JPS59212713A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、回転体の回転角度、回転位置、回転数など
を検出する装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

回転体−の回転角度１回転位置及び回転数（以下回転角
度と総称）を計測する装置として、ロータリーエンコー
ダ、回転パルス発生器などが知られている。ロータリー
エンコーダは、アナログ量である回転量をデジタル量に
変換するもので、回転体から与えられた回転量に比例し
たパルス信号を発生するようになっており、鋼板などの
連続切断ラインの長さの測定、ロボットの腕や胴体の移
動距離の検出、角度測定によるマシニングセンタのソー
ル選択、自動車の走行速度やエンジン回転数の検出、テ
ープレコーダ、ファクシミリ、プリンタなどに使用され
る直流電動機の位置制御などに用いられている。回転パ
ルス発生器は、原理的にはロータリーエンコーダと同じ
で、特に低速の回転体の回転角度の検出に適している。

第１図に、この種の回転角度検出装置の原理図を示す。

４は電動機で、回転角度が検出される対象である。電動
機番の軸５には、回転板３が連結されている。第２図は
回転板３の上面図で、光が通過できる光透過部６がリン
グ状に等間隔に設けられ、これ以外の部分は光を遮るよ
うになっている。回転板３をはさんで発光ダイオードな
どの発光素子ｌと、この光を受光するホトダイオードな
どの受光素子２が対向配置されている。

このような構成において、回転板３が回転すると、光透
過部６からの光が断続的に受光素子２に到達し、第３図
（ａ）に示すような近似的な正弦波の出力電流マが得ら
れる。これは、図示しないシュミット回路などで波形整
形することによシ、第３図（ｂ）に示すパルス波形列８
とされ、必要な処理や制御などに用いられる。

いま、回転板３に設けられている光透過部６の数をＮ、
０個、回転を始めてからの電動機４の回転数をａ（正の
整数）回、この間のパルス波形列８中のパルス数をＮ個
とすると、（１）式が成シ立つ。

Ｎ　／　Ｎｏ　＝　ｍ　＋（Ｎ　−ｍＮｏ　）　／　Ｎ
ｏ　−＝−＝−：α）（１）式中の（Ｎ　−ｍＮｏ　）
　／Ｎｏを３６０倍した値は、電動機４０回転数を数え
る静止部側基準点からの電動機４側基準点のずれ角度を
示している。したがって、ずれ角度測定精度は３６０／
Ｎｏで与えられ、この精度をあげるには、ＮＯを大きく
する必要がある。しかし、一般に受光素子２として使用
されるホトダイオードや太陽電池などの感度は、１００
ルツクス下で約１０〜２０μＡ／ｃｒＩ　の出力電流密
度が得られるに過ぎない。一方、出力電流はユμへ程度
以上ないと、必要とされる表示、制御などを低廉かつ容
易に行うことができないので、光透過部６の大きさには
実用しやすさでの下限が存在することになる。実用性を
考慮し、一般的に入手可能なものを受光素子２に用いる
として試算してみると、１μ八へ度の出力電流を得るた
めには３　ｔａｎ　×３　ｔａｒｎの面積の光透過部６
が必要で、回転板３の直径が釦閣の場合、光透過部６の
数は１５個程度となシ、角度検出精度はＵ度となる。ｌ
μＡ程度以上の出力電流があれば、便宜上これを１０に
Ω程度の電気抵抗における１０　ｍＶの電圧降下に変え
、さらに汎用増幅器により１００倍程度増幅して以後の
処理に用いるのが普通である。しかし、たとえば現存の
１回転当たり６０００パルスを出力できる回転板３では
、光検出部の出力電流は１μＡの１　／　４００　（＝
１５／６ｏｏ○）となるはずであるので、更に４００倍
の増幅が必要であり、電子回路の安定性確保と増幅器の
費用面で問題があった。

また、軸５が回転板３の中心からずれて取りつけられた
場合は、光透過部６を通過する光量にかたよシが発生し
、第３図（ａ）の出力電流７に回転板３の１回転を周期
とする脈動が生じるっこのことは、シュミット回路によ
シバルス波形列８を作るときの波形精度をおとす原因と
なり、検出精度に影響を与えるので問題となる。

回転板３は、金属薄板に光透過部６をエツチング法によ
りスリットとして穿孔するか、または透明ガラス板に光
透過部６が残るように不透明部分を印刷して得られる。

したがって、加工法によって差はあるものの、各光透過
部６については、その形状、寸法及び位置のバラツキは
避けられない。

このため、出力電流７の波形ひいてはパルス波形列８の
中の個々のパルス波形が変動し、検出精度に影響を与え
る問題があった。

〔発明の目的〕

この発明は、検出精度向上のため光透過部の数を増して
も、出力電流を特に大きく増幅したり、増幅率をあげる
ことにより複雑化する電子回路の安定性確保のために特
殊の回路方式を用いたりする必要がなく、また回転板と
光検出板との相対的位置ずれや光透過部の形状、寸法、
位置的バラツキなどによって測定精度が左右されないよ
うな回転角度検出装置を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、光透過部からの透過光を受けるため、隣接
する光透過部のなす回転板゛の中心に対する中心角と等
しいかもしくはその整数分の−の中心角を回転板の軸の
中心に対してなして隣接する光検出部を、並列接続して
形成された薄膜シリコン太陽電池として光検出板の回転
板側に配設し、更に２個以上の光透過部を同時照射する
光源を回転板の反光検出板側に設け、光透過部の同時照
射数と光検出部の全数の少なくとも一方がその配設され
る前記各板上全周にわたって存在するようにすることに
より、並列接続された光検出部から得られる出力電流が
、常に回転板と光検出板との取付位置ずれや光透過部・
光検出部の形状１寸法。

位置など各種の製作精度のバラツキを平均化し小さく反
映するものとして、しかも特別な増幅を行う必要のない
程度に大きく、出力されるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第４図は、この発明の実施例の、一部を断面として示し
た側面図である。電動機１４は、回転角度が検出される
対象で、軸１５には回転板１３が連結されている。回転
板１３の下方には、回転板１３の光透過部１６からの透
過光を受けるための光検出部２ｏを回転板１３の側に向
けて形成した光検出板１９が配置されている。光源１１
は、発光ダイオードなどの発光素千載、反射鏡１７、光
拡散板１８などを用いて構成されている。第５図は第４
図のＡ−Ａ線に沿った断面図で、発光素子１２、光拡散
板１８などの配置状態を示すためのものである。発光素
子１２の数、反射鏡１７の形状などは、公知技術を用い
ることによシ、回転板１３の上面が一様に照射できるよ
うに構成されてｂる。光拡散板１８はこのときの照射光
の一様性を助長するだめの効果がある。

第６図は回転板の上面図である。回転板１３は取付孔１
３Ａによシ図示しない締結部材を用いて軸１５に取シ付
けられる。第り図は光検出板１９の上面図である。回転
板邦の光透過部１６と光検出板１９の光検出部２０は、
互りに同数が、軸１５を中心軸とする想定円筒と回転板
１３及び光検出板１９とがそれぞれ交わってなす円の周
上それぞれ等間隔で半径方向に横切るように全周にわた
って設けられる（以下、この記述の内容を、光透過部と
光検出部とを同一パターンでリング状に同数形成する、
と表現する）。

回転板１３に対する光透過部１６の形成は、既に知られ
ている方法、たとえば金属薄板にエツチング法によりス
リットとして穿孔するか、透明ガラス板に光透過部１６
が残るよう不透明部分を印刷する方法などによって行わ
れる。第８図は光検出部釦の断面図で、その形成は次の
ように行われる。まず、ステンレスなどの導電性基板２
１のうえに、アモルファスシリコン層３０として、約５
００＾厚さのｐ形層３１、約０．５μｍ厚さのノンドー
プ層３２及び約１００＾厚さのｎ形層３３がつぎつぎに
グロー放電によって、−面に積層される。更に、その上
に透明電極３４が回転板１３の光透過部１６と同一パタ
ーンでリング状に同数形成される。゛透明電極３４は、
インジウム錫酸化膜を真空蒸着法で形成後、ホトエツチ
ング技術により所要パターンを現出させて得られる。透
明電極３４の働きは、この部分に入射した光にだけ電気
出力を与えるためのもので、これの蒸着されていない個
所からは、アモルファスシリコン層３０があっても集電
上の眠気抵抗が大きいだめ有効な出力は取り出し得ない
のである。分離形成された複数の透明電極３４は、第７
図に示すように、その一部に金属電極羽を重ねて蒸着す
ることにより相互間が電気的に並列接続され、出力電極
２３へも接続される。端子夙は出力のだ、めのいま一方
の端子である。金属電極２２及び出力電極部は透明電極
３４と同様な材質で形成することができるが、この部分
に漏れてきた光を拾って発生する光起電力が、出力電流
の直流分となり信号／雑音比を／」・さくすることのな
いよう、不透明な電極とする方がよい。なお、透明電極
３４を蒸着しているリング状の領域の内方は、出力電流
に寄与しないので省略してもよい。

このように光透過部１６と光検出部２０を形成すると、
回転板１３の回転につれ、光透過部１６は光検出部２０
の１ピツチごとに常にその全数が同時に光検出部２０に
正対向し、光検出部２０から光起電力を発生させること
になる。正対向からのずれに応じて光起電力は減少して
いき、光検出部２０の１ピツチで１周期の光起電力とな
る。

この実施例が従来と異なる点は、光検出板１９上の光検
出部２０を、すべての光検出部２０が常に同時に光透過
部１６を透過する光源１１からの光を受けることができ
るように形成し、しかもこれらを互いに並列接続してい
るので、出方電流は常にこれらの合計となる点である。

したがって、各光透過部１６の光透過面積が測定精度向
上の目的で小さくなっても、光検出部２重全体でたとえ
ば０．１ｒ：ｍ以上の面積を確保していれば、出力電流
７が減少することはない。すなわち、この発明によると
、出方電流を特別に大きく増幅する必要がなくなり、安
価な電子回路を使用して回転角度検出精度をあげること
ができ、産業上得られる効果は非常に大きい。

発明者は、幅５０μｍ１長さ１．５．のスリット状光透
過部を８００個設けた直径４０ｍｍの回転板と、アモル
ファスシリコン層３０を上記のように形成し光透過部と
同一パターンでリング状に８００個の透明電極を設けた
光検出板とを、約１咽の間隙を隔てて平行に対向させた
装置を試作し、第９図のように抵抗４２と演算増幅器部
とを組合せて、光検出部４１の出力電流を測定し、６μ
Ａピークを得た。また、１０個の試作品についての出力
電流波形は、周期がほぼ一定で、脈動がほとんど認めら
れなかった。

このことは、常に各光検出部の出力電流の和を利用して
いるため、回転板と光検出板との相対的位置ずれや光透
過部・光検出部の形状、寸法、位置などの製作精度のバ
ラツキに対して平均化効果があられれ出力特性が改善さ
れたことを示している。

次に、図示しないが、上記実施例において、光検出部２
０の数を光透過部１６の数の整数倍にすると、回転板１
３の回転につれ、光検出部２０の１ピツチごとに常に光
透過部１６の全数が同時に光検出部２ｏの上記整数分の
−だけの数に正対向するので、回転板１３側を変更せず
に、整数倍分だけ角度検出精度がよくなる。しかし、光
検出部２０に到達する光量に変わシはなく、出力電流は
光検出部数の整数倍前と同じたけ得られる。

なお、光源ｎは回転板１３の上面を全面的に一様に照射
するのが最も望ましいが、実用上の見地からこれが出来
にくい場合もしくはそれほどの必要のない場合には、２
個以上できるだけ多くの光透過部１６を照射するように
しても、この発明の特長は依然として存在することはこ
れまでの説明にょシ明らかである。

更に、光検出部２０のすべてを並列接続しなくても十分
に出力電流が得られる場合は、必要数だけの光検出部を
並列接続すればよい。この場合の光検出部２０の光検出
板１９への形成は、上記と同様光透過部１６と同一パタ
ーンでリング状に同数もしくはその整数倍を形成するが
、並列接続しない光検出部２０は最初から作らなくとも
よい。第１０図はこの場合の光検出板５０の上面図を示
す。導電性基板５１の上面には、部分的にアモルファス
シリコン層５２が上記実施例と同様にして局部的に形成
されている。透明電極５３はその必要数が、全数形成時
と同様、光透過部ユ６と同一パターンでリング状に同数
もしくはその整数倍形成され、その一部を利用したとい
うように蒸着されている。また、透明電極５３の一部に
重ねて金属電極巽を、更にこれと並列に出力電極５５を
蒸着することによシ透明電極５３の相互間は電気的に並
列接続される。端子５６は出力のためのいま一方の端子
である。

また、前記実施例では、光透過部及び光検出部をそれぞ
れ回転板及び光検出板の同一直径の想定円上に対応して
形成したが、これらを回転板及び光検出板上に想定した
それぞれ同一直径の２重、３重などと多重の想定円上に
対応関係を同様にして形成することにより、回転体の回
転方向を検出することができるなど各種の応用が考えら
れる。

〔発明の効果〕

この発明では、回転角度検出装置において、回転板側の
光透過部からの透過光を受けるため、隣接する光透過部
のなす回転板の中心に対する中心角と等しいかもしくは
その整数分の−の中心角を回転板の軸の中心に対してな
して隣接する光検出部を、並列接続して形成された薄膜
シリコン太陽電池として光検出板の回転板側に配設し、
更に２個以上の光透過部を同時照射する光源を回転板の
反光検出板側に設け、光透過部の同時照射数と光検出部
の全数の少なくとも一方がその配設される前記各板妻全
周にわたって存在するようにしたので、回転板の回転に
つれ、光検出部の１ピツチごとに、常に、光が通過して
いる光透過部の全数が同時に光検出部に正対向すること
になり、並列接続された光検出部からは比較的大きな出
力電流が得られるので、出力電流を更に大きく増幅した
り、電子回路の安定性向上のために特別の回路を付加し
たすせずに、検出精度の高い安価な回転角度測定装置を
得ることができる。また、並列接続された光検出部から
得られる出力電流は、常に回転板と光検出板との相対的
位置ずれや光透過部・光検出部の形状２寸法２位置々ど
の各種製作精度のバラツキが平均化され小さくなるので
、この面でも回転角度測定精度があがる。以上の効果は
、光源が光透過部の全数を一様に照射するときに最も大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転角度検出装置の原理図、第２図は回
転板の上面図、第３図は回転角度検出装置の出力電流波
形及びこれを処理したパルス波形列を示す図、第４図は
この発明の実施例を一部、断面で示した側面図、第５図
は第４図のＡ−Ａ線に沿った断面図、第６図は実施例に
用いられた回転板の上面図、第７図は光検出板の上面図
、第８図は光検出部の断面図、第９図は光検出部の出力
電流測定回路、第１０図は他の実施例の光検出板の上面
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）複数の光透過部を設けた、軸のまわシに回転可能な
   回転板と、該回転板と平行に対向し、その対向する側に
   光検出部を並列接続して設けた光検出板と、前記回転板
   の反光検出板側に配置され少なくとも二つの光透過部に
   同時に光を照射する光源とを備えておシ、前記光透過部
   及び前記光検出部は、前記軸を中心軸とする想定円筒と
   前記回転板及び前記光検出板とが交わってなす円の周上
   それぞれ等間隔で半径方向に横切シ、隣接する光透過部
   のなす中心角が隣接する光検出部のなす中心角と等しい
   かもしくはその整数倍であるように設けられ、かつ光透
   過部の同時照射数と光検出部の全数の少なくとも一方が
   全周にわたって存在することを特徴とする回転角度検出
   装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、光検出
   部を薄膜シリコン太陽電池ユニットから構成したことを
   特徴とする回転角度検出装置。