(57)【要約】      （修正有）【課題】使用環境の変化に起因した電磁波の強さが変動しても高精度化に寄与できる変位センサを提供する。【解決手段】変位センサ１は、筐体２と、筐体２に対して相対移動可能に設けられた電磁波発生源２１と、筐体２に対する電磁波発生源２１からの電磁波の分布を電気信号に変換する変換部２４とを含む。電磁波の分布は使用環境が変化しても波高値が相似形で変動するので、変換手段によって割り出される位置に誤差が発生するのを抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた電磁波発生源と、
前記ベース部材に対する前記電磁波発生源からの電磁波の分布を電気信号に変換して出力する変換手段とを含む、変位センサ。
【請求項２】
前記変換手段は、アレイ状に配列され、かつ前記電磁波発生源からの電磁波を電気信号に変換可能な複数の変換素子を有する変換素子アレイを含み、前記変換素子アレイのアレイ方向に沿う電磁波の分布を電気信号に変換する、請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】
前記変換素子アレイは、少なくとも前記電磁波発生源が移動可能な可動範囲内において、前記電磁波発生源の移動方向に沿って延びるように設けられている、請求項２に記載の変位センサ。
【請求項４】
前記変換素子アレイは、前記電磁波発生源の前記可動範囲内の領域に加えて、前記電磁波発生源の前記可動範囲外の領域にも設けられている、請求項３に記載の変位センサ。
【請求項５】
前記変換素子アレイは、前記電磁波発生源の前記可動範囲外の領域において、前記電磁波発生源の移動方向に沿って延びている、請求項４に記載の変位センサ。
【請求項６】
前記ベース部材は、直線状に延びるように形成されており、
前記電磁波発生源は、前記ベース部材が延びる直線方向に沿って当該ベース部材に対して相対移動可能に設けられており、
前記変換素子アレイは、前記電磁波発生源と対向可能に前記直線方向に沿って延びている、請求項２〜５のいずれか一項に記載の変位センサ。
【請求項７】
前記変換手段は、複数の前記変換素子から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込んで転送する電荷転送手段、および、前記電荷転送手段から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して出力する出力手段を含む、請求項２〜６のいずれか一項に記載の変位センサ。
【請求項８】
前記変換手段から出力される電気信号に基づいて、前記ベース部材に対する前記電磁波発生源の相対位置を演算する相対位置演算手段をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の変位センサ。
【請求項９】
前記変換手段から出力される電気信号は、ピーク値を有し、かつ前記電磁波発生源からの電磁波の分布に対応する凸状の波形を有しており、
前記相対位置演算手段は、前記ピーク値以下の値に設定された閾値を用いて、前記変換手段から出力される電気信号における前記閾値以上かつ前記ピーク値以下の領域から前記ベース部材に対する前記電磁波発生源の相対位置を演算する、請求項８に記載の変位センサ。
【請求項１０】
前記変換手段から出力される電気信号は、前記ピーク値に向かって上昇する第１領域と、前記ピーク値から下降する第２領域とを有し、
前記相対位置演算手段は、前記変換手段から出力される電気信号の前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて前記閾値となる第１位置および第２位置を求め、当該電気信号における前記第１位置および前記第２位置の間の中間領域を、前記ベース部材に対する前記電磁波発生源の相対位置として演算する、請求項９に記載の変位センサ。
【請求項１１】
前記相対位置演算手段は、前記変換手段から出力される電気信号を２値化することにより、２値化信号を生成する２値化信号生成手段、および、前記２値化信号の中間領域を前記電磁波発生源の相対位置として判定する相対位置判定手段を含む、請求項８に記載の変位センサ。
【請求項１２】
前記変換手段から出力される電気信号は、ピーク値と、前記ピーク値に向かって上昇する第１領域と、前記ピーク値から下降する第２領域とを有し、かつ前記電磁波発生源からの電磁波の分布に対応する凸状の波形を有しており、
前記２値化信号生成手段は、前記ピーク値以下の値に設定された閾値を用いて、前記変換手段から出力される電気信号における前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて前記閾値となる第１位置および第２位置を求め、前記第１位置および前記第２位置で前記変換手段から出力される電気信号を２値化することにより、方形波状の前記２値化信号を生成し、
前記相対位置判定手段は、前記２値化信号における前記第１位置および前記第２位置の間の中間領域を、前記ベース部材に対する前記電磁波発生源の相対位置として判定する、請求項１１に記載の変位センサ。
【請求項１３】
前記電磁波発生源は、電磁波としての磁気を発生させる磁気発生源であり、
前記変換手段は、前記磁気発生源からの磁束の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を磁電変換信号として出力する磁電変換手段である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の変位センサ。
【請求項１４】
前記電磁波発生源は、電磁波としての光を発生させる光源であり、
前記変換手段は、前記光源からの光の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を光電変換信号として出力する光電変換手段である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の変位センサ。
【請求項１５】
ベース部材と、
前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた磁気発生源と、
アレイ状に配列された複数の磁電変換素子を有する磁電変換素子アレイを含み、前記磁気発生源からの磁束の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を磁電変換信号として出力する磁電変換手段とを含む、変位センサ。
【請求項１６】
前記磁電変換手段は、複数の前記磁電変換素子から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込んで転送する電荷転送手段、および、前記電荷転送手段から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して出力する出力手段を含む、請求項１５に記載の変位センサ。
【請求項１７】
前記磁電変換手段から出力される前記磁電変換信号に基づいて、前記ベース部材に対する前記磁気発生源の相対位置を演算する相対位置演算手段をさらに含む、請求項１５または１６に記載の変位センサ。
【請求項１８】
ベース部材と、
前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた光源と、
アレイ状に配列された複数の光電変換素子を有する光電変換素子アレイを含み、前記光源からの光の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を光電変換信号として出力する光電変換手段とを含む、変位センサ。
【請求項１９】
前記光電変換手段は、複数の前記光電変換素子から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込んで転送する電荷転送手段、および、前記電荷転送手段から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して出力する出力手段を含む、請求項１８に記載の変位センサ。
【請求項２０】
前記光電変換手段から出力される前記光電変換信号に基づいて、前記ベース部材に対する前記光源の相対位置を演算する相対位置演算手段をさらに含む、請求項１８または１９に記載の変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、変位センサの一例としての直線変位センサが開示されている。この直線変位センサは、固定部材と、固定部材に固定されたホールＩＣと、ホールＩＣと非接触の状態で対向する永久磁石と、永久磁石を保持する可動部材とを含む。可動部材が固定部材に対して変位すると、永久磁石が可動部材と共に固定部材に対して変位する。永久磁石が変位すると、ホールＩＣに対する永久磁石からの磁束が変化する。ホールＩＣは、永久磁石からの磁束の変化量を電気信号に変換して出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３００６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された変位センサは、磁気発生源からの磁束の変化量をホールＩＣの物理的な変化量として直接出力している。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して磁電変換素子やホールＩＣからの電気信号に誤差が生じると、当該誤差が磁束の変化量に直接反映される。そのため、電気信号から磁束の変化量を精確に読み取ることができず、磁気発生源の位置を精度よく検出できなくなる。
【０００５】
本発明は、高精度化に寄与できる変位センサを提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１局面に係る変位センサは、ベース部材と、前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた電磁波発生源と、前記ベース部材に対する前記電磁波発生源からの電磁波の分布を電気信号に変換して出力する変換手段とを含む。
本発明の第２局面に係る変位センサは、ベース部材と、前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた磁気発生源と、アレイ状に配列された複数の磁電変換素子を有する磁電変換素子アレイを含み、前記磁気発生源からの磁束の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を磁電変換信号として出力する磁電変換手段とを含む。
【０００７】
本発明の第３局面に係る変位センサは、ベース部材と、前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた光源と、アレイ状に配列された複数の光電変換素子を有する光電変換素子アレイを含み、前記光源からの光の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を光電変換信号として出力する光電変換手段とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第１局面に係る変位センサでは、変換手段が、電磁波発生源からの電磁波の変化量を当該変換手段の物理的な変化量として直接出力するのではなく、ベース部材に対する電磁波発生源の電磁波の分布を電気信号に変換して出力する。これにより、変換手段から出力される電気信号の波形によって電磁波発生源からの電磁波の分布を取得できるから、変換手段からの電気信号の波形に基づいて電磁波発生源の位置を割り出すことができる。
【０００９】
ベース部材に対する電磁波発生源からの電磁波の分布は、電磁波発生源からベース部材に与えられる電磁波の強さで定まる。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して電磁波発生源からの電磁波の強さが変動したとしても、電磁波発生源からベース部材に与えられる電磁波の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。また、変換手段からの電気信号も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、変換手段からの電気信号の波形に基づいて割り出される電磁波発生源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
【００１０】
本発明の第２局面に係る変位センサでは、磁電変換手段が、磁気発生源からの磁束の変化量を当該磁電変換手段の物理的な変化量として直接出力するのではなく、ベース部材に対する磁気発生源の磁束の分布を電気信号に変換して、当該電気信号を磁電変換信号として出力する。これにより、磁電変換信号の波形から磁気発生源の磁束の分布を取得できるから、当該磁電変換信号の波形に基づいて磁気発生源の位置を割り出すことができる。
【００１１】
ベース部材に対する磁気発生源からの磁束の分布は、磁気発生源からベース部材に与えられる磁界の強さで定まる。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して磁気発生源からの磁界が変動したとしても、磁気発生源からベース部材に与えられる磁束の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。また、磁電変換信号も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【００１２】
これに加えて、本発明の第２局面に係る変位センサでは、磁電変換手段が、複数の磁電変換素子を有する磁電変換素子アレイを含む。これにより、磁電変換素子アレイのアレイ方向に沿う磁束の分布を、複数の磁電変換素子の個数に基づいた分解能で検出することができる。変位センサの使用環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の磁電変換素子が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が磁電変換素子毎に大きく異なることを抑制できる。
【００１３】
しかも、複数の磁電変換素子で生じる誤差は感度変化によるものが殆であるから、変位センサの使用環境の変化に起因して磁電変換素子の感度が変動したとしても、磁電変換手段から出力される磁電変換信号は、その波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、磁電変換信号の波形に基づいて割り出される磁気発生源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
【００１４】
本発明の第３局面に係る変位センサでは、光電変換手段が、光源からの光の変化量を当該光電変換手段の物理的な変化量として直接出力するのではなく、ベース部材に対する光源の光の分布を電気信号に変換して光電変換信号として出力する。これにより、光電変換信号の波形から光源の光の分布を取得できるから、当該光電変換信号の波形に基づいて光源の位置を割り出すことができる。
【００１５】
ベース部材に対する光源からの光の分布は、光源からベース部材に与えられる光の強さで定まる。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して光源からの光の強さが変動したとしても、光源からベース部材に与えられる光の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。また、光電変換信号も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【００１６】
これに加えて、本発明の第３局面に係る変位センサでは、光電変換手段が、複数の光電変換素子を有する光電変換素子アレイを含む。これにより、光電変換素子アレイのアレイ方向に沿う光の分布を、複数の光電変換素子の個数に基づいた分解能で検出することができる。変位センサの使用環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の光電変換素子が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が光電変換素子毎に大きく異なることを抑制できる。
【００１７】
しかも、複数の光電変換素子で生じる誤差は感度変化によるものが殆であるから、変位センサの使用環境の変化に起因して光電変換素子の感度が変動したとしても、光電変換手段から出力される光電変換信号は、その波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、光電変換信号の波形に基づいて割り出される光源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る直線変位センサの模式的な斜視図である。
【図２】図２は、図１の直線変位センサの筐体の内部構造を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は、図１の直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図４】図４は、図３の電荷電圧変換部から出力された磁電変換信号を示すグラフである。
【図５】図５は、図３の２値化信号生成部から出力された２値化信号を示すグラフである。
【図６】図６は、磁電変換信号が誤差成分を含む場合の状態を示すグラフである。
【図７】図７は、図６の磁電変換信号から生成された２値化信号を示すグラフである。
【図８】図８は、磁電変換素子アレイが、磁気発生源の可動範囲外の領域に設けられていない場合の磁電変換信号を示したグラフである。
【図９】図９は、磁電変換素子アレイが、磁気発生源の可動範囲外の領域にも設けられている場合の磁電変換信号を示したグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る直線変位センサの模式的な斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０の直線変位センサの筐体の内部構造を示す模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の第７実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図１７】図１７は、本発明の第８実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図１８】図１８は、本発明の第９実施形態に係る直線変位センサの模式的な斜視図である。
【図１９】図１９は、図１８の直線変位センサの筐体の内部構造を示す模式的な断面図である。
【図２０】図２０は、図１８の直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図２１】図２１は、図２０の電荷電圧変換部から出力された光電変換信号を示すグラフである。
【図２２】図２２は、図２０の２値化信号生成部から出力された２値化信号を示すグラフである。
【図２３】図２３は、光電変換信号が誤差成分を含む場合の状態を示すグラフである。
【図２４】図２４は、図２３の光電変換信号から生成された２値化信号を示すグラフである。
【図２５】図２５は、光電変換素子アレイが、光源の可動範囲外の領域に設けられていない場合の光電変換信号を示したグラフである。
【図２６】図２６は、光電変換素子アレイが、光源の可動範囲外の領域にも設けられている場合の光電変換信号を示したグラフである。
【図２７】図２７は、本発明の第１０実施形態に係る直線変位センサの模式的な斜視図である。
【図２８】図２８は、図２７の直線変位センサの筐体の内部構造を示す模式的な断面図である。
【図２９】図２９は、本発明の第１１実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図３０】図３０は、本発明の第１２実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図３１】図３１は、本発明の第１３実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図３２】図３２は、本発明の第１４実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図３３】図３３は、本発明の第１５実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【図３４】図３４は、本発明の第１６実施形態に係る直線変位センサの電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明に係る変位センサを直線変位センサに適用した場合の複数の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る直線変位センサ１の模式的な斜視図である。
図１を参照して、直線変位センサ１は、筐体２（ベース部材）と、可動部材３と、外部配線４とを含む。筐体２は、本実施形態では、円筒状に形成されており、円形状の第１端面５（図１の左側の端面）と、円形状の第２端面６（図１の右側の端面）と、第１端面５および第２端面６の間を直線状に延び、かつこれらの周縁を接続する円筒状の筒状側壁７とを有している。
【００２０】
筐体２は、第１端面５、第２端面６および筒状側壁７によって区画された内部空間を有している。筐体２は、円筒状に代えて、たとえば方形の角筒状に形成されていてもよい。この場合、第１端面５および第２端面６が四角形状となり、筒状側壁７が方形の角筒状となる。
可動部材３は、筐体２が延びる直線方向に沿って延びる棒状、柱状または軸状に形成されており、筐体２の第１端面５に設けられた第１挿通孔８を介して、当該筐体２の外側から内側に挿通されている。以下では、筐体２が延びる直線方向および可動部材３が延びる方向を纏めて「軸方向Ｄ１」という。可動部材３は、筐体２に対して軸方向Ｄ１の一方方向および他方方向に相対移動可能に設けられている。
【００２１】
可動部材３は、筐体２の内部に位置する一端部と、筐体２の外部に位置する他端部とを有している。可動部材３の一端部側には、当該可動部材３の筐体２からの抜け落ちを抑制する抜け止め部９が設けられている（図１の破線参照）。可動部材３の他端部側には、筐体２に対する可動部材３の軸方向Ｄ１の移動を規制するための規制部材１０が設けられている。規制部材１０は、可動部材３の他端部の外周面に形成されたネジ部に螺合された六角ナットであってもよい。
【００２２】
外部配線４は、筐体２の第２端面６に設けられた第２挿通孔１１を介して、当該筐体２の内側から外側に引き出されている。外部配線４は、外部からの電力（電気信号）を筐体２内に供給し、および／または、内部からの電力（電気信号）を外部に出力するために設けられている。外部配線４は、筐体２の第２端面６に代えて、筐体２の第１端面５や筒状側壁７から外側に引き出されていてもよい。
【００２３】
本実施形態に係る直線変位センサ１は、筐体２に対する可動部材３の軸方向Ｄ１の移動量、つまり、筐体２に対する可動部材３の軸方向Ｄ１の相対位置を検出し、当該相対位置を電気信号によって外部配線４から外部に出力させる構造を有している。本実施形態に係る直線変位センサ１は、電磁波の一例としての「磁気」を利用して可動部材３の相対位置を検出する構造を有している。以下、図２を参照して、筐体２の内部構造を具体的に説明する。
【００２４】
図２は、図１の直線変位センサ１の筐体２の内部構造を示す模式的な断面図である。図２では、便宜上、可動部材３の他端部側の構造の図示を省略して示している。
図２を参照して、筐体２の内側には、磁気発生源２１（電磁波発生源）と、磁気発生源２１を支持する案内レール２２（案内手段）と、磁気発生源２１から間隔を空けて配置された基板２３と、非接触の状態で磁気発生源２１と対向するように基板２３の上に配置された磁電変換部２４（磁電変換手段）と、磁電変換部２４から間隔を空けて基板２３の上に配置された相対位置演算部２５（相対位置演算手段）とが収容されている。
【００２５】
磁気発生源２１は、磁気を発生させる部材により形成されている。磁気発生源２１は、たとえば永久磁石、電磁石、磁気ラバーおよび磁気コーティング部材を含む群から選択される少なくとも１つの部材を含む。磁気発生源２１は、筐体２に対して軸方向Ｄ１の一方方向および他方方向に沿って相対移動可能に設けられている。
磁気発生源２１は、可動部材３の一端部によって押圧されることにより、または、当該可動部材３の一端部に連結されることにより、当該可動部材３と一体的に軸方向Ｄ１に沿って往復移動可能に設けられている。図２では、可動部材３の一端部によって押圧されることにより、磁気発生源２１が軸方向Ｄ１に移動可能とされた構造が示されている。
【００２６】
案内レール２２は、軸方向Ｄ１に沿って延び、筐体２の内壁面に固定されている。案内レール２２は、磁気発生源２１および可動部材３が軸方向Ｄ１に沿って往復移動可能となるように、磁気発生源２１および可動部材３を支持している。本実施形態では、磁気発生源２１（可動部材３）の軸方向Ｄ１の一方方向および他方方向の移動を規制するための規制部材２６Ａ，２６Ｂが、案内レール２２に設けられている。
【００２７】
規制部材２６Ａ，２６Ｂにより、磁気発生源２１が移動可能な可動範囲２７が画定されている。可動範囲２７には、磁気発生源２１が軸方向Ｄ１の一方方側の規制部材２６Ａと当接する基準位置２７Ａと、磁気発生源２１が軸方向Ｄ１の他方側の規制部材２６Ｂと当接する最終位置２７Ｂとが含まれる。
本実施形態では、規制部材２６Ａ，２６Ｂが案内レール２２に設けられた例について説明した。しかし、規制部材２６Ａ，２６Ｂは、磁気発生源２１の軸方向Ｄ１の一方方向および他方方向の移動を規制できるのであれば、どのような部材が採用されてもよい。たとえば、規制部材２６Ａ，２６Ｂは、筐体２の内壁面から突出するように設けられたブロック状または凸状の部材であってもよい。
【００２８】
図示は省略するが、磁気発生源２１には、当該磁気発生源２１を最終位置２７Ｂから基準位置２７Ａに向けて付勢する付勢手段が取り付けられている。付勢手段は、可動部材３の押圧により基準位置２７Ａから最終位置２７Ｂに向けて変位した磁気発生源２１を基準位置２７Ａに復帰させる。付勢手段は、公知の弾性部材、たとえばコイルばねであってもよい。付勢手段のみによって磁気発生源２１の可動範囲２７を画定できる場合には、前述の規制部材２６Ａ，２６Ｂは除かれてもよい。
【００２９】
基板２３は、たとえば軸方向Ｄ１に沿って延びる長方形状に形成されており、一方主面と、他方主面とを有している。基板２３の一方主面は、空間を挟んで磁気発生源２１と対向している。基板２３の他方主面は、筐体２の筒状側壁７の内壁面と対向している。基板２３は、ボルト（図示せず）を介して筐体２にボルト止めされていてもよい。
磁電変換部２４および相対位置演算部２５は、基板２３の一方主面の上に搭載されている。磁電変換部２４は、筐体２に対する磁気発生源２１からの磁束の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を磁電変換信号ＳＡ１として出力可能に構成されている。相対位置演算部２５は、磁電変換部２４から出力される磁電変換信号ＳＡ１に基づいて、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を演算し、かつ演算結果を出力可能に構成されている。以下、図３を併せて参照して、磁電変換部２４および相対位置演算部２５の各構成について具体的に説明する。図３は、図１の直線変位センサ１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
【００３０】
図２および図３を参照して、磁電変換部２４は、磁電変換素子アレイ３０と、転送ゲート３１（切替え手段）と、シフトレジスタ３２（電荷転送手段）と、電荷電圧変換部３３（出力手段）とを含む。
磁電変換素子アレイ３０は、軸方向Ｄ１に沿って一列に並んでアレイ状に配列（一次元配列）された複数（本実施形態では３個以上）の磁電変換素子３４を有している。磁電変換素子３４は、磁気発生源２１からの磁束を電気信号に変換する。磁電変換素子３４は、たとえばホール素子、ＭＲ（Magneto Resistive）素子およびＭＩ（Magneto Impedance）素子を含む群から選択される少なくとも１つの素子を含む。磁電変換素子アレイ３０は、複数の磁電変換素子３４が配置されたそれぞれの位置における磁気発生源２１からの磁束を当該複数の磁電変換素子３４によって捉え、筐体２に対する磁気発生源２１からの磁束の分布を検出する。
【００３１】
磁電変換素子３４は、互いに隣り合う磁電変換素子３４の間の距離がたとえば０．５ｍｍ以下となる素子ピッチで、アレイ状に配列されている。たとえば１ｍｍ２当たりの磁電変換素子３４の個数が３個以上となるように、磁電変換素子３４がアレイ状に配列されていてもよい。たとえば１ｍｍ２当たりの磁電変換素子３４の個数が６個以上となるように、磁電変換素子３４がアレイ状に配列されていてもよい。磁電変換素子３４の個数を増加させることにより、磁電変換素子アレイ３０で得られる磁電変換信号ＳＡ１の分解能を向上させることができる。
【００３２】
磁電変換素子アレイ３０は、磁気発生源２１の移動方向（本実施形態では軸方向Ｄ１）に沿って延びるように設けられている。より具体的には、磁電変換素子アレイ３０は、磁気発生源２１の移動方向に直交する方向に関して、当該磁電変換素子アレイ３０と磁気発生源２１との間の距離がほぼ一定になるように磁気発生源２１の移動方向に平行な方向に延びている。磁電変換素子アレイ３０は、磁電変換素子アレイ３０が延びるアレイ方向（本実施形態では軸方向Ｄ１）に沿って、磁気発生源２１からの磁束の分布を検出し、電気信号に変換する。
【００３３】
磁電変換素子アレイ３０は、本実施形態では、磁気発生源２１の可動範囲２７に加えて、磁気発生源２１の可動範囲２７外の領域にも設けられている。より具体的には、磁電変換素子アレイ３０は、磁気発生源２１の可動範囲２７内の領域に加えて、磁気発生源２１の基準位置２７Ａ外の領域および磁気発生源２１の最終位置２７Ｂ外の領域において、軸方向Ｄ１に沿って延びるように設けられている。したがって、磁電変換素子アレイ３０は、磁気発生源２１の可動範囲２７の全域と対向する対向部３０Ａと、磁気発生源２１の基準位置２７Ａ外の領域に延在する第１延在部３０Ｂと、磁気発生源２１の最終位置２７Ｂ外の領域に延在する第２延在部３０Ｃとを含む。
【００３４】
磁電変換素子アレイ３０は、軸方向Ｄ１に関して、磁気発生源２１の可動範囲２７よりも大きい幅Ｗ１を有している。磁気発生源２１の可動範囲２７は、磁電変換素子アレイ３０の軸方向Ｄ１の一方側端部および軸方向Ｄ１の他方側端部の間の領域に位置している。磁電変換素子アレイ３０は、磁気発生源２１の可動範囲２７内の領域に加えて、磁気発生源２１の基準位置２７Ａ外の領域および磁気発生源２１の最終位置２７Ｂ外の領域において、磁気発生源２１からの磁束（磁束の分布）を捉えることが可能である。
【００３５】
図３を参照して、転送ゲート３１は、磁電変換素子アレイ３０およびシフトレジスタ３２の間に設けられている。転送ゲート３１は、磁電変換素子アレイ３０およびシフトレジスタ３２と電気的に接続されている。転送ゲート３１は、磁電変換素子アレイ３０およびシフトレジスタ３２の間を通電しまたは遮断することによって、磁電変換素子アレイ３０からの電気信号がシフトレジスタ３２に入力されるのを許可しまたは禁止する。たとえば、予め定められたタイミングでオンオフ動作するクロック信号が転送ゲート３１に入力されることによって、磁電変換素子アレイ３０およびシフトレジスタ３２の間が通電されまたは遮断されてもよい。
【００３６】
図３を参照して、シフトレジスタ３２は、本実施形態ではＣＣＤ（Charge Coupled Device）シフトレジスタである。シフトレジスタ３２は、転送ゲート３１を介して入力された磁電変換素子アレイ３０からの電気信号、より具体的には、複数の磁電変換素子３４から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。
さらに具体的には、シフトレジスタ３２は、複数の磁電変換素子３４に対応して設けられた複数のビット３５を含む。複数のビット３５は、本実施形態では、複数の磁電変換素子３４と１対１対応の関係で設けられている。複数のビット３５には、複数の磁電変換素子３４からの電気信号がそれぞれ入力され、かつ当該電気信号に応じた大きさの電荷量の電荷が蓄積される。複数のビット３５に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部３３に順次転送される。
【００３７】
図３を参照して、電荷電圧変換部３３は、シフトレジスタ３２から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、当該電気信号を磁電変換信号ＳＡ１として出力する。したがって、磁電変換信号ＳＡ１は、磁気発生源２１からの磁束の分布に対応する波形を有しており、当該磁気発生源２１からの磁束の分布情報を含む。電荷電圧変換部３３からの磁電変換信号ＳＡ１は、相対位置演算部２５に入力される。
【００３８】
図３を参照して、相対位置演算部２５は、２値化信号生成部４１（２値化信号生成手段）と、相対位置判定部４２（相対位置判定手段）と、Ｄ／Ａ変換部４３（デジタルアナログ変換手段）とを含む。さらに、相対位置演算部２５は、アナログ出力配線４４と、デジタル出力配線４５と、切替えスイッチ４６（切替え手段）とを含む。
２値化信号生成部４１は、磁電変換部２４（電荷電圧変換部３３）からの磁電変換信号ＳＡ１を２値化（つまり、デジタル化）することにより、２値化信号ＳＢ１を生成する。２値化信号生成部４１により生成された２値化信号ＳＢ１は、相対位置判定部４２に出力される。
【００３９】
相対位置判定部４２は、２値化信号生成部４１からの２値化信号ＳＢ１に基づいて、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を判定する。以下、図４および図５を参照して、磁気発生源２１の相対位置を判定する演算処理の一例について具体的に説明する。
図４は、図３の電荷電圧変換部３３から出力された磁電変換信号ＳＡ１を示すグラフである。図５は、図３の２値化信号生成部４１から出力された２値化信号ＳＢ１を示すグラフである。図４および図５において、縦軸は電圧であり、横軸は磁電変換素子３４の素子数（つまり、磁電変換素子３４の番地）である。
【００４０】
図４を参照して、磁電変換信号ＳＡ１は、磁気発生源２１からの磁束の分布に対応する凸状（正弦半波状）の波形を有している。磁電変換信号ＳＡ１は、ピーク値ＶＰ１と、ピーク値ＶＰ１に向かって上昇する第１領域ＶＡ１と、ピーク値ＶＰ１から下降する第２領域ＶＢ１とを有している。磁電変換信号ＳＡ１は、０Ｖ以上でピーク値ＶＰ１未満のノイズ電圧ＶＮ１（０Ｖ≦ＶＮ１＜ＶＰ１）を有するノイズ信号を含む。磁電変換信号ＳＡ１のピーク値ＶＰ１は、磁電変換素子アレイ３０が磁気発生源２１とほぼ対向する領域に相当する。この凸状の波形を有する磁電変換信号ＳＡ１が、２値化信号生成部４１に入力される。
【００４１】
２値化信号生成部４１は、閾値Ｖｔｈ１を用いて、磁電変換信号ＳＡ１の第１領域ＶＡ１において閾値Ｖｔｈ１となる第１位置ＰＡ１と、磁電変換信号ＳＡ１の第２領域ＶＢ１において閾値Ｖｔｈ１となる第２位置ＰＢ１とを求める。閾値Ｖｔｈ１は、磁電変換信号ＳＡ１において、０Ｖよりも大きくピーク値ＶＰ１以下の値（０Ｖ＜Ｖｔｈ１≦ＶＰ１）に設定されている。
【００４２】
図５を参照して、２値化信号生成部４１は、これら第１位置ＰＡ１および第２位置ＰＢ１を用いて磁電変換信号ＳＡ１を２値化することにより、第１位置ＰＡ１および第２位置ＰＢ１を含む方形波状の２値化信号ＳＢ１を生成する。２値化信号生成部４１により生成された２値化信号ＳＢ１は、相対位置判定部４２に出力される。
図５を参照して、相対位置判定部４２は、２値化信号ＳＢ１の第１位置ＰＡ１と、２値化信号ＳＢ１の第２位置ＰＢ１との間の中間位置ＰＣ１（中間領域）を、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置として判定する。つまり、「ＰＣ１＝（ＰＡ１＋ＰＢ１）／２」の式で表される中間位置ＰＣ１が、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置として判定される。そして、相対位置判定部４２は、中間位置ＰＣ１に対応するデジタル信号ＳＣ１を生成する。デジタル信号ＳＣ１は、中間位置ＰＣ１に対応する磁電変換素子３４の番地をデジタル信号化したものであってもよい。
【００４３】
図３を再度参照して、相対位置判定部４２により生成されたデジタル信号ＳＣ１は、切替えスイッチ４６に出力される。切替えスイッチ４６は、相対位置判定部４２およびＤ／Ａ変換部４３を接続する第１接続状態と、相対位置判定部４２およびデジタル出力配線４５を接続する第２接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ４６は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【００４４】
切替えスイッチ４６が第１接続状態である場合、相対位置判定部４２からＤ／Ａ変換部４３に、デジタル信号ＳＣ１が入力される。Ｄ／Ａ変換部４３は、相対位置判定部４２から入力されたデジタル信号ＳＣ１を、アナログ信号ＳＤ１に変換する。Ｄ／Ａ変換部４３において変換されたアナログ信号ＳＤ１は、アナログ出力配線４４に出力される。アナログ出力配線４４からのアナログ信号ＳＤ１は、前述の外部配線４により筐体２の外部に取り出される。
【００４５】
切替えスイッチ４６が第２接続状態である場合、相対位置判定部４２からデジタル出力配線４５に、デジタル信号ＳＣ１が直接入力される。デジタル出力配線４５からのデジタル信号ＳＣ１は、前述の外部配線４により筐体２の外部に取り出される。
２値化の際に使用される閾値Ｖｔｈ１は、ノイズ電圧ＶＮ１以上、より具体的にはノイズ電圧ＶＮ１の最大値ＶＮｍ１以上でピーク値ＶＰ１以下の値（ＶＮｍ１≦Ｖｔｈ１≦ＶＰ１）に設定されることが好ましい。閾値Ｖｔｈ１は、ノイズ電圧ＶＮ１の最大値ＶＮｍ１を超えてピーク値ＶＰ１以下の値（ＶＮｍ１＜Ｖｔｈ１≦ＶＰ１）に設定されることがより好ましい。
【００４６】
閾値Ｖｔｈ１の最小値は、たとえばピーク値ＶＰ１の１０％以上であってもよい。ピーク値ＶＰ１の３０％、ピーク値ＶＰ１の５０％、ピーク値ＶＰ１の８０％、ピーク値ＶＰ１の９０％、・・・と、閾値Ｖｔｈ１の最小値をピーク値ＶＰ１に近づけると、閾値Ｖｔｈ１未満の領域が増加する。閾値Ｖｔｈ１未満の領域は、誤差を切り捨てることのできる領域であるから、閾値Ｖｔｈ１の最小値がピーク値ＶＰ１に近いほど、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置の検出精度が向上する。
【００４７】
閾値Ｖｔｈ１がピーク値ＶＰ１と等しい値（Ｖｔｈ１＝ＶＰ１）の場合、第１位置ＰＡ１、第２位置ＰＢ１および中間位置ＰＣ１が等しい値（ＰＡ１＝ＰＢ１＝ＰＣ１）となる。したがって、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を最も精度よく検出できる。しかし、閾値Ｖｔｈ１がピーク値ＶＰ１と等しい値（Ｖｔｈ１＝ＶＰ１）の場合において、誤差によってピーク値ＶＰ１が閾値Ｖｔｈ１未満の値（ＶＰ＜Ｖｔｈ）になると、２値化信号生成部４１において２値化信号ＳＢ１を生成できない場合がある。したがって、２値化の際に使用される閾値Ｖｔｈ１は、実際には、ピーク値ＶＰ１未満の値（Ｖｔｈ１＜ＶＰ１）に設定されることが好ましい。
【００４８】
閾値Ｖｔｈ１は、ピーク値ＶＰ１に対する閾値Ｖｔｈ１の比率Ｖｔｈ１／ＶＰ１が０を超えて１以下となる値（０＜Ｖｔｈ１／ＶＰ１≦１）、または、比率Ｖｔｈ１／ＶＰ１が０を超えて１未満となる値（０＜Ｖｔｈ１／ＶＰ１＜１）でピーク値ＶＰ１に追従してもよい。ピーク値ＶＰ１に追従する閾値Ｖｔｈ１は、たとえば２値化信号生成部４１にピークフォロア回路を接続することによって設定され得る。
【００４９】
相対位置演算部２５において、２値化信号生成部４１は、たとえばコンパレータを含む電気回路（つまり、２値化信号生成回路）により構成されていてもよい。相対位置判定部４２、Ｄ／Ａ変換部４３、アナログ出力配線４４、デジタル出力配線４５および切替えスイッチ４６は、たとえばマイクロコンピュータやスイッチング素子を含む電気回路（つまり、相対位置判回路）により構成されていてもよい。
【００５０】
以上、本実施形態に係る直線変位センサ１では、磁電変換素子アレイ３０、シフトレジスタ３２および電荷電圧変換部３３を含む磁電変換部２４が、磁気発生源２１からの磁束の分布を検出する一つのセンサとして機能する構造を有している。磁電変換部２４は、磁気発生源２１からの磁束の変位量を当該磁電変換部２４の物理的な変化量として直接出力するのではなく、筐体２に対する磁気発生源２１の磁束の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を磁電変換信号ＳＡ１として出力している。これにより、磁電変換信号ＳＡ１の波形から磁気発生源２１の磁束の分布を取得できるから、当該磁電変換信号ＳＡ１の波形に基づいて磁気発生源２１の位置を割り出すことができる。
【００５１】
筐体２に対する磁気発生源２１からの磁束の分布は、磁気発生源２１から筐体２に与えられる磁界の強さで定まる。したがって、直線変位センサ１の使用環境の変化に起因して磁気発生源２１からの磁界が変動したとしても、磁気発生源２１から筐体２に与えられる磁束の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。磁電変換信号ＳＡ１も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。よって、直線変位センサ１の使用環境の変化の前後において、当該磁電変換信号ＳＡ１の波形に基づいて割り出される磁気発生源２１の位置に誤差が生じるのを抑制できる。
【００５２】
本実施形態に係る直線変位センサ１では、磁電変換素子アレイ３０が、アレイ状に配列された複数の磁電変換素子３４を有している。これにより、磁電変換素子アレイ３０のアレイ方向に沿う磁束の分布を、複数の磁電変換素子３４の個数に基づいた分解能で検出することが可能となる。磁電変換素子アレイ３０が複数の磁電変換素子３４を含むことにより、図６および図７を用いて説明される効果を奏することができる。
【００５３】
図６は、図３の電荷電圧変換部３３から出力された磁電変換信号ＳＡ１が誤差成分を含む場合の状態を示すグラフである。図７は、図６の磁電変換信号ＳＡ１から生成された２値化信号ＳＢ１を示すグラフである。図６および図７において、縦軸は電圧であり、横軸は磁電変換素子３４の素子数（つまり、磁電変換素子３４の番地）である。
図６および図７では、定常状態における磁電変換信号ＳＡ１および２値化信号ＳＢ１が実線で示されており、誤差成分が生じた状態における磁電変換信号ＳＡ１および２値化信号ＳＢ１が破線で示されている。
【００５４】
直線変位センサ１の使用環境が変化すると、磁電変換素子アレイ３０の動作環境も変化する。しかし、磁電変換素子アレイ３０の動作環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の磁電変換素子３４が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が磁電変換素子３４毎に大きく異なることを抑制できる。しかも、複数の磁電変換素子３４で生じる誤差は感度変化によるものが殆である。したがって、図６に示されるように、直線変位センサ１の使用環境の変化に起因して磁電変換素子３４の感度が増減したとしても、磁電変換部２４から出力される磁電変換信号ＳＡ１は、その波高値がほぼ相似形となる態様で増減することになる。
【００５５】
図７を参照して、磁電変換信号ＳＡ１から２値化信号ＳＢ１が生成されたとしても、磁電変換部２４は、磁電変換信号ＳＡ１の波高値がほぼ相似形で増減する構造を有しているから、相対位置判定部４２で判定される中間位置ＰＣ１の変動も抑制できる。これにより、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を精度よく検出することが可能となるから、高精度化に寄与できる直線変位センサ１を提供することができる。
【００５６】
本実施形態に係る直線変位センサ１では、磁電変換信号ＳＡ１は、ピーク値ＶＰ１を有し、かつ磁気発生源２１からの磁束の分布に対応する凸状の波形を有している。そして、相対位置演算部２５は、ピーク値ＶＰ１以下の値に設定された閾値Ｖｔｈ１を用いて、磁電変換信号ＳＡ１における閾値Ｖｔｈ１以上かつピーク値ＶＰ１以下の領域から筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を演算している。
【００５７】
より具体的には、磁電変換信号ＳＡ１は、ピーク値ＶＰ１と、ピーク値ＶＰ１に向かって上昇する第１領域ＶＡ１と、ピーク値ＶＰ１から下降する第２領域ＶＢ１とを有している。そして、相対位置演算部２５が、磁電変換信号ＳＡ１の第１領域ＶＡ１および第２領域ＶＢ１のそれぞれにおいて閾値Ｖｔｈ１となる第１位置ＰＡ１および第２位置ＰＢ１を求め、磁電変換信号ＳＡ１における第１位置ＰＡ１および第２位置ＰＢ１の間の中間位置ＰＣ１を、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置として演算している。
【００５８】
したがって、磁電変換信号ＳＡ１における閾値Ｖｔｈ１未満の領域において生じた磁電変換素子３４の誤差を切り捨てることができるから、磁気発生源２１の相対位置を精度よく演算することが可能となる。特に、本実施形態に係る直線変位センサ１では、これらの演算を、２値化信号生成部４１および相対位置判定部４２を含む相対位置演算部２５によって実行している。
【００５９】
２値化信号生成部４１によれば、磁電変換信号ＳＡ１に誤差成分が含まれていても、当該誤差成分は２値化（つまり、デジタル化）前に生じたものであるから、磁電変換信号ＳＡ１を２値化することによって当該誤差成分を切り捨てることができる。これにより、相対位置判定部４２は、誤差成分の少ない２値化信号ＳＢ１に基づいて、筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置に対応する中間位置ＰＣ１を判定することができる。その結果、相対位置判定部４２によって、磁気発生源２１の相対位置を精度よく判定することができる。
【００６０】
さらに、本実施形態に係る直線変位センサ１では、磁電変換素子アレイ３０が、磁気発生源２１の可動範囲２７内の領域に加えて、可動範囲２７外の領域にも設けられている。より具体的には、磁電変換素子アレイ３０は、磁気発生源２１の可動範囲２７の全域と対向する対向部３０Ａと、磁気発生源２１の基準位置２７Ａ外の領域に延在する第１延在部３０Ｂと、磁気発生源２１の最終位置２７Ｂ外の領域に延在する第２延在部３０Ｃとを含む。対向部３０Ａ、第１延在部３０Ｂおよび第２延在部３０Ｃは、磁電変換素子アレイ３０のアレイ方向（本実施形態では軸方向Ｄ１）に沿って延びている。これにより、次の図８および図９を用いて説明される効果を奏することができる。
【００６１】
図８は、磁電変換素子アレイ３０が、磁気発生源２１の可動範囲２７外の領域に設けられていない場合の磁電変換信号ＳＡ１を示したグラフである。図９は、磁電変換素子アレイ３０が、磁気発生源２１の可動範囲２７外の領域にも設けられている場合の磁電変換信号ＳＡ１を示したグラフである。図８および図９において、縦軸は電圧であり、横軸は磁電変換素子３４の素子数（各磁電変換素子３４の番地）である。
【００６２】
図８および図９では、磁気発生源２１が基準位置２７Ａに近接する位置に位置する場合の磁電変換信号ＳＡ１を実線で示している。図８および図９では、磁気発生源２１が最終位置２７Ｂに近接する位置に位置する場合の磁電変換信号ＳＡ１を破線で示している。
図８を参照して、磁電変換素子アレイ３０が磁気発生源２１の可動範囲２７外の領域に設けられていない場合、当該磁電変換素子アレイ３０によって検出される磁束の範囲が限定的になる。つまり、磁気発生源２１が基準位置２７Ａまたは最終位置２７Ｂに近接すると、磁電変換素子アレイ３０は、磁気発生源２１の可動範囲２７外の領域において、当該磁気発生源２１からの磁束を捉えることができない。したがって、たとえば基準位置２７Ａまたは最終位置２７Ｂにおける磁電変換信号ＳＡ１の電圧値が閾値Ｖｔｈ１以上であると、２値化信号生成部４１において２値化信号ＳＢ１を生成することができなくなる。
【００６３】
これに対して、図９を参照して、本実施形態に係る直線変位センサ１では、磁電変換素子アレイ３０が、磁気発生源２１の可動範囲２７に加えて、磁気発生源２１の可動範囲２７外の領域にも設けられている。これにより、基準位置２７Ａ外の領域および最終位置２７Ｂ外の領域において途切れることなく、磁気発生源２１からの磁束の分布を検出することができる。よって、磁気発生源２１の相対位置を精度よく演算することができる。
＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る直線変位センサ５１の模式的な斜視図である。図１１は、図１０の直線変位センサ５１の筐体２の内部構造を示す模式的な断面図である。本実施形態に係る直線変位センサ５１は、筐体２が方形の角筒状に形成されている点、可動部材３に代えて可動部材５２を含む点を除いて、前述の第１実施形態に係る直線変位センサ１と同様の構成を有している。図１０において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図１０を参照して、可動部材５２は、筐体２が延びる直線方向に直交する方向に沿って延びる板状、ブロック状または柱状（軸状）に形成されている。可動部材５２は、筐体２が延びる直線方向に沿って当該筐体２の筒状側壁７に設けられた第３挿通孔５３を介して、当該筐体２の外側から内側に挿通されている。以下では、筐体２が延びる直線方向および第３挿通孔５３が延びる方向を纏めて「軸方向Ｄ１」という。
【００６５】
可動部材５２は、第３挿通孔５３内において、筐体２に対して軸方向Ｄ１の一方方向および他方方向に相対移動可能に設けられている。可動部材５２は、筐体２の内部に位置する一端部と、筐体２の外部に位置する他端部とを有している。可動部材５２の一端部側には、当該可動部材５２の筐体２からの抜け落ちを抑制する抜け止め部９が設けられている。可動部材５２の一端部には、前述の磁気発生源２１が取り付けられている。これにより、可動部材５２および磁気発生源２１は、軸方向Ｄ１の一方方向および他方方向に往復移動可能に設けられている。可動部材５２の他端部側には、当該可動部材５２が筐体２内に進入するのを規制する規制部材５４が取り付けられている。
【００６６】
以上、このような構造の直線変位センサ５１によっても、前述の第１実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る筐体２は、前述の第１実施形態と同様に、円筒状に形成されていてもよい。
＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の第３実施形態に係る直線変位センサ６１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ６１は、補助磁電変換部６２（補助磁電変換手段）と、切替えスイッチ６３（切替え手段）とをさらに含む点を除いて、前述の第１実施形態に係る直線変位センサ１と同様の構成を有している。図１２において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図１２を参照して、補助磁電変換部６２は、前述の磁電変換部２４とほぼ同一の構造を有し、かつ当該磁電変換部２４から独立して制御可能に設けられている。切替えスイッチ６３は、磁電変換部２４および相対位置演算部２５を接続する第１接続状態と、補助磁電変換部６２および相対位置演算部２５を接続する第２接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ６３は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【００６８】
切替えスイッチ６３が第１接続状態である場合、磁電変換部２４から相対位置演算部２５に、磁電変換信号ＳＡ１が入力される。これにより、相対位置演算部２５によって筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置が演算される。
切替えスイッチ６３が第２接続状態である場合、補助磁電変換部６２から相対位置演算部２５に、磁電変換信号ＳＡ１が入力される。これにより、相対位置演算部２５によって筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置が演算される。
【００６９】
以上、このような構造の直線変位センサ６１によっても、前述の第１実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ６１は、磁電変換部２４に加えて、補助磁電変換部６２をさらに含む。補助磁電変換部６２は、磁電変換部２４とほぼ同一の構造を有している。
これにより、たとえば磁電変換部２４に不都合が生じた場合であっても、補助磁電変換部６２および相対位置演算部２５を用いて筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ６１では、補助磁電変換部６２によるフェイルセーフ機能が実現されている。これにより、直線変位センサ６１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ６１の構造は、前述の第２実施形態に係る直線変位センサ５１にも適用可能である。
＜第４実施形態＞
図１３は、本発明の第４実施形態に係る直線変位センサ７１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ７１は、補助磁電変換部７２（補助磁電変換手段）と、補助相対位置演算部７３（補助相対位置演算手段）と、切替えスイッチ７４（切替え手段）と、をさらに含む点を除いて、前述の第１実施形態に係る直線変位センサ１と同様の構成を有している。図１３において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７０】
図１３を参照して、補助磁電変換部７２は、前述の磁電変換部２４とほぼ同一の構造を有し、かつ当該磁電変換部２４から独立して制御可能に設けられている。補助相対位置演算部７３は、前述の相対位置演算部２５とほぼ同一の構造を有し、かつ当該相対位置演算部２５から独立して制御可能に設けられている。
切替えスイッチ７４は、磁電変換部２４および相対位置演算部２５を接続する第１接続状態と、磁電変換部２４および補助相対位置演算部７３を接続する第２接続状態と、補助磁電変換部７２および相対位置演算部２５を接続する第３接続状態と、補助磁電変換部７２および補助相対位置演算部７３を接続する第４接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ７４は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【００７１】
切替えスイッチ７４が第１接続状態である場合、磁電変換部２４から相対位置演算部２５に、磁電変換信号ＳＡ１が入力される。これにより、相対位置演算部２５によって筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置が演算される。切替えスイッチ７４が第２接続状態である場合、磁電変換部２４から補助相対位置演算部７３に、磁電変換信号ＳＡ１が入力される。これにより、補助相対位置演算部７３によって筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置が演算される。
【００７２】
切替えスイッチ７４が第３接続状態である場合、補助磁電変換部７２から相対位置演算部２５に、磁電変換信号ＳＡ１が入力される。これにより、相対位置演算部２５によって筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置が演算される。切替えスイッチ７４が第４接続状態である場合、補助磁電変換部７２から補助相対位置演算部７３に、磁電変換信号ＳＡ１が入力される。これにより、補助相対位置演算部７３によって筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置が演算される。
【００７３】
以上、このような構造の直線変位センサ７１によっても、前述の第１実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ７１は、磁電変換部２４および相対位置演算部２５に加えて、補助磁電変換部７２および補助相対位置演算部７３をさらに含む。補助磁電変換部７２は、磁電変換部２４とほぼ同一の構造を有している。補助相対位置演算部７３は、相対位置演算部２５とほぼ同一の構造を有している。
【００７４】
これにより、たとえば磁電変換部２４および／または相対位置演算部２５に不都合が生じた場合であっても、補助磁電変換部７２および／または補助相対位置演算部７３を用いて筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ７１では、補助磁電変換部７２および補助相対位置演算部７３によるフェイルセーフ機能が実現されている。これにより、直線変位センサ７１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ７１の構造は、前述の第２実施形態に係る直線変位センサ５１にも適用可能である。
＜第５実施形態＞
図１４は、本発明の第５実施形態に係る直線変位センサ８１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ８１は、磁電変換部２４が、補助転送ゲート８２（補助切替え手段）と、補助シフトレジスタ８３（補助電荷転送手段）とをさらに含む点を除いて、前述の第１実施形態に係る直線変位センサ１と同様の構成を有している。図１４において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７５】
図１４を参照して、補助転送ゲート８２は、前述の転送ゲート３１とほぼ同一の構造を有し、かつ当該転送ゲート３１から独立して制御可能に設けられている。補助シフトレジスタ８３は、前述のシフトレジスタ３２とほぼ同一の構造を有し、かつ当該シフトレジスタ３２から独立して制御可能に設けられている。
本実施形態に係る磁電変換素子３４には、転送ゲート３１を介してシフトレジスタ３２に接続された複数の第１磁電変換素子８４と、補助転送ゲート８２を介して補助シフトレジスタ８３に接続された複数の第２磁電変換素子８５とが含まれる。第１磁電変換素子８４および第２磁電変換素子８５は、磁電変換素子アレイ３０のアレイ方向（つまり、前述の軸方向Ｄ１）に沿って交互に配列されている。
【００７６】
シフトレジスタ３２は、複数の第１磁電変換素子８４から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。シフトレジスタ３２に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部３３に順次転送される。補助シフトレジスタ８３は、複数の第２磁電変換素子８５から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。補助シフトレジスタ８３に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部３３に順次転送される。
【００７７】
電荷電圧変換部３３は、シフトレジスタ３２から転送された蓄積電荷および補助シフトレジスタ８３から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、磁気発生源２１からの磁束の分布に対応する磁電変換信号ＳＡ１として出力する。つまり、本実施形態に係る直線変位センサ８１は、シフトレジスタ３２および補助シフトレジスタ８３が共通の電荷電圧変換部３３に接続されたデュアルチャンネルシングル出力構造を有している。
【００７８】
以上、このような構造の直線変位センサ８１によっても、前述の第１実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ８１では、磁電変換部２４が、転送ゲート３１およびシフトレジスタ３２に加えて、補助転送ゲート８２および補助シフトレジスタ８３を含む。補助転送ゲート８２は、転送ゲート３１とほぼ同一の構造を有している。補助シフトレジスタ８３は、シフトレジスタ３２とほぼ同一の構造を有している。
【００７９】
これにより、たとえば転送ゲート３１および／またはシフトレジスタ３２に不都合が生じた場合であっても、補助転送ゲート８２および補助シフトレジスタ８３、ならびに、相対位置演算部２５を用いて筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ８１では、補助転送ゲート８２および補助シフトレジスタ８３によるフェイルセーフ機能が実現されている。
【００８０】
しかも、本実施形態に係る直線変位センサ８１では、第１磁電変換素子８４および第２磁電変換素子８５が磁電変換素子アレイ３０のアレイ方向（つまり、軸方向Ｄ１）に沿って交互に配列されている。したがって、複数の第２磁電変換素子８５から出力される電気信号が、複数の第１磁電変換素子８４から出力される電気信号とほぼ等しくなる。
これにより、シフトレジスタ３２に蓄積される蓄積電荷と、補助シフトレジスタ８３に蓄積される蓄積電荷とがほぼ等しくなるから、第１磁電変換素子８４側で検出される磁束の分布と、第２磁電変換素子８５側で検出される磁束の分布とをほぼ等しくすることができる。これにより、直線変位センサ８１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ８１の構造は、前述の第２実施形態に係る直線変位センサ５１にも適用可能である。
＜第６実施形態＞
図１５は、本発明の第６実施形態に係る直線変位センサ９１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ９１は、磁電変換部２４が、補助転送ゲート９２（補助切替え手段）と、補助シフトレジスタ９３（補助電荷転送手段）と、補助電荷電圧変換部９４（補助出力手段）とをさらに含む点、ならびに、切替えスイッチ９５（切替え手段）をさらに含む点を除いて、前述の第１実施形態に係る直線変位センサ１と同様の構成を有している。図１５において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８１】
図１５を参照して、補助転送ゲート９２は、前述の転送ゲート３１とほぼ同一の構造を有し、かつ当該転送ゲート３１から独立して制御可能に設けられている。補助シフトレジスタ９３は、前述のシフトレジスタ３２とほぼ同一の構造を有し、かつ当該シフトレジスタ３２から独立して制御可能に設けられている。補助電荷電圧変換部９４は、前述の電荷電圧変換部３３とほぼ同一の構造を有し、かつ当該電荷電圧変換部３３から独立して制御可能に設けられている。
【００８２】
本実施形態に係る磁電変換素子３４には、転送ゲート３１を介してシフトレジスタ３２に接続された複数の第１磁電変換素子９６と、補助転送ゲート９２を介して補助シフトレジスタ９３に接続された複数の第２磁電変換素子９７とが含まれる。第１磁電変換素子９６および第２磁電変換素子９７は、磁電変換素子アレイ３０のアレイ方向（つまり、軸方向Ｄ１）に沿って交互に配列されている。
【００８３】
シフトレジスタ３２は、複数の第１磁電変換素子９６から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。シフトレジスタ３２に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部３３に順次転送される。電荷電圧変換部３３は、シフトレジスタ３２から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、磁気発生源２１からの磁束の分布に対応する磁電変換信号ＳＡ１として出力する。電荷電圧変換部３３からの磁電変換信号ＳＡ１は、切替えスイッチ９５に入力される。
【００８４】
補助電荷電圧変換部９４は、補助シフトレジスタ９３から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、磁気発生源２１からの磁束の分布に対応する磁電変換信号ＳＡ１として出力する。補助電荷電圧変換部９４からの磁電変換信号ＳＡ１は、切替えスイッチ９５に入力される。補助シフトレジスタ９３は、複数の第２磁電変換素子９７から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。補助シフトレジスタ９３に蓄積された蓄積電荷は、補助電荷電圧変換部９４に順次転送される。
【００８５】
つまり、本実施形態に係る直線変位センサ９１は、シフトレジスタ３２が電荷電圧変換部３３に接続され、補助シフトレジスタ９３が補助電荷電圧変換部９４に接続されたデュアルチャンネルデュアル出力構造を有している。
切替えスイッチ９５は、電荷電圧変換部３３および相対位置演算部２５を接続する第１接続状態と、補助電荷電圧変換部９４および相対位置演算部２５を接続する第２接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ９５は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【００８６】
以上、このような構造の直線変位センサ９１によっても、前述の第１実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ９１では、磁電変換部２４が、転送ゲート３１、シフトレジスタ３２および電荷電圧変換部３３に加えて、補助転送ゲート９２、補助シフトレジスタ９３および補助電荷電圧変換部９４を含む。補助転送ゲート９２は、転送ゲート３１とほぼ同一の構造を有している。補助シフトレジスタ９３は、シフトレジスタ３２とほぼ同一の構造を有している。補助電荷電圧変換部９４は、電荷電圧変換部３３とほぼ同一の構造を有している。
【００８７】
これにより、たとえば転送ゲート３１、シフトレジスタ３２および／または電荷電圧変換部３３に不都合が生じた場合であっても、補助転送ゲート９２、補助シフトレジスタ９３および補助電荷電圧変換部９４、ならびに、相対位置演算部２５を用いて筐体２に対する磁気発生源２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ９１では、補助転送ゲート９２、補助シフトレジスタ９３および補助電荷電圧変換部９４によるフェイルセーフ機能が実現されている。
【００８８】
しかも、本実施形態に係る直線変位センサ９１では、第１磁電変換素子９６および第２磁電変換素子９７が磁電変換素子アレイ３０のアレイ方向（つまり、軸方向Ｄ１）に沿って交互に配列されている。したがって、複数の第２磁電変換素子９７から出力される電気信号が、複数の第１磁電変換素子９６から出力される電気信号とほぼ等しくなる。
これにより、シフトレジスタ３２に蓄積される蓄積電荷と、補助シフトレジスタ９３に蓄積される蓄積電荷とがほぼ等しくなるから、第１磁電変換素子９６側で検出される磁束の分布と、第２磁電変換素子９７側で検出される磁束の分布とをほぼ等しくすることができる。これにより、直線変位センサ９１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ９１の構造は、前述の第２実施形態に係る直線変位センサ５１にも適用可能である。
＜第７実施形態＞
図１６は、本発明の第７実施形態に係る直線変位センサ９８の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。直線変位センサ９８は、前述の第４実施形態に係る直線変位センサ７１の磁電変換部２４および補助磁電変換部７２に、前述の第５実施形態に係る直線変位センサ８１の磁電変換部２４がそれぞれ適用された構造を有している。
【００８９】
直線変位センサ９８において、その他の構造は、前述の第４実施形態に係る直線変位センサ７１の構造と同様である。図１６において、前述の第４実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
このような構造の直線変位センサ９８によれば、前述の第４実施形態において述べた作用効果および前述の第５実施形態において述べた作用効果と同様の効果を奏することができる。
＜第８実施形態＞
図１７は、本発明の第８実施形態に係る直線変位センサ９９の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。直線変位センサ９９は、前述の第４実施形態に係る直線変位センサ７１の磁電変換部２４および補助磁電変換部７２に、前述の第６実施形態に係る直線変位センサ９１の磁電変換部２４がそれぞれ組み合わされた構造を有している。
【００９０】
直線変位センサ９９において、その他の構造は、前述の第４実施形態に係る直線変位センサ７１の構造と同様である。図１７において、前述の第４実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
このような構造の直線変位センサ９９によれば、前述の第４実施形態において述べた作用効果および前述の第６実施形態において述べた作用効果と同様の効果を奏することができる。
＜第９実施形態＞
図１８は、本発明の第９実施形態に係る直線変位センサ１０１の模式的な斜視図である。
【００９１】
図１８を参照して、直線変位センサ１０１は、筐体１０２（ベース部材）と、可動部材１０３と、外部配線１０４とを含む。筐体１０２は、本実施形態では、円筒状に形成されており、円形状の第１端面１０５（図１８の左側の端面）と、円形状の第２端面１０６（図１８の右側の端面）と、第１端面１０５および第２端面１０６の間を直線状に延び、かつこれらの周縁を接続する円筒状の筒状側壁１０７とを有している。
【００９２】
筐体１０２は、第１端面１０５、第２端面１０６および筒状側壁１０７によって区画された内部空間を有している。筐体１０２は、円筒状に代えて、たとえば方形の角筒状に形成されていてもよい。この場合、第１端面１０５および第２端面１０６が四角形状となり、筒状側壁１０７が方形の角筒状となる。
可動部材１０３は、筐体１０２が延びる直線方向に沿って延びる棒状、柱状または軸状に形成されており、筐体１０２の第１端面１０５に設けられた第１挿通孔１０８を介して、当該筐体１０２の外側から内側に挿通されている。以下では、筐体１０２が延びる直線方向および可動部材１０３が延びる方向を纏めて「軸方向Ｄ２」という。可動部材１０３は、筐体１０２に対して軸方向Ｄ２の一方方向および他方方向に相対移動可能に設けられている。
【００９３】
可動部材１０３は、筐体１０２の内部に位置する一端部と、筐体１０２の外部に位置する他端部とを有している。可動部材１０３の一端部側には、当該可動部材１０３の筐体１０２からの抜け落ちを抑制する抜け止め部１０９が設けられている（図１８の破線参照）。可動部材１０３の他端部側には、筐体１０２に対する可動部材１０３の軸方向Ｄ２の移動を規制するための規制部材１１０が設けられている。規制部材１１０は、可動部材１０３の他端部の外周面に形成されたネジ部に螺合された六角ナットであってもよい。
【００９４】
外部配線１０４は、筐体１０２の第２端面１０６に設けられた第２挿通孔１１１を介して、当該筐体１０２の内側から外側に引き出されている。外部配線１０４は、外部からの電力（電気信号）を筐体１０２内に供給し、および／または、内部からの電力（電気信号）を外部に出力するために設けられている。外部配線１０４は、筐体１０２の第２端面１０６に代えて、筐体１０２の第１端面１０５や筒状側壁１０７から外側に引き出されていてもよい。
【００９５】
本実施形態に係る直線変位センサ１０１は、筐体１０２に対する可動部材１０３の軸方向Ｄ２の移動量、つまり、筐体１０２に対する可動部材１０３の軸方向Ｄ２の相対位置を検出し、当該相対位置を電気信号によって外部配線１０４から外部に出力させる構造を有している。本実施形態に係る直線変位センサ１０１は、電磁波の一例としての「光」を利用して可動部材１０３の相対位置を検出する構造を有している。以下、図１９を参照して、筐体１０２の内部構造を具体的に説明する。
【００９６】
図１９は、図１８の直線変位センサ１０１の筐体１０２の内部構造を示す模式的な断面図である。図１９では、便宜上、可動部材１０３の他端部側の構造の図示を省略して示している。
図１９を参照して、筐体１０２の内側には、光源１２１（電磁波発生源）と、光源１２１を支持する案内レール１２２（案内手段）と、光源１２１から間隔を空けて配置された基板１２３と、非接触の状態で光源１２１と対向するように基板１２３の上に配置された光電変換部１２４（光電変換手段）と、光電変換部１２４から間隔を空けて基板１２３の上に配置された相対位置演算部１２５（相対位置演算手段）とが収容されている。
【００９７】
光源１２１は、光を発生させる部材により形成されている。光源１２１は、たとえば白熱電球、ハロゲン電球、水銀灯、蛍光灯、ＥＬ（Electroluminescence：エレクトロルミネセンス）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）およびレーザ光を含む群から選択される少なくとも１つの発光部材を含む。光源１２１は、筐体１０２に対して軸方向Ｄ２の一方方向および他方方向に沿って相対移動可能に設けられている。
【００９８】
光源１２１は、可動部材１０３の一端部によって押圧されることにより、または、当該可動部材１０３の一端部に連結されることにより、当該可動部材１０３と一体的に軸方向Ｄ２に沿って往復移動可能に設けられている。図１９では、可動部材１０３の一端部によって押圧されることにより、光源１２１が軸方向Ｄ２に移動可能とされた構造が示されている。
【００９９】
案内レール１２２は、軸方向Ｄ２に沿って延び、筐体１０２の内壁面に固定されている。案内レール１２２は、光源１２１および可動部材１０３が軸方向Ｄ２に沿って往復移動可能となるように、光源１２１および可動部材１０３を支持している。本実施形態では、光源１２１（可動部材１０３）の軸方向Ｄ２の一方方向および他方方向の移動を規制するための規制部材１２６Ａ，１２６Ｂが、案内レール１２２に設けられている。
【０１００】
規制部材１２６Ａ，１２６Ｂにより、光源１２１が移動可能な可動範囲１２７が画定されている。可動範囲１２７には、光源１２１が軸方向Ｄ２の一方方側の規制部材１２６Ａと当接する基準位置１２７Ａと、光源１２１が軸方向Ｄ２の他方側の規制部材１２６Ｂと当接する最終位置１２７Ｂとが含まれる。
本実施形態では、規制部材１２６Ａ，１２６Ｂが案内レール１２２に設けられた例について説明した。しかし、規制部材１２６Ａ，１２６Ｂは、光源１２１の軸方向Ｄ２の一方方向および他方方向の移動を規制できるのであれば、どのような部材が採用されてもよい。たとえば、規制部材１２６Ａ，１２６Ｂは、筐体１０２の内壁面から突出するように設けられたブロック状または凸状の部材であってもよい。
【０１０１】
図示は省略するが、光源１２１には、当該光源１２１を最終位置１２７Ｂから基準位置１２７Ａに向けて付勢する付勢手段が取り付けられている。付勢手段は、可動部材１０３の押圧により基準位置１２７Ａから最終位置１２７Ｂに向けて変位した光源１２１を基準位置１２７Ａに復帰させる。付勢手段は、公知の弾性部材、たとえばコイルばねであってもよい。付勢手段のみによって光源１２１の可動範囲１２７を画定できる場合には、前述の規制部材１２６Ａ，１２６Ｂは除かれてもよい。
【０１０２】
基板１２３は、たとえば軸方向Ｄ２に沿って延びる長方形状に形成されており、一方主面と、他方主面とを有している。基板１２３の一方主面は、空間を挟んで光源１２１と対向している。基板１２３の他方主面は、筐体１０２の筒状側壁１０７の内壁面と対向している。基板１２３は、ボルト（図示せず）を介して筐体１０２にボルト止めされていてもよい。
【０１０３】
光電変換部１２４および相対位置演算部１２５は、基板１２３の一方主面の上に搭載されている。光電変換部１２４は、筐体１０２に対する光源１２１からの光の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を光電変換信号ＳＡ２として出力可能に構成されている。相対位置演算部１２５は、光電変換部１２４から出力される光電変換信号ＳＡ２に基づいて、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を演算し、かつ演算結果を出力可能に構成されている。
【０１０４】
以下、図２０を併せて参照して、光電変換部１２４および相対位置演算部１２５の各構成について具体的に説明する。図２０は、図１８の直線変位センサ１０１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。
図１９および図２０を参照して、光電変換部１２４は、光電変換素子アレイ１３０と、転送ゲート１３１（切替え手段）と、シフトレジスタ１３２（電荷転送手段）と、電荷電圧変換部１３３（出力手段）とを含む。
【０１０５】
光電変換素子アレイ１３０は、軸方向Ｄ２に沿って一列に並んでアレイ状に配列（一次元配列）された複数（本実施形態では３個以上）の光電変換素子１３４を有している。光電変換素子１３４は、光源１２１からの光を電気信号に変換する。光電変換素子１３４は、たとえばフォトダイオード、フォトトランジスタ、光電池および光電管を含む群から選択される少なくとも１つの素子を含む。光電変換素子アレイ１３０は、複数の光電変換素子１３４が配置されたそれぞれの位置における光源１２１からの光を当該複数の光電変換素子１３４によって捉え、筐体１０２に対する光源１２１からの光の分布を検出する。
【０１０６】
光電変換素子１３４は、互いに隣り合う光電変換素子１３４の間の距離がたとえば０．５ｍｍ以下となる素子ピッチで、アレイ状に配列されている。たとえば１ｍｍ２当たりの光電変換素子１３４の個数が３個以上となるように、光電変換素子１３４がアレイ状に配列されていてもよい。たとえば１ｍｍ２当たりの光電変換素子１３４の個数が６個以上となるように、光電変換素子１３４がアレイ状に配列されていてもよい。光電変換素子１３４の個数を増加させることにより、光電変換素子アレイ１３０で得られる光電変換信号ＳＡ２の分解能を向上させることができる。
【０１０７】
光電変換素子アレイ１３０は、光源１２１の移動方向（本実施形態では軸方向Ｄ２）に沿って延びるように設けられている。より具体的には、光電変換素子アレイ１３０は、光源１２１の移動方向に直交する方向に関して、当該光電変換素子アレイ１３０と光源１２１との間の距離がほぼ一定になるように光源１２１の移動方向に平行な方向に延びている。光電変換素子アレイ１３０は、光電変換素子アレイ１３０が延びるアレイ方向（本実施形態では軸方向Ｄ２）に沿って、光源１２１からの光の分布を検出し、電気信号に変換する。
【０１０８】
光電変換素子アレイ１３０は、本実施形態では、光源１２１の可動範囲１２７に加えて、光源１２１の可動範囲１２７外の領域にも設けられている。より具体的には、光電変換素子アレイ１３０は、光源１２１の可動範囲１２７内の領域に加えて、光源１２１の基準位置１２７Ａ外の領域および光源１２１の最終位置１２７Ｂ外の領域において、軸方向Ｄ２に沿って延びるように設けられている。したがって、光電変換素子アレイ１３０は、光源１２１の可動範囲１２７の全域と対向する対向部１３０Ａと、光源１２１の基準位置１２７Ａ外の領域に延在する第１延在部１３０Ｂと、光源１２１の最終位置１２７Ｂ外の領域に延在する第２延在部１３０Ｃとを含む。
【０１０９】
光電変換素子アレイ１３０は、軸方向Ｄ２に関して、光源１２１の可動範囲１２７よりも大きい幅Ｗ２を有している。光源１２１の可動範囲１２７は、光電変換素子アレイ１３０の軸方向Ｄ２の一方側端部および軸方向Ｄ２の他方側端部の間の領域に位置している。光電変換素子アレイ１３０は、光源１２１の可動範囲１２７内の領域に加えて、光源１２１の基準位置１２７Ａ外の領域および光源１２１の最終位置１２７Ｂ外の領域において、光源１２１からの光（光の分布）を捉えることが可能である。
【０１１０】
図２０を参照して、転送ゲート１３１は、光電変換素子アレイ１３０およびシフトレジスタ１３２の間に設けられている。転送ゲート１３１は、光電変換素子アレイ１３０およびシフトレジスタ１３２と電気的に接続されている。転送ゲート１３１は、光電変換素子アレイ１３０およびシフトレジスタ１３２の間を通電しまたは遮断することによって、光電変換素子アレイ１３０からの電気信号がシフトレジスタ１３２に入力されるのを許可しまたは禁止する。たとえば、予め定められたタイミングでオンオフ動作するクロック信号が転送ゲート１３１に入力されることによって、光電変換素子アレイ１３０およびシフトレジスタ１３２の間が通電されまたは遮断されてもよい。
【０１１１】
図２０を参照して、シフトレジスタ１３２は、本実施形態ではＣＣＤ（Charge Coupled Device）シフトレジスタである。シフトレジスタ１３２は、転送ゲート１３１を介して入力された光電変換素子アレイ１３０からの電気信号、より具体的には、複数の光電変換素子１３４から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。
さらに具体的には、シフトレジスタ１３２は、複数の光電変換素子１３４に対応して設けられた複数のビット１３５を含む。複数のビット１３５は、本実施形態では、複数の光電変換素子１３４と１対１対応の関係で設けられている。複数のビット１３５には、複数の光電変換素子１３４からの電気信号がそれぞれ入力され、かつ当該電気信号に応じた大きさの電荷量の電荷が蓄積される。複数のビット１３５に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部１３３に順次転送される。
【０１１２】
図２０を参照して、電荷電圧変換部１３３は、シフトレジスタ１３２から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、当該電気信号を光電変換信号ＳＡ２として出力する。したがって、光電変換信号ＳＡ２は、光源１２１からの光の分布に対応する波形を有しており、当該光源１２１からの光の分布情報を含む。電荷電圧変換部１３３からの光電変換信号ＳＡ２は、相対位置演算部１２５に入力される。
【０１１３】
図２０を参照して、相対位置演算部１２５は、２値化信号生成部１４１（２値化信号生成手段）と、相対位置判定部１４２（相対位置判定手段）と、Ｄ／Ａ変換部１４３（デジタルアナログ変換手段）とを含む。さらに、相対位置演算部１２５は、アナログ出力配線１４４と、デジタル出力配線１４５と、切替えスイッチ１４６（切替え手段）とを含む。
２値化信号生成部１４１は、光電変換部１２４（電荷電圧変換部１３３）からの光電変換信号ＳＡ２を２値化（つまり、デジタル化）することにより、２値化信号ＳＢ２を生成する。２値化信号生成部１４１により生成された２値化信号ＳＢ２は、相対位置判定部１４２に出力される。
【０１１４】
相対位置判定部１４２は、２値化信号生成部１４１からの２値化信号ＳＢ２に基づいて、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を判定する。以下、図２１および図２２を参照して、光源１２１の相対位置を判定する演算処理の一例について具体的に説明する。
図２１は、図２０の電荷電圧変換部１３３から出力された光電変換信号ＳＡ２を示すグラフである。図２２は、図２０の２値化信号生成部１４１から出力された２値化信号ＳＢ２を示すグラフである。図２１および図２２において、縦軸は電圧であり、横軸は光電変換素子１３４の素子数（つまり、光電変換素子１３４の番地）である。
【０１１５】
図２１を参照して、光電変換信号ＳＡ２は、光源１２１からの光の分布に対応する凸状（正弦半波状）の波形を有している。光電変換信号ＳＡ２は、ピーク値ＶＰ２と、ピーク値ＶＰ２に向かって上昇する第１領域ＶＡ２と、ピーク値ＶＰ２から下降する第２領域ＶＢ２とを有している。光電変換信号ＳＡ２は、０Ｖ以上でピーク値ＶＰ２未満のノイズ電圧ＶＮ２（０Ｖ≦ＶＮ２＜ＶＰ２）を有するノイズ信号を含む。光電変換信号ＳＡ２のピーク値ＶＰ２は、光電変換素子アレイ１３０が光源１２１とほぼ対向する領域に相当する。この凸状の波形を有する光電変換信号ＳＡ２が、２値化信号生成部１４１に入力される。
【０１１６】
２値化信号生成部１４１は、閾値Ｖｔｈ２を用いて、光電変換信号ＳＡ２の第１領域ＶＡ２において閾値Ｖｔｈ２となる第１位置ＰＡ２と、光電変換信号ＳＡ２の第２領域ＶＢ２において閾値Ｖｔｈ２となる第２位置ＰＢ２とを求める。閾値Ｖｔｈ２は、光電変換信号ＳＡ２において、０Ｖよりも大きくピーク値ＶＰ２以下の値（０Ｖ＜Ｖｔｈ２≦ＶＰ２）に設定されている。
【０１１７】
図２２を参照して、２値化信号生成部１４１は、これら第１位置ＰＡ２および第２位置ＰＢ２を用いて光電変換信号ＳＡ２を２値化することにより、第１位置ＰＡ２および第２位置ＰＢ２を含む方形波状の２値化信号ＳＢ２を生成する。２値化信号生成部１４１により生成された２値化信号ＳＢ２は、相対位置判定部１４２に出力される。
図２２を参照して、相対位置判定部１４２は、２値化信号ＳＢ２の第１位置ＰＡ２と、２値化信号ＳＢ２の第２位置ＰＢ２との間の中間位置ＰＣ２（中間領域）を、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置として判定する。つまり、「ＰＣ２＝（ＰＡ２＋ＰＢ２）／２」の式で表される中間位置ＰＣ２が、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置として判定される。そして、相対位置判定部１４２は、中間位置ＰＣ２に対応するデジタル信号ＳＣ２を生成する。デジタル信号ＳＣ２は、中間位置ＰＣ２に対応する光電変換素子１３４の番地をデジタル信号化したものであってもよい。
【０１１８】
図２０を再度参照して、相対位置判定部１４２により生成されたデジタル信号ＳＣ２は、切替えスイッチ１４６に出力される。切替えスイッチ１４６は、相対位置判定部１４２およびＤ／Ａ変換部１４３を接続する第１接続状態と、相対位置判定部１４２およびデジタル出力配線１４５を接続する第２接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ１４６は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【０１１９】
切替えスイッチ１４６が第１接続状態である場合、相対位置判定部１４２からＤ／Ａ変換部１４３に、デジタル信号ＳＣ２が入力される。Ｄ／Ａ変換部１４３は、相対位置判定部１４２から入力されたデジタル信号ＳＣ２を、アナログ信号ＳＤ２に変換する。Ｄ／Ａ変換部１４３において変換されたアナログ信号ＳＤ２は、アナログ出力配線１４４に出力される。アナログ出力配線１４４からのアナログ信号ＳＤ２は、前述の外部配線１０４により筐体１０２の外部に取り出される。
【０１２０】
切替えスイッチ１４６が第２接続状態である場合、相対位置判定部１４２からデジタル出力配線１４５に、デジタル信号ＳＣ２が直接入力される。デジタル出力配線１４５からのデジタル信号ＳＣ２は、前述の外部配線１０４により筐体１０２の外部に取り出される。
２値化の際に使用される閾値Ｖｔｈ２は、ノイズ電圧ＶＮ２以上、より具体的にはノイズ電圧ＶＮ２の最大値ＶＮｍ２以上でピーク値ＶＰ２以下の値（ＶＮｍ２≦Ｖｔｈ２≦ＶＰ２）に設定されることが好ましい。閾値Ｖｔｈ２は、ノイズ電圧ＶＮ２の最大値ＶＮｍ２を超えてピーク値ＶＰ２以下の値（ＶＮｍ２＜Ｖｔｈ２≦ＶＰ２）に設定されることがより好ましい。
【０１２１】
閾値Ｖｔｈ２の最小値は、たとえばピーク値ＶＰ２の１０％以上であってもよい。ピーク値ＶＰ２の３０％、ピーク値ＶＰ２の５０％、ピーク値ＶＰ２の８０％、ピーク値ＶＰ２の９０％、・・・と、閾値Ｖｔｈ２の最小値をピーク値ＶＰ２に近づけると、閾値Ｖｔｈ２未満の領域が増加する。閾値Ｖｔｈ２未満の領域は、誤差を切り捨てることのできる領域であるから、閾値Ｖｔｈ２の最小値がピーク値ＶＰ２に近いほど、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置の検出精度が向上する。
【０１２２】
閾値Ｖｔｈ２がピーク値ＶＰ２と等しい値（Ｖｔｈ２＝ＶＰ２）の場合、第１位置ＰＡ２、第２位置ＰＢ２および中間位置ＰＣ２が等しい値（ＰＡ２＝ＰＢ２＝ＰＣ２）となる。したがって、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を最も精度よく検出できる。しかし、閾値Ｖｔｈ２がピーク値ＶＰ２と等しい値（Ｖｔｈ２＝ＶＰ２）の場合において、誤差によってピーク値ＶＰ２が閾値Ｖｔｈ２未満の値（ＶＰ２＜Ｖｔｈ２）になると、２値化信号生成部１４１において２値化信号ＳＢ２を生成できない場合がある。したがって、２値化の際に使用される閾値Ｖｔｈ２は、実際には、ピーク値ＶＰ２未満の値（Ｖｔｈ２＜ＶＰ２）に設定されることが好ましい。
【０１２３】
閾値Ｖｔｈ２は、ピーク値ＶＰ２に対する閾値Ｖｔｈ２の比率Ｖｔｈ２／ＶＰ２が０を超えて１以下となる値（０＜Ｖｔｈ２／ＶＰ２≦１）、または、Ｖｔｈ２／ＶＰ２が０を超えて１未満となる値（０＜Ｖｔｈ２／ＶＰ２＜１）でピーク値ＶＰ２に追従してもよい。ピーク値ＶＰ２に追従する閾値Ｖｔｈ２は、たとえば２値化信号生成部１４１にピークフォロア回路を接続することによって設定され得る。
【０１２４】
相対位置演算部１２５において、２値化信号生成部１４１は、たとえばコンパレータを含む電気回路（つまり、２値化信号生成回路）により構成されていてもよい。相対位置判定部１４２、Ｄ／Ａ変換部１４３、アナログ出力配線１４４、デジタル出力配線１４５および切替えスイッチ１４６は、たとえばマイクロコンピュータやスイッチング素子を含む電気回路（つまり、相対位置判定回路）により構成されていてもよい。
【０１２５】
以上、本実施形態に係る直線変位センサ１０１では、光電変換素子アレイ１３０、シフトレジスタ１３２および電荷電圧変換部１３３を含む光電変換部１２４が、光源１２１からの光の分布を検出する一つのセンサとして機能する構造を有している。光電変換部１２４は、光源１２１からの光の変位量を当該光電変換部１２４の物理的な変化量として直接出力するのではなく、筐体１０２に対する光源１２１の光の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を光電変換信号ＳＡ２として出力している。これにより、光電変換信号ＳＡ２の波形から光源１２１の光の分布を取得できるから、当該光電変換信号ＳＡ２の波形に基づいて光源１２１の位置を割り出すことができる。
【０１２６】
筐体１０２に対する光源１２１からの光の分布は、光源１２１から筐体１０２に与えられる光の強さで定まる。したがって、直線変位センサ１０１の使用環境の変化に起因して光源１２１からの光の強さが変動したとしても、光源１２１から筐体１０２に与えられる光の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。光電変換信号ＳＡ２も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。よって、直線変位センサ１０１の使用環境の変化の前後において、当該光電変換信号ＳＡ２の波形に基づいて割り出される光源１２１の位置に誤差が生じるのを抑制できる。
【０１２７】
本実施形態に係る直線変位センサ１０１では、光電変換素子アレイ１３０が、アレイ状に配列された複数の光電変換素子１３４を有している。これにより、光電変換素子アレイ１３０のアレイ方向に沿う光の分布を、複数の光電変換素子１３４の個数に基づいた分解能で検出することが可能となる。光電変換素子アレイ１３０が複数の光電変換素子１３４を含むことにより、図２３および図２４を用いて説明される効果を奏することができる。
【０１２８】
図２３は、図２０の電荷電圧変換部１３３から出力された光電変換信号ＳＡ２が誤差成分を含む場合の状態を示すグラフである。図２４は、図２３の光電変換信号ＳＡ２から生成された２値化信号ＳＢ２を示すグラフである。図２３および図２４において、縦軸は電圧であり、横軸は光電変換素子１３４の素子数（つまり、光電変換素子１３４の番地）である。
【０１２９】
図２３および図２４では、定常状態における光電変換信号ＳＡ２および２値化信号ＳＢ２が実線で示されており、誤差成分が生じた状態における光電変換信号ＳＡ２および２値化信号ＳＢ２が破線で示されている。
直線変位センサ１０１の使用環境が変化すると、光電変換素子アレイ１３０の動作環境も変化する。しかし、光電変換素子アレイ１３０の動作環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の光電変換素子１３４が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が光電変換素子１３４毎に大きく異なることを抑制できる。しかも、複数の光電変換素子１３４で生じる誤差は感度変化によるものが殆である。したがって、図２３を参照して、直線変位センサ１０１の使用環境の変化に起因して光電変換素子１３４の感度が増減したとしても、光電変換部１２４から出力される光電変換信号ＳＡ２は、その波高値がほぼ相似形となる態様で増減することになる。
【０１３０】
図２４を参照して、光電変換信号ＳＡ２から２値化信号ＳＢ２が生成されたとしても、光電変換部１２４は、光電変換信号ＳＡ２の波高値がほぼ相似形で増減する構造を有しているから、相対位置判定部１４２で判定される中間位置ＰＣ２の変動も抑制できる。これにより、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を精度よく検出することが可能となるから、高精度化に寄与できる直線変位センサ１０１を提供することができる。
【０１３１】
本実施形態に係る直線変位センサ１０１では、光電変換信号ＳＡ２は、ピーク値ＶＰ２を有し、かつ光源１２１からの光の分布に対応する凸状の波形を有している。そして、相対位置演算部１２５は、ピーク値ＶＰ２以下の値に設定された閾値Ｖｔｈ２を用いて、光電変換信号ＳＡ２における閾値Ｖｔｈ２以上かつピーク値ＶＰ２以下の領域から筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を演算している。
【０１３２】
より具体的には、光電変換信号ＳＡ２は、ピーク値ＶＰ２と、ピーク値ＶＰ２に向かって上昇する第１領域ＶＡ２と、ピーク値ＶＰ２から下降する第２領域ＶＢ２とを有している。そして、相対位置演算部１２５が、光電変換信号ＳＡ２の第１領域ＶＡ２および第２領域ＶＢ２のそれぞれにおいて閾値Ｖｔｈ２となる第１位置ＰＡ２および第２位置ＰＢ２を求め、光電変換信号ＳＡ２における第１位置ＰＡ２および第２位置ＰＢ２の間の中間位置ＰＣ２を、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置として演算している。
【０１３３】
したがって、光電変換信号ＳＡ２における閾値Ｖｔｈ２未満の領域において生じた光電変換素子１３４の誤差を切り捨てることができるから、光源１２１の相対位置を精度よく演算することが可能となる。特に、本実施形態に係る直線変位センサ１０１では、これらの演算を、２値化信号生成部１４１および相対位置判定部１４２を含む相対位置演算部１２５によって実行している。
【０１３４】
２値化信号生成部１４１によれば、光電変換信号ＳＡ２に誤差成分が含まれていても、当該誤差成分は２値化（つまり、デジタル化）前に生じたものであるから、光電変換信号ＳＡ２を２値化することによって当該誤差成分を切り捨てることができる。これにより、相対位置判定部１４２は、誤差成分の少ない２値化信号ＳＢ２に基づいて、筐体１０２に対する光源１２１の相対位置に対応する中間位置ＰＣ２を判定することができる。その結果、相対位置判定部１４２によって、光源１２１の相対位置を精度よく判定することができる。
【０１３５】
さらに、本実施形態に係る直線変位センサ１０１では、光電変換素子アレイ１３０が、光源１２１の可動範囲１２７内の領域に加えて、可動範囲１２７外の領域にも設けられている。より具体的には、光電変換素子アレイ１３０は、光源１２１の可動範囲１２７の全域と対向する対向部１３０Ａと、光源１２１の基準位置１２７Ａ外の領域に延在する第１延在部１３０Ｂと、光源１２１の最終位置１２７Ｂ外の領域に延在する第２延在部１３０Ｃとを含む。対向部１３０Ａ、第１延在部１３０Ｂおよび第２延在部１３０Ｃは、光電変換素子アレイ１３０のアレイ方向（本実施形態では軸方向Ｄ２）に沿って延びている。これにより、次の図２５および図２６を用いて説明される効果を奏することができる。
【０１３６】
図２５は、光電変換素子アレイ１３０が、光源１２１の可動範囲１２７外の領域に設けられていない場合の光電変換信号ＳＡ２を示したグラフである。図２６は、光電変換素子アレイ１３０が、光源１２１の可動範囲１２７外の領域にも設けられている場合の光電変換信号ＳＡ２を示したグラフである。図２５および図２６において、縦軸は電圧であり、横軸は光電変換素子１３４の素子数（各光電変換素子１３４の番地）である。
【０１３７】
図２５および図２６では、光源１２１が基準位置１２７Ａに近接する位置に位置する場合の光電変換信号ＳＡ２を実線で示している。図２５および図２６では、光源１２１が最終位置１２７Ｂに近接する位置に位置する場合の光電変換信号ＳＡ２を破線で示している。
図２５を参照して、光電変換素子アレイ１３０が光源１２１の可動範囲１２７外の領域に設けられていない場合、当該光電変換素子アレイ１３０によって検出される光の範囲が限定的になる。つまり、光源１２１が基準位置１２７Ａまたは最終位置１２７Ｂに近接すると、光電変換素子アレイ１３０は、光源１２１の可動範囲１２７外の領域において、当該光源１２１からの光を捉えることができない。したがって、たとえば基準位置１２７Ａまたは最終位置１２７Ｂにおける光電変換信号ＳＡ２の電圧値が閾値Ｖｔｈ２以上であると、２値化信号生成部１４１において２値化信号ＳＢ２を生成することができなくなる。
【０１３８】
これに対して、図２６を参照して、本実施形態に係る直線変位センサ１０１では、光電変換素子アレイ１３０が、光源１２１の可動範囲１２７に加えて、光源１２１の可動範囲１２７外の領域にも設けられている。これにより、基準位置１２７Ａ外の領域および最終位置１２７Ｂ外の領域において途切れることなく、光源１２１からの光の分布を検出することができる。よって、光源１２１の相対位置を精度よく演算することができる。
＜第１０実施形態＞
図２７は、本発明の第１０実施形態に係る直線変位センサ１５１の模式的な斜視図である。図２８は、図２７の直線変位センサ１５１の筐体１０２の内部構造を示す模式的な断面図である。本実施形態に係る直線変位センサ１５１は、筐体１０２が方形の角筒状に形成されている点、可動部材１０３に代えて可動部材１５２を含む点を除いて、前述の第９実施形態に係る直線変位センサ１０１と同様の構成を有している。図２７において、前述の第９実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１３９】
図２７を参照して、可動部材１５２は、筐体１０２が延びる直線方向に直交する方向に沿って延びる板状、ブロック状または柱状（軸状）に形成されている。可動部材１５２は、筐体１０２が延びる直線方向に沿って当該筐体１０２の筒状側壁１０７に設けられた第３挿通孔１５３を介して、当該筐体１０２の外側から内側に挿通されている。以下では、筐体１０２が延びる直線方向および第３挿通孔１５３が延びる方向を纏めて「軸方向Ｄ２」という。
【０１４０】
可動部材１５２は、第３挿通孔１５３内において、筐体１０２に対して軸方向Ｄ２の一方方向および他方方向に相対移動可能に設けられている。可動部材１５２は、筐体１０２の内部に位置する一端部と、筐体１０２の外部に位置する他端部とを有している。可動部材１５２の一端部側には、当該可動部材１５２の筐体１０２からの抜け落ちを抑制する抜け止め部１０９が設けられている。可動部材１５２の一端部には、前述の光源１２１が取り付けられている。これにより、可動部材１５２および光源１２１は、軸方向Ｄ２の一方方向および他方方向に往復移動可能に設けられている。可動部材１５２の他端部側には、当該可動部材１５２が筐体１０２内に進入するのを規制する規制部材１５４が取り付けられている。
【０１４１】
以上、このような構造の直線変位センサ１５１によっても、前述の第９実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る筐体１０２は、前述の第９実施形態と同様に、円筒状に形成されていてもよい。
＜第１１実施形態＞
図２９は、本発明の第１１実施形態に係る直線変位センサ１６１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ１６１は、補助光電変換部１６２（補助光電変換手段）と、切替えスイッチ１６３（切替え手段）とをさらに含む点を除いて、前述の第９実施形態に係る直線変位センサ１０１と同様の構成を有している。図２９において、前述の第９実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１４２】
図２９を参照して、補助光電変換部１６２は、前述の光電変換部１２４とほぼ同一の構造を有し、かつ当該光電変換部１２４から独立して制御可能に設けられている。切替えスイッチ１６３は、光電変換部１２４および相対位置演算部１２５を接続する第１接続状態と、補助光電変換部１６２および相対位置演算部１２５を接続する第２接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ１６３は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【０１４３】
切替えスイッチ１６３が第１接続状態である場合、光電変換部１２４から相対位置演算部１２５に、光電変換信号ＳＡ２が入力される。これにより、相対位置演算部１２５によって筐体１０２に対する光源１２１の相対位置が演算される。
切替えスイッチ１６３が第２接続状態である場合、補助光電変換部１６２から相対位置演算部１２５に、光電変換信号ＳＡ２が入力される。これにより、相対位置演算部１２５によって筐体１０２に対する光源１２１の相対位置が演算される。
【０１４４】
以上、このような構造の直線変位センサ１６１によっても、前述の第９実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ１６１は、光電変換部１２４に加えて補助光電変換部１６２をさらに含む。補助光電変換部１６２は、光電変換部１２４とほぼ同一の構造を有している。
これにより、たとえば光電変換部１２４に不都合が生じた場合であっても、補助光電変換部１６２および相対位置演算部１２５を用いて筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ１６１では、補助光電変換部１６２によるフェイルセーフ機能が実現されている。これにより、直線変位センサ１６１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ１６１の構造は、前述の第１０実施形態に係る直線変位センサ１５１にも適用可能である。
＜第１２実施形態＞
図３０は、本発明の第１２実施形態に係る直線変位センサ１７１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ１７１は、補助光電変換部１７２（補助光電変換手段）と、補助相対位置演算部１７３（補助相対位置演算手段）と、切替えスイッチ１７４（切替え手段）と、をさらに含む点を除いて、前述の第９実施形態に係る直線変位センサ１０１と同様の構成を有している。図３０において、前述の第９実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１４５】
図３０を参照して、補助光電変換部１７２は、前述の光電変換部１２４とほぼ同一の構造を有し、かつ当該光電変換部１２４から独立して制御可能に設けられている。補助相対位置演算部１７３は、前述の相対位置演算部１２５とほぼ同一の構造を有し、かつ当該相対位置演算部１２５から独立して制御可能に設けられている。
切替えスイッチ１７４は、光電変換部１２４および相対位置演算部１２５を接続する第１接続状態と、光電変換部１２４および補助相対位置演算部１７３を接続する第２接続状態と、補助光電変換部１７２および相対位置演算部１２５を接続する第３接続状態と、補助光電変換部１７２および補助相対位置演算部１７３を接続する第４接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ１７４は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【０１４６】
切替えスイッチ１７４が第１接続状態である場合、光電変換部１２４から相対位置演算部１２５に、光電変換信号ＳＡ２が入力される。これにより、相対位置演算部１２５によって筐体１０２に対する光源１２１の相対位置が演算される。切替えスイッチ１７４が第２接続状態である場合、光電変換部１２４から補助相対位置演算部１７３に、光電変換信号ＳＡ２が入力される。これにより、補助相対位置演算部１７３によって筐体１０２に対する光源１２１の相対位置が演算される。
【０１４７】
切替えスイッチ１７４が第３接続状態である場合、補助光電変換部１７２から相対位置演算部１２５に、光電変換信号ＳＡ２が入力される。これにより、相対位置演算部１２５によって筐体１０２に対する光源１２１の相対位置が演算される。切替えスイッチ１７４が第４接続状態である場合、補助光電変換部１７２から補助相対位置演算部１７３に、光電変換信号ＳＡ２が入力される。これにより、補助相対位置演算部１７３によって筐体１０２に対する光源１２１の相対位置が演算される。
【０１４８】
以上、このような構造の直線変位センサ１７１によっても、前述の第９実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ１７１は、光電変換部１２４および相対位置演算部１２５に加えて、補助光電変換部１７２および補助相対位置演算部１７３をさらに含む。補助光電変換部１７２は、光電変換部１２４とほぼ同一の構造を有している。補助相対位置演算部１７３は、相対位置演算部１２５とほぼ同一の構造を有している。
【０１４９】
これにより、たとえば光電変換部１２４および／または相対位置演算部１２５に不都合が生じた場合であっても、補助光電変換部１７２および／または補助相対位置演算部１７３を用いて筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ１７１では、補助光電変換部１７２および補助相対位置演算部１７３によるフェイルセーフ機能が実現されている。これにより、直線変位センサ１７１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ１７１の構造は、前述の第１０実施形態に係る直線変位センサ１５１にも適用可能である。
＜第１３実施形態＞
図３１は、本発明の第１３実施形態に係る直線変位センサ１８１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ１８１は、光電変換部１２４が、補助転送ゲート１８２（補助切替え手段）と、補助シフトレジスタ１８３（補助電荷転送手段）とをさらに含む点を除いて、前述の第９実施形態に係る直線変位センサ１０１と同様の構成を有している。図３１において、前述の第９実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１５０】
図３１を参照して、補助転送ゲート１８２は、前述の転送ゲート１３１とほぼ同一の構造を有し、かつ当該転送ゲート１３１から独立して制御可能に設けられている。補助シフトレジスタ１８３は、前述のシフトレジスタ１３２とほぼ同一の構造を有し、かつ当該シフトレジスタ１３２から独立して制御可能に設けられている。
本実施形態に係る光電変換素子１３４には、転送ゲート１３１を介してシフトレジスタ１３２に接続された複数の第１光電変換素子１８４と、補助転送ゲート１８２を介して補助シフトレジスタ１８３に接続された複数の第２光電変換素子１８５とが含まれる。第１光電変換素子１８４および第２光電変換素子１８５は、光電変換素子アレイ１３０のアレイ方向（つまり、前述の軸方向Ｄ２）に沿って交互に配列されている。
【０１５１】
シフトレジスタ１３２は、複数の第１光電変換素子１８４から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。シフトレジスタ１３２に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部１３３に順次転送される。補助シフトレジスタ１８３は、複数の第２光電変換素子１８５から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。補助シフトレジスタ１８３に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部１３３に順次転送される。
【０１５２】
電荷電圧変換部１３３は、シフトレジスタ１３２から転送された蓄積電荷および補助シフトレジスタ１８３から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、光源１２１からの光の分布に対応する光電変換信号ＳＡ２として出力する。つまり、本実施形態に係る直線変位センサ１８１は、シフトレジスタ１３２および補助シフトレジスタ１８３が共通の電荷電圧変換部１３３に接続されたデュアルチャンネルシングル出力構造を有している。
【０１５３】
以上、このような構造の直線変位センサ１８１によっても、前述の第９実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ１８１では、光電変換部１２４が、転送ゲート１３１およびシフトレジスタ１３２に加えて、補助転送ゲート１８２および補助シフトレジスタ１８３を含む。補助転送ゲート１８２は、転送ゲート１３１とほぼ同様の構造を有している。補助シフトレジスタ１８３は、シフトレジスタ１３２とほぼ同様の構造を有している。
【０１５４】
これにより、たとえば転送ゲート１３１および／またはシフトレジスタ１３２に不都合が生じた場合であっても、補助転送ゲート１８２および補助シフトレジスタ１８３、ならびに、相対位置演算部１２５を用いて筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ１８１では、補助転送ゲート１８２および補助シフトレジスタ１８３によるフェイルセーフ機能が実現されている。
【０１５５】
しかも、本実施形態に係る直線変位センサ１８１では、第１光電変換素子１８４および第２光電変換素子１８５が光電変換素子アレイ１３０のアレイ方向（つまり、軸方向Ｄ２）に沿って交互に配列されている。したがって、複数の第２光電変換素子１８５から出力される電気信号が、複数の第１光電変換素子１８４から出力される電気信号とほぼ等しくなる。
【０１５６】
これにより、シフトレジスタ１３２に蓄積される蓄積電荷と、補助シフトレジスタ１８３に蓄積される蓄積電荷とがほぼ等しくなるから、第１光電変換素子１８４側で検出される光の分布と、第２光電変換素子１８５側で検出される光の分布とをほぼ等しくすることができる。これにより、直線変位センサ１８１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ１８１の構造は、前述の第１０実施形態に係る直線変位センサ１５１にも適用可能である。
＜第１４実施形態＞
図３２は、本発明の第１４実施形態に係る直線変位センサ１９１の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。本実施形態に係る直線変位センサ１９１は、光電変換部１２４が、補助転送ゲート１９２（補助切替え手段）と、補助シフトレジスタ１９３（補助電荷転送手段）と、補助電荷電圧変換部１９４（補助出力手段）とをさらに含む点、ならびに、切替えスイッチ１９５（切替え手段）をさらに含む点を除いて、前述の第９実施形態に係る直線変位センサ１０１と同様の構成を有している。図３２において、前述の第９実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１５７】
図３２を参照して、補助転送ゲート１９２は、前述の転送ゲート１３１とほぼ同一の構造を有し、かつ当該転送ゲート１３１から独立して制御可能に設けられている。補助シフトレジスタ１９３は、前述のシフトレジスタ１３２とほぼ同一の構造を有し、かつ当該シフトレジスタ１３２から独立して制御可能に設けられている。補助電荷電圧変換部１９４は、前述の電荷電圧変換部１３３とほぼ同一の構造を有し、かつ当該電荷電圧変換部１３３から独立して制御可能に設けられている。
【０１５８】
本実施形態に係る光電変換素子１３４には、転送ゲート１３１を介してシフトレジスタ１３２に接続された複数の第１光電変換素子１９６と、補助転送ゲート１９２を介して補助シフトレジスタ１９３に接続された複数の第２光電変換素子１９７とが含まれる。第１光電変換素子１９６および第２光電変換素子１９７は、光電変換素子アレイ１３０のアレイ方向（つまり、軸方向Ｄ２）に沿って交互に配列されている。
【０１５９】
シフトレジスタ１３２は、複数の第１光電変換素子１９６から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。シフトレジスタ１３２に蓄積された蓄積電荷は、電荷電圧変換部１３３に順次転送される。電荷電圧変換部１３３は、シフトレジスタ１３２から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、光源１２１からの光の分布に対応する光電変換信号ＳＡ２として出力する。電荷電圧変換部１３３からの光電変換信号ＳＡ２は、切替えスイッチ１９５に入力される。
【０１６０】
補助電荷電圧変換部１９４は、補助シフトレジスタ１９３から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して、光源１２１からの光の分布に対応する光電変換信号ＳＡ２として出力する。補助電荷電圧変換部１９４からの光電変換信号ＳＡ２は、切替えスイッチ１９５に入力される。補助シフトレジスタ１９３は、複数の第２光電変換素子１９７から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込む。補助シフトレジスタ１９３に蓄積された蓄積電荷は、補助電荷電圧変換部１９４に順次転送される。
【０１６１】
つまり、本実施形態に係る直線変位センサ１９１は、シフトレジスタ１３２が電荷電圧変換部１３３に接続され、補助シフトレジスタ１９３が補助電荷電圧変換部１９４に接続されたデュアルチャンネルデュアル出力構造を有している。
切替えスイッチ１９５は、電荷電圧変換部１３３および相対位置演算部１２５を接続する第１接続状態と、補助電荷電圧変換部１９４および相対位置演算部１２５を接続する第２接続状態との間で切替え可能に構成されている。切替えスイッチ１９５は、たとえばスイッチング素子を含む電気回路（つまり、スイッチ回路）によって構成されていてもよい。
【０１６２】
以上、このような構造の直線変位センサ１９１によっても、前述の第９実施形態において述べた作用効果と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態に係る直線変位センサ１９１では、光電変換部１２４が、転送ゲート１３１、シフトレジスタ１３２および電荷電圧変換部１３３に加えて、補助転送ゲート１９２、補助シフトレジスタ１９３および補助電荷電圧変換部１９４を含む。補助転送ゲート１９２は、転送ゲート１３１とほぼ同一の構造を有している。補助シフトレジスタ１９３は、シフトレジスタ１３２とほぼ同一の構造を有している。補助電荷電圧変換部１９４は、電荷電圧変換部１３３とほぼ同一の構造を有している。
【０１６３】
これにより、たとえば転送ゲート１３１、シフトレジスタ１３２および／または電荷電圧変換部１３３に不都合が生じた場合であっても、補助転送ゲート１９２、補助シフトレジスタ１９３および補助電荷電圧変換部１９４、ならびに、相対位置演算部１２５を用いて筐体１０２に対する光源１２１の相対位置を演算することができる。つまり、直線変位センサ１９１では、補助転送ゲート１９２、補助シフトレジスタ１９３および補助電荷電圧変換部１９４によるフェイルセーフ機能が実現されている。
【０１６４】
しかも、本実施形態に係る直線変位センサ１９１では、第１光電変換素子１９６および第２光電変換素子１９７が光電変換素子アレイ１３０のアレイ方向（つまり、軸方向Ｄ２）に沿って交互に配列されている。したがって、複数の第２光電変換素子１９７から出力される電気信号が、複数の第１光電変換素子１９６から出力される電気信号とほぼ等しくなる。
【０１６５】
これにより、シフトレジスタ１３２に蓄積される蓄積電荷と、補助シフトレジスタ１９３に蓄積される蓄積電荷とがほぼ等しくなるから、第１光電変換素子１９６側で検出される光の分布と、第２光電変換素子１９７側で検出される光の分布とをほぼ等しくすることができる。これにより、直線変位センサ１９１の安定性および信頼性を高めることができる。むろん、本実施形態に係る直線変位センサ１９１の構造は、前述の第１０実施形態に係る直線変位センサ１５１にも適用可能である。
＜第１５実施形態＞
図３３は、本発明の第１５実施形態に係る直線変位センサ１９８の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。直線変位センサ１９８は、前述の第１２実施形態に係る直線変位センサ１７１の光電変換部１２４および補助光電変換部１７２に、前述の第１３実施形態に係る直線変位センサ１８１の光電変換部１２４がそれぞれ適用された構造を有している。
【０１６６】
直線変位センサ１９８において、その他の構造は、前述の第１２実施形態に係る直線変位センサ１７１の構造と同様である。図３３において、前述の第１２実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
このような構造の直線変位センサ１９８によれば、前述の第１２実施形態において述べた作用効果および前述の第１３実施形態において述べた作用効果と同様の効果を奏することができる。
＜第１６実施形態＞
図３４は、本発明の第１６実施形態に係る直線変位センサ１９９の電気的構造を説明するための模式的なブロック図である。直線変位センサ１９９は、前述の第１２実施形態に係る直線変位センサ１７１の光電変換部１２４および補助光電変換部１７２に、前述の第１４実施形態に係る直線変位センサ１９１の光電変換部１２４がそれぞれ組み合わされた構造を有している。
【０１６７】
直線変位センサ１９９において、その他の構造は、前述の第１２実施形態に係る直線変位センサ１７１の構造と同様である。図３４において、前述の第１２実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
このような構造の直線変位センサ１９９によれば、前述の第１２実施形態において述べた作用効果および前述の第１４実施形態において述べた作用効果と同様の効果を奏することができる。
【０１６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
前述の第１実施形態〜第６実施形態では、ベース部材として、内部空間を有する筐体２が採用された例について説明した。しかし、筐体２は、必ずしも内部空間を有している必要なない。したがって、内部空間を有する筐体２に代えて、たとえば板状のベース部材や、半円筒状または半角筒状のような凹溝状のベース部材が採用されてもよい。
【０１６９】
前述の第１実施形態〜第６実施形態では、相対位置演算部２５が、筐体２の内部空間に設けられた構造について説明した。しかし、筐体２の内部空間内に相対位置演算部２５を備えない構造の変位センサが採用されてもよい。この場合、磁電変換信号ＳＡ１を外部配線４によって筐体２の外側に取り出し、筐体２の外側に設けられた相対位置演算部２５に伝達するようにしてもよい。
【０１７０】
第１実施形態〜第６実施形態に係る直線変位センサ１，５１，６１，７１，８１，９１，９８，９９は、建設機械、資源掘削機械、産業用機械、食品用機械、農業用機械、医療機器、光学機器、電気機器、道路車両、鉄道車両、船舶、航空機等に組み込むことができる他、種々のアプリケーションに適用することができる。
前述の第９実施形態〜第１６実施形態では、ベース部材として、内部空間を有する筐体１０２が採用された例について説明した。しかし、筐体１０２は、必ずしも内部空間を有している必要なない。したがって、内部空間を有する筐体１０２に代えて、たとえば板状のベース部材や、半円筒状または半角筒状のような凹溝状のベース部材が採用されてもよい。
【０１７１】
前述の第９実施形態〜第１６実施形態では、相対位置演算部１２５が、筐体１０２の内部空間に設けられた構造について説明した。しかし、筐体１０２の内部空間内に相対位置演算部１２５を備えない構造の変位センサが採用されてもよい。この場合、光電変換信号ＳＡ２を外部配線１０４によって筐体１０２の外側に取り出し、筐体１０２の外側に設けられた相対位置演算部１２５に伝達するようにしてもよい。
【０１７２】
第９実施形態〜第１６実施形態に係る直線変位センサ１０１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，１９８，１９９は、建設機械、資源掘削機械、産業用機械、食品用機械、農業用機械、医療機器、光学機器、電気機器、道路車両、鉄道車両、船舶、航空機等に組み込むことができる他、種々のアプリケーションに適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【０１７３】
本発明に係る変位センサは、直線変位センサに限らず、湾曲した形状の磁電変換素子アレイ３０を設けることによって、当該湾曲した形状の磁電変換素子アレイ３０に沿って移動する磁気発生源２１の筐体２に対する相対位置を検出する変位センサであってもよい。本発明に係る変位センサは、たとえば、円環状の磁電変換素子アレイ３０を設けることによって、当該円環状の磁電変換素子アレイ３０に沿って移動する磁気発生源２１の筐体２に対する相対位置を検出する変位センサであってもよい。
【０１７４】
本発明に係る変位センサは、直線変位センサに限らず、湾曲した形状の光電変換素子アレイ１３０を設けることによって、当該湾曲した形状の光電変換素子アレイ１３０に沿って移動する光源１２１の筐体１０２に対する相対位置を検出する変位センサであってもよい。本発明に係る変位センサは、たとえば、円環状の光電変換素子アレイ１３０を設けることによって、当該円環状の光電変換素子アレイ１３０に沿って移動する光源１２１の筐体１０２に対する相対位置を検出する変位センサであってもよい。
【０１７５】
以下、この明細書および図面から抽出される特徴の例を示す。
項１：ベース部材と、前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた磁気発生源と、前記ベース部材に対する前記磁気発生源からの磁束の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を磁電変換信号として出力する磁電変換手段とを含む、変位センサ。
項１に係る変位センサでは、磁電変換手段が、磁気発生源からの磁束の変化量を当該磁電変換手段の物理的な変化量として直接出力するのではなく、ベース部材に対する磁気発生源の磁束の分布を電気信号に変換して、当該電気信号を磁電変換信号として出力する。これにより、磁電変換信号の波形から磁気発生源の磁束の分布を取得できるから、当該磁電変換信号の波形に基づいて磁気発生源の位置を割り出すことができる。
【０１７６】
ベース部材に対する磁気発生源からの磁束の分布は、磁気発生源からベース部材に与えられる磁界の強さで定まる。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して磁気発生源からの磁界が変動したとしても、磁気発生源からベース部材に与えられる磁束の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。磁電変換信号も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、当該磁電変換信号の波形に基づいて割り出される磁気発生源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
【０１７７】
項２：前記磁電変換手段は、アレイ状に配列された複数の磁電変換素子を有する磁電変換素子アレイを含み、前記磁電変換素子アレイのアレイ方向に沿う磁束の分布を電気信号に変換する、項１に記載の変位センサ。
項２に記載の変位センサでは、磁電変換素子アレイのアレイ方向に沿う磁束の分布を、複数の磁電変換素子の個数に基づいた分解能で検出することができる。変位センサの使用環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の磁電変換素子が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が磁電変換素子毎に大きく異なることを抑制できる。しかも、複数の磁電変換素子で生じる誤差は感度変化によるものが殆であるから、変位センサの使用環境の変化に起因して磁電変換素子の感度が変動したとしても、磁電変換手段から出力される磁電変換信号は、その波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【０１７８】
よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、磁電変換信号の波形に基づいて割り出される磁気発生源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
項３：前記磁電変換素子アレイは、少なくとも前記磁気発生源が移動可能な可動範囲内において、前記磁気発生源の移動方向に沿って延びるように設けられている、項２に記載の変位センサ。
【０１７９】
項４：前記磁電変換素子アレイは、前記磁気発生源の前記可動範囲内の領域に加えて、前記磁気発生源の前記可動範囲外の領域にも設けられている、項３に記載の変位センサ。
項５：前記磁電変換素子アレイは、前記磁気発生源の前記可動範囲外の領域において、前記磁気発生源の移動方向に沿って延びている、項４に記載の変位センサ。
項６：前記ベース部材は、直線状に延びるように形成されており、
前記磁気発生源は、前記ベース部材が延びる直線方向に沿って当該ベース部材に対して相対移動可能に設けられており、前記磁電変換素子アレイは、前記磁気発生源と対向可能に前記直線方向に沿って延びている、項２〜５のいずれか一項に記載の変位センサ。
【０１８０】
項７：前記磁電変換素子は、ホール素子、ＭＲ（Magneto Resistive）素子およびＭＩ（Magneto Impedance）素子を含む群から選択される少なくとも１つの素子を含む、項２〜６のいずれか一項に記載の変位センサ。
項８：前記磁電変換手段は、複数の前記磁電変換素子から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込んで転送する電荷転送手段と、前記電荷転送手段から転送された蓄積電荷を電気信号に変換し、前記磁電変換信号として出力する出力手段とを含む、項２〜７のいずれか一項に記載の変位センサ。
【０１８１】
項９：前記電荷転送手段は、シフトレジスタを含む、項８に記載の変位センサ。
項１０：前記電荷転送手段は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）シフトレジスタを含む、項８または９に記載の変位センサ。
項１１：前記磁電変換手段と同一構造を有し、かつ前記磁電変換手段から独立して制御可能な補助磁電変換手段をさらに含む、項１〜１０のいずれか一項に記載の変位センサ。
【０１８２】
項１２：前記磁電変換手段から出力される前記磁電変換信号に基づいて、前記ベース部材に対する前記磁気発生源の相対位置を演算する相対位置演算手段をさらに含む、項１〜１１のいずれか一項に記載の変位センサ。
項１３：前記磁電変換信号は、ピーク値を有し、かつ前記磁気発生源からの磁束の分布に対応する凸状の波形を有しており、前記相対位置演算手段は、前記ピーク値以下の値に設定された閾値を用いて、前記磁電変換信号における前記閾値以上かつ前記ピーク値以下の値から前記ベース部材に対する前記磁気発生源の相対位置を演算する、項１２に記載の変位センサ。
【０１８３】
項１４：前記磁電変換信号は、前記ピーク値に向かって上昇する第１領域と、前記ピーク値から下降する第２領域とを有し、前記相対位置演算手段は、前記磁電変換信号の前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて前記閾値となる第１位置および第２位置を求め、前記磁電変換信号における前記第１位置および前記第２位置の間の中間領域を、前記ベース部材に対する前記磁気発生源の相対位置として演算する、項１３に記載の変位センサ。
【０１８４】
項１５：前記相対位置演算手段は、前記磁電変換手段からの前記磁電変換信号を２値化することにより、２値化信号を生成する２値化信号生成手段、および、前記２値化信号の中間領域を前記磁気発生源の相対位置として判定する相対位置判定手段を含む、項１２に記載の変位センサ。
項１６：前記磁電変換信号は、ピーク値と、前記ピーク値に向かって上昇する第１領域と、前記ピーク値から下降する第２領域とを有し、かつ前記磁気発生源からの磁束の分布に対応する凸状の波形を有しており、前記２値化信号生成手段は、前記ピーク値以下の値に設定された閾値を用いて、前記磁電変換信号における前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて前記閾値となる第１位置および第２位置を求め、前記第１位置および前記第２位置で前記磁電変換信号を２値化することにより、方形波状の前記２値化信号を生成し、前記相対位置判定手段は、前記２値化信号における前記第１位置および前記２値化信号の前記第２位置との間の中間領域を、前記ベース部材に対する前記磁気発生源の相対位置として判定する、項１５に記載の変位センサ。
【０１８５】
項１７：ベース部材と、前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた磁気発生源と、アレイ状に配列された複数の磁電変換素子を有する磁電変換素子アレイ、複数の前記磁電変換素子から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込んで転送する電荷転送手段、および、前記電荷転送手段から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して出力する出力手段を含み、前記磁気発生源からの磁束の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を磁電変換信号として出力する磁電変換手段とを含む、変位センサ。
【０１８６】
項１７に係る変位センサでは、磁電変換手段が、磁気発生源からの磁束の変化量を当該磁電変換手段の物理的な変化量として直接出力するのではなく、ベース部材に対する磁気発生源の磁束の分布を電気信号に変換して、当該電気信号を磁電変換信号として出力する。これにより、磁電変換信号の波形から磁気発生源の磁束の分布を取得できるから、当該磁電変換信号の波形に基づいて磁気発生源の位置を割り出すことができる。
【０１８７】
ベース部材に対する磁気発生源からの磁束の分布は、磁気発生源からベース部材に与えられる磁界の強さで定まる。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して磁気発生源からの磁界が変動したとしても、磁気発生源からベース部材に与えられる磁束の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。したがって、磁電変換信号も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【０１８８】
これに加えて、項１７に係る変位センサは、複数の磁電変換素子を有する磁電変換素子アレイを含む。これにより、磁電変換素子アレイのアレイ方向に沿う磁束の分布を、複数の磁電変換素子の個数に基づいた分解能で検出することができる。変位センサの使用環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の磁電変換素子が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が磁電変換素子毎に大きく異なることを抑制できる。しかも、複数の磁電変換素子で生じる誤差は感度変化によるものが殆であるから、変位センサの使用環境の変化に起因して磁電変換素子の感度が変動したとしても、磁電変換手段から出力される磁電変換信号は、その波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【０１８９】
よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、磁電変換信号の波形に基づいて割り出される磁気発生源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
項１８：前記磁電変換手段から出力される前記磁電変換信号に基づいて、前記ベース部材に対する前記磁気発生源の相対位置を演算する相対位置演算手段をさらに含む、項１７に記載の変位センサ。
【０１９０】
項１９：前記ベース部材は、直線状に延びるように形成されており、前記磁気発生源は、前記ベース部材が延びる直線方向に沿って当該ベース部材に対して相対移動可能に設けられており、前記磁電変換素子アレイは、少なくとも前記磁気発生源が移動可能な可動範囲内において前記直線方向に沿って延びるように設けられている、項１７または１８に記載の変位センサ。
【０１９１】
項２０：前記ベース部材は、内部空間を有する筒状の筐体であり、前記磁気発生源および前記磁電変換手段は、前記筐体内に収容されている、項１７〜１９のいずれか一項に記載の変位センサ。
項２１：ベース部材と、前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた光源と、前記ベース部材に対する前記光源からの光の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を光電変換信号として出力する光電変換手段とを含む、変位センサ。
【０１９２】
項２１に係る変位センサでは、光電変換手段が、光源からの光の変化量を当該光電変換手段の物理的な変化量として直接出力するのではなく、ベース部材に対する光源の光の分布を電気信号に変換して、当該電気信号を光電変換信号として出力する。これにより、光電変換信号の波形から光源の光の分布を取得できるから、当該光電変換信号の波形に基づいて光源の位置を割り出すことができる。
【０１９３】
ベース部材に対する光源からの光の分布は、光源からベース部材に与えられる光の強さで定まる。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して光源からの光の強さが変動したとしても、光源からベース部材に与えられる光の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。光電変換信号も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、当該光電変換信号の波形に基づいて割り出される光源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
【０１９４】
項２２：前記光電変換手段は、アレイ状に配列された複数の光電変換素子を有する光電変換素子アレイを含み、前記光電変換素子アレイのアレイ方向に沿う光の分布を電気信号に変換する、項２１に記載の変位センサ。
項２２に係る変位センサでは、光電変換素子アレイのアレイ方向に沿う光の分布を、複数の光電変換素子の個数に基づいた分解能で検出することができる。変位センサの使用環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の光電変換素子が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が光電変換素子毎に大きく異なることを抑制できる。しかも、複数の光電変換素子で生じる誤差は感度変化によるものが殆であるから、変位センサの使用環境の変化に起因して光電変換素子の感度が変動したとしても、光電変換手段から出力される光電変換信号は、その波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【０１９５】
よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、光電変換信号の波形に基づいて割り出される光源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
項２３：前記光電変換素子アレイは、少なくとも前記光源が移動可能な可動範囲内において、前記光源の移動方向に沿って延びるように設けられている、項２２に記載の変位センサ。
【０１９６】
項２４：前記光電変換素子アレイは、前記光源の前記可動範囲内の領域に加えて、前記光源の前記可動範囲外の領域にも設けられている、項２３に記載の変位センサ。
項２５：前記光電変換素子アレイは、前記光源の前記可動範囲外の領域において、前記光源の移動方向に沿って延びている、項２４に記載の変位センサ。
項２６：前記ベース部材は、直線状に延びるように形成されており、
前記光源は、前記ベース部材が延びる直線方向に沿って当該ベース部材に対して相対移動可能に設けられており、
前記光電変換素子アレイは、前記光源と対向可能に前記直線方向に沿って延びている、項２２〜２５のいずれか一項に記載の変位センサ。
【０１９７】
項２７：前記光電変換素子は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電池および光電管を含む群から選択される少なくとも１つの素子を含む、項２２〜２６のいずれか一項に記載の変位センサ。
項２８：前記光電変換手段は、複数の前記光電変換素子から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込んで転送する電荷転送手段と、前記電荷転送手段から転送された蓄積電荷を電気信号に変換し、前記光電変換信号として出力する出力手段とを含む、項２２〜２７のいずれか一項に記載の変位センサ。
【０１９８】
項２９：前記電荷転送手段は、シフトレジスタを含む、項２８に記載の変位センサ。
項３０：前記電荷転送手段は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）シフトレジスタを含む、項２８または２９に記載の変位センサ。
項３１：前記光電変換手段と同一構造を有し、かつ前記光電変換手段から独立して制御可能な補助光電変換手段をさらに含む、項２１〜３０のいずれか一項に記載の変位センサ。
【０１９９】
項３２：前記光電変換手段から出力される前記光電変換信号に基づいて、前記ベース部材に対する前記光源の相対位置を演算する相対位置演算手段をさらに含む、項２１〜３１のいずれか一項に記載の変位センサ。
項３３：前記光電変換信号は、ピーク値を有し、かつ前記光源からの光の分布に対応する凸状の波形を有しており、前記相対位置演算手段は、前記ピーク値以下の値に設定された閾値を用いて、前記光電変換信号における前記閾値以上かつ前記ピーク値以下の領域から前記ベース部材に対する前記光源の相対位置を演算する、項３２に記載の変位センサ。
【０２００】
項３４：前記光電変換信号は、前記ピーク値に向かって上昇する第１領域と、前記ピーク値から下降する第２領域とを有し、前記相対位置演算手段は、前記光電変換信号の前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて前記閾値となる第１位置および第２位置を求め、前記光電変換信号において前記第１位置および前記第２位置の間の中間領域を、前記ベース部材に対する前記光源の相対位置として演算する、項３３に記載の変位センサ。
【０２０１】
項３５：前記相対位置演算手段は、前記光電変換手段からの前記光電変換信号を２値化することにより、２値化信号を生成する２値化信号生成手段、および、前記２値化信号の中間領域を前記光源の相対位置として判定する相対位置判定手段を含む、項３２に記載の変位センサ。
項３６：前記光電変換信号は、ピーク値と、前記ピーク値に向かって上昇する第１領域と、前記ピーク値から下降する第２領域とを有し、かつ前記光源からの光の分布に対応する凸状の波形を有しており、前記２値化信号生成手段は、前記ピーク値以下の値に設定された閾値を用いて、前記光電変換信号の前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおいて前記閾値となる第１位置および第２位置を求め、前記第１位置および前記第２位置で前記光電変換信号を２値化することにより、方形波状の前記２値化信号を生成し、前記相対位置判定手段は、前記２値化信号の前記第１位置と、前記２値化信号の前記第２位置との間の中間領域を、前記ベース部材に対する前記光源の相対位置として判定する、項３５に記載の変位センサ。
【０２０２】
項３７：ベース部材と、前記ベース部材に対して相対移動可能に設けられた光源と、アレイ状に配列された複数の光電変換素子を有する光電変換素子アレイ、複数の前記光電変換素子から出力される電気信号をそれぞれ蓄積電荷として取り込んで転送する電荷転送手段、および、前記電荷転送手段から転送された蓄積電荷を電気信号に変換して出力する出力手段を含み、前記光源からの光の分布を電気信号に変換し、当該電気信号を光電変換信号として出力する光電変換手段とを含む、変位センサ。
【０２０３】
項３７に係る変位センサでは、光電変換手段が、光源からの光の変化量を当該光電変換手段の物理的な変化量として直接出力するのではなく、ベース部材に対する光源の光の分布を電気信号に変換して光電変換信号として出力する。これにより、光電変換信号の波形から光源の光の分布を取得できるから、当該光電変換信号の波形に基づいて光源の位置を割り出すことができる。
【０２０４】
ベース部材に対する光源からの光の分布は、光源からベース部材に与えられる光の強さで定まる。したがって、変位センサの使用環境の変化に起因して光源からの光の強さが変動したとしても、光源からベース部材に与えられる光の分布は、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。光電変換信号も、波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【０２０５】
これに加えて、項３７に係る変位センサは、複数の光電変換素子を有する光電変換素子アレイを含む。これにより、光電変換素子アレイのアレイ方向に沿う光の分布を、複数の光電変換素子の個数に基づいた分解能で検出することができる。変位センサの使用環境が変化したとしても、当該変化後の環境下で複数の光電変換素子が動作するから、当該使用環境の変化に伴う誤差が光電変換素子毎に大きく異なることを抑制できる。しかも、複数の光電変換素子で生じる誤差は感度変化によるものが殆であるから、変位センサの使用環境の変化に起因して光電変換素子の感度が変動したとしても、光電変換手段から出力される光電変換信号は、その波高値がほぼ相似形となる態様で変動することになる。
【０２０６】
よって、変位センサの使用環境の変化の前後において、光電変換信号の波形に基づいて割り出される光源の位置に誤差が生じるのを抑制できる。これにより、高精度化に寄与できる変位センサを提供することができる。
項３８：前記光電変換手段から出力される前記光電変換信号に基づいて、前記ベース部材に対する前記光源の相対位置を演算する相対位置演算手段をさらに含む、項３７に記載の変位センサ。
【０２０７】
項３９：前記ベース部材は、直線状に延びるように形成されており、前記光源は、前記ベース部材が延びる直線方向に沿って当該ベース部材に対して相対移動可能に設けられており、前記光電変換素子アレイは、少なくとも前記光源が移動可能な可動範囲内において前記直線方向に沿って延びるように設けられている、項３７または３８に記載の変位センサ。
【０２０８】
項４０：前記ベース部材は、内部空間を有する筒状の筐体であり、前記光源および前記光電変換手段は、前記筐体内に収容されている、項３７〜３９のいずれか一項に記載の変位センサ。
【符号の説明】
【０２０９】
１        直線変位センサ（変位センサ）
２        筐体（ベース部材）
２１      磁気発生源（電磁波発生源）
２４      磁電変換部（磁電変換手段）
２５      相対位置演算部（相対位置演算手段）
２７      磁気発生源の可動範囲
３０      磁電変換素子アレイ
３２      シフトレジスタ（電荷転送手段）
３３      電荷電圧変換部（電荷電圧変換手段）
３４      磁電変換素子
４２      相対位置判定部（相対位置判定手段）
５１      直線変位センサ（変位センサ）
６１      直線変位センサ（変位センサ）
７１      直線変位センサ（変位センサ）
８１      直線変位センサ（変位センサ）
９１      直線変位センサ（変位センサ）
９８      直線変位センサ（変位センサ）
９９      直線変位センサ（変位センサ）
ＳＡ１    磁電変換信号
ＰＡ１    磁電変換信号の第１位置
ＰＢ１    磁電変換信号の第２位置
ＰＣ１    磁電変換信号の中間位置
ＶＡ１    磁電変換信号の第１領域
ＶＢ１    磁電変換信号の第２領域
ＶＰ１    磁電変換信号のピーク値
Ｖｔｈ１  磁電変換信号に対する閾値
１０１    直線変位センサ（変位センサ）
１０２    筐体（ベース部材）
１２１    光源（電磁波発生源）
１２４    光電変換部（光電変換手段）
１２５    相対位置演算部（相対位置演算手段）
１２７    光源の可動範囲
１３０    光電変換素子アレイ
１３２    シフトレジスタ（電荷転送手段）
１３３    電荷電圧変換部（電荷電圧変換手段）
１３４    光電変換素子
１４２    相対位置判定部（相対位置判定手段）
１５１    直線変位センサ（変位センサ）
１６１    直線変位センサ（変位センサ）
１７１    直線変位センサ（変位センサ）
１８１    直線変位センサ（変位センサ）
１９１    直線変位センサ（変位センサ）
１９８    直線変位センサ（変位センサ）
１９９    直線変位センサ（変位センサ）
ＳＡ２    光電変換信号
ＰＡ２    光電変換信号の第１位置
ＰＢ２    光電変換信号の第２位置
ＰＣ２    光電変換信号の中間位置
ＶＡ２    光電変換信号の第１領域
ＶＢ２    光電変換信号の第２領域
ＶＰ２    光電変換信号のピーク値
Ｖｔｈ２  光電変換信号に対する閾値
【図１】
2018072113.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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