JP2000227318A - 角度検出センサ機構 - Google Patents
角度検出センサ機構Info
- Publication number
- JP2000227318A JP2000227318A JP11065387A JP6538799A JP2000227318A JP 2000227318 A JP2000227318 A JP 2000227318A JP 11065387 A JP11065387 A JP 11065387A JP 6538799 A JP6538799 A JP 6538799A JP 2000227318 A JP2000227318 A JP 2000227318A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- psd
- light
- angle
- disc
- disk
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】小型化でダイナミックレンジが大きくかつ高精
度でアブソリュートの出力が得られる角度センサを提供
する。 【構成】角度と半径方向変位が線形関係を有するよう極
座標に変換した円盤とその円盤側面にＬＤなどの光源か
らの光を入射し、その反射光を位置検出素子であるＰＳ
Ｄ面上に結像する光学系より構成した角度検出センサ機
構。
度でアブソリュートの出力が得られる角度センサを提供
する。 【構成】角度と半径方向変位が線形関係を有するよう極
座標に変換した円盤とその円盤側面にＬＤなどの光源か
らの光を入射し、その反射光を位置検出素子であるＰＳ
Ｄ面上に結像する光学系より構成した角度検出センサ機
構。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は位置検出素子ＰＳＤを用
いた角度検出センサ機構に関するものである。
いた角度検出センサ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】角度検出器としては、ポテンショメー
タ、レゾルバ、光エンコーダなど大きく分けて３方式が
ある。ポテンショメータは抵抗体を円形に配置し、円の
中心にブラシを置きこれを回転して回転角の変化に伴う
抵抗変化を電圧として読みとる。レゾルバは電磁誘導現
象を利用したもので１次コイルと２次コイルとを機械角
９０度の位相差を設けて配置する。このときロータの回
転角によって生ずる１次コイルと２次コイルの位相角を
検出するがこれはモータの構造原理を適用したものであ
る。
タ、レゾルバ、光エンコーダなど大きく分けて３方式が
ある。ポテンショメータは抵抗体を円形に配置し、円の
中心にブラシを置きこれを回転して回転角の変化に伴う
抵抗変化を電圧として読みとる。レゾルバは電磁誘導現
象を利用したもので１次コイルと２次コイルとを機械角
９０度の位相差を設けて配置する。このときロータの回
転角によって生ずる１次コイルと２次コイルの位相角を
検出するがこれはモータの構造原理を適用したものであ
る。
【０００３】一方光エンコーダにはインクリメンタル方
式とアブソリュート方式があり、前者は円周上にｎ個の
スリットを設け３６０度／ｎでパルスを計数し離散的に
角度を読みとる。これは相対的な角度の検出である。後
者は角度そのものの値を示すよう円盤の半径方向に２進
符号化されたスリットを配置する。例えばｎビットの符
号化を行うには、ｎ個の独立したスリットを半径方向に
設け、それぞれに対応した一対の受発光検出素子を用意
して角度の値を検出する。分解能をあげるには符号化す
る検出素子がビット数に比例して多くなり全体の構成も
小型化には適さない。
式とアブソリュート方式があり、前者は円周上にｎ個の
スリットを設け３６０度／ｎでパルスを計数し離散的に
角度を読みとる。これは相対的な角度の検出である。後
者は角度そのものの値を示すよう円盤の半径方向に２進
符号化されたスリットを配置する。例えばｎビットの符
号化を行うには、ｎ個の独立したスリットを半径方向に
設け、それぞれに対応した一対の受発光検出素子を用意
して角度の値を検出する。分解能をあげるには符号化す
る検出素子がビット数に比例して多くなり全体の構成も
小型化には適さない。
【０００４】以上それぞれの方式は適用目的によって使
用されるが角度検出の高精度化、構造上の小型化は難し
い。
用されるが角度検出の高精度化、構造上の小型化は難し
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の技術では光走査駆動部と直接結合して幅広い角度の検
出する場合、小型化が難しい、ダイナミックレンジが大
きくかつ高精度の出力が得られないなどの問題がある。
さらにはインクリメンタルエンコーダの事例のようにア
ブソリュートの出力が直ちに求められないなどの問題も
ある。
の技術では光走査駆動部と直接結合して幅広い角度の検
出する場合、小型化が難しい、ダイナミックレンジが大
きくかつ高精度の出力が得られないなどの問題がある。
さらにはインクリメンタルエンコーダの事例のようにア
ブソリュートの出力が直ちに求められないなどの問題も
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの問題を
解決するため、以下のような構成にしたものである。す
なわち、角度と半径方向変位が線形関係で変換されたプ
ロフィルを有する円盤においてＬＤなどの光源からの光
を円盤の側面に入射反射させる。次に円盤側面から反射
した光は、結像レンズ等で構成された光学系に入射し、
光学系の背後に設定した位置検出素子であるＰＳＤ面上
に円盤の回転角に応じて位置の変化として結像される。
以上のように構成したことを特徴とする角度検出センサ
機構である。
解決するため、以下のような構成にしたものである。す
なわち、角度と半径方向変位が線形関係で変換されたプ
ロフィルを有する円盤においてＬＤなどの光源からの光
を円盤の側面に入射反射させる。次に円盤側面から反射
した光は、結像レンズ等で構成された光学系に入射し、
光学系の背後に設定した位置検出素子であるＰＳＤ面上
に円盤の回転角に応じて位置の変化として結像される。
以上のように構成したことを特徴とする角度検出センサ
機構である。
【０００７】
【作用】角度と半径方向変位が極座標に変換されたプロ
フィルを有する円盤がある。ＬＤなどの光源から出射さ
れた光は、この円盤の側面に入射し反射される。この反
射光は所定位置に設定された反射鏡によって光路が変換
され結像レンズからなる光学系に入射される。さらに結
像レンズ系に入射した光は背後に設定された位置検出素
子のＰＳＤ面上に像が形成される。
フィルを有する円盤がある。ＬＤなどの光源から出射さ
れた光は、この円盤の側面に入射し反射される。この反
射光は所定位置に設定された反射鏡によって光路が変換
され結像レンズからなる光学系に入射される。さらに結
像レンズ系に入射した光は背後に設定された位置検出素
子のＰＳＤ面上に像が形成される。
【０００８】ところで図示しない駆動系により円盤が回
転すると円盤の反射面には図の上下方向の半径方向変位
が与えられる。この半径方向変位による光束の変化は結
像レンズ系に入射した後三角測量法の原理に基づいて位
置検出素子のＰＳＤ面上で位置の変化として結像され
る。
転すると円盤の反射面には図の上下方向の半径方向変位
が与えられる。この半径方向変位による光束の変化は結
像レンズ系に入射した後三角測量法の原理に基づいて位
置検出素子のＰＳＤ面上で位置の変化として結像され
る。
【０００９】このようにして円盤の回転角は位置検出素
子のＰＳＤ面上で位置の変化として求められ、角度に比
例したアナログ出力として計測できる。
子のＰＳＤ面上で位置の変化として求められ、角度に比
例したアナログ出力として計測できる。
【００１０】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の基本となる角度と半径方向変位との
関係を示す線図である。半径方向変位ｈと角度θは比例
関係にあり角度πすなわち１８０度で最大変位はＨとす
る。この変位関数をｆ（θ）とすればπ≦θ≦２πで関
数はｆ（２π−θ）である。変位ｈは０≦θ≦πでθに
比例して増加し、π≦θ≦２πでは減少する。図１の線
図を極座標に変換するとｈ＝Ｈθ／π＋Ｒｏで表され
る。ここでＲｏは基礎円である。
る。図１は本発明の基本となる角度と半径方向変位との
関係を示す線図である。半径方向変位ｈと角度θは比例
関係にあり角度πすなわち１８０度で最大変位はＨとす
る。この変位関数をｆ（θ）とすればπ≦θ≦２πで関
数はｆ（２π−θ）である。変位ｈは０≦θ≦πでθに
比例して増加し、π≦θ≦２πでは減少する。図１の線
図を極座標に変換するとｈ＝Ｈθ／π＋Ｒｏで表され
る。ここでＲｏは基礎円である。
【００１１】図２は図１の線図を極座標に変換して表示
した円盤２のプロフィルである。図２で示すように円盤
２がθ方向に回転すると矢印のごとくに入射した光はこ
の円盤２のプロフィルに沿って反射面の位置が半径方向
に変化することになる。
した円盤２のプロフィルである。図２で示すように円盤
２がθ方向に回転すると矢印のごとくに入射した光はこ
の円盤２のプロフィルに沿って反射面の位置が半径方向
に変化することになる。
【００１２】図３は図２で示した円盤を用いて角度を検
出する構成実施例である。図３に従ってその動作内容を
説明する。ＬＤ光源１は筐体９に固定されている。ＬＤ
１から出射された光はレンズ１ａで集光され円盤２の側
面２ａで反射される。円盤２は駆動系の軸８に直結され
ている。
出する構成実施例である。図３に従ってその動作内容を
説明する。ＬＤ光源１は筐体９に固定されている。ＬＤ
１から出射された光はレンズ１ａで集光され円盤２の側
面２ａで反射される。円盤２は駆動系の軸８に直結され
ている。
【００１３】円盤２の側面２ａで反射された光は反射鏡
３、４によって中心部に導かれる。導かれる光は結像レ
ンズ系５で集光され、背後に設置された位置検出素子Ｐ
ＳＤ６に像が形成される。ＰＳＤ６は筐体９の中心部に
固定され、一方反射鏡４と結像レンズ系５とは治具１０
によって保持され筐体９に取り付けられる。また治具１
０の窓７は円盤２からの反射光を結像レンズ系に導入す
る穴である。
３、４によって中心部に導かれる。導かれる光は結像レ
ンズ系５で集光され、背後に設置された位置検出素子Ｐ
ＳＤ６に像が形成される。ＰＳＤ６は筐体９の中心部に
固定され、一方反射鏡４と結像レンズ系５とは治具１０
によって保持され筐体９に取り付けられる。また治具１
０の窓７は円盤２からの反射光を結像レンズ系に導入す
る穴である。
【００１４】図示されない駆動系から円盤２に回転が伝
達されると円盤２の側面２ａは図１の線図に沿って矢印
のごとく運動する。すなわちＬＤ光源１からの光は円盤
２の運動によって反射位置が変化し、結像レンズ系５に
よって形成される像は位置検出素子ＰＳＤ６上の位置変
化として与えられ、その出力信号は角度として計測する
ことができる。
達されると円盤２の側面２ａは図１の線図に沿って矢印
のごとく運動する。すなわちＬＤ光源１からの光は円盤
２の運動によって反射位置が変化し、結像レンズ系５に
よって形成される像は位置検出素子ＰＳＤ６上の位置変
化として与えられ、その出力信号は角度として計測する
ことができる。
【００１５】次に円盤２の回転角がπ≦θ≦２πの範囲
にあるとき、位置検出素子ＰＳＤの出力はｆ（２π−
θ）として求められる。θ＝πなる位置を図示しない検
出方法で得ることは容易に可能である。従ってπ≦θ≦
２πの角度の値を検出するにはθ＝πなる位置をトリガ
ー信号として用い、２ｆ（π）−ｆ（２π−θ）なる演
算を行えば良い。以上の方法によって０≦θ≦２πのす
べての角度変化を検出、測定ができる。
にあるとき、位置検出素子ＰＳＤの出力はｆ（２π−
θ）として求められる。θ＝πなる位置を図示しない検
出方法で得ることは容易に可能である。従ってπ≦θ≦
２πの角度の値を検出するにはθ＝πなる位置をトリガ
ー信号として用い、２ｆ（π）−ｆ（２π−θ）なる演
算を行えば良い。以上の方法によって０≦θ≦２πのす
べての角度変化を検出、測定ができる。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように広い範囲の角
度を所定の形状を有する円盤と結像光学系および位置検
出素子ＰＳＤとの組合せからなる簡易な構成で高精度に
角度の検出ができる。また若干の電気的演算処理によっ
て検出角度をアブソリュートとして計測表現することも
可能である。
度を所定の形状を有する円盤と結像光学系および位置検
出素子ＰＳＤとの組合せからなる簡易な構成で高精度に
角度の検出ができる。また若干の電気的演算処理によっ
て検出角度をアブソリュートとして計測表現することも
可能である。
【図１】本発明の角度と半径方向変位の線図
【図２】図１の関係を極座標に変化した円盤の外形プロ
フィル図
フィル図
【図３】図２の円盤を用いて構成した角度検出センサ構
成図
成図
１ 半導体レーザ光源 １ａ レンズ ２ 円盤 ２ａ 円盤側面 ３，４ ミラー ５ 結像レンズ系 ６ ＰＳＤ ７ 窓 ８ 軸 ９ 筐体 １０ 治具
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA09 AA31 AA39 BB03 BB05 BB16 DD02 FF09 FF17 FF19 GG06 GG12 HH13 JJ01 JJ08 JJ16 LL04 LL12 PP13 2F103 BA41 BA43 CA01 CA03 DA08 EA05 EA12 EA13 EB02 EB13 EB27 EB32 EC01 EC11
Claims (1)
- 【請求項１】角度と半径方向変位が線形関係を有するよ
う極座標に変換した円盤とその円盤側面にＬＤなどの光
源からの光を入射し、その反射光を位置検出素子である
ＰＳＤ面上に結像する光学系より構成した角度検出セン
サ機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11065387A JP2000227318A (ja) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | 角度検出センサ機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11065387A JP2000227318A (ja) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | 角度検出センサ機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000227318A true JP2000227318A (ja) | 2000-08-15 |
Family
ID=13285538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11065387A Pending JP2000227318A (ja) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | 角度検出センサ機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000227318A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103134447A (zh) * | 2012-08-30 | 2013-06-05 | 长春理工大学 | 基于双psd的激光空间角修正装置 |
| CN105526890A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-04-27 | 国家电网公司 | 一种手车开关柜触头对中度测量装置及方法 |
-
1999
- 1999-02-04 JP JP11065387A patent/JP2000227318A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103134447A (zh) * | 2012-08-30 | 2013-06-05 | 长春理工大学 | 基于双psd的激光空间角修正装置 |
| CN105526890A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-04-27 | 国家电网公司 | 一种手车开关柜触头对中度测量装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7482575B2 (en) | Rotary optical encoder employing multiple subencoders with common reticle substrate | |
| EP1760435B1 (en) | Optical encoder and apparatus using optical encoder | |
| EP0361457B1 (en) | Method and apparatus for detecting a reference position of a rotating scale | |
| JP2009294073A (ja) | アブソリュートエンコーダ | |
| US10094684B2 (en) | Method of manufacturing rotary scale, rotary scale, rotary encoder, driving apparatus, image pickup apparatus and robot apparatus | |
| EP1010967A2 (en) | Encoder for providing incremental and absolute position data | |
| JPH02285214A (ja) | 測長器及びそれに用いるスケール部材 | |
| CN105180842A (zh) | 一种新型光臂放大式高精度角度传感器及测量方法 | |
| JPH07335962A (ja) | 光ビーム走査装置 | |
| JPH08178700A (ja) | インクリメンタルエンコーダ | |
| US9035232B2 (en) | Method for working out the eccentricity and the angular position of a rotating element and device for carrying out such a method | |
| JP5200778B2 (ja) | 直動回転モータの位置検出装置および直動回転モータ | |
| CN105180843A (zh) | 一种连续增量式光臂放大型高精度角度传感器及测量方法 | |
| CN204854659U (zh) | 新型光臂放大式高精度角度传感器 | |
| CN112729172B (zh) | 一种编码器码盘偏心检测设备以及偏心调节方法 | |
| CN111964699A (zh) | 一种基于图像识别的高精度编码器及其实现方法 | |
| CN204854658U (zh) | 连续增量式光臂放大型高精度角度传感器 | |
| JP2000227318A (ja) | 角度検出センサ機構 | |
| US20150123587A1 (en) | Encoder, motor with encoder, and servo system | |
| JPH06100467B2 (ja) | 近接センサ | |
| JP2003279383A (ja) | 光学式エンコーダ | |
| CN113541406A (zh) | 一种高精度振镜电机反馈系统及其设计方法 | |
| JP2533694B2 (ja) | 光ビ―ム走査型距離測定方法 | |
| JP2736924B2 (ja) | 位置検出装置 | |
| JPH0861917A (ja) | 位置検知装置 |