JPH06233075A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光素子の出力電圧が遮光板の回転角に比例
し、受光素子の暗電流の少ない、回転角検出精度の高い
回転角検出装置を提供する。 【構成】 光路となるギャップ５を有し相対してそれぞ
れ配置された発光素子４ａと受光素子４ｂとからなるフ
ォトセンサユニット４と、回転軸１に取り付けられた前
記ギャップ５内で揺動回転する遮光端３ｃを持つ遮光板
３ａとを備えており、前記発光素子４ａより発する光を
前記遮光板３ａで遮った時の前記受光素子４ｂの出力よ
り前記回転軸１の回転角を検出する回転角検出装置１０
において、前記ギャップ５を前記回転軸１の回転中心軸
に平行に配置した前記フォトセンサユニット４と、前記
ギャップ５内に前記回転軸１の回転中心軸に平行に配置
した、かつその前記遮光端３ｃを前記回転軸１の回転中
心軸に平行に構成した前記遮光板３ａとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロ−タリアクチュエ−
タ等の回転角検出装置に係わり、特にガルバノミラ−装
置の振れ角制御用の回転角検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】以下、添付図面を参照して、従来の技術
を説明する。まず、従来のガルバノミラ−の動作の概略
を説明する。図８は、従来例の回転角検出装置を用いた
ガルバノミラ−装置の駆動回路のブロック図である。図
８において、３０は角度検出装置を、４１は比較器を、
４２は位相補償回路を、４３は比較器を、４４は微分器
を、４５はドライブ回路を、４６はガルバノミラ−をそ
れぞれ示す。

【０００３】光偏向器として用いられる従来のガルバノ
ミラ−装置は、図８に示す駆動回路により、自動制御さ
れ、所定の振れ角及び周波数で、ミラ−を揺動回転させ
る。回転角検出装置３０によって検出された角度に依存
する出力電圧Ｖｐは、制御目標とする角度に対応する入
力信号電圧Ｖｓと、比較器４１において比較され、その
差分電圧はエラ−出力電圧Ｖｅｒｒとして出力される。
エラ−出力電圧Ｖｅｒｒは、位相補償回路４２により、
制御系の安定度を増す目的から補償された後、比較器４
３に入力される。また、角度に依存する出力電圧Ｖｐ
は、微分器４４を通過することにより、微分され、速度
に依存する出力電圧Ｖに変換された後、比較器４３に入
力される。

【０００４】速度に依存する出力電圧Ｖと位相補償され
たエラ−出力電圧Ｖｐとは、比較器４３で比較され、そ
の差分電圧がドライブ回路４５に入力される。ドライブ
回路４５は、入力された差分電圧に応じて増幅された電
流を出力する。この電流は、ガルバノミラ−４６のここ
には図示されていない駆動コイルに供給される。このよ
うにして、ガルバノミラ−は、制御目標とする角度に対
応する入力信号電圧Ｖｓに追従して、揺動回転する。

【０００５】次に、従来のガルバノミラ−装置の角度検
出装置の構成を説明する。図６は、従来例の回転角検出
装置を示す正面図である。図７は、図６のＣ−Ｃ′断面
で示される、従来例の回転角検出装置を説明するための
遮光板と受光素子の受光面との関係を示す部分拡大上面
図である。図６及び図７において、３０は角度検出装置
を、３１はミラ−を、３２は回転軸を、３３は遮光板
を、３４はフォトセンサ−ユニットを、３４ａは発光素
子を、３４ｂは受光素子を、３５はギャップを、３６は
光線を、３７はミラ−保持器をそれぞれ示す。

【０００６】ミラ−３１は、回転軸３２に取り付けられ
ている。この回転軸は、回転できるように、ここには図
示されていない軸受けを介して、ミラ−保持器３７に取
り付けられており、また、ここには図示されていない駆
動装置に連結されている。回転軸３２には、遮光板３３
が取り付けられており、回転軸３２の回転揺動と共に、
遮光板３３も回転揺動する。ミラ−保持器３７には、フ
ォトセンサ−ユニット３４が取り付けられている。この
フォトセンサ−ユニット３４には、発光素子３４ａと受
光素子３４ｂとがギャップ３５を持って向き合った状態
で組み込まれている。このギャップ３５内に遮光板３３
が配置されている。

【０００７】発光素子３４ａから出る光線３６は受光素
子３４ｂに達するが、遮光板３３は、この光線３６を遮
断できるようになっている。すなわち、ミラ−３１の回
転揺動と共に遮光板３３は回転揺動し、回転揺動角の大
きさに応じて、発光素子３４ａから出る交線３６を遮断
する割合が変化する。

【０００８】図７は、この様子を示している。図７にお
いて、回転軸３２の回転中心Ｏ′があり、遮光板３３は
回転中心Ｏ′の回りで回転揺動する。線分Ｏ′Ｑは遮光
板の遮光端を示し、遮光端Ｏ′Ｑが矩形の発光素子の発
光部の一隅ＰとＯ′を結ぶ線上より右側にあるときは、
発光素子から出る光線の全てが受光素子に到達し、また
遮光端Ｏ′Ｑが矩形の発光素子の発光部の一隅ＲとＯ′
を結ぶ線上より左側にあるときは、発光素子から出る光
線の全てが遮光板３３によって遮断され受光素子に到達
せず、いずれもミラ−の回転揺動の制御範囲外にある。
ミラ−の回転揺動の制御範囲は、遮光端Ｏ′Ｑが線分
Ｏ′Ｐと線分Ｏ′Ｒの範囲にあるときである。この時、
遮光端Ｏ′Ｑと線分Ｏ′Ｐとのなす角θ′すなわちミラ
−の回転角の変化と共に、斜線部で示す発光素子の遮光
された面積Ｓ′が変化し、受光素子素子に到達する光線
による光量が変化する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来例の回転角検出装置よれば、回転角度の制御に使
用される受光素子の出力電圧と回転角とは比例しない。
図９は、本発明の回転角検出装置の一実施例と従来例の
回転角検出装置とにおいて、受光素子出力の遮光板の回
転角依存性を示すグラフ図である。図９によれば、遮光
板の回転角と受光素子の出力とは比例しない。これは、
発光素子と受光素子のギャップ内を移動する遮光板の回
転中心が、ギャップに垂直であるため、遮光面積と遮光
板の回転角が比例しないためである。このため、回転角
の制御範囲内の全領域において、精密な回転角を設定す
る事が困難であった。また、受光素子には、暗電流が流
れるため、これによるオフセット電圧が発生する。この
ため、このオフセット電圧を打ち消すための補償回路が
必要であった。

【００１０】そこで、本発明は、回転角検出装置におい
て、受光素子の出力電圧を遮光板の回転角に比例し、ま
た受光素子の暗電流を無くせるようにし、それにより、
回転角検出精度の高い回転角検出装置を提供する事を目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１による本発明の
回転角検出装置は、光路となるギャップを有し相対して
それぞれ配置された発光素子と受光素子とを備えたフォ
トセンサユニットと、回転軸に取り付けられた前記ギャ
ップ内で所定角度範囲内揺動回転する遮光端を有する遮
光板とを備えており、前記発光素子より発する光を前記
遮光板で遮ったときの前記受光素子の出力より前記回転
軸の回転角を検出する回転角検出装置において、前記光
路の中心軸が前記回転軸の回転中心軸に垂直に交わり、
前記光路の中心軸に直交する前記受光素子のスリット状
の受光部の長手方向を前記回転軸の回転中心軸に垂直な
面内に配置すると共に前記受光部に均一な強度の光を到
達せしめる発光部を持つ前記発光素子を備えたフォトセ
ンサユニットと、前記回転軸の回転中心軸に平行に構成
した前記遮光端を有し、前記回転軸の回転中心軸と同心
の円周面部分よりなる前記ギャップ内に配置した前記遮
光板とを備えた事により、上述の目的を達成するもので
ある。

【００１１】また、請求項２による本発明の回転角検出
装置は、請求項１に記載の回転角検出装置において、そ
れぞれの光路の中心軸が回転軸の回転中心軸に垂直に交
わり、前記光路の中心軸に直交する受光素子のスリット
状の受光部の長手方向を前記回転軸の回転中心軸に垂直
な面内にそれぞれ配置すると共に前記受光部に均一な強
度の光を到達せしめる発光部を持つ発光素子をそれぞれ
備えた二個のフォトセンサユニットと、前記回転軸の回
転中心軸に平行に構成した遮光端を両端に有し、前記回
転軸の回転中心軸と同心の円周面部分よりなるギャップ
内に配置した遮光板と、一つの前記フォトセンサ−ユニ
ットの前記受光素子の出力端に接続された一つの入力端
と、他の前記フォトセンサ−ユニットの前記受光素子の
出力端に接続された他の入力端とを備えた差動増幅器と
を備えた事により上述の目的を達成するものである。

【００１２】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明の回転角検出装置の一実施例
を示す正面断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ′断面
で示される、本発明の回転角検出装置の一実施例を示す
上面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ′断面で示され
る、本発明の回転角検出装置の一実施例を説明するため
の遮光板と受光素子の受光面との関係を示す部分拡大側
面図である。図４は、本発明の回転角検出装置の一実施
例を説明するための遮光装置の斜視図である。

【００１３】図１、図２、図３及び図４において、１０
は回転角検出装置を、１は回転軸を、１ａは回転中心軸
を、２はカップ状遮光装置を、３は円筒状側壁を、３ａ
は遮光板を、３ｂはバランサを、３ｃは遮光板の端部
を、３ｄは遮光板の端部を、４及び４′はフォトセンサ
ユニットを、４ａ及び４ａ′は発光素子を、４ｂ及び４
ｂ′は受光素子を、４ｃ及び４ｃ′はモニタ−用受光素
子を、５及び５′はギャップを、６及び６′はスリット
を、７はセンサベ−スを、８は貫通穴をそれぞれ示す。
また、図１の矢印は回転軸の回転揺動方向を、図２の矢
印は遮光板の回転揺動方向を、図３の矢印は遮光板の移
動方向をそれぞれ示す。

【００１４】まず、本発明の一実施例である回転角検出
装置の構成を説明する。回転中心軸１ａをもつ回転軸１
に、貫通穴８を通して、カップ状遮光装置２が取り付け
られている。カップ状遮光装置２には、回転軸１と同心
の円筒状側壁３がある。この円筒状側壁３の二箇所は、
切欠かれており、この切欠部は、それぞれスリット６、
６′になる。切欠部の形状は、回転中心軸１ａに対して
平行にしてある。切欠かれて残った円筒状側壁３の一方
は遮光板３ａであり、他方はバランサ３ｂである。回転
軸１は、いずれもここには図示されていない軸受けを介
してステ−タに取り付けられている。ステ−タには、セ
ンサベ−ス７が固定されており、このセンサベ−ス７上
に二個のフォトセンサユニット４，４′が回転軸１を挟
み込む位置に配置されている。それぞれのフォトセンサ
ユニット４、４′には、発光素子４ａ，４ａ′と受光素
子４ｂ、４ｂ′とがそれぞれギャップ５、５′を持って
組み込まれており、このギャップ５、５′は回転中心軸
１ａに対して平行になっている。すなわち、発光素子４
ａ、４ａ′から出る光線は４ｂ、４ｂ′受光素子で検出
されるが、この光線は、回転中心軸１ａに対して垂直に
なっている。

【００１５】次に、本発明の一実施例である回転角検出
装置について、回転角検出における遮光板と受光素子と
の位置関係を説明する。図３により、長方形の受光素子
４ｂの受光面は、その一辺を回転中心軸１ａに対して、
平行に配置されている。遮光板３ａは、回転中心軸１ａ
に対して平行であり、遮光板３ａの回転中心軸は回転中
心軸１ａと一致する。遮光板の端部３ｃは、回転中心軸
１ａに平行である。遮光板３ａは、回転中心軸１ａに対
して、半径ｒの位置にある。遮光板３ａが、遮光板の端
部３ｃにより受光素子４ｂの受光面を遮光後、矢印で示
す回転方向にθ°回転することにより、受光素子４ｂの
受光面を遮光する面積Ｓは、θｒに比例する。すなわ
ち、受光素子４ｂの受光面に到達する光線の遮光量は、
遮光板３ａの回転角に比例する。

【００１６】上述の結果は、図９に示されている。図９
は、本発明の回転角検出装置の一実施例と従来例の回転
角検出装置とにおいて、受光素子出力の遮光板の回転角
依存性を示すグラフ図である。図９によれば、所定のミ
ラ−の回転範囲±１０°に対して、遮光板の回転角すな
わちミラ−の回転角と、受光素子の受光面の光量すなわ
ち受光素子の出力電圧は、比例する。また関係は、遮光
板が遮光する受光素子の受光面の全領域で成立してい
る。

【００１７】次に、本発明の一実施例である回転角検出
装置を備えたガルバノミラ−装置の動作を説明する。図
５は、本発明の一実施例である回転角検出装置を用いた
ガルバノミラ−装置の駆動回路のブロック図である。な
お、符号は、上述の本発明の一実施例の説明で既出のも
のについては、その説明を省略する。図５において、１
１は差動アンプを、１２は比較器を、１３は位相補償回
路を、１４は比較器を、１５は微分器を、１６はドライ
ブ回路を、１７は駆動コイルを、１８はガルバノミラ−
を、１９は比較器を、２０は比較器をそれぞれ示す。

【００１８】ガルバノミラ−１８は、回転できるよう
に、ここには図示されていない回転軸に取り付けられて
いる。カップ状遮光装置２も、ガルバノミラ−１８と連
動して回転できるように、回転軸に取り付けられてい
る。カップ状遮光装置２には、二個の回転軸に平行な端
部３ｃ、３ｄを持つ遮光板３ａがある。二個のフォトセ
ンサユニット４、４′が、回転軸を挟み込む位置に配置
されている。各フォトセンサユニット４、４′は、それ
ぞれ発光素子４ａ、４ａ′及び受光素子４ｂ、４ｂ′を
有し、さらに各発光素子４ａ、４ａ′の輝度補償用とし
てそれぞれモニタ−用受光素子４ｃ、４ｃ′を内蔵して
いる。発光素子４ａ、４ａ′と受光素子４ｂ、４ｂ′は
ギャップ５、５′を持って配置されており、このギャッ
プ５、５′内を遮光板３ａが通過し、発光素子４ａ、４
ａ′から受光素子４ｂ、４ｂ′に達する光線を遮光でき
るようになっている。また、このギャップ５、５′は、
回転軸に平行になっている。矢印は、遮光板３ａの揺動
回転方向を示す。

【００１９】発光素子４ａ、４ａ′から発した光線は、
遮光板３ａによって遮光され、受光素子４ｂ、４ｂ′が
受光する光量は、遮光板３ａの揺動回転量に対応して変
動する。すなわち、受光素子４ｂ、４ｂ′の出力電圧
は、遮光板３ａの揺動回転量に対応して変動する。受光
素子４ｂ、４ｂ′の出力電圧は、差動アンプ１１に入力
され、ここで減算増幅されて、回転角度に依存する出力
電圧Ｖｐを出力する。角度に依存する出力電圧Ｖｐは、
制御目標とする角度に対応する入力信号電圧Ｖｓと、比
較器１２において比較され、その差分電圧はエラ−出力
電圧Ｖｅｒｒとして出力される。エラ−出力電圧Ｖｅｒ
ｒは、位相補償回路１３により、制御系の安定度を増す
目的から補償された後、比較器１４に入力される。ま
た、角度に依存する出力電圧Ｖｐは、微分器１５を通過
することにより、微分され、速度に依存する出力電圧Ｖ
に変換された後、比較器１４に入力される。

【００２０】速度に依存する出力電圧Ｖと位相補償され
たエラ−出力電圧Ｖｐとは、比較器１４で比較され、そ
の差分電圧がドライブ回路１６に入力される。ドライブ
回路１６は、入力された差分電圧に応じて増幅された電
流ｉを出力する。この電流ｉは、ガルバノミラ−１８の
駆動コイル１７に供給される。このようにして、ガルバ
ノミラ−１８は、制御目標とする角度に対応する入力信
号電圧Ｖｓに追従して、揺動回転する。

【００２１】この結果、所定のミラ−の回転範囲に対し
て、遮光板の回転角すなわちミラ−の回転角と、受光素
子の受光面の光量すなわち受光素子の出力電圧は、比例
しているので、高い精度で角度検出を行う事ができ、ガ
ルバノミラ−装置において、その制御性能を高める事が
できる。なお、二個のフォトセンサユニットを用い、そ
れぞれの受光素子の出力電圧の差動出力電圧を角度に依
存する出力電圧Ｖｐとしたことにより、これに含まれる
受光素子のオフセット電圧を取り除く事ができる。図１
０は、本発明の回転角検出装置の一実施例において、受
光素子出力の温度依存性を示すグラフ図である。図１０
によれば、受光素子は、それぞれ固有の暗電流による出
力電圧を持っており、この出力電圧は、温度依存性を示
すが、受光素子の出力電圧を差動出力電圧とすることに
より、オフセット電圧を大幅に低下させる事ができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による本
発明の回転角検出装置は、光路となるギャップを有し相
対してそれぞれ配置された発光素子と受光素子とを備え
たフォトセンサユニットと、回転軸に取り付けられた前
記ギャップ内で所定角度範囲内揺動回転する遮光端を有
する遮光板とを備えており、前記発光素子より発する光
を前記遮光板で遮ったときの前記受光素子の出力より前
記回転軸の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記光路の中心軸が前記回転軸の回転中心軸に垂直に交
わり、前記光路の中心軸に直交する前記受光素子のスリ
ット状の受光部の長手方向を前記回転軸の回転中心軸に
垂直な面内に配置すると共に前記受光部に均一な強度の
光を到達せしめる発光部を持つ前記発光素子を備えたフ
ォトセンサユニットと、前記回転軸の回転中心軸に平行
に構成した前記遮光端を有し、前記回転軸の回転中心軸
と同心の円周面部分よりなる前記ギャップ内に配置した
前記遮光板とを備えた事により、受光素子の出力電圧を
遮光板の回転角に比例するようにし、それにより、回転
角検出精度の高い回転角検出装置を提供する事が出来
る。

【００２４】また、請求項２による本発明の回転角検出
装置は、請求項１に記載の回転角検出装置において、そ
れぞれの光路の中心軸が回転軸の回転中心軸に垂直に交
わり、前記光路の中心軸に直交する受光素子のスリット
状の受光部の長手方向を前記回転軸の回転中心軸に垂直
な面内にそれぞれ配置すると共に前記受光部に均一な強
度の光を到達せしめる発光部を持つ発光素子をそれぞれ
備えた二個のフォトセンサユニットと、前記回転軸の回
転中心軸に平行に構成した遮光端を両端に有し、前記回
転軸の回転中心軸と同心の円周面部分よりなるギャップ
内に配置した前記遮光板と、一つの前記フォトセンサ−
ユニットの前記受光素子の出力端に接続された一つの入
力端と、他の前記フォトセンサ−ユニットの前記受光素
子の出力端に接続された他の入力端とを備えた差動増幅
器とを備えた事により、受光素子の暗電流を無くせるよ
うにし、それにより、回転角検出精度の高い回転角検出
装置を提供する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転角検出装置の一実施例を示す正面
断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′断面で示される、本発明の回転
角検出装置の一実施例を示す上面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ′断面で示される、本発明の回転
角検出装置の一実施例を説明するための遮光板と受光素
子の受光面との関係を示す部分拡大側面図である。

【図４】本発明の回転角検出装置の一実施例を説明する
ための遮光装置の斜視図である。

【図５】本発明の一実施例である回転角検出装置を用い
たガルバノミラ−装置の駆動回路のブロック図である。

【図６】従来例の回転角検出装置を示す正面図である。

【図７】図６のＣ−Ｃ′断面で示される、従来例の回転
角検出装置を説明するための遮光板と受光素子の受光面
との関係を示す部分拡大上面図である。

【図８】従来例の回転角検出装置を用いたガルバノミラ
−装置の駆動回路のブロック図である。

【図９】本発明の回転角検出装置の一実施例と従来例の
回転角検出装置とにおいて、受光素子出力の遮光板の回
転角依存性を示すグラフ図である。

【図１０】本発明の回転角検出装置の一実施例におい
て、受光素子出力の温度依存性を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ３ａ 遮光板 ３ｃ 遮光端 ４ フォトセンサユニット ４ａ 発光素子 ４ｂ 受光素子 ５ ギャップ １０ 回転角検出装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光路となるギャップを有し相対してそれぞ
   れ配置された発光素子と受光素子とを備えたフォトセン
   サユニットと、回転軸に取り付けられた前記ギャップ内
   で所定角度範囲内揺動回転する遮光端を有する遮光板と
   を備えており、前記発光素子より発する光を前記遮光板
   で遮ったときの前記受光素子の出力より前記回転軸の回
   転角を検出する回転角検出装置において、 前記光路の中心軸が前記回転軸の回転中心軸に垂直に交
   わり、前記光路の中心軸に直交する前記受光素子のスリ
   ット状の受光部の長手方向を前記回転軸の回転中心軸に
   垂直な面内に配置すると共に前記受光部に均一な強度の
   光を到達せしめる発光部を持つ前記発光素子を備えたフ
   ォトセンサユニットと、 前記回転軸の回転中心軸に平行に構成した前記遮光端を
   有し、前記回転軸の回転中心軸と同心の円周面部分より
   なる前記ギャップ内に配置した前記遮光板とを備えた事
   を特長とする回転角検出装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の回転角検出装置におい
   て、 それぞれの光路の中心軸が回転軸の回転中心軸に垂直に
   交わり、前記光路の中心軸に直交する受光素子のスリッ
   ト状の受光部の長手方向を前記回転軸の回転中心軸に垂
   直な面内にそれぞれ配置すると共に前記受光部に均一な
   強度の光を到達せしめる発光部を持つ発光素子をそれぞ
   れ備えた二個のフォトセンサユニットと、 前記回転軸
   の回転中心軸に平行に構成した遮光端を両端に有し、前
   記回転軸の回転中心軸と同心の円周面部分よりなるギャ
   ップ内に配置した遮光板と、 一つの前記フォトセンサ−ユニットの前記受光素子の出
   力端に接続された一つの入力端と、他の前記フォトセン
   サ−ユニットの前記受光素子の出力端に接続された他の
   入力端とを備えた差動増幅器とを備えたことを特徴とす
   る回転角検出装置。