２自由度センサ
【課題】 小型であり、２自由度運動量を検出可能な、出力誤差の小さい２自由度センサを提供する。
【解決手段】 Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであって、可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象４００と、前記検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出部４０２と、検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出部４０４と、前記第１、第２の検出部の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算処理部とを有する。
【解決手段】 Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであって、可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象４００と、前記検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出部４０２と、検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出部４０４と、前記第１、第２の検出部の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算処理部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２自由度アクチュエータにおける２自由度運動量を検知する２自由度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３に、従来の２自由度アクチュエータの構成を示す。同図において、１００は、可動軸１０２が直線運動・回転運動可能な２自由度アクチュエータであり、
可動軸軸方向の移動量はリニアセンサ１０４、回転方向の回転角度量は回転センサ１０６によって検出され、コントローラ１０８にフィードバックされる。
コントローラ１０８はリニアセンサ１０４、回転センサ１０６のフィードバック信号をもとに可動軸１０２の位置・角度制御を行うように構成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−６５４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、図１３に示すように、可動軸の直線運動量と回転運動量を検出するためにはリニアセンサと、回転センサがそれぞれ必要になる。従来では個々のセンサを組み合わせて使用するため、下記のような欠点が有った。
（１）可動軸の直線運動、回転運動によるセンサの出力誤差を発生させない構成が必要となる。例えば、リニアセンサは、測定対象が回転しても直線運動量を検出でき、かつ測定対象が直線運動せずに回転した場合に出力誤差を生じない必要がある。回転センサについても同様である。すなわち２種類のセンサが出力誤差を生じない工夫が必要であるため、センサの構成が複雑化するという問題が有った。
【０００４】
また、（２）２種類のセンサの設置スペースが必要となるため、センサを含むアクチュエータ系が大型化するという問題がある。２自由度アクチュエータはマウンタ装置等に用いられ、複数台並べて設置されることがある。しかしセンサが要するスペースが大きい場合、装置における２自由度アクチュエータが占める空間も大きくなる。
（３）２自由度アクチュエータの可動軸の直線運動と回転運動に対し、それぞれ検出対象、検出部などが必要になるため、センサのコストが高くなるという問題も有った。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型であり、２自由度運動量を検出可能な、出力誤差の小さい２自由度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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであって、可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象と、前記検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出手段と、検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出手段と、前記第１、第２の検出手段の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２自由度センサにおいて、前記第１の検出手段は、Ｍ個×ｍ組（Ｍは４以上の偶数、ｍは１以上の整数）の素子で構成され、かつｍ組目のＭ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＢ方向から見て0、2π・(1/M)、2π・(2/M)、…、2π・(M-1/M)である素子群から成るｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍからなり、前記第２の検出手段は、Ｎ個×ｎ組の素子で構成され、かつｎ組目のＮ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＡ方向から見て0、2π・(1/N)、 2π・(2/N)、…、2π・(N-1/N)である素子群から成るｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎからなり、前記演算手段は、ｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍおよびｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎの出力変化を演算処理し、前記検出対象のＡ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の２自由度センサにおいて、前記第１の検出部及び第２の検出部は、コイルとヨークからなる素子で構成され、 前記演算手段は、前記第１の検出手段および第２の検出手段におけるインダクタンス変化を演算処理し、検出対象のＡ方向運動量をαａ、βａおよびＢ方向の運動量をαｂ、βｂの２相正弦波として算出することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子で構成され、検出対象の凸部には中空状に孔が設けられており、前記検出対象内に設置され、前記凸部に設けられた前記孔から光を出射するための１つ以上の光源を有し、前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出すること特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子であり、前記検出対象の前記凸部からの反射光を受光するようになっており、検出対象外に設置され、前記検出対象の凸部に光を照射するための１つ以上の光源を有し、前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記検出対象は、複数部品で構成されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記検出部は、一体物で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、各検出部が非検出方向の運動に影響されない２自由度センサを実現する事ができる。
また、検出対象に形成される凹凸を単に増やすだけで２自由度センサの検出範囲を広げることができる。
さらに、本発明によれば、複雑な構造を必要としないため、部品点数が少なくてすみ、小型化、低コスト化が図れる。
【００１４】
また、本発明によれば、検出対象の凹凸に対し、たとえば位相角がπ/2ずつ異なる４つの検出部を設け、位相角がπ異なる検出部出力同士の差を取ることにより、定常出力分を除いた２相正弦波を得ることができる。
また、２相正弦波から逆正接によって位置を求めることにより、検出対象の寸法誤差や素子の温度変化の影響を少なくすることができる。
さらに、４つの検出部を複数組設け、それぞれ平均を取れば、更に精度良く測定を行うことができる。
【００１５】
また、本発明によれば、コイルとヨークにより素子を構成できるので、低コスト化が可能となる。
さらに、ＰＤ（Photo Diode）やＰＳＤ(Position Sensitive Detector)を、検出部を構成する検出素子として使用できるので、２自由度アクチュエータに磁束変化の影響を与えることなく精度よく２方向の運動量の測定を行うことができる。
検出対象を非金属材料で構成しなければならない場合でも適用できる。
【００１６】
また、本発明によれば、２自由度センサの検出対象や検出部を一体物または複数部品で構成することにより、加工費を削減する、部品点数を低減できる、２自由度アクチュエータヘのセンサ組込みを容易にする、センサを小型化できるなどの効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る２自由度センサの構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る２自由度センサは、２自由度アクチュエータの可動軸の２方向（可動軸軸方向、回転方向）の運動量を検出する機能を有する。本発明の第１実施形態に係る２自由度センサは、２自由度アクチュエータの可動軸１０に設けられた検出対象１２と、複数の検出素子で構成される検出部４０と、検出部４０の出力に基づいて可動軸１０の可動軸軸方向、回転方向の運動量を算出する演算処理部５０とを有している。図１（ａ）は２自由度センサの腰部の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の正面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の側面図である。
【００１９】
検出対象１２は２自由度アクチュエータの可動部である可動軸１０に設けられ、直径Ｄ、長さｌの磁性材料で構成されている。
また、検出対象１２は可動軸１０の軸方向から見て一定幅ｔ１の凹凸１４と、可動軸１０の回転方向である円周方向から見て一定幅ｔ２の凹凸１４を有している。
【００２０】
検出部４０は、可動軸１０の回転方向の回転運動量を検出する検出素子群Ａと、可動軸１０の軸方向の直線運動量を検出する検出素子群Ｂを有している。
検出部４０の各検出素子群Ａ、Ｂは、それぞれ４つの検出素子２０からなる。本実施形態での検出素子は、コの字形ヨークの２箇所にコイルを巻いたものであり、検出素子群Ａの各検出素子２０は、検出素子群Ｂの各検出素子に対して垂直に配置されている。
【００２１】
検出素子群Ａ、Ｂは、検出対象１２における凸部との隙間がそれぞれ、dＡ，dＢとなるよう配置され、図示していない２自由度センサのケースや２自由度アクチュエータの内側などに固定される。
検出素子群Ａにおいて、４つの検出素子２０はそれぞれ検出対象１２における凸部と対面する部分がｔ１× （２・ｎ・ｔ２）の寸法を有する（ただしｎは整数）。また、図１（ｂ）に示すように検出対象の凹凸に対し，それぞれ異なる位相で配置される。
【００２２】
また、検出素子群Ｂにおいて、４つの検出素子２０はそれぞれ検出対象１２における凸部と対面する部分がｔ２×（２・ｍ・ｔ１）の寸法を有する（ただしｎは整数）。
また、図１（ｃ）に示すように検出対象１２における凹凸１４に対し、それぞれ異なる位相で配置される。
【００２３】
＜回転運動量の検出＞
図２に、検出対象１２と検出素子群Ａを直線状に展開した図を示す。同図において、検出素子群Ａを構成する４つの検出素子２０を区別するために、検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'とする。検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'は、図２（ａ）に示すように検出対象１２に形成された凹凸に対して位相がｔ１／２づつ、ずらして配置されている。なお位相間係が成り立てば、検出素子同士は離れていても良く、また並び方が順不同であっても良い。
各検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'の励磁コイルに磁束が強め合う向きの電流が流れると、検出素子と検出対象１２間に磁気回路が形成される。
【００２４】
今、図２（ａ）において、検出対象１２が紙面右方向にｌ１=２×ｔ１だけ移動した時、各検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'のインダクタンスは、図３に示すように定常的なインダクタンスＬ１を持つ正弦波状に変化する。
なお、θ１は検出対象１２の移動量ｌ１を１周期(２π)とした場合の相当角度を表す。また、位相関係が図２（ａ）となるある位置を相当角度０とする。
図３（ａ）と図３（ｂ）に示す検出素子ａθと検出素子aθ'のインダクタンス、あるいは図３（ｃ）と図３（ｄ）に示す検出素子bθと検出素子bθ'のインダクタンス、それぞれの差を取ることにより、次式で表す２相正弦波出力を得ることができる。
【００２５】
αθ＝Laθ−La'θ＝2・L２・sin (θ１) …（１）
βθ＝Lbθ−Lb'θ＝2・L２・sin (θ１+π/2)＝2・L２-cos (θ１) …（２）
【００２６】
一方、図２（ｂ）において検出対象１２が直線運動方向に移動した場合、各素子の検出対象１２における凸部との対面の割合は変化しないため、各検出素子のインダクタンスは変化しない。そのため式（１）、（２）は回転運動量のみで決まる値となる。
式（１）、（２）より、回転運動量θは検出素子群Ａの出力から次式で表すことができる。
【００２７】
θ= （３６０°／Ｎθ）｛ＮＣ＋tan −１ (αθ／βθ)／（2π）｝ …（３）
ここでＮcは基準位置からの正弦波αθの周期数であり、Ｎθは図１（ｂ）の凸部の数を表す。
【００２８】
＜直線運動量の検出＞
図４に、検出対象１２と検出素子群Ｂを一列上に並べた図を示す。なお、回転運動量検出の説明と重複する部分についての説明は省略する。
検出素子aｚ、bｚ、 aｚ'、 bｚ’は、図４（ａ）に示すように検出対象の凹凸に対して位相がｔ２／２づつ、ずらして配置されている。なお、検出素子は、図１（ｃ）に示すように円周面上に配置しても構わない。
【００２９】
図４（ａ）の検出対象１２が紙面右方向にｌ２＝２×ｔ２だけ移動した時、各検出素子のインダクタンスは、図５に示すように定常的なインダクタンスＬ３を有する正弦波となる。なお、θ２は検出対象移動量ｌ２を１周期とした場合の相当角度を表す。
図５（ａ）と図５（ｂ）に示す、検出素子aｚと検出素子aｚ'のインダクタンスあるいは図５（ｃ）と図５（ｄ）に示す検出素子ｂｚと検出素子ｂｚ'のインダクタンス、それぞれの差を取ることにより、次式（４）、（５）で表す２相正弦波出力を得ることができる。これは、回転運動量検出の場合と同様に、直線運動量のみで決まる値となる。
【００３０】
αｚ＝Laｚ−Laｚ'＝2・L４・sin (θ２) …（４）
βｚ＝Lbｚ−Lbｚ'＝2・L４・sin (θ２+π/2)＝2・L４・cos (θ２) …（５）
式（４）、（５）より、直線運動量Ｚは、検出素子群Ｂの出力から次式で表すことができる。
Ｚ＝ｌ２・｛Ｎz＋tan−１ (αｚ／βｚ)／（２π）｝ …（６）
ここでＮzは基準位置からの正弦波αｚの周期数である。
【００３１】
[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を図６に示す。本発明の第２実施形態に係る２自由度センサは、検出対象を平面とし、直交する Ｘ軸、Ｙ軸２方向に移動する検出対象の移動量を検出するように構成したものであり、他の構成は第１実施形態と同様であるので重複する説明は省略する。図６において、複数（本実施形態では４つ）の検出素子からなる検出素子群Ａと、検出素子群Ｂが検出対象６０に対面するように配置されている。第１実施形態と同様に検出素子群Ａの各検出素子と、検出素子群Ｂの各検出素子は、互いに直交するように配置されている。
【００３２】
本実施形態の場合、式（６）を用いて、検出素子群Ａが検出対象６０のＸ方向移動量を、検出素子群ＢがＹ方向移動量を検出する。
なお、本実施形態に係る２自由度センサは、検出対象が固定側で移動量を検出する、検出素子群Ａ，Ｂを含む検出部が可動側となるように構成してもよい。
本発明の動作原理を用いることにより、２自由度アクチュエータによる平面運動の移動量を測定できる。
【００３３】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係る２自由度センサの構成を図７に示す。本実施形態に係る２自由度センサは、同一の検出方向について検出素子群を２組以上設置し、各検出素子群の出力の平均値を真値として求めるようにしたものである。
一例として、図７に２自由度アクチュエータの可動軸の円周方向に第１実施形態（図１）と同一構成の検出素子からなる検出素子群Ａを２組、すなわち検出素子群Ａ１，Ａ２を配置した場合を示す。図７（ａ）は可動軸の円周上に２組設置した場合であり、図７（ｂ）は可動軸１０の軸方向に検出素子群Ａ１，Ａ２を２組、設置した例をそれぞれ示している。図７（ａ）、（ｂ）において、検出素子１−１〜１−４は検出素子群Ａ１に属し、検出素子２−１〜２−４は検出素子群Ａ２に属している。
【００３４】
検出素子群Ａ１，Ａ２の各検出素子は、第１実施形態に示したコの字形ヨークの２箇所に励磁コイルを巻いたものである。図７（ａ）において、素子群Ａ１、Ａ２の回転運動量θ１、θ２は、次式のように表される。
【００３５】
θ１= (３６０°／Ｎθ)｛Ｎc＋tan −１ (αθ１／βθ１)／（2π）｝…（７）
θ２= (３６０°／Ｎθ)｛Ｎc＋tan −１ (αθ２／βθ２)／（2π）｝…（８）
平均回転運動量θ’＝（θ１＋θ２）／２を求めることにより、本発明の精度を上げることができる。
また、第１実施形態（図１）と同様に検出素子群Ａの各検出素子と直交する方向に各検出素子が配置される検出素子群Ｂを２組以上設置し、第１実施形態と同様に各検出素子群の出力からそれぞれ、図示してない演算処理部において式（６）により直線運動量を算出し、２つの直線運動量の平均値を求めることにより、直線運動量Ｚの精度の向上が図れる。
【００３６】
[第４実施形態]
本発明の第４実施形態に係る２自由度センサは、第１〜第３実施形態では、２自由度センサの検出素子としてコの字形ヨークの２箇所に励磁コイルを巻いたものを使用したが、この検出素子の代わりに、検出部として渦電流式や静電容量式などの変位センサを用いるように構成したものである。
本発明の第４実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を図８に示す。本実施形態に係る２自由度センサは、２自由度アクチュエータの可動部、例えば、第１実施形態と同様の直線運動と回転運動を行う可動軸１０の運動量を検出する検出部として変位センサ７０を配置したものである。
【００３７】
本実施形態の場合、コイルとヨークからなる素子のインダクタンス変化ではなく、変位センサ７０の電圧出力変化等を用いて式（３）から回転運動量を求めることができる。
例えば、検出対象を形成するのに磁性体を使用できない場合、非磁性体用の渦電流変位センサを用いることにより本発明の効果が得られる。
【００３８】
[第５実施形態]
本発明の第５実施形態に係る２自由度センサは、第１〜第３実施形態では、２自由度センサの検出素子としてコの字形ヨークの２箇所に励磁コイルを巻いたものを使用したが、この検出素子の代わりに、検出素子として受光量や受光位置により出力が変化する素子、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）や、位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensitve Detector）などを用いるように構成したものである。他の構成は第１、第３実施形態と同様であるので重複する説明は省略する。
【００３９】
図９に、検出素子としてフォトダイオード（ＰＤ）を配置した例を示す。本実施形態では、２自由度アクチュエータの可動軸等に第１実施形態と同様に設けられた凹凸を有する検出対象２００の凸部２０１には、中空状に孔２０２が形成されている。中空の検出対象２００内に光源固定部材２０４に固定されたLEDなどの光源２０６を設置し、凸部２０１に設けられた孔２０２から光源２０６からの出射光が外部へ出るようにする。
【００４０】
フォトダイオード（ＰＤ）８０への入射光量は検出対象の移動量によって変化するため、フォトダイオード（ＰＤ）８０の出力は検出対象２００の移動量に応じた値となる。したがって、図９に示すように複数のフォトダイオード８０を凹凸に対して位相関係を持つように配置し、複数のフォトダイオード８０の出力変化を演算処理部（図示を省略してある。）により演算処理し、２方向の運動量を算出することができる。
したがって、第５実施形態に係る２自由度センサによれば、検出素子としてコアとヨークを用いた他の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、図１０に、検出素子にフォトダイオードを用いた変形例を示す。本変形例の場合、図示しないセンサケースなどに固定される光源３０２とフォトダイオード３０４を、検出対象３００の凸部３０１に反射した光がフォトダイオード３０４により受光できる位置に設置する。フォトダイオード３０４への入射光量は凸部３０１に反射した光量であり、検出対象３００の位置によって変化する。そのためフォトダイオード３０４の出力は検出対象３００の移動量に応じた値となる。
【００４２】
したがって図９に示した第５実施形態と同様に、図１０に示すように複数のフォトダイオード３０４を、検出対象３００に形成された凹凸に対して位相関係を持つように配置し、複数のフォトダイオード３０４の出力変化を演算処理部（図示を省略してある。）により演算処理し、２方向の運動量を算出することにより、検出素子としてコアとヨークを用いた実施形態と同様の効果を得ることができる。
本変形例により、たとえば検出部の磁束が２自由度アクチュエータの駆動に有害な影響を与える場合や、検出対象を樹脂成形品などの非金属で構成しなければならない場合など、検出素子としてフォトダイオードなどを用いることにより本発明の効果が得られる。
【００４３】
[第６実施形態]
これまでの第１実施形態〜第５実施形態及び変形例では１つの検出素子群に４つの検出素子を配置しているが、これに限らず、２自由度アクチュエータの可動部における各方向の運動量検出用に検出素子が１つ以上であれば良い。
本発明の第６実施形態に係る２自由度センサの構成を図１１に概念的に示す。本実施形態に係る２自由度センサは、２方向の運動量を検出するのに、各方向について検出部として検出素子を一つ配置するように構成したものである。
本実施形態では、検出対象は、図６に示した平面状のものであり、検出素子は、図６に示した第２実施形態に係る２自由度センサと同様にコの字形ヨークの２箇所にコイルを巻いたものであるとする。
【００４４】
図１１において、本実施形態に係る２自由度センサは、Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであり、可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象４００を有している。
【００４５】
検出対象４００の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出部４０２と、検出対象４００の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出部４０４と、第１、第２の検出部４０２、４０４の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算処理部（図示せず）とを有している。第１の検出部４０２は本発明の第１の検出手段に、第２の検出部４０４は本発明の第２の検出手段に、演算処理部は本発明の演算手段にそれぞれ相当する。
【００４６】
この場合、演算処理部は、例えば、コンパレータ等により第１の検出部４０２、第２の検出部４０４の出力である矩形波を波形成形して、パルス数をカウントして移動量を求めるようになっている。
また、各検出方向Ａ，Ｂにそれぞれ２つの検出素子を用意し、検出対象４００の凹凸に対し位相がπ異なるように配置してそれらの検出素子の出力である矩形波を波形成形すれば、高分解能化に加えて移動方向も検出することができる。
以上のように、色々な構成を取ることが可能である。
【００４７】
[第７実施形態]
これまでの各実施形態及び変形例では検出対象を一体物として構成しているが、複数部品から構成されていても良い。また、複数の検出素子を含む検出部（検出素子群）を、複数部品で構成されるのではなく一体物（一体的に構成されたもの）であっても良い。図１２に、本発明の第７実施形態に係る２自由度センサの構成を示す。すなわち検出対象を場合と、検出素子を一体物で構成した場合の構成例を示す。
【００４８】
図１２（ａ）は検出対象を複数部品で構成した場合を示しており、検出対象を軸方向に対して垂直方向に所定幅で切断した形状の積層板５００を複数用意し、この複数の積層板５００を積層させて検出対象を構成するようにしたものである。
また、図１２（ｂ）は、枠体５２２の内側に複数の検出素子５２１を一体的に設け、かつ２自由度アクチュエータの可動部（例えば、可動軸）５１０に嵌装可能に構成したものであり、検出部５２０を一体物（１部品）で構成した例を示している。図１２（ａ）に示す構成では、検出対象の各部品をプレスなどで加工可能であるため、コストの低減が図れる。
また図１２（ｂ）に示す構成では、検出素子をそのまま２自由度アクチュエータの１部品として組込めるため、設計の手間が省け、２自由度センサの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２自由度センサの構成を示す図。
【図２】図１における検出対象と検出素子群Ａを直線状に展開した図。
【図３】図２に示した各検出素子のインダクタンスの変化を示す特性図。
【図４】図１における検出対象と検出素子群Ｂを直線状に展開した図。
【図５】図４に示した各検出素子のインダクタンスの変化を示す特性図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を示す図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る２自由度センサの構成を示す図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を示す図。
【図９】本発明の第５実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を示す図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る２自由度センサの変形例を示す図。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る２自由度センサの構成を概念的に示す図。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る２自由度センサの構成を示す図。
【図１３】従来の２自由度アクチュエータの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…可動軸、１２、６０、２００、３００、４００…検出対象、１４…凹凸、２０…検出素子、２２…励磁コイル、２４…ヨーク、４０…検出部、５０…演算処理部、７０…変位センサ、８０、３０４…フォトセンサ、２０２…孔、２０４…光源固定部材、２０６、３０２…光源、３０１…凸部、４０２…第１の検出部、４０４…第２の検出部、５００…積層板、５１０…２自由度アクチュエータの可動部、５２０…検出部、５２１…検出素子、５２２…枠体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２自由度アクチュエータにおける２自由度運動量を検知する２自由度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３に、従来の２自由度アクチュエータの構成を示す。同図において、１００は、可動軸１０２が直線運動・回転運動可能な２自由度アクチュエータであり、
可動軸軸方向の移動量はリニアセンサ１０４、回転方向の回転角度量は回転センサ１０６によって検出され、コントローラ１０８にフィードバックされる。
コントローラ１０８はリニアセンサ１０４、回転センサ１０６のフィードバック信号をもとに可動軸１０２の位置・角度制御を行うように構成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−６５４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、図１３に示すように、可動軸の直線運動量と回転運動量を検出するためにはリニアセンサと、回転センサがそれぞれ必要になる。従来では個々のセンサを組み合わせて使用するため、下記のような欠点が有った。
（１）可動軸の直線運動、回転運動によるセンサの出力誤差を発生させない構成が必要となる。例えば、リニアセンサは、測定対象が回転しても直線運動量を検出でき、かつ測定対象が直線運動せずに回転した場合に出力誤差を生じない必要がある。回転センサについても同様である。すなわち２種類のセンサが出力誤差を生じない工夫が必要であるため、センサの構成が複雑化するという問題が有った。
【０００４】
また、（２）２種類のセンサの設置スペースが必要となるため、センサを含むアクチュエータ系が大型化するという問題がある。２自由度アクチュエータはマウンタ装置等に用いられ、複数台並べて設置されることがある。しかしセンサが要するスペースが大きい場合、装置における２自由度アクチュエータが占める空間も大きくなる。
（３）２自由度アクチュエータの可動軸の直線運動と回転運動に対し、それぞれ検出対象、検出部などが必要になるため、センサのコストが高くなるという問題も有った。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型であり、２自由度運動量を検出可能な、出力誤差の小さい２自由度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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであって、可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象と、前記検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出手段と、検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出手段と、前記第１、第２の検出手段の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２自由度センサにおいて、前記第１の検出手段は、Ｍ個×ｍ組（Ｍは４以上の偶数、ｍは１以上の整数）の素子で構成され、かつｍ組目のＭ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＢ方向から見て0、2π・(1/M)、2π・(2/M)、…、2π・(M-1/M)である素子群から成るｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍからなり、前記第２の検出手段は、Ｎ個×ｎ組の素子で構成され、かつｎ組目のＮ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＡ方向から見て0、2π・(1/N)、 2π・(2/N)、…、2π・(N-1/N)である素子群から成るｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎからなり、前記演算手段は、ｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍおよびｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎの出力変化を演算処理し、前記検出対象のＡ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の２自由度センサにおいて、前記第１の検出部及び第２の検出部は、コイルとヨークからなる素子で構成され、 前記演算手段は、前記第１の検出手段および第２の検出手段におけるインダクタンス変化を演算処理し、検出対象のＡ方向運動量をαａ、βａおよびＢ方向の運動量をαｂ、βｂの２相正弦波として算出することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子で構成され、検出対象の凸部には中空状に孔が設けられており、前記検出対象内に設置され、前記凸部に設けられた前記孔から光を出射するための１つ以上の光源を有し、前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出すること特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子であり、前記検出対象の前記凸部からの反射光を受光するようになっており、検出対象外に設置され、前記検出対象の凸部に光を照射するための１つ以上の光源を有し、前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記検出対象は、複数部品で構成されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記検出部は、一体物で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、各検出部が非検出方向の運動に影響されない２自由度センサを実現する事ができる。
また、検出対象に形成される凹凸を単に増やすだけで２自由度センサの検出範囲を広げることができる。
さらに、本発明によれば、複雑な構造を必要としないため、部品点数が少なくてすみ、小型化、低コスト化が図れる。
【００１４】
また、本発明によれば、検出対象の凹凸に対し、たとえば位相角がπ/2ずつ異なる４つの検出部を設け、位相角がπ異なる検出部出力同士の差を取ることにより、定常出力分を除いた２相正弦波を得ることができる。
また、２相正弦波から逆正接によって位置を求めることにより、検出対象の寸法誤差や素子の温度変化の影響を少なくすることができる。
さらに、４つの検出部を複数組設け、それぞれ平均を取れば、更に精度良く測定を行うことができる。
【００１５】
また、本発明によれば、コイルとヨークにより素子を構成できるので、低コスト化が可能となる。
さらに、ＰＤ（Photo Diode）やＰＳＤ(Position Sensitive Detector)を、検出部を構成する検出素子として使用できるので、２自由度アクチュエータに磁束変化の影響を与えることなく精度よく２方向の運動量の測定を行うことができる。
検出対象を非金属材料で構成しなければならない場合でも適用できる。
【００１６】
また、本発明によれば、２自由度センサの検出対象や検出部を一体物または複数部品で構成することにより、加工費を削減する、部品点数を低減できる、２自由度アクチュエータヘのセンサ組込みを容易にする、センサを小型化できるなどの効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る２自由度センサの構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る２自由度センサは、２自由度アクチュエータの可動軸の２方向（可動軸軸方向、回転方向）の運動量を検出する機能を有する。本発明の第１実施形態に係る２自由度センサは、２自由度アクチュエータの可動軸１０に設けられた検出対象１２と、複数の検出素子で構成される検出部４０と、検出部４０の出力に基づいて可動軸１０の可動軸軸方向、回転方向の運動量を算出する演算処理部５０とを有している。図１（ａ）は２自由度センサの腰部の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の正面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の側面図である。
【００１９】
検出対象１２は２自由度アクチュエータの可動部である可動軸１０に設けられ、直径Ｄ、長さｌの磁性材料で構成されている。
また、検出対象１２は可動軸１０の軸方向から見て一定幅ｔ１の凹凸１４と、可動軸１０の回転方向である円周方向から見て一定幅ｔ２の凹凸１４を有している。
【００２０】
検出部４０は、可動軸１０の回転方向の回転運動量を検出する検出素子群Ａと、可動軸１０の軸方向の直線運動量を検出する検出素子群Ｂを有している。
検出部４０の各検出素子群Ａ、Ｂは、それぞれ４つの検出素子２０からなる。本実施形態での検出素子は、コの字形ヨークの２箇所にコイルを巻いたものであり、検出素子群Ａの各検出素子２０は、検出素子群Ｂの各検出素子に対して垂直に配置されている。
【００２１】
検出素子群Ａ、Ｂは、検出対象１２における凸部との隙間がそれぞれ、dＡ，dＢとなるよう配置され、図示していない２自由度センサのケースや２自由度アクチュエータの内側などに固定される。
検出素子群Ａにおいて、４つの検出素子２０はそれぞれ検出対象１２における凸部と対面する部分がｔ１× （２・ｎ・ｔ２）の寸法を有する（ただしｎは整数）。また、図１（ｂ）に示すように検出対象の凹凸に対し，それぞれ異なる位相で配置される。
【００２２】
また、検出素子群Ｂにおいて、４つの検出素子２０はそれぞれ検出対象１２における凸部と対面する部分がｔ２×（２・ｍ・ｔ１）の寸法を有する（ただしｎは整数）。
また、図１（ｃ）に示すように検出対象１２における凹凸１４に対し、それぞれ異なる位相で配置される。
【００２３】
＜回転運動量の検出＞
図２に、検出対象１２と検出素子群Ａを直線状に展開した図を示す。同図において、検出素子群Ａを構成する４つの検出素子２０を区別するために、検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'とする。検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'は、図２（ａ）に示すように検出対象１２に形成された凹凸に対して位相がｔ１／２づつ、ずらして配置されている。なお位相間係が成り立てば、検出素子同士は離れていても良く、また並び方が順不同であっても良い。
各検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'の励磁コイルに磁束が強め合う向きの電流が流れると、検出素子と検出対象１２間に磁気回路が形成される。
【００２４】
今、図２（ａ）において、検出対象１２が紙面右方向にｌ１=２×ｔ１だけ移動した時、各検出素子ａθ、 bθ、 aθ'、 bθ'のインダクタンスは、図３に示すように定常的なインダクタンスＬ１を持つ正弦波状に変化する。
なお、θ１は検出対象１２の移動量ｌ１を１周期(２π)とした場合の相当角度を表す。また、位相関係が図２（ａ）となるある位置を相当角度０とする。
図３（ａ）と図３（ｂ）に示す検出素子ａθと検出素子aθ'のインダクタンス、あるいは図３（ｃ）と図３（ｄ）に示す検出素子bθと検出素子bθ'のインダクタンス、それぞれの差を取ることにより、次式で表す２相正弦波出力を得ることができる。
【００２５】
αθ＝Laθ−La'θ＝2・L２・sin (θ１) …（１）
βθ＝Lbθ−Lb'θ＝2・L２・sin (θ１+π/2)＝2・L２-cos (θ１) …（２）
【００２６】
一方、図２（ｂ）において検出対象１２が直線運動方向に移動した場合、各素子の検出対象１２における凸部との対面の割合は変化しないため、各検出素子のインダクタンスは変化しない。そのため式（１）、（２）は回転運動量のみで決まる値となる。
式（１）、（２）より、回転運動量θは検出素子群Ａの出力から次式で表すことができる。
【００２７】
θ= （３６０°／Ｎθ）｛ＮＣ＋tan −１ (αθ／βθ)／（2π）｝ …（３）
ここでＮcは基準位置からの正弦波αθの周期数であり、Ｎθは図１（ｂ）の凸部の数を表す。
【００２８】
＜直線運動量の検出＞
図４に、検出対象１２と検出素子群Ｂを一列上に並べた図を示す。なお、回転運動量検出の説明と重複する部分についての説明は省略する。
検出素子aｚ、bｚ、 aｚ'、 bｚ’は、図４（ａ）に示すように検出対象の凹凸に対して位相がｔ２／２づつ、ずらして配置されている。なお、検出素子は、図１（ｃ）に示すように円周面上に配置しても構わない。
【００２９】
図４（ａ）の検出対象１２が紙面右方向にｌ２＝２×ｔ２だけ移動した時、各検出素子のインダクタンスは、図５に示すように定常的なインダクタンスＬ３を有する正弦波となる。なお、θ２は検出対象移動量ｌ２を１周期とした場合の相当角度を表す。
図５（ａ）と図５（ｂ）に示す、検出素子aｚと検出素子aｚ'のインダクタンスあるいは図５（ｃ）と図５（ｄ）に示す検出素子ｂｚと検出素子ｂｚ'のインダクタンス、それぞれの差を取ることにより、次式（４）、（５）で表す２相正弦波出力を得ることができる。これは、回転運動量検出の場合と同様に、直線運動量のみで決まる値となる。
【００３０】
αｚ＝Laｚ−Laｚ'＝2・L４・sin (θ２) …（４）
βｚ＝Lbｚ−Lbｚ'＝2・L４・sin (θ２+π/2)＝2・L４・cos (θ２) …（５）
式（４）、（５）より、直線運動量Ｚは、検出素子群Ｂの出力から次式で表すことができる。
Ｚ＝ｌ２・｛Ｎz＋tan−１ (αｚ／βｚ)／（２π）｝ …（６）
ここでＮzは基準位置からの正弦波αｚの周期数である。
【００３１】
[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を図６に示す。本発明の第２実施形態に係る２自由度センサは、検出対象を平面とし、直交する Ｘ軸、Ｙ軸２方向に移動する検出対象の移動量を検出するように構成したものであり、他の構成は第１実施形態と同様であるので重複する説明は省略する。図６において、複数（本実施形態では４つ）の検出素子からなる検出素子群Ａと、検出素子群Ｂが検出対象６０に対面するように配置されている。第１実施形態と同様に検出素子群Ａの各検出素子と、検出素子群Ｂの各検出素子は、互いに直交するように配置されている。
【００３２】
本実施形態の場合、式（６）を用いて、検出素子群Ａが検出対象６０のＸ方向移動量を、検出素子群ＢがＹ方向移動量を検出する。
なお、本実施形態に係る２自由度センサは、検出対象が固定側で移動量を検出する、検出素子群Ａ，Ｂを含む検出部が可動側となるように構成してもよい。
本発明の動作原理を用いることにより、２自由度アクチュエータによる平面運動の移動量を測定できる。
【００３３】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係る２自由度センサの構成を図７に示す。本実施形態に係る２自由度センサは、同一の検出方向について検出素子群を２組以上設置し、各検出素子群の出力の平均値を真値として求めるようにしたものである。
一例として、図７に２自由度アクチュエータの可動軸の円周方向に第１実施形態（図１）と同一構成の検出素子からなる検出素子群Ａを２組、すなわち検出素子群Ａ１，Ａ２を配置した場合を示す。図７（ａ）は可動軸の円周上に２組設置した場合であり、図７（ｂ）は可動軸１０の軸方向に検出素子群Ａ１，Ａ２を２組、設置した例をそれぞれ示している。図７（ａ）、（ｂ）において、検出素子１−１〜１−４は検出素子群Ａ１に属し、検出素子２−１〜２−４は検出素子群Ａ２に属している。
【００３４】
検出素子群Ａ１，Ａ２の各検出素子は、第１実施形態に示したコの字形ヨークの２箇所に励磁コイルを巻いたものである。図７（ａ）において、素子群Ａ１、Ａ２の回転運動量θ１、θ２は、次式のように表される。
【００３５】
θ１= (３６０°／Ｎθ)｛Ｎc＋tan −１ (αθ１／βθ１)／（2π）｝…（７）
θ２= (３６０°／Ｎθ)｛Ｎc＋tan −１ (αθ２／βθ２)／（2π）｝…（８）
平均回転運動量θ’＝（θ１＋θ２）／２を求めることにより、本発明の精度を上げることができる。
また、第１実施形態（図１）と同様に検出素子群Ａの各検出素子と直交する方向に各検出素子が配置される検出素子群Ｂを２組以上設置し、第１実施形態と同様に各検出素子群の出力からそれぞれ、図示してない演算処理部において式（６）により直線運動量を算出し、２つの直線運動量の平均値を求めることにより、直線運動量Ｚの精度の向上が図れる。
【００３６】
[第４実施形態]
本発明の第４実施形態に係る２自由度センサは、第１〜第３実施形態では、２自由度センサの検出素子としてコの字形ヨークの２箇所に励磁コイルを巻いたものを使用したが、この検出素子の代わりに、検出部として渦電流式や静電容量式などの変位センサを用いるように構成したものである。
本発明の第４実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を図８に示す。本実施形態に係る２自由度センサは、２自由度アクチュエータの可動部、例えば、第１実施形態と同様の直線運動と回転運動を行う可動軸１０の運動量を検出する検出部として変位センサ７０を配置したものである。
【００３７】
本実施形態の場合、コイルとヨークからなる素子のインダクタンス変化ではなく、変位センサ７０の電圧出力変化等を用いて式（３）から回転運動量を求めることができる。
例えば、検出対象を形成するのに磁性体を使用できない場合、非磁性体用の渦電流変位センサを用いることにより本発明の効果が得られる。
【００３８】
[第５実施形態]
本発明の第５実施形態に係る２自由度センサは、第１〜第３実施形態では、２自由度センサの検出素子としてコの字形ヨークの２箇所に励磁コイルを巻いたものを使用したが、この検出素子の代わりに、検出素子として受光量や受光位置により出力が変化する素子、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）や、位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensitve Detector）などを用いるように構成したものである。他の構成は第１、第３実施形態と同様であるので重複する説明は省略する。
【００３９】
図９に、検出素子としてフォトダイオード（ＰＤ）を配置した例を示す。本実施形態では、２自由度アクチュエータの可動軸等に第１実施形態と同様に設けられた凹凸を有する検出対象２００の凸部２０１には、中空状に孔２０２が形成されている。中空の検出対象２００内に光源固定部材２０４に固定されたLEDなどの光源２０６を設置し、凸部２０１に設けられた孔２０２から光源２０６からの出射光が外部へ出るようにする。
【００４０】
フォトダイオード（ＰＤ）８０への入射光量は検出対象の移動量によって変化するため、フォトダイオード（ＰＤ）８０の出力は検出対象２００の移動量に応じた値となる。したがって、図９に示すように複数のフォトダイオード８０を凹凸に対して位相関係を持つように配置し、複数のフォトダイオード８０の出力変化を演算処理部（図示を省略してある。）により演算処理し、２方向の運動量を算出することができる。
したがって、第５実施形態に係る２自由度センサによれば、検出素子としてコアとヨークを用いた他の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、図１０に、検出素子にフォトダイオードを用いた変形例を示す。本変形例の場合、図示しないセンサケースなどに固定される光源３０２とフォトダイオード３０４を、検出対象３００の凸部３０１に反射した光がフォトダイオード３０４により受光できる位置に設置する。フォトダイオード３０４への入射光量は凸部３０１に反射した光量であり、検出対象３００の位置によって変化する。そのためフォトダイオード３０４の出力は検出対象３００の移動量に応じた値となる。
【００４２】
したがって図９に示した第５実施形態と同様に、図１０に示すように複数のフォトダイオード３０４を、検出対象３００に形成された凹凸に対して位相関係を持つように配置し、複数のフォトダイオード３０４の出力変化を演算処理部（図示を省略してある。）により演算処理し、２方向の運動量を算出することにより、検出素子としてコアとヨークを用いた実施形態と同様の効果を得ることができる。
本変形例により、たとえば検出部の磁束が２自由度アクチュエータの駆動に有害な影響を与える場合や、検出対象を樹脂成形品などの非金属で構成しなければならない場合など、検出素子としてフォトダイオードなどを用いることにより本発明の効果が得られる。
【００４３】
[第６実施形態]
これまでの第１実施形態〜第５実施形態及び変形例では１つの検出素子群に４つの検出素子を配置しているが、これに限らず、２自由度アクチュエータの可動部における各方向の運動量検出用に検出素子が１つ以上であれば良い。
本発明の第６実施形態に係る２自由度センサの構成を図１１に概念的に示す。本実施形態に係る２自由度センサは、２方向の運動量を検出するのに、各方向について検出部として検出素子を一つ配置するように構成したものである。
本実施形態では、検出対象は、図６に示した平面状のものであり、検出素子は、図６に示した第２実施形態に係る２自由度センサと同様にコの字形ヨークの２箇所にコイルを巻いたものであるとする。
【００４４】
図１１において、本実施形態に係る２自由度センサは、Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであり、可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象４００を有している。
【００４５】
検出対象４００の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出部４０２と、検出対象４００の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出部４０４と、第１、第２の検出部４０２、４０４の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算処理部（図示せず）とを有している。第１の検出部４０２は本発明の第１の検出手段に、第２の検出部４０４は本発明の第２の検出手段に、演算処理部は本発明の演算手段にそれぞれ相当する。
【００４６】
この場合、演算処理部は、例えば、コンパレータ等により第１の検出部４０２、第２の検出部４０４の出力である矩形波を波形成形して、パルス数をカウントして移動量を求めるようになっている。
また、各検出方向Ａ，Ｂにそれぞれ２つの検出素子を用意し、検出対象４００の凹凸に対し位相がπ異なるように配置してそれらの検出素子の出力である矩形波を波形成形すれば、高分解能化に加えて移動方向も検出することができる。
以上のように、色々な構成を取ることが可能である。
【００４７】
[第７実施形態]
これまでの各実施形態及び変形例では検出対象を一体物として構成しているが、複数部品から構成されていても良い。また、複数の検出素子を含む検出部（検出素子群）を、複数部品で構成されるのではなく一体物（一体的に構成されたもの）であっても良い。図１２に、本発明の第７実施形態に係る２自由度センサの構成を示す。すなわち検出対象を場合と、検出素子を一体物で構成した場合の構成例を示す。
【００４８】
図１２（ａ）は検出対象を複数部品で構成した場合を示しており、検出対象を軸方向に対して垂直方向に所定幅で切断した形状の積層板５００を複数用意し、この複数の積層板５００を積層させて検出対象を構成するようにしたものである。
また、図１２（ｂ）は、枠体５２２の内側に複数の検出素子５２１を一体的に設け、かつ２自由度アクチュエータの可動部（例えば、可動軸）５１０に嵌装可能に構成したものであり、検出部５２０を一体物（１部品）で構成した例を示している。図１２（ａ）に示す構成では、検出対象の各部品をプレスなどで加工可能であるため、コストの低減が図れる。
また図１２（ｂ）に示す構成では、検出素子をそのまま２自由度アクチュエータの１部品として組込めるため、設計の手間が省け、２自由度センサの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２自由度センサの構成を示す図。
【図２】図１における検出対象と検出素子群Ａを直線状に展開した図。
【図３】図２に示した各検出素子のインダクタンスの変化を示す特性図。
【図４】図１における検出対象と検出素子群Ｂを直線状に展開した図。
【図５】図４に示した各検出素子のインダクタンスの変化を示す特性図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を示す図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る２自由度センサの構成を示す図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を示す図。
【図９】本発明の第５実施形態に係る２自由度センサの要部の構成を示す図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る２自由度センサの変形例を示す図。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る２自由度センサの構成を概念的に示す図。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る２自由度センサの構成を示す図。
【図１３】従来の２自由度アクチュエータの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…可動軸、１２、６０、２００、３００、４００…検出対象、１４…凹凸、２０…検出素子、２２…励磁コイル、２４…ヨーク、４０…検出部、５０…演算処理部、７０…変位センサ、８０、３０４…フォトセンサ、２０２…孔、２０４…光源固定部材、２０６、３０２…光源、３０１…凸部、４０２…第１の検出部、４０４…第２の検出部、５００…積層板、５１０…２自由度アクチュエータの可動部、５２０…検出部、５２１…検出素子、５２２…枠体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであって、
可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象と、
前記検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出手段と、
検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出手段と、
前記第１、第２の検出手段の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算手段と、
を有することを特徴とする２自由度センサ。
【請求項２】
前記第１の検出手段は、Ｍ個×ｍ組（Ｍは４以上の偶数、ｍは１以上の整数）の素子で構成され、かつｍ組目のＭ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＢ方向から見て0、2π・(1/M)、2π・(2/M)、…、2π・(M-1/M)である素子群から成るｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍからなり、
前記第２の検出手段は、Ｎ個×ｎ組の素子で構成され、かつｎ組目のＮ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＡ方向から見て0、2π・(1/N)、 2π・(2/N)、…、2π・(N-1/N)である素子群から成るｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎからなり、
前記演算手段は、ｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍおよびｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎの出力変化を演算処理し、前記検出対象のＡ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする請求項１に記載の２自由度センサ。
【請求項３】
前記第１の検出部及び第２の検出部は、コイルとヨークからなる素子で構成され、
前記演算手段は、前記第１の検出手段および第２の検出手段におけるインダクタンス変化を演算処理し、検出対象のＡ方向運動量をαａ、βａおよびＢ方向の運動量をαｂ、βｂの２相正弦波として算出することを特徴とする請求項２に記載の２自由度センサ。
【請求項４】
前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子で構成され、
検出対象の凸部には中空状に孔が設けられており、
前記検出対象内に設置され、前記凸部に設けられた前記孔から光を出射するための１つ以上の光源を有し、
前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出すること特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の２自由度センサ。
【請求項５】
前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子であり、前記検出対象の前記凸部からの反射光を受光するようになっており、
検出対象外に設置され、前記検出対象の凸部に光を照射するための１つ以上の光源を有し、
前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする２自由度センサ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記検出対象は、複数部品で構成されることを特徴とする２自由度センサ。
【請求項７】
前記検出部は、一体物で構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサ。
【請求項１】
Ａ、Ｂ２方向の運動量を検出する２自由度センサであって、
可動部あるいは固定部に設置され、Ａ方向から見て一定幅tＡで配置される凹凸と、かつＢ方向から見て一定幅tＢで配置される凹凸を持つ検出対象と、
前記検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ｂ方向から見た検出面の幅がtＢと等しく、かつＡ方向から見た幅がtＡの２×ｍ倍の対向面を持つ素子を有する第１の検出手段と、
検出対象の凹凸面に対向して設置され、Ａ方向から見た検出面の幅がtＡと等しく、かつＢ方向から見た幅がtＢの２×ｎ倍の対向面を持つ素子を有する第２の検出手段と、
前記第１、第２の検出手段の出力変化からＡ方向運動量およびＢ方向運動量をそれぞれ算出する演算手段と、
を有することを特徴とする２自由度センサ。
【請求項２】
前記第１の検出手段は、Ｍ個×ｍ組（Ｍは４以上の偶数、ｍは１以上の整数）の素子で構成され、かつｍ組目のＭ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＢ方向から見て0、2π・(1/M)、2π・(2/M)、…、2π・(M-1/M)である素子群から成るｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍからなり、
前記第２の検出手段は、Ｎ個×ｎ組の素子で構成され、かつｎ組目のＮ個に関して、検出対象の凹凸に対する位相角がＡ方向から見て0、2π・(1/N)、 2π・(2/N)、…、2π・(N-1/N)である素子群から成るｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎからなり、
前記演算手段は、ｍ組の第１の検出部a１、a２、…、ａｍおよびｎ組の第２の検出部b１、b２、…、bｎの出力変化を演算処理し、前記検出対象のＡ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする請求項１に記載の２自由度センサ。
【請求項３】
前記第１の検出部及び第２の検出部は、コイルとヨークからなる素子で構成され、
前記演算手段は、前記第１の検出手段および第２の検出手段におけるインダクタンス変化を演算処理し、検出対象のＡ方向運動量をαａ、βａおよびＢ方向の運動量をαｂ、βｂの２相正弦波として算出することを特徴とする請求項２に記載の２自由度センサ。
【請求項４】
前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子で構成され、
検出対象の凸部には中空状に孔が設けられており、
前記検出対象内に設置され、前記凸部に設けられた前記孔から光を出射するための１つ以上の光源を有し、
前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出すること特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の２自由度センサ。
【請求項５】
前記第１の検出部、第２の検出部を構成する検出素子は、受光量や受光位置により出力が変化する素子であり、前記検出対象の前記凸部からの反射光を受光するようになっており、
検出対象外に設置され、前記検出対象の凸部に光を照射するための１つ以上の光源を有し、
前記演算手段は、前記第１の検出部と、第２の検出部の出力変化を演算処理し、Ａ方向運動量およびＢ方向運動量を算出することを特徴とする２自由度センサ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサにおいて、前記検出対象は、複数部品で構成されることを特徴とする２自由度センサ。
【請求項７】
前記検出部は、一体物で構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の２自由度センサ。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−３４９３７７（Ｐ２００６−３４９３７７Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７２６０４（Ｐ２００５−１７２６０４）
【出願日】平成１７年６月１３日（２００５．６．１３）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１３日（２００５．６．１３）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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