JPS58198705A - 光フアイバ変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、物体の変位に伴って物体に取付けた傾斜反射
面と光ファイバとの間の光送受結合効率が変化すること
を利用して物体の変位を検出する、光フアイバ変位セン
サに関するものである。

（従来技術と問題点） 従来、物体の変位を検出するための変位検出センサとし
ては、物体の変位に伴って生じるポテンショメータのス
ライダの移動や、差動変圧器のコアの移動を利用して検
出するものが多く用いられている。第１図はポテンショ
メータを用いた従来の変位検出センサの構成を示したも
のであって、１はポテンショメータを示し、その両端子
２，３に電源４から一定の電圧を与えられている。５は
スライダであって変位を検出すべき物体に結合されてい
て、物体の変位に伴って移動し、これによってスライダ
５と端子６との間の電位差が変化する。

スライダ５と端子３との間の電圧信号は、信号伝達線路
を形成する導線６，７を経て信号処理回路８に伝達され
、信号処理回路８は入力電圧信号を処理して、スライダ
５すなわち物体の変位に対応する検出信号を発生する。

差動変圧器を利用した変位検出センサの場合も同様にし
て、そのコアを変位を検出すべき物体に結合し、物体の
変位に伴ってコアが移動した結果化じる差動トランス出
力電圧の変化を測定することによって、コアすなわち物
体の変位に対応する検出信号を発生することができる。

　　　　　　□ しかしながら、ポテンショメータを利用した変位検出セ
ンサは、ポテンショメータを摺動させるために多少の力
を必要とするだけでなく、摺動に伴って耐久性および高
速追従性が劣る欠点がある。

また差動変圧器を利用した変位検出センサは無接触で動
作させることができるが、コアの移動に伴う出力の直線
性を維持するために複雑な設計を必要とし、また駆動電
源周波数の変動によって誤差を生じる。またこれらのセ
ンサはいずれもセンサ回路にノイズが混入しやすく、シ
ールドやカップリング方法等についての配慮が必要であ
るだけでなく、電気的にノイズが発生しやすい環境のも
とでは、ノイズの影響を避けることが困難である。

ノイズには雷や静電気の放電等の自然ノイズ、送配電線
からの誘導、モータ等の整流ノイズ、開閉接点の過渡現
象と放電、自動車の点火ノイズおよび放送電波等の人工
ノイズ等極めて多くの種類のものがあり、このため上述
した従来の変位検出センサにおいては、ノイズ対策は厄
介な問題になっていた。

（発明の目的） 本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようと
するものであって、その目的は、物体の変位に伴って物
体に取付けた傾斜面と光ファイバとの間の光送受効率が
変化することを利用して物体の変位を検出することによ
って、ノイズの影響を受けることなく変位の検出を行う
ことができる光フアイバ変位センサを提供することにあ
る。

（発明の実施例） 第２図は、本発明の光フアイバ変位センサの一実施例の
構成を示したものであって、物体の直線的変位を検出し
得るものである。同図において（ａ）は全体の構成を示
し、（ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ物体の変位量１−０およ
びｔ−１の場合における、光ファイバからの出射光と、
傾斜面で反射して再び光ファイバに入射する光との関係
を示したものである。

第２図において、１１は変位を検出すべき物体であって
、その上部には傾斜面１２が固着されている。傾斜面１
２は、物体１１の直線的変位１−０に対応する位置から
変位ｔ−１に対応する位置まで、（３） 次第に高さを減じるとともに傾き角θが大きくなる曲面
で構成され、その表面が光をよく反射するように例えば
メッキを施された金属板等からなっている。１３はビー
ムスプリッタであって、図示されない光源からの光を信
号伝達線路をなす光ファイバー４に伝達する。１５はレ
ンズであって、光ファイバー４とともに固定して設けら
れており、光ファイバー４の端部から出射した光を平行
光に変換して、傾斜面１２に投射する。１６は信号処理
装置であって、傾斜面１２からの反射光がレンズ ズ１５を経て光ファイバー４を逆方向に伝達され、ビー
ムスプリッタ−３を経て入射されたときこれを電気信号
に変換し、この信号を処理して入射する光の量に応じた
検出信号を発生する。

光ファイバー４の端部から出射した光は、レンズ１５を
経て平行光に変換されて傾斜面１２に投射されるが、物
体１１が変位１−０のときは第２図（ｂ）に示すごとく
傾き角θが最小であるとともに、レンズ１５と傾斜面１
２との間の光路長が最も小さく、従って傾斜面１２にお
ける反射光の殆んど（４） 全部が入射光と同じ経路を逆行してレンズ１５を経て再
び光ファイバ１４に入射し、光ファイバ１４を逆方向に
伝達されてビームスプリッタ１６を経て信号処理装置１
６に入射する。一方、物体１１が変位ｔ−１のときは、
第２図（Ｃ）に示すごとく傾斜面１２の傾き角θが最大
であるとともに、レンズ１５と傾斜面１２との間の光路
長が最も大きく、従って投射した光が反射する経路は入
射光の経路からずれて、反射光の大部分はレンズ１５に
入射せず、一部の反射光だけがレンズ１５を経て光ファ
イバ１４に入射し、光ファイバ１４を逆方向に伝達され
てビームスプリッタ１５を経て信号処理装置１６に入射
する。さらに物体の変位ｔが０と１の中間にあるときは
、信号処理装置１６に入射する光の量は、第２図（ｂ）
の場合と第２図（Ｃ）の場合との中間の値となシ、信号
処理装置１６に入射する光の量は、変位ｔが０から１′
！で変化する間に次第に増加する。従って信号処理装置
１６において、入射する光の量に応じて検出信号を発生
することによって、変位ｔの値に対応した検出信号を得
ることができる。

第２図の実施例において、傾斜面１２における曲面の製
作は、切削加工によらなくても前述のように例えばメッ
キされた薄い金属板の両端を適当な位置と傾きに固定す
ることによって、容易に実現できる。また傾斜面の傾き
角の大きさとその変化量とを適切に設定することによっ
て、必要な検出精度と変位測定範囲とを得ることができ
る。

第６図は、本発明の光フアイバ変位センサの第２の実施
例の構成を示したものであって、第２図の場合と同様に
直線的変位を検出できるものである。同図において第２
図におけると同じ部分は同じ番号で示されており、１２
Ａは物体１１の上部に固着された傾斜面である。傾斜面
１２，４は、物体１１の直線的変位１−０に対応する位
置から変位ｔ−１に対応する位置まで、一定の傾き角で
次第に高さを減じる、傾いた反射平面からなっている。

第３．１：、・。

図において、（→は全体の構成のうち物体１１　とその
上に取付けられた傾斜面１２Ａ１およびレンズ１５゜光
フアイバ１４０部分のみを示し、（６）　、　（Ｃ）は
それぞれ物体の変位量１−０およびｔ−１の場合におけ
る、光ファイバからの出射光と傾斜面１２．（で反射し
て光ファイバに再び入射する光との関係を示している。

第３図の実施例において、物体１１が変位１＝０のとき
は、第３図（ｂ）に示すごとくレンズ１５と傾斜面１２
．ｆとの間の光路長が最小で、光ファイバ１４からレン
ズ１５を経て投射された光による傾斜面１２、（からの
反射光の殆んど全部がレンズ１５を経て再び光ファイバ
１４に入射する。一方、物体１１が変位ｚ−１のときは
、第３図（ｃ）に示すごとくレンズ１５と傾斜面１２Ａ
との間の光路長が最大で、光ファイバ１４から投射され
た光が反射する経路は入射光の経路からずれて、反射光
の大部分はレンズ１５に入射せず、一部の反射光だけが
レンズ１５を経て光ファイバ１４に入射する。物体１１
の変位ｔが０と１の中間の値をとるときは、光ファイバ
１４に入射する反射光も中間の値となシ、従って信号処
理装置に入射する光の量は物体１１の変位に応じて変化
し、これによって、変位ｔの（７） 値に応じた検出信号を得ることができる。

第３図の実施例においては、傾斜面１２’４は傾いた平
面として構成すればよく、その構造が単純であって製作
もまた容易である利点がある。

第４図は本発明の光フアイバ変位センサの第３の実施例
の構成を示したものであって、物体の回転変位を検出し
得るものである。同図において第２図におけると同じ部
分は同じ番号で示されており、１７は傾斜面であって回
転軸１８を介して図示されない物体に固着されている。

傾斜面１７は、物体の回転軸１８を中心とする回転変位
θ−０に対応する回転位置から、回転変位θ−１に対応
する回転位置まで物体が回転変位したとき、レンズ１５
と傾斜面１７との距離が例えば直線的に変化するように
、一定の傾き角を有するネジ斜面をなすごとく構成され
、その面における光の反射が良好であるようにメッキ等
を施されている。第４図において、（ロ）は全体の構成
のうち傾斜面１７と回転軸１８、およびレンズ１５．光
ファイバ１４の部分のみを示し、（ｂ）は傾斜面１７の
平面図を示して（８） いる。

第４図の実施例において、回転軸１８が物体の回転に伴
って回転して、回転変位がθ−０がらθ−１まで増加す
ると、レンズ１５と傾斜面１７との距離が増加するのに
伴って、光ファイバ１４がらレンズ１５を経て投射され
た光による傾斜面１７からの反射光の経路は入射光の経
路から次第にずれて、し／ズ１５を経て再び光ファイバ
１４に入射する光の量は次第に減少する。従って信号処
理装置に入射する光の量は、物体の回転変位に応じて変
化し、これによって回転角θの値に応じた検出信号を得
ることができる。

第４図の実施例における傾斜面１７は、切削加工によっ
て製作してもよく、またはメッキされた同心円状の薄い
金属板の一部に半径方向に切れ目を設け、切れ目の両端
で所要の高さの差を生じるようにして固定してもよい。

第５図は、本発明の光フアイバ変位センサの第４の実施
例の構成を示している。同図において、第４図における
と同じ部分は同じ番号で示されており、１９は光フアイ
バアレイであって、レンズ１５に対して空間的に固定し
た位置に設けられている。光フアイバアレイ　１９は、
例えば多数の光ファイバを直線上に配列してなり、その
入射面２０および出射面２１における各ファイバの端面
は、−直線をなすごとく研磨されている。第゛５図にお
いて、（α）は全体の構成を示し、上述の各実施例と異
なシ光ファイバ１４は直接光源に結合されている。（６
）は光フアイバアレイ１９の出射面２１の一構成例を示
している。

第５図の実施例において、回転軸１８が物体の回転に伴
って回転して回転変位θが増加すると、レンズ１５と傾
斜面１７との距離が増加するのに応じて、光ファイバ１
４からレンズ１５を経て投射された光による、傾斜面１
７からの反射光が光フアイバアレイ１９に入射する位置
は次第に変化する。第５図において、２０Ａは回転変位
θ−０の１　　とき反射光が入射する入射面２０の端部
を示し、２０Ｂは回転変位θ−１のとき反射光が入射す
□る入射面２０の端部を示している。いま、端部２０Ａ
に（１１） 対応する出射面２１の端部を２１Ａとし、端部２０Ｂに
対応する出射面の端部を２１Ｂとすれば、傾斜面１７に
おける回転変位の増加に伴って、反射光の出射面２１か
らの出射位置は端部２１，４から端部２１Ｂへ向って次
第に移動し、従って光源として可視光を用いれば、出射
面の光フアイバ端部に次第に移動する光点を生じる。第
５図（６）においては、出射面２１に端部２Ｌ４から２
１Ｊへ向って回転変位０〜１に対応して０〜３６０°の
目盛を付することによって、回転変位を回転角によって
直読し得ることが示されている。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の光フアイバ変位センサに
よれば、変位する物体に傾いた反射面を取り付けて光フ
ァイバを経て反射面に光を投射し物体の変位に伴う反射
光の位置の変化を投射用光ファイバを経て受信される光
における結合効率の変化として検出する、か、または直
接検出することによって物体の変位量の検出を行うこと
ができる１従って変位の検出はすべて光によって行われ
るの（１２） で、電気ノイズの影響を受けることがなく、簡単な構造
で高性能な変位検出センサを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はポテンショメータを用いた従来の変位検出セン
サを示す図、第２図ないし第５図はそれぞれ本発明の光
フアイバ変位センサの一実施例を示す図である。 １・・・ポテンショメータ、２，６・・・ポテンショメ
ータ１の端子、４・・・電源、５・・・ポテンショメー
タ１のスライダ、６，７・・・信号伝達線路、８・・・
信号処理回路、１１・・・物体、１２１１２’（・・・
傾斜面、１３・・・ビームスプリッタ、１４・・・光フ
ァイバ、１５・・・レンズ、１６・・・信号処理装置、
１７・・・傾斜面、１８・・・回転軸、１９・・・光７
アイバアレイ、２０・・・光フアイバアレイ　１９の入
射面、２１・・・光フアイバアレイ１９の出射面 特許出願人富士通株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変位を検出すべき物体に傾斜した反射面を固着して設け
   るとともに、光ファイバを介して伝送された光を前記反
   射面に投射する光学系を設け、前記反射面からの反射光
   の位置または傾きまたはその両者の変化を検出して物体
   の変位量を検知することを特徴とする光フアイバ変位セ
   ンナ。