JPS59500286A - デイジタル長さ発信器 - 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】 ディジタル長さ発イ言器 本発明は、指示又は制御手段を、線形に配置された構造体ｒ主を案内し、指示又 は制御手段によって構造体の状態変化が指示可能であるディジタル長さ発信器に 関する。

この種のディジタル発信器は、機械的運動をディジタル形で表示できるようにす るために用いられる。さらに、表示を行う信号により、例えば工作機械、天文観 測器機、衛星受信アンテナ等の装置を種々に制御、追従することができろ。

従来公知の発信器は、増分動作をするか、又は、長さ、回転角度、回転方向ｆ２ ｒ：絶対狭示する。

増分動作発信器においては、それ自体任意の基竿点から、長さ又は角度の増加、 及び長さ又は角度の減少のステップ幅と同程度に正確であり、しかも安価な費用 で製造できる。なぜなら、必要な計数装置は、電子的に比較的価かな費用で製造 できるからである。この発信器の本寅旧欠点は、装置が一時的に又は不意に停止 した場合に、絶対位置が失われることである。

その際不意に停止すると不利な問題が生じる。

例えばクレーンブームの位置をめねばならず、電圧の消失により、計数された角 度の値が消失する場合、ブームはゼロ位置へ移されねばならない。しかしこのゼ ロ位置が、外部の構成によっては達成されない場合、ブームの絶対的位置はもは や測定できない。

従って、それによって生じる不正確さにより、そのような用途にはいかなる増分 動作発信器も用いることはできない。

公知の絶対動・作角度発信器は、こうした難点を回避交ぎる。これらの角度発信 器は、しばしばコード化されたストライププレートにより角度の位置を決定する 通常それに用いられるコードは、交番２進コードである。このコードは、コード を走査するセンサを機械的に調整する際に有利であろ６なぜなら、各変化に対し てその都度１ビツトのみが変化するからである。そこの交番２進コードは、しか し、ディジタル値を情報技術的に処理しなければならない場合、処理するために 、まず機械的に適切なコード（例えば２追コード又は１６進コード）に変換しな ければならない。さもに加えて、ストライププレートは、できるだけ正確に作動 しなければならないので、ディジタル化のために装置の一本の軸に必要な費用だ けでも安（はない。しかし通常に使用する際には、６本又はそれ以上の軸をディ ジタル化しなければならない。

この公知の絶対発信器の他の欠１点は、例えば精度がさらに要求される場合に、 ストライププレートの慣ｌ生モーメントが相対的に太き（なることである。それ により、例えばしばしばフィードバック系において見られるように、加速度が高 くなる場合、犬ぎな動的な力が生じ、その結果発信器が破壊される可能性がある 。

又、行に並べたホトセンサ装置も公知である。この装置においては、行情報を直 列だ取出すことができる。しかしこの装置の場合も、絶対位置な表示可能とする ための費用は非常に高く、そのためこの手段は、従来上記の目的のためては用い られなかった。

それゆえ本発明の課題は、絶対動作発信器の取扱い及び構造を簡略化し、かつ信 頼性を高めることである本発明の課題は、次のようにして解決される。即ち、外 部手段によって制御可能な多数の半導体センサを、幾何学的に整列してサブスト レート上に配置し、該センサが、外部へ導かれる電極を有するようにするのであ る。

それにより、発信器装置を非常に小さくすることができる。その際、その都度の 制御手段は、「センサライン」と称される制御可能な半導体素子のライン上を導 かれる。このセンサラインは、それによって生じた状態変化を外部へ伝送し、次 に処理する。この制御可能な半導体センサは、以下において「ラテラルセンサ」 と称する。

この装置は、公知の発信器よりも既にそれ自体非常に改善されている。なぜなら 、その寸法が小さいてもかかわらず、機械的精度の問題がこの発信器自体に関し ては生じないからである。半導体チップ製造上、公知の、光化学的、化学的、又 は真空技術的方法は、寸明による発信器に対して問題となる機械製造上及び構造 上の種々の機微的要求は、大して費用をかけずに製造段階で満たすことができる 。その際センサは、半導体材料よ？成るサブストレート上に直接に集積するか、 又はセラミックサブストレート上に配置することができる。

特に重要な第１の構成においては、ラテラルセンサの幾何学的配置は、リング状 のラインとして構成されている。

そうすることにより、簡単で量産可能な角度発信器が実現される。このことは、 ランク又はウオーム歯車装置によるラテラル運動を容易（（回転運動に変換でき 、特に有利である。

多数回の回転をコーＰ化しなければならない場合、リング状のラインをらせん形 にすることもできる。この隙−円運動に加えて半径方向運動も与えなけ几ばなら ない。

本発明のさらに有利な実施例においては、半導体センサに対して電子回路累ｆが 所属している。

これらの゛回路素子は、公知のように集積回路としてサブストレート上に設ける ことができる。それにより、角度センサに発生する信号を即座にデータ処理知遇 したコードに換算することが可能となる。その結果、本発明による角度発信器の 外部電極から、既にコード化された信号が取出され、この信号を即座に処理する ことができる。

半導体センサ及び電子回路素子に接続された電気リード線は、効果的冗はリング 線として構成され、サブストレート上に配置されている。リング線は、母線とし て働かせることができる。

円形の角度発信器を矩形のサブストレート上に配置する場合、電子回路素子は半 径方向て配置することも可能であり、又サブストレートの２つのエッヂとリング 状のラインとによってそれぞれ区切られたコーナに配置することもできる。

発信器をその都度の装置に機械的に接続するために、サグストレートは精密ケ〜 ノングと一体に連結されている。

そうすることにより、この発信器は、＠械製這ておいて通常用いられている工具 を用いて、監視すべき装置と連結し、この装置に位置決めすることができる。

角度発信器におけるサブストレートは、効果旧（（は、内部孔を有している。そ れにより、回転軸又は輪は角度発信器を通して導かれる。

他方において、できるだけ小さなシリコンプレートを用いなければならない場合 、半導体センサを密にバンキングし、例えば方形の面に配置することができる。

その際効果的処は、センサ面の幾何学的変換が行われる。これは、容易に次のよ うにして行われる。即ち、各センサに対して光導波綴の一端を接続し、センサ９ 各他端を、必要な幾何学的配置に配置するのである。このようにして、例えばシ リコンプレートの方形を、角度測定に適した円ＴＬ変換することができる。

半導体センサの種々の実施形が可能である。

半導体センサは、例えばホール発生器、ＭＯ８ＦＥＴケ９−ト、ホトトランジス タ又はホトダイオードとして構成することができる。

ホール効果を用いるラテラルセンサてより、ラテラル分解能は制限される。なぜ なら、走査する磁界の集束に対して限界があるからである。

容量制御ＭＯ８ＦＥＴケゞ−トとしての構成によっても、角度分解能が制限され る。

長さの分解能を高（することは、ホトトランジスタとして構成されたラテラルセ ンサにより達成できる。

こｔしらのラテラルセンサは、良好に集光された光源により走査さ些ろ。例えば レーデダイオードは、マイクロメータのオーダにおける細い光線に集光できる。

それにより、マイクロメ〜り又は角度の秒のオーダに−おける分解能が達成でき る。

ラテラル発信器及び走査制御手段より構成される発信器装置においては、この２ つの構成部分は相対的に相互に運動する。しかしこれらの部分は、固定配置する ことができる。その際、定食は例えば測定すべき装置の可動部分上のミラーによ り、行われる。この可動部分によりレーデダイオードから発する光で、センサラ インの上を定歪する。

最後の実施例の場合、光源はサグストレート上に集積できる。

次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する第１図は、集積された光源を 有する発信器の略図、第２図は、相対的に運動する光＃を有する発信器の略図、 第６図は連動回路の略図、第４図は長さ一角度変換器の略図、第５図は測定面変 成器の略図である。

第１図において本発明は、角度発信器（Ｃついて示されている。木兄明知とって 重要な素子は一容場−に、ｗ−形に配置することができる。その場合、ラテラル 発信器となる。図示の角度発信器の実施例においては、サグストレートＣは、注 入合成樹脂Ｖを介して精密ケーシングＢと一体に連結されている。サグストレー トｃは、リング状の配置においてラテラルセンサＣＦｌ　・・を支持している。

これらのラテラルセンサは、制一手段Ｓにより、例えばレーずダイオードＬＤか ら発生されろ光線で産前される。この走査は、サブストレートｃに同心に走行す る軸Ｗの軸鏡ＷＳを介して行われる。導１ｊｌＬｉ、Ｌ２は、個別に下方に導か れ、給電線、信号線Ｌ１０．Ｌ２０・・・と接続されている。これらの線路は、 外部へ導かれ、図示されていない信号処理装置に接続されている。

平面口元おいて、領域Ｃ１にはラテラルセンサが、領域Ｃ３にはリング線として 構成された給電線及び信号線が、また領域Ｃ４にはレーずダイオードが配置され ている。これらの素子は、それぞれの回路目的に容易に適合させることができる ので、詳しくは図示されていない。領域Ｃ２は、集積素子を収容するために用い しれる。これらの集積素子は、電気信号から、母線に伝送すべき情報を領域Ｃ３ のリング線に伝送する。

そして領域Ｃ３から、前記情報は、巌、路Ｌ１０．Ｌ２０・・・を介して外部へ 供給される。

ケーシングＢは、平面Ｐと少（とも１つのエッヂにとを有している。このニップ Ｋにより、その都度監視される装置に対して位置調整される。

第２図に示すサブストレートＣは、貫通孔ＣＩを有する。半導体プレートの場合 には多少費用がか力１す、化ラミックサグストレートの場合には比較的簡単に製 作可能なこの装置は、回転運動を片側力・ものみ与えられる場合に必要となる。

図示の実施例においてをま、レーずダイオードＬＤは、測定すべき軸Ａの軸プレ ートＷＰ上に配置されており、・サブストレートＣ上のラテラルセンサＣＦｉを 走査する。

第６図に、半導体センサ用の連動回路を示す。この回路は次のようＶＣ作動する 。ホトセンサとして構成された半導体センサＣＦ３に測定光ビームが当てられる と、演算増幅器ＯＰ３の入力側Ｅ３１及び出力１１１１Ａ３はプラスとなる。そ れにより線路ＬＧ１はプラスとなり、又演算増幅器ｏｐ２．ｏｐ４（及び他の偶 数の参照記号を有するすべての演算増幅器）を遮断する。偶数参照記号を有する ホトセンサは線路ＬＧ２と共に相応して作動する。

各ホトセンサは、上述のように作動し、その結果常にただ一つのホトセンサ及び それに所属の演算増幅器のみが付勢される。それにより一義的なコードが線路Ｌ ＩＯ，Ｌ２０・・に供給される。測定光ビームの位置は、それゆえ完全に表示さ れる。回路のすべての素子は、公知のように、サブストレート上に集積構成する ことができる。

第４図は、シンクに発信器を用いた、ラテラル運動用の簡単な発信器を示す。ラ ンク１５０は、装置１５１と連結されている。このランクは、ピニオン１５２を 駆動スる。このビニオン１５２は、角度発信器１５３と接続きれている。走査光 ビームＳ１は、その際角度発信器１５３のコード化された信号を発生する。

相応の歯車変速装置Ｚｉ・・・、１５４・、他の角度発信器１５５・・・及び他 の制御手段Ｓｉ・・により、それぞれの技術的に所望の長さは、マイクロメータ のディメンションに至るまで正確に測定できる。

第５図において、ホトトランジスタＣＦ１・・・は、方形の面Ｒ内に配置されて いる。各半導体センサに対しては、光導波線ＬＬｌ、Ｌｒ、２・・・が所属して おり、これらの光導波線は、・、光学的に密接に半導体センサに結合されている 。光導波線のそれぞれ別の端部は、図示の実施例においては、リング形の融路疋 接続されており、それゆえ角度測定のため（（用いることができる。しかし、測 定面のそれぞれ別の変換も可能であることは明らかである。

半導体センサが、磁電変換素子として、例え（まホール発生器として、又は容量 を制御できるＭＯ８ＦＥＴケ゛−トとして構成される場合、制御手段Ｓは、磁石 棒又（ま金属棒として構成し、機械回尾半導本センサの上方で案内しなければな らない。

既述の装置の他に、ラテラルセンサ用の他の装置を選定することができる。その ようにしても、本発明の課題の解決の原理は変わることはない。従って他の感光 センサ、例えばホール発生器、又は、制御剤の容量入力側を有するＭＯ８ＦＥＴ ケ゛−ト等を使用すること力玉できる。

第３図 特表昭５９−５００２８６　（５） 第４図 国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　指示又は制御手段を、線形に配置された構造体の上を案内し、指示又は制 御手段によって構造体の状態変化が指示可能であるディジタル長さ発信器におい て、構造体として、外部手段（Ｓ）によって制御可能な多数の半導体センサ（− ＣＦ　ｉ・・・）を幾何学的に整列してサブストレー）（Ｃ）上に配置し、該セ ンサが、外部へ導かれた電極（Ｌｌ・・・）を有することを特徴とする、ディジ タル長さ発信器。 −２，半導体センサ（ＣＦｉ・・・）Ｋ対して回路素子（Ｒ１・・・、ＯＰｌ・ ・・）を配属させた、請求の範囲第１項に記載のディジタル長さ発信器。 ３、回路素子（Ｒ１・・・、ＯＰｌ・・・）が、センサから発生される信号をコ ード化するための回路を特徴する請求の範囲第２項に記載のディジタル長さ発信 器。 ４、　センサ（ＣＦｉ・・・）が、電子素子（ＯＰｌ・・・）により、制御手段 によって走査されるセンサのうちの１つのみがその都度付勢されるようになって いる、請求の範囲第３項に記載のディジタル長さ発信器。 ５、半導体センサ（ＣＦｉ・・・）の幾何学的配置がリング状の曲線（Ｃ１）で ある、請求の範囲第１項に記載のディジタル長さ発信器。 ６、リング法の曲恵がらせん形である、請求の範囲第５項に記載の装置。 Ｚ　電子回路素子（Ｒ１・・・、ＯＰｌ・・・、Ｄｉ・・・）を半導体センサ（ ０，Ｆｌ）に対して半径方向に配置した、請求の範囲第５項に記載のディジタル 長さ発信器。 ８、　電子回路素子（Ｒ１・・・ＯＰｉ・・・Ｄｉ　）をサブストレートの２つ のエッヂとリング状の曲線とによって区切られたコーナに配置した、請求の祿“ 囲第５項に記載のディジタル長さ発信器。 ９　電子回路素子（Ｒ１・・・ＯＰｉ・・・Ｄｉ・・・）を中央に配置した、請 求の範囲第５項に記載のディジタル長さ発信器。 １０、半導体センサ（ａｐｌ・・・）及び電子回路素子（Ｒｉ・・・、ＯＰｌ・ ・・Ｄｌ・・・）に対する電気リード線（Ｌｌ　・）をりング練として構成し、 サブストレートＣＣ）上に配置した、請求の範囲第５項に記載のディジタル長さ 発信器。 １１、サブストレートを精密ケーシング（Ｂ）と一体に連結した、請求の範囲第 １項乃至第１０項のいずれかに記載のディジタル長さ発信器。 １２、サブストレー）（Ｃ）が内部孔（ｃ工）’に有する、請求の範囲第１項乃 至第１１項のいずれかに記載のディジタル長さ発信器。 １３、半導体センサ（ＣＦｉ・・・〕を磁磁電変換子として構成した、請求の範 囲第１項に記載のディジタル長さ発信器。 １４、半導体センサ（ＣＦｉ・・・）を、容量馨制御でき１６ るＭＯ８ＦＥＴケ゛−トとして構成した、請求の範囲第１項に記載のディジタル 長さ発信器。 １５、半導本センサをホトセンサ（ＣＦｌ　・）として構成した、請求の範囲第 １項に記載のディジタ、ル長さ発信器。 １６、ホトセンサ（ＣＦｉ・・・）を、測定面の変換のために、光学的に光導波 線（ＬＬｉ・−）に結合した、請求の範囲第１５項に記載のディジタル長さ発信 器。 １Ｚ　制御手段（Ｓ）が、レーずダイオード（ＬＤ）によって発生される光線で ある、請求の範囲第１５項に記載のディジタル長さ発信器。 １８、光源（ＬＤ）をサブストレート（Ｃ〕上に配置した、請求の範囲第１７項 に記載のディジタル長さ発信器。 １９、長さ一角度変換器（１５０−１５３−１５４）を設けた、請求の範囲第２ 項に記載のディジタル長さ発信器。