JPS6076613A - 変位変換器 - Google Patents

変位変換器

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JPS6076613A
JPS6076613A JP18531083A JP18531083A JPS6076613A JP S6076613 A JPS6076613 A JP S6076613A JP 18531083 A JP18531083 A JP 18531083A JP 18531083 A JP18531083 A JP 18531083A JP S6076613 A JPS6076613 A JP S6076613A
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Yutaka Ono
裕 小野
Hajime Kuwabara
一 桑原
Mitsuhiro Nikaido
二階堂 光宏
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光を利用して機械的な変位を検出する変位変
換器に関するものである。更に詳しくは、本発明は、所
定ピッチで配列する複数個の透光ス。
リットが形成されたコード板と位相板、このコード板の
透光スリットを介して投受光を行なう光源及び受光素子
とを含む光学式の変位変換器に関するものである。
〔従来技術〕
上記のような変位変換器において従来の方式を改良した
ものに特願昭58−86591号の変位変換器がある〇 第1図はその装置の一例を示す構成説明図である。この
図において、1はコード体、11はこのコード体に所定
ビ、チで円周方向に複数個配列する透光スリット、3は
光源、30は光源3からの光ビ〆−ムを平行ビームにす
るためのレンズ、4は透光スリット11を通った光源3
からの光(スリット像)を受光するイメージセンサで、
ここでは動作を簡単に説明する都合上、4分割したフォ
トダイオード41.42.43.44と、このフォトダ
イオード上に所定ピッチで配列するスリット孔を有する
位相板2を設電したものを示す。SWl、 SW2. 
SW3. SW4は、4分割した各フォトダイオード4
1〜44がらの信号を一定のタイミングで、順次取り出
すスイッチである。5は各スイッチSW1〜SW4を介
して印加されるイメージセンサ4がらの信号を増幅する
増幅器、trtd増幅H5からの出力信号の基本波成分
を抽出するバンドパスフィルタである。
第2図は、位相板2に設けた透光スリット21゜22、
23.24 と、4分割したフォトダイオード41〜4
4の配列関係を示す図である。この図に示すように、透
光スリ、ト21.22.23.24(実線で示す)の配
列ピッチは、4分割フォトダイオード41.42゜43
、44 (破線で示す)の配列ピッチと醇しく、また、
コード体IK設けられた透光スリ、ト(斜線で示す)1
1の配列ピッチPに対して5/4Pとなるよう形成され
ている。なお、各スリット孔21〜24のスリット幅は
ここではP/2にしである。
このように構成した装置の動作を、次に第4回動作波形
図を参照しながら説明する。
光源3からの光は、レンズ30で平行ビームとなり、コ
ード板1の透光スリット11及び位相板2の透光スリッ
ト21〜24を通過し、4分割フォトタイオード41〜
44上に透光スリット11の儂を結像させる。4分割フ
ォトダイオード41〜44において、各スイッチ3W1
〜SW4は第3図(、)〜(d)に示すようなタイミン
グで順次オン、オフ(オン時間をTとするうし、各フォ
トダイオード41〜44からの信号を順次取シ出す。増
幅器5はこの信号を増幅する。
この結果、増幅器5の出力信号e5は、第3図(、)に
示すように、各スイッチ8W1〜SW4がオンとなる時
間ごとに大きさが階段状に変化する階段波形となる。こ
のような階段波信号e5を、バンドパスフィルタ6に加
えると、第3図(r) K示すような正弦波信号e6が
得られる。この正弦波信号e6の基本波周波数は、各ス
イッチSWI〜SW4を順次駆動する〈シ返し周波数に
一致する。ここで、コード体1が測定すべき変位に応じ
て回転すると、各フォトダイオード41〜44上に結像
する像が移動し、バンドパスフィルタ6から得られる正
弦波信号eの位相が、像の移動量、す々ゎち、コード体
の変位に応じて、例えば破線に示すようにΦだけシフト
する。コード体1が、透光スリット11の配列ピッチの
1ピッチP分だけ回転すると、正弦波信号eの位相シフ
ト量け2πとなる。
しだがって、この位相のシフト量Φを測定すること忙よ
って、コード体1に形成された透光スリ、ト11の配列
ピッチ2以内の回転角度をめることができる。
第4図は、このような位相シフト量測定回路の一例を示
す構成ブロック図である。この回路はバンドパスフィル
タ6から得られる正弦波信号Cの位相を100〜100
0 程度内挿する動作をなすものである。すなわち、正
弦波信号。を、帰還回路にI/N (Nは分周比)分局
器72を有した7エーズpツクドループCPLL) 7
1に印加し、ここで8倍された信号fF3□−1基準ク
ロック(この基準クロックはイメージセンサ4の4駆動
信号として用いられるすfを同時パルス禁止回路8を通
した後、アップダランカウンタ9に与えるようにし喪も
のである。
PLL 71で8倍された信号f の周波数がfより高
sig c くなる方向(f+Δf)へコード体1が回転すると、ア
ップダウンカウンタ9はアップカウントされ、また”s
igがf。よシ低くなる方向(f。−Δf)へコード体
1が回転すると、ダウンカウントする。したかって、ア
ップダウンカウンタ9の出力から、位相シフト量、すな
わちコード体1の回転角を、例えば、分周比Nを100
0とすれば1Pの」−とい000 った高い分解能で内挿することかできる。
このような構成によれば、比較的簡単な構成で、高分解
能、高速応答性を有する変位変換器を実現できるが、次
のような欠点を持っている。(イ)PLLはサーボ系で
あるため、入力周波数が例えば2ンプ状に変化したとき
などに誤差を生じる外、位相ジッタを生じる。(ロ) 
PLLはアナログ回路であるため、調整がめんどうであ
る。
〔発明の目的〕
本発明は上記の問題点を解決したもので、回路系の遅れ
Kよる誤差や位相ジッタを生じることがなく、調整の不
要な変位変換器を実現することを目的とする。
〔発明の概要〕
前記の目的を達成するために本発明の要旨とするところ
は、所定ピッチで配列する複数個の透光スリットが形成
されたコード板、このコード板の透光スリ、ト罠平行な
光を投射させる光源、複数分割したフォトダイオードと
この各フォトダイオード上に設置され所定ビ、チで配列
するスリット孔を有した位相板と各フォトダイオードか
らの信号を順次取シ出すスイッチ手段とで構成されるイ
メージセンサ、このイメージセンサから得られる信号か
ら基本波成分を抽出するバンドパスフィルタ、このバン
ドパスフィルタの出方信号と前記イメージセンサの駆動
信号とを入力し前記基本波成分の位相シフト量に基づい
て前記コード体の変位をめる位相測定手段を具備する変
位変換器において、前記位相測定手段が、前記バンドパ
スフィルタの出力信号の各周期ごとに一定の初期値を設
定されて前記駆動信号によシ計数する計数器と、この計
数器からの各周期ごとのデータ出力に関連する値を積算
する演η−回路とを備えたことを特徴とした変位変換器
に存する。
〔実施例〕
以下、図面にもとづいて本発明の詳細な説明する。第5
図は本発明の一実施例で、従来例で説明した変位変換器
における第4図の位相シフト量測定回路を改良したもの
を示す構成ブロック図である。第4図と同一の部分援は
同一記号を符して説明を省略する。5oはバンドパスフ
ィルタ乙の出力信号e6および基準クロック(この基準
クロックはイメージセンサ4の駆動信号としても用いら
れる)fを入力し前記バンドパスフィルタ6の正弦汲出
力信号eの位相シフト量にも七づいてコード板11の変
位をめる位相測定手段で、51は前記信号e6を入力し
て波形整形する比較器などを用いた波形整形回路、52
はこの波形整形回路51からの出力e7をD入力とし前
記基準クロックfをクロック入力とするD形フリンプフ
ロップ(以下F−Fと呼ぶ)、53はこのF −F 5
2からの出力e8を入力し信号e7の各周期ごとに1パ
ルスを発生する制御回路、54はこの制御回路53から
の出力eをクリア入力とし基準クロックfをクロック入
力とする計数器(カランり)である。55は前記カウン
タ54からのデータ出力D□を入力しコード板11の変
位を演算する演算回路で、マイクロコンピュータや刀Ω
算ハードウェアなどを用いることができる。
このような構成の位相測定手段の動作を第6図のタイム
チャートにもとづいて以下説明する。コード板11に変
位がないと、バンドパスフィルタ6からの正弦波出力e
6は基準クロックf。に同期している。正弦波出力e6
の周波数f、1.のこのときの値をf。とする。コード
板uK変位が生じると正弦波出力e6は位相変調をうけ
、変位に対応して位相がシフトする。コード板11が一
定の変位のままで静止していると、一定の位相シフトの
まま周波数f。
の正弦波を出力する。コード板がある回転数で回転する
と連続的に位相変調され、正弦波出力eはドツプラー効
果のように周波数も変化する。すなわち、コード板の回
転方向が、各フォトダイオード41〜44が順次オンさ
れて行く方向と同一の場合には周波数は低くなシ、逆方
向の場合には周波数が高くなる。したがって周波数fI
Nは、回転数をn1変調成分をΔf(n)とすると、 騙−fo±Δf(n) で表わされる。
バンドパスフィルタ6からの正弦波信号e6が波形整形
回$351に加えられると、e6の周期と等しい矩形波
e7が得られる(第6図(b))。F−F52は前記2
値信号e7に対応した出力e8を基準クロックf。(第
6図(a) ) K同期したタイミングで発生しく第6
図(c) ) 、制御回路53は前記信号e8の各周期
ととにパルスを発生する(第6図(d)のe、)。カウ
ンタ54は1周期ごとに前記信号e、のパルスによりク
リア(リセット)され、次のパルス迄の時間を基準クロ
ックfKよシ計数する。演算回路55はこのカウンタ5
4からの各周期ごとのデータ出力D(第6図1 (e))を入力し、この値から基準値f。/f。(コー
ド板11が静止しているときの信号e7の1周期間のク
ロックfによる計数値に相当)を減算したもの、すなわ
ちD□−f。lfo を積算する。こうして得られる演
算データ出力り。UT÷Σ(Dよ−fc、1fo) は
各周期ごとの位相変化分を積算したものとなるのでコー
ド板の変位に対応した出力となる。上記の位相測定手段
はインクレメンタル(増分)方式であるが、信号e8を
クロックf。と同期させているので誤差が積算されるこ
とはない。第6図(、)は、f−5MIIz +fo 
=5 kllzすなわちfclfo−1000とした場
合の具体例で、変位が生じたために各周期におりるデー
タ出力りが1000→1020→990と変化している
。このとき各時点における演算データ出力り。UTは、
次のように々る。
時刻tl : DoUT1= 1000−1000 =
 。
時刻t2:DoTJII12=1020−1000+D
oUT1=20時刻t3:DoUII13=990−1
000+Do[Jr2=10なお上記の実施例では、各
周期ごとにカウンタ54の内容をリセットしているが、
変形例としてカウンタ54の代シにプリセット付ダウン
カウンタを用いて各周期ごとに基準値f。lfoをプリ
セットする方式を用いれば、M5図の演算回路55にお
いてfolfoを減算する必要が々くなる。このとき信
号e9はプリセットカウンタのプリセット端子に加えら
れる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、回路系の遅れKよる
誤差や位相のジッタがなく、調整の不要な変位変換器を
容易に実現できる。構成も簡単で、従来のものに比べて
回路部品点数は半分以下となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の一例を示す構成説明図、第2図は第
1図装置における位相板2の透光スリ。 トと4分割フォトダイオードの配列関係を示す図、第3
図は動作波形図、第4図は位相シフト量測定回路の一例
を示す構成ブロック図、第5図は本発明における位相シ
フト量測定回路の−・実施例を示す構成ブロック図、第
6図は第5図の回路の動作を説明するためのタイムチャ
ートである。 1・・・コード板、11・・・透光スリ、ト、3・・・
光源、4・・・イメージセンサ、41−14・・・4分
割フォトダイオード、swi〜SW4 、、、スイッチ
、691.バンドパスフィルタ、50・・・位相測定手
段、54・・・計数器、55・・・演算回路、Dl・・
・データ出力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 所定ピッチで配列する複数個の透光スリットが形成され
    たコード板、このコード板の透光スリットに平行な光を
    投射させる光源、複数分割したフォトダイオードとこの
    各フォトダイオード上に設置され所定ピッチで配列する
    スリット孔を有した位相板と各フォトダイオードからの
    信号を順次数シ出すスイッチ手段とで構成されるイメー
    ジセンナ、このイメージセ/すから得られる信号から基
    本波成分を抽出するバンドパスフィルタ、このバンドパ
    スフィルタの出力信号と前記イメージセンサの駆動信号
    とを入力し前記基本波成分の位相シフト量に基づいて前
    記コード体の変位をめる位相測定手段を具備する変位変
    換器において、前記位相測定手段が、前記バンドパスフ
    ィルタの出力信号の各周期ごとに一定の初期値を設定さ
    れて前記駆動信号によシ計数する計数器と、この計数器
    からの各周期ごとのデータ出力に関連する値を積算する
    演算回路とを備えたことを特徴とした変位変換器。
JP18531083A 1983-10-04 1983-10-04 変位変換器 Granted JPS6076613A (ja)

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JPS6076613A true JPS6076613A (ja) 1985-05-01
JPH0360043B2 JPH0360043B2 (ja) 1991-09-12

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083367A1 (en) * 2004-03-01 2005-09-09 Ipasort, Intelligent Processes For Automated Sorting Method and equipment for synchronising measured values associated with measured objects

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083367A1 (en) * 2004-03-01 2005-09-09 Ipasort, Intelligent Processes For Automated Sorting Method and equipment for synchronising measured values associated with measured objects

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JPH0360043B2 (ja) 1991-09-12

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