JPH09264712A - 移動検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 検出体に投射する２条の光のピッチを高精度
で再現性よく設定可能な構成を提供する。 【解決手段】 ＬＥＤ１４の光をスリット１５により帯
状の光Ｌに絞る。透光性の樹脂からなる光分解器１６に
より２条の光Ｌａ，Ｌｂに分割する。光分解器１６は、
屈折部１６ａ，１６ｂからなり、それぞれ厚さ寸法で所
定の傾斜角度に設定されている。検出板１１は２つの傾
斜面１２ａ，１２ｂにより二等辺三角形状の谷をなす検
出部１２を移動方向に繰り返し形成したものである。２
条の光を位置検出素子１７ａ，１７ｂにより検出して検
出板１１の移動量と移動方向を検出する。光分解器１６
は、スリットを設けたと同様の所定ピッチの２条の光Ｌ
ａ，Ｌｂを屈折により生成でき、厚さ寸法と傾斜角度の
製作ばらつきの設定精度を１％程度としても両者のずれ
幅寸法を２％以内に高精度で設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の移動量を
非接触状態で光学的に検出する移動検出装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来より、移動体の位
置を検出するものとして、例えば、図７に示すものがあ
る。すなわち、移動位置の検出対象となる検出用移動板
１は、移動物体と共に移動するように設けられるもの
で、その移動方向（図中矢印Ａ方向）に沿ってピッチＰ
で幅寸法がピッチＰの半分（Ｐ／２）の開口部が多数並
べて形成されており、これにより透光部２と遮光部３と
を交互に配置形成している。

【０００３】ＬＥＤ（発光ダイオード）４は検出用移動
板１に向けて上方から投光するもので、その検出用移動
板１との間にはスリット板５が介在されている。スリッ
ト板５は、２本のスリット５ａ，５ｂがピッチＰの１／
４の間隔を存した状態で移動方向に並べた状態に形成さ
れており、ＬＥＤ４から光がこのスリット５ａ，５ｂを
透過して２本の線状の光Ｌ１，Ｌ２として検出用移動板
１に投光されるようになっている。

【０００４】この場合、スリット板５のスリット５ａ，
５ｂは、通常、ステンレス等の金属を精密プレスにより
打ち抜き加工して形成したり、あるいは、微細な場合に
はエッチング処理等を行うことにより形成している。２
個のＰＤ（フォトダイオード）６，７は、ＬＥＤ４から
の線状の光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ受光するように検出用
移動板１を挟んでＬＥＤ４と対向する位置に配置されて
いる。

【０００５】上記構成において、検出用移動板１が矢印
Ａ方向に移動すると、ＬＥＤ４からスリット板５のスリ
ット５ａ，５ｂを介して生成された２本の線状光Ｌ１，
Ｌ２は、その光路に検出用移動板１の透光部２が位置し
ているときにはＰＤ６，７側に透過して受光状態が検出
され、遮光部３が位置して遮光しているときには受光信
号が検出されない。

【０００６】検出用移動板１の隣接する透光部２の間隔
は、前述したようにピッチＰであるから、ＰＤ６または
７による受光検出から遮光状態となって次に受光検出を
行うまでの間にピッチＰだけ移動したことを検出するこ
とができ、これによって移動量を検出することができる
ようになる。また、遮光部４が移動するにしたがって、
移動した方向に応じて線状光Ｌ１あるいはＬ２の遮光さ
れる順序が異なるので、その順序を検出することにより
移動方向を検出することができるようになる。

【０００７】上述のような従来構成のものにおいては、
検出の分解能を高くするためには検出用移動板１の透光
部２および遮光部３のピッチを狭くすると共に、スリッ
ト板５の２本のスリット５ａ，５ｂの間隔を狭く設定す
る必要がある。前述したように、このスリット板５のス
リット５ａ，５ｂを高精度で形成するためには、例えば
ステンレス板をエッチング処理するなどの高価な形成方
法を採用せざるを得ず、また、このような方法を採用し
た場合でも、製作ばらつきなどの要因により製作可能な
設定ピッチの精度には限界があり、検出の分解能の向上
に制約を与えるものであった。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、所定ピッチだけ離間した二条の光の帯
を簡単且つ安価な構成で得ることができ、移動量の検出
を高精度で行うことができるようにした移動検出装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の移動検出装置
は、移動体と一体に移動するように設けられ、その移動
方向に沿って所定間隔で検出部が繰り返し形成された検
出体と、前記移動体の移動方向に対して直交する直線に
沿った帯状の光を出力する投光手段と、この投光手段か
ら出力される帯状の光に対して、その一部が前記移動体
の移動方向で所定間隔だけずれた位置となるように光学
的な光路変更を行う光分割手段と、この光分割手段から
出力される分割光のそれぞれを前記検出体の検出部を挟
んで対向する位置で受光して位置検出信号を出力する受
光手段とを設けて構成したところに特徴を有する。

【００１０】上記構成によれば、一つの光源としての投
光手段から出力される帯状の光の一部を光分割手段によ
り移動体の移動方向に沿って所定間隔だけずれるように
光学的な光路変更を行うので、そのずれ幅に相当するピ
ッチのスリットを作製する場合に比べて高精度に所定間
隔のずれ幅つまりピッチの設定をすることができるよう
になる。このようにして移動体の移動方向に沿って所定
ピッチだけずれるように分割された光を検出体に向けて
投光することにより、検出体の検出部を介して受光手段
により受光されるので、それぞれの光の受光状態に応じ
て移動体の移動量を検出することができるようになり、
その際の検出の分解能の向上を図ることができるように
なる。

【００１１】また、上述の構成において、検出体を、光
分割手段からの光に対して移動体の移動方向に沿って異
なる入射角度となる複数の面を組み合わせてなる山状
（谷状）をなす検出部を有する透光性の部材から構成す
ることもできるし、また、、前記移動体の移動方向に沿
った方向に透光部と遮光部とを配置した検出部を繰り返
し形成した構成とすることもできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて図１ないし図４を参照して説明する。全体構成の概
略を示す図１および図２において、検出体としての検出
板１１は、図示しない移動体の移動に伴って移動するよ
うに設けられたもので、アクリルなどの透光性を有する
材料（例えば屈折率ｎ＝１．５）からなる。この検出板
１１は、移動体の移動方向に沿った断面で示す図１にお
いて、二等辺三角形状の断面を有する谷状の凹部が検出
部１２として繰り返し形成されている。各斜面１２ａ，
１２ｂは鉛直上方からの光に対して全反射しない範囲の
角度に設定されており、光が入射されると内部で屈折し
て光路が変更されるようになっている。

【００１３】投光手段としての投光部１３には、投光素
子としてＬＥＤ１４が設けられると共に、そのＬＥＤ１
４から出力される光を帯状にするスリット１５が設けら
れている。この場合、スリット１５は、スリット部１５
ａにより帯状に絞った光Ｌが検出板１１の移動方向に対
して直交する光条となって出力されるように配置されて
いる。

【００１４】光分割手段としての光分解器１６は、アク
リルなどの透光性を有する材料（例えば屈折率ｎ＝１．
５）からなるもので、図示のように屈折部１６ａと屈折
部１６ｂとを一体となるように形成されている。この光
分解器１６は、スリット１５を介してＬＥＤ１４からの
帯状の光が入射されるようになっており、この帯状の光
を２分割して光Ｌａ，Ｌｂとして出力するように屈折部
１６ａ，１６ｂが配置されている。

【００１５】屈折部１６ａおよび１６ｂは互いに水平面
から反対方向に角度θだけ傾斜するように配置されるも
ので、それぞれ上面と下面とは平行な面となるように形
成され、その厚さ寸法はｈとされている。これにより、
ＬＥＤ１４からスリット１５を介して帯状に絞られた光
は２つの光に分割されると共に、検出板１１の検出方向
に沿って屈折部１６ａと１６ｂとで互いに反対の方向に
屈折されることにより、後述する所定のピッチＰだけず
れた光として出力されるようになる。このピッチＰの値
は、前述の検出板１１の検出部１２のピッチＤの半分の
値（Ｐ＝Ｄ／２）に設定されている。

【００１６】検出板１１の下側には光分解器１６と対向
する位置に受光手段としての位置検出素子１７が配設さ
れている。この位置検出素子１７は、光分解器１６のそ
れぞれの屈折部１６ａ，１６ｂから出力される２つの帯
状の光のそれぞれを検出するための位置検出素子１７
ａ，１７ｂから構成されている。これらの位置検出素子
１７ａ，１７ｂは、後述するように、検出板１１を介し
て入射する光が検出部１２の傾斜面１２ａ，１２ｂのい
ずれの側で屈折された光であるかを判定可能な信号を出
力する。

【００１７】次に、本実施例の作用について図３および
図４も参照して説明する。まず、ＬＥＤ１４からスリッ
ト１５を介して出力される光Ｌを光分解器１６により分
割したときのピッチＰについて説明する。図３におい
て、光分解器１６の屈折部１６ａを介して屈折される光
Ｌａが検出板１１の移動方向に対してどの程度のずれの
距離δとなるのかを考える。

【００１８】上方からスリット１５を介して帯状に絞ら
れた光Ｌは、屈折部１６ａの上面に入射角θで入射する
ので、屈折部１６ａ内部では屈折率ｎが空気中よりも大
きい値であるから、一般に、次式（１）で示す関係があ
るので、入射角θよりも小さい角度の屈折角φとなり、
その屈折した光は屈折部１６ａの下面部から出射する際
に再び屈折してその出射角度がθの光Ｌａとなってもと
の光Ｌと同じ方向に進むようになる。

【００１９】

【数１】

【００２０】そして、光Ｌａがもとの光Ｌに対して検出
板１１の移動方向に沿ったずれ量である距離δは、上述
した２回の屈折によって次式（２）で示すような距離と
して得ることができるようになる。この式（２）におけ
る各部の値はすべて定数であるから、一定のピッチを設
定することができるのである。

【００２１】

【数２】

【００２２】なお、上述の式において、傾き角度θがラ
ジアン値で示したときに「１」よりも十分小さい値であ
るときには、 sinθ＝θとして近似することができるの
で、式（２）を書き替えると、次式（３）のように簡略
化することができる。

【００２３】

【数３】

【００２４】そして、上述の場合に、屈折部１６ａの厚
さ寸法ｈおよび傾斜角度θの誤差により発生する偏差距
離δの誤差は、式（３）の近似式から求めると、次式
（４）のようになる。

【００２５】

【数４】 この場合、Δδ，Δｈ，Δθは、それぞれδ，ｈ，θの
誤差である。そして、例えば、屈折部１６ａ，１６ｂの
厚さ寸法ｈおよび傾斜角度θをそれぞれ誤差１％内（つ
まり、式中のΔｈ／ｈおよびΔθ／θが０．０１以下で
あること）で製作できるとすると、Δδは２％内にな
り、これによって高い精度でピッチδを設定することが
できるのである。なお、従来のように直接スリットを形
成する場合に比べて厚さ寸法ｈや傾斜角度θの製作ばら
つきは、上述した条件のように、１％以内の範囲とする
ことは通常のことである。

【００２６】そして、光分解器１６においては、上述の
屈折部１６ａにより設定される偏差距離δと同様にし
て、屈折部１６ｂによって反対の方向に偏差距離δだけ
設定されるようになるので、結局、スリット１５から出
力される帯状の光Ｌはδの２倍の距離を隔てた２つの帯
状の光Ｌａ，Ｌｂとして得ることができるようになる。
この距離２δがピッチ寸法Ｐとなる。

【００２７】さて、上述のようにして設定された所定ピ
ッチＰだけ離間して照射される２条の光Ｌａ，Ｌｂが検
出板１１に照射されると、その検出板１１の位置によっ
て、それぞれの光Ｌａ，Ｌｂが検出部１２の検出面１２
ａあるいは１２ｂのいずれの面から入射するかによって
その屈折方向が異なるようになるので、各光Ｌａ，Ｌｂ
を受光する位置検出素子１７ａ，１７ｂは、屈折した側
の受光面でそれらを受光して対応する受光信号を出力す
るようになる。

【００２８】いま、各位置検出素子１７ａ，１７ｂから
の受光信号を、検出部１２のうちのいずれの傾斜面１２
ａ，１２ｂを介して屈折されたかに応じて、一方をハイ
レベル、他方をロウレベルとして出力されると仮定する
と、検出板１１の移動量に応じて図４に示すように、矩
形状の波形をなす信号出力となる。そして、それら各位
置検出素子１７ａ，１７ｂの受光信号の波形は、位置検
出素子１７ａ，１７ｂとの間で１／４周期だけ位相がず
れたものとなる。

【００２９】この結果、各位置検出素子１７ａ，１７ｂ
からの受光信号を得ることにより、検出板１１の移動方
向を２つの受光信号の変化の仕方から検出することがで
き、また検出板１１の移動量については、受光信号のパ
ルスの個数から検出することができるようになる。

【００３０】このような本実施例によれば、投光部１３
から出力される帯状の光Ｌを２条の帯状の光Ｌａ，Ｌｂ
に分割する際に、光分解器１６を用いて屈折部１６ａ，
１６ｂにより異なる方向に屈折させることによって所定
ピッチだけずれるようにしたので、簡単且つ安価な構成
としながら、再現性の良い高精度の検出動作を行わせる
構成とすることができるようになる。

【００３１】図５および図６は本発明の第２の実施例を
示すもので、第１の実施例と異なるところは、検出板１
１に代えて検出体としての検出板１８を設けると共に、
位置検出素子１７ａ，１７ｂに代えて受光素子としての
フォトダイオード１９ａ，１９ｂを設ける構成としたと
ころである。検出板１８は、所定ピッチＤに対して半分
のピッチ幅の透光部１８ａと遮光部１８ｂとを設けたも
ので、一組の透光部１８ａ，遮光部１８ｂとにより検出
部をなしている。

【００３２】このような構成とした本実施例によって
も、第１の実施例と同様にして、検出板１８の移動に伴
って、透光部１８ａ，遮光部１８ｂとが移動するので、
フォトダイオード１９ａ，１９ｂにより受光および非受
光に対応して検出板１８の移動方向と移動量を検出する
ことができるようになる。

【００３３】本発明は、上記実施例にのみ限定されるも
のではなく、次のように変形または拡張できる。光分割
手段は、光が透過可能であればガラスや樹脂など何でも
良い。光分割手段は、一方の光のみを屈折させるもので
も良い。投光素子により発する光は、可視光でも赤外光
でも良い。回転方向に検出板を円環状に設けて回転量や
回転方向を検出するものに適用してもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、投光手段
からの光の一部を光分割手段により移動体の移動方向に
沿って所定間隔だけずれるように光学的な光路変更を行
うので、スリットを作製する場合に比べて高精度で所定
間隔のずれ幅を設定することができるようになる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、検出体を、
異なる入射角度となる複数の面を組み合わせてなる山状
（谷状）をなす検出部を有した透光性の部材から構成す
ることにより、分割された光をそれぞれ入射角度が異な
る面を介して入射させることにより入射領域を明確に分
離することができるので、移動距離を精度良く検出する
ことができるようになる。

【００３６】請求項３記載の発明によれば、検出体を、
透光部と遮光部とを配置した検出部を繰り返し形成して
構成することにより、受光，非受光によって透光部と遮
光部とを検出することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断側面図

【図２】正面図

【図３】光分解器による光路の変更を説明する作用説明
図

【図４】移動量に対応した受光信号の変化を示す図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図６】図２相当図

【図７】従来例を示す図１相当図

【符号の説明】 １１は検出板（検出体）、１２は検出部、１３は投光部
（投光手段）、１４はＬＥＤ、１５はスリット、１６は
光分解器（光分割手段）、１６ａ，１６ｂは屈折部、１
７は位置検出素子（受光手段）、１８は検出板（検出
体）、１９はフォトダイオード（受光手段）である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体と一体に移動するように設けら
   れ、その移動方向に沿って所定間隔で検出部が繰り返し
   形成された検出体と、 前記移動体の移動方向に対して直交する直線に沿った帯
   状の光を出力する投光手段と、 この投光手段から出力される帯状の光に対して、その一
   部が前記移動体の移動方向で所定間隔だけずれた位置と
   なるように光学的な光路変更を行う光分割手段と、 この光分割手段から出力される分割光のそれぞれを前記
   検出体の検出部を挟んで対向する位置で受光して位置検
   出信号を出力する受光手段とを備えたことを特徴とする
   移動検出装置。
2. 【請求項２】 前記検出体は、前記光分割手段からの光
   に対して前記移動体の移動方向に沿って異なる入射角度
   となる複数の面を組み合わせてなる山状（谷状）をなす
   検出部を有する透光性の部材から構成されることを特徴
   とする請求項１記載の移動検出装置。
3. 【請求項３】 前記検出体は、前記移動体の移動方向に
   沿った方向に透光部と遮光部とを配置した検出部を繰り
   返し形成して構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の移動検出装置。