JPH0498109A

JPH0498109A - 回転角測定装置

Info

Publication number: JPH0498109A
Application number: JP21671490A
Authority: JP
Inventors: Toyomi Miyagawa; 宮川　豊美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1992-03-30

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、回転体の回転位置や角速度の測定に用いられ
る回転角測定装置に関する。

（従来の技術）周知のように、回転体の回転位置や角速度を測定する装
置には種々のものがある。これらの中で最も普及してい
るものは、光学式、磁気式等のロータリーエンコーダで
ある。

光学式ロータリーエンコーダでは、外周部にスリットを
一定間隔に設けた円板を被測定回転体に取付けるととも
に、円板を挟む形に光源と光検出器を配置し、光源から
出た光かスリットを通して光検出器に入射する瓜に光検
出器から信号を取出すようにしている。すなわち、この
ロータリーエンコーダでは、円周をスリット数で割った
角度を単位として測定できるようにしている。一方、磁
気式ロータリーエンコーダでは、円板の外周に一定間隔
に青磁領域を設けておき、この青磁領域を磁気センサ（
ＭＲ素子）で検出するようにしている。この磁気式ロー
タリーエンコーダにおいても円周を着磁数で割った角度
を単位として測定できるようにしている。

これらロータリーエンコーダでは、通常、スリット（青
磁領域）に対応したインクレメントパルス信号と、１回
転の基準となるホームポジションパルス信号とを取出し
、これら２つの信号を演算処理して回転体の回転角や角
速度を測定するようにしている。

しかしながら、ロータリーエンコーダにあっても次のよ
うな問題があった。すなわち、測定の分解能を上げるに
はスリット（着磁領域）数を増す必要があり、そのため
には円板の直径を大きくする必要がある。しかし、被測
定回転体によっては、回転体そのものが小さいために、
直径の大きい円板を取付けることができないものもある
。また、円板の直径を大きくすると、円板の質量、慣性
モメントが増加する。被測定回転体の質量、慣性モーメ
ントが円板のそれに比べて大きい場合には影響は少ない
が、同等かそれ以下の場合には影響が大きく現れ、被測
定回転体の回転特性が変化してしまうので、精度の高い
測定が困難となる。さらに、ロータリーエンコーダの場
合、被測定回転体に円板を取り付ける必要があるため、
既設の回転体に取付けようとしても制約を受は易く、設
置できない場合が多い。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、ロータリエンコーダは、測定の分解能を上
げようとすると、被測定回転体に取付ける部分の質量、
慣性モーメントの影響を除くことが困難となり、適応可
能な被測定回転体の範囲が狭い欠点があった。また、既
設の回転体に取付けることも困難であった。

そこで本発明は、被測定回転体に設けなければならない
部分の質量、慣性モーメントを十分小さくてきるととも
に、測定分解能を容易に上げることができ、しかも既設
の回転体にも容易に対応できる回転角測定装置を提供す
ることを目的としている。

［発明の構成］（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測定装
置は、平面状の反射面を備え、上記反射面を被測定回転
体の軸心線に対して傾斜させて上記被測定回転体の端部
に設けられた光反射要素と、この光反射要素の前記反射
面に向けて光を照射し、その照射光を前記被測定回転体
の回転に伴わせで上記反射面で円形軌跡上に反射させる
光照射手段と、前記反射面からの反射光の前記円形軌跡
上における位置を検■する位置検出手段とを備えている
。

（作　用）光反射要素は、その平面状の反射面が被測定回転体の軸
心線に対して傾斜するように被測定回転体の端部に設け
られている。光照射手段で上記反射面に向けて光を照射
すると、その照射光は上記反射面を介して円形軌跡上に
向けて反射される。

被ａｌｌｌ定回転体が回転すると、この回転に伴って上
記反射光の上記円形軌跡上の位置が移動することになる
。反射光の円形軌跡上の位置は、位置検出手段によって
検出される。したがって、位置検出手段の出力から被測
定回転体の回転角を測定でき、また測定された回転角と
単位角移動する時間とから角速度を測定できることにな
る。

この場合、被測定回転体に設けなければならないものは
、甲面状の反射面を備えた光反射要素だけである。この
ような形状の光反射要素は一般に十分に小型、かつ軽量
に形成することが可能である。したがって、光反射要素
の存在が被１ＴＩＩＩ定回転体の回転特性に与える影響
を少なくできる。また、被測定回転体には前記関係に光
反射要素だけを設ければよいので、既設の回転体にも容
易に設けることができ、結局、既設の回転体に対しても
対応できる。さらに、被測定回転体側には無関係に上述
した反射光の円形軌跡の直径を大きくすることができの
で、測定分解能を高くすることもできる。

（実施例）以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る回転角測定装置の概
略構成か示されている。

同図において、１は被測定回転体の軸を示している。軸
１の端面２には光反射要素、この例ではミラー３が固定
されている。

ミラー３は、第２図および第３図に示すように、軽量な
樹脂等で模型に形成されている。そして、一方の面に平
面状の反射面４がスパッタや蒸着などによって形成され
ている。このように形成されたミラー３が反射面４と反
対側に位置する面を介して接着材等によって軸１の端面
２に固定されている。したがって、ミラー３は軸１の軸
心線Ｐに対して反射面４を傾斜させた状態に端面２に固
定されていることになる。なお、ミラー３は、完全な模
型に限らず、第４図に示すように、平面状で、かつ円形
の反射面４ａを備えたミラー３ａに置き代えることもで
きるし、また軸１の端面２を同等な形状に加工して得た
ものであってもよい。

端面２の近傍には、反射面４に向けて光を照射する光照
射装置５が配置されている。この光照射装置５は、発光
素子６と、この発光素子６から放射された光を細い平行
ビームＱに変換して反射面４に照射するレンズ７とで構
成されている。なお、反射面４への平行ビームＱの照射
角は、軸１が回転しても反射面４に垂直に入射しない角
度範囲に設定されている。したがって、上記構成である
と、軸１の同転に伴って反射面４への平行ビームＱの入
射角が変化するので、反射面４で反射された反射光Ｒは
入射角の変化で決まる円形軌跡上に照射されることにな
る。そして、反射光Ｒの円形軌跡上での位置は、軸１の
回転角に対応したものとなる。

この例では、反射面４で反射された反射光Ｒを円錐ミラ
ー９、レンズ１０．１１を介して光電変換装置１２に導
いている。光電変換装置１２は、第５図に示すように、
光電変換素子１３を複数個、Ｘ軸およびｙ軸に沿って二
次元的に配置したものとなっている。したがって、反射
面４からの反射光Ｒは、第５図中に２点鎖線１４で示す
円形軌跡の上に照射される。光電変換装置１２を構成し
ている各光電変換素子１３の出力は、Ｘ軸上およびｙ軸
上においてそれぞれ読み出され、これら出力は増幅器１
５ａ、１５ｂ、波形整形回路１６ａ。

１６ｂを介して変換装置１７へ送られる。変換装置１７
は入力信号が光電変換装置１２上のどの位置から送られ
たものかを判定して回転角を導き出すように構成されて
いる。この結果は、一方においては表示装置１８に表示
され、他方においては演算装置１９に送られる。演算装
置１９は、得られた回転角の時間変化特性から角速度を
求めている。そして、求められた角速度は表示装置］８
に表示される。

このような構成であると、軸１の回転に伴って、光電変
換装置１２に照射される反射面４からの反射光Ｒの位置
が円形軌跡１４上を移動する。この実施例では、反射光
Ｒの円形軌跡１４上の位置を検出しており、この位置は
軸１の回転角に対応しているので、結局、軸１の回転角
を測定できることになる。

そして、この場合には被測定回転体、つまり軸１に取付
けなければならない要素は、平面状の反射面４を備えた
ミラー３たけである。このようなミラー３は、たとえば
縦横がｆａ■％厚みが０．５　ｎｕｎ程度でも十分て、
スリット付き円板や着磁領域付き円板に比べてはるかに
小型、かつ軽量に形成することが可能である。したがっ
て、ミラー３の存在が被測定回転体の回転特性に与える
影響を少なくできる。また、既設の回転体にも容易に取
付けることができる。さらに、上記構造であると、反射
光Ｒを導く光学系を選択するたけて被測定回転体側とは
無関係に上述した円形軌跡１４の直径を大きくすること
ができる。したがって、測定分解能を高くすることがで
きる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では、反射面４で反射さ
れた光を円錐ミラー９、レンズ１０１１を介して光電変
換装置１２に入射させているが、円錐ミラー９の設けら
れている位置に光電変換装置１２を配置することもてき
る。また、光電変換装置も光電変換素子１３をＸ軸およ
びｙ軸に沿って二次元的に複数配置したものに限らず、
第６図に示すように円形軌跡１４に沿って光電変換素子
１３を複数環状に配置した光電変換装置１２ａを用いる
こともできる。第５図に示すように、光電変換素子１３
をＸ軸およびｙ軸に沿って二次元的に複数配置したもの
では、回転角のほかに軸１のスラスト方向の移動量また
は軸］の偏心量も測定可能であるが、回転角の測定に主
眼をおく場合には、第６図に示すように光電変換素子１
３を複数環状に配置した光電変換装置１．２　ａの方が
各光電変換素子１３と角度との対応関係が明白であるた
め、信号処理を容易化できる。勿論、この場合も半径方
向に二重、三重に光電変換素子を環状配置すれば、回転
角のほかに軸のスラスト方向の移動量または軸の偏心量
も測定可能である。

また、光学系の配置も第１図に示す例に限定されるもの
ではない。すなわち、第７図に示すように、軸１に端面
２に設けられるミラー３ｂの反射面４を軸１の軸心線Ｐ
に対して４５°傾けるとともに、軸心線Ｐ上にレンズ１
０．１１、環状の光電変換装置１．２　ｂおよび発光素
子６を同軸的に配置し、発光素子６から出た光を光電変
換装置１２ｂの中央部に存在する空洞、レンズ１１１０
の中央部を介して反射面４に照射するようにしてもよい
。

さらに第８図に示すように、レンズ１０ａの中央部で反
射面４に対向する位置に軸心線Ｐに対して４５°傾斜し
た反射面２０を有するミラー２１を固定し、発光素子６
から出た光をミラー２１の反射面２０を介して反射面４
へ照射するようにし、さらに照射光Ｑの光軸と軸心線Ｐ
との軸合せ作業を容易にするためにレンズ１０ａにミラ
ー２１の位置調整機構２２を取付けてもよい。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、被測定回転体の回転特
性に影響を与えることが少なく、しかも分解能の高い測
定が行え、そのうえ既設の回転体へも容易に対応できる
回転角＋１１１定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る回転角測定装置　２置の概略構成図、第２図は同装置の構成要件であるミラ
ーの拡大側面図、第３図は同ミラーの斜視図、第４図は
ミラーの変形例を示す斜視図、第５図は同装置に組込ま
れた光電変換装置の平面図、第６図は光電変換装置の変
形例を示す平面図、第７図は本発明の別の実施例に係る
回転角測定装置における要部の概略構成図、第８図は本
発明のさらに別の実施例に係る回転角測定装置における
要部の概略構成図である。１・・・軸、２・・・端面、３＋　　３ａ、３ｂ・・・
ミラー４・・反射面、５・・・光照射装置、６・・・発
光素子、９・円錐ミラー　］　０．ＦＯａ、１．１・・
・レンズ、１２；’　１２ａ、１２ｂ・・・光電変換装
置、１７・・・変換装置、１８・・・表示装置、１９・
・演算装置、２トミラー　２２・・・位置調整機構、Ｐ
・・・軸心線、Ｑ・・・平行ビーム、Ｒ・・・反射光。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平面状の反射面を備え、上記反射面を被測定回転
体の軸心線に対して傾斜させて上記被測定回転体の端部
に設けられた光反射要素と、この光反射要素の前記反射
面に向けて光を照射し、その照射光を前記被測定回転体
の回転に伴わせて上記反射面で円形軌跡上に反射させる
光照射手段と、前記反射面からの反射光の前記円形軌跡
上における位置を検出する位置検出手段とを具備してな
ることを特徴とする回転角測定装置。
（２）前記位置検出手段は、複数の光電変換素子を二次
元的に配置した光電変換装置を備えてなることを特徴と
する請求項１に記載の回転角測定装置。
（３）前記位置検出手段は、複数の光電変換素子を環状
に配置した光電変換装置を備えてなることを特徴とする
請求項１に記載の回転角測定装置。