JPS59202021A - 光電式位相変調型変位検出器 - 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】 本発明は２発光体の発光量を調節自在にした光酸弐位相
変調型変位検出器に関する。

この種の変位検出器として本出願人は先に特願昭５７−
１６２０４０号「変位測定装置」を提案している。先ず
それを簡単に説明する。

第１図およびそのＡ−Ａ方向側面図を示す第２図におい
て、角変位検出軸１にスリット円板１０よりなる主スリ
ツト体か固着され、その等ピッチのスリ、ト部１１と対
向状態にスリン１〜板２０よりなる副スリ、１〜体が配
設されている。そのスリ７１−板２０のスリット部は、
互にその形成位置が（１／４ピツチ＋整数ピツチ）づつ
すれた４つのスリット部２］　、　２２．２３　、２４
からなり、それぞれのスリット部に対して発光体３］、
、　３２．３３゜３４（但し、スリット部２３．２４と
対向した発光体３３．３４は図示されていない）が対向
させられている。さらに、スリット板２０．スリ／１−
円板１０を挾んで発光体３１〜３４の反対側には、レン
ズ４０を介して発光体３１〜３４の発光面のすべてと対
向する状態に共通の受光体５０か配設されている。

尚、スリット板２０１発光体３１〜３４．レンズ４０゜
受光体５０は、前記検出軸１の回動に伴って一体的に回
動するスリット円板１０に対し、常時静止状態に一体化
されて保持されている。そして。

前記発光体３１．３２．３３．３４は２点灯制御部にお
いて互に９０度づつ位相をすらした周期的出力。

例えば、所定の振幅と周波数の正弦波により点灯制御さ
れている。

以上のものにおいては、スリット円板１０が回動させら
れると、そのスリンｌ〜部１１と静止状態のスリット板
２０の各スリット部２］、　２２．２３．２４古の重合
面積がスリットピッチことに三角波状に増減し、しかも
それぞれは互に９０度つつの位相ずれをもって変化する
。たたし、この重合面積とそこを走過する光量さの関係
は比例関係になく１面積が三角波状に変化した場合には
、光の回折等の影響により光量は正弦波に近似した形で
変化することになる。

したがって、いま、対向する二つのスリット部が完全に
重合した状態での光の透過率を１とすると、完全な非重
合状態はＯであり、この間はスリット円板のス’Ｊ　ｙ
ｔ一部１１の移動量Ｘに対応した電気角θ（−３６０・
ｘ／ｐ　）に応じてその透過率が変化することになり、
スリン１一部１１と各スリット部２１〜２４の各々の透
過率を３１〜ａ４とおけは２次のようになる。

他方、前記各発光体３１〜３４は、互に９０度つつ位相
をずらして正弦波状に点灯制御されており。

いま、その角速度を０２時間をｔさおき１発光量をＯか
らＣの間で変化させる古、その発光量Ａ１〜Ａ４は次の
ように表される。

この結果、各発光体３１．３２．３３．３４の発光量Ａ
、＋　、　Ａ２．　Ａ３．　Ａ４のうち受光体５０に達
する光量をＢ】〜Ｂ４とおくと、それは２次のようにな
り。

受光体５０には、その各到達光量Ｂ１〜１３４の和に対
応した次式に示す出力Ｅが発生することになる。

Ｅ　＝　Ｋ　（ｆ３＋　＋８２＋８３＋ｆ３４）−Ｉぐ
・（ｃ／２）（ｃｏｓ（ωｔ−θ　）＋２１　　　　　
　　　　　　（４）但し、Ｉぐは受光体５０の光量と出
力の変換係数したかって、この出力Ｅの位相θを前記発
光体３１〜３４のいずれか一つの点灯、駆動信号を基準
にして位相差計により求めることにより角変位Ｘか測定
される。

以上によりスリット円板１０のスリ、［・部ＩＩのｊピ
ッチ以内の角変位Ｘが得られ、これと基準点からスリン
Ｉ・部１１か回動じた角度とを合計することにより全体
の角変位が求められることになる。

尚、上記は主スリツト体をスリット円板１０とし、角変
位を検出するようにしたものであるか。

その代りにスリットの形成された長尺体を用い。

主副スリット体のいずれかを直線移動させれは。

直線変位の検出か行え不ことになる。また、上記の場合
、谷透過光量８１〜Ｂ４を共通の受光体５０により受け
ているか、各別の受光体により受け。

各々を電気出力に変換後加ツりさせても同様である。

しかして、この種の検出器りこおいては２発光体を周期
２π／ωにより周期的に点灯させているので、その周期
ご出に変位に対応した位相差θの測定ができ、しかも、
その測定は主、副スリソ［・体の相対移動中はもとより
停止状態においても行える特徴がある。

ところで、この種の検出器において、前記（４）式に示
すような変位Ｘに対応した位相差θか得られるのは、各
発光体３Ｊ〜３４が同一振幅ｃ／２て周期的に発光する
場合であって、振幅が異なると２位相差θは真値からず
れてしまうことになる。尚、各発光体３１〜３４の発光
量の変化原因は。

温度、暇源等の変動であり、各発光体３１〜３４におけ
る変化は必ずしも同じにはならない。

さて、これの解決法は、先ず、各発光体から主副スリッ
ト体に放射される発光量が異っていても、そのままでそ
の発光量を測定し、それに応じて各発光体の発光量の調
節が行えるようにするこおである。

本発明は、上記発光量の簡便、確実な測定手段を備えた
光電式位相変調型変位検出器を提供することを目的とし
、各発光体の前にその各発光量の一部を分岐させる光分
岐体を介入させると共に、その分岐光路と投光量検出用
受光器を対向させた発光量測定部を付加し、それにより
取出される発光量に応じて発光体の発光量の調節を行わ
せるようにしたものであるっ 以下２本発明の実施例につき、詳細に説明する。

第３図において、上記第１図と同番号を付した発光体３
１〜３４（但し、３３．３４は図示されていない）、ス
リン１へ板２０，０．スリンＩ−１０，レンス４０．受
光体５０．検出軸１は第１図と同様なものであり、同様
な結合関係にある。そして２発光体３１〜３４の前には
、光分岐体としてのハーフミラ−６０か介入され、その
各分岐光路上には。

それぞれレンズ３１″〜３４〃（但し、　３３″、　３
４／’は図示されていない）を介して別の受光部３１′
〜３４′（但し。

３．３’、　３４’は図示されていない）が配設されて
いる。

以上のものにおいては、各発光体３１〜３４から発光さ
れた光量がハーフミラ−６０において分岐され、その一
部がスリン１へ板２ｏ側に放射されると共に、他の一部
がレンズ３１″〜３４〃を介して受光部３１’〜３７に
導入される。この結果、受光部３１′〜３イには各発光
体３１〜３４の発光量に対応した出力が発生することに
なり、以下、そのいずれか１つの出力を基準にして他の
出力がそれに一致するように各発光体の点灯制御部を調
節するこさにより各発光体３１〜３４の発光量が同一光
量に保持される。

尚、この調節は受光部出力をモニターに導入して人為的
に行う他、各受光部出力をフィルタ回路に導入し、その
周期的成分のみを抽出した後２例えば全波整流し、その
各整流出力を対にして比較回路に送り、その比較結果に
応じて点灯制御部で正弦波の振幅を自動調節させること
により、常時各発光体３１〜３４の発光量は同一量に補
償される。

また、光分岐体としては２例えは第４図に示すように２
発光体３１の前にその一部と対向するように保持体６１
により保持した光ファイバー〇げにより形成しても同様
である。

ところで、前記のものにおいては、光量調節用に新らた
に４個の受光部３１′〜３４′が必要であり。

さらに、前記の如く発光量の自動調節系を構成する際に
は、各受光部ごとにフィルタ回路、整流回路等が必要と
なる。また、モニターにより監視する際には、直接その
受光部出力の大きさの変化をとらえているが、その代り
に二つの出力の減算結果が０になる状態をとらえるのが
確実な監視となる。その場合は、前記自動調節系の場合
と同様に各受光部に対する出力処理回路が必要となり、
全体にやや複雑化することか避けられない。

第２発明は、これを解決し、受光部を２個として処理回
路の構成を簡略化したものである。

以下、第２発明の実施例につき詳細に説明する。

第５図において、前記第３図と同番号を付した検出軸１
２発光体３１〜３４．ハーフミラ−６０゜スリ、ト板２
０．スリ、ト円板１０．レンス４０．受光体５０は第３
図と同様のものであり、同様な結合関係にある。そして
、ハーフミラ−６０の分岐光路のうち、互に１８０度の
位相ずれを有する光量の光路の対、すなイっぢ２発光体
３１．３３の発光量の分岐光路の対と発光体３２．３４
の発光量の分岐光路の対に対し、それぞれレンス３５／
／、　３６／７を介して第１．第２の受光部３５’、　
３６’力祐己設されている（第６図）。したがって、第
１の受光部３５′には、前記発光体３１．３３の発光量
Ａ、、、Ａ３がら分岐されてＡ、、Ａ３にそれぞれ比例
する光量Ａ′１．Ａ′３か導入され、第２の受光部３ｄ
には、前記発光体３２．３４の発光量Ａ２．Ａ４から分
岐されてＡ２．Ａ４にそれぞれ比例する光量Ａ’２　、
１４が導入される。

夕回路７１．７２の入力端と結線される古共に、減算回
路７５の各入力端と結線され、そのフィルタ回路７１．
７２の出力端は各対応する位相検波回路７３．７４の入
力端々結線され１位相検波回路７３゜７４の検波制御入
力端には、前記発光体３１．３２の点灯制御回路３７．
３８の正弦波、余弦波を方形波に整形した制御出力が導
入されている。そして。

その検波回路７３．７４の出力端は各対応する点灯制御
回路３７．３８の調節部入力端と結線され、さらに、前
記減算回路７５の出力端はその一方の点灯制御回路３８
の調節部入力端と結線されると共に２発光体３４の点灯
制御回路３９の調節部入力端と結線されている。

以上のものにおいては５発光体３１〜３４から発光され
た光量穴１〜Ａ４の一部Ａ′１〜八′４がハーフミラ−
６０により分岐され、そのうちのＡへとＡｌ３が第１の
受光部側に、Ａｌ１とＡ１か第２の受光部３６′に導入
され、それぞれ導入光量に対応した電圧出力ｆ、ｇに変
換される。第８図は、その電圧出力ｆ、ｇを説明するた
めの波形図であり、いま。

説明を簡単にするために、導入される光量Ａ１〜Ａ’４
に対応する電圧出力０１〜ｅ４を、それぞれの振幅をｖ
１／２〜■４／２とおいて表わすと次のようになる。

したかって、［２ｇは以下のとおりみなる。

次に、この出力ｆ２ｇは、フィルタ回路７３゜７４にお
いて、それぞれの定常成分か遮断され。

ｈ、ｉのように周期的成分のみが抽出される。

すなわち。

このことは、上記り、夏の出力が常時Ｏに保たれれは、
結局、■１と■３が等しく、■２と■４が等しい状態に
保たれたことを示している。

そこで２次には２点灯制御回路３７．３８から取り出さ
れる正弦波、余弦波の正出力部間のみ高レベルとした検
波制御信号により上記り、ｌの検波が行われる。すなわ
ち、第８図に示す１］。

１の斜線部分の検波か行われる。この結果、ｈの検波出
力ｍは、ｖｌが■３より犬の状態では正。

（第８図の状態）一致した際Ｏ，Ｖ、が■３より小の状
態では負となり、同様に【の検波出力ｎは。

■２がｖ４より犬の状態では正、一致した際０１ｖ２が
ｖ４より小の状態では負（第８図の状態）となる。

したかって、この検波出力ｍ、ｎに応じてそれがＯに一
致するように点灯制御ａ１回路３７．３８の調節部が調
節される。これにより先ず１発光体３１の発光量の振幅
が発光体３３の発光量の振幅と一致させられ、同様に発
光体３２の発光量の振幅が発光体３４の発光量の振幅と
一致させられる。

次に、上記検波出力ｍ、ｎがＯに一致すると。

続いて減算回路７５から前記（６）式に示すｆとｇの差
の出力Ｊか送出され２発光体３２．３４の点灯制御回路
３８．３９の調節部に入力される。この状態では、（６
）式から明らかなように周期的成分はＯであり、定常成
分（Ｖ＋＋Ｖ３）／２と（ｖ２＋■４）／２の差が送出
されることになり、その差出力ＪかＯになるように点灯
制御回路３８．３９の調節部か行われる。したかって、
この調節により発光体３２　（！：３４の発光量の振幅
の和が発光体３１と３３の発光量の振幅の和に一致させ
られる。しかして。

すでに発光体３１と３３の各発光量の振幅２発光体３２
と３４の各発光量の振幅は一致させられており。

結局、これで発光体３１〜３４のすへての発光量の振幅
が一致させられたことになる。

尚、−４１記実施例は自動調節系につき説明したもので
あるが、フィルタ回路７］、７２の出力１］。

ｌおよび減算回路出力Ｊをモニターに導入し。

それを監視しながら発光量の調節を人為的に行うように
してもよい。

以上のとおりてあり、第２発明は、光分岐体と２個の受
光部、それに小数の出力処理回路により発光量の測定を
行うことができ、結局、簡単、正偽に発光量の調節が行
え、変位の測定精度か向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一部であり２本出願人か先に提案し
た変位検出器の正面図、第２図はそのＡ、−Ａ方向から
主１幅スリツト体を投影した拡大側面図、第３図は第１
発明の実施例を示す正面図、第４図は光分岐体の他ｑ〕
実施例を示す側面図、第５図は第２発明の実施例を示す
正面図、第６図は第５図の１３−Ｂ方向投影図、第７図
は第２発明の出力処理回路の実施例を示すフロック線図
、第８図は処理波形図である。 ６０．６０：光分岐体、３１′〜３４’、　３５’、　
３６’　受光部。 ７１．７２：フィルタ回路、７５”減真回路出１頭人 廿２図 千７図 ｆ５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　対向して主、副スリツト体を配設し、主スリツト体
   には等ピンチに第１のスリ、ト部を形成し、副スリツト
   体には互のスリ２１一部の形成位置を（１／４ピツチ＋
   整数ピツチ）づつすらして第２〜第５のスリット部を形
   成し。 、その第１のスリッ１一部と第２〜第５のスリット部を
   挾んで一方側に第１−第４の発光体を配置すると共に、
   他方側にその第】〜第４の発光体き各別に対向させた第
   １〜第４の受光体、すたけ第１〜第４の発光体のすべて
   と対向さぜた共通の受光体を配設し、これら発光体と受
   光体は生すたは副のスリット体に一体的に取付け、その
   第１〜第４の発光体は点灯制側ｊ部り結線し、その各発
   光量を９０度つつ位相をずらした周期的出力により各別
   に制御させる光電式位相変調検出型変位検出器において
   、第１〜第４の発光体の前にその発光量の一部を分岐さ
   せる光分岐体を介入し、その各発光体から分岐させた光
   量の各光路上には各受光部を配設し、その各受光部の出
   力に応じて各発光体の発光量の調節を行うようにしたこ
   とを特徴とする光電式位相変調型変位検出器。 ２　対向して主、副スリツト体を配設し、主スリツト体
   には等ピッチに第１のスリッ１〜部を形成し、副スリツ
   ト体には互のスリット部の形成位置を（１／４ピツチ＋
   整数ピツチ）づつずらして第２〜第５のスリソＩ一部を
   形成し。 その第１のスリン１一部と第２〜第５のスリ。 ト部を挾んで一方側に第１〜第４の発光体を配置すると
   共に、他方側にその第１〜第４の発光体と各別に対向さ
   せた第１〜第４の受光体、または第１〜第４の発光体の
   すべてと対向させた共通の受光体を配設し、これら発光
   体さ受光体は主または副のスリット体に一体的に取付け
   、その第１〜第４の発光体は点灯制御部き結線し、その
   各発光量を９０度つつ位相をすらした周期的出力により
   各別に制御させる光電式位相変調検出器型変位検出器に
   おいて、第１〜第４の発光体の前にその発光量の一部を
   分岐させる光分岐体を介入し、その各発光体から分岐さ
   せた光量の光路のうち互に１８０度の位相ずれを有する
   光量の光路を対としてその各光路対土に第１．第２の受
   光部を各配設し、その各受光部はそれぞれ第１゜第２の
   フィルタ回路と結線すると共に、各受光部は減、算回路
   と結線し、前記第１．第２のフィルタ回路出力および減
   算回路出力に応じて各発光体の発光量の調節を行うよう
   にしたことを特徴とする光市弐位相変調型変位検出器。