JPH0132449B2

JPH0132449B2 -

Info

Publication number: JPH0132449B2
Application number: JP58146855A
Authority: JP
Inventors: Osamu Maehara; Yoshitaka Nakajima
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1983-08-11
Filing date: 1983-08-11
Publication date: 1989-06-30
Also published as: JPS6038617A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、レゾルバの信号発生手段を光電式と
した角度測定装置の改良に関する。

レゾルバは、ロボツト、NC工作機械等の角度
あるいは位置の検出器として広く利用される。そ
の理由は、１台で速度情報と角度情報が得られ、
また、比較的構造も単純で故障も少なく、さら
に、集積回路化された信号変換器（例えば、アナ
ログデバイス社のIRDC1730）との組合せにより
容易に高分解能な角度パルスが得られるためであ
る。

以下、そのレゾルバについて簡単に説明する。

その原理を示す第１図において、ステータ１に
は直交状態に二つのコイル２，３が巻装され、そ
のステータ１の内側には回動自在のロータ４があ
り、それにはコイル５が巻装されている。使用に
際しては、ロータ４のコイル５を励磁し、ステー
タ１のコイル２，３に発生する電圧を利用する場
合と、その逆に、コイル２，３を励磁し、コイル
５に発生する電圧を利用する場合がある。

すなわち、前者は、第２図に示すように、コイ
ル５に次式の電圧Vcを Vc＝V₁sinωt ここに V₁：振幅、ω：励磁角速度印加する。その結果、ロータ４の回動角度θに対
応してコイル２，３と鎖交する磁束が変化し、そ
の結果、コイル２，３に発生する電圧Va，Vbの
振幅が回動角度θに対応して変化する。結局、回
動角度θを次式のように振幅信号に変換している
結果となる。

Va＝K₁V₁sinθsinωt Vb＝K₁V₁cosθsinωt ここに、K₁：比例係数（一定）次に、後者は、第３図に示すようにコイル２，
３に90度位相差の電圧Va，Vb Va＝V₂sinωt Vb＝V₂cosωt を印加しておくと、その各々の磁束のうちコイル
５と鎖交する磁束はロータ４の回動角度θに対応
して変化し、その結果、次のようにコイル５の発
生電圧Vcの位相が回動角度θに対応して変化す
る。結局、回動角度θを次式のように位相信号に
変換している結果となる。

Vc＝K₂V₂cosωtsinθ＋K₂V₂sinωtcosθ ＝K₃V₂sin（ωt＋θ）以上によりレゾルバではロータ４の回動角度θ
に応じて振幅または位相が変化する角度信号に変
換されて取出される。

以下、単に角度θを求めるには、電圧計により
前記式のVa，Vbを測定するか、あるいは前記
式の電圧Vcと式に示す励信信号Vaとの位相
差θを位相差計により測定する。

また、例えば、サーボ系の帰還信号に用いる回
動角度θに対応するパルス列信号が角速度信号
dθ／dtを求めるには、前記式の振幅信号をその
変換用に開発されている前記IRDC1730等の変換
器と結合すればよいことになる。

以下、この種の変換器の一例を簡単に説明す
る。

第４図において、６，７はそれぞれ前記レゾル
バのコイル２，３の出力電圧Va，Vbの出力端で
あり、それに各対応したコサイン乗算器１１、サ
イン乗算器１２の一方の入力端とそれぞれ結線さ
れ、コサイン乗算器１１、サイン乗算器１２の角
度データ用の他方の入力端は後記の可逆カウンタ
１３の計数値出力端と結線され、コサイン乗算器
１１、サイン乗算器１２の出力端は偏差増幅器１
４の正、負入力端とそれぞれ結線され、偏差増幅
器１４の出力端は位相検波回路１５の入力端と結
線され、その検波指令入力端は、前記レゾルバの
励磁信号の矩形波整形回路（図示されていない）
の出力端８と結線され、位相検波回路１５の検波
信号出力端は加減パルス発生器２０のローパスフ
イルタ２１の入力端と結線され、そのローパスフ
イルタ２１の出力端は絶対値回路２２の入力端と
結線され、絶対値回路２２の出力端は電圧制御発
振器２３の入力端と結線され、電圧制御発振器２
３の出力端は第１、第２のゲート回路２４，２５
の一方の入力端と結線され、第１のゲート回路２
４の他方の入力端は、位相検波回路１５の極性信
号出力端とインバータ２６を介して結線され、第
２のゲート回路２５の他方の入力端は直接前記極
性信号出力端と結線され、その第１、第２のゲー
ト回路２４，２５の出力端は外部端子２７，２８
とそれぞれ結線されると共に、前記可逆カウンタ
１３の加、減入力端とそれぞれ結線されている。

第５図は前記第４図の信号線路上に丸印で囲ん
だ数字で表示した番号に対応する信号の波形図で
あり、以下、第４，５図を参照し、レゾルバの回
動角度θが30度から45度に変化させられた場合を
例にとり、上記変換器の動作を説明する。

いま、回動角度が30度のまま動かない状態とす
ると、コイル２，３の出力端６，７から取出され
る電圧Va，Vbはそれぞれ(2)式より Va＝（K₁V₁／２）sinωt Vb＝（√3K₁V₁／２）sinωt (5) となる。また、この状態においては、可逆カウン
タ１３への入力パルスがない（すなわち、インク
リメンタル信号の発生がない）わけであり、可逆
カウンタ１３の計数値は30度に対応したものとな
る。すなわち、コサイン乗算器１１、サイン乗算
器１２においては、それぞれ、Va・cos30、
Vb・sin30の乗算が行われ、結局、両乗算結果は
同一の（√３K₁V₁／４）sinωtとなり、その結果
偏差増幅器１４の出力が０となり、位相検波回路
１５、加減パルス発生器２０の入出力はいずれも
０である。次に、レゾルバのロータ４が30度から
回動し始めると、コイル２の出力電圧Vaは増加
し、コイル３の出力電圧Vbは減少する。それに
よりコサイン乗算器１１の出力が増加し、サイン
乗算器１２の出力が減少する。その結果、偏差増
幅器１４からは、その両出力の差に対応した振幅
を有する角速度ωのサイン波が出力され、位相検
波回路１５において、そのサイン波の０〜180度
の位相範囲の出力が検波され、それがローパスフ
イルタ２１を介して平較化され、次いで絶対値回
路２２を介して（この場合には検波出力が正であ
り、ローパスフイルタ２１の出力は単に絶対値回
路２２を通過するだけ）電圧制御発振器２３に送
られ、そこでその入力に比例した周波数のパルス
を発生する。このとき、前記位相検波回路１５の
検波信号は正であり、この結果、極性信号は送出
されず、第１のゲート回路２４のみが導通し、前
記電圧制御発振器２３の出力パルスは外部端子２
７に出力されると共に、可逆カウンタ１３の加算
入力端に導入される。これにより可逆カウンタ１
３の計数値は増加し、その計数値がコサイン乗算
器１１、サイン乗算器１２に加えられる。ここ
で、レゾルバのロータ４の回動が停止し、Va，
Vcが前記の値のままになると、乗算によりコサ
イン乗算器１１の出力は前記より減少し、サイン
乗算器１２の出力は前記より増加し、その結果、
偏差増幅器１４の出力は小にされ、それに応じて
前記と同様に電圧制御発振器２３からパルスが送
出され、可逆カウンタ１３の計数値が増加し、そ
れがコサイン乗算器１１、サイン乗算器１２に加
えられる結果、さらに両出力の偏差は小にされ、
上記の繰返しにより偏差０に収斂される。また、
レゾルバのロータ４がさらに回動する場合には、
可逆カウンタ１３の計数値の増加と同時にロータ
４の回動に伴なうコイル２，３の出力電圧Va，
Vbの増加、減少があるが、その瞬時々々の挙動
は、前記のロータ４が微小角度回動する際の動作
を連続的に行つているわけであり、結局、可逆カ
ウンタ１３の計数値φがロータ４の回動角θと一
致し、コサイン乗算器１１とサイン乗算器の出力
（K₁V₁cosφsinθ）sinωtと（K₁V₁sinφcosθ）
sinωtが一致するようなループ制御が行われる。
したがつて、この間に外部出力端子２７から送出
されるパルスの数はロータ４の正方向への回動角
度の増分に対応し、出力端子２８から送出される
パルスの数はロータ４の負方向への回動角度の増
分に対応したインクリメンタル信号となる。そし
て、このインクリメンタル信号を加減計数してい
る可逆カウンタ１３の計数値は、そのままロータ
４の回動角度θに対応し、さらに、ローパスフイ
ルタ２１の出力電圧は、ロータ４の回動角速度
dθ／dtに対応したものとなる。

ところで、上記レゾルバは、信号の発生に電磁
誘導を利用するものであり、そのため励磁周波数
を大にすることは困難である。すなわち、励磁周
波数は1kHz程度が上限であり、それより高いと
２次電圧波形に歪を生じ、そうすると、精度が著
しく低下してしまうことになる。また、ロータ４
はもちろんそれに巻装されるコイル５、さらに励
磁信号供給用の回転トランス等によりロータ全体
の貫性モーメントも比較的大になることも避けら
れない。これは、特に被検出対象の慣性モーメン
トが小さい場合には問題であり、大幅な応答遅れ
を生じさせる原因となる。また、構造は比較的簡
単であるが、実際の製作に際しては磁束分布の均
一性を保つためにコイルの巻装位置等に厳しい精
度が要求され、必然的に高価となる問題点があ
る。

この解決には、信号の発生手段に光電的手段の
採用、すなわち、相互に同相または90度位相のサ
イン波状駆動信号により発光量が制御される複数
の光源と複数または共用の受光素子をロータを挾
んで各対向させた光電変換手段と、その光電変換
手段とロータに対して設けられ、それぞれ光源と
受光素子間の透過光量を相互に90度位相のサイン
波状に変化させる光量変化手段と、光電変換手段
の受光素子出力を角度信号に変換する信号変換手
段とによりロータの回動角度に対応した振幅を有
する振幅信号またはロータの回動角度に対応した
位相を有する位相信号を得ることが考えられる。
以下、公知のこの種のものの測定原理につき、数
式を参照して説明する。ロータを挾んで一方側に
２個または４個の光源を配置し、他方側にその光
源と対向する２個または４個、もしくはその光源
のすべてと対向する共用の受光素子を配置する。
そして、各光源はサイン波状の駆動信号によりそ
の発光部を点灯させて発光量をサイン波状に変化
させる。ここで、ロータ回動角度に対応した振幅
信号を取出す場合は、各光源の駆動信号の位相を
同相とし、ロータ回動角度に対応した位相信号を
取出す場合は、各光源の駆動信号の位相を相互に
90度づつずらすことになる。

すなわち、駆動信号の角速度をω、各光源１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ（光源を２個とする場合は
１ａ，１ｂのみ）の発光量をe_a〜e_dとおき、その
発光量の最小値を０、最大値をＡとおくと、発光
量e_a〜e_dは、同相の駆動信号により駆動の場合、ｅ＝e_a＝e_b＝e_c＝e_d＝（Ａ／２）（sinωt＋１） (1) とし、90度づつ位相をずらした駆動信号により駆
動の場合、 e_a＝（Ａ／２）（sinωt＋１） e_b＝（Ａ／２）（cosωt＋１） e_c＝（Ａ／２）（−sinωt＋１） e_d＝（Ａ／２）（−cosωt＋１） (2) とする。

さて、次には、この発光量は各対向する受光素
子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄまたは共用の受光素子
２ａ＋２ｂ＋２ｃ＋２ｄ（前記光源を２個とした
場合は２ａ，２ｂまたは２ａ＋２ｂのみ）に向つ
て放射させられることになるが、この光路中には
前記ロータと前記の光電変換手段に対して設けら
れた光量変化手段が介在され、それにより各発光
量は相互に位相が90度づつずれ、ロータの回動角
度に対応してサイン波状に変化させられたうえ
で、受光素子２ａ〜２ｄに導入されることにな
る。

なお、受光素子２ａ〜２ｄの代りに、共用の受
光素子を用いた場合は、各受光素子２ａ〜２ｄに
導入される光量の和が導入され、また、受光素子
を２個とした場合は、上記のうちの２個の受光素
子を用いることになるので、以下の説明において
は、受光素子を２ａ〜２ｄの４個とした場合につ
いて説明する。

さて、上記した光量変化手段としては、一対の
偏光子板を利用するもの、ロータに対して偏心さ
せて形成した透光円ロータを利用するもの等があ
り、以下、その各々による光量の変化率、すなわ
ち、光量変化手段の入力光量と出力光量の比につ
いて数式を参照して説明する。

先ず、一対の偏光子板による光量変化手段は、
一対の偏光子板の透過軸の交り角をαとすると、
そこを透過する光量I〓が、αに対応して次式のよ
うに変化すること（Malusの法則）を利用するも
のである。

I〓＝I₀｛H₀−H₉₀）cos²α＋H₉₀｝ (3) ＝I₀（K₄cos2α＋K₅）ここに、I〓：透過軸の交り角αのときの透過光
量 I₀：偏光子板を入れる前の透過光量 H₀：平行位（２枚の偏光子板の透過軸
が平行）透過率 H₉₀：直行位（２枚の偏光子板の透過軸
が直交）透過率 α：透過軸の交り角 K₄：（１／２）（H₀−H₉₀） K₅：（１／２）（H₀＋H₉₀）すなわち、ロータには偏光子板を一体的に固定
し、各光源と受光素子の経路中にもそれぞれ偏光
子板を配置し、その各偏光子板の透過軸は相互に
45度ずらしたものである。なお、上記のものとは
逆に、ロータの内外周に相互に45度透過軸をずら
したドーナツ状の偏光子円板を一体的に固定し、
光源と受光素子間に介在させる偏光子板の透過軸
は同一としても全く同じことである。これにより
相互に透過軸を45度づつずらした一対の偏光子板
の入力光量と出力光量の比、すなわち、一対の偏
光子板の透過率β_a，β_b，β_c，β_d（光源を２個とし
た場合はβ_a，β_bのみ）は、 β_a＝K₄cos2θ＋K₅ β_b＝K₄cos2（θ＋45゜）＋K₅＝−K₄sin2θ＋K₅ β_c＝K₄cos2（θ＋90゜）＋K₅＝−K₄cos2θ＋K₅ β_d＝K₄cos2（θ＋135゜）＋K₅＝K₄sin2θ＋K₅ (4) となり、結局、透過率β_a〜β_dは回動角度θに対応
して90度づつ位相のずれたサイン波状に変化する
ことになる。ただし、この透過率は回動角度θの
２倍角のサイン関数値に比例し、したがつて、ロ
ータの１回転中に、サイン波状の透過率変化パタ
ーンが２回生じることになる。

次に、偏心透光円を利用する光量変化手段は、
偏心透光円を形成したロータの回動によりそれと
対向する平面に引かれたＸ、Ｙ軸と透光円との重
合状態が変化させられるようにしたものである。
すなわち、上記平面には原点をロータの中心と同
じにとつてＸ軸とＹ軸を引き、原点を中心に、そ
れぞれ負側のＸ軸、負側のＹ軸、正側のＸ軸、正
側のＹ軸と偏心透光円との重合線分l_a，l_b，l_c，l_d
を考え、いま、偏心透光円の中心がロータの中心
の左横に並んだロータの回動位置を基準とし、ロ
ータの反時計方向への回動角度をθとおくと、そ
れら線分は、次のように90度づつ位相のずれた略
サイン波状に変化することを利用するものであ
る。

l_a＝Rcosθ＋√L²（Rsinθ）² l_b＝Rsinθ＋√L²（Rcosθ）² l_c＝−Rcosθ＋√L²（Rsinθ）² l_d＝Rsinθ＋√L²（Rcosθ）² (5) ここに、Ｌ：偏心透光円の半径Ｒ：偏心量したがつて、ロータを挾んで配置される光源と
受光素子からなる光電変換手段も光量変化手段の
一部となり、その投光面、受光面の一方または両
方が矩形状に形成され、上記正負のＸ，Ｙ軸上に
配置される。

なお、投、受光面を矩形状に形成する代りに、
その前面に矩形状のスリツトを有するマスクを配
置しても同様である。

さて、この光量変化手段における入力光量と出
力光量の比、すなわち透過率は、最大の重合線分
（Ｒ＋Ｌ）に対する回動角度により定まる線分l_a
〜l_dの比であり、いま、透過率をγ_a〜γ_dとおく
と、それらは次式によつて表される。

γ_a＝（Rcosθ＋√L²−（Rsinθ）²）/(R+L) γ_b＝（−Rsinθ＋√L²−（Rcosθ）²）/(R+L) γ_c＝（−Rcosθ＋√L²−（Rsinθ）²/(R+L) γ_d＝（Rsinθ＋√L²−（Rcosθ）²/(R+L) (6) 以上が光量変化手段であり、光源から受光素子
に放射される光量は、上記(4)式あるいは(6)式に示
す透過率倍されて受光素子に達することになる。

尚、上記説明は、光量変化手段を偏光子板、あ
るいは偏心透光円ロータとした場合であるが、例
えば特公昭48−37107号、特公昭49−221号、特開
昭56−94216号、特公昭58−85115号等に開示され
るように光学スケールの重合によつても略サイン
波状の光量変化（幾何的には透過面は矩形スリツ
トの重合面積に対応するため三角波状の変化とな
るわけであるが、実際は光の回折、受光器の受光
面形状等によりサイン波に近似し、したがつて、
その透過率は上記(4)、(6)と同様であつて、その透
過光量も、一定量とサイン波状変化量の和に対応
した正の大きさのものとなる）を生じさせること
ができる。

以下、振幅信号を発生させる目的により発光量
を同相とした場合、すなわち、発光量を前記(1)式
のｅで与えた場合と、位相信号を発生させる目的
により90度位相の発光量とした前記(2)式のe_a〜e_d
の場合とに分け、各受光素子２ａ〜２ｄの受光量
とそれにより発生する電圧とを数式により説明す
る。

先ず、光量変化手段を一対の偏光子板としたも
のにおいて、発光量を同相とした場合の各受光素子の受光量
をf_a〜f_dとおくと、それらは次のようになる。

f_a＝β_aｅ f_b＝β_bｅ f_c＝β_cｅ f_d＝β_dｅ (7) この結果、各受光素子の発生電圧g_a〜g_dは、そ
の光量に対応したものとなり、いま、光量−電圧変
換係数をＭとおき、K₆＝AK₄M/2、K₇＝AK₅M/2
とおくと、発生電圧は次のようになる。

g_a＝f_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt＋K₇cos2θ＋K₇ g_a＝f_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt＋K₇cos2θ＋K₇ g_b＝f_b・Ｍ＝−K₆sin2θsinωt＋K₇sinωt−K₇cos2θ＋
K₇ g_a＝f_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt＋K₇cos2θ＋K₇ g_b＝f_b・Ｍ＝−K₆sin2θsinωt＋K₇sinωt−K₇cos2θ＋
K₇ g_c＝f_c・Ｍ＝−K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt−K₆cos2θ＋
K₇ g_a＝f_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt＋K₇cos2θ＋K₇ g_b＝f_b・Ｍ＝−K₆sin2θsinωt＋K₇sinωt−K₇cos2θ＋
K₇ g_c＝f_c・Ｍ＝−K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt−K₆cos2θ＋
K₇ g_d＝f_d・Ｍ＝K₆sin2θsinωt＋K₇sinωt＋K₆sin2θ＋K₇(8) 同様に、発光量を90度位相とした場合の各受光
素子の受光量をf′_a〜f′_dとおくと、それは次のよ
うになる。

f′_a＝β_ae_a f′_b＝β_be_b f′_c＝β_ce_c f′_d＝β_de_d (9) したがつて、発生電圧g′_a〜g′_dは次のようにな
る。

g′_a＝f′_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt
＝＋K₆cos2θ＋K₇ g′_a＝f′_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt
＝＋K₆cos2θ＋K₇ g′_b＝f′_b・Ｍ＝−K₆sin2θcosωt＋K₇cosωt−K₆sin2
θ＋K₇ g′_a＝f′_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt
＝＋K₆cos2θ＋K₇ g′_b＝f′_b・Ｍ＝−K₆sin2θcosωt＋K₇cosωt−K₆sin2
θ＋K₇ g′_c＝f′_cＭ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt＋K₆cos2θ＋
K₇ g′_a＝f′_a・Ｍ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt
＝＋K₆cos2θ＋K₇ g′_b＝f′_b・Ｍ＝−K₆sin2θcosωt＋K₇cosωt−K₆sin2
θ＋K₇ g′_c＝f′_cＭ＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt＋K₆cos2θ＋
K₇ g′_d＝f′_dＭ＝K₆sin2θcosωt−K₇cosωt−K₆sin2θ＋
K₇(10) 次に、光量変化手段を偏心透光円ロータとした
ものにおいて、発光量を同相とした場合の各受光素子の受光量
をh_a〜h_dとおくと、それは次のようになる。

h_a＝γ_aｅ h_b＝γ_bｅ h_c＝γ_cｅ h_d＝γ_dｅ (11) この結果、各受光素子の発生電圧i_a〜i_dは、そ
の光量に対応したものとなり、いま光量−電圧係
数をＭとおき、K₈＝ARM／２（Ｒ＋Ｌ）、K₈＝
AM／２（Ｒ＋Ｌ）とおくと、発生電圧は次のよ
うになる。

i_a＝h_aＭ＝K₈cosθsinωt＋K₈√L²−（Rsinθ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₈√L²−（Rsinθ）² i_a＝h_aＭ＝K₈cosθsinωt＋K₈√L²−（Rsinθ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₈√L²−（Rsinθ）² i_b＝h_bＭ＝−K₈sinθsinωt＋K₈√L²−（Rcosθ）²sin
ωt−K₈sinθ＋K₈√L²−（Rcosθ）² i_a＝h_aＭ＝K₈cosθsinωt＋K₈√L²−（Rsinθ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₈√L²−（Rsinθ）² i_b＝h_bＭ＝−K₈sinθsinωt＋K₈√L²−（Rcosθ）²sin
ωt−K₈sinθ＋K₈√L²−（Rcosθ）² i_c＝h_cＭ＝−K₈cosθsinωt＋K₈√L²−（Rsinθ）²sin
ωt−K₈cosθ＋K₈√L²−（Rsinθ）² i_a＝h_aＭ＝K₈cosθsinωt＋K₈√L²−（Rsinθ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₈√L²−（Rsinθ）² i_b＝h_bＭ＝−K₈sinθsinωt＋K₈√L²−（Rcosθ）²sin
ωt−K₈sinθ＋K₈√L²−（Rcosθ）² i_c＝h_cＭ＝−K₈cosθsinωt＋K₈√L²−（Rsinθ）²sin
ωt−K₈cosθ＋K₈√L²−（Rsinθ）² i_d＝h_dＭ＝K₈sinθsinωt＋K₈√L²−（Rcosθ）²sinωt
＋K₈sinθ＋K₈√L²−（Rcosθ）²(12) 同様に、発光量を90度位相とした場合の各受光
素子の受光量をh_a′〜h_d′とおくと、それは次のよ
うになる。

h_a′＝γ_ae_a h_b′＝γ_be_b h_c′＝γ_ce_c h_d′＝γ_de_d (13) したがつて、発生電圧i_a′〜i_d′は次のようにな
る。

i_a′＝h_a′Ｍ＝K₈cosθsinωt＋K₉√L²−（Rsin
θ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₉√L²−（Rsinθ）² i_a′＝h_a′Ｍ＝K₈cosθsinωt＋K₉√L²−（Rsin
θ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₉√L²−（Rsinθ）² i_b′＝h_b′Ｍ＝−K₈sinθcosωt＋K₉√L²−（Rcosθ）²cosωt−K₈sinθ＋K₉√L²−（Rcosθ）² i_a′＝h_a′Ｍ＝K₈cosθsinωt＋K₉√L²−（Rsin
θ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₉√L²−（Rsinθ）² i_b′＝h_b′Ｍ＝−K₈sinθcosωt＋K₉√L²−（Rcosθ）²cosωt−K₈sinθ＋K₉√L²−（Rcosθ）² i_c′＝h_c′Ｍ＝K₈cosθsinωt−K₉√L²−（Rsinθ）²si
nωt−K₈cosθ＋K₉√L²−（Rsinθ）² i_a′＝h_a′Ｍ＝K₈cosθsinωt＋K₉√L²−（Rsin
θ）²sinωt＋K₈cosθ＋K₉√L²−（Rsinθ）² i_b′＝h_b′Ｍ＝−K₈sinθcosωt＋K₉√L²−（Rcosθ）²cosωt−K₈sinθ＋K₉√L²−（Rcosθ）² i_c′＝h_c′Ｍ＝K₈cosθsinωt−K₉√L²−（Rsinθ）²si
nωt−K₈cosθ＋K₉√L²−（Rsinθ）² i_d′＝h_d′Ｍ＝−K₈sinθcosωt−K₉√L²−（Rcosθ）²cosωt＋K₈sinθ＋K₉√L²−（Rcosθ）²(14) 以上のように、光電変換手段と光量変化手段と
の結合により各受光素子２ａ〜２ｄにはロータの
回動角度θの情報をもつ(8)、(10)、(12)、(14)に示す
電圧信号が得られる。

次には、この電圧信号を信号変換器に送り、回
動角度θに対応した振幅あるいは位相を有する角
度信号への変換が行われる。

信号変換器では、先ず、ハイパスフイルタに前
記受光素子の出力を導入し、低周波成分であるロ
ータの回動角速度により変化する周波数成分およ
び直流成分を遮断する。この結果、前記した光量
変化手段を一対の偏光子板とした場合において、先ず、発光量が同相の場合は(8)式の出力のなか
から次の成分j_a〜j_dのみが抽出される。

j_a＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt j_b＝−K₆sin2θsinωt＋K₇sinωt j_c＝−K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt j_d＝K₆sin2θsinωt＋K₇sinωt (15) 同様にして、発光量が90度位相の場合の(10)式の
出力の中からは次の成分j_a′〜j_d′のみが抽出され
る。

j_a′＝K₆cos2θsinωt＋K₇sinωt j_b′＝−K₆sin2θcosωt＋K₇cosωt j_c′＝K₆cos2θsinωt−K₇sinωt j_d′＝−K₆sin2θcosωt−K₇cosωt (16) また、光量変化手段を偏心透光円ロータとした
場合において、先ず、発光量が同相の場合は(12)式の出力の中か
ら次の成分m_a〜m_dのみが抽出される。

m_a＝K₈cosθsinωt＋K₉√L²−（Rsinθ）²sinωt m_b＝−K₈sinθsinωt＋K₉√L²−（Rsinθ）²sinωt m_c＝−K₈cosθsinωt＋K₉√L²−（Rsinθ）²sinωt m_d＝K₈sinθsinωt＋K₉√L²−（Rcossinθ）²sinωt (17) 同様にして発光量が90度位相の場合の(14)式の
出力の中から次の成分m_a′〜m_d′のみが抽出され
る。

m_a′＝K₈cosθsinωt＋K₉√L²‐（Rsinθ）²sinωt m_b′＝‐K₈sinθcosωt＋K₉√L²‐（Rcosθ）²cosωt m_c′＝‐K₈cosθsinωt−K₉√L²‐（Rsinθ）²sinωt m_d′＝‐K₈sinθcosωt−K₉√L²‐（Rcosθ）²cosωt (18) 続いて、信号変換器においては、このハイパス
フイルタの出力を加減演算器に導入し、所定の加
減算を行わせる。

すなわち、回動角度θに対応した振幅信号を形
成するには、前記(15)または(17)式により示され
る抽出成分を次に示すように相互に減算させるこ
とにより振幅がそれぞれサイン波状、コサイン波
状に変化する２出力n₁，n₂またはn₁′，n₂′に変換
する。

すなわち、前記記(15)式の抽出成分j_a〜j_dに対
しては、 n₁＝j_a−j_c＝2K₆cos2θsinωt n₂＝j_d−j_b＝2K₆sin2θsinωt (19) 同様に、前記(17)式の抽出成分m_a〜m_dに対し
ては n₁′＝m_a−m_c＝2K₈cosθsinωt n₂′＝m_d−m_b＝2K₈sinθsinωt (20) の減算が行われ、これにより振幅信号が形成され
る。次に、ロータの回動角度θに対応した位相信
号は、前記(16)式または(18)式により示される抽
出成分を次に示すように加算させることにより位
相が回動角度θに対応する信号ＰまたはP′に変換
される。

すなわち、前記(16)式の抽出成分j_a′〜j_d′に対
してはＰ＝j_a′＋j_b′＋j_c′＋j_d′ ＝2K₆（cos2θsinωt−sin2θcosωt）＝2K₆sin（ωt−2θ） …(21) 同様に、前記(18)式の抽出成分m_a′〜m_d′に対
しては、 P′＝m_a′＋m_b′＋m_c′＋m_d′ ＝2K₈（cosθsinωt−sinθcosωt）＝2K₈sin（ωt−θ） …(22) の演算が行われ、これにより位相信号が形成され
る。

さて、以上の説明は、受光素子を４個とし、そ
の各出力の加減演算により振幅信号、位相信号を
求めた場合である。これは上記した先行技術特公
昭48−37107として開示されたものと同様のもの
であり、４個の光源と、４個の受光素子からな
る。尚、上記の先行技術は、いずれも光量変化手
段に光学スケールを用いている。このため透過率
のサイン波状変化が、上記の偏光子板によるもの
が１回転あたり２周期分生じ、偏心透光円ロータ
によるものが１回転あたり１周期生じているのに
対し、この光学スケールによるものではその１目
盛移動あたりに１周期生じることになるが、この
点を除くと、受光素子の出力は実質的には同様の
ものである。

ところで、上記のものは、４対の光源と受光素
子が必要であり、構成が複雑化してしまう。また
光量変化手段としての光学スケールは、パルスス
ケールに対して４個の90度位相差のインデツクス
スケールを90度位相差で対向させる必要があり、
その組み立て調整が複雑で多大の時間を要するこ
とも避けられない。

この構成を単純化したのが、特開昭56−94216
号に開示されたものである。これは光源を４個か
ら２個に減少し、４個の受光素子を２個づつ対に
して各光源と対向させ、対間でその出力の差をと
つた上で加算するものである。しかし、これにお
いても依然として光量変化手段の組み立て調整面
での問題は未解決である。

尚、上記の技術はいずれも、光源の発光量をサ
イン波状に変化させたものであるが、特開昭58−
85115号に開示されるように、光量は一定量とし、
受光素子の出力に電気的にサイン波を乗じても全
く同様である。

これに対して、特公昭49−221号に開示された
ものは、２個の光源と、目盛尺とそれに対抗させ
た90度位相差の２個のスリツト群からなる光量変
化手段と、２個の受光素子を有する光学的読み取
り装置である。しかしながら、これは上記光量変
化手段が、光源からの光量をサイン波状に変化、
すなわち零を中心に正と負に周期的に変化させる
機能を有するものであることを前提として成り立
つ装置（実際の光量変化の最小は、理想状態を仮
定しても零であり、正の範囲で変化する）であ
り、実施に際してはこの困難な課題の解決が必要
である。

本発明は、２個の光源と、１対の偏光子板から
なる光量変換手段と、２個の受光素子とによる簡
略な信号発生手段の下で、その受光素子出力から
所望の角度信号をうるために、信号発生手段で生
じる不要部分は信号変換器において除去するよう
にしたものである。

すなわち本発明は、密閉筐体内に回転自在に支
承されて少なくとも一端を外部に突出した検出軸
と、筐体内の上記検出軸に固着された１層／又は
透過軸を相互に45度ずらした内外２層の偏光子ロ
ータと、上記偏光子ロータと対向して配置された
透過軸を相互に45度ずらした内外２層／又は１層
の偏光子板と、その偏光子ロータと偏光子板をは
さんで１側の内外に直接またはフアイバを介して
配置され90度位相差のサイン波により点灯制御さ
れる２個の光源と、その他側で上記光源と対向し
て直接またはフアイバを介して配置された２個の
受光素子と、その２個の受光素子の出力の和と上
記２個の光源の点灯制御用サイン波の振幅を所定
倍した信号の和との差を算出する加減演算器と、
その加減演算器と受光素子の間の信号経路又は加
減演算器の出力端に介入配置されたハイパスフイ
ルタとからなる。

これにおいては、検出軸が回転すると、その回
転角θに応じて、受光素子からは上記(10)式に示す
g_a′，g_b′が出力される。そして、その和から後記
の(23)式に示すように光源の点灯制御用サイン波
の振幅を所定倍した信号K₇sinωt、K₇cosωtが差
し引かれ、これにより不要成分の除去が行われ、
かつハイパスフイルタにより回転角θに対応した
低周波成分が除去され、上記(21)式に示す出力と
同一の出力が形成される。

次に、本発明の好適な実施例につき、詳細に説
明する。

第６図およびそのＡ―Ａ方向断面を示す第７図
において、筒形筐体１００の前蓋１０１には、ベ
アリング１０２を介して角度検出軸１０３が回動
自在に支承され、筐体１００内に貫入した検出軸
１０３の後端１０４には、偏光子円板１０５を透
明薄肉ガラス円板１０６，１０７により挾み込ん
で接着した偏光子ロータ１０８が一体的に固着さ
れている。そのロータ１０８の左側に位置した筐
体１００の前蓋１０１には、２個の発光ダイオー
ド１１０，１１１（ただし、図中１１１は検出軸
１０３の後側に位置するため図示されていない）
が固定され、偏光子ロータ１０８を挾んで右側に
位置した筐体１００の後底面板１０９には、前記
発光ダイオード１１０，１１１と対向する位置に
フオトトランジスタ１１２，１１３が固定され、
そのフオトトランジスタ１１２，１１３の保持ケ
ース１１４，１１５の前面には、透過軸を互に45
度だけずらして偏光子板１１６，１１７が固定さ
れている。

第８図はその発光ダイオード１１０，１１１を
含む光源１２０とフオトトランジスタ１１２，１
１３の出力電圧の信号変換器を形成する加減演算
器１３０、フイルタ１４０のブロツク線図であ
る。図において、光源１２０の構成は、クロツク
パルス発振器１２１、その出力が導入されるカウ
ンタ１２２、そのカウンタの計数値出力が番地指
定信号として導入され、予め各番地に書込まれた
後記する所定の“Ｈ”または“Ｌ”の信号を出力
するリードオンリメモリ（ROM）１２３、その
リードオンリーメモリの後記する90度位相の出力
がそれぞれ導入され、各対応する前記発光ダイオ
ード１１０，１１１を点灯させる駆動回路１２
４，１２５とからなる。そして、前記リードオン
リーメモリ１２３には、第９図に示すように、
（Ａ／２）（sinωt＋１）の波形〔ただし、Ａ／２
は振幅〕に対して微小な周期の三角波を重ね合
せ、その交叉している間を“Ｈ”、他を“Ｌ”と
したパルス幅変調信号がその時間を番地として書
き込まれると共に、さらに、それの位相を90度ず
らしたパルス幅変調信号も書き込まれている。し
たがつて、リードオンリーメモリ１２３からは、
角速度ωのサイン波とコサイン波に対応したパル
ス幅変調信号がそれぞれ駆動回路１２４，１２５
に送られ、発光ダイオード１１０，１１１は、そ
れぞれ前記(2)式にe_a，e_bとして示した光量を発光
することになる。次に、信号変換器は、加減演算
器１３０とハイパスフイルタ１４０とからなる。
なお、ここには位相信号を取出す場合の信号変換
器を例示している。さてその加減演算器１３０の
演算増幅器１３５には、前記リードオンリーメモ
リ１２３から出力されるパルス幅変調されたサイ
ン波とコサイン波がそれぞれのインバータ１３
１，１３２を介した後、入力抵抗１３３，１３４
により所定の比率倍されて加えられると共に、前
記フオトトランジスタ１１２，１１３の出力電圧
が加えられる。そしてその演算増幅器１３５の出
力はハイパスフイルタ１４０を介してその出力端
１４１に送出されている。

以上のものにおいて、発光ダイオード１１０，
１１１はそれぞれパス幅変調されたサイン波、コ
サイン波により点灯制御され、その結果、発光ダ
イオード１１０，１１１の発光量はそれぞれ前記
(2)式に示すe_a，e_bの光量を発光する。そして、そ
の光量のフオトトランジスタ１１２，１１３への
透過量は偏光子ロータ１０８の偏光子円板１０５
とそれぞれの偏光子板１１６，１１７との透過軸
の交り角に応じて変化させられる。したがつて、
ロータ１０８が検出軸１０３の回動に伴つて一体
的に回動すると、各フオトトランジスタ１１２，
１１３には、検出軸１０３の回動角度θの倍角に
比例してサイン状およびコサイン状に変化する前
記(10)式に示す電圧信号g_a′，g_b′が発生し、その電
圧信号は加減演算器１３０に加算信号として加え
られる。同時に、前記リードオンリーメモリ１２
３が発生するサイン波状とコサイン波状の駆動信
号は、インバータ１３１，１３２を介して反転さ
れた後、その振幅を抵抗１３３，１３４により前
記(10)式に示すK₇と一致させられて加減演算器１
３０に減算信号として加えられる。したがつて、
その加減演算器１３０の出力ｑは、ｑ＝g_a′＋g_b′−K₇sinωt−K₇cosωt ＝K₆cos2θsinωt−K₆sin2θcosωt ＋K₆cos2θ−K₆sin2θ (23) となる。続いて、この出力ｑはハイパスフイルタ
１４０によりその中の低周波成分、すなわち第３
項と第４項の成分が除去され、結局、出力端１４
１には、前記(21)式に示すように位相が検出軸１
０３の回動角度θの倍角に比例した位相信号が送
出される。なお、上記実施例は、加減演算後にフ
イルタリングを行う場合を例示したが、順序を逆
にしても同様である。また、上記実施例において
は、筐体１００内において直接発光ダイオード１
１０，１１１とフオトトランジスタ１１２，１１
３を対向させた場合を例示したが、機構部分をさ
らに小型化するためにこれらは外部に設け、その
間の光の送受はオプテイカルフアイバにより行つ
てもよい。また、上記実施例は、光源と受光素子
を２組とした場合を例示したが、インバータ１３
１，１３２の出力を別に設けた第３、第４の発光
ダイオードの駆動回路にそれぞれ加え、かつ、そ
れと対向する第３、第４のフオトトランジスタの
前面にはそれぞれ相互に45度づつ透過軸をずらし
た第３、第４の偏光子板を設け、第１〜第４のフ
オトトランジスタの出力と加算させても前記(21)
式に示すように同様である。

また、上記実施例は、ロータ１０８側の偏光子
板１０５の透過軸は単一とし、受光素子１１２，
１１３の前面の偏光子板１１６，１１７の透過軸
を相互に45度ずらした場合を例示したが、第１０
図およびそのＣ―Ｃ方向断面を示す第１１図の如
く、ロータ１０８′の内外周辺に透過軸を相互に
45度ずらしたドーナツ状の第１、第２の偏光子円
板１０５″，１０５′を固定し、２個の受光素子１
１２，１１３の前面には単一の透過軸とした偏光
子板１１６′を配置しても全く同様である。

以上のとおりであり、本発明は、その信号発生
手段を２個の光源、２対の偏光子対、２個の受光
素子のみの単純な構成とし、その信号変換に際し
ての不要成分除去も光源の点灯制御用信号で行う
ようにしたものであり、組み立て、調整が簡略化
されると同時に、素子の特性等も一致させやす
く、信頼度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のレゾルバの原理を示すモデル
図、第２，３図は、そのレゾルバの励磁信号波形
と出力信号波形の示す波形図、第４図はレゾルバ
の振幅信号をさらに所定の形の角度信号に変換す
る信号変換器の一例を示すブロツク線図、第５図
は第４図の各部の波形を示す波形図、第６図は本
発明の第１実施例を示す一部断面を有する正面
図、第７図は第６図のＡ―Ａ方向断面図、第８図
は本発明の光源および位相信号を形成するための
信号変換器の実施例を示すブロツク線図、第９図
は駆動信号波形を示す波形説明図、第１０図は本
発明の第２実施例を示す一部断面を有する正面
図、第１１図は第１０図のＣ―Ｃ方向断面図であ
る。１０３：検出軸、１０８，１０８′：ロータ、
１１０，１１１：発光ダイオード、１１２，１１
３：フオトトランジスタ、１０５，１０５′：偏
光子円板、１１６，１１６′，１１７：偏光子板、
１３１，１３２：インバータ、１３３，１３４：
抵抗、１３５：加減演算器。

Claims

【特許請求の範囲】

１密閉筐体内に回転自在に支承されて少なくと
も一端を外部に突出した検出軸と、筐体内の上記
検出軸に固着された１層／又は透過軸を相互に45
度ずらした内外２層の偏光子ロータと、上記偏光
子ロータと対向して配置された透過軸を相互に45
度ずらした内外２層／又は１層の偏光子板と、そ
の偏光子ロータと偏光子板をはさんで１側の内外
に直接またはフアイバを介して配置され90度位相
差のサイン波により点灯制御される２個の光源
と、その他側で上記光源と対向して直接またはフ
アイバを介して配置された２個の受光素子と、そ
の２個の受光素子の出力の和と上記２個の光源の
点灯制御用サイン波の振幅を所定倍した信号の和
との差を算出する加減演算器と、その加減演算器
と受光素子の間の信号経路又は加減演算器の出力
端に介入配置されたハイパスフイルタとからなる
ところの光電式角度測定装置。