JPH01196514A - 光電変換式回転位置検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転体の回転角度（位置）を検出するための
光電変換式回転位置検出器に関する。

〔従来の技術〕

回転体の回転角度（位置）の検出器としては種々提案さ
れているが、それらは検出した角度情報をパルス信号に
変換して出力する光学式または磁気式のパルスエンコー
ダと、正弦または余弦関数のアナログ信号に変換する電
磁式または光学式のレゾルバとに大別できる。

まず、先に出願人の提案している光電変換式回転位置検
出器である、光学式レゾルバの原理につき説明する。第
５図は光学式レゾルバの原理を示す原理構成図、第５Ａ
図は第５図における遮光板の窓を通して観察される受光
部の面積の推移を説明するための説明図、第５Ｂ図はそ
の受光部（光電変換素子）の出力を示す波形図である。

なお、第５図において、１は被検出回転体の回転軸、２
は発光体、３は遮光板、３１は光透過用窓、４は受光体
、４１は例えば光電変換素子からなる受光部である。

回転軸心を通る所定の基準軸から、回転角度にして１８
０度分だけ光を透過させる扇形状の光透過用窓３１′ｔ
−持ち、回転体の回転軸１に結合された遮光板６に対し
、その一方側にはリング状に形成されて平行光線を発す
る発光ダイオードの如き発光体２と、その他方側には側
えは半円形状の受光部４１ｔ−持つ受光体４とを同軸上
に配置する。

ここで、発光体４は固定的に設置されておシ、回転する
遮光板６とは接触しないよう所定の間隔が形成されてい
る。従って、回転体が回転するに伴って遮光板３も回転
し、ζ往によって遮光板３の窓３１から見える受光部４
１の部分、すなわち受光部分も変化する。この受光部分
の推移を示すのが第５Ａ図である。

今、第５Ａ図の如く固定的に設置される受光体４の基準
軸をα、回転する遮光板３０基準軸をβと定め、このα
軸からβ軸までの角度をθとすると、θは遮光板３の回
転に伴って同図（イ）、（ロ）、（ハ）の如く変化する
。遮光板３のＣＣＷ方向を正とすると、これがθ−０度
からＣＣＷ方向へ回転するにつれて受光する受光部４１
の部分が４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの如く変化し、その面
積Ｓはθ−πにおいて最大となるまではθに比例して増
加し、θ−πを越えてからはθ−２πにおいて零になる
までθに比例して減少する。このθに対する面積Ｓの推
移をグラフで示したのが第５Ｂ図で６Ｄ、同図の如く三
角波となる。ここで、受光部４１として、例えばアモル
ファスシリコンのよりに光量に比例した電流を発生させ
るよりな光電変換素子を使用すれば、その出力短絡電流
Ｉ８Ｃは受光される受光部４１０面積Ｓに比例するので
、同図の三角波はθと出力短絡電流ＩＳＯの関係を示す
ことにもなる。したがって、この出力短絡電流Ｉｓｃを
計測することによって回転体の回転角度（位置）を知る
ことができる、という■が光学式レゾルバの原理である
。

第６図は前記原理の応用例を示す概要図、第６Ａ図は第
６図の出力を示す波形図でおる。これは２つの受光部４
２．４３を第５図と同様に遮光板３の窓３１から見た面
積Ｓが角度θの正弦関数となる形状にするとともに、双
方の受光部を空間的に互いに９０度ずつずらして配置す
ることによ）、第６Ａ図のごとく９０度の位相差をも′
）２相正弦波出力ｌ５Ｃ１ｓ　ｌＳＣ２”を得るように
したものである。

第７図は前記応用例を実際に光学式レゾルバに用いた従
来の受光部の形状を示す平面図で、９０＠ずつ位相のず
れた４相正弦波出力信号を得るものである。こ〜に、４
４Ｊ〜４４Ｍは受光部、４５Ｊ〜４５Ｍは受光部の短絡
電流を外部電気回路へ出力するための電極、４６Ｊ〜４
６Ｍは受光部と電極を結ぶ導線で、受光部と同じ光電変
換素子をパターン配線化しものである。４７は受光部４
４Ｊ〜４４Ｍと周形状の光透過用窓４７Ａ〜４７Ｄがあ
けられ金属マスクで、前記導線４６Ｊ〜４６Ｍが受光し
発電することを防ぐものでちる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような構造では次のニジな問題があ
る。

１）成るひとつの受光部とそれと向い合う受光部が接続
しないよう、受光部間に成る所定の間隔を設ける必要が
らるため、各受光部は全て異なる形状となってしまう。

そのため、各受光部の各出力は振幅もオフセットも異な
ったものとなる。

■）内側の受光部４４Ｌ、４４Ｍからの導線４６Ｌ、４
６Ｍを外側の受光部４４Ｊ、４４にの間に通さなければ
ならない。このとき導線４６Ｌ、４６Ｍと受光部４４Ｊ
、４４にの間隔を所定の幅以上空ける必要がある。

１１１）出力信号の相数を増やすために受光部の数を増
やそうとすると、受光部の数の増加に伴って上記１　）
　、　ｌｉ　）項に云う受光部の形状への制約が飛曜的
に大巷くなる。

ＩＶ）金属マスク７は窓４７Ａ〜４７Ｄを持つため、ム 形状が複雑となり加工が面倒になる。

■）金属マスク７の窓４７Ａ〜４７Ｄと受光部４４Ｊ〜
４４Ｍの位置合わせを、半径方向と回転方向の双方につ
いて合わせる必要がある。

■１）導線４６Ｊ〜４６Ｍはその長さが各々異なるため
、導線部分におけるインピーダンスが導線ごとに異なる
。

このため、光学式レゾルバの小形化、加工性の向上を妨
げる原因となっていた。

したがって、本発明は小形で加工性の良好な光電変換式
回転位置検出器を提供するとと金目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

固定的に配置された発光体と受光体との間に被検出回転
体と〜もに回転する遮光板を同軸的に配置し、該遮光板
の１回転でＭ周期（Ｍは自然数）の互いに３６ｏ／（Ｍ
ｘＮ）度ずつ位相のずれ九Ｎ相（Ｎは自然数）の正弦波
出力信号を得るために、前記遮光板には中心角度がａ度
の扇形状で全てが同一形状の光透過用窓を等角度間隔に
Ｍ個設ける一方、前記受光体にはＭ×Ｎ個の受光部を全
て遮光板の回転軸を中心とする所定半径の円の内側また
は外側に等角度間隔に配置可能な如く、各受光部は各々
が存在する範囲の中心角度すが、３６０　／Ｍ　−ａ≦
ｂ≦３６０．ａ≦ｂなる条件を満たすと〜もに、その形
状がすべて同じで前記円に一部が必ず接し、かつ遮光板
が３６ｏ／Ｍ度回転する間に遮光板の窓を介して見える
受光部の面積が１周期の正弦波状に変化する形状とし、
Ｎ個間隔にＭ個配置される各受光部を並列または直列に
接続して出力を取シ出すようにする。

〔作用〕

光学式レゾルバにおいて、遮光板１回転でＭｆｆずつず
れたＮ相の正弦波出力信号を得るために、遮光板にはＭ
個の扇形の窓を設ける一方、受光体上には（Ｍ×Ｎ）個
の受光部を配置し、各受光部が同一の円に一部を必ず接
するようにすることにより受光体上の有効面積を拡大し
、金属マスクの形状の簡素化を図）、金属マスクと受光
部の位置合わせを容易にする。その結果、光学式レゾル
バの小形化が図られ、加工性を向上させることができる
。但し、本発明の場合、受光部はＮ個間隔で同位相の信
号となるため、Ｎ個間隔のＭ個の受光部を並列又は直列
接続しなければ受光体上の面積を有効に使用したことに
ならない。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す平面図であシ、第１Ａ図
は第１図のものと組み合わせる遮光板を示す平面図であ
る。第１図において、４４Ａ〜４４Ｄは受光体４上に形
成した受光部（光電変換素子）であ！５．４５Ａ〜４５
Ｄは受光部で発生する電流を外部電気回路へ出力する電
極であシ、４６Ａ〜４６Ｄは受光部と電極を結ぶ導線で
、受光部と同様の光電変換素子をパターン配線したもの
である。４７は導線４６Ａ〜４６Ｄが受光して発電する
ことを防ぐために、導線部分を覆うリング状の金属マス
クであり、その内径（ｒ）は総ての受光部が接する円の
径（ｒ）と同じでおる。一方、第１Ａ図の符号３２は遮
光板３の窓を示す。

すなわち、第１図の実施例は第１Ａ図の中心角度ａ−１
８０°の窓を設けた遮光板３と組み合わせるととにより
、９０°ずつ位相のずれた４相正弦波を得るもので、１
個の受光部が存在する範囲の中心角度すはｂ−１８０°
であ）、４個の受光部は９０°ずつ位置をずらして配置
される。しかも、総ての受光部が半径ｒの円内にちって
総て同一の形状でアシ、各受光部はその一部が前記円に
接している。Ｃは受光部同士の接続を防止するための成
る所定の幅を示す。こうすることによシ、以下の如き利
点が得られる。

１）受光部の形状を聡て同一にしたため出力信号レベル
も同等となり、外部電気回路の定数の設定が容易となる
◇ ＩＩ）導線を受光部と受光部の間に通す必要がなくなシ
、受光部同士が接続しないよう所定の間隔Ｃを空けるだ
けでよいので、受光体上の無効面積が減少する。つまシ
、有効面積が大幅に増大する。

１１１）金属マスクの形状は、簡単なリング状でよい。

ｌｖ）金属マスクと受光部との位置合わせは半径方向の
みでよい。

■）総ての導線の長さを揃えることが可能とな）、４綜
部分におけるインピーダンスを総て等しくすることが可
能である。

Ｖｌ）出力信号の相数の増加が容易である。

以上は、遮光板１回転でＭ−１周期の４相（Ｎ−４）の
正弦波出力信号を得るために、遮光板の窓の中心角度ａ
ｔ−ａ−１８０°にし、その数Ｍ−１゜また受光部のｉ
ａＭ×Ｎ−４で各受光部が存在する範囲の中心角度すを
ｂ−１８０”としているが、上記条件を一般化すると、
遮光板１回転でＭ周期（Ｍは自然数）の位相が（吾）度
（Ｎは自然数）ずつずれたＮ相の正弦波出力信号上書る
には、遮光板には中心角度ａの窓Ｍｌを等角度間隔に設
け、受光体には各受光部が存在する範囲の中心角度すが
ａ≦ｂで、かつ−−ａ≦ｂ＜３６０なる条件を満足し、
ある半径ｒ内に（Ｍ×Ｎ）個の総ての受光部を等角度間
隔になるように配置し、各受光部はその一部が必ず前記
円に導線の幅板上の長さは接し、総ての受光部が同一形
状であう、その形３６０” 状は遮光板が一度回転したときに窓から見える受光部の
面積が１周期の正弦波状に変化するものにし、さらに、
受光部の出力信号はＮ個毎に同位相になるので、Ｎ個お
鴬にＭ個の受光部を並列又は直列接続すればよいことに
なる。

ここで、ａ≦ｂ１及び−−ａ≦ｂなる条件について説明
する。

第２図はａ≦ｂが満足されない例を示す概略図であ夛、
第６図は−−ａ≦ｂが満足されない例を示す概略図であ
る。なお、第２図および第５図の３は遮光板、３３．３
４は遮光板の窓、４は受光体、４８は光電変換素子によ
）形成される受光部である。第２図（ロ）は同図（イ）
における受光体の出力信号を示す波形図であシ、第３図
（ロ）は同図（イ）における受光部の出力信号を示す波
形図である。これらの図から、ａ≦ｂ及び先部をどのよ
うな形状にしても出力信号は正弦波とはならないことが
わかる。

第４図は本発明の他の実施例を示す平面図、第４Ａ図は
第４図のものと組み合わせて用いられる遮光板の例を示
す平面図である。

この実施例は第１図に示すものが受光部を半径ｒの円の
内側に配置しているのに対し、半径ｒ１の円の外側に配
置した点が異なるだけでその他の点は第１図と全く同様
で套るので、詳細は省略する。また、第４Ａ図に示す遮
光板３についても、半径ｒ、の円の内側には受光部が存
在しまいので、同図の如きリング状にすることが可能と
なる点板外は第１Ａ図に示すものと同様外ので、これに
ついても詳細は省略する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、遮光板１回転でＭ周期のＮ相の正弦ｉ
信号を得るために設けたＭ×Ｎ個の受光部総てに同一の
円に接する部分を持たせ九ため、受光部と電極を結ぶ導
線を受光部同士の間に通す必要がなくなシ、受光部の形
状に対する制約が少なくなる。その結果、光学式レゾル
バとしてその形状を小形にでき、さらに金属マスクの形
状２位置合わせが簡単にな）、加工性が向上すると云う
顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す平面図、第１Ａ図は第１
図のものと組み合わせて用いられる遮光板の例を示す平
面図、第２図は受光部の中心角度すに対する光透過用窓
の中心角ａが、ｂ　（ａとなる場合の不都合を説明する
ための説明図、第３図は第２図と同じく、ｂ＜５６０／
Ｍ−ａ　（Ｍは窓の数）となる場合の不都合を説明する
ための説明図、第４図は本発明の他の実施例を示す平面
図、第４Ａ図は第４図のものと組み合わせて用いられる
遮光板の例を示す平面図、第５図は光学式レゾルバの原
理を説明するための原理構成図、第５Ａ図は第５図にお
ける遮光板の窓を通して観察される受光部分の推移を説
明するための説明図、第５Ｂ図はその受光部の出力を示
す波形図、第６図は受光部の変形例を示す平面図、第６
Ａ図はその出力波形を示す波形図、第７図は受光部の別
の例を示す平面図である。 符号説明 １・・・・・・回転軸、２・・・・・・発光体、３・・
・・・・遮光板、４・・・・・・受光体、３１〜３５・
・・・・・光透過用窓、４１゜４１Ａ〜４１Ｃ，４２，
４３，４４Ａ〜４４Ｄ。 ４４Ｅ〜４４Ｈ，４４Ｊ〜４４Ｍ、４８・・・・・・受
光部、４５Ａ〜４５Ｄ、４５Ｅ〜４５Ｈ，４５Ｊ〜４５
Ｍ・・・・・・電極、４６Ａ〜４６Ｄ、４６Ｅ〜４６Ｈ
，４６Ｊ〜４６Ｍ・・・・・・光電変換素子による導線
、４７・・・・・・金属１スク、４７Ａ〜４７Ｄ・・・
・・・金属マスクの窓。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第２　図 （イ） （イ）　　　　　　第　３　圀 箒　４　図 襄４人図 Ｗ５　図 ５５３３図 第６　図 丁ＳＣ２ 第６Ａ９ 冨７　図 ４６に４ｂＩ′Ｖ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固定的に配置された発光体と受光体との間に被検出回転
   体とゝもに回転する遮光板を同軸的に配置し、該遮光板
   の１回転でＭ周期（Ｍは自然数）の互いに３６０／（Ｍ
   ×Ｎ）度ずつ位相のずれたＮ相（Ｎは自然数）の正弦波
   出力信号を得るために、前記遮光板には中心角度がａ度
   の扇形状で全てが同一形状の光透過用窓を等角度間隔に
   Ｍ個設ける一方、前記受光体にはＭ×Ｎ個の受光部を全
   て遮光板の回転軸を中心とする所定半径の円の内側また
   は外側に等角度間隔に配置可能な如く、各受光部は各々
   が存在する範囲の中心角度ｂが、３６０／Ｍ−ａ≦ｂ≦
   ３６０，ａ≦ｂ なる条件を満たすとゝもに、その形状が全て同じで前記
   円に一部が必ず接し、かつ遮光板が３６０／Ｍ度回転す
   る間に遮光板の窓を介して見える受光部の面積が１周期
   の正弦波状に変化する形状とし、Ｎ個間隔にＭ個配置さ
   れる各受光部を並列または直列に接続して出力を取り出
   すことを特徴とする光電変換式回転位置検出器。