JP2007147557A - Angle detecting sensor - Google Patents

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Sumimoto Tsujiyama
純基 辻山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angle detecting sensor capable of detecting angles of gradient correctly and stably, even under the conditions where the angle detecting sensor repeats attitude variations, while attempting reduction in size and weight. <P>SOLUTION: The angle detecting sensor consists of a base, a casing, a light receiving element, and a light-shielding body. The light receiving element is prepared at the base. The light-shielding body is supported by the inner-wall bearing face of a cylindrical form of the casing with adjustable displacement so as to shield the light receiving element by the light-shielding body. The light receiving element has a circular acceptance region, and the acceptance region includes four accepting planes by quadrisecting the area. According to the tilting of the angle detecting sensor, the light-shielding body is displaced by gravity. If the light-shielding body is displaced, the amount of light received of each acceptance plane also varies and each acceptance plane outputs analog signals corresponding to each amount of light received. The analog signals, output from each acceptance plane, are processed by a signal processing circuit to detect tilting angles of the angle detecting sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばカメラ等の光学機器に取付けられ、その姿勢検知に好適な角度検出センサに関する。   The present invention relates to an angle detection sensor that is attached to an optical device such as a camera and is suitable for detecting its posture.

従来、この種の角度検出センサとして、光学式センサを用いたものが知られている。この角度検出センサは、光源と光学式センサとの間に球体等の遮光物を配設し、機器の姿勢変化と重力の作用により変位する遮光物が光学式センサに入力する光を遮断する性質を利用して、機器の姿勢を検出するものである(特許文献1、2)。   Conventionally, as this kind of angle detection sensor, one using an optical sensor is known. This angle detection sensor has a property in which a light shielding object such as a sphere is arranged between a light source and an optical sensor, and the light shielding object displaced by the action of the posture of the device and the action of gravity blocks light input to the optical sensor. Is used to detect the attitude of the device (Patent Documents 1 and 2).

また、光学式センサを用いた角度検出センサとして、機器の姿勢変化と重力に応じて軸を中心として回転する扇形の反射板が、光源の光を光学式センサに向けて反射することにより、機器の姿勢を検出するものも知られている(特許文献3)。
特開平9−292219号公報 特開平11−63981号公報 特開平11−37739号公報
In addition, as an angle detection sensor using an optical sensor, a fan-shaped reflecting plate that rotates about an axis in accordance with a change in the posture of the device and gravity reflects the light from the light source toward the optical sensor. A device that detects the posture of the camera is also known (Patent Document 3).
Japanese Patent Laid-Open No. 9-292219 Japanese Patent Laid-Open No. 11-63981 JP 11-37739 A

しかし、従来の角度検出センサは遮光物の変位可能な空間が大きいため、遮光物は重力だけでなく機器の頻繁な姿勢変化による加速度の影響を受けやすい。つまり、機器の頻繁な姿勢変化により生じる加速度は、遮光物の変位可能な空間の大きさと相まって、遮光物の位置に無視できない影響を及ぼす。これにより、光学式センサから出力される信号が誤差を含むことになり、正確な傾斜角度の検出を行うことができなかった。   However, since the conventional angle detection sensor has a large space in which the light shielding object can be displaced, the light shielding object is susceptible to not only gravity but also acceleration due to frequent posture changes of the device. That is, the acceleration caused by frequent changes in the posture of the device, together with the size of the space where the light shield can be displaced, has a non-negligible effect on the position of the light shield. As a result, the signal output from the optical sensor includes an error, and an accurate inclination angle cannot be detected.

また、球体等を用いた角度検出センサでは、球体等が運動するための、例えば半球面から構成される内部空間が必要であり、小型化を図ることが困難であった。   In addition, an angle detection sensor using a sphere or the like requires an internal space composed of, for example, a hemispherical surface for moving the sphere or the like, and it has been difficult to reduce the size.

さらに、反射板を用いた角度検出センサでは、単体では大まかな角度しか検出できず、正確な角度を検出するためには複数の角度検出センサを用いる必要があった。   Furthermore, an angle detection sensor using a reflector can detect only a rough angle by itself, and it is necessary to use a plurality of angle detection sensors in order to detect an accurate angle.

本発明は、これらの問題を同時に解決するためになされたものであり、正確な姿勢を安定して検出可能でかつ小型軽量の角度検出センサを得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve these problems at the same time, and an object of the present invention is to obtain a small and lightweight angle detection sensor capable of stably detecting an accurate posture.

本発明による角度検出センサは、複数の受光面からなる受光領域を有する受光素子と、受光領域を遮光可能であって自重により変位自在な遮光体と、遮光体を変位自在に支持する円筒形の内壁支持面を有するケーシングとを備え、内壁支持面に沿って変位する遮光体により複数の受光面の少なくとも1つが遮光されることによりケーシングの円筒軸心周りの傾斜角度を検出することを特徴とする。   An angle detection sensor according to the present invention includes a light receiving element having a light receiving area composed of a plurality of light receiving surfaces, a light blocking body that can block the light receiving area and that can be displaced by its own weight, and a cylindrical shape that supports the light blocking body in a displaceable manner. And a casing having an inner wall supporting surface, wherein at least one of the plurality of light receiving surfaces is shielded by a light shielding body that is displaced along the inner wall supporting surface, and an inclination angle around a cylindrical axis of the casing is detected. To do.

遮光体は円柱形であることが好ましく、さらにその円柱形は軸方向長さが半径よりも短ければなお良い。これにより角度検出センサの小型化が実現できる。なお、遮光体は球であってもよい。   The light shielding body is preferably cylindrical, and it is even better if the cylindrical shape has an axial length shorter than the radius. Thereby, the size of the angle detection sensor can be reduced. The light shield may be a sphere.

また、遮光体は、受光素子に対向する第1の端面と受光素子とは反対側の第2の端面とを有し、第1の端面および第2の端面の形状は凸曲面であることが好ましい。ケーシングと遮光体との接触面積を減らすことにより摩擦を低減でき、正確な傾斜角度測定が可能になる。   The light shield has a first end face facing the light receiving element and a second end face opposite to the light receiving element, and the shapes of the first end face and the second end face are convex curved surfaces. preferable. By reducing the contact area between the casing and the light shielding body, friction can be reduced, and accurate tilt angle measurement can be performed.

さらに、遮光体は、遮光体がケーシングの内壁支持面と全円周に渡って摺接しケーシングの内壁支持面の中心軸に対して回転自在に支持される円柱体であって、遮光体の半径よりも短い直径を有する円筒形状の貫通穴が遮光体の中心軸と平行な中心軸を有して遮光体の外縁寄りに開口している形状であってもよい。遮光体の無用な変位を減少して安定した傾斜角度の検出を行うことができる。   Further, the light shield is a cylindrical body that is slidably contacted with the inner wall support surface of the casing over the entire circumference and is rotatably supported with respect to the central axis of the inner wall support surface of the casing. The cylindrical through-hole having a shorter diameter may have a shape having a central axis parallel to the central axis of the light shielding body and opening near the outer edge of the light shielding body. Stable inclination angle detection can be performed by reducing unnecessary displacement of the light shield.

受光領域は円形であることが好ましく、受光面は、直交する2本の直線により円形の受光領域が四等分されていることが好ましい。   The light receiving area is preferably circular, and the light receiving surface is preferably divided into four equal parts by two orthogonal straight lines.

ケーシングの受光素子側を向く内壁面は、凹曲面であってもよく、内壁支持面を形成する収容室は、光を透過する液体で満たされていてもよい。ケーシングと遮光体との間の摩擦を低減するためである。   The inner wall surface facing the light receiving element side of the casing may be a concave curved surface, and the storage chamber forming the inner wall support surface may be filled with a liquid that transmits light. This is to reduce the friction between the casing and the light shielding body.

角度検出センサには、受光領域を照明する光源が備えられていることが好ましく、光源は、薄型発光体であればなお良い。   The angle detection sensor is preferably provided with a light source that illuminates the light receiving area, and the light source may be a thin light emitter.

角度検出センサは、受光領域から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器と、増幅器から出力されたアナログ信号をデジタルのデータに変換するA/Dコンバータと、A/Dコンバータから出力されたデータを用いて受光素子の傾斜角度を演算する回路とを備えていてもよい。   The angle detection sensor uses an amplifier that amplifies an analog signal output from the light receiving area, an A / D converter that converts the analog signal output from the amplifier into digital data, and data output from the A / D converter. And a circuit for calculating the tilt angle of the light receiving element.

本発明によれば、機器が姿勢変化を繰り返す状況の下でも正確な姿勢検知を安定して行うことができると共に、簡素な構成であるため、低価格、小型軽量化を図ることができる。   According to the present invention, accurate posture detection can be stably performed even under a situation in which the device repeats posture changes, and since the configuration is simple, it is possible to reduce the cost, size, and weight.

以下、本発明における角度検出センサの実施形態について添付図面を参照して説明する。   Embodiments of an angle detection sensor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1、2は第1実施形態を示し、図1は角度検出センサの正面図であり、図2は角度検出センサの側面図である。   1 and 2 show a first embodiment, FIG. 1 is a front view of an angle detection sensor, and FIG. 2 is a side view of the angle detection sensor.

角度検出センサ10は、基部11とケーシング20と受光素子(例えばフォトダイオード)30と遮光体40とから構成される。基部11は正方形の基部前面12を有し、基部前面12には円筒形の内壁支持面21と平面である内壁面22とを有する透明なケーシング20が取り付けられる。基部前面12中央には受光素子30を設置するための正方形の窪み13が設けられる。窪み13には、正方形である受光素子30が嵌合される。窪み13は、設置された受光素子30が基部前面12から突出しない程度の深さを有する。遮光体40は受光素子30を遮光するように、変位自在にケーシング20の円筒形の内壁支持面21に配設される。   The angle detection sensor 10 includes a base 11, a casing 20, a light receiving element (for example, a photodiode) 30, and a light shielding body 40. The base 11 has a square base front surface 12, and a transparent casing 20 having a cylindrical inner wall support surface 21 and a flat inner wall surface 22 is attached to the base front surface 12. A square recess 13 for installing the light receiving element 30 is provided at the center of the base front surface 12. A square light-receiving element 30 is fitted in the recess 13. The depression 13 has such a depth that the installed light receiving element 30 does not protrude from the base front surface 12. The light shielding body 40 is disposed on the cylindrical inner wall support surface 21 of the casing 20 so as to be displaceable so as to shield the light receiving element 30.

正方形である受光素子30には内接する円形の受光領域31が形成される。受光領域31は4つの受光面30a、30b、30c、30dにより構成される。受光面30a、30b、30c、30dは、受光素子30の中心を通り受光素子30のいずれかの辺に対して平行である直線と、受光素子30の中心を通り前記直線に直交する直線とによって受光領域31を面積について四等分した四分円である。   A circular light receiving region 31 is formed on the light receiving element 30 which is square. The light receiving region 31 includes four light receiving surfaces 30a, 30b, 30c, and 30d. The light receiving surfaces 30a, 30b, 30c, and 30d are formed by a straight line that passes through the center of the light receiving element 30 and is parallel to any side of the light receiving element 30, and a straight line that passes through the center of the light receiving element 30 and is orthogonal to the straight line. The light receiving region 31 is a quadrant obtained by dividing the light receiving region 31 into quarters.

受光面30a、30b、30c、30dは光が当たることにより、アナログ信号を出力する。アナログ信号は受光面30a、30b、30c、30dが光を受ける面積に従って変化する。   The light receiving surfaces 30a, 30b, 30c, and 30d output analog signals when irradiated with light. The analog signal changes according to the area where the light receiving surfaces 30a, 30b, 30c, and 30d receive light.

遮光体40は円柱形である。遮光体40は、受光領域31を遮光するように、基部前面12とケーシング20との間に形成される円筒形の内壁支持面21に摺動自在に設けられる。遮光体40の直径は受光素子30の対角線長さの略1/2であることが好ましい。ただし、遮光体40の直径は傾斜角度を検出しうる程度の大きさであれば、適宜変更してもよい。   The light shield 40 has a cylindrical shape. The light shield 40 is slidably provided on a cylindrical inner wall support surface 21 formed between the base front surface 12 and the casing 20 so as to shield the light receiving region 31. The diameter of the light shielding body 40 is preferably approximately ½ of the diagonal length of the light receiving element 30. However, the diameter of the light shield 40 may be appropriately changed as long as the tilt angle can be detected.

以上のようにケーシング20を基部11へ配設すると、遮光体は各受光面に対して垂直方向の変位が制限され、受光素子30上の平面でのみ変位する。垂直方向の変位は各受光面における受光量を不安定にさせるため、これを制限することにより、傾斜角度を安定して測定することができる。   When the casing 20 is disposed on the base 11 as described above, the light shielding body is limited in displacement in the direction perpendicular to the respective light receiving surfaces, and is displaced only on a plane on the light receiving element 30. Since the displacement in the vertical direction destabilizes the amount of light received at each light receiving surface, the tilt angle can be stably measured by limiting this.

角度検出センサ10は、本実施形態では図1において上が鉛直上方となるように設置される。角度検出センサ10がケーシング20の円筒軸周りに傾斜すると、遮光体40は重力によりケーシング20の図において最下部へ移動する。これにより、受光領域31において光が当たる領域が変化し受光面30a、30b、30c、30dから出力されるアナログ信号が変動する。受光面30a、30b、30c、30dから出力されたアナログ信号を測定し、最も低い電圧を出力する受光面を選択することにより、角度検出センサ10の傾斜角度を約90度刻みで検出することができる。   In the present embodiment, the angle detection sensor 10 is installed such that the top is vertically upward in FIG. When the angle detection sensor 10 is tilted around the cylindrical axis of the casing 20, the light blocking body 40 moves to the lowest position in the figure of the casing 20 due to gravity. As a result, the region of the light receiving region 31 that is exposed to light changes, and the analog signals output from the light receiving surfaces 30a, 30b, 30c, and 30d vary. By measuring analog signals output from the light receiving surfaces 30a, 30b, 30c, and 30d and selecting the light receiving surface that outputs the lowest voltage, the inclination angle of the angle detection sensor 10 can be detected in steps of about 90 degrees. it can.

光源50が角度検出センサ10の内部または外部に備えられてもよい。光源50は受光領域31へ投光する。これにより、外光が角度検出センサに届かない場合であっても角度検出センサ10の傾きを検出することができる。光源としては、例えば、LEDが好適である。   The light source 50 may be provided inside or outside the angle detection sensor 10. The light source 50 projects light to the light receiving area 31. Thereby, even if external light does not reach the angle detection sensor, the inclination of the angle detection sensor 10 can be detected. As the light source, for example, an LED is suitable.

以上のように第1の実施形態によれば、90度刻みで角度検出センサ10の傾斜角度を安定して検出することが可能となる。さらに、ケーシング20の内壁支持面21を円筒形としたため、小型の角度検出センサ10を得ることができる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to stably detect the tilt angle of the angle detection sensor 10 in increments of 90 degrees. Furthermore, since the inner wall support surface 21 of the casing 20 is cylindrical, a small angle detection sensor 10 can be obtained.

第2の実施形態について図3を用いて説明する。図3は、各受光面からのアナログ信号を処理する信号処理回路60を備える角度検出センサ10のブロック図である。   A second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram of the angle detection sensor 10 including a signal processing circuit 60 that processes an analog signal from each light receiving surface.

本実施形態は第1の実施形態に信号処理回路60を付加したものである。その他の構成要件は第1の実施形態と同じである。   In the present embodiment, a signal processing circuit 60 is added to the first embodiment. Other structural requirements are the same as those in the first embodiment.

信号処理回路60は増幅器61、A/Dコンバータ62および演算回路63を備え、各受光面が出力したアナログ信号を処理して傾斜角度を算出する機能を有する。各受光面から出力されたアナログ信号は、それぞれ増幅器61によって増幅される。増幅器61によって増幅されたアナログ信号は、デジタル変換するA/Dコンバータ62によってデジタルのデータへ変換される。A/Dコンバータ62から出力されたデータを演算回路63により処理し、角度検出センサ10の傾斜角度を検出する。   The signal processing circuit 60 includes an amplifier 61, an A / D converter 62, and an arithmetic circuit 63, and has a function of calculating an inclination angle by processing an analog signal output from each light receiving surface. The analog signals output from the respective light receiving surfaces are amplified by the amplifiers 61, respectively. The analog signal amplified by the amplifier 61 is converted into digital data by an A / D converter 62 that performs digital conversion. The data output from the A / D converter 62 is processed by the arithmetic circuit 63 to detect the tilt angle of the angle detection sensor 10.

演算回路63は式(1)による演算を行う。Vaは受光面30a、Vbは30b、Vcは30c、Vdは30dからそれぞれ出力される電圧値である。θは演算により求められる角度検出センサ10の演算傾斜角度である。各受光面からの出力電圧値を以下の式を用いて演算処理することにより角度検出センサ10の演算傾斜角度θが求められる。
θ=−tan-1((Vd−Vb)/(Va−Vc))+135 (1)
The arithmetic circuit 63 performs the calculation according to the equation (1). Va is a light-receiving surface 30a, Vb is 30b, Vc is 30c, and Vd is a voltage value output from 30d. θ is the calculated tilt angle of the angle detection sensor 10 obtained by calculation. The calculation inclination angle θ of the angle detection sensor 10 is obtained by calculating the output voltage value from each light receiving surface using the following equation.
θ = −tan −1 ((Vd−Vb) / (Va−Vc)) + 135 (1)

信号処理回路60を角度検出センサ10の内部に設けると、角度検出センサ10の外部に別途信号処理回路を設けることなく傾斜角度を検出することができる。信号処理回路60を角度検出センサ10の外部に設けると、角度検出センサ10を小型化することができる。   When the signal processing circuit 60 is provided inside the angle detection sensor 10, the tilt angle can be detected without providing a separate signal processing circuit outside the angle detection sensor 10. If the signal processing circuit 60 is provided outside the angle detection sensor 10, the angle detection sensor 10 can be downsized.

以上のように第2の実施形態によると、第1の実施形態における角度検出センサ10による検出角度よりも精度良く、例えば約2.5度ピッチの精度で傾斜角度を検出することが可能になる。なお、後述する第3から第7の実施形態も信号処理回路60を備えている。   As described above, according to the second embodiment, the tilt angle can be detected with higher accuracy than the detection angle by the angle detection sensor 10 in the first embodiment, for example, with an accuracy of about 2.5 degrees pitch. . Note that third to seventh embodiments described later also include a signal processing circuit 60.

第3の実施形態について図4を用いて説明する。図4は遮光体が略楕円の断面を有する角度検出センサの断面図である。   A third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of an angle detection sensor in which the light shield has a substantially elliptical cross section.

本実施形態は第1の実施形態における遮光体の形状を変更し、略楕円の断面形状としたものである。その他の構成要件は第1の実施形態と同じである。   In the present embodiment, the shape of the light shielding body in the first embodiment is changed to have a substantially elliptical cross-sectional shape. Other structural requirements are the same as those in the first embodiment.

遮光体40aは、受光素子30に対向する第1の端面41と受光素子30とは反対側の第2の端面42とを有する。第1の端面41は基部前面12に対して、第2の端面42は内壁面22に対して凸曲面である。遮光体40aの直径は受光素子30の対角線長さの略1/2であることが好ましい。ただし、遮光体40aの受光領域31に対して平行である断面での直径は、傾斜角度を検出しうる程度の長さであれば、適宜変更してもよい。   The light shield 40 a has a first end face 41 facing the light receiving element 30 and a second end face 42 opposite to the light receiving element 30. The first end surface 41 is a convex curved surface with respect to the base front surface 12, and the second end surface 42 is a convex curved surface with respect to the inner wall surface 22. It is preferable that the diameter of the light shield 40 a is approximately ½ of the diagonal length of the light receiving element 30. However, the diameter of the cross section parallel to the light receiving region 31 of the light blocking body 40a may be appropriately changed as long as the inclination angle can be detected.

以上のように、第3の実施形態では遮光体40aにおける面41、42を凸曲面とすることにより、遮光体40aと、ケーシング20または基部11との間で発生する摩擦を第1の実施形態よりも小さくすることができ、迅速かつ正確な角度検出が可能となる。   As described above, in the third embodiment, the surfaces 41 and 42 of the light shielding body 40a are convex curved surfaces, so that the friction generated between the light shielding body 40a and the casing 20 or the base 11 is the first embodiment. Therefore, the angle can be detected quickly and accurately.

第4の実施形態について図5を用いて説明する。図5は、遮光体が円形の貫通穴43を有する角度検出センサの断面図である。図6は、遮光体40bの正面図である。図7は、遮光体40bが円形の貫通穴43を有する角度検出センサの斜視断面図である。   A fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of an angle detection sensor in which the light shield has a circular through hole 43. FIG. 6 is a front view of the light shield 40b. FIG. 7 is a perspective cross-sectional view of an angle detection sensor in which the light shield 40b has a circular through hole 43. As shown in FIG.

本実施形態は第1の実施形態における遮光体の形状を変更し、貫通穴を有する円筒形状としたものである。その他の構成要件は第1の実施形態と同じである。   In the present embodiment, the shape of the light shielding body in the first embodiment is changed to a cylindrical shape having a through hole. Other structural requirements are the same as those in the first embodiment.

遮光体40bはケーシング20の円筒形の内壁支持面21と全円周に渡り摺接し、円筒形の内壁支持面21の中心軸に対して回転自在に配される円柱体である。遮光体40bには、円柱体の半径よりも短い直径を有する円形の貫通穴43が穿設される。貫通穴43の中心軸は、遮光体40bの中心軸と平行である。貫通穴43は遮光体40bの外縁寄りに開口する。ただし、貫通穴43の直径は傾斜角度を検出しうる程度の長さであれば、適宜変更してもよい。   The light shielding body 40 b is a columnar body that is slidably contacted with the cylindrical inner wall support surface 21 of the casing 20 over the entire circumference and is rotatably arranged with respect to the central axis of the cylindrical inner wall support surface 21. A circular through hole 43 having a diameter shorter than the radius of the cylindrical body is formed in the light shielding body 40b. The central axis of the through hole 43 is parallel to the central axis of the light shield 40b. The through hole 43 opens near the outer edge of the light blocking body 40b. However, the diameter of the through hole 43 may be appropriately changed as long as the inclination angle can be detected.

貫通穴43が位置する部位は、遮光体40b全体において比較的軽量であるため、ケーシング20が円筒軸周りに傾斜しても、重力により常に図において上側に位置することになる。そして、貫通穴43が位置する受光面は光を受け、位置しない受光面は遮光される。これにより、各受光面が受ける光量が変化し受光量に応じたアナログ信号が出力され、角度が検出される。   Since the portion where the through hole 43 is located is relatively light in weight in the entire light shielding body 40b, even if the casing 20 is inclined around the cylindrical axis, it is always located on the upper side in the drawing due to gravity. The light receiving surface where the through hole 43 is located receives light, and the light receiving surface where it is not located is shielded. As a result, the amount of light received by each light receiving surface changes, an analog signal corresponding to the amount of received light is output, and the angle is detected.

以上のように第4の実施形態では、遮光体40bはケーシング20の内壁支持面21と全周に渡り接しているため、角度検出センサの急激な動きに対し、異常な変動をすることがない。これにより、各受光面から出力されるアナログ信号が安定し、第1の実施形態よりも測定精度が向上する。   As described above, in the fourth embodiment, since the light blocking body 40b is in contact with the inner wall support surface 21 of the casing 20 over the entire circumference, it does not fluctuate abnormally with respect to the rapid movement of the angle detection sensor. . Thereby, the analog signal output from each light-receiving surface is stabilized, and the measurement accuracy is improved as compared with the first embodiment.

第5の実施形態について図8を用いて説明する。図8は、遮光体が球形である角度検出センサの断面図である。   A fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of an angle detection sensor in which the light shield is spherical.

本実施形態は第1の実施形態における遮光体の形状を変更したものである。その他の構成要件は第1の実施形態と同じである。   In the present embodiment, the shape of the light shield in the first embodiment is changed. Other structural requirements are the same as those in the first embodiment.

本実施形態は、第1の実施形態における遮光体を球形としたものである。遮光体40cの直径は受光素子30の対角線長さの略1/2であることが好ましい。ただし、遮光体40cの直径は、傾斜角度を検出しうる程度の長さであれば、適宜変更してもよい。遮光体40cが球形であれば、遮光体40cと、ケーシング20または基部11との間で発生する摩擦が小さくなり、迅速かつ正確な角度検出が可能となる。   In the present embodiment, the light shielding body in the first embodiment is formed into a spherical shape. The diameter of the light shield 40c is preferably approximately ½ of the diagonal length of the light receiving element 30. However, the diameter of the light blocking body 40c may be changed as appropriate as long as the inclination angle can be detected. If the light shielding body 40c is spherical, the friction generated between the light shielding body 40c and the casing 20 or the base portion 11 is reduced, and quick and accurate angle detection is possible.

以上のように遮光体40cを球形とすることにより、遮光体40cと、ケーシング20または基部11との間で発生する摩擦が第1の実施形態よりも小さくなり、迅速かつ正確な角度検出が可能となる。   As described above, by making the light shielding body 40c spherical, the friction generated between the light shielding body 40c and the casing 20 or the base portion 11 is smaller than that of the first embodiment, and quick and accurate angle detection is possible. It becomes.

第6の実施形態について図9を用いて説明する。図9は、ケーシング20の内部が曲面22aで構成される角度検出センサの断面図である。   A sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of an angle detection sensor in which the inside of the casing 20 is configured by a curved surface 22a.

本実施形態は、第1の実施形態において、ケーシング20の内壁面22aを、基部前面12に対して凹形状としたものである。その他の構成要件は第1の実施形態と同じである。   In the first embodiment, the inner wall surface 22a of the casing 20 has a concave shape with respect to the base front surface 12 in the first embodiment. Other structural requirements are the same as those in the first embodiment.

内壁面22aを凹形状とすることにより、内壁面22が平面である第1の実施形態よりも遮光体40と内壁面22aとの間に発生する摩擦が少なくなり、迅速かつ正確な角度検出が可能となる。   By making the inner wall surface 22a into a concave shape, the friction generated between the light blocking body 40 and the inner wall surface 22a is less than in the first embodiment in which the inner wall surface 22 is flat, and quick and accurate angle detection is possible. It becomes possible.

第7の実施形態について図10を用いて説明する。図10は、薄型の光源を備える角度検出センサの断面図である。   A seventh embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of an angle detection sensor including a thin light source.

本実施形態は、第1の実施形態において、光源50を薄型の光源としたものである。その他の構成要件は第1の実施形態と同じである。   In this embodiment, the light source 50 is a thin light source in the first embodiment. Other structural requirements are the same as those in the first embodiment.

本実施形態における光源50aの軸方向長さは、ケーシング20および基部11それぞれの軸方向長さを加えた厚さよりも短い。この薄型の光源50aを備えることによって角度検出センサを小型化することができる。光源50aは、例えば、薄型LEDあるいは面発光素子などが好適である。   The axial length of the light source 50a in the present embodiment is shorter than the thickness of the casing 20 and the base portion 11 plus the axial length. By providing this thin light source 50a, the angle detection sensor can be miniaturized. As the light source 50a, for example, a thin LED or a surface light emitting element is suitable.

以上のように第7の実施形態によれば、外部に光源を設けることなく傾斜角度を検出可能な、第1の実施形態よりも小型の角度検出センサを得ることができる。   As described above, according to the seventh embodiment, it is possible to obtain a smaller angle detection sensor than the first embodiment, which can detect the tilt angle without providing a light source outside.

第1から第7の実施形態いずれにおいても、受光面は2つでもよい。この場合、受光面は受光素子30の中心を通り受光素子30のいずれかの辺に対して平行である直線により受光領域31を面積について二等分した二分円である。これにより、角度検出センサの構成を第1の実施形態よりも簡素とした上で、0度〜180度の範囲で傾斜角度を検知することが可能となる。また、受光素子30は正方形でなくてもよく、例えば円形でもよい。   In any of the first to seventh embodiments, the number of light receiving surfaces may be two. In this case, the light receiving surface is a bisector that bisects the light receiving region 31 with respect to the area by a straight line that passes through the center of the light receiving element 30 and is parallel to any side of the light receiving element 30. As a result, the angle detection sensor can be detected in a range of 0 to 180 degrees while the configuration of the angle detection sensor is made simpler than that of the first embodiment. Further, the light receiving element 30 may not be square, and may be circular, for example.

第1から第7の実施形態いずれにおいても、遮光体40が収容されるケーシング20と基部11により形成される収容室には、光を透過する液体が充填されてもよい。これにより、遮光体40と、ケーシング20または基部前面12との間における摩擦が少なくなるとともに遮光体40の急激な変位が減少し、安定した角度検出が可能となる。   In any of the first to seventh embodiments, the storage chamber formed by the casing 20 in which the light blocking body 40 is stored and the base 11 may be filled with a liquid that transmits light. As a result, friction between the light shield 40 and the casing 20 or the front surface 12 of the base is reduced, and abrupt displacement of the light shield 40 is reduced, thereby enabling stable angle detection.

第1から第7の実施形態いずれにおいても、角度検出センサ10はケーシング20の円筒軸周り左右45度どちらかに傾斜して設置されてもよい。この場合、最も出力電圧の小さい受光面が最も下に位置すると処理する回路を備えることにより、傾斜センサとして用いることができる。第2の実施形態における信号処理回路60よりも回路構成が簡単になり、角度検出センサの小型軽量化、低価格化を図ることができる。   In any of the first to seventh embodiments, the angle detection sensor 10 may be installed with an inclination of 45 degrees to the left or right around the cylindrical axis of the casing 20. In this case, it can be used as a tilt sensor by providing a circuit for processing that the light receiving surface with the smallest output voltage is located at the lowest position. The circuit configuration is simpler than that of the signal processing circuit 60 in the second embodiment, and the angle detection sensor can be reduced in size, weight, and cost.

図11は角度検出センサの傾斜角度と各受光面から出力されるアナログ信号の電圧値との関係を示したグラフである。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the angle of inclination of the angle detection sensor and the voltage value of the analog signal output from each light receiving surface.

横軸は角度検出センサ10の傾斜角度を示し、縦軸は各受光面から出力された電圧値を示す。角度検出センサ10がケーシング20の円筒軸周りに傾斜することにより、遮光体40による受光領域31上の遮光位置が変化し、遮光位置の変化により各受光面からの出力電圧値が変化する。   The horizontal axis indicates the tilt angle of the angle detection sensor 10, and the vertical axis indicates the voltage value output from each light receiving surface. When the angle detection sensor 10 is tilted around the cylindrical axis of the casing 20, the light shielding position on the light receiving region 31 by the light shielding body 40 is changed, and the output voltage value from each light receiving surface is changed by the change in the light shielding position.

図12は、角度検出センサの傾斜角度と演算処理により求められた演算傾斜角度との関係を示したグラフである。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the tilt angle of the angle detection sensor and the calculated tilt angle obtained by the calculation process.

横軸は角度検出センサ10の傾斜角度を示し、縦軸は演算回路から出力された演算傾斜角度θの値である。角度検出センサ10の傾斜角度と演算傾斜角度θが一致し、正確な傾斜角度検出が可能となる。   The horizontal axis represents the tilt angle of the angle detection sensor 10, and the vertical axis represents the value of the calculated tilt angle θ output from the calculation circuit. The inclination angle of the angle detection sensor 10 matches the calculated inclination angle θ, and accurate inclination angle detection is possible.

第1の実施形態における角度検出センサの正面図である。It is a front view of the angle detection sensor in 1st Embodiment. 第1の実施形態における角度検出センサの側面図である。It is a side view of the angle detection sensor in a 1st embodiment. 第2の実施形態における、各受光面からのアナログ信号を処理する信号処理回路を備える角度検出センサのブロック図である。It is a block diagram of an angle detection sensor provided with the signal processing circuit which processes the analog signal from each light-receiving surface in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における、遮光体が略楕円の断面を有する角度検出センサ の断面図である。It is sectional drawing of the angle detection sensor in which the light-shielding body has a substantially elliptical cross section in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における、遮光体が円形の貫通穴を有する角度検出センサ の断面図である。It is sectional drawing of the angle detection sensor in which the light-shielding body has a circular through-hole in 4th Embodiment. 第4の実施形態における遮光体の正面図である。It is a front view of the light-shielding body in 4th Embodiment. 第4の実施形態における、遮光体が円形の貫通穴を有する角度検出センサ の斜視断面図である。It is a perspective sectional view of an angle detection sensor in which a light-shielding body has a circular through hole in a 4th embodiment. 第5の実施形態における、遮光体が球である角度検出センサの断面図であ る。It is sectional drawing of the angle detection sensor whose light-shielding body is a sphere in 5th Embodiment. 第6の実施形態における、ケーシングの内部が曲面で構成される角度検出 センサの断面図である。It is sectional drawing of the angle detection sensor with which the inside of a casing is comprised in a curved surface in 6th Embodiment. 第7の実施形態における、薄型の光源を備える角度検出センサの断面図である。It is sectional drawing of an angle detection sensor provided with a thin light source in 7th Embodiment. 角度検出センサの傾斜角度と各受光面から出力されるアナログ信号の電圧値との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the inclination angle of an angle detection sensor, and the voltage value of the analog signal output from each light-receiving surface. 角度検出センサの傾斜角度と演算処理により求められた演算傾斜角度との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the inclination angle of an angle detection sensor, and the calculation inclination angle calculated | required by the calculation process.

符号の説明Explanation of symbols

10 角度検出センサ
20 ケーシング
30 受光素子
31 受光領域
40 遮光体
60 信号処理回路

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Angle detection sensor 20 Casing 30 Light receiving element 31 Light receiving area 40 Light-shielding body 60 Signal processing circuit

Claims (13)

複数の受光面からなる受光領域を有する受光素子と、
前記受光領域を遮光可能であり、自重により変位自在な遮光体と、
前記遮光体を変位自在に支持する円筒形の内壁支持面を有するケーシングとを備え、
前記ケーシングの円筒軸心周りの傾斜角度に応じて前記遮光体が前記内壁支持面に沿って変位することにより、前記複数の受光面の少なくとも1つが遮光され、前記傾斜角度を検出することを特徴とする角度検出センサ。
A light receiving element having a light receiving region composed of a plurality of light receiving surfaces;
A light-shielding body capable of shielding the light-receiving region and being displaceable by its own weight;
A casing having a cylindrical inner wall support surface for supporting the light-shielding body in a displaceable manner,
The light shielding body is displaced along the inner wall support surface according to an inclination angle around a cylindrical axis of the casing, whereby at least one of the plurality of light receiving surfaces is shielded to detect the inclination angle. An angle detection sensor.
前記遮光体は円柱形であることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 1, wherein the light shielding body has a cylindrical shape. 前記遮光体の軸方向長さが半径よりも短いことを特徴とする請求項2に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 2, wherein an axial length of the light shield is shorter than a radius. 前記遮光体は、前記受光素子に対向する第1の端面と前記受光素子とは反対側の第2の端面とを有し、前記第1および第2の端面が凸曲面であることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The light shielding body has a first end face facing the light receiving element and a second end face opposite to the light receiving element, and the first and second end faces are convex curved surfaces. The angle detection sensor according to claim 1. 前記遮光体は前記内壁支持面と全円周に渡って摺接し前記内壁支持面の中心軸に対して回転自在に支持される円柱体であって、前記遮光体の半径よりも短い直径を有する円筒形状の貫通穴が前記遮光体の中心軸と平行な中心軸を有して前記遮光体の外縁寄りに開口していることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The light-shielding body is a cylindrical body that is in sliding contact with the inner wall support surface over the entire circumference and is rotatably supported with respect to the central axis of the inner wall support surface, and has a diameter shorter than the radius of the light-shielding body. 2. The angle detection sensor according to claim 1, wherein the cylindrical through-hole has a central axis parallel to the central axis of the light shielding body and opens closer to the outer edge of the light shielding body. 前記遮光体は球であることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 1, wherein the light shield is a sphere. 前記受光領域は円形であることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 1, wherein the light receiving region is circular. 前記受光面は、直交する2本の直線により前記円形の受光領域が四等分されたものであることを特徴とする請求項7に記載の角度検出センサ。   8. The angle detection sensor according to claim 7, wherein the light receiving surface is obtained by dividing the circular light receiving region into four equal parts by two orthogonal straight lines. 前記ケーシングの前記受光素子側を向く内壁面が、凹曲面であることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 1, wherein an inner wall surface of the casing facing the light receiving element is a concave curved surface. 前記内壁支持面を形成する収容室が光を透過する液体で満たされていることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 1, wherein a storage chamber that forms the inner wall support surface is filled with a liquid that transmits light. 前記受光領域を照明する光源を備えることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 1, further comprising a light source that illuminates the light receiving region. 前記光源の軸方向長さが、ケーシングおよび基部それぞれの軸方向長さを加えた厚さよりも短いことを特徴とする請求項11に記載の角度検出センサ。   The angle detection sensor according to claim 11, wherein an axial length of the light source is shorter than a thickness obtained by adding an axial length of each of the casing and the base. 前記受光領域から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器から出力されたアナログ信号をデジタルのデータに変換するA/Dコンバータと、
前記A/Dコンバータから出力されたデータを用いて前記傾斜角度を演算する回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載の角度検出センサ。

An amplifier for amplifying an analog signal output from the light receiving region;
An A / D converter that converts an analog signal output from the amplifier into digital data;
The angle detection sensor according to claim 1, further comprising a circuit that calculates the tilt angle using data output from the A / D converter.

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