JPH0618286A - 光学式変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学式変位検出装置において集光レンズの形
成された移動板の製造コストを低減化し信頼性を改善す
るとともに、集光効率を高める。 【構成】 光学式変位検出装置は平面に沿って変位する
移動板１と、該移動板１に入射光を照射する固定光源４
と、これに対向配置された固定受光素子５とから構成さ
れる。結像手段例えば帯状レンズ３が、移動板１上に延
設されその変位に伴なって入射光を集光して移動する結
像を生成する。又、固定受光素子５は結像の移動方向に
沿って配置された受光面６を有し、該結像の位置から移
動板変位の検出信号を出力する。帯状レンズ３は例えば
螺旋状に形成されたフレネルレンズからなり、その幅部
が平面的に見て受光面６全体を内包する様に配置されて
いる。従って、帯状レンズ３以外の領域を通過する入射
光は受光面６に到達しないので透明移動板１の帯状レン
ズ３以外の領域を遮光コーティングする必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式変位検出装置に関
する。より詳しくは、固定光源と固定受光素子との間に
例えば回転変位するディスク状の移動板を介在させ、そ
の変位を光学的に検出する装置の移動板構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式変位検出装置には、例えば
移動板上に連続するスリットの形成された構造が知られ
ており、例えば特開昭６０−２２５０２４号公報に開示
されている。図５に示す様に、ディスク状の移動板１０
１は回転軸１０２を中心にして回転変位する。その表面
には周方向に沿って螺旋状の連続したスリット１０３が
形成されている。移動板１０１を介して固定光源１０４
と固定受光素子１０５が対向配置されている。受光素子
１０５の受光面１０６は移動板１０１の半径方向に沿っ
て直線状に設けられている。

【０００３】図６を参照してその動作を簡潔に説明す
る。移動板の回転に伴なってスリット１０３を透過した
光の受光位置が変化する。受光素子１０５は受光位置に
応じた検出信号を出力する。移動板１０１の回転角と検
出信号はリニアな関係にあり、回転変位の検出が行なわ
れる。検出精度を改善し分解能を高める為にはスリット
１０３の幅を狭くする必要がある。しかしながら、スリ
ット幅を小さくすると透過光量が減少し検出信号のＳ／
Ｎ比が悪化する。

【０００４】図７に他の従来例を示す。これは、例えば
特開昭６２−１４２２２３号公報に開示されている。直
線変位する移動板２０１の表面には斜行するシリンドリ
カルレンズ２０２が形成されている。移動板２０１を介
して固定光源２０３と固定受光素子２０４とが互いに対
向配置されている。受光面２０５は移動板２０１の変位
方向と直交する様に直線状に設けられている。受光素子
２０４の一対の差動出力端子には演算回路２０６が接続
されている。

【０００５】この従来例は図５に示した従来例のスリッ
ト１０３に代えてシリンドリカルレンズ２０２を用いた
点に特徴がある。シリンドリカルレンズ２０２は光源２
０３からの投光を集光して受光面２０５上に結像２０７
を生成する。結像２０７は移動板２０１の直線変位に伴
なって直交方向に移動する。スリットを用いた場合に比
較すると、シリンドリカルレンズ２０２は集光作用を有
するので受光量が増大するというメリットが得られる。
受光素子２０４は結像２０７の受光位置に応じて差動的
に変化する一対の出力信号Ａ，Ｂを出力する。演算回路
２０６は（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算処理を行ない移
動板２０１の変位あるいは位置に応じた検出信号を出力
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】引き続き図７を参照し
て本発明が解決しようとする課題を簡潔に説明する。移
動板２０１は一般に透明樹脂材料からなり、シリンドリ
カルレンズ２０２は一体成型されている。レンズ部以外
の領域を光源２０３から遮閉する為光透過防止コーティ
ング２０８が施されている。仮に、コーティング２０８
がないとレンズ２０２以外の領域を通過した投光が受光
面２０５を照射しＳ／Ｎ比が極端に悪化する。しかしな
がら、光透過防止コーティング２０８の成膜は製造技術
的に煩雑であり移動板２０１の部品コストが高くなると
いう課題あるいは問題点があった。又、コーティング２
０８は劣化による剥離や亀裂の惧れがあり長期信頼性に
欠けるという課題あるいは問題点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明はコストパフォーマンスが良く信頼性
にも優れたレンズ一体型の移動板構造を提供する事を目
的とする。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じ
た。即ち、本発明にかかる光学式変位検出装置は、基本
的な構成要素として、平面に沿って変位する移動板と、
該移動板に入射光を照射する固定光源と、対向する固定
受光素子とから構成されている。移動板上には結像手段
が延設されており変位に伴なって入射光を集光し移動す
る結像を生成する。一方、固定受光素子は該結像の移動
方向に沿って配置された受光面を有し該結像の位置から
前記変位の検出信号を出力可能としている。かかる構成
において、本発明の特徴事項として、該結像手段は帯状
レンズからなるとともにその幅部が平面的に見て該受光
面全体を内包する様に形成されている。例えば、該帯状
レンズは回転変位する円形移動板の表面に沿って螺旋状
に延設されているとともに、該受光面は円形移動板の半
径方向に沿って配置されている。どの様な回転位置にお
いても、螺旋状レンズの幅部は受光面の長手方向全長を
内包可能な様に設定されている。

【０００８】好ましくは該帯状レンズは透明光学材料か
らなる移動板と一体的に成型されている。さらに、該帯
状レンズはフレネルレンズからなる。

【０００９】

【作用】上述した本発明の移動板構造においては、帯状
レンズの幅部が常に受光面をカバーする様になってい
る。従って、レンズ部以外の領域に入射した光源からの
投光はたとえ透明樹脂材料からなる移動板を通過しても
受光面を直接照射する惧れがない。従って、従来の様に
レンズ以外の領域を光透過防止コーティングで遮光する
必要がない。一方、幅広な形状を有する帯状レンズによ
って集光された光は全て受光面に結像される為、従来の
幅狭なシリンドリカルレンズに比べ有効受光量を大幅に
向上する事ができる。又、幅広の帯状レンズをシリンド
リカルレンズで形成すると肉厚が大きくなり、樹脂成型
時にヒケ等が生じレンズ精度が悪くなる可能性も有る。
そこで、本発明では帯状レンズをフレネルレンズとする
事が好ましい。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる光学式変位検出
装置の一実施例を示す模式的な斜視図である。図示する
様に、円板型の移動板１は平面に沿って回転軸２の周り
を回転変位する。移動板１の表面には帯状レンズ３が周
方向に沿って螺旋状に形成されている。この帯状レンズ
３はフレネルレンズからなり透明光学材料を用いて移動
板１と一体的に成型されている。移動板１の上方にはＬ
ＥＤ等からなる固定光源４が配置されている。この固定
光源４は好ましくは平行光を投光し少なくとも帯状レン
ズ３の幅部全体を照射する様になっている。一方、移動
板１の下方には固定光源４と対向して固定受光素子５が
配置されている。固定受光素子５は例えば差動出力型の
光点位置検出素子からなりＰＳＤ等を用いる事ができ
る。固定受光素子５の表面に設けられた受光面６は所定
の寸法の長手形状を有し移動板１の半径方向に沿って配
置されている。

【００１１】図２は図１に示す光学式変位検出装置の平
面的な配置関係を示す。帯状レンズ３は回転軸２を中心
として螺旋状に形成されている。従って、帯状レンズ３
の幅部中心を通る中心線７が螺旋を描く。この中心線７
に直交する線群が帯状レンズ３の光軸となり且つ結像部
位を表わす。中心線７は図５に示した従来例のスリット
１０３と対応するものである。本例では中心線７が螺旋
を描いているが必ずしもこれに限られるものではない。
一般に、回転に伴なって中心線７と回転軸２との距離が
連続的に変化するものであれば良い。帯状レンズ３の両
端部８，９は所定の角的距離だけ離間しており、有効角
度範囲を規定する。図示の状態では一方の端部８近傍が
受光面６に対面しており、レンズ幅部は受光面６を完全
にカバーしている。移動板１が回転して他方の端部９が
受光面６に整合した場合にも、レンズ幅部は受光面６を
完全にカバーする。

【００１２】次に図３を参照して図１及び図２に示す光
学式変位検出装置の動作を説明する。図３は図２に示す
直線Ｒ−Ｒで切断した部位の拡大図である。（Ａ）の状
態では図２に示した様に帯状レンズ３の一方の端部８が
受光面６に整合している。この状態ではレンズ３の光軸
１０が受光面６の半径方向外端部近傍に位置している。
従って固定光源から入射した平行光はレンズ３により集
光され、結像が受光面６の外端近傍に生成される。受光
素子５は結像の受光位置に応じて差動出力信号を出力し
所定の演算処理を施して移動板１の回転位置が検出され
る。図から明らかな様に、フレネルレンズ３の幅部は受
光面６を完全にカバーしており、レンズ部以外を通過し
た平行入射光は受光されない。

【００１３】（Ｂ）に示す状態は、図２の位置から移動
板１が有効角度範囲の半分量だけ時計方向に回転した場
合を表わしており、光軸１０は受光面６の半径方向略中
央部に位置している。この場合でも、フレネルレンズ３
の幅部は受光面６を完全にカバーしておりレンズ部以外
を通過する平行入射光は受光されない。

【００１４】（Ｃ）に示す状態では、移動板１がさらに
時計方向に回転し、他方の端部９近傍が受光素子５に整
合した状態を表わしている。この場合には光軸１０は受
光面６の半径方向内端側に位置している。前述した場合
と同様に、フレネルレンズ３の幅部は受光面６を完全に
カバーしている。

【００１５】最後に図４は本発明にかかる光学式変位検
出装置の他の実施例を示す模式的な平面図である。図１
に示す実施例と異なり本例は移動板１の直線変位を検出
する様になっている。移動板１の表面には全面に渡って
帯状のフレネルレンズ３が形成されている。かかる構造
を有する移動板１は透明光学材料を成型して得られる。
帯状のフレネルレンズ３の中心線７は移動板１の移動方
向（図示では水平方向）に対して所定角度だけ傾斜して
いる。この中心線７は図７に示す従来例のシリンドリカ
ルレンズ２０２に対応している。移動板１の下側には差
動型の受光素子５が固定配置されている。その上には受
光面６が形成されており、長手方向が移動板１の移動方
向と直交している。又、受光面６の長手方向全長はフレ
ネルレンズ３の幅部によって完全にカバーされている。
前述した様に、フレネルレンズ３の光軸は中心線７に直
交しており紙面に垂直である。従って、固定受光面６に
対して移動板１が相対的に直線変位すると中心線７に沿
った結像が受光面６の長手方向に移動する。この結像位
置の移動に応じて受光素子５は差動出力信号を出力しこ
れを演算処理する事により移動板１の直線変位あるいは
直線位置を検出する事ができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、受
光面を完全に覆う様に帯状の集光レンズを移動板上に形
成する事により、レンズ部以外を通過した投光が受光面
に直接入射しない様にしている。この為、透明移動板の
レンズ部以外の領域を光透過防止コーティングで遮光す
る必要がなくなり移動板の製造コストを低減できるとと
もに信頼性が向上するという効果がある。又、帯状レン
ズを幅広に形成する事により受光量が増大し高精度な位
置検出が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光学式変位検出装置の一実施例
を示す模式的な斜視図である。

【図２】同じく構成部品の配置関係を示す平面図であ
る。

【図３】図１及び図２に示す光学式変位検出装置の動作
説明図である。

【図４】本発明にかかる光学式変位検出装置の他の実施
例を示す模式図である。

【図５】従来の光学式変位検出装置の一例を示す斜視図
である。

【図６】図５に示す従来の光学式変位検出装置の出力特
性を表わすグラフである。

【図７】従来の光学式変位検出装置の他の例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１ 移動板 ２ 回転軸 ３ 帯状レンズ ４ 固定光源 ５ 固定受光素子 ６ 受光面 ７ 中心線 ８ 端部 ９ 端部 １０ 光軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面に沿って変位する移動板と、該移動
   板に入射光を照射する固定光源と、該移動板上に延設さ
   れその変位に伴なって入射光を集光し移動する結像を生
   成する結像手段と、該結像の移動方向に沿って配置され
   た受光面を有し該結像の位置から前記変位の検出信号を
   出力する固定受光素子とからなる光学式変位検出装置に
   おいて、 該結像手段は帯状レンズからなるとともにその幅部が平
   面的に見て該受光面全体を内包する様に形成されている
   事を特徴とする光学式変位検出装置。
2. 【請求項２】 該帯状レンズは透明光学材料からなる移
   動板と一体的に成型されたものである事を特徴とする請
   求項１記載の光学式変位検出装置。
3. 【請求項３】 該帯状レンズはフレネルレンズである事
   を特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装置。
4. 【請求項４】 該帯状レンズは回転変位する円形移動板
   の表面に沿って螺旋状に延設されているとともに、該受
   光面は円形移動板の半径方向に沿って配置されている事
   を特徴とする請求項１記載の光学式変位検出装置。