JPS61221615A - 回転角度検出装置 - Google Patents
回転角度検出装置Info
- Publication number
- JPS61221615A JPS61221615A JP6205485A JP6205485A JPS61221615A JP S61221615 A JPS61221615 A JP S61221615A JP 6205485 A JP6205485 A JP 6205485A JP 6205485 A JP6205485 A JP 6205485A JP S61221615 A JPS61221615 A JP S61221615A
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- JP
- Japan
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- light
- phase
- reflected light
- angle
- lens
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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。
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〕
本発明は回転板の回転角度を反射光の位相差を利用して
光学的（＝検出する回転角度検出装、１＋二関するもの
である。
光学的（＝検出する回転角度検出装、１＋二関するもの
である。
従来の光学的な回転角度検出器は、回転板４：多数のス
リットを設け、スリットを通る透過光パルスをカウント
して回転角度を検出しており、その分解能はスリットの
数で決定される。
リットを設け、スリットを通る透過光パルスをカウント
して回転角度を検出しており、その分解能はスリットの
数で決定される。
従って回転角度を高精度で検出するには、スリットの数
を増やすと共に加工精度を高める必要があシ、装置が大
きくなるばかりでなく、コスト的檻二も高価ζ二なると
いう問題がある。
を増やすと共に加工精度を高める必要があシ、装置が大
きくなるばかりでなく、コスト的檻二も高価ζ二なると
いう問題がある。
本発明は同心円以外の任意の形状の回転板の・−面から
反射される変ｖ１４元の位相変化を検出すること（＝よ
って、簡単な構造で回転角直な高ｆ＃度で検出できる光
学的な回転角度検出装置を提供することを目的としてい
る。
反射される変ｖ１４元の位相変化を検出すること（＝よ
って、簡単な構造で回転角直な高ｆ＃度で検出できる光
学的な回転角度検出装置を提供することを目的としてい
る。
本発明は、光強度が正弦波状（＝夏化する互Ｃ：９０゜
の位相差をもった２組の変調光を投射する投光系と、投
光系の光軸と直角な軸を中心として回転すると共ζ二投
射された変調光を側面から反射する同心円以外の形状を
もつ回転板と、反射された変調光を受光する受光系と、
受光した変調光を電気信号Ｃ二変換して変調光の位相を
検出する位相検出回路を備え、受光した変調光の位相の
変化から回転板の側面の光軸上における移動距離、従っ
てこれに対応する回転板の回転角を検出する回転角度検
出装置でめシ、簡単な構造の回転板を用いて光学的に萬
精度で回転角を検出できるようにしたものである。
の位相差をもった２組の変調光を投射する投光系と、投
光系の光軸と直角な軸を中心として回転すると共ζ二投
射された変調光を側面から反射する同心円以外の形状を
もつ回転板と、反射された変調光を受光する受光系と、
受光した変調光を電気信号Ｃ二変換して変調光の位相を
検出する位相検出回路を備え、受光した変調光の位相の
変化から回転板の側面の光軸上における移動距離、従っ
てこれに対応する回転板の回転角を検出する回転角度検
出装置でめシ、簡単な構造の回転板を用いて光学的に萬
精度で回転角を検出できるようにしたものである。
本発明の一実施例を第１図（＝示す。
第１図（＝おいて、１は開光ダイオード（以下ＬＥＤと
呼ぶ）２，３を発光させる駆動回路、４゜５はＬＥＤ２
．３より投光された光信号を伝送する投光用光ファイバ
、６は投光用元ファイバ４．５４二よって伝送されて来
た光信号を拡げて回転板７の反射面７ａ ｌ二投射する
レンズ、８はレンズ６０光軸（＝＃Ｌ交した回転軸、１
０は回転板７の反射面７ａから反射される光信号の一部
を受光用元ファイバｌｉｔ二人射させるピンホール９を
有する遮蔽板、１２は受光用光ファイバ１１によって伝
送された光信号を受光して電気信号（＝変換する受光素
子、１３は受光素子１２からの電気信号を増１−する増
幅器、１４は増幅器１３の出力電気信号の位相を検出し
て回転板の回転角度を検知する位相検出回路である。
呼ぶ）２，３を発光させる駆動回路、４゜５はＬＥＤ２
．３より投光された光信号を伝送する投光用光ファイバ
、６は投光用元ファイバ４．５４二よって伝送されて来
た光信号を拡げて回転板７の反射面７ａ ｌ二投射する
レンズ、８はレンズ６０光軸（＝＃Ｌ交した回転軸、１
０は回転板７の反射面７ａから反射される光信号の一部
を受光用元ファイバｌｉｔ二人射させるピンホール９を
有する遮蔽板、１２は受光用光ファイバ１１によって伝
送された光信号を受光して電気信号（＝変換する受光素
子、１３は受光素子１２からの電気信号を増１−する増
幅器、１４は増幅器１３の出力電気信号の位相を検出し
て回転板の回転角度を検知する位相検出回路である。
駆動回路ｌはＬＥＤ２．３を１七の光出力ＰＭ、ＰＮが
それぞれ下記に）式および（２）式に示すように位相差
９００の正弦波になるような電流を流す。
それぞれ下記に）式および（２）式に示すように位相差
９００の正弦波になるような電流を流す。
ＰＭ ＝ ＰＬ （ｃｏＢωｔ 十に、 ）
・・・ け）ＰＮ ＝ＰＩ、 （ｓｉｎωｔ ＋
Ｋｔ ） ＝・ｔ２）第２図は上記に１．に、
＝１ とした場合のＬＥＤ２゜３の光出力ＰＭ、ＰＮ
の波形を示したものである。
・・・ け）ＰＮ ＝ＰＩ、 （ｓｉｎωｔ ＋
Ｋｔ ） ＝・ｔ２）第２図は上記に１．に、
＝１ とした場合のＬＥＤ２゜３の光出力ＰＭ、ＰＮ
の波形を示したものである。
投光用元ファイバ４，５の出射端面の位置は第３図に示
スよう（＝、レンズ６の焦点距ｉｆ、だけレンズ６から
離れた位置とし、さらに投光用光ファイバ４，５の中心
軸はレンズ６の中心＠（＝平行（＝、かつ同じ距′ａｄ
をもって対称（＝配置される。
スよう（＝、レンズ６の焦点距ｉｆ、だけレンズ６から
離れた位置とし、さらに投光用光ファイバ４，５の中心
軸はレンズ６の中心＠（＝平行（＝、かつ同じ距′ａｄ
をもって対称（＝配置される。
投光用元ファイバ４．５より出射された光信号はレンズ
６（＝よって第３図域二示すよう（＝拡がる。
６（＝よって第３図域二示すよう（＝拡がる。
すなわち光信号の大部分はレンズ６の中心軸ζ二平行（
＝進んでｂ −ｂ’ −ｂ’の径路を通り、レンズ６の
焦点０′を通過する。
＝進んでｂ −ｂ’ −ｂ’の径路を通り、レンズ６の
焦点０′を通過する。
ａ −ａ’ −ａ“は投光用光ファイバ４からの光信号
がレンズ６の中心軸に対して最も離れｙｔ位置を通る径
路で６Ｃ１ａ′点通過後はｂ’ −ｂ’ ｌ：、対して
多少の拡がｐ角をもっている。
がレンズ６の中心軸に対して最も離れｙｔ位置を通る径
路で６Ｃ１ａ′点通過後はｂ’ −ｂ’ ｌ：、対して
多少の拡がｐ角をもっている。
またｅ −ｃ’ −ｃ“は同じくレンズ６の中心軸に最
も近い径路であシ、Ｃ′点通過（支）はｂ’−ｂ’を二
対して多少の拡が９角をもっている。
も近い径路であシ、Ｃ′点通過（支）はｂ’−ｂ’を二
対して多少の拡が９角をもっている。
尤７フイバ５域二ついても同様で必る。
なお光学系の空間座標として第３図に示すようシニレン
ズ６の中心４ｄｌ−二平行な左右方向を一２〜＋ｚ、レ
ンズ６の中心軸に直角な上下方間を＋ｙ〜−ｙ、同じく
前後方向を＋Ｘ〜−Ｘで示す。
ズ６の中心４ｄｌ−二平行な左右方向を一２〜＋ｚ、レ
ンズ６の中心軸に直角な上下方間を＋ｙ〜−ｙ、同じく
前後方向を＋Ｘ〜−Ｘで示す。
第４図（Ａ） 、 ＣＢ） 、 （Ｃ）はそれぞれ投光
用元ファイバ４．５から投射された２つの光信号ＰＭ
＋ＰＭがレンズ６を介して２軸（＝垂直な平ｉＡ、Ｂ。
用元ファイバ４．５から投射された２つの光信号ＰＭ
＋ＰＭがレンズ６を介して２軸（＝垂直な平ｉＡ、Ｂ。
Ｃ上（＝結ぶスポット像を示したものでおり、ＳＭ。
ＳＮはそれぞれのスポットの中心、ｒＡ ＋ ｒａ ＋
ｒｅは各スポットの半径を示している。
ｒｅは各スポットの半径を示している。
第４図ＣＢ）はレンズ６の焦点Ｏ″にある垂直面上のス
ポット像であシ、元ファイバ４．５のスポットが重なっ
ている。
ポット像であシ、元ファイバ４．５のスポットが重なっ
ている。
これに対して第４図（Ａ） 、 （Ｃ）ではスポットの
中心軸が半径の半分だけずれており、２つのスポットの
円周が互に個のスポットの中心に接している。
中心軸が半径の半分だけずれており、２つのスポットの
円周が互に個のスポットの中心に接している。
またスポット内の各点における光強度は、スポットの中
心が最大でｔｂＦ）、外側（＝なるほどｔｃ良し、スポ
ットの円周でゼロとなる。
心が最大でｔｂＦ）、外側（＝なるほどｔｃ良し、スポ
ットの円周でゼロとなる。
第５図（Ａ） 、 （Ｂ） 、 （Ｃ）はそれぞれＡ、
Ｂ、０面（＝おける元ファイバ４．５（＝対応するスポ
ットの光強度なＸ＝Ｏとしたｙ軸上の光の広が９（＝よ
るｇｉ率ｋｍ （ｒ） 、 １ｃＮ（ｒ）で示したもの
であり、それぞれの光強度ＰＤＭおよびＰＤＮはそれぞ
れ下記（３）および（４）式で表わされる。
Ｂ、０面（＝おける元ファイバ４．５（＝対応するスポ
ットの光強度なＸ＝Ｏとしたｙ軸上の光の広が９（＝よ
るｇｉ率ｋｍ （ｒ） 、 １ｃＮ（ｒ）で示したもの
であり、それぞれの光強度ＰＤＭおよびＰＤＮはそれぞ
れ下記（３）および（４）式で表わされる。
ＰＤＭ＝ Ｐｈｓ に−ｋｎ （ｒ） ） ・・・（
３）ＰＤＮ＝ＰＮ に−ｋＮ（ｒ）） ＝ １４）
第６図は受光用光ファイバ１１の受光状態を示すもので
、受光用光ファイバ１１で受光する光は遮蔽板１０のピ
ンホール９を通過した反射光であり、これによって受光
用光フアイバ１１０等価的な開口角が狭くな９、回転板
７の反射面７ａからの反射光の中のＱ −Ｑ’縁線上反
射光がレンズ６、ピンホール９を通って受光用元ファイ
バ１１（＝入射する。
３）ＰＤＮ＝ＰＮ に−ｋＮ（ｒ）） ＝ １４）
第６図は受光用光ファイバ１１の受光状態を示すもので
、受光用光ファイバ１１で受光する光は遮蔽板１０のピ
ンホール９を通過した反射光であり、これによって受光
用光フアイバ１１０等価的な開口角が狭くな９、回転板
７の反射面７ａからの反射光の中のＱ −Ｑ’縁線上反
射光がレンズ６、ピンホール９を通って受光用元ファイ
バ１１（＝入射する。
このため受光用光ファイバ１１は上記Ｑ −Ｑ’線に対
応するレンズ通過後の徳路Ｑ’ −Ｑ’軸上に乗るよう
な傾斜角度で配設している。
応するレンズ通過後の徳路Ｑ’ −Ｑ’軸上に乗るよう
な傾斜角度で配設している。
弗７図は遮蔽板１０上のピンホール９の詳細を示したも
ので、ピンホール９は円穴であり、ＷＩ６図（＝示した
光路Ｑ−Ｑ’の付近を通過するわずかな面積の反射光の
みが受光用光フアイバ１１０入射する。
ので、ピンホール９は円穴であり、ＷＩ６図（＝示した
光路Ｑ−Ｑ’の付近を通過するわずかな面積の反射光の
みが受光用光フアイバ１１０入射する。
従って第１図≦二おける回転板７をその反射面７ａが弗
６図鑑；おける光路Ｑ−Ｑ’上にくるようζ二設直する
と、例えば平ｇＡ、Ｂ、Ｃ１二対応したイメージ点Ｐム
＊ Ｐａ ＋ Ｐｃの反射光が受光用光ファイノに１に
入射される。
６図鑑；おける光路Ｑ−Ｑ’上にくるようζ二設直する
と、例えば平ｇＡ、Ｂ、Ｃ１二対応したイメージ点Ｐム
＊ Ｐａ ＋ Ｐｃの反射光が受光用光ファイノに１に
入射される。
第８図は本発明（＝用いられる回転板７の一例を示す平
面図であり、回転軸８の中心から回転板７の反射面７ａ
までの距離りは回転軸の回転角θＣ：対応して変化し、
これによって反射光の光路長が変化して受光素子１２で
受光される反射光の位相が変化し、従って位相検出回路
１４で受光信号の位相を検出することに上って回転板の
回転角θを求めることができる。
面図であり、回転軸８の中心から回転板７の反射面７ａ
までの距離りは回転軸の回転角θＣ：対応して変化し、
これによって反射光の光路長が変化して受光素子１２で
受光される反射光の位相が変化し、従って位相検出回路
１４で受光信号の位相を検出することに上って回転板の
回転角θを求めることができる。
すなわち受光用光ファイバ１１に入射する反射光の光強
度なＰ。２とすると Ｐｏｚ＝Ｋ・（に−ｋｍ（ｒ））Ｐｍ＋にｋＮ（ｒ））
ｈ） ＋＋＋ （５）であたえられる。Ｋは反射面
７ａの反射率モらる。
度なＰ。２とすると Ｐｏｚ＝Ｋ・（に−ｋｍ（ｒ））Ｐｍ＋にｋＮ（ｒ））
ｈ） ＋＋＋ （５）であたえられる。Ｋは反射面
７ａの反射率モらる。
例えばｓ８図Ｃ二示す回転板７の反射ｇｌｉｉ７ａの位
置がＡ′点が！Ｊ６図の平ＷＪＡ上（＝、Ｂ′点が平面
Ｂ上ζ二、０１点が平面Ｃ上にくるよう鴫ニすると、に
点ではｋＭ（ｒ） ＃ ０、ｋｓ （ｒ） ”ｒ １で
ｐ、、（Ａ） ：ｖＫ−ＰＭ ・・・（６）となり
、反射光Ｐ。、（Ａ）は第９図に示すようシュＰＭと同
相となる。
置がＡ′点が！Ｊ６図の平ＷＪＡ上（＝、Ｂ′点が平面
Ｂ上ζ二、０１点が平面Ｃ上にくるよう鴫ニすると、に
点ではｋＭ（ｒ） ＃ ０、ｋｓ （ｒ） ”ｒ １で
ｐ、、（Ａ） ：ｖＫ−ＰＭ ・・・（６）となり
、反射光Ｐ。、（Ａ）は第９図に示すようシュＰＭと同
相となる。
またＢ′点ではｋｓｉ （ｒ） ＝ ｋＮ（ｒ）とな９
、反射光Ｆｏｇ（Ｂ）は第９図１＝示すようにＰＭとＰ
Ｍの中間の位相となる。
、反射光Ｆｏｇ（Ｂ）は第９図１＝示すようにＰＭとＰ
Ｍの中間の位相となる。
また０１点ではｋＭ（ｒ） ４１１ ｋＷ（ｒ） ４０
でＰｏｚ （Ｃ） ”Ｆ Ｋ−Ｐｓ ・・・’
（７）となり、反射光Ｐ。ｚ （Ｃ）は第９図に示すよ
うｌニー ＰＭと同相になる。
でＰｏｚ （Ｃ） ”Ｆ Ｋ−Ｐｓ ・・・’
（７）となり、反射光Ｐ。ｚ （Ｃ）は第９図に示すよ
うｌニー ＰＭと同相になる。
さらζ二その中間の位置では位相が連続的１二変化する
。
。
上記反射光Ｐ。２０位相は位相検出回路１４で検出され
るので、回転板７の回転角五〇と位相との関係を前もっ
て較正しておけば検出した位相から回転板の回転角度を
検出することが可能となる。
るので、回転板７の回転角五〇と位相との関係を前もっ
て較正しておけば検出した位相から回転板の回転角度を
検出することが可能となる。
〔発明の効果」
以上説明し九よう（；本発明（＝よれば、回転板の側面
を反射面とすると共（＝、回転板の回転角度Ｃ：応じて
反射面の位置が変って光路の長さを変えるよう（＝シて
おき、この反射面（＝正弦波の変調光を投射して反射光
の位相変化を検出し、その位相変化から回転角度を測定
しているので、簡単な構造の回転板を用いて回転角度の
精密な検出が可能なる。
を反射面とすると共（＝、回転板の回転角度Ｃ：応じて
反射面の位置が変って光路の長さを変えるよう（＝シて
おき、この反射面（＝正弦波の変調光を投射して反射光
の位相変化を検出し、その位相変化から回転角度を測定
しているので、簡単な構造の回転板を用いて回転角度の
精密な検出が可能なる。
第１図は本発明の一災施例な示す系統図、第２図は第１
図におけるＬＥＤの光出力波形を示すタイムチャート、
第３図は投光用光７アイパから出射される光の光路を示
す図、第４図（Ａ） 、 （Ｂ） 。 （Ｃ）はそれぞれ第３図における平面Ａ、Ｂ、Ｃ上の光
のスポット状態図、第５図（Ａ） 、 （Ｂ） 、 （
Ｃ）はそれぞれ第４図（Ａ） 、 ＣＢ） 、 （Ｃ）
に対応する減衰率ｋｖ（ｒ） 、 ｋｓ（ｒ）の分布
状態図、第６図は反射光の径路を示す図、第７図はピン
ホールの配−〇−例を示す図、第８図は本発明に用いら
れる回転板の一例を示す平面図、ｉ９図は反射光の位相
変化の一例を示すタイムチャートである。 １ 駆動回路 ９ ピンホール２．３ Ｌ
ＥＤ １０ 遮蔽板４．５ 投光用光
ファイバ １１ 受光用光ファイバ６ レンズ
１２ 受光素子７ 回転板 １３
増幅器７１ 反射面 １４ 位相検出
回路８ 回転軸 （８７３３）代理人 弁理士 猪 股 祥 晃（ほか１
名）第 ２ 図 第 ３ 図 埴 ４Ｆ２１ （Ａ）（β）（Ｃ） 第 ５ 図 第 ６ 図
図におけるＬＥＤの光出力波形を示すタイムチャート、
第３図は投光用光７アイパから出射される光の光路を示
す図、第４図（Ａ） 、 （Ｂ） 。 （Ｃ）はそれぞれ第３図における平面Ａ、Ｂ、Ｃ上の光
のスポット状態図、第５図（Ａ） 、 （Ｂ） 、 （
Ｃ）はそれぞれ第４図（Ａ） 、 ＣＢ） 、 （Ｃ）
に対応する減衰率ｋｖ（ｒ） 、 ｋｓ（ｒ）の分布
状態図、第６図は反射光の径路を示す図、第７図はピン
ホールの配−〇−例を示す図、第８図は本発明に用いら
れる回転板の一例を示す平面図、ｉ９図は反射光の位相
変化の一例を示すタイムチャートである。 １ 駆動回路 ９ ピンホール２．３ Ｌ
ＥＤ １０ 遮蔽板４．５ 投光用光
ファイバ １１ 受光用光ファイバ６ レンズ
１２ 受光素子７ 回転板 １３
増幅器７１ 反射面 １４ 位相検出
回路８ 回転軸 （８７３３）代理人 弁理士 猪 股 祥 晃（ほか１
名）第 ２ 図 第 ３ 図 埴 ４Ｆ２１ （Ａ）（β）（Ｃ） 第 ５ 図 第 ６ 図
Claims (1)
- 光強度が正弦波状に変化する互に９０°の位相差をもつ
た２組の変調光を投射する投光系と、上記投光系の光軸
と直角な軸を中心として回転すると共に投射された上記
変調光を側面から反射する同心円以外の形状をもつ回転
板と、上記反射された変調光を受光する受光系と、受光
した変調光を電気信号に変換して変調光の位相を検出す
る位相検出回路を備え、受光した変調光の位相の変化に
よつて上記回転板の回転角を検出することを特徴とする
回転角度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205485A JPS61221615A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | 回転角度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205485A JPS61221615A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | 回転角度検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61221615A true JPS61221615A (ja) | 1986-10-02 |
Family
ID=13189050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6205485A Pending JPS61221615A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | 回転角度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61221615A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103048002A (zh) * | 2011-10-14 | 2013-04-17 | 无锡阿斯特科技有限公司 | 一种反射式光纤传感器装置 |
-
1985
- 1985-03-28 JP JP6205485A patent/JPS61221615A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103048002A (zh) * | 2011-10-14 | 2013-04-17 | 无锡阿斯特科技有限公司 | 一种反射式光纤传感器装置 |
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