回転センサ
【課題】電気を使用せずに、光ファイバーを用いた回転センサを提供する。
【解決手段】回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第１円周」という。）を表面の一部とし、前記回転軸の周りに回転する第１回転体と、前記第１円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて配置された複数の第１磁石と、前記第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第１近接センサと、を備える回転センサ。
【解決手段】回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第１円周」という。）を表面の一部とし、前記回転軸の周りに回転する第１回転体と、前記第１円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて配置された複数の第１磁石と、前記第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第１近接センサと、を備える回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象となる回転角度や回転方向などを測定する回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象となる物体の位置を検知する位置センサとして、ポテンショメータを用いた伸縮計（特許文献１参照）がある。ポテンショメータは、電気抵抗の変化を用いて、回転角度等を検出する。そして、当該伸縮計は、電気抵抗の変化を用いて、対象となる物体の移動距離などを検知する位置センサである。
【０００３】
一方、位置センサではないが、光ファイバを用いたセンサ（特許文献２参照）がある。このセンサは、ファラデー効果を利用して、磁石１３が接近しているか否かを検出できる。図１は、センサの機能構成例を示した図である。センサ１は、センサ管１１と磁石１３により構成される。センサ管１１はレンズ３、偏光子である複屈折素子４、第１ファラデー素子部５、第１磁気部６、第２のファラデー素子部７、第２の磁気部８及びミラー９を備えている。レンズ３、複屈折素子４、第１ファラデー素子部５、第２のファラデー素子部７及びミラー９はいずれも入力光の光路上に配置されている。従来、センサ１は、扉や水門の開閉を検知するシステムに用いられていた。
【特許文献１】特開２０００−１０５１３０号
【特許文献２】特開２００５−２２１７１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポテンショメータは、電気抵抗の変化を用いるので、電気の供給が必要である。また、ポテンショメータが用いられた伸縮計を複数用いる場合は、並列に配線する必要があるので、配線が複雑になるという問題がある。さらに、当該伸縮計は落雷、迷走電流、絶縁不良などの問題がある。
本発明は、光学式の回転センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転センサは、第１回転体と、複数の第１磁石と、第１近接センサと、を備える。第１回転体は、回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第１円周」という。）を表面の一部とし、回転軸の周りに回転する。複数の第１磁石は、第１円周に沿って配置されている。そして、第１磁石が、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けている。第１近接センサは、第１円周と対向するように第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。
【０００６】
更に、第２近接センサも有しても良い。第２近接センサは、第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。この場合、複数の第１磁石は、等間隔に配置されている。また、第１近接センサの検出する状態の変化と第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサと第２近接センサが配置されている。
【０００７】
例えば、ｎを０以上の整数とし、第１近接センサの中心と第２近接センサの中心との間隔を、隣り合う前記第１磁石の中心の間隔の（ｎ＋１／４）倍または（ｎ＋３／４）倍とすればよい。この場合、円周に沿って配置された第１磁石は、第１回転体の表面にＮ極とＳ極とが交互に向くように配置させてもよく、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極の一方のみを向くように配置させてもよい。
【０００８】
更に、第１回転体は、回転軸と一定の距離にある前記第１円周と異なる円周（以下、「第２円周」という。）も表面に有し、複数の第２磁石と、第２近接センサも備えても良い。複数の第２磁石は、第２円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、配置されている。第２近接センサは、第２円周と対向するように第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。
【０００９】
この場合、第１磁石の数と前記第２円周に沿って配置された第２磁石の数は同じである。複数の第１磁石および複数の第２磁石は、等間隔に配置されている。第１近接センサの検出する状態の変化と第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサと第２近接センサが配置されている。
【００１０】
更に、第２回転体と、第２磁石と、第２近接センサと、を備えても良い。第２回転体は、回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第２円周」という。）を表面の一部とし、回転軸の周りに前記第１回転体と一体的に回転する。第２磁石は、第２円周に沿って、かつ、第２回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、第２回転体内部に配置されている。第２近接センサは、第２円周と対向するように第１回転体、第２回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。第１磁石の数と第２磁石の数は同じである。第１近接センサの検出する状態の変化と第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサと第２近接センサが配置されている。
【００１１】
さらに、上述した第１近接センサまたは第２近接センサは、例えば、光ファイバと、ファラデー素子と、ミラーとを有してもよい。この場合、光ファイバから出射された光が、ファラデー素子を通過してミラーで反射され、再びファラデー素子を通過して光ファイバに戻るように配置されている。そして、ファラデー素子に加わる磁力によって、反射光を検出できる状態（ＯＮ状態）と検出できない状態（ＯＦＦ状態）とが変化する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回転センサによれば、電気を供給する必要がないので、電源が不要である。また、当該回転センサが伸縮計などに複数用いられた場合でも、当該伸縮計は直列に配線すればよいので、配線は簡素なものになる。さらに、当該伸縮計は、落雷、迷走電流などの影響を受けず、絶縁不良がおきず、防爆性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、同じ機能を持つ構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
図２に実施例１の回転センサ２０の機能構成例の斜視図を示し、図３に、後述する第１近接センサ２２から見た回転センサ２０の機能構成例の平面図を示す。
【００１５】
第１回転体２４は、回転軸２６と一定の距離にある円周（以下、「第１円周２８」という。）を表面の一部とし、回転軸２６の周りに回転する。この表面を磁石配置面２４ａとする。回転軸２６は磁石配置面２４ａと垂直に貫通して、第１回転体２４と接合される。つまり、第１円周２８は、回転軸２６と磁石配置面２４ａとが交わる箇所を中心とする円周である。第１回転体２４は回転軸２６と一体的に回転可能である。なお、第１回転体２４は図２に示すように、薄い円柱状であるか、円盤状であることが好ましい。
【００１６】
図３に示すように、複数の第１磁石２は、磁石配置面２４ａ上の第１円周２８に沿って、配置されている。そして、第１磁石２は、磁石配置面２４ａにＮ極またはＳ極を向けられるように配置される。全ての第１磁石２は等間隔に配置されることが好ましい。また、図２、図３では、第１磁石２は、円形状であるが、第１磁石２は、この形状に限られない。
【００１７】
第１近接センサ２２は、第１円周と対向するように第１回転体２４の外部に、磁石配置面２４ａと所定の間隙が設けられて、センサ保持部７０で、固定される。第１近接センサ２２は、磁界の状態を検出する。なお、図２では、分かりやすくするために、第１近接センサ２２と磁石配置面２４ａとの間隙を広くしているが、実際には、できるだけ狭くした方が磁界の状態を検出しやすい。また、図２では、センサ保持部７０を省略している。ここで、第１近接センサ２２には、「従来の技術」で説明したセンサ１のセンサ管１１（図１参照）を用いれば良い。そこで、第１近接センサ２２の動作を説明する。
【００１８】
図４Ａ、図４Ｂに、図１に記載したセンサのうち、主要な部分を記載した機能構成例を示す。光ファイバー１０（図１記載）のポート１０ａは、入力光を出射する。当該入力光は、複屈折素子４へ向けてレンズ３を透過する。複屈折素子４は、レンズ３を透過して入力される入射光を互いに直交する二つの偏光成分、すなわち垂直偏光成分（常光）と水平偏光成分（異常光）に分離する。
【００１９】
第１回転子１２は、第１ファラデー素子部５と、当該第１ファラデー素子部５を囲むリング状の磁石である第１磁気部６と、で構成される。入射光が、第１回転子１２に入射されると、第１回転子１２は、常に、ファラデー効果により当該入射光の各偏光成分（各偏波）の各偏光方向は、所定のファラデー回転角（図４の例では、４５度）回転させる。
【００２０】
第２回転子１４は、図１記載の第２ファラデー素子部７と第２磁気部８とで構成される。図４Ａ、Ｂでは、第２ファラデー素子部７と第２磁気部８の記載を省略している。磁石２がセンサ管１１と離れていて、磁石２の磁場が第２の回転子１４に印加されないと（図４Ａの場合）、第２の回転子１４は、各偏光成分（各偏波）の各偏光方向を回転させずに通過させる。磁石２がセンサ管１１に接近していて、磁石２の磁場が第２の回転子１４に印加されると、（図４Ｂの場合）、ファラデー効果により、第２の回転子１４は、入射光の各偏光成分（各偏波）の各偏光方向を所定の角度、図４の例では４５度回転させる。
【００２１】
ミラー９は光の各偏光成分（各偏波）をその入射方向と反対側へ反射する。磁石２が離れている場合（図４Ａの場合）、ミラー９に到達した入射光の各偏光成分は反射されて、反射光として、再び第２の回転子１４に入射される。そして、回転されることなく第２の回転子１４を通過して、第１ファラデー回転子１２に入射される。第１回転子１２は、反射光の各偏光成分の各偏光方向を４５度回転させる。つまり、反射光の各偏光成分の偏光方向は、入射光の各偏光成分の偏光方向と比べて、それぞれ９０度回転された状態で複屈折素子４に入射される。その結果、反射光は、互いに再結合されることなく、複屈折素子４を通過する。そして、反射光として複屈折素子４から出射されるが、光ファイバー１０には入射されない。
【００２２】
次に、磁石２が接近している場合、（図４Ｂの場合）、入射光の各偏光成分は、第１回転子１２を透過する際、第２の回転子を透過する際、第２の回転子１４を反射光として透過する際、第１回転子１２を反射光として透過する際、それぞれ４５度ずつ回転される。従って、合計１８０度回転された状態で複屈折素子４に入射される。その結果、互いに再結合される。そして、複屈折素子４を通過した反射光はポート１０ａへ集光され、光ファイバーに入射される。つまり、第２回転子１４での回転角度が４５度に近づくにつれて、反射減衰量は、増加する。
【００２３】
このようにして、磁石２が接近した場合は、光ファイバー１０に反射光が入射され、磁石２が離れている場合は、光ファイバー１０に反射光が入射されない。従って、光変位センサは、磁石２が接近しているか否かを検知できる。
【００２４】
図５に、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）に複数の光変位センサ３０、３２、３４を、対応するカプラ３６、３８、４０を介して接続させ、それぞれの光変位センサに磁石を近づけたり遠ざけたりした場合の、反射減衰量と、ＯＴＤＲから光変位センサまでの距離と、の関係を示す。グラフの横軸が距離であり、縦軸が反射減衰量を示している。
【００２５】
第２の回転子１４（図４Ａ、図４Ｂに記載）の回転角度ωは以下の式で表される。
ω＝Ｅ・Ｌ・Ｈ
ただし、Ｅは第２回転子１４内の第２ファラデー素子部７（図１参照）により定まるベルデ定数であり、Ｌは第２ファラデー素子部７の光路方向の長さであり、Ｈは磁場の大きさである。ＥとＬは一定値である。よって、回転角度ωは、磁場の大きさＨに比例する。上述のように第２回転子１４（図４参照）の回転角度の増加に比例して、反射減衰量は増加する。従って、反射減衰量は、第２回転子１４に印加される磁場の大きさに比例して（アナログ的に）増加する。
【００２６】
そこで、図５に示すように、それぞれの近接センサごとに、反射減衰量のしきい値を定める。反射減衰量がしきい値より小さい場合、つまり、磁石が離れている状態であれば、反射光を検出できない状態であるＯＦＦ状態と定義する。また、反射減衰量がしきい値より大きい場合、つまり、磁石が接近している状態であれば、反射光を検出できる状態であるＯＮ状態と定義する。いわば、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態をディジタル的に制御する。なお、図５では、光変位センサ３０についての反射減衰量がしきい値より小さいので、ＯＦＦ状態である。また、光変位センサ３８、４０についての反射減衰量がしきい値より大きいので、ＯＮ状態である。光変位センサ３０に磁石を近づけると、グラフの破線で示すように、反射減衰量は大きくなり、つまり、ＯＮ状態になる。
【００２７】
複数の第１磁石２は、第１回転体の磁石配置面２４ａにＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されていることが好ましい。図６では、説明を容易にするために、Ｎ極とＳ極が交互に向くように第１磁石２を一列に並べ、第１磁石２と第１近接センサ２２とを相対的に示す。第１磁石２より出ている矢印は磁力線である。第１近接センサ２２が第１磁石２と対向している位置にある場合、つまり第１近接センサ２２がαの位置にある場合は、磁力線が、光路と平行であり、かつ磁力も強い。従って、第１近接センサ２２は、ファラデー効果によって、明らかなＯＮ状態になる。また、第１近接センサ２２が隣接する第１磁石２の間に位置する場合、つまり第１近接センサ２２がβの位置にある場合は、両隣の磁石からの磁力線が互いに打ち消され弱い。従って、第１センサ２２は、明らかなＯＦＦ状態になる。このように、第１磁石２がＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されていれば、第１近接センサ２２は確実にＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返す。
【００２８】
複数の第１磁石２が、第１回転体２４の磁石配置面２４ａにＮ極またはＳ極の一方のみを向け、配置されている場合を説明する。図７にＮ極、Ｓ極の一方のみが向くように、第１磁石２を一列に並べ、第１磁石２と第１近接センサ２２とを相対的に示す。第１近接センサ２２が第１磁石２と対向している位置にある場合、つまり第１近接センサ２２がαの位置にある場合は、磁力線が、光路と平行であり、かつ磁力も強い。第１近接センサ２２が隣接する第１磁石２の間に位置する場合、つまり第１近接センサ２２がβの位置にある場合は、磁石からの距離が遠いので光路と平行な磁力は、弱くなるが、２つの磁石からの磁力が加算されるので、磁力は残る。従って、ＯＦＦ状態になると考えられるが、安定性の問題が生じることも有り得る。
【００２９】
従って、複数の第１磁石２は、第１回転体の磁石配置面２４ａにＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されていることが好ましい。
そして、例えば、図示しない計測部が、第１近接センサ２２が検知したＯＮ状態、ＯＦＦ状態の回数を計測することで、回転センサ２０は、回転量や回転角を計測できる。
【実施例２】
【００３０】
図８に実施例２の回転センサ５０の機能構成例の斜視図を示し、図９に第１近接センサ２２から見た回転センサ５０の機能構成例の平面図を示す。回転センサ５０は、更に、第２近接センサ５２を有する点が回転センサ２０と異なる。実施例１で説明した回転センサ２０では、回転量や回転角度を検知できるが、回転方向は検知できない。回転センサ５０は回転方向をも検知できる。
【００３１】
第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサ２２と第２近接センサ５２とが固定される。第２の近接センサ５２と第１近接センサ２２は、お互い、第１円周２８に対向するように、かつ、所定の間隙が設けられて、固定される。また、第１磁石２は等間隔に配置される。
【００３２】
図１０は第１磁石２と第１近接センサ２２と第２近接センサ５２との相対関係を示した図である。図１０では、第１磁石２は左右に動くことになる。また、図１１は、第１磁石２と第１近接センサ２２と第２近接センサ５２との簡略化した相対関係を示した図である。図１１には、第１磁石２が、左方向に移動する場合を示す。また、説明を簡略化するため、第１磁石の長さと隣接する第１磁石間の距離とを同一とし、それぞれｒ１とする。図１１Ａを現在の状態とすると、図１１Ｂは図１１Ａと比較して、全ての第１磁石２が左方向へ１／２・ｒ１移動した場合であり、図１１Ｃは図１１Ａと比較して、全ての第１磁石２が左方向へｒ１移動した場合であり、図１１Ｄは図１１Ａと比較して、全ての第１磁石２が左方向へ３／２・ｒ１移動した場合である。
【００３３】
第１近接センサ２２、第２近接センサ５２と第１磁石２とが、半分以上対向するとＯＮ状態になるようしきい値を決めたとする（図５参照）。図１１Ａでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向した状態（ＯＮ状態）から半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）に変わる。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向しておらず、ＯＦＦ状態である。図１１Ｂでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向しておらず、ＯＦＦ状態である。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）から半分以上対向した状態（ＯＮ状態）に変わる。図１１Ｃでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）から半分以上対向した状態（ＯＮ状態）に変わる。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向しており、ＯＮ状態である。
【００３４】
図１１Ｄでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向しており、ＯＮ状態である。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向した状態（ＯＮ状態）から半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）に変わる。
【００３５】
つまり、図１１Ａ→図１１Ｂ→図１１Ｃ→図１１Ｄになるに従い、第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態との組み合わせは、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）→（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）→（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）・・・・と変化する。ただし、（第１近接センサ２２の状態、第２近接センサ５２の状態）とする。逆方向に第１磁石２が移動すると（第１回転体２４が逆回転すると）、状態の組み合わせの変化が逆になる。このように、変化のタイミングがずれるように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２を固定させれば、回転方向が分かる。よって、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように、第１近接センサと前記第２近接センサが配置される。例えば、第１近接センサ２２の中心と第２近接センサ５２の中心との間隔をＲとし、隣り合う第１磁石２の中心の間隔をｒ２とすると、Ｒ＝（ｎ＋１／４）・ｒ２、または（ｎ＋３／４）・ｒ２にすればよい。ただしｎを０以上の整数とする。なお、以上の説明では、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２と第１磁石２とが、半分以上、対向すれば、ＯＮ状態となるようにしきい値を設定した場合を説明した。第１近接センサ２２、第２近接センサ５２のしきい値の変更により、間隔Ｒを変更することもできる。
【００３６】
このように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２を配置することで、回転センサ５０は回転量や回転角度だけではなく、回転方向も認識できる。
【実施例３】
【００３７】
図１２に実施例３の回転センサ８０の機能構成例の斜視図を示し、図１３に回転センサ８０の機能構成例を第１近接センサ２２側から見た平面図を示す。回転センサ８０は、磁石配置面２４ａに更に、第２磁石が配置されている点で回転センサ５０と異なる。
第１回転体２４は、回転軸２６と一定の距離にある第２円周６９も磁石配置面２４ａに有する。第２円周の径と第１円周の径は異なる。図１２、図１３では、第２円周６９の径は第１円周２８の径より小さい。
【００３８】
複数の第１磁石２は、第１円周２８に沿って等間隔に配置される。複数の第２磁石６８は、第２円周６９に沿って等間隔に配置される。第１磁石２の数と第２磁石６８の数は等しい。第１磁石の面積は第２磁石の面積より大きい。第１近接センサ２２は、第１円周２８に対向するように、所定の空隙が設けられて、センサ保持部７０で固定される。第２近接センサ５２は、第２円周に対向するように、所定の空隙が設けられて、センサ保持部７０で固定される。なお、図１２では、センサ保持部７０の記載を省略している。第１近接センサ２２と第２近接センサ５２は、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように配置される（実施例２の説明参照）。このような構成でも、回転量と回転方向を検知できる。
【実施例４】
【００３９】
図１４に回転センサ１００の機能構成例の斜視図を示し、図１５に回転センサ１００の機能構成例の平面図を示す。図２記載の回転センサ２０では、第１回転体２４の平面が磁石配置面２４ａとして説明した。この実施例４で説明する回転センサ１００は、第１回転体２４の側面が磁石配置面２４ａである。第１円周２８は第１回転体２４の側面上であり、第１回転体の回転方向に沿って、存在する。そして第１磁石２は、第１円周２８の周方向に沿って配置される。回転センサ１００のような構成にしても、回転センサ２０と同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００４０】
図１６に実施例５の回転センサ１１０の機能構成例の斜視図を示し、図１７に、回転センサ１１０の機能構成例の平面図を示す。回転センサ１１０は、更に、第２近接センサ５２を有する点で、回転センサ１００と異なる。第２近接センサ５２は、所定の間隙が設けられて、第１円周２８と対向するように、固定される。実施例２で説明したように、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサ２２と第２近接センサ５２が配置される。図１６では、第２近接センサ５２を固定するためのセンサ保持部７１の記載を省略している。
回転センサ１１０のような構成にしても、回転センサ５０（実施例２で説明）のように、回転角度、回転量のみならず、回転方向も検知できる。
【実施例６】
【００４１】
図１８に実施例６の回転センサ１２０の機能構成例の斜視図を示す。図１９は、回転センサ１２０の正面図である。回転センサ１２０は、第２回転体７２を有する点で、回転センサ１１０と異なる。図１８の例では、第１回転体２４は円柱状であり、第２回転体７２は第１回転体２４と同一形状である。第１回転体２４は、第２回転体７２と対向する平面である第１回転体平面２４ｂを有する。第２回転体７２は、第１回転体２４と対向する平面である第２回転体平面７２ｂを有する。第１回転体２４と第２回転体７２は、第１回転体平面２４ｂと第２回転体平面７２ｂとが対向するように、配置される。回転軸２６は、第１回転体平面２４ｂ、第２回転体平面７２ｂの中心を通り、垂直に貫通し、接合されている。よって、第１回転体２４と第２回転体７２は、回転軸２６の回転と共に一体的に回転する。
【００４２】
第１円周２８は、第１回転体２４の側面上であり、第１回転体２４の回転方向に沿って存在する。第１磁石２は第１円周２８に沿って配置される。第２円周６９は、第２回転体７２の側面上であり、第２回転体７２の回転方向に沿って存在する。第２磁石７４は第２円周６９に沿って配置される。実施例１〜５では、第１磁石２、第２磁石７４は円形状である場合を説明したが、この実施例６のように矩形状にしても良い。この例では、第１磁石２と第２磁石７４は同一形状である。
【００４３】
第１近接センサ２２は、第１回転体２４と所定の間隙Ｓ１を有し、第１円周２８と対向する。つまり第１回転体２４の側面と対向するように配置される。第２近接センサ５２は、第２回転体７２と所定の間隙Ｓ２を有し、第２円周６９と対向する。つまり第２回転体７２の側面と対向するように配置される。第１近接センサ２２と第２近接センサ５２は、間隙Ｓ１と間隙Ｓ２とが等しくなるように、同一のセンサ保持部７０で固定される。第１近接センサ２２は、第１回転体２４と対向する面である第１センサ面２２ａを有する。第２近接センサ５２は、第２回転体７２と対向する面である第２センサ面５２ａを有する。また、第１センサ面２２ａの中心を第１中心２２ｂとし、第２センサ面５２ａの中心を第２中心５２ｂとする。この実施例６では、第１中心２２ｂと第２中心５２ｂとを結ぶ直線Ａと回転軸２６が平行であるように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２は固定される。また、この実施例６では、第１近接センサ２２が第１磁石２と完全に対向した場合、第２近接センサ５２が、第２磁石７４と完全に対向した場合、それぞれ、ＯＮ状態になるように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２のしきい値（図５参照）を設定する。
【００４４】
第１近接センサ２２、第２近接センサ５２とをこのように固定させた場合、例えば、図１９に示すように、２つの第１磁石２を隣接させ、この隣接させた第１磁石２の両隣には第１磁石２を配置させない。また、２つの第２磁石７４を隣接させ、この隣接させた第２磁石７４に両隣には第２磁石７４を配置させない。第１磁石２、第２磁石７４を配置させない領域を空白領域とする。空白領域の面積は、第１磁石２、第２磁石７４の面積と同一である。全ての第１磁石２を基準として、全ての第２磁石７４を、回転方向（どちらの方向でも良い）に、１つの第２の磁石分だけずらして配置させる。このように第１磁石２、第２磁石７４を配置させると、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しない。また、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しなければ、第１磁石２、第２磁石７４の配置はこれに限られない。このような構成で、回転センサ１２０は、第１回転体２４、第２回転体７２の回転量や回転角度、回転方向も検知できる。
【００４５】
この実施例６の回転センサ１２０のように、第１回転体２４、第２回転体７２を円柱状にし、側面上に第１磁石２、第２磁石７４を配置させると、回転センサ５０（図８参照）や、回転センサ８０（図１２参照）と比較して、多くの第１磁石２、第２磁石７４を配置できる。従って、より正確な回転量、回転角度、回転方向を検知できる。また、回転センサ８０では、第２磁石の面積を第１磁石の面積よりも小さくしなければならない。しかし、回転センサ１２０では、第１磁石２の形状と第２磁石７４の形状は同一でよいという効果がある。
【００４６】
回転センサ１２０のように第１磁石２、第２磁石７４を配置すると、図１１Ａ〜Ｄ記載の４つの状態と比較して、（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）の組み合わせが生じず、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）、（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）、（ＯＮ状態、ＯＮ状態）の３つの組み合わせが生じる。そして、第１回転体２４と第２回転体７２が回転すると、第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態の組み合わせは、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）→（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）・・・・と変化する。また、第１回転体２４と第２回転体７２が逆回転すると、状態の組み合わせの変化が逆になる。従って、回転センサ１２０は回転方向を認識できる。（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）の組み合わせを生じないようにすると、回転方向を計測する計測部（図示せず）の読み取りエラーを防ぐことが出来る。勿論、第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態の組み合わせが、図１１Ａ〜Ｄ記載のように、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）、（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）、（ＯＮ状態、ＯＮ状態）、（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）の４つになるように第１磁石２、第２磁石７４を配置させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】光変位センサの機能構成例を示した図。
【図２】回転センサ２０の機能構成例の斜視図。
【図３】回転センサ２０の機能構成例の平面図。
【図４】Ａは光変位センサのＯＦＦ状態を示した図であり、Ｂは光変位センサのＯＮ状態を示した図である。
【図５】ＯＴＤＲから光変位センサまでの距離と、光変位センサの反射減衰量と、の関係を示した図。
【図６】第１磁石２をＮ極、Ｓ極を交互に配置させた場合の第１磁石２と近接センサ２２とを相対的に示した図。
【図７】第１磁石２をＮ極、Ｓ極を同じ向きに配置させた場合の第１磁石２と近接センサ２２とを相対的に示した図。
【図８】回転センサ５０の機能構成例の斜視図。
【図９】回転センサ５０の機能構成例の平面図。
【図１０】第１磁石２と、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２、とを相対的に示した図。
【図１１】第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態を示した図。
【図１２】回転センサ８０の機能構成例の斜視図。
【図１３】回転センサ８０の機能構成例の平面図。
【図１４】回転センサ１００の機能構成例の斜視図。
【図１５】回転センサ１００の機能構成例の平面図。
【図１６】回転センサ１１０の機能構成例の斜視図。
【図１７】回転センサ１１０の機能構成例の平面図。
【図１８】回転センサ１２０の機能構成例の斜視図。
【図１９】回転センサ１２０の機能構成例の平面図。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象となる回転角度や回転方向などを測定する回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象となる物体の位置を検知する位置センサとして、ポテンショメータを用いた伸縮計（特許文献１参照）がある。ポテンショメータは、電気抵抗の変化を用いて、回転角度等を検出する。そして、当該伸縮計は、電気抵抗の変化を用いて、対象となる物体の移動距離などを検知する位置センサである。
【０００３】
一方、位置センサではないが、光ファイバを用いたセンサ（特許文献２参照）がある。このセンサは、ファラデー効果を利用して、磁石１３が接近しているか否かを検出できる。図１は、センサの機能構成例を示した図である。センサ１は、センサ管１１と磁石１３により構成される。センサ管１１はレンズ３、偏光子である複屈折素子４、第１ファラデー素子部５、第１磁気部６、第２のファラデー素子部７、第２の磁気部８及びミラー９を備えている。レンズ３、複屈折素子４、第１ファラデー素子部５、第２のファラデー素子部７及びミラー９はいずれも入力光の光路上に配置されている。従来、センサ１は、扉や水門の開閉を検知するシステムに用いられていた。
【特許文献１】特開２０００−１０５１３０号
【特許文献２】特開２００５−２２１７１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポテンショメータは、電気抵抗の変化を用いるので、電気の供給が必要である。また、ポテンショメータが用いられた伸縮計を複数用いる場合は、並列に配線する必要があるので、配線が複雑になるという問題がある。さらに、当該伸縮計は落雷、迷走電流、絶縁不良などの問題がある。
本発明は、光学式の回転センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転センサは、第１回転体と、複数の第１磁石と、第１近接センサと、を備える。第１回転体は、回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第１円周」という。）を表面の一部とし、回転軸の周りに回転する。複数の第１磁石は、第１円周に沿って配置されている。そして、第１磁石が、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けている。第１近接センサは、第１円周と対向するように第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。
【０００６】
更に、第２近接センサも有しても良い。第２近接センサは、第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。この場合、複数の第１磁石は、等間隔に配置されている。また、第１近接センサの検出する状態の変化と第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサと第２近接センサが配置されている。
【０００７】
例えば、ｎを０以上の整数とし、第１近接センサの中心と第２近接センサの中心との間隔を、隣り合う前記第１磁石の中心の間隔の（ｎ＋１／４）倍または（ｎ＋３／４）倍とすればよい。この場合、円周に沿って配置された第１磁石は、第１回転体の表面にＮ極とＳ極とが交互に向くように配置させてもよく、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極の一方のみを向くように配置させてもよい。
【０００８】
更に、第１回転体は、回転軸と一定の距離にある前記第１円周と異なる円周（以下、「第２円周」という。）も表面に有し、複数の第２磁石と、第２近接センサも備えても良い。複数の第２磁石は、第２円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、配置されている。第２近接センサは、第２円周と対向するように第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。
【０００９】
この場合、第１磁石の数と前記第２円周に沿って配置された第２磁石の数は同じである。複数の第１磁石および複数の第２磁石は、等間隔に配置されている。第１近接センサの検出する状態の変化と第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサと第２近接センサが配置されている。
【００１０】
更に、第２回転体と、第２磁石と、第２近接センサと、を備えても良い。第２回転体は、回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第２円周」という。）を表面の一部とし、回転軸の周りに前記第１回転体と一体的に回転する。第２磁石は、第２円周に沿って、かつ、第２回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、第２回転体内部に配置されている。第２近接センサは、第２円周と対向するように第１回転体、第２回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する。第１磁石の数と第２磁石の数は同じである。第１近接センサの検出する状態の変化と第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサと第２近接センサが配置されている。
【００１１】
さらに、上述した第１近接センサまたは第２近接センサは、例えば、光ファイバと、ファラデー素子と、ミラーとを有してもよい。この場合、光ファイバから出射された光が、ファラデー素子を通過してミラーで反射され、再びファラデー素子を通過して光ファイバに戻るように配置されている。そして、ファラデー素子に加わる磁力によって、反射光を検出できる状態（ＯＮ状態）と検出できない状態（ＯＦＦ状態）とが変化する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回転センサによれば、電気を供給する必要がないので、電源が不要である。また、当該回転センサが伸縮計などに複数用いられた場合でも、当該伸縮計は直列に配線すればよいので、配線は簡素なものになる。さらに、当該伸縮計は、落雷、迷走電流などの影響を受けず、絶縁不良がおきず、防爆性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、同じ機能を持つ構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
図２に実施例１の回転センサ２０の機能構成例の斜視図を示し、図３に、後述する第１近接センサ２２から見た回転センサ２０の機能構成例の平面図を示す。
【００１５】
第１回転体２４は、回転軸２６と一定の距離にある円周（以下、「第１円周２８」という。）を表面の一部とし、回転軸２６の周りに回転する。この表面を磁石配置面２４ａとする。回転軸２６は磁石配置面２４ａと垂直に貫通して、第１回転体２４と接合される。つまり、第１円周２８は、回転軸２６と磁石配置面２４ａとが交わる箇所を中心とする円周である。第１回転体２４は回転軸２６と一体的に回転可能である。なお、第１回転体２４は図２に示すように、薄い円柱状であるか、円盤状であることが好ましい。
【００１６】
図３に示すように、複数の第１磁石２は、磁石配置面２４ａ上の第１円周２８に沿って、配置されている。そして、第１磁石２は、磁石配置面２４ａにＮ極またはＳ極を向けられるように配置される。全ての第１磁石２は等間隔に配置されることが好ましい。また、図２、図３では、第１磁石２は、円形状であるが、第１磁石２は、この形状に限られない。
【００１７】
第１近接センサ２２は、第１円周と対向するように第１回転体２４の外部に、磁石配置面２４ａと所定の間隙が設けられて、センサ保持部７０で、固定される。第１近接センサ２２は、磁界の状態を検出する。なお、図２では、分かりやすくするために、第１近接センサ２２と磁石配置面２４ａとの間隙を広くしているが、実際には、できるだけ狭くした方が磁界の状態を検出しやすい。また、図２では、センサ保持部７０を省略している。ここで、第１近接センサ２２には、「従来の技術」で説明したセンサ１のセンサ管１１（図１参照）を用いれば良い。そこで、第１近接センサ２２の動作を説明する。
【００１８】
図４Ａ、図４Ｂに、図１に記載したセンサのうち、主要な部分を記載した機能構成例を示す。光ファイバー１０（図１記載）のポート１０ａは、入力光を出射する。当該入力光は、複屈折素子４へ向けてレンズ３を透過する。複屈折素子４は、レンズ３を透過して入力される入射光を互いに直交する二つの偏光成分、すなわち垂直偏光成分（常光）と水平偏光成分（異常光）に分離する。
【００１９】
第１回転子１２は、第１ファラデー素子部５と、当該第１ファラデー素子部５を囲むリング状の磁石である第１磁気部６と、で構成される。入射光が、第１回転子１２に入射されると、第１回転子１２は、常に、ファラデー効果により当該入射光の各偏光成分（各偏波）の各偏光方向は、所定のファラデー回転角（図４の例では、４５度）回転させる。
【００２０】
第２回転子１４は、図１記載の第２ファラデー素子部７と第２磁気部８とで構成される。図４Ａ、Ｂでは、第２ファラデー素子部７と第２磁気部８の記載を省略している。磁石２がセンサ管１１と離れていて、磁石２の磁場が第２の回転子１４に印加されないと（図４Ａの場合）、第２の回転子１４は、各偏光成分（各偏波）の各偏光方向を回転させずに通過させる。磁石２がセンサ管１１に接近していて、磁石２の磁場が第２の回転子１４に印加されると、（図４Ｂの場合）、ファラデー効果により、第２の回転子１４は、入射光の各偏光成分（各偏波）の各偏光方向を所定の角度、図４の例では４５度回転させる。
【００２１】
ミラー９は光の各偏光成分（各偏波）をその入射方向と反対側へ反射する。磁石２が離れている場合（図４Ａの場合）、ミラー９に到達した入射光の各偏光成分は反射されて、反射光として、再び第２の回転子１４に入射される。そして、回転されることなく第２の回転子１４を通過して、第１ファラデー回転子１２に入射される。第１回転子１２は、反射光の各偏光成分の各偏光方向を４５度回転させる。つまり、反射光の各偏光成分の偏光方向は、入射光の各偏光成分の偏光方向と比べて、それぞれ９０度回転された状態で複屈折素子４に入射される。その結果、反射光は、互いに再結合されることなく、複屈折素子４を通過する。そして、反射光として複屈折素子４から出射されるが、光ファイバー１０には入射されない。
【００２２】
次に、磁石２が接近している場合、（図４Ｂの場合）、入射光の各偏光成分は、第１回転子１２を透過する際、第２の回転子を透過する際、第２の回転子１４を反射光として透過する際、第１回転子１２を反射光として透過する際、それぞれ４５度ずつ回転される。従って、合計１８０度回転された状態で複屈折素子４に入射される。その結果、互いに再結合される。そして、複屈折素子４を通過した反射光はポート１０ａへ集光され、光ファイバーに入射される。つまり、第２回転子１４での回転角度が４５度に近づくにつれて、反射減衰量は、増加する。
【００２３】
このようにして、磁石２が接近した場合は、光ファイバー１０に反射光が入射され、磁石２が離れている場合は、光ファイバー１０に反射光が入射されない。従って、光変位センサは、磁石２が接近しているか否かを検知できる。
【００２４】
図５に、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）に複数の光変位センサ３０、３２、３４を、対応するカプラ３６、３８、４０を介して接続させ、それぞれの光変位センサに磁石を近づけたり遠ざけたりした場合の、反射減衰量と、ＯＴＤＲから光変位センサまでの距離と、の関係を示す。グラフの横軸が距離であり、縦軸が反射減衰量を示している。
【００２５】
第２の回転子１４（図４Ａ、図４Ｂに記載）の回転角度ωは以下の式で表される。
ω＝Ｅ・Ｌ・Ｈ
ただし、Ｅは第２回転子１４内の第２ファラデー素子部７（図１参照）により定まるベルデ定数であり、Ｌは第２ファラデー素子部７の光路方向の長さであり、Ｈは磁場の大きさである。ＥとＬは一定値である。よって、回転角度ωは、磁場の大きさＨに比例する。上述のように第２回転子１４（図４参照）の回転角度の増加に比例して、反射減衰量は増加する。従って、反射減衰量は、第２回転子１４に印加される磁場の大きさに比例して（アナログ的に）増加する。
【００２６】
そこで、図５に示すように、それぞれの近接センサごとに、反射減衰量のしきい値を定める。反射減衰量がしきい値より小さい場合、つまり、磁石が離れている状態であれば、反射光を検出できない状態であるＯＦＦ状態と定義する。また、反射減衰量がしきい値より大きい場合、つまり、磁石が接近している状態であれば、反射光を検出できる状態であるＯＮ状態と定義する。いわば、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態をディジタル的に制御する。なお、図５では、光変位センサ３０についての反射減衰量がしきい値より小さいので、ＯＦＦ状態である。また、光変位センサ３８、４０についての反射減衰量がしきい値より大きいので、ＯＮ状態である。光変位センサ３０に磁石を近づけると、グラフの破線で示すように、反射減衰量は大きくなり、つまり、ＯＮ状態になる。
【００２７】
複数の第１磁石２は、第１回転体の磁石配置面２４ａにＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されていることが好ましい。図６では、説明を容易にするために、Ｎ極とＳ極が交互に向くように第１磁石２を一列に並べ、第１磁石２と第１近接センサ２２とを相対的に示す。第１磁石２より出ている矢印は磁力線である。第１近接センサ２２が第１磁石２と対向している位置にある場合、つまり第１近接センサ２２がαの位置にある場合は、磁力線が、光路と平行であり、かつ磁力も強い。従って、第１近接センサ２２は、ファラデー効果によって、明らかなＯＮ状態になる。また、第１近接センサ２２が隣接する第１磁石２の間に位置する場合、つまり第１近接センサ２２がβの位置にある場合は、両隣の磁石からの磁力線が互いに打ち消され弱い。従って、第１センサ２２は、明らかなＯＦＦ状態になる。このように、第１磁石２がＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されていれば、第１近接センサ２２は確実にＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返す。
【００２８】
複数の第１磁石２が、第１回転体２４の磁石配置面２４ａにＮ極またはＳ極の一方のみを向け、配置されている場合を説明する。図７にＮ極、Ｓ極の一方のみが向くように、第１磁石２を一列に並べ、第１磁石２と第１近接センサ２２とを相対的に示す。第１近接センサ２２が第１磁石２と対向している位置にある場合、つまり第１近接センサ２２がαの位置にある場合は、磁力線が、光路と平行であり、かつ磁力も強い。第１近接センサ２２が隣接する第１磁石２の間に位置する場合、つまり第１近接センサ２２がβの位置にある場合は、磁石からの距離が遠いので光路と平行な磁力は、弱くなるが、２つの磁石からの磁力が加算されるので、磁力は残る。従って、ＯＦＦ状態になると考えられるが、安定性の問題が生じることも有り得る。
【００２９】
従って、複数の第１磁石２は、第１回転体の磁石配置面２４ａにＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されていることが好ましい。
そして、例えば、図示しない計測部が、第１近接センサ２２が検知したＯＮ状態、ＯＦＦ状態の回数を計測することで、回転センサ２０は、回転量や回転角を計測できる。
【実施例２】
【００３０】
図８に実施例２の回転センサ５０の機能構成例の斜視図を示し、図９に第１近接センサ２２から見た回転センサ５０の機能構成例の平面図を示す。回転センサ５０は、更に、第２近接センサ５２を有する点が回転センサ２０と異なる。実施例１で説明した回転センサ２０では、回転量や回転角度を検知できるが、回転方向は検知できない。回転センサ５０は回転方向をも検知できる。
【００３１】
第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサ２２と第２近接センサ５２とが固定される。第２の近接センサ５２と第１近接センサ２２は、お互い、第１円周２８に対向するように、かつ、所定の間隙が設けられて、固定される。また、第１磁石２は等間隔に配置される。
【００３２】
図１０は第１磁石２と第１近接センサ２２と第２近接センサ５２との相対関係を示した図である。図１０では、第１磁石２は左右に動くことになる。また、図１１は、第１磁石２と第１近接センサ２２と第２近接センサ５２との簡略化した相対関係を示した図である。図１１には、第１磁石２が、左方向に移動する場合を示す。また、説明を簡略化するため、第１磁石の長さと隣接する第１磁石間の距離とを同一とし、それぞれｒ１とする。図１１Ａを現在の状態とすると、図１１Ｂは図１１Ａと比較して、全ての第１磁石２が左方向へ１／２・ｒ１移動した場合であり、図１１Ｃは図１１Ａと比較して、全ての第１磁石２が左方向へｒ１移動した場合であり、図１１Ｄは図１１Ａと比較して、全ての第１磁石２が左方向へ３／２・ｒ１移動した場合である。
【００３３】
第１近接センサ２２、第２近接センサ５２と第１磁石２とが、半分以上対向するとＯＮ状態になるようしきい値を決めたとする（図５参照）。図１１Ａでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向した状態（ＯＮ状態）から半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）に変わる。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向しておらず、ＯＦＦ状態である。図１１Ｂでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向しておらず、ＯＦＦ状態である。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）から半分以上対向した状態（ＯＮ状態）に変わる。図１１Ｃでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）から半分以上対向した状態（ＯＮ状態）に変わる。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向しており、ＯＮ状態である。
【００３４】
図１１Ｄでは、第１近接センサ２２は、第１磁石２と半分以上対向しており、ＯＮ状態である。第２近接センサ５２は、第１磁石２と半分以上対向した状態（ＯＮ状態）から半分以上対向していない状態（ＯＦＦ状態）に変わる。
【００３５】
つまり、図１１Ａ→図１１Ｂ→図１１Ｃ→図１１Ｄになるに従い、第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態との組み合わせは、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）→（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）→（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）・・・・と変化する。ただし、（第１近接センサ２２の状態、第２近接センサ５２の状態）とする。逆方向に第１磁石２が移動すると（第１回転体２４が逆回転すると）、状態の組み合わせの変化が逆になる。このように、変化のタイミングがずれるように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２を固定させれば、回転方向が分かる。よって、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように、第１近接センサと前記第２近接センサが配置される。例えば、第１近接センサ２２の中心と第２近接センサ５２の中心との間隔をＲとし、隣り合う第１磁石２の中心の間隔をｒ２とすると、Ｒ＝（ｎ＋１／４）・ｒ２、または（ｎ＋３／４）・ｒ２にすればよい。ただしｎを０以上の整数とする。なお、以上の説明では、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２と第１磁石２とが、半分以上、対向すれば、ＯＮ状態となるようにしきい値を設定した場合を説明した。第１近接センサ２２、第２近接センサ５２のしきい値の変更により、間隔Ｒを変更することもできる。
【００３６】
このように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２を配置することで、回転センサ５０は回転量や回転角度だけではなく、回転方向も認識できる。
【実施例３】
【００３７】
図１２に実施例３の回転センサ８０の機能構成例の斜視図を示し、図１３に回転センサ８０の機能構成例を第１近接センサ２２側から見た平面図を示す。回転センサ８０は、磁石配置面２４ａに更に、第２磁石が配置されている点で回転センサ５０と異なる。
第１回転体２４は、回転軸２６と一定の距離にある第２円周６９も磁石配置面２４ａに有する。第２円周の径と第１円周の径は異なる。図１２、図１３では、第２円周６９の径は第１円周２８の径より小さい。
【００３８】
複数の第１磁石２は、第１円周２８に沿って等間隔に配置される。複数の第２磁石６８は、第２円周６９に沿って等間隔に配置される。第１磁石２の数と第２磁石６８の数は等しい。第１磁石の面積は第２磁石の面積より大きい。第１近接センサ２２は、第１円周２８に対向するように、所定の空隙が設けられて、センサ保持部７０で固定される。第２近接センサ５２は、第２円周に対向するように、所定の空隙が設けられて、センサ保持部７０で固定される。なお、図１２では、センサ保持部７０の記載を省略している。第１近接センサ２２と第２近接センサ５２は、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように配置される（実施例２の説明参照）。このような構成でも、回転量と回転方向を検知できる。
【実施例４】
【００３９】
図１４に回転センサ１００の機能構成例の斜視図を示し、図１５に回転センサ１００の機能構成例の平面図を示す。図２記載の回転センサ２０では、第１回転体２４の平面が磁石配置面２４ａとして説明した。この実施例４で説明する回転センサ１００は、第１回転体２４の側面が磁石配置面２４ａである。第１円周２８は第１回転体２４の側面上であり、第１回転体の回転方向に沿って、存在する。そして第１磁石２は、第１円周２８の周方向に沿って配置される。回転センサ１００のような構成にしても、回転センサ２０と同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００４０】
図１６に実施例５の回転センサ１１０の機能構成例の斜視図を示し、図１７に、回転センサ１１０の機能構成例の平面図を示す。回転センサ１１０は、更に、第２近接センサ５２を有する点で、回転センサ１００と異なる。第２近接センサ５２は、所定の間隙が設けられて、第１円周２８と対向するように、固定される。実施例２で説明したように、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しないように第１近接センサ２２と第２近接センサ５２が配置される。図１６では、第２近接センサ５２を固定するためのセンサ保持部７１の記載を省略している。
回転センサ１１０のような構成にしても、回転センサ５０（実施例２で説明）のように、回転角度、回転量のみならず、回転方向も検知できる。
【実施例６】
【００４１】
図１８に実施例６の回転センサ１２０の機能構成例の斜視図を示す。図１９は、回転センサ１２０の正面図である。回転センサ１２０は、第２回転体７２を有する点で、回転センサ１１０と異なる。図１８の例では、第１回転体２４は円柱状であり、第２回転体７２は第１回転体２４と同一形状である。第１回転体２４は、第２回転体７２と対向する平面である第１回転体平面２４ｂを有する。第２回転体７２は、第１回転体２４と対向する平面である第２回転体平面７２ｂを有する。第１回転体２４と第２回転体７２は、第１回転体平面２４ｂと第２回転体平面７２ｂとが対向するように、配置される。回転軸２６は、第１回転体平面２４ｂ、第２回転体平面７２ｂの中心を通り、垂直に貫通し、接合されている。よって、第１回転体２４と第２回転体７２は、回転軸２６の回転と共に一体的に回転する。
【００４２】
第１円周２８は、第１回転体２４の側面上であり、第１回転体２４の回転方向に沿って存在する。第１磁石２は第１円周２８に沿って配置される。第２円周６９は、第２回転体７２の側面上であり、第２回転体７２の回転方向に沿って存在する。第２磁石７４は第２円周６９に沿って配置される。実施例１〜５では、第１磁石２、第２磁石７４は円形状である場合を説明したが、この実施例６のように矩形状にしても良い。この例では、第１磁石２と第２磁石７４は同一形状である。
【００４３】
第１近接センサ２２は、第１回転体２４と所定の間隙Ｓ１を有し、第１円周２８と対向する。つまり第１回転体２４の側面と対向するように配置される。第２近接センサ５２は、第２回転体７２と所定の間隙Ｓ２を有し、第２円周６９と対向する。つまり第２回転体７２の側面と対向するように配置される。第１近接センサ２２と第２近接センサ５２は、間隙Ｓ１と間隙Ｓ２とが等しくなるように、同一のセンサ保持部７０で固定される。第１近接センサ２２は、第１回転体２４と対向する面である第１センサ面２２ａを有する。第２近接センサ５２は、第２回転体７２と対向する面である第２センサ面５２ａを有する。また、第１センサ面２２ａの中心を第１中心２２ｂとし、第２センサ面５２ａの中心を第２中心５２ｂとする。この実施例６では、第１中心２２ｂと第２中心５２ｂとを結ぶ直線Ａと回転軸２６が平行であるように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２は固定される。また、この実施例６では、第１近接センサ２２が第１磁石２と完全に対向した場合、第２近接センサ５２が、第２磁石７４と完全に対向した場合、それぞれ、ＯＮ状態になるように、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２のしきい値（図５参照）を設定する。
【００４４】
第１近接センサ２２、第２近接センサ５２とをこのように固定させた場合、例えば、図１９に示すように、２つの第１磁石２を隣接させ、この隣接させた第１磁石２の両隣には第１磁石２を配置させない。また、２つの第２磁石７４を隣接させ、この隣接させた第２磁石７４に両隣には第２磁石７４を配置させない。第１磁石２、第２磁石７４を配置させない領域を空白領域とする。空白領域の面積は、第１磁石２、第２磁石７４の面積と同一である。全ての第１磁石２を基準として、全ての第２磁石７４を、回転方向（どちらの方向でも良い）に、１つの第２の磁石分だけずらして配置させる。このように第１磁石２、第２磁石７４を配置させると、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しない。また、第１近接センサ２２の検出する状態の変化と第２近接センサ５２が検出する状態の変化が一致または反転しなければ、第１磁石２、第２磁石７４の配置はこれに限られない。このような構成で、回転センサ１２０は、第１回転体２４、第２回転体７２の回転量や回転角度、回転方向も検知できる。
【００４５】
この実施例６の回転センサ１２０のように、第１回転体２４、第２回転体７２を円柱状にし、側面上に第１磁石２、第２磁石７４を配置させると、回転センサ５０（図８参照）や、回転センサ８０（図１２参照）と比較して、多くの第１磁石２、第２磁石７４を配置できる。従って、より正確な回転量、回転角度、回転方向を検知できる。また、回転センサ８０では、第２磁石の面積を第１磁石の面積よりも小さくしなければならない。しかし、回転センサ１２０では、第１磁石２の形状と第２磁石７４の形状は同一でよいという効果がある。
【００４６】
回転センサ１２０のように第１磁石２、第２磁石７４を配置すると、図１１Ａ〜Ｄ記載の４つの状態と比較して、（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）の組み合わせが生じず、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）、（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）、（ＯＮ状態、ＯＮ状態）の３つの組み合わせが生じる。そして、第１回転体２４と第２回転体７２が回転すると、第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態の組み合わせは、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）→（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＮ状態）→（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）・・・・と変化する。また、第１回転体２４と第２回転体７２が逆回転すると、状態の組み合わせの変化が逆になる。従って、回転センサ１２０は回転方向を認識できる。（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）の組み合わせを生じないようにすると、回転方向を計測する計測部（図示せず）の読み取りエラーを防ぐことが出来る。勿論、第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態の組み合わせが、図１１Ａ〜Ｄ記載のように、（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）、（ＯＦＦ状態、ＯＮ状態）、（ＯＮ状態、ＯＮ状態）、（ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態）の４つになるように第１磁石２、第２磁石７４を配置させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】光変位センサの機能構成例を示した図。
【図２】回転センサ２０の機能構成例の斜視図。
【図３】回転センサ２０の機能構成例の平面図。
【図４】Ａは光変位センサのＯＦＦ状態を示した図であり、Ｂは光変位センサのＯＮ状態を示した図である。
【図５】ＯＴＤＲから光変位センサまでの距離と、光変位センサの反射減衰量と、の関係を示した図。
【図６】第１磁石２をＮ極、Ｓ極を交互に配置させた場合の第１磁石２と近接センサ２２とを相対的に示した図。
【図７】第１磁石２をＮ極、Ｓ極を同じ向きに配置させた場合の第１磁石２と近接センサ２２とを相対的に示した図。
【図８】回転センサ５０の機能構成例の斜視図。
【図９】回転センサ５０の機能構成例の平面図。
【図１０】第１磁石２と、第１近接センサ２２、第２近接センサ５２、とを相対的に示した図。
【図１１】第１近接センサ２２の状態と第２近接センサ５２の状態を示した図。
【図１２】回転センサ８０の機能構成例の斜視図。
【図１３】回転センサ８０の機能構成例の平面図。
【図１４】回転センサ１００の機能構成例の斜視図。
【図１５】回転センサ１００の機能構成例の平面図。
【図１６】回転センサ１１０の機能構成例の斜視図。
【図１７】回転センサ１１０の機能構成例の平面図。
【図１８】回転センサ１２０の機能構成例の斜視図。
【図１９】回転センサ１２０の機能構成例の平面図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第１円周」という。）を表面の一部とし、前記回転軸の周りに回転する第１回転体と、
前記第１円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて配置された複数の第１磁石と、
前記第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第１近接センサと、
を備える回転センサ。
【請求項２】
請求項１記載の回転センサであって、
前記第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第２近接センサ
も備える回転センサ。
【請求項３】
請求項２記載の回転センサであって、
前記複数の第１磁石は、等間隔に配置されており、
前記第１近接センサの検出する状態の変化と前記第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように前記第１近接センサと前記第２近接センサが配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項４】
請求項３記載の回転センサであって、
ｎを０以上の整数とし、
前記第１近接センサの中心と前記第２近接センサの中心との間隔は、隣り合う前記第１磁石の中心の間隔の（ｎ＋１／４）倍または（ｎ＋３／４）倍であり
円周に沿って配置された前記第１磁石は、第１回転体の表面にＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項５】
請求項３記載の回転センサであって、
ｎを０以上の整数とし、
前記第１近接センサの中心と前記第２近接センサの中心との間隔は、隣り合う前記第１磁石の中心の間隔の（ｎ＋１／４）倍または（ｎ＋３／４）倍であり
すべての前記第１磁石が、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極の一方のみを向けている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項６】
請求項１記載の回転センサであって、
前記第１回転体は、前記回転軸と一定の距離にある前記第１円周と異なる円周（以下、「第２円周」という。）も表面に有し、
前記第２円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、配置された複数の第２磁石と、
前記第２円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第２近接センサ
も備える回転センサ。
【請求項７】
請求項６記載の回転センサであって、
前記第１磁石の数と前記第２磁石の数は同じであり、
複数の前記第１磁石は、等間隔に配置されており、
複数の前記第２磁石は、等間隔に配置されており、
前記第１近接センサの検出する状態の変化と前記第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように前記第１近接センサと前記第２近接センサが配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項８】
請求項１記載の回転センサであって、
前記回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第２円周」という。）を表面の一部とし、前記回転軸の周りに前記第１回転体と一体的に回転する第２回転体と、
前記第２円周に沿って、かつ、第２回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、配置された複数の第２磁石と、
前記第２円周と対向するように前記第１回転体、前記第２回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第２近接センサ
も備える回転センサ。
【請求項９】
請求項８記載の回転センサであって、
前記第１磁石の数と前記第２磁石の数は同じであり、
前記第１近接センサの検出する状態の変化と前記第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように前記第１近接センサと前記第２近接センサが配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の回転センサであって、
前記第１近接センサまたは前記第２近接センサが、
少なくとも光ファイバと、ファラデー素子と、ミラーとを有し、
前記光ファイバから出射された光が、前記ファラデー素子を通過して前記ミラーで反射され、再び前記ファラデー素子を通過して前記光ファイバに戻るように配置されており、
前記ファラデー素子に加わる磁力によって、前記反射光を検出できる状態（ＯＮ状態）と検出できない状態（ＯＦＦ状態）とが変化する
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項１】
回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第１円周」という。）を表面の一部とし、前記回転軸の周りに回転する第１回転体と、
前記第１円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて配置された複数の第１磁石と、
前記第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第１近接センサと、
を備える回転センサ。
【請求項２】
請求項１記載の回転センサであって、
前記第１円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第２近接センサ
も備える回転センサ。
【請求項３】
請求項２記載の回転センサであって、
前記複数の第１磁石は、等間隔に配置されており、
前記第１近接センサの検出する状態の変化と前記第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように前記第１近接センサと前記第２近接センサが配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項４】
請求項３記載の回転センサであって、
ｎを０以上の整数とし、
前記第１近接センサの中心と前記第２近接センサの中心との間隔は、隣り合う前記第１磁石の中心の間隔の（ｎ＋１／４）倍または（ｎ＋３／４）倍であり
円周に沿って配置された前記第１磁石は、第１回転体の表面にＮ極とＳ極とが交互に向くように配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項５】
請求項３記載の回転センサであって、
ｎを０以上の整数とし、
前記第１近接センサの中心と前記第２近接センサの中心との間隔は、隣り合う前記第１磁石の中心の間隔の（ｎ＋１／４）倍または（ｎ＋３／４）倍であり
すべての前記第１磁石が、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極の一方のみを向けている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項６】
請求項１記載の回転センサであって、
前記第１回転体は、前記回転軸と一定の距離にある前記第１円周と異なる円周（以下、「第２円周」という。）も表面に有し、
前記第２円周に沿って、かつ、第１回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、配置された複数の第２磁石と、
前記第２円周と対向するように前記第１回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第２近接センサ
も備える回転センサ。
【請求項７】
請求項６記載の回転センサであって、
前記第１磁石の数と前記第２磁石の数は同じであり、
複数の前記第１磁石は、等間隔に配置されており、
複数の前記第２磁石は、等間隔に配置されており、
前記第１近接センサの検出する状態の変化と前記第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように前記第１近接センサと前記第２近接センサが配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項８】
請求項１記載の回転センサであって、
前記回転軸と一定の距離にある円周（以下、「第２円周」という。）を表面の一部とし、前記回転軸の周りに前記第１回転体と一体的に回転する第２回転体と、
前記第２円周に沿って、かつ、第２回転体の表面にＮ極またはＳ極を向けて、配置された複数の第２磁石と、
前記第２円周と対向するように前記第１回転体、前記第２回転体の外部に配置され、磁界の状態を検出する第２近接センサ
も備える回転センサ。
【請求項９】
請求項８記載の回転センサであって、
前記第１磁石の数と前記第２磁石の数は同じであり、
前記第１近接センサの検出する状態の変化と前記第２近接センサが検出する状態の変化が一致または反転しないように前記第１近接センサと前記第２近接センサが配置されている
ことを特徴とする回転センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の回転センサであって、
前記第１近接センサまたは前記第２近接センサが、
少なくとも光ファイバと、ファラデー素子と、ミラーとを有し、
前記光ファイバから出射された光が、前記ファラデー素子を通過して前記ミラーで反射され、再び前記ファラデー素子を通過して前記光ファイバに戻るように配置されており、
前記ファラデー素子に加わる磁力によって、前記反射光を検出できる状態（ＯＮ状態）と検出できない状態（ＯＦＦ状態）とが変化する
ことを特徴とする回転センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−１２８０２１（Ｐ２００９−１２８０２１Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３００００９（Ｐ２００７−３００００９）
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（５００１４０１２７）エヌ・ティ・ティ・インフラネット株式会社 (61)
【出願人】（３９１０４９５３０）株式会社信光社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（５００１４０１２７）エヌ・ティ・ティ・インフラネット株式会社 (61)
【出願人】（３９１０４９５３０）株式会社信光社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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