JPH07159121A - 光学式位置センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被接触方式のポテンショメータにおいて、よ
り簡単に構成でき、かつ輝度検出の比較を行うことによ
り、高精度の位置検出を長期間に渡り保証できるリニア
位置センサを提供する。 【構成】 発光部から輝度が略直線的に減衰するように
構成された棒状の光源部１０、１１、１２と、発光部の
近傍に固定されて輝度の検出を行う第１受光部６と、光
源部に対して相対的に平行移動可能に支持されるキャリ
アー５と、キャリアーに固定されて輝度の検出を行う第
２受光部７と、第２受光部と第１受光部の各検出の出力
値の比較をして差の出力を行う比較出力部と具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式位置センサに係
り、特に輝度変化量を位置変化量に変換して位置検出を
行う光学式位置センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、移動物体の位置的な変化量を
検出する位置センサが種々提案されている。代表的に
は、所謂ポテンショメータと呼ばれるものであって、抵
抗体に対して摺動するブラシの位置変化を抵抗値の変化
量として検出して得るものが多く用いられている。ま
た、このような摺動ブラシ式のものは機械的な接触部分
を伴うので、耐久性に限界があることから、より長時間
に渡り使用したい場合には、光学式ポテンショメータが
用いられる。これは、等間隔に穿設されたスリットを受
光、発光素子の組み合わせにより検出してデジタル的に
位置検出するものであり、非接触方式であることから耐
久性に優れるものであるが、付随のデジタル回路が必要
となる。

【０００３】また、ＭＲ素子により、微少着磁パターン
を検出する形式の非接触式ポテンショメータや、近年に
なり、磁歪ポテンショメータと呼ばれる新方式のものが
開発されており、圧電素子に固定される磁歪板の振動変
化をコイルにより検出するものが提案されており、この
ように非接触方式のポテンショメータに対する要望が高
いことが伺える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
非接触式ポテンショメータには各素子を所定駆動するた
めの駆動回路が不可欠であり、安価に構成できない問題
点がある。

【０００５】したがって、本発明の光学式位置センサは
上記要請に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、非接触方式のポテンショメータにおいて、よ
り簡単に構成でき、高精度の位置検出を長期間に渡り保
証できる光学式位置センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために光学式位置センサは以下の構成を備
える。即ち、発光部から輝度が略直線的に減衰するよう
に構成された棒状の光源部と、発光部の近傍に固定され
てなり、輝度の検出を行う第１受光部と、光源部に対し
て相対的に平行移動可能に支持されるキャリアと、キャ
リアに固定されてなり、輝度の検出を行う第２受光部
と、第２受光部と第１受光部の各検出の出力値の差を出
力する比較出力部とを具備する。

【０００７】また、好ましくは、発光部から輝度が略直
線的に減衰するように構成された円弧状の光源部と、発
光部の近傍に固定されてなり、輝度の検出を行う第１受
光部と、光源部に対して相対的に回動自在に支持される
回動キャリアと、回動キャリアに固定されてなり、輝度
の検出を行う第２受光部と、第２受光部と第１受光部の
各検出の出力値の差を出力する比較出力部とを具備す
る。

【０００８】

【作用】上記の構成により、キャリアに対して移動体を
設け、キャリアの移動に伴う光源部の輝度の検出を第１
受光部と第２受光部とにより行う際に、比較出力部を介
して第２受光部と第１受光部の各検出の出力値の比較を
して差の出力を行うことにより、非接触方式のポテンシ
ョメータにおいて、高い位置検出精度を長期間に渡り保
証することができるようにする。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の光学式位置センサの好適な
各実施例について、キャリアが移動物体と同時に略直線
的に移動する構成と、回転物体の回転角度を検出するよ
うにした構成の２例について添付図面を参照しながら説
明する。尚、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００１０】図１は、本発明の第１実施例を示す光学式
位置センサ１の要部を破断して示した外観斜視図であっ
て、一部を分解して示している。本図において、本体基
部２は図示のような長方形の形状を有しており、不図示
のカバーを取り付けることで内部に外光が侵入しないよ
うにして、後述する輝度検出に支障が起こらないように
している。

【００１１】この本体基部２の内部には、ＬＥＤ、エレ
クトロルミネッセンス素子から構成される発光部９を一
端に設けた、ポリカーボネイト樹脂やガラスからなる導
光体１０が設けられている。また、この導光体１０の下
方底面１０ｂに対向して光学的勾配補正用のパターン１
１ａを印刷、成形等により形成した透明板材料からなる
スクリーン１１が設けられている。

【００１２】さらに、このスクリーン１１の下方には、
上記の本体基部２と一体的もしくは別に構成される底面
であってメッキ処理等により反射面を構成した反射面１
２が設けられている。

【００１３】以上の構成により、発光部９から出力され
た光Ｌは、導光体１０の内部を通過して、発光面１０ａ
から外部に出ることになるが、この発光面１０ａに対向
する裏面１０ｂから外部に出る一部の光Ｌはスクリーン
１１を通過してから反射面１２において反射してから再
度、導光体１０に戻るようにしてパターン１１ａの密度
変化によって光学的勾配補正を図るようにしている。以
上の構成により、発光部９から出力された光Ｌは、発光
部９からの距離が大きくなるに従って発光面１０ａから
の輝度がリニアに減少するように構成されている。

【００１４】図２は、導光体１０の発光部６からの輝度
変化を測定した特性図であって、厚さ２ミリの透明樹脂
板のスクリーン１１に１０％に設定したパターン１１ａ
を印刷した場合における輝度Ｋを対数目盛の縦軸に、ま
た発光部６からの距離Ｄをミリ単位として示したもので
ある。

【００１５】そして、本図において、実線Ｌ１は発光部
９に対向する面に、全反射面を導光体１０に設けた場
合、そして破線Ｌ２は反射面を設けることなく導光体１
０における端面反射を極力少なくした場合の測定結果を
夫々示したものである。

【００１６】この図２から、特に破線Ｌ２の特性を持つ
導光体１０によれば、発光部９からの距離に比例して略
直線的に輝度が減少することが判明したことから、この
輝度変化を検出すれば、距離変化に変換できることを実
験的に確認した。

【００１７】再度、図１において、本体基部２に一体的
に形成された左端部２ｅには信号線６ａを介して出力基
板１８に接続されている受光素子６が上記の発光部９の
近傍において固定されている。

【００１８】一方、本体基部２には、ガイド溝部２ａと
ガイド棒体４の両端を支持する不図示の側面部が形成さ
れており、図中の矢印Ｂ方向に移動するキャリア５が上
記の導光体１０の長手方向に沿うように移動可能に支持
されている。

【００１９】このキャリア５には、導光体１０の発光面
１０ａに対してその受光面が対向するようにして輝度検
出を行う受光素子７が固定されており、上記の受光素子
６と同様に信号線であって繰り返しの屈曲動作に絶える
ことができるフレキシブル信号線などから構成される信
号線７ａを介して出力基板１８に接続されている。以上
説明の機構的構成によれば、キャリア５の矢印Ｂ方向の
移動に伴う導光体１０の輝度検出を受光素子７により行
うことができることから、所謂非接触方式のポテンショ
メータが構成される。

【００２０】次に、発光部９を、例えば上記のＬＥＤ素
子から構成した場合には、長期使用における輝度の劣化
を避けることが困難であることから、上記の受光素子７
による輝度検出のみでは正しい位置検出ができなくな
る。そこで、導光体１０の輝度の検出を受光素子７と発
光部９の近傍に固定された受光素子６とを用いて行い、
各素子からの出力を比較出力部を介して出力することに
より、非接触方式のポテンショメータにおいて、高い位
置検出精度を長期間に渡り保証することができるように
する配慮がなされている。

【００２１】図３は、回路基板１８の回路図例を示した
ものであり、上記の受光素子６、７に対して接続される
コンパレータ１３の接続例を示したものである。本図に
おいて、上記の発光部９には抵抗器Ｒ６が直列接続され
ており、電源供給ＶCCが供給されて発光するように構成
されている。一方、この発光部９からの光Ｌは上記の導
光体１０を経由して、受光素子６、７に入光するが、各
受光素子６、７には抵抗器Ｒ１、Ｒ２が直列に接続され
る一方、途中から各抵抗器Ｒ３、４を介して抵抗器Ｒ５
を接続したコンパレータ１３の正負端子に対して接続さ
れており、比較後の出力値ＯＵＴを出力するようにして
いる。

【００２２】以上の回路によれば、図４の特性図に示す
ように、受光素子６の出力をＬ_o 、受光素子７の出力を
Ｌ_a とし、距離をＸとした場合において、初期状態が実
線で図示されたようにＬy であって、その勾配が−ａｘ
で規定される略直線の出力特性のＬｙとなる。また、長
期に渡る使用後には、そのまま下方に平行移動した出力
特性の（Ｌy ）となることから、受光素子６と受光素子
７の差から求められることになる。即ち、作動出力の光
源の劣化による変化は常に一定であり、例えばＸａ点に
おける出力は光源の劣化に寄らず一定となる。

【００２３】図５は、以上のように構成される光学式位
置センサ１を速度センサ１６とリニアモータ１５と一体
的に設けた場合の構成例を示した外観図である。

【００２４】このようにして光学式位置センサ１を設け
ることにより、上下方向に薄い構成を実現できる。

【００２５】以上は直線移動式の光学式位置センサ１で
あったが、次に回転式の光学式位置センサ２０の構成に
ついて図６の第２実施例の外観斜視図に基づき述べる。

【００２６】本図において、本体基部２は図示のような
円柱形の形状を有しており、不図示のカバーを取り付け
ることで内部に外光が侵入しないようにして、後述する
輝度検出に支障が起こらないようにしている。

【００２７】この本体基部２の内部には、ＬＥＤ、エレ
クロトルミネッセンス素子から構成される発光部９を一
端に設けているポリカーボネイト樹脂やガラスから構成
される円弧状の導光体１０が内蔵される一方、この導光
体１０の下方には光学的勾配補正用のパターンを印刷、
成形等により形成した透明板材料からなる円弧状のスク
リーン１１が設けられている。

【００２８】さらに、このスクリーン１１の下方には、
上記の本体基部２と一体的もしくは別に構成される底面
であってメッキ処理等により反射面を構成した反射面１
２が設けられている。

【００２９】以上の構成により、発光部９から出力され
た光Ｌは、導光体１０の内部を通過して上述のように、
発光部９からの距離が大きくなるに従って発光面からの
輝度がリニアに減少するように構成されている。

【００３０】一方、本体基部２の中央部位には、回転軸
２１を矢印Ｂ方向に回動自在に支持する軸受（不図示）
が形成されており、この回転軸２１に固定されるアーム
部２２の先端部位において、導光体１０の発光面に対向
して固定された受光素子７を回転可能にしている。ま
た、受光素子６は発光部９の近傍になるように基部２に
固定されている。

【００３１】以上説明の機構的構成によれば、回転軸２
１の矢印Ｂ方向の移動に伴う導光体１０の輝度検出を受
光素子７により行うことができることから、所謂非接触
方式のポテンショメータが構成され、さらに、導光体１
０の輝度の検出を受光素子７と発光部９の近傍に固定さ
れた受光素子６とを用いて行い、各素子からの出力を比
較出力部を介して出力することにより、非接触方式のポ
テンショメータにおいて、高い位置検出精度を長期間に
渡り保証することができる。

【００３２】尚、光源に赤外線を発するものを使用する
ことにより、外光の影響を受けないようにすることも可
能なセンサとしても良い。

【００３３】また、光学的勾配補正用パターンは、導光
体の下方底面あるいは反射面上に直接印刷、一体成形等
により構成でき、かつこのパターンは図示のような並行
ランイパターンによる密度変化に限定されず、ドットパ
ターン乃至格子パターン等による密度変化や濃度変化に
しても良い。さらに、受光素子としてフォトトランジス
タのみを述べたが、フォトダイオード等の光電変換素子
であれば良いことは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、非接
触方式のポテンショメータにおいて、より簡単に構成で
き、かつ高精度の位置検出を長期間に渡り保証できる光
学式位置センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の概略構成を示した外観斜視図であ
る。

【図２】導光体の特性図である。

【図３】回路構成図である。

【図４】輝度検出図である。

【図５】使用例を示す外観斜視図である。

【図６】第２実施例の概略構成を示した外観斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…光学式位置センサ、２…本体基部、５…キャリア、
６…受光素子、７…受光素子、９…発光部、１０…導光
体、１１…スクリーン、１２…反射板、１３…コンパレ
ータ、２０…回転式光学式位置センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光部から輝度が略直線的に減衰するよ
   うに構成された棒状の光源部と、 前記発光部の近傍に固定されてなり、前記輝度の検出を
   行う第１受光部と、 前記光源部に対して相対的に平行移動可能に支持される
   キャリアと、 該キャリアに固定されてなり、前記輝度の検出を行う第
   ２受光部と、 該第２受光部と前記第１受光部の各出力値の差を出力す
   る比較出力部と、 を具備することを特徴とする光学式位置センサ。
2. 【請求項２】 発光部から輝度が略直線的に減衰するよ
   うに構成された円弧状の光源部と、 前記発光部の近傍に固定されてなり、前記輝度の検出を
   行う第１受光部と、 前記光源部に対して相対的に回動自在に支持される回動
   キャリアと、 該回動キャリアに固定されてなり、前記輝度の検出を行
   う第２受光部と、 該第２受光部と前記第１受光部の各出力値の差を出力す
   る比較出力部と、 を具備することを特徴とする光学式位置センサ。