JPH0769191B2 - 光学式変位計 - Google Patents
光学式変位計Info
- Publication number
- JPH0769191B2 JPH0769191B2 JP6284987A JP6284987A JPH0769191B2 JP H0769191 B2 JPH0769191 B2 JP H0769191B2 JP 6284987 A JP6284987 A JP 6284987A JP 6284987 A JP6284987 A JP 6284987A JP H0769191 B2 JPH0769191 B2 JP H0769191B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- light
- pass filter
- displacement
- light source
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- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はLEDを用いた光学式変位計の関し,LEDの劣化やL
ED自身の特性によらず正確な変位測定を行う光学式変位
計に関する。
ED自身の特性によらず正確な変位測定を行う光学式変位
計に関する。
＜従来の技術＞ 従来，この種の光学式変位計としては第４図に示すフォ
トインタラプタが知られている。
トインタラプタが知られている。
図において１はLED等からなる光源であり，この光源か
らの光は第１の遮光板２および第２の遮光板３に形成さ
れたスリット7,8を通って光電変換素子（例えばフォト
ダイオード…以下，単にPDという）４に達する。５は変
位体で矢印方向に移動することによりスリット８を通過
する光を遮光する。従って,PD4の出力の変化を測定する
ことにより変位体５の位置を検知することが出来る。
らの光は第１の遮光板２および第２の遮光板３に形成さ
れたスリット7,8を通って光電変換素子（例えばフォト
ダイオード…以下，単にPDという）４に達する。５は変
位体で矢印方向に移動することによりスリット８を通過
する光を遮光する。従って,PD4の出力の変化を測定する
ことにより変位体５の位置を検知することが出来る。
第５図は上記構成の変位体の位置とPDの出力の関係を示
すもので，変位体がａで示す位置から左方向に移動する
に伴いPDの出力が増加している状態を示している。この
ようなフォトインタラプタを簡単な変位計や零点位置検
出等に用いると構成が単純なので製作も容易であり，コ
スト的に有利である。
すもので，変位体がａで示す位置から左方向に移動する
に伴いPDの出力が増加している状態を示している。この
ようなフォトインタラプタを簡単な変位計や零点位置検
出等に用いると構成が単純なので製作も容易であり，コ
スト的に有利である。
＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら，上記従来例においては，次のような問題
点があった。
点があった。
LEDの経年変化による出力の減少が変位と出力の関
係に影響し誤差となる。
係に影響し誤差となる。
LED自身の特性がサンプル毎に異なるので装置毎に
特性測定を行い校正表を咲る必要がある。
特性測定を行い校正表を咲る必要がある。
変位体の移動方向が不明である。
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもの
で,LEDの特性のばらつきや劣化に影響されず，移動方向
の判定が可能な光学式変位計を提供することを目的とす
る。
で,LEDの特性のばらつきや劣化に影響されず，移動方向
の判定が可能な光学式変位計を提供することを目的とす
る。
＜問題点を解決するための手段＞ 上記問題点を解決するための本発明の構成は，光源と，
この光源の光強度を正弦波状に振幅変調する振幅変調器
と，前記光源の光を拡散光にする光拡散手段と，スリッ
ト幅と遮光部が同一幅を有し，かつ，それらが等間隔に
配列された変位体と，この変位体のスリット幅と遮光部
の周期の間隔をｄとしたとき，その間隔ｄから照射され
る光の帯域の間に等間隔に帯状に配置された４個の光電
変換素子と，これら光電変換素子からの電流出力のそれ
ぞれを電圧に変換するI/V変換器と，これらI/V変換器か
らの出力電圧を加算する加算器と，この加算器の出力の
交流成分をカットする低域通過フィルタと，前記I/V変
換器からの出力のうち位相が隣り合った同士の２つの出
力を入力し，直流成分をカットする高域通過フィルタ
と，この高域通過フィルタの出力に基づいてハイまたは
ローレベルの信号を出力するコンパレータと，前記高域
通過フィルタからの出力のピーク値を検出するピーク値
検出手段と，前記低域通過フィルタからの出力信号で前
記ピーク値検出手段からの出力信号を除算するための除
算器と，この除算器の出力に基づいて前記変位体の変位
量を演算する逆演算テーブルを設けたことを特徴とする
ものである。
この光源の光強度を正弦波状に振幅変調する振幅変調器
と，前記光源の光を拡散光にする光拡散手段と，スリッ
ト幅と遮光部が同一幅を有し，かつ，それらが等間隔に
配列された変位体と，この変位体のスリット幅と遮光部
の周期の間隔をｄとしたとき，その間隔ｄから照射され
る光の帯域の間に等間隔に帯状に配置された４個の光電
変換素子と，これら光電変換素子からの電流出力のそれ
ぞれを電圧に変換するI/V変換器と，これらI/V変換器か
らの出力電圧を加算する加算器と，この加算器の出力の
交流成分をカットする低域通過フィルタと，前記I/V変
換器からの出力のうち位相が隣り合った同士の２つの出
力を入力し，直流成分をカットする高域通過フィルタ
と，この高域通過フィルタの出力に基づいてハイまたは
ローレベルの信号を出力するコンパレータと，前記高域
通過フィルタからの出力のピーク値を検出するピーク値
検出手段と，前記低域通過フィルタからの出力信号で前
記ピーク値検出手段からの出力信号を除算するための除
算器と，この除算器の出力に基づいて前記変位体の変位
量を演算する逆演算テーブルを設けたことを特徴とする
ものである。
＜実施例＞ 第１図は本発明の光学式変位計の一実施例を示す構成図
である。
である。
図において,1は光源,20はこの光源１の光の強度を正弦
波状に振幅変調させる振幅変調器である。21はスリット
22を有する遮光板で，光源１の光はスリット22を通って
拡散板23に達し，拡散光となって変位体24を照射する。
変位体24にはスリット24aが複数個形成され，このスリ
ット24aと遮光部24bの幅は等しく形成されている。25は
４個のPD25a〜25dを帯状に等間隔に配列した光電変換部
で，変位体のスリット24aと遮光部24bの間隔をｄ（２
π）としたとき，その間隔ｄに４個（図では２個がスリ
ットに，他の２個が遮光部に対応した位置にある）配置
されている。このため，光電変換部25には正弦波状の光
が加えられることになり，光電変換素子のそれぞれが受
光する光強度と位相角の関係は第２図に示すようなもの
となる。（なお，第２図に示すような滑かな正弦波を得
るにはPDの数を増加する必要がある）。すなわちスリッ
ト24aの中央部が最も光強度が高く遮光部24bの中央部が
最も低い。従って各光電変換素子における出力信号I1〜
I4は互いに90゜位相が異なった信号となり，これらの信
号は次式で表わすことが出来る。
波状に振幅変調させる振幅変調器である。21はスリット
22を有する遮光板で，光源１の光はスリット22を通って
拡散板23に達し，拡散光となって変位体24を照射する。
変位体24にはスリット24aが複数個形成され，このスリ
ット24aと遮光部24bの幅は等しく形成されている。25は
４個のPD25a〜25dを帯状に等間隔に配列した光電変換部
で，変位体のスリット24aと遮光部24bの間隔をｄ（２
π）としたとき，その間隔ｄに４個（図では２個がスリ
ットに，他の２個が遮光部に対応した位置にある）配置
されている。このため，光電変換部25には正弦波状の光
が加えられることになり，光電変換素子のそれぞれが受
光する光強度と位相角の関係は第２図に示すようなもの
となる。（なお，第２図に示すような滑かな正弦波を得
るにはPDの数を増加する必要がある）。すなわちスリッ
ト24aの中央部が最も光強度が高く遮光部24bの中央部が
最も低い。従って各光電変換素子における出力信号I1〜
I4は互いに90゜位相が異なった信号となり，これらの信
号は次式で表わすことが出来る。
I1＝（sinθ＋１）ａ I2＝（cosθ＋１）ａ I3＝（−sinθ＋１）ａ I4＝（−cosθ＋１）ａ θ；変位体１の位置に応じて変化する変数，すなわち変
位体の位置を表わす信号 a;光源１の光強度 となる。なお,sinθ,cosθ，−sinθ，−cosθに１を加
えたのは光源１の光が負の値とならないようにするため
である。
位体の位置を表わす信号 a;光源１の光強度 となる。なお,sinθ,cosθ，−sinθ，−cosθに１を加
えたのは光源１の光が負の値とならないようにするため
である。
30a〜30dはI/V変換器で,4a〜4dのPDに対応して設けら
れ,PDの出力電流を電圧に変換する。I/V変換器30a〜30d
からの出力信号P1〜P4は加算器31で加算され，この加算
器の出力信号Ｐ′は低域通過フィルタ32に入力さててそ
の交流分がカットされ，その出力信号PLは除算器33の一
方の入力となる。
れ,PDの出力電流を電圧に変換する。I/V変換器30a〜30d
からの出力信号P1〜P4は加算器31で加算され，この加算
器の出力信号Ｐ′は低域通過フィルタ32に入力さててそ
の交流分がカットされ，その出力信号PLは除算器33の一
方の入力となる。
34a,34bは高域通過フィルタで,30a〜30dのI/V変換器の
出力のうち位相が隣あった同士の２つ（図では30cの出
力と30dのからの出力としたが30aと30b,30bと30c,30aと
30dでもよい）の出力P3,P4をそれぞれ入力し，その直流
成分をカットした出力信号PH1,PH2を後段に接続された
コンパレータ36a,36bに入力する。このコンパレータは
高域通過フィルタの出力に基づいてハイ，またはローレ
ベルの信号PHφ,PLφを出力する。また，高域通過フィ
ルタの出力は振幅変調器20の変調周期よりもはるかに遅
い一定周期でスイッチ37により切替えられてピーク値検
出器35に入力される（従って振幅変調器により変調され
る信号は静的なものと見なすことが出来る）。このピー
ク値検出器は高域通過フィルタからの信号を直流信号出
力PPとして除算器33に出力する。除算器では低域通過フ
ィルタから入力を分母とし，高域通過フィルタからの入
力を分子として除算を行う。この除算器33の出力信号P0
はA/D変換器40を介して逆変換テーブル41に入力され,si
nθからθへの変換を行う。
出力のうち位相が隣あった同士の２つ（図では30cの出
力と30dのからの出力としたが30aと30b,30bと30c,30aと
30dでもよい）の出力P3,P4をそれぞれ入力し，その直流
成分をカットした出力信号PH1,PH2を後段に接続された
コンパレータ36a,36bに入力する。このコンパレータは
高域通過フィルタの出力に基づいてハイ，またはローレ
ベルの信号PHφ,PLφを出力する。また，高域通過フィ
ルタの出力は振幅変調器20の変調周期よりもはるかに遅
い一定周期でスイッチ37により切替えられてピーク値検
出器35に入力される（従って振幅変調器により変調され
る信号は静的なものと見なすことが出来る）。このピー
ク値検出器は高域通過フィルタからの信号を直流信号出
力PPとして除算器33に出力する。除算器では低域通過フ
ィルタから入力を分母とし，高域通過フィルタからの入
力を分子として除算を行う。この除算器33の出力信号P0
はA/D変換器40を介して逆変換テーブル41に入力され,si
nθからθへの変換を行う。
上記構成において，いま，光源１の光強度を振幅変調器
20により第２図に示すように正弦波状（sinωｔ＋１）
に変化させたとすると，各I/V変換器の出力P1〜P4の出
力は次式により表わすことが出来る。
20により第２図に示すように正弦波状（sinωｔ＋１）
に変化させたとすると，各I/V変換器の出力P1〜P4の出
力は次式により表わすことが出来る。
P1＝（sinθ＋１）（sinωｔ＋１）ａ P2＝（cosθ＋１）（sinωｔ＋１）ａ P3＝（−sinθ＋１）（sinωｔ＋１）ａ P4＝（−cosθ＋１）（sinωｔ＋１）ａ θ＝変位体１の位置に応じて変化する変数（位相角） ω＝LEDの変調周波数 ａ＝LEDの放射強度 そして上記P1〜P4を加算器31で加算した出力の和Ｐ′は Ｐ′＝４（sinωｔ＋１）ａとなり，低域通過フィルタ
を通過した出力PLは PL＝4aとなる。
を通過した出力PLは PL＝4aとなる。
一方高域通過フィルタを通過したPH1およびPH2の出力は PH1＝asinθsinωｔ PH2＝acosθsinωｔ となり，ピーク値検出器を通過した出力PPは PP＝asinθまたはacosθ） となる。
従って，除算器33で演算された出力P0は P0＝asinθ/4a＝sinθ/4 となり，変位体の移動量θとともに出力が正弦波状に変
化する。この出力P0を逆変換テーブル41に入力して変位
θを得ることが出来る。
化する。この出力P0を逆変換テーブル41に入力して変位
θを得ることが出来る。
このθにより −π/2＜θ＜π/2 またはπ/2＜θ＜３π/2 の範囲の計測が可能となる。なお，上記信号θではその
信号が０〜２πのどの位置にあるのか不明であるがコン
パレータの出力からその位置を判断することが出来る。
信号が０〜２πのどの位置にあるのか不明であるがコン
パレータの出力からその位置を判断することが出来る。
すなわち第３図に示すようにコンパレータ36aおよび36b
の出力ＰＨψ,PＬψが共に高レベルの場合は０〜π/2の
位置にあり，コンパレータ36aの出力PHφが高レベル,36
bの出力PLφが低レベルの場合はπ/2〜πの位置にあ
り，コンパレータ36aの出力ＰＨψが低レベルコンパレ
ータ36bの出力PLφが高レベルの場合はπ〜３π/2の位
置にあり，さらにコンパレータ36aおよび36bの出力P
Hφ,PLφが共に低レベルの場合は３π/2〜２πの位置に
あることが分る。
の出力ＰＨψ,PＬψが共に高レベルの場合は０〜π/2の
位置にあり，コンパレータ36aの出力PHφが高レベル,36
bの出力PLφが低レベルの場合はπ/2〜πの位置にあ
り，コンパレータ36aの出力ＰＨψが低レベルコンパレ
ータ36bの出力PLφが高レベルの場合はπ〜３π/2の位
置にあり，さらにコンパレータ36aおよび36bの出力P
Hφ,PLφが共に低レベルの場合は３π/2〜２πの位置に
あることが分る。
なお，第１図，第２図では光電変換部25のPD1〜PD4の配
列幅はスリットと遮光部の幅にほぼ同様の長さとして図
示したが，第２図に一点鎖線で示すようにスリット24a
から照射される光の帯域は変位体24から離れるに応じて
広がる。この様な場合は光の帯域幅に対応してPDの配列
を広げる必要がある。
列幅はスリットと遮光部の幅にほぼ同様の長さとして図
示したが，第２図に一点鎖線で示すようにスリット24a
から照射される光の帯域は変位体24から離れるに応じて
広がる。この様な場合は光の帯域幅に対応してPDの配列
を広げる必要がある。
＜発明の効果＞ 以上，実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば，光源の光強度を振幅変調し，変位体を通過した
光を光電変換素子にて適切な位相関係をもって検出して
いるためLEDの特性のばらつきや劣化に影響されず，移
動方向の判定が可能な光学式変位計を実現することが出
来る。
よれば，光源の光強度を振幅変調し，変位体を通過した
光を光電変換素子にて適切な位相関係をもって検出して
いるためLEDの特性のばらつきや劣化に影響されず，移
動方向の判定が可能な光学式変位計を実現することが出
来る。
第１図は本発明に係かる光学式変位計の構成例を示す
図，第２図は光源の光強度を正弦波状に変化させた場合
の光強度と位相角の関係を示す図，第３図はコンパレー
タの出力と変位体の位相関係を示す図，第４図は従来な
光学式変位計の要部を示す図，第５図は従来の光学式変
位計の変位体の位置と光電変換素子の出力の関係を示す
図である。 １……光源,20……振幅変調器,21……遮光板,22……ス
リット,23……拡散板,24……変位体,25a〜25d……光電
変換素子,30a〜30d……I/V変換器,31……加算器,32……
低域通過フィルタ,33……除算器,34a,34b……高域通過
フィルタ,35……ピーク値検出器,36a,36b……コンパレ
ータ,37……スイッチ,40……A/D変換器,41……逆変換テ
ーブル。
図，第２図は光源の光強度を正弦波状に変化させた場合
の光強度と位相角の関係を示す図，第３図はコンパレー
タの出力と変位体の位相関係を示す図，第４図は従来な
光学式変位計の要部を示す図，第５図は従来の光学式変
位計の変位体の位置と光電変換素子の出力の関係を示す
図である。 １……光源,20……振幅変調器,21……遮光板,22……ス
リット,23……拡散板,24……変位体,25a〜25d……光電
変換素子,30a〜30d……I/V変換器,31……加算器,32……
低域通過フィルタ,33……除算器,34a,34b……高域通過
フィルタ,35……ピーク値検出器,36a,36b……コンパレ
ータ,37……スイッチ,40……A/D変換器,41……逆変換テ
ーブル。
Claims (1)
- 【請求項１】光源と，この光源の光強度を正弦波状に振
幅変調する振幅変調器と，前記光源の光を拡散光にする
光拡散手段と，スリット幅と遮光部が同一幅を有し，か
つ，それらが等間隔に配列された変位体と，この変位体
のスリット幅と遮光部の周期の間隔をｄとしたとき，そ
の間隔ｄから照射される光の帯域の間に等間隔に帯状に
配置された４個の光電変換素子と，これら光電変換素子
からの電流出力のそれぞれを電圧に変換するI/V変換器
と，これらI/V変換器からの出力電圧を加算する加算器
と，この加算器の出力の交流成分をカットする低域通過
フィルタと，前記I/V変換器からの出力のうち位相が隣
り合った同士の２つの出力を入力し，直流成分をカット
する高域通過フィルタと，この高域通過フィルタの出力
に基づいてハイまたはローレベルの信号を出力するコン
パレータと，前記高域通過フィルタからの出力のピーク
値を検出するピーク値検出手段と，前記低域通過フィル
タからの出力信号で前記ピーク値検出手段からの出力信
号を除算するための除算器と，この除算器の出力に基づ
いて前記変位体の変位量を演算する逆演算テーブルを設
けたことを特徴とする光学式変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284987A JPH0769191B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 光学式変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284987A JPH0769191B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 光学式変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63229325A JPS63229325A (ja) | 1988-09-26 |
| JPH0769191B2 true JPH0769191B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=13212168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6284987A Expired - Lifetime JPH0769191B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 光学式変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769191B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9114206D0 (en) * | 1991-06-29 | 1991-08-21 | Lucas Ind Plc | Displacement sensor |
| WO2006006342A1 (ja) * | 2004-07-12 | 2006-01-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 光学式エンコーダ |
-
1987
- 1987-03-18 JP JP6284987A patent/JPH0769191B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63229325A (ja) | 1988-09-26 |
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