JP3507563B2 - 回転角度センサ - Google Patents

回転角度センサ

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JP3507563B2 JP29244594A JP29244594A JP3507563B2 JP 3507563 B2 JP3507563 B2 JP 3507563B2 JP 29244594 A JP29244594 A JP 29244594A JP 29244594 A JP29244594 A JP 29244594A JP 3507563 B2 JP3507563 B2 JP 3507563B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光位置検出素子(PS
D)を用いた光方式の回転角度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の回転角度センサを概略的に
示したブロック図である。図中100は回転角度検出部
を示しており、回転角度検出部100はLED110、
回転角度検出用のスリットが形成されたスリット板13
0及びPSD120等を含んで構成され、スリット板1
30はLED110とPSD120との間に介装されて
いる。LED110のカソ−ド側は接地され、アノ−ド
側には光電流フィ−ドバック部160が接続されてい
る。PSD120はピンホトダイオ−ド等で構成されて
おり、PSD120には2つの出力端子120a、12
0bが設けられ、出力端子120a、120bはそれぞ
れ電流−電圧変換部140に接続されている。電流−電
圧変換部140の差電圧出力端子140aは増幅部15
0に接続され、和電圧出力端子140bは光電流フィ−
ドバック部160の入力端子160bに接続されてお
り、増幅部150は出力端子170に接続され、光電流
フィ−ドバック部160の入力端子160aには基準値
電圧VREF が接続されている。このように従来の回転角
度センサは回転角度検出部100、電流−電圧変換部1
40、増幅部150、出力端子170、基準値電圧V
REF 及び光電流フィ−ドバック部160等を含んで構成
されている。
【0003】上記の如く構成された回転角度センサによ
り回転角度(光位置)は以下のようにして検出される。
LED110から発せられた光がスリット板130を介
してPSD120に照射されると、出力端子120a及
び出力端子120bから前記光が照射された位置に応じ
た値を有する検出電流I1 及び検出電流I2 がそれぞれ
出力される。検出電流I1 及び検出電流I2 は電流−電
圧変換部140にて電圧に変換される。そして電流−電
圧変換部140の差電圧出力端子140aからは(I1
−I2 )に相当する差電圧V(1-2) が出力され、和電圧
出力端子140bからは(I1 +I2 )に相当する和電
圧V(1+2) が出力される。差電圧V(1-2) は増幅部15
0で増幅された後、光位置検出信号として出力端子17
0から出力される。一方、和電圧V(1+2) は光量制御用
のフィ−ドバック信号として扱われ、光電流フィ−ドバ
ック部160に入力されて基準値電圧VREF と比較され
る。和電圧V(1+2)が基準値電圧VREF よりも大きけれ
ば(あるいは小さければ)、光電流フィ−ドバック部1
60によりLED110に流す電流が減少される(ある
いは増加される)。
【0004】回転角度(光位置)は上記した差電圧V
(1-2) と和電圧V(1+2) とに基づいて検出される。ま
ず、和電圧V(1+2) について説明しておく。PSD12
0から出力される検出電流I[=(I1 +I2 )]の大
きさは、LED110の発光量が一定であればPSD1
20の特性及び形状に応じた一定値をとる。上記回転角
度センサの場合、光電流フィ−ドバック部160により
電流−電圧変換部140の和電圧出力端子140bから
出力される和電圧V(1+2) が常に基準値電圧VREF と等
しくなるように制御され、LED110の発光量が基準
値電圧VREF で決定される一定値となるように制御され
ている。すなわち上記回転角度センサでは、検出電流I
に相当する和電圧V(1+2) が常に一定値(=VREF )と
なるように制御されている。
【0005】次に、上記和電圧V(1+2) と差電圧V
(1-2) とに基づいて回転角度(光位置)を算出する方法
を説明する。PSD120の中点を座標の原点、該原点
から出力端子120a側をプラス、出力端子120b側
をマイナスとし、出力端子120aから流れ出る検出電
流をI1 、出力端子120bから流れ出る検出電流をI
2 とすと、LED110の光が前記原点からプラスxの
座標に照射されると、[(I1 −I2 )/(I1 +I
2 )]‥‥ は前記座標xに比例する。(I1 +I
2 )に相当する和電圧V(1+2) は上記したように常に一
定値(=VREF )となるように制御されているので、
(I1 −I2 )に相当する差電圧V(1-2) のみが増幅器
150を介して出力端子170から出力される。上記
式を和電圧V(1+2) 及び差電圧V(1-2) を用いて書き直
すと下記の式になる。光位置xは下記式に基づいて
算出される。 V(1-2) /V(1+2) ‥‥
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した回転
角度センサには以下に示す課題がある。一般の受光素子
の場合と同様にPSD120には暗電流Id が流れるの
で、PSD120の出力端子120aおよび出力端子1
20bから出力される出力電流は、実際には前記検出電
流I1 、I2 それぞれに前記暗電流Id を加えたものに
なる。すなわち、前記各出力端子からの実際の出力電流
をそれぞれI1 ′、I2′とすると、I1 ´=I1 +Id
およびI2 ´=I2 +Id となる。そしてPSD12
0の出力電流I´(=I1 ´+I2 ´=I1 +I2 +2
d )に相当する和電圧V´(1+2) が一定値(=基準値
電圧VREF )となるようにフィ−ドバック制御されるの
で、暗電流Id が流れていない場合に比べると検出電流
1 及び検出電流I2 の値がそれぞれ暗電流Id ぶん小
さくなり、回転角度検出部100における検出感度が低
下するという課題がある。加えて、暗電流Id は温度の
上昇と共に指数関数的に増加するので、高温になると前
記検出感度が一層低下してしまうという課題がある。
【0007】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、光位置検出素子(PSD)を用いた回転角度センサ
において、PSDの暗電流による検出感度の低下を防止
することができる回転角度センサを提供することを目的
としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る回転角度センサ(1)は、回転角度検出
用のスリットが形成されたスリット板と回転角度検出用
のLEDと出力端子を2個備えたPSDとを備え、該P
SDと前記LEDとの間に前記スリット板が介装された
回転角度検出部と、前記PSDの各出力端子から出力さ
れる各出力電流を電圧に変換して前記各出力電流の差に
相当する差電圧を出力する差電圧出力端子と前記各出力
電流の和に相当する和電圧を出力する和電圧出力端子と
を備えた電流−電圧変換部と、前記差電圧を増幅する増
幅部と、前記和電圧が一定値となるように前記LEDの
発光量を制御する光電流フィ−ドバック部とを備えた回
転角度センサにおいて、基準位置検出用のスリットが形
成されたスリット板と基準位置検出用の第2のLEDと
出力端子を2個備えた第2のPSDとを備え、該第2の
PSDと前記第2のLEDとの間に前記スリット板が介
装された基準位置検出部と、前記第2のPSDの各出力
端子から出力される各出力電流を電圧に変換して前記各
出力電流の差に相当する差電圧を出力する第2の差電圧
出力端子と前記各出力電流の和に相当する和電圧を出力
する第2の和電圧出力端子とを備えた第2の電流−電圧
変換部と、前記第2の差電圧出力端子から出力される差
電圧が一定値となるように前記第2のLEDの発光量を
制御する第2の光電流フィ−ドバック部とを備え、前記
第2の和電圧出力端子から出力される和電圧を基準値電
圧と比較することで前記第2のPSDにおける暗電流に
相当する電圧を求め、該電圧に基づいて前記光電流フィ
−ドバック部におけるフィ−ドバック量を補正するフィ
−ドバック量補正手段を備えていることを特徴としてい
る。
【0009】また本発明に係る回転角度センサ(2)
は、回転角度検出用のスリットと基準位置検出用のスリ
ットとが形成されたスリット板と、回転角度検出用のL
EDと、基準位置検出用の第2のLEDと、これら2個
のLED間を仕切る仕切り板と、出力端子を2個備えた
PSDとで構成された回転角度・基準位置検出部を備え
ると共に、前記PSDの各出力端子から出力される各出
力電流を電圧に変換して各出力電流の差に相当する差電
圧を出力する差電圧出力端子と前記各出力電流の和に相
当する和電圧を出力する和電圧出力端子とを備えた電流
−電圧変換部を備え、前記差電圧出力端子は第2の切り
換え手段に接続され、該第2の切り換え手段の各出力端
子には該各出力端子がオン状態の時に前記差電圧出力端
子から出力されていた差電圧を前記各出力端子がオフ状
態の時に保持する保持手段が接続され、前記第2の切り
換え手段の一方の出力端子は増幅部に接続され、前記第
2の切り換え手段の他方の出力端子は前記差電圧出力端
子から出力される差電圧が一定値となるように前記第2
のLEDの発光量を制御する第2の光電流フィ−ドバッ
ク部に接続され、該第2の光電流フィ−ドバック部は第
2のスイッチ手段を介して前記基準位置検出用のLED
に接続され、前記和電圧出力端子は第1の切り換え手段
に接続され、該第1の切り換え手段の一方及び他方の各
出力端子には該各出力端子がオン状態の時に前記和電圧
出力端子から出力されていた和電圧を前記各出力端子が
オフ状態の時に保持する保持手段が接続され、前記第1
の切り換え手段の一方及び他方の各出力端子は、引き算
回路及び増幅器等で構成され、前記和電圧出力端子から
出力される和電圧と基準値電圧とを比較することで前記
PSDにおける暗電流に相当する電圧を求め、該電圧に
基づいて前記光電流フィ−ドバック量を補正するフィ−
ドバック量補正手段を介して該フィ−ドバック量補正手
段から出力される電圧が一定値となるように前記回転角
度検出用のLEDの発光量を制御する光電流フィ−ドバ
ック部に接続され、該光電流フィ−ドバック部は第1の
スイッチ手段を介して前記回転角度検出用のLEDに接
続され、前記第1の切り換え手段及び前記第2の切り換
え手段の切り換え、前記第1のスイッチ手段及び前記第
2のスイッチ手段のオン・オフを各々同期的に制御する
発振器を備えていることを特徴としている。
【0010】また本発明に係る回転角度センサ(3)
は、LEDと、回転角度検出用のスリットと基準位置検
出用のスリットとが形成されたスリット板と、出力端子
を2個備えたPSDと、前記LEDに対して前記スリッ
トを交互に開けたり閉じたりするシャッタ−板とで構成
された回転角度・基準位置検出部を備えると共に、前記
PSDの各出力端子から出力される各出力電流を電圧に
変換して各出力電流の差に相当する差電圧を出力する差
電圧出力端子と前記各出力電流の和に相当する和電圧を
出力する和電圧出力端子とを備えた電流−電圧変換部を
備え、前記差電圧出力端子は第2の切り換え手段に接続
され、該第2の切り換え手段の各出力端子には該各出力
端子がオン状態の時に前記差電圧出力端子から出力され
ていた差電圧を前記各出力端子がオフ状態の時に保持す
る保持手段が接続され、前記第2の切り換え手段の一方
の出力端子は増幅部に接続され、前記第2の切り換え手
段の他方の出力端子は前記差電圧出力端子から出力され
る差電圧が一定値となるように前記LEDの発光量を制
御する第2の光電流フィ−ドバック部に接続され、該第
2の光電流フィ−ドバック部は第3の切り換え手段の他
方の入力端子を介して前記LEDに接続され、前記和電
圧出力端子は第1の切り換え手段に接続され、該第1の
切り換え手段の一方及び他方の各出力端子には該各出力
端子がオン状態の時に前記和電圧出力端子から出力され
ていた和電圧を前記各出力端子がオフ状態の時に保持す
る保持手段が接続され、前記第1の切り換え手段の一方
及び他方の各出力端子は、引き算回路及び増幅器等で構
成され、前記和電圧出力端子から出力される和電圧と基
準値電圧とを比較することで前記PSDにおける暗電流
に相当する電圧を求め、該電圧に基づいて光電流フィ−
ドバック量を補正するフィ−ドバック量補正手段を介し
て該フィ−ドバック量補正手段から出力される電圧が一
定値となるように前記LEDの発光量を制御する光電流
フィ−ドバック部に接続され、該光電流フィ−ドバック
部は前記第3の切り換え手段の一方の入力端子を介して
前記LEDに接続され、前記第1の切り換え手段、前記
第2の切り換え手段の切り換え及び前記第3の切り換え
手段の切り換え、前記シャッタ−板のシャッタ−動作を
各々同期的に制御する発振器を備えていることを特徴と
している。
【0011】
【作用】
回転角度センサ(1) 前記基準位置検出用のスリットは、前記スリット板の回
転軸中心から一定距離の半円状に形成される。したがっ
て、前記スリット板が回転することで前記第2のPSD
には、前記基準位置検出用の第2のLEDからの光が常
に同じ位置に照射される。また、前記第2の光電流フィ
−ドバック部により前記第2の差電圧出力端子から出力
される差電圧が一定値となるように前記基準位置検出用
の第2のLEDの発光量が制御される。これにより、前
記第2のPSDの各出力端子から出力される各出力電流
は常に同じ大きさとなる。よって、前記第2の和電圧出
力端子から出力される和電圧は、所定値(前記基準位置
検出用の第2のLEDからの光を受けて前記第2のPS
Dから出力される各検出電流の和に相当する電圧)に前
記第2のPSDにおける暗電流に相当する電圧を加えた
値になる。前記所定値を基準値電圧とし、前記和電圧か
ら前記基準値電圧を減じると前記第2のPSDにおける
暗電流に相当する電圧が求められる。
【0012】ところで、PSD素子間での暗電流の温度
特性は同じであるので、回転角度検出部を構成するPS
Dにおける暗電流に相当する電圧は、前記第2のPSD
における暗電流に相当する電圧を所定倍したものにな
る。前記フィ−ドバック量補正手段にあっては、回転角
度検出用の和電圧出力端子から出力される和電圧から前
記第2のPSDにおける暗電流に相当する電圧を所定倍
したものを差し引いた電圧値に基づいて光電流フィ−ド
バック部を制御する。該光電流フィ−ドバック部は、前
記電圧値に基づいて回転角度検出用のLEDの発光量を
制御する。前記電圧値は、前記回転角度検出用のLED
からの光を受けて前記PSDから出力される検出電流の
和に相当する電圧に等しく、前記PSDにおける暗電流
に相当する電圧を含んでいない。
【0013】回転角度センサ(2) 前記発振器により前記第1のスイッチ手段及び第2のス
イッチ手段のオン・オフ、前記第1の切り換え手段及び
第2の切り換え手段の切り換えが同期的に制御される。
すなわち、前記第1のスイッチ手段がオン(あるいはオ
フ)される時は前記第2のスイッチ手段がオフ(あるい
はオン)され、前記第1の切り換え手段及び前記第2の
切り換え手段が前記一方の出力端子側(あるいは前記他
方の出力端子側)に切り換えられる。
【0014】〈前記第2のスイッチ手段がオンされる場
合〉前記第2の光電流フィ−ドバック部が前記基準位置
検出用の第2のLEDに接続され、該第2のLEDの発
光量の制御が行われる。前記第2の切り換え手段が前記
他方の出力端子側に切り換えられて前記差電圧出力端子
が前記第2の光電流フィ−ドバック部に接続され、前記
差電圧出力端子から出力される差電圧が一定値となるよ
うに前記第2の光電流フィ−ドバック部により前記基準
位置検出用の第2のLEDの発光量の制御が行われる。
また、前記第1の切り換え手段が前記他方の出力端子側
に切り換えられ、前記和電圧出力端子から出力される和
電圧が前記和電圧出力端子に接続されている保持手段に
保持される。
【0015】〈前記第1のスイッチ手段がオンされる場
合〉前記光電流フィ−ドバック部が前記回転角度検出用
のLEDに接続され、該LEDの発光量の制御が行われ
る。前記第1の切り換え手段が前記一方の出力端子側に
切り換えられて前記和電圧出力端子が前記フィ−ドバッ
ク量補正手段に接続され、該フィ−ドバック量補正手段
において、前記和電圧出力端子から出力される和電圧か
ら前記PSDにおける暗電流に相当する電圧が差し引か
れた後、前記光電流フィ−ドバック部に印加される。そ
の場合、前記暗電流に相当する電圧は、前記フィ−ドバ
ック量補正手段において、前記第2のスイッチ手段がオ
ンされていた時に前記保持手段に保持された前記和電圧
と前記基準値電圧とが比較されて求められる。また、前
記第2の切り換え手段が前記一方の出力端子側に切り換
えられて前記差電圧出力端子が前記増幅部に接続され、
前記差電圧出力端子から出力される差電圧が前記増幅部
で増幅された後、回転角度検出信号として出力される。
【0016】回転角度センサ(3) 前記発振器により前記第1〜第3の切り換え手段の切り
換え及び前記シャッタ−板のシャッタ−動作が同期的に
制御される。すなわち、前記シャッタ−板が移動されて
前記基準位置検出用のスリット(あるいは前記回転角度
検出用のスリット)を介して前記LEDの光が前記PS
Dに照射される場合、前記第1及び第2の切り換え手段
が共に前記他方の出力端子側(あるいは前記一方の出力
端子側)に切り換えられ、前記第3の切り換え手段が前
記他方の入力端子側(あるいは前記一方の入力端子側)
に切り換えられる。
【0017】〈前記基準位置検出用のスリットを介して
前記LEDの光が前記PSDに照射される場合〉の回転
角度センサ(3)の動作は、上記回転角度センサ(2)
における〈前記第2のスイッチ手段がオンされる場合〉
の動作と同様である。また、〈前記回転角度検出用スリ
ットを介して前記LEDの光が前記PSDに照射される
場合〉の回転角度センサ(3)の動作は、上記回転角度
センサ(2)における〈前記第1のスイッチ手段がオン
される場合〉の動作と同様である。
【0018】
【実施例】以下、本発明に係る回転角度センサの実施例
を図面に基づいて説明する。なお、従来の回転角度セン
サと同一の機能を揺する構成部品については同じ符号を
付すことにする。まず、本発明の実施例1に係る回転角
度センサを図1及び図2に基づいて説明する。
【0019】図1は実施例1に係る回転角度センサを概
略的に示したブロック図であり、図2はLED側から見
たスリット板を概略的に示した上面図である。図1にお
いて100は回転角度検出部、20は基準位置検出部を
示しており、スリット板30は回転角度検出部100及
び基準位置検出部20に共通となっている。スリット板
30には、図2に示したように、スリット板30の回転
軸中心Oから一定の距離r2 のところに形成された基準
位置検出用のスリット30bと中心角が大きくなるにつ
れて回転軸中心Oからの距離が大きくなる回転角度検出
用のスリット30aが形成されている。
【0020】回転角度検出部100にあっては、回転角
度検出用のLED110及びPSD120が回転角度検
出用のスリット30aを介して対向する位置に配置さ
れ、LED110のアノ−ド側は光電流フィ−ドバック
部160の出力側に接続され、LED110のカソ−ド
側は接地され、PSD120は電流−電圧変換部140
を構成する電流−電圧変換回路141に接続されてい
る。一方、基準位置検出部20にあっては、基準位置検
出用の第2のLED21及び第2のPSD22が基準位
置検出用のスリット30bを介して対向する位置に配置
され、第2のLED21のアノ−ド側は第2の光電流フ
ィ−ドバック部60の出力側に接続され、第2のLED
21のカソ−ド側は接地され、第2のPSD22は第2
の電流−電圧変換部40を構成する電流−電圧変換回路
41に接続されている。
【0021】電流−電圧変換部140において、電流−
電圧変換回路141はそれぞれ引き算回路142及びた
し算回路143に接続され、引き算回路142は差電圧
出力端子140aに接続され、たし算回路143は和電
圧出力端子140bに接続されている。差電圧出力端子
140aは増幅部150を介して出力端子170に接続
され、和電圧出力端子140bはフィ−ドバック量補正
手段70を構成する引き算回路73に接続されている。
【0022】第2の電流−電圧変換部40において、電
流−電圧変換回路41はそれぞれ引き算回路42及びた
し算回路43に接続され、引き算回路42は第2の差電
圧出力端子40aに接続され、たし算回路43は第2の
和電圧出力端子40bに接続されている。第2の差電圧
出力端子40aは第2の光電流フィ−ドバック部60の
入力端子60aに接続され、第2の光電流フィ−ドバッ
ク部60の他方の入力端子60bには基準値電圧VREF2
が接続されている。第2の和電圧出力端子40bはフィ
−ドバック量補正手段70を構成する引き算回路71の
一方の入力側に接続され、引き算回路71の他方の入力
側には基準値電圧VR1が接続されている。引き算回路7
1は増幅率がγの増幅器72を介して引き算回路73に
接続され、引き算回路73は光電流フィ−ドバック部1
60の入力端子160aに接続されている。光電流フィ
−ドバック部160の他方の入力端子160bには基準
値電圧VREF1が接続されている。
【0023】上記の如く構成された回転角度センサは以
下のように動作する。まず最初に、図1及び図2に示し
た実施例1に係る回転角度センサを用いれば、暗電流に
よる影響を防止し、回転角度検出部100における検出
感度の低下を防止することができる原理を説明する。
【0024】図2に示したように、スリット板30の回
転軸中心Oから基準位置検出用のスリット30bまでの
距離をr2 とし、回転角度検出用のスリット30aまで
の距離をr1 とすると、r2 は一定で、r1 は中心角が
大きくなるにつれて大きくなっている。なお、r1 はr
1 =α+βθで示される。α、βは定数で、θは中心角
を示している。
【0025】スリット板30の回転軸中心Oから第2の
PSD22の中心までの距離をR2とし、第2のPSD
22の出力端子22a及び22bそれぞれから出力され
る暗電流をId2とし、第2のLED21からの光の照射
を受けて第2のPSD22の出力端子22a及び22b
からそれぞれ出力される検出電流をI12、I22とする
と、第2のPSDの出力端子22a及び22bからそれ
ぞれ出力される出力電流I12′、I22′は、 I12′=I12+Id2 ・・・・ (1) I22′=I22+Id2 ・・・・ (2) となる。また、P
SDの特性から、 I12:I22=((L/2)-R2+r2):((L/2)+R2-r2) ・・・・(3) I12+I22=ρ2 *ILED2 ・・・・(4) である。 ただし、Lは第2のPSD22の受光長を示し、ρ2
定数を示し、ILED2は第2のLED21に流れる電流値
を示している。
【0026】上記 (1)、(2) 式から I12´−I22´=
12−I22 ・・・・ (5) となる。ここで、(3) 式に
基づいて (5)式を書き直すと、 I12´−I22´=I12−I22=[(2r2-2R2)/ ((L/2)+R2-r2)]*I22・・・(6) =[(2r2-2R2)/ ((L/2)-R2+r2)]*I12・・・(7) となる。ここで、I12′−I22′=I12−I22=C
NST(一定値) ・・・(8) となるように、第2のLED2
1の発光量(言い換えると、第2のLED21に流れる
電流ILED2)を制御すると、上記 (1)式及び (2)式と
(6)式及び (7)式と(8)式とから、 I12 ′+ I22 ′= I12 +I22+2Id2= [CNST/(( 2r2-2R2)*
(L+2r2 ))]+2Id2 となる。これから暗電流2Id2を求め
ると、 2 Id2=I12′+I22′- CNST/((2r2-2R2)*(L+2r2))=I12′+I22′-IR1・・・(9) となる。ただし、IR1=CNST/((2r2-2R2)*(L+2r2)) であ
る。
【0027】ところで、PSD素子間での暗電流の温度
特性は同じであるので、回転角度検出用のPSD120
から出力される暗電流2Id は、基準位置検出用の第2の
PSD22から出力される暗電流2Id2を用いて、 2Id=γ( 定数) *2Id2 ・・・・ (10) と表すことができ
る。したがって、回転角度検出用のPSD120から出
力される検出電流I1 、I2 の和(I1 +I2 )を常に
一定に保つには、 I1 +I2 =I1 ´+I2 ´−γ*2Id2 =IREF1(一定値)・・・(11) となるように、LED110の発光量を制御すれば良
い。
【0028】図1に示した実施例1に係る回転角度セン
サは、上述した原理に基づいて実現されたものである。
基準位置検出部20を構成する第2のLED22の出力
端子22a及び22bから出力される各出力電流は電流
−電圧変換回路41で電圧に変換された後、引き算回路
42及びたし算回路43に入力される。そして、第2の
差電圧出力端子40aからは検出電流I12とI22との差
(I12−I22)に相当する差電圧V(12-22) が出力さ
れ、第2の和電圧出力端子40bからは検出電流I12
22と暗電流2Id2との和に相当する和電圧V
(12+22+2Id2)が出力される。同様に、差電圧出力端子1
40aからは差電圧V(1-2) が出力され、和電圧出力端
子140bからはV(1+2+2Id) が出力される。
【0029】差電圧V(12-22) は第2の光電流フィ−ド
バック部60に入力され、基準値電圧VREF2と比較され
る。そして、第2の光電流フィ−ドバック部60によ
り、差電圧V(12-22) が常に基準値電圧VREF2と一致す
るように、第2のLED21に流す電流ILED2の値が制
御され、その発光量が制御される。
【0030】一方、和電圧V(12+22+2Id2)はフィ−ドバ
ック量補正手段70に入力され、引き算回路71におい
て、 (9)式で示したIR1に相当する電圧である基準値電
圧VR1との差がとられる。該差がとられることにより、
引き算回路71からは第2のPSD22における暗電流
2Id2に相当する暗電流電圧V2Id2が出力される。暗電
流電圧V2Id2は増幅器72において定数倍(γ倍)され
た後、引き算回路73に入力され、和電圧出力端子V
(1+2+2Id) との差がとられる。上記 (10) 式からわかる
ように、増幅器72の出力γ*V2Id2は、PSD120
における暗電流2Id に相当する暗電流電圧V2Id に等
しい。したがって、引き算回路73からはPSD120
における検出電流I1 とI2 の和に相当する和電圧V
(1+2) が出力され、該和電圧V(1+2) が光電流フィ−ド
バック部160に入力されて上記 (11) 式で示した電流
REF1に相当する電圧である基準値電圧VREF1と比較さ
れる。そして、光電流フィ−ドバック部160により、
前記和電圧V(1+2) が常に基準値電圧VREF1と等しくな
るように回転角度検出用のLED110に流す電流I
LED が制御され、その発光量が制御される。
【0031】以上説明したように実施例1に係る回転角
度センサにあっては、基準位置検出部を構成する第2の
PSD22から出力される検出電流の差(I12−I22
に相当する差電圧V(12-22) が常に一定値VREF2となる
ように第2のLED21の発光量を制御することで第2
のPSD22における暗電流2Id2に相当する暗電流電
圧V2Id2が求められ、フィ−ドバック量補正手段70に
おいて前記暗電流電圧V2Id2がPSD120における暗
電流2Id に相当する暗電流電圧V2Id (=γ*
2Id2)に換算され、和電圧出力端子140bから出力
される和電圧V(1+2+2Id) から前記暗電流電圧V2Id
引き算された電圧V(1+2) が常に一定値VREF1となるよ
うに回転角度検出用のLED110の発光量が制御され
るので、暗電流の影響を除去することができ、温度上昇
による回転角度検出部100における検出感度の低下を
防止することができる。
【0032】次に、実施例2に係る回転角度センサを図
3及び図4に基づいて説明する。図3は実施例2に係る
回転角度センサを概略的に示したブロック図であり、図
4はLED側から見たスリット板31を概略的に示した
上面図である。
【0033】図3において39は回転角度・基準位置検
出部を示しており、回転角度・基準位置検出部39は回
転角度検出用のLED110、基準位置検出用の第2の
LED21、スリット板31及びPSD121等を含ん
で構成されている。第2のLED21のカソ−ド側は接
地され、アノ−ド側には第2のスイッチ手段35を介し
て第2の光電流フィ−ドバック部60の出力側が接続さ
れている。LED110のカソ−ド側は接地され、アノ
−ド側には第1のスイッチ手段34を介して光電流フィ
−ドバック部160の出力側が接続されている。第2の
LED21とLED110とは仕切り板37で仕切ら
れ、図4に示したようにスリット板31には回転角度検
出用のスリット31a及び基準位置検出用のスリット3
1bが形成されている。スリット31a及びスリット3
1bの形状は、図1に示した実施例1に係る回転角度セ
ンサにおけるスリット板30に形成されたスリット30
a及びスリット30bとそれぞれ同じである。
【0034】PSD121は電流−電圧変換部140を
構成する電流−電圧変換回路141に接続されている。
差電圧出力端子140aは第2の切り換え手段33に接
続されており、第2の切り換え手段33の出力端子33
bは増幅部150を介して出力端子170に接続され、
出力端子33cは第2の光電流フィ−ドバック部60に
接続されている。また、第2の切り換え手段33の出力
端子33b及び33cには、保持手段であるコンデンサ
1 及びC2 がそれぞれ接続されている。
【0035】和電圧出力端子140bは第1の切り換え
手段32に接続されており、第1の切り換え手段32の
出力端子32bはフィ−ドバック量補正手段70の出力
側を構成する引き算回路73に接続され、出力端子32
cはフィ−ドバック量補正手段70の入力側を構成する
引き算回路71に接続されている。なお、引き算回路7
3は図1に示した実施例1の場合と同様に光電流フィ−
ドバック部160に接続されている。また、第1の切り
換え手段の出力端子32b及び32cには、保持手段で
あるコンデンサC3 及びC4 がそれぞれ接続されてい
る。
【0036】また、実施例2に係る回転角度センサは発
振器36を備えており、発振器36により上記した第1
のスイッチ手段34及び第2のスイッチ手段35のオン
・オフ、第1の切り換え手段32及び第2の切り換え手
段33の切り換えが同期的に制御されるようになってい
る。
【0037】上記の如く構成された回転角度センサは以
下のように動作する。発振器36により第1のスイッチ
手段34と第2のスイッチ手段35とが交互にオン・オ
フされる。すなわち、第1のスイッチ手段34がオン
(あるいはオフ)される時は、第2のスイッチ手段35
がオフ(あるいはオン)される。
【0038】〈第2のスイッチ手段35がオンされる場
合〉第1の切り換え手段32が出力端子32c側に切り
換えられ、第2の切り換え手段33が出力端子33c側
に切り換えられる。この場合、基準位置検出用の第2の
LED21の発光量が制御され、差電圧出力端子140
aから出力される差電圧V(1-2) 2が一定値VREF2となる
ように光電流フィ−ドバック部60により第2のLED
21の発光量が制御される。なお、和電圧出力端子14
0bからはPSD121における暗電流2Id に相当す
る暗電流電圧を含んだ和電圧V(1+2+2Id) 2が出力され、
該和電圧V(1+2+2Id) 2はコンデンサC4 に保持される。
また、出力端子170からは、後述するように第1のス
イッチ手段34がオンされていた時にコンデンサC1
保持された差電圧V(1-2) 1が、増幅部150で増幅され
た後出力される。
【0039】〈第1のスイッチ手段34がオンされる場
合〉第1の切り換え手段32が出力端子32b側に切り
換えられ、第2の切り換え手段33が出力端子33b側
に切り換えられる。この場合、回転角度検出用のLED
110の発光量が制御される。和電圧出力端子140b
から出力される和電圧V(1+2+2Id) 1はフィ−ドバック量
補正手段70の引き算回路73に入力される。また、引
き算回路73には、第2のスイッチ手段35がオンされ
ていた時にコンデンサC4 に保持された和電圧V
(1+2+2Id) 2から基準値電圧VR1が差し引かれた後、増幅
器72でγ倍された電圧が入力される。該電圧は、実施
例1で説明したことから分かるように、回転角度検出用
のLED110がオンされている時にPSD121から
出力される暗電流に相当する暗電流電圧V2Id 1に等し
い。したがって引き算回路73からは、和電圧V
(1+2+2Id) 1から暗電流電圧V2Id 1が差し引かれた和電圧
(1+2) 1が出力される。和電圧V(1+2) 1は回転角度検出
用のLED110がオンされている時にPSD121か
ら出力される検出電流I1 、I2の和に相当する電圧で
あり、光電流フィ−ドバック部160により、前記和電
圧V(1+2) 1が常に基準値電圧VREF1となるように回転角
度検出用のLED110の発光量が制御される。
【0040】また、差電圧出力端子140aからは検出
電流I1 とI2 との差に相当する差電圧V(1-2) 1が出力
される。該差電圧V(1-2) 1はコンデンサC1 に保持され
ると共に、増幅部150を介して出力端子170に出力
される。
【0041】以上説明したように実施例2に係る回転角
度センサにあっても、回転角度検出用のLED110が
オンされている時の検出電流I1 とI2 との和に相当す
る和電圧V(1+2) 1のみに基づいて回転角度検出用のLE
D110の発光量を制御することができるので、暗電流
2Id 1 による悪影響を除去することができ、温度上昇
による回転角度・基準位置検出部における検出感度の低
下を防止することができる。
【0042】次に、実施例3に係る回転角度センサを図
5及び図6に基づいて説明する。図5は実施例3に係る
回転角度センサを概略的に示したブロック図であり、図
6はシャッタ−板52を概略的に示した上面図である。
【0043】図5に示した実施例3に係る回転角度セン
サの構成が図3に示した実施例2に係る回転角度センサ
の構成と異なっているのは、回転角度・基準位置検出部
39が回転角度・基準位置検出部59となり、第1のス
イッチ手段34及び第2のスイッチ手段35が第3の切
り換え手段53に統合されている点である。その他の構
成は同じである。
【0044】第3の切り換え手段53の入力端子53b
には光電流フィ−ドバック部160の出力側が接続さ
れ、入力端子53cには第2の光電流フィ−ドバック部
60の出力側が接続されており、第3の切り換え手段5
3の出力端子53aは回転角度・基準位置検出部59を
構成するLED51のアノ−ド側に接続され、LED5
1のカソ−ド側は接地されている。回転角度・基準位置
検出部59において、LED51とPSD121との間
にはシャッタ−板52及びスリット板31が介装されて
いる。シャッタ−板52には、図6に示したように、シ
ャッタ−板52の回転軸中心Oから距離r1 ´のところ
にスリット31aと同形状のシャッタ−孔52aが形成
され、同じく距離r2 ´のところにスリット31bと同
形状のシャッタ−孔52bが形成されている。また、シ
ャッタ−板52のシャッタ−動作と第3の切り換え手段
53の切り換え動作は、第1の切り換え手段32及び第
2の切り換え手段33の切り換え動作と共に発振器36
により同期的に制御されるようになっている。なお、r
1 ´=r1 +δ/2、r2 ´=r2 −δ/2の関係にあ
る。ここで、δはシャッタ孔52aとシャッタ孔52b
の半径方向の幅を示している。
【0045】発振器36により第3の切り換え手段53
が入力端子53b側に切り換えられる場合、第1の切り
換え手段32は出力端子32b側に切り換えられ、第2
の切り換え手段33は出力端子33b側に切り換えら
れ、またシャッタ−板52が移動されてスリット31a
を介してLED51の光がPSD121に照射される。
すなわち、この場合、図5に示した実施例3に係る回転
角度センサは、回転角度を検出するための回路となる。
その動作は、図3に示した実施例2に係る回転角度セン
サにおける第1のスイッチ手段34がオンされた場合の
動作と同様である。
【0046】一方、発振器36により第3の切り換え手
段53が入力端子53c側に切り換えられる場合、第1
の切り換え手段32は出力端子32c側に切り換えら
れ、第2の切り換え手段33は出力端子33c側に切り
換えられ、またシャッタ−板52が移動されてスリット
31bを介してLED51の光がPSD121に照射さ
れる。すなわち、この場合、図5に示した実施例3に係
る回転角度センサは、基準位置を検出するための回路と
なる。その動作は、図3に示した実施例2に係る回転角
度センサにおける第2のスイッチ手段35がオンされた
場合の動作と同様である。
【0047】以上説明したことから分かるように、実施
例3に係る回転角度センサにおいても実施例2に係る回
転角度センサの場合と同様にして、暗電流による悪影響
を除去することができ、温度上昇による回転角度・基準
位置検出部59における検出感度の低下を防止すること
ができる。
【0048】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る回転角
度センサ(1)〜(3)のいずれを用いても、暗電流に
よる悪影響を除去することができ、温度上昇による検出
感度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る回転角度センサを概略
的に示したブロック図である。
【図2】実施例1に係る回転角度センサにおけるスリッ
ト板を概略的に示した上面図である。
【図3】本発明の実施例2に係る回転角度センサを概略
的に示したブロック図である。
【図4】実施例2に係る回転角度センサにおけるスリッ
ト板を概略的に示した上面図である。
【図5】本発明の実施例3に係る回転角度センサを概略
的に示したブロック図である。
【図6】実施例3に係る回転角度センサにおけるシャッ
タ−板を概略的に示した上面図である。
【図7】従来の回転角度センサを概略的に示したブロッ
ク図である。
【符号の説明】
20 基準位置検出部 21 (基準位置検出用の)第2のLED 22 (基準位置検出用の)第2のPSD 30、31 スリット板 30a、30b、31a、31b スリット 32 第1の切り換え手段 33 第2の切り換え手段 34 第1のスイッチ手段 35 第2のスイッチ手段 36 発振器 37 仕切り板 39、59 回転角度・基準位置検出部 40 第2の電流−電圧変換部 40a 第2の差電圧出力端子 40b 第2の和電圧出力端子 51 LED 52 シャッタ−板 52a、52b シャッタ−孔 53 第3の切り換え手段 60 第2の光電流フィ−ドバック部 70 フィ−ドバック量補正手段 100 回転角度検出部 110 (回転角度検出用の)LED 120 (回転角度検出用の)PSD 121 PSD 140 電流−電圧変換部 140a 差電圧出力端子 140b 和電圧出力端子 150 増幅部 160 光電流フィ−ドバック部 VR1、VREF1、REF2 基準値電圧 C1 、C2 、C3 、C4 コンデンサ−(保持手段)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−225024(JP,A) 特開 平7−43176(JP,A) 実開 平1−152212(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/26 - 5/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転角度検出用のスリットが形成された
    スリット板と回転角度検出用の発光素子(以下、LED
    と記す)と出力端子を2個備えた光位置検出素子(Posi
    tion Sensitive Detector :以下、PSDと記す)とを
    備え、該PSDと前記LEDとの間に前記スリット板が
    介装された回転角度検出部と、前記PSDの各出力端子
    から出力される各出力電流を電圧に変換して前記各出力
    電流の差に相当する電圧(以下、差電圧と記す)を出力
    する差電圧出力端子と前記各出力電流の和に相当する電
    圧(以下、和電圧と記す)を出力する和電圧出力端子と
    を備えた電流−電圧変換部と、前記差電圧を増幅する増
    幅部と、前記和電圧が一定値となるように前記LEDの
    発光量を制御する光電流フィ−ドバック部とを備えた回
    転角度センサにおいて、 基準位置検出用のスリットが形成されたスリット板と基
    準位置検出用の第2のLEDと出力端子を2個備えた第
    2のPSDとを備え、該第2のPSDと前記第2のLE
    Dとの間に前記スリット板が介装された基準位置検出部
    と、前記第2のPSDの各出力端子から出力される各出
    力電流を電圧に変換して前記各出力電流の差に相当する
    差電圧を出力する第2の差電圧出力端子と前記各出力電
    流の和に相当する和電圧を出力する第2の和電圧出力端
    子とを備えた第2の電流−電圧変換部と、前記第2の差
    電圧出力端子から出力される差電圧が一定値となるよう
    に前記第2のLEDの発光量を制御する第2の光電流フ
    ィ−ドバック部とを備え、 前記第2の和電圧出力端子から出力される和電圧を基準
    値電圧と比較することで前記第2のPSDにおける暗電
    流に相当する電圧を求め、該電圧に基づいて前記光電流
    フィ−ドバック部におけるフィ−ドバック量を補正する
    フィ−ドバック量補正手段を備えていることを特徴とす
    る回転角度センサ。
  2. 【請求項2】 回転角度検出用のスリットと基準位置検
    出用のスリットとが形成されたスリット板と、回転角度
    検出用のLEDと、基準位置検出用の第2のLEDと、
    これら2個のLED間を仕切る仕切り板と、出力端子を
    2個備えたPSDとで構成された回転角度・基準位置検
    出部を備えると共に、前記PSDの各出力端子から出力
    される各出力電流を電圧に変換して各出力電流の差に相
    当する差電圧を出力する差電圧出力端子と前記各出力電
    流の和に相当する和電圧を出力する和電圧出力端子とを
    備えた電流−電圧変換部を備え、 前記差電圧出力端子は第2の切り換え手段に接続され、
    該第2の切り換え手段の各出力端子には該各出力端子が
    オン状態の時に前記差電圧出力端子から出力されていた
    差電圧を前記各出力端子がオフ状態の時に保持する保持
    手段が接続され、前記第2の切り換え手段の一方の出力
    端子は増幅部に接続され、前記第2の切り換え手段の他
    方の出力端子は前記差電圧出力端子から出力される差電
    圧が一定値となるように前記第2のLEDの発光量を制
    御する第2の光電流フィ−ドバック部に接続され、該第
    2の光電流フィ−ドバック部は第2のスイッチ手段を介
    して前記第2のLEDに接続され、 前記和電圧出力端子は第1の切り換え手段に接続され、
    該第1の切り換え手段の一方及び他方の各出力端子には
    該各出力端子がオン状態の時に前記和電圧出力端子から
    出力されていた和電圧を前記各出力端子がオフ状態の時
    に保持する保持手段が接続され、前記第1の切り換え手
    段の一方及び他方の出力端子は、引き算回路及び増幅器
    等で構成され、前記和電圧出力端子から出力される和電
    圧と基準値電圧とを比較することで前記PSDにおける
    暗電流に相当する電圧を求め、該電圧に基づいて光電流
    フィ−ドバック量を補正するフィ−ドバック量補正手段
    を介して該フィ−ドバック量補正手段から出力される電
    圧が一定値となるように前記回転角度検出用のLEDの
    発光量を制御する光電流フィ−ドバック部に接続され、
    該光電流フィ−ドバック部は第1のスイッチ手段を介し
    て前記回転角度検出用のLEDに接続され、 前記第1の切り換え手段及び前記第2の切り換え手段の
    切り換え、前記第1のスイッチ手段及び前記第2のスイ
    ッチ手段のオン・オフを各々同期的に制御する発振器を
    備えていることを特徴とする回転角度センサ。
  3. 【請求項3】 LEDと、回転角度検出用のスリットと
    基準位置検出用のスリットとが形成されたスリット板
    と、出力端子を2個備えたPSDと、前記LEDに対し
    て前記スリットを交互に開けたり閉じたりするシャッタ
    −板とで構成された回転角度・基準位置検出部を備える
    と共に、前記PSDの各出力端子から出力される各出力
    電流を電圧に変換して各出力電流の差に相当する差電圧
    を出力する差電圧出力端子と前記各出力電流の和に相当
    する和電圧を出力する和電圧出力端子とを備えた電流−
    電圧変換部を備え、 前記差電圧出力端子は第2の切り換え手段に接続され、
    該第2の切り換え手段の各出力端子には該各出力端子が
    オン状態の時に前記差電圧出力端子から出力されていた
    差電圧を前記各出力端子がオフ状態の時に保持する保持
    手段が接続され、前記第2の切り換え手段の一方の出力
    端子は増幅部に接続され、前記第2の切り換え手段の他
    方の出力端子は前記差電圧出力端子から出力される差電
    圧が一定値となるように前記LEDの発光量を制御する
    第2の光電流フィ−ドバック部に接続され、該第2の光
    電流フィ−ドバック部は第3の切り換え手段の他方の入
    力端子を介して前記LEDに接続され、 前記和電圧出力端子は第1の切り換え手段に接続され、
    該第1の切り換え手段の一方及び他方の各出力端子には
    該各出力端子がオン状態の時に前記和電圧出力端子から
    出力されていた和電圧を前記各出力端子がオフ状態の時
    に保持する保持手段が接続され、前記第1の切り換え手
    段の一方及び他方の各出力端子は、引き算回路及び増幅
    器等で構成され、前記和電圧出力端子から出力される和
    電圧と基準値電圧とを比較することで前記PSDにおけ
    る暗電流に相当する電圧を求め、該電圧に基づいて光電
    流フィ−ドバック量を補正するフィ−ドバック量補正手
    段を介して該フィ−ドバック量補正手段から出力される
    電圧が一定値となるように前記LEDの発光量を制御す
    る光電流フィ−ドバック部に接続され、該光電流フィ−
    ドバック部は前記第3の切り換え手段の一方の入力端子
    を介して前記LEDに接続され、 前記第1の切り換え手段、前記第2の切り換え手段及び
    前記第3の切り換え手段の切り換え、前記シャッタ−板
    のシャッタ−動作各々を同期的に制御する発振器を備え
    ていることを特徴とする回転角度センサ。
JP29244594A 1994-11-28 1994-11-28 回転角度センサ Expired - Fee Related JP3507563B2 (ja)

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