WO2005040720A1

WO2005040720A1 - 角度検出装置およびこれを用いたスキャン型アクチュエータ

Info

Publication number: WO2005040720A1
Application number: PCT/JP2004/013840
Authority: WO
Inventors: Ryohei Shigematsu
Original assignee: Nhk Spring Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2005-05-06
Also published as: EP1691166A1; US7359827B2; US20070150227A1; EP1691166A4; CN100406850C; KR100773594B1; JP3949098B2; KR20060076321A; CN1875246A; JP2005127971A

Abstract

　板バネなどの弾性体を用いたスキャン型アクチュエータであっても、精度の高いスキャン角度検出を簡易に行えるようにするため、固定部（１）に接続された板バネ（２）の先端に変形しない可動部（３）を設け、可動部（３）の両端に設けられた２相フォトセンサ（ＳＲ，ＳＬ）と、その下部にスリット（４）を有したエンコーダスリット板（４Ｒ，４Ｌ）と、原点センサ（ＳＣ）と、２相フォトセンサ（ＳＲ，ＳＬ）が検知した値および原点センサ（ＳＣ）のリセットによって得られたカウント値（ｎA，ｎB）と２相フォトセンサ（ＳＲ，ＳＬ）間の距離（Ｌ）とをもとに可動部（３）の角度を算出する処理部（１３）とを備える。

Description

明細書

角度検出装置およびこれを用いたスキャン型ァクチユエータ

技術分野

[0001] この発明は、板パネやトーシヨンバーなどの弾性体を介して揺動される可動部の角度を検出する角度検出装置およびこれを用いたスキャン型ァクチユエータに関し、特に道路 ·交通インフラ用のレーザレーダスキャン装置に好適な角度検出装置およびこれを用いたスキャン型ァクチユエータに関するものである。

背景技術

[0002] 近年、車両の多機能化と交通量の増大とによってドライバの運転負荷は大きく増大している。これに対し、ドライバの負荷軽減と利便性の向上とを図る ACC (Adaptive Cruise Control)システムの開発が進んでいる。この ACCシステムを構築するために、車両には、障害物、前方車などの車両、歩行者などを検知するレーダ装置が搭載される場合が多い。この車載用のレーダ装置には、ミリ波や光を用いたスキャン型の装置が多用されている。

[0003] スキャン型のレーダ装置には、モータを利用し、レーザ光などを反射して検知方向にスキャンする可動部を、モータを利用してスキャンさせるものがある。たとえば、 DC モータとポリゴンミラーとを用いてレーザ光をスキャンして、る（非特許文献 1参照)。一方、スキャンする可動部と固定部とを板パネによって接続し、この可動部を、ムービングコイルなどを用いてスキャンさせるスキャン型ァクチユエータも用いられる。

[0004] 非特許文献 1：「ACCシステム用スキャン式レーザレーダの開発」大杉ら著、デンソ一テク-カルレビュー Vol.6 No.l 2001 pp.43- 48

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかしながら、モータを用いたスキャン型ァクチユエータは、スキャン角度検出のために、モータ内蔵のロータリーエンコーダを用いているため、コストアップが避けられな!、と!/、う問題点があった。

[0006] 一方、板パネを用いたスキャン型ァクチユエータでは、光学式距離センサなどによつて板パネの変位や可動部の変位を検出し、この検出結果を用いて角度を検出するようにして!/、るため、検出誤差が大き、と、う問題点があった。

[0007] すなわち、光学式距離センサなどの距離センサによってスキャン角度を検出する場合、パネ定数などの機体差、距離センサとスキャン型ァクチユエータの可動部との間の距離が無視できないことによる相対誤差、温度特性などの距離センサ自体の検出精度差などによって、大きな検出誤差が生じる。さらに、スキャンされる可動部自体の角度精度、可動部のスキャン型ァクチユエータへの取付精度や加工寸法精度も、スキャン角度検出誤差の大きな要因となり、これらが複合した大きな誤差が生じる。

[0008] ここで、可動部あるいは板パネが通過する 1点あるいは複数点にフォトインタラプタなどの位置センサを設けてスキャン角度を推定することが考えられるが、可動部の動作振幅や軌跡が一定でないため、このような方式によって得られたスキャン角度の精度は低下する。実際に、板パネを用いたスキャン型ァクチユエータの可動部の運動は、外乱振動、入力電圧変動、経時変化などによってスキャンのストロークが変動し易い。特に、板パネを用いたスキャン型ァクチユエータでは、省電力化を図るため、バネーマス系の一次共振点付近を利用したスキャンを行う場合があり、この場合におけるスキャンのストローク変動は非常に大きくなる。また、スキャン角度を推定によって求める場合、可動部の角度と可動部の軌跡との相関関係を予め把握しておき、この結果をデータ化して補正する必要があり、このための時間と労力とがかかり、しかもメンテナンス性が悪ィ匕するという問題点がある。

[0009] 一方、この推定方式による問題点を解決するために、可動部の軌跡上にほぼ連続的にエンコーダスリットや磁気スケールなどを配置し、光センサや磁気センサなどを用いてスキャン角度を検出することが考えられるが、この場合、エンコーダモータを用いた場合と同様なコストアップが生じるという問題点があった。すなわち、板パネなどを用いたスキャン型ァクチユエータでは、スキャン角度によって可動部の回転中心が移動するため、可動部の軌跡上に配置されるエンコーダスリットの間隔がスキャン角度に対応させて複雑なものとなり、高精度配置が要求され、このエンコーダスリットの間隔誤差が大きなスキャン角度誤差となって現れるという問題点があった。また、この誤差を除くためのキャリブレーション処理などに多大な時間と労力とがかかるという問題点があった。

[0010] この発明は上記に鑑みてなされたもので、板パネなどの弾性体を用いたスキャン型ァクチユエータであっても、精度の高いスキャン角度検出を簡易に行うことができる角度検出装置およびこれを用いたスキャン型ァクチユエータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項 1にかかる角度検出装置は、弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出する第 1および第 2のセンサと、前記第 1および第 2のセンサが検知した各変位量と、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出する角度算出手段と、を備えたことを特徴とする。

[0012] この請求項 1の発明によれば、第 1および第 2のセンサが、揺動する可動部の変位量を検出し、角度算出手段が、前記第 1および第 2のセンサが検知した各変位量と、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出するようにし、変則的な動作をする可動部の変位角度を簡易に精度良く検出することができる。

[0013] また、請求項 2にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記第 1および第 2のセンサはそれぞれ 2相センサであることを特徴とする。

[0014] また、請求項 3にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記可動部の任意の所定位置を検出する第 3のセンサをさらに備え、前記角度算出手段は、前記第 1および第 2のセンサの検出値をもとに前記可動部の各両端部の動作方向を判別する方向判別手段と、前記第 3のセンサの位置検出結果をもとに前記第 1および第 2のセンサの動作領域を決定する領域決定手段と、を備えたことを特徴とする。

[0015] この請求項 3の発明によれば、前記角度算出手段は、方向判別手段が、前記第 1 および第 2のセンサの検出値をもとに前記可動部の各両端部の動作方向を判別し、第 3のセンサによる可動部の中心位置検出結果をもとに前記第 1および第 2のセンサの動作領域を決定しているので、可動部のチャタリングによる誤差発生の防止と精度の高、絶対角度検出とを可能にして、る。 [0016] また、請求項 4に力かる角度検出装置は、上記の発明において、少なくとも前記第 1および第 2のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、前記スリット群は、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとを結ぶ方向に対して平行に形成されることを特徴とする。

[0017] この請求項 4の発明によれば、前記エンコーダ板に設けられた前記スリット群を、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとを結ぶ方向に平行に形成し、簡易な構成によつて、精度の高い角度検出を行うことができる。

[0018] また、請求項 5にかかる角度検出装置は、上記の発明において、少なくとも前記第 1および第 2のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、前記スリット群は、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとを結ぶ方向に対して垂直に形成されることを特徴とする。

[0019] また、請求項 6, 7にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記ェンコ一ダ板は、前記スリット群を介して前記第 1および第 2のセンサに光を出射する光源を備え、前記第 1および第 2のセンサは、フォトインタラプタ型のセンサとして機能することを特徴とする。

[0020] また、請求項 8, 9にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記スリット群は、前記第 1および第 2のセンサ力も出射された光を反射あるいは散乱させるスリット状の検出群であり、前記第 1および第 2のセンサは、フォトリフレクタ型のセンサとして機能することを特徴とする。

[0021] また、請求項 10, 11にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記スリット群は、スリット状の磁石群であり、前記第 1および第 2のセンサは、磁気センサとして機能することを特徴とする。

[0022] また、請求項 12, 13にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記ェンコーダ板は、一体成形されることを特徴とする。

[0023] この請求項 12, 13の発明によれば、前記エンコーダ板力一体成形されているので、エンコーダ板間の位置ずれによる精度の劣化を防止することができる。

[0024] また、請求項 14にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記方向判別手段は、前記 2相センサの検出値を 4遁倍して検出することを特徴とする。 [0025] この請求項 14の発明によれば、前記方向判別手段が、前記 2相センサの検出値を 4遁倍して検出し、精度の高い位置検出のみならず、方向判別をも可能にし、さらに同じ分解能を得るためにスリット間隔を広げることができるので、簡易な構成によって精度の高い角度検出を行うことができる。

[0026] また、請求項 15にかかる角度検出装置は、上記の発明において、前記角度算出手段は、前記第 1のセンサおよび前記第 2のセンサとの間の距離の長さ、または前記第 1および第 2のセンサの角度増大に伴う誤差を補正する補正テーブルをさらに備えたことを特徴とする。

[0027] また、請求項 16にかかるスキャン型ァクチユエータは、弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出する第 1および第 2のセンサと、前記第 1および第 2のセンサが検知した各変位量と、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出する角度算出手段と、を備えた角度検出装置と、前記可動部を揺動させる揺動手段と、前記角度検出装置の検出結果をもとに前記揺動手段による揺動を制御する揺動制御手段と、を備えたことを特徴とする。

[0028] また、請求項 17にかかるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明において、前記第 1および第 2のセンサはそれぞれ 2相センサであることを特徴とする。

[0029] また、請求項 18に力かるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明において、前記角度検出装置は、前記可動部の任意の所定位置を検出する第 3のセンサをさらに備え、前記角度算出手段は、前記第 1および第 2のセンサの検出値をもとに前記可動部の各両端部の動作方向を判別する方向判別手段と、前記第 3のセンサの位置検出結果をもとに前記第 1および第 2のセンサの動作領域を決定する領域決定手段と、を備えたことを特徴とする。

[0030] また、請求項 19にかかるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明において、前記角度検出装置は、少なくとも前記第 1および第 2のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、前記スリット群は、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとを結ぶ方向に対して平行に形成されることを特徴とする。 [0031] また、請求項 20に力かるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明において、前記エンコーダ板は、前記スリット群を介して前記第 1および第 2のセンサに光を出射する光源を備え、前記第 1および第 2のセンサは、フォトインタラプタ型のセンサとして機能することを特徴とする。

[0032] また、請求項 21にかかるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明において、前記エンコーダ板は、一体成形されることを特徴とする。

[0033] また、請求項 22にかかるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明において、前記方向判別手段は、前記 2相センサの検出値を 4遁倍して検出することを特徴とする。

[0034] また、請求項 23にかかるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明において、前記角度算出手段は、前記第 1のセンサおよび前記第 2のセンサとの間の距離の長さ、または前記第 1および第 2のセンサの角度増大に伴う誤差を補正する補正テーブルをさらに備えたことを特徴とする。

[0035] また、請求項 24にかかるスキャン型ァクチユエータは、上記の発明にお!/、て、レーザスキャン装置として用いられることを特徴とする。

発明の効果

[0036] この発明によれば、第 1および第 2のセンサ力弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出し、角度算出手段力前記第 1および第 2のセンサが検知した各変位量と、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出するようにし、スキヤン型ァクチユエータの加工精度や、組み付け精度や、板パネやトーシヨンバーなどのパネ定数等の動特性の影響を受けず、変則的な動作をする可動部の角度を簡易かつ精度良く検出することができるという効果を奏する。

[0037] また、この発明によれば、角度算出手段は、方向判別手段が、 2相センサの検出値をもとに不変形部の各両端部の動作方向を判別し、第 3のセンサによる可動部の中心位置検出結果をもとに第 1および第 2のセンサの動作領域を決定しているので、可動部のチャタリングによる誤差発生の防止と精度の高い絶対角度検出とを行うことができるという効果を奏する。

[0038] また、この発明によれば、エンコーダ板に設けられたスリット群を、第 1のセンサと第 2のセンサとを結ぶ方向に平行に形成し、あるいは垂直に形成するようにして!/、るので、簡易な構成によって、精度の高い角度検出を行うことができるという効果を奏する

[0039] また、この発明によれば、エンコーダ板が、一体成形されて、るので、エンコーダ板間の位置ずれによる精度の劣化を防止することができるという効果を奏する。

[0040] また、この発明によれば、方向判別手段が、 2相センサの検出値を 4遁倍して検出し、精度の高い位置検出のみならず、方向判別をも可能にし、さらに同じ分解能を得るためにスリット間隔を広げることができるので、簡易な構成によって精度の高い角度検出を行うことができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0041] [図 1]図 1は、この発明の実施の形態 1である角度検出装置を含むスキャン型ァクチュエータの一部構成を示す図である。

[図 2]図 2は、図 1に示したスキャン型ァクチユエータの概要構成を示す模式図である

[図 3]図 3は、図 1に示した可動部のスキャン状態を示す図である。

[図 4]図 4は、図 1に示した角度検出装置の構成を示すブロック図である。

[図 5]図 5は、エンコーダスリット板と可動部との位置関係およびエンコーダスリット板の構成を示す図である。

[図 6]図 6は、図 4に示したエンコーダスリット板と可動部の 2相フォトセンサとの位置関係を示す図である。

[図 7]図 7は、 a相信号と b相信号との位相関係と 4遁倍検出処理を示す図である。

[図 8]図 8は、分解能を説明する図である。

[図 9]図 9は、ムービングコイルに流す電流と 2相フォトセンサの検出距離と算出された角度とのデータを示す図である。

[図 10]図 10は、ムービングコイルに流す電流と可動部の角度との関係を示す図である。

[図 11]図 11は、この発明の実施の形態 1である角度検出装置の変形例の構成を示す図である。 [図 12]図 12は、この発明の実施の形態 1である角度検出装置の変形例の構成を示す図である。

[図 13]図 13は、この発明の実施の形態 2である角度検出装置のエンコーダスリット板と可動部との位置関係を示す図である。

[図 14]図 14は、この発明の実施の形態 2である角度検出装置の一部構成を示す図である。

[図 15]図 15は、この発明の実施の形態 3である角度検出装置を含むスキャン型ァクチユエータの一部構成を示す図である。

[図 16]図 16は、この発明の実施の形態 1一 3が適用されるスキャン型ァクチユエータの概要構成を示す図である。

[図 17]図 17は、この発明の実施の形態 1一 3が適用されるスキャン型ァクチユエータの概要構成を示す図である。

符号の説明

1, 51a, 51b 固定部

2 板パネ

3, 53, 61, 71 可動部

4, 4e スリット

4R, 4L, 4A, 4B, 54R, 54L エンコーダスリット板

4d 反射部

5 支持部

6 ムービングコィノレ

11 制御部

12 駆動部

13 処理部

14 発光部

15R, 15L 4遁倍方向弁別部

16R, 16L カウンタ

17 演算処理部 18 AZB差分距離演算処理部

19 角度演算処理部

20 補正テーブル

24 光源

52 トーシヨンバー

72 レンズ

SR, SL, SR2, SL2, SR5, SL5 2相フォ卜センサ

SC 原点センサ

Ra, Rb, La, Lb フォトトランジスタ

Rc, Lc 発光部

Ea, Eb 領域

発明を実施するための最良の形態

[0043] 以下に、本発明に力かる角度検出装置およびこれを用いたスキャン型ァクチユエ一タの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

[0044] (実施の形態 1)

図 1は、この発明の実施の形態 1である角度検出装置を有したスキャン型ァクチュエータの一部構成を示す斜視図である。また、図 2は、図 1に示したスキャン型ァクチユエータの全体概要構成を示す模式図である。このスキャン型ァクチユエータは、道路 ·交通インフラ用のスキャン型ァクチユエータであり、スキャン型レーザレーダ装置の一部を構成するものである。

[0045] 図 1および図 2において、このスキャン型ァクチユエータは、発光部 14から出力されたレーザを反射し、所定角度のスキャンを行う可動部 3を有する。可動部 3は、弾性体としての板パネ 2を介して固定部 1に接続される。可動部 3は、スキャンするレーザ光の反射方向に対して垂直に配置された板状部材によって構成され、レーザ光の反射面の反対側は、ムービングコイル 6が設けられる。ムービングコイル 6は、可動部 3の軌道を規定し、制御部 11内の駆動部 12から出力された電流値に応じて駆動する。たとえば、駆動部 12が交流電流を出力すると、ムービングコイルが揺動し、これに伴つて可動部 3が揺動し、レーザ光がスキャンされる。

[0046] 可動部 3の両端の下端部には、 2相フォトセンサ SR, SLが設けられ、この 2相フォトセンサ SR, SLの軌道経路をカバーしたエンコーダスリット板 4R, 4Lが設けられる。エンコーダスリット板 4R, 4Lには図示しない光源からの光を通過させるスリットが設けられ、 2相フォトセンサ SR, SLは、このスリットを通過した光を検出し、エンコーダスリット板 4R, 4Lを基準とした移動量を検出する。すなわち、 2相フォトセンサ SR, SLは、フォトインタラプタ型のセンサである。

[0047] 2相フォトセンサ SR, SLが検出した値と、板パネ 2が変形しない可動部 3の原点位置を検出する、後述する原点センサ SCが検出した値とは、制御部 11の処理部 13に出力され、処理部 13は、これらの値をもとに可動部 3の角度を演算出力する。制御部 11は、処理部 13が演算出力した角度をもとに駆動部 12をフィードバック制御する。なお、支持部 5は、固定部 1およびムービングコイル 6をガイドする部分を支持する。

[0048] 図 3は、可動部 3の揺動動作を示す模式図である。図 3に示すように、可動部 3の反射面が、レーザ光力スキャンされる検知方向に対して垂直な状態が基準となる原点位置となる。また、可動部 3は、この位置から士 Θ 0揺動され、板パネ 2と可動部 3との接続点、すなわち可動部 3の中心位置も変化する。

[0049] 図 4は、図 1および図 2に示したスキャン型ァクチユエータの角度検出装置の構成を示すブロック図である。図 4において、エンコーダスリット板 4R, 4Lは、各 2相フォトセンサ SR, SLの軌道経路をカバーし、 X方向に延びる複数のスリット 4が y方向に間隔 δを持たせて配置される。なお、可動部 3の角度が 0度の時における板パネ 2の先端部分を検出する原点センサ SCが設けられて、る。

[0050] 図 5に示すように、エンコーダスリット板 4R, 4Lは、複数のスリット 4を有するとともに、下部に光源 24を有し、光源からの光は、スリット 4から 2相フォトセンサ SR, SL側に出力される。

[0051] 図 6は、 2相フォトセンサ SR, SLとスリット 4との関係を示す図である。図 6に示すように、 2相フォトセンサ SR, SLは、可動部 3の両端に設けられ、それぞれ 2つのフォトトランジスタ Ra, Rb、 La, Lbを有し、スリット 4を介した光を検出した場合に、オン状態となるパルスを出力する。ここで、フォトトランジスタ Ra, Rbおよびフォトトランジスタ La , Lbは、それぞれ角度 0度の状態で、スリット 4の長手方向に 1Z2 δの間隔もって垂直に配置される。したがって、可動部 3が揺動した場合、フォトトランジスタ Ra, Rbおよびフォトトランジスタ La, Lb力は、それぞれ 90度の位相差をもったパルスが出力される。ここで、可動部 3が反時計回りに移動する場合、フォトトランジスタ Ra, Rbは、フォトトランジスタ Ra, Rbの順序でスリット 4からの光を検出し、フォトトランジスタ La, L bは、フォトトランジスタ La, Lbの順序でスリット 4からの光を検出する。そこで、フォトトランジスタ Ra, Laが検出したパルス信号を a相信号とし、フォトトランジスタ Rb, Lbが検出したパルス信号を b相信号とする。

[0052] 図 4において、 2相フォトセンサ SRからは、フォトトランジスタ Raからの a相信号 SRa とフォトトランジスタ Rbからの b相信号 SRbとが出力され、処理部 13の 4遁倍方向弁別部 15Rに入力される。一方、 2相フォトセンサ SLからは、フォトトランジスタ Laからの a相信号 SLaとフォトトランジスタ Lbからの b相信号 SLbとが出力され、処理部 13の 4 遁倍方向弁別部 15Lに入力される。

[0053] 4遁倍方向弁別部 15Rは、 a相信号 SRaおよび b相信号 SRbのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの全ての時点 tl一 t4を検出し、 4遁倍方向弁別部 15Lは、 a相信号 SLaおよび b相信号 SLbのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりの全ての時点 tl 一 t4を検出する。ここで、図 7に示すように a相信号と b相信号との間は、 90度の位相差があるので、 1周期 360度の期間において、 90度毎の 4つの信号を得ることができ、 2相フォトセンサ SR, SLの位置検出の分解能を 4倍に上げることができる。

[0054] また、 4遁倍方向弁別部 15R, 15Lは、 a相信号力 ¾相信号に対して進んでいる場合（図 7 (a) )には、可動部 3が反時計回りに移動しているものと判断することができ、この場合、パルスの立ち上がりおよび立ち下がり毎にパルス信号 Supをカウンタ 16R , 16Lに出力する。一方、 a相信号力 ¾相信号に対して遅れている場合（図 7 (b) )には、可動部 3が時計回りに移動しているものと判断することができ、この場合、パルスの立ち上がりおよび立ち下がり毎にパルス信号 Sdownをカウンタ 16R, 16Lに出力する。

[0055] カウンタ 16R, 16Lは、パルス信号 Supの入力毎にカウント値をインクリメントし、ノルス信号 Sdownの入力毎にカウント値をデクリメントする。たとえば、反時計回りに 15 個カウントされた後、時計方向に 5個カウントされると、カウンタ 16R, 16Lは、 10個のカウント値を出力する。すなわち、 4遁倍方向弁別部 15R, 15Lによる可動部 3の移動方向を判別することによって、チャタリングなどによる誤ったカウントを防止することができる。

[0056] また、カウンタ 16R, 16Lには、原点センサ SCからのパルス信号 S1がそれぞれ入力される。このパルス信号 S1は、リセットパルスとしての機能を有し、カウンタ 16R, 1 6Lは、リセットされる。これによつて、カウンタ 16R, 16Lから出力された信号 SB, SA は、可動部 3が 0度の状態を基準とした y方向成分のカウント値 nB, nAとなる。この力ゥント値 nB, nAをもつ信号 SB, SAは、演算処理部 17の AZB差分距離演算処理部 18に入力される。

[0057] AZB差分距離演算処理部 18は、 y方向の変位量 A L Θ yを次式（1)によって算出する。

A L Θ y= (nA+nB) * ( δ /A) · · · (1)

[0058] この変位量 A L Θ yは、角度演算処理部 19に出力され、角度演算処理部 19は、 2 相センサ SR, SL間の距離を Lとして、次式（2)によって可動部 3の基準位置に対する相対的な角度 Θを算出する。

Θ =sin-l (L 0 y/L) · · · (2)

[0059] このようにして、可動部 3の揺動が真円でない変則的な軌道をもつ場合であっても、可動部 3の角度を検出することができる。なお、 2相センサ SR, SL間の距離 Lを長く取れる場合や揺動する角度 Θ 0が小さい場合には、一層精度高ぐ角度 Θを検出することがでさる。

[0060] この場合、スキャン型ァクチユエータの加工精度や、組み付け精度や、板パネのバネ定数などの動特性などの影響を受けず、スリット 4も等間隔 δで配置するのみであるため、精度の高い角度検出を簡易に行うことができる。

[0061] なお、 2相センサ SR, SL間の距離 Lを長くとれない場合や揺動する角度 Θ 0が大きい場合には、 y方向成分のカウント値 nB, nAと角度 Θとの関係がリニアでなくなるため、補正テーブル 20に格納された補正値を用いて角度 Θを補正するようにしてもよい。 [0062] また、 4遁倍方向弁別部 15R, 15Lは、 a相信号および b相信号を 4遁倍しているが、これに限らず、 2遁倍、 1遁倍で検出するようにしてもよい。ただし、 4遁倍で検出すると、同じ分解能で、スリット 4の間隔 δを 4倍にすることができるため、 4遁倍で検出することが好ましい。

[0063] ここで、具体的な分解能について説明する。図 8に示すように、角度検出分解能を「

Θ s」とすると、間隔 δは、次式（3)で示すことができる。

δ =L/2 * (sin Θ 0-sin ( θ 0- θ s) ) · · · (3)

したがって、

sin ( θ 0- Θ s) =sin θ 0-2 δ /L …（4)

と表せる。ここで、具体的に、距離 L= 110mm、スキャンの角度 0 0= ± 25。、スリツト 4の間隔 δ =0. 5mmとすると、 4遁倍で検出しているため、間隔 δ =0. 125mmとなり、これらの値を式 (4)に代入すると、

sin ( 0 O- 0 s) =sin25-2 * O. 125/110

=0. 420346

となり、

Θ s = 25— sin- 1 (0. 420346)

= 25-24. 8564

=0. 144 (deg.)

となる分解能を得ることができる。逆に所望の分解能を得るための、スリット 4の間隔 δを得ることちでさ、距離 Lをち得ることがでさる。

[0064] この具体的な角度検出装置におけるムービングコイル 6に流す電流 Iと、可動部 3の実際の角度 Θ mと、式 (2)によって得られた算出角度 Θとの関係を示すと、図 9のようになった。ここで、実測角度 Θ mと、算出角度 Θとの関係を図 10に示す。図 10から、実測角度 Θ mと算出角度 Θとの関係はリニアであり、補正をせずに、精度の高い角度検出を容易に行うことができる。

[0065] なお、図 4に示した角度検出装置では、 2つの独立したエンコーダスリット板 4R, 4L を用いていたが、図 11に示すように、一つのエンコーダスリット板 4A上にスリット 4を形成するようにしてもよい。この場合、 2相フォトセンサ SR側のスリット 4と 2相フォトセンサ SL側のスリット 4との位置関係を固定することができるため、一層精度の高い角度検出を行うことができる。なお、長手方向の 2つのスリットを 1つのスリットとして形成するようにしてちょい。

[0066] さらに、 2相フォトセンサ SR, SLは、フォトインタラプタ型のセンサであった力これに限らず、フォトリフレクタ型のセンサとして構成してもよい。この場合、図 12に示すように、スリット 4に代えて、スリット状の反射領域 Eaをもつ反射部 4dを形成し、その他の領域 Ebは、光を散乱させるように形成する。さらに、 2相フォトセンサ SR, SLの近傍にそれぞれ発光部 Rc, Lcを設ける。これによつて、図 4に示した角度検出装置と同じ精度の角度検出を簡易に行うことができる。また、逆に、領域 Eaを光の散乱領域にし、領域 Ebを光の反射領域にしてもよい。なお、光の散乱は、その領域に凹凸を形成することによって容易に行うことができる。

[0067] なお、上述した処理部 13の演算処理部 17は、ソフトウェア的に処理し、その他の構成をハードウェア的に処理している力これに限らず、適宜ソフトウェア処理とハードウェア処理とに変更することができる。

[0068] (実施の形態 2)

つぎに、この発明の実施の形態 2について説明する。上述した実施の形態 1では、エンコーダスリット板 4R, 4Lのスリット 4の長手方向力静止時の可動部 3の長手方向と同じに設定し、 y方向の変動距離を検出していたが、この実施の形態 2では、スリットの長手方向と、静止時の可動部 3の長手方向とが直交するように形成し、 X方向の変動距離を検出するようにしてヽる。

[0069] 図 13は、この発明の実施の形態 2である角度検出装置の可動部とエンコーダスリツト板との詳細構成を示す図である。また、図 14は、この発明の実施の形態 2である角度検出装置の可動部とエンコーダスリット板との位置関係を示す図である。図 13および図 14において、スリット 4eは、可動部 3の長手方向に直交する方向に延び、可動部 3の長手方向に等間隔 δで配列されている。

[0070] ここで、 2相フォトセンサ SR, SLに対応する 2相フォトセンサ SR2, SL2の各フォトトランジスタ R2a, R2b、 L2a, L2bは、可動部 3の長手方向に沿って配列される。また、フォトトランジスタ R2a, R2bおよびフォトトランジスタ L2a, L2bの各間隔は 1Z2 δ に設定され、フォトトランジスタ R2a, R2bの各ノレスに 90° の位相差をもたせ、フォトトランジスタ L2a, L2bの各パルスに 90° の位相差をもたせるようにしている。

[0071] ここで、 AZB差分距離演算処理部 18は、 X方向の変位量 A L θ xを次式（5)によつて算出する。

A L 6 x= (nA+nB) * ( δ /A) …（5)

[0072] この変位量 A L θ Xは、角度演算処理部 19に出力され、角度演算処理部 19は、 2 相

センサ SR, SL間の距離を Lとして、次式（6)によって可動部 3の基準位置に対する相対的な角度 Θを算出する。

Θ =cos-l (L 0 x/L) · · · (6)

[0073] このようにして、可動部 3の揺動が真円でない変則的な軌道をもつ場合であっても、可動部 3の角度を検出することができる。なお、 2相センサ SR2, SL2間の距離 Lを長く取れる場合や揺動する角度 Θ 0が小さい場合には、一層精度高ぐ角度 Θを検出することができる。

[0074] この場合、スキャン型ァクチユエータの加工精度、組み付け精度、板パネのバネ定数などの動特性の影響を受けず、スリット 4eも等間隔 δで配置するのみであるため、精度の高い角度検出を簡易に行うことができる。

[0075] (実施の形態 3)

上述した実施の形態 1, 2では、板パネを用いたスキャン型ァクチユエータであった力この実施の形態 3では、トーシヨンバーを用いたスキャン型ァクチユエータとしている。

[0076] 図 15は、この発明の実施の形態 3である角度検出装置を含むスキャン型ァクチユエータの一部構成を示す図である。このスキャン型ァクチユエータは、実施の形態 1における板パネ 2に代えてトーシヨンバー 52を用い、このトーシヨンバー 52の復元力を有効利用して、可動部 3に対応する可動部 53が、トーシヨンバー 52の軸を中心に揺動する。この可動部 53の揺動は、図示しないムービングコイルなどを用いて揺動させてもよ、し、トーシヨンバー 52自体を回動して揺動させるようにしてもよ!、。

[0077] 可動部 53の中心は、トーシヨンバー 52に貫かれ、トーシヨンバー 52の両端は、固定部 51a, 51bによって固定される。可動部 53の長手方向の両端部の下部には、実施の形態 1と同様に、 2相フォトセンサ SR5, SL5力設けられ、この 2相フォトセンサ SR5 , SL5の軌跡をカバーするように、実施の形態 1と同様に、エンコーダスリット板 54R, 54Lが設けられる。この 2相フォトセンサ SR5, SL5とエンコーダスリット板 54R, 54L とによって検出される可動部 53の絶対角度は、実施の形態 1, 2を適用して求めることがでさる。

[0078] このようにして、板パネ 2に限らず、トーシヨンバー 52を有効利用して揺動される可動部 53であっても、この可動部 53の角度を簡易かつ精度良く検出することができる。なお、この実施の形態 3では、トーシヨンバー 52を 1つのトーシヨンバーとしているが、固定部 51aと可動部 53との間および固定部 51bと可動部 53との間のそれぞれに、独立した 2つのトーシヨンバーを設けるようにしてもよ!、。

[0079] なお、上述した実施の形態 1一 3に示したスキャン型ァクチユエータは、図 2に示した形態の他に、たとえば図 16に示すスキャン型ァクチユエータとして適用することができる。このスキャン型ァクチユエータは、板パネ 2の先端に固定された可動部 61がミリ波の送受信アンテナとして機能する。この場合においても、 2相フォトセンサを可動部 61の両端に設け、可動部 61の下部にエンコーダスリット板を設ける。

[0080] さらに、上述した実施の形態 1一 3に示したスキャン型ァクチユエータでは、たとえば可動部 3が発光部 14からのレーザ光を反射させるものであった力図 17に示すスキヤン型ァクチユエータは、レーザ光である光 73を可動部 71のレンズ 72を介して検出方向に出射し、レーザ光をスキャンしている。この図 17に示すスキャン型ァクチユエータにも、上述した実施の形態 1一 3を適用することができ、この場合においても、 2 相フォトセンサを可動部 71の両端に設け、可動部 71の下部にエンコーダスリット板を設ける。

[0081] なお、上述した実施の形態 1一 3では、光センサとしての 2相フォトセンサ SR, SLを用いていたが、これに限らず、磁気センサによって形成してもよい。磁気センサとしては、ホール素子、磁気抵抗素子、磁気トランジスタなどと、永久磁石、磁気スケール、電磁石などとを、適宜組み合わせて用いることができる。

産業上の利用可能性以上のように、本発明に力かる角度検出装置およびこれを用いたスキャン型ァクチユエータは、板パネやトーシヨンバーなどの弾性体を介して揺動される可動部の角度を検出する角度検出装置およびこれを用いたスキャン型ァクチユエータに有用であり、特に、道路'交通インフラ用のレーザレーダスキャン装置に適している。

Claims

請求の範囲

[1] 弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出する第 1および第 2のセンサと、

前記第 1および第 2のセンサが検知した各変位量と、前記第 1のセンサと前記第 2 のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出する角度算出手段とを備えたことを特徴とする角度検出装置。

[2] 前記第 1および第 2のセンサはそれぞれ 2相センサであることを特徴とする請求項 1 に記載の角度検出装置。

[3] 前記可動部の任意の所定位置を検出する第 3のセンサをさらに備え、

前記角度算出手段は、

前記第 1および第 2のセンサの検出値をもとに前記可動部の各両端部の動作方向を判別する方向判別手段と、

前記第 3のセンサの位置検出結果をもとに前記第 1および第 2のセンサの動作領域を決定する領域決定手段と、

を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の角度検出装置。

[4] 少なくとも前記第 1および第 2のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、

前記スリット群は、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとを結ぶ方向に対して平行に形成されることを特徴とする請求項 1に記載の角度検出装置。

[5] 少なくとも前記第 1および第 2のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、

前記スリット群は、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとを結ぶ方向に対して垂直に形成されることを特徴とする請求項 1に記載の角度検出装置。

[6] 前記エンコーダ板は、前記スリット群を介して前記第 1および第 2のセンサに光を出射する光源を備え、

前記第 1および第 2のセンサは、フォトインタラプタ型のセンサとして機能することを特徴とする請求項 4に記載の角度検出装置。

[7] 前記エンコーダ板は、前記スリット群を介して前記第 1および第 2のセンサに光を出射する光源を備え、

前記第 1および第 2のセンサは、フォトインタラプタ型のセンサとして機能することを特徴とする請求項 5に記載の角度検出装置。

[8] 前記スリット群は、前記第 1および第 2のセンサから出射された光を反射あるいは散乱させるスリット状の検出群であり、

前記第 1および第 2のセンサは、フォトリフレクタ型のセンサとして機能することを特徴とする請求項 4に記載の角度検出装置。

[9] 前記スリット群は、前記第 1および第 2のセンサから出射された光を反射あるいは散乱させるスリット状の検出群であり、

前記第 1および第 2のセンサは、フォトリフレクタ型のセンサとして機能することを特徴とする請求項 5に記載の角度検出装置。

[10] 前記スリット群は、スリット状の磁石群であり、

前記第 1および第 2のセンサは、磁気センサとして機能することを特徴とする請求項 4に記載の角度検出装置。

[11] 前記スリット群は、スリット状の磁石群であり、

前記第 1および第 2のセンサは、磁気センサとして機能することを特徴とする請求項 5に記載の角度検出装置。

[12] 前記エンコーダ板は、一体成形されることを特徴とする請求項 4に記載の角度検出装置。

[13] 前記エンコーダ板は、一体成形されることを特徴とする請求項 5に記載の角度検出装置。

[14] 前記方向判別手段は、前記 2相センサの検出値を 4遁倍して検出することを特徴とする請求項 3に記載の角度検出装置。

[15] 前記角度算出手段は、前記第 1のセンサおよび前記第 2のセンサとの間の距離の長さ、または前記第 1および第 2のセンサの角度増大に伴う誤差を補正する補正テーブルをさらに備えたことを特徴とする請求項 1に記載の角度検出装置。

[16] 弾性体を介して固定部に接続される可動部の両端に設けられ、揺動する該可動部の変位量を検出する第 1および第 2のセンサと、

前記第 1および第 2のセンサが検知した各変位量と、前記第 1のセンサと前記第 2 のセンサとの間の距離とをもとに前記可動部の変位角度を算出する角度算出手段とを備えた角度検出装置と、

前記可動部を揺動させる揺動手段と、

前記角度検出装置の検出結果をもとに前記揺動手段による揺動を制御する揺動制御手段と、

を備えたことを特徴とするスキャン型ァクチユエータ。

[17] 前記第 1および第 2のセンサはそれぞれ 2相センサであることを特徴とする請求項 1

6に記載のスキャン型ァクチユエータ。

[18] 前記角度検出装置は、

前記可動部の任意の所定位置を検出する第 3のセンサをさらに備え、

前記角度算出手段は、

を備えたことを特徴とする請求項 16に記載のスキャン型ァクチユエータ。

[19] 前記角度検出装置は、

少なくとも前記第 1および第 2のセンサの軌跡のそれぞれに対応する領域に設けられたスリット群を有したエンコーダ板を備え、

前記スリット群は、前記第 1のセンサと前記第 2のセンサとを結ぶ方向に対して平行に形成されることを特徴とする請求項 16に記載のスキャン型ァクチユエータ。

[20] 前記エンコーダ板は、前記スリット群を介して前記第 1および第 2のセンサに光を出射する光源を備え、

前記第 1および第 2のセンサは、フォトインタラプタ型のセンサとして機能することを特徴とする請求項 19に記載のスキャン型ァクチユエータ。

[21] 前記エンコーダ板は、一体成形されることを特徴とする請求項 19に記載のスキャン型ァクチユエータ。

[22] 前記方向判別手段は、前記 2相センサの検出値を 4遁倍して検出することを特徴とする請求項 18に記載のスキャン型ァクチユエータ。

[23] 前記角度算出手段は、前記第 1のセンサおよび前記第 2のセンサとの間の距離の長さ、または前記第 1および第 2のセンサの角度増大に伴う誤差を補正する補正テーブルをさらに備えたことを特徴とする請求項 16に記載のスキャン型ァクチユエータ。

[24] レーザスキャン装置として用いられることを特徴とする請求項 16に記載のスキャン型ァクチユエータ。