JPH0579854A - 光学式回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 角度検出範囲に無関係に高精度で回転角度を
検出でき、小型で長寿命となる。 【構成】 光源から回転軸方向に放射した放射光をコリ
メータレンズで平行光束に変換し、この平行光束をプリ
ズムレンズにより１８０°偏向させて、光源を囲んで環
状に形成された光位置検知素子側に向けて、集光させ、
プリズムレンズを回転軸と一体に回転させ、回転軸の回
転角度を光位置検知素子上の集光位置で検出する。 【効果】 回転角度の検出精度の向上と小型化および長
寿命化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、物体の回転角度を非
接触で検出するために、受光素子として、光位置検知素
子を用いて検出するようにした、光位置検出形の光学式
回転角度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、高い耐久性，信頼性をもって、物
体の回転角度を検出するため、電気的接触を用いる可変
抵抗器を用いた回転角度検出装置に代わり、回転物体よ
り放射、あるいは回転物体で反射，透過される光を抵抗
層を備えた光位置検知素子で受光し、この光位置検知素
子での受光位置により、非接触に前記回転物体の回転角
度を検出する光学式回転角度検出装置が用いられてい
る。

【０００３】このような回転角度検出装置の例として、
特開昭６１−２４６６２０号公報や、特開昭６１−１２
４８２１号公報に示される光学式回転角度検出装置が知
られている。このような従来例について、以下に説明す
る。

【０００４】図１８は上記特開昭６１−２４６６２０号
公報に示された従来の光学式回転角度検出装置の構成図
であり、図１９は光位置検知素子の説明図、図２０は特
開昭６１−１２４８２１号公報に示された従来の別の光
学式回転角度検出装置の構成図であり、図２１はその光
位置検知素子部の平面図である。

【０００５】以下、この二つの従来例を例にとり説明す
る。まず、図１８の例から説明する。この図１８におい
て、２は回転物体（図示せず）に連結した回転軸、３は
光源、８は受光軸が半径方向に配置された光位置検知素
子である。

【０００６】この光位置検知素子８のリード８１，８
３，８２は検出手段としての検出回路１０の入力端子Ｔ
₁ 〜Ｔ₃ にそれぞれ接続されており、入力端子Ｔ₂ はア
ースされている。

【０００７】また、２０は回動スリットである。この回
動スリット２０は、回転角度にしたがって、半径が変化
する螺旋状スリット２１が穿がかれ、回転軸２と同軸一
体に回転するようになっている。

【０００８】２２は固定スリット板である。この固定ス
リット板２２は光源３の光軸を含み、光位置検知素子８
と平行な固定スリット２３が穿がかれている。この固定
スリット２３と螺旋状スリット２１は互いに交差するよ
うに配置されている。

【０００９】一方、検出回路１０の上記入力端子Ｔ₁ ，
Ｔ₃ には、光位置検知素子８のリード８１，８２からの
出力電流ｉ₁ ，ｉ₂ が入力されるようになっている。こ
れらの出力電流ｉ₁ ，ｉ₂ はそれぞれ電流電圧変換回路
１０１，１０２に入力されて、電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂ に変換さ
れるようになっている。

【００１０】電流電圧変換回路１０１，１０２で変換さ
れた電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂ は加算回路１０３で加算されるよう
になっているとともに、電圧Ｖ₂ は増幅回路１０６で増
幅されて、出力端子Ｔ₄ から電圧Ｖθが出力されるよう
になっている。

【００１１】加算回路１０３の出力は比較積分回路１０
４の反転入力端に入力されるようになっている。比較積
分回路１０４の非反転入力端には、基準電圧が印加され
ており、この基準電圧と加算回路１０３の出力とを比較
積分回路１０４で比較して、加算結果が所定値となるよ
うに発光回路１０５を介して、光源３の発光強度を制御
するようになっている。

【００１２】次に、図１８の光学式回転角度検出装置の
動作について説明する。発光回路１０５により、光源３
が光を回動スリット板２０の方向に投射すると、光位置
検知素子８には、投射光のうち、回動スリット板２０の
螺旋状スリット２１と固定スリット板２２の固定スリッ
ト２３の交差領域を通過する光のみが到達する。

【００１３】したがって、回動スリット板２０が回転軸
２とともに回転すると、この交差領域は半径方向に移動
し、光位置検知素子８上での受光位置は半径方向に移動
して、回動スリット板２０の回転角度により変化するた
め、この受光位置を検出することにより、回転軸２の回
転角度を検出する。

【００１４】上記光位置検知素子８は図１９に示すよう
に、光電変換素子８ａを透明抵抗層８ｂ，バイアス電極
８ｃで挾持し、透明抵抗層８ｂの両端に検出電極８
ｄ₁ ，８ｄ₂ を設けた構造の半導体光位置検知素子であ
り、検出電極８ｄ₁ ，８ｄ₂ には、それぞれ上述のリー
ド８１，８２が接続され、バイアス電極８ｃには、リー
ド８３から所定のバイアス電位（ここでは、接地の場合
を示す）が与えられている。

【００１５】このような光位置検知素子８に光束が入射
すると、入射光束は透明抵抗層８ｂを透過し、光電変換
層８ａで光電変換されて、その光電流ｉ₁ ，ｉ₂ が透明
抵抗層８ｂをその両端の検出電極８ｄに向かって流れ
る。

【００１６】このとき、光電流ｉ₁ ，ｉ₂ の大きさは、
各検出電極８ｄ₁ ，８ｄ₂ までの距離により異なるた
め、リード８１側の検出電極８ｄ₁ からの受光位置Ｘは
光電流ｉ₁ ，ｉ₂ より、 Ｘ＝Ｌ×ｉ₂ ／（ｉ₁ ＋ｉ₂ ） …（１） で求められる。この（１）式におけるＬは光位置検知素
子８の受光長である、そこで、上記図１８の検出回路に
おいて、この光電流ｉ₁ ，ｉ₂ をそれぞれ電流電圧変換
回路１０１，１０２で電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂ に変換し、加算回
路１０３で（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）を求め、この加算結果（Ｖ₁
＋Ｖ₂ ）が所定の一定値となるように、比較積分回路１
０４で発光回路２０５を介して、光源３の発光強度を制
御し、一方の光電流ｉ₂ に相当する電圧Ｖ₂ を増幅回路
１０６で所定のゲインを掛けて出力することにより、光
位置検知素子８の受光位置Ｘに相当し、回動スリット板
２０の回転角度θに対応した回転角度出力Ｖθを出力端
子Ｔ₄ から得られる。

【００１７】次に、図２０に示す従来の別の光学式回転
角度検出装置について説明する。この図２０は断面図と
して示したものであり、ケース１に回転軸受１１が設け
られており、この回転軸受１１により、回転軸２が回転
可能に支持されている。

【００１８】この回転軸２の一端に回動スリット部３０
が支持されている。回動スリット部３０は回転軸２と一
体的に回転し、かつ透光体で形成されている。この回動
スリット部材３０は周囲を光反射層３１で覆うととも
に、光源３に対向する部分と、光位置検知素子８に対向
する部分の光反射層３１を除去して、各々光源側スリッ
ト３２、受光側スリット３３を設けている。

【００１９】光源３は回転軸２の一端の延長上にケース
１に固定して配置され、回転軸２に直交するケース１の
面の光源３と回転スリット部材３０を挾んで反対側の面
に図２１に示すように、回転軸２を中心とする環状の受
光面を有する光位置検知素子８を素子支持基板９上に形
成している。

【００２０】次に、動作について説明する。図２０にお
いて、光源３から回転軸２の方向に光を投射すると、そ
の一部が回動スリット部材３０の光源側スリット３２よ
り透光体中に入射され、反射光層３１により形成された
第１の反射面で半径方向に偏向される。

【００２１】さらに、透光体中を透過して、同じく光反
射層３１により形成された第２の反射面で、光源３と回
転スリット部材３０を挾んで、反対方向に配置された光
位置検知素子８の方向に偏向された後、この透過光のう
ち、受光側スリット３３を透過した光が光位置検知素子
８に入射する。

【００２２】したがって、回転スリット部材３０の回転
とともに、光位置検知素子８への光入射位置が変化し、
これを図１８で示した検出回路１０で検出して、回転軸
２の回転角度出力Ｖθを得る。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学式回転角度
検出装置は以上のように構成されているので、回転角度
検出部にスリット光学系を用いていたため、以下に述べ
るような課題があった。

【００２４】すなわち、図１８に示すスリット光学系に
おいては、光源３からの投射光のうち、回転スリット２
１と固定スリット２３の交差領域を通過する光のみが光
位置検知素子８に入射するようにしているため、光源３
の光束利用率が極めて低くなって、光位置検知素子８で
の照度が低く、光電流ｉ₁ ，ｉ₂ が非常に小さい。

【００２５】この結果、光位置検知素子８の温度変化に
よる暗電流成分が無視できず、位置検出のＳ／Ｎ比が非
常に悪く、逆に照度を上げようと、光源３の放射強度を
上げると、光源３の寿命が短くなるといった課題があっ
た。

【００２６】また、回転角度変化を光位置検知素子８の
半径方向の受光位置で検出するようにしているため、ス
リットを細くせずに、精度を上げようとすると、半径方
向に検出距離をのばさざるを得ず、装置が大型になると
いう課題もあった。

【００２７】さらに、図２０，図２１に示すスリット光
学系においては、図１９のスリット光学系よりも光束利
用効率はよいものの、やはり同様な検出精度上の問題が
あるとともに、光位置検知素子８の受光面でのスポット
径が受光側スリット３３よりかなり大きくなるため、光
位置検知素子８の受光長を有効に利用できず、検出角度
範囲が狭い場合や、逆に検出角度範囲が２πに近い場合
の測定には、不向きであるといった課題もあった。

【００２８】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、角度検出範囲の大小にかかわら
ず、精度よく回転角度が検出でき、かつ、小型で長寿命
の光学式回転角度検出装置を得ることを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光学式回
転角度検出装置は、回転軸の一端側の固定部材に回転軸
と同軸に配置された光源と、コリメータ手段と、光源と
同時で回転軸と直交する面内に光源を囲んで環状に形成
された光位置検知素子と、９０°の挾角を有する二つの
反射面からなる１８０°偏向手段を、少なくとも１８０
°偏向手段および回転軸と一体的に回動されるコンデン
サ手段とを設けたものである。

【００３０】

【作用】この発明においては、光源より回転軸方向に放
射した放射光をコリメータ手段で平行光束に変換し、こ
の平行光束を回転軸と一体に回転する１８０°偏向手段
により偏向された平行光束をコンデンサ手段により位置
検知素子上に集光させて、回転軸の回転角度を光位置検
知素子上の集光位置により検出する。

【００３１】

【実施例】以下、この発明の光学式回転角度検出装置の
実施例について図面に基づき説明する。図１はその第１
の実施例の構成を示す断面図である。図２は図１におけ
る光位置検知素子の部分の平面図である。

【００３２】まず、この図１、図２により説明する。図
１、図２において、図１８〜図２１で示した上記従来例
と同一または相当部分には、同一符号を付して述べる。
図１における１は固定部材としてのケースであり、この
ケース１には、回転軸受１１が固定されており、回転軸
受１１に回転軸２が回転可能に支承されている。

【００３３】この回転軸２の一端側に、回転軸２と同軸
に光源３がケース１の内周面に配置されている。この光
源３はここではＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた場合
を例示している。この光源３上にコリメータ手段として
のコリメータレンズ４の焦点位置がくるように、コリメ
ータレンズ４が配置されている。

【００３４】絞り部材５により、コリメータレンズ４が
支持されており、この絞り部材４は光源３との光軸を合
わせるように、光源３の外周面に嵌合して固定してお
り、光源とともに絞り部材５が検出回路１０（図１８と
同じ）の検出回路基板１０ａに取り付けられている。検
出回路基板１０ａはケース１の底面に固定されている。

【００３５】６はプリズムレンズであり、このプリズム
レンズ６は入射光を全反射により反射する第１の反射面
６１と、この第１の反射面６１と９０°の挾角を有し、
第１の反射面６１での反射光を全反射により再度反射し
て入射光方向に偏向する第２の反射面６２とからなる１
８０°偏向部と、第２の反射面６２での反射光を光位置
検知素子８に集光するコンデンサレンズ部６３と一体に
形成したものである。

【００３６】このようなプリズムレンズ６、コリメータ
レンズ３はポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、
ポリカーボネイト（ＰＣ）などの光学プラスチックで成
型されたプラスチック成型品を用いれば、安価にでき
る。

【００３７】また、８は光位置検知素子である。この光
位置検知素子８は光源３と同じ側に図２に示すごとく、
光源３、すなわち、回転軸２を中心とした半径上に受光
面が来るように、円環状の素子支持基板９上に、円環状
にバイアス電極８ｃ、幅約１〜２mm程度の光電変換層８
ａ、透明電極層８ｂを重合して形成し、その両終端に検
出電極８ｄを配したものであり、素子支持基板９が検出
回路基板１０ａに固定されている。

【００３８】光位置検知素子８としては、光電変換層８
ａがアモルファスシリコンからなる光位置検知素子８が
環状の受光面をもつ素子を安価に製作するのに適してお
り、この場合、光源３は受光感度、発光効率の点より緑
色あるいは赤色の可視光ＬＥＤを用いるのがよい。

【００３９】７は回転軸２の一端に接合され、プリズム
レンズ６をその入射面が光源３の光軸とほぼ垂直とな
り、そのコンデンサ部６３の焦点位置に光位置検知素子
８が来るように、支持固定し、回転軸２と一体に回転す
る回動部材である。

【００４０】なお、図では、光源３とコリメータレンズ
４を別々にしたものを示しているが、光源３にコリメー
タレンズ４を内蔵した平行光ＬＥＤを用いてもよく、ま
た、１８０°偏向部はその反射面６１に４５°入射をな
す場合を示したが、反射面６１，６２の挾角が９０°あ
れば、入射角度が４５°でなくてもよい。

【００４１】次に、図１、図２で示すこの発明の第１の
実施例の動作について説明する。光源３より放射された
光はコリメータレンズ４、絞り部材５を透過して、所定
径の平行光束となって、回動部材７に固定されたプリズ
ムレンズ６に入射する。プリズムレンズ６への入射光
は、まず、第１の反射面６１で回転軸半径方向に反射さ
れ、次に、第１の反射面６１と９０°の挾角をもつ第２
の反射面６２で再度反射されて、入射光方向に１８０°
偏向された後、コンデンサレンズ部６３により、光位置
検知素子８の受光面上にスポット光１２ａとなって集束
する。

【００４２】回転軸２が回動すると、このスポット光１
２ａが光位置検知素子８の受光面上を移動する。したが
って、光位置検知素子８の光入射位置は回動部材７、す
なわち、回転軸２の回転角度と等しくなり、従来装置と
同様に、その電流出力、すなわち、光電流ｉ₁ ，ｉ₂ が
検出回路基板１０ａ上に実装されている検出回路１０に
導びかれて、光入射位置Ｘに相当する回転角度出力Ｖθ
が出力される。

【００４３】この第１の実施例においては、光位置検知
素子８上のスポット光径はコンデンサレンズ６３とコリ
メータレンズ４の各焦点距離ｆ_cn，ｆ_c1の比、ｆ_cn／ｆ
_c1で与えられ、たとえばｆ_cn／ｆ_c1＝１であれば、通常
数１００μｍであるＬＥＤの光源３の大きさがそのまま
光位置検知素子８に投影されるため、光源３からの放射
光のほとんどが光位置検知素子８上に微小スポットとし
て集光される。

【００４４】したがって、光束利用効率が極めてよく、
光位置検知素子８上で照度を光源３の駆動電流をそれほ
ど大きくしなくても、十分大きくとれるため、光位置検
知素子８の暗電流などの誤差が無視でき、位置検出のＳ
／Ｎ比が向上することで、位置検出精度を上げられると
ともに、光源３の寿命も長くできて、長期に亘り精度の
よい位置検出ができるという利点がある。

【００４５】さらに、スポット光径は上記焦点距離の比
ｆ_cn／ｆ_c1を（１）以下とすることにより、微小にでき
る。すなわち、この第１の実施例においては、光位置検
知素子８のスポット光径が微小にでき、受光面の端から
端までを有効に検出できることから、検出角度範囲が狭
くても、精度よく検出できるとともに、最大検出角度範
囲をほぼ２πとすることもできる。また、小径の受光面
の光位置検知素子であっても、精度よく検出できるた
め、装置を小型なものにできるという利点もある。

【００４６】図３ないし図８は上記第１の実施例に利用
できる光学系の構成を示す斜視図である。まず、図３か
ら述べる。この図３に示す光学系は、光位置検知素子８
上に微小スポット光１２ａを集光させるものであり、９
０°挾角をなす二つの反射面６１，６２を持つ台形プリ
ズムと片凸レンズによるコンデンサレンズ部６３を一体
化したプリズムレンズ６を示すものであるが、上記反射
面６１，６２にＡｌなどの金属を蒸着して、反射鏡を形
成すれば、さらに反射率が向上し、光位置検知素子８上
の照度が向上する。

【００４７】次に、図４に示す光学系について述べる。
この図４では、回動部材７に９０°挾角をなす二つの平
面反射鏡１３ａ，１３ｂとコンデンサレンズ１４を支持
固定して図３の場合と同一の光学系を構成したものであ
る。

【００４８】図５の光学系の場合は、回動部材７の表面
にメッキ，蒸着などで、鏡面に形成して、平面反射鏡７
１と放物面鏡７２を形成したものである。この放物面鏡
７２で光位置検知素子８の方向に偏向させるとともに、
その受光面に集光させるようにしたものである。このよ
うな光学系を用いれば、装置をより安価に構成できる。

【００４９】次に、図６の光学系について説明する。９
０°挾角をなす二つの反射面６１，６２を持つ台形プリ
ズムと円筒凸レンズ部６４を一体化したプリズムレンズ
６で、光位置検知素子８上に長軸が光位置検知素子８の
半径方向で、長さが光位置検知素子８の幅より長い短冊
状集束光１２ｂを集光させるものである。

【００５０】この図６の光学系では、光位置検知素子８
の中心と光源３の取付位置が多少ずれても、また、回転
軸２に多少ガタがあって揺動しても、集束光１２ｂが光
位置検知素子８を外れることがないという利点がある。

【００５１】図７の光学系では、回動部材７に９０°挾
角をなす二つの平面反射鏡１３ａ，１３ｂと円筒コンデ
ンサレンズ１５を支持固定して、図６と同一の光学系を
構成したものである。

【００５２】また、図８の光学系の場合は、回転部材７
の表面に、メッキ，蒸着などで鏡面を形成して、平面反
射鏡７１と片側放物面鏡７３を形成したものであり、片
側放物面鏡７３で光位置検知素子８方向に偏向させると
ともに、その受光面に焦点を合わせて、短冊状集束光１
２ｂを集光させるようにしたものであり、図５と同様、
光学系の簡素化で装置をより安価に構成できる。

【００５３】図９は上記第１の実施例に適用される光位
置検知素子部の他の実施例の平面図である。この図９の
場合には、リング状支持基板９の上に回転角度にしたが
って、半径が変化する螺旋状の光位置検知素子８を設け
たものであり、光学系としては、短冊状集束光１２ｂを
集光させる図３〜図８の光学系を用いる。この図９の光
位置検知素子部を用いることにより、２π回転角の検出
が可能である。

【００５４】次に、この発明の第２の実施例の光学式回
転角度検出装置について説明する。図１０はこの第２の
実施例の構成を示す断面図である。この図１０において
図１とは異なり、コリメータ手段をも回動部材７の側に
設けたものである。

【００５５】この図１０において、光源３から放射され
た光は、光源３の外周縁を嵌合して芯出しされた絞り部
材５１を透過した後、回動部材７に固定されたプリズム
レンズ６に入射し、光源３上に焦点をもつコリメートレ
ンズ部６５で平行光束に変換された後、９０°挾角をも
つ二つの反射面鏡６１，６２で全反射されて、入射光方
向に１８０°偏向され、最後にコンデンサレンズ部６３
で光位置検知素子８上にスポット光１２ａとして集光さ
れる。

【００５６】この図１０のような構造によれば、コリメ
ートレンズ部６５をプリズムレンズ６と一体化したた
め、光学系がより簡素になるとともに、プリズムレンズ
６に光源３、光位置検知素子８をともに近接させること
ができ、装置をより薄型化することができるという利点
がある。

【００５７】図１１〜図１７は図１０で示したこの発明
の第２の実施例に適用できる光学系の構成を示す斜視図
である。

【００５８】まず、図１１の場合は、図１０で示した第
２の実施例における光学系と同じであり、光位置検知素
子８上に微小スポット光１２ａを集光させるものであ
り、９０°挾角をなす二つの反射面６１，６２を持つ台
形プリズムの他の一面に二つの片凸レンズ部を形成し
て、各々コリメートレンズ部６５、コンデンサレンズ部
６３としたプリズムレンズ６である。この二つの反射面
６１，６２に金属鏡を形成すれば、さらに反射率が向上
し、光位置検知素子８上の照度が向上する。

【００５９】図１２の場合は、図１１におけるコンデン
サレンズ部６３の代わりに、円筒コンデンサレンズ部６
４を形成したものであり、光位置検知素子８上に短冊状
集束光１２ｂを集光させる。

【００６０】図１３の光学系では、回動部材７の表面に
メッキ、蒸着などで、鏡面を形成して、光軸が平行で、
かつ焦点が各々光源３、光位置検知素子８上にある放物
面鏡７４、片側放物面鏡７３を形成したものであり、放
物面鏡７４で光源３の放射光を半径方向に反射させると
ともに、平行光束に変換し、片側放物面鏡７３で再度入
射方向に反射させるとともに、光位置検知素子８上に短
冊状集束光１２ｂを集光させる。

【００６１】なお、片側放物面鏡７３の代わりに放物面
鏡７２を用いて、光位置検知素子８上に微小スポット光
１２ａを集光させてもよい。このよう光学系を用いれ
ば、同様に装置をより安価に構成できる。

【００６２】図１４〜図１７はこの発明の光学式回転角
度検出装置の第３の実施例の光学系に適用される光学系
の一部を示す斜視図である。この第３の実施例では、上
記第１、第２の実施例における絞り部材５の代わりに、
回動する側の光学系の１８０°偏向部、コリメータレン
ズ部、コンデンサレンズ部を除く部分に、図１４〜図１
７で示すような絞り部材１７を形成したものである。

【００６３】図１４の光学系では、プリズムレンズ６の
入射面に、入射光軸の中心に所定の直径で、絞り部材１
７を形成し、入射面の他の部分を無反射コート１６で覆
ったものであり、光源３の周辺光の前記入射面での反射
による光位置検知素子８上の逆光を除去する。

【００６４】次に、図１５の光学系について述べる。こ
の図１５では、プリズムレンズ６の入射面に、入射光軸
を中心に所定の直径で絞り部材１７を形成し、二つの反
射面６１，６２、コンデンサレンズ部６３を除くその他
の面を無反射コート１６で覆ったものであり、外部から
プリズムレンズ６に当たる逆光ばかりでなく、内部で発
生する逆光をも除去できる。

【００６５】図１６の光学系の場合は、回動部材７上の
平面反射鏡７１で反射される。

【００６６】また、図１７の光学系では、プリズムレン
ズ６のコリメートレンズ部６５およびコンデンサレンズ
部６３の表面に絞り部材１７を形成し、二つの反射面６
１，６２を除き、その他の面を無反射コート１６で覆っ
たものであり、２連絞りと同等の逆光除去効果がある。

【００６７】すなわち、このような図１４〜図１７の実
施例においては、絞り部材５が不要となるばかりでな
く、光源３の周辺光が可動側の光学系で反射して生ずる
光位置検知素子８上の逆光が除去できるとともに、光学
系の内部に侵入した逆光も除去でき、光位置検知素子８
上のスポット光が明瞭となるため光位置検出精度がさら
に向上できるという利点がある。

【００６８】また、上記角実施例は、光源３と光位置検
知素子８をそれぞれ別々に検出回路基板１０ａに半田付
けなどで取り付けた場合を示したが、ガラスなどの支持
基板上に光源３と光位置検知素子８を同時に形成しても
よいし、検出回路基板１０ａの表面の一部を処理して、
光源３と光位置検知素子８を検出回路基板１０ａの上に
形成してもよい。

【００６９】さらに、コリメート手段、１８０°偏向手
段、コンデンサ手段からなる光学系は図示する以外の種
々のレンズ、反射鏡、プリズムなどを組み合わせて構成
できることはいうまでもない。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、回転
軸方向に光源から光を放射させ、この放射光をコリメー
タ手段により平行光束に変換し、この平行光束を１８０
°偏向手段により１８０°偏向させて光源を囲んで環状
に形成された光位置検知素子側に導いて集光させ、回転
軸と少なくとも１８０°偏向手段とを一体的に回転さ
せ、回転軸の回転角度を光位置検知素子の集光位置によ
り検出するように構成したので、角度検出範囲の大小に
無関係に、精度よく回転角度を検出することができると
ともに、小型で長寿命かつ安価にできるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による光学式回転角度
検出装置の構成を示す断面図である。

【図２】同上第１の実施例における光位置検知素子部の
平面図である。

【図３】同上第１の実施例に適用できる光学系の構成を
示す斜視図である。

【図４】同上第１の実施例に適用できる光学系の構成を
示す斜視図である。

【図５】同上第１の実施例に適用できる光学系の構成を
示す斜視図である。

【図６】同上第１の実施例に適用できる光学系の構成を
示す斜視図である。

【図７】同上第１の実施例に適用できる光学系の構成を
示す斜視図である。

【図８】同上第１の実施例に適用できる光学系の構成を
示す斜視図である。

【図９】同上第１の実施例に適用される光位置検知素子
部の他の実施例の平面図である。

【図１０】この発明の第２の実施例による光位置検知素
子部の構成を示す断面図である。

【図１１】同上第２の実施例に適用できる光学系の構成
を示す斜視図である。

【図１２】同上第２の実施例に適用できる光学系の構成
を示す斜視図である。

【図１３】同上第２の実施例に適用できる光学系の構成
を示す斜視図である。

【図１４】この発明の第３の実施例による光学式回転角
度検出装置に適用できる光学系の構成を示す斜視図であ
る。

【図１５】同上第３の実施例に適用できる光学系の構成
を示す斜視図である。

【図１６】同上第３の実施例に適用できる光学系の構成
を示す斜視図である。

【図１７】同上第３の実施例に適用できる光学系の構成
を示す斜視図である。

【図１８】従来の光学式回転角度検出装置の構成図であ
る。

【図１９】同上従来の光学式回転角度検出装置に使用さ
れる光位置検知素子の構成説明図である。

【図２０】従来の別の光学式回転角度位置検出装置の構
成を示す断面図である。

【図２１】図２０の光学式回転角度検出装置における光
位置検知素子部の平面図である。

【符号の説明】

１ ケース ２ 回転軸 ３ 光源 ４ コリメータレンズ ５ 絞り部材 ６ プリズムレンズ ６１ 反射面 ６２ 反射面 ６３ コンデンサレンズ部 ６４ 円筒コンデンサレンズ ６５ コリメートレンズ部 ７ 回動部材 ８ 光位置検知素子 ９ 素子支持基板 １０ 検出回路 １０ａ 検出回路基板 １１ 回転軸受 １３ａ 平面反射鏡 １３ｂ 平面反射鏡 １４ コンデンサレンズ １５ 円筒コンデンサ ７１ 平面反射鏡 ７２ 放物面鏡 ７３ 片側放物面鏡 ７４ 放物面鏡

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】このとき、光電流ｉ₁ ，ｉ₂ の大きさは、
各検出電極８ｄ₁ ，８ｄ₂ までの距離により異なるた
め、リード８１側の検出電極８ｄ₁ からの受光位置Ｘは
光電流ｉ₁，ｉ₂ より、 Ｘ＝Ｌ×ｉ₂ ／（ｉ₁ ＋ｉ₂ ） …（１） で求められる。この（１）式におけるＬは光位置検知素
子８の受光長である、そこで、上記図１８の検出回路に
おいて、この光電流ｉ₁ ，ｉ₂ をそれぞれ電流電圧変換
回路１０１，１０２で電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂ に変換し、加算回
路１０３で（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）を求め、この加算結果（Ｖ₁
＋Ｖ₂ ）が所定の一定値となるように、比較積分回路１
０４で発光回路１０５を介して、光源３の発光強度を制
御し、一方の光電流ｉ₂ に相当する電圧Ｖ₂ を増幅回路
１０６で所定のゲインを掛けて出力することにより、光
位置検知素子８の受光位置Ｘに相当し、回動スリット板
２０の回転角度θに対応した回転角度出力Ｖθを出力端
子Ｔ₄ から得られる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光学式回
転角度検出装置は、回転軸の一端側の固定部材に回転軸
と同軸に配置された光源と、コリメータ手段と、光源と
同側で回転軸と直交する面内に光源を囲んで環状に形成
された光位置検知素子と、９０°の挾角を有する二つの
反射面からなる１８０°偏向手段と、少なくとも１８０
°偏向手段および回転軸と一体的に回動されるコンデン
サ手段とを設けたものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】

【作用】この発明においては、光源より回転軸方向に放
射した放射光をコリメータ手段で平行光束に変換し、こ
の平行光束を回転軸と一体に回転する１８０°偏向手段
により偏向させ、偏向された平行光束をコンデンサ手段
により位置検知素子上に集光させて、回転軸の回転角度
を光位置検知素子上の集光位置により検出する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】まず、この図１、図２により説明する。図
１、図２において、図１８〜図２１で示した上記従来例
と同一または相当部分には、同一符号を付して述べる。
図１における１は固定部材としてのケースであり、この
ケース１には、回転軸受１１が固定されており、回転軸
受１１に回転軸２が回転可能に支持されている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】また、８は光位置検知素子である。この光
位置検知素子８は光源３と同じ側に図２に示すごとく、
光源３、すなわち、回転軸２を中心とした半径上に受光
面が来るように、円環状の素子支持基板９上に、円環状
にバイアス電極８ｃ、幅約１〜２mm程度の光電変換層８
ａ、透明電極層８ｂを積層して形成し、その両終端に検
出電極８ｄを配したものであり、素子支持基板９が検出
回路基板１０ａに固定されている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】図９は上記第１の実施例に適用される光位
置検知素子部の他の実施例の平面図である。この図９の
場合には、リング状支持基板９の上に回転角度にしたが
って、半径が変化する螺旋状の光位置検知素子８を設け
たものであり、光学系としては、短冊状集束光１２ｂを
集光させる図６〜図８の光学系を用いる。この図９の光
位置検知素子部を用いることにより、２π回転角の検出
が可能である。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】なお、片側放物面鏡７３の代わりに放物面
鏡７２を用いて、光位置検知素子８上に微小スポット光
１２ａを集光させてもよい。このような光学系を用いれ
ば、同様に装置をより安価に構成できる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】図１４の光学系では、プリズムレンズ６の
入射面に、入射光軸の中心に所定の直径で、絞り部材１
７を形成し、入射面の他の部分を無反射コート１６で覆
ったものであり、光源３の周辺光の前記入射面での反射
による光位置検知素子８上の迷光を除去する。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６４】次に、図１５の光学系について述べる。こ
の図１５では、プリズムレンズ６の入射面に、入射光軸
を中心に所定の直径で絞り部材１７を形成し、二つの反
射面６１，６２、コンデンサレンズ部６３を除くその他
の面を無反射コート１６で覆ったものであり、外部から
プリズムレンズ６に当たる迷光ばかりでなく、内部で発
生する迷光をも除去できる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６６】また、図１７の光学系では、プリズムレン
ズ６のコリメートレンズ部６５およびコンデンサレンズ
部６３の表面に絞り部材１７を形成し、二つの反射面６
１，６２を除き、その他の面を無反射コート１６で覆っ
たものであり、２連絞りと同等の迷光除去効果がある。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６７】すなわち、このような図１４〜図１７の実
施例においては、絞り部材５が不要となるばかりでな
く、光源３の周辺光が可動側の光学系で反射して生ずる
光位置検知素子８上の迷光が除去できるとともに、光学
系の内部に侵入した迷光も除去でき、光位置検知素子８
上のスポット光が明瞭となるため光位置検出精度がさら
に向上できるという利点がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の一端側の固定部材にこの回転軸
   と同軸に配置され、上記回転軸方向に光を放射する光源
   と、この光源の放射光を平行光束に変換するコリメータ
   手段と、上記光源と同側で上記回転軸と直交する面内に
   上記光源を囲んで環状に形成された光位置検知素子と、
   上記平行光束を上記光位置検知素子側に１８０°偏向さ
   せる９０°の挾角を持つ二つの反射面からなる１８０°
   偏向手段と、この１８０°偏向手段により偏向された上
   記平行光束を上記光位置検知素子に集光させるとともに
   上記１８０°偏向手段とともに一体的に回動するコンデ
   ンサ手段と、上記回転軸の回転角度を上記光位置検知素
   子上の集光位置により検出する検出手段とを備えた光学
   式回転角度検出装置。