JPH06265370A - Optical rotation-angle detection apparatus - Google Patents

Optical rotation-angle detection apparatus

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JPH06265370A
JPH06265370A JP5092293A JP5092293A JPH06265370A JP H06265370 A JPH06265370 A JP H06265370A JP 5092293 A JP5092293 A JP 5092293A JP 5092293 A JP5092293 A JP 5092293A JP H06265370 A JPH06265370 A JP H06265370A
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light
optical
rotation angle
light source
rotating member
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Hiroyoshi Suzuki
尋善 鈴木
Takahiro Moronaga
高宏 諸永
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain an apparatus wherein it can detect a rotation angle with high accuracy, its double axis can be formed easily, it is made small-sized and its light source can be made long-life by a method wherein the distance between an optical diffusion face formed on one face of a rotary member and a reference face perpendicular to a shaft is constituted so as to be different according to the rotation angle. CONSTITUTION:An optical diffusion face 16 is formed spirally in one part on the surface of a rotary member 15 in such a way that its height from a reference face perpendicular to a shaft 1 is different according to a rotation angle. The diffusion face 16 is irradiated with a beam of light from a light source 3, a beam of reflected light is condensed by an optical position-detection element 21, output currents from electrodes 21a, 21b are converted into voltages by a detection circuit 17, the voltages are added, the light-emitting amount of the light source 3 is controlled in such a way that an added voltage becomes a prescribed voltage, and an angle detected value is found. Thereby, the rotation angle of an object to be measured can be detected with high accuracy irrespective of the magnitude of an angle detection range, an optical system 19 can be formed to be compact near the shaft 1, and a double axis can be constituted easily. In addition, since the diffusion face 16 can be irradiated directly with the light source 3, the light-emitting amount is small and the life of the light source can be made long.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、物体の回転角度を非
接触で検出する光学式回転角度検出装置に関し、特に受
光素子として例えば光位置検出素子を用いた光位置検出
形の光学式回転角度検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical rotation angle detection device for detecting the rotation angle of an object in a non-contact manner, and more particularly to an optical rotation angle detection type optical rotation angle using, for example, an optical position detection element as a light receiving element. The present invention relates to a detection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、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に、可変抵抗器を用いて物体
に対して電気的に接触した状態で、物体の回転角度を検
出する回転角度検出装置に代わり、回転物体から放射、
或いは回転物体で反射、透過される光を抵抗層を備えた
光位置検出素子で受光し、この光位置検出素子での受光
位置に応じて回転物体の回転角度を検出する非接触形の
光学式回転角度検出装置が用いられている。このような
光学式回転角度検出装置としては例えば図16及び図1
7に示すようなものが提案されている。図16は特開昭
61−246620号公報において開示されている従来
の光学式回転角度検出装置を示す構成図、図17Aは特
開昭61−124821号公報において開示されている
従来の光学式回転角度検出装置の構成図、図17Bは図
17Aに示す従来の光学式回転角度検出装置の光位置検
出部の上視図である。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to detect the rotation angle of an object with high durability and reliability, a rotation for detecting the rotation angle of the object while being in electrical contact with the object using a variable resistor. Radiation from a rotating object instead of an angle detector
Alternatively, a non-contact type optical system in which light reflected and transmitted by a rotating object is received by an optical position detection element equipped with a resistance layer and the rotation angle of the rotating object is detected according to the light receiving position of this optical position detection element. A rotation angle detection device is used. As such an optical rotation angle detecting device, for example, FIGS.
The one shown in 7 has been proposed. FIG. 16 is a block diagram showing a conventional optical rotation angle detecting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-246620, and FIG. 17A is a conventional optical rotation angle detecting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-124821. 17B is a configuration diagram of the angle detection device, and FIG. 17B is a top view of the optical position detection unit of the conventional optical rotation angle detection device shown in FIG. 17A.

【0003】先ず、図16を参照して特開昭61−24
6620号公報において開示されている従来の光学式回
転角度検出装置について説明する。図において、1は図
示しない被測定体である回転物体に接続されている回転
軸、2はこの回転軸1に挿通されて取り付けられ、この
回転軸1と共に回転する回転スリット板、2aはこの回
転スリット板2に螺旋状に形成され、回転スリット板2
の回転に応じてその半径が変化する螺旋状スリット、3
は光源、4はこの光源3の光軸の範囲内、且つ、回転ス
リット板2と互いに平行に配置される固定スリット板、
4aは回転スリット板2に形成され螺旋状スリット2a
と交差するように固定スリット板4に形成された固定ス
リット、5は光源3から出射され、回転スリット板2の
螺旋状スリット2a及び固定スリット板4の固定スリッ
ト4aを介して供給される光を受光するため、その受光
軸が回転スリット板2の半径方向となるように配置され
た光位置検出素子、6及び8はこの光位置検出素子5の
各電極に接続され、この光位置検出素子5の検出電流を
出力するための出力端子、7はこの光位置検出素子5の
バイアス電圧印加用電極に接続され、図示しない電源回
路からのバイアス用電圧を光位置検出素子5に供給する
ための電源端子である。
First, referring to FIG. 16, Japanese Patent Laid-Open No. 61-24
A conventional optical rotation angle detection device disclosed in Japanese Patent No. 6620 will be described. In the figure, 1 is a rotary shaft connected to a rotating object, which is not shown, and 2 is a rotary slit plate which is inserted into and attached to the rotary shaft 1 and which rotates with the rotary shaft 1. 2a is a rotary slit plate. The rotary slit plate 2 is formed in a spiral shape on the slit plate 2.
A spiral slit whose radius changes according to the rotation of
Is a light source, 4 is a fixed slit plate arranged within the range of the optical axis of the light source 3 and parallel to the rotary slit plate 2,
4a is a spiral slit 2a formed on the rotary slit plate 2.
The fixed slits 5 formed on the fixed slit plate 4 so as to intersect with the light are emitted from the light source 3 and supplied with the light supplied through the spiral slit 2a of the rotary slit plate 2 and the fixed slit 4a of the fixed slit plate 4. In order to receive light, the light position detecting elements 6 and 8 arranged so that the light receiving axis thereof is in the radial direction of the rotary slit plate 2, 6 and 8 are connected to the respective electrodes of the light position detecting element 5, and the light position detecting element 5 Is connected to the bias voltage applying electrode of the optical position detecting element 5, and a power supply for supplying a bias voltage from a power supply circuit (not shown) to the optical position detecting element 5. It is a terminal.

【0004】次に動作について説明する。光源3から光
が回転スリット板2の方向に出射されると、出射された
光は回転スリット板2上の投射範囲Sに投射され、この
投射光の内、回転スリット板2の螺旋状スリット2aと
固定スリット板4の固定スリット4aの交差範囲を通過
する光のみが光位置検出素子5の受光面に入射する。従
って、回転スリット板2が回転軸1と共に回転すると、
回転スリット板2の螺旋状スリット2aと固定スリット
板4の固定スリット4aの交差範囲は回転スリット板2
の半径方向に順次移動し、光位置検出素子5上での受光
位置は回転スリット板2の半径方向に移動して回転スリ
ット板2の回転角度に応じて変化するので、光位置検出
素子5上での受光位置を光位置検出素子5の両端電極に
接続されている出力端子6及び8からの出力電流の出力
電流比を図示しない検出系で検出することによって、回
転軸1の回転角度を検出することができる。従って、回
転軸1を接続している被測定体の回転角度を検出するこ
とができる。
Next, the operation will be described. When the light is emitted from the light source 3 in the direction of the rotary slit plate 2, the emitted light is projected onto the projection range S on the rotary slit plate 2, and of the projected light, the spiral slit 2a of the rotary slit plate 2 is projected. Only light passing through the intersection of the fixed slit 4a of the fixed slit plate 4 and the fixed slit plate 4 is incident on the light receiving surface of the optical position detecting element 5. Therefore, when the rotary slit plate 2 rotates together with the rotary shaft 1,
The intersecting range of the spiral slit 2a of the rotary slit plate 2 and the fixed slit 4a of the fixed slit plate 4 is the rotary slit plate 2
On the optical position detecting element 5 because the light receiving position on the optical position detecting element 5 moves in the radial direction of the rotating slit plate 2 and changes according to the rotation angle of the rotating slit plate 2. The rotation angle of the rotary shaft 1 is detected by detecting the output current ratio of the output currents from the output terminals 6 and 8 connected to the both end electrodes of the light position detection element can do. Therefore, it is possible to detect the rotation angle of the measured object to which the rotation shaft 1 is connected.

【0005】次に、図17を参照して特開昭61−12
4821号公報において開示されている従来の光学式回
転角度検出装置について説明する。この図17におい
て、図16と対応する部分には同一符号を付し、その詳
細説明を省略する。図において、9は図17Bに示すよ
うにその形状が円柱状となっているケース、10は回転
軸1を支持するための回転軸受け、11はケース9の内
側、且つ、このケース9の回転軸受け10側に取り付け
られた環状の素子支持基板、12はケース9の内側、且
つ、ケース9の内側に取り付けられた環状の素子支持基
板10上に素子支持基板10と同様に取り付けられた環
状の光位置検出素子である。また、13はケース9の内
側にその光出射方向を向け、回転軸1の軸と光軸が一致
するようケース9の孔に取り付けられている光源3から
の光を光位置検出素子12に入射させるための回転スリ
ット部材である。この回転スリット部材13は、その内
部に光反射層13dが形成されている透光体13aから
なり、この透光体13aは、光源3からの光を通過させ
るための光源側スリット13b、光源側スリット13b
から入射した光を反射させるため第1反射面13c、こ
の第1反射面13cで反射された光を反射する第2反射
面13e、この第2反射面13eで反射された光を光位
置検出素子12に入射させるための受光側スリット13
fが形成されている。
Next, referring to FIG. 17, Japanese Patent Laid-Open No. 61-12
A conventional optical rotation angle detection device disclosed in Japanese Patent No. 4821 will be described. 17, parts corresponding to those in FIG. 16 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the figure, 9 is a case whose shape is cylindrical as shown in FIG. 17B, 10 is a rotary bearing for supporting the rotary shaft 1, 11 is the inside of the case 9, and the rotary bearing of this case 9 is shown. An annular element support substrate attached to the 10 side, an annular optical support 12 attached to the inside of the case 9, and an annular element support substrate 10 attached to the inside of the case 9 in the same manner as the element support substrate 10. It is a position detection element. Further, numeral 13 directs its light emission direction to the inside of the case 9, and makes light from the light source 3 attached to the hole of the case 9 incident on the optical position detection element 12 so that the optical axis coincides with the axis of the rotating shaft 1. It is a rotary slit member for making it. The rotary slit member 13 includes a light-transmitting body 13a having a light-reflecting layer 13d formed therein, and the light-transmitting body 13a includes a light source side slit 13b for passing light from the light source 3 and a light source side. Slit 13b
A first reflection surface 13c for reflecting the light incident from the second reflection surface 13c, a second reflection surface 13e for reflecting the light reflected by the first reflection surface 13c, and a light position detection element for the light reflected by the second reflection surface 13e. Light-receiving side slit 13 for making light incident on 12
f is formed.

【0006】次に動作について説明する。光源3から光
が出射されると、この出射光の一部が回転スリット部材
13の光源側スリット13bから透光体13aに入射し
た光は、図17Aにおいて一点鎖線で示すように、この
透光体13a内部に形成された第1反射面13cで反射
され、この透光体13aを透過して第2反射面13eに
到達し、この第2反射面13eで反射され、更にこの透
光体13aを透過した後に受光側スリット13fを通っ
て光位置検出素子12の受光面に入射する。この場合、
回転スリット部材13の回転と共に光位置検出素子12
に対する光の投射範囲S(スポット)が変化するので、
光位置検出素子12上での受光位置を光位置検出素子1
2の両端電極に接続されている出力端子6及び8からの
出力電流の出力電流比を図示しない検出系で検出するこ
とによって、回転軸1の回転角度を検出することができ
る。従って、回転軸1を接続している被測定体の回転角
度を検出することができる。
Next, the operation will be described. When light is emitted from the light source 3, a part of the emitted light enters the light transmitting body 13a from the light source side slit 13b of the rotary slit member 13, and the light is transmitted as shown by a dashed line in FIG. The light is reflected by the first reflecting surface 13c formed inside the body 13a, passes through the light transmitting body 13a, reaches the second reflecting surface 13e, is reflected by the second reflecting surface 13e, and is further transmitted by the light transmitting body 13a. After passing through the light receiving side slit 13f, the light enters the light receiving surface of the optical position detecting element 12. in this case,
As the rotary slit member 13 rotates, the optical position detecting element 12
Since the projection range S (spot) of the light with respect to changes,
The light receiving position on the light position detecting element 12 is determined by the light position detecting element 1
The rotation angle of the rotary shaft 1 can be detected by detecting the output current ratio of the output currents from the output terminals 6 and 8 connected to the two end electrodes of No. 2 by a detection system (not shown). Therefore, it is possible to detect the rotation angle of the measured object to which the rotation shaft 1 is connected.

【0007】[0007]

【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、以下のよ
うな問題点があった。即ち、図16を用いて説明した光
学式回転角度検出装置においては、回転角度変化を光位
置検出素子5の半径方向の受光位置でスリット位置変化
に対して1対1で検出するようにしているので、螺旋状
スリット2a及び固定スリット4aを細かくしないで検
出精度を向上させようとすると、半径方向に検出距離を
伸ばさざるを得なくなり、装置の径が大きくなり、しか
も光源3からスリットを介して所定のスポット径を得る
ようにしているので、光源3の発光量を増す必要があ
り、それだけ光源3の寿命が短くなるなどの問題点があ
った。
Since the conventional optical rotation angle detecting device is constructed as described above, it has the following problems. That is, in the optical rotation angle detection device described with reference to FIG. 16, the rotation angle change is detected at a one-to-one correspondence with the slit position change at the light receiving position in the radial direction of the light position detection element 5. Therefore, if it is attempted to improve the detection accuracy without making the spiral slit 2a and the fixed slit 4a small, the detection distance has to be extended in the radial direction, the diameter of the device becomes large, and moreover, the light source 3 passes through the slit. Since the predetermined spot diameter is obtained, it is necessary to increase the light emission amount of the light source 3, and there is a problem that the life of the light source 3 is shortened accordingly.

【0008】また、図17を用いて説明した光学式回転
角度検出装置においては、光位置検出素子12の受光面
でのスポットの径つまり、図17Bに示す光の投射範囲
S(スポット)の径が、受光側スリット13fを透過す
る斜め透過光の存在により、受光側スリット13fの径
よりも大きくなるので、光位置検出素子12の受光長を
有効に利用することができず、検出角度範囲が狭い場合
や、検出角度範囲が2πに近い場合の測定には不向きで
あると共に、回転軸1と同軸に光源3が配置されている
ので両軸構成を採用することができないなどの問題点が
あった。
In the optical rotation angle detecting device described with reference to FIG. 17, the diameter of the spot on the light receiving surface of the light position detecting element 12, that is, the diameter of the light projection range S (spot) shown in FIG. 17B. However, since the diameter of the obliquely transmitted light that passes through the light-receiving side slit 13f is larger than the diameter of the light-receiving side slit 13f, the light-receiving length of the optical position detection element 12 cannot be effectively used, and the detection angle range is reduced. It is not suitable for measurement when the detection angle range is narrow or close to 2π, and there is a problem that the two-axis configuration cannot be adopted because the light source 3 is arranged coaxially with the rotating shaft 1. It was

【0009】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたもので、角度検出範囲の大小にかかわらず
高い精度で被測定体の回転角度を検出できると共に、簡
単に両軸化が実現でき、小型、且つ、光源の長寿命化を
図ることのできる光学式回転角度検出装置を得ることを
目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is possible to detect the rotation angle of the object to be measured with high accuracy regardless of the size of the angle detection range, and it is possible to easily realize the double axis. It is an object of the present invention to provide an optical rotation angle detection device that is compact, and that can extend the life of a light source.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る光学式回転角度検出装置は、被測定体に取り付けられ
るかその一部である回転軸と、この回転軸に取り付けら
れて一体に回転する回転部材とを備え、この回転部材は
その上面および底面の少なくとも一方の一部分が光学拡
散面とされ、この光学拡散面と上記回転軸に垂直な基準
面との間の距離が回転角度に応じて異なるように形成さ
れ、更に、この回転部材の上記光学拡散面に光を照射す
る光源と、上記回転部材の上記光学拡散面からの反射光
を上記回転部材の上記基準面からの距離に応じた入射位
置に集光させる集光光学系と、この集光光学系の略集光
位置に配置された光位置検出素子とを備え、この光位置
検出素子上の光入射位置に基いて、上記被測定体の回転
角度を検出するようにしたものである。
An optical rotation angle detecting device according to a first aspect of the present invention includes a rotary shaft that is attached to a part to be measured or a part of the rotary shaft, and is integrally attached to the rotary shaft. A rotating member that rotates is provided, and at least a part of at least one of an upper surface and a bottom surface of the rotating member is an optical diffusion surface, and a distance between the optical diffusion surface and a reference plane perpendicular to the rotation axis is a rotation angle. Further, the light source for irradiating the optical diffusing surface of the rotating member with light, and the reflected light from the optical diffusing surface of the rotating member at a distance from the reference surface of the rotating member. A condensing optical system for condensing at a corresponding incident position, and a light position detecting element arranged at a substantially condensing position of this condensing optical system, based on the light incident position on the light position detecting element, The rotation angle of the object to be measured is detected. It is obtained by the.

【0011】また、請求項2記載の発明に係る光学式回
転角度検出装置は、被測定体に取り付けられるかその一
部である回転軸と、この回転軸に取り付けられて一体に
回転する回転部材とを備え、この回転部材はその上面お
よび底面の少なくとも一方の一部分が光学拡散面とさ
れ、この光学拡散面と上記回転軸に垂直な基準面との間
の距離Hが回転角度θに対し、H=1/(a×θ+b)
(但しa、bは所定の定数)となるように上記光学拡散
面が形成され、更に、この回転部材の上記光学拡散面に
光を照射する光源と、上記回転部材の上記光学拡散面か
らの反射光を上記回転部材の上記基準面からの距離に応
じた入射位置に集光させる集光光学系と、この集光光学
系の略集光位置に配置された光位置検出素子とを備え、
この光位置検出素子上の光入射位置に基いて、上記被測
定体の回転角度を検出するようにしたものである。
An optical rotation angle detecting device according to a second aspect of the present invention is a rotary shaft attached to or part of an object to be measured, and a rotary member attached to the rotary shaft and rotating integrally. And a part of at least one of the upper surface and the bottom surface of the rotating member is an optical diffusing surface, and the distance H between the optical diffusing surface and the reference surface perpendicular to the rotation axis is relative to the rotation angle θ. H = 1 / (a × θ + b)
(Where a and b are predetermined constants), the optical diffusing surface is formed. Further, a light source for irradiating the optical diffusing surface of the rotating member with light and a light source from the optical diffusing surface of the rotating member. A condensing optical system that condenses the reflected light at an incident position corresponding to a distance from the reference surface of the rotating member, and an optical position detection element disposed at a substantially condensing position of the condensing optical system,
The rotation angle of the object to be measured is detected based on the light incident position on the light position detecting element.

【0012】[0012]

【作用】請求項1記載の発明においては、回転部材の光
学拡散面からの反射光を回転部材の基準面からの距離に
応じた入射位置に集光させる集光光学系の略集光位置に
配置された光位置検出素子上の光入射位置に基いて、被
測定体の回転角度を検出する。これにより、角度検出範
囲の大小にかかわらず精度良く回転角度を検出でき、両
軸構成が容易、且つ、小型で、光源が長寿命の装置を得
ることができる。
According to the first aspect of the invention, the light is reflected from the optical diffusing surface of the rotating member at a substantially condensing position of the condensing optical system for condensing it at an incident position corresponding to the distance from the reference surface of the rotating member. The rotation angle of the measured object is detected based on the light incident position on the arranged light position detecting element. As a result, a rotation angle can be accurately detected regardless of the size of the angle detection range, a biaxial configuration is easy, and the light source has a long life.

【0013】また、請求項2記載の発明においては、回
転軸に垂直な基準面からの距離Hが回転角度θに対し、
H=1/(a×θ+b)(但しa、bは所定の定数)と
なるように回転部材に形成された光学拡散面からの反射
光を回転部材の基準面からの距離に応じた入射位置に集
光光学系で集光させ、この集光光学系の略集光位置に配
置された光位置検出素子上の光入射位置に基いて、被測
定体の回転角度を検出するする。これにより、回転角度
に比例したリニアな出力を得ることができると共に、角
度検出範囲の大小にかかわらず精度良く回転角度を検出
でき、両軸構成が容易、且つ、小型で安価な、しかも光
源が長寿命の装置を得ることができる。
According to the second aspect of the invention, the distance H from the reference plane perpendicular to the rotation axis is relative to the rotation angle θ,
H = 1 / (a × θ + b) (where a and b are predetermined constants) The incident position of reflected light from the optical diffusion surface formed on the rotating member according to the distance from the reference surface of the rotating member The light is condensed by the condensing optical system, and the rotation angle of the object to be measured is detected based on the light incident position on the light position detecting element arranged at the substantially condensing position of the condensing optical system. As a result, a linear output proportional to the rotation angle can be obtained, and the rotation angle can be accurately detected regardless of the size of the angle detection range, the two-axis configuration is easy, and the light source is small and inexpensive. A device with a long life can be obtained.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の一実施例を示す構成図であり、
図において、図16及び図17と対応する部分には同一
符号を付し、その詳細説明を省略する。15は図示しな
い被測定体に係止され、或いは被測定体の一部をなす回
転軸1に固着、或いは回転軸1と一体に形成され、回転
軸1と共に回転するようにした回転部材である。16は
この回転部材15の上面の一部に、回転軸1に垂直な下
面からの高さが回転角度に応じて異なるように螺旋状に
形成された光学拡散面であり、この例においては、回転
部材15の下面からの高さが360度の角度範囲におけ
る回転角度に応じて異なるように形成する。
Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
In the figure, parts corresponding to those in FIGS. 16 and 17 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Reference numeral 15 is a rotating member that is locked to the object to be measured (not shown), or is fixed to the rotary shaft 1 forming a part of the object to be measured or integrally formed with the rotary shaft 1 so as to rotate together with the rotary shaft 1. . Reference numeral 16 denotes an optical diffusing surface formed in a spiral shape on a part of the upper surface of the rotating member 15 such that the height from the lower surface perpendicular to the rotation axis 1 varies depending on the rotation angle. The height of the rotating member 15 from the lower surface is formed so as to be different depending on the rotation angle in the angle range of 360 degrees.

【0015】17は光学系19の入力端子18を介して
光源3に駆動電流を供給し、光源3から光を出射させる
と共に、光学系19の出力端子22及び23を介して供
給される出力電流に基いて被測定体の回転角度を検出
し、その検出結果を出力端子24を介して出力するため
の検出回路である。光学系19は、例えば放射光軸が回
転軸1と略平行、且つ、狭指向角のLEDなどの光源3
と、この光源3から出射された光が光学拡散面16で反
射された反射光を集光するための集光レンズ20、この
集光レンズ20で集光した光を受光するため光学系19
の略結像位置に配置され、その両端に電極21a及び2
1bをそれぞれ形成した光位置検出素子21で構成す
る。
Reference numeral 17 supplies a drive current to the light source 3 via the input terminal 18 of the optical system 19 to cause the light source 3 to emit light, and an output current supplied via the output terminals 22 and 23 of the optical system 19. Is a detection circuit for detecting the rotation angle of the object to be measured based on the above, and outputting the detection result via the output terminal 24. The optical system 19 includes, for example, a light source 3 such as an LED whose emission optical axis is substantially parallel to the rotation axis 1 and which has a narrow directivity angle.
And a condenser lens 20 for condensing the light emitted from the light source 3 and reflected by the optical diffusion surface 16, and an optical system 19 for receiving the light condensed by the condenser lens 20.
Of the electrodes 21a and 2 on both ends thereof.
1b is formed by the optical position detecting elements 21 respectively formed.

【0016】ここで、この光位置検出素子21に例えば
半導体一次元光位置検出素子を用いる。光位置検出素子
21として半導体一次元光位置検出素子を用いる場合、
光源3として用いるLEDは例えば約800〜900n
mの波長を有する近赤外線LEDが感度の点で有利とな
る。しかしながら、回転部材15の周囲を密閉する場合
には、アモルファス一次元光位置検出素子と可視光LE
Dの使用がコスト上有利である。また、自然光雰囲気に
て半導体一次元光位置検出素子を用いる場合、半導体一
次元光位置検出素子が可視光領域にも感度を持つため、
検出素子の前に可視光カットフィルタを設ける必要があ
る。尚、以下に示す例においては、光位置検出素子21
として例えばフォトダイオード上に一様な抵抗層を形成
し、その両端に電極を設けたものとする。
Here, for example, a semiconductor one-dimensional optical position detecting element is used as the optical position detecting element 21. When a semiconductor one-dimensional optical position detecting element is used as the optical position detecting element 21,
The LED used as the light source 3 is, for example, about 800 to 900 n.
A near infrared LED having a wavelength of m is advantageous in terms of sensitivity. However, when the periphery of the rotating member 15 is sealed, the amorphous one-dimensional light position detecting element and the visible light LE are
The use of D is cost effective. Further, when using the semiconductor one-dimensional light position detection element in a natural light atmosphere, the semiconductor one-dimensional light position detection element has sensitivity in the visible light region,
It is necessary to provide a visible light cut filter in front of the detection element. In the following example, the optical position detecting element 21
As an example, it is assumed that a uniform resistance layer is formed on the photodiode and electrodes are provided at both ends thereof.

【0017】図2は図1に示した光学式回転角度検出装
置のA−A線断面図である。この図において図1、図1
6及び図17と対応する部分には同一符号を付し、その
詳細説明を省略する。25は後述する検出回路17(図
4参照)並びに図1で示した光学系19などを実装する
ための環状の基板で、この基板25をケース9の内部上
面に取り付ける。26は皿バネで、この皿バネ26を回
転部材15の上部及び片側の回転軸受け10間に取り付
ける。取り付けた皿バネ26はその偏倚力によって回転
部材15を回転軸受け10に押しつけるよう作用するの
で、軸方向のがたつきをなくすことができる。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the optical rotation angle detecting device shown in FIG. In this figure, FIG.
6 and parts corresponding to those in FIG. 17 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Reference numeral 25 denotes an annular substrate for mounting the detection circuit 17 (see FIG. 4) described later and the optical system 19 shown in FIG. 1, and the substrate 25 is attached to the upper surface of the inside of the case 9. Reference numeral 26 is a disc spring, and the disc spring 26 is attached between the upper portion of the rotary member 15 and the rotary bearing 10 on one side. The attached disc spring 26 acts to press the rotary member 15 against the rotary bearing 10 by its biasing force, so that rattling in the axial direction can be eliminated.

【0018】光学系19は上述したように、基板25に
実装する。すなわち図に示すように、基板25の左側に
光源3を光の出射方向を図において下方となるよう実装
し、基板25に実装した光源3を囲むようにこの光源3
から出射する光を絞るための絞り部材27を実装し、こ
の基板25の右側に光位置検出素子21を実装し、更に
この光位置検出素子21の受光面に光を略結像できる位
置となるように、絞り部材27及び支持部材28で集光
レンズ20を支持するようにする。ここで、回転部材1
5は例えば熱膨張率の小さいプラスチック材を材料と
し、回転軸1を射出成形機の射出成形部分に挿入した状
態で一体に射出成形を行って製造する。また、光学拡散
面16は回転部材15の上面を粗面化して形成するよう
にする。図3は図1及び図2に示した光学系の上面図で
ある。この図3に示すように、光源3と光位置検出素子
21を結ぶ光学系19の長軸方向を回転部材15の回転
半径方向に一致させて配置するようにする。
The optical system 19 is mounted on the substrate 25 as described above. That is, as shown in the drawing, the light source 3 is mounted on the left side of the substrate 25 so that the light emission direction is downward in the drawing, and the light source 3 is mounted so as to surround the light source 3 mounted on the substrate 25.
A diaphragm member 27 for narrowing the light emitted from is mounted, the light position detecting element 21 is mounted on the right side of the substrate 25, and the light receiving surface of the light position detecting element 21 is at a position where light can be substantially focused. As described above, the diaphragm lens 27 and the support member 28 support the condenser lens 20. Here, the rotating member 1
5 is made of, for example, a plastic material having a small coefficient of thermal expansion, and is manufactured by integrally performing injection molding with the rotary shaft 1 inserted in the injection molding portion of the injection molding machine. The optical diffusion surface 16 is formed by roughening the upper surface of the rotating member 15. FIG. 3 is a top view of the optical system shown in FIGS. As shown in FIG. 3, the major axis direction of the optical system 19 connecting the light source 3 and the optical position detection element 21 is arranged so as to coincide with the radial direction of rotation of the rotary member 15.

【0019】図4は、図1に示した光学式回転角度検出
装置の光学系の構成及び検出回路17の電気的構成を示
す図である。この図4において、図1〜図3と対応する
部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図
において、29及び34は光位置検出素子21の一方及
び他方の電極21a及び21bから入力端子22及び2
3を介してそれぞれ供給される出力電流を電圧V1及び
V2に変換する電流/電圧変換(I/V)回路、30は
これら電流/電圧変換回路29及び34からの出力電圧
V1及びV2を加算する加算回路である。31はその非
反転入力端子(+)に比較用の比較電圧Vsが供給され
る電源端子32を接続し、その反転入力端子(−)及び
出力端子間を積分用のコンデンサ33で接続し、加算回
路30からの加算出力を比較電圧Vsと比較するための
比較積分回路、35はその一方の入力端子にゲイン電圧
Kが供給される電源端子36を接続し、このゲイン電圧
Kをその他方の入力端子に供給される電流/電圧変換回
路34からの出力電圧V2で割算する割算回路、37は
その一方の入力端子にバイアス電圧Vbが供給される電
源端子38を接続し、割算回路35からの割算結果、す
なわち、その他方の入力端子に供給されるK/V2とバ
イアス電圧Vbを加算し、角度検出値としての出力電圧
Voutを得るための加算回路である。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the optical system and the electrical configuration of the detection circuit 17 of the optical rotation angle detecting device shown in FIG. 4, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the figure, reference numerals 29 and 34 denote electrodes 21a and 21b on one side and the other side of the optical position detecting element 21 and input terminals 22 and 2 respectively.
A current / voltage conversion (I / V) circuit for converting the output currents respectively supplied via 3 into voltages V1 and V2, 30 adds the output voltages V1 and V2 from these current / voltage conversion circuits 29 and 34 It is an adder circuit. Reference numeral 31 connects the power supply terminal 32 to which the comparison voltage Vs for comparison is supplied to the non-inverting input terminal (+), and connects the inverting input terminal (-) and the output terminal with a capacitor 33 for integration, and performs addition. A comparison and integration circuit for comparing the added output from the circuit 30 with the comparison voltage Vs, 35 is connected to a power supply terminal 36 to which the gain voltage K is supplied to one of its input terminals, and this gain voltage K is input to the other input. A division circuit for dividing by the output voltage V2 from the current / voltage conversion circuit 34 supplied to the terminal, 37 has a power supply terminal 38 to which the bias voltage Vb is supplied connected to one of its input terminals, and a division circuit 35. Is a summing circuit for adding the K / V2 supplied to the other input terminal and the bias voltage Vb to obtain the output voltage Vout as the angle detection value.

【0020】次に動作について説明する。光源3から絞
り部材27を介し狭指向角の放射光が回転部材15上面
の光学拡散面16上の投射範囲S(図1参照)に投射さ
れると、光学拡散面16の投射範囲Sでの拡散反射光の
内、集光レンズ20を臨む立体角の拡散反射光が集光レ
ンズ20によって光位置検出素子21上の受光面に集光
される。光位置検出素子21に入射した光束は、フォト
ダイオードによる光電変換層で光電流に変換される。こ
の光電流は光束入射位置に対応した分流比で抵抗層を分
流して流れ、その両端に形成した電極21a及び21b
からそれぞれ電流I1及びI2(図4参照)として出力
され、この電流I1及びI2はそれぞれ検出回路17の
各入力端子22及び23を介して電流/電圧変換回路2
9及び34にそれぞれ供給される。このとき、光位置検
出素子21上の光束入射位置X(図4参照)は、電流I
1及びI2により、次のように求めることができる。
Next, the operation will be described. When radiated light with a narrow directivity angle is projected from the light source 3 through the diaphragm member 27 onto the projection area S (see FIG. 1) on the optical diffusion surface 16 on the upper surface of the rotating member 15, the projection area S of the optical diffusion surface 16 is projected. Of the diffuse reflected light, the diffuse reflected light having a solid angle facing the condenser lens 20 is condensed by the condenser lens 20 on the light receiving surface on the optical position detection element 21. The light flux incident on the light position detection element 21 is converted into a photocurrent by a photoelectric conversion layer including a photodiode. This photocurrent shunts through the resistance layer at a shunt ratio corresponding to the incident position of the light flux, and the electrodes 21a and 21b formed at both ends thereof
Are output as currents I1 and I2 (see FIG. 4), respectively, and the currents I1 and I2 are input to the current / voltage conversion circuit 2 via the input terminals 22 and 23 of the detection circuit 17, respectively.
9 and 34 respectively. At this time, the light beam incident position X (see FIG. 4) on the light position detecting element 21 is equal to the current I
From 1 and I2, it can be obtained as follows.

【0021】 X=L×I2/(I1+I2) ・・・(1)X = L × I2 / (I1 + I2) (1)

【0022】但し、上記(1)式において、Lは光位置
検出素子21の受光長である。
However, in the above equation (1), L is the light receiving length of the light position detecting element 21.

【0023】また、回転軸1の回転に伴い、回転部材1
5が回転すると、回転部材15上面の光学拡散面16上
の投射範囲Sと集光レンズ20との距離H(図4参照)
は回転部材15の回転角度θにより変化し、距離H
(θ)は三角測量の原理により、次のように求めること
ができる。
Further, as the rotary shaft 1 rotates, the rotary member 1
When 5 rotates, the distance H between the projection range S on the optical diffusion surface 16 on the upper surface of the rotating member 15 and the condenser lens 20 (see FIG. 4).
Changes according to the rotation angle θ of the rotating member 15, and the distance H
(Θ) can be calculated as follows based on the principle of triangulation.

【0024】 H(θ)=f×B/X =f×B×(I1×I2)/(L×I2) ・・・(2)H (θ) = f × B / X = f × B × (I1 × I2) / (L × I2) (2)

【0025】但し、上記(2)式において、fは集光レ
ンズ20の焦点距離、Bは光源3の放射光軸及び集光レ
ンズ20の光軸間の基準距離である(図4参照)。
However, in the above equation (2), f is the focal length of the condenser lens 20, and B is the reference distance between the emission optical axis of the light source 3 and the optical axis of the condenser lens 20 (see FIG. 4).

【0026】次に、検出回路17においては、光位置検
出素子21からの検出電流I1及びI2が各々電流/電
圧変換回路29及び34で電圧V1及びV2に変換さ
れ、変換によって得られた電圧V1及びV2が加算回路
30で加算されて電圧(V1+V2)となり、この加算
回路30での加算結果が比較積分回路31に供給され、
この比較積分回路31において所定の一定電圧Vsとな
るよう光源の発光量が制御される。これによって、上記
(2)式の分子が一定値とされ、一方の電流I2に対応
する電圧V2に対し、割算回路35で所定のゲインKよ
りK/V2が求められ、加算回路37で所定のバイアス
電圧Vbが加算され、これが加算結果Vout、すなわ
ち、角度検出値として出力端子24から出力される。こ
の加算結果Voutは次の式で表すことができる。
Next, in the detection circuit 17, the detection currents I1 and I2 from the optical position detection element 21 are converted into voltages V1 and V2 by the current / voltage conversion circuits 29 and 34, respectively, and the voltage V1 obtained by the conversion is obtained. And V2 are added by the adder circuit 30 to become a voltage (V1 + V2), and the addition result of this adder circuit 30 is supplied to the comparison and integration circuit 31.
In the comparison and integration circuit 31, the light emission amount of the light source is controlled so that it becomes a predetermined constant voltage Vs. As a result, the numerator of the equation (2) is set to a constant value, K / V2 is obtained from the predetermined gain K in the division circuit 35 for the voltage V2 corresponding to one of the currents I2, and the addition circuit 37 determines the predetermined value. Bias voltage Vb is added, and this is output from the output terminal 24 as the addition result Vout, that is, the angle detection value. This addition result Vout can be expressed by the following equation.

【0027】 Vout(θ)=(K/V2)+Vb ・・・(3)Vout (θ) = (K / V2) + Vb (3)

【0028】図5は図1〜図4を参照して説明した光学
式回転角度検出装置の出力特性図であり、y軸を出力V
out、x軸を角度θ(角度範囲360度)とし、その
出力特性を示している。上記(2)式及び(3)式から
出力電圧Voutは距離に比例する。回転部材15の螺
旋状の光学拡散面16は、距離Hが回転角度θに正比例
するよう形成しているので、これにより、出力電圧Vo
utはこの図5に示すように、回転軸1の回転角度θに
比例した非常にリニアな出力となる。
FIG. 5 is an output characteristic diagram of the optical rotation angle detecting device described with reference to FIGS.
The output characteristics are shown with an angle θ (angle range of 360 degrees) on the out and x axes. From the expressions (2) and (3), the output voltage Vout is proportional to the distance. Since the spiral optical diffusion surface 16 of the rotating member 15 is formed so that the distance H is directly proportional to the rotation angle θ, the output voltage Vo is thereby obtained.
As shown in FIG. 5, ut is a very linear output proportional to the rotation angle θ of the rotary shaft 1.

【0029】このように本実施例においては、回転部材
15の上面に螺旋状に形成した光学拡散面16に光源3
からの光を照射し、光学拡散面16からの反射光を集光
レンズ20で光位置検出素子21に集光させ、この光位
置検出素子21の両端の電極21a及び21bからの出
力電流I1及びI2を電流/電圧変換回路29及び34
でそれぞれ電圧V1及びV2に変換し、これら2つの電
圧V1及びV2を加算回路30で加算し、その加算出力
が所定の一定電圧Vsとなるように光源3の発光量を制
御すると共に、電流/電圧変換回路34からの出力電圧
V2でゲインKを割算し、その出力に所定のバイアス電
圧Vbを加算して出力電圧Vout、すなわち、角度検
出値を得るようにしたので、回転の角度検出範囲の大小
にかかわらず高い精度で被測定体の回転角度を検出でき
ると共に、光学系19を回転部材15の片側の回転軸1
付近にコンパクトに形成できるので、簡単に両軸化を実
現することができ、且つ、装置を小型(回転部材15及
びケース9を小径)にすることができる。また、光源3
はスリットを介在することなく直接光学拡散面16を照
射できるので、それだけ発光量を少なくすることがで
き、長寿命化が可能となる。
As described above, in this embodiment, the light source 3 is provided on the optical diffusion surface 16 formed in a spiral shape on the upper surface of the rotating member 15.
From the optical diffusing surface 16 is condensed by the condenser lens 20 on the optical position detecting element 21, and the output current I1 from the electrodes 21a and 21b at both ends of the optical position detecting element 21 is I2 is a current / voltage conversion circuit 29 and 34
Are converted into voltages V1 and V2, respectively, and these two voltages V1 and V2 are added by the adder circuit 30. The light emission amount of the light source 3 is controlled so that the added output becomes a predetermined constant voltage Vs, and the current / current Since the gain K is divided by the output voltage V2 from the voltage conversion circuit 34 and a predetermined bias voltage Vb is added to the output to obtain the output voltage Vout, that is, the angle detection value, the rotation angle detection range. The rotation angle of the object to be measured can be detected with high accuracy regardless of the size of the optical axis, and the optical system 19 can rotate the rotary shaft 1 on one side of the rotary member 15.
Since it can be formed in a compact size in the vicinity, it is possible to easily realize a dual shaft and to make the device small (the rotating member 15 and the case 9 have a small diameter). Also, the light source 3
Can directly irradiate the optical diffusion surface 16 without interposing a slit, so that the amount of light emission can be reduced and the life can be extended.

【0030】実施例2.上記実施例においては、光源3
と光位置検出素子21を結ぶ光学系19の長軸方向を回
転部材15の回転半径方向に一致させて配置するように
した場合について説明したが(図3参照)、図6に示す
ように、光学系19の長軸方向を接線方向に配置するよ
うにしても良い。この場合は装置を更に小型(回転部材
15及びケース9を小径)にすることができる。
Example 2. In the above embodiment, the light source 3
The case where the long axis direction of the optical system 19 connecting the optical position detecting element 21 and the optical position detection element 21 is arranged so as to coincide with the rotation radius direction of the rotating member 15 has been described (see FIG. 3), but as shown in FIG. The major axis direction of the optical system 19 may be arranged tangentially. In this case, the device can be made smaller (the rotating member 15 and the case 9 have a smaller diameter).

【0031】実施例3.図7はこの発明の更に他の実施
例の光学式回転角度検出装置の光学系の構成及び検出回
路17Aの電気的構成を示す図である。この図7におい
て、図4と対応する部分には同一符号を付し、その詳細
説明を省略する。図において、40は所定のゲインKを
かける増幅回路である。そしてこの例においては、図に
示すように、電流/電圧変換回路34の出力端子を加算
回路30及び比較積分回路31の反転入力端子(−)に
接続し、更に加算回路30の出力端子を増幅回路40を
介して加算回路37の入力端子に接続する。
Example 3. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical system of an optical rotation angle detection device according to still another embodiment of the present invention and an electrical configuration of a detection circuit 17A. 7, parts corresponding to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the figure, reference numeral 40 is an amplifier circuit for applying a predetermined gain K. In this example, as shown in the figure, the output terminal of the current / voltage conversion circuit 34 is connected to the inverting input terminal (−) of the adder circuit 30 and the comparison and integration circuit 31, and the output terminal of the adder circuit 30 is amplified. It is connected to the input terminal of the adder circuit 37 via the circuit 40.

【0032】この場合においては光位置検出素子21の
一方の検出電流I2に対応した電圧V2が所定の一定電
圧Vsとなるように比較積分回路31で光源3の発光量
を制御すると共に、電圧V1及びV2を加算回路30で
加算して電圧(V1+V2)を得、この電圧(V1+V
2)に増幅回路40で所定のゲインKをかけた後、この
出力に加算回路37で所定のバイアス電圧Vbを加算し
て出力電圧Voutを得ることができる。このときの出
力電圧Voutは次のように表すことができる。
In this case, the comparison and integration circuit 31 controls the light emission amount of the light source 3 so that the voltage V2 corresponding to the one detection current I2 of the light position detecting element 21 becomes a predetermined constant voltage Vs, and the voltage V1 And V2 are added by the adder circuit 30 to obtain a voltage (V1 + V2), and this voltage (V1 + V
After a predetermined gain K is applied to 2) by the amplification circuit 40, a predetermined bias voltage Vb is added to this output by the addition circuit 37 to obtain the output voltage Vout. The output voltage Vout at this time can be expressed as follows.

【0033】 Vout(θ)=K×(V1+V2)+Vb ・・・(4)Vout (θ) = K × (V1 + V2) + Vb (4)

【0034】光学式回転角度検出装置をこのように構成
した場合においても、図5において説明したようにリニ
アな出力を得ることができると共に、図4において説明
した割算回路35が必要でなくなるので、回路構成が簡
単になると共に、装置のコストダウンを図ることができ
る。
Even when the optical rotation angle detecting device is constructed in this way, it is possible to obtain a linear output as described with reference to FIG. 5, and the division circuit 35 described with reference to FIG. 4 is not necessary. The circuit configuration can be simplified and the cost of the device can be reduced.

【0035】実施例4.図8はこの発明の更に他の実施
例の光学式回転角度検出装置の光学系の構成及び検出回
路17Bの電気的構成を示す図である。この図8におい
て、図4及び図7と対応する部分には同一符号を付し、
その詳細説明を省略する。この例においては、電流/電
圧変換回路29の出力端子を加算回路30の一方の入力
端子に接続し、電流/電圧変換回路34の出力端子を加
算回路30の他方の入力端子に接続すると共に、この電
流/変換回路34の出力端子を増幅回路40を介して加
算回路37の入力端子に接続する。
Example 4. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the optical system of the optical rotation angle detection device of yet another embodiment of the present invention and the electrical configuration of the detection circuit 17B. In this FIG. 8, parts corresponding to those in FIG. 4 and FIG.
Detailed description thereof will be omitted. In this example, the output terminal of the current / voltage conversion circuit 29 is connected to one input terminal of the addition circuit 30, the output terminal of the current / voltage conversion circuit 34 is connected to the other input terminal of the addition circuit 30, and The output terminal of the current / conversion circuit 34 is connected to the input terminal of the adder circuit 37 via the amplifier circuit 40.

【0036】この場合においては、回転部材15の回転
角度θに対して回転部材15の上面の光学拡散面16と
集光レンズ20との距離Hが図9に示す特性となるよう
に光学拡散面16を形成している。これを式で表すと次
のようになる。
In this case, the optical diffusion surface is adjusted so that the distance H between the optical diffusion surface 16 on the upper surface of the rotation member 15 and the condenser lens 20 has the characteristic shown in FIG. 9 with respect to the rotation angle θ of the rotation member 15. 16 are formed. This can be expressed as follows.

【0037】 H=1/(aθ+b) ・・・(5)H = 1 / (aθ + b) (5)

【0038】従って、回転軸1の回転角度θに対する光
位置検出素子21の光束入射位置Xは上記(2)式よ
り、次のように表すことができる。
Therefore, the light beam incident position X of the light position detecting element 21 with respect to the rotation angle θ of the rotating shaft 1 can be expressed by the following equation (2).

【0039】 X=f×B×(aθ+b) ・・・(6)X = f × B × (aθ + b) (6)

【0040】すなわち、上記(6)式から明かなよう
に、光束入射位置Xは回転角度θに対してリニアに変化
するので、図8において加算結果(V1+V2)が所定
の一定電圧Vsとなるよう比較積分回路31で光源3の
発光量を制御し、一方の検出電流I2に対応した電圧V
2に増幅回路40で所定のゲインをかけた後、加算回路
37で所定のバイアス電圧Vbを加算して出力電圧Vo
utとして出力する。これによって、図5について説明
したものと同様、回転角度θに比例したリニアな出力を
得ることができる。光学式回転角度検出装置をこのよう
に構成した場合においても、図5において説明したよう
にリニアな出力を得ることができると共に、図4におい
て説明した割算回路35が必要でなくなるので、回路構
成が簡単になると共に、装置のコストダウンを図ること
ができる。
That is, as is apparent from the equation (6), the light beam incident position X changes linearly with the rotation angle θ, so that the addition result (V1 + V2) becomes a predetermined constant voltage Vs in FIG. The light amount of the light source 3 is controlled by the comparison and integration circuit 31, and the voltage V corresponding to one detection current I2
After a predetermined gain is applied to 2 by the amplifier circuit 40, a predetermined bias voltage Vb is added by the adder circuit 37 to output the output voltage Vo.
Output as ut. This makes it possible to obtain a linear output proportional to the rotation angle θ, as in the case described with reference to FIG. Even when the optical rotation angle detecting device is configured in this way, it is possible to obtain a linear output as described in FIG. 5 and the division circuit 35 described in FIG. And the cost of the device can be reduced.

【0041】実施例5.図10はこの発明の更に他の実
施例の光学式回転角度検出装置の光学系を示す図、図1
1は図10に示す光学系の出力特性図である。この図1
0において、図1〜図9と対応する部分には同一符号を
付し、その詳細説明を省略する。この例においては、円
柱状の回転部材45の上面を斜めにカットして光学拡散
面46を形成する。光学拡散面46と光学系19との距
離Hは回転角度θの2π周期関数となり、出力Vout
が図11に示すように360度周期で変化する。この例
においては、出力周期が2πとなるように光学拡散面4
6を形成した場合について示したが、回転部材45の上
面形状を変更することにより、様々な周期のものを得る
ことができる。
Example 5. FIG. 10 is a diagram showing an optical system of an optical rotation angle detecting device according to still another embodiment of the present invention, FIG.
1 is an output characteristic diagram of the optical system shown in FIG. This Figure 1
0, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In this example, the upper surface of the cylindrical rotating member 45 is cut obliquely to form the optical diffusion surface 46. The distance H between the optical diffusion surface 46 and the optical system 19 becomes a 2π periodic function of the rotation angle θ, and the output Vout
Changes in a cycle of 360 degrees as shown in FIG. In this example, the optical diffusing surface 4 is adjusted so that the output period becomes 2π.
Although the case where 6 is formed is shown, by changing the shape of the upper surface of the rotating member 45, it is possible to obtain those having various cycles.

【0042】実施例6.図12はこの発明の更に他の実
施例の光学式回転角度検出装置の光学系の構成を示す
図、図13は図12に示す光学系の出力特性図である。
この図12において、図1〜図11と対応する部分には
同一符号を付し、その詳細説明を省略する。この例にお
いては、回転部材47の上下の面にそれぞれ回転角度検
出範囲の異なる螺旋状の光学拡散面48及び49を形成
し、これら回転部材47の上下の面にそれぞれ形成した
光学拡散面48及び49に対応して光学系19a,19
bを2つ用いるようにする。このように構成した場合、
2つの光学系19a,19bの各出力をma、mbとし
た場合、それぞれの出力特性は図13に示すようにな
る。この例においては回転角度θに対して感度の異なる
2つの出力を得るようにすることができるので、精度の
要求される角度範囲では感度の高い出力特性を用い、そ
の他の領域では感度の低い出力特性を用いるといった使
用法が可能となる。尚、図13では出力Voutとして
ma、mbを各々分けて示したが、出力ma、mbの加
算結果を実際の出力Voutとしても良い。
Example 6. FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an optical system of an optical rotation angle detecting device according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 13 is an output characteristic diagram of the optical system shown in FIG.
12, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 11 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In this example, spiral optical diffusion surfaces 48 and 49 having different rotation angle detection ranges are formed on the upper and lower surfaces of the rotating member 47, and the optical diffusion surfaces 48 and 49 are formed on the upper and lower surfaces of the rotating member 47, respectively. The optical systems 19a and 19 corresponding to
Use two b's. With this configuration,
When the outputs of the two optical systems 19a and 19b are ma and mb, the respective output characteristics are as shown in FIG. In this example, since it is possible to obtain two outputs having different sensitivities with respect to the rotation angle θ, an output characteristic having high sensitivity is used in an angular range where accuracy is required, and an output having low sensitivity is used in other regions. The usage such as using the property becomes possible. Although ma and mb are shown separately as the output Vout in FIG. 13, the addition result of the outputs ma and mb may be the actual output Vout.

【0043】実施例7.図14Aはこの発明の更に他の
実施例の光学式回転角度検出装置の光学系の構成を示す
図、図14Bは図14Aに示す光学系の上面図である。
この図14において、図1〜図12と対応する部分には
同一符号を付し、その詳細説明を省略する。この例にお
いては、回転部材50の上面に半径方向に領域を分割し
て各々回転角度検出範囲の異なる螺旋状の光学拡散面5
0a及び50bを形成する。そしてこれら2つの光学拡
散面50a及び50bに対応して2つの集光レンズ52
及び53(或いは一体に成形した集光レンズ)、並びに
2つの光位置検出素子53a及び53bを有する光学系
51を用いる。そして、光源3からの光を2つの光学拡
散面50a及び50bに分割して照射し、この反射光を
2つの集光レンズ52及び53で2つの光位置検出素子
53a及び53bに集光させ、その集光位置により、各
光学拡散面50a及び50bまでの距離を検出するよう
にする。
Example 7. FIG. 14A is a diagram showing a configuration of an optical system of an optical rotation angle detecting device according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 14B is a top view of the optical system shown in FIG. 14A.
14, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 12 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In this example, an area is radially divided on the upper surface of the rotating member 50 to form a spiral optical diffusion surface 5 having different rotation angle detection ranges.
0a and 50b are formed. Then, two condenser lenses 52 are provided corresponding to these two optical diffusion surfaces 50a and 50b.
And 53 (or a converging lens integrally molded), and an optical system 51 having two optical position detecting elements 53a and 53b. Then, the light from the light source 3 is divided into two optical diffusion surfaces 50a and 50b and irradiated, and the reflected light is condensed by the two condenser lenses 52 and 53 onto the two optical position detection elements 53a and 53b. The distance to each of the optical diffusion surfaces 50a and 50b is detected based on the light collection position.

【0044】このように構成した場合、2つの光位置検
出素子53a及び53bの各出力をma、mbとした場
合、それぞれの出力特性は図12に示した光学系と同
様、図13に示すようになる。この例においては回転角
度θに対して感度の異なる2つの出力を得るようにする
ことができるので、精度の要求される角度範囲では感度
の高い出力特性を用い、その他の領域では感度の低い出
力特性を用いるといった使用法が可能となる。また、光
源3が1つで済み、また集光レンズ52及び53を一体
成形で製造するようにすれば基板も分割する必要もない
ので、光学系51も1つで済み、これによって装置のコ
ストを削減することができる。尚、図13では出力Vo
utとしてma、mbを各々分けて示したが、出力m
a、mbの加算結果を実際の出力Voutとしても良
い。
With this configuration, when the outputs of the two optical position detecting elements 53a and 53b are ma and mb, their output characteristics are as shown in FIG. 13 as in the optical system shown in FIG. become. In this example, since it is possible to obtain two outputs having different sensitivities with respect to the rotation angle θ, an output characteristic having high sensitivity is used in an angular range where accuracy is required, and an output having low sensitivity is used in other regions. The usage such as using the property becomes possible. Further, since only one light source 3 is required, and if the condenser lenses 52 and 53 are integrally molded, it is not necessary to divide the substrate, so that only one optical system 51 is required. Can be reduced. In FIG. 13, the output Vo
Although ma and mb are shown separately as ut, the output m
The result of addition of a and mb may be used as the actual output Vout.

【0045】実施例8.図15はこの発明の更に他の実
施例の光学式回転角度検出装置の光学系の構成を示す図
である。この図15において、図1〜図14と対応する
部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。こ
の例においては、基板57の左側に光位置検出素子21
を実装し、中央よりやや右側に光源3を下方に向けて実
装し、この光源を囲むようにこの光源3の出射光を絞る
ための絞り部材59を実装し、更に光位置検出素子21
の受光面に光を略結像できる位置となるように、支持部
材58及び絞り部材59の左部分で集光レンズ20を支
持する。また、この基板57の右端部に支持部材60を
取付、この支持部材60に受光素子(例えばフォトダイ
オードなど)61をその受光面を左側に向けて取り付け
る。ここで、上記絞り部材59の右部分に受光素子61
に光を受光させるためのスリット59aを形成する。
Example 8. FIG. 15 is a view showing the arrangement of the optical system of an optical rotation angle detector according to yet another embodiment of the present invention. 15, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 14 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In this example, the optical position detecting element 21 is provided on the left side of the substrate 57.
Is mounted, the light source 3 is mounted slightly downward to the right of the center, and a diaphragm member 59 for confining the light emitted from the light source 3 is mounted so as to surround the light source.
The condenser lens 20 is supported by the left portion of the support member 58 and the diaphragm member 59 so that the light can be substantially focused on the light receiving surface of the. A support member 60 is attached to the right end of the substrate 57, and a light receiving element (for example, a photodiode) 61 is attached to the support member 60 with its light receiving surface facing left. Here, the light receiving element 61 is provided on the right side of the diaphragm member 59.
A slit 59a for receiving light is formed.

【0046】一方、回転部材55の上面に回転角度に対
し、周期的に距離Hが変化する光学拡散面55aを形成
すると共に、その外周部55bの上端部分に上記受光素
子61に光を受光させるためのスリット55cを形成す
る。この場合は、光源3から照射された光が光学拡散面
55aで反射された反射光を集光レンズ20で光位置検
出素子21に集光し、回転角度θを得ると共に、光源3
から出力された光の内、絞り部材59のスリット59a
及び回転部材55の外周部55bのスリット55cを通
った光を受光素子61で検出することにより、基準角度
位置を得ることができる。
On the other hand, an optical diffusion surface 55a whose distance H changes periodically with respect to the rotation angle is formed on the upper surface of the rotating member 55, and the light receiving element 61 is made to receive light at the upper end portion of its outer peripheral portion 55b. A slit 55c for forming is formed. In this case, the light emitted from the light source 3 is reflected by the optical diffusion surface 55a, and the reflected light is condensed by the condenser lens 20 on the optical position detecting element 21 to obtain the rotation angle θ and the light source 3
Of the light output from the slit 59a of the diaphragm member 59
Also, the reference angular position can be obtained by detecting the light passing through the slit 55c of the outer peripheral portion 55b of the rotating member 55 with the light receiving element 61.

【0047】実施例9.上記実施例8では外周部55b
のスリット55cを単一のものとした場合について説明
したが、例えば所定角度毎にスリット55cを設けるよ
うにすれば回転エンコーダを構成することができ、上記
各実施例に示す様々な角度検出範囲を有する光学拡散面
と組み合わせれば、アナログとディジタルの両回転角度
出力を得ることのできる多彩な回転角度検出装置を得る
ことができる。
Example 9. In the above eighth embodiment, the outer peripheral portion 55b
Although the description has been given of the case where the single slit 55c is used, the rotary encoder can be configured by providing the slits 55c at every predetermined angle, and various angle detection ranges shown in the above respective embodiments can be obtained. When combined with the optical diffusing surface that it has, it is possible to obtain a variety of rotation angle detection devices that can obtain both analog and digital rotation angle outputs.

【0048】実施例10.上記各実施例においては光源
として狭指向角特性を有するものを使用した場合につい
て説明したが、例えば平行光源を用いれば光学拡散面で
の照射領域が距離によって変化しないので、光位置検出
素子での集光径変化を小さくでき、より角度分解能を向
上させることができるという利点がある。
Example 10. In each of the above embodiments, the case where a light source having a narrow directional angle characteristic is used has been described, but for example, if a parallel light source is used, the irradiation area on the optical diffusion surface does not change depending on the distance. There is an advantage that the change of the condensing diameter can be reduced and the angular resolution can be further improved.

【0049】実施例11.また、上記各実施例において
は、光学拡散面を回転部材の上下の面を粗面化して得る
場合について説明したが、例えば回転部材の上下の面に
表面が光学拡散面であるシール、或いはシートを貼り付
けるようにしても良い。
Example 11. Further, in each of the above embodiments, the case where the optical diffusion surface is obtained by roughening the upper and lower surfaces of the rotating member has been described. For example, a seal or a sheet whose surface is an optical diffusion surface on the upper and lower surfaces of the rotating member. May be attached.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、被測定体に取り付けられるかその一部である回転
軸と、この回転軸に取り付けられて一体に回転する回転
部材とを備え、この回転部材はその上面および底面の少
なくとも一方の一部分が光学拡散面とされ、この光学拡
散面と上記回転軸に垂直な基準面との間の距離が回転角
度に応じて異なるように形成され、更に、この回転部材
の上記光学拡散面に光を照射する光源と、上記回転部材
の上記光学拡散面からの反射光を上記回転部材の上記基
準面からの距離に応じた入射位置に集光させる集光光学
系と、この集光光学系の略集光位置に配置された光位置
検出素子とを備え、この光位置検出素子上の光入射位置
に基いて、上記被測定体の回転角度を検出するようにし
たので、角度検出範囲の大小にかかわらず精度良く回転
角度を検出でき、両軸構成が容易、且つ、小型で、光源
が長寿命の装置を得ることができるという効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the rotary shaft that is attached to the object to be measured or is a part thereof, and the rotary member that is attached to the rotary shaft and rotates integrally. At least one of the top surface and the bottom surface of the rotating member is an optical diffusing surface, and the distance between the optical diffusing surface and the reference surface perpendicular to the rotation axis is different depending on the rotation angle. Further, a light source for irradiating the optical diffusing surface of the rotating member with light, and reflected light from the optical diffusing surface of the rotating member at an incident position corresponding to a distance from the reference surface of the rotating member. A light collecting optical system for collecting light and a light position detecting element arranged at a substantially light collecting position of the light collecting optical system are provided. Based on the light incident position on the light position detecting element, Since the rotation angle is detected, angle detection Can accurately detect the rotation angle regardless of the size of circumference, both axes configuration easier, and, in a small, light source there is an effect that it is possible to obtain a device of long lifetime.

【0051】また、請求項2記載の発明によれば、被測
定体に取り付けられるかその一部である回転軸と、この
回転軸に取り付けられて一体に回転する回転部材とを備
え、この回転部材はその上面および底面の少なくとも一
方の一部分が光学拡散面とされ、この光学拡散面と上記
回転軸に垂直な基準面との間の距離Hが回転角度θに対
し、H=1/(a×θ+b)(但しa、bは所定の定
数)となるように上記光学拡散面が形成され、更に、こ
の回転部材の上記光学拡散面に光を照射する光源と、上
記回転部材の上記光学拡散面からの反射光を上記回転部
材の上記基準面からの距離に応じた入射位置に集光させ
る集光光学系と、この集光光学系の略集光位置に配置さ
れた光位置検出素子とを備え、この光位置検出素子上の
光入射位置に基いて、上記被測定体の回転角度を検出す
るようにしたので、回転角度に比例したリニアな出力を
得ることができると共に、角度検出範囲の大小にかかわ
らず精度良く回転角度を検出でき、両軸構成が容易、且
つ、小型で、光源が長寿命であり、しかも安価な装置を
得ることができるという効果がある。
According to the second aspect of the present invention, there is provided a rotating shaft attached to or part of the object to be measured, and a rotating member attached to the rotating shaft and rotating integrally. At least one of the top surface and the bottom surface of the member is an optical diffusing surface, and the distance H between the optical diffusing surface and the reference plane perpendicular to the rotation axis is H = 1 / (a × θ + b) (where a and b are predetermined constants), the optical diffusion surface is formed, and further, a light source for irradiating the optical diffusion surface of the rotating member with light and the optical diffusion of the rotating member. A condensing optical system for condensing the reflected light from the surface at an incident position corresponding to the distance from the reference surface of the rotating member, and an optical position detecting element arranged at a substantially condensing position of the condensing optical system. Based on the light incident position on the light position detecting element, Since the rotation angle of the DUT is detected, a linear output proportional to the rotation angle can be obtained, and the rotation angle can be detected accurately regardless of the size of the angle detection range. There is an effect that it is possible to obtain a device that is easy and small, has a long light source life, and is inexpensive.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明による光学式回転角度検出装置の一実
施例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an optical rotation angle detection device according to the present invention.

【図2】図1に示すこの発明による光学式回転角度検出
装置のA−A線断面図である。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the optical rotation angle detection device according to the present invention shown in FIG.

【図3】この発明による光学式回転角度検出装置の一実
施例の光学系を示す上面図である。
FIG. 3 is a top view showing an optical system of an embodiment of the optical rotation angle detecting device according to the present invention.

【図4】この発明による光学式回転角度検出装置の一実
施例の光学系の構成及び検出回路の電気的構成を示す構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system and an electrical configuration of a detection circuit of an embodiment of an optical rotation angle detection device according to the present invention.

【図5】この発明による光学式回転角度検出装置の一実
施例の説明に供する出力特性図である。
FIG. 5 is an output characteristic diagram for explaining one embodiment of the optical rotation angle detection device according to the present invention.

【図6】この発明による光学式回転角度検出装置の他の
実施例の光学系を示す上面図である。
FIG. 6 is a top view showing an optical system of another embodiment of the optical rotation angle detecting device according to the present invention.

【図7】この発明による光学式回転角度検出装置の更に
他の実施例の光学系の構成及び検出回路の電気的構成を
示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system and an electrical configuration of a detection circuit of still another embodiment of the optical rotation angle detection device according to the present invention.

【図8】この発明による光学式回転角度検出装置の更に
他の実施例の光学系の構成及び検出回路の電気的構成を
示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system and an electrical configuration of a detection circuit of still another embodiment of the optical rotation angle detection device according to the present invention.

【図9】この発明による光学式回転角度検出装置の更に
他の実施例における回転角度θに対する拡散反射面と集
光光学系との距離の関係を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the rotation angle θ and the distance between the diffuse reflection surface and the condensing optical system in still another embodiment of the optical rotation angle detection device according to the present invention.

【図10】この発明による光学式回転角度検出装置の更
に他の実施例の光学系を示す構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram showing an optical system of still another embodiment of the optical rotation angle detecting device according to the present invention.

【図11】この発明による光学式回転角度検出装置の更
に他の実施例の説明に供する出力特性図である。
FIG. 11 is an output characteristic diagram for explaining yet another embodiment of the optical rotation angle detection device according to the present invention.

【図12】この発明による光学式回転角度検出装置の更
に他の実施例の光学系を示す構成図である。
FIG. 12 is a configuration diagram showing an optical system of still another embodiment of the optical rotation angle detecting device according to the present invention.

【図13】この発明による光学式回転角度検出装置の更
に他の実施例の説明に供する出力特性図である。
FIG. 13 is an output characteristic diagram for explaining still another embodiment of the optical rotation angle detecting device according to the present invention.

【図14】この発明による光学式回転角度検出装置の更
に他の実施例の光学系を示す構成図及び上面図である。
14A and 14B are a structural view and a top view showing an optical system of still another embodiment of the optical rotation angle detecting device according to the present invention.

【図15】この発明による光学式回転角度検出装置の更
に他の実施例の光学系を示す構成図である。
FIG. 15 is a configuration diagram showing an optical system of still another embodiment of the optical rotation angle detecting device according to the present invention.

【図16】従来の光学式回転角度検出装置を示す構成図
である。
FIG. 16 is a configuration diagram showing a conventional optical rotation angle detection device.

【図17】従来の光学式回転角度検出装置を示す構成図
である。
FIG. 17 is a configuration diagram showing a conventional optical rotation angle detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転軸 3 光源 15、45、47、50、55 回転部材 16、46、48、49、50a、50b、55a 光
学拡散面 17、17A、17B 検出回路 20、52、53 集光レンズ 21、22、53a、53b 光位置検出素子 21a、21b 電極
1 Rotation axis 3 Light source 15, 45, 47, 50, 55 Rotating member 16, 46, 48, 49, 50a, 50b, 55a Optical diffusion surface 17, 17A, 17B Detection circuit 20, 52, 53 Condensing lens 21, 22 , 53a, 53b Optical position detection elements 21a, 21b Electrodes

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年9月6日[Submission date] September 6, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Name of item to be corrected] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0003】先ず、図16を参照して特開昭61−24
6620号公報において開示されている従来の光学式回
転角度検出装置について説明する。図において、1は図
示しない被測定体である回転物体に接続されている回転
軸、2はこの回転軸1に挿通されて取り付けられ、この
回転軸1と共に回転する回転スリット板、2aはこの回
転スリット板2に螺旋状に形成され、回転スリット板2
の回転に応じてその半径が変化する螺旋状スリット、3
は光源、4はこの光源3の光軸の範囲内、且つ、回転ス
リット板2と互いに平行に配置される固定スリット板、
4aは回転スリット板2に形成され螺旋状スリット2
aと交差するように固定スリット板4に形成された固定
スリット、5は光源3から出射され、回転スリット板2
の螺旋状スリット2a及び固定スリット板4の固定スリ
ット4aを介して供給される光を受光するため、その受
光軸が回転スリット板2の半径方向となるように配置さ
れた光位置検出素子、6及び8はこの光位置検出素子5
の各電極に接続され、この光位置検出素子5の検出電流
を出力するための出力端子、7はこの光位置検出素子5
のバイアス電圧印加用電極に接続され、図示しない電源
回路からのバイアス用電圧を光位置検出素子5に供給す
るための電源端子である。
First, referring to FIG. 16, Japanese Patent Laid-Open No. 61-24
A conventional optical rotation angle detection device disclosed in Japanese Patent No. 6620 will be described. In the figure, 1 is a rotary shaft connected to a rotating object, which is not shown, and 2 is a rotary slit plate which is inserted into and attached to the rotary shaft 1 and which rotates with the rotary shaft 1. 2a is a rotary slit plate. The rotary slit plate 2 is formed in a spiral shape on the slit plate 2.
A spiral slit whose radius changes according to the rotation of
Is a light source, 4 is a fixed slit plate arranged within the range of the optical axis of the light source 3 and parallel to the rotary slit plate 2,
4a is a spiral slit 2 formed on the rotary slit plate 2.
Fixed slits 5 formed on the fixed slit plate 4 so as to intersect a are emitted from the light source 3 and
To receive light supplied through the spiral slit 2a and the fixed slit 4a of the fixed slit plate 4, the light receiving axis is arranged so that its light receiving axis is in the radial direction of the rotary slit plate 2, And 8 are the optical position detecting elements 5
An output terminal connected to each electrode of the optical position detecting element 5 for outputting a detection current of the optical position detecting element 5;
Is a power supply terminal connected to the bias voltage applying electrode of and supplying a bias voltage from a power supply circuit (not shown) to the optical position detecting element 5.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0005[Name of item to be corrected] 0005

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0005】次に、図17を参照して特開昭61−12
4821号公報において開示されている従来の光学式回
転角度検出装置について説明する。この図17におい
て、図16と対応する部分には同一符号を付し、その詳
細説明を省略する。図において、9は図17Bに示すよ
うにその形状が円柱状となっているケース、10は回転
軸1を支持するための回転軸受け、11はケース9の内
側、且つ、このケース9の回転軸受け10側に取り付け
られた環状の素子支持基板、12はケース9の内側、且
つ、ケース9の内側に取り付けられた環状の素子支持基
板10上に素子支持基板10と同様に取り付けられた環
状の光位置検出素子である。また、13はケース9の内
側にその光出射方向を向け、回転軸1の軸と光軸が一致
するようケース9の孔に取り付けられている光源3から
の光を光位置検出素子12に入射させるための回転スリ
ット部材である。この回転スリット部材13は、その
に光反射層13dが形成されている透光体13aから
なり、この透光体13aは、光源3からの光を通過させ
るための光源側スリット13b、光源側スリット13b
から入射した光を反射させるため第1反射面13c、こ
の第1反射面13cで反射された光を反射する第2反射
面13e、この第2反射面13eで反射された光を光位
置検出素子12に入射させるための受光側スリット13
fが形成されている。
Next, referring to FIG. 17, Japanese Patent Laid-Open No. 61-12
A conventional optical rotation angle detection device disclosed in Japanese Patent No. 4821 will be described. 17, parts corresponding to those in FIG. 16 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the figure, 9 is a case whose shape is cylindrical as shown in FIG. 17B, 10 is a rotary bearing for supporting the rotary shaft 1, 11 is the inside of the case 9, and the rotary bearing of this case 9 is shown. An annular element support substrate attached to the 10 side, an annular optical support 12 attached to the inside of the case 9, and an annular element support substrate 10 attached to the inside of the case 9 in the same manner as the element support substrate 10. It is a position detection element. Further, numeral 13 directs its light emission direction to the inside of the case 9, and makes light from the light source 3 attached to the hole of the case 9 incident on the optical position detection element 12 so that the optical axis coincides with the axis of the rotating shaft 1. It is a rotary slit member for making it. The rotary slit member 13 has its field
The light transmissive body 13a has a light reflection layer 13d formed on its surface . The translucent body 13a includes a light source side slit 13b and a light source side slit 13b for passing light from the light source 3.
A first reflection surface 13c for reflecting the light incident from the second reflection surface 13c, a second reflection surface 13e for reflecting the light reflected by the first reflection surface 13c, and a light position detection element for the light reflected by the second reflection surface 13e. Light-receiving side slit 13 for making light incident on 12
f is formed.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0013】また、請求項2記載の発明においては、回
転軸に垂直な基準面からの距離Hが回転角度θに対し、
H=1/(a×θ+b)(但しa、bは所定の定数)と
なるように回転部材に形成された光学拡散面からの反射
光を回転部材の基準面からの距離に応じた入射位置に集
光光学系で集光させ、この集光光学系の略集光位置に配
置された光位置検出素子上の光入射位置に基いて、被測
定体の回転角度を検出する。これにより、回転角度に比
例したリニアな出力を得ることができると共に、角度検
出範囲の大小にかかわらず精度良く回転角度を検出で
き、両軸構成が容易、且つ、小型で安価な、しかも光源
が長寿命の装置を得ることができる。
According to the second aspect of the invention, the distance H from the reference plane perpendicular to the rotation axis is relative to the rotation angle θ,
H = 1 / (a × θ + b) (where a and b are predetermined constants) The incident position of reflected light from the optical diffusion surface formed on the rotating member according to the distance from the reference surface of the rotating member in is condensed by the condensing optical system, based on the light incident position on the optical position detecting element which is disposed substantially converging position of the converging optical system, that detect the rotation angle of the object to be measured. As a result, a linear output proportional to the rotation angle can be obtained, and the rotation angle can be accurately detected regardless of the size of the angle detection range, the two-axis configuration is easy, and the light source is small and inexpensive. A device with a long life can be obtained.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0019】図4は、図1に示した光学式回転角度検出
装置の光学系の構成及び検出回路17の電気的構成を示
す図である。この図4において、図1〜図3と対応する
部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図
において、29及び34は光位置検出素子21の一方及
び他方の電極21a及び21bから入力端子22及び2
3を介してそれぞれ供給される出力電流を電圧V1及び
V2に変換する電流/電圧変換(I/V)回路、30は
これら電流/電圧変換回路29及び34からの出力電圧
V1及びV2を加算する加算回路である。31はその非
反転入力端子(+)に比較用の比較電圧Vsが供給され
る電源端子32を接続し、その反転入力端子(−)及び
出力端子間を積分用のコンデンサ33で接続し、さらに
反転入力端子(−)を加算回路30に接続し、加算回路
30からの加算出力を比較電圧Vsと比較するための比
較積分回路、35はその一方の入力端子にゲイン電圧K
が供給される電源端子36を接続し、このゲイン電圧K
をその他方の入力端子に供給される電流/電圧変換回路
34からの出力電圧V2で割算する割算回路、37はそ
の一方の入力端子にバイアス電圧Vbが供給される電源
端子38を接続し、割算回路35からの割算結果、すな
わち、その他方の入力端子に供給されるK/V2とバイ
アス電圧Vbを加算し、角度検出値としての出力電圧V
outを得るための加算回路である。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the optical system and the electrical configuration of the detection circuit 17 of the optical rotation angle detecting device shown in FIG. 4, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the figure, reference numerals 29 and 34 denote electrodes 21a and 21b on one side and the other side of the optical position detecting element 21 and input terminals 22 and 2 respectively.
A current / voltage conversion (I / V) circuit for converting the output currents respectively supplied via 3 into voltages V1 and V2, 30 adds the output voltages V1 and V2 from these current / voltage conversion circuits 29 and 34 It is an adder circuit. 31 connects the power supply terminal 32 to compare the voltage Vs for comparison to the non-inverting input terminal (+) is supplied, an inverting input terminal (-) connected and between the output terminal by a capacitor 33 for integrating further
The inverting input terminal (-) is connected to the adder circuit 30 and a comparison and integration circuit for comparing the added output from the adder circuit 30 with the comparison voltage Vs, and 35 is a gain voltage K at one of its input terminals.
Is connected to the power supply terminal 36, and the gain voltage K
Is divided by the output voltage V2 from the current / voltage conversion circuit 34 supplied to the other input terminal, 37 is connected to the power supply terminal 38 to which the bias voltage Vb is supplied to one of the input terminals. , The result of division from the division circuit 35, that is, K / V2 supplied to the other input terminal and the bias voltage Vb are added, and the output voltage V as the angle detection value is obtained.
It is an adder circuit for obtaining out.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0024[Name of item to be corrected] 0024

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0024】 H(θ)=f×B/X =f×B×(I1I2)/(L×I2) ・・・(2)H (θ) = f × B / X = f × B × (I1 + I2) / (L × I2) (2)

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0028[Correction target item name] 0028

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0028】図5は図1〜図4を参照して説明した光学
式回転角度検出装置の出力特性図であり、y軸を出力V
out、x軸を角度θ(角度範囲360度)とし、その
出力特性を示している。上記(2)式及び(3)式から
出力電圧Voutは距離に比例する。回転部材15の
螺旋状の光学拡散面16は、距離Hが回転角度θに正比
例するよう形成しているので、これにより、出力電圧V
outはこの図5に示すように、回転軸1の回転角度θ
に比例した非常にリニアな出力となる。
FIG. 5 is an output characteristic diagram of the optical rotation angle detecting device described with reference to FIGS.
The output characteristics are shown with an angle θ (angle range of 360 degrees) on the out and x axes. From the expressions (2) and (3), the output voltage Vout is proportional to the distance H. Since the spiral optical diffusion surface 16 of the rotating member 15 is formed so that the distance H is directly proportional to the rotation angle θ, the output voltage V
out is the rotation angle θ of the rotary shaft 1 as shown in FIG.
The output is very linear in proportion to.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0034】光学式回転角度検出装置をこのように構成
した場合においても、上記(2)式および(4)式から
出力電圧Voutはやはり距離Hに比例するため、前述
の実施例と同様図5のようなリニアな出力を得ることが
できると共に、図4において説明した割算回路35が必
要でなくなるので、回路構成が簡単になると共に、装置
のコストダウンを図ることができる。
Even when the optical rotation angle detecting device is constructed in this way, from the above equations (2) and (4),
Since the output voltage Vout is also proportional to the distance H,
Similar to the embodiment of FIG. 5 , a linear output as shown in FIG. 5 can be obtained, and since the division circuit 35 described in FIG. 4 is not necessary, the circuit configuration can be simplified and the cost of the device can be reduced. You can

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図4[Name of item to be corrected] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図4】 [Figure 4]

【手続補正9】[Procedure Amendment 9]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図11[Name of item to be corrected] Figure 11

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図11】 FIG. 11

【手続補正10】[Procedure Amendment 10]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図16[Correction target item name] Fig. 16

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図16】 FIG. 16

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定体に取り付けられるかその一部で
ある回転軸と、 この回転軸に取り付けられて一体に回転する回転部材と
を備え、 この回転部材はその上面および底面の少なくとも一方の
一部分が光学拡散面とされ、この光学拡散面と上記回転
軸に垂直な基準面との間の距離が回転角度に応じて異な
るように形成され、 更に、この回転部材の上記光学拡散面に光を照射する光
源と、 上記回転部材の上記光学拡散面からの反射光を上記回転
部材の上記基準面からの距離に応じた入射位置に集光さ
せる集光光学系と、 この集光光学系の略集光位置に配置された光位置検出素
子とを備え、 この光位置検出素子上の光入射位置に基いて、上記被測
定体の回転角度を検出するようにしたことを特徴とする
光学式回転角度検出装置。
1. A rotary shaft, which is attached to a part to be measured or is a part thereof, and a rotary member which is attached to the rotary shaft and rotates integrally with the rotary shaft. The rotary member has at least one of a top surface and a bottom surface thereof. A part of the optical diffusion surface is formed so that the distance between the optical diffusion surface and the reference plane perpendicular to the rotation axis is different depending on the rotation angle. And a condensing optical system for condensing the reflected light from the optical diffusion surface of the rotating member at an incident position corresponding to the distance from the reference surface of the rotating member, and the condensing optical system An optical system characterized by comprising a light position detecting element arranged at a substantially condensing position, and detecting a rotation angle of the measured object based on a light incident position on the light position detecting element. Rotation angle detection device.
【請求項2】 被測定体に取り付けられるかその一部で
ある回転軸と、 この回転軸に取り付けられて一体に回転する回転部材と
を備え、 この回転部材はその上面および底面の少なくとも一方の
一部分が光学拡散面とされ、この光学拡散面と上記回転
軸に垂直な基準面との間の距離Hが回転角度θに対し、
H=1/(a×θ+b)(但しa、bは所定の定数)と
なるように上記光学拡散面が形成され、 更に、この回転部材の上記光学拡散面に光を照射する光
源と、 上記回転部材の上記光学拡散面からの反射光を上記回転
部材の上記基準面からの距離に応じた入射位置に集光さ
せる集光光学系と、 この集光光学系の略集光位置に配置された光位置検出素
子とを備え、 この光位置検出素子上の光入射位置に基いて、上記被測
定体の回転角度を検出するようにしたことを特徴とする
光学式回転角度検出装置。
2. A rotary shaft that is attached to or a part of a body to be measured, and a rotary member that is attached to the rotary shaft and rotates integrally. The rotary member has at least one of a top surface and a bottom surface. A part is an optical diffusion surface, and a distance H between the optical diffusion surface and a reference plane perpendicular to the rotation axis is relative to a rotation angle θ.
The optical diffusion surface is formed so that H = 1 / (a × θ + b) (where a and b are predetermined constants), and further, a light source that irradiates the optical diffusion surface of the rotating member with light, A condensing optical system that condenses the reflected light from the optical diffusion surface of the rotating member at an incident position corresponding to the distance from the reference surface of the rotating member, and is arranged at a substantially condensing position of this condensing optical system. And an optical position detecting element, and the rotation angle of the object to be measured is detected based on the light incident position on the optical position detecting element.
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