JPH0358444B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、角度検出のためにホール素子を用い
た測量機に関するものである。

（従来技術） ホール素子とは、磁気を電気に変換する素子で
あつて、バイアス電流を流すと印加磁界に比例す
る出力を発生するものである。その構造を第１図
に示す。すなわち半導体薄板Ｐに外部より電流l_H
を流し、これと直角方向に磁界（磁束密度Ｂ）を
かけたとき、ローレンツ力によりl_HとＢの双方に
直角に電位差V_Hが発生する。このV_Hは、ホール
電圧と呼ばれ、半導体の厚さｄ、幅ｗおよび長さ
ｌが一様であれば次式で与えられ、l_HとＢのそれ
ぞれに直線的に比例する。

V_H＝R_H／ｄl_HＢ …(1) なおR_H：ホール定数である。

上の構造において、磁界(B)の方向がホール素子
面に対して直角とならないときは、その磁界のホ
ール素子面に対しての直角成分のみが、ホール電
圧V_Hに寄与することとなる。従つて、該ホール
電圧V_Hは、ホール素子面の法線ｎと磁界とがな
す角度をθとしたとき、次式で示される。

V_H＝R_H／ｄl_HBcosθ …(2) 従つて、例えば、磁界の方向を固定しておき、
該磁界内に配置されたホール素子Ｐを回転させた
とき、この回転角は上記ホール電圧の大きさとし
て得ることができ、この現象を利用してホール素
子を用いて角度検出を行なうことができる。

ところが、上記したような方法で角度検出を行
なう場合には、cosθの関係から角度分解能が角度
値によつて変化するため、精密な角度検出を行な
うことが困難であつた。特に、磁界の方向がホー
ル素子面の法線からわずかに偏移している場合に
は、cosθの変化率は極めて小さく、このため精密
な電圧計やＡ／Ｄ変換器等が必要となり、検出装
置が高価なものとなつてしまうという欠点があつ
た。また、ホール素子の上記ホール電圧V_Hは、
上記磁界の磁束密度の経年変化および各ホール素
子の温度特性に敏感に反応するため、複雑な補償
処理を行なう必要がある。

一方、特開昭54−18768号には、互いに直交し
て配されたホール素子である複数個の磁気センサ
ーを磁界内に配置して、磁界に対する磁気センサ
ーの角度を検出する角度センサーが提案されてい
る。この角度センサーは、複数の磁気センサーに
よつて、磁界を各方向成分に分解して検出し、そ
の各方向成分の商をとることによつて、角度を
tanθとして検出するものである。この角度センサ
ーによれば、上記したように磁界の各方向成分の
商をとることによつて角度検出を行なつているの
で、磁界の磁束密度の経年変化や各ホール素子の
温度特性に影響されずに角度の検出を行なうこと
ができるが、角度をtanθとして検出するため、角
度をcosθとして検出する場合と同様、分解能が角
度値によつて変化してしまい、精密な測定が行な
えないという欠点がある。

（発明の目的） そこで本発明は、使用する磁界の磁束密度の経
年変化や各ホール素子の温度特性に影響されず、
かつ分解能が角度値によつて変化させられずに角
度を検出することのできるホール素子を用いた測
量機を提供することを目的とするものである。

（発明の構成および作用） 本発明は、目標物を視準するための視準系と、
該視準系の光軸と直交して設けられ上記視準系を
鉛直面内で回動させるための水平軸線と、該水平
軸線に直交して設けられ上記視準系を水平面内で
回動させるための鉛直軸線とを有する基盤部とを
備え、上記視準系の水平軸線回りの回転角度から
鉛直面内角度を求め、上記視準系の鉛直軸線回り
の回転角度から水平角度を求める測量機におい
て、上記水平軸と直交する方向に静磁界を形成
し、該静磁界が上記視準系に伴い上記第１、第２
ホール素子に対して回動する静磁界形成部と、該
静磁界中に互いに直交して配置される第１ホール
素子と第２ホール素子と、上記第１ホール素子へ
上記静磁界と上記第１及び第２ホール素子との回
動軸方向に第１周期波電流を供給する第１電流供
給部と、上記第２ホール素子へ上記静磁界と上記
第１及び第２ホール素子との回動軸方向に該第１
周期波電流とπ／２位相ずれした第２周期波電流
を供給する第２電流供給部と、上記第１ホール素
子に流れる第１周期波電流と直交した方向の第１
ホール電圧と上記第２ホール素子に流れる第２周
期波電流と直交した方向の第２ホール電圧とを加
算又は減算し合成信号を形成する信号形成部と、
上記第１周期波電流又は第２周期波電流と上記信
号合成部による合成信号との位相差を求める位相
差検出部とを有し、位相差検出部で求めた位相差
から鉛直面内の回動量を求めることを特徴とする
ホール素子を用いた測量機である。

以上説明したような構成を有する本発明の測量
機においては、上記のように配置された第１およ
び第２ホール素子が出力する第１および第２ホー
ル電圧信号を加算または減算して合成信号を得、
この合成信号と交番信号との間の位相差を検出
し、この位相差によつてホール素子と磁界の間の
角度を検出するようにしているので、角度検出に
おいて磁界の磁束密度の経年変化や各ホール素子
の温度特性が影響することがなく、また角度によ
つて分解能が変化することがなく、全体として精
密な角度検出を行なうことができる。

（本発明の角度検出装置の原理） 以下、添付図面を参照して本発明の原理の説明
を行なう。

第２図は、本発明の角度検出装置の原理を示す
図であつて、第１ホール素子３および第２ホール
素子５は、互いに直角関係を保ちつつ、共通の回
動軸である軸Ｏを中心に回動可能に、磁束密度Ｂ
の静磁界中に配置されている。従つて、上記静磁
界の方向と第１ホール素子３の素子面の法線ｎと
のなす角θ、および該静磁界の方向と第２ホール
素子５の素子面の法線とのなく角との和は、90゜
すなわちπ／２となつている。第１ホール素子３
の２つの入力端子７，７′は、上記軸Ｏ上に配さ
れており、一方の入力端子７には正弦波電流発生
器１１が接続されており、他方の入力端子７′は
接地されている。従つて、第１ホール素子３に
は、上記正弦電流発生器１１からl_Osinωtの制御
電流が供給されている。第２ホール素子５の２つ
の入力端子９，９′も上記軸Ｏ上に配されており、
一方の入力端子９はπ／２移相器１３を介して上
記正弦波電流発生器１１に接続されており、他方
の入力端子９′は接地されている。従つて、第２
ホール素子５には、上記π／２移相器１３からl_O
cosωtの制御電流が供給されている。第１ホール
素子３の出力端子１５，１５′と第２ホール素子
５の出力端子１７，１７′とは、それぞれ発生す
るホール電圧が加算されるように直列接続され、
このホール電圧は増幅器１９によつて増幅される
ようになつている。上記の条件のもとで、第１ホ
ール素子３が発生するホール電圧V_H ⁽¹⁾は、 V_H ⁽¹⁾＝C_H・l_Osinωt・Bcosθ …(3) と、第２ホール素子５が発生するホール電圧V_H
⁽²⁾は V_H ⁽²⁾＝C_H・l_Ocosωt・Bcos（θ−π／２） ＝C_Hl_OcosωtBsinθ …(4) とそれぞれ示すことができる。

こゝで、C_Hは、ホール素子固有の定数でホー
ル係数R_Hとホール素子の厚みｄとの商R_H／ｄで
示され、以下、ホール定数と呼び第１ホール素子
および第２ホール素子の定数は同じものとして取
扱う。

このようにして得られた第１ホール素子３のホ
ール電圧V_H ⁽¹⁾と第２ホール素子５のホール電圧
V_H ⁽²⁾とを加算し合成を行うと、 V_H ⁺＝V_H ⁽¹⁾＋V_H ⁽²⁾ ＝C_H・l_OsinωtBcosθ ＋C_Hl_Ocosωt.Bsinθ ＝C_H・l_O・Bsin（ωt＋θ） …(5) が得られる。

この式(5)から明らかなように、合成されたホー
ル電圧V_H ⁺の中では、磁界の直角方向と第１ホー
ル素子とがなす角θが、第１ホール素子に流した
正弦波電流（l_Osinωt）に対する位相差となつて
現われる。

従つてこの位相差を正確に測定することによつ
て磁界Ｂの方向に対するホール素子の回転角θを
得ることができる。

また第１ホール電圧V_H ⁽¹⁾と第２ホール電圧V_H
⁽²⁾の差をとつたときは、 V_H ^-＝V_H ⁽¹⁾−V_H ⁽²⁾ ＝C_H・l_Osinωt・Bcosθ −C_H・l_Ocosωt・Bsinθ ＝C_H・l_O・Ｂ・sin（ωt−θ） …(6) として和をとつたときと同様に位相差として、回
転角θが現われる。

（実施例） 以下、本発明をトランシツトに適用した実施例
を添付図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施例） ＜全体構成＞ トランシツトは、第３図に示すように、望遠鏡
２１をその水平軸２１ａ，２１ｂを中心として回
動自在に支持する支柱２３ａ，２３ｂを有する托
架部２３を鉛直軸まわりに回動自在に支持する基
盤２５とから構成されている。望遠鏡２１の回動
軸２１ａ，２１ｂは、図示しないベアリングによ
つて支柱２３ａ，２３ｂに回動自在に支持されて
いる。

トランシツトの測角を可能とする構成は、高低
角度測定用の磁界形成部３０、高低角度の信号検
出部４０、水平角度測定用の磁界形成部５０、水
平角度の信号検出部６０、電流供給部７０、信号
処理部８０及び表示部９０から構成されている。

＜高低角度測定用磁界形成部３０＞ 高低角度測定用の磁界形成部３０は、デイスク
３２を備えており、このデイスク３２は、その中
心を回動軸２１ａと同軸に取付けられ、望遠鏡２
１と共に回動するようになつている。このデイス
ク３２の外縁には環状部材３２ａが設けられてお
り、この環状部材３２ａの内面には、デイスク中
心を挾んで磁石３４と磁石３６とが、その対向面
の極性が異なるように、かつ、望遠鏡の視準軸お
よび回動軸２１ａと直角方向の磁界を形成するよ
うに配置されている。

＜高低角度の信号検出部４０＞ 高低角度の信号検出部４０は、第１ホール素子
３と第２ホール素子５によつて第４図のように構
成され、支柱２３ａに取付けられている。第１ホ
ール素子３は望遠鏡２１ａの回動軸中心２１a′上
でかつ水平に、第２ホール素子５はその回動軸中
心２１a′上で垂直に取付けられている。なお、
こゝで水平、垂直というのはトランシツトが正し
く取付けられている状態でのことである。（以下
同じ）。第１ホール素子３と第２ホール素子５と
は、原理の説明の項での説明と同様に配置され、
かつ電気的に接続されている。従つて、それらに
ついてここで繰り返さない。

＜水平角度測定用磁界形成部５０＞ 水平角度測定用の磁界形成部５０は、デイスク
５２を備えており、このデイスク５２は、托架部
２３にその回動軸２３ｃと同軸な状態で取付けら
れ、托架部２３と共に回動できるようになつてい
る。このデイスク５２の外縁には環状部材５２ａ
が設けられており、この環状部材５２ａの内面に
は、デイスク中心を挾んで磁石５４と磁石５６と
がその対向面の極性が異なるように配置されてい
る。この磁界形成部５０は望遠鏡２１の視準軸２
１ｃと平行な静磁界を形成している。

＜水平角度の信号検出部６０＞ 水平角度の信号検出部６０は高度角度信号検出
部４０と同様に２つのホール素子によつて構成さ
れている。これら２つのホール素子は、トランシ
ツトを適正に据え付け、望遠鏡２１の視準軸２１
ｃが南北を又は東西を視準しているときに、磁界
形成部５０が形成する磁界方向に、一方は平行と
なり、他方は直交するように配置されている。こ
れによつて基準位置が設定可能となる。

＜電流供給部７０の概要＞ 電流供給部７０は、後に詳細に説明するように
高低角度の信号検出部４０および水平角度の信号
検出部６０のそれぞれのホール素子へπ／２位相
差を有する電流を供給するもので、支柱２３ｂに
組み込まれている。

＜信号処理部８０の概要＞ 信号処理部８０は、後に詳細に説明するように
信号検出部４０によつて検出した信号と、電流供
給部７０が信号検出部４０へ供給する電流とを受
け、それらの位相差を検出して高低角度を演算
し、また信号検出部６０によつて検出した信号
と、電流供給部７０が信号検出部６０へ供給する
電流とを受け、それらの位相差を検出して水平角
度を演算している。

＜表示部９０＞ 表示部９０は、上記信号処理部８０で演算した
高低角度及び水平角度の表示を行うものである。

＜電流供給部７０および信号処理部８０の詳細＞ 次に第５Ａ図ないし第７図を参照して、上記電
流供給部７０および信号処理部８０の詳細につい
て説明する。

なお、本実施例では、高低角度の検出と水平角
度の検出とは略々同一の構成によつて行われるた
め、以下高低角度の検出についてのみ説明を行い
水平角度の検出についての説明は省略する。

＜電流供給部７０＞ 電流供給部７０は、第５Ａ図に示されているよ
うな電源回路１００によつて構成されており、こ
の電源回路１００は、互いにπ／２位相がずれた
第１および第２電圧V₁、V₂を形成し、第１電圧
をオペアンプOP₁１０４を介して第１ホール素子
３に、第２電圧をオペアンプOP₂１０６を介して
第２ホール素子５にそれぞれ印加することによつ
て、第１および第２ホール素子３，５に互いに
π／２位相がずれた第１および第２電流l_Osinωt、
l_Ocosωtをそれぞれ流すものである。

電源回路１００は正弦波電圧発生器１０２、１
つのコイルＬ、１つのコンデンサＣ、２つの可変
抵抗器VR₁、VR₂、抵抗R₃ないしR₉及び２つの
OPアンプ１０４，１０６から構成されている。
コイルＬ、可変抵抗VR₁、VR₂、コンデンサＣ及
び正弦波電圧発生器１０２とで直列回路を構成し
ている。第１ホール素子３へ供給する第１電圧
V₁はコイルＬと可変VR₁によつて形成され、第
２ホール素子５へ供給する第２電圧V₂はコンデ
ンサＣと可変抵抗VR₂とによつて形成される。こ
こで式(5)を成立させるためにV₁とV₂の関係は完
全に90゜位相差をもたせる必要がある。コンデン
サＣが完全に容量リアクタンスX_C成分しかもた
ないのであれば、抵抗成分と直交したインピーダ
ンスが得られるのであるが、実際には第５Ｂ図示
すように僅かながらの抵抗分R_Cが含まれている
ため合成インピーダンスZ_Cは抵抗成分軸と直角と
はならなくなる。そこで、Z₂とV₂との直交関係
を確保するため可変抵抗Rvと直列に微かなリア
クタンス量のコイルＬを接続している。コイルＬ
のリアクタンス分X_L、可変抵抗VR₁、VR₂並び
にコンデンサＣのリアクタンスX_C及び抵抗分R_C
の関係は第５Ｂ図に示している。

電圧V₁と電圧V₂との振幅を一致させ、かつ
π／２位相関係に調整するには可変抵抗VR₁及び
VR₂を適当に変化させることによつて行う。

第５Ｂ図から明らかなように、可変抵抗VR₁の
変化では、コイルＬと可変抵抗VR₁との合成イン
ピーダンスZ₁の大きさの変化が顕著であり、かつ
傾きθ₁の変化が僅かであるのに対し、可変抵抗
VR₂の変化ではコンデンサＣと可変抵抗VR₂との
合成インピーダンスZ₂の大きさの変化が僅かであ
り、かつ傾きθ₂の変化が顕著となる。

そこで第１電圧V₁と第２電圧V₂との振幅調整
は主に可変抵抗VR₁によつて又位相差調整は主に
可変抵抗VR₂によつて行われる。

コンデンサＣと可変抵抗VR₁とで形成された第
１電圧V₁は抵抗R₃ないしR₆及びオペアンプOP₁
によつて差動増幅された後端子Ａから出力され
る。

コイルＬと可変抵抗VR₂とで形成された第２電
圧V₂は、抵抗R₇ないしR₉及びオペアンプOP₂に
よつて差動増幅された後、端子Ｂから出力され
る。

上記の構成によつて出力端子Ａに生ずる電圧を E₁sinωt …(7) とすれば、出力端子Ｂに生ずる電圧は E₂sin（ωt−π／２）＝E₂cosωt …(8) と表わされるようにπ／２位相差を有する信号と
なる。ここで抵抗R₃ないしR₉は、出力端子Ａ，
Ｂから共に振幅が共通でかつ十分な電圧が得られ
るように電圧V₁及び電圧V₂に対応して選択され
ている。従つて式(7)のE₁と式(8)のE₂とが一致す
ることとなる。これを以下E₁とする。

電源回路１００の出力端子Ａは、第１ホール素
子３の入力端子７，７′及び可変抵抗VR₁₀を介し
て接地されて第１ホール素子３の第１入力電流路
を、又出力端子Ｂは、第２ホール素子５の入力端
子９，９′及び可変抵抗VR₁₀′を介して接地され
て第２ホール素子５の第２入力電流路を構成す
る。

上記のように第１ホール素子３及び第２ホール
素子５の入力端子７，７′，９，９′に電圧が印加
されているので第１及び第２ホール素子３，５に
は入力電流が流れ、磁界中に置かれることを条件
として、それぞれの出力端子にホール電圧が発生
する。

＜信号処理部８０＞ 次に、第６図および第７図を参照して、上記信
号処理部８０を詳細に説明する。この信号処理部
８０は、大きく分けて第６図に示すホール電圧検
出回路２００、および第７図に示す角度値演算部
３００から構成されている。

＜ホール電圧検出回路２００＞ ホール電圧検出回路２００は、第１および第２
ホール素子３，５の不平衡電圧、入力電流値偏差
およびホール定数値偏差を除去した純粋な合成ホ
ール電圧の抽出を行なうものであり、第６図に示
されているように、抵抗R₁₁〜R₂₆、R₁₁′〜R₂₁′お
よび７つのオペアンプOP₃〜OP₆およびOP₃′〜
OP₅′から構成このオペアンプOP₃は増幅を目的と
しておらず前段と後段とのバツフアを目的として
おり、従つて抵抗R₁₁ないしR₁₄の値は、例えば
10KΩのように高抵抗で統一されている。オペア
ンプOP₃の出力端子は抵抗R₁₅を介してオペアン
プOP₄の入力端子へ入力されている。

第１ホール素子３の第１入力電流路に挿入され
た可変抵抗VR₁₀は、第１ホール素子３の出力端
子１５，１５′の不整合等を原因として生ずる不
平衡電圧を補償する第１補償電圧V_Cを発生する
ためのものである。従つて可変抵抗VR₁₀の抵抗
値は例えば10Ω位の低い抵抗値のものが用いられ
第１ホール素子の不平衡電圧に対応して適当に調
整される。この補償電圧V_Cは、抵抗R₁₆ないし
R₁₈及びオペアンプOP₅で構成されたバツフアア
ンプと抵抗R₁₉とを介してオペアンプOP₄の入
力端子へ入力されている。オペアンプOP₅はバツ
フアを目的としているので抵抗R₁₆〜R₁₈の抵抗
値は、例えば10KΩ高抵抗値で統一されている。

抵抗R₁₅とR₁₉ないしR₂₁及びオペアンプOP₄は、
差動アンプを構成し、これは第１ホール素子３の
第１ホール電圧V_H ⁽¹⁾′と第１補償電圧V_C1との差動
増幅を行い第１ホール電圧V_H ⁽¹⁾′から不平衡電圧
を除去した純粋な第１ホール電圧V_H ⁽¹⁾を抽出す
るためのものである。オペアンプOP₃の一方の入
力端子には、抵抗R₁₁を介して第１ホール素子３
の一方の出力端子１５が、オペアンプOP₃の他方
の入力端子には、抵抗R₁₂を介して第１ホール素
子３の他方の出力端子１５′が、それぞれ接続さ
れている。このオペアンプOP₃は、その出力端子
が、抵抗R₁₃を介して入力端子に接続されてお
り、入力端子は、抵抗R₁₄を介して接地されて
いる。

第２ホール素子５に関して上記と同様の回路構
成となつているので同じ付号にダツシユを付け、
その説明は省略する。尚オペアンプOP₄′に取り
付けられた抵抗R₂₀′に直列に可変抵抗VR₂₂が接
続されているが、この抵抗R₂₂は第１ホール素子
３と第２ホール素子５のホール定数の差等によつ
て生ずるホール電圧V_H ⁽¹⁾，V_H ⁽²⁾の振幅値の不一
値を調整するためのものであり、適当な調整のも
とに、オペアンプOP₄とOP₄′の出力の振幅値を一
致させる。

オペアンプOP₄の出力端子は抵抗R₂₃を介して、
オペアンプOP₄′の出力端子は抵抗R₂₄を介して、
オペアンプOP₆の入力端子に接続されている。
オペアンプOP₆の出力は、出力端子Ｃから角度値
演算部３００へ送られるとともに、抵抗R₂₅を介
してその入力端子にも送られるようになつてい
る。オペアンプOP₆の入力端子は抵抗R₂₆を介
してアース端子へ接続されている。

上記のように構成することによつてオペアンプ
OP₄によつて不平衡電圧成分が除去された純粋な
第１ホール電圧V_H ⁽¹⁾とオペアンプOP₄′によつて
不平衡電圧成分が除去された純粋な第２ホール電
圧V_H ⁽²⁾とを加え合せた電圧が、オペアンプOP₆の
出力として得られる。

＜角度値演算部３００＞ 次に、第７図を参照して角度値演算部３００の
構成の詳細について説明する。この角度値演算部
３００は、増幅器３１０、矩形波変換部３２０、
位相差検出部３３０、クロツクパルス発生器３４
０、パルスカウンタ３５０および演算器３６０か
ら構成されている。

電源回路１００の出力端子Ａからの出力信号
は、第８図１に示す正弦波で、式(7)により
E₁sinωtで表わされる。この出力信号は、増幅部
３１０の第１アンプ３１２によつて適当なレベル
に増幅された後、矩形波変換部３２０の第１矩形
波変換器３２２によつて矩形波変換される。この
矩形波変換された信号は第８図３に示されている
ような形状であり、これは位相差検出部３３０の
第1AND回路３３２および遅進弁別回路３３４へ
入力されている。

ホール電圧検出回路２００で検出した第１ホー
ル電圧V_H ⁽¹⁾と第２ホール電圧V_H ⁽²⁾の和の信号で
ある合成ホール電圧信号は出力端子Ｃから得ら
れ、この合成ホール電圧信号は第８図２に示され
ているように、ホール素子の回動角θを位相差に
もつ信号であり、上記式(5)C_H・l_O・Bsin（ωt＋θ）
で表わされる。この信号は、増幅器３１０の第２
アンプ３１４によつて適当なレベルに増幅され、
矩形波変換部３２０の第２矩形波変換器３２４に
よつて第８図４に示されているような矩形波に変
換される。この矩形波変換された信号は、遅進弁
別回路３３４へ入力されるとともに、NOT回路
３３６によつて第８図５に示されているような反
転信号とされた後第1AND回路３３２へ入力され
る。第1AND回路３３２は第８図３の信号と５の
信号の論理積をとり、第８図６に示すような、第
８図１の信号と２の信号との位相差に対応したパ
ルスを有する信号を第2AND回路３３８へ出力す
る。クロツクパルス発生器３４０は第８図７に示
すようなクロツクパルスを、第2AND回路３３８
へ出力する。第2AND回路３３８は第８図６の信
号と７の信号との論理積をとり、第８図８に示す
ように第８図１の信号と２の信号との位相差に対
応したクロツクパルス列を形成し、パルスカウン
タ３５０へ出力する。パルスカウンタ３５０は第
2AND回路３３８の出力パルスのカウントを行
い、その結果を演算器３６０へ出力する。

一方、遅進弁別回路３３４は、第１矩形波変換
器３２２の出力と第２矩形波変換器３２４の出力
から第８図１の電源回路１００の出力端子Ａから
の信号に対し第８図２の合成ホール電圧信号が進
み状態か遅れ状態かを判別する。

この遅進弁別回路３３４の構成は、インクリメ
ンタル式ロータリーエンコーダーでよく用いられ
る方向弁別回路の構成と同じであるので詳細な説
明は省略する。遅進判別回路３３４の判別出力
は、演算器３６０に出力され演算器３６０はパル
スカウンタ３５０の計数結果と、遅進判別回路３
３４の判別結果に基づいて磁界方向に対するホー
ル素子の回動角θを演算し表示部９０へ演算結果
を出力する。表示部９０は演算器３６０の演算結
果を表示する。

なお、角度値演算部３００のＡ端子に入力する
基準信号は第１ホール素子の入力電圧で説明した
が、第２ホール素子の入力電圧であつても差支え
なく、この場合には、位相差は（θ−π／２）で
得られる。基準信号として第１ホール素子の入力
電圧とするか第２ホール素子の入力電圧とするか
は、例えばトランシツトのような天頂角をゼロ度
とするか水平角をゼロにするかと云つた角度原点
の取り方によつて変えればよい。

＜第１実施例のトランシツトの構造の変形＞ 上記実施例においては、高低角度を検出するた
めに磁界形成部３０を托架部２３に、又信号検出
部４０を望遠鏡２１の回動軸上に取付け、一方水
平角度を検出するために磁界形成部５０と基盤２
５に、信号検出部６０を托架部２３の回動軸上に
取り付け、これに基づいて説明を行つた。しかし
本発明はこの構成に限られるものではなく磁界形
成部が形成する磁束と、信号検出部のホール素子
とが相対移動を行えば、この移動量を検出できる
もので、第９図に示すように高低角度検出のため
に信号検出部４０を托架部２３に、又磁界形成部
３０を望遠鏡２１の回動軸上に取付け一方、水平
角度検出のために信号検出部６０を基盤２３に
又、磁界形成部５０を托架部２３の回動軸上に取
り付けても、何等さしつかえなく角度検出が行え
るものである。第９図においては、主な構成部材
を第３図に示した実施例と同じ参照番号で示して
いる。

以上説明した第１の実施例では２つのホール素
子の入力電圧をそれぞれπ／２関係の位相差で交
番させて２つのホール電圧を合成した信号 V_H＝C_H・l_O・Bsin（ωt＋θ） …(5) を形成していたが、２つのホール素子に加える磁
界を、それぞれ、π／２位相差で交番させ、この
２つのホール素子には直流電圧を印加することに
よつて上記合成ホール電圧V_Hを得ることもでき
る。

（第２の実施例） 以下、その例を第２実施例として第１０図を参
照しつつ説明する。

第１磁界形成部４００は、リング状の磁路にそ
の中心に向けて突出部４００ａ，ｂが設けられて
おり、この突出部４００ａ，ｂにはコイル４０２
ａ，ｂが巻かれており、突出部間に磁界が形成さ
れるようになつている。第２磁界形成部４１０も
第１磁界形成部４００と同様の構成となつてい
る。尚、２つの磁界形成部の形成した磁界方向は
直交している。

電圧供給部４２０は、互いにπ／２位相差を有
する第１および第２交流電圧を発生し、この第
１、第２交流電圧を第１磁界形成部４００と第２
磁界形成部４１０とへそれぞれ供給する。これに
よつて第１磁界形成部４００はBsinωtの第１交
番磁界を、又第２磁界形成部４１０はBsin（ωt−
π／２）の第２交番磁界を形成する。電圧供給部
４２０は、また一定の直流電圧Ｅを形成し、信号
検出部４３０の第１、第２ホール素子４３２，４
３４へ供給する。

信号検出部４３０は、上記第１および第２ホー
ル素子４３２，４３４を備えており、これら第１
および第２ホール素子４３２，４３４は、共に回
動軸４４０に取り付けられ、これを共に回動でき
るようになつている。第１ホール素子４３２は、
第１磁界形成部４００が形成する交番磁界中に配
され、回動軸４４０の回動中心上に入力端子４３
２ａ，４３２ｂが設けられている。また、第２ホ
ール素子４３４は、第２磁界形成部４１０が形成
する交番磁界中に配され、上記回動軸４４０の回
動中心上に入力端子４３４ａ，４３４ｂが設けら
れている。第１ホール素子４３２および第２ホー
ル素子４３４は、互いに平行に、あるいは同一平
面内に配置されている。

第１ホール素子４３２及び第２ホール素子４３
４には、電圧供給部４２０が形成した直流電圧Ｅ
がスリツプリング４３６を介して図示はしない
が、それぞれの入力端子へ供給されている。

第１ホール素子４３２と第２ホール素子４３４
の出力端子は、図示はしないが直列に接続され、
これによつてスリツプリング４３８を介して第１
ホール素子４３２と、第２ホール素子４３４の合
成ホール電圧V_H ⁽¹⁾＋V_H ⁽²⁾が取り出せるようにな
つている。

以上の構成において、第１ホール素子４３２が
発生するホール電圧V_H ⁽¹⁾はホール素子の入力電
流をｌ、第１ホール素子の法線n₁と、第１磁界形
成部の成形する磁束Bsinωtとのなす角をθとす
ると、次式で求めることができる。

V_H ⁽¹⁾＝C_HBsinωt・ｌ・cosθ …(9) 一方、第２ホール素子４３４が発生するホール
電圧V_H ⁽²⁾はホール素子の入力電流をｌ、第２ホ
ール素子４３４の法線n₂と第２磁界形成部の形成
する磁束Bsin（ωt−π／２）とのなす角はπ／２
−θであるので次式で求めることができる。

V_H ⁽²⁾＝C_H・Bsin（ωt−π／２）・ｌ・cos（π／２
−θ）C_H・Bcosωt・ｌ・sinθ…(10) 尚、ここでは、第１ホール素子４３２と第２ホ
ール素子４３４に流れる電流値は同一とし、また
形成される磁界の振幅は等しいものとする。第１
ホール素子４３２の発生するホール電圧V_H ⁽¹⁾と、
第２ホール素子４３４の発生するホール電圧V_H
⁽²⁾とを加え合せた合成ホール電圧V_H＝V_H ⁽¹⁾＋V_H
⁽²⁾は以下に示すように式(5)と一致する。

V_H＝V_H ⁽¹⁾＋V_H ⁽²⁾＝C_H・Bsinωt・ｌ・cosθ＋C_H・Bc
osωt・ｌ・sinθ＝C_HBlsin(ωt+θ)…(11) 従つてこの合成ホール電圧と、電圧供給部４２
０が磁界形成部へ供給する電圧を基準信号とし
て、これとの位相差を検出することによつて形成
された磁束と、ホール素子とが、なす角が測定可
能となる点は既述した実施例と同様であるので信
号処理部等の説明は省略する。

＜実施例の変形例＞ 尚、上記変形例では、２つのホール素子を平行
とし、第１、第２の交番磁界方向を直交させて説
明したが、この構成に限定されるものではなく、
第１ホール素子の法線n₁が第１交番磁界方向とな
す角と第２ホール素子の法線n₂が、第２交番磁界
方向となす角との和がπ／２であれば合成ホール
電圧は(11)式で現われ測角機能を十分に果たすもの
である。例えば第１ホール素子と第２ホール素子
とがの角度をなしていれば、第１交番磁界の方
向と、第２交番磁界の方向とがなす角をπ／２＋
とすることによつて、本発明の適用が可能とな
る。また、ホール電圧V_H ⁽¹⁾およびV_H ⁽²⁾の合成を、
加算によつて行なつたが、この合成は、減算によ
つて行なつてもよいことはもちろんである。

尚、実施例の説明においてホール素子を回動軸
上に配置しているが、これは磁界Ｂに分布むらが
ある場合にその影響を少なくするものであつて、
分布むらの少ない静磁界が得られるならば、ホー
ル素子は軸上でなく軸とともに回動する位置に取
り付ければ足りる。

第１実施例においてホール素子へ供給する交流
電流及び第２実施例において交番磁界を形成する
ための供給電圧は正弦波電圧としてきたが、これ
は正弦波に限られるものではなくπ／２位相差を
持つ２つの矩形波電圧であつても構わない。ただ
し、この時には合成されたステツプ状の出力信号
をフイルターリングすることによつて位相差を抽
出することとなる。

（本発明の効果） 本発明の角度検出装置によれば上記したように
磁界とホール素子とのなす角がホール素子の合成
出力電圧と基準信号との位相差として現れる。従
つて角度分解能は、基準信号の周波数と位相差を
検出するためのクロツクパルスの周波数との比に
依存することとなる。基準信号はホール素子に印
加する交流電圧又は交番磁界を形成する交流電圧
であるので、要求される角度分解能に応じて基準
信号及びクロツクパルスの周波数を選択すること
により、高分解能の角度検出も容易に行える。又
本発明の角度検出装置は磁界とホール素子とのな
す角をホール素子の出力振幅値変化を検出し得る
ものでなく、ホール素子の合成出力電圧と基準信
号との位相差検出により得るものであるから、従
来の検出手段と比較して環境変化に対して強く信
頼性が高いものといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ホール素子の構造を示す斜視図、第
２図は、本発明の角度検出装置の原理を示す斜視
図、第３図は、第１の実施例によるトランシツト
の全体構成を示す斜視図、第４図は、高低角度の
信号検出部の構成を示す斜視図、第５Ａ図および
第５Ｂ図は、電流供給部の構成を示す電気回路図
およびそのベクトル図、第６図は、ホール電圧検
出回路の電気回路図、第７図は、角度値演算部の
電気回路図、第８図は、各回路の出力信号等を示
すタイムチヤート、第９図は、第３図に示した第
１の実施例の各部材の配置を変更した変形例を示
す斜視図、第１０図は、第２の実施例によるトラ
ンシツトの主要部を示す概略斜視図である。 ３…第１ホール素子、５…第２ホール素子、１
１…正弦波電流発生器、１３…π／２移相器、２
１ａ，２１ｂ…回動軸、３０…高低角度測定用の
磁界形成部、４０…高低角度の信号形成部、５０
…水平角度測定用の磁界形成部、６０…水平角度
の信号検出部、７０…電流供給部、８０…信号処
理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 目標物を視準するための視準系と、該視準系
   の光軸と直交して設けられ上記視準系を鉛直面内
   で回動させるための水平軸線と、該水平軸線に直
   交して設けられ上記視準系を水平面内で回動させ
   るための鉛直軸線とを有する基盤部とを備え、上
   記視準系の水平軸線回りの回転角度から鉛直面内
   角度を求め、上記視準系の鉛直軸線回りの回転角
   度から水平角度を求める測量機において、 上記水平軸と直交する方向に静磁界を形成し、
   該静磁界が上記視準系に伴い上記第１、第２ホー
   ル素子に対して回動する静磁界形成部と、 該静磁界中に互いに直交して配置される第１ホ
   ール素子と第２ホール素子と、 上記第１ホール素子へ上記静磁界と上記第１及
   び第２ホール素子との回動軸方向に第１周期波電
   流を供給する第１電流供給部と、 上記第２ホール素子へ上記静磁界と上記第１及
   び第２ホール素子との回動軸方向に該第１周期波
   電流とπ／２位相ずれした第２周期波電流を供給
   する第２電流供給部と、 上記第１ホール素子に流れる第１周期波電流と
   直交した方向の第１ホール電圧と上記第２ホール
   素子に流れる第２周期波電流と直交した方向の第
   ２ホール電圧とを加算又は減算し合成信号を形成
   する信号形成部と、 上記第１周期波電流又は第２周期波電流と上記
   信号合成部による合成信号との位相差を求める位
   相差検出部とを有し、 位相差検出部で求めた位相差から鉛直面内の回
   動量を求めることを特徴とするホール素子を用い
   た測量機。