JPS61207921A - 位置検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ポテンショメータを用いる位置検出装置、特
に、光スポットの当った位置を光検出半導体素子により
電気信号に変換する光ポテンショメータを利用して、回
転角度を検出する位置検出装置に関する。本発明の位置
検出装置は、例えば自動車等の車輌におる車高調整装置
に装着され、その車高に応じて回転する回転軸の角度的
位置である回転角を検出することにより車高を検知して
、車両の自動サスペンション制御を行なうために利用さ
れるが、このほか、諸般の自動制御システムにおいて、
サーボモータの制御要素の回転位置を検出するのにも、
広く応用できるものである。

（従来技術とその問題点） 光ポテンショメータは別名、光電型ポテンショメータと
も呼ばれ、半導体の光電的現象、主として光導電効果を
利用して非接触的に精密な可変抵抗器を具現するもので
あって、その−例は第２図及び第３図に示される。すな
わち、第２図は光ポテンショメータ１（７）基本構成を
示す側面図であって、金属ベース８の一面上に多結晶の
ＣｄＳ。

Ｓｂ　２Ｓ２）Ｃｄ　Ｓｅあるいはａ−８ｉなどの光導
電性物質より成る円弧状の光導電体膜６を被着し、この
光導電体膜６上には、光に対し例えばＮｉ−Ｃｒ合金ま
たはＩＴＯなどの透光性抵抗体膜７を被着するとともに
、その両端に一対の電極９．１０を設けて一体的に構成
されている。８ａは上記金属ベース８に設けた出力端子
であって、これは通常の摺動型ポテンショメータにおけ
る摺動接触子の取出し端子に対応する。第３図は第２図
の光ポテンショメータ１の等価回路図で、６′は、光導
電体膜、８′は光導電体膜を支持するとともに、出力電
極の役割をなす金属ベース、８’ａはその出力端子、７
′は光導電体膜上に形成された透光性抵抗体膜、９′及
び１０′はその両端の電極９．１０にそれぞれ相当し、
適宜の電位点に接続されて、一対の入力端子として働く
。

このような構成を有する光ポテンショメータｊ−を用い
る回転角等の位置検出装置は一般に第４図のような構成
配置であるが、この装置において、第２図の矢印のよう
に図示しない光源からの光スポットが当ると、この光ス
ポットは透光性抵抗体膜７を透過して光導電体膜６に達
する。ところで、光源からの光は光導電体膜６を形成す
る半導体、例えばＴｅ添加Ｃｄ　Ｓｅあるいはａ−３ｉ
のバンド・ギャップ以上のエネルギを有するので、光導
電体膜６内には光スポツト部分にのみ電子・正孔対が発
生して、電気伝導度を増加させ、第３図の１４に示され
るように、光スポツト部分において、抵抗体７′の一点
７１ａと出力電極８′間を電気的に短絡する導電路が形
成される。それ故、出力電極の出力端子８ａからは、抵
抗体７′両端の入力端子９８．１０８間の電圧が、ｇａ
　−７’　ａ間の抵抗と７’ａ−１０ａ間の抵抗の比率
で分割されたものに相当する出力電圧が出力されること
になる。このように光ポテンショメータは、摺動接触子
のような可動部分がなく、それに代って光スポットが用
いられるため、応答速度がきわめて速い、位置分解能が
高い、光量が変動しても位置誤差を生じない、可視光−
赤外線の広い波長範囲の光に対し感度が高い、等の数々
の利点を有するので、工業計測ならびに制御システムに
おける位置センサーとして、近時盤々その応用分野が拡
がりつつある。

本出願人による昭和５９年１１月２２日付の先願に係る
特願昭５９−２４１９２号の回転角検出装置は、上述の
光ポテンショメータの応用例の一つであって、特にその
光源、つまり投光手段からの光の利用効率を可及的に高
めることに指向した発明に関する。すなわち、先の第２
図及び第３図の光ボテンショメータコーを用いて、第４
図の構成配置を採る位置検出装置の場合、透光性抵抗体
膜７にその両端の電ｆｆ１９．１０を介して一定電圧を
印加するとともに、両電極間の適宜の個所に光源からの
光スポットを照射すると、光導電体膜６における光スポ
ットの照射個所には、電子−正孔対が発生して導電路が
形成されて、光スポットの位置に応じた電圧が出力され
るので、上記先行発明では、この光ポテンショメータを
回転型のポテンショメータに改変したものを応用するこ
とによって、被検出対象の回転角に応じた出力が得られ
るようにしたものである。先行発明で用いている回転型
光ポテンショメータの基本的構成を簡略化して示すと例
えば第５図のようになるが、ここで１５は光スポットを
照射するためのスリット１５ａを有するほぼ半円状ない
し扇形状のスリット板であり、１６は回転角を検出すべ
き対象物のシャフトであって、このシャフトは半円状ス
リット板の円と同心的に配置される。また、１７はスリ
ット板に関し光源と反対側に設けられた円弧状の抵抗体
膜を示す。第５図から判るように、この先行発明のもの
では、光スポットを照射するスリット板１５の回転中心
と円弧状をなす抵抗体膜１７（点線）の円弧の中心が共
に一点０１にありさえすれば、特に問題は起らない。し
かしながら、万一、組付は工程の手ぬかり等によりこれ
ら２つの中心にずれが生じて、例えば第５図における抵
抗体１７′　〈鎖線）のごとく、スリット板の回転中心
０１に対し、抵抗体１７′の円弧の中心は０２で、その
間に偏差ΔＸが生じる。それ故、たといスリット１５ａ
の位置が同一であっても、この偏角θに相当する分だけ
異なる位置を表わす電圧が出力されるから、ひいて位置
検出の精度や直線性が損なわれる、という不所望な事態
を招く恐れがあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かくして本発明は先行技術における叙上の問題点を未然
に回避し得る、斬新にして有用性の高い回転角等の位置
検出装置を提供することに指向するものであって、その
主たる目的は、光ポテンショメータの組付は精度を高め
るとともに、検出出力の直線性をも向上せしめ、ひいて
位置検出装置としての検出精度を高めることにある。

〔発明の構成（作用）及び実施例） 叙上の問題点を解決するために採択された本発゛明の具
体的構成とその作用について、図示の実施例を参照しつ
つ、以下にこれを説明する。

第１図（Ｉ）及び（［）は本発明の位置検出装置におい
て用いられる光ポテンショメータの一実施例であって、
その説明の便宜上、抵抗体、光導電体膜等を含む本体部
分は＜Ｉ）により、また、スリット板は（ＩＩ）により
分離して示している。

図において、中心線！−βに関して左右対称形の基板す
なわち金属ベース１９上に、円弧状の光導電体膜及び同
じく円弧状の抵抗体膜２ｏを順次に被着し、抵抗体２０
の両端はそれぞれ、金属ベース１９の所要区域を被覆す
る絶縁体膜２９上に設けられた抵抗体電極２２．２３に
接続されている。

また、この絶縁体膜２９には、金属ベース１９に接続し
た出力電極２４も設けられている。本発明の課題である
、組付けによる中心位置のずれをなくすために、光ポテ
ンショメータの金属ベース１９には、スリット板を回転
させるシャフトの軸受の外径と同一のセンター穴２４が
設けである。

このセンター穴２４は、上述の中心位置のずれの防止の
みにとどまらず、さらに、円弧状抵抗体膜２０の形成プ
ロセスにおいて、マスク等の位置決め用としても活用で
きるものであって、その場合には、抵抗体膜２０の円弧
の中心は高い精度でセンター穴の中心と合致する。

次に第６Ａ図及び第６Ｂ図は、本発明の位置検出装置の
一実施例の具体的構成を示すもので、光ポテンショメー
タとしては上述の第６Ａ図及び第６Ｂ図を参照して説明
したのと同等のものが用いられており、第６Ａ図はこの
位置検出装置の平面図、また、第６Ｂ図は同じく側断面
図である。図示の構成において、回転シャフト３１は、
ハウジング３０に取付けた軸受４１により回転可能に支
持されているので、シャフト３１に固定されたスリット
板３２は、それと連動して回転する。また、光ポテンシ
ョメータ３３は、その金属ベース１９の側でインシュレ
ータ３５を介してプリント板３６上に固定され、このプ
リント板３６はざらにハウジング３０に固定されている
。ここで、先に述べたように、光ポテンショメータ３３
はその位置決めのため、その金属ベース１９、光導電体
膜２１、抵抗体膜２０の一体化構成を支持するインシュ
レータ３５、プリント板３６の部分に設けたセンター穴
２４でもって、ハウジング３０に取付けであるシャフト
３１のための軸受４１に嵌合して固定され、他方、スリ
ット板３２は、そのセンター穴３２ｂの部分でシャフト
３１に固定されているので、シャフトとともに回転され
る。３４は発光ダイオードのような発光素子を含む光源
で、例えばその複数を用い、かつ、導光部材を介して円
弧状抵抗体膜２０に対向配置することにより、抵抗体膜
２０の全域にわたって、実質的に均一な光照射が行なわ
れる。ここで、導光部材としては、例えばオパールガラ
スなど、それ自体周知の光拡散性を呈するものを利用し
てもよいが、そのほか、吸光率の低いガラスあるいは合
成樹脂の光ファイバー等を用いることにより、発光素子
数の減少と高Ｓ／Ｎ比を図ることもできる。かくして、
光ポテンショメータ３３に当る光は、スリット板３２の
如何なる回動位置においても、それに設けられているス
リット３２ａの部分のみとなり、このスリット３２ａか
らの光スポットが光ポテンショメータ３３の透光性抵抗
体膜２０を通って光導電体１１２１　（図示しない）に
入射して、そのスポット部分に電気伝導性を誘起するの
で、前述の原理により、この光スポットの位置、すなわ
ち、シャフト３１の回転角度に応じた電圧が出力電極の
端子２４に出力される。このように、光ポテンショメー
タ３３のセンター穴２５は、ハウジング３０に設けたシ
ャフト３１の軸受部４１に嵌め込まれるので、この軸受
部４１の中心すなわち円弧状抵抗体膜２０の円弧の中心
０２と、シャフト３１の中心すなわち半円形ないし扇形
のスリット板３２の円弧の中心０１とは、必然的に、か
つ、何の雑作もなしに一致することになり、したがって
、先行発明のように、スリット板３２の回転中心と光ポ
テンショメータの抵抗体膜２０の円弧中心のずれが生じ
る恐れはない。

なお、図示の実施例では、光源の位置をスリットによっ
て変えたが、これに代えて、シャフトに光スポットを発
する光源それ自体を固定した構成を採り、この光源をシ
ャフトに連動させて回転するようにしても、上と同様の
作用効果が得られる。

また、光ポテンショメータの位置決め用の穴は、上の実
施例では円形にしであるが、これに限らず、多角形や星
形などのごとく内接円を有する任意の形状を選び得るこ
とはいうまでもないところであり、これらの形状によっ
ても、図示の実施例と同様に中心ずれをなくすことがで
きる。

〔発明の効果〕

以上から明らかなように、本発明によれば従来のこの種
装置における前述の問題点は全て解決されることになり
、次の著しい効果がもたらされる。

すなわち、スリット板の回転中心と、光ポテンショメー
タ、つまり、その円弧状抵抗体膜の円弧の中心との間に
、不所望なずれの生じる恐れがなく、光ポテンショメー
タの組付は精度が容易に、かつ、確実に向上せしめられ
、そのために、回転角などの位置検出出力の直線性にお
いて従来のものより一段とすぐれたものとなり、高い検
出精度を得ることができ、全体構成が簡易であるにもか
かわらず、その作動がきわめて確実なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ｉ）、（ＩＦ＞は本発明の着想を具現する位置
検出装置に用いられる光ポテンショメータの一実施例の
構成を示し、（Ｉ）は該光ポテンショメータの主要部、
つまり、金属ベース、光導電体膜、抵抗体などを含んで
成るその本体部分であり、（ｎ）はこの本体部分上に可
回転的に重合されるスリット板である。第２図及び第３
図は、それぞれ、従来のこの種位置検出装置光ポテンシ
ョメータの概略の構造を示す側面図とその等価回路図、
また、第４図は、このような光ボテンショメ−タを含ん
で成る従来の位置検出装置の構成配置を示し、また、第
５図はかかる装置における問題点を説明するための図面
である。第６Ａ図及び第６Ｂ図は、第１図（Ｉ）、（Ｉ
［＞のような光ポテンショメータを用いて成る、本発明
の位置検出装置の一実施例を示し、それぞれ、その平面
図及び側断面図である。 図において： １・・・インシュレータ、 １９・・・金属ベース、 ２０・・・抵抗体膜、 ２２．２３．２４・・・電極、 ２５・・・センター穴、 ３１・・・シャフト、 ３２・・・スリット板、 ３２ａ・・・スリット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検出体と連動して回転し得るように該被検出体
   の回転シャフトに連結され、かつ、全体として扇形状な
   いし円形状をなすその周縁部における特定部分から、回
   転中心に向けて半径方向に延在するスリットが形成され
   ているスリット板と、前記スリット板の一主表面側にあ
   つてそれと所定の間隔をへだてて配設されており、該ス
   リット板の回転にともなつて画かれる前記スリットの回
   転軌道上に光を照射することのできる半導体発光素子な
   どを含んで成る光投射手段と、前記スリット板の他主面
   側において、それと同軸的に、かつ、わずかの間隔をと
   つて固定されたものであつて、金属ベース上に、実質的
   に円弧状をなすように光導電体膜及び同じく透光性の抵
   抗体膜が順次積層された構造を有し、前記スリット板の
   スリットを通過した前記光が該抵抗体膜に当るようにな
   された光ポテンショメータとを具備する回転角等に関す
   る位置検出装置において：前記光ポテンショメータは特
   に、前記透光性抵抗体膜の前記円弧とその中心を共有す
   るように穿設されたセンター穴を有し、該センター穴は
   、前記抵抗体膜及び光導電体膜の形成時の位置決めのた
   めのみならず、前記光ポテンショメータを前記スリット
   板と関連させて装置に組付ける時の位置決めのためにも
   兼用できるように、その径寸法ならびに穿設位置を選定
   して形成されていること、を特徴とする前記位置検出装
   置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   光ポテンショメータに穿設されたセンター穴は、前記ス
   リット板が同軸的に連結されている前記回転シャフトの
   軸受部の外径と実質的に等しい径寸法を有するものであ
   つて、該光ポテンショメータはこのセンター穴により該
   軸受部に組付け固定されている位置検出装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   光ポテンショメータは、その金属ベースの部分が絶縁体
   膜を介して、前記軸受部を支持するハウジングに取付け
   られたプリント板上に、固定されている、位置検出装置
   。