JPS6344118A - 変位スイツチ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光ビームが照射された被測定物体からの反
射光を用いて被測定物体の距離又は変ＩＩ２を検知する
変位スイッチに関し、特に構成を簡略化してコストダウ
ンを実現すると共に、耐ノイズ性を向上した変位スイッ
チに関するものである。

［従来の技術］ 第３図は、例えば特公昭５６−１０５６１号公報及び特
公昭５９−７６２号公報に記載された、従来の変位スイ
ッチを示すブロック図であり、図において、（１）は光
源駆動回路である。（２）は光源駆動回路（１）により
パルス駆動される光源であり、レーザダイオード又は発
光ダイオード等からなっている。（３）は光源（２）か
ら放射される光ビームＬを細い照射光ビームＬ１にする
投光レンズである。（４）は照射光ビームＬ１が照射さ
れる被測定物体であり、照射光ビームＬｌの照射方向と
一致する矢印Ａ又はＢ方向に一次元位置が変位するよう
になっている。

（５）は被測定物体（４）からの反射光（散乱光）Ｌ２
を収束する集光レンズ、（６）は集光レンズく５）を介
した反射光Ｌ３が照射される位置検出素子、（７）及び
（８）は位置検出素子（６）から出力される２つの電気
信号即ち電流信号ｉ、、ｉ２をそれぞれ電圧信号ｖ１、
■２に変換するＩＶ変換器であり、これらは光源駆動回
路（１）、光源（２）及び投光レンズ（３）と共に検出
ヘッド部Ｈを構成している。

（９）及び（１０）はＩＶ変換器（７）、（８）から出
力される電圧信号■１、■２を増幅する増幅器、（１１
）は増幅された電圧信号ｖ１及びｖ２の和を演算して加
算電圧Ｖａとして出力する加算回路、（１２）は増幅さ
れた電圧信号ｖ１及びｖ２の差を演算して減算電圧Ｖｄ
として出力する減算回路、〈１３）は減算回路（１２）
及び加算回路（１１）の各電圧Ｖｄ及びＶａの電圧比Ｒ
を求める除算器、（１４）は電圧比Ｒを変位信号として
出力する出力端子であり、これらは処理部Ｍを構成して
いる。

次に、第３図に示した従来の変位スイッチの動作につい
て説明する。まず、光源（２〉から放射された光ビーム
しは、投光レンズく３）を介して細い瞭射光ビームＬ１
となって被測定物体（４）に照射される。

一般に、被測定物体（４）の表面は鏡面ではないので、
照射光ビームＬ１は稚々の角度の反射光し２となって散
乱される。従って、照射光ビームＬ１の光軸とは異なる
方向から、被測定物体（４）上に明るい光のスポット即
ち光点が観測される。集光レンズ（５）は、照射光ビー
ムＬ１とは異なる方向に散乱する反射光１，２を受け、
位置検出素子（６）上に光点の像を形成する。

位置検出素子（６）は、受光面上に形成された光点の像
の位置に応じて、一対の光電流を電流信号ｉ４．１２と
して出力する。この電流信号ｉ３．１２は、ＩＶ変換器
（７）、（８）により各電流信号１１．１２の大きさに
比例した電圧したＶ３、ｖ２に変換され、更に処理部Ｍ
に送られ、増幅器（９）、（１０）により増幅される。

増幅された電圧信号ｖ１、ｖ２は、加算回路（１１）及
び減算回路（１２）に入力され、電流信号ｉ５．１２の
和（ｉ＋＋ｉｔ）及び差（ｉｌ　　ｉ２）に比例した加
算電圧Ｖａ、′ｇ算電圧Ｖｃｌが得られる。更に、除算
器（１３）は各電圧Ｖｄ及びｖａノ電圧比Ｒ（＝　Ｖｄ
／　Ｖａ）　ヲＭ　Ｘ　Ｌ、出力端子（１４）から出力
する。この電圧比Ｒは、Ｒ＝Ｖｄ／Ｖａ ＝　（Ｌ−Ｖ２）／（Ｖｌ＋ｖ２） ＝　（＋＋　　　ｉｔ＞／　（ｉ＋　＋　ｉｚ）となる
、つまり、電流信号ｉ２．１２の差及び和の比となる。

この電圧比Ｒは、被測定物体（４）と検出へ・ンド部Ｈ
との間の距離に比例しているので、所定の設定値と比較
することにより、被測定物体（４〉が所定距離内に接近
しているか、又は所定距離より遠ざかっているかを検知
することができる。従って、出力端子（１４）から出力
される信号即ち電圧比Ｒは、被測定物体（４）の−次元
位置の変位測定用の制御信号として利用されている。

一般に、除算器（１３）は専用の割算回路ＩＣや演算増
幅器を用いて構成されているが、回路自体の割算精度は
１％程度であり、光源（２）の光量の低下、空気中のほ
こり、位置検出素子（６）の受光面の汚れ及び光検出感
度のバラツキなどで加算電圧Ｖａのレベルが低下すると
演算誤差が増大するうえ、周波数特性も悪い、しかし、
これらを改善した割算器を用いようとするとコストアッ
プとなってしまう。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の変位スイッチは以上のように、位置検出素子〈６
）及び除算器（１３）ｅ用いており、又、検出ヘッド部
Ｉ（において電気信号を出力しているので、位置検出素
子（６）から出力される２つの電気信号をアナログ増幅
し且つ割算処理しなければならず、回路が複雑で高価に
なるうえ、耐ノイズ性が悪いという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するなめになされ
たもので、回路構成を簡単にして安価で耐ノイズ性のよ
い変位スイッチを得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る変位スイッチは、光源及び光源駆動回路
を処理部内に設けると共に、光源から放射された光ビー
ムを検出ヘッド部に伝達して被測定物体に照射する投光
用光ファイバと、被測定物体に照射された光ビームの反
射光を受光して処理部に伝達する２つの受光用光ファイ
バと、これら２つの受光用光ファイバを介した反射光を
それぞれ電気信号に変換する２つの受光器と、これら２
つの電気信号を比較して被測定物体の変位を検出するコ
ンパレータと、２つの受光用光ファイバに対する反射光
の光点位置を調整する調整手段とを備えたものである。

［作用］ この発明においては、反射光の光点が、予め調整された
２つの受光用光ファイバの位置まで変位すると、コンパ
レータの出力が反転して被測定物体が所定の位置まで変
位したことを検出する。又、検出ヘッド部で電気信号が
出力されないので、耐ノイズ性が向上する。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す回路図であり、（１）〜
（５）は前述の従来装置と同様のもヅ）である、但し、
光源駆動回路（１）及び光源（２）は処理部Ｍ内に配置
されている。

（１５）は光源（２）から放射される光ビーム■−を検
出ヘッド部Ｈに伝達する投光用光ファイバである。

（１６）及び（１７）は反射光Ｌ３を受光して処理部Ｍ
に伝達する２つの受光用光ファイバであり、反射光Ｌ３
の変位方向に沿って配置されている。　（１８）は２つ
の受光用光ファイバ〈１６）及び＜１７）を支持固定す
る取付台である。

（１９）は取付台（１８）に螺合された調整ネジであり
、２つの受光用光ファイバ（１６）及び（１７）を反射
光Ｌ３の変位方向に移動させる位置決め手段を構成して
いる。

（２０）及び（２１）は２つの受光用光ファイバ（１６
）、（１７）を介した反射光Ｌ３をそれぞれ電気（電流
）信号に変換する２つの受光器、（２２）及び（２３）
は各受光器（２０）、（２１）からの電流信号を電圧信
号ｖ１、ｖ２に変換するＩＶ変変器器ある。

（２４）は２つの電圧信号ｖ１、■２を比較するコンパ
レータであり、各電圧信号■１、■２の大きさに応じて
出力を反転するようになっている。（２５）はコンパレ
ータ（２４）の出力端子でりる。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

まず、調整ネジ（１９）を回すことにより、所望の変位
検出位置に対応するように、２つの受光用光ファイバ（
１６）及び（１７）の位置を設定する。

前述と同様に光源（２）からパルス的に放射された光ビ
ームＬは、投光用光ファイバ（１５）を介して検出ヘッ
ド部Ｈに伝達される。そして、投光レンズ（３）により
収束されて被測定物体（４）に照射される。被測定物体
（４）に照射された光ビーム１，１は散乱されて反射光
Ｌ２となり、更に集光レンズ（５）により集光され、反
射光Ｌ３となって再び検出ヘッド部Ｈに入力される。

この反射光Ｌ３は２つの受光用光ファイバ（１６）、〈
１７）の端面に光点となって照射され、受光用光ファイ
バ（１６）、（１７〉を介して処理部Ｍに伝達される。

そして、２つの受光器（２０）、（２１）にそれぞれ入
力される。

いま、反射光Ｌ３の光点の中心が受光用光ファイバ（１
７）側に偏っていたとすると、受光用光ファイバ（１６
）より受光用光ファイバ（１７）に入射する光量の方が
大きいので、受光器（２０〉で変換される電流信号より
受光器（Ｚｌ）で変換される電流信号の方が大きくなる
。従って、ｒｖ変喚器（２２）、（２３）を介した電圧
信号■１、■２の関係はＶｌ＜Ｖ２となり、コンパレー
タ（２４）の出力は、例えばオンとなって出力端子（２
５）から出力される。

ここで、被測定物体（４）が矢印Ａ方向に変位して検出
ヘッド部Ｈに接近したとすると１反射光Ｌ３の光点は受
光用光ファイバ（１６）側に移動する。もし、反射光Ｌ
３の光点の中心が各受光用光ファイバ（１６）、（１７
）の中間点を越えると、各受光用光ファイバ（１６）、
（１７）を通過する反射光Ｌ３の光量は逆転し、電圧信
号ｖ１、ｖ２の関係はν１〉■２となる。従って、コン
パレータ（２４）の出力はオフに反転し、出力端子（２
５）から出力される。

このように、コンパレータ（２４）の出力の反転動作は
、出力端子（２５）から取り出され、被測定物体（４）
が所定の変位検出位置内にあるか、又は変位検出位置か
ら逸脱して接近しすぎたかを検知することができる。

尚、上記実施例では、１つの調整ネジ（１９）を用いて
２つの受光用光ファイバ（１６）及び（１７）を−緒に
移動して位置決めする場合について説明したが、各受光
用光ファイバ（１６）、（１７）にそれぞれ取付台（１
８）及び調整ネジ（１９）を別個に設け、複数の変位検
出位置の範囲を可変にしてもよい。

又、位置決め手段が、２つの受光用光ファイバ（１６）
、（１７）に設けられた調整ネジ（１９）である場合に
ついて説明したが、第２図のように２つの受光用光ファ
イバ（１６）、（１７）の位置を固定し、集光レンズ（
５）と受光用光ファイバ（１６）、（１７）との間にミ
ラー（２６）を設け、図示しない調整ネジ等によりミラ
ー（２６）を反射光Ｌ３の変位方向に沿って移動又は回
転させるようにしてもよい、この場合、反射光Ｌ３は一
旦ミラー（２６）で反射されて受光用光ファイバ（１６
）、り１７〉に入射されるが、被測定物体（４）の変位
に関する反射光Ｌ３の変位方向等の動作については、第
１図の場合と同様である。

更に、位置決め手段として、投光用光ファイバ（１５〉
と投光レンズ（３）との間にミラー（図示せず）を設け
、このミラーを移動又は回転するようにしてもよい、こ
の場合、投光用光ファイバ（１５）からの光ビームＬの
方向は、被測定物体（４）の変位方向Ａ、Ｈに対して斜
めになることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、光源及び光源駆動回路
を処理部内に設けると共に、光源から放射された光ビー
ムを検出ヘッド部に伝達して被測定物体に照射する投光
用光ファイバと、被測定物体に照射された光ビームの反
射光を受光して処理部に伝達する２つの受光用光ファイ
バと、これら２つの受光用光ファイバを介した反射光を
それぞれ電気信号に変換する２つの受光器と、これら２
つの電気信号を比較して被測定物体の変位と検出するコ
ンパレータと、２つの受光用光ファイバに対する反射光
の光点位置を調整する調整手段とを備え、反射光の光点
が２つの受光用光ファイバの位置まで変位すると、コン
パレータの出力が反転して被測定物体が所定の位置まで
変位したことを検出し、又、検出ヘッド部で電気信号が
出力されないようにしたので、耐ノイズ性が向上すると
共に安価で小形の変位スイッチが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図はこ
の発明の他の実施例を示す回路図、第３図は従来の変位
スイッチを示すブロック図である。 （１）・・・光源駆動回路　　（２）・・・光源（４）
・・・被測定物体 （１５）・・・投光用光ファイバ （１６Ｌ（１７）・・・２つの受光用光ファイバ（１９
）・・・調整ネジ　　　　（２０）、（２１）・・・受
光器（２２）　、（２３）・・・ＩＶ変換器　　（２４
）・・・コンパレータＬ・・・光ビーム　　　　　ＬＺ
、Ｌ３・・・反射光Ｖｌ、Ｖ２・・・電圧信号く電気信
号）Ｈ・・・検出ヘッド部　　　Ｍ・・・処理部内、図
中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 −、？　リ≧ロ旨円ミ ニ　　　　旨 昂２凹 ２６　　　ミラ−

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）処理部に設けられた光源及びこの光源をパルス駆
   動する光源駆動回路と、前記光源から放射された光ビー
   ムを検出ヘッド部に伝達して被測定物体に照射するため
   の投光用光ファイバと、前記被測定物体に照射された前
   記光ビームの反射光を受光して処理部に伝達する２つの
   受光用光ファイバと、これら受光用光ファイバを介した
   前記反射光をそれぞれ電気信号に変換する２つの受光器
   と、前記２つの電気信号を比較して前記被測定物体の変
   位を検出するコンパレータと、前記受光用光ファイバに
   対する前記反射光の光点位置を調整する調整手段とを備
   えた変位スイッチ。
2. （２）２つの受光用光ファイバは、反射光の変位方向に
   沿って配置されたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の変位スイッチ。
3. （３）２つの受光器とコンパレータとの間に、２つの電
   流信号をそれぞれ電圧信号に変換する２つのＩＶ変換器
   を挿入したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の変位スイッチ。
4. （４）調整手段は、受光用光ファイバを反射光の変位方
   向に沿って移動する位置決め手段からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
   の変位スイッチ。
5. （５）調整手段は、反射光を受光用光ファイバに向けて
   反射するミラーと、このミラーを前記反射光の変位方向
   に沿って移動又は回転させる位置決め手段とを備えたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
   れかに記載の変位スイッチ。
6. （６）位置決め手段は、調整ネジであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項又は第５項記載の変位スイッチ
   。