JPS6254120A - 変位検出装置 - 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、光を用いて回転量あるいＦｉ変位量を迅速に
検出する変位検出装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、例えば変位検出装置の一種であるロータリーエン
コーダにおいては、第１１図に示されるように所定の中
心角毎に異なる半径の位置に図中スクラッチで示される
スリット、又は開口部からなるデジタルパタンを有す円
板状のコード板９０１を図中一点鎖線で示されるケース
１に軸受２で保持された回転軸９００に同軸に取シ付け
、検出部９０２でコード板９０１の一方から光源によっ
てデジタルパタンめがけて光を照射して透過光を光セン
ナで検出することによりコード化された回転軸９０００
回転角の絶対値をデジタル信号で得ている。

このようなロータリーエンコーダでは検出さにる回転角
度の分解能を向上させるには、デジタルパタンの桁数を
増加させる必要があり、このためコード板９０１の直径
が大きくなり、装置が大型化して高価になる問題点があ
る。また、デジタルパタンをコード板９０１において中
径方向に細かく配設することで桁数を増加させた場合に
は、検出部９０２において光源や光センサの工作８度が
要求される。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みてなされたも
のでその目的とするところは、精度の高い絶対的な変位
位置の検知が迅速にできる小型の変位検出装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

上記問題点を解消するためになされた本発明は、所望の
領域で所定間隔に列設配置された複数の発光素子とこの
発光素子を順次点滅させ、かつ点滅させた前記発光素子
に固有の信号を順次出力する点滅回路と、前記発光素子
の列に沿って移動して酎 −記発光素子からの光を検知する受光素子と、前記点滅
回路から順次出力される前記信号を前記受光素子からの
検知信号に応答して外部へ出力する手段を具備してなる
ことを特徴とする変位検出装置である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発光素子からの光を検知した受光素子
に応答して光を出力した発光素子に個有の信号を出力で
きるので、小型の装置を用いて精度の高い絶対的な変位
位置の検出が迅速にできる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。尚、各図面を通じて同一部分には同一符号を付す
。第１図乃至第３図に示した本発明の一実施例は、ロー
タリーエンコーダに本発明を適用したものである。この
実施例において、第−図中一点鎖線で示される円筒形状
の外殻からなるケース１の上面中央には軸受３によって
該正面に対して垂直方向に回転軸２がケース１内に挿入
されてｂる。この回転軸２は図示せぬ被測定物の回転軸
と同軸的に回転し、またケースｌ内の回転軸２先端には
、一端を同転軸２に支持され、他端が回転軸２の軸心回
りを回転軸２と共に回転する回転部材４が固定されてい
る。ケース１内の下面にはセラミックス等からなる正方
形状の半導体チップ５が敷かれており、この半導体チッ
プ５上で回転軸２の軸心が交わる部分には受光素子であ
るフォトトランジスタ６が配設されている。さらに半導
体チップ５上では、フォトトランジスタ６を中心として
円周上に複数の発光素子である発光ダイオード７が回転
部材４の他端下部に位置するように配置されている。す
なわち、回転部材４の半導体チップ５に対向する面には
第２図に示されるようなプリズム１０が配置されていて
、！ＪＪ数の発光ダイオードのうちの一つである発光ダ
イオード７１から照射された光は、発光ダイオード７１
上方に対向する回転部材４、他端に傾斜して配置された
プリズム１０のＫｌの反射面９で反射する。

そしてこの反射光は、フォトトランジスタ６上方に対向
する回転部材他端に傾斜して配置された第２の反射面８
で反射して、フォトトランジスタ６に入射する。ここで
、発光ダイオード７は半導体チップ５上に構成きれた図
示せぬ回路によって円周上に並んだ発光ダイオード７０
点灯する位置が回転するように順次点滅しており、ある
一つの発光ダイオード７．１の照射光が回転部材４を介
してフォトトランジスタ６へ入射すると、上記回路から
はその照射光を発した各発光ダイオード７個有のデジタ
ル信号を出力する。以下、上記回路による各発光ダイオ
ード７に対して個別に割り合てられたデジタル信号の出
力過程を第３図を参照して説明する。

半導体チラシ５上では、発光ダイオード７上に上記回路
中に備えた点滅回路によって発光ダイオード７０点灯す
る位置が一方向に順次点滅していくように電流が供給さ
れている。すなわち、＠部器３０１からのクロック回数
を発光ダイオード７の数ｎ個と同じｎ進のカウンタ３０
２で計数し、デコーダ３０３へその計数値に相当するデ
ジタル出力信号を送出する。デコーダ３０３では、カウ
ンタ３０２の計数値に相当する発光ダイオード７を順次
点滅させていく。このように点滅した任意の発光ダイオ
ード７０光は、回転部材４に配置されたプリズム１０の
反射面８，９を介して、入射したフォトトランジスタ６
によって検知される。光を検知したフォトトランジスタ
６からはコレクター間流が流れホトダーリントン３０４
で電流増巾きれ、直流電源Ｖｃｃに直列接続てれた抵抗
３０５をアースに短絡する。抵抗３０５を短絡すること
によって得られる負理論の出力である負のパルスは、レ
ジスタ３０６に入力される。レジスタ３０６では、この
負のパルスを入力すると、カウンタ３０２の計数値を保
持してその計数値に相当するデジタルの出力信号を出力
する。カウンタの計数値は個々の発光ダイオード７と対
応しているので、レジスタ３０６から出力された出力信
号は、回転軸２の回転角度を絶対値示す角度信号である
。

このように、被測定物の回転に連動して回転軸２が回転
部材４を伴って回転した結果〆ある発光ダイオード７か
らの光がこの回転部材４に備えたプリズム１０の反射面
８，９を介してフォトトランジスタ６によって検知され
ると、この検知した光を発した発光ダイオード７に個有
のデジタル信号が得られるので、回転軸２の回転角度を
絶対角として検出することができる。また、発光ダイオ
ードやフォトトランジスタ６、さらには各発光ダイオー
ドに個有のデジタル信号を発生させる回路を同一の半導
体チップ上に集積回路として一体に設けているので、集
積回路の特徴として各素子を正確に高密度で実装するこ
とができ、検出精度を大幅に向上した超小型で軽量なロ
ータリーエンコーダを実現することができる。

以上記述したように、本発明の実施例の構成は本発明の
技術範囲を逸脱することなく、種々の変形を加え得るこ
とは明らかである。

例えば、前述の実施例においてレジスタ３０６から出力
される検出角度を示すデジタル信号は並列の出力信号で
あるが、これを直列信号に変換して出力することもでき
る。すなわち第４図に示されるように、レジスタ３０６
からの各出力はパリティ検査回路４０１でパリティ検査
され、そのパリティ検査信号４０２と角度検出信号４０
３ａ、　４０３ｂ、　４０３ｃ・・・・・・？　４０３
ｎにスタート信号４０４と、ストップ信号４０５とを付
加してシフトレジスタ、またはマルチプレクサ４０６で
直列信号として出力する。

また、光センサとしてはフォトトランジスタの他にホト
ダイオードやｃｄｓ、　ｐｄｓ等の光電体および光起電
力の素子で構成してもよい。

その他、半導体チップ上に配置すれる発光ダイオードお
よびフォトトランジスタ配置は、前述の実施例に限定さ
れることなく、例えば第５図に示されるような配置でも
よい。すなわち、半導体チップ５０５上には回転＠２の
軸心が交わる点を中心として２つの同心円周上外側に複
数のフォトトランジスタ５０７を配置し、内側の同心円
周上に各フォトトランジスタ５０７に対応して発光ダイ
オード５０６を半径方向に同一線上に並ぶように配置し
て、−組のフォトトランジスタ５０７と発光ダイオード
５０６との間で対向する回転部材５０４に形成されたプ
リズム５０８によって点滅する発光ダイオード５０６か
ら発する光をフォトトランジスタ５０７へ伝達する。こ
の例では、第６図にも示されるようにフォトトランジス
タ６が入射光を検知することにより発生させる負のパル
スは一つのｎｏｒ回路６０１に入力されており、このｎ
ｏｒ回路６０１から出力さレル正のパルスをレジスタ３
０６へ送出する。正のパルスを入力したレジスタ３０６
はカウンタの計算値を外部へ出力する。

このようなフォトトランジスタ５０７と発光ダイオード
５０６の配置により、半導体チップ中央に比較的広い領
域が確保されるので、デジタルの角度信号を生成するた
め等の回路を容易に設計配置できる。

さらに、その他の変形例としては第７図に示されるよう
に半導体チップ７０５上に一つの円周上知複数の発光ダ
イオード７０７が等間隔に配λされ、軸受７０３によっ
て支持された回転・紬７０２の側面には帯状の電極リン
グ７１１が２つ平行して巻きつけられており、これら成
極す／グア１１はぞれぞれ回転部材７０４先端で発光素
子に対向配向−サれたフォトトランジスタ７０（ｉの電
極となっておシ、それらは図中点線で示されるリード線
７０８　、７０９によって接続されている。フォトトラ
ンジスタ７０６は、トランジスタ１゛と電１叡リング７
１１を介してホトダーリントンを賛成しており、このト
ランジスタＴけ１極リング７１１に接する板７１０を介
して７ｔトトランジスタ７０６に接続している。すなわ
ちフォトトランジスタ７０６が光を検知するとコレクタ
電流がトランジスタＴＫ流れ、トランジスタＴは抵抗Ｒ
ｓ　ヲアースへ短絡するので負のパルスＰヲ？ｆ％ルこ
とかできる。然してこの負のパルスＰは、レジスタ３０
６へ送出される。このような構成により、発光ダイオー
ド７０６が回転軸７０２に連動して円周上に配置された
発光ダイオード７０７上を周（ロ）するので、半導体チ
ップ７０５上にフォトトランジスタを配置する必要がな
く、半導体チップ７０５上の回路構成を簡易なものにす
る。また、本発明はＩＪ　エアエンコーダとしての適用
も可能である。−例をあげるならば、すなわち第８図に
示されるように長方形の半導体チップ８０１上には複数
の発光ダイオード８００を長手方向−列に一定間隔で配
設し、半導体チップ８０１上方長手方向に導電性物質か
らなる２本の角柱からなるリニアガイド８０３を平行に
敷設する。そして、このリニアガイド８０３を電極とし
たホトダーリントンからなるフォトトランジスタ８０５
を個々の発光ダイオード８００に対向した状態で直線移
動するように、フォトトランジスタ８０５を保持した直
線移動子８０４をリニアガイド８０３に摺動可能に係合
している。然して、発光ダイオード８００は順次点滅し
ているので、任意の箇所の発光ダイオード８００の光を
７ｔトトランジスタ８０５が検知すると電源ＶＣＣＫ接
続された抵抗８０２はアース８０６に短絡され、負のパ
ルスＰがレジスタ３０２へ送出される。その結果、レジ
スタ３０２からは光を検知した発光ダイオード８００個
有のデジタル信号が出力されるので、これよシフナトト
ランジスタ８０５を保持した五線移動子８０４の位置を
検出することができる。

ここで本実施例中、発光ダイオード６からフォトトラン
ジスタ７への光の伝達は回転部材４に固定したプリズム
を用いているが、第９図および第１０、図に示きれるよ
うに、回転部材４に保持された光ファイバ９０．９１を
用いて、発光素子から照射される光を受光素子へ直接導
くこともできる。

このように光７アイパー９０．９１　を用いることによ
）、より正確な発光ダイオード６からフォトトランジス
タ７への光の伝達を実現できる。尚、プリズムの反射面
にミラーを配置しても光の伝達は可能である。また反射
面あるいけミラーは焦点を持たせるように構成すれば、
さらに確実に動作するようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で、ロータリーエンコーダに
適用した場合の構成を示す透視斜視図、第２図は同実施
例の断面図、第３図は同実施例における信号処理の回路
を示す回路図、第４図は同実施例で出力される連列信号
を直列信号に変換する回路構成を示すブロック図、第５
図は同実施例の変形例を示す図、８６図は同変形例の信
号処理の回路を示す回路図、第７図乃至第８図は同実施
例の変形例を示す斜視図、第９図乃至第１０図は受発光
素子間の光伝達路に光ファイバをｍ−た場合の構成を示
す断面図、第１１図は従来例のロータリーエンコーダの
構造を示す透視斜視図である。 ２・・・回転軸、４・・・回転部材、５・・・半導体チ
ップ、６・・・７ｔトトランジスタ、７・・・発光タイ
オード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所望の領域で所定間隔に列設配置された複数の発光素子
   と、この発光素子を順次点滅させかつ点滅させた前記発
   光素子に個有の信号を順次出力する点滅回路と、前記発
   光素子の列に沿って移動して前記発光素子からの光を検
   知する受光素子と、前記点滅回路から順次出力される前
   記信号を前記受光素子からの検知信号に応答して外部へ
   出力する手段を具備してなることを特徴とする変位検出
   装置。