JPH0666596A - 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帯の
形成された移動板の製造コストを低減化し且つ信頼性を
改善する。 【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
れている。レンズ帯３が移動板１上に延設されており、
その変位に伴なって有効入射光８を集光して移動する結
像１０を生成する。又、固定受光素子５は結像１０の移
動方向に沿って配置された受光面６を有し、結像の受光
位置から移動板変位の検出信号を出力する。レンズ帯３
の両側縁に沿って並行する一対のプリズム帯７が設けら
れており、無効入射光１１あるいは周辺入射光を外側に
屈折して受光面６から外れる様にしている。

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、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３に示す様に、ディスク状の移動板１０１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１０
５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４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５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３に示した先の従来例のス
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２０３からの投光を集光して受光面２０５上に結像２
０７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５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は一体成形されている。レンズ部以外
の周辺領域を光源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２
０８がないと周辺領域を通過した投光が直接もしくは迷
光となって受光面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２０８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。なお、コーティング２０８は完全に周辺領域を遮光
するものが好ましいが、ある程度の入射光量を吸収でき
る材料であれば所定の効果が得られコストの面で有利と
なる。しかしながら、この場合には相当程度のＳ／Ｎ比
の悪化が避けられない。

【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。移動板上には集光レン
ズ帯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リニアな受光面を有し該結
像の受光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、
該レンズ帯の両側縁に沿って並行するプリズム帯を設け
ている。例えば、該レンズ帯及びプリズム帯は回転変位
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。好ましくはレンズ帯及びプリズム帯は透
明光学材料からなる移動板と一体的に成形されている。

【０００８】

【作用】本発明においては、レンズ帯の両側縁に沿って
プリズム帯を並行に設け、周辺入射光を屈折して受光面
から外れる様にしている。レンズ帯に入射した光は集光
され受光面上に結像を生成する。この結像は移動板の変
位に沿って移動するので、受光面はその移動方向に沿っ
て所定の長さを有しており、一般にレンズ帯の幅寸法よ
り広く設定されている。これに対応して、固定光源から
の入射光も所定の広がりを有しており、一般にレンズ帯
の幅よりも大きい。従って移動板を照射する入射光の一
部がレンズ帯により集光される一方、周辺入射光はプリ
ズム帯を通過する事になる。周辺入射光はこのプリズム
帯により屈折偏向され受光面外に指向する。従って、レ
ンズ帯により集光された入射光のみが受光面に取り込ま
れ変位検出精度が向上する。受光面の長手寸法、レンズ
帯の幅寸法、レンズ帯と受光面との間の距離等に合わせ
て、プリズム帯の頂角及び幅寸法を適切に設定する事に
より、実質的に遮光膜と等価の機能を得る事ができる。

【０００９】

【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図である。（Ａ）の斜視図に
示す様に、円形型の移動板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の表面にはレンズ帯３が
周方向に沿って螺旋状に形成されている。このレンズ帯
３はシリンドリカルレンズからなり透明光学材料を用い
て移動板１と一体的に成形されている。なお、本発明は
これに限られるものではなく、シリンドリカルレンズに
代えてフレネルレンズを用いても良い。集光能力を高め
る為シリンドリカルレンズの肉厚を厚くすると、樹脂成
形時にひけ等が生じレンズ精度が悪くなる可能性もあ
る。この場合には、フレネルレンズを用いて肉厚部分を
除去する事ができる。移動板１の上方にはＬＥＤ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円形型移動板１の半径方向に沿
ってレンズ帯３の通過範囲を含む様に照射する。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
定寸法の長手形状を有し円形型移動板１の半径方向に沿
って配置されている。最後に、本発明の特徴事項とし
て、レンズ帯３の両側縁に沿って一対のプリズム帯７が
設けられている。このプリズム帯７も、レンズ帯３と同
様に透明光学材料からなる移動板１と一体的に成形され
たものである。

【００１０】（Ｂ）は移動板１の半径方向に沿った断面
形状を示す。前述した様に、レンズ帯３は所定の焦点距
離を有するシリンドリカルレンズからなる。固定光源か
ら放射された有効入射光８はレンズ帯３により集光さ
れ、光軸９に沿って受光素子５の受光面６上に結像１０
を生成する。一方、無効入射光１１即ちレンズ帯３以外
の周辺領域に入射した周辺入射光は、両側に位置するプ
リズム帯７により外側に屈折され受光面６から外れる。
本例では、プリズム帯７は移動板１の裏面側に形成され
ているが、必ずしもこれに限られるものではなく表面側
に形成する様にしても良い。レンズ帯３の幅寸法、受光
面６の長手寸法、レンズ帯３と受光面６との間の距離等
に合わせて、プリズム帯７の頂角及び幅寸法を適切に設
定する事により、受光面６に対してレンズ帯３が変位し
た場合であっても、常に周辺入射光１１が受光面６から
外れる様にする事が可能である。

【００１１】次に、図２を参照して図１に示した光学式
変位検出装置の動作を詳細に説明する。前述した様に、
レンズ帯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、レンズ帯３の幅部中心を通る中心線１２
が螺旋を描く。この中心線１２に直交する線群がレンズ
帯３の光軸となり且つ結像部位を表わす。この中心線１
２は図３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１２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１２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。なお、レンズ帯３の周方向両端
部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。

【００１２】回転移動板１の下方には、半径方向に沿っ
て所定の長手寸法を有する受光面６を備えた受光素子が
固定配置されている。図から明らかな様に、移動板１が
回転変位すると、平面的に見て中心線１２と受光面６の
交差部が、半径方向に沿って移動する。換言すると、移
動板１の回転に伴なって結像位置が受光面６の長手方向
に沿って移動しその変化を検出する事により変位情報が
得られる。

【００１３】図１及び図２に示した実施例では、円形移
動板を用いて回転変位情報を検出する様にしている。し
かしながら、本発明はこれに限られるものではなく、例
えば図５に示した従来例と同様に、直線変位する移動板
の表面に斜行するシリンドリカルレンズを設け、直線変
位を検出するものであっても良い。

【００１４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、レ
ンズ帯の両側縁に沿って並行する一対のプリズム帯を設
け周辺入射光を屈折偏向する様にしている。従って、レ
ンズ帯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帯以外の周辺
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。

【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】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４】図３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５】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 レンズ帯 ４ 固定光源 ５ 固定受光素子 ６ 受光面 ７ プリズム帯 ８ 有効入射光 ９ 光軸 １０ 結像 １１ 無効入射光（周辺入射光） １２ 中心線

Claims (3)

【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
   成するレンズ帯と、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、 該レンズ帯の側縁に沿ってプリズム帯を設け、周辺入射
   光を屈折して該受光面から外れる様にした事を特徴とす
   る光学式変位検出装置。
2. 【請求項２】 該レンズ帯及びプリズム帯は透明光学材
   料からなる移動板と一体的に成形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】 該レンズ帯及びプリズム帯は回転変位す
   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。