JPS6237329B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１次元に配列された受光素子アレイあ
るいは受光素子単体を利用した２次元デイジタル
振動計に関するものである。

従来の受光素子および光源を利用した２次元デ
イジタル振動計の概略構成を第１図に示す。第１
図において１は円形断面のバネ、２は振動系の質
量を兼ねた点的光源、３は平面的に配列された受
光素子アレイであり、この受光素子アレイ３は点
的光源２の静止位置を基準点としこれから放射方
向に一定の間隔をおきかつ同心円状に配列された
多数の受光素子よりなる。いま振動入力がある
と、点的光源２が受光素子アレイ３に対し相対的
変位を生じ、光の入射した受光素子から電気的信
号を取り出すことができるので、これにより振動
の大小、方向を検出することができる。

この様な従来の点的光源による振動計では、２
次元の信号を検出するためには、受光素子を前述
した如く平面的に配列した特殊な受光素子アレイ
を必要とする欠点があつた。

本発明は比較のものに見られた上記の如き欠点
に鑑み、汎用の受光素子を用いて２次元の振動検
出を行なえる２次元デイジタル振動計を提供しよ
うとするもので、その要旨とするところは、１次
元に配列された受光素子アレイと、前記受光素子
アレイに光を照射する光源と、前記受光素子アレ
イと光源との間に配設され光源からの光の透過部
と遮断部とをすくなくとも互いに２箇所の境界線
を有して設け該各境界線が前記受光素子アレイの
配列線と交叉し且つ互いに非平行をなし２次元の
変位入力に応じて変位する光学マスクとを有する
ことを特徴とする２次元デイジタル振動計にあ
る。

第２図乃至第５図は本発明の第１の実施例を示
すもので、図中従来例と同一構成部分は同一符号
をもつて表わす。第２図は本発明に係る振動計の
概略構成図で、１１はケース、１２は円形断面の
バネ１を介してケース１１の頂板内面から垂下さ
れた箱状の振動系質量、１３は振動系質量１２の
底部に取付けられた光学マスクであり、この光学
マスク１３には、第３図に示す如く振動系質量１
２内に設けられた光源２の光を透過する部分１３
ａと光源２の光を遮断する部分１３ｂとが後述す
るパターンをもつて形成されている。１４は１次
元に配列された後記受光素子アレイ１４ａと該受
光素子アレイ１４ａからビデオ信号を取出すため
の後記付属回路を内蔵した受光アレイ回路で、ケ
ース１１の底板内面上に光学マスク１３を介して
光源２と対峙する如く取付けられている。

上記の如き構成において、ケース１１に振動が
加わると振動系質量１２がケース１１に対し相対
的運動を生じ、従つて光学マスク１３を透過して
受光アレイ回路１４の受光素子アレイ１４ａに到
達する光源２の光のパターンが変化する。いま、
光遮断部１３ｂとして第３図に示す如く受光素子
アレイ１４ａの１次元の配列方向Ｘに対し45゜の
角度を持つた境界線ｒと、線ｒより90゜の角度を
持つた境界線ｓで形成されるパターン（扇形）を
考える。いま、受光素子アレイ１４ａの配列線Ｘ
と線ｒ，ｓとの交差点の振子運動に対する変化量
を△Ａ，△Ｂとすれば、Ｘ方向の相対変化量を△
Ｘ，Ｘ方向に直角なＹ方向の相対変化量を△Ｙと
して、(1)式が成立する。(1)式は第４図ａ，ｂ，ｃ
に示す如く、２次元の任意の方向への光学マスク
１３の移動に対して常に成り立つ。

△Ｘ＋△Ｙ＝△Ａ，△Ｘ−△Ｙ＝△Ｂ ……(1) 従つて(1)式より直ちに、 （△Ａ＋△Ｂ）／２＝△Ｘ， （△Ａ−△Ｂ）／２＝△Ｙ …(2) を計算してＸ，Ｙ両方向の振動入力を知ることが
できる。

次に、前述した装置によりデイジタル信号を取
り出すための回路ブロツク構成例を第５図に示
す。第５図において１４は第２図で示したのと同
様、１次元に配列された受光素子アレイ１４ａ、
受光素子アレイ１４ａの各素子を順次走査して素
子に照射した光量に応じたビデオ信号を直列的に
取出すための走査回路１４ｂ、走査回路を駆動す
るためのクロツク回路１４ｃよりなる受光アレイ
回路、２１はクロツク発振回路、２２は回路系の
シーケンスを制御する制御回路、２３はビデオ信
号に対し所定のしきい値を設定し、デイジタル的
な“０”，“１”の論理レベルで送出するレベル設
定回路、２４はレベル設定回路２３から直列的に
送出されるビデオ信号レベル“１”の信号をカウ
ントし２進並列信号として出力する２進カウン
タ、２５は光学マスクの初期位置（振動入力０の
位置）に相当する２進データをマニユアルで設定
する初期値設定回路、２６は２進カウンタ２４の
出力データと初期値設定回路２５の設定値に演算
を施こし△Ｘあるいは△Ｙを出力する演算回路で
ある。

次に動作を説明する。クロツク発振回路２１の
クロツク出力φ_０を受けて制御回路２２は、受光
素子アレイ１４ａの送査開始信号Ｓおよび走査用
クロツク出力φ_１を出力する。この信号により受
光素子アレイ１４ａは先端から順次走査され光学
マスク１３の位置に応じたビデオ信号をレベル設
定回路２３に送出する。レベル設定回路２３は光
学マスク１３の光の透過部１３ａにある受光素子
に対しては“１”の、光の遮断部にあるそれに対
しては“０”の論理レベルになるようにしきい値
に設定する。２進カウンタ２４は受光素子アレイ
１４ａの１走査中の前半と後半に分けて“１”の
レベルをカウントする。走査との同期は制御回路
２２よりの制御信号により行なわれる。初期値設
定回路２５には、走査の前半部および後半部にそ
れぞれ相当する初期値が設定される。演算回路２
６は、カウンタ２４のカウント終了後、そのデー
タとそのデータが走査の前半か後半かにより初期
値設定回路２５から選択して取込まれる初期値と
に演算を施こし、△Ｘ，△Ｙを交互に出力する。
演算回路２６は、△Ｘ，△Ｙ演算途中の△Ａ，△
Ｂを一時保持する機能等を有し、制御回路２２に
よりアレイ走査等とのタイミングを制御されなが
ら演算を実施する。

なお、振子系の固有振動数等の機械的な性能
は、振動計として要求される性能と受光素子アレ
イ１４ａを構成する各素子の配列間隔より定めら
れる。

また、振子に受光素子アレイを取付けケースに
光源および光学マスクを取付ける構成でも機能は
変わらない。

以上説明したように第１の実施例では、光学マ
スクを使用するため、１次元に配列された受光素
子アレイからＸ，Y2次元の振動出力を取出せる
利点がある。

また、この装置では、従来の点的光源による座
標面の“点”の認識に対し、“領域”の識認であ
るため、受光素子アレイを構成する素子と素子の
中間点に光学マスクの光の透過部と遮断部の境界
が位置しても信号を検出できる。

さらに、位置の変化量にのみ着目した信号処理
が可能であることは説明した通りであり、従つて
装置としてのダイナミツクレンジが許容される限
度において、光学マスクと受光素子アレイのＸ，
Ｙ方向の相対位置は初期的にずれを生じていても
かまわない。つまり実際の装置の組立作業は光学
マスクと受光素子の相対角度に注意するだけで良
く、きわめて容易である。

第１の実施例では、光の透過部と遮断部が直交
する２直線により形成された光学マスクで説明し
たが、第６図に示す如く受光素子アレイ１４ａの
素子配列方向に対しそれぞれ45゜，67.5゜，90゜
の角度で交差する直線ｒ，ｔ，s′により区分され
る光の透過部１３′ａ、遮断部１３′ｂ、半透過部
１３′ｃを設けた光学マスク１３′を使用すれば直
交するＸ，Ｙ方向の中間的な角度に対しても振動
を検出することができる。この場合第５図に示さ
れたビデオ信号に対するしきい値のレベル設定回
路２３は光学マスク１３′の各領域に応じて３段
階に判別できるように構成される。またその後の
信号処理回路もインプツトされる信号に適応して
構成される。第６図に示される光学マスク１３′
を使用した場合、第７図に示す如く直線Ｘとｒ，
ｔ，s′との交差点の変化量△Ａ，△Ｃ，△B′（第
７図中、符号ａ，ｂ，ｃで示す）は△Ｖなる光学
マスクの変位に対し次式で示される。

△Ａ＝△Ｘ＋△Ｙ，△Ｃ＝△Ｐ＋（△Ｘ−△
Ｙ）， △B′＝△Ｘ ……(3) 従つて、(3)式より、 △Ａ−△Ｘ＝△Ｙ，△Ｃ−△Ｘ＋△Ｙ＝△Ｐ
……(4) を得る。

ここで△Ｘおよび△Ｙは△ＶをＸ軸上およびＹ
軸上の成分に分解した場合の相対変化量であり、
また△Ｐは△ＶをＸ，Ｙ両軸に対して45゜傾斜し
た角度方向のＰ軸上での成分とＸ軸上での成分に
分解した場合のＰ軸上での光学マスク１３′と受
光素子アレイ１４ａとの相対変化量である。

以上説明した如く、光学マスクの光の透過レベ
ルや、その境界線を種々変化させて構成すること
により測定目的に応じた信号を検出することがで
きる。境界線は曲線であつても良く、この場合非
直線的な特性となる。

さらに、第８図に示すごとく、同心円状の光学
マスク１３″を使用することにより、２次元全方
位に対して同等の振動検出感度を有する、いわゆ
る全方位振動計を製作することができる。この場
合受光素子は唯１個でかまわないが、光学マスク
１３″と受光素子１４′の初期相対位置は、光学マ
スクを形成する同心円の中心に受光素子が位置す
るようにしなければならない。

なお、１３″ａ，…１３″ｅは徐々に光の透過度
が変化する同心円状の領域を表わし、各領域での
受光素子ビデオ出力に対し、レベル設定回路２３
では、各々しきい値を設け、論理レベル“０”，
“１”で出力するレベル設定回路２３′ａ，２３′
ｂ……２３′ｅが対応する如くなす。

振動レベルを判定するには各レベル設定回路の
論理出力を検出すれば良い。光学マスクの光の透
過レベルは受光素子の大きさおよびその分解能に
応じて細分化できる。

以上説明したように、本発明に係る２次元デイ
ジタル振動計によれば光学マスクを使用するた
め、１次元に配列された汎用の受光素子アレイか
らＸ，Y2次元の振動出力を取出せる。また、こ
の装置では、従来の点的光源による座標面の
“点”の認識に対し、“領域”の認識であるため、
受光素子アレイを構成する素子と素子の中間点上
に、光学マスクの光の透過部と遮断部の境界が位
置しても信号を検出できる。さらに、位置の変化
量にのみ着目した信号処理が可能であり、従つて
装置としてのダイナミツクレンジが許容される限
度において、光学マスクと受光素子アレイのＸ，
Ｙ方向の相対位置は初期的にずれを生じていても
かまわない。つまり実際の装置の組立作業は光学
マスクと受光素子の相対角度に注意するだけで良
く、きわめて容易である。さらにまた、光学マス
クの光の透過レベルや、その境界線を種々変化さ
せて構成することにより、測定目的に応じた信号
を検出することができる。

なお、本発明は本質的に２次元の変位ベクト
ル、あるいはその絶対値の検出であるため、２次
元の変位検出機能を要する各種機能器に利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するもので、第１図は
従来の２次元デイジタル振動計の概略構成図、第
２図乃至第５図は本発明の第１の実施例を示すも
ので、第２図は本発明に係る振動計の概略を示す
一部縦断正面図、第３図は光学マスクと受光素子
アレイとの対応関係説明図、第４図ａ，ｂ，ｃは
動作説明図、第５図はデイジタル信号取出回路の
ブロツク構成図、第６図は光学マスクの他の実施
例を示す第３図と同様の図、第７図は第６図の光
学マスクによる動作説明図、第８図は光学マスク
の更に他の実施例を示す説明図である。 ２……光源、１２……振動系質量、１３……光
学マスク、１３ａ……光の透過部、１３ｂ……光
の遮断部、１４……受光アレイ回路、１４ａ……
受光素子アレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １次元に配列された受光素子アレイと、 前記受光素子アレイに光を照射する光源と、 前記受光素子アレイと光源との間に配設され光
   源からの光の透過部と遮断部とをすくなくとも互
   いに２箇所の境界線を有して設け該各境界線が前
   記受光素子アレイの配列線と交叉し且つ互いに非
   平行をなし２次元の変位入力に応じて変位する光
   学マスクとを有することを特徴とする ２次元デイジタル振動計。