８のＸ軸方向に平行な透明面１６０ｂ
と反射面１６２ｂ、出射スリット１６４ｃ，１６４ｄ、
入射スリット１６６ｃ，１６６ｄ、受光素子１５４ｃ，
１５４ｄが作用し、優れたリニアリティを有した状態で
Ｙ軸方向への揺動スケール１１８の変位を検出すること
ができる。ここで、前記Ｘ軸及びＹ軸方向の揺動スケー
ル１１８の変位量の検出感度、及び検出可能な変位範囲
は、縞状格子１５８の透明面１６０と反射面１６２の１
パターンのピッチ幅、及びロ字状の反射面１６２の内側
から外側に向けての面積の増加量によって変化する。

【００３０】表１及び表２には、前記１パターンのピッ
チ幅を変えた例が示されている。

【表１】 ──────────────────────────────────── P₁ P₂ P₃ ・・・・・・・・・・P_n-2 P_n-1 P_n ──────────────────────────────────── 反射面線幅（μｍ）２４６・・・・・・・・・・４６４８５０ ──────────────────────────────────── 透明面線幅（μｍ）４８４６４４・・・・・・・・・・４２０ ──────────────────────────────────── 反射面の比率（％）４８１２・・・・・・・・・・９２９６ 100 ────────────────────────────────────

【表２】 ──────────────────────────────────── P₁ P₂ P₃ ・・・・・・・・・・P_n-2 P_n-1 P_n ──────────────────────────────────── 反射面線幅（μｍ）２４６・・・・・・・・・・９６９８ 100 ──────────────────────────────────── 透明面線幅（μｍ）９８９６９４・・・・・・・・・・４２０ ──────────────────────────────────── 反射面の比率（％）２４６・・・・・・・・・・９２９６ 100 ──────────────────────────────────── 表１の縞状格子１５８においては、前記１パターンのピ
ッチ幅を５０μｍとし、反射面１６２を形成するクロム
線幅を内側から外側へ１ピッチ当り２μｍづつ増加させ
ている。

【００３１】従って、ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのピッチ数は
２５となり、ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのトータルの長さは１
２５０μｍ（１．２５ｍｍ）となる。また、表２の縞状
格子１５８においては、前記１パターンのピッチ幅を１
００μｍとし、反射面１６２を形成するクロム線幅を内
側から外側へ１ピッチ当り２μｍづつ増加させている。
従って、ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのピッチ数は５０となり、
ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのトータルの長さは５０００μｍ
（５ｍｍ）となる。

【００３２】表１の例は、ピッチ幅を表２の例に比べ１
／２と短くし、クロム線幅の１ピッチ当りの増加量は表
２の例と同一としているため、内側から外側への１ピッ
チ中に占める反射面２８の比率の増加は、表２の例と比
較し表１の例の方が大きくなる。従って、同一変位量に
おいては、表１の例のように１パターンのピッチ幅を短
くする程、反射率が急激に変化するので検出感度は向上
する。なお、前記表１及び表２においては、１パターン
のピッチ幅を変えたが、反射面２８を形成するクロム線
幅の１ピッチ当りの増加量を増やしても同様に反射率の
変化は大きくなり検出感度は向上する。すなわち、１パ
ターンのピッチ幅、及び反射面１６２の１ピッチ当りの
増加量（＝ピッチ数）によって決定されるピッチＰ₁〜
Ｐ_nまでのトータルの長さが短い程、反射率が大きく変
化し検出感度は向上することとなる。従って、表１及び
表２の例においては、ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのトータルの
長さの比が１．２５ｍｍ：５ｍｍ＝１：４であり、ピッ
チ幅を１００μｍとした表２の例に比べピッチ幅を５０
μｍとした表１の例の方が約４倍の検出感度を得ること
ができる。

【００３３】一方、前記ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのトータル
の長さを長くすれば検出感度は下がってしまうが、当然
変位検出可能な位置範囲（前記図１５に示す−Ｐ_X〜＋
Ｐ_X）は広くなる。すなわち、揺動スケール１１８の変
位を検出できる位置範囲は、透明面１６０及び反射面１
６２により形成されている縞状格子１５８に対応する範
囲となるため、ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのトータルの長さが
１．２５ｍｍである表１の縞状格子１５８に比べ、ピッ
チＰ₁〜Ｐ_nまでのトータルの長さが５ｍｍである表２の
縞状格子１５８の方が４倍の位置範囲において揺動スケ
ール１１８の変位検出が可能となる。

【００３４】以上のように、前記縞状格子１５８のピッ
チ幅、及び反射面１６２の１ピッチ当りの増加量を調節
し、ピッチＰ₁〜Ｐ_nまでのトータルの長さを適切な値に
設計することにより、幅広いダイナミックレンジを得る
ことができ、揺動スケール１１８の相対移動量の大きさ
に対応した位置範囲において、高感度、高精度で変位検
出が可能となる。また、前記実施例においては本発明を
風向・風速計に用いた例について説明したが、例えば海
流などの流向、流速の検出等、広く流体の動態の検出に
用いることも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる流向
・流速計によれば、流体受体に流体を当てることにより
該流体受体を傾け、その傾き方向及び傾き度より流向及
び風速を検出することとしたので、回転体を用いずしか
も高精度の流向、風速検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる風向・風速計の全体
構成の説明図である。

【図２】図１に示した風向・風速計に用いられた表示板
の説明図である。

【図３】本発明の一実施例に用いられる光電型エンコー
ダの概略構成の説明図である。

【図４】前記実施例に用いられる光電型エンコーダの発
光素子及び受光素子の配置の説明図である。

【図５】前記実施例に用いられる光電型エンコーダの揺
動スケール（第一格子）の説明図である。

【図６】前記実施例に用いられる光電型エンコーダの固
定スケール（第二格子及び第三格子）の説明図である。

【図７】前記実施例に用いられる光電型エンコーダの移
動検出原理の説明図である。

【図８】本発明の他実施例に用いられる光電型エンコー
ダの概略構成の説明図である。

【図９】図８に示す光電型エンコーダの発光素子及び受
光素子の配置の説明図である。

【図１０】図８に示す光電型エンコーダの揺動スケール
に形成された縞状格子の説明図である。

【図１１】図１０に示す縞状格子の反射面の位置による
面積変化の説明図である。

【図１２】図８に示す光電型エンコーダの固定スケール
の説明図である。

【図１３】図８に示す光電型エンコーダの受光素子から
の信号の差動増幅回路の構成説明図である。

【図１４】，

【図１５】図１３に示した回路による信号処理状態の説
明図である。

【符号の説明】

１２風受体（流体受体）１６エンコーダ１８揺動スケール２０固定スケール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒木真吾神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号株式会社ミツトヨ内 (72)発明者 ▲登▼ 鴻群神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号株式会社ミツトヨ内 (72)発明者市川宗次神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号株式会社ミツトヨ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体に対し、揺動可能に支持された流体
受体と、前記流体受体に連動する揺動スケールと、前記揺動スケ
ールの揺動方向及び揺動量を検出する固定スケールと、
を有するエンコーダと、を備えたことを特徴とする流向・流速計。
【請求項２】請求項１記載の流向・流速計において、
前記エンコーダは、マトリックス状に島状第一格子が形
成された揺動スケールと、前記揺動スケールに対し二次元方向に相対移動可能に並
列配置され、十字状に相直交する第二格子が形成される
固定スケールと、を含むことを特徴とする流向・流速計。
【請求項３】請求項２記載の流向・流速計において、
前記エンコーダは、前記揺動スケールの第一格子は反射式島状格子よりな
り、また固定スケールには透過式十字状第二格子と、第二格
子の外周部に設けられた透過式第三格子が設けられ、前記透過式十字状第二格子の裏面に発光素子が、また透
過式第三格子の裏面に受光素子が設けられたことを特徴
とする流向・流速計。
【請求項４】請求項１記載の流向・流速計において、
前記エンコーダは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ平行な線状の透明面と
反射面とが交互に繰り返してなる縞状格子が形成された
揺動スケールと、前記揺動スケールに対し二次元方向に相対移動可能に平
行配置され、前記縞状格子へ光を出射する出射スリット
と、前記縞状格子を介した光が入射する入射スリット
と、を有する固定スケールと、前記固定スケールの出射スリット形成位置の裏面に設け
られた発光素子と、前記固定スケールの入射スリット形成位置の裏面に設け
られた受光素子と、を備え、前記揺動スケールに形成された縞状格子の隣接する透明
面と反射面とを合せた１パターンのピッチにおいて、揺
動スケールの中心のピッチから外側のピッチに向かうに
従って、１ピッチ中の反射面の占める割合が一定の比率
で増加、或いは減少して形成されたことを特徴とする流
向・流速計。