JPH04218703A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転又は移動を検出する変位検出装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、物体の回転又は移動等の変位を検出する装置とし
て、多くの変位検出装置が考えられている。また、物体
の回転量即ち角変位を検出する変位検出装置として、羅
針盤その他のジャイロ装置が開発されている。殊に機械
ジャイロ、レーザージャイロ等のジャイロ装置について
は、それぞれ種々の方式若しくは機構が検討されている
。更に、物体の移動量を検出する変位検出装置として、
干渉測長器等の光学装置も開発されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、回転又は移動を検出する従来の変位検出装置で
は、簡易でかつ比較的高精度のものが存在しなかった。

一方、物体の角変位を検出する変位検出装置として、例
えば従来の羅針盤等では、小型で高精度のものが存在し
なかった。また、従来のジャイロ装置では、精度が高い
ものの機構・構造が複雑で、調整等が容易でなく、取扱
いに注意を要した。さらに、ジャイロ装置自体が大型で
、取扱いにくく用途が限定され、しかも非常に高価であ
った。物体の移動量を検出する変位検出装置についても
、同様の事情があった。

そこで、上述の事情に鑑み、本発明は、構造が極めて簡
単で、小型・軽量で、なおかつ高い精度を有する変位検
出装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明に係る第１の変位検
出装置にあっては、（ａ）所定領域に存在する変位が検
出されるべき蛍光体に励起光を照射する励起光源と、（
ｂ）上記所定領域を所定の方向の前後の一方又は両方に
変位させた領域に対応する検出領域に存在する蛍光体か
らの蛍光を検出する蛍光検出手段と、（ｃ）蛍光検出手
段の出力に基づいて、蛍光体が変位したことと、その変
位方向が上記所定の方向に沿った前後いずれの方向であ
るかとを検出する変位検出手段とを備える構成となって
いる。

上述の目的を達成するため、本発明に係る第２の変位検
出装置にあっては、（ａ）所定の方向に沿って往復動可
能である支持部材と、（ｂ）支持部材側に設けられると
共に、この支持部材に対し所定領域に存在する変位が検
出されるべき蛍光体に励起光を照射する励起光源と、（
ｃ）支持部材側に設けられると共に、上記所定領域を上
記所定の方向の前後の一方又は両方に変位させた領域に
対応する検出領域に存在する蛍光体からの蛍光を検出す
る蛍光検出手段と、（ｄ）蛍光検出手段の出力に基づい
て、蛍光体が支持部材に対して変位したことと、その変
位方向が上記所定の方向に沿った前後いずれの方向であ
るかとを検出する変位検出手段と、（ｅ）変位検出手段
が蛍光体の変位を検出した場合に、支持部材を蛍光体の
変位方向に変位させる駆動手段と、（ｆ）支持部材の変
位量を検出する変位量検出手段とを備える構成となって
いる。

上述の目的を達成するため、本発明に係る第３の変位検
出装置にあっては、（ａ）変位が検出されるべき変位被
検出部材に設けられた所定の回転軸のまわりに回動自在
に支持されると共に、表面に蛍光体を有する可動部材と
、（ｂ）可動部材を収容すると共に、上記所定の回転軸
のまわりに回転可能である容器と、（ｃ）容器側に設け
られると共に、この容器内の所定領域に存在する蛍光体
に励起光を照射する励起光源と、（ｄ）容器側に設けら
れると共に、上記所定領域を上記所定の回転軸のまわり
で一方向又は両方向に変位させた領域に対応する検出領
域に存在する蛍光体からの蛍光を検出する蛍光検出手段
と、（ｅ）蛍光検出手段の出力に基づいて、可動部材が
容器に対して回転変位したことと、その変位方向が上記
所定の回転軸のまわりのいずれの方向であるかとを検出
する変位検出手段と、（ｆ）変位検出手段が可動部材の
回転変位を検出した場合に、容器を可動部材の変位方向
に回転させる駆動手段と、（ｇ）変位被検出部材に対す
る容器の回転変位量を検出する変位量検出手段とを備え
る構成となっている。

〔作用〕

本発明に係る第１の変位検出装置によれば、変位が検出
されるべき物体（以下、被検物体と呼ぶものとする。）
の表面に固定された蛍光体に、励起光源からの励起光が
照射される。この場合、上記所定領域に限って励起光が
照射されるので、蛍光体上の所定の被照射部位のみが励
起される。この後、被検物体の変位に伴って蛍光体が変
位した場合、蛍光体上の上記被照射部位もこれに伴って
変位する。蛍光体上の被照射部位が所定量以上変位して
上記検出領域まで達した場合、この検出領域からの蛍光
の増減が蛍光検出手段によって検出される。変位検出手
段は、検出された蛍光の増減に基づいて、被照射部位す
なわち被検物体が変位したこととその変位方向とを検出
する。

本発明に係る第２の変位検出装置によれば、被検物体に
固定された蛍光体の被照射部位に励起光が照射される。

被検物体の変位に伴って蛍光体が変位した場合、蛍光体
上の被照射部位も変位する。

蛍光検出手段は、被照射部位がもとあった上記所定領域
を上記所定の方向の前後の一方又は両方に変位させた領
域に対応する上記検出領域からの蛍光を検出する。変位
検出手段は、この蛍光検出手段の検出する光量の増減を
監視することにより、蛍光体すなわち被検物体が上記所
定の方向に沿って変位したことと、その変位の方向とを
検出する。

駆動手段は、励起光源及び蛍光検出手段を支持する支持
部材をただちに蛍光体が変位した方向に追従するように
変位させて、支持部材等と蛍光体との位置関係をずれが
発生する以前の状態に戻す。

変位量検出手段は、支持部材の変位量を検出し、支持部
材の変位量に対応する蛍光体（したがって被検物体）の
変位量を検出する。

本発明に係る第３の変位検出装置によれば、可動部材上
の蛍光体の被照射部位に励起光が照射される。可動部材
とともに蛍光体が回転した場合、蛍光体上の被照射部位
も回転する。蛍光検出手段は、上記所定領域を上記所定
の方向にそって変位させた上記検出領域からの蛍光を検
出している。

したがって、蛍光体上の被照射部位が所定量以上変位し
て上記検出領域まで達した場合、この検出領域からの蛍
光の増減が蛍光検出手段によって検出される。変位検出
手段は、この蛍光検出手段の検出する光量の増減を監視
することにより、可動部材が上記所定の回転軸に沿って
回転したこと及びその向きを検出する。駆動手段は、励
起光源及び蛍光検出手段を支持する容器をただちに蛍光
体すなわち可動部材が回転した方向に追従するように回
転させて、容器と可動部材との位置関係をずれが発生す
る以前の状態に戻す。変位量検出手段は、変位被検出部
材に対する容器の相対的回転量を検出し、変位被検出装
置すなわち変位検出装置自体の変位量を検出する。

〔実施例〕

実施例の説明に入る前に、蛍光体からの蛍光発光量を検
出することによって蛍光体の移動を検出する原理につい
て、２、３の例をあげて簡単に説明する。

まず、蛍光体からの蛍光が検出されるべき検出領域が蛍
光体に励起光を照射すべき所定領域を所定の方向の前方
にわずかに変位させた領域になっている場合について考
える。

例えば、上記所定領域に存在する蛍光体に対し、励起光
源からの励起光がパルス的に照射されたと仮定する。こ
の場合、この蛍光体の被照射部位は蛍光を発生するが、
その後徐々に蛍光量が減少する。励起光の照射ののち被
検物体が上記所定の方向にそった前方にわずかに変位し
、この被検物体がもとあった位置からわずかにずれたと
更に仮定する。この場合、蛍光体上の被照射部位も、上
記所定の方向にそった前方にわずかに変位し上記検出領
域に到達する。この検出領域に到達した被照射部位は、
その蛍光発光量が徐々に減少する。従って、上記検出領
域を適当な光センサ等で検出すれば、蛍光が急増した後
徐々に減少することが観測されるはずである。他方、被
検物体が上記と反対の方向にわずかに変位すると、蛍光
体上の被照射部位は、上記所定領域を所定の方向にそっ
た後方にわずかに変位させた領域に移動する。従って、
上記検出領域で検出される蛍光は急減する。このことを
利用すれば、例えば上記検出領域で検出される蛍光量の
変化から蛍光体が移動したことを検出することができ、
さらに蛍光量が急増したか急減したかを判断することに
よってその移動方向を検出することができる。

検出領域が上記所定領域を上記所定の方向の前後両方に
わずかに変位させた２つの領域に対応する場合も同様で
ある。ただしこの場合、２つの検出領域からの蛍光量を
別々にモニタすることとなる。蛍光体の振る舞いについ
ては単一の検出領域を利用する場合の説明がそのまま成
り立つので、蛍光体すなわち被検物体が元の位置からず
れた場合、２つの検出領域で検出される蛍光量は相補的
に増減することとなる。この蛍光量の相補的増減から、
蛍光体が上記所定の方向の前後いずれかの方向に変位し
たことと、その変位方向とを検出することができる。例
えば、２つの検出領域で検出される蛍光量の差動出力を
求めて変位の発生及びその方向を検出してもよい。

検出領域が上記所定領域を上記所定の方向の前後両方に
所定距離だけ変位させた２つの領域に対応する場合は、
少し事情が異なる。

この場合、励起光によってパルス的に照射された蛍光体
上の被照射部位が蛍光検出手段により検出されるのは所
定時間後である。従って、この所定時間の間は蛍光体す
なわち被検物体の変位を検出することができない。ただ
し、この所定時間（蛍光体上の被照射部位が励起光パル
スの照射を受けたのち蛍光検出手段により検出されるま
での時間）と、上記所定領域及び検出領域の間の所定距
離とに基づいて、蛍光体すなわち被検物体の平均の変位
速度が検出できる。

例えば励起光が周期的に発生されるパルスである場合、
蛍光検出手段によって検出された被照射部位がどの時刻
に励起されたものかが問題となる。

この問題は、蛍光検出手段が検出した蛍光量のピーク値
を求めることで解決する。すなわち、蛍光体の蛍光量の
減衰曲線に基づいて、上記所定時間とこれから励起光パ
ルスの周期の整数倍だけ加減した時間とにおける蛍光体
上の被照射部位の蛍光量の予測値を求める。得られた予
測値と蛍光検出手段が検出した蛍光量のピーク値と比較
することで、被照射部位がどの時刻に励起されたものか
が分かる。

以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しつ
つ、説明する。

第１図は、本発明に係る第１の変位検出装置の一実施例
である。

励起光源であるキセノンランプ１２ａは、制御回路１６
からの制御信号に基づいてパルス状の励起光を発生する
。このパルス状の励起光は、集光レンズ１２ｂを経て励
起光ビーム２２となり、被検物体５０に張り付けられた
蛍光テープ２８に入射する。蛍光テープ２８は蛍光体部
分２８ａとシール部２８ｂからなる。励起光ビーム２２
が照射される所定領域２４にある蛍光体は励起されて強
い蛍光を発生する。

キセノンランプ１２ａの両側には、蛍光検出手段として
、一対の光ディテクタ１４ａ、１４ｂが配置されている
。これらの光ディテクタ１４ａ、１４ｂは、それぞれ第
１及び第２の検出領域３４ａ、３４ｂからの蛍光発光量
を検出し制御回路１６に出力する。ここで、第１検出領
域３４ａは、上記所定領域２４を被検物体５０の変位方
向の前後いずれか一方（図面上は左側）に所定距離ｄだ
け移動した領域に対応する。また、第２検出領域３４ｂ
は、上記所定領域２４を上記第１検出領域３４ａの反対
方向（図面上は右側）に所定距離ｄだけ移動した領域に
対応する。

制御回路１６は、ランプ駆動回路、ピークホールド回路
、メモリ、ＣＰＵ等を内蔵し、一対の光ディテクタ１４
ａ、１４ｂの検出出力に基づいて被検物体５０の移動速
度等を検出する。具体的には、ランプ駆動回路がキセノ
ンランプ１２ａに周期的な励起光を発生させる。ピーク
ホールド回路か一対の光ディテクタ１４ａ、１４ｂから
の蛍光検出出力のピーク値及びその検出時刻を検出する
。

ＣＰＵが蛍光検出出力のピーク値及びその検出時刻から
この蛍光に対応する励起光が発生された時刻を特定し、
励起光照射から蛍光検出までの時間ｔを算出し、この時
間を及び上記所定距離ｄから被検物体５０の平均の移動
速度を与える。また、被検物体５０の移動速度は光ディ
テクタ１４ａ、１４ｂのいずれか一方からの蛍光検出出
力に基づいて算出される。従って、いずれの光ディテク
タから蛍光検出出力が得られたかを判別することによっ
て被検物体５０の移動方向が検出できる。なお、メモリ
には、蛍光体部分２８ａの蛍光発光量の減衰曲線等のデ
ータが保存されている。

表示部１７は、ＣＰＵの算出結果に基づいて、被検物体
５０の移動速度とその移動方向を表示する。

以下に、第１図の変位検出装置の動作を説明する。

被検物体５０が図示の状態から図面上を左右に移動した
場合について考察する。例えば、キセノンランプ１２ａ
のパルス発光後に、第１図の被検物体５０及び蛍光テー
プ２８が図面上で左方向に所定距離ｄ以上移動したと仮
定する。この場合、パルス発光の直後に所定領域２４で
蛍光を発生していた蛍光テープの部分は、第１の検出領
域３４ａを通過することとなる。このため、光ディテク
タ１４ａの検出光量は一旦増大しその後減少する。制御
回路１６は、光ディテクタ１４ａからの蛍光検出出力の
ピーク値から、励起光の照射から蛍光が光ディテクタ１
４ａで検出されるまでの時間ｔを算出する。また、所定
領域２４と検出領域３４ａとの間の所定距離ｄは予め与
えられているので、この時間ｔから被検物体５０の平均
移動速度が求まる。

以上は、第１図の被検物体５０が図面上で左方向に移動
した場合について述べたが、被検物体５０が図面上で右
方向に移動した場合も同様である。この場合、光ディテ
クタ１４ｂから蛍光検出出力が得られるので被検物体５
０の移動方向が図面上の右側であることが検出される。

表示部１７は、被検物体５０の移動速度及び移動方向を
制御回路１６の出力に基づいて表示する。

つまり、光ディテクタ１４ａ、１４ｂから蛍光検出出力
が得られるごとに表示が更新されることとなる。

第２図は、本発明に係る第２の変位検出装置の一実施例
である。

固定台１１上には、図面左右の方向に移動可能な支持部
材４が載置されている。この支持部材の移動は、移動制
限２１ａ、２１ｂによって回転可能に支持されたねじ３
１とこれに接続されたサーボモータ２によって制御され
ている。

支持部材４の内部には、励起光源として、キセノンラン
プ１２ａと集光レンズ１２ｂとが固定されている。キセ
ノンランプ１２ａからのパルス状の励起光は、集光レン
ズ１２ｂを経て励起光ビーム２２となり、被検物体５０
に張り付けられた蛍光テープ２８に入射する。励起光ビ
ーム２２が照射される所定領域２４にある蛍光体は励起
されて強い蛍光を発生する。キセノンランプ１２ａの両
側には、蛍光検出手段として、一対の光ディテクタ１４
ａ、１４ｂが固定されている。これらの光ディテクタ１
４ａ、１４ｂは第１及び第２の検出領域３４ａ、３４ｂ
からの蛍光を検出することができる。ここで、第１検出
領域３４ａは、支持部材４と共に移動する領域であって
、上記所定領域２４を支持部材の移動方向の前後いずれ
か一方（図面上は左側）にわずかに移動した領域に対応
する。また、第２検出領域３４ｂは、支持部材４と共に
移動する領域であって、上記所定領域２４を上記第１検
出領域３４ａの反対方向（図面上は右側）にわずかに移
動した領域に対応する。

第３図は、第２図に示す制御回路１６等の回路構成を示
したものである。

キセノンランプ１２ａは、制御回路１６内のランプ駆動
回路１６ｂによって駆動され、パルス状の励起光を発生
する。この励起光は、第２図の集光レンズ１２ｂを介し
て蛍光テープ２８に照射される。また、光ディテクタ１
４ａ、１４ｂは、蛍光テープ２８からの蛍光に応答し、
電圧又は電流を発生する。制御回路１６内の差動回路１
６ａは、光ディテクタ１４ａ、１４ｂからの電流又は電
圧信号の差動出力を検出し、サーボモータ２を駆動する
。つまり、両光ディテクタに入射する光量がほぼ等しく
なったとき、出力端子Ａの電圧が零となるように調整さ
れており、両光ディテクタに入射する光量かアンバラン
スとなったときは、出力端子Ａに電圧が発生するように
なっている。

サーボモータ２は、出力端子Ａに発生した正又は負の電
圧によって駆動され、支持部材４を移動させる。この場
合の支持部材４の移動方向は両光ディテクタからの出力
のアンバランスを打ち消す方向としている。

サーボモータ２に付属させた回転エンコーダ１８は、サ
ーボモータ２の回転をモニタすることで間接的に支持部
材４の移動量を検出する。回転エンコーダ１８からの出
力は、支持部材の移動量、即ち被検物体５０の移動量に
換算されて、表示部１７に表示される。この場合、回転
エンコーダ１８は、変位検出手段になっている。

なお、制御回路１６中のタイミング回路１６ｃは、シー
ケンス動作のタイミング制御を行っている。ここで、シ
ーケンス動作とは、キセノンランプ１２ａにパルス発光
を行わせ、その後に蛍光テープ２８からの蛍光を検出し
、これに応じて支持部材４を所定方向に移動させ、支持
部材４と蛍光テープ２８との位置関係を元の状態に戻す
までの一連の動作のことをいうものとする。つまり、タ
イミング回路１６ｃは、最初にランプ駆動回路１６ｂに
信号を送り、キセノンランプ１２ａに所定時間のパルス
発光を行わせる。次に、差動回路１６ａ内のリレーを制
御して、サーボモータ２を駆動可能な状態とする。所定
時間経過後、両光ディテクタの検出する光量がバランス
していれば、サーボモータ２の駆動を禁止すると共に、
キセノンランプ１２ａに所定時間のパルス発光を行わせ
る。この様なシーケンス動作は、制御回路１６即ち変位
検出装置の動作中連続的に繰り返される。

以下に、第２図の変位検出装置の動作を説明する。

被検物体５０が図示の状態から図面上を左右に移動した
場合について考察する。被検物体５０の移動にともない
、蛍光テープ２８も移動する。蛍光テープ２８が予め支
持部材４に対して保っていた相対的位置を便宜上基準位
置と呼ぶものとすると、蛍光テープ２８は基準位置から
ずれる。

以上の現象が、シーケンス動作中においてキセノンラン
プのパルス発光後に生じたとする。例えば、第２図の物
体５０及び蛍光テープ２８が図面上で左方向に移動した
とすると、パルス発光の直後に所定領域２４で蛍光を発
生していた蛍光テープの部分は、第１の検出領域３４ａ
側に移動する。

このため、光ディテクタ１４ａの検出光量は増大し、光
ディテクタ１４ｂの検出光量は減少する。

これら光ディテクタからの出力は差動回路１６ａでモニ
タされ、差動回路１６ａはその差動出力にもとづいてサ
ーボモータ２を回転させる。

具体的には、両光ディテクタからの出力差が所定値以上
になると、蛍光テープ２８が基準位置からずれたものと
判断され、その出力差が正か負かで蛍光テープ２８が基
準位置からずれた方向を判定できる。この結果に応じて
、差動回路１６ａはサーボモータ２を駆動し、支持部材
４を蛍光テープ２８のずれた方向（第２図の左方向）に
移動させる。両光ディテクタからの出力差が所定値以下
になると、制御回路１６はサーボモータ２を停止し支持
部材４の回転を止める。この結果、蛍光テープ２８は基
準位置に戻る。その後、蛍光テープ２８が再び基準位置
からずれたとしても、差動回路１６ａが動作している限
り、蛍光テープ２８は基準位置に戻る。

キセノンランプ１２ａのパルス発光ののち所定の期間が
経過したとき、両光ディテクタからの出力差が所定値以
下であれば、物体５０及び蛍光テープ２８は支持部材４
に対して基準位置に戻っていることになり、このシーケ
ンス動作は終了する。

したがって、再びキセノンランプ１２ａのパルス発光が
行なわれ、新たなシーケンス動作が開始される。

ここで、キセノンランプ１２ａのパルス発光の時間は短
いほうが望ましい。パルス発光中に蛍光テープが支持部
材４に対して移動することは、測定精度上望ましくない
からである。また、サーボモータ２を駆動可能な状態に
する時間は、蛍光テープの蛍光部２８ａの残光時間より
長くてはならないが、サーボモータ２の応答時間より短
くてもならない。

以上の動作は物体５０及び蛍光テープ２８が支持部材４
に対して左方向に移動した場合についてのものであるが
、蛍光テープ２８が右方向に移動した場合についても同
様のことが成り立ち、物体５０及び蛍光テープ２８は基
準位置に維持される。

ここで、支持部材４の移動量を回転エンコーダ１８でモ
ニタしておけば、蛍光テープ２８すなわち物体５０の移
動量が検出できる。

第４図は、本発明に係る第３の変位検出装置の第１実施
例である。

変位被検出部材である外箱１の内部には、円筒状の容器
１０４と駆動手段であるサーボモータ２とが収容される
。サーボモータ２は外箱１の一端に設けられた固定点３
に固定されている。他方、容器１０４は軸５のまわりで
回転できるようにベアリング６等で外箱１の上端に支持
されている。

また、容器１０４は軸７を介してサーボモータ２に接続
され、このサーボモータ２によって回転を制御されてい
る。

容器１０４の内部には、仮想線で示すように、可動部材
である円筒状のフロート１２８が収容されている。この
フロート１２８は、軸受け９、１０によって容器１０４
の回転軸と同一の回転軸のまわりに回動自在に支持され
ている。また、容器１０４の内部は水で満たされていて
、フロート１２８の重さとその浮力がほぼ等しくなって
いる。

このため、軸受け９、１０にかかる負荷が減少しフロー
ト１２８自体は慣性力に応じて外界に対して正確に一定
方向を維持する。このフロート１２８の側面には、蛍光
体が塗布されている。

容器１０４の外側の側面には、フロート１２８側面の蛍
光体を励起するためのキセノン光源１２が固定されてい
る。キセノン光源１２の左右には、蛍光液体２８の蛍光
発光量を検出する蛍光検出手段として、一対の光ディテ
クタ１１４ａ、１１４ｂが設けられている。キセノン光
源１２からのパルス状の励起光は、励起光ビームとなり
、フロート１２８側面の蛍光体に入射する。励起光ビー
ムが照射される容器１０４内の所定領域にある蛍光体は
励起されて強い蛍光を発生する。キセノンランプ１２ａ
の両側の光ディテクタ１１４ａ、１１４ｂは、それぞれ
所定領域を容器１０４のまわりで両側にわずかに回転し
た検出領域からの蛍光を検出することができる。

制御回路１６、表示部１７等の構成は第３図のものと同
様である。

光ディテクタ１１４ａ、１１４ｂは、キセノン光源１２
によって励起されたフロート１２８側面の蛍光体からの
蛍光に応答し、電圧又は電流を発生する。制御回路１６
は、光ディテクタ１１４ａ、１１４ｂからの電流又は電
圧信号の差動出力を検出し、サーボモータ２を駆動する
。つまり、両光ディテクタに入射する光量がほぼ等しく
なったとき、サーボモータ２の回転を停止する。また、
両光ディテクタに入射する光量がアンバランスとなった
ときは、両光ディテクタからの出力のアンバランスを打
ち消す方向にサーボモータ２を回転させる。サーボモー
タ２に付属させた回転エンコーダ１８は容器１０４の回
転量を検出する。回転エンコーダ１８からの出力は、容
器の回転量として角度表示器１７に表示される。

以下に、第４図の変位検出装置の動作を説明する。

図示の変位検出装置は、変位検出装置を搭載すべき物体
、例えば垂直からの角変位が検出されるべき車両等その
他の装置に取り付けられる。

変位検出装置を搭載した物体が回転し、変位検出装置が
その軸５に平行な任意の軸のまわりに回転した場合につ
いて考察する。この場合、容器１０４の回転はサーボモ
ータ２によってのみ制御されているため、容器１０４は
外箱１に体して回転せず、またこれら容器１０４及び外
箱１の位置関係に変化は生じない。一方、フロート１２
８はその慣性によって元の方位又は位置を保つ。この結
果、フロート１２８は容器１０４及び外箱１に対して相
対的に回転する。フロート１２８が予め容器に対して保
っていた相対的位置を基準位置と呼ぶものとすると、フ
ロート１２８は基準位置からずれることとなる。

以上の現象が、シーケンス動作中においてキセノンラン
プのパルス発光後に生じたとする。例えば、第４図のフ
ロート１２８が時計方向に回転したとすると（現実には
、外箱１及び容器１０４が反時計方向に回転したことに
なる。）、パルス発光の直後に所定領域２４で蛍光を発
生していたフロート１２８上の蛍光体は、光ディテクタ
１１４ａ側に移動する。このため、光ディテクタ１１４
ａの検出光量は増大し、光ディテクタ１１４ｂの検出光
量は減少する。これら光ディテクタからの出力は制御回
路１６でモニタされ、制御回路１６はその差動出力にも
とづいてサーボモータ２を回転させる。

具体的には、両光ディテクタからの出力差が所定値以上
になると、フロート１２８が基準位置から回転変位した
ものと判断され、その出力差が正か負かでフロート１２
８が基準位置から回転した方向を判定できる。この結果
に応じて、差動回路はサーボモータ２を駆動し、容器１
０４をフロート１２８のずれた方向（第４図の時計方向
）に回転させる。両光ディテクタからの出力差が所定値
以下になると、制御回路１６はサーボモータ２を停止し
容器１０４の回転を止める。この結果、フロート１２８
は基準位置に戻る。キセノン光源１２のパルス発光のの
ち所定の期間が経過したとき、両光ディテクタからの出
力差が所定値以下であれば、フロート１２８は容器１０
４に対して基準位置に戻っていることになり、このシー
ケンス動作は終了する。従って、再びキセノンランプ１
２のパルス発光が行なわれ、新たなシーケンス動作が開
始される。以上の動作により、フロート１２８が基準位
置から任意の方向に任意の量だけずれたとしても、制御
回路１６が動作している限り、フロート１２８は基準位
置に戻る。ここで、容器１０４の回転量を回転エンコー
ダ１８でモニタしておけば、変位検出装置全体の回転量
、即ち角変位が検出できる。

なおこの場合、容器１０４及びフロート１２８位置関係
は、基準位置の近傍で微視的には振動を繰り返すものの
、巨視的には一定に保たれる。したがって、容器１０４
とフロート１２８との間の摩擦抵抗を正及び負の方向に
常に相殺しつつ容器１０４を駆動していることになり、
この様な摩擦抵抗に起因する誤差を最小限に押さえるこ
とができる。

第５図は、第３の変位検出装置の第２実施例を説明した
図である。この場合、変位検出装置は水平面内での回転
変位を検出する構成となっているが、第４図の第１実施
例と共通する部分が多いので、その部分については省略
してある。

図示の変位検出装置の場合、容器１０４は、サーボモー
タ２によって垂直な回転軸７のまわりに回転する。容器
１０４に収容されたフロート１２８は円板状に形成され
、その側面には蛍光体１２８ａが塗布されている。容器
１０４の外側の側面には、フロート８側面の蛍光体１２
８ａに励起光をパルス照射するキセノン光源１２と、こ
の蛍光体１２８ａからの蛍光を検出する一対の光ディテ
クタ１１４ａ、１１４ｂとが設けられている。

フロート１２８は軸１２９を介して軸受け９から吊され
ている。この軸１２９には磁針１２９ａが固定されてお
り、フロート１２８は磁場に応じた所定の方向に力を受
ける。また、容器１０４は、水で満たされており、フロ
ート１２８と磁針１２９ａとを合わせた状態で水の比重
にほぼ等しくなるようにしている。

フロート１２８は、磁針１２９ａと共に外界に体して一
定方向を維持する。キセノン光源１２による励起光の照
射、光ディテクタ１１４ａ、１１４ｂによる蛍光の検出
、サーボモータ２による容器１０４の駆動等のシーケン
スは第４図の実施例の場合と同様である。一対の光ディ
テクタ１１４ａ、１１４ｂの検出する光量が等しくなる
ように容器１０４を回転させこの量を積算するならば、
変位検出装置の角変位を容易に検出することができる。

本発明は上記実施例に限られるものではなく様々な変形
が可能である。

例えば、第２図及び第４図の実施例で、キセノンランプ
１２ａの発光を連続的なものとしてもよい。この場合、
サーボモータの動作中も蛍光液体が励起されるため、蛍
光液体の蛍光発光量の立上がりが問題となる。蛍光発光
量の立上がりが早いと、蛍光液体が基準位置に戻る前に
十分に励起され、元の発光部位からずれた部位が蛍光発
光を始める。この結果、蛍光発光を生じさせる部位が徐
々に変動し、測定誤差を生む要因にもなる。ただし、こ
のような誤差は、蛍光発光量の立上がり時間と、サーボ
モータ等の応答時間との相対的関係によって生じるので
、いずれかの時間を調整すれば測定誤差を減少させるこ
とができる。

また、第４図及び第５図の実施例で、容器１０４の形状
は完全に軸対称な形状でなくてもよい。動作中、容器１
０４とフロート１２８との位置関係がほとんど変化しな
いからである。ただし、容器１０４の形状は軸対称に近
いことが望ましい。

容器１０４の形状が軸対称でなくなると、微小な乱流が
生じ、誤差の原因となるからである。

更に、容器１０４の内部には、フロート１２８との摩擦
抵抗を小さくするため、テフロン等のコーティングを施
しても良い。

更に、容器１０４側面の内部に中空のチューブからなる
バッファを設けても良い。このバッファは、容器内の液
体の圧力に応じて膨脹・収縮するので、温度変化による
水の体積変化を吸収でき、また気泡の発生を防止できる
。

更に、容器１０４を真空容器とし、その内部を減圧して
もよい。容器内の流体からの摩擦抵抗等をほとんど無視
できる量にすることができる。

更に、第２図、第４図及び第５図の実施例で使用する励
起光源として、蛍光体の励起波長に対応する光を発生す
るものであれば、ＬＥＤ、ＬＤ等の光源を使用すること
ができる。

更に、第２図及び第４図の本実施例の場合、蛍光検出手
段として一対の光ディテクタを使用したが、単一の光デ
ィテクタを使用してもよい。この場合、第２図及び第４
図に示した光ディテクタの一方１４ｂを省略すればよい
。この場合、光ディテクタ３４ａが所定領域２４からの
蛍光発光を部分的に検出できるようにしておく。光ディ
テクタ３４ａの検出する蛍光発光量がその残光の減少曲
線に従って指数的に減少するとき、蛍光液体の位置は基
準位置にあるものと考えられる。従って、光ディテクタ
によって検出される蛍光発光量が上記減少曲線に従って
指数的に減少しないとき、即ち、蛍光発光量が急増又は
急減するときは、蛍光液体が基準位置からずれたものと
考えられる。また、検出された蛍光発光量が急増したか
急減したかで、蛍光発光量が基準位置からずれた方向が
いずれであるかが定まる。

更に、第４図及び第５図の実施例で、容器１０４の外箱
１に対する回転は、抵抗体によって測定してもよい。例
えば、抵抗体の可変の抵抗値をサーボモータ２の回転量
及び方向に応じて増減させる方法がある。抵抗体の抵抗
値をモニタすることにより、サーボモータ２の駆動量及
び方向を検出することができ、更に、容器１０４の回転
量も測定できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、第１、第２及び第３の変位検出装
置によれば、構造が極めて簡単で、かつ、小型で軽量の
変位検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

　第１図は本発明に係る第１の変位検出装置の一実施例
の構成を示した図、第２図は本発明に係る第２の変位検
出装置の一実施例の構成を示した図、第３図は第２図の
変位検出装置の回路図、第４図は本発明に係る第３の変
位検出装置の第１実施例の構成を示した図、第５図は本
発明に係る第３の変位検出装置の第２実施例の構成を示
した図である。 ４…支持部材、１０４…容器、１２…励起光源、１４ａ
、１４ｂ、１１４ａ、１１４ｂ…蛍光検出手段、２…駆
動手段、１６…変位検出手段、１８…変位量検出手段、
２８…蛍光体。 代理人弁理士　長谷川芳樹

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定領域に存在する変位が検出されるべき
   蛍光体に励起光を照射する励起光源と、前記所定領域を
   所定の方向の前後の一方又は両方に変位させた領域に対
   応する検出領域に存在する前記蛍光体からの蛍光を検出
   する蛍光検出手段と、 前記蛍光検出手段の出力に基づいて、前記蛍光体か変位
   したことと、その変位方向が前記所定の方向に沿った前
   後いずれの方向であるかとを検出する変位検出手段と、 を備えたことを特徴とする変位検出装置。
2. 【請求項２】所定の方向に沿って往復動可能である支持
   部材と、 前記支持部材側に設けられると共に、該支持部材に対し
   所定領域に存在する変位が検出されるべき蛍光体に励起
   光を照射する励起光源と、前記支持部材側に設けられる
   と共に、前記所定領域を前記所定の方向の前後の一方又
   は両方に変位させた領域に対応する検出領域に存在する
   前記蛍光体からの蛍光を検出する蛍光検出手段と、前記
   蛍光検出手段の出力に基づいて、前記蛍光体が前記支持
   部材に対して変位したことと、その変位方向が前記所定
   の方向に沿った前後いずれの方向であるかとを検出する
   変位検出手段と、前記変位検出手段が前記蛍光体の変位
   を検出した場合に、前記支持部材を前記蛍光体の変位方
   向に変位させる駆動手段と、 前記支持部材の変位量を検出する変位量検出手段と、 を備えることを特徴とする変位検出装置。
3. 【請求項３】変位が検出されるべき変位被検出部材に設
   けられた所定の回転軸のまわりに回動自在に支持される
   と共に、表面に蛍光体を有する可動部材と、 前記可動部材を収容すると共に、前記所定の回転軸のま
   わりに回転可能である容器と、前記容器側に設けられる
   と共に、前記容器内の所定領域に存在する前記蛍光体に
   励起光を照射する励起光源と、 前記容器側に設けられると共に、前記所定領域を前記所
   定の回転軸のまわりで一方又は両方に変位させた領域に
   対応する検出領域に存在する前記蛍光体からの蛍光を検
   出する蛍光検出手段と、前記蛍光検出手段の出力に基づ
   いて、前記可動部材が前記容器に対して回転変位したこ
   とと、その変位方向が前記所定の回転軸のまわりのいず
   れの方向であるかとを検出する変位検出手段と、前記変
   位検出手段が前記可動部材の回転変位を検出した場合に
   、前記容器を前記可動部材の変位方向に回転させる駆動
   手段と、 前記変位被検出部材に対する前記容器の回転変位量を検
   出する変位量検出手段と、 を備えることを特徴とする変位検出装置。