JPS5920811A - 光式変位変換器 - 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】 この発明は物理量に応じて変位する変位社を光を利用し
て電気信号として検出するようにした光式変位変換装置
に関する。

く背　景〉 従来、変位を検出する変位変換装置としては、例えば移
ａｔ極の両側に固定電極を対向して配置し、その移動電
極が変位に応じて固定電極の配列方向に変位することに
より、これ等移動電極と二つの固定電極との間の静電ｙ
′ｗＬが差動的に変化することを利用して変位を検出す
るものがあった。

とのよシな変位変換装置においてはその１つの固定電極
を保持する部分に対して移動電極保持部分を積み重ね、
更に他方の固定電極を保持する部分を重ねるような積み
重ね構造によシ構成され、しかも移動電極に対して左右
が全く対称な構造にする必要があった。そのような構造
に作ることは高い精度の工作精度及び組立て１９度を必
要とし、僅かずれても積み重ね構造の性質によ゛り順次
その誤差が大きくなる欠点があり、その構造製作に十分
な注意を払わなければならず高価なものとなっていた。

〈発明の概要〉 この発明の目的は比較的簡単な構造で、従って安価に作
ることができる光式変位変換器を提供することにある。

この発明によれば、発光部よりの光が受光部にて受光さ
れるように発光部及び受光部が配され、これら発光部及
び受光部間に物理量に応じて変位する遮光板が配され、
この遮光板の変位に応じて受光部に受光される光量が変
化され、よって受光部よりの電、気信号出力は、遮光板
の変位と対応したものと々る。この遮光板として特に電
気信号によシ光透過箪が変化するものが用いらね、遮光
板に印加する電気信号を周期的に変化させる。この周期
的変化と同期して受光部の出力が増出され、この出力に
もとずき遮うを板の光透過量が大に制御された状態での
受光部からの電気信号がｅまｙ一定になるように発光部
が制御される。このようにして温度変動などによシ発光
部、受光部、男には受光部の出力が供給される変換部の
特性が変動してもこれに影響されることなく、変位鰯を
正しく検出できる。

く第１実施例〉 第１図はこの発明による光式変換器の実施例を示し、発
光ダイオードのような発光部１１とその発光部１１より
の光を受光して電気信号に変換する受光部１２とが設け
られる。これら発光部１１及び受光部１２間に遮光板１
３が配される。遮光板１３は発光部１１及び受光部１２
の配列方向と板面が直角であシ、かつ丈の板面と平行に
、検出すべき物理量に応じて変位し、従ってこの変位に
応じて受光部１２に受光される光量が変化する。

受光部１２の出力は増幅器１４で増幅されて検出出力と
される。

この発明においては遮光板１３は電気信号によシその光
透過量が制御可能なものが用いられ、その遮光板１３の
光透過量を周期的に制御する。例えば遮光板１３として
液晶シャッタか用いられ、その液晶シャツタ１３０両電
極間に、スイッチ１５を繰返しオン、オフすることによ
り電源１６の電圧Ｅ８を印加したり、その印加を解除し
たりされも例えは電圧Ｅ８が液晶シャッタ１３に印加さ
れると液晶シャッタ１３は閉、つまシネ透明となシ、ス
イッチ１５がオフで透明となり、理想的には遮光板１３
を除去した場合と同一の状態となる。

遮光板１３の光透過量が大とされた時の受光部１２の出
力が取口される。即ち増幅器１４の出力はスイッチ１７
によシ平渭回路１８．１９に切替え供給される。スイッ
チ１７及びスイッチ１５は発振回路２１の出力により同
期制御され、液晶シャッタ１３に電圧が印加された時、
（、スイッチ１７は平滑回路１８へ供給される。平滑回
路１８の出力は出力端子２２へ、遮光板１３の変位に応
じた検出信号として出力される。

平滑回路１９の出力が一定値になるように発光部１１が
制御される。例えば平滑回路１９の出力は演算増幅器２
３の反転入力側へ９．給され、演算増幅器２３の非反転
入力側には電源２４より基準電圧Ｅ！が印加される。演
算増幅器２３の内入力の差に応じた出力により発光部１
１の電源２５の電圧Ｅ、が制御される。電源２５の出力
は必要に応じ抵抗器２６を通じて発光部１１に印加され
ている。

いま遮光板１３は不透明状態で、変位ｘ　＝　Ｑでは、
受光部１２の最大−受光量の半部を受光し、最大変位は
±ａとする。受光部１２０幅をしい受光部１２の光−電
気変換効率をに１発光部１１よシ放射する光量をＱとす
ると、平滑回路１８の出力ｖ１は遮光板１３が不透明状
態の増幅器１４の出力と比例しているから、 Ｖｔ＝ｋＱＬ（ａ：ｌ＝ｘ　）　　　　　　　　　　　
ｆｌ）となる。平滑回路１９の出力Ｖ！は、遮光板１３
が透明状態の増幅器１４の出力と比例しているからＶｚ
＝ｋＱＬ、Ｘ２ａ　　　　　　　　　　　　ｆ２）と表
わせる。このＶ２が基準電圧Ｅ！　と等しくなるように
電源２５の電圧Ｅｌが制御されているため、２ ｋＱ＝ Ｌ×２ａ ＬＥ！　　　　　　　　　Ｐ２ｔ Ｖｌ＝　−（ａ：ｆ：ｘ　）＝−（ａ：ｆ：ｘ　）　　
　　　（３１Ｌｘ２ａ　　　　　　　　　２ａ となる。このように端子２２の出力Ｖｌは遮光板１３の
変位Ｘに比例し、しかも発光部１１の光量Ｑ１受光部１
２の変換効率ｋに無関係である。従って周囲温度変化、
経年変化などによって光−１（Ｑ。

効率ｋが変動しても、この変動に検出出力Ｖ１は影響さ
れない。

く第２実施例〉 ８ｆ！２図はこの発明の第２実施例を示し、第１図と対
応する部分には同一符号を付けである。この例では電源
１６が省略され、代って抵抗器２６と並列にスイッチ１
５を介して抵抗器２７が接続される。史に発光部１１と
直列に抵抗器２８が挿入され、その抵抗器２８の両端は
ツェナーダイオードのようなしきい他素子２９を通じて
、遮光板としての液晶シャッタ１３の両電極にｗ：［さ
れる。

スイッチ１５がオフで発光部１１を流れる電流はｉｌで
、この時の・抵抗器２８０両端電圧によっては、しきい
他素子２９は不導通で液晶シャッタ１３は透明であるが
、スイッチ１５がオンの場合は発光部１１に電流ｉ！が
流れ、この電流１２にもとすく抵抗器２８の両端電圧で
しきい他素子２９が導通し、液晶シャッタ１３に電圧が
印加されて不透明になるように、しきい他素子２９のし
きい値、抵抗器２６．２７．２８の各抵抗値などが選定
される。

ｆｌ：ｉｇ＝ｌ：ｎとすると、ｉｔにもとず′〈発光部
１３の光景Ｑｓ、ｉｓにもとず〈光量Ｑ２もＱｌ：Ｑ　
ｚ　＝１　ｏ　ｎとなる。前述と同様に■１＝ｋＱｔＬ
（ａ±ｘ）、　ｖｉ＝ｋＱｔＬＸ２ａＥ！　　　ｋＱ２
．ｎＥｇ ｋＱｘ＝−＝　−。ｖＩ＝　−（ａ：ｌ：ｘ）Ｌ×２ａ
ｎ２ａ となり、検出出力Ｖｌは変位Ｘに比例し、かつに１Ｑ１
、Ｑ）などの変動の影響を受けない。

く第３実施例〉 第３図はこの発明の第３実施例を示す。この例は遮光板
１３の光透過度が大とされた時の平滑回路１９の出力ｖ
２と基準電圧Ｅ！とを増幅器２３で比較し、その比較出
力と、遮光板１３の光透過度が小とされた時の平滑回路
１８の出力Ｖｓ、つまり変位Ｘに比例した出力との差を
演算増幅器３１でと９、その演算増幅器３１の出力によ
シ発光部の電源２５を制御して演算増幅器２３の内入力
、演算増幅器３１の内入力がそれぞれ一致するようにす
る。変位Ｘの検出出力として演算増幅器２３の出力が端
子２２に取出される。前述の場合と同様に、 Ｖｓ＝に−ＱＬ（ａｉ−ｘ）ＴＶ！＝ｋＱＬＸ２ａであ
り、かつＥ！＝Ｖ２となるように動作すると共に、端子
２２の出力電圧ＶｏかＶｌになるように動作する。従っ
て、 ２ Ｖｏ＝Ｖ１＝ｋＱＬ（ａ：ｆｘ）＝　　（ａｆｘ）ａ となシ、端子２２の出力ＶＯには変位ＸＫ比例した出力
が得られる。仁の実施例でに出力端子２２の出力Ｖｏが
帰還されているため、外部雑音の影響を受は難い。つま
り、第１図、第２図に示した実施例では平滑回路１８か
ら出力端子２２の信号通路に雑音が入ると、これが出力
端子２２へ出力される。しかし第３図の実施例では全体
を帰還しているからそのような雑音は抑圧される。

くその他の実施例〉 第３図に示した実施例において第４図に示すように平滑
回路１８の出力ｖＩを増幅器３２で増幅して比較増幅器
３１へ供給してもよい。或は逆に出力端子２２の出力Ｖ
ｏを分圧して比較増幅器３１へ供給してもよい。

先の例では遮光板１３は電圧印加ゼロで透明体となるよ
うにしたが、完全な透明体にすることは　。

困雛な場合がある。このような場合には例えは第５図に
示すように液晶シャッタの遮光板１３をその変位方向に
延長し、発光部１１から受光部１２に達する光は必ず液
晶シャッタ１３を通過するようにされ、その液晶シャッ
タの変位方向における一半部は電極が形成されてなく、
常に透明な迅明部１３ａとされ、他半部に電極が形成さ
れ、透過度が制御される可変部１３ｂとする。このよう
にすれば液晶シャッタの光透過度が温度や経年変化など
で変化しても出力ＶｏＫＲＥＡ差は生じない。上述では
遮光板１３として電圧を印加した時に、光透過度が小と
なυ、不透明となるものを用いたか、電圧を印加した時
に光透明度が大になる液晶シャツクを用いてもよい。そ
の場合は例えば第６図に示すように液晶シャッタの変位
方向における一半部と、他半部とに分離してそれぞれ対
向電極を設け、電源１６よりその一半部には常に電圧を
印加して透明部１３ａとし、他半部はスイッチ１５で電
圧をオン、オフ印加して可変部１３ｂとすればよい。第
２図に示した実施例において抵抗器２６．２７を切替え
る代シに電源２５の電圧Ｅ１を一定比率で切替えてもよ
く、電源２５としては電流源を用いてもよい。発光部１
１は白熱ランプでもよい。

く効　果〉 以上述べたようにこの発明の光式変位変換器によれば、
その構成から理解されるように、静電容量式の場合のよ
うに各部を順次積み重ねて構成することなく、比較的簡
単に作ることができる。しかも発光部、受光部、第３図
の実施例ではその他の増幅部などを含む全体の糸におけ
る定数や特性の変動が生じても、出力はこれに影響され
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれこの発明による光式変位変
換器の一例を示すブロン・り図、第４図はその一部変形
を示すブロック図、第５図及び第６図はそれぞれ遮光板
１３の変形例を示す図である。 １１：発光部、１２：受光部、１３：遮光板、１８．１
９：平滑回路、２１：発振回路、２２：出力端子、２３
，３１：比較増幅器、２４：基準電源。 特許出願人　　株式会社　北辰電機製作所代理人　草野
　卓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を発生する発光部と、その発光部からの光を受
   光する受光部と、これら発光部及び受光部間に配され、
   物理量に応じて変位し、その変位に応じて上記受光部に
   入射される光量を変化させると共に、電気信号により光
   透過量を大小に変化させることができる遮光板と、その
   遮光板に対し印加する電気信号を周期的に変化する手段
   と、この周期的変化と同期して上記受光部からの信号を
   取出す手段と、上記遮光板の光透過量が犬に制御された
   状態での上記受光部からの電気信号がはソ一定になるよ
   うに上記発光部を制御する手段とを具備する光式変位質
   換器。