JPH0687063B2 - 非接触形運動センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、運動体の運動速度をパルス周期として検知
する場合に使用して好適な非接触形運動センサに関す
る。

〔従来の技術〕

従来、運動体の回転速度を検知する運動センサとして
は、例えば、第４図に示すような装置が用いられてい
る。

第４図において、（１）は、運動体の回転に応じて回転
する回転軸（２）に取り付けられた移動パターンプレー
トであり、この移動パターンプレート（１）には回転方
向に沿って一定の角度ピッチＰで複数個のスリット
（３）が放射状に設けられている。

また、（４）はインデックスプレートであり、このイン
デックスプレート（４）は移動パターンプレート（１）
を所定角度の範囲分だけ切り取ったような計上を有し、
対応する数のスリット（５）を設けている。つまり、こ
のインデックスプレート（４）のスリット（５）も一定
の角度ピッチＰで形成されている。そして、このインデ
ックスプレート（４）は、図のように移動パターンプレ
ート（１）に平行な状態で近接し、しかも回転方向から
見てスリット（５）がスリット（３）と重なるような位
置に固定されている。

そして、これら移動パターンプレート（１）とインデッ
クスプレート（４）とが重なる回転角位置において、両
者を挟むようにランプ（６）と受光素子（７）が配設さ
れている。この場合、移動パターンプレート（１）側に
はランプ（６）が配され、インデックスプレート（４）
側には受光素子（７）が配される。

このような構成において、回転軸（２）が回転する場合
に、第５図Ａに示すように、移動パターンプレート
（１）のスリット（３）とインデックスプレート（４）
のスリット（５）とが軸方向に並ぶときは、ランプ
（６）からの光がこれらスリット（３）及びスリット
（５）を透過して受光素子（７）に受光される。

一方、この位置から移動パターンプレート（１）が回転
して、第５図Ｂに示すように、スリット（３）とスリッ
ト（５）とが回転方向にずれた位置になると、スリット
（３）を通ったランプ（６）からの光はインデックスプ
レート（４）で遮断されるので受光素子（７）には達し
ない。

したがって、受光素子（７）からはスリット（３），
（５）のピッチ及び回転軸（２）の回転速度に応じた周
期のくり返し信号SA（第６図Ａ）が得られる。そして、
このくり返し信号SAが波形整形アンプ（８）において波
形整形されて、これにより回転軸（２）の回転速度に対
応した周期のパルスSB（第６図Ｂ）が得られる。

以上のようなインデックスプレート（４）を用いる方法
によれば、スリットの１個に対して光源と受光素子を配
して出力パルスを得るものに比べて、出力パルスの誤差
がインデックスプレート（４）上のスリット（５）の数
分の１になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、この第４図の運動センサの場合、スリットの
数を多くすることにより出力として得るパルス周期を短
くしてより精度の高い測定をしようとすると、光の回折
現象のために移動パターンプレート（１）とインデック
スプレート（４）との距離ｄ（第５図参照）を非常に近
接させなければならず、そうでないと充分なパルス出力
を得られない。

しかしながら、回転する移動パターンプレート（１）と
インデックスプレート（４）を極度に接近させることは
困難であって、そのようなセンサは非常に作りにくく、
また、パルス密度を高くすることは、回折現象のために
技術的制限があるという欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上述のような光の回折現象の影響のない運
動センサを提供することを目的とするもので、この発明
は、所定間隔で並ぶスリットを有し且つ当該スリットが
所定の速度で移動するようにされた移動パターンプレー
トと、上記移動パターンプレートに対向するように所定
間隔あけて固定して設けられ且つ当該移動パターンプレ
ートと部分的あるいは全体的に相似形のスリットパター
ンを有するインデックスプレートと、上記移動パターン
プレートと上記インデックスプレートとの間に設けられ
且つピント及び倍率の調整が可能なズームレンズと、上
記インデックスプレートに光を照射して当該インデック
スプレートのスリットパターンを上記ズームレンズを介
して上記移動パターンプレート上に結像させるととも
に、結像されたスリットパターン像の大きさ及びピント
を当該ズームレンズで調整した後に光の照射を停止する
インデックス側発光源と、上記移動パターンプレートに
光を照射して当該移動パターンプレートのスリットパタ
ーンを上記ズームレンズを介して上記インデックスプレ
ート上に結像させる移動パターン側発光源と、上記移動
パターン側発光源の発光により上記インデックスプレー
トを通過した光あるいは反射した光を受けて電気信号に
変換して上記移動パターンプレートの移動速度に応じた
パルス様出力を発生する受光素子と、からなることを特
徴とする非接触形運動センサである。

〔作用〕

インデックスプレート（９）上に結像する移動パターン
プレート81）のスリット（３）のパターン像は、第４図
の従来例の場合の移動パターンプレート（１）のスリッ
トパターン像に相当するものと考えられるから、この移
動パターンプレート（１）とインデックスプレート
（９）との距離ｄは零となり、回折現象の影響はなくな
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、この実施例
においては、移動パターンプレート（１）のスリット
（３）と同一の回転角ピッチでスリット（10）が形成さ
れた、全体的に相似形のインデックスプレート（９）を
移動パターンプレート（１）に対向させ配置し、かつ、
両プレート（１），（９）が同芯となるような位置に固
定している。そして、このインデックスプレート（９）
と移動パターンプレート（１）との間にズームレンズ
（15）を設け、このズームレンズ（15）を介して移動パ
ターンプレート（１）の複数のスリット（３）からなる
パターン像をインデックスプレート（９）上に結像させ
る。この場合、移動パターンプレート（１）とインデッ
クスプレート（９）との距離を、移動パターンプレート
（１）のパターン像がインデックスプレート（９）上の
スリットパターンと大きさが等しくなるように調整す
る。

上記ズームレンズ（15）は、ズームリングとフォーカス
リングとが一体になったリング（15A）と、このリング
（15A）の調整後の位置を固定するためのロックネジ（1
5B）とを有している。これにより、矢印ａの鏡筒の方向
にリング（15A）を摺動させるとズーム比が変わり、矢
印ｂのようにリング（15A）を回転させることによりフ
ォーカス調整がなされる。その後、ロックネジ（15B）
を締め付けることにより、調整された状態でズームレン
ズ（15）がロックされる。

また、インデックスプレート（９）を挟むようにズーム
レンズ（15）と光軸を一致させて集光レンズ（12）を配
置している。そして、集光レンズ（12）のインデックス
プレート（９）側とは反対側に受光素子（13）を配置
し、この受光素子（13）には波形整形アンプ（14）を接
続している。さらに、受光素子（13）の集光レンズ（1
2）側とは反対側にはインデックス側発光源であるラン
プ（16）を配置し、このランプ（16）に対向させて受光
素子（13）側とは反対側に反射鏡（18）を配置してい
る。そして、ランプ（16）には、その点灯，消灯を制御
するためのスイッチ（17）を接続している。

この場合、移動パターンプレート（１）は別体で、回転
軸（２）が運動体の回転に応じて回転するようにされる
とともに、ズームレンズ（15），インデックスプレート
（９），集光レンズ（12），受光素子（13），波形整形
アンプ（14），ランプ（16）等は１つの匣体内に設けら
れる。

また、移動パターンプレート（１）のズームレンズ（1
5）側とは反対側には移動パターン側発光源であるラン
プ（６）が配置されている。このランプ（６）は、移動
パターンプレート（１）のスリットパターン像をインデ
ックスプレート（９）上に明確に結像させるために用い
られるものであり、日常生活において使用される光量を
有する実験室等であれば、結像のための光源は特に設け
る必要はない。

なお、このランプ（６）の光は、インデックス側発光源
の光が受光素子（13）に影響を与えない若しくは影響が
少ない場合には、常時点灯しておくことができるが、ラ
ンプ（16）と同様にオン・オフ制御のためのスイッチを
設けてもよい。また、移動パターン側発光源としてのラ
ンプ（6A）は移動パターンプレート（１）のズームレン
ズ（15）側に設けてもよく、このような配置構造とする
ことによっても、上記実施例と同様の効果を得ることが
できる。

このような構成によると、移動パターンプレート（１）
のスリット（３）とインデックスプレート（９）のスリ
ット（10）の位置が丁度一致して、移動パターンプレー
ト（１）のスリットパターン像がインデックスプレート
（９）のスリットパターンと重なり合う位相状態のとき
には、集光レンズ（12）を介して受光素子（13）にラン
プ（６）側の光が入射し、両スリット（３），（５）の
一致が受光素子（13）によって検知される。一方、移動
パターンプレート（１）のスリット（３）のスリットパ
ターン像がインデックスプレート（９）のスリットパタ
ーンに対して位相がずれたものであるとき、受光素子
（13）には光が入射しないため、両スリット（３），
（５）のずれが検知される。その結果、第４図の例の場
合と同様の出力パルスが波形整形アンプ（14）から出力
され、第６図に示すような波形のパルス出力が得られ
る。

この発明によれば、移動パターンプレート（１）の像が
第４図の従来例の移動パターンプレート（１）に相当す
るものと考えられることができ、実質的に移動パターン
プレート（１）とインデックスプレート（９）との距離
ｄを零にすることできる。したがって、この実施例によ
れば、移動パターンプレート（１）とインデックスプレ
ート（９）の相対回転による回折現像の影響を受けるこ
とがなく、細かいピッチで高密度スリットを形成するこ
とも可能である。

以上のような構成において、運動体の回転速度の検出に
先立ち、次のような操作がなされる。

先ず、スイッチ（17）をオンとしてランプ（16）を点灯
する。すると、インデックス側発光源であるランプ（1
6）の発光光が反射鏡（18）により反射されてインデッ
クスプレート（９）に照射され、複数のスリット（10）
のパターンがズームレンズ（15）を介して移動パターン
プレート上に結像される。そして、このスリットパター
ン像が、移動パターンプレート（１）上で結像され、そ
の大きさを移動パターンプレート（１）のスリットパタ
ーンと一致させるとともにピントが合うようにズームレ
ンズ（15）においてズーム比及びフォーカスの各調整を
行う。また、インデックスプレート（９）のスリットパ
ターン像と移動パターンプレート（１）の中心位置とが
一致するように調整されるのはもちろんである。

このように調整した後、スイッチ（17）をオフする。す
ると、今度は、移動パターン側発光源であるランプの発
光光によって移動パターンプレート（１）の複数のスリ
ット（３）のパターン像がズームレンズ（15）を介して
インデックスプレート（９）上に結像される。このパタ
ーン像の大きさはインデックスプレート（９）と一致
し、また、ピント及び中心位置も合っており、重なり合
う状態となる。したがって、この状態で、回転軸（２）
が運動体の回転運動に応じて回転することにより、前述
と同様にして受光素子（13）からは明暗のくり返し周期
に応じた出力が得られ、波形整形アンプ（14）からは回
転軸（２）の回転角速度に応じた周期のパルス出力が得
られる。

上記の例は、回転運動に応じたパルス出力を得る場合に
ついてのものであり、移動パターンプレート（１）及び
インデックスプレート（９）は共に円板状のディスクに
形成されたが、回転運動ではなく直線運動の場合にも、
この発明は適用することができる。

すなわち、第２図は、直線運動の運動速度を検知する場
合のこの発明の一実施例を示すものである。この運動セ
ンサでは、一定ピッチで平行に設けられたスリット（2
0）を有する移動パターンプレート（21）を上記実施例
の移動パターンプレート（１）の代わりに設け、また、
一定のピッチで平行に設けられたスリット（22）を有す
る、移動パターンプレート（21）と部分的に相似形のイ
ンデックスプレート（23）をインデックスプレート
（９）の代わりに設けている。

このような構成によれば、回転プレートの場合と同様
に、矢印方向に直線運動する移動パターンプレート（2
1）の速度に応じた周期のパルス出力を波形整形アンプ
（14）から得られる。

なお、第２図の例では、インデックスプレート（23）を
照射するランプ（16）は、このインデックスプレート
（23）のズームレンズ（15）側に設けたが、第１図の例
のように受光素子（13）側に設けてもよい。

同様に、第１図の例において、ランプ（16）はインデッ
クスプレート（９）のズームレンズ（15）側に置いても
よい。

以上の例によれば、移動パターンプレートとインデック
スプレートとの間にズームレンズを設けるとともに、イ
ンデックスプレートを照射するインデックス側発光源を
設けたので、このインデックスプレートのスリットパタ
ーンを移動パターンプレート上に結像させ、ズームレン
ズによりピント，大きさ，位置合わせを行うことが容易
にできる。そして、ピント合わせ等の調整後は、ランプ
（16）をオフあるいは受光素子（13）にこのランプ（1
6）からの光が入射しないようにして移動パターン側発
光源の光で移動パターンプレートのスリットパターンを
インデックスプレート（９）上に正確に結像させること
により、運動体の運動速度の検出を行うことができる。

そして、上述の例によれば、ピント，大きさ，位置合わ
せのために一眼レフ構造とした場合に比べて、クイック
リターンミラーを必要としないことから、調整後の光学
系にブレを生じることがなく、運動速度の検出精度が高
いという利点もある。

なお、第３図に示すように、受光素子（13）は移動パタ
ーンプレート（１）とインデックスプレート（９）との
間に設けて、インデックスプレート（９）からの反射光
を受光するようにしてもよい。この場合、受光素子（1
3）からは上記の例と逆極性のパルス出力が得られる。

そして、第３図の例のようにすれば、ランプ（16）はイ
ンデックスプレート（９）の受光素子（13）が設けられ
ている面側と反対側に設けることができるため、ランプ
（16）と受光素子（13）の設置位置の設定が容易にな
る。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、移動パタ
ーンプレートのスリットパターンをインデックスプレー
ト上に結像させ、この像とインデックスプレートのスリ
ットパターンとの位相関係から受光素子より運動体の移
動速度に応じた周期のパルス出力を得るようにしたの
で、移動パターンプレートとインデックスプレートとの
間の距離を実質的に零にすることができ、したがって、
回折現象の影響を排除することができる。

また、インデックスプレート上に結像させる像の大きさ
及びピント合わせは、ズームレンズと発光源とによって
インデックスプレートのスリットパターンを移動パター
ンプレート上に結像させ、その像のピント及び大きさを
合わせることで容易に行うことができる。そして、この
場合には、ピント，大きさ，位置合わせのために一眼レ
フ構造とする場合に比べクイックリターンミラーを必要
としないので、調整後の光学系のズレがなく、検出精度
が高いという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一例の構成図、第２図はこの発明の
他の例の構成図、第３図はこの発明のさらに他の例の構
成図、第４図は従来の運動センサの一例の構成図、第５
図及び第６図はその説明のための図である。 （１）は移動パターンプレート、（２）は回転軸、
（３）はスリット、（４）インデックスプレート、
（５）はスリット、（６）はランプ（移動パターン側発
光源）、（13）は受光素子、（14）は波形整形アンプ、
（５）はズームレンズ、（16）はランプ（インデックス
側発光源）、（17）はスイッチ、（18）は反射鏡、（2
0）はスリット、（21）移動パターンプレート、（22）
はスリット、（23）はインデックスプレートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定間隔で並ぶスリットを有し且つ当該ス
   リットが所定の速度で移動するようにされた移動パター
   ンプレートと、 上記移動パターンプレートに対向するように所定間隔あ
   けて固定して設けられ且つ当該移動パターンプレートと
   部分的あるいは全体的に相似形のスリットパターンを有
   するインデックスプレートと、 上記移動パターンプレートと上記インデックスプレート
   との間に設けられ且つピント及び倍率の調整が可能なズ
   ームレンズと、 上記インデックスプレートに光を照射して当該インデッ
   クスプレートのスリットパターンを上記ズームレンズを
   介して上記移動パターンプレート上に結像させるととも
   に、結像されたスリットパターン像の大きさ及びピント
   を当該ズームレンズで調整した後に光の照射を停止する
   インデックス側発光源と、 上記移動パターンプレートに光を照射して当該移動パタ
   ーンプレートのスリットパターンを上記ズームレンズを
   介して上記インデックスプレート上に結像させる移動パ
   ターン側発光源と、 上記移動パターン側発光源の発光により上記インデック
   スプレートを通過した光あるいは反射した光を受けて電
   気信号に変換して上記移動パターンプレートの移動速度
   に応じたパルス様出力を発生する受光素子と、 からなることを特徴とする非接触形運動センサ。