JPH0254091B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、例えばＸ線CTスキヤナなどに使用
される回転もしくは直線運動を検出するグラテイ
キユールセンサに関する。

［発明の技術的背景］ 回転および直線運動を監視するための光学イン
クリメンタルセンサは広範囲に使用されている。
光学インクリメンタルセンサは標準として、セン
サと他ユニツト間の相対運動を監視するために使
用される対称繰返し波形を発生する。このような
光学センサの主成分には、標準として光源、光シ
ヤツタ（グラテイキユール、マスクを含む）、光
センサおよび光センサの出力時に動作して出力信
号を発生するエンコーダ回路が含まれる。

このような従来の光学インクリメンタルセンサ
の一例を第１図に示す、このセンサは光源１０、
グラテイキユール１２、光検出器１４，１６およ
びマスク１８，２０で構成されている。グラテイ
キユール１２は、通常複数個の同じ幅で、交互に
配置された不透明、透明部分２０，２４より成り
立つている。マスク１８，２２もまた、複数個の
同じ幅で、交互に配置された不透明、透明部分２
６，２８より成り立つている。

マスク１８，２０は、グラテイキユール１２と
センサ１４，１６間に配置され、光源１０からの
光がグラテイキユール１２を通過するときにマス
ク１８によつてこの光がセンサ１４に当り、また
マスク２０によつてこのような光がそのときセン
サ１６に到達しないようになつている。グラテイ
キユールがマスク１８，２０に関して移動するに
つれて、グラテイキユールを通過する光は、マス
ク１８によつてセンサ１４へ到着するのを阻止さ
れ、またそのとき、グラテイキユール１２を通過
する光は、マスク２０を通過し、センサ１６へ到
達する。従つてセンサ１４の出力Ａは、センサ１
６の出力Ｂと完全に180゜位相を異にする。出力Ａ
を出力Ｂから引いたときに、その合成信号は、グ
ラテイキユール１２の位置を示す。さらに詳細に
説明すると、出力Ａと出力Ｂとの合成差信号は、
センサ１４，１６が完全にバランスした場合に、
グラテイキユール１２が不透明または透明部分２
２，２４の幅一つ移動するたびごとに平均値を越
える。

［背景技術の問題点］ しかし、マスク１８，２０を適当な方向に並べ
て、センサ１４の出力がセンサ１６の出力と完全
に１８０゜位相を異にするかを確かめることは非
常に困難である。さらに、第１図に示されたタイ
プの従来技術は、グラテイキユール１２のピツチ
（不透部分２２と透明部分２４の合計幅）が変わ
るたびごとに、新らしいマスクの使用を必要とす
るという不利がある。その理由は、グラテイキユ
ール１２のピツチは、マスク１８，２０のピツチ
に対応しなければならないからである。従つて、
ピツチの異なるグラテイキユールを使用するたび
ごとに、新らしいマスクを互に180度位相を異に
して入念に位置付けしなければならない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、関連するマスクの必要なく、
高精度の出力を出すグラテイキユールセンサを提
供することである。

本発明の目的は、またグラテイキユールピツチ
の変化が行なわれる場合に、同一センサを使用で
きるグラテイキユールセンサを提供することであ
る。

本発明のさらに目的とするところおよび利点
は、以下の説明に一部開示され、またそれによつ
て明らかになり、あるいは本発明の実施例によつ
て知ることができるであろう。

［本発明の概要］ この目的を達成するために本発明は所定方向
に、同一幅の光透過部と光遮断部とを交互に配置
したグラテイキユールと、このグラテイキユール
に対して前記配列方向に相対的に移動し、このグ
ラテイキユールに光を投射する光源と、このグラ
テイキユールの光透過部を通過した光を受光し、
この光の幅と同じ幅を有する複数の光検出素子か
らなる光検出素子配列と、この光検出素子を一つ
おきにそれぞれ加算した２組の出力を減算する回
路とを具備したことを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

本実施例は広義には、それぞれ不透明、透明部
分より成る複数個の同幅部を有するグラテイキユ
ール用グラテイキユールセンサを提供する。この
点に関して、それぞれ不透明部分３４と透明部３
６より成る複数個の同幅部３２を有するグラテイ
キユール３０を第２図に示す。グラテイキユール
に関してここに使用した“部”とは、繰返えしパ
ターンを定義するグラテイキユールの１部分を意
味する。従つて、部３２は繰返えしパターンを定
義し、同じ幅を有する部３２のそれぞれは、一つ
おきの部３２と定義する。グラテイキユールに関
してここに使用した“部分”とは部の一部を定義
する。従つて、不透明部分３４と隣接する透明部
分３６が部３２を構成する。

部分３４はすべて部分３６と同一幅であること
が好ましいが、同一幅であることは必要であると
は思われない。本実施例は、部３２はすべて同一
幅であるとして、不透明、透明部分３４，３６に
よるグラテイキユールの位置表示に役立つものと
信じられる。

グラテイキユール３０は、例えば、Ｘ線管が
CTスキヤナ中で回転する場合に管の位置を決定
するために使用される円形グラテイキユールであ
つてもよい。例えば、グラテイキユール３０に
6912個の不透明部３４が360回転度にわたつて等
配置されているならば、この発明は±10度秒以内
の精度を提供できる。当業者に周知のように、基
準マークを提供するためには、透明部分３６中の
１つがグラテイキユール３０の他の透明部分より
長いことが理解されるであろう。

患者の周りを回転する回転リング上の静止デラ
クターリングおよびＸ線管を使用するCTスキヤ
ナに使用される場合には、グラテイキユールは患
者およびデラクターリングに関して静止したまま
であり、本発明のセンサは、Ｘ線管を支える回転
リングに搭載されている。従つて、Ｘ線管を支え
るリングが回転するにつれて、グラテイキユール
とセンサ間に相対運動が起る。以下に記載するよ
うに、本発明のセンサは、この相対運動が起る場
合に一連の電気的パルスを発生する。このパルス
は次に電子カウンタで計算され、グラテイキユー
ルとＸ線管間の正確な位置関係を決定する。グラ
テイキユールがセンサに関して移動する際に発生
する一連の電気的パルスを使用することは公知で
あり、本発明の一部とみなすものではない。従つ
て電子カウンターおよび関連する電子回路の詳細
なる説明は省くこととする。理由は、このような
カウンタおよび回路は当業者に周知であるからで
ある。

第２図に例示されたセンサには、光源４０、光
検出器列４２、レンズ４４、ブラケツト４６およ
び差動増幅器４８が含まれている。光源４０は、
ブラケツト４６の一端に取り付けられ、光検出器
列４２は、ブラケツト４６の他端に取り付けられ
る。光源４０は、例えば赤外線発光ダイオード
（LED）から成り立つていてもよい。

第２図に示すように、ブラケツト４６は、光源
４０がグラテイキユール３０の一端に、光検出器
列４２が他端に位置するように、グラテイキユー
ル３０に関して位置付けされる。従つて、光源４
０はグラテイキユール３０の一側面を照射し、グ
ラテイキユール３０の不透明、透明部分３４，３
６によつて生じる陰影を光検出器列４２に投影さ
せるが、この陰影は、グラテイキユール３０の不
透明、透明部分３４，３６に直接対応する交互に
明暗部分を有するものである。

レンズ４４は第２図に示されるように、グラテ
イキユール３０と光検出器列４２間のブラケツト
４６に位置付けられる。レンズ４４は、標準円形
レンズの代わりに円筒形レンズとして構成される
ことが好ましい。円筒形レンズの使用により半径
方向の拡大倍率はゼロになり、本実施例の性能に
多少安定性を生じさせると信じられる。

光検出器列４２は図面に示されるように、それ
ぞれ第１の光検出器５２ａ〜５２ｄと第２の光検
出器５４ａ〜５４ｄを有する複数個の同幅部５０
より成つている。光検出器列に関してここに使用
される“部”とは、２つの単一光検出器を含んで
いる光検出器列の一部を意味する。従つて、第２
図に示される光検出器列４２は計４つの部、すな
わち、８つの光検出器より成り立つている。この
ような検出器は通常簡単に入手できるので、直ち
に使用できるので、このサイズの光検出器列を第
２図に例示する。しかし、よりすぐれた平均値を
提供する大形の光電検出器列を使用してもよいこ
とは理解されるべきである。しかし、グラテイキ
ユール３０が、円弧上に放射状に配置されている
不透明、透明部分を含み、また、光検出器列４２
の検出器が一直線に配置されている場合には、光
検出器列４２の両極端部は、センサの動作効果的
な光をグラテイキユール３０によつて投影される
陰影から十分に受けとらないことになるというこ
とを思い起こすべきである。

本実施例によれば、グラテイキユールによつて
投影される陰影の各部の幅を光検出器列の各部の
幅と殆んど等しくするようにセンサのレンズを配
置し、そのために、陰影を、グラテイキユールの
相対運動に際して、列上を移動させ、従つて陰影
の明暗部分がそれぞれ列の第１、第２光検出器に
当るように列を配置する。第２図に示されるよう
に、レンズ４４は、グラテイキユール３０の部３
２のそれぞれによつて光検出器列４２に投影され
る陰影の幅が、光検出器列４２の各部５０の幅に
ほとんど等しい時点でブラケツト４６に取り付け
られる。

さらに、グラテイキユール３０、レンズ４４お
よび光検出器列４２は、第２図に示されるように
グラテイキユール３０がブラケツト４６に関して
矢印５６で示された方向に移動するにつれて、グ
ラテイキユール３０を移動することによつて投影
された陰影が一連の交互明暗部となつて光検出器
５２ａ〜５２ｄ、５４ａ〜５４ｄにそれぞれ当る
ように配置される。さらに詳細に説明すると、グ
ラテイキユール３０の透明部分５８からの光は、
レンズ４４によつて集光されて先づ光検出器５２
ａに当り、他方不透明部分６０によつて投影され
た陰影は、先づ光検出器５４ａに当るグラテイキ
ユール３０が矢印５６によつて示される方向に移
動するにつれて、部分６０からの陰影も移動して
光検出器５２ａ，５４ｂ，５２ｂ，５４ｃ，５２
ｃ、５４ｄ，５２ｄに順次当り、他方透明部分５
８からの光も移動して検出器５４ｂ，５２ｂ，５
４ｃ，５２ｃ，５４ｄ，５２ｄに順次当る。

この動作手順を第３Ａ図に示す。図に於て、検
出器５４ａの出力は時限t1時を低、検出器５２ａ
の出力は高とする。同様に、検出器５４ｂ，５４
ｃ、５４ｄの出力は低、検出器５２ｂ，５２ｃ，
５２ｄの出力は高とする。グラテイキユール３０
が移動して透明部分５８がグラテイキユール３０
の次の不透明部分６２と入れ代わると、検出器５
４ａ〜５４ｄの出力は高くなり、他方不透明部分
６０からの陰影を受け取つている検出器５２ａ〜
５２ｄの出力は低くなる。この過程を引き続き第
３ａ図に示す。

本実施例によれば、第１の光検出器の出力を結
合する手段と第２の光検出器の出力を結合する手
段が提供される。この際第１の光検出器の結合出
力を第２の光検出器の出力から引き去ることが好
ましい。

第２図に示されるように、検出器５２ａ〜５２
ｄの出力は、導体６４で結合され、差動増幅器４
８の負入力に接続される。同様に、検出器５４ａ
〜５４ｄの出力は導体６６で結合され、差動増幅
器４８の正入力に接続される。検出器５２ａ〜５
２ｄの結合出力を第３ｂ図に、検出器５４ａ〜５
４ｄの結合出力を第３ｃ図に示す。差動増幅器４
８の出力を第３ｄ図に示す。

第３ｄ図から明らかのように、グラテイキユー
ル３０の不透明部分３４が透明部分３６と完全に
入れ代わると、差動増幅器４８の出力は、このよ
うな運動が完了したことを表示するゼロ基準レベ
ルを通過する。従つて、差動増幅器４８の出力に
検出器が接続されてそれぞれのゼロ交差を検出す
るならば、この検出器が事実上光検出器列４２の
位置に関してグラテイキユール３０の位置を監視
しているであろう。

上記のように、グラテイキユール３０によつて
投影される陰影の明暗部分の各部は、光検出器列
４２の各部の幅にほぼ等しい幅を有していること
が好ましい。各陰影部の幅が光検出器列４２の幅
と異なる場合には、差動増幅器４８からの合成出
力信号の交差点は移動する。この現象を、一例と
して、第４ａ−４ｄ図に示す。同図において、第
４ａ図は、グラテイキユール３０の各部３２が光
検出器列４２に投影する陰影部の幅が、光検出器
列４２の各部５０ａ〜５０ｄの幅、すなわち“ピ
ツチ”より20％大である場合の検出器５２ａ〜５
２ｄおよび５４ａ〜５４ｄの出力を示す。ここに
使用する“ピツチ”とは、グラテイキユール３０
の部３２、または光検出器列４２の部５０ａ〜５
０ｄのいづれかの“幅”を意味する。言いかえれ
ば、第４ａ図の光検出器５２ａ〜５２ｄおよび５
４ａ〜５４ｄの信号は、グラテイキユール３０の
ピツチが光検出器列４２のピツチより20％大であ
る場合のこれら検出器の出力を意味する。

検出器５２ａ〜５２ｄの結合出力を第４ｂ図
に、また検出器５４ａ〜５４ｄの結合出力を第４
ｃ図に示す。検出器５２ａ〜５２ｄおよび５４ａ
〜５４ｄの出力の相異を第４ｄ図に示す。第４ｄ
図から明らかのように、合成信号のゼロ交差点
は、不透明部分３４が透明部分３６と完全に入れ
代つた瞬間には発生しない。その代りに、交互位
置に約10％のずれがある。しかし、この位置のず
れを考慮に入れれば、次の交差点は正確に時間決
めされて、グラテイキユール３０の位置を正確に
監視することができる。従つて、グラテイキユー
ル３０の陰影のピツチを検出器４２のピツチの20
％以内にすれば、本発明の主旨に従つて必要とす
る出力を発生することができる。

上記のように、差動増幅器４８の出力を、増幅
器４８からの出力が一定基準レベルを越えるたび
ごとに、パルスを発生する電子回路に接続しても
よい。これらのパルスは次に電子カウンタによつ
て計算される。グラテイキユール３０の基準位置
がカウンタを設定するためにゼロに到達する時を
検出するために別のセンサを使用してもよい。

グラテイキユール３０は、たとえば、幅：
0.203mmの不透明および透明部分３４，３６を使
用してピツチを：0.406にしてもよく、従つて検
出器列４２は幅：0.635mmの光検出器部分５２ａ
〜５２ｄおよび５４ａ〜５４ｄを使用してピツチ
を1.270mmにしてもよい。

さらに、本実施例によれば、ピツチの異つたグ
ラテイキユールを提供するために、列のグラテイ
キユールに関してレンズの位置を調節する手段が
設けられてある。第２図に示されるように、レン
ズ４４は、ブラケツト４６のみぞ７０を貫通して
いるボルトに取り付けられている。みぞ７０に沿
つて適当な位置にレンズ４４を保持するために、
ブラケツト４６の裏側で、ボルト６８にナツトま
たはフアスナーを取りつける。従つて、異つたピ
ツチのグラテイキユールを使用する場合には、新
らしいグラテイキユールによつて形成される陰影
が、光検出器列４２の部５０ａ〜５０ｄの幅と幅
の点で殆んど対応する明暗部分より成る部を有す
るようにレンズ４４の位置を調節することが必要
である。レンズ４４の必要位置を決定するために
は、基準レンズ拡大倍率計算を行なう。

ピツチは同じでもピツチの1.5倍ずらせた２個
の光検出器を使用して互に90゜位相の異なる２組
の信号を発生することも理解されよう。

このような配列を使用してグラテイキユール３
０の運動の方向を探知することができる。

［発明の効果］ 以上、多重要素固体検出器列を使用する簡易化
された位置センサについて述べてきた。一連のな
るべくは幅の等しい透明および不透明部分より成
るグラテイキユールが拡散光で背面照射される。
グラテイキユールの影像が検出器列のパターンと
ほぼ対応するようにグラテイキユールの一部分が
次に影像される。検出器列の交互配置要素は互に
180゜位相の異なる二つの信号を出すように並列に
接続される。これらの信号は、グラテイキユール
の陰影が検出器列を交互に暗くしたり明るくする
ことによつて振幅の遷移が起こるように除算処理
される。

従つて、ここには、別個のマスクを使用してい
ないグラテイキユールセンサについて記載してあ
る。その理由は、検出器列自らが従来技術装置に
よる機能を果しているからである。従来のエンコ
ーダシステムの場合のように、移相の異つた２個
のセンサを使用する必要はない。本発明による検
出器列の交互配置要素の並列接続が単一ユニツト
のこの機能を果している。検出器列とグラテイキ
ユールのピツチが同一である必要はない。必要な
らば、光学的拡大縮少を行つて、整合を行なう。
さらに、グラテイキユールのピツチ変更を行なう
場合に同一センサユニツトを使用することができ
る。光学的位置の調節のみが必要である。

検出器要素の合計数を勘案して、検出器列の照
射の不均一が起らぬよう注意する。さらに拡散照
射の単一電源が使用されているので、照度の変化
は誤差の原因にはならない。モノリシツク検出器
列が使用されているので、ドリフトによる誤差は
きわめて小である。さらに、グラテイキユールは
背面照射であり、他の要素はすべて反対側にある
のでグラテイキユールの片側への接近が制限され
ているところでも本発明装置を使用することがで
きる。

この他の利点および変更は当業者に直ちに明ら
かになるであろう。従つて本発明は、広義には、
ここに示され記載された詳細、代表的方法および
実列に限定されるものではない。従つて出願人の
発明的概念の精神または範囲に反することなく、
多少の変更を行いうるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のグラテイキユールセンサの構成
図、第２図は本発明の一実施例の構成図、第３
図、第４図は同実施例の動作を示す波形図であ
る。 ３０……グラテイキユール、４０……光源、４
２……光検出器列、４４……レンズ、５２……第
１光検出器列、５４……第２光検出器列。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定方向に、同一幅の光透過部と光遮断部と
   を交互に配置したグラテイキユールと、このグラ
   テイキユールに対して前記所定方向に相対的に移
   動し、このグラテイキユールに光を投射する光源
   と、このグラテイキユールの光透過部を通過した
   光を受光し、この光の幅と同じ幅を有する複数の
   光検出素子からなる光検出素子配列と、この光検
   出素子を一つおきにそれぞれ加算した２組の出力
   を減算する回路とを具備したことを特徴とするグ
   ラテイキユールセンサ。 ２ 前記グラテイキユールセンサと光検出素子配
   列との間にレンズを設け、このレンズと前記光検
   出素子配列との距離を調整する手段を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１記載のグラテイ
   キユールセンサ。 ３ 前記レンズは、同筒型状レンズであることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のグラテイ
   キユールセンサ。