JPS6344175B2 - - Google Patents
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- JPS6344175B2 JPS6344175B2 JP13236782A JP13236782A JPS6344175B2 JP S6344175 B2 JPS6344175 B2 JP S6344175B2 JP 13236782 A JP13236782 A JP 13236782A JP 13236782 A JP13236782 A JP 13236782A JP S6344175 B2 JPS6344175 B2 JP S6344175B2
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- Japan
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- light
- shielding plate
- output
- displacement
- amount
- Prior art date
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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
- G01D5/26—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は物理量に応じて変位する変位量を光
を利用して電気信号として検出するようにした光
式変位変換装置に関する。
を利用して電気信号として検出するようにした光
式変位変換装置に関する。
＜背 景＞
従来、変位を検出する変位変換装置としては、
例えば移動電極の両側に固定電極を対向して配置
し、その移動電極が変位に応じて固定電極の配列
方向に変位することにより、これ等移動電極と二
つの固定電極との間の静電容量が差動的に変化す
ることを利用して変位を検出するものがあつた。
このような変位変換装置においてはその１つの固
定電極を保持する部分に対して移動電極保持部分
を積み重ね、更に他方の固定電極を保持する部分
を重ねるような積み重ね構造により構成され、し
かも移動電極に対して左右が全く対称な構造にす
る必要があつた。そのような構造に作ることは高
い精度の工作精度及び組立て精度を必要とし、僅
かずれても積み重ね構造の性質により順次その誤
差が大きくなる欠点があり、その構造製作に十分
な注意を払わなければならず高価なものとなつて
いた。
例えば移動電極の両側に固定電極を対向して配置
し、その移動電極が変位に応じて固定電極の配列
方向に変位することにより、これ等移動電極と二
つの固定電極との間の静電容量が差動的に変化す
ることを利用して変位を検出するものがあつた。
このような変位変換装置においてはその１つの固
定電極を保持する部分に対して移動電極保持部分
を積み重ね、更に他方の固定電極を保持する部分
を重ねるような積み重ね構造により構成され、し
かも移動電極に対して左右が全く対称な構造にす
る必要があつた。そのような構造に作ることは高
い精度の工作精度及び組立て精度を必要とし、僅
かずれても積み重ね構造の性質により順次その誤
差が大きくなる欠点があり、その構造製作に十分
な注意を払わなければならず高価なものとなつて
いた。
＜発明の概要＞
この発明の目的は比較的簡単な構造で、従つて
安価に作ることができる光式変位変換器を提供す
ることにある。
安価に作ることができる光式変位変換器を提供す
ることにある。
この発明によれば、発光部よりの光が受光部に
て受光されるように発光部及び受光部が配され、
これら発光部及び受光部間に物理量に応じて変位
する遮光板が配され、この遮光板の変位に応じて
受光部に受光される光量が変化され、よつて受光
部よりの電気信号出力は、遮光板の変位と対応し
たものとなる。この遮光板として特に電気信号に
より光透過量が変化するものが用いられ、遮光板
に印加する電気信号を周期的に変化させる。この
周期的変化と同期して受光部の出力が取出され、
この出力にもとずき遮光板の光透過量が大に制御
された状態での受光部からの電気信号がほゞ一定
になるように発光部が制御される。このようにし
て温度変動などにより発光部、受光部、更には受
光部の出力が供給される変換部の特性が変動して
もこれに影響されることなく、変位量を正しく検
出できる。
て受光されるように発光部及び受光部が配され、
これら発光部及び受光部間に物理量に応じて変位
する遮光板が配され、この遮光板の変位に応じて
受光部に受光される光量が変化され、よつて受光
部よりの電気信号出力は、遮光板の変位と対応し
たものとなる。この遮光板として特に電気信号に
より光透過量が変化するものが用いられ、遮光板
に印加する電気信号を周期的に変化させる。この
周期的変化と同期して受光部の出力が取出され、
この出力にもとずき遮光板の光透過量が大に制御
された状態での受光部からの電気信号がほゞ一定
になるように発光部が制御される。このようにし
て温度変動などにより発光部、受光部、更には受
光部の出力が供給される変換部の特性が変動して
もこれに影響されることなく、変位量を正しく検
出できる。
＜第１実施例＞
第１図はこの発明による光式変換器の実施例を
示し、発光ダイオードのような発光部１１とその
発光部１１よりの光を受光して電気信号に変換す
る受光部１２とが設けられる。これら発光部１１
及び受光部１２間に遮光板１３が配される。遮光
板１３は発光部１１及び受光部１２の配列方向と
板面が直角であり、かつその板面と平行に、検出
すべき物理量に応じて変位し、従つてこの変位に
応じて受光部１２に受光される光量が変化する。
受光部１２の出力は増幅器１４で増幅されて検出
出力とされる。
示し、発光ダイオードのような発光部１１とその
発光部１１よりの光を受光して電気信号に変換す
る受光部１２とが設けられる。これら発光部１１
及び受光部１２間に遮光板１３が配される。遮光
板１３は発光部１１及び受光部１２の配列方向と
板面が直角であり、かつその板面と平行に、検出
すべき物理量に応じて変位し、従つてこの変位に
応じて受光部１２に受光される光量が変化する。
受光部１２の出力は増幅器１４で増幅されて検出
出力とされる。
この発明においては遮光板１３は電気信号によ
りその光透過量が制御可能なものが用いられ、そ
の遮光板１３の光透過量を周期的に制御する。例
えば遮光板１３として液晶シヤツタが用いられ、
その液晶シヤツタ１３の両電極間に、スイツチ１
５を繰返しオン、オフすることにより電源１６の
電圧E3を印加したり、その印加を解除したりさ
れる。例えば電圧E3が液晶シヤツタ１３に印加
されると液晶シヤツタ１３は閉、つまり不透明と
なり、スイツチ１５がオフで透明となり、理想的
には遮光板１３を除去した場合と同一の状態とな
る。
りその光透過量が制御可能なものが用いられ、そ
の遮光板１３の光透過量を周期的に制御する。例
えば遮光板１３として液晶シヤツタが用いられ、
その液晶シヤツタ１３の両電極間に、スイツチ１
５を繰返しオン、オフすることにより電源１６の
電圧E3を印加したり、その印加を解除したりさ
れる。例えば電圧E3が液晶シヤツタ１３に印加
されると液晶シヤツタ１３は閉、つまり不透明と
なり、スイツチ１５がオフで透明となり、理想的
には遮光板１３を除去した場合と同一の状態とな
る。
遮光板１３の光透過量が大とされた時の受光部
１２の出力が取出される。即ち増幅器１４の出力
はスイツチ１７により平滑回路１８，１９に切替
え供給される。スイツチ１７及びスイツチ１５は
発振回路２１の出力により同期制御され、液晶シ
ヤツタ１３に電圧が印加された時に、スイツチ１
７は平滑回路１８へ供給される。平滑回路１８の
出力は出力端子２２へ、遮光板１３の変位に応じ
た検出信号として出力される。
１２の出力が取出される。即ち増幅器１４の出力
はスイツチ１７により平滑回路１８，１９に切替
え供給される。スイツチ１７及びスイツチ１５は
発振回路２１の出力により同期制御され、液晶シ
ヤツタ１３に電圧が印加された時に、スイツチ１
７は平滑回路１８へ供給される。平滑回路１８の
出力は出力端子２２へ、遮光板１３の変位に応じ
た検出信号として出力される。
平滑回路１９の出力が一定値になるように発光
部１１が制御される。例えば平滑回路１９の出力
は演算増幅器２３の反転入力側へ供給され、演算
増幅器２３の非反転入力側には電源２４より基準
電圧E2が印加される。演算増幅器２３の両入力
の差に応じた発光部１１の電源２５の電圧E1が
制御される。電源２５の出力は必要に応じ抵抗器
２６が通じて発光部１１に印加されている。
部１１が制御される。例えば平滑回路１９の出力
は演算増幅器２３の反転入力側へ供給され、演算
増幅器２３の非反転入力側には電源２４より基準
電圧E2が印加される。演算増幅器２３の両入力
の差に応じた発光部１１の電源２５の電圧E1が
制御される。電源２５の出力は必要に応じ抵抗器
２６が通じて発光部１１に印加されている。
いま遮光板１３は不透明状態で、変位ｘ＝０で
は、受光部１２の最大受光量の半部を受光し、最
大変位は±ａとする。受光部１２の幅をＬ、受光
部１２の光―電気変換効率をｋ、発光部１１より
放射する光量をＱとすると、平滑回路１８の出力
V1は遮光板１３が不透明状態の増幅器１４の出
力と比例しているから、 V1＝kQL（ａ±ｘ） (1) となる。平滑回路１９の出力V2は、遮光板１３
が透明状態の増幅器１４の出力と比例しているか
ら V2＝kQL×2a (2) と表わせる。このV2が基準電圧E2と等しくなる
ように電源２５の電圧E1が制御されているため、 kQ＝E2／Ｌ×2a V1＝LE2／Ｌ×2a（ａ±ｘ）＝E2／2a（ａ±ｘ） (3) となる。このように端子２２の出力V1は遮光板
１３の変位ｘに比例し、しかも発光部１１の光量
Ｑ、受光部１２の変換効率ｋに無関係である。従
つて周囲温度変化、経年変化などによつて光量
Ｑ、効率ｋが変動しても、この変動に検出出力
V1は影響されない。
は、受光部１２の最大受光量の半部を受光し、最
大変位は±ａとする。受光部１２の幅をＬ、受光
部１２の光―電気変換効率をｋ、発光部１１より
放射する光量をＱとすると、平滑回路１８の出力
V1は遮光板１３が不透明状態の増幅器１４の出
力と比例しているから、 V1＝kQL（ａ±ｘ） (1) となる。平滑回路１９の出力V2は、遮光板１３
が透明状態の増幅器１４の出力と比例しているか
ら V2＝kQL×2a (2) と表わせる。このV2が基準電圧E2と等しくなる
ように電源２５の電圧E1が制御されているため、 kQ＝E2／Ｌ×2a V1＝LE2／Ｌ×2a（ａ±ｘ）＝E2／2a（ａ±ｘ） (3) となる。このように端子２２の出力V1は遮光板
１３の変位ｘに比例し、しかも発光部１１の光量
Ｑ、受光部１２の変換効率ｋに無関係である。従
つて周囲温度変化、経年変化などによつて光量
Ｑ、効率ｋが変動しても、この変動に検出出力
V1は影響されない。
＜第２実施例＞
第２図はこの発明の第２実施例を示し、第１図
と対応する部分には同一符号を付けてある。この
例では電源１６が省略され、代つて抵抗器２６と
並列にスイツチ１５を介して抵抗器２７が接続さ
れる。更に発光部１１と直列に抵抗器２８が挿入
され、その抵抗器２８の両端はツエナーダイオー
ドのようなしきい値素子２９を通じて、遮光板と
しての液晶シヤツタ１３の両電極に接続される。
スイツチ１５がオフで発光部１１を流れる電流は
i1で、この時の抵抗器２８の両端電圧によつて
は、しきい値素子２９は不導通で液晶シヤツタ１
３は透明であるが、スイツチ１５がオンの場合は
発光部１１に電流i2が流れ、この電流i2にもとず
く抵抗器２８の両端電圧でしきい値素子２９が導
通し、液晶シヤツタ１３に電圧が印加されて不透
明になるように、しきい値素子２９のしきい値、
抵抗器２６，２７，２８の各抵抗値などが選定さ
れる。
と対応する部分には同一符号を付けてある。この
例では電源１６が省略され、代つて抵抗器２６と
並列にスイツチ１５を介して抵抗器２７が接続さ
れる。更に発光部１１と直列に抵抗器２８が挿入
され、その抵抗器２８の両端はツエナーダイオー
ドのようなしきい値素子２９を通じて、遮光板と
しての液晶シヤツタ１３の両電極に接続される。
スイツチ１５がオフで発光部１１を流れる電流は
i1で、この時の抵抗器２８の両端電圧によつて
は、しきい値素子２９は不導通で液晶シヤツタ１
３は透明であるが、スイツチ１５がオンの場合は
発光部１１に電流i2が流れ、この電流i2にもとず
く抵抗器２８の両端電圧でしきい値素子２９が導
通し、液晶シヤツタ１３に電圧が印加されて不透
明になるように、しきい値素子２９のしきい値、
抵抗器２６，２７，２８の各抵抗値などが選定さ
れる。
i1：i2＝１：ｎとすると、i1にもとずく発光部
１１の光量Q1，i2にもとずく光量Q2もQ1：Q2＝
１：ｎとなる。前述と同様に V1＝kQL（ａ±ｘ）、V2＝kQ1L×2a kQ1＝E2／Ｌ×2a＝KQ2／ｎ∴V1＝nE2／2a（ａ±ｘ） となり、検出出力V1は変位ｘに比例し、かつｋ、
Q1、Q2などの変動の影響を受けない。
１１の光量Q1，i2にもとずく光量Q2もQ1：Q2＝
１：ｎとなる。前述と同様に V1＝kQL（ａ±ｘ）、V2＝kQ1L×2a kQ1＝E2／Ｌ×2a＝KQ2／ｎ∴V1＝nE2／2a（ａ±ｘ） となり、検出出力V1は変位ｘに比例し、かつｋ、
Q1、Q2などの変動の影響を受けない。
＜第３実施例＞
第３図はこの発明の第３実施例を示す。この例
は遮光板１３の光透過度が大とされた時の平滑回
路１９の出力V2と基準電圧E2とを増幅器２３で
比較し、その比較出力と、遮光板１３の光透過度
が小とされた時の平滑回路１８の出力V1、つま
り変位ｘに比例した出力との差を演算増幅器３１
でとり、その演算増幅器３１の出力により発光部
の電源２５を制御して演算増幅器２３の両入力、
演算増幅器３１の両入力がそれぞれ一致するよう
にする。変位ｘの検出出力として演算増幅器２３
の出力が端子２２に取出される。前述の場合と同
様に、 V1＝kQL（ａ±ｘ）、V2＝kQL×2a であり、かつE2＝V2となるように動作すると共
に、端子２２の出力電圧V0がV1になるように動
作する。従つて、 V0＝V1＝kQL（ａ±ｘ）＝E2／2a（ａ±ｘ） となり、端子２２の出力V0には変位ｘに比例し
た出力が得られる。この実施例では出力端子２２
の出力V0が帰還されているため、外部雑音の影
響を受け難い。つまり、第１図、第２図に示した
実施例では平滑回路１８から出力端子２２の信号
通路に雑音が入ると、これが出力端子２２へ出力
される。しかし第３図の実施例では全体を帰還し
ているからそのような雑音は抑圧される。
は遮光板１３の光透過度が大とされた時の平滑回
路１９の出力V2と基準電圧E2とを増幅器２３で
比較し、その比較出力と、遮光板１３の光透過度
が小とされた時の平滑回路１８の出力V1、つま
り変位ｘに比例した出力との差を演算増幅器３１
でとり、その演算増幅器３１の出力により発光部
の電源２５を制御して演算増幅器２３の両入力、
演算増幅器３１の両入力がそれぞれ一致するよう
にする。変位ｘの検出出力として演算増幅器２３
の出力が端子２２に取出される。前述の場合と同
様に、 V1＝kQL（ａ±ｘ）、V2＝kQL×2a であり、かつE2＝V2となるように動作すると共
に、端子２２の出力電圧V0がV1になるように動
作する。従つて、 V0＝V1＝kQL（ａ±ｘ）＝E2／2a（ａ±ｘ） となり、端子２２の出力V0には変位ｘに比例し
た出力が得られる。この実施例では出力端子２２
の出力V0が帰還されているため、外部雑音の影
響を受け難い。つまり、第１図、第２図に示した
実施例では平滑回路１８から出力端子２２の信号
通路に雑音が入ると、これが出力端子２２へ出力
される。しかし第３図の実施例では全体を帰還し
ているからそのような雑音は抑圧される。
＜その他の実施例＞
第３図に示した実施例において第４図に示すよ
うに平滑回路１８の出力V1を増幅器３２で増幅
して比較増幅器３１へ供給してもよい。或は逆に
出力端子２２の出力V0を分圧して比較増幅器３
１へ供給してもよい。
うに平滑回路１８の出力V1を増幅器３２で増幅
して比較増幅器３１へ供給してもよい。或は逆に
出力端子２２の出力V0を分圧して比較増幅器３
１へ供給してもよい。
先の例では遮光板１３は電圧印加ゼロで透明体
となるようにしたが、完全な透明体にすることは
困難な場合がある。このような場合には例えば第
５図に示すように液晶シヤツタの遮光板１３をそ
の変位方向に延長し、発光部１１から受光部１２
に達する光は必ず液晶シヤツタ１３を通過するよ
うにされ、その液晶シヤツタの変位方向における
一半部は電極が形成されてなく、常に透明な透明
部１３ａとされ、他半部に電極が形成され、透過
度が制御される可変部１３ｂとする。このように
すれば液晶シヤツタの光透過度が温度や経年変化
などで変化しても出力V0に誤差は生じない。上
述では遮光板１３として電圧を印加した時に、光
透過度が小となり、不透明となるものを用いた
が、電圧を印加した時に光透明度が大になる液晶
シヤツタを用いてもよい。その場合は例えば第６
図に示すように液晶シヤツタの変位方向における
一半部と、他半部とに分離してそれぞれ対向電極
を設け、電源１６よりその一半部には常に電圧を
印加して透明部１３ａとし、他半部はスイツチ１
５で電圧をオン、オフ印加して可変部１３ｂとす
ればよい。第２図に示した実施例において抵抗器
２６，２７を切替える代りに電源２５の電圧E1
を一定比率で切替えてもよく、電源２５としては
電流源を用いてもよい。発光部１１は白熱ランプ
でもよい。
となるようにしたが、完全な透明体にすることは
困難な場合がある。このような場合には例えば第
５図に示すように液晶シヤツタの遮光板１３をそ
の変位方向に延長し、発光部１１から受光部１２
に達する光は必ず液晶シヤツタ１３を通過するよ
うにされ、その液晶シヤツタの変位方向における
一半部は電極が形成されてなく、常に透明な透明
部１３ａとされ、他半部に電極が形成され、透過
度が制御される可変部１３ｂとする。このように
すれば液晶シヤツタの光透過度が温度や経年変化
などで変化しても出力V0に誤差は生じない。上
述では遮光板１３として電圧を印加した時に、光
透過度が小となり、不透明となるものを用いた
が、電圧を印加した時に光透明度が大になる液晶
シヤツタを用いてもよい。その場合は例えば第６
図に示すように液晶シヤツタの変位方向における
一半部と、他半部とに分離してそれぞれ対向電極
を設け、電源１６よりその一半部には常に電圧を
印加して透明部１３ａとし、他半部はスイツチ１
５で電圧をオン、オフ印加して可変部１３ｂとす
ればよい。第２図に示した実施例において抵抗器
２６，２７を切替える代りに電源２５の電圧E1
を一定比率で切替えてもよく、電源２５としては
電流源を用いてもよい。発光部１１は白熱ランプ
でもよい。
＜効 果＞
以上述べたようにこの発明の光式変位変換器に
よれば、その構成から理解されるように、静電容
量式の場合のように各部を順次積み重ねて構成す
ることなく、比較的簡単に作ることができる。し
かも発光部、受光部、第３図の実施例ではその他
の増幅部などを含む全体の系における定数や特性
の変動が生じても、出力はこれに影響されない。
よれば、その構成から理解されるように、静電容
量式の場合のように各部を順次積み重ねて構成す
ることなく、比較的簡単に作ることができる。し
かも発光部、受光部、第３図の実施例ではその他
の増幅部などを含む全体の系における定数や特性
の変動が生じても、出力はこれに影響されない。
第１図乃至第３図はそれぞれこの発明による光
式変位変換器の一例を示すブロツク図、第４図は
その一部変形を示すブロツク図、第５図及び第６
図はそれぞれ遮光板１３の変形例を示す図であ
る。 １１：発光部、１２：受光部、１３：遮光板、
１８，１９：平滑回路、２１：発振回路、２２：
出力端子、２３，３１：比較増幅器、２４：基準
電源。
式変位変換器の一例を示すブロツク図、第４図は
その一部変形を示すブロツク図、第５図及び第６
図はそれぞれ遮光板１３の変形例を示す図であ
る。 １１：発光部、１２：受光部、１３：遮光板、
１８，１９：平滑回路、２１：発振回路、２２：
出力端子、２３，３１：比較増幅器、２４：基準
電源。
Claims (1)
- １ 光を発生する発光部と、その発光部からの光
を受光する受光部と、これらの発光部及び受光部
間に配され、物理量に応じて変位し、その変位に
応じて上記受光部に入射される光量を変化させる
と共に、電気信号により光透過量を大小に変化さ
せることができる遮光板と、その遮光板に対し印
加する電気信号を周期的に変化する手段と、この
周期的変化と同期して上記受光部からの信号を取
出す手段と、上記遮光板の光透過量が大に制御さ
れた状態での上記受光部からの電気信号がほゞ一
定になるように上記発光部を制御する手段とを具
備する光式変位変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13236782A JPS5920811A (ja) | 1982-07-28 | 1982-07-28 | 光式変位変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13236782A JPS5920811A (ja) | 1982-07-28 | 1982-07-28 | 光式変位変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5920811A JPS5920811A (ja) | 1984-02-02 |
| JPS6344175B2 true JPS6344175B2 (ja) | 1988-09-02 |
Family
ID=15079710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13236782A Granted JPS5920811A (ja) | 1982-07-28 | 1982-07-28 | 光式変位変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5920811A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6154403A (ja) * | 1984-08-24 | 1986-03-18 | Toshiba Corp | レンズ位置検出装置 |
| JPH0632567Y2 (ja) * | 1989-12-28 | 1994-08-24 | 日本放送協会 | 位置検出装置 |
| JPH03277933A (ja) * | 1990-03-28 | 1991-12-09 | Takaoka Electric Mfg Co Ltd | トルクセンサ |
| JPH081443Y2 (ja) * | 1991-09-27 | 1996-01-17 | 株式会社ハイロックス | 超小型近接撮影装置 |
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-
1982
- 1982-07-28 JP JP13236782A patent/JPS5920811A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5920811A (ja) | 1984-02-02 |
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