JPH10274506A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサビームが反射面の境界部分を通過する
際の出力変動を無くし、検出分解能を向上させること。
反射面の配列を工夫することにより、検出可能な移動距
離を確保すると共に、設計の簡易化及び生産性の向上を
計ること。 【解決手段】 一軸方向に沿って対向状態を維持しなが
ら相対移動する反射型フォトセンサ及び反射板を備え、
反射板には、相対移動方向に沿って短冊状の反射面１と
無反射面とを交互に設けると共に、当該反射面１の割合
が相対移動方向の一方に向かって漸増するように設定さ
れ、反射型フォトセンサの受光量に基づく出力から当該
反射型フォトセンサと反射板との相対位置を検出する。
特に、隣接する反射面１と無反射面（斜線部）とを一組
として反射面の割合が等しい組を２組以上並べて配置し
たこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出装置に係
り、特に、光反射型の位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の位置検出装置は、例え
ば、図１２のように一定間隔で配置した反射面８１をそ
のＸ方向幅（図の左右方向）が一定の割合で増加するよ
うに並べ、この反射パターンを施した反射板８２を図１
３のように可動体８３に取り付けた反射手段と、この反
射板８２に対向するように固定体８４に取り付けられた
反射型フォトセンサ８５とから構成されている。

【０００３】そして、可動体８３がＸ方向に移動したと
きには、反射板８２上においてフォトセンサ８５の出射
ビーム８６が照射されるＸ方向位置が変わり、そのため
反射面８１によってフォトセンサ８５の受光部に返って
くるビーム量も変化する。ここに、センサの最終出力は
センサへの戻りビーム量に比例するので、センサの最終
出力により、可動体８３の変位量を求められる。そのと
きの可動体８３の変位量Ｘとフォトセンサ８５の出力と
の関係を表すと図１０のようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には以下の不都合があった。

【０００５】第１には、検出分解能を高め難いことであ
る。その理由は、センサビームが反射面と反射しない面
（以下、無反射面ともいう）の境界部分を通過する際に
大きな出力変動が顕れ、これにより変位量Ｘとフォトセ
ンサ出力とのリニアリティ（線形性）が保てなくなる為
である。

【０００６】第２には、検出可能な移動量を長くするの
が困難なことである。その理由は、検出可能な移動距離
を長くとるためには反射面幅の変化率を少なく設定する
必要があるが、そのために微細な幅の違いを高精度で実
現するのは製作上難しい為である。

【０００７】第３には、検出距離の設定が不適切の場
合、反射面パターンの設計が困難になることである。そ
の理由は、検出する移動距離に対して反射面設置ピッチ
を均等に配分すると、反射面のピッチや幅に端数が出て
しまい、反射面幅の変化率を一定に保てなくなる場合が
あるからである。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、センサビームが反射面の境界部分を通
過する際の出力変動を無くし、検出分解能を向上させる
ことを第１の目的とする。また、反射面の配列を工夫す
ることにより、検出可能な移動距離を確保すると共に、
設計の簡易化及び生産性の向上を計ることを、第２の目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の反射パターンで
は、反射面の設置ピッチをより細かくし、なおかつ反射
面の幅が段階的に変化するように配列を工夫した。具体
的には、反射面の設置ピッチを従来の１／２にし、幅の
同じ反射面２つを１組として組ごとに反射面の幅を変化
させるという配列にした。

【００１０】即ち、請求項１記載の発明では、一軸方向
に沿って対向状態を維持しながら相対移動する反射型フ
ォトセンサ及び反射板を備えている。このうち、反射板
には、相対移動方向に沿って短冊状の反射面と無反射面
とを交互に設けると共に、当該反射面の割合が相対移動
方向の一方に向かって漸増するように設定されている。
そして、反射型フォトセンサの受光量に基づく出力から
当該反射型フォトセンサと反射板との相対位置を検出す
るようになっている。特に、隣接する反射面と無反射面
とを一組として反射面の割合が等しい組を２組以上並べ
て配置した、という構成を採っている。

【００１１】ここで、反射型フォトセンサ及び反射板
は、いずれか一方が固定されていても良い。また、「一
軸」は直線軸に限られず円周に沿った軸等でも良い。従
って、「反射板」には、平面状のものだけでなく曲面状
乃至環状のものも含まれる。また、「無反射面」には、
反射面に対し光の反射を抑制することを目的として設け
られた面が含まれる。

【００１２】請求項２記載の発明では、隣接する反射面
と無反射面とから構成される組の相対移動方向の幅を、
各組について同一に設定した、という構成を採ってい
る。

【００１３】請求項３記載の発明では、２組以上並べて
配置する組の数が、反射面の割合毎に同一数である、と
いう構成を採っている。

【００１４】これらにより、上述した目的を達成しよう
とするものである。

【００１５】本発明では、反射板に対向した位置に設置
してあるフォトセンサより出射されたビームは、反射板
上の反射パターンに照射される。フォトセンサ又は反射
板の両方又はいずれか一方が変位すると、ビームが照射
する反射パターン位置も変わる。

【００１６】ビームが反射面の境界部分にさしかかった
とき、センサ出力は落ち始めるが、この部分以外のビー
ム照射面積が十分大きいことと、すぐに次の反射面にビ
ームがかかり始めることからセンサ出力の落ち込みは殆
ど無く、スムーズな出力変化となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】図１に本実施形態の反射パターンの一例、
図２に本実施形態の反射パターンを用いた位置検出装置
の一例を示す。図中の斜線部は無反射面を示す（以下、
同じ）。

【００１９】図１を参照すると、まず反射パターンを形
成する領域を、幅ａのブロックに分割する。さらに、幅
ａのブロック内を１／２ａのブロックに分け、この中に
１つの反射面１を配置する。つまり幅ａのブロック１つ
の中には２つの反射面１が配置される。ここで、１ブロ
ック内の２つの反射面は同じ幅を持つ。そして、この幅
ａのブロックごとに反射面の幅を変化させて反射パター
ン全体として一定の割合で反射面が増減していくように
する。

【００２０】例えば、図１の例では、ブロック２、３、
４内の反射面１の１つ辺りの幅は図の左から（５／２
４）ａ、（６／２４）ａ、（７／２４）ａというように
（１／２４）ａずつ増えるようにする。つまり、反射パ
ターン全体でみると幅ａのブロックごとに反射面の幅を
（５／１２）ａ、（６／１２）ａ、（７／１２）ａと
（１／１２）ａずつ増やす場合と変化の割合が同等に保
たれる。

【００２１】次に、この反射パターンの使用例を図２を
用いて説明する。

【００２２】図１の反射パターンが施された反射板５は
可動体６に固定される。一方反射型フォトセンサ７は、
反射板５に対向する位置で固定部８に設置される。可動
体６は、図のＸ方向に可動し、それによりフォトセンサ
７の出射ビーム９が反射板５に照射される位置が変化す
る。反射板に照射された出射ビーム９の内、パターンの
反射面１０に当たったもののみが反射されフォトセンサ
７の受光部に入射する。

【００２３】次に、本発明の実施の形態の動作につい
て、図３、図４を参照して詳細に説明する。可動体２１
がＸ−側に移動したときの反射パターン上のビーム照射
エリアを図３に、Ｘ＋側に移動した場合を図４に示す。

【００２４】図３（ａ）では、固定部２２から見た場
合、反射パターンが図の右から左方向へ変位しているこ
とになる。このとき、図３（ｂ）に示すように、照射エ
リア２３の右端は反射面２４にかかり始めているが、同
時に左端では反射面２５から外れかかっている。これに
より、反射ビーム２６の極端な増加を打ち消し合い、安
定したセンサ出力を得られる。仮に、このとき左端で反
射面の無い部分２７が外れかかっていたとしても、反射
面の設置ピッチ自体が照射エリア２３に対して十分細か
いためその影響は殆ど現れない。

【００２５】次に、可動体がＸ＋側に移動すると、反射
パターン上の照射エリアは図４（ａ）（ｂ）の様にな
る。図３（ｂ）の照射エリア２３に比べ、照射エリア２
８では、エリア内に占める反射面の割合が減少している
のが分かる。これにより、図４（ｂ）では図３（ｂ）よ
りも小さいセンサ出力を得られ、Ｘ方向の変位を認識す
ることが出来る。また、この間の出力変動は、前述の様
に不要な出力変動の無い滑らかな変化となることからリ
ニアリティの高いセンサ出力特性が得られる。

【００２６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図５に本発明の反射パターンの実施
例、図６に本発明の反射パターンを用いた位置検出装置
の実施例を示す。

【００２７】図５を参照すると、まず反射パターンを形
成する領域を、幅０．１２ｍｍのブロックに分割する。
さらに、幅０．１２ｍｍのブロック内を０．０６ｍｍの
ブロックに分け、この中に１つの反射面３１を配置す
る。つまり、幅０．１２ｍｍのブロック１つの中には２
つの反射面３１が配置される。ここで、１ブロック内の
２つの反射面は同じ幅を持つ。そして、この幅０．１２
ｍｍのブロックごとに反射面の幅を変化させ、反射パタ
ーン全体として一定の割合で反射面が増減していくよう
にする。

【００２８】例えば、図５の例では、ブロック３２、３
３、３４内の反射面３１の１つ辺りの幅は図の左から
０．０２５ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０３５ｍｍという
ように０．００５ｍｍずつ増えるようにする。つまり、
反射パターン全体でみると幅０．１２ｍｍのブロックご
とに反射面の幅を０．０５ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０
７ｍｍと０．０１ｍｍずつ増やす場合と変化の割合が同
等に保たれる。

【００２９】次に、この反射パターンの使用例を図６を
用いて説明する。

【００３０】図５の反射パターンが施された反射板３５
は可動体３６に固定される。一方、反射型フォトセンサ
３７は、反射板３５に対向する位置で固定部３８に設置
される。可動体３６は、図のＸ方向に可動し、それによ
りフォトセンサ３７の出射ビーム３９の反射板３５に照
射される位置が変化する。反射板３５に照射された出射
ビーム３９の内、パターンの反射面３０に当たったもの
のみが反射されフォトセンサ３７の受光部に入射する。

【００３１】次に、本発明の実施例の動作について、図
７，８を参照して詳細に説明する。

【００３２】可動体４１がＸ−側に移動したときの反射
パターン上のビーム照射エリアを図７に、Ｘ＋側に移動
した場合を図８に示す。

【００３３】図７では、固定部４２から見た場合、反射
パターンが図の右から左方向へ変位していることにな
る。

【００３４】このとき照射エリア４３の右端は反射面４
４にかかり始めているが、同時に左端では反射面４５か
ら外れかかっている。これにより、反射ビーム４６の極
端な増加を打ち消し合い、安定したセンサ出力を得られ
る。仮に、このとき左端で反射面の無い部分４７が外れ
かかっていたとしても、反射面の設置ピッチ自体が照射
エリア４３に対して十分細かいためその影響は殆ど現れ
ない。

【００３５】次に可動体がＸ＋側に移動すると、反射パ
ターン上の照射エリアは図８の様になる。図７（ｂ）の
照射エリア４３に比べ照射エリア４８では、エリア内に
占める反射面の割合が減少しているのが分かる。これに
より、従来例と比較して不要な出力の変動が無くなり、
リニアリティの高いセンサ出力特性が得られる。

【００３６】以上の動作を可動体の変位とセンサの出力
でまとめると図１１のグラフとなる。従来例に比べ、不
要な出力の変動が無くなり、リニアリティが向上してい
るのが分かる。

【００３７】

【発明の他の実施の形態】次に、本発明の他の実施の形
態について図９を参照して説明する。

【００３８】図５に挙げた実施例に対して、Ｘ方向の検
出距離を長くする場合の例を図９に示す。

【００３９】まず、上記実施例と同様、反射パターンを
形成する領域を、幅０．１２ｍｍのブロックに分割す
る。さらに、幅０．１２ｍｍのブロック内を０．０６ｍ
ｍのブロックに分け、この中に１つの反射面５１を配置
する。つまり、幅０．１２ｍｍのブロック１つの中には
２つの反射面５１が配置される。ここで、１ブロック内
の２つの反射面は基本的に同じ幅を持つ。そして、この
幅０．１２ｍｍのブロックごとに反射面の幅を変化させ
て反射パターン全体として一定の割合で反射面が増減し
ていくようにする。

【００４０】この際、Ｘ方向の検出距離を長くするため
に例えばブロック５２、５４、５６内の反射面５１の１
つ辺りの幅をそれぞれ０．０２５ｍｍ、０．０３ｍｍ、
０．０３５ｍｍと０．００５ｍｍずつ増えるように設定
する。つまり、反射パターン全体でみると幅０．１２ｍ
ｍのブロック５２、５４、５６について反射面の幅を
０．０５ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０７ｍｍと０．０１
ｍｍずつ増やすことになる。

【００４１】ここで、間にはさまれたブロック５３とブ
ロック５５では、ブロック当たりの反射面幅がそれぞれ
０．０５５ｍｍ、０．０６５ｍｍとなり、さらにこれを
２つに分割すると０．０２７５ｍｍ、０．０３２５ｍｍ
となる。ところが、０．５μｍ単位のパターン製作は、
反射面の素材によっては不可能である場合も多い。そこ
で、この例ではブロック５３の場合は０．０５５ｍｍの
反射面を０．０２５ｍｍと０．０３ｍｍ、ブロック５５
では０．０３ｍｍと０．０３５ｍｍに不等分割すること
で簡略化を計っている。

【００４２】各反射面の配置は、全体の反射パターンの
配置に沿って図のＸ＋側に広いほうの反射面５７、５８
を配置する。このパターンでも実施例同様、センサのビ
ーム照射エリア５９に対して反射面の設置ピッチが十分
に小さいので、リニアリティの高いセンサ出力特性が得
られる。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによると、隣接する反射面と無反射面とを
一組として反射面の割合が等しい組を２組以上並べて配
置するので、位置検出可能範囲の一端から他端までにお
ける反射率の変動幅を変えずに、反射面の配置間隔を従
来より短くすることができる。このため、位置検出の分
解能を高め、より線形性の高い検出信号を得ることがで
きるところ、高精度の位置検出を実現することができ
る。また、同じ幅の反射面を複数配置することで、反射
面幅の変化量を少なく出来るから、検出可能な移動距離
を従来より長く設定することもできる。更に、各反射面
及び無反射面の幅寸法について、端数や桁数の多いもの
を簡略化できるから、反射パターンの設計・製作が容易
になる。特に、請求項２，３に記載の発明では、位置検
出可能範囲の全体に渡って高い線形性を確保することが
できる、という従来にない優れた位置検出装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における反射板の構成図で
ある。

【図２】図１の反射板を取り入れた位置検出装置の構成
を示す概略斜視図である。

【図３】図２の実施形態の動作を説明する図であって、
図３（ａ）は反射型フォトセンサと反射板との位置関係
を示し、図３（ｂ）は反射板に投射された光スポットの
位置関係を示す。

【図４】図２の実施形態の動作を説明する図であって、
図４（ａ）は反射型フォトセンサと反射板との位置関係
を示し、図４（ｂ）は反射板に投射された光スポットの
位置関係を示す。

【図５】図１の実施形態に基づく実施例における反射板
の構成図である。

【図６】図５の反射板を取り入れた位置検出装置の構成
を示す概略斜視図である。

【図７】図６の実施例の動作を説明する図であって、図
７（ａ）は反射型フォトセンサと反射板との位置関係を
示し、図７（ｂ）は反射板に投射された光スポットの位
置関係を示す。

【図８】図６の実施例の動作を説明する図であって、図
８（ａ）は反射型フォトセンサと反射板との位置関係を
示し、図８（ｂ）は反射板に投射された光スポットの位
置関係を示す。

【図９】本発明の他の実施形態における反射板の構成図
である。

【図１０】従来例により得られる出力特性のグラフであ
る。

【図１１】本発明により得られる出力特性のグラフであ
る。

【図１２】従来例における反射板の構成図である。

【図１３】従来例の位置検出装置の構成を示す概略斜視
図である。

【符号の説明】

１，２４，２５，３０，３１，４４，４５，５１，５
７，５８ 反射面 ２，３，４，３２，３３，３４，５２〜５６ ブロック ５，３５ 反射板 ６，２１，３６，４１ 可動体 ７，３７ 反射型フォトセンサ ８，２２，３８，４２ 固定部 ９，３９ フォトセンサ出力ビーム ２３，２８ フォトセンサビーム照射エリア ２６，４６ 反射ビーム ２７，４７ 反射面の無いエリア（無反射面） ４３，４８，５９ センサビーム照射エリア

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一軸方向に沿って対向状態を維持しなが
   ら相対移動する反射型フォトセンサ及び反射板を備え、 前記反射板には、前記相対移動方向に沿って短冊状の反
   射面と無反射面とを交互に設けると共に、当該反射面の
   割合が前記相対移動方向の一方に向かって漸増するよう
   に設定され、 前記反射型フォトセンサの受光量に基づく出力から当該
   反射型フォトセンサと前記反射板との相対位置を検出す
   る位置検出装置において、 隣接する反射面と無反射面とを一組として反射面の割合
   が等しい組を２組以上並べて配置したことを特徴とする
   位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記隣接する反射面と無反射面とから構
   成される組の前記相対移動方向の幅が、各組について同
   一に設定されていることを特徴とした請求項１記載の位
   置検出装置。
3. 【請求項３】 前記２組以上並べて配置する組の数が、
   前記反射面の割合毎に同一数であることを特徴とした請
   求項１記載の位置検出装置。