JPH0360043B2 - - Google Patents

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JPH0360043B2
JPH0360043B2 JP18531083A JP18531083A JPH0360043B2 JP H0360043 B2 JPH0360043 B2 JP H0360043B2 JP 18531083 A JP18531083 A JP 18531083A JP 18531083 A JP18531083 A JP 18531083A JP H0360043 B2 JPH0360043 B2 JP H0360043B2
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JP
Japan
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displacement
phase
signal
photodiode
bandpass filter
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Application number
JP18531083A
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English (en)
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JPS6076613A (ja
Inventor
Yutaka Ono
Hajime Kuwabara
Mitsuhiro Nikaido
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS6076613A publication Critical patent/JPS6076613A/ja
Publication of JPH0360043B2 publication Critical patent/JPH0360043B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光を利用して機械的な変位を検出す
る変位変換器に関するものである。更に詳しく
は、本発明は、所定ピツチで配列する複数個の透
光スリツトが形成されたコード板と位相板、この
コード板の透光スリツトを介して投受光を行なう
光源及び受光素子とを含む光学式の変位変換器に
関するものである。
〔従来技術〕
上記のような変位変換器において従来の方式を
改良したものに特願昭58−86391号の変位変換器
がある。
第1図はその装置の一例を示す構成説明図であ
る。この図において、1はコード体、11はこの
コード体に所定ピツチで円周方向に複数個配列す
る透光スリツト、3は光源、30は光源3からの
光ビームを平行ビームにするためのレンズ、4は
透光スリツト11を通つた光源3からの光(スリ
ツト像)を受光するイメージセンサで、ここでは
動作を簡単に説明する都合上、4分割したフオト
ダイオード41,42,43,44と、このフオ
トダイオード上に所定ピツチで配列するスリツト
孔を有する位相板2を設置したものを示す。SW
1,SW2,SW3,SW4は、4分割した各フオ
トダイオード41〜44からの信号を一定のタイ
ミングで、順次取り出すスイツチである。5は各
スイツチSW1〜SW4を介して印加されるイメ
ージセンサ4からの信号を増幅する増幅器、6は
増幅器5からの出力信号の基本波成分を抽出する
バンドパスフイルタである。
第2図は、位相板2に設けた透光スリツト2
1,22,23,24と、4分割したフオトダイ
オード41〜44の配列関係を示す図である。こ
の図に示すように、透光スリツト21,22,2
3,24(実線で示す)の配列ピツチは、4分割
フオトダイオード41,42,43,44(破線
で示す)の配列ピツチと等しく、また、コード体
1に設けられた透光スリツト(斜線で示す)11
の配列ピツチPに対して5/4Pとなるよう形成さ
れている。なお、各スリツト孔21〜24のスリ
ツト幅はここではP/2にしてある。
このように構成した装置の動作を、次に第4図
動作波形図を参照しながら説明する。
光源3からの光は、レンズ30で平行ビームと
なり、コード板1の透光スリツト11及び位相板
2の透光スリツト21〜24を通過し、4分割フ
オトダイオード41〜44上に透光スリツト11
の像を結像させる。4分割フオトダイオード41
〜44において、各スイツチSW1〜SW4は第
3図a〜dに示すようなタイミングで順次オン、
オフ(オン時間をTとする)し、各フオトダイオ
ード41〜44からの信号を順次取り出す。増幅
器5はこの信号を増幅する。この結果、増幅器5
の出力信号e5は、第3図eに示すように、各スイ
ツチSW1〜SW4がオンとなる時間ごとに大き
さが階段状に変化する階段波形となる。このよう
な階段波信号e5を、バンドパスフイルタ6に加え
ると、第3図fに示すような正弦波信号e6が得ら
れる。この正弦波信号e6の基本波周波数は、各ス
イツチSW1〜SW4を順次駆動するくり返し周
波数に一致する。ここで、コード体1が測定すべ
き変位に応じて回転すると、各フオトダイオード
41〜44上に結像する像が移動し、バンドパス
フイルタ6から得られる正弦波信号e6の位相が、
像の移動量、すなわち、コード体の変位に応じ
て、例えば破線に示すようにΦだけシフトする。
コード体1が、透光スリツト11の配列ピツチの
1ピツチP分だけ回転すると、正弦波信号e6の位
相シフト量は2πとなる。
したがつて、この位相のシフト量Φを測定する
ことによつて、コード体1に形成された透光スリ
ツト11の配列ピツチP以内の回転角度を求める
ことができる。
第4図は、このような位相シフト量測定回路の
一例を示す構成ブロツク図である。この回路はバ
ンドパスフイルタ6から得られる正弦波信号e6
位相を100〜1000程度内挿する動作をなすもので
ある。すなわち、正弦波信号e6を、帰還回路に
I/N(Nは分周比)分周器72を有したフエー
ズロツクドループ(PLL)71に印加し、ここ
でN倍された信号fsigと、基準クロツク(この基
準クロツクはイメージセンサ4の駆動信号として
用いられる)fcを同時パルス禁止回路8を通した
後、アツプダウンカウンタ9に与えるようにした
ものである。PLL71でN倍された信号fsigの周
波数がfcより高くなる方向(fc+Δf)へコード体
1が回転すると、アツプダウンカウンタ9はアツ
プカウントされ、また、fsigがfcより低くなる方向
(fc−Δf)へコード体1が回転すると、ダウンカ
ウントする。したがつて、アツプダウンカウンタ
9の出力から、位相シフト量、すなわちコード体
1の回転角を、例えば、分周比Nを1000とすれば
1Pの1/1000といつた高い分解能で内挿すること
ができる。
このような構成によれば、比較的簡単な構成
で、高分解能、高速応答性を有する変位変換器を
実現できるが、次のような欠点を持つている。(イ)
PLLはサーボ系であるため、入力周波数が例え
ばランプ状に変化したときなどに誤差を生じる
外、位相ジツタを生じる。(ロ)PLLはアナログ回
路であるため、調整がめんどうである。
〔発明の目的〕
本発明は上記の問題点を解決したもので、回路
系の遅れによる誤差や位相ジツタを生じることが
なく、調整の不要な変位変換器を実現することを
目的とする。
〔発明の概要〕
前記の目的を達成するために本発明の要旨とす
るところは、所定ピツチで配列する複数個の透光
スリツトが形成されたコード板、このコード板の
透光スリツトに平行な光を投射させる光源、複数
分割したフオトダイオードとこの各フオトダイオ
ード上に設置され所定ピツチで配列するスリツト
孔を有した位相板と各フオトダイオードからの信
号を順次取り出すスイツチ手段とで構成されるイ
メージセンサ、このイメージセンサから得られる
信号から基本波成分を抽出するバンドパスフイル
タ、このバンドパスフイルタの出力信号と前記イ
メージセンサの駆動信号とを入力し前記基本波成
分の位相シフト量に基づいて前記コード体の変位
を求める位相測定手段を具備する変位変換器にお
いて、前記位相測定手段が、前記バンドパスフイ
ルタの出力信号の各周期ごとに一定の初期値を設
定されて前記駆動信号により計数する計数器と、
この計数器からの各周期ごとのデータ出力に関連
する値を積算する演算回路とを備えたことを特徴
とした変位変換器に存する。
〔実施例〕
以下、図面にもとづいて本発明を詳しく説明す
る。第5図は本発明の一実施例で、従来例で説明
した変位変換器における第4図の位相シフト量測
定回路を改良したものを示す構成ブロツク図であ
る。第4図と同一の部分には同一記号を符して説
明を省略する。50はバンドパスフイルタ6の出
力信号e6および基準クロツク(この基準クロツク
はイメージセンサ4の駆動信号としても用いられ
る)fcを入力し前記バンドパスフイルタ6の正弦
波信号e6の位相シフト量にもとづいてコード板1
1の変位を求める位相測定手段で、51は前記信
号e6を入力して波形整形する比較器などを用いた
波形整形回路、52はこの波形整形回路51から
の出力e7をD入力とし前記基準クロツクfcをクロ
ツク入力とするD形フリツプフロツプ(以下F・
Fと呼ふ)、53はこのF・F52からの出力e8
を入力し信号e7の各周期ごとに1パルスを発生す
る制御回路、54はこの制御回路53からの出力
e9をクリア入力とし基準クロツクfcをクロツク入
力とする計数器(カウンタ)である。55は前記
カウンタ54からのデータ出力D1を入力しコー
ド板11の変位を演算する演算回路で、マイクロ
コンピユータや加算ハードウエアなどを用いるこ
とができる。
このような構成の位相測定手段の動作を第6図
のタイムチヤートにもとづいて以下説明する。コ
ード板11に変位がないと、バンドパスフイルタ
6からの正弦波出力e6は基準クロツクfcに同期し
ている。正弦波出力e6の周波数fINのこのときの値
をf0とする。コード板11に変位が生じると正弦
波出力e6は位相変調をうけ、変位に対応して位相
がシフトする。コード板11が一定の変位のまま
で静止していると、一定の位相シフトのまま周波
数f0の正弦波を出力する。コード板がある回転数
で回転すると連続的に位相変調され、正弦波出力
e6はドツプラー効果のように周波数も変化する。
すなわち、コード板の回転方向が、各フオトダイ
オード41〜44が順次オンされて行く方向と同
一の場合には周波数は低くなり、逆方向の場合に
は周波数が高くなる。したがつて周波数fINは、
回転数をn、変調成分をΔf(n)とすると、 fIN=f0±Δf(n) で表わされる。
バンドパスフイルタ6からの正弦波信号e6が波
形整形回路51に加えられると、e6の周期と等し
い矩形波e7が得られる(第6図b)。F・F52
は前記2値信号e7に対応した出力e8を基準クロツ
クfc(第6図a)に同期したタイミングで発生し
(第6図c)、制御回路53は前記信号e8の各周期
ごとにパルスを発生する(第6図dのe9)。カウ
ンタ54は1周期ごとに前記信号e9のパルスによ
りクリア(リセツト)され、次のパルス迄の時間
を基準クロツクfcより計数する。演算回路55は
このカウンタ54からの各周期ごとのデータ出力
D1(第6図e)を入力し、この値から基準値fc
f0(コード板11が静止しているときの信号e7
1周期間のクロツクfcによる計数値に相当)を減
算したもの、すなわちD1−fc/f0を積算する。こ
うして得られる演算データ出力DOUT=Σ(D1
fc/f0)は各周期ごとの位相変化分を積算したも
のとなるのでコード板の変位に対応した出力とな
る。上記の位相測定手段はインクレメンタル(増
分)方式であるが、信号e8をクロツクfcと同期さ
せているので誤差が積算されることはない。第6
図eは、fc=5MHz、f0=5kHzすなわちfc/f0
1000とした場合の具体例で、変位が生じたために
各周期におけるデータ出力D1が1000→1020→990
と変化している。このとき各時点における演算デ
ータ出力DOUTは、次のようになる。
時刻t1:DOUT1=1000−1000=0 時刻t2:DOUT2=1020−1000+DOUT1=20 時刻t3:DOUT3=990−1000+DOUT2=10 なお上記の実施例では、各周期ごとにカウンタ
54の内容をリセツトしているが、変形例として
カウンタ54の代りにプリセツト付ダウンカウン
タを用いて各周期ごとに基準値fc/f0をプリセツ
トする方式を用いれば、第5図の演算回路55に
おいてfc/f0を減算する必要がなくなる。このと
き信号e9はプリセツトカウンタのプリセツト端子
に加えられる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、回路系の遅
れによる誤差や位相のジツタがなく、調整の不要
な変位変換器を容易に実現できる。構成も簡単
で、従来のものに比べて回路部品点数は半分以下
となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の一例を示す構成説明図、第
2図は第1図装置における位相板2の透光スリツ
トと4分割フオトダイオードの配列関係を示す
図、第3図は動作波形図、第4図は位相シフト量
測定回路の一列を示す構成ブロツク図、第5図は
本発明における位相シフト量測定回路の一実施例
を示す構成ブロツク図、第6図は第5図の回路の
動作を説明するためのタイムチヤートである。 1……コード体、11……透光スリツト、3…
…光源、4……イメージセンサ、41〜44……
4分割フオトダイオード、SW1〜SW4……ス
イツチ、6……バンドパスフイルタ、50……位
相測定手段、54……計数器、55……演算回
路、D1……データ出力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所定ピツチで配列する複数個の透光スリツト
    が形成されたコード板、このコード板の透光スリ
    ツトに平行な光を投射させる光源、複数分割した
    フオトダイオードとこの各フオトダイオード上に
    設置され所定ピツチで配列するスリツト孔を有し
    た位相板と各フオトダイオードからの信号を順次
    取り出すスイツチ手段とで構成されるイメージセ
    ンサ、このイメージセンサから得られる信号から
    基本波成分を抽出するバンドパスフイルタ、この
    バンドパスフイルタの出力信号と前記イメージセ
    ンサの駆動信号とを入力し前記基本波成分の位相
    シフト量に基づいて前記コード体の変位を求める
    位相測定手段を具備する変位変換器において、前
    記位相測定手段が、前記バンドパスフイルタの出
    力信号の各周期ごとに一定の初期値を設定されて
    前記駆動信号により計数する計数器と、この計数
    器からの各周期ごとのデータ出力に関連する値を
    積算する演算回路とを備えたことを特徴とした変
    位変換器。
JP18531083A 1983-10-04 1983-10-04 変位変換器 Granted JPS6076613A (ja)

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