JP2005127971A - 角度検出装置およびこれを用いたスキャン型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】板バネなどの弾性体を用いたスキャン型アクチュエータであっても、精度の高いスキャン角度検出を簡易に行うこと。
【解決手段】固定部１に接続された板バネ２の先端に変形しない可動部３を設け、可動部３の両端に設けられた２相フォトセンサＳＲ，ＳＬと、その下部にスリット４を有したエンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌと、原点センサＳＣと、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬが検知した値および原点センサＳＣのリセットによって得られたカウント値ｎ_A，ｎ_Bと２相フォトセンサＳＲ，ＳＬ間の距離Ｌとをもとに可動部３の角度を算出する処理部１３とを備える。
【選択図】 図４

Description

この発明は、板バネやトーションバーなどの弾性体を介して揺動される可動部の角度を検出する角度検出装置およびこれを用いたスキャン型アクチュエータに関し、特に道路・交通インフラ用のレーザレーダスキャン装置に好適な角度検出装置およびこれを用いたスキャン型アクチュエータに関するものである。

近年、車両の多機能化と交通量の増大とによってドライバの運転負荷は大きく増大している。これに対し、ドライバの負荷軽減と利便性の向上とを図るＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）システムの開発が進んでいる。このＡＣＣシステムを構築するために、車両には、障害物、前方車などの車両、歩行者などを検知するレーダ装置が搭載される場合が多い。この車載用のレーダ装置には、ミリ波や光を用いたスキャン型の装置が多用されている。

スキャン型のレーダ装置には、モータを利用し、レーザ光などを反射して検知方向にスキャンする可動部を、モータを利用してスキャンさせるものがある。たとえば、ＤＣモータとポリゴンミラーとを用いてレーザ光をスキャンしている（非特許文献１参照）。一方、スキャンする可動部と固定部とを板バネによって接続し、この可動部を、ムービングコイルなどを用いてスキャンさせるスキャン型アクチュエータも用いられる。

「ＡＣＣシステム用スキャン式レーザレーダの開発」 大杉ら著、デンソーテクニカルレビューVol.6 No.1 2001 pp.43-48

しかしながら、モータを用いたスキャン型アクチュエータは、スキャン角度検出のために、モータ内蔵のロータリーエンコーダを用いているため、コストアップが避けられないという問題点があった。

一方、板バネを用いたスキャン型アクチュエータでは、光学式距離センサなどによって板バネの変位や可動部の変位を検出し、この検出結果を用いて角度を検出するようにしているため、検出誤差が大きいという問題点があった。

すなわち、光学式距離センサなどの距離センサによってスキャン角度を検出する場合、バネ定数などの機体差、距離センサとスキャン型アクチュエータの可動部との間の距離が無視できないことによる相対誤差、温度特性などの距離センサ自体の検出精度差などによって、大きな検出誤差が生じる。さらに、スキャンされる可動部自体の角度精度、可動部のスキャン型アクチュエータへの取付精度や加工寸法精度も、スキャン角度検出誤差の大きな要因となり、これらが複合した大きな誤差が生じる。

ここで、可動部あるいは板バネが通過する１点あるいは複数点にフォトインタラプタなどの位置センサを設けてスキャン角度を推定することが考えられるが、可動部の動作振幅や軌跡が一定でないため、このような方式によって得られたスキャン角度の精度は低下する。実際に、板バネを用いたスキャン型アクチュエータの可動部の運動は、外乱振動、入力電圧変動、経時変化などによってスキャンのストロークが変動し易い。特に、板バネを用いたスキャン型アクチュエータでは、省電力化を図るため、バネ−マス系の一次共振点付近を利用したスキャンを行う場合があり、この場合におけるスキャンのストローク変動は非常に大きくなる。また、スキャン角度を推定によって求める場合、可動部の角度と可動部の軌跡との相関関係を予め把握しておき、この結果をデータ化して補正する必要があり、このための時間と労力とがかかり、しかもメンテナンス性が悪化するという問題点がある。

一方、この推定方式による問題点を解決するために、可動部の軌跡上にほぼ連続的にエンコーダスリットや磁気スケールなどを配置し、光センサや磁気センサなどを用いてスキャン角度を検出することが考えられるが、この場合、エンコーダモータを用いた場合と同様なコストアップが生じるという問題点があった。すなわち、板バネなどを用いたスキャン型アクチュエータでは、スキャン角度によって可動部の回転中心が移動するため、可動部の軌跡上に配置されるエンコーダスリットの間隔がスキャン角度に対応させて複雑なものとなり、高精度配置が要求され、このエンコーダスリットの間隔誤差が大きなスキャン角度誤差となって現れるという問題点があった。また、この誤差を除くためのキャリブレーション処理などに多大な時間と労力とがかかるという問題点があった。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、板バネなどの弾性体を用いたスキャン型アクチュエータであっても、精度の高いスキャン角度検出を簡易に行うことができる角度検出装置およびこれを用いたスキャン型アクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる角度検出装置は、弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出する第１および第２のセンサと、前記第１および第２のセンサが検知した各変位量と、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出する角度算出手段と、を備えたことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、第１および第２のセンサが、揺動する可動部の変位量を検出し、角度算出手段が、前記第１および第２のセンサが検知した各変位量と、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出するようにし、変則的な動作をする可動部の変位角度を簡易に精度良く検出することができる。

また、請求項２にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記第１および第２のセンサはそれぞれ２相センサであることを特徴とする。

また、請求項３にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記可動部の任意の所定位置を検出する第３のセンサをさらに備え、前記角度算出手段は、前記第１および第２のセンサの検出値をもとに前記可動部の各両端部の動作方向を判別する方向判別手段と、前記第３のセンサの位置検出結果をもとに前記第１および第２のセンサの動作領域を決定する領域決定手段と、を備えたことを特徴とする。

この請求項３の発明によれば、前記角度算出手段は、方向判別手段が、前記第１および第２のセンサの検出値をもとに前記可動部の各両端部の動作方向を判別し、第３のセンサによる可動部の中心位置検出結果をもとに前記第１および第２のセンサの動作領域を決定しているので、可動部のチャタリングによる誤差発生の防止と精度の高い絶対角度検出とを可能にしている。

また、請求項４にかかる角度検出装置は、上記の発明において、少なくとも前記第１および第２のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、前記スリット群は、前記第１のセンサと前記第２のセンサとを結ぶ方向に対して平行に形成されることを特徴とする。

この請求項４の発明によれば、前記エンコーダ板に設けられた前記スリット群を、前記第１のセンサと前記第２のセンサとを結ぶ方向に平行に形成し、簡易な構成によって、精度の高い角度検出を行うことができる。

また、請求項５にかかる角度検出装置は、上記の発明において、少なくとも前記第１および第２のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、前記スリット群は、前記第１のセンサと前記第２のセンサとを結ぶ方向に対して垂直に形成されることを特徴とする。

また、請求項６にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記エンコーダ板は、前記スリット群を介して前記第１および第２のセンサに光を出射する光源を備え、前記第１および第２のセンサは、フォトインタラプタ型のセンサとして機能することを特徴とする。

また、請求項７にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記スリット群は、前記第１および第２のセンサから出射された光を反射あるいは散乱させるスリット状の検出群であり、前記第１および第２のセンサは、フォトリフレクタ型のセンサとして機能することを特徴とする。

また、請求項８にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記スリット群は、スリット状の磁石群であり、前記第１および第２のセンサは、磁気センサとして機能することを特徴とする。

また、請求項９にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記エンコーダ板は、一体成形されることを特徴とする。

この請求項９の発明によれば、前記エンコーダ板が、一体成形されているので、エンコーダ板間の位置ずれによる精度の劣化を防止することができる。

また、請求項１０にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記方向判別手段は、前記２相センサの検出値を４逓倍して検出することを特徴とする。

この請求項１０の発明によれば、前記方向判別手段が、前記２相センサの検出値を４逓倍して検出し、精度の高い位置検出のみならず、方向判別をも可能にし、さらに同じ分解能を得るためにスリット間隔を広げることができるので、簡易な構成によって精度の高い角度検出を行うことができる。

また、請求項１１にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記角度算出手段は、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサとの間の距離の長さ、または前記第１および第２のセンサの角度増大に伴う誤差を補正する補正テーブルをさらに備えたことを特徴とする。

また、請求項１２にかかるスキャン型アクチュエータは、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の角度検出装置と、前記可動部を揺動させる揺動手段と、前記角度検出装置の検出結果をもとに前記揺動手段による揺動を制御する揺動制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項１３にかかるスキャン型アクチュエータは、上記の発明において、たとえば道路・交通インフラ用のレーザレーダスキャン装置として用いられることを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２のセンサが、弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出し、角度算出手段が、前記第１および第２のセンサが検知した各変位量と、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出するようにし、スキャン型アクチュエータの加工精度や、組み付け精度や、板バネやトーションバーなどのバネ定数等の動特性の影響を受けず、変則的な動作をする可動部の角度を簡易かつ精度良く検出することができるという効果を奏する。

また、この発明によれば、角度算出手段は、方向判別手段が、２相センサの検出値をもとに不変形部の各両端部の動作方向を判別し、第３のセンサによる可動部の中心位置検出結果をもとに第１および第２のセンサの動作領域を決定しているので、可動部のチャタリングによる誤差発生の防止と精度の高い絶対角度検出とを行うことができるという効果を奏する。

また、この発明によれば、エンコーダ板に設けられたスリット群を、第１のセンサと第２のセンサとを結ぶ方向に平行に形成し、あるいは垂直に形成するようにしているので、簡易な構成によって、精度の高い角度検出を行うことができるという効果を奏する。

また、この発明によれば、エンコーダ板が、一体成形されているので、エンコーダ板間の位置ずれによる精度の劣化を防止することができるという効果を奏する。

また、この発明によれば、方向判別手段が、２相センサの検出値を４逓倍して検出し、精度の高い位置検出のみならず、方向判別をも可能にし、さらに同じ分解能を得るためにスリット間隔を広げることができるので、簡易な構成によって精度の高い角度検出を行うことができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる角度検出装置およびこれを用いたスキャン型アクチュエータの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である角度検出装置を有したスキャン型アクチュエータの一部構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示したスキャン型アクチュエータの全体概要構成を示す模式図である。このスキャン型アクチュエータは、道路・交通インフラ用のスキャン型アクチュエータであり、スキャン型レーザレーダ装置の一部を構成するものである。

図１および図２において、このスキャン型アクチュエータは、発光部１４から出力されたレーザを反射し、所定角度のスキャンを行う可動部３を有する。可動部３は、弾性体としての板バネ２を介して固定部１に接続される。可動部３は、スキャンするレーザ光の反射方向に対して垂直に配置された板状部材によって構成され、レーザ光の反射面の反対側は、ムービングコイル６が設けられる。ムービングコイル６は、可動部３の軌道を規定し、制御部１１内の駆動部１２から出力された電流値に応じて駆動する。たとえば、駆動部１２が交流電流を出力すると、ムービングコイルが揺動し、これに伴って可動部３が揺動し、レーザ光がスキャンされる。

可動部３の両端の下端部には、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬが設けられ、この２相フォトセンサＳＲ，ＳＬの軌道経路をカバーしたエンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌが設けられる。エンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌには図示しない光源からの光を通過させるスリットが設けられ、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬは、このスリットを通過した光を検出し、エンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌを基準とした移動量を検出する。すなわち、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬは、フォトインタラプタ型のセンサである。

２相フォトセンサＳＲ，ＳＬが検出した値と、板バネ２が変形しない可動部３の原点位置を検出する、後述する原点センサＳＣが検出した値とは、制御部１１の処理部１３に出力され、処理部１３は、これらの値をもとに可動部３の角度を演算出力する。制御部１１は、処理部１３が演算出力した角度をもとに駆動部１２をフィードバック制御する。なお、支持部５は、固定部１およびムービングコイル６をガイドする部分を支持する。

図３は、可動部３の揺動動作を示す模式図である。図３に示すように、可動部３の反射面が、レーザ光がスキャンされる検知方向に対して垂直な状態が基準となる原点位置となる。また、可動部３は、この位置から±θ₀揺動され、板バネ２と可動部３との接続点、すなわち可動部３の中心位置も変化する。

図４は、図１および図２に示したスキャン型アクチュエータの角度検出装置の構成を示すブロック図である。図４において、エンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌは、各２相フォトセンサＳＲ，ＳＬの軌道経路をカバーし、ｘ方向に延びる複数のスリット４がｙ方向に間隔δを持たせて配置される。なお、可動部３の角度が０度の時における板バネ２の先端部分を検出する原点センサＳＣが設けられている。

図５に示すように、エンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌは、複数のスリット４を有するとともに、下部に光源２４を有し、光源からの光は、スリット４から２相フォトセンサＳＲ，ＳＬ側に出力される。

図６は、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬとスリット４との関係を示す図である。図６に示すように、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬは、可動部３の両端に設けられ、それぞれ２つのフォトトランジスタＲａ，Ｒｂ、Ｌａ，Ｌｂを有し、スリット４を介した光を検出した場合に、オン状態となるパルスを出力する。ここで、フォトトランジスタＲａ，ＲｂおよびフォトトランジスタＬａ，Ｌｂは、それぞれ角度０度の状態で、スリット４の長手方向に１／２δの間隔もって垂直に配置される。したがって、可動部３が揺動した場合、フォトトランジスタＲａ，ＲｂおよびフォトトランジスタＬａ，Ｌｂからは、それぞれ９０度の位相差をもったパルスが出力される。ここで、可動部３が反時計回りに移動する場合、フォトトランジスタＲａ，Ｒｂは、フォトトランジスタＲａ，Ｒｂの順序でスリット４からの光を検出し、フォトトランジスタＬａ，Ｌｂは、フォトトランジスタＬａ，Ｌｂの順序でスリット４からの光を検出する。そこで、フォトトランジスタＲａ，Ｌａが検出したパルス信号をａ相信号とし、フォトトランジスタＲｂ，Ｌｂが検出したパルス信号をｂ相信号とする。

図４において、２相フォトセンサＳＲからは、フォトトランジスタＲａからのａ相信号ＳＲａとフォトトランジスタＲｂからのｂ相信号ＳＲｂとが出力され、処理部１３の４逓倍方向弁別部１５Ｒに入力される。一方、２相フォトセンサＳＬからは、フォトトランジスタＬａからのａ相信号ＳＬａとフォトトランジスタＬｂからのｂ相信号ＳＬｂとが出力され、処理部１３の４逓倍方向弁別部１５Ｌに入力される。

４逓倍方向弁別部１５Ｒは、ａ相信号ＳＲａおよびｂ相信号ＳＲｂのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの全ての時点ｔ１〜ｔ４を検出し、４逓倍方向弁別部１５Ｌは、ａ相信号ＳＬａおよびｂ相信号ＳＬｂのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの全ての時点ｔ１〜ｔ４を検出する。ここで、図７に示すようにａ相信号とｂ相信号との間は、９０度の位相差があるので、１周期３６０度の期間において、９０度毎の４つの信号を得ることができ、２フォトセンサＳＲ，ＳＬの位置検出の分解能を４倍に上げることができる。

また、４逓倍方向弁別部１５Ｒ，１５Ｌは、ａ相信号がｂ相信号に対して進んでいる場合（図７（ａ））には、可動部３が反時計回りに移動しているものと判断することができ、この場合、パルスの立ち下がりおよび立ち下がり毎にパルス信号Ｓupをカウンタ１６Ｒ，１６Ｌに出力する。一方、ａ相信号がｂ相信号に対して遅れている場合（図７（ｂ））には、可動部３が時計回りに移動しているものと判断することができ、この場合、パルスの立ち上がりおよび立ち下がり毎にパルス信号Ｓdownをカウンタ１６Ｒ，１６Ｌに出力する。

カウンタ１６Ｒ，１６Ｌは、パルス信号Ｓupの入力毎にカウント値をインクリメントし、パルス信号Ｓdownの入力毎にカウント値をデクリメントする。たとえば、反時計回りに１５個カウントされた後、時計方向に５個カウントされると、カウンタ１６Ｒ，１６Ｌは、１０個のカウント値を出力する。すなわち、４逓倍方向弁別部１５Ｒ，１５Ｌによる可動部３の移動方向を判別することによって、チャタリングなどによる誤ったカウントを防止することができる。

また、カウンタ１６Ｒ，１６Ｌには、原点センサＳＣからのパルス信号Ｓ１がそれぞれ入力される。このパルス信号Ｓ１は、リセットパルスしての機能を有し、カウンタ１６Ｒ，１６Ｌは、リセットされる。これによって、カウンタ１６Ｒ，１６Ｌから出力された信号ＳＢ，ＳＡは、可動部３が０度の状態を基準としたｙ方向成分のカウント値ｎ_B，ｎ_Aとなる。このカウント値ｎ_B，ｎ_Aをもつ信号ＳＢ，ＳＡは、演算処理部１７のＡ／Ｂ差分距離演算処理部１８に入力される。

Ａ／Ｂ差分距離演算処理部１８は、ｙ方向の変位量ΔＬθ_yを次式（１）によって算出する。
ΔＬθ_y＝（ｎ_A＋ｎ_B）＊（δ／４） ・・・（１）

この変位量ΔＬθ_yは、角度演算処理部１９に出力され、角度演算処理部１９は、２相センサＳＲ，ＳＬ間の距離をＬとして、次式（２）によって可動部３の基準位置に対する相対的な角度θを算出する。
θ＝sin^-1（Ｌθ_y／Ｌ） ・・・（２）

このようにして、可動部３の揺動が真円でない変則的な軌道をもつ場合であっても、可動部３の角度を検出することができる。なお、２相センサＳＲ，ＳＬ間の距離Ｌを長く取れる場合や揺動する角度θ₀が小さい場合には、一層精度高く、角度θを検出することができる。

この場合、スキャン型アクチュエータの加工精度や、組み付け精度や、板バネのバネ定数などの動特性などの影響を受けず、スリット４も等間隔δで配置するのみであるため、精度の高い角度検出を簡易に行うことができる。

なお、２相センサＳＲ，ＳＬ間の距離Ｌを長くとれない場合や揺動する角度θ₀が大きい場合には、ｙ方向成分のカウント値ｎ_B，ｎ_Aと角度θとの関係がリニアでなくなるため、補正テーブル２０に格納された補正値を用いて角度θを補正するようにしてもよい。

また、４逓倍方向弁別部１５Ｒ，１５Ｌは、ａ相信号およびｂ相信号を４逓倍しているが、これに限らず、２逓倍、１逓倍で検出するようにしてもよい。ただし、４逓倍で検出すると、同じ分解能で、スリット４の間隔δを４倍にすることができるため、４逓倍で検出することが好ましい。

ここで、具体的な分解能について説明する。図８に示すように、角度検出分解能を「θs」とすると、間隔δは、次式（３）で示すことができる。
δ＝Ｌ／２＊（sinθ₀−sin（θ₀−θs）） ・・・（３）
したがって、
sin（θ₀−θs）＝sinθ₀−２δ／Ｌ ・・・（４）
と表せる。ここで、具体的に、距離Ｌ＝１１０mm、スキャンの角度θ０＝±２５°、スリット４の間隔δ＝０．５mmとすると、４逓倍で検出しているため、間隔δ＝０．１２５mmとなり、これらの値を式（４）に代入すると、
sin（θ₀−θs）＝sin２５−２＊０．１２５／１１０
＝０．４２０３４６
となり、
θs＝２５−sin^-1（０．４２０３４６）
＝２５−２４．８５６４
＝０．１４４（deg.）
となる分解能を得ることができる。逆に所望の分解能を得るための、スリット４の間隔δを得ることもでき、距離Ｌをも得ることができる。

この具体的な角度検出装置におけるムービングコイル６に流す電流Ｉと、可動部３の実際の角度θｍと、式（２）によって得られた算出角度θとの関係を示すと、図９のようになった。ここで、実測角度θｍと、算出角度θとの関係を図１０に示す。図１０から、実測角度θｍと算出角度θとの関係はリニアであり、補正をせずに、精度の高い角度検出を容易に行うことができる。

なお、図４に示した角度検出装置では、２つの独立したエンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌを用いていたが、図１１に示すように、一つのエンコーダスリット板４Ａ上にスリット４を形成するようにしてもよい。この場合、２相フォトセンサＳＲ側のスリット４と２相フォトセンサＳＬ側のスリット４との位置関係を固定することができるため、一層精度の高い角度検出を行うことができる。なお、長手方向の２つのスリットを１つのスリットとして形成するようにしてもよい。

さらに、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬは、フォトインタラプタ型のセンサであったが、これに限らず、フォトリフレクタ型のセンサとして構成してもよい。この場合、図１２に示すように、スリット４に代えて、スリット状の反射領域Ｅａをもつ反射部４ｄを形成し、その他の領域Ｅｂは、光を散乱させるように形成する。さらに、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬの近傍にそれぞれ発光部Ｒｃ，Ｌｃを設ける。これによって、図４に示した角度検出装置と同じ精度の角度検出を簡易に行うことができる。また、逆に、領域Ｅａを光の散乱領域にし、領域Ｅｂを光の反射領域にしてもよい。なお、光の散乱は、その領域に凹凸を形成することによって容易に行うことができる。

なお、上述した処理部１３の演算処理部１７は、ソフトウェア的に処理し、その他の構成をハードウェア的に処理しているが、これに限らず、適宜ソフトウェア処理とハードウェア処理とに変更することができる。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、エンコーダスリット板４Ｒ，４Ｌのスリット４の長手方向が、静止時の可動部３の長手方向と同じに設定し、ｙ方向の変動距離を検出していたが、この実施の形態２では、スリットの長手方向と、静止時の可動部３の長手方向とが直交するように形成し、ｘ方向の変動距離を検出するようにしている。

図１３は、この発明の実施の形態２である角度検出装置の可動部とエンコーダスリット板との詳細構成を示す図である。また、図１４は、この発明の実施の形態２である角度検出装置の可動部とエンコーダスリット板との位置関係を示す図である。図１３および図１４において、スリット４ｅは、可動部３の長手方向に直交する方向に延び、可動部３の長手方向に等間隔δで配列されている。

ここで、２相フォトセンサＳＲ，ＳＬに対応する２相フォトセンサＳＲ２，ＳＬ２の各フォトトランジスタＲ２ａ，Ｒ２ｂ、Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、可動部３の長手方向に沿って配列される。また、フォトトランジスタＲ２ａ，Ｒ２ｂおよびフォトトランジスタＬ２ａ，Ｌ２ｂの各間隔は１／２δに設定され、フォトトランジスタＲ２ａ，Ｒ２ｂの各パルスに９０°の位相差をもたせ、フォトトランジスタＬ２ａ，Ｌ２ｂの各パルスに９０°の位相差をもたせるようにしている。

ここで、Ａ／Ｂ差分距離演算処理部１８は、ｘ方向の変位量ΔＬθ_xを次式（１）によって算出する。
ΔＬθ_x＝（ｎ_A＋ｎ_B）＊（δ／４） ・・・（１）

この変位量ΔＬθ_xは、角度演算処理部１９に出力され、角度演算処理部１９は、２相センサＳＲ，ＳＬ間の距離をＬとして、次式（２）によって可動部３の基準位置に対する相対的な角度θを算出する。
θ＝cos^-1（Ｌθ_x／Ｌ） ・・・（２）

このようにして、可動部３の揺動が真円でない変則的な軌道をもつ場合であっても、可動部３の角度を検出することができる。なお、２相センサＳＲ２，ＳＬ２間の距離Ｌを長く取れる場合や揺動する角度θ₀が小さい場合には、一層精度高く、角度θを検出することができる。

この場合、スキャン型アクチュエータの加工精度、組み付け精度、板バネのバネ定数などの動特性の影響を受けず、スリット４ｅも等間隔δで配置するのみであるため、精度の高い角度検出を簡易に行うことができる。

（実施の形態３）
上述した実施の形態１，２では、板バネを用いたスキャン型アクチュエータであったが、この実施の形態３では、トーションバーを用いたスキャン型アクチュエータとしている。

この発明の実施の形態３である角度検出装置を含むスキャン型アクチュエータの一部構成を示す図である。このスキャン型アクチュエータは、実施の形態１における板バネ２に代えてトーションバー５２を用い、このトーションバー５２の復元力を有効利用して、可動部３に対応する可動部５３が、トーションバー５２の軸を中心に揺動する。この可動部５３の揺動は、図示しないムービングコイルなどを用いて揺動させてもよいし、トーションバー５２自体を回動して揺動させるようにしてもよい。

可動部５３の中心は、トーションバー５２が貫かれ、トーションバー５２の両端は、固定部５１ａ，５１ｂによって固定される。可動部５３の長手方向の両端部の下部には、実施の形態１と同様に、２相フォトセンサＳＲ５，ＳＬ５が設けられ、この２相フォトセンサＳＲ５，ＳＬ５の軌跡をカバーするように、実施の形態１と同様に、エンコーダスリット板５４Ｒ，５４Ｌが設けられる。この２相フォトセンサＳＲ５，ＳＬ５とエンコーダスリット板５４Ｒ，５４Ｌとによって検出される可動部５３の絶対角度は、実施の形態１，２を適用して求めることができる。

このようにして、板バネ２に限らず、トーションバー５２を有効利用して揺動される可動部５３であっても、この可動部５３の角度を簡易かつ精度良く検出することができる。なお、この実施の形態３では、トーションバー５２を１つのトーションバーとしているが、固定部５１ａと可動部５３との間および固定部５１ｂと可動部５３との間のそれぞれに、独立した２つのトーションバーを設けるようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態１〜３に示したスキャン型アクチュエータは、図２に示した形態の他に、たとえば図１６に示すスキャン型アクチュエータとして適用することができる。このスキャン型アクチュエータは、板バネ２の先端に固定された可動部６１がミリ波の送受信アンテナとして機能する。この場合においても、２相フォトセンサを可動部６１の両端に設け、可動部６１の下部にエンコーダスリット板を設ける。

さらに、上述した実施の形態１〜３に示したスキャン型アクチュエータでは、たとえば可動部３が発光部１４からのレーザ光を反射させるものであったが、図１７に示すスキャン型アクチュエータは、レーザ光である光７３を可動部７１のレンズ７２を介して検出方向に出射し、レーザ光をスキャンしている。この図１７に示すスキャン型アクチュエータにも、上述した実施の形態１〜３を適用することができ、この場合においても、２相フォトセンサを可動部７１の両端に設け、可動部７１の下部にエンコーダスリット板を設ける。

なお、上述した実施の形態１〜３では、光センサとしての２相フォトセンサＳＲ，ＳＬを用いていたが、これに限らず、磁気センサによって形成してもよい。磁気センサとしては、ホール素子、磁気抵抗素子、磁気トランジスタなどと、永久磁石、磁気スケール、電磁石などとを、適宜組み合わせて用いることができる。

この発明の実施の形態１である角度検出装置を含むスキャン型アクチュエータの一部構成を示す図である。 図１に示したスキャン型アクチュエータの概要構成を示す模式図である。 図１に示した可動部のスキャン状態を示す図である。 図１に示した角度検出装置の構成を示すブロック図である。 エンコーダスリット板と可動部との位置関係およびエンコーダスリット板の構成を示す図である。 図４に示したエンコーダスリット板と可動部の２相フォトセンサとの位置関係を示す図である。 ａ相信号とｂ相信号との位相関係と４逓倍検出処理を示す図である。 分解能を説明する図である。 ムービングコイルに流す電流と２相フォトセンサの検出距離と算出された角度とのデータを示す図である。 ムービングコイルに流す電流と可動部の角度との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１である角度検出装置の変形例の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１である角度検出装置の変形例の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２である角度検出装置のエンコーダスリット板と可動部との位置関係を示す図である。 この発明の実施の形態２である角度検出装置の一部構成を示す図である。 この発明の実施の形態３である角度検出装置を含むスキャン型アクチュエータの一部構成を示す図である。 この発明の実施の形態１〜３が適用されるスキャン型アクチュエータの概要構成を示す図である。 この発明の実施の形態１〜３が適用されるスキャン型アクチュエータの概要構成を示す図である。

符号の説明

１，５１ａ，５１ｂ 固定部
２ 板バネ
３，５３，６１，７１ 可動部
４，４ｅ スリット
４Ｒ，４Ｌ，４Ａ，４Ｂ，５４Ｒ，５４Ｌ エンコーダスリット板
４ｄ 反射部
５ 支持部
６ ムービングコイル
１１ 制御部
１２ 駆動部
１３ 処理部
１４ 発光部
１５Ｒ，１５Ｌ ４逓倍方向弁別部
１６Ｒ，１６Ｌ カウンタ
１７ 演算処理部
１８ Ａ／Ｂ差分距離演算処理部
１９ 角度演算処理部
２０ 補正テーブル
２４ 光源
５２ トーションバー
７２ レンズ
ＳＲ，ＳＬ，ＳＲ２，ＳＬ２，ＳＲ５，ＳＬ５ ２相フォトセンサ
ＳＣ 原点センサ
Ｒａ，Ｒｂ，Ｌａ，Ｌｂ フォトトランジスタ
Ｒｃ，Ｌｃ 発光部
Ｅａ，Ｅｂ 領域

Claims (13)

1. 弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出する第１および第２のセンサと、
   前記第１および第２のセンサが検知した各変位量と、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出する角度算出手段と、
   を備えたことを特徴とする角度検出装置。
2. 前記第１および第２のセンサはそれぞれ２相センサであることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
3. 前記可動部の任意の所定位置を検出する第３のセンサをさらに備え、
   前記角度算出手段は、
   前記第１および第２のセンサの検出値をもとに前記可動部の各両端部の動作方向を判別する方向判別手段と、
   前記第３のセンサの位置検出結果をもとに前記第１および第２のセンサの動作領域を決定する領域決定手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の角度検出装置。
4. 少なくとも前記第１および第２のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、
   前記スリット群は、前記第１のセンサと前記第２のセンサとを結ぶ方向に対して平行に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の角度検出装置。
5. 少なくとも前記第１および第２のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、
   前記スリット群は、前記第１のセンサと前記第２のセンサとを結ぶ方向に対して垂直に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の角度検出装置。
6. 前記エンコーダ板は、前記スリット群を介して前記第１および第２のセンサに光を出射する光源を備え、
   前記第１および第２のセンサは、フォトインタラプタ型のセンサとして機能することを特徴とする請求項４または５に記載の角度検出装置。
7. 前記スリット群は、前記第１および第２のセンサから出射された光を反射あるいは散乱させるスリット状の検出群であり、
   前記第１および第２のセンサは、フォトリフレクタ型のセンサとして機能することを特徴とする請求項４または５に記載の角度検出装置。
8. 前記スリット群は、スリット状の磁石群であり、
   前記第１および第２のセンサは、磁気センサとして機能することを特徴とする請求項４または５に記載の角度検出装置。
9. 前記エンコーダ板は、一体成形されることを特徴とする請求項４〜８のいずれか一つに記載の角度検出装置。
10. 前記方向判別手段は、前記２相センサの検出値を４逓倍して検出することを特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載の角度検出装置。
11. 前記角度算出手段は、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサとの間の距離の長さ、または前記第１および第２のセンサの角度増大に伴う誤差を補正する補正テーブルをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の角度検出装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載された角度検出装置と、
    前記可動部を揺動させる揺動手段と、
    前記角度検出装置の検出結果をもとに前記揺動手段による揺動を制御する揺動制御手段と、
    を備えたことを特徴とするスキャン型アクチュエータ。
13. レーザレーダスキャン装置として用いられることを特徴とする請求項１２に記載のスキャン型アクチュエータ。

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