JPS60159611A - 角度センサ - Google Patents
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- JPS60159611A JPS60159611A JP1543784A JP1543784A JPS60159611A JP S60159611 A JPS60159611 A JP S60159611A JP 1543784 A JP1543784 A JP 1543784A JP 1543784 A JP1543784 A JP 1543784A JP S60159611 A JPS60159611 A JP S60159611A
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- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
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Classifications
-
- 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
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/344—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using polarisation
- G01D5/345—Polarising encoders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は回動角を比較的広い範囲にわたシ、しかもリ
ニャリテイ良く検出する角度センサに関するものである
。
ニャリテイ良く検出する角度センサに関するものである
。
従来、回動角を検出する方法として被測定体の回動角に
対応してポテンショメータの軸を回動させ、その時のポ
テンショメータの抵抗値変化から回動角を検出するもの
が一般的であったＱしかし、この方法ではポテンショメ
ータに摺動摩擦があるため、ポテンショメータに加わる
トルクが小さなものは誤差が大きくなる欠点を有してい
ｆｃ、０例えば、振子の回動角を測定することによって
傾斜角を検出するものでは前記の誤差を軽減するため、
振子の回転モーメントを十分大きくしなければならず、
このようなものは小形に構成することが困難なうえ、必
要な応答特性を得ることも困難であった。また、ポテン
ショメータを用いる方法の他の欠点として摩耗のため寿
命が短かかった。
対応してポテンショメータの軸を回動させ、その時のポ
テンショメータの抵抗値変化から回動角を検出するもの
が一般的であったＱしかし、この方法ではポテンショメ
ータに摺動摩擦があるため、ポテンショメータに加わる
トルクが小さなものは誤差が大きくなる欠点を有してい
ｆｃ、０例えば、振子の回動角を測定することによって
傾斜角を検出するものでは前記の誤差を軽減するため、
振子の回転モーメントを十分大きくしなければならず、
このようなものは小形に構成することが困難なうえ、必
要な応答特性を得ることも困難であった。また、ポテン
ショメータを用いる方法の他の欠点として摩耗のため寿
命が短かかった。
これらの欠点を除くには回動角を非接触で検出する必要
があυ、そのため磁場を用いたり、光を用いたシする方
法が提案されている。
があυ、そのため磁場を用いたり、光を用いたシする方
法が提案されている。
磁場を用いる方法は、磁気抵抗素子やホール素子等の磁
気に感応するセンサと磁石とを用いて構成されるが、外
部に磁場のある様な環境で使用する場合、外部磁場によ
って測定値が影響を受け誤差の原因になるので、場合に
よっては磁気シールドを施こす必要がある。
気に感応するセンサと磁石とを用いて構成されるが、外
部に磁場のある様な環境で使用する場合、外部磁場によ
って測定値が影響を受け誤差の原因になるので、場合に
よっては磁気シールドを施こす必要がある。
一方、光を用いる場合は、外光の影響を受けないように
遮光するだけで良く、これは磁気シールドよりもはるか
に容易である。従って外乱の影響を避けるためには磁場
を用いるニジも光を用いる方が有利である。
遮光するだけで良く、これは磁気シールドよりもはるか
に容易である。従って外乱の影響を避けるためには磁場
を用いるニジも光を用いる方が有利である。
元を用いる方法で最もシンプルなものは、第１図に示す
ように、発光面および受光面を対向させ、それぞれの光
軸が一致する状態で発光素子としての発光ダイオード１
と受光素子としてのフォトトランジスタ２とを図示しな
い筐体に取付け、この対向空間を支軸３に取付けられた
遮光板４が回動するようにしたものがある。このように
すれば支軸３の回動角に応じてフォトトランジスタ２に
到達する光量が変化するため、第２図（ａ）に示すよう
に、回動角に応じた信号を得ることができる。しかし、
一般にフォトトランジスタの受光面は小さく、回動角の
僅かな変化で第２図（ｂ）に示すように入射光が完全に
遮ぎられた範囲Ａの状態から、全く遮ぎられない範囲Ｂ
の状態に移シ、出力が飽和してしまう。このためリニヤ
領域は範囲Ｃで示す非常に狭い部分しか得られない。受
光面の大きなフォトトランジスタを使用すれば、ある程
度リニヤ領域を拡大できるが、このようなフォトトラン
ジスタは特殊なものであるからコストが高く経済性が悪
くなる。また、受光面は無制限に大きくすることはでき
外いので、リニヤ領域は５〜６度の範囲しか確保できな
かった。
ように、発光面および受光面を対向させ、それぞれの光
軸が一致する状態で発光素子としての発光ダイオード１
と受光素子としてのフォトトランジスタ２とを図示しな
い筐体に取付け、この対向空間を支軸３に取付けられた
遮光板４が回動するようにしたものがある。このように
すれば支軸３の回動角に応じてフォトトランジスタ２に
到達する光量が変化するため、第２図（ａ）に示すよう
に、回動角に応じた信号を得ることができる。しかし、
一般にフォトトランジスタの受光面は小さく、回動角の
僅かな変化で第２図（ｂ）に示すように入射光が完全に
遮ぎられた範囲Ａの状態から、全く遮ぎられない範囲Ｂ
の状態に移シ、出力が飽和してしまう。このためリニヤ
領域は範囲Ｃで示す非常に狭い部分しか得られない。受
光面の大きなフォトトランジスタを使用すれば、ある程
度リニヤ領域を拡大できるが、このようなフォトトラン
ジスタは特殊なものであるからコストが高く経済性が悪
くなる。また、受光面は無制限に大きくすることはでき
外いので、リニヤ領域は５〜６度の範囲しか確保できな
かった。
リニヤ領域を拡大する別の方法としてイメージセンナま
たは光電式ポテンショメータのような、比較的広い範囲
の変位を検出できる素子を使用することも可能であるが
、これらの素子は特殊部品であるため高価であシ、また
入手も困難である。これらの素子は一般に光点の直線状
の変位に比例する出力信号が得られるが、第１図に示す
遮光板４は回転運動をするため、その回転角θに対して
１ＩｈＩ０に比例する出力信号が得られる。回転角θに
比例する信号を得たい場合、θの小さな範囲では画θ〜
θの近似が成立するが、θが大きくなると近似からのず
れが大きくなシ、リニアリティが悪くなる。このことは
素子の形状を変えることによって改善できないこともな
いが、そのような素子はニジ特殊で、高価なものとなっ
てしまう。
たは光電式ポテンショメータのような、比較的広い範囲
の変位を検出できる素子を使用することも可能であるが
、これらの素子は特殊部品であるため高価であシ、また
入手も困難である。これらの素子は一般に光点の直線状
の変位に比例する出力信号が得られるが、第１図に示す
遮光板４は回転運動をするため、その回転角θに対して
１ＩｈＩ０に比例する出力信号が得られる。回転角θに
比例する信号を得たい場合、θの小さな範囲では画θ〜
θの近似が成立するが、θが大きくなると近似からのず
れが大きくなシ、リニアリティが悪くなる。このことは
素子の形状を変えることによって改善できないこともな
いが、そのような素子はニジ特殊で、高価なものとなっ
てしまう。
したがってこの発明の目的は、回動角を比較的広い範囲
にわたって、リニアリティ良く検出することのできる角
度センサを提供することにある。
にわたって、リニアリティ良く検出することのできる角
度センサを提供することにある。
このような目的を達成するためにこの発明は、２枚の偏
光フィルタの偏光面の相対関係が被測定体の回動角に応
じて変化する構造とし、これら偏光フィルタを通過する
光の透過量が変るようにしたものである。以下、実施例
を示す図面を用いてこの発明の詳細な説明する。
光フィルタの偏光面の相対関係が被測定体の回動角に応
じて変化する構造とし、これら偏光フィルタを通過する
光の透過量が変るようにしたものである。以下、実施例
を示す図面を用いてこの発明の詳細な説明する。
第３図はこの発明の一実施例を示す斜視図であシ、第１
図と同一部分は同記号を用いている。
図と同一部分は同記号を用いている。
同図において、５は筐体に固定された第一の偏光フィル
タ、６は支軸３と一体に回動しその一方の面を偏光フィ
ルタ５０面に対向させた第２の偏光フィルタである。ま
た、発光ダイオード１から発した光は偏光フィルタ６．
５を通過し、フォトトランジスタ２に達するようになっ
ている。第３図において、偏光フィルタ５，６に記入さ
れた複数の平行線は吸収軸を表わしている。
タ、６は支軸３と一体に回動しその一方の面を偏光フィ
ルタ５０面に対向させた第２の偏光フィルタである。ま
た、発光ダイオード１から発した光は偏光フィルタ６．
５を通過し、フォトトランジスタ２に達するようになっ
ている。第３図において、偏光フィルタ５，６に記入さ
れた複数の平行線は吸収軸を表わしている。
なお、支軸３は図示しない機栴から回動トルクがカロ見
られるようになっている。
られるようになっている。
このように構成されたセンナにおいて、支軸３に回動ト
ルクが加えられると偏光フィルタ６も回動する〇一方、
偏光フィルタ５は固定されているので１２枚の偏光フィ
ルタの吸収軸のなす角は支軸３の回動量に応じて変化す
る。２枚の偏光フィルタを通過する光の透過車線それぞ
れの偏光フィルタの吸収軸のなす角度が零の時が最大で
あシ、９０度の時が最小である。また、その中間では２
つの吸収軸のなす角が大きいはど透過率は小さくなる。
ルクが加えられると偏光フィルタ６も回動する〇一方、
偏光フィルタ５は固定されているので１２枚の偏光フィ
ルタの吸収軸のなす角は支軸３の回動量に応じて変化す
る。２枚の偏光フィルタを通過する光の透過車線それぞ
れの偏光フィルタの吸収軸のなす角度が零の時が最大で
あシ、９０度の時が最小である。また、その中間では２
つの吸収軸のなす角が大きいはど透過率は小さくなる。
したがって、発光ダイオード１から出た光は偏光フィル
タ６．５を通過し、フォトトランジスタ２で受光される
が、その受光量は支軸３の回動角に対して第４図＜、）
のよりに変化する。偏光フィルタ５，６、発光ダイオー
ド１、フォトトランジスタ２に適当なものを選び、発光
ダイオード１、フォトトランジスタ２の動作条件を適当
に設定すれば、出力信号と支軸３の回動角との間には９
０度の範囲内で第４図＋、ｂ）に示すように、範囲Ａで
示すリニアリティのある部分をかなシ広く設定すること
ができ角度センサとして使用することができる。
タ６．５を通過し、フォトトランジスタ２で受光される
が、その受光量は支軸３の回動角に対して第４図＜、）
のよりに変化する。偏光フィルタ５，６、発光ダイオー
ド１、フォトトランジスタ２に適当なものを選び、発光
ダイオード１、フォトトランジスタ２の動作条件を適当
に設定すれば、出力信号と支軸３の回動角との間には９
０度の範囲内で第４図＋、ｂ）に示すように、範囲Ａで
示すリニアリティのある部分をかなシ広く設定すること
ができ角度センサとして使用することができる。
第３図において、支軸３に重錘を取付け、重錘が常に重
力方向を向くようにしておけば、筐体が重力方向に対し
て成す角を出力として取出すことができる。すなわち、
傾斜センサとして使用することができる。この場合、回
動可能な偏光フィルタ６の形状を変えるか、または偏光
フィルタ６に補助部品を取付けたものを重錘として用い
ることもできる。
力方向を向くようにしておけば、筐体が重力方向に対し
て成す角を出力として取出すことができる。すなわち、
傾斜センサとして使用することができる。この場合、回
動可能な偏光フィルタ６の形状を変えるか、または偏光
フィルタ６に補助部品を取付けたものを重錘として用い
ることもできる。
第５図は他の実施例を示す斜視図であシ、この倒位傾斜
角センサとして応用した例である。
角センサとして応用した例である。
支軸３は図示しない軸受に支持され、扇形をした偏光フ
ィルタ７が支軸３と一体に回動するように取付けられて
いる。そして、この偏光フィルタＴの下方には重錘８が
取付けられているので、偏−ｙｔ、フィルタＴと重錘８
からなる振子９の重心鉱定常状態においては常に重力の
方向を指すようになっている。また、偏光フィルタ５゜
９は筐体に傾斜が与えられない時、吸収軸が平行または
直交しないエフになっている。
ィルタ７が支軸３と一体に回動するように取付けられて
いる。そして、この偏光フィルタＴの下方には重錘８が
取付けられているので、偏−ｙｔ、フィルタＴと重錘８
からなる振子９の重心鉱定常状態においては常に重力の
方向を指すようになっている。また、偏光フィルタ５゜
９は筐体に傾斜が与えられない時、吸収軸が平行または
直交しないエフになっている。
このように構成してお：と、筐体の傾斜角が変化した時
、筐体に固定された発光ダイオード１、フォトトランジ
スタ２、偏光フィルタ５は筐体と一体に動くが、振子９
の位置は変化しない。このため、偏光板５．７の吸収軸
のなす角は傾斜角と等量だけ変化し、この分だけ光の透
過率が変化する結果、傾斜角に応じた出方信号が得られ
る。この場合、偏光フィルタ５，９は筐体に傾斜が与え
られていない時に吸収軸が平行または直交しないように
なっているので、右方向の傾斜と左方向の傾斜は光の透
過量変化方向が変化するので、傾斜方向も検出できる０
このようなセンサにおいて、適当に応答特性を得るため
、振子９の運動に制動が必要な場合には、振子９の全部
または一部を適当な粘性係数を持つ液体の中に入れてお
けば良い。
、筐体に固定された発光ダイオード１、フォトトランジ
スタ２、偏光フィルタ５は筐体と一体に動くが、振子９
の位置は変化しない。このため、偏光板５．７の吸収軸
のなす角は傾斜角と等量だけ変化し、この分だけ光の透
過率が変化する結果、傾斜角に応じた出方信号が得られ
る。この場合、偏光フィルタ５，９は筐体に傾斜が与え
られていない時に吸収軸が平行または直交しないように
なっているので、右方向の傾斜と左方向の傾斜は光の透
過量変化方向が変化するので、傾斜方向も検出できる０
このようなセンサにおいて、適当に応答特性を得るため
、振子９の運動に制動が必要な場合には、振子９の全部
または一部を適当な粘性係数を持つ液体の中に入れてお
けば良い。
第６図はこの発明を傾斜角センサに応用した他の実施例
を示す斜視図である。同図において、遮光板として作用
する振子１０には円弧状のスリット１１が設けられてお
シ、そのスリット１１・を覆う状態で偏光フィルタ１２
が取付けられている。
を示す斜視図である。同図において、遮光板として作用
する振子１０には円弧状のスリット１１が設けられてお
シ、そのスリット１１・を覆う状態で偏光フィルタ１２
が取付けられている。
このような構成のセンサにおいて、筐体の傾斜角が変化
すると、偏光板５，１２の吸収軸の成す角が変化し、出
力信号が変化することによシ、傾斜角を仰ることができ
る。制動が必要な場合には前例と同じく振子１０の一部
または全部を適当な粘性係数を持つ液体の中に入れる他
、振子１０を導電性の材質とし、その一部を磁束が貫通
するように構成し、渦電流による制動を行なうこともで
きる。
すると、偏光板５，１２の吸収軸の成す角が変化し、出
力信号が変化することによシ、傾斜角を仰ることができ
る。制動が必要な場合には前例と同じく振子１０の一部
または全部を適当な粘性係数を持つ液体の中に入れる他
、振子１０を導電性の材質とし、その一部を磁束が貫通
するように構成し、渦電流による制動を行なうこともで
きる。
第７図は電気信号を取出すための回路例であり、１３は
電源、１４は抵抗、１５は増幅器である。この回路の出
力信号は第８図に示す↓うに１１５度の傾斜角に対して
ほぼリニヤな出力を得ることができる。
電源、１４は抵抗、１５は増幅器である。この回路の出
力信号は第８図に示す↓うに１１５度の傾斜角に対して
ほぼリニヤな出力を得ることができる。
以上説明したようにこの発明に係る角度センサは、摩擦
力は軸受部にのみ与えられるので、摩擦の影響を十分小
さなものとすることができ支軸に与えられる回転モーメ
ントが小さくても高精度のセンサが得られ、このため小
形に構成でき、光の透過量祉２枚の偏光フィルタの吸収
軸のなす角によって変化するので、広い角度範囲にわた
シ元の透過量を変化させることができ、このため検出角
度範囲が広いという効果を肩する０
力は軸受部にのみ与えられるので、摩擦の影響を十分小
さなものとすることができ支軸に与えられる回転モーメ
ントが小さくても高精度のセンサが得られ、このため小
形に構成でき、光の透過量祉２枚の偏光フィルタの吸収
軸のなす角によって変化するので、広い角度範囲にわた
シ元の透過量を変化させることができ、このため検出角
度範囲が広いという効果を肩する０
第１図は従来のセンサの一例を示す斜視図、第２図（ａ
） ？ （ｔ＋）は第１図に示すセンサの特性を示すグ
ラフ、第３図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第４
図（ａ） ｌ （ｂ）は第３図に示すセンサの特性を示
すグラフ、第５図、第６図は他の実施例を示す斜視図、
第７図は出力信号を取出す回路の回路図、第８図は第７
図に示す回路の特性を示すグラフである。 １・働・・発光ダイオード、２−・・・フォトトランジ
スタ、３・・・・支軸、５，６，７．１２・・・・偏光
フィルタ、８・・・・重錘。 特許出願人 ジ エ コ −株式会社 代理人山川政樹（ほか２名） 第２図 第１図 先量 第４図 先量 第５図 第６図 工ｎ電圧（Ｖｌ イ１員全１）Ｍ
） ？ （ｔ＋）は第１図に示すセンサの特性を示すグ
ラフ、第３図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第４
図（ａ） ｌ （ｂ）は第３図に示すセンサの特性を示
すグラフ、第５図、第６図は他の実施例を示す斜視図、
第７図は出力信号を取出す回路の回路図、第８図は第７
図に示す回路の特性を示すグラフである。 １・働・・発光ダイオード、２−・・・フォトトランジ
スタ、３・・・・支軸、５，６，７．１２・・・・偏光
フィルタ、８・・・・重錘。 特許出願人 ジ エ コ −株式会社 代理人山川政樹（ほか２名） 第２図 第１図 先量 第４図 先量 第５図 第６図 工ｎ電圧（Ｖｌ イ１員全１）Ｍ
Claims (1)
- それぞれの光軸を一致させ発光面および受光面を対向さ
せた状態で筐体に取りつけられた発光素子および受光素
子と、筐体に固定された第一の偏光フィルタと、回動自
在に取シつけられ一方の面を第一の偏光フィルタの面に
対向させた第二の偏光フィルタとからなり、発光素子お
よび受光素子はその光軸が双方の偏光フィルタを通過す
る位置に配設されたことを特徴とする角度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1543784A JPS60159611A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1543784A JPS60159611A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 角度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60159611A true JPS60159611A (ja) | 1985-08-21 |
Family
ID=11888773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1543784A Pending JPS60159611A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 角度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60159611A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995023325A1 (en) * | 1994-02-25 | 1995-08-31 | Advanced Mechanical Technology, Inc. | Multi-axis wheel transducer with angular position detector |
-
1984
- 1984-01-31 JP JP1543784A patent/JPS60159611A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995023325A1 (en) * | 1994-02-25 | 1995-08-31 | Advanced Mechanical Technology, Inc. | Multi-axis wheel transducer with angular position detector |
| US5540108A (en) * | 1994-02-25 | 1996-07-30 | Advanced Mechanical Technology, Inc. | Multi-axis wheel transducer with angular position detector |
| US5817951A (en) * | 1994-02-25 | 1998-10-06 | Advanced Mechanical Techology, Inc. | Multi-axis wheel transducer with angular position detector |
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