JP2008064710A - Angle detector - Google Patents

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秀樹 宮武
Tomohiro Taketo
知博 竹藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angle detector capable of detecting linearly an angle change of an angle detecting object, and capable of enhancing detection precision thereof, in the angle detector using an optical sensor. <P>SOLUTION: This angle detector 1 includes a light projection part 12a and a light receiving part 12b arranged opposedly. Light shielding plates 8a, 8b are interposed to include a variable opening part for changing gradually an aperture, while followed to the motion of the angle change of the angle detecting object, around the center line connecting the light projection part 12a and the light receiving part 12b, as the opening center, between the light projection part 12a and the light receiving part 12b. An angle detecting part 13 finds a changed angle of the angle detecting object, based on a receiving quantity of light from the light projection part 12a received by the light receiving part 12b. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば車両のステアリングホイールの回転角度などを検出する角度検出装置に関するものである。   The present invention relates to an angle detection device that detects, for example, a rotation angle of a steering wheel of a vehicle.

従来、例えば車両におけるステアリングホイールやシフトレバー等の検出対象の回転角度や傾斜角度などを検出する角度検出装置として、光センサを用いた光検出式角度検出装置や、磁気センサを用いた磁気検出式角度検出装置が提案されている。   Conventionally, as an angle detection device for detecting a rotation angle or a tilt angle of a detection target such as a steering wheel or a shift lever in a vehicle, for example, a light detection type angle detection device using an optical sensor or a magnetic detection type using a magnetic sensor An angle detection device has been proposed.

一般に、光検出式角度検出装置では、複数の光センサを用いるとともに、それら光センサの投光部と受光部との間を遮蔽する遮蔽板に所定形状のスリットを設け、その遮蔽板による遮光に伴う光センサの受光パターンに基づいて検出対象の角度変化を検出するようになっている。   In general, in a light detection type angle detection device, a plurality of optical sensors are used, and a slit having a predetermined shape is provided in a shielding plate that shields between a light projecting unit and a light receiving unit of the optical sensor, and the shielding plate is used for light shielding. The angle change of the detection target is detected based on the light receiving pattern of the accompanying optical sensor.

また、磁気検出式角度検出装置では、例えば検出対象の角度変化に連動して角度が変化する磁石との相対的な角度変化を磁気センサによって検出し、その検出値に基づいて該検出対象の角度変化を検出するようになっている。   Further, in the magnetic detection type angle detection device, for example, a relative angle change with a magnet whose angle changes in conjunction with a change in the angle of the detection target is detected by a magnetic sensor, and the angle of the detection target is determined based on the detected value. Change is to be detected.

これら2種の角度検出装置を対比すると、光検出式角度検出装置では、複数の光センサが必要であるとともに、受光パターンに基づいて角度変化を検出することから、ディジタル的な角度変化しか検出することができず、検出対象の角度変化をリニアに検出することができない。一方、磁気検出式角度検出装置では、検出対象の角度変化をリニアに検出することができるもの、外乱に対する耐性が低いという問題がある。   Comparing these two types of angle detection devices, the light detection type angle detection device requires a plurality of optical sensors, and detects the angle change based on the light receiving pattern, so only the digital angle change is detected. Therefore, the change in the angle of the detection target cannot be detected linearly. On the other hand, the magnetic detection type angle detection device has a problem that the angle change of the detection target can be detected linearly and resistance to disturbance is low.

そこで従来、例えば特許文献1に示されるような角度検出装置が提案されている。
この角度検出装置は、角度検出対象の角度変化に従動して回転する遮光板が、光センサを構成する投光部と受光部との間に配置された構造をなしている。この遮光板は回転中心に対して徐々に半径が変化する形状をなし、回転に伴って受光部の受光量がリニアに増減するようになっている。このため、光検出式角度検出装置ではあるものの、角度検出対象のリニアな角度変化を検出可能となる。また、光検出式であるが故に外乱に対する耐性も高く、高い検出信頼性も得られる。
特開平9−269214号公報
Therefore, conventionally, for example, an angle detection device as disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
This angle detection device has a structure in which a light shielding plate that rotates following an angle change of an angle detection target is disposed between a light projecting unit and a light receiving unit that constitute an optical sensor. The light shielding plate has a shape in which the radius gradually changes with respect to the center of rotation, and the amount of light received by the light receiving portion increases and decreases linearly with rotation. For this reason, although it is a light detection type angle detection device, it becomes possible to detect a linear angle change of an angle detection target. Further, since it is a light detection type, it has high resistance to disturbance and high detection reliability can be obtained.
JP-A-9-269214

しかしながら、特許文献1に示される角度検出装置では、例えば図6に示すように、遮光板51は、角度検出対象の角度変化に連動して、同図に示す矢印F1,F2方向に中心Oを回転軸心として回転する。すると、同図に斜線で示すように、受光部52は、月の満ち欠けのような態様で外周部から順に遮光されるようになる。このため、遮光板51による該受光部52の遮蔽面積は、遮光板51の回転角度に対して非常に不均一に変化する。よって、受光部52によって受光される光量は、遮光板51の角度変化に対して不均一となる。したがって、受光部52の検出電圧は、遮光板51の回転位置に応じて変動差が大きい箇所と小さい箇所とが存在することとなるため、該遮光板51の角度変化、すなわち角度検出対象の角度変化を検出するためには、複雑な演算が必要となったり、各角度に対する検出電圧のマップが必要となったりしてしまう。それゆえ、こうした観点から、角度変化をリニアに検出可能な光検出式角度検出装置としては、改善の余地が残されている。   However, in the angle detection device disclosed in Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 6, the light shielding plate 51 has a center O in the directions of arrows F1 and F2 shown in FIG. It rotates as the axis of rotation. Then, as indicated by hatching in the figure, the light receiving part 52 is shielded in order from the outer peripheral part in a manner like a full moon. For this reason, the shielding area of the light receiving portion 52 by the light shielding plate 51 varies very unevenly with respect to the rotation angle of the light shielding plate 51. Therefore, the amount of light received by the light receiving unit 52 is non-uniform with respect to the angle change of the light shielding plate 51. Accordingly, the detected voltage of the light receiving unit 52 has a portion where the variation difference is large and a portion where the variation difference is small depending on the rotational position of the light shielding plate 51. In order to detect a change, a complicated calculation is required, or a map of detection voltage for each angle is required. Therefore, there remains room for improvement as a photodetection type angle detection device capable of linearly detecting an angle change from such a viewpoint.

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光センサを用いた角度検出装置において、角度検出対象の角度変化をリニアに検出することができるとともに、その検出精度の向上を図ることができる角度検出装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to detect an angle change of an angle detection target linearly in an angle detection apparatus using an optical sensor and to improve detection accuracy. An object of the present invention is to provide an angle detection device that can be realized.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、対向配置された投光部及び受光部からなる光センサと、前記投光部と前記受光部との間に介在され、角度検出対象の角度変化に従動して該投光部と該受光部とを結ぶ中心線を開口中心として開度が徐変する可変開口部を有する絞り機構と、前記受光部による前記投光部からの光の受光量に基づいて前記角度検出対象の変化角度を求める角度検出手段とを備えたことを要旨とする。   In order to solve the above-described problem, in the invention according to claim 1, an optical sensor composed of a light projecting unit and a light receiving unit arranged to face each other, and interposed between the light projecting unit and the light receiving unit, an angle A diaphragm mechanism having a variable opening whose opening gradually changes with the center line connecting the light projecting part and the light receiving part as the center of opening following the change in the angle of the detection target, and from the light projecting part by the light receiving part The gist of the present invention is to provide angle detection means for obtaining a change angle of the angle detection object based on the amount of received light.

上記構成によると、角度検出対象の角度変化に従動して絞り機構の可変開口部の開度が徐々に変化する。これにより、受光部によって受光される光量はリニアに変化するため、該受光部による検出値もリニアに変化することとなる。よって、光センサを用いて角度検出対象の角度変化をリニアに検出可能となる。また、可変開口部は、光センサを構成する投光部と受光部とを結ぶ中心線を開口中心として開度が徐変するため、角度検出対象の角度変化に対する開度の制御を容易に行うことができる。よって、角度検出対象の角度変化を高い精度で検出可能となる。   According to the above configuration, the opening degree of the variable opening of the aperture mechanism gradually changes following the change in angle of the angle detection target. As a result, since the amount of light received by the light receiving unit changes linearly, the detection value by the light receiving unit also changes linearly. Therefore, it becomes possible to linearly detect the angle change of the angle detection target using the optical sensor. In addition, since the opening of the variable opening gradually changes with the center line connecting the light projecting part and the light receiving part constituting the optical sensor as the center of the opening, the opening of the angle detection target can be easily controlled. be able to. Therefore, the angle change of the angle detection target can be detected with high accuracy.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の角度検出装置において、前記絞り機構は、前記角度検出対象の角度変化に従動する複数枚の遮光板を備え、それら遮光板同士の重なり量が変化することによって生じる間隙が前記可変開口部となることを要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, in the angle detection device according to the first aspect, the diaphragm mechanism includes a plurality of light shielding plates that follow the angle change of the angle detection target, and an overlapping amount of the light shielding plates. The gist of the present invention is that the gap generated by the change of the angle becomes the variable opening.

上記構成によると、可変開口部は、複数の遮光板同士の重なり量が変化することによって生じる間隙によって構成される。このため、該遮光板によって可変開口部を確実に構成することができる。   According to the above configuration, the variable opening is configured by a gap that is generated when the overlapping amount of the plurality of light shielding plates changes. For this reason, a variable opening part can be reliably comprised by this light-shielding plate.

請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の角度検出装置において、前記絞り機構は、それぞれ一側部同士が重なり合うように配置された2枚の前記遮光板を備え、それら遮光板における該一側部には、互いに重なり合った際に略菱形をなす前記可変開口部が構成される切欠き部が設けられていることを要旨とする。   According to a third aspect of the present invention, in the angle detection device according to the second aspect, the diaphragm mechanism includes the two light shielding plates arranged so that one side portions thereof overlap each other. The gist of the invention is that the one side portion is provided with a notch portion in which the variable opening portion having a substantially diamond shape is formed when they overlap each other.

上記構成によると、絞り機構は、互いに重なり合う一側部に切欠き部が設けられた2枚の遮光板を備え、それら切欠き部により略菱形をなす可変開口部が構成されている。こうした可変開口部は、両遮光板の重なり量の変化に伴って同軸・同形の菱形が大きくなったり小さくなったりするため、角度検出対象の角度変化に対する開度の制御が確実に容易となる。よって、角度検出対象の角度変化を高い精度で検出可能となる。しかも、絞り機構を構成する遮光板を2枚で構成することができるため、角度検出装置を単純な構成とすることができる。   According to the above configuration, the diaphragm mechanism includes the two light shielding plates provided with the notches on one side portion that overlaps each other, and the notch portions form a variable opening having a substantially diamond shape. In such a variable opening, the coaxial / similar rhombus becomes larger or smaller as the overlapping amount of the light shielding plates changes, so that it becomes easy to control the opening degree with respect to the angle change of the angle detection target. Therefore, the angle change of the angle detection target can be detected with high accuracy. In addition, since the two light shielding plates constituting the diaphragm mechanism can be configured, the angle detection device can be configured simply.

請求項4に記載の発明では、請求項1〜3のいずれか1項に記載の角度検出装置において、前記絞り機構は、前記角度検出対象の角度変化に対して、前記可変開口部の開口面積を比例的に増減させることを要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the angle detection device according to any one of the first to third aspects, the aperture mechanism has an opening area of the variable opening with respect to an angle change of the angle detection target. The main point is to increase or decrease the ratio proportionally.

上記構成によると、可変開口部の開口面積は、角度検出対象の角度変化に対して比例的に増減する。このため、受光部による検出値の変化が、角度検出対象の角度変化に対して一定となる。よって、光センサによる角度検出対象の角度変化を高い精度でリニアに検出可能となる。   According to the above configuration, the opening area of the variable opening portion increases or decreases in proportion to the angle change of the angle detection target. For this reason, the change of the detection value by the light receiving unit is constant with respect to the angle change of the angle detection target. Therefore, it becomes possible to detect the angle change of the angle detection target by the optical sensor linearly with high accuracy.

以上詳述したように、本発明によれば、光センサを用いた角度検出装置において、角度検出対象の角度変化をリニアに検出することができるとともに、その検出精度の向上を図ることができる角度検出装置を提供することができる。   As described above in detail, according to the present invention, in the angle detection device using the optical sensor, the angle change of the angle detection target can be detected linearly, and the detection accuracy can be improved. A detection device can be provided.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図5に基づき詳細に説明する。
図1及び図2に示すように、角度検出装置1は、図示しない角度検出対象(例えば車両におけるステアリングシャフト等)の角度変化動作(回動等)に従動する絞り機構2を備えている。この絞り機構2は、ハウジング(図示略)等に固定された4つの支承部(第1〜第4支承部3a〜3d)によって支承された状態で該ハウジング内に配設されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the angle detection device 1 includes an aperture mechanism 2 that is driven by an angle change operation (turning or the like) of an angle detection target (not shown) (for example, a steering shaft in a vehicle). The diaphragm mechanism 2 is disposed in the housing in a state of being supported by four support portions (first to fourth support portions 3a to 3d) fixed to a housing (not shown) or the like.

こうした絞り機構2は、角度検出対象に連動して回動する回転体4と、その回転体4の回転軸心上に延びる連動軸部5と、該連動軸部5の先端に連結された連結バー6と、該連結バー6における連動軸部5と両端との間にそれぞれ設けられた作用軸7a,7bと、それら作用軸7a,7bに遊嵌された複数(ここでは2枚)の遮光板(第1遮光板8a及び第2遮光板8b)とを備えている。   The diaphragm mechanism 2 includes a rotating body 4 that rotates in conjunction with an angle detection target, an interlocking shaft portion 5 that extends on the rotational axis of the rotating body 4, and a connection that is connected to the tip of the interlocking shaft portion 5. The bar 6, the working shafts 7a and 7b provided between the interlocking shaft portion 5 and both ends of the connecting bar 6, and a plurality (two in this case) of light-shielding lightly fitted on the working shafts 7a and 7b. And plates (first light shielding plate 8a and second light shielding plate 8b).

詳しくは、回転体4は、例えば角度検出対象に歯合されたギア部などによって構成された円盤状物からなり、該角度検出対象の角度変化に伴って回動する。
連動軸部5は略円柱状をなし、基端が回転体4の一面(図1及び図2における下面)において回転軸心Oと同軸となるように固定されるとともに、先端が下方に延びている。
Specifically, the rotating body 4 is made of a disk-like object configured by, for example, a gear portion meshed with an angle detection target, and rotates with a change in the angle of the angle detection target.
The interlocking shaft portion 5 has a substantially cylindrical shape, and the base end is fixed so as to be coaxial with the rotation axis O on one surface of the rotating body 4 (the lower surface in FIGS. 1 and 2), and the distal end extends downward. Yes.

連結バー6は、連動軸部5の軸心方向と直交する方向に延びる略直方体状の棒状物からなり、その長手方向における中心箇所が連動軸部5の先端に固定されている。このため、連結バー6は、該連動軸部5との固定箇所、すなわち回転体4の回転軸心Oを中心として、回転体4とともに回動する。   The connecting bar 6 is formed of a substantially rectangular parallelepiped rod-like object extending in a direction orthogonal to the axial center direction of the interlocking shaft portion 5, and a central portion in the longitudinal direction is fixed to the tip of the interlocking shaft portion 5. For this reason, the connecting bar 6 rotates together with the rotating body 4 around a fixed portion with the interlocking shaft portion 5, that is, the rotation axis O of the rotating body 4.

各作用軸7a,7bは、連結バー6における連動軸部5との固定箇所が対称位置となるように該連結バー6に固定された略円柱状物からなり、連結バー6において連動軸部5との固定面とは逆側の面(下方)に突設されている。   Each of the action shafts 7a and 7b is formed of a substantially columnar object fixed to the connection bar 6 so that a fixed position of the connection bar 6 with the interlocking shaft portion 5 is a symmetric position. Projecting from the surface opposite to the fixed surface (downward).

第1遮光板8a及び第2遮光板8bは、それぞれ平面視で略長方形状をなす板状物によって構成され、連結バー6の下方において、一側部同士が重なり合うように配置されている。図3(a)〜(c)にも併せ示すように、各遮光板8a,8bの略中央には、それぞれ対応する作用軸7a,7bが遊嵌される長孔9a,9bが透設されている。また、各遮光板8a,8bにおいて互いに重なり合う一側部には、互いに重なり合った状態において正方形状の菱形からなる可変開口部10を構成する切欠き部10a,10bが設けられている。すなわち、これら切欠き部10a,10bは、各遮光板8a,8bにおいて互いに重なり合う一側部において、互いに対応する箇所に設けられた直角二等辺三角形状の切欠きによって構成されている。   The first light-shielding plate 8 a and the second light-shielding plate 8 b are each constituted by a plate-like object having a substantially rectangular shape in plan view, and are disposed below the connecting bar 6 so that one side portions overlap each other. As also shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c), long holes 9a and 9b into which the corresponding action shafts 7a and 7b are loosely fitted are formed at substantially the center of the respective light shielding plates 8a and 8b. ing. Further, notches 10a and 10b constituting the variable opening 10 made of a square-shaped rhombus are provided on one side of the light shielding plates 8a and 8b that overlap each other. That is, these notches 10a and 10b are formed by right-angled isosceles triangle-like notches provided at locations corresponding to each other on one side portion overlapping each other in each light shielding plate 8a and 8b.

そして、第1遮光板8aにおける切欠き部10aが設けられた一側部と直交する側の両側部が、前記第1支承部3a及び第2支承部3bによって支承されるとともに、第2遮光板8bにおける切欠き部10bが設けられた一側部と直交する側の両側部が、前記第3支承部3c及び第4支承部3dによって支承されている。詳しくは、各支承部3a〜3dにおいて互いに対向する面には、それぞれ各遮光板8a,8bの側部と合致するガイド溝11が凹設され、それらガイド溝11に対応する遮光板8a,8bの両側部が挿入されることにより、該遮光板8a,8bが第1〜第4支承部3a〜3dに支承された状態となっている。このため、連結バー6が回転体4とともに回動すると、各作用軸7a,7bが各長孔9a,9b内を移動することにより、各遮光板8a,8bは、ガイド溝11に沿って互いに対向する方向(図3(a)〜(c)に示す矢印F1,F2方向)に直線移動する。そして、これら遮光板8a,8bの移動により、互いに重なり合う量が変化するとともに、各切欠き部10a,10bによって構成される可変開口部10の開口面積が増減することとなる。より詳しくは、例えば図4に模式的に示すように、可変開口部10は、遮光板8a,8bの移動に伴い、回転体4の回転軸心Oを中心とした同形の菱形形状が大小することにより開口面積が増減することとなる。   The first light shielding plate 8a is supported by the first support portion 3a and the second support portion 3b on both sides of the first light shielding plate 8a on the side perpendicular to the one side where the notch 10a is provided, and the second light shielding plate. Both side portions on the side perpendicular to the one side portion provided with the notch portion 10b in 8b are supported by the third support portion 3c and the fourth support portion 3d. Specifically, guide grooves 11 that coincide with the side portions of the respective light shielding plates 8a and 8b are formed in the surfaces facing each other in the support portions 3a to 3d, and the light shielding plates 8a and 8b corresponding to the guide grooves 11 are provided. The light shielding plates 8a and 8b are in a state of being supported by the first to fourth support portions 3a to 3d. For this reason, when the connecting bar 6 rotates together with the rotating body 4, the action shafts 7 a, 7 b move in the long holes 9 a, 9 b, so that the light shielding plates 8 a, 8 b move along the guide grooves 11. It moves linearly in the facing direction (the directions of arrows F1 and F2 shown in FIGS. 3A to 3C). As the light shielding plates 8a and 8b move, the overlapping amount changes, and the opening area of the variable opening 10 formed by the notches 10a and 10b increases or decreases. More specifically, for example, as schematically shown in FIG. 4, the variable opening 10 has the same rhombus shape centered on the rotation axis O of the rotating body 4 as the light shielding plates 8 a and 8 b move. As a result, the opening area increases or decreases.

なお、図3(a)〜(c)に示すように、本実施形態においてこれら長孔9a,9bは、予め設定された曲線形状をなしている。具体的には、各長孔9a,9bは、互いに回転軸心Oに対して点対称となる形状をなし、回転体4の角度変化に対して可変開口部10の開口面積が比例的に増減するように、各遮光板8a,8bの移動量を調整する形状をなしている。換言すれば、各長孔9a,9bは、回転体4の角度変化率に対する開口面積の増減率が一定となるように各遮光板8a,8bの移動量を調整する形状をなしている。   As shown in FIGS. 3A to 3C, in the present embodiment, the long holes 9a and 9b have a preset curved shape. Specifically, each of the long holes 9 a and 9 b has a shape that is point-symmetric with respect to the rotational axis O, and the opening area of the variable opening 10 increases and decreases proportionally with respect to the change in the angle of the rotating body 4. As described above, a shape for adjusting the amount of movement of each light shielding plate 8a, 8b is formed. In other words, each of the long holes 9a and 9b has a shape that adjusts the amount of movement of each of the light shielding plates 8a and 8b so that the increase / decrease rate of the opening area with respect to the angle change rate of the rotating body 4 is constant.

ところで、図1及び図2に示すように、連結バー6の下面において連動軸部5と対応する箇所には、光センサ12を構成する投光部12aが固定されている。この投光部12aは、例えばLEDや半導体レーザ等の指向性を有する光源からなり、遮光板8a,8b方向に光を放射するように固定されている。また、各遮光板8a,8bの下方において該投光部12aと対向する箇所には、光センサ12を構成する受光部12bが配設されている。こうした受光部12bは、第1〜第4支承部3a〜3dやハウジング等に固定された基板(図示略)上に実装されており、投光部12aから放射される光の受光量を検出する。このため、各遮光板8a,8bは、投光部12aと受光部12bとの間に介在された状態となっている。また、可変開口部10は、投光部12aと受光部12bとを結ぶ中心線(回転軸心O)を開口中心として開度が徐変することとなる。   By the way, as shown in FIG.1 and FIG.2, the light projection part 12a which comprises the optical sensor 12 is being fixed to the location corresponding to the interlocking shaft part 5 in the lower surface of the connection bar 6. FIG. The light projecting unit 12a is composed of a directional light source such as an LED or a semiconductor laser, and is fixed so as to emit light in the direction of the light shielding plates 8a and 8b. A light receiving portion 12b constituting the optical sensor 12 is disposed below the light shielding plates 8a and 8b at a location facing the light projecting portion 12a. The light receiving unit 12b is mounted on a substrate (not shown) fixed to the first to fourth support units 3a to 3d, the housing, and the like, and detects the amount of light received from the light projecting unit 12a. . For this reason, each light shielding plate 8a, 8b is in a state of being interposed between the light projecting unit 12a and the light receiving unit 12b. Further, the opening of the variable opening 10 gradually changes with the center line (rotation axis O) connecting the light projecting part 12a and the light receiving part 12b as the center of opening.

こうした投光部12a及び受光部12bは、前記基板に実装された角度検出手段としての角度検出部13に電気的に接続されている。投光部12aは角度検出部13からの制御信号に基づいて作動し、受光部12bは受光量を電圧変換して該角度検出部13に出力する。そして、該角度検出部13は、投光部12aの発光制御を行うとともに、受光部12bから入力される電圧値に基づいて回転体4の回動角度、すなわち角度検出対象の変化角度を求める。   The light projecting unit 12a and the light receiving unit 12b are electrically connected to an angle detecting unit 13 as an angle detecting unit mounted on the substrate. The light projecting unit 12 a operates based on a control signal from the angle detection unit 13, and the light receiving unit 12 b converts the amount of received light into a voltage and outputs the voltage to the angle detection unit 13. The angle detection unit 13 performs light emission control of the light projecting unit 12a and obtains the rotation angle of the rotating body 4, that is, the change angle of the angle detection target, based on the voltage value input from the light receiving unit 12b.

次に、このように構成された角度検出装置1の動作をより詳細に説明する。
図3(a)に示すように、回動可能範囲(回動許容角度)における中間位置(中立位置)に連結バー6が位置している状態において、各遮光板8a,8bは、可変開口部10の開口面積は、最大開口面積Smax と最小開口面積Smin との差分の半分の面積となるように位置するようになっている。
Next, the operation of the angle detection device 1 configured as described above will be described in more detail.
As shown in FIG. 3A, in the state where the connecting bar 6 is located at the intermediate position (neutral position) in the rotatable range (rotation allowable angle), each light shielding plate 8a, 8b has a variable opening. The opening area of 10 is positioned so as to be half the difference between the maximum opening area Smax and the minimum opening area Smin.

そして、こうした状態において連結バー6は矢印R1,R2方向に回動可能となっており、該連結バー6の回動に伴い、各遮光板8a,8bが矢印F1,F2方向に直線移動する。   In this state, the connecting bar 6 can be rotated in the directions of arrows R1 and R2, and the light shielding plates 8a and 8b linearly move in the directions of arrows F1 and F2 as the connecting bar 6 rotates.

詳しくは、図3(b)に示すように、連結バー6が矢印R1方向に回動すると、第1遮光板8aは矢印F2方向に、第2遮光板8bは矢印F1方向に移動し、互いに重なり合う量が増大して可変開口部10の開口面積が減少する。そして、矢印R1方向への回動限界まで連結バー6が回動された状態にあっては、可変開口部10がちょうど閉じた状態となり、「最小開口面積Smin =0」となる。   Specifically, as shown in FIG. 3B, when the connecting bar 6 rotates in the direction of arrow R1, the first light shielding plate 8a moves in the direction of arrow F2, and the second light shielding plate 8b moves in the direction of arrow F1. The amount of overlap increases and the opening area of the variable opening 10 decreases. When the connecting bar 6 is rotated to the limit of rotation in the direction of the arrow R1, the variable opening 10 is just closed, and “minimum opening area Smin = 0”.

一方、図3(c)に示すように、連結バー6が矢印R2方向に回動すると、第1遮光板8aは矢印F1方向に、第2遮光板8bは矢印F2方向に移動し、互いに重なり合う量が減少して可変開口部10の開口面積が増大する。そして、矢印R2方向への回動限界まで連結バー6が回動された状態にあっては、各遮光板8a,8bの一側縁同士が合致して可変開口部10がちょうど全開した状態となり、最大開口面積Smax となる。   On the other hand, as shown in FIG. 3C, when the connecting bar 6 rotates in the direction of the arrow R2, the first light shielding plate 8a moves in the direction of the arrow F1 and the second light shielding plate 8b moves in the direction of the arrow F2 and overlaps each other. The amount decreases and the opening area of the variable opening 10 increases. When the connecting bar 6 is rotated to the limit of rotation in the direction of the arrow R2, the side edges of the light shielding plates 8a and 8b are aligned with each other so that the variable opening 10 is fully opened. The maximum opening area Smax.

そして、投光部12aから放射される光のうち、可変開口部10を通過した光が受光部12bによって検出されるとともに、その受光量に応じた検出電圧が角度検出部13に入力され、該角度検出部13によって回転体4の回動角度、すなわち角度検出対象の変化角度が求められる。   And among the light radiated | emitted from the light projection part 12a, while the light which passed the variable opening part 10 is detected by the light-receiving part 12b, the detection voltage according to the received light quantity is input into the angle detection part 13, The rotation angle of the rotating body 4, that is, the change angle of the angle detection target is obtained by the angle detection unit 13.

なお、上述したように、各遮光板8a,8bに設けられた各長孔9a,9bは、回転体4の角度変化に対して可変開口部10の開口面積が比例的に増減するように、各遮光板8a,8bの移動量を調整する形状をなしている。このため、図5に示すように、回転体4の回動角度と可変開口部10の開口面積とは比例関係となる。また、可変開口部10は、投光部12aと受光部12bとを結ぶ中心線(ここでは回転軸心O)を開口中心として開度が徐変するため、該可変開口部10を通過する光量も開口面積にほぼ比例するため、該開口面積と受光部12bによる検出電圧との関係も比例関係となる。よって、回転体4の回動角度と該検出電圧とが比例関係となる。それゆえ角度検出部13は、受光部12bから入力される検出電圧に基づき、角度検出対象の角度変化をリニアに検出可能となるとともに、容易且つ確実に求めることができる。しかも、回転体4の回動角度と検出電圧とが比例関係にあるため、角度検出対象の角度変化を高い分解能で高精度に検出可能となる。   As described above, each of the long holes 9a and 9b provided in each of the light shielding plates 8a and 8b is configured so that the opening area of the variable opening 10 increases and decreases in proportion to the change in the angle of the rotating body 4. It has a shape for adjusting the amount of movement of each light shielding plate 8a, 8b. For this reason, as shown in FIG. 5, the rotation angle of the rotating body 4 and the opening area of the variable opening 10 are in a proportional relationship. Further, since the opening of the variable opening 10 gradually changes with the center line (here, the rotation axis O) connecting the light projecting part 12a and the light receiving part 12b as the opening center, the amount of light passing through the variable opening 10 Is also substantially proportional to the aperture area, the relationship between the aperture area and the detection voltage by the light receiving portion 12b is also proportional. Therefore, the rotation angle of the rotating body 4 and the detected voltage are in a proportional relationship. Therefore, the angle detection unit 13 can detect the angle change of the angle detection target linearly and easily and reliably based on the detection voltage input from the light receiving unit 12b. In addition, since the rotation angle of the rotating body 4 and the detection voltage are in a proportional relationship, it is possible to detect the angle change of the angle detection target with high resolution and high accuracy.

したがって、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
(1)角度検出対象の角度変化に従動して絞り機構2の可変開口部10の開度が徐々に変化する。これにより、受光部12bによって受光される光量はリニアに変化するため、該受光部12bによる検出値もリニアに変化することとなる。よって、光センサ12を用いて角度検出対象の角度変化をリニアに検出することができる。また、可変開口部10は、光センサ12を構成する投光部12aと受光部12bとを結ぶ中心線を開口中心として開度が徐変するため、角度検出対象の角度変化に対する開度の制御を容易に行うことができる。よって、角度検出対象の角度変化を高い精度で検出することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The degree of opening of the variable opening 10 of the diaphragm mechanism 2 gradually changes following the change in angle of the angle detection target. As a result, the amount of light received by the light receiving unit 12b changes linearly, and the detection value by the light receiving unit 12b also changes linearly. Therefore, the angle change of the angle detection target can be detected linearly using the optical sensor 12. Further, since the opening of the variable opening 10 gradually changes with the center line connecting the light projecting unit 12a and the light receiving unit 12b constituting the optical sensor 12 as the center of the opening, the opening control for the angle change of the angle detection target is performed. Can be easily performed. Therefore, the angle change of the angle detection target can be detected with high accuracy.

(2)可変開口部10は、2枚の遮光板8a,8bの互いに重なり合う一側部に設けられた切欠き部10a,10bによって構成され、両遮光板8a,8bの重なり量の変化に伴って同軸・同形の菱形が大きくなったり小さくなったりする。このため、角度検出対象の角度変化に対する開度の制御が確実に容易となる。よって、角度検出部13は、角度検出対象の角度変化を高い精度で検出可能となる。しかも、絞り機構2を構成する遮光板を2枚で構成することができるため、角度検出装置1を単純な構成とすることができる。   (2) The variable opening 10 is formed by notches 10a and 10b provided on one side of the two light shielding plates 8a and 8b that overlap each other, and changes in the amount of overlap between the light shielding plates 8a and 8b. As a result, the coaxial and isomorphic diamonds grow larger and smaller. For this reason, the control of the opening degree with respect to the angle change of the angle detection target is surely facilitated. Therefore, the angle detector 13 can detect the angle change of the angle detection target with high accuracy. In addition, since the light shielding plate constituting the diaphragm mechanism 2 can be composed of two sheets, the angle detection device 1 can be configured simply.

(3)可変開口部10の開口面積は、角度検出対象の角度変化に対して比例的に増減する。このため、受光部12bによる検出電圧値の変化が、角度検出対象の角度変化に対して一定となる。よって、光センサ12による角度検出対象の角度変化を高い精度でリニアに検出することができる。   (3) The opening area of the variable opening 10 increases or decreases in proportion to the angle change of the angle detection target. For this reason, the change in the detected voltage value by the light receiving unit 12b is constant with respect to the angle change of the angle detection target. Therefore, the angle change of the angle detection target by the optical sensor 12 can be detected linearly with high accuracy.

(4)長孔9a,9bの形状を工夫するだけで、上記(3)の効果を得ることができる。すなわち、上記(3)の効果を、簡単な構成で確実に得ることができる。このため、角度検出装置1の設計及び製造を容易に行うことができるとともに、部品点数が過剰に増大してしまうこともない。   (4) The effect of (3) can be obtained only by devising the shape of the long holes 9a and 9b. That is, the effect (3) can be reliably obtained with a simple configuration. For this reason, the angle detection device 1 can be easily designed and manufactured, and the number of components does not increase excessively.

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 遮光板は2枚(第1遮光板8a及び第2遮光板8b)によって構成されていることに限らず、例えば一般的なカメラ等に用いられている絞り機構のように、3枚以上の遮光板によって構成されてもよい。このようにすれば、略円形の可変開口部10とすることができる。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
-The light shielding plate is not limited to being composed of two sheets (first light shielding plate 8a and second light shielding plate 8b), and for example, there are three or more light shielding plates such as a diaphragm mechanism used in a general camera or the like. You may be comprised by the light-shielding plate. If it does in this way, it can be set as the substantially circular variable opening part 10. FIG.

・ 各遮光板8a,8bに設けられた切欠き部10a,10bは、必ずしも菱形形状の可変開口部10を構成する形状となっている必要はなく、例えば略半楕円形状をなしていたり、他の多角形状の可変開口部10を構成する形状となっていたりしてもよい。   The notches 10a and 10b provided in the respective light shielding plates 8a and 8b do not necessarily have to have a shape forming the rhomboid variable opening 10, for example, a substantially semi-elliptical shape, The shape of the polygonal variable opening 10 may be a shape.

・ 回転体4の角度変化と可変開口部10の開口面積の増減とは、必ずしも比例関係である必要はない。すなわち、回転体4の一方向への角度変化に対して可変開口部10の開口面積が必ず増加または減少するようになっていればよい。   The change in the angle of the rotating body 4 and the increase / decrease in the opening area of the variable opening 10 do not necessarily have a proportional relationship. That is, it is only necessary that the opening area of the variable opening 10 is always increased or decreased with respect to a change in the angle of the rotating body 4 in one direction.

・ 各長孔9a,9bを直線状に構成してもよい。このようにしても、回転体4の回動角度と可変開口部10の開口面積の増減とが比例関係に近い関係となる。このため、前記実施形態ほどではないものの、前記背景技術で述べた特許文献1に記載の角度検出装置に比べて、角度検出対象の角度変化を高精度に検出することができる。また、このように変更した場合、各長孔9a,9bの設計が容易となる。   -You may comprise each long hole 9a, 9b linearly. Even in this case, the rotation angle of the rotating body 4 and the increase / decrease of the opening area of the variable opening 10 are close to a proportional relationship. For this reason, although it is not as much as the said embodiment, compared with the angle detection apparatus of patent document 1 described by the said background art, the angle change of an angle detection object can be detected with high precision. Moreover, when it changes in this way, design of each long hole 9a, 9b becomes easy.

・ 光センサ12を構成する投光部12a及び受光部12b、並びに、可変開口部10の開口中心は、必ずしも回転体4の回転軸心O上に配設されている必要はなく、投光部12aと受光部12bとを結ぶ中心線上に可変開口部10の開口中心が位置する条件を満たしていればよい。   The light projecting unit 12a and the light receiving unit 12b constituting the optical sensor 12 and the opening center of the variable opening 10 do not necessarily have to be arranged on the rotation axis O of the rotating body 4, and the light projecting unit What is necessary is just to satisfy | fill the conditions that the opening center of the variable opening part 10 is located on the centerline which connects 12a and the light-receiving part 12b.

・ 角度検出対象はステアリングシャフトのような回転体に限らず、例えばアクセル・バイ・ワイヤのアクセルペダルなど、角度変化を生じ、且つその角度変化の検出が必要なものであれば、何でも適用可能である。   -The angle detection target is not limited to a rotating body such as a steering shaft. For example, any accelerator can be used as long as it causes an angle change and needs to be detected. is there.

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1) 請求項2または請求項3に記載の角度検出装置において、前記可変開口部は、同形状の開口部が、前記角度検出対象の角度変化に応じて同心で大小するように設定されていること。この(1)に記載の技術的思想によれば、角度検出対象の角度変化に対する可変開口部の開口面積の増減比率を制御しやすくすることができる。
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1) In the angle detection device according to claim 2 or 3, the variable opening is set so that the opening having the same shape is concentrically large or small according to an angle change of the angle detection target. Being. According to the technical idea described in (1), it is possible to easily control the increase / decrease ratio of the opening area of the variable opening with respect to the angle change of the angle detection target.

本発明の一実施形態の角度検出装置の概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the angle detection apparatus of one Embodiment of this invention. 同実施形態の角度検出装置の概略構成を模式的に示す正面図。The front view which shows typically schematic structure of the angle detection apparatus of the embodiment. (a)〜(c)は、同実施形態の動作例を概略的に示す平面図。(A)-(c) is a top view which shows roughly the operation example of the embodiment. 同実施形態の角度検出装置の可変開口部の動作を模式的に示す図。The figure which shows typically operation | movement of the variable opening part of the angle detection apparatus of the embodiment. 角度検出対象の角度変化と可変開口部の開口面積との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the angle change of an angle detection object, and the opening area of a variable opening part. 従来の光センサ式角度検出装置の角度検出原理を模式的に示す図。The figure which shows typically the angle detection principle of the conventional optical sensor type angle detection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…角度検出装置、2…絞り機構、8a,8b…遮光板、10…可変開口部、10a,10b…切欠き部、12…光センサ、12a…投光部、12b…受光部、13…角度検出手段としての角度検出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Angle detection apparatus, 2 ... Diaphragm mechanism, 8a, 8b ... Light-shielding plate, 10 ... Variable opening part, 10a, 10b ... Notch part, 12 ... Optical sensor, 12a ... Light projection part, 12b ... Light-receiving part, 13 ... An angle detector as an angle detector.

Claims (4)

対向配置された投光部及び受光部からなる光センサと、
前記投光部と前記受光部との間に介在され、角度検出対象の角度変化に従動して該投光部と該受光部とを結ぶ中心線を開口中心として開度が徐変する可変開口部を有する絞り機構と、
前記受光部による前記投光部からの光の受光量に基づいて前記角度検出対象の変化角度を求める角度検出手段とを備えたことを特徴とする角度検出装置。
An optical sensor composed of a light projecting unit and a light receiving unit disposed opposite to each other;
A variable opening that is interposed between the light projecting unit and the light receiving unit, and whose opening degree gradually changes with a center line that connects the light projecting unit and the light receiving unit being driven by an angle change of an angle detection target An aperture mechanism having a portion;
An angle detection apparatus comprising: an angle detection unit that obtains a change angle of the angle detection target based on an amount of light received from the light projecting unit by the light receiving unit.
前記絞り機構は、前記角度検出対象の角度変化に従動する複数枚の遮光板を備え、それら遮光板同士の重なり量が変化することによって生じる間隙が前記可変開口部となることを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置。   The diaphragm mechanism includes a plurality of light shielding plates that follow an angle change of the angle detection target, and a gap generated when the amount of overlap between the light shielding plates changes serves as the variable opening. Item 2. The angle detection device according to Item 1. 前記絞り機構は、それぞれ一側部同士が重なり合うように配置された2枚の前記遮光板を備え、それら遮光板における該一側部には、互いに重なり合った際に略菱形をなす前記可変開口部が構成される切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の角度検出装置。   The diaphragm mechanism includes two light shielding plates arranged so that one side portions thereof overlap each other, and the one side portion of the light shielding plates has a substantially rhombic shape when they overlap each other. The angle detection device according to claim 2, wherein a notch portion is provided. 前記絞り機構は、前記角度検出対象の角度変化に対して、前記可変開口部の開口面積を比例的に増減させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の角度検出装置。   The angle detection device according to claim 1, wherein the aperture mechanism proportionally increases or decreases the opening area of the variable opening with respect to an angle change of the angle detection target. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102279008A (en) * 2010-06-12 2011-12-14 飞秒光电科技(西安)有限公司 Optical fiber sensor based on diameter-gradient barrier

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