JP2009097871A

JP2009097871A - 部材所定位置の検出装置

Info

Publication number: JP2009097871A
Application number: JP2007266750A
Authority: JP
Inventors: Koji Miyata; 耕自宮田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-05-07
Also published as: US20090097042A1; US7573585B2

Abstract

【課題】被検出パターン配置が可能で、かつ、センサ配置領域を小さくする。
【解決手段】距離Ｄ以上の隣接センサ間ピッチで１次元配置されたｎ個（ｎ≧２）のセンサと、ｍ個（２≦ｍ≦ｎ）の被検出部位（スリット１２ａ）が、互いにユニークな配置パターンにてｋ箇所（ｋ≦_ｎＣ_ｍ）それぞれに形成されている被検出部材（立設部１２）と、を有する。そして、スリット１２ａの全てがｍ個にセンサに作用するときに、ｍ個のセンサで隣接センサ間ピッチをセンサ配列順に並べた組み合わせにおいて、少なくとも１つの隣接センサ間ピッチが、ｋ箇所から任意に選んだ２箇所で前記距離Ｄ以上異なるように、センサ配置パターンとスリット配置パターンとが決められている。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検出部材の所定箇所の位置を複数のセンサを用いて検出する、部材所定位置の検出装置に関する。

回転または直線運動する部材の所定位置を検出して、例えば停止制御するための検出装置が広く知られている。
かかる検出装置はセンサを備え、このセンサが、上記部材に形成されている特定パターンと作用したときに、そのときの部材位置を検出するものである。これにより、検出された部材位置、すなわち回転部材の場合は、ある回転角の位置、また、直線運動する部材の場合は当該部材の、ある長さ方向の位置で、当該部材を停止制御するなどの処理を実行することができる。

このような位置検出では、検出箇所の数が増えれば増えるほどセンサ数ｎも多くなる。
一般に、センサ出力は検出を例えば“１”、非検出を例えば“０”とするバイナリ出力であり、ｎ個のセンサそれぞれ対して独自の被検出パターンを設ける場合、任意の位置（ポジション）を取得するｎ個のセンサの被検出パターンとしてはｎ列のパターンが必要であり、このため合計で２のｎ乗個のパターンを形成する必要がある。

しかしながら、上記方法の実現のためにはｎ列のパターンを配置する物理的スペースが必要であり、応用によってはそのスペースの配置が困難になるという不都合が生じる。

本発明は、効率よい被検出パターン配置が可能で、かつ、センサ配置領域を小さくできる、部材所定位置の検出装置を提供するものである。

本発明の一形態に関わる検出装置は、距離Ｄ以上の隣接センサ間ピッチで１次元配置されたｎ個（ｎ≧２）のセンサと、ｍ個（２≦ｍ≦ｎ）の被検出部位が、互いにユニークな配置パターンにてｋ箇所（ｋ≦_ｎＣ_ｍ）それぞれに形成されている被検出部材と、を有する。そして、前記ｍ個の被検出部位の全てが前記ｎ個のセンサのｍ個に作用するときに、前記被検出部位に作用するｍ個のセンサで前記隣接センサ間ピッチをセンサ配列順に並べた組み合わせにおいて、少なくとも１つの前記隣接センサ間ピッチが、前記ｋ箇所から任意に選んだ２箇所で前記距離Ｄ以上異なるように、前記ｎ個のセンサ配置パターンと、前記ｋ箇所ごとに形成される前記ｍ個の被検出部位の配置パターンとが決められている。

上記構成によれば、被検出部材がｎ個のセンサに対して相対移動すると、ｋ箇所それぞれに設けられたｍ個の被検出部位がｎ個のセンサによって検出される。
このとき、ある被検出部材の位置（ポジション）で、ｍ個（２≦ｍ≦ｎ）の被検出部位の全てが、ｎ個のセンサのうち、ｍ個（ｍ＝ｎの場合もある）のセンサと作用するようになっている。そのｎ個の被検出部位は、被検出部材のｋ箇所で互いにユニークな配置パターンとなっているため、これに応じて、ｎ個のセンサの配置パターンが決められている。

具体的には、ｎ個のセンサの隣接センサ間ピッチが、距離Ｄ以上、例えばＤ、１.５Ｄ、２Ｄ、…等の何れかとなっているとする。また、上記ｍ個の被検出部位の全てがセンサと作用したときに、当該ｎ個のセンサで隣接センサ間ピッチをセンサ配列順に並べた組み合わせを考える。例えばｎ＝３で、センサ１、センサ２、センサ３の順番で並べられている場合、センサ１と２間ピッチを“Ｌ１２”、センサ２と３間ピッチを“Ｌ２３”とすると、［Ｌ１２,Ｌ２３］の組み合わせを、Ａ箇所、Ｂ箇所それぞれで考える（ｋ＝２の場合）。ここで、Ａ箇所の上記組み合わせを［Ｌ１２ａ,Ｌ２３ａ］と定義し、Ｂ箇所の上記組み合わせを［Ｌ１２ｂ,Ｌ２３ｂ］と定義する。
そして、本発明の一形態では、この２つの組み合わせの隣接センサ間ピッチ差、すなわち｜Ｌ１２ａ−Ｌ１２ｂ｜、｜Ｌ２３ａ−Ｌ２３ｂ｜の少なくとも１つが、距離Ｄ以上となるように、ｎ個のセンサ配置パターンと、ｋ箇所ごとのｍ個の被検出部位の配置パターンとが決められている。

これにより、例えばセンサによる被検出部位の検出（作用）有りを“１”、検出無し（作用無し）を“０”とすると、ｋ箇所（上記例では２箇所）のそれぞれが、ｎ個のセンサ位置を通るとき、センサ出力のビット配列が互いに異なるものとなる。

このように、本発明の一形態では、最大_ｎＣ_ｍ個の検出箇所をｎ個のセンサで検出するときに、ｎ個のセンサ配置を上述した組み合わせの隣接センサ間ピッチに関する条件に適合させ、かつ、ｍ個の検出部位の配置パターンを、検出箇所間で相互にユニークとなるように形成するだけでよい。

本発明の他の形態では、上記一形態の特徴に加えて、前記距離Ｄを、前記センサの検出精度と前記被検出部位のパターン加工公差とを考慮した上で、前記センサが確実に検出可能な前記被検出部位の最小パターン幅の２倍の距離とする。
また、さらに好適には、前記ｎ個のセンサ内で前記隣接センサ間ピッチの最小値を“Ｅ”としたときに、前記ｍ個の被検出部位のパターン幅を、“Ｄ／２”以上で、かつ、“Ｅ／２”以下とする。

この他の形態によれば、上記一形態の作用に加えて、より効率的なパターン配置を行う場合、確実な動作を保障する限界を規定するため、最大効率のパターン配置が動作信頼性を損なうことなく実現できる。

本発明によれば、効率よい被検出パターン配置が可能で、かつ、センサ配置領域を小さくできる、部材所定位置の検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を、ディスクチェンジャーの回転位置検出を例として図面を参照して説明する。

図１に、コンパクトディスク等を３枚搭載可能なディスクチェンジャー機構の一部を示す。
図１に示すディスクチェンジャー機構は、不図示の回転駆動部からの動力によって中心軸周りに自転するチェンジャーテーブル１０を有する。チェンジャーテーブル１０は、ディスクを落とし込んで収容する円形溝からなるディスクトレイ１１を３箇所に備え、不図示の記録再生部に臨むディスクトレイ１１を選択するために、１２０度の回転角ステップで、停止制御される。この停止制御のための制御回路は図示を省略している。

チェンジャーテーブル１０は、ディスクトレイ１１が形成された上面の外周付近に、停止位置検出のためのパターンが配置また形成される立設部１２を備える。立設部１２は、チェンジャーテーブル１０の上面から所定の高さで立設するリング帯状の周壁部材である。立設部１２の内周面や外周面に所定パターンの被検出材料の膜等が配置形成され、または、立設部１２を一部切り欠く、開口部を開けるなどにより所定パターンのスリットが形成される。この所定パターンは、チェンジャーテーブル１０の外周方向で等間隔の立設部位置に３箇所設けられ、箇所相互で見るとユニークなパターンとなっている。図示の例では、３つディスクトレイ１１から立設部１２まで距離が最も近い３箇所が、このパターン形成箇所となっている。

また、チェンジャーテーブル１０には、センサユニット１３が設けられている。センサユニット１３は、上記所定パターンを光学的、磁気的または機械的に検出可能な複数のセンサを配置する部分であり、各センサを検出可能な距離を保って立設部１２に近接した位置に設けられている。センサユニット１３を設ける位置は、このようにセンサによるパターン検出が可能なら、チェンジャーテーブル１０の周回方向のどの位置でも構わない。

センサユニット１３に配置される所定数ｎ個のセンサは、磁気抵抗素子やホール素子などの磁気センサや、立設部１２の壁面に摺動し上記スリットの位置を機械的に検出するセンサであってもよいが、ここでは、例えばフォトインタラプタ等の光学センサを用いている。

本実施形態のようにコンパクトディスク等を３枚収容可能なディスクチェンジャー機構では、３つのディスクトレイ１１がディスク記録再生などのために特定の３箇所で停止する必要がある。このため、立設部１２に形成されたパターン（フォトインタラプタでは光の通過スリット）がセンサ配置エリアを通過する際に、互いにユニークな３つのパターンを検出する。そして、記録再生部等に所望のディスクトレイ１１が臨む時にセンサユニット１３に近接する特定パターンを検出し、この検出に応答して、チェンジャーテーブル１０の回転を停止させる。３つパターンは、互いにユニークな配置形状を有するため、３つのディスクトレイ１１のうち、任意のディスクトレイ１１を記録再生等のために停止制御することができる。

立設部１２、または、立設部１２を備えるチェンジャーテーブル１０が「被検出部材」の一例に該当する。また、センサユニット１３内にｎ個のセンサを有している。よって、図１に一部構成を示すディスクチェンジャー機構は、本発明の「部材所定位置の検出装置」の一例を備えている。

相互にユニークなパターンを有する３箇所を検出するためには、３個の中から相互に異なるように任意の２個を選び出す組み合わせの数、即ち_３Ｃ_２＝３より、３個のセンサが必要である。また、ｎ個のセンサ内で任意の２箇所の隣接センサ間ピッチを、上記３箇所のユニークなパターンに応じて決める必要がある。

具体的には、ｎ個のセンサの隣接センサ間ピッチが、距離Ｄ以上となっている。この距離Ｄ以上のピッチは、距離Ｄの１倍以上の倍数でもよいし、距離Ｄの１倍以上なら倍数でない半端な値でもよい。例えば１.１Ｄ、…、１.５Ｄ、…、２.３Ｄ、…等の距離Ｄを基準とした値、あるいは、距離Ｄが０.５[ｍｍ]なら、０.５[ｍｍ]以上ならどのような値でもよい。
また、上記パターンの最小構成要素（例えばスリットの１つ）を「被検出部位」とすると、検出箇所のぞれぞれで、このスリット数を“ｍ（２≦ｍ≦ｎ）”とすると、ｍ個の被検出部位の全てがセンサと作用したときに、ｎ個のセンサで隣接センサ間ピッチをセンサ配列順に並べた組み合わせを考える。

例えばｎ＝３で、センサ１、センサ２、センサ３の順番で並べられている場合、センサ１と２間距離を“Ｌ１２”、センサ２と３間距離を“Ｌ２３”とすると、［Ｌ１２,Ｌ２３］の組み合わせを、Ａ箇所、Ｂ箇所、Ｃ箇所それぞれで考える（箇所数ｋ＝３の場合）。ここで、Ａ箇所の上記組み合わせを［Ｌ１２ａ,Ｌ２３ａ］と定義し、Ｂ箇所の上記組み合わせをと定義し、Ｃ箇所の上記組み合わせを［Ｌ１２ｃ,Ｌ２３ｃ］と定義する。

そして、本実施形態では、この３つの組み合わせの隣接センサ間ピッチ差、すなわち、箇所Ａと箇所Ｂ間では｜Ｌ１２ａ−Ｌ１２ｂ｜と｜Ｌ２３ａ−Ｌ２３ｂ｜の少なくとも１つが、箇所Ｂと箇所Ｃ間では｜Ｌ１２ｂ−Ｌ１２ｃ｜と｜Ｌ２３ｂ−Ｌ２３ｃ｜の少なくとも１つが、箇所Ｃと箇所Ａ間では｜Ｌ１２ｃ−Ｌ１２ａ｜と｜Ｌ２３ｃ−Ｌ２３ａ｜の少なくとも１つが、それぞれ距離Ｄ以上となるように、ｎ個のセンサ配置パターンと、ｋ箇所ごとのｍ個の被検出部位の配置パターンとが決められている。
このことを、以下、「隣接センサ間ピッチ差の条件」と称する。

＜実施例１＞
図２に、センサユニット１３のセンサ配置の詳細図を示す。
図２に示すセンサユニット１３には、３つのセンサ１とセンサ２とセンサ３が、基板１４の下面に１列に配置（１次元配置）して設けられている。各センサには、光検出部１５を有する。このセンサ配置方向は、各センサの光検出部１５から立設部１２までの距離がほぼ等しくなる方向である。
また、図には表れていないが、各センサの光検出部１５に対向する位置（立設部１２より図で奥側の位置）に、発光素子が設けられている。通常、図示のように「被検出部位」としてのスリット（開口部、切欠部の何れか）が設けられていない場合は、発光素子からの光は立設部１２により遮られ光検出部１５に入射できない。一方、スリットが設けられている場合は、その通過期間だけ、光を光検出部１５が受光してパルス状の検出信号がセンサから出力される。

ここで、センサの検出精度や取り付け精度、立設部１２に形成するスリットのパターン加工精度を加味した上で確実に動作する最小パターン幅の２倍の距離を“Ｄ”とする。
図２では、センサＳ１とＳ２の間は距離“Ｄ”とし、センサＳ２とＳ３の隣接センサ間ピッチを“２Ｄ”としたことを示している。

このときセンサＳ１とＳ３のピッチ間隔が“３Ｄ”離れていることから、センサＳ１とＳ２の隣接センサ間ピッチと、センサＳ２とＳ３の隣接センサ間ピッチとの差は“Ｄ”、センサＳ１とＳ２の隣接センサ間ピッチと、センサＳ１とＳ３の隣接センサ間ピッチとの差は“２Ｄ”、センサＳ２とＳ３の隣接センサ間ピッチと、センサＳ１とＳ３の隣接センサ間ピッチとの差は“Ｄ”と、隣接センサ間ピッチの差が全て“Ｄ”以上であることから、前述した「隣接センサ間ピッチ差の条件」を満たしている。

図３に、３箇所のユニークなポジションを表すパターン形状を示す。
本実施形態ではセンサをフォトインタラプタとしたので信号は、光の遮光と通過で表す。メカニカルスイッチの場合は突起による押し込み、磁気スイッチの場合は磁石などで信号を生成することで同様の構成が可能である。

図２に示すように立設部１２により基本は遮光であるが、特定のパターンを表すときのみ図３のように“Ｄ／２”の幅で光を通過させる２つの切り欠き（スリット１２ａ）を設ける。これにより「ポジション１」にユニークなパターンのスリットがセンサ部を通過するときに、センサＳ１〜Ｓ３がそれぞれ[１,１,０](“１”は光通過、“０”は遮光を示す)となるパルス列を出力する。
同様に、「ポジション２」にユニークなパターンのスリットが通過するときに、センサＳ１〜Ｓ３は[０,１,１]のパルス列を出力し、「ポジション３」にユニークなパターンのスリットが通過するときに、センサＳ１〜Ｓ３は[１,０,１]のパルス列を出力する。

「ポジション１〜３」のスリットの隣接間ピッチは、それぞれ“Ｄ”,“２Ｄ”,“３Ｄ”であり、任意の２つの隣接センサピッチが“Ｄ”と“２Ｄ”であることから、各ポジションで得られるセンサパターンのユニーク性が保証されるのは明らかである。
ちなみに、隣接スリット間ピッチが最短である「ポジション１」の２つの切り欠き（スリット）をつなげて１つの大きな切り欠きとしてもよい。

＜実施例２＞
図４は、実施例２におけるセンサ配置図である。センサ数ｎが図２（ｎ＝３）と図４（ｎ＝４）で異なるが、これ以外のセンサユニット１３の基本的な構成は、図２の説明と同じである。
本実施例２は、４つのセンサＳ１〜Ｓ４を用いて４箇所のユニークなポジションを検出しようとするものである。４つのセンサを用いた場合、最大で_４Ｃ_２＝６箇所のユニークなポジションを検出できるが、センサの配置幅、即ち一方端のセンサＳ１の中心から他方端のセンサＳ４の中心までの距離は、最短で“６Ｄ(＝Ｄ＋２Ｄ＋３Ｄ)”となる。
これに対し、４箇所のみ検出したい場合は_４Ｃ_３＝４となり、“４Ｄ(＝Ｄ＋２Ｄ＋Ｄ)”で済むため、センサの配置幅が小さくセンサユニット１３をコンパクトにできる。

図５は、４箇所のユニークなポジションを表すパターン形状を示す。センサ数ｎが図３（ｎ＝３）と図５（ｎ＝４）で異なり、「被検出部位」としてのスリット数ｍが図３（ｍ＝２）と図５（ｍ＝３）で異なるが、ｍ個のスリット全てが、ｎ個のセンサのｍ個（ｍ≦ｎ）により検出されるようにスリットパターンが決められ、かつ、ポジション間でスリットパターンが固有のものとなっていることは、図３の説明と同じである。
下記の表に、本実施例２において、図４に示す４つのセンサＳ１〜Ｓ４から任意の３個のセンサを選んだ際の、各ポジションにおけるスリットを検出可能なセンサ符号と、隣接センサ間ピッチとの関係をまとめて示す。

［表１］
ポジションスリット検出センサ隣接センサ間ピッチ
「ポジション１」［Ｓ１,Ｓ２,Ｓ３］［Ｄ,２Ｄ］
「ポジション２」［Ｓ１,Ｓ２,Ｓ４］［Ｄ,３Ｄ］
「ポジション３」［Ｓ１,Ｓ３,Ｓ４］［３Ｄ,Ｄ］
「ポジション４」［Ｓ２,Ｓ３,Ｓ４］［２Ｄ,Ｄ］

上記表における隣接センサ間ピッチの組み合わせにおいて、［Ｄ,３Ｄ］と［３Ｄ,Ｄ］、あるいは、［Ｄ,２Ｄ］と［２Ｄ,Ｄ］のように、組み合わせるピッチの値は同じでも順序が違うものは異なるものである。よって、［Ｄ,２Ｄ］と［Ｄ,３Ｄ］、［Ｄ,３Ｄ］と［３Ｄ,Ｄ］、［３Ｄ,Ｄ］と［２Ｄ,Ｄ］、［２Ｄ,Ｄ］と［Ｄ,２Ｄ］の任意に選択できる全ての２組で、隣接センサ間ピッチ差がＤ以上異なるという、前述した「隣接センサ間ピッチ差の条件」を満たしている。
ここで、それぞれのポジションでのセンサ出力は、「ポジション１」で[１,１,１,０]、「ポジション２」で[１,１,０,１]、「ポジション３」で[１,０,１,１]、「ポジション４」で[０,１,１,１]である。
よって、上記条件が満たされ、かつ、スリットパターンのポジション間ユニーク性がある場合、これら各ポジションで得られる信号パターンのユニーク性もセンサの隣接ピッチとスリットパターンの配列のマッチングにより保証される。したがって、４つのセンサの３つを用いて４箇所の所定部材位置が互いに識別でき、これにより４箇所それぞれで停止制御等を行うことができる。

＜変形例１＞
叙述した実施形態に限らず、直進運動する被検出部材を検出する場合も、本発明の検出方法が適用できることは明らかである。
なお、本実施形態で説明した回転部材（チェンジャーテーブル１０）は、その直径がセンサ配置ピッチに比べて大きいため、ｎ個のセンサにとっては立設部１２が直進運動しているとみなしてよい。よって、ｎ個のセンサは直線上に配置した。
ただし、回転部材（チェンジャーテーブル１０等）の直径が比較的小さい場合は、ｎ個のセンサを若干曲率を持たせて１次元配置することも可能である。
なお、回転部材はチェンジャーテーブル１０に限定されず、何でもよい。直進部材としては、製造ラインの製品搬送ベルトを所定位置ごとに止めるための大掛かりなものから、カセット等を出し入れするためのストッカー等のスライド機構等、種々の応用が可能である。

＜変形例２＞
実施例１では、距離Ｄを、「確実にセンサ検出動作するスリットの最小パターン幅の２倍の距離」と説明したが、これに限定されない。
距離Ｄは、上記した「最小パターン幅の２倍」以上あれば、センサ検出動作を確実に行うには支障がなく、意識しないで任意に距離Ｄを決めた場合、この条件に適合している場合もあるため、このような場合も本発明が適用された実施例の範疇に入る。
上記距離Ｄに関する条件は、センサ配置とスリットパターン配置を最も効率よく行う場合の条件を示すものであり、これによりセンサユニット１３を最もコンパクトにし、かつ、被検出部材が小さい場合でも、必要な数の検出箇所を設けることができるという利点がある。

＜変形例３＞
上記変形例２で述べた「距離Ｄが最小パターン幅の２倍」の場合、さらに好ましい条件として、「ｎ個のセンサ内で隣接センサ間ピッチの最小値を“Ｅ”としたときに、ｍ個の被検出部位（スリット）のパターン幅が、“Ｄ／２”以上で、かつ、“Ｅ／２”以下である」ことを満たすことが望ましい。これは、実施例１や２のように、最小の隣接センサ間ピッチがＤではなく、それ以外の場合、例えば１.５Ｄ、その他、任意の距離である場合を考慮して、その場合に２つのセンサで同一のスリットを同時に検出することがないようにするマッチングをとる規定である。

本実施形態によれば、以下の利益が得られる。
少ないスペースで複数のユニークなポジションを設定できる。
また、ポジション検出用のパターン形状を持つメカの構造を単純化できる。
さらに、複数のセンサのレイアウトを単純化できる。
これにより低コストで、コンパクトな所定部材位置の検出装置が実現できる。

本発明の実施形態に関わるディスクチェンジャー機構の一部を示す模式的な上面図である。本発明の実施形態の実施例１に関わるセンサ配置図である。本発明の実施形態の実施例１に関わり、３箇所のユニークなポジションを表すパターン形状を示すための図である。本発明の実施形態の実施例２に関わるセンサ配置図である。本発明の実施形態の実施例２に関わり、４箇所のユニークなポジションを表すパターン形状を示すための図である。

符号の説明

１０…チェンジャーテーブル、１１…ディスクトレイ、１２…立設部、１２ａ…スリット（切り欠き）、１３…センサユニット、１４…基板、１５…光検出部、Ｓ１〜Ｓ４…センサ、Ｄ…距離

Claims

距離Ｄ以上の隣接センサ間ピッチで１次元配置されたｎ個（ｎ≧２）のセンサと、
ｍ個（２≦ｍ≦ｎ）の被検出部位が、互いにユニークな配置パターンにてｋ箇所（ｋ≦_ｎＣ_ｍ）それぞれに形成されている被検出部材と、
を有し、
前記ｍ個の被検出部位の全てが前記ｎ個のセンサのｍ個に作用するときに、前記被検出部位に作用するｍ個のセンサで前記隣接センサ間ピッチをセンサ配列順に並べた組み合わせにおいて、少なくとも１つの前記隣接センサ間ピッチが、前記ｋ箇所から任意に選んだ２箇所で前記距離Ｄ以上異なるように、前記ｎ個のセンサ配置パターンと、前記ｋ箇所ごとに形成される前記ｍ個の被検出部位の配置パターンとが決められている、
部材所定位置の検出装置。
前記距離Ｄは、前記センサの検出精度と前記被検出部位のパターン加工公差とを考慮した上で、前記センサが確実に検出可能な前記被検出部位の最小パターン幅の２倍の距離である
請求項１に記載の部材所定位置の検出装置。
前記ｎ個のセンサ内で前記隣接センサ間ピッチの最小値を“Ｅ”としたときに、前記ｍ個の被検出部位のパターン幅が、“Ｄ／２”以上で、かつ、“Ｅ／２”以下である
請求項２に記載の部材所定位置の検出装置。