JPH0743176A - 光学式非接触ポテンショメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部温度の影響を排除して光学式非接触ポテ
ンショメータの動作を安定化する。 【構成】 光学式非接触ポテンショメータはスリット板
１と、光源４と、位置検出素子６と、処理手段１０とか
ら構成されている。スリット板１は被測定体に接続され
その変位に伴なって移動する。光源４はスリット板１に
光束を入射する。位置検出素子６はスリット板１を介し
て出射する光束の移動軌跡に沿って配置され、該光束の
受光位置に応じた検出信号ＩＡ，ＩＢを出力する。処理
手段１０は検出信号ＩＡ，ＩＢを処理して被測定体の変
位情報を生成する。光源４は発振回路２１によりパルス
発振駆動され間欠的に光束を放射する。位置検出素子６
は間欠光束を受光してパルス発振周波数に応じた変化成
分及び温度依存性の暗電流等のＤＣ成分を含む検出信号
ＩＡ，ＩＢを出力する。処理手段１０は検出信号ＩＡ，
ＩＢから該ＤＣ成分を除去する前処理回路１７と、残る
該変化成分を演算処理して変位情報を求める後処理回路
１８とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式非接触ポテンショ
メータに関する。より詳しくは、光学式非接触ポテンシ
ョメータに組み込まれる位置検出素子から出力される信
号の処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から様々な形式の光学式非接触ポテ
ンショメータが知られている。例えば、特開昭６０−２
２５０２４号公報には螺旋状にスリットが形成された回
転スリット板を利用した構造が開示されている。図４に
示す様に、金属薄板等の遮光性材料からなるスリット板
１は回転軸２に固着されており回転変位可能である。こ
の回転軸２は図示しない被測定体に接続されている。ス
リット板１の表面には中心からの距離が周方向に沿って
徐々に拡大する螺旋状のスリット３がエッチングにより
形成されている。スリット板１の上方には例えばＬＥＤ
等からなる光源４が固定配置されている。この光源４は
その表面に固着された投光レンズ５を介して略平行な光
束をスリット板１の表面に照射する。一方スリット板１
の下方には光源４と整合して位置検出素子６が固定配置
されている。その表面に設けられた受光面７はスリット
板１の半径方向に沿った長手形状を有する。スリット板
１の回転移動に伴なって螺旋状スリット３を透過した光
束８は半径方向に移動し受光面７により受光される。位
置検出素子６は例えばＰＳＤ等からなり、一対の出力端
子に検出信号ＩＡ，ＩＢを出力する。検出信号ＩＡ，Ｉ
Ｂは光束８の受光位置９に応じて差動的に変化する。こ
れら一対の検出信号ＩＡ，ＩＢは処理回路１０により差
分処理を施され、スリット板１の回転変位情報を表わす
信号Ｖｏｕｔを出力する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図５は、図４に示した
処理回路１０の構成例を示すブロック図である。位置検
出素子６から出力される一方の検出信号ＩＡはアンプ１
１により対応する電圧信号ＶＡに変換された後、差分器
１２の正入力端子に印加される。同様に、他方の検出信
号ＩＢはアンプ１３により対応する電圧信号ＶＢに変換
された後、差分器１２の負入力端子に印加される。一対
の電圧信号ＶＡ，ＶＢは差分器１２により互いに差分処
理され、スリット３を透過した光束の受光位置に対応し
た信号Ｖｏｕｔを出力する。さらに、一対の電圧信号Ｖ
Ａ，ＶＢは加算器１４により互いに加算処理される。加
算器１４の出力端子には自動光量制御器（ＡＰＣ）１５
が接続されており、該加算結果が一定となる様に光源４
の駆動電流を制御する。

【０００４】位置検出素子６は例えばＰＳＤからなり半
導体の光電作用を利用しており、検出信号として受光量
に応じた光電流を出力する。ＰＳＤは常温においてはそ
の暗電流は比較的小さく０．１nA程度である。従って、
図５の従来回路において検出信号ＩＡ，ＩＢ並びに出力
電圧Ｖｏｕｔに影響を与える大きさではない。しかしな
がら、一般にＰＳＤの暗電流は温度に対して指数関数的
に増大し、温度が１℃上昇する毎に１．１〜１．１５倍
増加する。例えば２５℃の温度で暗電流が０．１nAの
時、７０℃では８〜５０nA程度となり、８０℃では２０
nA〜０．２μＡに達する。この為、図５に示す従来の回
路では７０℃程度までは特に不具合は生じないが、周囲
温度が８０℃を越える様になると、極端に増大した暗電
流がＤＣ成分として検出信号ＩＡ，ＩＢに重畳されポテ
ンショメータの動作が不安定になるという課題がある。
具体的には、加算器１４の加算出力が光源４の実際の発
光量よりも過大となり、自動光量制御器（ＡＰＣ）１５
に誤差を与える事になる。このＡＰＣ１５は加算出力が
一定値となる様に光源４に対して負のフィードバックを
かけるので、駆動電流が減少する。従って、周囲温度の
上昇に伴ない、光源の発光量が自動光量制御により強制
的に抑制され、光学式ポテンショメータのセンサとして
のゲインが低下するという課題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かる光学式非接触ポテンショメータは基本的な構成要素
として、スリット板と、光源と、位置検出素子と、信号
の処理手段とを備えている。スリット板は被測定体に接
続されその変位に伴なって移動する。光源は該スリット
板に光束を入射する。位置検出素子は該スリット板を介
して出射する光束の移動軌跡に沿って配置され、該光束
の受光位置に応じた検出信号を出力する。処理手段は該
検出信号を処理して被測定体の変位情報を出力する。か
かる構成において、前記光源はスリット板の移動速度よ
りも十分高い周波数でパルス発振駆動され間欠的に光束
を放射する。前記位置検出素子は該高周波間欠光束を受
光して、変化成分（高周波成分）及びＤＣ成分を含む検
出信号を出力する。前記処理手段は該検出信号からＤＣ
成分を除去する前処理回路と、残る該変化成分を演算処
理して変位情報を求める後処理回路とを含む。

【０００６】好ましくは、該前処理回路はＤＣ成分除去
用のバンドパスフィルタ又はハイパスフィルタを含む一
方、該後処理回路はピークホールド回路又はサンプルホ
ールド回路を含みバンドパスフィルタ又はハイパスフィ
ルタの出力を平滑化した後所定の演算処理を行なう。
又、前記位置検出素子はスリット板から出射された光束
の受光位置に応じて差動的に変化する一対の検出信号を
出力する一方、該後処理回路は各々ＤＣ成分が除去され
た一対の検出信号を差分処理して変位情報を求める差分
器を含んでいる。加えて、該後処理回路は各々ＤＣ成分
が除去された一対の検出信号を加算処理する加算器と、
その加算結果が一定となる様に該光源の駆動電流を制御
する自動光量制御器を含んでいる。

【０００７】

【作用】本発明によれば、光源はパルス発振駆動され、
放射される光束は高周波変調されている。一方、ＰＳＤ
等からなる位置検出素子から出力される高周波検出信号
は前処理を施され暗電流を含むＤＣ成分が除去される。
この結果、検出信号から周囲温度の影響を排除できる。
この後、変化成分（高周波成分）のみを含む検出信号を
演算処理して変位情報を得るので正確な出力が得られ
る。又、ＤＣ成分を除去した検出信号の加算結果に基い
て自動光量制御を行なうので、光源の発光量は周囲温度
に影響される事なく一定に保つ事が可能である。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる光学式非接触ポ
テンショメータの基本的な構成を示すブロック図であ
る。図示する様に、本光学式非接触ポテンショメータは
スリット板１と光源４と位置検出素子６と処理手段１０
とから構成されている。スリット板１は被測定体（図示
せず）に接続されており、その変位に伴なって移動す
る。本例ではスリット板１は図４に示した構成を有して
おり螺旋状のスリット３を備えた透過型で、被測定体の
回転変位検出を行なう。但し、本発明はこれに限られる
ものではなくスリット板１は透過型に加えて反射型ある
いは集光型であっても良い。又、回転変位検出に限られ
るものではなく、直線変位検出を対象としても良い。光
源４は例えばＬＥＤからなりスリット板１に光束を入射
する。位置検出素子６は例えばＰＳＤからなり、該スリ
ット板１を介して出射する光束の移動軌跡に沿って配置
され、該光束の受光位置に応じた一対の検出信号ＩＡ，
ＩＢを出力する。処理手段１０は検出信号ＩＡ，ＩＢを
処理して被測定体（図示せず）の変位情報を生成する。

【０００９】光源４はトランジスタ等からなる駆動回路
１６に接続されている。駆動回路１６には発振回路（Ｏ
ＳＣ）２１が接続されている。光源４は発振回路２１に
より駆動回路１６を介してパルス発振駆動され間欠的に
光束を放射する。発振回路２１のパルス発振出力は例え
ば矩形波形を有し、その周波数はスリット板１の移動速
度よりも十分高く設定されている。一方、位置検出素子
６は該間欠光束を受光してその光量変化に応じた一対の
検出信号ＩＡ，ＩＢを出力する。各検出信号は間欠光束
の高周波に同調した変化成分及び暗電流等のＤＣ成分を
含む。処理手段１０は検出信号ＩＡ，ＩＢから各々ＤＣ
成分を除去する前処理回路１７と、残る該変化成分を演
算処理して変位情報を求める後処理回路１８とを含んで
いる。前処理回路１７はＤＣ成分除去用のバンドパスフ
ィルタ又はハイパスフィルタを備えている。本例では、
かかるフィルタはコンデンサＣＡ，ＣＢから構成されて
いる。一方のコンデンサＣＡは検出信号ＩＡの変化成分
即ち高周波成分のみを通過させる。同様にコンデンサＣ
Ｂは他方の検出信号ＩＢの変化成分即ち高周波成分のみ
を通過させる。コンデンサＣＡにはアンプ１１が接続さ
れており、変化成分は所定のゲインで増幅され交流電圧
信号ＶＲＡが得られる。同様に、コンデンサＣＢにはア
ンプ１３が接続されており、変化成分は所定のゲインで
増幅され対応する交流電圧信号ＶＲＢが得られる。

【００１０】後処理回路１８は一対のサンプルホールド
回路１９，２０を含んでいる。サンプルホールド回路１
９は発振回路２１から供給される発振出力に同期して交
流電圧信号ＶＲＡのサンプリングを行ない且つ整流平滑
化し対応する直流電圧信号ＶＡを生成する。同様に、サ
ンプルホールド回路２０は他方の交流電圧信号ＶＲＢを
同期的にサンプリングし整流平滑処理して対応する直流
電圧信号ＶＢを生成する。本例ではサンプルホールド回
路１９，２０を採用しているが、これに代えてピークホ
ールド回路を用いても良い。ピークホールド回路の場合
には、発振回路２１の発振周波数とは非同期で交流電圧
信号ＶＲＡ，ＶＲＢの整流平滑を行なう。後処理回路１
８はさらに差分器１２を備えており、各々ＤＣ成分が除
去された一対の直流電圧信号ＶＡ，ＶＢを差分処理して
変位情報を表わす信号Ｖｏｕｔを出力する。加えて、後
処理回路１８は加算器１４と自動光量制御器（ＡＰＣ）
１５を含んでいる。加算器１４は各々ＤＣ成分が除去さ
れた一対の直流電圧信号ＶＡ，ＶＢを互いに加算処理す
る。ＡＰＣ１５は駆動回路１６に接続されており、加算
器１４の出力結果が一定となる様に光源４の駆動電流を
制御する。

【００１１】図２の波形図を参照して、図１に示した光
学式非接触ポテンショメータの動作を詳細に説明する。
ＬＥＤ等からなる光源４は発振回路２１によりパルス発
振駆動される。ＰＳＤ等からなる位置検出素子６はスリ
ット板１を介して光源４からの間欠光束を受光しその位
置に応じて一対の検出信号ＩＡ，ＩＢを出力する。図示
する様に、各検出信号ＩＡ，ＩＢはＤＣ成分と変化成分
を含んでいる。変化成分は発振器の発振周波数に同期し
た高周波成分である。検出信号ＩＡ，ＩＢの各々の変化
成分は受光位置に応じて差動的に変化する。図示の例で
は、一方の検出信号ＩＡの変化成分は比較的大きな振幅
を有し、他方の検出信号ＩＢの変化成分は比較的小さな
振幅を有している。

【００１２】各検出信号ＩＡ，ＩＢはコンデンサＣＡ，
ＣＢからなるハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタ
によりＤＣ成分がカットされ変化成分のみが通過する。
この変化成分はアンプ１１，１３により所定のゲインで
増幅され、図示する様に一対の交流電圧信号ＶＲＡ，Ｖ
ＲＢが得られる。これらの交流電圧信号は何らＤＣ成分
を含んでおらず、ＰＳＤの暗電流による影響は取り除か
れている。交流電圧信号ＶＲＡ，ＶＲＢは夫々対応する
サンプルホールド回路１９，２０により整流平滑処理を
受け、図示する様に一対の直流電圧信号ＶＡ，ＶＢが得
られる。ＶＡの電圧レベルはＶＲＡの振幅値に対応して
おり、ＶＢの電圧レベルはＶＲＢの振幅値に対応してい
る。

【００１３】図３は、回転変位量と出力信号Ｖｏｕｔと
の関係を示すグラフである。前述した様に、一対の直流
電圧信号ＶＡ，ＶＢは差分器１２により差分処理されＶ
ｏｕｔが得られる。従って、ＶｏｕｔはＶＡ−ＶＢで与
えられる。スリット板１の変位量はこの差分値ＶＡ−Ｖ
Ｂとリニアな関係にある。

【００１４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、光
源はパルス発振駆動され間欠的に光束を放射する。一
方、位置検出素子は該間欠光束を受光してパルス発振周
波数に同期した変化成分及び暗電流等のＤＣ成分を含む
検出信号を出力する。かかる検出信号は前処理によりＤ
Ｃ成分を除去した後、後処理で変化成分のみを演算処理
して変位情報を得ている。従って、外部温度の変化等に
影響されない安定且つ正確な変位情報出力を得る事がで
きるという効果がある。又、外部温度の影響を受ける事
なく光源の発光量を一定に維持でき、光学式非接触ポテ
ンショメータのセンサとしてのゲインを安定化させる事
ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光学式非接触ポテンショメータ
の基本的な構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した光学式非接触ポテンショメータの
動作説明に供する波形図である。

【図３】同じく動作説明に供するグラフである。

【図４】従来の光学式非接触ポテンショメータの一例を
示す模式図である。

【図５】図４の光学式非接触ポテンショメータに含まれ
る処理回路の一例を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

１ スリット板 ３ スリット ４ 光源 ６ 位置検出素子 １０ 処理手段 １１ アンプ １２ 差分器 １３ アンプ １４ 加算器 １５ 自動光量制御器 １６ 駆動回路 １７ 前処理回路 １８ 後処理回路 １９ サンプルホールド回路 ２０ サンプルホールド回路 ２１ 発振回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定体の変位に伴なって移動するスリ
   ット板と、該スリット板に光束を入射する光源と、該ス
   リット板を介して出射する光束の移動軌跡に沿って配置
   され該光束の受光位置に応じた検出信号を出力する位置
   検出素子と、該検出信号を処理して被測定体の変位情報
   を得る処理手段とからなる光学式非接触ポテンショメー
   タにおいて、 前記光源はパルス発振駆動され間欠的に光束を放射し、 前記位置検出素子は該間欠光束を受光して変化成分及び
   ＤＣ成分を含む検出信号を出力し、 前記処理手段は該検出信号からＤＣ成分を除去する前処
   理回路と、残る該変化成分を演算処理して該変位情報を
   求める後処理回路とを含む事を特徴とする光学式非接触
   ポテンショメータ。
2. 【請求項２】 該前処理回路はＤＣ成分除去用のバンド
   パスフィルタ又はハイパスフィルタを含み、該後処理回
   路はピークホールド回路又はサンプルホールド回路を含
   み該バンドパスフィルタ又はハイパスフィルタの出力を
   平滑化した後所定の演算処理を行なう事を特徴とする請
   求項１記載の光学式非接触ポテンショメータ。
3. 【請求項３】 前記位置検出素子は該光束の受光位置に
   応じて差動的に変化する一対の検出信号を出力し、前記
   後処理回路は各々ＤＣ成分が除去された一対の検出信号
   を差分処理して該変位情報を求める差分器を含む事を特
   徴とする請求項１又は２記載の光学式非接触ポテンショ
   メータ。
4. 【請求項４】 前記後処理回路は各々ＤＣ成分が除去さ
   れた一対の検出信号を加算処理する加算器と、その加算
   結果が一定となる様に該光源の駆動電流を制御する自動
   光量制御器を含む事を特徴とする請求項３記載の光学式
   非接触ポテンショメータ。