JPS59217106A - ホール素子を用いた測量機 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、角度検出装置に関し、更に詳細にはホール素
子を用いた角度検出＠置に関するものである。

（従来技術） ホール素子とは、磁気を電気に変換する素子であって、
バイアス電流を流すと印加磁界に比例する出力を発生す
るものである。その構造を第１図に示す。すなわち半導
体薄板ρに外部より電流ｌＨを流し、これと直角方向に
磁界（磁束密度日）をかけたとき、ローレンツ力により
ｌＨと８の双方に直角に電位差ＶＨが発生する。とのＶ
Ｈは。

ホール電圧と呼ばれ、半導体の厚さｄ１幅Ｗおよび長さ
ｔが一様であれば次式で与えられ、ｌＨとＢのそれぞれ
に直線的に比例する。

ＲＨ ｖＨ＝□ｌＨＢ　　　　　　　　　　・・・（１）なお
ＲＨ：ホール定数である。

上の構造において、磁界（８）の方向がホール素子面に
対して直角とならないときは、その磁界のホール素子面
に対しての直角成分のみが、ホール電圧■８に寄与する
こととなる。従って、該ホール電圧ｖ８は、ホール素子
面の法線ｎと磁界とがなす角を０としたとき、次式で示
される。

ＲＨ Ｖ−−ＩＨａｃｏｓθ　　　　　　　・・・（２１− 従って９例えば、磁界の方向を固定しておき、該磁界内
に配置されたホール素子Ｐを回転させたとき、この回転
角は上記ホール電圧の大きさとして得ることができ、こ
の現象を利用してホール素子を用いて角度検出を行なう
ことができる。

ところが、上記したような方法で角度検出を行なう場合
にはＳ　Ｃｏ１ｔθ　の関係から角度分解能が角度値に
よって変化するため、ｎ密な角度検出を行なうことが困
難であった。特に、磁界の方向がホール素子面の法線か
られずかに偏移している場合には、　　ｅｏｌｌθの変
化率は極めて小さく、このため精密な電圧計やＡ／Ｄ変
換器等が必要となり、検出装置が高価なものとなってし
まうという欠点があつ念。また、ホール素子の上記ホー
ル電圧ＶＨは、上記磁界の磁束密度の経年変化および各
ホール素子の温度特性に敏感に反応するため・複雑な補
償処理を行なう必要がある。

一方１特開昭５４−１８７６８号には、互いに直交して
配されたホール素子である複数個の磁気センサーを磁界
内に配置して、磁界忙対する磁気センサーの角度を検出
する角度センサーが提案されている。この角度センサー
は、複数の磁気センサーによって、磁界を各方向成分に
分解して検出し、その各方向成分の商をとることによっ
て、角度をｔａｎθ　として検出するものである。この
角度センサーによれば、上記したように磁界の各方向成
分の商をとることによって角度検出を行なっているので
、磁界の磁束密度の経年変化や各ホール素子の温度特性
に影響されずに角度の検出を行なうことができるが、角
度をｔａｎθ　として検出するため、角度をｃｏｓθ　
として検出する場合と同様。

分解能が角度値忙よって変化してしまい、精密な測定が
行なえないという欠点がある。

（発明の目的） そこで本発明は、使用する磁界の磁束密度の経年変化や
各ホール素子の温度特性に影響されず。

かつ分解能が角度値によって変化させられずに角度を検
出することのできる角度検出装置を提供することを目的
とするものである。

（発明の構成および作用） 本発明によるホール素子を用いた角度検出装置は、靜磁
界を形成する磁界形成手段または互い忙π／２位相がず
れた第１および第２交番磁界を形成する第１および第２
交番磁界形成手段、前記静磁界または第１交番磁界中に
配置された第１ホール素子、前記靜磁界または第２交番
磁界中に配置された第２ホール素子、第１および第２ホ
ール素子を、第１ホール素子面の法線と前記磁界の方向
とのなす角である第１角と、第２ホール素子面の法線と
前記磁界の方向とのなす角である第２角との和が、に／
２となる状態に位置付け、かっこの第１角と第２角との
和がπ／２となる状態を維持しつつ、該第１および第２
ホール素子を１本の回動軸あるいは平行な回動軸の周シ
に前記磁界に対して回転可能に支持する支持部材、前記
第１および第２ホール素子に、互いにπ／２位相のずれ
た電流または直流定電流を前記回動軸に沿った方向に流
れるように供給する電流供給手段、前記第１および第２
ホール素子が出力する第１および第２ホール電圧信号を
加算または減算して合成信号を出力する信号合成手段、
および交番磁界又は交流電流に対応した交番信号と前記
信号合成手段からの前記合成信号を受け、該合成信号と
前記交番信号との位相差を検出する位相差検出手段を備
え念ことを特徴とするものである。

以上説明したような構成を有する本発明の角度検出装置
においては、上記のように配置され念第１および第２ホ
ール素子が出力する第１および第２ホール電圧信号を加
算着えは減算して合成信号を得、この合成信号と交番信
号との間の位相差を検出し、この位相差によってホール
素子と磁界の間の角度を検出するようにしているので、
角度検出釦おいて磁界の磁束密度の経年変化や各ホール
素子の温度特性が影響することがなく、また角度によっ
て分解能が変化することがなく、全体として精密な角度
検出を行なうことができる。

（本発明の角度検出装置の原理） 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明を行なう
。

第２図は１本発明の角度検出装置の原理を示す図であっ
て、第１ポール素子３および第２ホール素子５は、互い
に直角関係を保ちつつ、共通の回動軸である軸０を中心
に回動可能に、磁束密度日の靜磁界中に配置されている
。従って、上記静磁界の方向と第１ホール素子３の素子
面の法線ｎとのなす角θ、および該靜磁界の方向と第２
ホール素子５の素子面の法線とのなす角との和は、９０
’すなわちπ／２となっている。第１ホール素子３０２
つの入力端子７．７′は、上記軸０上妃配されておシャ
一方の入力端子７には正弦波電流発生器１１が接続され
ておシ、他方の入力端子７′は接地されている。従って
、第１ホール素子３には。

上記正弦波電流発生器１１がらＩ　ｓｉｎωｔの制御電
流が供給されている。第２ホール素子５の２つの入力端
子９・　９′　も上記軸０上に配されており。

一方の入力端子９はπ／２移相器１３を介して上記正弦
ｔＩｊ！、電流発生器ｌ】に接続されており、他方の入
力端子９′は接地されている。従って、第２ホール素子
５１Ｃは、上記π／２移相器１３から１゜ｃＯ３ωｔの
制御電流が供給されている。第１ホーール素子３の出力
端子１５．１５１　と単２ポール素子５の出方端子１７
．１７１　とは、それぞれ発生するホール電圧が加算さ
れるように直列接続され、このホール電圧は増幅器１９
妃よって増幅されるようＫｊｚっでいる。上記の条件の
もとで、第１ホール素子３が発生するポール電圧ＶＨ（
１１は。

ＶＨ（１）＝　ＣＨ＊　ｌ０ｓｔｎｃａｔ　ｍ　Ｂｃｏ
ｓθ・・・（３） と、第２ホール素子５が発生するポール電圧ｖＨ（２）
は ・・・（４） とそれぞれ示すことができる。

こ＼で１ＣＨは、ホール素子固有の定数でホール係数Ｒ
Ｈとホール素子の厚みｄとの商ＲＨ／　ｄで示され１以
下、ホール定数と呼び第１ホール素子および第２ホール
素子の定数は同じものとして取扱う。

このようにして得られた第１ホール素子ａのホール電圧
ＶＨと第２ホール素子５０ホール電圧Ｖ□（２）とを加
算し合成を行うと・ ｖ　、＋　＝ｙ　Ｈ（１１＋　ｙ　Ｈ＋２１＝　Ｃトげ
　Ｉ。　ｓｉｎωｔＢｃｏｓ　θ＋ＣＨＩｏｃｏｔ　ω
ｔ＊Ｂｓ１ｎ　θ＝ＣＨＩＩ　１゜・Ｂｓ　Ｉ　ｎ　（
ωｔ＋θ）・・・（５）が得られる。

この式（５）から明らかなように９合成されたホール電
圧ＶＨ＋θ中では、磁界の直角方向と第１ホール素子と
がなす角θが、第１ホール素子に流した正弦波電流（ｌ
ｏｇｉｎωｔ）に対する位相差となって現われる。

従ってこの位相差を正確に測定することによって磁界Ｂ
の方向に対するホール素子の回転角θを得ることができ
る。

また第１ホール電圧ｖＨ（１）と第２ホール電圧ｖＨ（
２１の差をとったときは。

ｖ−＝ｖ（１）−、＋２１ ＨＨ ＝　ＣＨ＊　Ｉ。ｓｉｎωｔ　ａＦ３ｃｏ＊ｔｌ−ＣＨ
＊　Ｉｏｃｏｓωｔ　＊　Ｂｓ１ｎθ＝ＣＨＩ＋１゜・
Ｂ争５Ｉｎ（ωを一θ）　　　　　　　　−＋６）とし
て和をとったときと同様に位相差として１回転角θが現
われる。

（実施例） 以下１本発明をトランシットに適用した実施例を添付図
面を参照しつつ説明する。

（第１の実施例） 〈全体構成〉 トランシットは１第３図に示すように、望遠鏡２１をそ
の水平軸２１ａ、２１ｂを中心として回動自在に支持す
る支柱２３ａ、２３ｂを有する托架部２３を鉛直軸オわ
シに回動自在に支持する基盤２５とから構成されている
。望遠鏡２１の回動軸２１ａ、２１ｂは、図示しないベ
アリングによって支柱２３ａ、２３ｂに回動自在に支持
されている。

トランシットの測角を可能とする構成は、高低角度測定
用の磁界形成部３０．高低角度の信号検出部４０．水平
角度測定用の磁界形成部５０．水平角度の信号検出部６
０．電流供給部７０．信号処理部８０及び表示部９０か
ら構成されている。

〈高低角度測定用磁界形成部３０〉 高低角度測定用の磁界形成部３０は、ディスク３２を備
えておル、このディスク３２は、その中心な回動軸２１
ａと同軸に取付けられ、望遠鏡２１と共に回動するよう
になっている。このディスク３２の外縁ＫＦｉｌｉ状部
材３２８が設けられており、この環状部材３２ａの内面
には、ディスク中心を挾んで磁石３４と磁石３６とが、
その対向面の極性が鼻なるように、かつ、望遠鏡の規準
軸および回動軸２１１と直角方向の磁界を形成するよう
に配置されている。

〈高低角度の信号検出部４０＞ 高低角度の信号検出部４ｏは、＃１ホール素子３と第２
ホール素子５によって第４図のように構成され、支柱２
３ａＫ取付けられている◇第１ホール素子３は望遠鏡２
１８の回動軸中心２１ａ′上でかつ水平に、第２ホール
素子５はその回動軸中心２１ａ′上で■直に取付けられ
ている。７）お。

こ＼で水平、垂直というのはトランシットが正しく取付
けられている状態でのことである。（以下同じ）。第１
ホール素子３と第２ホール素子５とは、原理の説明の項
での説明と同様に配置され。

かつ電気的に接続されている。従って、それらについて
ここで繰シ返さない。

〈水平角度側定石磁界形成部５０＞ 水平角度測定用の磁界形成部５ｏは・ディスク５２を備
えており１このディスク５２は、托架部２３にその回動
軸２３ｃと同軸な状朝で取付けら−れ、托架部２３と共
に回動できるようになっている０このディスク５２の外
縁には環状部材５２ａが設けられており、この環状部材
５２１１の内面には・ディスク中心を挾んで磁石５４と
磁石５６とがその対向面の極性が真なるように配置され
ている。この磁界形成部５０は印遠鏡２１の規準軸２１
ｃと平行な靜磁界を形成している。

〈水平角度の信号検出部６０〉 水平角度の信号検出部６０は高度角度信号検出部４０と
同様に２つのホール素子によって構成されている。これ
ら２つのホール素子は、トランシットを適正に＠え付け
、望遠＠２１の規準軸２１ｃが南北を又は東西を規準し
ているときに、磁界形成部５０が形成する磁界方向に、
一方は平行と々す、他方状直交するように配置されてい
る。これによって基準位置が設定可能となる。

〈電流供給部７０の概要〉 電流供給部７０は、後１ｃ詳細に説明するように高低角
度の信号検出部４０および水平角度の信号検出部６０の
それぞｉｔのホール素子へπ／２位相差を有する電流を
供給するもので、支柱２３ｂに組み込まれている。

く信号処理部８０の概要〉 信号処理部８０は、後に詳細に説明するように信号検出
部４０によって検出した信号と、電流供給部７０が信号
検出部４０へ供給する電流とを受け、それらの位相差を
検出して高低角度を演算し、また信号検出部６０によっ
て検出した信号と、電流供給部７０が信号検出部６０へ
供給する電流とを受け、それらの位相差を検出して水平
角度を演算している。

〈表示器９０〉 表示器９０は、上記信号処理部８０で演算した高低角度
及び水平角度の表示を行うものである。

〈電流供給部７０および信号処理部８０の詳細〉次忙第
５八図ないし渾７図を参照して、上記電流供給部７０お
よび信号処理部８０の詳細について説明する。

なお１本実施例では、高低角度の検出と水平角度の検出
とは絡々同一の構成によって行われるため、以下高低角
度の検出についてのみ説明を行い水平角度の検出につい
ての説明は省略する。

〈電流供給部７０） 電流供給部７ｏは、第５Ａ図に示されているような電源
回路１００によって構成されておシ、この電源回路１０
０は、互いにπ／２位相がずれた第１および第２電圧Ｖ
、、Ｖ２を形成し、第１電圧ヲオヘ７７ｆＯＰ、　１０
４を介して第１ホール素子３に、第２ｍ圧をオイアンプ
ＯＰ２１０６を介して第２ホール素子５にそれぞれ印加
することによって、第１および第２ホール素子３，５に
互いにπ／２位相がずれた第１および第２を流１　ｓｉ
ｎωｔ１１ｏｃｏｓωｔをそれぞれ流すものである。

電源回路１００は正弦波電圧発生器１０２．１つのコイ
ルＬ、　　１つのコンデンサｃ、２つの可変抵抗器ＶＲ
，、Ｖｎ２、抵抗Ｒ，７）いしＲ９及び２つのＯＰアン
プ１０４．１０６から構成されている。

コイルし、可変抵抗ＶＲｔ　Ｉ　Ｖｎ２１　コンデンサ
Ｃ及び正弦波電圧発生器１０２とで直列回路を構成して
いる。第１ホール素子３へ供給する第１電圧ｖ１けコイ
ルＬと可変抵抗ＶＲ，によって形成され、第２ホール素
子５へ供給する第１電圧ｖ１　　はコンデンサＣと可変
抵抗νＲ２とによって形成される。ここで式（５）を成
立させるためにＶｌとｖ２の関係は完全に９０°位相差
をもたせる必要がある。コンデン−ＦＣが完全に９ｆリ
アクタンスＸｃ　　成分しかもたないのであれば、抵抗
成分と直交したインピーダンスが得られるのであるが、
実際にはｆｆｆ５日図示すように僅かながらの抵抗器Ｒ
ｃ　　が含捷れでいるため合成インピーダンスＺｃ　　
は抵抗成分軸と直角とはならなくなる。そこで、ｚ２と
■２との直交関係を確保するため可変抵抗Ｒｖ　　と直
列に微か設リアクタンス量のコイルＬを接続している。

コイルしのりアクタンス分ｘＬ、　　可変抵抗ＶＲ，、
Ｖｎ。

並びにコンデンサＣのリアクタンスＸｃ　　及び抵抗器
Ｒｅ　　の関係社用５８図に示している。

電圧ｖ１と電圧Ｖ２との撮部を一致させ、がっπ／２位
相関係に調整するには可変抵抗ＶＲ，及びＶｎ２を適轟
に変化させることによって行う。

第５Ｂ図から明らかなように、可変抵抗ＶＲ，の変化で
は、コイルＬと可変抵抗ＶＲ，との合成インピーダンス
ｚ１　　の大きさの変化が顕著でちゃ、かつ傾きθｉ　
の変化が僅かであるの忙対１−１可変抵抗ＶＲ２の変化
ではコンデンサＣと可変抵抗ＶＲ２との合成インピーダ
ンスｚ２　　の大きさの変化が僅かであり・かつ傾きθ
２　の変化が顕著となる。

そこで崖フ電圧Ｖ、と第２電圧ｖ２との振幅調整は主に
可変抵抗ｖＲ，ＩＣよって父位相差飼整は主に可変抵抗
・ＶＲ２によって行われる。

コンデンサＣと可変抵抗ＶＲ，とで形成された第１電圧
Ｖ１は抵抗Ｒ５ないしＲ６及びオペアンプｏｐ、によっ
て差動増幅された後端子へから出方される。

コイルＬと可変抵抗ｖＲ２とで形成された第２電圧ｖ２
は、抵抗Ｒ７ないしＲ９及びオペアンプＯＰ２によって
差動増幅された後、端子日から出力される。

上記の構成によって出力端子へに生ずる電圧をＥｌ　ｓ
ｌｎωｔ・”　（７） とすれば１出力端子Ｂに生ずる電圧は ε２ｓＩｎ（ωｔ　−π／　２　）　±Ｅ２　ｃｏｓω
ｔ　　　　・１８１と表わされるようにπ／２位相差を
有する信号となる。ここで抵抗Ｒ５ｑいしＲ９は、出力
端子Ａ。

Ｂから共に振幅が共通でかつ十分な電圧が得られるよう
に電圧ｖ１及び電圧ｖ２に対応１−て選択されている。

従って式（７）のｉＥｌと式（８）のＲ２とが一致する
こととなる。これを以下Ｅ；　とする。

電源回路１００の出力端子ＡＦｉ、第１ホール素子３０
入力端子７．７′及び可変抵抗ＶＲ，ｏ　　を介して接
地されて第１ホール素子３の第１入力端子路を、又出力
端千日は、第２ホール素子５の入力端子９．９′及び可
変抵抗ＶＲ，。′を介して接地されて第２ホール素子５
の第２人力電流路を構成する。

上記のように第１ホール素子３及び第２ポール素子５の
入力端子７．７’　、９．９’に電圧が印加されている
ので第１及び第２ホール素子３．５には入力電流が流れ
、磁界中に族ツバれることを条件として、それぞれの出
方端子にポール電圧が発生する。

〈佃号処到１部ＳＯ＞ 次に、ｆ６図および第７図を参照して、上記信号処理部
８０を詳細に説明する。この信号処理部８０は、大きく
分けて坑６図に示すホール電圧検出回路２００．および
第７図に示す角度値演算部３００から構成されている。

〈ホール電圧検出回Ｍ２Ｏ０＞ ホール電圧検出回路２００は、第１および第２ホール素
子３，５の不平置市・圧、入力電流値偏差およびホール
定数値偏差を除去した純粋な合成ホール電圧の抽出を行
なうものであり、第６図に示されているように、抵抗Ｒ
１〜Ｒ２６，Ｒ１，ｌ〜Ｒ２１′　　および７つのオペ
アン７’　ＯＰ５〜ＯＰ６およびＯＰ５′〜ＯＰ５′　
　から構成このオ硬アンプｏｐ、ｔｉｍ幅を目的として
おらず前段と後段とのバッファを目的としておシ、従っ
て抵抗ＲＩＩないしＲ＋　４の値は１例えば１０にΩの
ように高抵抗で統一されているロオにアンプＱＰ５の出
力端子は抵抗Ｒ１５を介してオペアン７°ＯＰ４の■入
力端子へ入力されている。

第１ホール素子３の第１入力端子路に挿入された可変抵
抗ＶＲ、、は、第１ホール素子３の出力端子１５．１５
’の不整合等を原因として生ずる不平衡電圧を補償する
第１補償電圧ｖｅ　を発生するためのものである。従っ
て可変抵抗ＶＲ，ｏ　の抵抗値は例えば１０９位の低い
抵抗値のものが用いられ第１ホール素子の不平衡電圧に
対応して適当に調整される。この補償電圧ＶＣは、抵抗
Ｒ１６ないしＲ１８及びオペアンプＯＰ５で構成された
バッファアンプと抵抗ＲＩ９とを介してオペアンプＯＰ
４の■入力端子へ入力されている。オペアンプＯＰ５は
バッファを目的としているので抵抗Ｒ１６〜Ｒ１８の抵
抗値は１例えばＩＯＫΩ高抵抗値で統一されている。

抵抗Ｒ１５とＲ，、ｆｊ、いし”２＋及びオぜアン７６
０Ｐ４け、差動アンプを構成し、これは第１ホール素子
３の第１ホール電圧ｙ　、（１１’と第１補償↑に圧Ｖ
Ｃ，との差動増幅を行い第１ホール電圧ｖＨｔｌｌ　’
から不平衡電圧を除去した純粋な第１ホール電圧ｖＨ′
１）　　を抽出するためのものである。オにアンプＯＰ
５の一方の入力端子には、抵抗ＲＩｔを介して第１ホー
ル素子３の一方の出力端子１５が、オイアンｆ　ＯＰｓ
の他方の入力端子には、抵抗Ｒ１２を介して第１ホール
床子３の他方の出力端子１５’が、それ−ｔ’ｔＬ接続
されている。このオペアンプＯＰ３は・その出力端子が
、抵抗Ｒ１３を介してｅ入力端子に接続されておシ、■
入力端子は、抵抗日１４を介して接地されている。

第２ホール素子５に関して上記と１司様の回路構成とな
っているので同じ信号にダッシュを付け。

その説明は省略する。向オペアンプＯＰ４／に取シ付け
られた抵抗８２０〆　に直列に可変抵抗ＶＲ，ｉＫ接続
されているが、この抵抗Ｒ２２は第１ホール素子３と第
２ホール素子５のホール定数の差等によって生ずるホー
ル電圧ｖＨ（１）　、　ＶＨ（２ゝの振幅ｆ直の不一致
を調整するためのものでおり、適当なｉｌｌ整のもとに
、オペアンプＯＰ　とｏｐ　／　　の出力の振幅値４ を一致させる。

オペアンプＯＰ４の出力端子は抵抗Ｒ２３を介して、オ
ペアンプｃ）ｐ　４／　の出力端子は抵抗Ｒ２４を介し
て。

オペアンプＯＰ６のＣ−）入力端子に接続さ−ｈ、てい
る。

オイアン７ｐＯＰ６の出力は、出力端子ｃ　ｉ−ら角度
値演算部３００へ送られるとともに、抵抗日２５を介し
てそのＯ入力端子にも送られるようＫなっている。オペ
アンプＯＰ６の■入力端子は抵抗Ｒ２６を介してアース
端子へ接続されている。

上記のように構成することによってオペアンプＯＰ　に
よって不平衡電圧成分７）Ｅ除去された純粋な第１ホー
ル電圧ｖＨ（１）　　とオペアンプ□ｐ４／　によって
不平衡電圧成分が除去さｉｔた純粋な第２ホー）し電圧
ＶＨとを加え合せた電圧力；、オペアンプ（２） Ｏ１２の出力として得られる。

〈角度値演算部３００〉 次に、第７図を参照して角度値演算部３００の構成の詳
細について説明する。この角度値演算部３００は、増幅
＄３１０．矩形波変換部３２０、位相差検出部３３０、
クロックツ臂ルス発生器３４０、パルスカウンタ３５０
および演算器３６０から構成されている。

電源回路１００の出力端子Ａからの出力信号は。

第８図（１）に示す正弦波で１式（７）によシＥ、ｓｉ
ｎωｔで表わされる。この出力信号は、増幅部３１０の
第１アン７’３１２によって適当なレベルに増幅された
後、矩形波変換部３２０の第１矩形波変換器３２２によ
って矩形波に変換される。この矩形波変換された信号は
第８図（３）に示されているような形状であり、これは
位相差検出部３３０の第１ＡＮＤ回路３３２および遅進
弁別回路３３４へ入力されている。

ホール電圧検出回路２００で検出した第１ホール電圧ｖ
Ｈ＋１）と第２ホール電圧ｖＨ１２１の和の信号である
合成ホール電圧信号は出力端子Ｃから得られ。

この合成ホール電圧信号は第８図（２）に示されている
ように、ホール素子の回動角θを位相差にもつ信号であ
り、上記式（５）　ＣＨ＠ｌ　ｏ　ＩＩＢ　ｓ　Ｉ　ｎ
　（ωｔ＋θ）で表わされる。仁の信号は、増幅部３１
０の第２アンｆ３１４によって適当なレベルに増幅され
、矩形波変換部３２０の第２矩形波変換器３２４によっ
て第８図（４）に示されているような矩形波に変換され
る。この矩形波変換された信号は、遅進弁別回路３３４
へ入力されるととも［、ＮＯＴ回路３３６によって第８
図（５）Ｋ示されているような反転信号とされた後第１
ＡＮＤ回路３３２へ入力される。第１Ａ　Ｎ　Ｄ回路３
３２は第８図（３）の信号と（５）の信号の論理積をと
シ、第８図（６）に示すような。

第８図（１）の信号と（２）の信号との位相差に対応し
たパルスを有する信号をｌ＋Ｒ２ＡＮＤ回路３３８へ出
力する。クロックパルス発生器３４０は第８図（７）に
示すようなりロツクノぐルスを、第２ＡＮＤ回路３３８
へ出力する。第２ＡＮＤ回路３３８は第８図（６）の信
号と（７）の信号との論理積をとシ、第８図（８）忙示
すように第８図（１）の信号と（２）の信号との位相差
に対応したクロック／母ルス列を形成し、ノやルスカウ
ンタ３５０へ出力する。ノやルスカウンタ３５０は第２
ＡＮＤ回路３３８の出力パルスのカウントを行い、その
結果を演算器３６０へ出力する。

一方、遅進弁別回路３３４は、第１矩形波変換器３２２
の出力と第２矩形波変換器３２４の出力から第８図（１
）の電源回路１００の出力端子Ａからの信号に対し第８
図（２）の合成ホール電圧信号が進み状襲か遅れ状態か
を判別する。

この遅進弁別回路３３４の構成は、インクリメンタル式
ロータリーエンコーダーでよく用いられる方向弁別回路
の構成と同じであるので詳細な説明は省略する。遅進判
別回路３３４の判別出力は。

演算器３６０に出力され演算器３６０は／４ルスカウン
タ３５０の計数結果と、遅進判別回路３３４０判別結果
に基づいて磁界方向に対するホール素子の回動角θを演
算し表示器９０へ演算結果を出力する。表示器９０は演
算器３６０の演算結果′を表示する。

なお、角度値演舅部３００の＾端子に入力する基準信号
は第１ホール素子の入力電圧で説明したが、第２ホール
素子の入力電圧であっても差支えなく、この場合には１
位相差は（θ−π／２）で得られる。基準信号として第
１ホール素子の入力電圧とするか第２ホール素子の入力
電圧とするかは１例えばトランシットのような天頂角を
ゼロ度とするか水平角をゼロにするかと云った角度原点
の取り方によって変えればよい◎ 〈第１実施例のトランシットの構造の変形〉上記実施例
においては、高低角度を検出するために磁界形成部３０
を托架部２３に、又信号検出部４０を望遠鏡２１の回動
軸上に取付け、一方水平角度を検出するために磁界形成
部５０と基盤２５に、信号検出部６０を托架部２３の回
動軸上に取り付け、これに基づいて説明を行った。しか
し本発明はこの構成に限られるものではなく磁界形成部
が形成する磁束と、信号検出部のホール素子とが相対移
動を行えば、この移ｉｔｂ　ｉｔを検出できるもので、
第９図に示すように高低角度検出のために信号検出部４
０を托架部２３に、又磁界形成部３０を望遠鏡２１の回
動軸上に取付は一力、水平角度検出のために信号検出部
６０を基盤２３に又、磁界形成部５０を托架部２３の回
動軸上に取り付けても、何等さしつかえなく角度検出が
行えるものである。第９図においては、主な構成部材を
第３図に示した実施例と同じ参照番号で示している。

以上説明した第１の実施例では２つのホール素子の入力
電圧をそれぞれπ／２関係の位相差で交番させて２つの
ホール電圧を合成した信号ｖＨ＝　ｃＨｅ　Ｉｏ”Ｂｓ
１ｎ　（ωを十〇）　　　・・・（５）を形成していた
が、２つのホール素子に加える磁界を、それぞれ、π／
２位相差で交番させ、この２つのホール素子には直流電
圧を印加することＫよって上記合成ホール電圧ｖ８を得
ることもできるＯ （第２の実施例） 以下、その例を第２実施例として第１０図を参照しつつ
説明する・ 第１磁界形成部４００は、リング状の磁路にその中心に
向けて突出部４００ａ、ｂが設けられておシ、この突出
部４００ａ、ｂにはコイル４０２ａ。

ｂが巻かれておシ、突出部間に磁界が形成されるように
なっている。第２磁界形成部４１０も第１磁界形成部４
００と同様の構成となっている。陶。

２つの磁界形成部の形成した磁界方向は直交している。

電圧供給部４２０は、互いにπ／２位相差を有する第１
および第２交流電圧を発生し、この第１゜第２交流電圧
を第１磁界形成部４００と第２磁界形成部４１０とへそ
れぞれ供給する。これによって第１磁界形成部４００は
Ｂｓ１ｎωｔの第１交番磁界を、又第２磁界形成部４１
０はＢ　ｓｌｎ　（ωｔ−ｔｔ／２）の第２交番磁界を
形成する。電圧供給部４２０は。

また一定の直流電圧Ｅを形成し、信号検出部４３０の第
１．第２ホール素子４３２．４３４へ供給する。

信号検出部４３０は、上記第１および第２ホール素子４
３２．４３４を備えておシ、これらｆＲｌおよび第２ホ
ール素子４３２．４３１−Ｊ：、　共に回動軸４４０に
取り付けられ、これと共に回動できるようｋなっている
。第１ホール素子４３２は、第１磁界形成部４００が形
成する交番磁界中に配され１回動軸４４００回動中心上
に入力端子４３２ａ、４３２ｂが設けられている。また
、第２ホール素子４３４は、第２磁界形成部４１０が形
成する交番磁界中に配され、上記回動軸４４０の回動中
心１忙入力端子４３４ａ、４３４ｂが設けられている。

第１ホール素子４３２および第２ホール素子４３４は、
互いに平行に、あるいは同一平面内に配置されている。

第１ホール素子４３２及び第２ホール素子４３４には、
電圧供給部４２０が形成した直流電圧Ｅがスリップリン
グ４３６を介して図示はしないが、それぞれの入力端子
へ供給されている。

第１ホール素子４３２と第２ホール素子４３４の出力端
子は１図示はしないが直列に接続され、これＫよってス
リップリング４３８を介して第１ホール素子４３２と、
第２ホール素子４３４の合成ホール電圧ｖＨ（１ゝ＋ｖ
Ｈｆ２１　が取り出せるよう釦なっている。

以上の構成において、第１ホール素子４３２が発生する
ホール電圧ＶＨ（１）はホール素子の入力電流をｌ、第
１ホール素子の法線ｎ、と、第１磁界形成部の成形する
磁束８ｓｌｎωｔとのなす角をθとすると１次式で求め
ることができる。

ＶＨ（ｌ）＝ＣＨＢｓｌｎωｔ＠ｌ＠ｃｏｓ１９　　　
　　　＝１９１一方、第２ホール素子４３４が発生する
ホール電圧ｖＨ（２１はホール素子の入力電流をｌ・第
２ホール素子４３４の法線ｎ２　　と第２磁界形成部の
形成する磁束Ｂｓ１ｎ（ωを一π／２）とのなす角はπ
／２−θであるので次式で求めることができる。

ＶＨ（２）＝ＣＨ＠Ｂｓ１ｎ（ωを一π／２）＠ｌｌＩ
ｃ０８（π／２−θ）ＣＨ＊　ａ　ｃｏｓωｔ　’　Ｉ
　＊　ｓｌｎθ　　　　　　　　　　　・φ−（Ｉｎ伺
、ここでは、第１ホール素子４３２と第２ホール素子４
３４に流れる電流値は同一とし、また形成される磁界の
振幅は等しいものとする。第１ホール素子４３２の発生
するホール電圧ｖＨ（１）　　と。

第２ホール素子４３４０発生するホール電圧ｖＨ（２１
とを加え合せた合成ホール電圧ＶＨ＝　ＶＨ（１）〜＋
ｖＨ（２＋は以下に示すように式（５）と一致する。

ｖ　Ｈ＝　ｙ　ＨＬｌ）　＋　Ｖ　Ｈｆ２１”　ＣＨ”
　８　ｓｉｎωｔ　＠　ｌ　ａ　ｃｏｓθ十ＣＨ＊　ａ
　ｃｏｓωｔ　ｓ　ｌ　ｍ　ｓｉｎθ＝　ＣＨＢ　Ｉ　
ｓ　Ｉｎ　（ωｔ＋θ）　　　　　　　　　　　−（１
１１従ってこの合成ホール電圧と、電圧供給部４２０が
磁界形成部へ供給する電圧を基準信号として、これとの
位相差を検出することＫよって形成され九磁束と、ホー
ル素子とが、なす角が測定可能となる点は既述した実施
例と同様であるので信号処理部等の説明は省略する。

〈実施例の変形例〉 崗、上記変形例では、２つのホール素子を平行とし、第
１．第２の交番磁界方向を直交させて説明したが、この
構成に限定されるものではなく・第１ホール素子の法線
ｎＩ　　が第１交番磁界方向となす角と第２ホール素子
の法線ｎ２　　が、第２交番磁界方向となす角との和が
π／２であれば合成ホール電圧は１式で現われ測角機能
を十分圧果たす本のである。例えば第１ホール素子と第
２ホール素子とが９の角度をなしていれに、第１交番磁
界の方向と、第２交番磁界の方向とがなす角をに／２＋
ψとすることＫよって１本発明の適用が可能となる。ま
た、ホール電圧ｖＨ（１）およびｖＨｆ２）の合成を、
加算によって行なったが鴫この合成は・減算によって行
なってもよいことはもちろんである。

尚、実施例の説明においてホール素子を回動軸１忙配置
しているが、これは磁界日に分布むらがある場合にその
影響を少なくするものであって。

分布むらの少ない静磁界が得られるならば、ホール素子
は軸上でなく軸とともに回動する位置に取り付ければ足
りる。

第１笑施例においてホール素子へ供給する交流電流及び
第２実施例において交番磁界を形成するための供給電圧
は正弦波電圧としてきたが、これは正弦波に限られるも
のではなくπ／２位相差を持つ２つの矩形波電圧であっ
ても構わない。ただし、この時には合成されたステップ
状の出力信号ラフイルターリングすることによって位相
差を抽出することとｋる◎ （本発明の効果） 本発明の角度検出装置によれば上記したように磁界とホ
ール素子とのなす角がホール素子の合成出力電圧と基準
信号との位相差として現れる。従って角度分解能は、基
準信号の周波数と位相差を検出するためのクロック／母
ルスの周波数との比に依存することとなる。基準信号は
ホール素子に印加する交流電圧又は交番磁界を形成する
交流電圧であるので、要求される角度分解能に尾、じて
基準信号及びクロックツ！／Ｌ−スの周波数を選択する
ことにより、高分解能の角度検出本容易に行える。又本
発明の角度検出装置は磁界とホール素子とのなす角をホ
ール素子の出力振幅値変化を検出し得るものでなく、ホ
ール素子の合成出力電圧と基準信号との位相差検出によ
り得るものであるから、従来の検出手段と比較して項境
変化に対して強く信頼性が高い本のといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ホール素子の構造を示す斜視図。 第２図は１本発明の角度検出装置の原理を示す斜視図。 第３図は、第１の実施例忙よるトランシットの全体構成
を示す斜視図。 第４図は、高低角度の信号検出部の構成を示す斜視図。 第５Ａ図および第５Ｂ図は、”＊流供給部の構成を示す
電気回路図およびそのベクトル図。 第６図は、ホール電圧検出回路の電気回路図。 第７図は、角度値演算部の電気回路図。 第８図は、各回路の出力信号等をボすタイムチャート。 第９図は、第３図に示した第１の実施例の各部材の配置
を変更した変形例を示す斜視図。 第１０図は、第２の実施例によるトランシットの主要部
を示す概略斜視図である。 ３・・・第１ホール素子、５・・・第２ホール素子。 １１・・・正弦波電流発生器、１３・・・π／２移相器
。 ２１　ａ　＊　２　ｌ　ｂ・・・回動軸、３０・・・高
低角度測定用の磁界形成部、４０・・・高低角度の信号
形成部。 ５０・・・水平角度測定用の磁界形成部、６０・・・水
平角度の信号検出部、７０・・・電流供給部、８０・・
・信号処理部。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　静磁界を形成する磁界形成手段、該靜磁界中
   に配置された第１および第２ホール素子、該第１および
   第２ホール素子を、第１ホール素子面の法線と前記静磁
   界の方向とのなす角である第１角と、第２ホール素子面
   の法線と前記靜磁界の方向とのなす角である第２角との
   和がπ／２となる状態に位置付け、かつこの第１角と第
   ２角との和がπ／２となる状態を維持しつつ、該第１お
   よび第２ホール素子を１本の回動軸あるいは平行な回動
   軸の周りに前記靜磁界に対して回動可能釦支持する支持
   部拐、前記第１ホール素子延、第１電流を前記回動軸に
   沿った方向に流れるように供給する第１電流供給手段、
   前記第２ホール素子に、第１ｗ！流からπ／２位相がず
   れた第２電流を前記回動軸に沿った方向に流れるように
   供給する第２電流供給手段、前記第１および第２ホール
   素子が出力する第１および第２ホール電圧信号を加算ま
   たは減算して合成信号を出力する信号合成手段、および
   前記第１又は第２電流に対応した交番信号と前記信号合
   成手段からの前記合成信号を受け、該合成信号と前記電
   流との位相差を検出する位相差検出手段を備え九角度検
   出装置。
2. （２）′第１交番磁界を形成する第１交番磁界形成手段
   、前記第１交番磁界からπ／２位相がずれた第２交番磁
   界を形成する第２交番磁界形成手段。 前記第１交番磁界中に配置された第１ホール素子、前記
   第２交番磁界中に配置された第２ホール素子、第１およ
   び第２ホール素子を・第１ホール素子面の法線と前記磁
   界の方向とのなす角である第１角と、第２ホール素子面
   の法線と前記磁界の方向とのなす角である第２角との和
   が。 π／２となる状態に位置付け、かつこの第１角と第２角
   との和がπ／２となる状態を維持しつつ、該第１および
   第２ホール素子を１本の回動軸あるいは平行な回動軸の
   周りに前記磁界忙対して回動可能に支持する支持部材、
   前記第１および！２ホール素子に、直流電流を前記回動
   軸に沿った方向に流れるように供給する電流供給手段、
   前記第１および第２ホール素子が出力する第１および第
   ２ホール電圧信号を加算または減算して合成信号を出力
   する信号合成手段、および前記第１磁界又は第２磁界に
   対応した交番信号と前記信号合成手段からの前記合成信
   号を受け、該合成信号と前記信号との位相差を検出する
   位相差検出手段を備えた角度検出装置。