JPH067012U - 光学式回転変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 螺旋状のスリットが形成された回転円盤を補
強する事により撓み変形を防止する。 【構成】 光学式回転変位検出装置は、回転軸２を中心
として回転変位する円盤１とその両側に対向配置された
光源５及び受光素子７とから構成されている。円盤１の
表面には周方向に沿って螺旋状のスリット３が形成され
ている。光源５は円盤１に対して入射光を照射する。一
方、受光素子７は円盤１の半径方向に沿って配置された
長手形状で所定の幅寸法を有する受光面８を備え、回転
変位に伴なって半径方向に移動するスリットからの透過
光９を受光し回転変位の検出信号を出力する。スリット
３の螺旋方向に沿って規則的に継ぎ目４を入れ円盤１を
補強するとともに、スリット透過光９の受光量を一定に
している。好ましくは、継ぎ目４は受光面８の幅寸法に
対応したピッチで配列している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光学式透過型の回転変位検出装置に関する。より詳しくは、螺旋状に スリットが形成された回転円盤の補強構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から様々な形式の光学式回転変位検出装置が知られている。例えば、特開 昭６０−２２５０２４号公報には螺旋状にスリットが形成された回転円盤を利用 した構造が開示されている。図４に示す様に、この構造の光学式回転変位検出装 置は回転軸１０１を中心にして回転可能に円盤１０２が取り付けられている。円 盤１０２は金属等の遮光材料からなり、その表面には回転中心から周方向に沿っ て螺旋状のスリット１０３が形成されている。円盤１０２に対面して入射光を照 射する為に光源１０４が固定配置されている。又、円盤１０２を介して光源１０ ４と正対する位置に受光素子１０５が固定配置されている。受光素子１０５は円 盤１０２の半径方向に沿って配置された長手形状の受光面１０６を備えており、 円盤１０２の回転変位に伴なって半径方向に移動するスリットからの透過光を受 光し回転変位の検出信号を出力する。

【０００３】 図５に円盤１０２の回転角と検出信号との関係を示す。円盤の回転に伴なって 螺旋状のスリットを透過する光は長手形状の受光面に沿って移動する。受光素子 は透過光の受光位置に応じた検出信号を出力する。従って、回転角と検出信号は リニアな関係にある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

再び図４に戻って考案が解決しようとする課題を簡潔に説明する。螺旋状のス リットの長さを延長する程検出角度範囲が拡大する。即ち、検出角度範囲は螺旋 の抜き角に比例している。しかしながら、抜き角を大きくする程スリットの両側 に分離した円盤の各部分を連結する領域が少なくなり機械的強度が減少する。こ の為、回転変位中金属等からなる円盤が撓み変形し検出誤差が生じるという課題 あるいは問題点がある。

【０００５】 この対策として、金属薄板からなる円盤を透明な樹脂板あるいはガラス板で裏 打ちし補強する構造が考えられる。しかしながら、この積層構造あるいはラミネ ート構造では製造コストの上昇をもたらすとともに回転変位部分の重量及び厚み が大きくなってしまうという欠点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上述した従来の技術の課題に鑑み、本考案は例えば金属薄板単体からなる回転 円盤自体に補強構造を付与する事を目的とする。かかる目的を達成する為に以下 の手段を講じた。即ち、本考案にかかる光学式回転変位検出装置は基本的な構成 要件として移動部材とその両側に配置された固定光源及び固定受光素子とから構 成されている。移動部材は回転変位する円盤からなりその表面に周方向に沿って 螺旋状のスリットが形成されている。固定光源は移動部材に対して入射光を照射 する。受光素子は円盤の半径方向に沿って配置された長手形状で所定の幅寸法を 有する受光面を備え、回転変位に伴なって半径方向に移動するスリットからの透 過光を受光し回転変位の検出信号を出力する。かかる構成において、スリットの 螺旋方向に沿って規則的に継ぎ目を入れるという手段を講じ、移動部材を補強す るとともにスリット透過光の受光量を一定にする様にした。好ましくは、前記継 ぎ目は受光面の幅寸法に対応したピッチで配列している。

【０００７】

【作用】

本考案においては、螺旋状のスリットによって区画された円盤の各領域は分離 しておらず、継ぎ目によって互いに連結されている。従って、円盤の撓み変形を 抑制でき、従来に比し螺旋の抜き角を大きくとれるので回転検出角度範囲を拡大 できる。この継ぎ目は螺旋方向に沿って規則的に配列されており、スリットを透 過した光の受光量が常に一定となる様に設計されている。従って、回転変位中受 光量に変動がないので安定した検出出力を得る事ができる。

【０００８】

【実施例】

以下図面を参照して本考案の好適な実施例を詳細に説明する。図１は本考案に かかる光学式回転変位検出装置の構成を示す模式的な斜視図である。金属等の遮 光性材料からなる円盤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は図示しない検出対象物に接続されている。円盤１の表面には中心から 周方向に沿って徐々に拡大する螺旋状のスリット３が形成されている。スリット ３の螺旋方向に沿って規則的に継ぎ目４が形成されており円盤１を機械的に補強 する。この継ぎ目４は円盤１の半径方向に対して平行もしくは斜めに入れられる 。継ぎ目４の幅は可能な限り狭くする事が好ましい。継ぎ目４とスリット３は例 えばエッチングにより同時に形成できる。

【０００９】 円盤１の上方には例えばＬＥＤ等からなる光源５が固定配置されている。この 光源５はその表面に固着された投光レンズ６を介して略平行な光を円盤１の表面 に照射する。

【００１０】 一方円盤１の下方には光源５と整合して受光素子７が固定配置されている。そ の表面に設けられた受光面８は円盤１の半径方向に沿った長手形状を有するとと もに所定の幅寸法を備えている。円盤１の回転変位に伴なって螺旋状スリット３ からの透過光９は半径方向に移動し受光面８により受光される。受光素子７は例 えばＰＳＤ等の受光位置検出素子からなり、一対の出力端子に差動信号Ａ，Ｂを 出力する。即ち、出力信号Ａ，Ｂは透過光９の受光位置に応じて差動的に変化す る。差動信号は演算回路１０により所定の演算処理（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を施 され、円盤１の回転変位を表わす検出信号を出力する。

【００１１】 図２に回転円盤１の平面形状を示す。スリット３は回転軸２を中心として螺旋 状に形成されておりその螺旋角あるいは抜き角φが有効検出角度範囲を規定する 。スリット３には規則的に継ぎ目４が入れられている。本例では受光面８の幅Ｐ に対応するピッチで配列されている。この配列ピッチ自体は螺旋の全長に渡って 一定であるが、回転軸２の中心から見たピッチ角は異なっている。例えば比較的 周辺部に位置する継ぎ目に対するピッチ角θ_P1は比較的小さくなり、中心方向に 近付いた継ぎ目のピッチ角θ_P2は比較的大きくなる。この様に、継ぎ目４の配列 ピッチを受光面８の幅Ｐと等しく設定する事によりスリット透過光の受光量を常 に一定にできる。なお、必ずしも配列ピッチを受光面８の幅Ｐに等しくする必要 はなく、一般に整数比の関係にあれば良い。

【００１２】 なお受光面８は半径方向に沿って長手寸法Ｌを有する。この長手寸法Ｌは螺旋 状スリット３の周辺側端部と中心側端部をともにカバーできる寸法に設定されて いる。

【００１３】 最後に図３を参照してスリット３及び継ぎ目４の設計パラメータについて説明 する。まずスリット３の抜き幅δを螺旋方向に沿って一定とする事により受光量 も一定にできる。この為には、円盤の中心からスリット３の外端までの距離ｒｏ ｕｔと同じく内端までの距離ｒｉｎを角変数θに応じて適切に設定する必要があ る。ｒｏｕｔ及びｒｉｎの算出に用いられる計算式を以下に示す。

【数１】

【数２】 上記数式中Ｒは回転中心から受光面８の長手方向外端部までの距離を示し、Ｌ は受光面８の長手寸法を示し、δはスリット幅寸法を示し、φは螺旋角を示し、 θは角変数である。

【００１４】 次にどの角度においても受光面８が光を受光する面積が一定となる様に継ぎ目 ４の配列を決定する。即ち、図示する様に受光面８の幅寸法Ｐと等しいピッチで 継ぎ目４を入れれば、常に継ぎ目だけの面積分が差し引かれた受光面積で受光す る事ができる。スリットが同心円と異なり螺旋状であるので、配列ピッチは一定 であっても配列角ピッチθ_P は螺旋に沿って変化する。このθ_P は以下の数式３ によって算出される。

【数３】 なお上記数式３中ｒは回転中心からスリット３の中央ラインまでの距離を表わ しており次の数式４で示される。

【数４】

【００１５】

【考案の効果】

以上説明した様に、本考案によれば、金属薄板等からなる回転円盤に形成され た螺旋状のスリットに対して規則的な継ぎ目を入れる事により円盤を機械的に補 強し撓みを抑制できるという効果がある。又、継ぎ目を所定ピッチで形成する事 によりスリット透過光量を常に一定にでき、受光素子の検出出力を安定化できる という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる光学式回転変位検出装置の構造
を示す模式的な斜視図である。

【図２】本考案にかかる光学式回転変位検出装置に組み
込まれる円盤の形状を示す平面図である。

【図３】円盤に形成されるスリット及び継ぎ目の設計パ
ラメータを示す説明図である。

【図４】従来の光学式回転変位検出装置を示す斜視図で
ある。

【図５】従来の光学式回転変位検出装置の回転角と検出
信号との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 円盤 ２ 回転軸 ３ スリット ４ 継ぎ目 ５ 光源 ７ 受光素子 ８ 受光面 ９ 透過光 １０ 演算回路

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転変位する円盤からなりその表面に周
   方向に沿って螺旋状のスリットが形成された移動部材
   と、該移動部材に入射光を照射する固定光源と、円盤の
   半径方向に沿って配置された長手形状で所定の幅寸法を
   有する受光面を備え回転変位に伴なって半径方向に移動
   するスリットからの透過光を受光し回転変位の検出信号
   を出力する固定受光素子とからなる光学式回転変位検出
   装置において、 スリットの螺旋方向に沿って規則的に継ぎ目を入れ移動
   部材を補強するとともにスリット透過光の受光量を一定
   にする事を特徴とする光学式回転変位検出装置。
2. 【請求項２】 継ぎ目は受光面の幅寸法に対応したピッ
   チで配列している事を特徴とする請求項１記載の光学式
   回転変位検出装置。