JPH11295020A - 回転角検出器 - Google Patents
回転角検出器Info
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- JPH11295020A JPH11295020A JP10489398A JP10489398A JPH11295020A JP H11295020 A JPH11295020 A JP H11295020A JP 10489398 A JP10489398 A JP 10489398A JP 10489398 A JP10489398 A JP 10489398A JP H11295020 A JPH11295020 A JP H11295020A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の回転角センサでは、小さい可動角で回
転する回転軸の微小角を高分解能で検出するとセンサが
大きくなり、省スペースで機器に搭載することが困難で
あるという問題があった。 【解決手段】 回転側フレームに設けられ回転軸ととも
に回転する楕円状の磁性体と、静止側フレームに保持さ
れ回転中心に対称に設置された二つの磁気素子を備え、
可動角内における磁性体の回転に応じた磁束変化を検出
することにより、回転軸の回転角を検出する。
転する回転軸の微小角を高分解能で検出するとセンサが
大きくなり、省スペースで機器に搭載することが困難で
あるという問題があった。 【解決手段】 回転側フレームに設けられ回転軸ととも
に回転する楕円状の磁性体と、静止側フレームに保持さ
れ回転中心に対称に設置された二つの磁気素子を備え、
可動角内における磁性体の回転に応じた磁束変化を検出
することにより、回転軸の回転角を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転軸の回転角
を検出する回転角検出器に関し、特に小さい可動角で回
転軸を回動させるような回転駆動機構で用いられる回転
角検出器に関するものである。
を検出する回転角検出器に関し、特に小さい可動角で回
転軸を回動させるような回転駆動機構で用いられる回転
角検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７、８に、従来の回転角検出器の適用
例として、回転駆動機構を有しカメラの視軸を安定化さ
せる撮像装置に適用した一例を示す。
例として、回転駆動機構を有しカメラの視軸を安定化さ
せる撮像装置に適用した一例を示す。
【０００３】図において、２は撮像装置を航空機、車両
等の移動体に取り付けるためのジンバルベース、３はジ
ンバルベース２に固定され内輪が自由に回動可能な旋回
軸受、４は旋回軸受３の内輪に固定された旋回軸を備え
た旋回フレーム、５は旋回フレーム４に固定され内輪が
自由に回動可能な俯仰軸受、６は俯仰軸受５の内輪に固
定された俯仰軸を備えた俯仰フレーム、７は俯仰フレー
ム６に固定され内輪が自由に回動可能なピッチ軸受、８
はピッチ軸受７の内輪に固定されたピッチ軸を備え小さ
い可動角で回動可能なピッチフレーム、９はピッチフレ
ーム８に固定され内輪が自由に回動可能なヨー軸受、１
０はヨー軸受９の内輪に固定されたヨー軸を備え小さい
可動角で回動可能なヨーフレーム、１１はヨーフレーム
１０に保持されたカメラ、１２はステータが旋回フレー
ム４に固定され、ロータの回転により歯車伝達機構を介
して旋回フレーム４を駆動させる旋回モータ、１３は旋
回モータ１２のロータに歯車伝達機構で連結され、旋回
フレーム４の回転角度（旋回角）を検出する第１のロー
タリエンコーダ、１４はステータが旋回フレーム４に固
定され、ロータの回転により歯車伝達機構を介して俯仰
フレーム６を駆動させる俯仰モータ、１５は俯仰モータ
１４の回転軸に歯車伝達機構で連結され、俯仰フレーム
６の回転角度（俯仰角）を検出する第２のロータリエン
コーダ、１６はステータ側磁石が俯仰フレーム６に固定
され、ロータ側コイルがピッチフレーム８に固定されて
ピッチフレーム８を駆動するピッチモータ、１７はステ
ータ側磁石がピッチフレーム８に固定され、ロータ側コ
イルがヨーフレーム１０に固定されてヨーフレーム１０
を駆動するヨーモータ、１８はピッチフレーム８の回転
軸に直結され、ピッチフレーム８の回転角（ピッチ角）
を検出する第３のロータリエンコーダ、１９はヨーフレ
ーム１０の回転軸に直結され、ヨーフレーム９の回転角
（ヨー角）を検出する第４のロータリエンコーダであ
る。なお、ピッチモータ１６およびヨーモータ１７は、
それぞれピッチフレーム８およびヨーフレーム１０の回
転中心から所定距離だけ離間したところに配置され、回
転軸に垂直な方向に電磁力を発生させることにより、そ
の所定距離に応じた回転トルクを発生させるものであ
る。
等の移動体に取り付けるためのジンバルベース、３はジ
ンバルベース２に固定され内輪が自由に回動可能な旋回
軸受、４は旋回軸受３の内輪に固定された旋回軸を備え
た旋回フレーム、５は旋回フレーム４に固定され内輪が
自由に回動可能な俯仰軸受、６は俯仰軸受５の内輪に固
定された俯仰軸を備えた俯仰フレーム、７は俯仰フレー
ム６に固定され内輪が自由に回動可能なピッチ軸受、８
はピッチ軸受７の内輪に固定されたピッチ軸を備え小さ
い可動角で回動可能なピッチフレーム、９はピッチフレ
ーム８に固定され内輪が自由に回動可能なヨー軸受、１
０はヨー軸受９の内輪に固定されたヨー軸を備え小さい
可動角で回動可能なヨーフレーム、１１はヨーフレーム
１０に保持されたカメラ、１２はステータが旋回フレー
ム４に固定され、ロータの回転により歯車伝達機構を介
して旋回フレーム４を駆動させる旋回モータ、１３は旋
回モータ１２のロータに歯車伝達機構で連結され、旋回
フレーム４の回転角度（旋回角）を検出する第１のロー
タリエンコーダ、１４はステータが旋回フレーム４に固
定され、ロータの回転により歯車伝達機構を介して俯仰
フレーム６を駆動させる俯仰モータ、１５は俯仰モータ
１４の回転軸に歯車伝達機構で連結され、俯仰フレーム
６の回転角度（俯仰角）を検出する第２のロータリエン
コーダ、１６はステータ側磁石が俯仰フレーム６に固定
され、ロータ側コイルがピッチフレーム８に固定されて
ピッチフレーム８を駆動するピッチモータ、１７はステ
ータ側磁石がピッチフレーム８に固定され、ロータ側コ
イルがヨーフレーム１０に固定されてヨーフレーム１０
を駆動するヨーモータ、１８はピッチフレーム８の回転
軸に直結され、ピッチフレーム８の回転角（ピッチ角）
を検出する第３のロータリエンコーダ、１９はヨーフレ
ーム１０の回転軸に直結され、ヨーフレーム９の回転角
（ヨー角）を検出する第４のロータリエンコーダであ
る。なお、ピッチモータ１６およびヨーモータ１７は、
それぞれピッチフレーム８およびヨーフレーム１０の回
転中心から所定距離だけ離間したところに配置され、回
転軸に垂直な方向に電磁力を発生させることにより、そ
の所定距離に応じた回転トルクを発生させるものであ
る。
【０００４】以上のように構成された撮像装置におい
て、カメラ１１が概ね所望の視軸方向を向くように旋回
モータ１２と俯仰モータ１４を駆動させた後、カメラ１
１に保持されたジャイロ（図示せず）からの角速度信号
に基づいて上記移動体の動揺や振動等により発生するカ
メラ１１の視軸方向の変化を検出し、かつ第１から第４
のロータリエンコーダ１３，１５，１８，１９で検出さ
れる各回転角に基づいて検出時のカメラ１１の視軸方向
と所望の視軸方向との角度差を検出することによって、
制御部（図示せず）からその変化と角度差を打ち消すよ
うに制御信号が発生され、ピッチモータ１６とヨーモー
タ１７が駆動制御される。これによってカメラ１１の視
軸を僅かに回動させてカメラ１１の視軸を所望の方向に
安定させることにより、カメラ１１からぶれのない安定
した画像を取得する。
て、カメラ１１が概ね所望の視軸方向を向くように旋回
モータ１２と俯仰モータ１４を駆動させた後、カメラ１
１に保持されたジャイロ（図示せず）からの角速度信号
に基づいて上記移動体の動揺や振動等により発生するカ
メラ１１の視軸方向の変化を検出し、かつ第１から第４
のロータリエンコーダ１３，１５，１８，１９で検出さ
れる各回転角に基づいて検出時のカメラ１１の視軸方向
と所望の視軸方向との角度差を検出することによって、
制御部（図示せず）からその変化と角度差を打ち消すよ
うに制御信号が発生され、ピッチモータ１６とヨーモー
タ１７が駆動制御される。これによってカメラ１１の視
軸を僅かに回動させてカメラ１１の視軸を所望の方向に
安定させることにより、カメラ１１からぶれのない安定
した画像を取得する。
【０００５】なお、この種の回転駆動機構では、旋回フ
レーム４及び俯仰フレーム６の内側にヨーフレーム１０
及びピッチフレーム８が配置されるため、その可動角が
小さくなる。特に航空機で使用される場合、空気抵抗を
軽減するために旋回フレーム４及び俯仰フレーム６は球
形状となり、かつカメラ１１を内蔵可能で極力小さくす
ることが好ましいため、内側にあるヨーフレーム１０及
びピッチフレーム８とその外側の旋回フレーム４及び俯
仰フレーム６とが干渉しないようにヨーフレーム１０及
びピッチフレーム８を配置すると、ヨーフレーム１０及
びピッチフレーム８の可動角は数十度程度になる。しか
し、視軸制御においては、予めカメラ１１の視軸が概ね
所望の方向を向くように旋回フレーム４及び俯仰フレー
ム６が駆動されるため、ヨーフレーム１０及びピッチフ
レーム８の動作角（可動角内において、カメラ１１の視
軸を安定に制御できる角度）は数度から数十度程度で良
く、その可動角も上記可動角程度の大きさに設定されて
いる。
レーム４及び俯仰フレーム６の内側にヨーフレーム１０
及びピッチフレーム８が配置されるため、その可動角が
小さくなる。特に航空機で使用される場合、空気抵抗を
軽減するために旋回フレーム４及び俯仰フレーム６は球
形状となり、かつカメラ１１を内蔵可能で極力小さくす
ることが好ましいため、内側にあるヨーフレーム１０及
びピッチフレーム８とその外側の旋回フレーム４及び俯
仰フレーム６とが干渉しないようにヨーフレーム１０及
びピッチフレーム８を配置すると、ヨーフレーム１０及
びピッチフレーム８の可動角は数十度程度になる。しか
し、視軸制御においては、予めカメラ１１の視軸が概ね
所望の方向を向くように旋回フレーム４及び俯仰フレー
ム６が駆動されるため、ヨーフレーム１０及びピッチフ
レーム８の動作角（可動角内において、カメラ１１の視
軸を安定に制御できる角度）は数度から数十度程度で良
く、その可動角も上記可動角程度の大きさに設定されて
いる。
【０００６】次に、従来の回転角検出器のロータリエン
コーダとポテンショメータについて説明する。ロータリ
エンコーダを図９に示し、ポテンショメータを図１０に
示す。これらの回転角検出器は、回転軸の全周回転もし
くは数回転に対して角度を検出することが可能である。
コーダとポテンショメータについて説明する。ロータリ
エンコーダを図９に示し、ポテンショメータを図１０に
示す。これらの回転角検出器は、回転軸の全周回転もし
くは数回転に対して角度を検出することが可能である。
【０００７】上記従来の撮像装置で用いられる回転角検
出器について、まずロータリエンコーダが用いられる場
合の動作原理について説明する。３０は回転軸、３１は
受光素子、３２は回転スリット、３３は発光素子であ
る。回転軸３０が回転することにより回転スリット３２
が回転すると共に、発光素子３３から出射され回転スリ
ット３２を通過し受光素子で受ける光の強度は変化す
る。ロータリエンコーダではこの光強度の変化を電圧変
化として検出して回転角を得る。
出器について、まずロータリエンコーダが用いられる場
合の動作原理について説明する。３０は回転軸、３１は
受光素子、３２は回転スリット、３３は発光素子であ
る。回転軸３０が回転することにより回転スリット３２
が回転すると共に、発光素子３３から出射され回転スリ
ット３２を通過し受光素子で受ける光の強度は変化す
る。ロータリエンコーダではこの光強度の変化を電圧変
化として検出して回転角を得る。
【０００８】次に、ポテンショメータが用いられる場合
の動作原理について説明する。３４は回転軸、３５はワ
イパー、３６は抵抗体である。回転軸３４が回転すると
ワイパー３５が抵抗体３６に接触しながら回転し、抵抗
値が変化する。ポテンショメータではこの抵抗値の変化
を検出することにより回転角を得る。
の動作原理について説明する。３４は回転軸、３５はワ
イパー、３６は抵抗体である。回転軸３４が回転すると
ワイパー３５が抵抗体３６に接触しながら回転し、抵抗
値が変化する。ポテンショメータではこの抵抗値の変化
を検出することにより回転角を得る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の回転角検出器は
以上のように構成されており、可動角の小さいヨーフレ
ーム１０、ピッチフレーム８を有する上記従来の撮像装
置に用いる場合に次のような問題があった。
以上のように構成されており、可動角の小さいヨーフレ
ーム１０、ピッチフレーム８を有する上記従来の撮像装
置に用いる場合に次のような問題があった。
【００１０】ヨーフレーム１０及びピッチフレーム８
（回転側フレーム）に対する各々のベースフレーム（ヨ
ーフレーム１０のベースフレームはピッチフレーム８、
ピッチフレーム８のベースフレームは俯仰フレーム６）
に、各回転角検出器を配置する場合、それぞれの各回転
角検出器は、図９のように各フレームの回転軸上に設け
られた軸受け部付近もしくはその外側（ベースフレーム
側）に配置されることになる（図９は、各回転角検出器
が軸の先端に直結された例を示す。この他の例として、
軸に平行に設置された歯車やプーリ等の伝達機構を介し
て軸に連結されるものがある）。このため、その配置に
要する容積分だけ、撮像装置全体が各回転側フレームか
ら各ベースフレームに向かって外側に広がる方向に大き
くなるという問題があった。
（回転側フレーム）に対する各々のベースフレーム（ヨ
ーフレーム１０のベースフレームはピッチフレーム８、
ピッチフレーム８のベースフレームは俯仰フレーム６）
に、各回転角検出器を配置する場合、それぞれの各回転
角検出器は、図９のように各フレームの回転軸上に設け
られた軸受け部付近もしくはその外側（ベースフレーム
側）に配置されることになる（図９は、各回転角検出器
が軸の先端に直結された例を示す。この他の例として、
軸に平行に設置された歯車やプーリ等の伝達機構を介し
て軸に連結されるものがある）。このため、その配置に
要する容積分だけ、撮像装置全体が各回転側フレームか
ら各ベースフレームに向かって外側に広がる方向に大き
くなるという問題があった。
【００１１】また、旋回フレーム４の内部に俯仰フレー
ム６が内蔵され、俯仰フレーム６の内部にピッチフレー
ム８が内蔵され、ピッチフレーム８の内部にヨーフレー
ム１０が内蔵された上記従来の撮像装置では、旋回軸及
び俯仰軸の可動角に比してピッチ軸及びヨー軸の可動角
は小さいにもかかわらず、カメラの視軸を安定化するの
に高精度な駆動制御が行われるため、高分解能な回転角
検出器が必要となる。しかし、従来の回転角検出器はロ
ータリエンコーダまたはポテンショメータによって微小
角を検出するため、小型化が困難であるという問題があ
った。例えばロータリエンコーダの場合、微小角を高分
解能に検出するためには回転スリット３２のスリット数
を増やす必要があり、スリット間隔の制約上回転スリッ
ト３２の半径を大きくしなければならず、所要の検出角
度範囲の割りにエンコーダが大きくなった。
ム６が内蔵され、俯仰フレーム６の内部にピッチフレー
ム８が内蔵され、ピッチフレーム８の内部にヨーフレー
ム１０が内蔵された上記従来の撮像装置では、旋回軸及
び俯仰軸の可動角に比してピッチ軸及びヨー軸の可動角
は小さいにもかかわらず、カメラの視軸を安定化するの
に高精度な駆動制御が行われるため、高分解能な回転角
検出器が必要となる。しかし、従来の回転角検出器はロ
ータリエンコーダまたはポテンショメータによって微小
角を検出するため、小型化が困難であるという問題があ
った。例えばロータリエンコーダの場合、微小角を高分
解能に検出するためには回転スリット３２のスリット数
を増やす必要があり、スリット間隔の制約上回転スリッ
ト３２の半径を大きくしなければならず、所要の検出角
度範囲の割りにエンコーダが大きくなった。
【００１２】この発明は上記のような問題を解決するた
めになされたもので、可動角の小さい回転軸を有する撮
像装置において、回転軸の微小角回転角度を高分解能に
検出し、かつ設置に要するスペースが小さい回転角検出
器を得ることを目的とする。
めになされたもので、可動角の小さい回転軸を有する撮
像装置において、回転軸の微小角回転角度を高分解能に
検出し、かつ設置に要するスペースが小さい回転角検出
器を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】第１の発明による回転角
検出器は、ベースフレームと、上記ベースフレームに対
して所定の可動角範囲内で回転自在に支持された回転軸
と、略２次曲線の形状を有し、上記回転軸に設けられて
共に回転する磁性体と、上記ベースフレームに設けら
れ、上記磁性体との距離に応じた磁束変化に基づいて出
力信号を得る二つの磁気素子とを備え、上記二つの磁気
素子は、それぞれ上記回転軸の回転中心と上記磁性体の
可動中心に対して対称な位置に配置され、それぞれの出
力信号の差に基づいて上記回転軸の回転角度を取得する
手段を有するものである。
検出器は、ベースフレームと、上記ベースフレームに対
して所定の可動角範囲内で回転自在に支持された回転軸
と、略２次曲線の形状を有し、上記回転軸に設けられて
共に回転する磁性体と、上記ベースフレームに設けら
れ、上記磁性体との距離に応じた磁束変化に基づいて出
力信号を得る二つの磁気素子とを備え、上記二つの磁気
素子は、それぞれ上記回転軸の回転中心と上記磁性体の
可動中心に対して対称な位置に配置され、それぞれの出
力信号の差に基づいて上記回転軸の回転角度を取得する
手段を有するものである。
【００１４】第２の発明による回転角検出器は、ベース
フレームと、上記ベースフレームに対して所定の可動角
範囲内で回転自在に支持された回転軸と、略２次曲線の
形状を有し、上記回転軸に設けられて共に回転する第１
の極板と、上記ベースフレームに設けられ、上記第１の
極板との距離に応じた静電容量の変化に基づいて出力電
圧を得る二つの第２の極板とを備え、上記二つの第２の
極板は、それぞれ上記回転軸の回転中心と上記第１の基
板の可動中心に対して対称な位置に配置され、それぞれ
の出力電圧の差に基づいて上記回転軸の回転角度を取得
する手段を有するものである。
フレームと、上記ベースフレームに対して所定の可動角
範囲内で回転自在に支持された回転軸と、略２次曲線の
形状を有し、上記回転軸に設けられて共に回転する第１
の極板と、上記ベースフレームに設けられ、上記第１の
極板との距離に応じた静電容量の変化に基づいて出力電
圧を得る二つの第２の極板とを備え、上記二つの第２の
極板は、それぞれ上記回転軸の回転中心と上記第１の基
板の可動中心に対して対称な位置に配置され、それぞれ
の出力電圧の差に基づいて上記回転軸の回転角度を取得
する手段を有するものである。
【００１５】第３の発明による回転角検出器は、ベース
フレームと、上記ベースフレームに対して所定の可動角
範囲内で回転自在に支持された回転軸と、略２次曲線の
形状を有し、上記回転軸に設けられて共に回転する反射
板と、上記ベースフレームに設けられ、投光手段及び受
光手段を有し、この投光手段から出射され、上記反射板
で反射されてこの受光手段で受光した光強度に基づき、
上記反射板との距離の変化に応じた出力信号を得る二つ
の光センサとを備え、上記二つの光センサは、それぞれ
上記回転軸の回転中心と上記反射体の可動中心に対して
対称な位置に配置され、それぞれの出力信号の差に基づ
いて上記回転軸の回転角度を取得する手段を有するもの
である。
フレームと、上記ベースフレームに対して所定の可動角
範囲内で回転自在に支持された回転軸と、略２次曲線の
形状を有し、上記回転軸に設けられて共に回転する反射
板と、上記ベースフレームに設けられ、投光手段及び受
光手段を有し、この投光手段から出射され、上記反射板
で反射されてこの受光手段で受光した光強度に基づき、
上記反射板との距離の変化に応じた出力信号を得る二つ
の光センサとを備え、上記二つの光センサは、それぞれ
上記回転軸の回転中心と上記反射体の可動中心に対して
対称な位置に配置され、それぞれの出力信号の差に基づ
いて上記回転軸の回転角度を取得する手段を有するもの
である。
【００１６】
【発明の実施の形態】実施の形態１ 図１はこの発明に係る撮像装置の一例を示す図である。
図において、１〜１７は従来の機器と同じもので、その
カメラ１１における視軸安定化の制御動作も従来と同様
に行われる。図２は所定の可動角で回転動作するピッチ
フレーム８とヨーフレーム１０の拡大図であり、実施の
形態１の回転角検出器を示す。図２において、４０はヨ
ーフレーム１０においてヨーモータ１７横に設置され、
固定された半楕円形状板の磁性体であり、ヨー軸の回転
とともに回転する。４１はピッチフレーム８において、
磁性体４０の設置位置に対応する所に固定された磁気セ
ンサである。この角度検出器は、ヨーフレーム１０の回
転スペース内において、ヨーモータ１７脇の空きスペー
スに設置される。
図において、１〜１７は従来の機器と同じもので、その
カメラ１１における視軸安定化の制御動作も従来と同様
に行われる。図２は所定の可動角で回転動作するピッチ
フレーム８とヨーフレーム１０の拡大図であり、実施の
形態１の回転角検出器を示す。図２において、４０はヨ
ーフレーム１０においてヨーモータ１７横に設置され、
固定された半楕円形状板の磁性体であり、ヨー軸の回転
とともに回転する。４１はピッチフレーム８において、
磁性体４０の設置位置に対応する所に固定された磁気セ
ンサである。この角度検出器は、ヨーフレーム１０の回
転スペース内において、ヨーモータ１７脇の空きスペー
スに設置される。
【００１７】このように構成された撮像装置において、
ヨー軸が回転すると、磁性体４０から磁気センサ４１ま
での距離が変化し、それに応じて磁気センサ４１で検出
される磁束密度が変化する。この変化を利用し、磁気セ
ンサ４１により磁性体４０と磁気センサ４１間の距離を
非接触で検出し、ヨー軸の回転角を求め、それを制御部
に出力することにより従来の撮像装置と同様にカメラ１
１の視軸方向のぶれを打ち消すように視軸安定化制御を
行なう。
ヨー軸が回転すると、磁性体４０から磁気センサ４１ま
での距離が変化し、それに応じて磁気センサ４１で検出
される磁束密度が変化する。この変化を利用し、磁気セ
ンサ４１により磁性体４０と磁気センサ４１間の距離を
非接触で検出し、ヨー軸の回転角を求め、それを制御部
に出力することにより従来の撮像装置と同様にカメラ１
１の視軸方向のぶれを打ち消すように視軸安定化制御を
行なう。
【００１８】図３は、ヨー軸の上方から見た磁性体４０
と磁気センサ４１の配置関係を示す図であり、４１ａ及
び４１ｂは、それぞれヨー軸の回転中心に対して、互い
に対称な位置（ヨーフレーム１０の回転中心Ｐと磁性体
４０の頂点が通過する動作角内の中心位置Ｌとを結ぶ直
線ＰＬに対して線対称）に配置され、同じ特性を持つホ
ール素子で構成される磁気素子、４０ａ及び４０ｂは、
それぞれヨーフレーム１０の動作角範囲内の最大角（ヨ
ー角θ0 ）と最少角（ヨー角−θ0 ）における磁性体４
０の位置を示す。また、図４は、磁性体４０と磁気セン
サ４１の距離に応じて、磁気素子から出力される電圧の
変化を示す図である。図３、４においてヨー角がθ0 の
とき、磁性体４０と磁気素子４１ａとの間の距離がｄ
１、磁性体４０と磁気素子４１ｂとの距離がｄ２とな
る。この場合、磁気素子４１ａに入射する磁束密度は大
きく、磁気素子４１ｂに入射する磁束密度は小さくな
り、それぞれの出力電圧Ｅは、磁気素子４１ａがＥａ、
磁気素子４１ｂがＥｂとなる。このため、ヨー角θ0 か
ら−θ0 までのヨーフレーム１０の動作角範囲内で、回
転によるヨー角θの変化に応じて、磁気素子４１ａの出
力電圧Ｅは曲線Ｂａのように変化し、磁気素子４１ｂの
出力電圧Ｅは曲線Ｂｂのように変化する。しかし、例え
ば曲線Ｂａにおいて、ヨー角０度からθ0 の間と、ヨー
角０度から−θ0 の間で出力電圧Ｅの変化量が異なり、
また非線形性が著しく大きいため角度分解能が劣化す
る。従って、磁気素子４１ａと磁気素子４１ｂの出力電
圧の差を求め、これを磁気センサ４１の出力とすること
により、動作角範囲内において図４の直線Ｂのように概
略線形化した出力電圧を得る（ヨー角θ0 から−θ0 の
変化に応じて、出力電圧はＥ0 から−Ｅ0 に変化す
る）。これによって、磁気センサ４１の角度分解能を向
上させることができる。また、さらに角度分解精度を上
げるには、トランジスタやＦＥＴ等の非線形素子を磁気
センサ４１の出力端に接続して、直線Ｂの非線形性を補
償するように動作させればよい。あるいは、次の信号処
理によって角度分解精度を上げてもよい。例えば、ヨー
フレーム１０を有意に回転させ、既知のヨー角における
磁気センサ４１の出力電圧からヨー角の角度と出力電圧
との関係を示す角度電圧特性を取得し、その取得された
角度電圧特性を予めメモリに蓄積する。ヨーフレーム１
０の駆動制御を行なう際、磁気センサ４１の出力をディ
ジタルアナログ変換後、メモリに蓄積された上記角度電
圧特性を用いて、その出力電圧を打ち消すように補償す
るデジタル信号処理を行なう。この場合、例えばヨーフ
レーム１０の回転によって得られる磁気センサ４１の出
力電圧がＥｃであるとき、予め取得された磁気センサ４
１の角度電圧特性から出力電圧Ｅｃに対応する角度が取
得され、この取得された角度が磁気センサ４１の出力と
して、この撮像装置の制御部に出力される。
と磁気センサ４１の配置関係を示す図であり、４１ａ及
び４１ｂは、それぞれヨー軸の回転中心に対して、互い
に対称な位置（ヨーフレーム１０の回転中心Ｐと磁性体
４０の頂点が通過する動作角内の中心位置Ｌとを結ぶ直
線ＰＬに対して線対称）に配置され、同じ特性を持つホ
ール素子で構成される磁気素子、４０ａ及び４０ｂは、
それぞれヨーフレーム１０の動作角範囲内の最大角（ヨ
ー角θ0 ）と最少角（ヨー角−θ0 ）における磁性体４
０の位置を示す。また、図４は、磁性体４０と磁気セン
サ４１の距離に応じて、磁気素子から出力される電圧の
変化を示す図である。図３、４においてヨー角がθ0 の
とき、磁性体４０と磁気素子４１ａとの間の距離がｄ
１、磁性体４０と磁気素子４１ｂとの距離がｄ２とな
る。この場合、磁気素子４１ａに入射する磁束密度は大
きく、磁気素子４１ｂに入射する磁束密度は小さくな
り、それぞれの出力電圧Ｅは、磁気素子４１ａがＥａ、
磁気素子４１ｂがＥｂとなる。このため、ヨー角θ0 か
ら−θ0 までのヨーフレーム１０の動作角範囲内で、回
転によるヨー角θの変化に応じて、磁気素子４１ａの出
力電圧Ｅは曲線Ｂａのように変化し、磁気素子４１ｂの
出力電圧Ｅは曲線Ｂｂのように変化する。しかし、例え
ば曲線Ｂａにおいて、ヨー角０度からθ0 の間と、ヨー
角０度から−θ0 の間で出力電圧Ｅの変化量が異なり、
また非線形性が著しく大きいため角度分解能が劣化す
る。従って、磁気素子４１ａと磁気素子４１ｂの出力電
圧の差を求め、これを磁気センサ４１の出力とすること
により、動作角範囲内において図４の直線Ｂのように概
略線形化した出力電圧を得る（ヨー角θ0 から−θ0 の
変化に応じて、出力電圧はＥ0 から−Ｅ0 に変化す
る）。これによって、磁気センサ４１の角度分解能を向
上させることができる。また、さらに角度分解精度を上
げるには、トランジスタやＦＥＴ等の非線形素子を磁気
センサ４１の出力端に接続して、直線Ｂの非線形性を補
償するように動作させればよい。あるいは、次の信号処
理によって角度分解精度を上げてもよい。例えば、ヨー
フレーム１０を有意に回転させ、既知のヨー角における
磁気センサ４１の出力電圧からヨー角の角度と出力電圧
との関係を示す角度電圧特性を取得し、その取得された
角度電圧特性を予めメモリに蓄積する。ヨーフレーム１
０の駆動制御を行なう際、磁気センサ４１の出力をディ
ジタルアナログ変換後、メモリに蓄積された上記角度電
圧特性を用いて、その出力電圧を打ち消すように補償す
るデジタル信号処理を行なう。この場合、例えばヨーフ
レーム１０の回転によって得られる磁気センサ４１の出
力電圧がＥｃであるとき、予め取得された磁気センサ４
１の角度電圧特性から出力電圧Ｅｃに対応する角度が取
得され、この取得された角度が磁気センサ４１の出力と
して、この撮像装置の制御部に出力される。
【００１９】以上のような撮像装置では、ヨーフレーム
１０の回転スペース内において、ヨーモータ１７脇の空
いたスペースを有効に使って角度検出器を設置し、かつ
磁気センサ４１と磁性体４０をそれぞれ所定の可動角を
有し相対的に回転するフレーム（ヨーフレーム１０及び
ピッチフレーム８）に設置することにより、従来の回転
角検出器と比較して小スペースでかつ高分解能な回転角
検出器を得られる効果がある。
１０の回転スペース内において、ヨーモータ１７脇の空
いたスペースを有効に使って角度検出器を設置し、かつ
磁気センサ４１と磁性体４０をそれぞれ所定の可動角を
有し相対的に回転するフレーム（ヨーフレーム１０及び
ピッチフレーム８）に設置することにより、従来の回転
角検出器と比較して小スペースでかつ高分解能な回転角
検出器を得られる効果がある。
【００２０】なお、上記撮像装置はヨーフレーム１０の
回転を検出する角度検出器についてその構成、動作を説
明したが、ピッチフレーム８についても磁気センサ４１
と磁性体４０を用いて同様な構成を取ることにより、同
様な効果を得ることができる。
回転を検出する角度検出器についてその構成、動作を説
明したが、ピッチフレーム８についても磁気センサ４１
と磁性体４０を用いて同様な構成を取ることにより、同
様な効果を得ることができる。
【００２１】実施の形態２ 図５はこの発明にかかる撮像装置の一例を示す図であ
り、図において、１〜１７は実施の形態１と同じもので
ある。４２はヨーフレーム１０に固定された第１の極板
であり、ヨー軸とともに回転するもので、４３は実施の
形態１における磁気素子４１ａ，４１ｂのように、二つ
の極板がヨー軸に対して互いに対称に配置され、ピッチ
フレーム８に固定された第２の極板である。第１の極板
４２と第２の極板４３との間に電圧を印可するとコンデ
ンサを形成する。このとき、ヨー軸が回転すると極板間
の距離が変化し、それに伴って静電容量が変化するた
め、この静電容量の変化を電圧変化として検出すること
により、ヨー角変化と静電容量変化に応じた電圧変化と
の関係を示す角度電圧特性を取得することができる。ま
た実施の形態１と同様に、この角度電圧特性を予めメモ
リに記憶することによって、角度分解精度の良い角度検
出器が得られる。
り、図において、１〜１７は実施の形態１と同じもので
ある。４２はヨーフレーム１０に固定された第１の極板
であり、ヨー軸とともに回転するもので、４３は実施の
形態１における磁気素子４１ａ，４１ｂのように、二つ
の極板がヨー軸に対して互いに対称に配置され、ピッチ
フレーム８に固定された第２の極板である。第１の極板
４２と第２の極板４３との間に電圧を印可するとコンデ
ンサを形成する。このとき、ヨー軸が回転すると極板間
の距離が変化し、それに伴って静電容量が変化するた
め、この静電容量の変化を電圧変化として検出すること
により、ヨー角変化と静電容量変化に応じた電圧変化と
の関係を示す角度電圧特性を取得することができる。ま
た実施の形態１と同様に、この角度電圧特性を予めメモ
リに記憶することによって、角度分解精度の良い角度検
出器が得られる。
【００２２】この実施の形態では、実施の形態１の効果
に加えて、磁性体を使用しないため、ヨーモータによる
磁気の影響を受け難くする効果がある。
に加えて、磁性体を使用しないため、ヨーモータによる
磁気の影響を受け難くする効果がある。
【００２３】実施の形態３ 図６はこの発明にかかる撮像装置の一例を示す図であ
り、図において、１〜１７は実施の形態１と同じもので
ある。
り、図において、１〜１７は実施の形態１と同じもので
ある。
【００２４】図６において、４４はピッチフレーム８に
固定された光センサであり、４５はヨーフレーム１０に
固定された反射体である。光センサ４４は投光器とディ
テクタとを備え、投光され反射体４５で反射された光の
強度をディテクタで検出する。実施の形態１の４１ａ，
４１ｂのように、ヨー軸の回転中心に対して光センサを
対称に配置することにより、反射体４５の回転に応じて
変化する反射光の強度に基づいて、回転軸の回転角を取
得する。
固定された光センサであり、４５はヨーフレーム１０に
固定された反射体である。光センサ４４は投光器とディ
テクタとを備え、投光され反射体４５で反射された光の
強度をディテクタで検出する。実施の形態１の４１ａ，
４１ｂのように、ヨー軸の回転中心に対して光センサを
対称に配置することにより、反射体４５の回転に応じて
変化する反射光の強度に基づいて、回転軸の回転角を取
得する。
【００２５】この実施の形態では、実施の形態１及び２
の効果に加えて、磁界や電界等を検出する磁気センサや
コンデンサを角度検出器に用いないため、これらの影響
によりノイズが混入することを避けることができる。
の効果に加えて、磁界や電界等を検出する磁気センサや
コンデンサを角度検出器に用いないため、これらの影響
によりノイズが混入することを避けることができる。
【００２６】なお、実施の形態１から３において、略楕
円形状板の磁性体４０、第１の極板４２、及び反射体４
５を回転フレーム側（例えばヨーフレーム１０）に設
け、磁気センサ４１、第２の極板４３、及び光センサ４
４をベースフレーム側（例えばピッチフレーム８）に設
けたが、４０，４２、及び４５と４１，４３、及び４４
を互いに逆のフレームに設置してもよい。
円形状板の磁性体４０、第１の極板４２、及び反射体４
５を回転フレーム側（例えばヨーフレーム１０）に設
け、磁気センサ４１、第２の極板４３、及び光センサ４
４をベースフレーム側（例えばピッチフレーム８）に設
けたが、４０，４２、及び４５と４１，４３、及び４４
を互いに逆のフレームに設置してもよい。
【００２７】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように回転軸
の微小角回転角度を高分解能に検出し、かつ設置に要す
るスペースが小さい回転角検出器を得ることができる。
の微小角回転角度を高分解能に検出し、かつ設置に要す
るスペースが小さい回転角検出器を得ることができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による回転角センサ
を設けた撮像装置を示すものである。
を設けた撮像装置を示すものである。
【図２】 この発明の実施の形態１による回転角センサ
を設けた撮像装置を示すものである。
を設けた撮像装置を示すものである。
【図３】 この発明の実施の形態１による磁気センサの
動作を示すものである。
動作を示すものである。
【図４】 この発明の実施の形態１による磁気センサの
動作を示すものである。
動作を示すものである。
【図５】 この発明の実施の形態２による回転角センサ
を設けた撮像装置を示すものである。
を設けた撮像装置を示すものである。
【図６】 この発明の実施の形態３による回転角センサ
を設けた撮像装置を示すものである。
を設けた撮像装置を示すものである。
【図７】 従来の回転角センサを設けた撮像装置を示す
ものである。
ものである。
【図８】 従来の回転角センサを設けた撮像装置を示す
ものである。
ものである。
【図９】 従来のロータリエンコーダを示すものであ
る。
る。
【図１０】 従来のポテンショメータを示すものであ
る。
る。
１ 筐体 ２ ジンバルベース ３ 旋回軸受 ４ 旋回フレーム ５ 俯仰軸受 ６ 俯仰フレーム ７ ピッチ軸受 ８ ピッチフレーム ９ ヨー軸受 １０ ヨーフレーム １１ カメラ １２ 旋回モータ １３ 第１のロータリエンコーダ １４ 俯仰モータ １５ 第２のロータリエンコーダ １６ ピッチモータ １７ ヨーモータ １８ 第３のロータリエンコーダ １９ 第４のロータリエンコーダ ４０ 磁性体 ４１ 磁気センサ ４１ａ 磁気素子 ４１ｂ 磁気素子 ４２ 第１の極板 ４３ 第２の極板 ４４ 光センサ ４５ 反射体
Claims (3)
- 【請求項１】 ベースフレームと、上記ベースフレーム
に対して所定の可動角範囲内で回転自在に支持された回
転軸と、略２次曲線の形状を有し、上記回転軸に設けら
れて共に回転する磁性体と、上記ベースフレームに設け
られ、上記磁性体との距離に応じた磁束変化に基づいて
出力信号を得る二つの磁気素子とを備え、上記二つの磁
気素子は、それぞれ上記回転軸の回転中心と上記磁性体
の可動中心に対して対称な位置に配置され、それぞれの
出力信号の差に基づいて上記回転軸の回転角度を取得す
る手段を有することを特徴とする回転角検出器。 - 【請求項２】 ベースフレームと、上記ベースフレーム
に対して所定の可動角範囲内で回転自在に支持された回
転軸と、略２次曲線の形状を有し、上記回転軸に設けら
れて共に回転する第１の極板と、上記ベースフレームに
設けられ、上記第１の極板との距離に応じた静電容量の
変化に基づいて出力電圧を得る二つの第２の極板とを備
え、上記二つの第２の極板は、それぞれ上記回転軸の回
転中心と上記第１の基板の可動中心に対して対称な位置
に配置され、それぞれの出力電圧の差に基づいて上記回
転軸の回転角度を取得する手段を有することを特徴とす
る回転角検出器。 - 【請求項３】 ベースフレームと、上記ベースフレーム
に対して所定の可動角範囲内で回転自在に支持された回
転軸と、略２次曲線の形状を有し、上記回転軸に設けら
れて共に回転する反射板と、上記ベースフレームに設け
られ、投光手段及び受光手段を有し、この投光手段から
出射され、上記反射板で反射されてこの受光手段で受光
した光強度に基づき、上記反射板との距離の変化に応じ
た出力信号を得る二つの光センサとを備え、上記二つの
光センサは、それぞれ上記回転軸の回転中心と上記反射
体の可動中心に対して対称な位置に配置され、それぞれ
の出力信号の差に基づいて上記回転軸の回転角度を取得
する手段を有することを特徴とする回転角検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10489398A JPH11295020A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 回転角検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10489398A JPH11295020A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 回転角検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295020A true JPH11295020A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14392850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10489398A Pending JPH11295020A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 回転角検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11295020A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102297081A (zh) * | 2011-09-09 | 2011-12-28 | 广东明阳风电产业集团有限公司 | 一种风力发电机组变桨编码器 |
| CN102853854A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-02 | 广东明阳风电产业集团有限公司 | 一种风力发电机组变桨磁编码器 |
| CN106066149A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-02 | 深圳市星苑科技有限公司 | 精确定位摄像装置 |
| JP2021021655A (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-18 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | 角度センサ、マウント装置、及び測定方法 |
| US11237252B2 (en) * | 2015-07-31 | 2022-02-01 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Detection apparatus, detection system, detection method, and movable device |
-
1998
- 1998-04-15 JP JP10489398A patent/JPH11295020A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102297081A (zh) * | 2011-09-09 | 2011-12-28 | 广东明阳风电产业集团有限公司 | 一种风力发电机组变桨编码器 |
| CN102853854A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-02 | 广东明阳风电产业集团有限公司 | 一种风力发电机组变桨磁编码器 |
| US11237252B2 (en) * | 2015-07-31 | 2022-02-01 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Detection apparatus, detection system, detection method, and movable device |
| CN106066149A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-02 | 深圳市星苑科技有限公司 | 精确定位摄像装置 |
| JP2021021655A (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-18 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | 角度センサ、マウント装置、及び測定方法 |
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