JPS6058512A

JPS6058512A - 角位置検出装置

Info

Publication number: JPS6058512A
Application number: JP16651683A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takekoshi; 竹腰　吉考
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1985-04-04

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】（１）発明の技術分野本発明は回転体の角位置、角速度、更には、回転方向等
を検出する角位置検出装置に関する。

（２）技術の背景ｉ」熱光はその進行方向に対称性を有する横波と考えら
れているが、光の進行方向に関して対称性を欠いた光、
すなわち、光の進行方向を含む多数の面を想定した場合
、各面の方向において振動状態を異にする光を偏光とい
い、反射、ｈ＋’、折１選択吸収、複屈折、散乱等の場
合に発生することが知られている。そして、その振動の
軌道が直線、円、楕円であるかに対応して、直線偏光、
円偏光、楕円偏光と呼ばれ、それぞれ、特定の結晶体に
特定の手法を適用することにより発生しうる。

また、直線偏光において、振動方向に爪直な平面を偏光
面と云い、光線及び振動方向を含む平面を振動面と云い
、偏光面と振動面とはＩｆいに取直である。

例えば、結晶主軸に平行に切り出した電気石の板は直線
偏光を発生し、この電気石板ｌを２枚第１図に示す如く
その振動面（矢印Ａをもって示す）を平行にして併置し
、光りを照射すると相当程度の大きさの透過率をもって
２枚の電気石板ｌを透過するが、第２図に示す如くその
振動面（矢印Ａをもって示す）を直交させて（Ｊｌ置し
光りを照射すると、第２の電気石板■を透過する光ｚＩ
シは殆ど零である。また、２枚の電気石板を９０°では
ないある角度をもって交叉させて同様の実験をなすと第
２の電気石板ｌを透過する光ｊｉ）はその交叉角に対応
して決定する。すなわち、１−１記せる如き直線偏光性
結晶体板２枚を光の進１１方向に対して改ねて配置し、
相互の角度を制御することにより第２の直線偏光性結晶
体板を透過する光ｊ、）を制御することができる。本発
明はこの１ｏ１然法則を利用したものである。

（３）従来技術と問題点回転体の角位置、角速度、更には１回転方向等を検出す
る機能を有する従来技術における角位置検出装置にあっ
ては、回転板（コード板）に突起（ドグ）等を設けてお
き、同＋Ｈ！ｒにこれに対接させてリミットスイッチ等
を設けておき、回転板の回転に対応して所望のリミット
スイッチを動作させる機械的方式の物や、回転板（コー
ド板）に開Ｌ１等の光通路を設けておき、同時にこれに
対接させて半導体受光素子等の光電変換手段を設けてお
き、回転板の回転に対応して上記の受光素ｆ−等の光電
変換手段に正弦波状の光を受光する光学的方式の物等種
々あるが、いづれの方式においても、上記の突起や光通
路等に重みづけがなされておらず、この数をカウントす
る方式のインクリメンタル型と、」；記の突起や光通路
等に毛みづけがなされているアブソリュート型とがある
が、前者にあっては、構成が簡単であるという利点はあ
るが、そのままでは絶対位置の検出が困難であるから、
コード板の少なくとも１点に基準点信号発生装置を設け
ることが必要であり、又、ミスカウントをチェックする
適当な手段がないという欠点があり、後者においては、
絶対位置の検出が可能であるが、重みづけを可能とする
ため、ビット数の増加とともにコード板が大型になり信
号線の数も多くならざるを得す、高い分解能を心霊とす
る場合は、構造が複雑になるという欠点があった。

そのため、この両者を同一のコート板に設ける手法もあ
るが（円周部をインクリメングルコ−１：゛板とし、内
周部以外をアブソリュートコ−１・根とする。）、ます
ます構造が複雑となり現天的利益に乏しい。

そこで、構造が簡単で、しかも、絶対位置の検出が可能
な角位置検出１段の開発が１１１まれ（ｌ／また。

（４）発明のｌ］的本発明の目的はこの要請にこたえることにおり、構造が
簡単で、しかも、絶対位置の検出がｏｌ能な角位置検出
装置を提供することにある。

（５）発明の構成本発明の構成は、第３図、第４図に示すＪ、うに、振動
面と偏光面との双方に直交する面にそって切り出された
直線偏光性結晶体板よりなるＮ　＋７、偏光板２と、該
回転偏光板２に対接して設りられ前記回転偏光板２の切
り出し面と同一・の面にそつて切り出された直線偏光性
結晶体板より、なる固定偏光板３と、該固定偏光板３と
対接して設けられた光電変換手段４と、前＋’／、！固
定偏光板３を挟んで前記回転偏光板２と対接する位置に
設られた発光手段７とを有する角位置検出装置にある。

第３図に示すように、回転偏光板２の振動面Ａと固定偏
光板３の振動面Ａとが一致していると光電変換手段４は
最大の光量を受け、その端子５．５′から最高電圧を出
力する。第４図に示すように、回転偏光板２の振動面Ａ
と固定偏光板３の振動面Ａとが直交すると光電変換手段
４は殆ど光を受けずその端子５．５“からの出力は殆ど
零となる。すなわち、光電変換手段４の出力は被検出回
転体（図示せず）の回転角度１８０．、’を周期として
増減を繰り返すことになり、しかも、実験の結果によれ
ば、その出力電圧波形はおおむね正弦波に近いことが確
認されている。

よって、光電変換手段４の出力電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖｃｏｓ
２θ＋■。

但し、Ｖｏは出力電圧の振幅であり、Ｖｏ゛は漏洩光による出力を含む直流成分であり、０は、被検出回転体（図示せず）と同一の回転運動をなす回転偏光板２の振動面Ａが固定偏光板３の振動面Ａとなす角である。

と表すことができる。この出力の状態でも、Ｖｏ゛を除
去することにより上記光電変換手段４の出力電圧Ｖの中
心電位をほり零にすることができ、回転位置検出器とし
て利用できるが、回転角と出力との直線性がなく、又、
％回転を越えると回転方向の判別ができなくなり回転位
置検出器としては不十分である。

特許請求の範囲第２項の実施態様は、この欠点を解消す
るものであり、固定偏光板を複数個設けることにより、
多相の出力を得しめ、回転方向の判別、および、坏回転
の間で絶対位置検出を可能にしたもである。

以下固定偏光板を２個設けた場合（特、１１請求の範囲
第３項記載の実施態様）について説明する。

第５図に示すように、１個の回転偏光板２に対接して、
振動面Ａの方向がたがいにπ／２Ｎ（但し、Ｎ＝２）す
なわち４５°異なる固定偏光板３．３１と、それぞれの
固定偏光板３．３１に対応して光電変換素子４．４１を
設ける。回転偏光板の回転にともない、前記光電変換素
子４．４１が発する出力は、次式のように変化すること
になる。

ｖｌ−ＶｏＣＯ３２０＋■ｏ′ ■２＝ｖｏｓ１ｎ　２θ＋ｖｏ゛但し、Ｖｏは出力電圧の振幅であり、Ｖｏ゛は漏洩光による出力を含む直流成分であり、０は、被検出回転体（図示せず）と同一の回転連動をなす回転偏光板２の振動面Ａが固定偏光板３の振動面Ａとなす角である。

すなわち、第６図に示すように、電気的に９０°位相を
異にする２相信号が得られるから、ベクトル的に位相角
をめることにより回転角の検出と回転方向の判別が可能
となり、特に坏回転の範囲においては絶対回転角の検出
がＩＩ）能となる。

又、第７図に示した特許請求の範囲ｉ４項記載の角位置
検出装置のように、回転偏光板２に対接して、振動面Ａ
の方向がたがいに６０°（又は１２０　°）異なる、３
個の固定偏光板３．３０Ｉ。

３０２を設け、又、それぞれの固定偏光板に対応して光
電変換素子４，４０１　、４０２を設けると、回転偏光
板の回転に伴って下記のような３相交流信壮を得ること
ができる。

ｖｌ　＝ｖｏ　ＣＯ５２０＋ｖｏｌＶ　＝Ｖ　ｃｏｓ（２０−１２０°）　十Ｖ　ｏ’１０
１　０Ｖ　＝Ｖ　ｃｏｓ（２０−２４０°　）＋ｖ　ｏ’０２
０但し、Ｖｏは出力゛電圧の振幅であり、Ｖｏ”は漏洩光
による出力を含む直流成分であり、Ｏは、被検出回転体（図示せず）と同一の回転躍動をなす回転偏尤板２の振動商人が固）ｉｌ偏光板３の振動面Ａとなす角であ
る。

この３相信号は、第８図に示したように、位相がたがい
に１２０°づつ異なる３相侶５）であり、３相交流電動
機の制御、特に３相同期電動機の制御には極めて有効で
あることは周知である。

特許請求の範囲第５項記載の実施態様は、第９図に示し
たように、たがいに振動面Ａの方向がＳＯｏずれた、２
つの固定偏光板３．３′を組とし、それぞれの固定偏光
板に対応して設けられた光電変換素子４．４′をその出
力が差動的に合成するように接続し、′出力の直流分を
除去するように一■二夫したものである。

原理的には、■相の出力を得るために１個の固′Ａで偏
光板を設ければたりるが、漏洩光を含む直流Ｊｉ分か必
ず存在するため、回転角を検出する際、この直流分を除
去する必要がある。通常は、信号処理回路（図示せず）
においてこの直流分を電気的に取り除くが、光源の光量
が変化した場合には、これに応じて補正を加えなければ
ならない。

この実施態様は、振動面Ａの方向がたがいに直交した固
定偏光板を組にすることにより１８０　°位相のずれた
信吟を得、これを差動的に合成することにより、直流分
を除去し、光？ン（の光１りが変化しても常に直流成分
を除去できるようにしたものである。

第１０図（ａ）、（ｂ）は光市変摸索ｆと１．　テフォ
トタイオードを使用し、出力が差動的に合成されるよう
に接続した例である。図において、９はフォ［・タイオ
ートであり１０は抵抗である。又、第１１図は、その出
力波形を示す。出力波形（＋、　）は充電変換手段４の
出力であり、（２）は光’ｉｉ、変換手段４′の出力で
あり、（３）は光電変換「一段４′の出力の反転出力で
あり、（４）は合成後の出力である。図からも明らかな
ように直流分が除去される他、出力振幅も２倍に逓倍さ
れることになり、波形処理」−有利である。

又、振動面Ａの方向をたがいに直交させた固＞ｊ：′偏
光板の組を複数組（Ｍ組）設け、それぞれの振動面の方
向を π／　２　Ｍ±−＠ｍ（但し、ｍ　＝　０　、１．　、
２’、　・・’）ずらして配置し、それぞれのＭｌの光
電変換素子の出力を差動的に合成することにより直流成
分の無い多相の出力をイ１）ることができる（　４１ｆ
ｉｎ請求の範囲第６項）。

第１２図は、固定偏光板の組が２組（Ｍ＝２）の場合（
特許請求の範囲第７項）の固定偏光板の配置を示したも
のである。固定偏光板の位置は回転偏光板２の内円であ
ればよく、固定偏光板配置−にのＦＩ７１限はない。又
、光電変摸索ｆは、固定偏光板３と３０１　に対応する
素子と３０２　と３０３に対応する素ｒ−とが、それぞ
れ差動的に合成されるように接続すればよい。

更に固定偏光板の組を３組とすれば、第７．８図を参照
して説明した機能と第９，１０．１１図を参照して説明
した機能とが相加される（特許請求の範囲第８項）。

（６）発明の実施例第１３図は本発明の実施例に係る角位置検出装置の側断
面図である。

図において、２は振動面と偏光面との双方側こ直交する
面にそってνＪり出された市気石結晶体板よりなる回転
偏光板であり、３はこの回転偏光板２と同一の切り出し
面にそって切り出された゛ＩＥ気イｉ結晶体板よりなる
固定偏光板であり回転偏光板２に対接して設けられる。

７はｊ１偏光型の光を発ノ１−する発光手段であり、白
熱ｉト幻）゛でもより）カー、ノｆ命等の関係で半導体
発光素ｒ−が望ましし＼。４　Ｉｉフォトダイオード等
の光ｉＴ［換［段であり、ｌｌ１１中Ｉｋ偏光板２と固
定偏光板３を透過した光を受光（２うる位置に設けられ
る。６は軸であり、回転（Ｍ　Ｘ、板と直結しており、
被検出回転体と機械（白に１ｐｌｉ　ｂ’ｒ　；される
。

（７）発明の効果以」二説明せるとおり、本発明によれｉｆ、４ｉζ１聞
力）簡単で、しかも、絶対位置の検出力く可ｆ旧なｆｉ
ｔ　４：を置検出装置を提供することができる６

【図面の簡単な説明】

憤Ｉ固　げ［９ｒ７１斗　侃−’Ｗ：　１０缶を説明す
る図である。第３図、第４図は、本発明の詳細な説明す
る概念的斜視図である。第５図、第６図は特許請求の範
囲第２項、第３項の実施ｊム様の構成を説明するための
、それぞれ、概念的斜視図と出力信号の波形図とである
。第７図、ｆｉｔ　ａ図は特許請求の範囲第４項の実施
態様の構成を説（」するための、それぞれ、概念的斜視
図と出力信りの波形図とである。第９図、第１θ図、第
１１図は特許請求の範囲第５項の実施態様の、それぞれ
、概念的斜視図と接続図と出力信号の波形図とである。第１２、特許請求の範囲第７項の角位置検出装置の固定
偏光板の配置図である。第１３図は本発明の実施例に係
る角位置検出装置の側断面図である。ｌ・・・電気石板、　Ａ・・・廠動面、　Ｌ・・・光、
２・・・回転偏光板、３．３″、３１．３０１　、３０
２　、３０３　・・・固定偏光板、４４’、４１．４０
１．４０２−　ｅ−光電変換手段、６・・・軸、　７・
・・発光手段、　■　・・・光電変換手段の出力電圧の
振幅、　■　゛・ｓ−光電変換手段の、漏洩光による出
力を含む直流成分出力。代理人　弁理士　寒　川　誠　− 第１図第３図第４図第５図第６図第７図第９ｒｊＩｊ第１０図す第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）振動面と偏光面との双方に直交する面にそって切
り出された直線偏光性結晶体板よりなる回転偏光板と、
該回転偏光板に対接して設けられ前記回転偏光板の切り
出し面と回−の而にそって切り出された直線偏光性結晶
体板よりなる固定偏光板と、該固定偏光板と対接して設
けられた光電変換手段と、前記固定偏光板を挟んで前記
回転偏光板と対接する位置に設られた発光手段とを有す
る角位置検出装置。
（２）前記固定偏光板の個数はＮ個であり、該Ｎ個の固
定偏光板のそれぞれは振動方向が互いにｘ　／　２　Ｎ
±−９ｍ（但し、ｍ＝ｏ　、　ｌ　、　２、−）異なる
ように配設されてなる特許請求の範囲第１項記載の角位
置検出装置。
（３）前記固定偏光板の個数は２個である特許請求の範
囲：５２項記載の角位置検出装置。
（４）前記固定偏光板の個数は３個である特許請求の範
囲第２項記載の角位置検出装ｙｉ。
（５）前記固定偏光板は、それぞれ振動面の方向がたか
いに直交する２個の偏光板の組をもって構成され、該組
をなす固定偏光板のそれぞれに対接して設けられた光電
変検素−ｒはその出力かたがいに差動的に合成されるよ
うに接わＣされてなる特１．１請求の範囲第１項記載の
角位置検出装置。
（６）前記偏光板の組はＭ組であり、名相の固ノ」偏光
板の振動面の方向はたがいに π／　２　Ｍ±−・ｍ（但し、ｍ＝０　、　Ｉ　、　７
、−＝）異なるよう配設されてなる４！ｒ　＋！’ｌ’
　＋、請求の範囲第５　ｓｓｒ記載の角位置検出装置。
（７）　＋ｉｉｊ記固定偏光板の組の数は２個である特
１１１ｉｉｆ’ｊ求の範囲第６項記載の角位置検出装６
％。
（８）前記固定偏光板の組の数は３個である４旨、１請
求の範囲第６項記載の角位置検出装置。