(57)【要約】【課題】回転角度の検出精度が良好な回転検出装置を提供する。【解決手段】回転軸１１の回転により反射板１２が回転すると、反射光の半円像Ｐ１も回転軸１１を中心にして回転する。そして、反射光の半円像Ｐ１が第１及び第２受光素子１４，１５上を回転移動し、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力が変動する。従って、反射光の半円像Ｐ１の回転位置、つまり回転軸１１の回転角度に応じて、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力が変動する。このため、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力に基づいて、回転軸１１の回転角度を高精度で求めることができる。【選択図】図１
2004085454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、回転軸を中心にして対称に配置された複数の受光素子と、回転軸に設けられた反射板と、発光素子とを備え、発光素子の光を反射板で反射させて、この反射光を各受光素子に入射させ、各受光素子の受光出力に基づいて回転軸の回転を検出する回転検出装置において、
各受光素子の配置面上には、回転軸を中心として扇形状に広がる反射光の像と、該回転軸を中心として扇形状に広がる影とが形成されることを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
反射光の像は、１つの受光素子の受光面よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項３】
反射光の像は、少なくとも２つの受光素子の受光面にかかることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項４】
非反射領域を反射板の反射面の周囲に設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項５】
発光素子を回転軸の延長上に設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項６】
発光素子を各受光素子の受光面の境界の延長上に設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項７】
回転軸を中心として対称に配置された各受光素子よりも外側の領域に照射される発光素子の光を遮断するためのスリットを発光素子と反射板間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項８】
発光素子は、半導体レーザーであることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の回転を検出するための回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の装置としては、例えば抵抗帯（ボリューム）を用いたポテンショメータや、光学式のロータリーエンコーダ等がある。抵抗体を用いたポテンショメータでは、抵抗体を環状に形成し、この環状の抵抗体に摺接する摺動子を回転軸側に設け、回転軸の回転に伴って摺動子を環状の抵抗体に対して摺動させ、抵抗体の一端と摺動子間の抵抗値を測定し、この抵抗値に基づいて、回転軸の回転角度を検出している。
【０００３】
また、光学式のロータリーエンコーダでは、図９に示す様に回転板１０１を回転軸１０２に固定して、発光素子１０３及び受光素子１０４間に回転板１０１を挟み込み、回転板１０１の回転に伴い、発光素子１０３の光を回転板１０１の各スリット１０１ａを介して受光素子１０４に到達させ、この受光素子１０４の受光出力に基づいて、発光素子１０３の光が回転板１０１の各スリット１０１ａを通過した回数を計数し、この計数値から回転軸１０２の回転角度を導出している。
【０００４】
更に、特開平１１−３９０８８号公報には、反射型の光検出装置が提案されている。この装置では、図１０及び図１１に示す様に１個の発光素子１１１の周囲に４個の受光素子１１２を配置し、入力操作用のスティック（図示せず）を発光素子１１１上方に配置して、このスティックの下端に反射板１１３を設け、発光素子１１１の光を反射板１１３で反射させて、この反射光を各受光素子１１２の配置面１１４上に入射させて、楕円形の光像Ｓを該配置面１１４上に形成し、各受光素子１１２の受光出力に基づいて、スティックのＸＹ軸方向の移動距離や回転角度を検出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、抵抗体を用いたポテンショメータでは、回転角度の検出精度が低く、また動作時に電気ノイズが発生して、この電気ノイズが周辺機器の誤動作を招いた。
【０００６】
また、光学式のロータリーエンコーダでは、回転角度の検出精度が回転板１０１の各スリット１０１ａの幅及び数により定まり、各スリット１０１ａを多数設けることが困難であり、検出精度の向上が容易ではなかった。更に、回転板１０１を小さくすることができず、本体を小型化することができなかった。
【０００７】
また、特開平１１−３９０８８号公報に記載の装置では、ＸＹ軸方向の移動距離や回転角度を検出することができるものの、回転角度のみに着目すると、回転角度の検出精度が低かった。これは、スティックの回転角度に対する各受光素子の受光出力変化が小さいためである。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、回転角度の検出精度が良好であり、電気ノイズが発生せず、小型化が可能な回転検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、回転軸と、回転軸を中心にして対称に配置された複数の受光素子と、回転軸に設けられた反射板と、発光素子とを備え、発光素子の光を反射板で反射させて、この反射光を各受光素子に入射させ、各受光素子の受光出力に基づいて回転軸の回転を検出する回転検出装置において、各受光素子の配置面上には、回転軸を中心として扇形状に広がる反射光の像と、該回転軸を中心として扇形状に広がる影とが形成されている。
【００１０】
この様な構成の本発明によれば、各受光素子の配置面上には、反射光の像と影とが形成される。これらの反射光の像と影は、発光素子の光を反射板で反射して各受光素子の配置面に入射させることにより形成され、かつ回転軸を中心として扇形状に広がるものであり、回転軸の回転により反射板が回転すると、これらの反射光の像と影が各受光素子の配置面上で回転する。そして、反射光の像が受光素子の受光面に重なると、該受光素子の出力が高くなり、影が受光素子の受光面に重なると、該受光素子の出力が低くなる。このため、反射板の回転に伴い、各受光素子の受光出力が大きく変動し、各受光素子の受光出力に基づいて、回転軸の回転角度を高精度で求めることができる。また、光を用いて、回転角度を検出するので、動作時に電気ノイズが発生することはない。更に、反射板や各受光素子の受光面を小さくして、装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明においては、反射光の像は、１つの受光素子の受光面よりも広い。
【００１２】
この様に反射光の像を１つの受光素子の受光面よりも広くすれば、反射光の像が受光素子の受光面に重なったときの該受光素子の受光出力を高くすることができ、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１３】
更に、本発明においては、反射光の像は、少なくとも２つの受光素子の受光面にかかっている。
【００１４】
この様に反射光の像を少なくとも２つの受光素子の受光面にかからせれば、反射板の回転に伴い、各受光素子の受光出力が共に増減するので、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明においては、非反射領域を反射板の反射面の周囲に設けている。
【００１６】
この様に非反射領域を反射板の反射面の周囲に設けておけば、余分な光が非反射領域で吸収されて、散乱光が減少するので、各受光素子の受光出力のノイズ成分が減少し、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１７】
更に、本発明においては、発光素子を回転軸の延長上に設けている。
【００１８】
この様に発光素子を回転軸の延長上に設ければ、発光素子の光を回転軸の周囲に均等に照射することができるので、反射光の像の明るさを安定化させることができ、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明においては、発光素子を各受光素子の受光面の境界の延長上に設けている。
【００２０】
この様に発光素子を各受光素子の受光面の境界の延長上に設ければ、各受光素子のいずれの上に反射光の像が形成されても、反射光の像の明るさが変わらず、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００２１】
更に、本発明においては、回転軸を中心として対称に配置された各受光素子よりも外側の領域に照射される発光素子の光を遮断するためのスリットを発光素子と反射板間に設けている。
【００２２】
この様に各受光素子よりも外側の領域に照射される発光素子の光を遮断するためのスリットを設ければ、余分な光がスリットにより除去されて、散乱光が減少するので、各受光素子の受光出力のノイズ成分が減少し、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明においては、発光素子は、半導体レーザーである。
【００２４】
この様に発光素子として半導体レーザーを用いれば、散乱光が減少するので、各受光素子の受光出力のノイズ成分が減少し、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の回転検出装置の一実施形態を示す斜視図である。本実施形態の回転検出装置では、回転軸１１の先端に反射板１２を設け、回転軸１１の延長上に発光素子１３を配置し、発光素子１３の両側に第１及び第２受光素子１４，１５を配置している。
【００２７】
図２は、第１及び第２受光素子１４，１５を回転軸１１に沿って見て示す平面図である。この図２から明らかな様に第１及び第２受光素子１４，１５は、回転軸１１を中心として対称に配置されている。
【００２８】
反射板１２の反射面は、該反射板１２の下面に設けられている。また、反射面を除く反射板１２の下面の他の非反射領域は、光を反射しない。発光素子１３の光は、反射板１２の反射面で反射されて、第１及び第２受光素子１４，１５の配置面に入射し、この配置面上で反射光の半円像Ｐ１を形成する。このとき、半円像Ｐ１の周辺は、影となる。
【００２９】
回転軸１１の回転により反射板１２が回転すると、反射光の半円像Ｐ１も回転軸１１を中心にして回転する。そして、反射光の半円像Ｐ１が第１及び第２受光素子１４，１５上を回転移動し、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力が変動する。このとき、反射光の半円像Ｐ１に完全に重なり合った第１及び第２受光素子１４，１５のいずれかの受光出力が最大となり、影に完全に重なり合った第１及び第２受光素子１４，１５のいずれかの受光出力が最小となる。従って、反射光の半円像Ｐ１及び影の回転位置、つまり回転軸１１の回転角度に応じて、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力が大きく変動する。
【００３０】
図３は、回転軸１１の回転角度に対する第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力の特性を示すグラフである。このグラフから明らかな様に回転軸１１の回転角度に応じて、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力が正弦曲線を描いて大きく変化している。従って、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力に基づいて、回転軸１１の回転角度を高精度で求めることができる。例えば、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力の差を求め、この差から回転軸１１の回転角度を導出する。
【００３１】
また、発光素子１３を回転軸１１の延長上に配置していることから、発光素子１３の光が回転軸１１の周囲に均等に照射され、反射板１２の反射面の回転位置にかかわらず、反射光の半円像Ｐ１の明るさが安定している。このため、第１及び第２受光素子１４，１５のいずれにも同じ明るさの半円像Ｐ１が重なり、回転軸１１の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００３２】
また、光を用いて、回転角度を検出するので、動作時に電気ノイズが発生することはない。更に、反射板１２や第１及び第２受光素子１４，１５の受光面を小さくして、装置の小型化を図ることができる。
【００３３】
尚、反射板１２の反射面は、金属メッキ等により形成すれば良い。また、反射板１２の下面の非反射領域を黒塗装や多層膜により形成したり、この非反射領域を発光素子１３の光を通過させる窓としても良い。あるいは、反射面を除く他の領域で反射板１２を切り取って、発光素子１３の光を通過させても良い。
【００３４】
ところで、反射光の半円像Ｐ１の代わりに、図４に示す様な反射光の扇形像Ｐ２を第１及び第２受光素子１４，１５の配置面上で形成しても良い。この場合は、回転軸１１の回転角度に対する第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力の特性が図５のグラフに示す様なものとなる。ただし、９０度から１８０度の回転角度範囲で第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力が急激に変動し、他の回転角度範囲で受光出力の変動が緩やかになる。
【００３５】
あるいは、図６に示す様な扇形状に広がった像Ｐ３を第１及び第２受光素子１４，１５の配置面上で形成しても良い。この場合は、回転軸１１の回転角度に対する第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力の特性が図７のグラフに示す様なものとなる。ここでは、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力の位相が略２７０度ずれており、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力の差が常に大きく変動するので、この差に基づいて、回転軸１１の回転角度をより高精度で求めることができる。
【００３６】
また、第１及び第２受光素子１４，１５の間隔が広くなると、反射光の像を受光することができない不感帯が広がって、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力の変動が小さくなり、回転角度の検出精度が劣化する。このため、第１及び第２受光素子１４，１５の間隔を狭くすることが望ましい。ところが、この間隔を狭くすると、発光素子１３を第１及び第２受光素子１４，１５に配置することができない。そこで、発光素子１３の配置位置を第１及び第２受光素子１４，１５の境界の延長上に設定する。これにより、第１及び第２受光素子１４，１５の間隔を狭くすることができ、かつ第１及び第２受光素子１４，１５のいずれの上に像が形成されても、像の明るさが変わらず、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００３７】
また、発光素子１３としては、発光ダイオードがある。ただし、発光ダイオードの場合は、光が広がって、散乱光が多くなり、第１及び第２受光素子１４，１５に入射する光ノイズのレベルが高くなり、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力のノイズ成分が増大する。そこで、図８に示す様にスリット２１を発光素子１３と反射板１２間に設けて、このスリット２１により第１及び第２受光素子１４，１５外側の領域に照射される光を遮断する。これにより、散乱光が減少して、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力のノイズ成分が減少し、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００３８】
また、発光素子１３として半導体レーザーを用いれば、散乱光が減少するので、スリットを用いなくても、第１及び第２受光素子１４，１５の受光出力のノイズ成分を減少させることができる。
【００３９】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、３個以上の受光素子を設けても良く、これにより検出精度の向上を図っても構わない。また、各受光素子の配置面上に形成される反射光の像の形状を変更しても構わない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、反射板の回転に伴い、各受光素子の受光出力が大きく変動する。このため、各受光素子の受光出力に基づいて、回転軸の回転角度を高精度で求めることができる。また、光を用いて、回転角度を検出するので、動作時に電気ノイズが発生することはない。更に、反射板や各受光素子の受光面を小さくして、装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
また、発光素子を回転軸の延長上に設けたり、発光素子を各受光素子の受光面の境界の延長上に設けているので、反射光の像の明るさを安定させることができ、回転角度の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転検出装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の装置において第１及び第２受光素子を回転軸に沿って見て示す平面図である。
【図３】図１の装置における回転軸の回転角度に対する第１及び第２受光素子の受光出力の特性を示すグラフである。
【図４】第１及び第２受光素子の配置面上に形成された反射光の像の変形例を示す図である。
【図５】図４の反射光の像を用いたときの回転軸の回転角度に対する第１及び第２受光素子の受光出力の特性を示すグラフである。
【図６】第１及び第２受光素子の配置面上に形成された反射光の像の他の変形例を示す図である。
【図７】図６の反射光の像を用いたときの回転軸の回転角度に対する第１及び第２受光素子の受光出力の特性を示すグラフである。
【図８】図１の装置の変形例を示す斜視図である。
【図９】従来の光学式のロータリーエンコーダを示す斜視図である。
【図１０】従来の反射型の光検出装置を示す斜視図である。
【図１１】図１０の装置における各受光素子を示す平面図である。
【符号の説明】
１１　　回転軸
１２　　反射板
１３　　発光素子
１４　　第１受光素子
１５　　第２受光素子
２１　　スリット
【図１】
2004085454.tif 000003
【図２】
2004085454.tif 000004
【図３】
2004085454.tif 000005
【図４】
2004085454.tif 000006
【図５】
2004085454.tif 000007
【図６】
2004085454.tif 000008
【図７】
2004085454.tif 000009
【図８】
2004085454.tif 000010
【図９】
2004085454.tif 000011
【図１０】
2004085454.tif 000012
【図１１】
2004085454.tif 000013