JPH085406A - Rotation angle detecting apparatus - Google Patents
Rotation angle detecting apparatusInfo
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- JPH085406A JPH085406A JP13914894A JP13914894A JPH085406A JP H085406 A JPH085406 A JP H085406A JP 13914894 A JP13914894 A JP 13914894A JP 13914894 A JP13914894 A JP 13914894A JP H085406 A JPH085406 A JP H085406A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、車両のエンジンのスロ
ットルバルブの開閉角或いはステアリングの回転角等を
検出する回転角検出装置に係り、特に、回転角と回転角
速度の両方を同時に検出できる回転角検出装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation angle detection device for detecting an opening / closing angle of a throttle valve of a vehicle engine or a rotation angle of a steering wheel, and more particularly to a rotation angle detecting device capable of detecting both a rotation angle and a rotation angular velocity at the same time. The present invention relates to an angle detector.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６は光位置検出素子による位置検出原
理を説明するための図で、（ａ）は光位置検出素子の等
価回路、（ｂ）は光位置検出素子からのセンサ出力の取
り出し方法を説明する図である。以下、図を用いて説明
する。１は光の照射位置を検出する光位置検出素子（以
下、ＰＳＤと称す）で、セラミック基板上に一種のｐｉ
ｎダイオードが構成されている。その等価回路はＰＳＤ
１の両端のアノードＡ1 、Ａ2 間に抵抗Ｒが形成され、
光の照射によりフォトダイオードＤが導通状態となると
共に、ＰＳＤ１に対する光照射点がフォトダイオードＤ
と抵抗Ｒの接続点ａに対応していると見做される。光の
照射により両アノードＡ1 、Ａ2 にはアノード電流
Ｉ1 、Ｉ2 が出力される（ＰＳＤの中央部に光が照射さ
れたときはＩ1 ＝Ｉ2 となる）。そして、検出回路でＰ
ＳＤ１の両端のアノードＡ1 、Ａ2 から出力されたアノ
ード電流Ｉ1 、Ｉ2 を増幅し、式（１）により光の照射
位置ｘ（ＰＳＤ１の中央部からの変位）が算出される。2. Description of the Related Art FIGS. 6A and 6B are views for explaining the principle of position detection by an optical position detecting element. FIG. 6A is an equivalent circuit of the optical position detecting element, and FIG. It is a figure explaining a method. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. Reference numeral 1 denotes a light position detection element (hereinafter referred to as PSD) that detects a light irradiation position, which is a kind of pi on a ceramic substrate.
An n diode is configured. The equivalent circuit is PSD
A resistor R is formed between the anodes A 1 and A 2 at both ends of 1 .
The photodiode D becomes conductive by the light irradiation, and the light irradiation point on the PSD1 is the photodiode D.
Is considered to correspond to the connection point a of the resistor R. By the light irradiation, anode currents I 1 and I 2 are output to both anodes A 1 and A 2 (I 1 = I 2 when the central portion of the PSD is irradiated with light). Then, in the detection circuit, P
The anode currents I 1 and I 2 output from the anodes A 1 and A 2 at both ends of SD1 are amplified, and the light irradiation position x (displacement from the central portion of PSD1) is calculated by Expression (1).
【０００３】 ｘ＝（Ｌ／２）×（Ｉ1 −Ｉ2 ）÷（Ｉ1 ＋Ｉ2 ） ・・・・・ 式（１） 実際の回路では、ＰＳＤ１のアノード出力Ｉ1 、Ｉ2 を
増幅器１５、１６に入力して増幅後、Ｉ1 ＋Ｉ2 を一定
となるようにして、両出力を差動増幅器１７に入力して
Ｉ1 〜Ｉ2 の差に比例した出力（以下、この出力をセン
サ出力と称す）を外部に取り出す。X = (L / 2) × (I 1 −I 2 ) ÷ (I 1 + I 2 ) Equation (1) In an actual circuit, the anode outputs I 1 and I 2 of the PSD 1 are amplified. After inputting to 15 and 16 and amplifying, I 1 + I 2 is kept constant, both outputs are input to the differential amplifier 17, and an output proportional to the difference between I 1 and I 2 (hereinafter, this output is (Referred to as sensor output) is taken out.
【０００４】図７は従来の回転角検出装置の構造を示す
図で、（ａ）は機構部を示す図、（ｂ）はスリット板を
示す図である。図８は光位置検出素子による回転角及び
回転角速度の検出方法を説明するための図で、（ａ）は
光位置検出素子の出力から回転角への変換方法を説明す
る図、（ｂ）は回転角から回転角速度への変換方法を説
明する図である。以下、図を用いて説明する。7A and 7B are views showing the structure of a conventional rotation angle detecting device, FIG. 7A is a view showing a mechanical portion, and FIG. 7B is a view showing a slit plate. 8A and 8B are views for explaining a method of detecting a rotation angle and a rotation angular velocity by the light position detection element, FIG. 8A is a view for explaining a method of converting an output of the light position detection element into a rotation angle, and FIG. It is a figure explaining the conversion method from a rotation angle to a rotation angular velocity. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.
【０００５】３はアルミ板等で形成された円板状のスリ
ット板で、回転角θと回転中心からの距離ｒの関係をス
リットにした光透過部３１、光透過部３１以外の光を遮
断する光遮断部３２及び回転機構２に連結される軸孔３
３で構成される。２はスリット板３をその中心の周りに
回転させる回転機構である。通常はこの回転機構２にス
ロットルバルブ等の被測定物の回転軸が連結される。５
はスリット板３に対向して配設されたＬＥＤ等の光源で
ある。１はスリット板３に対向して光源５と反対側に配
設されたＰＳＤで、スリット板３の光透過部３１を透過
した光の位置に対応した電流が出力される。出力端子と
してアノードＡ1 、Ａ2 及びカソードＫが設けられてい
る。尚、ＰＳＤ１は図７（ｂ）のごとく回転機構２の回
転方向に対して直交（即ち、半径方向）するように配置
されている。Reference numeral 3 denotes a disc-shaped slit plate formed of an aluminum plate or the like, which blocks the light other than the light transmitting portion 31 and the light transmitting portion 31 in which the relation between the rotation angle θ and the distance r from the rotation center is slit. The light blocking portion 32 and the shaft hole 3 connected to the rotating mechanism
3 Reference numeral 2 denotes a rotating mechanism that rotates the slit plate 3 around its center. Normally, the rotating shaft of the object to be measured such as a throttle valve is connected to the rotating mechanism 2. 5
Is a light source such as an LED arranged so as to face the slit plate 3. Reference numeral 1 denotes a PSD that is arranged opposite to the slit plate 3 and on the side opposite to the light source 5, and outputs a current corresponding to the position of the light transmitted through the light transmitting portion 31 of the slit plate 3. Anodes A 1 and A 2 and a cathode K are provided as output terminals. The PSD 1 is arranged so as to be orthogonal (that is, radial direction) to the rotation direction of the rotation mechanism 2 as shown in FIG. 7B.
【０００６】次に、回転角検出装置の動作について述べ
る。回転角θに対応してスリット板３が回転機構２によ
り回転されると、スリット板３に形成された回転角θと
回転中心からの距離ｒの関係を示すスリットの光透過部
３１も回転する。従って、光源５から光透過部３１を透
過した光は、ＰＳＤ１上では回転角θに対応したスリッ
ト位置ｒに照射される。この照射位置ｒに対応してＰＳ
Ｄ１ではアノード電流Ｉ1 、Ｉ2 が出力され、前述のご
とくＰＳＤ１の中央部からの変位ｘが求められる。回転
中心からＰＳＤ１の中央部までの距離をｒ0 とすると、
スリット位置ｒは式（２）により導かれる。Next, the operation of the rotation angle detecting device will be described. When the slit plate 3 is rotated by the rotating mechanism 2 in accordance with the rotation angle θ, the light transmitting portion 31 of the slit, which shows the relationship between the rotation angle θ formed on the slit plate 3 and the distance r from the rotation center, also rotates. . Therefore, the light transmitted from the light source 5 through the light transmitting portion 31 is applied to the slit position r corresponding to the rotation angle θ on the PSD 1. PS corresponding to this irradiation position r
At D1, the anode currents I 1 and I 2 are output, and the displacement x from the central portion of PSD1 is obtained as described above. If the distance from the center of rotation to the center of PSD1 is r 0 ,
The slit position r is derived by the equation (2).
【０００７】 スリット位置ｒ＝ｒ0 ＋ｘ ・・・・・ 式（２） また、予めスリットの光透過部３１は回転角θとスリッ
ト位置ｒを対応させて形成しているので、図８（ａ）の
ごとくＰＳＤ出力（センサ出力）から回転角θが求めら
れる。また、回転角速度ωは図８（ａ）のごとく、時刻
ｔ1 における回転角θ1 と時刻ｔ2 における回転角θ2
をそれぞれ求めて、式（３）により回転角速度を算出す
ることができる。Slit position r = r 0 + x (2) Since the light transmission part 31 of the slit is formed in advance so that the rotation angle θ corresponds to the slit position r, FIG. ), The rotation angle θ is obtained from the PSD output (sensor output). Further, the rotation angular velocity ω as in FIG. 8 (a), the rotation angle in the rotation angle theta 1 and the time t 2 at time t 1 theta 2
And the rotational angular velocity can be calculated by the equation (3).
【０００８】 回転角速度ω＝（θ2 −θ1 ）÷（ｔ2 −ｔ1 ） ・・・・・ 式（３） 尚、上記において、スリット板３とＰＳＤ１の間隔は光
源５とスリット板３の間隔に比べて無視できるほど小さ
いものとして、スリットの光透過部の位置ｒはＰＳＤ１
上でも同じｒと見做している（必要ならば、拡大分だけ
予めスリットの光透過部の位置ｒを補正すればよい）。Rotational angular velocity ω = (θ 2 −θ 1 ) ÷ (t 2 −t 1 ) Equation (3) In the above, the distance between the slit plate 3 and the PSD 1 is the light source 5 and the slit plate 3. The position r of the light transmission part of the slit is PSD1
It is considered to be the same r as above (if necessary, the position r of the light transmitting portion of the slit may be corrected in advance by the enlargement).
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上述の方法では、回転
角θは直接求めることはできるが、回転角速度ωを求め
るには式（３）により算出する必要がある。ところが、
このようにして算出した回転角速度ωはｔ1 〜ｔ2 の平
均回転角速度であり、一定の間隔でサンプリングされ間
欠的に求められる回転角速度である。サンプリング間隔
Δｔ（即ち、ｔ2 −ｔ1 ）を長くすれば瞬時の回転角速
度との誤差が大きくなり、また、サンプリング間隔を短
くすれば回転角の差Δθ（即ち、θ2 −θ1 ）が小さく
なり誤差が生じやすく、結果として回転角速度の精度が
悪くなる。さらに、サンプリング間隔を短くすれば演算
処理の回数が増え回路が高価になるという問題がある。In the above method, the rotation angle θ can be directly calculated, but the rotation angular velocity ω must be calculated by the equation (3). However,
The rotational angular velocity ω thus calculated is the average rotational angular velocity from t 1 to t 2 , and is the rotational angular velocity that is sampled at regular intervals and is obtained intermittently. If the sampling interval Δt (that is, t 2 −t 1 ) is lengthened, the error from the instantaneous rotation angular velocity becomes large, and if the sampling interval is shortened, the difference in rotation angle Δθ (that is, θ 2 −θ 1 ) becomes. The error tends to be small, and as a result, the accuracy of the rotational angular velocity deteriorates. Further, if the sampling interval is shortened, the number of calculation processes increases and the circuit becomes expensive.
【００１０】また、回転角速度ωを求める別の方法とし
て、前記スリット板のスリット部の外側の円周上に、回
転角に対応して光透過部と光遮断部の対からなる第２の
スリット部を設け、第２のスリット部を挟んで別の光源
と受光器を対向させ、スリット板の回転により受光器か
ら出力されるパルスをカウントする方法がある。しか
し、この方法では単位時間当たりに出力されるパルス数
から回転角速度は容易に判明するが、回転方向を知るた
めには複雑な処理が必要になり、また、光源、受光器等
の部品が別に必要となる。As another method for obtaining the rotation angular velocity ω, a second slit formed of a pair of a light transmitting portion and a light blocking portion corresponding to the rotation angle is provided on the outer circumference of the slit portion of the slit plate. There is a method in which a light source and a light source are opposed to each other with the second slit portion sandwiched between them, and the pulses output from the light receiver are counted by rotating the slit plate. However, in this method, the rotational angular velocity is easily found from the number of pulses output per unit time, but complicated processing is required to know the rotational direction, and parts such as the light source and the light receiver are separately provided. Will be needed.
【００１１】本発明は、簡単な構造で安価に回転角と回
転角速度の両方を同時に測定できる回転角検出装置を提
供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a rotation angle detecting device which has a simple structure and can inexpensively measure both the rotation angle and the rotation angular velocity at the same time.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転中心から回転角に対応して隔てられた
位置に光透過スリットが設けられたスリット板と、駆動
軸に連動して前記スリット板を回転させる手段と、前記
スリット板に対向して配設された光源と、前記スリット
板に対向して前記光源の反対側に配設された前記スリッ
ト板の略半径方向に伸びた受光部を備え、該受光部に光
が照射されたとき、該受光部における光の照射位置に応
じた信号を出力する光位置検出素子とで構成されてなる
回転角検出装置において、前記光透過スリットを前記ス
リット板上で回転角に対応して複数の光透過スリットに
分割するスリット分割手段を有することを特徴とするも
のである。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention interlocks with a drive shaft and a slit plate provided with a light transmitting slit at a position separated from the center of rotation corresponding to the angle of rotation. Means for rotating the slit plate, a light source arranged to face the slit plate, and a radial direction of the slit plate arranged on the opposite side of the light source to face the slit plate. And a light position detecting element that outputs a signal according to the light irradiation position of the light receiving unit when the light receiving unit is irradiated with light. It is characterized in that it has slit dividing means for dividing the transmission slit into a plurality of light transmission slits on the slit plate in accordance with a rotation angle.
【００１３】また、前記スリット分割手段が前記スリッ
ト板上に重ねられた前記スリット板の回転軸を中心とし
て回転角に対応して光透過部と光遮断部が交互に放射状
に形成されたマスクで構成されてなることを特徴とする
ものである。また、回転中心から回転角に対応して隔て
られた位置に光透過スリットが設けられたスリット板
と、駆動軸に連動して前記スリット板を回転させる手段
と、前記スリット板に対向して配設された光源と、前記
スリット板に対向して前記光源の反対側に配設された前
記スリット板の略半径方向に伸びた受光部を備え、該受
光部に光が照射されたとき、該受光部における光の照射
位置に応じた信号を出力する光位置検出素子とで構成さ
れてなる回転角検出装置において、前記光位置検出素子
上に前記スリット板の回転軸の回転角に対応して前記光
位置検出素子の長さ方向に光透過部と光遮断部が交互に
形成されてなることを特徴とするものである。Further, the slit dividing means is a mask in which light transmitting portions and light blocking portions are alternately and radially formed corresponding to a rotation angle about a rotation axis of the slit plate stacked on the slit plate. It is characterized by being configured. Further, a slit plate having a light transmitting slit provided at a position separated from the center of rotation corresponding to the rotation angle, a means for rotating the slit plate in conjunction with a drive shaft, and a slit plate facing the slit plate. A light source provided, and a light receiving portion that extends in a substantially radial direction of the slit plate disposed on the opposite side of the light source facing the slit plate, when the light receiving portion is irradiated with light, In a rotation angle detection device configured with a light position detection element that outputs a signal according to the irradiation position of light in the light receiving unit, in correspondence with the rotation angle of the rotation axis of the slit plate on the light position detection element. It is characterized in that light transmitting portions and light blocking portions are alternately formed in the length direction of the light position detecting element.
【００１４】また、前記光位置検出素子の出力信号中の
パルスを計測するパルス計測手段と、前記光位置検出素
子の出力信号の波高を検出するレベル検出回路とを有す
ることを特徴とするものである。また、前記光位置検出
素子の出力信号中のパルスを一定の波高に揃えるコンパ
レータと、前記コンパレータにより波高が一定に揃えら
れたパルスを計測するパルス計測手段と、前記光位置検
出素子の出力信号の断続部を平滑にする平滑回路と、前
記平滑回路により平滑化された信号の波高を検出するレ
ベル検出回路とを有することを特徴とするものであ
る。。Further, it is characterized by comprising pulse measuring means for measuring a pulse in the output signal of the optical position detecting element and a level detecting circuit for detecting the wave height of the output signal of the optical position detecting element. is there. Further, a comparator that aligns the pulses in the output signal of the optical position detecting element to a constant wave height, a pulse measuring unit that measures the pulse whose wave height is uniformly aligned by the comparator, and an output signal of the optical position detecting element. It is characterized by comprising a smoothing circuit for smoothing the interrupted portion and a level detecting circuit for detecting the wave height of the signal smoothed by the smoothing circuit. .
【００１５】[0015]
【作用】本発明によれば、光源から出た光はスリット板
の回転により回転角に対応して回転中心からの位置が異
なり、所定の角度を単位として分割されたスリット（光
透過部）を通過して光位置検出素子上に到達する。スリ
ット分割手段がスリットを分割することにより、光位置
検出素子からは分割されたスリットの光透過部ではスリ
ット位置ｒに対応した出力が、光遮断部では出力が０と
なるパルスが出力される。According to the present invention, the light emitted from the light source has a different position from the center of rotation corresponding to the rotation angle due to the rotation of the slit plate, and the slit (light transmitting portion) divided by a predetermined angle is used. It passes through and reaches the optical position detecting element. When the slit dividing means divides the slit, the light position detecting element outputs a pulse corresponding to the slit position r at the light transmitting portion of the divided slit and a pulse having an output of 0 at the light blocking portion.
【００１６】また、スリット分割手段が連続した光透過
部を有するスリットと回転軸を中心として放射状に光透
過部と光遮断部からなる１対のマスクを重ね合わせるこ
とにより連続した光透過部を有するスリットを所定の角
度を単位として分割できるので、前述と同様にパルス状
の出力が得られる。また、連続した光透過部を有するス
リットと光位置検出素子上に所定の間隔で光位置検出素
子の長さ方向に回転角に対応して光透過部と光遮断部を
設けることにより、連続した光透過スリットを透過した
光は光位置検出素子上で所定の角度を単位として透過又
と遮断されるので、前述と同様にパルス状の出力が得ら
れる。Further, the slit dividing means has a continuous light transmitting portion by superposing a pair of masks consisting of a slit having a continuous light transmitting portion and a light transmitting portion and a light blocking portion radially around the rotation axis. Since the slit can be divided in units of a predetermined angle, a pulsed output can be obtained as described above. Further, by providing a light transmitting portion and a light blocking portion corresponding to the rotation angle in the length direction of the light position detecting element at a predetermined interval on the slit having the light transmitting portion and the light position detecting element, it is possible to achieve continuous operation. The light transmitted through the light transmission slit is transmitted or blocked on the optical position detection element in units of a predetermined angle, so that a pulsed output is obtained as in the above.
【００１７】また、パルス計測手段が出力信号中のパル
ス数（又は周波数）を計測して回転角速度ωに変換す
る。また、レベル検出回路がパルス状の出力信号の波高
を回転角θに（ｒに対応する）変換する。これにより回
転角と回転角速度の両方が得られる。また、コンパレー
タが出力信号のパルスの波高を一定にし、さらに、パル
ス計測手段がその波高の一定なパルスのパルス数（又は
周波数）を計測して回転角速度ωに変換する。パルスの
波高が一定にされているためにパルス計数（又は周波数
測定）の精度が向上する。また、平滑回路が断続したア
ナログ出力を連続した出力に変換し、さらに、レベル検
出回路が連続したアナログ信号の波高を回転角θに（ｒ
に対応する）変換する。これにより回転角と回転角速度
の両方が得られる。Further, the pulse measuring means measures the number of pulses (or frequency) in the output signal and converts it into the rotational angular velocity ω. Further, the level detection circuit converts the wave height of the pulsed output signal into the rotation angle θ (corresponding to r). This gives both a rotation angle and a rotation angular velocity. Further, the comparator makes the pulse height of the pulse of the output signal constant, and further, the pulse measuring means measures the pulse number (or frequency) of the pulse having the constant pulse height and converts it into the rotational angular velocity ω. Since the pulse height is constant, the accuracy of pulse counting (or frequency measurement) is improved. Further, the smoothing circuit converts the intermittent analog output into a continuous output, and the level detection circuit further converts the continuous wave height of the analog signal into the rotation angle θ (r
Convert (corresponding to). This gives both a rotation angle and a rotation angular velocity.
【００１８】[0018]
【実施例】図１は本発明の第１の実施例の回転角検出装
置の構造を示す平面図である。図２は本発明の第１の実
施例の回転角検出装置の演算処理部を示すブロック図で
ある。以下、図を用いて説明する。４はアルミ板等で形
成された円板状のスリット板で、回転角θと回転中心か
らの距離ｒが所望の関係をもち、さらに複数の所定の角
度を単位として分割されたスリットにした光透過部４
１、光透過部４１以外の光を遮断する光遮断部４２及び
回転機構２に連結される軸孔４３で構成される。２はス
リット板４をその中心の周りに回転させる回転機構であ
る。通常はこの回転機構２にスロットルバルブ等の被測
定物の回転軸が連結される。５はスリット板４に対向し
て配設されたＬＥＤ等の光源である。１はスリット板４
に対向して光源５と反対側に配設されたＰＳＤで、光透
過部４１を透過した光の位置に対応した電流が出力され
る。出力端子としてアノードＡ1 、Ａ2 及びカソードＫ
が設けられている。尚、ＰＳＤ１は図１（ｂ）のごとく
回転機構２の回転方向に対して直交（即ち、半径方向）
するように配置されている。また、ＰＳＤの構造及び動
作原理は従来と全く同じであるため詳細な説明は省略す
る。1 is a plan view showing the structure of a rotation angle detecting apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an arithmetic processing unit of the rotation angle detecting device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. Reference numeral 4 denotes a disc-shaped slit plate formed of an aluminum plate or the like, which has a desired relationship between the rotation angle θ and the distance r from the rotation center, and is a slit light divided into a plurality of predetermined angles. Transmission part 4
1, a light blocking portion 42 for blocking light other than the light transmitting portion 41, and a shaft hole 43 connected to the rotating mechanism 2. Reference numeral 2 is a rotating mechanism for rotating the slit plate 4 around its center. Normally, the rotating shaft of the object to be measured such as a throttle valve is connected to the rotating mechanism 2. Reference numeral 5 is a light source such as an LED arranged so as to face the slit plate 4. 1 is a slit plate 4
An electric current corresponding to the position of the light transmitted through the light transmitting portion 41 is output by the PSD disposed opposite to the light source 5 on the opposite side. Anodes A 1 and A 2 and cathode K as output terminals
Is provided. The PSD 1 is orthogonal to the rotation direction of the rotating mechanism 2 (that is, the radial direction) as shown in FIG. 1B.
It is arranged to. Further, since the structure and operation principle of the PSD are exactly the same as the conventional one, detailed description will be omitted.
【００１９】次に、本発明の第１の実施例の回転角検出
装置の動作について述べる。回転角θに対応してスリッ
ト板４が回転機構２により回転されると、円板上に形成
された回転角θと出力ｒの関係を示す複数の所定の角度
を単位として分割されたスリットの光透過部４１を透過
した光は、ＰＳＤ１上では回転角θに対応したスリット
位置ｒに照射される。この照射位置に対応してＰＳＤ１
のアノード電流Ｉ1 、Ｉ2 が出力される。Next, the operation of the rotation angle detecting device according to the first embodiment of the present invention will be described. When the slit plate 4 is rotated by the rotating mechanism 2 in correspondence with the rotation angle θ, the slits divided into a plurality of predetermined angles indicating the relationship between the rotation angle θ and the output r formed on the disc. The light transmitted through the light transmitting portion 41 is applied to the slit position r corresponding to the rotation angle θ on the PSD 1. PSD1 corresponding to this irradiation position
Of the anode currents I 1 and I 2 are output.
【００２０】この出力は図６（ｂ）に示されるように、
２つの増幅器１５、１６によりそれぞれ増幅された電圧
として出力され、さらに、差動増幅器１７に入力されて
両者の差の電圧に比例した出力が取り出される。この出
力電圧が演算処理装置（以下、ＥＣＵと称す）６に入力
される。ここで、本例の分割されたスリットの光透過部
４１に光が照射されると、その部分からはＰＳＤ１上で
は回転角θに対応して電圧が出力される。一方、分割さ
れたスリットの光遮断部４２に光が照射されると、その
部分からは電圧は出力されない。その結果、回転角θと
センサ出力の関係は図２（ａ）のごとく、アナログ成分
の信号レベルが回転角θに対応し、出力のある部分とな
い部分がスリット板４の光透過部４１と光遮断部４２に
対応する不連続なアナログ波形となる。This output is as shown in FIG.
The amplified voltage is output by each of the two amplifiers 15 and 16, and is further input to the differential amplifier 17, and an output proportional to the voltage of the difference between the two is taken out. This output voltage is input to an arithmetic processing unit (hereinafter referred to as ECU) 6. Here, when the light transmitting portion 41 of the divided slits of this example is irradiated with light, a voltage corresponding to the rotation angle θ is output from that portion on the PSD 1. On the other hand, when the light blocking portion 42 of the divided slit is irradiated with light, no voltage is output from that portion. As a result, the relationship between the rotation angle θ and the sensor output is as shown in FIG. 2A, the signal level of the analog component corresponds to the rotation angle θ, and the portion with and without the output is the light transmitting portion 41 of the slit plate 4. A discontinuous analog waveform corresponding to the light blocking section 42 is obtained.
【００２１】ＥＣＵ６はＰＳＤ１からの出力を処理する
もので、パルス計測部６１、Ａ／Ｄコンバータ６２及び
演算部６３で構成されている。パルス計測器６１は出力
電圧からアナログ電圧分を分離して回転角速度ωに応じ
た交流出力を抽出し、演算部６３でパルスの周期を計測
して回転角速度ωに変換する。Ａ／Ｄコンバータ６２は
センサ出力をデジタル値に変換して演算部６３に入力し
てセンサ出力より回転角θに換算する。尚、光遮断部で
の出力のない部分のアナログ値は、直前に出力されたア
ナログ値が用いられる。The ECU 6 processes the output from the PSD 1, and is composed of a pulse measuring section 61, an A / D converter 62 and a computing section 63. The pulse measuring device 61 separates an analog voltage component from the output voltage to extract an AC output corresponding to the rotational angular velocity ω, and the arithmetic unit 63 measures the pulse period to convert it into the rotational angular velocity ω. The A / D converter 62 converts the sensor output into a digital value and inputs it to the arithmetic unit 63 to convert the sensor output into a rotation angle θ. The analog value output immediately before is used as the analog value of the part where there is no output in the light blocking section.
【００２２】以上のように本実施例では、回転角θに対
応してスリット板４の中心からの距離ｒに光透過部４１
と光遮断部４２よりなる１対のスリットを形成すること
により出力される不連続なアナログ信号を、ＥＣＵ６で
波高とパルス間隔を計測することにより回転角θと回転
角速度ωを同時に検出できる。図３は本発明の第２の実
施例の回転角検出装置の演算処理装置を示すブロック図
である。以下、図を用いて説明する。尚、本例は第１の
実施例と演算処理部が異なるのみであるので、回転機構
部、スリット部の説明は省略する。As described above, in this embodiment, the light transmitting portion 41 is located at the distance r from the center of the slit plate 4 in correspondence with the rotation angle θ.
The rotation angle θ and the rotation angular velocity ω can be simultaneously detected by measuring the wave height and the pulse interval of the discontinuous analog signal output by forming a pair of slits composed of the light blocking section 42. FIG. 3 is a block diagram showing an arithmetic processing unit of a rotation angle detecting device according to a second embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. Since the present embodiment is different from the first embodiment only in the arithmetic processing unit, the description of the rotation mechanism unit and the slit unit will be omitted.
【００２３】本例の分割されたスリットの光透過部４１
に光が照射されると、その部分からはＰＳＤ１上では回
転角θに対応してセンサから電圧が出力される。一方、
分割されたスリットの光遮断部４２に光が照射される
と、その部分からは電圧は出力されない。その結果、回
転角θとセンサ出力の関係は図３（ｂ）のごとく、アナ
ログ成分の波高が回転角θに対応し、出力のある部分と
ない部分がスリット板４の光透過部４１と光遮断部４２
に対応する不連続なアナログ波形となる。The light transmitting portion 41 of the divided slit of this example
When light is emitted to the sensor, a voltage is output from the sensor from the sensor corresponding to the rotation angle θ on the PSD 1 from that portion. on the other hand,
When the light blocking portion 42 of the divided slit is irradiated with light, no voltage is output from that portion. As a result, the relationship between the rotation angle θ and the sensor output is as shown in FIG. 3B, the wave height of the analog component corresponds to the rotation angle θ, and the portion with and without the output is the light transmitting portion 41 of the slit plate 4 and the light. Blocking unit 42
It becomes a discontinuous analog waveform corresponding to.
【００２４】ＥＣＵ７はＰＳＤ１からの出力を処理する
もので、パルス信号を処理するコンパレータ７１、パル
ス計測部７４と、アナログ信号を処理するサンプルホー
ルド回路７２、バッファ回路７４、Ａ／Ｄコンバータ７
５、及び演算部７６で構成されている。コンパレータ７
１は出力電圧からアナログ電圧分を分離して回転角速度
ωに応じた交流出力を抽出し、波高の異なるパルス信号
を波高の一定なパルスに変換する。このパルス出力（図
３（ｄ）参照）がパルス計測器７４に入力され、演算部
７６でパルスの周期を計測して回転角速度ωに変換す
る。波高の一定なパルスに変換してパルス間隔（又は周
波数）を計測することにより回転角速度の精度が向上す
る。The ECU 7 processes the output from the PSD 1, and includes a comparator 71 for processing a pulse signal, a pulse measuring section 74, a sample hold circuit 72 for processing an analog signal, a buffer circuit 74 and an A / D converter 7.
5 and a calculation unit 76. Comparator 7
Reference numeral 1 separates an analog voltage component from the output voltage, extracts an AC output corresponding to the rotational angular velocity ω, and converts a pulse signal having a different wave height into a pulse having a constant wave height. This pulse output (see FIG. 3D) is input to the pulse measuring device 74, and the arithmetic unit 76 measures the pulse period and converts it into the rotational angular velocity ω. The accuracy of the rotational angular velocity is improved by converting the pulse into constant pulses and measuring the pulse interval (or frequency).
【００２５】サンプルホールド回路７２、バッファ回路
７３はパルス状のセンサ出力を保持するとともに、平滑
にして連続したアナログ出力に変換する。Ａ／Ｄコンバ
ータ７５は出力電圧をデジタル値に変換して演算部７６
に入力して出力電圧より回転角θに換算する。この方法
により不連続な出力信号が連続したアナログ信号（図３
（ｃ）参照）として変換されるのでＥＣＵ７の負荷が軽
減できる。The sample hold circuit 72 and the buffer circuit 73 hold the pulsed sensor output and smooth it to convert it into a continuous analog output. The A / D converter 75 converts the output voltage into a digital value, and the arithmetic unit 76
Input to and convert the output voltage to rotation angle θ. With this method, an analog signal in which a discontinuous output signal is continuous (see FIG.
(See (c)), the load on the ECU 7 can be reduced.
【００２６】以上のように本実施例では、ＰＳＤから出
力される不連続なアナログ信号が演算処理装置で連続し
たアナログ信号に変換されて回転角に変換される。ま
た、波高の一定なパルスに変換してパルス間隔を計測す
ることにより回転角速度の精度が向上する。図４は本発
明の第３の実施例の回転角検出装置のスリット板のスリ
ット部を示す図である。以下、図を用いて説明する。
尚、本例は第１又は第２の実施例とスリット板の構造が
異なるのみであるので、回転機構部、演算処理部の説明
は省略する。As described above, in this embodiment, the discontinuous analog signal output from the PSD is converted into a continuous analog signal by the arithmetic processing unit and converted into a rotation angle. Further, the accuracy of the rotational angular velocity is improved by converting the pulse into a pulse having a constant wave height and measuring the pulse interval. FIG. 4 is a diagram showing a slit portion of a slit plate of a rotation angle detecting device according to a third embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.
Since the present embodiment is different from the first or second embodiment only in the structure of the slit plate, the description of the rotation mechanism section and the arithmetic processing section will be omitted.
【００２７】３はアルミ板等で形成された円板状のスリ
ット板で、回転角θと回転中心からの距離ｒが所望の関
係を有するスリットからなる光透過部３１、光透過部３
１以外の光を遮断する光遮断部３２及び回転機構２に連
結される軸孔３３で構成される。８はフィルム上にスリ
ット板３の回転軸を中心として放射状に、光透過部８１
と光遮断部８２が交互に形成され、また回転機構２に連
結される軸孔３３（マスク８をスリット板３に貼付すれ
ば必ずしも回転機構２に連結する必要はない）が形成さ
れたマスクである。仮に、マスク８の光透過部８１と光
遮断部８２の１対が例えば円周角で１°相当するように
形成されておれば、出力パルス１個が回転角１°に相当
する。Reference numeral 3 denotes a disc-shaped slit plate made of an aluminum plate or the like, and the light transmitting portion 31 and the light transmitting portion 3 are slits having a desired relationship between the rotation angle θ and the distance r from the rotation center.
The light blocking unit 32 blocks light other than 1 and a shaft hole 33 connected to the rotation mechanism 2. Reference numeral 8 indicates a light transmitting portion 81 radially on the film about the rotation axis of the slit plate 3.
And a light blocking portion 82 are formed alternately, and a shaft hole 33 (not necessarily connected to the rotating mechanism 2 if the mask 8 is attached to the slit plate 3) connected to the rotating mechanism 2 is formed in the mask. is there. If one pair of the light transmitting portion 81 and the light blocking portion 82 of the mask 8 is formed so as to correspond to a circumferential angle of 1 °, for example, one output pulse corresponds to a rotation angle of 1 °.
【００２８】マスク８は写真製版の他、印刷等の方法も
可能であり、また、材料としてはガラス等の光透過材料
でもよい。その他、アルミ等の薄い金属板に化学エッチ
ング等により放射状のスリットを形成してもよい。この
マスク８がスリット板３に接着等により重ねられること
により、スリット板３の光透過部３１とマスク８の光透
過部８１の両方が重なった部分のみが光源からの光を透
過させる。その結果、スリット板３の連続したスリット
の光透過部３１は光遮断部８２により分割される。The mask 8 can be formed by a method such as printing other than photoengraving, and the material may be a light transmitting material such as glass. Alternatively, radial slits may be formed on a thin metal plate such as aluminum by chemical etching or the like. By overlapping the mask 8 on the slit plate 3 by adhesion or the like, only the overlapping portion of the light transmitting portion 31 of the slit plate 3 and the light transmitting portion 81 of the mask 8 transmits the light from the light source. As a result, the light transmitting portion 31 of the continuous slits of the slit plate 3 is divided by the light blocking portion 82.
【００２９】以上のように本実施例では、連続したスリ
ットの光透過部３１を有するスリット板３に、放射状に
光透過部８１と光遮断部８２からなるマスク８を重ね、
一体化することにより安価に分割された光透過スリット
を構成することができる。図５は本発明の第４の実施例
の回転角検出装置のスリット板のスリット部、ＰＳＤの
受光部を示す図である。以下、図を用いて説明する。
尚、本例は第１又は第２の実施例とスリット部が異なる
のみであるので、回転機構部、演算処理部の説明は省略
する。As described above, in this embodiment, the mask 8 composed of the light transmitting portions 81 and the light blocking portions 82 is radially overlapped on the slit plate 3 having the light transmitting portions 31 of continuous slits.
By integrating them, it is possible to configure the light-transmitting slit divided at low cost. FIG. 5 is a diagram showing a slit portion of a slit plate and a light receiving portion of a PSD of a rotation angle detecting device according to a fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.
Since the present embodiment is different from the first or second embodiment only in the slit portion, the description of the rotation mechanism portion and the arithmetic processing portion will be omitted.
【００３０】３はアルミ板等で形成された円板状のスリ
ット板で、回転角θと回転中心からの距離ｒの関係をス
リットにした光透過部３１、光透過部３１以外の光を遮
断する光遮断部３２及び回転機構２に連結される軸孔３
３で構成される。９はＰＳＤ１上に印刷により長さ方向
に所定の間隔で複数の光遮断部９２が形成されたマスク
である。尚、マスクは光透過部、光遮断部が写真製版に
より形成されたフイルム又は化学エッチングにより形成
された金属板で、ＰＳＤ１上に貼付してもよい。Reference numeral 3 denotes a disc-shaped slit plate formed of an aluminum plate or the like, which blocks the light other than the light transmitting portion 31 and the light transmitting portion 31 in which the relation between the rotation angle θ and the distance r from the rotation center is a slit. The light blocking portion 32 and the shaft hole 3 connected to the rotating mechanism
3 A mask 9 has a plurality of light blocking portions 92 formed on the PSD 1 by printing at predetermined intervals in the length direction. The mask may be a film in which the light transmitting portion and the light blocking portion are formed by photolithography or a metal plate formed by chemical etching, and may be attached on the PSD 1.
【００３１】連続したスリットの光透過部３１を透過し
た光はスリット板３が回転するに従ってＰＳＤ１の半径
方向に移動し、ＰＳＤ１上のマスク９の光透過部９１上
と光遮断部９２上に交互に到達する。光透過部９２に光
が照射したときはＰＳＤ１から出力されるが、光遮断部
９２に光が照射したときは出力されない。仮に、光透過
部９１と光遮断部９２からなる１対がスリット板３の回
転角１°に対応するように形成されておれば、出力パル
ス１個が回転角１°に相当する。The light transmitted through the light transmitting portion 31 of the continuous slits moves in the radial direction of PSD1 as the slit plate 3 rotates, and alternates on the light transmitting portion 91 and the light blocking portion 92 of the mask 9 on the PSD1. To reach. The light is emitted from the PSD 1 when the light transmitting portion 92 is irradiated with light, but is not output when the light shielding portion 92 is irradiated with light. If one pair of the light transmitting portion 91 and the light blocking portion 92 is formed to correspond to the rotation angle of 1 ° of the slit plate 3, one output pulse corresponds to the rotation angle of 1 °.
【００３２】以上のように本実施例では、ＰＳＤ１上に
長さ方向に、所定の間隔で複数の光透過部９１と光遮断
部９２からなるマスクを印刷することにより、スリット
板３を通過した光を回転角θに対応したパルスとして出
力でき、かつ、安価な装置が得られる。As described above, in this embodiment, a mask made up of a plurality of light transmitting portions 91 and light blocking portions 92 is printed on the PSD 1 in the lengthwise direction at predetermined intervals to pass through the slit plate 3. Light can be output as a pulse corresponding to the rotation angle θ, and an inexpensive device can be obtained.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転角に対応して回転中心からの距離にスリットを設
け、さらに、そのスリットを分割することにより、不連
続なアナログ出力が得られる。この出力のアナログ値か
ら回転角が、パルス周期から回転角速度が同時に得られ
る。As described above, according to the present invention,
A slit is provided at a distance from the center of rotation corresponding to the rotation angle, and the slit is divided to obtain a discontinuous analog output. From the analog value of this output, the rotation angle and the pulse period simultaneously obtain the rotation angular velocity.
【００３４】また、サンプルホールド回路、バッファ回
路によりアナログ出力が平滑化され連続したアナログ出
力が得られる。また、コンパレータによりパルスの波高
が一定になり回転角速度の精度が向上する。また、連続
した光透過スリットと放射状の複数の光透過部と光遮断
部を有するマスクを重ねることにより、分離された光透
過スリットが安価にできる。Further, the analog output is smoothed by the sample hold circuit and the buffer circuit, and a continuous analog output is obtained. Further, the pulse height of the pulse is made constant by the comparator, and the accuracy of the rotational angular velocity is improved. Further, by stacking a continuous light transmitting slit, a mask having a plurality of radial light transmitting portions, and a light blocking portion, the separated light transmitting slits can be manufactured at low cost.
【００３５】また、連続した光透過スリットとＰＳＤの
受光部上に、その長さ方向に複数の光透過部と光遮断部
を有するマスクを形成することにより、パルス状の出力
が得られ、装置が安価にできる。Further, by forming a mask having a plurality of light transmitting portions and light shielding portions in the length direction on the continuous light transmitting slit and the light receiving portion of the PSD, a pulsed output can be obtained, and the device can be obtained. Can be made cheaper.
【図１】本発明の第１の実施例の回転角検出装置の機構
部を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a mechanical portion of a rotation angle detection device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例の回転角検出装置の演算
処理部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an arithmetic processing unit of the rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例の回転角検出装置の演算
処理部を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an arithmetic processing unit of a rotation angle detection device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施例の回転角検出装置のスリ
ット板を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a slit plate of a rotation angle detection device according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第４の実施例の回転角検出装置のスリ
ット板を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a slit plate of a rotation angle detection device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】光位置検出素子の動作原理を説明するための図
である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operating principle of the optical position detecting element.
【図７】従来の回転角検出装置を説明するための図であ
る。FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional rotation angle detection device.
【図８】回転角及び回転角速度の検出方法を説明するた
めの図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a method of detecting a rotation angle and a rotation angular velocity.
１・・・光位置検出素子（ＰＳＤ） ２・・・回転機構 ３、４・・・スリット板 ５・・・光源（ＬＥＤ） ６、７・・・演算処理部 ８、９・・・マスク 1 ... Optical position detection element (PSD) 2 ... Rotation mechanism 3, 4 ... Slit plate 5 ... Light source (LED) 6, 7 ... Arithmetic processing unit 8, 9 ... Mask
Claims (5)
た位置に光透過スリットが設けられたスリット板と、 駆動軸に連動して前記スリット板を回転させる手段と、 前記スリット板に対向して配設された光源と、 前記スリット板に対向して前記光源の反対側に配設され
た前記スリット板の略半径方向に伸びた受光部を備え、
該受光部に光が照射されたとき、該受光部における光の
照射位置に応じた信号を出力する光位置検出素子とで構
成されてなる回転角検出装置において、 前記光透過スリットを前記スリット板上で回転角に対応
して複数の光透過スリットに分割するスリット分割手段
を有することを特徴とする回転角検出装置。1. A slit plate having a light transmission slit provided at a position separated from a rotation center corresponding to a rotation angle, a means for rotating the slit plate in association with a drive shaft, and a slit plate facing the slit plate. A light source disposed in a manner, and a light receiving portion that extends in a substantially radial direction of the slit plate disposed on the opposite side of the light source facing the slit plate,
A rotation angle detection device comprising a light position detection element that outputs a signal according to the irradiation position of light in the light receiving unit when the light receiving unit is irradiated with light. A rotation angle detecting device having slit dividing means for dividing the above into a plurality of light transmitting slits corresponding to the rotation angle.
上に重ねられた前記スリット板の回転軸を中心として回
転角に対応して光透過部と光遮断部が交互に放射状に形
成されたマスクで構成されてなることを特徴とする請求
項１記載の回転角検出装置。2. The mask, wherein the slit dividing means is a mask in which light transmitting portions and light blocking portions are alternately and radially formed in correspondence with a rotation angle about a rotation axis of the slit plate stacked on the slit plate. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device is configured.
た位置に光透過スリットが設けられたスリット板と、 駆動軸に連動して前記スリット板を回転させる手段と、 前記スリット板に対向して配設された光源と、 前記スリット板に対向して前記光源の反対側に配設され
た前記スリット板の略半径方向に伸びた受光部を備え、
該受光部に光が照射されたとき、該受光部における光の
照射位置に応じた信号を出力する光位置検出素子とで構
成されてなる回転角検出装置において、 前記光位置検出素子上に前記スリット板の回転軸の回転
角に対応して前記光位置検出素子の長さ方向に光透過部
と光遮断部が交互に形成されてなることを特徴とする回
転角検出装置。3. A slit plate provided with a light transmitting slit at a position separated from a rotation center corresponding to a rotation angle, a means for rotating the slit plate in association with a drive shaft, and a member facing the slit plate. A light source disposed in a manner, and a light receiving portion that extends in a substantially radial direction of the slit plate disposed on the opposite side of the light source facing the slit plate,
In a rotation angle detecting device comprising a light position detecting element that outputs a signal according to the light irradiation position in the light receiving section when the light receiving section is irradiated with light, A rotation angle detecting device, wherein light transmitting portions and light blocking portions are alternately formed in the length direction of the light position detecting element in correspondence with the rotation angle of the rotation axis of the slit plate.
スを計測するパルス計測手段と、 前記光位置検出素子の出力信号の波高を検出するレベル
検出回路とを有することを特徴とする請求項１記載又は
請求項２記載又は請求項３記載の回転角検出装置。4. A pulse measuring means for measuring a pulse in an output signal of the optical position detecting element, and a level detecting circuit for detecting a wave height of the output signal of the optical position detecting element. The rotation angle detection device according to claim 1, claim 2, or claim 3.
スを一定の波高に揃えるコンパレータと、前記コンパレ
ータにより波高が一定に揃えられたパルスを計測するパ
ルス計測手段と、 前記光位置検出素子の出力信号の断続部を平滑にする平
滑回路と、前記平滑回路により平滑化された信号の波高
を検出するレベル検出回路とを有することを特徴とする
請求項１記載又は請求項２記載又は請求項３記載の回転
角検出装置。5. A comparator for aligning the pulses in the output signal of the optical position detecting element with a constant wave height, a pulse measuring means for measuring the pulse with a uniform wave height by the comparator, and the optical position detecting element 3. A smoothing circuit for smoothing an interrupted portion of an output signal, and a level detecting circuit for detecting a wave height of a signal smoothed by the smoothing circuit, according to claim 1 or claim 2 or claim 3. The rotation angle detection device according to item 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13914894A JPH085406A (en) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Rotation angle detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13914894A JPH085406A (en) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Rotation angle detecting apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH085406A true JPH085406A (en) | 1996-01-12 |
Family
ID=15238690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13914894A Withdrawn JPH085406A (en) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Rotation angle detecting apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH085406A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109269446A (en) * | 2018-10-30 | 2019-01-25 | 广西玉柴机器股份有限公司 | A kind of full-automatic thrust shaft-cup thrust surface roundlet angle measurement tool |
-
1994
- 1994-06-21 JP JP13914894A patent/JPH085406A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109269446A (en) * | 2018-10-30 | 2019-01-25 | 广西玉柴机器股份有限公司 | A kind of full-automatic thrust shaft-cup thrust surface roundlet angle measurement tool |
| CN109269446B (en) * | 2018-10-30 | 2020-08-14 | 广西玉柴机器股份有限公司 | Full-automatic thrust shaft cap thrust surface small round angle measuring tool |
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