JPH07128090A - 回転速度を計測可能な光方式回転角度センサ - Google Patents
回転速度を計測可能な光方式回転角度センサInfo
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- JPH07128090A JPH07128090A JP5277104A JP27710493A JPH07128090A JP H07128090 A JPH07128090 A JP H07128090A JP 5277104 A JP5277104 A JP 5277104A JP 27710493 A JP27710493 A JP 27710493A JP H07128090 A JPH07128090 A JP H07128090A
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- slit plate
- output
- slit
- angle sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
- G01D2205/70—Position sensors comprising a moving target with particular shapes, e.g. of soft magnetic targets
- G01D2205/77—Specific profiles
- G01D2205/773—Spiral profiles
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転可能に保持されたスリット板１２を挟ん
で、発光手段と光位置検出手段４４が非接触に配置さ
れ、回路手段を通じて、スリット板１２の回転角度に応
じたアナログ電圧が出力される光方式回転角度センサに
関し、刻々の回転位置と角速度を信頼性高く計測できる
「回転速度を計測可能な光方式回転角度センサ」を提供
することを目的とする。 【構成】 スリット板１２上に配置した二重の渦巻き線
ｒ1 、ｒ2 を、スリット板１２の単位の回転角ごとに交
互に選択して開口させたスリット１２Ｍ、１２Ｎを設け
た構成とする。
で、発光手段と光位置検出手段４４が非接触に配置さ
れ、回路手段を通じて、スリット板１２の回転角度に応
じたアナログ電圧が出力される光方式回転角度センサに
関し、刻々の回転位置と角速度を信頼性高く計測できる
「回転速度を計測可能な光方式回転角度センサ」を提供
することを目的とする。 【構成】 スリット板１２上に配置した二重の渦巻き線
ｒ1 、ｒ2 を、スリット板１２の単位の回転角ごとに交
互に選択して開口させたスリット１２Ｍ、１２Ｎを設け
た構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転可能に保持された
スリット板を挟んで、発光手段と光位置検出手段が非接
触に配置され、回路手段を通じて、スリット板の回転角
度に応じたアナログ電圧が出力される光方式回転角度セ
ンサに関する。
スリット板を挟んで、発光手段と光位置検出手段が非接
触に配置され、回路手段を通じて、スリット板の回転角
度に応じたアナログ電圧が出力される光方式回転角度セ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】回転可能に保持されたスリット板を挟ん
で、発光手段と光位置検出手段が非接触に配置され、回
路手段を通じて、スリット板の回転角度に応じたアナロ
グ電圧が出力される光方式回転角度センサが実用化され
ている。
で、発光手段と光位置検出手段が非接触に配置され、回
路手段を通じて、スリット板の回転角度に応じたアナロ
グ電圧が出力される光方式回転角度センサが実用化され
ている。
【０００３】ここで、スリット板には、回転角に応じて
半径方向に開口位置が移動するスリット溝が形成され
る。また、光位置検出手段は、スリット板の半径方向に
長く形成された受光部を備え、発光手段の照射光がスリ
ットを通過して形成する照射スポットの位置に応じた出
力変化を発生する。回路手段は、光位置検出手段の出力
変化に基づいて、スリット板の回転角に応じたアナログ
出力を形成する。
半径方向に開口位置が移動するスリット溝が形成され
る。また、光位置検出手段は、スリット板の半径方向に
長く形成された受光部を備え、発光手段の照射光がスリ
ットを通過して形成する照射スポットの位置に応じた出
力変化を発生する。回路手段は、光位置検出手段の出力
変化に基づいて、スリット板の回転角に応じたアナログ
出力を形成する。
【０００４】図４、図５は、従来の光方式回転角度セン
サの説明図である。図４中、(a) は構造、(b) は動作原
理を示す。また、図５中、(a) はスリット板、(b) は出
力を示す。
サの説明図である。図４中、(a) は構造、(b) は動作原
理を示す。また、図５中、(a) はスリット板、(b) は出
力を示す。
【０００５】ここでは、光位置検出手段として光位置検
出素子（以下、ＰＳＤと呼ぶ）を採用しており、回路部
分は、ＰＳＤの電流出力の変化から出力のアナログ電圧
を形成する。そして、スリット板の１回転３６０度を角
度検出範囲としており、１回転中のそれぞれの角度位置
が固有のアナログ電圧で代表される。
出素子（以下、ＰＳＤと呼ぶ）を採用しており、回路部
分は、ＰＳＤの電流出力の変化から出力のアナログ電圧
を形成する。そして、スリット板の１回転３６０度を角
度検出範囲としており、１回転中のそれぞれの角度位置
が固有のアナログ電圧で代表される。
【０００６】なお、ＰＳＤは、ピンフォトダイオードを
細長く形成したもので、光の照射位置を長手方向にずら
せることにより、両端の電流出力を変化させる。ＰＳＤ
における照射位置の移動は、渦巻き状のスリット溝を形
成した円板型のスリット板を回転させて実現される。
細長く形成したもので、光の照射位置を長手方向にずら
せることにより、両端の電流出力を変化させる。ＰＳＤ
における照射位置の移動は、渦巻き状のスリット溝を形
成した円板型のスリット板を回転させて実現される。
【０００７】図４(a) において、機構部４０は、光源の
発光ダイオード（以下ＬＥＤ４３）と基板４５上の光位
置検出素子（以下ＰＳＤ４４）とを固定する。ＬＥＤ４
３とＰＳＤ４４とは、機構部４０に対して回転可能なス
リット板４２を挟んで配置される。回転軸４１に固定さ
れたスリット板４２は、図５(a) に示すように、スリッ
ト板４２を貫通して渦巻き状に形成したスリット溝４２
Ｍを持つ。
発光ダイオード（以下ＬＥＤ４３）と基板４５上の光位
置検出素子（以下ＰＳＤ４４）とを固定する。ＬＥＤ４
３とＰＳＤ４４とは、機構部４０に対して回転可能なス
リット板４２を挟んで配置される。回転軸４１に固定さ
れたスリット板４２は、図５(a) に示すように、スリッ
ト板４２を貫通して渦巻き状に形成したスリット溝４２
Ｍを持つ。
【０００８】図５(a) において、スリット板４２のスリ
ット溝４２Ｍは、スリット板４２上の角度位置θに応じ
て、ＰＳＤ４４の受光部４４Ｊと重なり合う開口部分が
半径方向に移動する。スリット板４２の回転中心から開
口部分までの距離ｒは、スリット板４２の１回転３６０
度の範囲について、 ｒ＝Ｋ・θ Ｋ：定数 …(1) に定めてある。
ット溝４２Ｍは、スリット板４２上の角度位置θに応じ
て、ＰＳＤ４４の受光部４４Ｊと重なり合う開口部分が
半径方向に移動する。スリット板４２の回転中心から開
口部分までの距離ｒは、スリット板４２の１回転３６０
度の範囲について、 ｒ＝Ｋ・θ Ｋ：定数 …(1) に定めてある。
【０００９】ここで、スリット板４２上で渦巻き状のス
リット溝が占める角度範囲は、３６０度以外にも、９０
度、２００度等、用途に応じた角度計測範囲に適合させ
て自由に設定できる。また、渦巻線ｒの関数を異ならせ
れば、光方式回転角度センサの回転角度−アナログ電圧
出力特性を、比例（直線）関係以外の対数関数、二次曲
線等にも設定できる。
リット溝が占める角度範囲は、３６０度以外にも、９０
度、２００度等、用途に応じた角度計測範囲に適合させ
て自由に設定できる。また、渦巻線ｒの関数を異ならせ
れば、光方式回転角度センサの回転角度−アナログ電圧
出力特性を、比例（直線）関係以外の対数関数、二次曲
線等にも設定できる。
【００１０】ＰＳＤ４４の受光部４４Ｊは、スリット板
４２の半径方向に長さＬを有し、スリット板４２との相
対回転位置によって、受光部４４Ｊ上の光の照射位置を
最大で±Ｌ／２変化する。
４２の半径方向に長さＬを有し、スリット板４２との相
対回転位置によって、受光部４４Ｊ上の光の照射位置を
最大で±Ｌ／２変化する。
【００１１】図４(b) において、図４(a) のＰＳＤ４４
は、現在、スリット板４２と特定の相対回転位置にあ
り、長さＬの中心からｘの位置に光が照射されている。
このとき、ＰＳＤ４４は、バイアス電圧４９を印加され
たフォトダイオード４８Ｄが長さＬの可変抵抗４８Ｒの
中心からｘの位置に電流供給を行って、可変抵抗４８の
上下の端子Ｍ1 、Ｍ2 から、それぞれ電流Ｉ1 、Ｉ2 が
取り出される状態に等価回路表示される。
は、現在、スリット板４２と特定の相対回転位置にあ
り、長さＬの中心からｘの位置に光が照射されている。
このとき、ＰＳＤ４４は、バイアス電圧４９を印加され
たフォトダイオード４８Ｄが長さＬの可変抵抗４８Ｒの
中心からｘの位置に電流供給を行って、可変抵抗４８の
上下の端子Ｍ1 、Ｍ2 から、それぞれ電流Ｉ1 、Ｉ2 が
取り出される状態に等価回路表示される。
【００１２】従って、ＰＳＤ４４の中心から光の照射位
置までの距離ｘは、 ｘ＝（Ｌ／２）×（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ） …(2) となる。
置までの距離ｘは、 ｘ＝（Ｌ／２）×（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ） …(2) となる。
【００１３】従って、(2) 式の（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）項を一定
に保てば、（Ｉ1 −Ｉ2 ）項を求めることで、距離ｘを
計測できる。そして、(1) 式により、距離ｘはスリット
板２２の回転角θに比例しているから、距離ｘからスリ
ット板２２の回転角θを計測できる。
に保てば、（Ｉ1 −Ｉ2 ）項を求めることで、距離ｘを
計測できる。そして、(1) 式により、距離ｘはスリット
板２２の回転角θに比例しているから、距離ｘからスリ
ット板２２の回転角θを計測できる。
【００１４】従って、光方式回転角度センサの回路部で
は、ＬＥＤ４３の出力を自動調整してＰＳＤ４４の（Ｉ
1 ＋Ｉ2 ）を一定に保ちながら、（Ｉ1 −Ｉ2 ）に応じ
たアナログ電圧を出力させる。回路部の構成と動作の詳
細については、実施例中で説明する。
は、ＬＥＤ４３の出力を自動調整してＰＳＤ４４の（Ｉ
1 ＋Ｉ2 ）を一定に保ちながら、（Ｉ1 −Ｉ2 ）に応じ
たアナログ電圧を出力させる。回路部の構成と動作の詳
細については、実施例中で説明する。
【００１５】図５(b) において、図５(a) のスリット板
４２を使用した光方式回転角度センサでは、スリット板
４２の回転角度θ（ＰＳＤ４４との相対角度）に応じ
て、出力電圧が１回転３６０度までほぼ直線的に増加す
る。従って、１つの出力電圧値Ｅは、特定の回転角度θ
に対応しており、出力電圧値Ｅを計測してそのときの回
転角度θが特定される。
４２を使用した光方式回転角度センサでは、スリット板
４２の回転角度θ（ＰＳＤ４４との相対角度）に応じ
て、出力電圧が１回転３６０度までほぼ直線的に増加す
る。従って、１つの出力電圧値Ｅは、特定の回転角度θ
に対応しており、出力電圧値Ｅを計測してそのときの回
転角度θが特定される。
【００１６】このような光方式回転角度センサは、スリ
ット板４２が完全非接触に回転するから、摺動して導通
する接点を一切含まない。従って、接点の劣化や接触不
良に伴う故障や誤動作が発生しない。また、出力の直線
性が良い、出力の分解能が高い、軽量小型化が容易、動
作の信頼性が高い、外部磁気の影響を受けない等の利点
も有する。
ット板４２が完全非接触に回転するから、摺動して導通
する接点を一切含まない。従って、接点の劣化や接触不
良に伴う故障や誤動作が発生しない。また、出力の直線
性が良い、出力の分解能が高い、軽量小型化が容易、動
作の信頼性が高い、外部磁気の影響を受けない等の利点
も有する。
【００１７】従って、光方式回転角度センサは、例え
ば、ロボットアームの回転角度センサや自動車のスロッ
トル開度センサへの応用が検討されている。スロットル
開度センサは、自動車のエンジンの給気管に配置されて
０〜９０度の範囲で回動可能なスロットルバルブの回転
角度を計測する。
ば、ロボットアームの回転角度センサや自動車のスロッ
トル開度センサへの応用が検討されている。スロットル
開度センサは、自動車のエンジンの給気管に配置されて
０〜９０度の範囲で回動可能なスロットルバルブの回転
角度を計測する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】図４、図５の光方式回
転角度センサでは、出力電圧値から直接にはスリット板
４２の回転速度を知ることができない。従って、回転速
度を求める際には、一定の時間間隔で計測した２つの出
力電圧値から２つの角度位置を特定し、２つの角度位置
の角度差を時間間隔で割算して求める必要がある。
転角度センサでは、出力電圧値から直接にはスリット板
４２の回転速度を知ることができない。従って、回転速
度を求める際には、一定の時間間隔で計測した２つの出
力電圧値から２つの角度位置を特定し、２つの角度位置
の角度差を時間間隔で割算して求める必要がある。
【００１９】例えば、図５(b) において、ある時刻ｔ1
で出力Ａが得られ、０．１秒後の時刻ｔ2 で出力Ｂが得
られたとすると、出力Ａに相当する回転角度θ1 、出力
Ｂに相当する回転角度θ2 をそれぞれ求めて、θ1 −θ
2 を０．１秒で割算することによって角速度ωが求めら
れる。
で出力Ａが得られ、０．１秒後の時刻ｔ2 で出力Ｂが得
られたとすると、出力Ａに相当する回転角度θ1 、出力
Ｂに相当する回転角度θ2 をそれぞれ求めて、θ1 −θ
2 を０．１秒で割算することによって角速度ωが求めら
れる。
【００２０】従って、一定の時間間隔を置いて間欠的に
しか角速度ωが求められず、特定の瞬間の角速度ωを正
確に求められない。また、計測の時間間隔を拡大する
と、角速度ωが変化している場合に計測誤差が大きくな
って角速度ωの変化に追従できなくなる。一方、計測の
時間間隔を圧縮すると、アナログ電圧の読取り誤差等か
ら角速度ωの計測精度が低下する問題がある。
しか角速度ωが求められず、特定の瞬間の角速度ωを正
確に求められない。また、計測の時間間隔を拡大する
と、角速度ωが変化している場合に計測誤差が大きくな
って角速度ωの変化に追従できなくなる。一方、計測の
時間間隔を圧縮すると、アナログ電圧の読取り誤差等か
ら角速度ωの計測精度が低下する問題がある。
【００２１】さらに、図５(b) のように、１回転３６０
度の範囲で点Ａ、Ｂが両方とも計測された場合は問題が
無いが、角速度ωが大き過ぎて（点Ａの属する３６０度
の計測範囲から点Ｂがはみ出し）、２回転目、３回転目
で点Ｂが計測された場合、何らかの補正をしないと、１
回転３６０度の範囲で点Ａ、Ｂが両方とも計測された場
合と区別が付かない。従って、このような場合には、角
速度が不当に低く評価される可能性がある。
度の範囲で点Ａ、Ｂが両方とも計測された場合は問題が
無いが、角速度ωが大き過ぎて（点Ａの属する３６０度
の計測範囲から点Ｂがはみ出し）、２回転目、３回転目
で点Ｂが計測された場合、何らかの補正をしないと、１
回転３６０度の範囲で点Ａ、Ｂが両方とも計測された場
合と区別が付かない。従って、このような場合には、角
速度が不当に低く評価される可能性がある。
【００２２】ところで、円板状のスリット板を用いた別
のデジタル方式の光学式回転角度センサとして、インク
リメンタルエンコーダが実用化されている。インクリメ
ンタルエンコーダは、円板の外周部分に等間隔で高密度
に放射状のスリットを形成したスリット板を使用する。
そして、スリット板を挟んで配置したフォトインタラプ
タの出力のＯＮ−ＯＦＦからパルスが形成され、パルス
カウントによってスリット板の回転角度が求められる。
のデジタル方式の光学式回転角度センサとして、インク
リメンタルエンコーダが実用化されている。インクリメ
ンタルエンコーダは、円板の外周部分に等間隔で高密度
に放射状のスリットを形成したスリット板を使用する。
そして、スリット板を挟んで配置したフォトインタラプ
タの出力のＯＮ−ＯＦＦからパルスが形成され、パルス
カウントによってスリット板の回転角度が求められる。
【００２３】インクリメンタルエンコーダによれば、パ
ルス周期を計測して、スリット板の刻々の角速度ωを容
易に演算できる。しかし、スリット板のどの回転位置で
も一様なパルスが出力されるのみであるから、原点位置
を定めないと、スリット板の回転位置が特定されない問
題がある。
ルス周期を計測して、スリット板の刻々の角速度ωを容
易に演算できる。しかし、スリット板のどの回転位置で
も一様なパルスが出力されるのみであるから、原点位置
を定めないと、スリット板の回転位置が特定されない問
題がある。
【００２４】そこで、図５(a) のスリット板の外周部分
に等間隔で高密度にスリットを形成して、インクリメン
タルエンコーダを組み合わせた複合型の回転角度センサ
が提案された。アナログ出力電圧からスリット板の回転
角度θを特定し、インクリメンタルエンコーダから角速
度ωを求める。
に等間隔で高密度にスリットを形成して、インクリメン
タルエンコーダを組み合わせた複合型の回転角度センサ
が提案された。アナログ出力電圧からスリット板の回転
角度θを特定し、インクリメンタルエンコーダから角速
度ωを求める。
【００２５】しかし、この場合、回転角度センサの出力
が２系統となり、回転角度センサから出力判定用の演算
装置まで並列な２系統の線路を設ける必要がある。ま
た、スリット板の直径が拡張され、新たにフォトインタ
ラプタやその駆動回路が配置される等、機構部分の設計
上の制約が増して、回転角度センサの構成が大型化、複
雑化する。
が２系統となり、回転角度センサから出力判定用の演算
装置まで並列な２系統の線路を設ける必要がある。ま
た、スリット板の直径が拡張され、新たにフォトインタ
ラプタやその駆動回路が配置される等、機構部分の設計
上の制約が増して、回転角度センサの構成が大型化、複
雑化する。
【００２６】本発明は、刻々の回転位置と角速度を信頼
性高く計測でき、出力が１系統で済み、フォトインタラ
プタ等を新たに追加しないで構成できる「回転速度を計
測可能な光方式回転角度センサ」を提供することを目的
とする。
性高く計測でき、出力が１系統で済み、フォトインタラ
プタ等を新たに追加しないで構成できる「回転速度を計
測可能な光方式回転角度センサ」を提供することを目的
とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】図１は、実施例の光方式
回転角度センサの説明図である。図１の構成部材に付し
た記号を参照して、請求項１の回転速度を計測可能な光
方式回転角度センサが説明される。ただし、請求項１の
発明は、図１に示される態様（特にスリット溝の渦巻き
形状および範囲）には限定されない。
回転角度センサの説明図である。図１の構成部材に付し
た記号を参照して、請求項１の回転速度を計測可能な光
方式回転角度センサが説明される。ただし、請求項１の
発明は、図１に示される態様（特にスリット溝の渦巻き
形状および範囲）には限定されない。
【００２８】図１において、請求項１の回転速度を計測
可能な光方式回転角度センサは、回転角に応じて半径方
向に開口位置が移動するスリットを設けたスリット板１
２と、前記スリット板１２を挟んで発光手段と対向し、
前記スリット板１２のほぼ半径方向に伸びた受光部１２
Ｊを備え、前記発光手段の照射光が前記スリットを通過
して形成する照射スポットの位置に応じた出力変化を発
生する光位置検出手段４４と、前記光位置検出手段４４
の出力変化から、前記スリット板１２の回転角に応じた
アナログ電圧を形成する回路手段と、を有する光方式回
転角度センサにおいて、前記スリットを、前記スリット
板１２上に配置した二重の渦巻き線ｒ1、ｒ2 を、前記
スリット板１２の単位の回転角ごとに交互に選択して開
口させたスリット１２Ｍ、１２Ｎとしたものである。
可能な光方式回転角度センサは、回転角に応じて半径方
向に開口位置が移動するスリットを設けたスリット板１
２と、前記スリット板１２を挟んで発光手段と対向し、
前記スリット板１２のほぼ半径方向に伸びた受光部１２
Ｊを備え、前記発光手段の照射光が前記スリットを通過
して形成する照射スポットの位置に応じた出力変化を発
生する光位置検出手段４４と、前記光位置検出手段４４
の出力変化から、前記スリット板１２の回転角に応じた
アナログ電圧を形成する回路手段と、を有する光方式回
転角度センサにおいて、前記スリットを、前記スリット
板１２上に配置した二重の渦巻き線ｒ1、ｒ2 を、前記
スリット板１２の単位の回転角ごとに交互に選択して開
口させたスリット１２Ｍ、１２Ｎとしたものである。
【００２９】
【作用】図１において、請求項１の回転速度を計測可能
な光方式回転角度センサでは、スリット板１２が単位の
回転角回転するごとに、出力のアナログ電圧が不連続か
つ階段状に変化する。そして、スリット板１２の回転に
伴って、ＡＣ成分を含むアナログ電圧が出力される。
な光方式回転角度センサでは、スリット板１２が単位の
回転角回転するごとに、出力のアナログ電圧が不連続か
つ階段状に変化する。そして、スリット板１２の回転に
伴って、ＡＣ成分を含むアナログ電圧が出力される。
【００３０】従って、出力のアナログ電圧をＡＣカプリ
ングに通して、アナログ電圧を分離すれば、角速度ωに
応じた交流出力を抽出できる。光方式回転角度センサの
出力を利用する側では、この交流出力の周波数または波
長を計測して、刻々の角速度ωに換算できる。
ングに通して、アナログ電圧を分離すれば、角速度ωに
応じた交流出力を抽出できる。光方式回転角度センサの
出力を利用する側では、この交流出力の周波数または波
長を計測して、刻々の角速度ωに換算できる。
【００３１】一方、出力のアナログ電圧は、回転角度の
検出範囲において、１つの値が１つの角度位置に対応し
ており、従来と同様に、アナログ電圧を計測して刻々の
回転位置を特定できる。換言すれば、スリット板１２に
おけるスリット１２Ｍ、１２Ｎは、回転角度の検出範囲
を通じて、光位置検出手段１４の受光部１４Ｊの同じ位
置に光を照射させない。そのような形式に、渦巻き線ｒ
1 、ｒ2 が選択されている。
検出範囲において、１つの値が１つの角度位置に対応し
ており、従来と同様に、アナログ電圧を計測して刻々の
回転位置を特定できる。換言すれば、スリット板１２に
おけるスリット１２Ｍ、１２Ｎは、回転角度の検出範囲
を通じて、光位置検出手段１４の受光部１４Ｊの同じ位
置に光を照射させない。そのような形式に、渦巻き線ｒ
1 、ｒ2 が選択されている。
【００３２】例えば、図１(b) の出力は、受光部１４Ｊ
の長さＬのうち、Ｌ／２づつに渦巻き線ｒ1 、ｒ2 を割
り当てる。しかし、渦巻き線ｒ1 で利用されない受光部
１４Ｊの照射位置、すなわち、スリット１２Ｎで現れな
いアナログ電圧を利用する別の割り当て方法を採用して
もよい。例えば、渦巻き線ｒ1 、ｒ2 の関数を共通とし
て、始点を１単位の回転角だけずらせる。
の長さＬのうち、Ｌ／２づつに渦巻き線ｒ1 、ｒ2 を割
り当てる。しかし、渦巻き線ｒ1 で利用されない受光部
１４Ｊの照射位置、すなわち、スリット１２Ｎで現れな
いアナログ電圧を利用する別の割り当て方法を採用して
もよい。例えば、渦巻き線ｒ1 、ｒ2 の関数を共通とし
て、始点を１単位の回転角だけずらせる。
【００３３】
【実施例】図１は、実施例の光方式回転角度センサの説
明図、図２は光方式回転角度センサの使用例の説明図、
図３は光方式回転角度センサの回路構成の説明図であ
る。図１中、(a) はスリット板、(b) は出力を示す。こ
こでは、基本的に、図４(a)のＰＳＤを用いた光方式回
転角度センサにおいて、スリット板のスリット形状を変
化させて実施例を構成する。また、ＰＳＤを用いた光方
式回転角度センサの動作原理は、図４(b) で説明したと
おりである。従って、図４(a) 、(b) の説明と重複する
部分については、詳細な説明を省略する。
明図、図２は光方式回転角度センサの使用例の説明図、
図３は光方式回転角度センサの回路構成の説明図であ
る。図１中、(a) はスリット板、(b) は出力を示す。こ
こでは、基本的に、図４(a)のＰＳＤを用いた光方式回
転角度センサにおいて、スリット板のスリット形状を変
化させて実施例を構成する。また、ＰＳＤを用いた光方
式回転角度センサの動作原理は、図４(b) で説明したと
おりである。従って、図４(a) 、(b) の説明と重複する
部分については、詳細な説明を省略する。
【００３４】図１(a) において、スリット板１２には、
１周３６０度の計測範囲に相当させて、単位の回転角度
１５度ごとに、スリット１２Ｍ、１２Ｎが交互に配置さ
れている。スリット１２Ｍを乗せた渦巻き線ｒ1 とスリ
ット１２Ｎを乗せた渦巻き線ｒ2 は、共通な関数、 ｒ＝Ｋ・θ＋ｒ0 Ｋ：定数 …(1b) に定めてある。
１周３６０度の計測範囲に相当させて、単位の回転角度
１５度ごとに、スリット１２Ｍ、１２Ｎが交互に配置さ
れている。スリット１２Ｍを乗せた渦巻き線ｒ1 とスリ
ット１２Ｎを乗せた渦巻き線ｒ2 は、共通な関数、 ｒ＝Ｋ・θ＋ｒ0 Ｋ：定数 …(1b) に定めてある。
【００３５】ただし、渦巻き線ｒ1 は、０＜θ＜３６０
度、渦巻き線ｒ2 は、３６０度＜θ＜７２０度の範囲で
(1b)式の関数を使用している。従って、ＰＳＤ１４の受
光部１４Ｊの長さＬのうち、内側のＬ／２がスリット１
２Ｎ、外側のＬ／２がスリット１２Ｍに割り当てられ、
スリット板が１５度回転するごとに、受光部１４Ｊにお
ける光の照射位置がＬ／２だけ不連続に飛躍する。そし
て、スリット板がさらに１５度回転して次の飛躍に至る
まで、光の照射位置は連続的に変化する。
度、渦巻き線ｒ2 は、３６０度＜θ＜７２０度の範囲で
(1b)式の関数を使用している。従って、ＰＳＤ１４の受
光部１４Ｊの長さＬのうち、内側のＬ／２がスリット１
２Ｎ、外側のＬ／２がスリット１２Ｍに割り当てられ、
スリット板が１５度回転するごとに、受光部１４Ｊにお
ける光の照射位置がＬ／２だけ不連続に飛躍する。そし
て、スリット板がさらに１５度回転して次の飛躍に至る
まで、光の照射位置は連続的に変化する。
【００３６】図１(b) において、スリット板１２が１５
度回転するごとに、光方式回転角度センサの出力電圧値
Ｅは、受光部１４ＪのＬ／２に相当する電圧だけ階段状
に変化する。また、出力電圧値Ｅは、スリット板１２の
３６０度の範囲で、回転角度に一対一に対応している。
度回転するごとに、光方式回転角度センサの出力電圧値
Ｅは、受光部１４ＪのＬ／２に相当する電圧だけ階段状
に変化する。また、出力電圧値Ｅは、スリット板１２の
３６０度の範囲で、回転角度に一対一に対応している。
【００３７】図２において、実施例の光方式回転角度セ
ンサは、自動車のスロットル開度センサに応用される。
光方式回転角度センサの出力電圧Ｅは、自動車側の制御
用演算装置（以下、ＥＣＵ：Electronic Control Unit
と呼ぶ）に接続される。スロットル開度センサでは、図
１(a) のスリット板のうち、０〜９０度の範囲だけを使
用する。
ンサは、自動車のスロットル開度センサに応用される。
光方式回転角度センサの出力電圧Ｅは、自動車側の制御
用演算装置（以下、ＥＣＵ：Electronic Control Unit
と呼ぶ）に接続される。スロットル開度センサでは、図
１(a) のスリット板のうち、０〜９０度の範囲だけを使
用する。
【００３８】ＥＣＵ２６は、光方式回転角度センサの回
路部２５から出力される出力電圧値（アナログ電圧）Ｅ
を読み取って、０〜９０度の範囲の１つの回転角度に換
算するとともに、出力電圧値Ｅから分離した交流成分の
波長を計測して、刻々の角速度ωに換算する。
路部２５から出力される出力電圧値（アナログ電圧）Ｅ
を読み取って、０〜９０度の範囲の１つの回転角度に換
算するとともに、出力電圧値Ｅから分離した交流成分の
波長を計測して、刻々の角速度ωに換算する。
【００３９】エンジンの給気管２１には、バルブ軸２３
に固定して設けたスロットルバルブ２２が配置される。
バルブ軸２３は、光方式回転角度センサの回転軸４１に
連結され、スロットルバルブ２２の回転角がスリット板
１２の回転角となる。
に固定して設けたスロットルバルブ２２が配置される。
バルブ軸２３は、光方式回転角度センサの回転軸４１に
連結され、スロットルバルブ２２の回転角がスリット板
１２の回転角となる。
【００４０】回路部２５は、機構部４０のＰＳＤ４４の
出力変化から、アナログ電圧の出力電圧Ｅを形成する。
回路部２５は、図３を参照して後で説明するように、機
構部４０に必要な電圧を供給し、ＬＥＤ４３を制御する
等の機能も備える。
出力変化から、アナログ電圧の出力電圧Ｅを形成する。
回路部２５は、図３を参照して後で説明するように、機
構部４０に必要な電圧を供給し、ＬＥＤ４３を制御する
等の機能も備える。
【００４１】ＥＣＵ２６のＡＤコンバータ２８は、出力
電圧Ｅをデジタル値に変換してマイコン回路２９に入力
させる。マイコン回路２９は、このデジタル値を用いて
出力電圧Ｅを読取り、０〜９０度の範囲の特定の角度に
換算する。
電圧Ｅをデジタル値に変換してマイコン回路２９に入力
させる。マイコン回路２９は、このデジタル値を用いて
出力電圧Ｅを読取り、０〜９０度の範囲の特定の角度に
換算する。
【００４２】ＥＣＵ２６のＡＣカプリング２７は、出力
電圧Ｅからアナログ電圧成分を分離して角速度ωに応じ
た交流出力を抽出し、マイコン回路２９の入力形式に適
合させたインクリメンタルパルスに変換する。マイコン
回路２９は、このインクリメンタルパスルの周期を計測
して、刻々の角速度ωに換算する。
電圧Ｅからアナログ電圧成分を分離して角速度ωに応じ
た交流出力を抽出し、マイコン回路２９の入力形式に適
合させたインクリメンタルパルスに変換する。マイコン
回路２９は、このインクリメンタルパスルの周期を計測
して、刻々の角速度ωに換算する。
【００４３】図３において、回路部２５では、ＬＥＤ４
３の発光出力を調節して（Ｉ1 ＋Ｉ 2 ）を一定に保ちな
がら、（Ｉ1 −Ｉ2 ）に応じたアナログ電圧を形成し、
出力電圧Ｅとして出力する。電流Ｉ1 、Ｉ2 は電圧変換
され、変換された電圧の和を基準電圧Ｖ1 に比較して、
（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）を一定に保つ。機構部４０の内部構造
（ＬＥＤ４３、ＰＳＤ４４、スリット板１２等）は、図
４および図１で説明したとおりである。
３の発光出力を調節して（Ｉ1 ＋Ｉ 2 ）を一定に保ちな
がら、（Ｉ1 −Ｉ2 ）に応じたアナログ電圧を形成し、
出力電圧Ｅとして出力する。電流Ｉ1 、Ｉ2 は電圧変換
され、変換された電圧の和を基準電圧Ｖ1 に比較して、
（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）を一定に保つ。機構部４０の内部構造
（ＬＥＤ４３、ＰＳＤ４４、スリット板１２等）は、図
４および図１で説明したとおりである。
【００４４】ＰＳＤ４４の両端から出力される電流
Ｉ1 、Ｉ2 は、一対のオペアンプ３１、３２によって、
それぞれの電流値に比例した電圧値に変換される。オペ
アンプ３１、３２の出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 は、バイアス電
圧Ｖ1 と抵抗値Ｒ3 に依存しており、 Ｅ1 ＝Ｖ1 −Ｉ1 ×Ｒ3 …(3) Ｅ2 ＝Ｖ1 −Ｉ2 ×Ｒ3 …(4) となる。
Ｉ1 、Ｉ2 は、一対のオペアンプ３１、３２によって、
それぞれの電流値に比例した電圧値に変換される。オペ
アンプ３１、３２の出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 は、バイアス電
圧Ｖ1 と抵抗値Ｒ3 に依存しており、 Ｅ1 ＝Ｖ1 −Ｉ1 ×Ｒ3 …(3) Ｅ2 ＝Ｖ1 −Ｉ2 ×Ｒ3 …(4) となる。
【００４５】そして、オペアンプ３１、３２の出力電圧
Ｅ1 、Ｅ2 は、それぞれ抵抗Ｒ4 を通じてオペアンプ３
３で加算される。オペアンプ３３は、出力電圧Ｅ1 、Ｅ
2 の和を基準電圧Ｖ4 に比較して、トランジスタＴ１の
ベース電流を調節する。トランジスタＴ１は、ＬＥＤ４
３に流れ込む電流値を変化させて、ＬＥＤ４３の光出力
を増減する。
Ｅ1 、Ｅ2 は、それぞれ抵抗Ｒ4 を通じてオペアンプ３
３で加算される。オペアンプ３３は、出力電圧Ｅ1 、Ｅ
2 の和を基準電圧Ｖ4 に比較して、トランジスタＴ１の
ベース電流を調節する。トランジスタＴ１は、ＬＥＤ４
３に流れ込む電流値を変化させて、ＬＥＤ４３の光出力
を増減する。
【００４６】すなわち、オペアンプ３３は、出力電圧Ｅ
1 、Ｅ2 の和が基準電圧Ｖ4 よりも低ければ、ＬＥＤ４
３の光出力を増大させて電流Ｉ1 、Ｉ2 を増加させる
が、出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 の和が基準電圧Ｖ4 よりも高け
れば、ＬＥＤ４３の光出力を減じて電流Ｉ1 、Ｉ2 を低
下させる。このようにして、出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 の和を
基準電圧Ｖ4 に一致させる。
1 、Ｅ2 の和が基準電圧Ｖ4 よりも低ければ、ＬＥＤ４
３の光出力を増大させて電流Ｉ1 、Ｉ2 を増加させる
が、出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 の和が基準電圧Ｖ4 よりも高け
れば、ＬＥＤ４３の光出力を減じて電流Ｉ1 、Ｉ2 を低
下させる。このようにして、出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 の和を
基準電圧Ｖ4 に一致させる。
【００４７】ところで、オペアンプ３１、３２の出力電
圧Ｅ1 、Ｅ2 は、また、抵抗Ｒ1 を通じて、オペアンプ
３４に減算入力される。オペアンプ３４は、出力電圧Ｅ
1 、Ｅ2 の差を増幅した電圧にバイアス電圧Ｖ3 を加算
してアナログ電圧の出力電圧Ｅを形成し、出力端子に出
力させる。出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 の差の増幅率は、抵抗Ｒ
1 、Ｒ2 の比で決定される。
圧Ｅ1 、Ｅ2 は、また、抵抗Ｒ1 を通じて、オペアンプ
３４に減算入力される。オペアンプ３４は、出力電圧Ｅ
1 、Ｅ2 の差を増幅した電圧にバイアス電圧Ｖ3 を加算
してアナログ電圧の出力電圧Ｅを形成し、出力端子に出
力させる。出力電圧Ｅ1 、Ｅ2 の差の増幅率は、抵抗Ｒ
1 、Ｒ2 の比で決定される。
【００４８】Ｖcc端子を通じて、図２のＥＣＵ２６か
ら、光方式回転角度センサの回路部２５に駆動用の電源
電圧が供給される。ＧＮＤ端子３９は、ＥＣＵ２６の接
地レベルに接続される。Ｖcc電位と接地電位の間に直列
配置した抵抗Ｒ5 、Ｒ6 は、バイアス電圧Ｖ5 を形成し
て、ＰＳＤ４４に印加する。
ら、光方式回転角度センサの回路部２５に駆動用の電源
電圧が供給される。ＧＮＤ端子３９は、ＥＣＵ２６の接
地レベルに接続される。Ｖcc電位と接地電位の間に直列
配置した抵抗Ｒ5 、Ｒ6 は、バイアス電圧Ｖ5 を形成し
て、ＰＳＤ４４に印加する。
【００４９】このように構成された光方式回転角度セン
サでは、オペアンプ３３が（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）を一定に維持
させた状態で、オペアンプ３４が（Ｉ1 −Ｉ2 ）に応じ
た出力電圧Ｅを出力する。このとき、Ｉ0 ＝Ｉ1 ＋Ｉ2
と置くと、オペアンプ３４の出力電圧Ｅは、 Ｅ＝（Ｒ1 ／Ｒ2 ）×２Ｉ0 ×Ｒ3 ×（Ｉ1 −Ｉ2 ）／２Ｉ0 ＋Ｖ3 …(5) となる。
サでは、オペアンプ３３が（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）を一定に維持
させた状態で、オペアンプ３４が（Ｉ1 −Ｉ2 ）に応じ
た出力電圧Ｅを出力する。このとき、Ｉ0 ＝Ｉ1 ＋Ｉ2
と置くと、オペアンプ３４の出力電圧Ｅは、 Ｅ＝（Ｒ1 ／Ｒ2 ）×２Ｉ0 ×Ｒ3 ×（Ｉ1 −Ｉ2 ）／２Ｉ0 ＋Ｖ3 …(5) となる。
【００５０】そして、この(5) 式に、(2) 式を変形した
ｘ／Ｌ＝（Ｉ1 −Ｉ2 ）／２Ｉ0 の関係を代入すると、
ＰＳＤ２４の光の照射点を示す（ｘ／Ｌ）を用いて、 Ｅ＝（Ｒ1 ／Ｒ2 ）×２Ｉ0 ×Ｒ3 ×（ｘ／Ｌ）＋Ｖ3 …(6) の関係が得られる。
ｘ／Ｌ＝（Ｉ1 −Ｉ2 ）／２Ｉ0 の関係を代入すると、
ＰＳＤ２４の光の照射点を示す（ｘ／Ｌ）を用いて、 Ｅ＝（Ｒ1 ／Ｒ2 ）×２Ｉ0 ×Ｒ3 ×（ｘ／Ｌ）＋Ｖ3 …(6) の関係が得られる。
【００５１】なお、実施例では、光位置検出手段として
ＰＳＤ４４を使用したが、光位置検出手段は、光の照射
位置に応じた出力変化が取り出せる別の素子、例えば、
ラインセンサ等で置き換えてもよい。
ＰＳＤ４４を使用したが、光位置検出手段は、光の照射
位置に応じた出力変化が取り出せる別の素子、例えば、
ラインセンサ等で置き換えてもよい。
【００５２】
【発明の効果】請求項１の回転速度を計測可能な光方式
回転角度センサによれば、出力されるアナログ電圧から
刻々の角度位置が特定されると同時に、同じアナログ電
圧から直接、刻々のスリット板の回転速度を計測でき
る。
回転角度センサによれば、出力されるアナログ電圧から
刻々の角度位置が特定されると同時に、同じアナログ電
圧から直接、刻々のスリット板の回転速度を計測でき
る。
【００５３】従って、図５のように、一定の時間間隔を
置いて間欠的に角速度ωを求める場合に比較して、特定
の瞬間の角速度ωをより正確に計測でき、角速度ωが変
化している場合や、角速度ωが非常に大きい場合でも、
その変化や大きさに追従した信頼性の高い計測が可能で
ある。
置いて間欠的に角速度ωを求める場合に比較して、特定
の瞬間の角速度ωをより正確に計測でき、角速度ωが変
化している場合や、角速度ωが非常に大きい場合でも、
その変化や大きさに追従した信頼性の高い計測が可能で
ある。
【００５４】また、刻々の角度位置θと角速度ωを計測
できるにもかかわらず、回転角度センサの出力系統は１
系統で済み、回転角度センサから出力判定用の演算装置
までの線路数や、演算装置側における入力端子数が節約
される。
できるにもかかわらず、回転角度センサの出力系統は１
系統で済み、回転角度センサから出力判定用の演算装置
までの線路数や、演算装置側における入力端子数が節約
される。
【００５５】さらに、スリット板の直径を拡張する必要
がなく、新たにフォトインタラプタやその駆動回路を設
ける必要もないから、インクリメンタルエンコーダを組
み合わせた複合型の回転角度センサに比較して、機構部
分や回路部を通じた設計上の自由度が増し、回転角度セ
ンサの構成を簡略化、小型化、軽量化することが容易で
ある。
がなく、新たにフォトインタラプタやその駆動回路を設
ける必要もないから、インクリメンタルエンコーダを組
み合わせた複合型の回転角度センサに比較して、機構部
分や回路部を通じた設計上の自由度が増し、回転角度セ
ンサの構成を簡略化、小型化、軽量化することが容易で
ある。
【００５６】さらに、図５の従来の光方式回転角度セン
サから、スリット板の交換のみで構成でき、アナログ電
圧を形成する回路部はもちろんのこと、出力線路、出力
判定用の演算装置等もほとんどそのまま利用できるか
ら、部品共通化等を通じて光方式回転角度センサの製作
コストを低減でき、従来の光方式回転角度センサを置き
換える場合でも、取付けコスト、変更コストがほとんど
不要である。
サから、スリット板の交換のみで構成でき、アナログ電
圧を形成する回路部はもちろんのこと、出力線路、出力
判定用の演算装置等もほとんどそのまま利用できるか
ら、部品共通化等を通じて光方式回転角度センサの製作
コストを低減でき、従来の光方式回転角度センサを置き
換える場合でも、取付けコスト、変更コストがほとんど
不要である。
【図１】実施例の光方式回転角度センサの説明図であ
る。
る。
【図２】光方式回転角度センサの使用例の説明図であ
る。
る。
【図３】光方式回転角度センサの回路構成の説明図であ
る。
る。
【図４】従来の光方式回転角度センサの説明図である。
【図５】従来の光方式回転角度センサの説明図である。
１２ スリット板 ４１ 回転軸 ４４ ＰＳＤ １２Ｍ スリット １２Ｎ スリット ４４Ｊ 受光部 ｒ1 渦巻き線 ｒ2 渦巻き線
Claims (1)
- 【請求項１】 回転角に応じて半径方向に開口位置が移
動するスリットを設けたスリット板（１２）と、 前記スリット板（１２）を挟んで発光手段と対向し、前
記スリット板（１２）のほぼ半径方向に伸びた受光部
（１４Ｊ）を備え、前記発光手段の照射光が前記スリッ
トを通過して形成する照射スポットの位置に応じた出力
変化を発生する光位置検出手段（４４）と、 前記光位置検出手段（４４）の出力変化から、前記スリ
ット板（１２）の回転角に応じたアナログ電圧を形成す
る回路手段と、を有する光方式回転角度センサにおい
て、 前記スリットは、 前記スリット板（１２）上に配置した二重の渦巻き線
（ｒ1 、ｒ2 ）を、前記スリット板（１２）の単位の回
転角ごとに交互に選択して開口させたスリット（１２
Ｍ、１２Ｎ）であることを特徴とする回転速度を計測可
能な光方式回転角度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5277104A JPH07128090A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 回転速度を計測可能な光方式回転角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5277104A JPH07128090A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 回転速度を計測可能な光方式回転角度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07128090A true JPH07128090A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17578839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5277104A Withdrawn JPH07128090A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 回転速度を計測可能な光方式回転角度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07128090A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008038922A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Honda Motor Co Ltd | 車両用変速装置のシフトドラム駆動装置 |
| JP2011514547A (ja) * | 2008-02-08 | 2011-05-06 | リアルアイズ ゲーエムベーハー | 写真素材の露出のための装置および方法 |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP5277104A patent/JPH07128090A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008038922A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Honda Motor Co Ltd | 車両用変速装置のシフトドラム駆動装置 |
| JP2011514547A (ja) * | 2008-02-08 | 2011-05-06 | リアルアイズ ゲーエムベーハー | 写真素材の露出のための装置および方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010130 |