JPH075372Y2 - Rotary encoder for micromanipulator using optical fiber - Google Patents
Rotary encoder for micromanipulator using optical fiberInfo
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Description
【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は主として、神経生理学の実験で微小電極を駆動
するマイクロマニプレータに係るものであり、詳しくは
マイクロマニプレータの変位を読み取るロータリエンコ
ーダに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention mainly relates to a micromanipulator that drives microelectrodes in neurophysiology experiments, and more specifically to a rotary encoder that reads displacement of the micromanipulator. is there.
(従来の技術) 従来、神経生理学の実験で神経活動を導出又は神経組織
を電気刺激するためのガラス又は金属製の微小電極を目
標とする脳の部位に刺入し駆動するためのマイクロマニ
プレータが使用されてきた。(Prior Art) Conventionally, a micromanipulator for piercing and driving a glass or metal microelectrode for deriving nerve activity or electrically stimulating nerve tissue in a neurophysiological experiment into a target brain region has been used. Has been used.
該微小電極の位置はダイヤルゲージを一回転500μmに5
0等分し、一目盛を10μmとする如く手動にて目盛ダイ
ヤルを数えることによってアナログ的に読み取るが、こ
の作業を繰り返すことは煩雑で容易なことではない。The position of the microelectrode should be adjusted by rotating the dial gauge 5 times per 500 μm.
It is read in an analog manner by counting the scale dial manually by dividing it into 0 equal parts and setting one scale to 10 μm, but repeating this work is not complicated and easy.
この問題は微小電極の位置をデジタルで表示すれば解決
されるが、それには機械式カウンターによる方法、ポテ
ンショメータやエンコーダによって電気信号に変換した
後デジタルで表示する方法などがある。This problem can be solved by displaying the position of the microelectrodes digitally, and there are methods such as a method using a mechanical counter and a method in which the position is converted into an electric signal by a potentiometer or an encoder and then displayed digitally.
(考案が解決しようとする課題) 従来技術で述べもののうちで、特に、エンコーダによる
方法が信頼性や取り扱い及び読み取りの容易さからいっ
てもっとも有力な方法である。(Problems to be solved by the invention) Among those described in the related art, the method using an encoder is the most effective method in terms of reliability, easiness of handling and reading.
しかし、従来のエンコーダはその構成が複雑であるため
マイクロマニプレータへの組み込みが簡単でなく、又エ
ンコーダの完成品の取付けは軸合わせのための特別な機
構が必要となったりマイクロマニプレータの形状を変更
しなければならないという問題がある。本考案は神経生
理学などの実験に使用するマイクロマニプレータの変位
を電気信号に変換するためのロータリエンコーダを着脱
自在に組み込み簡単な構成にしたものであり、光ファイ
バーを用いることにより上記の問題を解決したものであ
る。However, since the conventional encoder has a complicated structure, it is not easy to install it in the micromanipulator, and the mounting of the finished encoder requires a special mechanism for axis alignment or changes the shape of the micromanipulator. There is a problem of having to do it. The present invention has a simple structure in which a rotary encoder for converting the displacement of a micromanipulator used for experiments such as neurophysiology into an electric signal is detachably incorporated, and the above problem is solved by using an optical fiber. It is a thing.
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本考案に於けるロータリエ
ンコーダの原理を示せば、マイクロマニプレータ内に回
転自在に組み込んだ目盛リングをその円周に沿って光の
反射帯と吸収帯とを交互に等間隔であって、夫々同じ幅
員で配列せしめると共に、該マイクロマニプレータに、
前記目盛リングを発光ダイオードで光照射すべく送光フ
ァイバーを着脱可能に取付ける一方、該目盛リングにて
反射した光を複数個のフォトトランジスターへ導光せし
めるための複数本の受光ファイバーを前記マイクロマニ
プレータに着脱可能に取付け、該受光ファイバーの夫々
の入射光量を周期的に変化せしめて、前記フォトトラン
ジスターにより電気信号で回転を検出する機構である。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the principle of the rotary encoder in the present invention will be described. A graduation ring rotatably incorporated in a micromanipulator is arranged along the circumference of the graduated ring. The reflection bands and the absorption bands are alternately arranged at equal intervals, and the reflection bands and the absorption bands are arranged with the same width, and the micromanipulator has,
An optical fiber is detachably attached to the scale ring to irradiate light with a light emitting diode, and a plurality of light receiving fibers for guiding the light reflected by the scale ring to a plurality of phototransistors are attached to and detached from the micromanipulator. It is a mechanism that is mounted as much as possible, periodically changes the amount of light incident on each of the light receiving fibers, and detects rotation by an electric signal by the phototransistor.
(作用) 上記構成による作用は下記の如くである。(Operation) The operation of the above configuration is as follows.
即ち、マイクロマニプレータ内に設置した目盛リングが
正回転すれば一方の受光ファイバーの入射光量の変化は
他方の受光ファイバーの入射光量の変化より位相が進
み、又、逆回転すれば一方の受光ファイバーの入射光量
の変化は他方の受光ファイバーの入射光量の変化より位
相が遅れる。That is, if the scale ring installed in the micromanipulator rotates forward, the change of the incident light amount of one of the light receiving fibers leads the phase of the change of the incident light amount of the other light receiving fiber, and if it rotates in the opposite direction, the light receiving fiber of one of the light receiving fibers changes. The phase of the change of the incident light amount lags behind the change of the incident light amount of the other light receiving fiber.
而して、目盛リングの回転方向は夫々複数個のフォトト
ランジスターによる電気信号の相互の位相関係から検出
することが出来ると同時に微小電極の位置を、前記電気
信号に於ける相互の相対的な位相変位からデジタル方式
にて読み取ることが出来る。Thus, the direction of rotation of the scale ring can be detected from the mutual phase relationship of the electric signals by the plurality of phototransistors, and at the same time, the position of the microelectrode can be determined by the relative phase of the electric signals. The displacement can be read digitally.
(実施例) 実施例について図面を参照して説明すれば、第1図乃至
第5図に於いて、送光ファイバー1は発光ダイオード2
の光を導いて目盛リング3を照射する。(Embodiment) An embodiment will be described with reference to the drawings. In FIG. 1 to FIG.
And illuminates the scale ring 3.
受光ファイバー4及び5は目盛リング3で反射した光を
導き夫々フォトトランジスター6及び7を照射する。目
盛リング3にはその円周に沿って光の反射帯8と吸収帯
9を交互に等間隔に配列してある。目盛リング3が回転
すると受光ファイバー4及び5の入射光量が周期的に変
化し、これがフォトトランジスター6及び7によって電
気信号に変換される。送光ファイバー1と受光ファイバ
ー4及び5の互いの配置は、第5図(a)に示す如く目
盛リング3上で送光ファイバー1の照射域10と受光ファ
イバー4の受光域11が重なった領域を受光ファイバー4
の検出域12とし、送光ファイバー1の照射域10と受光フ
ァイバー5の受光域13が重なった領域を受光ファイバー
5の検出域14とし、また反射帯8又は吸収帯9の円周方
向の幅員を二分の一周期とすれば、検出域12の中心と検
出域14の中心が円周方向で四分の一周期ずれるように構
成する。The light receiving fibers 4 and 5 guide the light reflected by the scale ring 3 and irradiate the phototransistors 6 and 7, respectively. The graduation ring 3 has light reflection bands 8 and light absorption bands 9 alternately arranged at equal intervals along the circumference thereof. When the scale ring 3 rotates, the amount of incident light on the light receiving fibers 4 and 5 changes periodically, and this is converted into an electric signal by the phototransistors 6 and 7. The sending optical fiber 1 and the receiving fibers 4 and 5 are arranged so that the irradiation area 10 of the sending optical fiber 1 and the receiving area 11 of the receiving fiber 4 overlap each other on the scale ring 3 as shown in FIG. 5 (a). Optical fiber 4
Detection area 12, the irradiation area 10 of the sending optical fiber 1 and the light receiving area 13 of the light receiving fiber 5 overlap, and the detection area 14 of the light receiving fiber 5, and the width of the reflection band 8 or the absorption band 9 in the circumferential direction. If it is a half cycle, the center of the detection area 12 and the center of the detection area 14 are displaced by a quarter cycle in the circumferential direction.
目盛リング3が第4図又は第5図(a)の矢標で示す方
向に回転すれば受光ファイバー4の入射光量の変化は受
光ファイバー5の入射光量の変化より位相が進み、それ
と逆方向に回転すれば受光ファイバー4の入射光量の変
化は受光ファイバー5の入射光量の変化より位相が遅れ
る。従って、目盛リング3の回転方向はフォトトランジ
スター6及び7による電気信号の間の位相関係から検出
出来る。If the scale ring 3 rotates in the direction shown by the arrow in FIG. 4 or FIG. 5 (a), the change of the incident light amount of the light receiving fiber 4 advances in phase from the change of the incident light amount of the light receiving fiber 5, and in the opposite direction. When rotated, the change of the incident light amount of the light receiving fiber 4 is delayed in phase from the change of the incident light amount of the light receiving fiber 5. Therefore, the rotation direction of the scale ring 3 can be detected from the phase relationship between the electric signals by the phototransistors 6 and 7.
即ち、第4図に於いて目盛リング3が回転した時、フォ
トトランジスター6及び7によって得られる電気信号は
第5図(b)に示す如くなり、而して、回転角(数)の
デジタル表示が可能となる。That is, when the scale ring 3 is rotated in FIG. 4, the electric signals obtained by the phototransistors 6 and 7 are as shown in FIG. 5 (b), so that the rotation angle (number) is digitally displayed. Is possible.
具体的にフォトトランジスター以後の機構を挙げれば第
5図(c)に示す如く、先ずフォトトランジスター6及
び7から出力した正弦波信号は夫々増幅器P1,P2にて正
弦増幅せしめられ、次いで夫々波形整形回路Q1,Q2にて
アナログ的信号をパルス信号に変換し、更に双方のパル
ス信号を同時に方向検出カウンタードライバー回路Rに
入力せしめてここで回転角(数)を演算して表示器Sで
デジタル表示すれば良い。Specifically, as for the mechanism after the phototransistor, as shown in FIG. 5 (c), first, the sine wave signals output from the phototransistors 6 and 7 are sinusoidally amplified by the amplifiers P1 and P2, respectively, and then the waveform shaping is performed. The analog signals are converted to pulse signals by the circuits Q1 and Q2, and both pulse signals are input to the direction detection counter driver circuit R at the same time, and the rotation angle (number) is calculated here and displayed digitally on the display S. Just do it.
第1図は本考案の実施例の概略図で、マイクロマニプレ
ータMの送りネジ15に目盛リング3を固定し、光ファイ
バーの先端プラグ17をマイクロマニプレータMの側面よ
り挿入する構成となっている。FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the present invention, in which the scale ring 3 is fixed to the feed screw 15 of the micromanipulator M, and the tip plug 17 of the optical fiber is inserted from the side surface of the micromanipulator M.
第2図及び第3図は夫々本実施例に於けるマイクロマニ
プレータMの側面方向から見た部分断面図と上方向から
見た部分断面図である。先端プラグ17はキー18を有す外
筒19と3本の光ファイバー20を挿入した内筒21から構成
されている。2 and 3 are a partial cross-sectional view of the micromanipulator M according to the present embodiment as seen from a side direction and a partial cross-sectional view as seen from above. The tip plug 17 is composed of an outer cylinder 19 having a key 18 and an inner cylinder 21 into which three optical fibers 20 are inserted.
3本の光ファイバー20は内筒の中に第5図(a)に示す
ような照射域10と二つの受光域11,13に対応すべく正三
角形状になるように樹脂によって固定されている。先端
プラグ17は止めネジ22によってマイクロマニプレータM
本体に固定されている。目盛リング3に対する3本の光
ファイバー20間の位置の調整は内筒21を回転し互いの検
出域の中心の位相差が四分の一周期になるところでセッ
トビス23によって固定する。The three optical fibers 20 are fixed in the inner cylinder by resin so as to form an equilateral triangle so as to correspond to the irradiation area 10 and the two light receiving areas 11 and 13 as shown in FIG. 5 (a). The tip plug 17 is attached to the micromanipulator M by the set screw 22.
It is fixed to the body. To adjust the position between the three optical fibers 20 with respect to the scale ring 3, the inner cylinder 21 is rotated and fixed by the set screw 23 when the phase difference between the centers of the detection areas becomes a quarter cycle.
(考案の効果) 而して、本考案は、一定の直径と開口角を持つ送光・受
光用の3本の光ファイバの先端を正三角形状に配置し、
それを回転し固定できるように構成することによって、
一定範囲の周期の長さを持つ目盛リングに適合できるよ
うにすると共に、エンコーダの分解能を従来の構成の場
合の2倍以上に高められるようにすることができる。
又、本考案によるロータリエンコーダを取り付けたマイ
クロマニプレータは使用する上で、 (1)微小電極の位置をデジタルで読み取ることができ
るようになるので、実験者は実験中に細かい目盛を読み
取る作業を繰り返すことによる精神的及び肉体的疲労か
ら解放され作業能率が大幅に向上する。(Effect of the Invention) Therefore, in the present invention, the tips of the three optical fibers for transmitting and receiving light having a constant diameter and opening angle are arranged in an equilateral triangle shape,
By configuring it so that it can be rotated and fixed,
It is possible to adapt to a graduation ring having a certain range of cycle length, and to increase the resolution of the encoder more than double that of the conventional configuration.
In addition, in using the micromanipulator equipped with the rotary encoder according to the present invention, (1) it becomes possible to read the positions of the microelectrodes digitally, so that the experimenter repeats the work of reading the fine scale during the experiment. This frees you from mental and physical fatigue and greatly improves work efficiency.
(2)従来と同じ形状のマイクロマニプレータを使用で
きるので、実験器具の配置を変更する必要がない。(2) Since the micromanipulator having the same shape as the conventional one can be used, it is not necessary to change the arrangement of the experimental equipment.
(3)微小電極の位置の読み取りの誤りが減少する。(3) Errors in reading the position of the microelectrode are reduced.
(4)光ファイバーを用いているので、神経活動の記録
にアーチファクトを与えない。(4) Since the optical fiber is used, no artifact is given to the recording of the nerve activity.
(5)マイクロマニプレータと光ファイバーの着脱が簡
単である。(5) It is easy to attach and detach the micromanipulator and the optical fiber.
(6)機械的な衝撃に強く、取り扱いが簡単である。等
の利点がある。(6) Strong against mechanical shock and easy to handle. And so on.
第1図は本考案の実施例の概略図、第2図は本実施例の
マイクロマニプレータ要部の部分縦断側面図、第3図は
同じく第2図上X−X部分の部分縦断平面図、第4図は
目盛リングと光ファイバーとの配置関係を示す斜視図、
第5図(a)は目盛リング要部の原理的概略図、第5図
(b)はフォトトランジスターの出力信号波形の位相関
係を示す原理的説明図、第5図(c)はアナログ信号を
パルス信号としてデジタル表示する機構を説明する回路
構成図である。 M…マイクロマニプレータ、1…送光ファイバー、2…
発光ダイオード、4,5…受光ファイバー、6,7…フォトト
ランジスター、8…反射帯、9…吸収帯FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial vertical sectional side view of an essential part of the micromanipulator of the present embodiment, and FIG. 3 is a partial vertical sectional plan view of XX portion in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the positional relationship between the scale ring and the optical fiber,
FIG. 5 (a) is a principle schematic diagram of the main part of the scale ring, FIG. 5 (b) is a principle explanatory diagram showing the phase relationship of the output signal waveform of the phototransistor, and FIG. 5 (c) is an analog signal. It is a circuit block diagram explaining the mechanism which carries out digital display as a pulse signal. M: Micromanipulator, 1 ... Transmission optical fiber, 2 ...
Light emitting diode, 4,5 ... Receiving fiber, 6,7 ... Phototransistor, 8 ... Reflection band, 9 ... Absorption band
Claims (1)
軸に、同じ幅員を持つ光の反射帯と吸収帯とを交互に外
周をN等分するように配列した目盛リングを固定し、そ
れに対向してその面を光照射する1本の送光ファイバと
その反射光を受光する2本の受光ファイバとの先端を正
三角形状に且つ一体として回転自在であって対向する目
盛リングまでの距離を可変固定できるように配置したこ
とを特徴とする光ファイバを用いたマイクロマニプレー
タのロータリエンコーダ。1. A microscopic manipulator main body is provided with a graduated ring fixed to the shaft of a feed screw and arranged so as to alternately divide a reflection band and an absorption band of light having the same width so as to divide the outer periphery into N equal parts. The tip of one light-transmitting fiber that irradiates the surface with light and the two light-receiving fibers that receive the reflected light are equilaterally triangular and integrally rotatable, and the distance to the opposing scale ring can be changed. A rotary encoder for a micromanipulator using an optical fiber, which is arranged so that it can be fixed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989109728U JPH075372Y2 (en) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | Rotary encoder for micromanipulator using optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989109728U JPH075372Y2 (en) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | Rotary encoder for micromanipulator using optical fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0348719U JPH0348719U (en) | 1991-05-10 |
| JPH075372Y2 true JPH075372Y2 (en) | 1995-02-08 |
Family
ID=31658298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1989109728U Expired - Lifetime JPH075372Y2 (en) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | Rotary encoder for micromanipulator using optical fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075372Y2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57190417U (en) * | 1981-05-28 | 1982-12-02 | ||
| JPS5833119A (en) * | 1981-08-21 | 1983-02-26 | Hitachi Ltd | Optical mark detector |
-
1989
- 1989-09-21 JP JP1989109728U patent/JPH075372Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0348719U (en) | 1991-05-10 |
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