JPS6254124A

JPS6254124A - 変位検出装置

Info

Publication number: JPS6254124A
Application number: JP19312085A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Arimura; 有村　芳昭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-03
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1987-03-09

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は変位量を検出する
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、ｗＪ９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きれる
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
ＩＩ／ｃ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
センサで検出することこよシコード化された回転軸９０
６の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、検出される回転角度の
分解能を向上させるにはデジタルパタンの桁数を増加き
せる必要があシ、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において半径方向に
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精度が要求され
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、精度の高い絶縁的な変位
位置の検知が迅速にできる小皺の変位検出装置を提供す
ることだある。

〔発明の概要〕

上記問題点ＩＣｆ！ｔｉみてなされたもので本発明は、
所望の領域に所定間隔に列設配置された検数の受光素子
と、各々の前に受光素子へ光を照射する光源と、前記受
光素子の列に沿って移動し、それぞれの前記受光素子へ
の前記光源からの光を順次遮る遮蔽物と、この遮蔽物に
よって前記光源からの光を遮られた前記受光素子に個有
の信号を出力する回路とから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、光源からの光を遮ぎられた受光素子に
応じてその受光素子に個有の信号が出力されるので、小
型の装置を用すて精度の高い絶対的な変位位置の検出が
迅速にでなる。

〔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と付
す。第１図乃至第４図に示しだ一実施例は、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１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、該平面に
対して垂直方向に被測定物の回転軸と同軸的に回転する
回転’Ｐｉｌｌ　２が軸受３によってケース１を１１通
するように保持されている。そして、ケース１内の回転
軸３には、一端を回転軸２に固定され、他端が回転軸２
の軸心回りを回転する遮蔽物でちる回１級部材４が固定
されている。ケース１上面および下面内偵１のケース１
内には、回転軸２が貫油した状態で正方形状の半８体チ
ーツブ等からなる基板４・１．４・２が保持されている
。

両基板４・１，４・２上には、さきの回転軸２の周りを
１転する回転部材４、他端の先端部が狭まれるように発
光素子５と受光素子６とがそれぞれ対向して、基板４・
１．４・２０円周上に等間隔で配置されている。ａ数の
発光素子５け図示せぬ電源により常に点灯しておシ、対
向する受光素子６に光を照射している。そして被測定物
の回転に連れて回る回転軸２と共にケース１内を周回す
る回転部材４の先端部は、各発光素子５から対向する受
光素子３へ入射する光を順次遮る。このように複数の発
光素子のうちの一つである発光素子５からの入射光を回
転部材４によって遮られた受光素子５は基板上に構成さ
れた図示せぬ回路により検出され、この回路から各受光
素子５１Ｃ個有のデジタル信号ずなわち角度検出信号が
出力される。以下、前記回路によるデジタル信号の出力
過程を第２図を参照して説明する。

基板４・１上に配置された発光素子５は、電源Ｖｃｃに
より抵抗ＲＬを介して接続され点灯しており、この各発
光素子５・７，５・２．・・・、５・ｎから対向する受
光素子６・１，６・２．・・・、６・ｎへそれぞれ光が
照射されている。受光素子は感度の良いホトダーリント
ン２０２で構成され、発光素子５・１，５・２゜・・・
、５・ｎから光を照射されている受光素子６・１゜・・
・、６−ｎはホトダーリントンのコレクターに電源電圧
Ｖｃｃから抵抗几１．・・・、　Ｒｎを介して電流が流
れ抵抗Ｒ４，・・・、　Ｒｎをアース２０１に短絡する
。短絡された抵抗Ｒ１＝　Ｒ２？・・・、Ｒｎからは負
理論の光検出信号が発生し、ＮＡＮＤ回路２０５’Ｌ　
”・ｔ　２０５−ｎで反転され、正理論の検出信号とし
て出力される。

一方、発光素子５・１，５・２．・・・、５・ｎからの
光を１光されている受光素子６・１．６・２．・・・、
６・ｎのホトダーリントンのコレクターには電流が流れ
ないので、抵抗Ｉ（・１．Ｒ・２．・・・、Ｉｔ−ｎに
電源Ｖｃｃの電圧が出力され、ＮＡＮＤ回路２０５−１
．２０５・２．・・・、２０５・ｎで反転する。

すなわちＮＡＮＤ回路２０５・１．２０５令２．・・・
、２０５・ｎの出力は受光素子６・１，６・２．・・・
、６・ｎが発光素子５で照射１れていれば高レベルとな
り、遮光さの遮光信号となる。

ＮＡＮＤ回路２０５＠１１２０５＠２９　・・ｔ　２０
５’ｎ　（７）出力は、受光素子６毎に異なる固有の番
号を発生するような図中点線で示されるダイオード群Ｌ
ｌ、　Ｌ２゜・・・、Ｌｎにそれぞれ接続され、ダイオ
ード群のアノ−ドは、デジタル信号の桁数に対応する抵
抗面・ＩＲｏ−２，Ｒｏ・３．・・・、　Ｒｏ・ｎに接
続されている。

負理論の遮光信号がＮＡＮＤ回路２０５・１，２０５・
２゜・・・、２０５・ｎから出力されると、ダイオード
群Ｌｌ。

Ｌ２＋　・＝　、Ｌｎを介して抵抗Ｒｏ　−１，Ｒｏ　
参２．　Ｒｏ　・３ｔ　−＊ＲＯ・ｎはアース２０１に
短絡される。この際に抵抗・・・、Ｎ−ｎで反転されて
正理論のデジタル信号となる。

次に具体的な例を引用して上述した回路から回転部材４
によって入射光を遮ぎられた受光素子６に、個有のデジ
タル信号が出力される様子を説明する。

被測定物の回転と同軸に回転軸２が回転部材４を伴って
回転すると、回転部材４はその先端部において各発光素
子５から対向する受光素子６へ入射する光を順次遮る。

この時に例えば、回転部材４が図中に示される発光ダイ
オード訃２から受光ダイオード６・２への光路を遮ると
、受光素子６・２のコレクター電流が遮断され、抵抗Ｒ
２はアース２０１に短絡された状態から開放され、かわ
シに電源Ｖｃｃの電圧が出力される。そしてＮＡＮＤ回
路２０５・２の出力は零となり、ダイオード群Ｌ２を介
して抵抗）１０・２．ＲＯ・３．・・・、ＲＯ＠ｎがア
ース２０１に短絡される。短絡された抵抗ＲＯ・２．　
Ｒ，ｏ・３．・・・。

Ｒｏ−ｎから得られた負理論の信号は、　ＮＡＮＤ回路
Ｎ・１．　Ｎ−２，Ｎ・３．　・＝　、　Ｎ−ｎ　ヘそ
れぞれ’１．　Ｏ，Ｏ，−。

ｏ’として入力され、このＮＡＮＤ回路Ｎ・１．Ｎ・２
゜Ｎ・３．・・・、　Ｎｏｎは入力した負理論の信号を
反転し正理論の信号をそれぞれ’０．１．１．・・・、
１′として出力する。

このように、回転軸２によって回転する回転部材４がそ
の先端部で各受光素子に入射する光を順次遮シ、遮光さ
れた受光素子からはその受光素子に個有のデジタル信号
が出力されるので、このデジタル信号をもとに遮光され
た受光素子を決定し、もって回転軸２の回転位置すなわ
ち回転角を絶対角として検出することができる。また、
発光素子や受光素子さらには各受光素子に個別に割り合
てられた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、半導
体集積回路の特徴として発光素子や受光素子さらには角
度検出のための回路を正確に高密度配置することができ
る。したがって、検出精度を大幅に向上した超小型超軽
量なロータリーエンコーダを実現できる。さらに、本実
施例の構成によれば回転軸の末端の他に回転軸の中間部
分に装置を組み付け、回転量を検知することができる。

尚、本実施例中で用いられる受光素子は、フォトトラン
ジスタやホトダイオードやｃｄｓ、　ｐｄｓ等の光電体
および光起電力の素子などで構成される。

以上、記述した実施例に対して本発明の技術範囲を離れ
ることなく各種変更を加え得ることは容易である。例え
ば、回転部材４を用いずに第３図に示されるように同図
中一点鎖線で示される円周上を並ぶ発光素子５、および
受光素子６に狭まれ蓼゛るように配置され、中ψ部を回転軸２に固定された透明
な円板３００に図中スクラッチで示される透明な部分３
０１を設け、この不透明な部分によって個々の発光素子
５から対向する受光素子６へ入射する光を順次遮ぎるよ
うに構成してもよい。また第４図に示されるように、ケ
ース１内の一方の半導体チップ４００上に、図中一点鎖
線で示される２つの同心円上で内側（外４Ａ１１　）の
同心円上には複数の発光素子４０１を円周上等間隔に配
置し、外側（内側）の同心円上には各発光素子４０１と
一対で、半径方向に一直線上に並ぶように受光素子４０
２を配置する。そして、軸受３で支持される回転軸２に
は一部切欠を有する円板４０３が半導体チップ　　　　
□４００とは平行に、かつ円周上に配置された受光素子
を咎うようにその中心部を固定される。さらに円板４０
３０半導体チップ４００に対向する面を光反射面として
、発光素子４０１から照射される光が前記光反射面で反
射して対になる受光素子４０２へ入射するようにする。

すなわら、第５図に示されるようにとある発光素子５０
１から照射された光は、対向する光反射面で反射して対
になる受光素子５０２に入射するが、円板４００に形成
された切欠部４０５が発光素子５０１および受光素子５
０２上に対向した場合には、発光素子５０１から照射さ
れた光は受光素子５０２に入射しない。従って、この一
対の受光素子５０２および発光素子５０１を検出するこ
とにより回転軸２０回転角を決定できる。

さらに第６図乃至第７図に示されるように、本発明の変
位検出装置はリニアエンコーダに適用することも可能で
ある。すなわち、平行に延長された一組のＩＪ　＝アガ
イド６０１．６０２にはそれぞれ発光素子６０３および
受光素子６０４が平行等間隔で設けられ、一方のリニア
ガイド６０１側の各々の発光素子６０３は他方のＩＪ　
ニアガイド６０２側の受光素子６０４とそれぞれ対に々
って対向するよう配置されている。そして各々の発光素
子６０３は常時点灯し、対向する受光素子６０４へ光を
照射しており、リニアガイド６０１．６０２に係合して
摺動する直線移動子６０５によって、各発光素子６０３
から受光素子６０４へ入射する光は順次遮断される。

仁のような構成によυ、発光素子６０３からの光を検知
しない受光素子６０４を検出すれば、直線移動子の位置
を検出することができる。

尚、本実施例では遮光された受光素子を示す各受光素子
に個有のデジタル信号すなわち角度検出信号は並列の出
力信号として得られるが、直列信号に変換して出力する
ことも可能である。すなわち、第８図に示されるようＫ
　ＮＡＮＤ回路Ｎ・１．Ｎ・２、　Ｎ・３．・・・、　
Ｎｏｎからの各出力はパリティ検査回路８０１に入力さ
れてパリティ検査され、そのパリティ検査信号８０２と
、角度検出信号８０３・ａ、　８０３・ｂ８０３・Ｃ１
・・・、８０３・ｎにスタート信号８０４とストップ信
号８０５とを付加してシフトレジスタ（あるいはマルチ
プレクサ）８０６に入力して直列信号８０７として出力
する。

このようにレジスタから出力される並列信号は直列信号
に変換して出力することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で、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
においてデジタル信号を出力させる回路を示す回路図、
第３図乃至第５図は同実施例の変形例の構成を示す図、
第６図はリニアエンコーダに本発明を適用した場合の構
成を示す斜視図、第７図は第６図中１方向から見て一部
切欠いて示した断面図、第８図は並列信号で出力された
デジタル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９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・・・発光素子
、６・・・受光素子。

Claims

【特許請求の範囲】

所望の領域に所定間隔に列設配置された複数の受光素子
と、各々の前記受光素子へ光を照射する光源と、前記受
光素子の列に沿って移動し、それぞれの前記受光素子へ
の前記光源からの光を順次遮る遮蔽物と、この遮蔽物に
よって前記光源からの光を遮られた前記受光素子に個有
の信号を出力する回路とからなることを特徴とする変位
検出装置。