JPS60225024A - 角度センサ - Google Patents

角度センサ

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JPS60225024A
JPS60225024A JP59081212A JP8121284A JPS60225024A JP S60225024 A JPS60225024 A JP S60225024A JP 59081212 A JP59081212 A JP 59081212A JP 8121284 A JP8121284 A JP 8121284A JP S60225024 A JPS60225024 A JP S60225024A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
angle
blocking plate
light blocking
photosensitive part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59081212A
Other languages
English (en)
Inventor
Sumio Masuda
純夫 増田
Hiroshi Iiyama
飯山 博
Kazuyuki Tamura
和之 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeco Corp
Original Assignee
Jeco Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Jeco Corp filed Critical Jeco Corp
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Priority to US06/724,092 priority patent/US4692613A/en
Publication of JPS60225024A publication Critical patent/JPS60225024A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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
    • G01D5/34Mechanical 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

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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、広い範囲にわたって回動角を検出する角度
センサに関するものでるる。
〔従来技術〕
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全検出するもの
が一般的でめった。しかし、この方法ではポテンショメ
ータに摺動摩擦かめるため、ポテンショメータに加わる
トルクが小さなものt′i、誤Mが大きくなる欠点を有
していた。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全軽減するため
、振子の回転モーメントラ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めった。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〃)りた。
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
がめり、そのため磁場音用いたり、光を用いた9″J″
る方法が提案されている。
磁場を用いる方法鉱、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
部に磁場のめ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ろる。
一方、光を用いる場合は、外光の影響を受けないように
遮光するだはで良く、これは磁気シールドよりもはるか
に容易でるる。従って外乱の影響を避けるために蝶磁場
を用いるよりも光を用いる方が有利でろる。
元金用いる方法で最もシンプルなものは、第1図に示す
工うに、発光面および受光面を対向させ、それぞj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7
ない筐体に取付け、この対向空間全支軸3に取付けられ
た遮光板4が回動する工うにしたものがろる。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p
)な変化で第2図に示すように入射光が完全に逍ぎられ
た範囲Aの状態から、全く遁ぎられない範囲Bの状態に
移り、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、ろる程度リニヤ
領域を拡大できるが、このようなフォトトランジスタは
特殊なものでる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ないので
、検出内置は5〜6度の範囲しか確保できなかった。
このため、第3因に示すように、遮光板4に設けたスリ
ット5全通過した光を光点位置検出素子6で検出するC
とも考えられる。このように構成すると遮光板4が回動
することにより又スリット5の位置が変化し、光点位置
検出素子6に入射する光の位置か変化するため、第4因
に示すように広い範囲にわたジ回動角全検出することが
できる。
なお光点位置検出素子としでは、光導MImと抵抗膜に
よってms、シた光電式ポテンショメータまたは、シリ
コンタイメートVCよるPSD (Potitjon 
5ensitive Device )等を用いること
ができる。
このように構成した角度センサは、広い回動角検出範囲
が得られるが、出力信号は遮光板4の回動角をθとする
と、由θに比例したものとなる。
このため回動角が±10度程厩の範囲で4第4図に範囲
Aで示すように回動角に対して略比例した出力が得られ
るが、回動角が範囲A’を外れると直線性が悪くなるの
で、このような広い範囲顛わたり直線性の良い出力を得
るには第5図VC示すように、円環状の黙元部葡有する
光点検出素子を用いる必要かめる。
し〃・しなから、円環状の感光部を!jる九点検出余子
を使用した角度センサは次のような多くの欠点かめる。
(イ)円環状の感光部を有する光点検出素子は高価でろ
るため、経済性が悪くなる。
(ロ)感光部が広い範囲にわたるので、感光部全体を十
分な照度で照明することが困難でめる。
(ハ)検出範囲の異なる角度センサを複数機種製作する
場合、光点検出素子に同−徨類のものを用いようとする
と、光点検出素子の形状は検出範囲の最も広いセンサに
合せねばならず、検出範囲の狭くても良いものも、大形
の光点検出素子音用いねばならない。
に)回動角と出力信号との関係は光点検出素子の形状で
決ってし1うため、任意の特性全持たせることはできな
い。
〔発明の目的および構成〕
したがってCの発明の目的は、広い回動角を検出するこ
とができ、しかも従来の角度センサの欠点を一挙に解決
した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株、周方向に
とった角[に対応して支軸中心から半径方向に離れる距
離が決まる位置に穿設されたスリットヲ有する遮光板と
、このスリット’を通った元が照射された位*から回動
角を検出する光点検出素子によって角度センナを構成し
たものでるる。
以下、実施例を示す図面を用いてCの発明の詳細な説明
する。
〔実施例〕
第6図はこの発明の一実施例を示す斜視図でめり、第1
図と同一部分は同記号を用いている。図において、7け
直線状の感光部7aを有する光点位置検出素子、8は発
光ダイオード1と光点検出素子Tとの対向空間に配設さ
れ、支軸3t−中心に回動する遮光板でろる。この遮光
板8には螺旋状のスリット9が穿設されている。なお、
発光ダイオード1は遮光板8の半径方向を十分な照度で
照射する工うに配設式れている。
第7図は遮光板8の構造を示す正面図でめり、スリット
9嫉叉軸3の中心から離れる距離が、遮光板8上の局方
向の角度φに対して次の工うな関係の位置に穿設されて
いる。
r=ro −にφ −−−−(1) 但しro+に祉定数でろり、このうちroは光点位置検
出素子Tの中心点と支軸3の中心との間の距離でろる。
このようK11l成されたセンサにおいて、発光ダイオ
ード1の光はスリン)9t−通過して光点位置検出素子
Tの感光部7th ’に照射するので、遮光板8が回動
すると感光部7a上の照射位置が変化する。この時、発
光ダイオード1は遮光板8の半径上を十分な照度で照射
しているので、光点位置検出素子7の感光部78はどの
位置が照射された時も十分な照度で照射される。また、
回動角忙対応する感光部ro上の照射位置は(1)式に
規定されているので、この角度センサは第8図に示すよ
うに360度に近い範囲で、回動角に比例した信号を得
ることができる。
第9図は、回動角が零度付近は局方向の角度変化に対し
てスリット位置の変化を大きくし高分解能検出を行ない
、その他の部分は周方向の角度変化に対してスリット位
置変化を小さくして比較的低分解能検出を行なう場合に
用いる遮光板8a k示す正面図でるり、この場合はス
リット9aを支軸3の中心からの距離が(2)式のよう
な関係位置に穿設すると、回動角θと出力信号■。の関
係はα、βを定数とすると(3)式のようになる。
r= f(φ) ・・・・・(2)( VO−αf(−〇)+β ・・・・・(3)すなわち、
スリン)9aの形状を適当に設定することに工p1第1
0図に示すように任意の入出力特性を得ることができる
第11図は、検出する回動角の範囲が比較的狭くて良い
場合に用いる遮光板8bでろり、この場合、遮光板8b
は90度の開き角を持つ扇形としている。このように構
成し、検出範囲t−60度とすれば、遮光板8bの移動
範囲は図の一点鎖線内になるので、センサの形状は前2
例に比べて半分以下の大きさにすることができる。この
場合、スリン)9b は(2)式の関係で決まる位置に
穿設しておけば、入出力特性は第12図に示すようにリ
ニヤになる。
なお、以上の実施例は基準角度に対する支軸3の回動角
絶対値金得ているが、支軸3を摩擦の小さい軸受で保持
し、a元板に重錘を設けるか、あるいは支軸3に別の振
子を設け、遮光板が重力方向に対し一定の方向に保持さ
れるようにすれば、傾斜角セ/すとして用いることもで
きる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明に係る角度センサは、遮光
板に設けるスリットの支軸中心からの距離が局方向にと
った角度に対して特定の値となるようにし、発光素子は
遮光板上の半径方向を均等に照射するように配設し、光
点位置検出素子は感光部を直線状にしたので、次のよう
な効果が得られる。
(イ)螺旋状スリットと光点位置検出素子を用いている
ので、広い範囲にわたる回動角を検出できる。
(ロ)光点位置検出素子の感光部を直線状にしたので、
光点位置検出素子の製作が容易となり経済性が良くなる
(ハ)検出範囲の小さなものは遮光板の形状を小さくす
ることができるので、センサ全体全小形に構成できる。
に)スリットの穿設位ffl適当に設定することによっ
て回動角と出力信号との関係を任意の特性とすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のセンサの一例を示す斜視図、第2図はそ
の入出力特性を示すグラフ、第3図は従来装置の他の実
施例を示す斜視図、第4図はその人出力特性を示すグラ
フ、第5図は従来装置の他の実施例上水す斜視間、第6
図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第7図は第6図
に示すセンサに用いる遮光板の一例を示す正面図、第8
図に第7図に示す遮光板を使用した時のセンナの入出力
特性を示すグラフ、第9図、第11図は遮光板の他の東
施例全示す正面図、第1O図、第12図は第9図、第1
1図に示す遮光板を用いた時のセンサの入出力特性ヲ不
丁グラフである。 1・啼噛−発光ダイオード、311111+−支軸、4
.8,8a、8b ・ 会 ・ ・ !fiシ板、5 
、 9 、 9a・・・・スリット、6,7・・・・光
点位置検出素子、7a・・・・感光部。 特許出願人 ジエコー株式会社 代理人 山川政樹(tまか2名) 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 つ 第8図 回動角(席) 第6図 /G 第7図 ( 第9図 第11図 第 10図 第12図 回動向(痕)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 周方向にとった角度に対応して支軸中心から半径方向に
    離れる距離が決まる位i1に穿設されたスリット金有し
    、支軸と連動して回動する遮光板と、遮光板の牛径上を
    十分な照度で照射する発光素子と、発光素子から照射さ
    れスリットを通過した光の照射位置ycよって回動角度
    検出を行なう直線状の感九部を有す、る光点位置検出素
    子とから構成された角度センサ。
JP59081212A 1984-04-24 1984-04-24 角度センサ Pending JPS60225024A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59081212A JPS60225024A (ja) 1984-04-24 1984-04-24 角度センサ
US06/724,092 US4692613A (en) 1984-04-24 1985-04-17 Angle sensor

Applications Claiming Priority (1)

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