JPH0263168B2

JPH0263168B2 -

Info

Publication number: JPH0263168B2
Application number: JP18007884A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hashizume; Kazuo Makishima
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1984-08-29
Filing date: 1984-08-29
Publication date: 1990-12-27
Also published as: JPS6157811A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、軸の回転変位の検出器に関するもの
であり、例えば、ロボツトアームの支承軸、ある
いはエンジン等の原動機の回転軸に結合されてそ
の回動角度の検出に供され、この検出信号は前記
検出対象の回動角位置や回転速度の制御系におけ
る帰還信号やその表示に用いられる。

従来の技術この種の検出器には、ロータリエンコーダやレ
ゾルバ等がある。中でもレゾルバは高い分解能を
もつにもかかわらず、比較的構造が簡単で、しか
も角度情報がその搬送波の周期ごとに取出せる特
徴を有している。

すなわち、レゾルバはステータの直交する２方
向の極にそれぞれ第１、第２のコイルを巻装し、
その内部で回転するロータには第３のコイルを巻
装し、第１、第２のコイルには相互に90度位相の
異なる搬送波Va、Vb、 Va＝V₂sinωt Vb＝V₂cosωt を供給して各極から搬送波Va、Vbに対応した磁
束を放射させるようにしたものである。ここに、
V₂は搬送波の振幅、ωは角周波数を表す。した
がつて、このロータを被測定軸と結合して回動さ
せると、その回動角度θに応じてそれぞれの放射
磁速のうちロータと鎖交する磁束の割合が変わ
り、その結果、第３のコイルには回動角度θに応
じて位相の変わる位相信号Vc Vc＝K₂V₂cosωtsinθ ＋K₂V₂sinωtcosθ ＝K₃V₂sin（ωt＋θ）が誘起されることになる。ここに、K₂、K₃は比
例係数を表す。しかしながら、レゾルバは上記の
ように電磁的な信号発生手段を用いているため
に、そのコイルおよびコイルからの信号取出用ロ
ータリトランス等を必要とし、小型化するに際し
て制約を受けること、また、ロータの慣性モーメ
ントもロータリエンコーダに比べて大きいことな
どの問題をもつ。また、製作に際して所定の磁束
分布を得るにはコイルの形状、配置位置に厳しい
精度が要求され、結果的に高価となる問題点もあ
る。

このようなレゾルバの欠点は、電磁的な信号発
生手段を採用していることに起因したものであ
り、その解決には光電的な信号発生手段の採用が
考えられる。

その種のものとしては、例えば米国特許第
3306159号に開示されたものがある。これは、回
転軸に固着した偏光板の一部分と対向状態に、第
１〜第４の４個の静止偏光板を配設し、その各静
止偏光板は相互にその透過軸を45度づつずらして
おき、その各静止偏光板と前記回転偏光板の各々
の外側で光源と受光部を対向配置したものであ
る。

以上のものにおいて、光源からの光は、回転偏
光板を通り、続いて第１〜第４の静止偏光板の各
一つの経由してそれぞれの受光部に達するが、こ
のとき、各受光部に達する光量は、回転偏光板と
各第１〜第４の静止偏光板の透過軸の交り角によ
り変わる。すなわち、光の透過率は、交り角の倍
角のコサイン関数に対応して変わる。したがつ
て、今、回転偏光板が角度θだけ回動すると、そ
の回転偏光板と第１〜第４の静止偏光板との各交
り角は、それぞれθ、θ＋45゜、θ＋90゜、θ＋
135゜となり、その結果、それぞれの透過率は、
cos2θ、−sin2θ、−cos2θ、sin2θに対応し、各受光
部にもそれらと対応した出力が発生する。ただ
し、上記透過率は、必ず０より大であり、したが
つて、上記透過率を厳密に表わすと、交り角が90
度の場合、すなわち直交位透過率と上記した透過
率の和となり、各受光部も直交位透過率に対応し
た直流成分を含む。

次に、各受光部出力には、搬送波sinωt、
cosωt、−sinωt、−cosωtが乗算され、その後加算
される。したがつて、前記の直流成分はこの加算
により相殺され、加算出力は、位相が回転偏光板
の回転角θの倍角に対応して変わるsin（ωt＋2θ）
となる。

発明が解決しようとする課題しかし、これにおいては、第１〜第４の偏光板
をその透過軸が45度づつずれた状態に正確に配置
しておく必要があるが、それには、検出器の組
立、調整技術に熟練を要し、かつ多大の作業時間
を要することが避けられない。

また、特に光源は経年変化等により特性変化を
起こし易いが、そうした場合、受光部出力の振幅
も変化することになり、結局、その振幅情報を利
用して形成する信号に互差が生じる問題点があ
る。

本発明は、偏光板の配置に際して、多数の偏光
板を位置決め調整しなければならない問題点を解
決しようとするものである。

同時に、本発明は、光源の特性変化による発光
量の変化を解決しようとするものである。

課題を解決するための手段本発明は、前記問題点を解決するために、偏光
板の透過軸の位置調整を２ケ所に減少したもので
あり、透過軸を45度ずらして大小２枚の偏光板を
重ね合わせ、重合部分と非重合部分を形成した第
１の板体と、相互に透過軸を45度ずらして第１、
第２の偏光板が固定され、前記第１の板体の非重
合部分と対向して配設された第２の板体と、前記
第１の板体の非重合部分と前記第２の板体の第
１、第２の偏光板をはさんでそれぞれ対向して配
設された第１の光源と第１の受光部、および第２
の光源と第２の受光部と、前記第１の板体の重合
部分をはさんで対向して配設された第３の光源と
第３の受光部と、前記第１、第２、第３の光源に
一定の直流点灯信号を送出し、光源の発光量を後
記の光量補正部からの入力に基づき制御する点灯
制御部と、前記第１、第２、第３の受受光部出力
e₁、e₂、e₃を入力してe₀＝（e₁−e₃）sinωt＋（e₂−
e₃）cosωt［ここに、e₀：出力、ω：変調用の正弦
波状周期的信号の角周波数］の演算を行う変調回
路および加減回路を備えた演算部と、前記第３の
受光部出力と設定器の設定信号とを偏差算出器に
入力して両入力の偏差信号を形成し、その偏差信
号を前記点灯制御部に一定の直流点灯信号の増減
信号として送出する光量補正部としたころの光電
式変位検出器である。

尚、上記第１、第２、第３の光源は、各別の光
源であつても、あるいはその二つまたは全部を共
用の同一光源としても同様である。また、上記演
算部での演算順序は、最初に入力の差を算出後変
調、加算しても、あるいは最初に各入力を変調後
に加減算をしても、いずれでも同様である。

作用第１、第２の板体が相対的に回動変位θを生じ
ると、第１の板体の非重合部分の偏光板と第２の
板体の第１、第２の偏光板の各透過軸との交り角
がθだけずれ、その結果、それぞれの光の透過率
α₁、α₂は次のように変化する。

α₁＝（H₀−H₉₀）cos²θ＋H₉₀ ＝K₁cos2θ＋K₂ …… α₂＝（H₀−H₉₀）cos²（θ＋45゜）＋H₉₀ ＝K₁cos2（θ＋45゜）＋K₂ ＝K₁sin2θ＋K₂ …… ここに、 H₀：平行位透過率 H₉₀：直交位透過率 K₁＝（1/2）（H₀−H₉₀） K₂＝（1/2）（H₀−H₉₀）このとき、第１の板体の重合部分の透過率α₃
は、第２の板体の回動変位θとは無関係に一定で
あり、次のとおりである。

α₃＝（H₀−H₉₀）cos²45゜＋H₉₀＝K₂ …… したがつて、第１の板体の非重合部分と第２の
板体の第１、第２の偏光板を挟んで一側に配置さ
れた光源から光量は、それぞれの透過率α₁、α₂倍
されて他側に配置された第１、第２の受光部に達
し、また、重合部分を挟んで一側に配置された光
源からの光量は、一定の透過率α₃倍されて他側に
配置された受光部に達する。

この結果、今、その発光量をＣとおき、受光部
の光量と電気信号との変換係数をβとおくと、第
１〜第３の受光部には、次のような出力e₁〜e₃が
それぞれ発生する。

e₁＝α₁Cβ＝K₃cos2θ＋K₄ e₂＝α₂Cβ＝−K₃sin2θ＋K₄ …… e₃＝α₃Cβ＝K₄ ここに、K₃＝K₁Cβ K₄＝K₂Cβ 以下、この出力e₁〜e₃は、演算部に導入され、
先ず加減回路において、（e₁−e₃）、（e₂−e₃）の
演算が行なわれ、e₁、e₂中の定数項K₄が除去され
る。続いてこれらの差は変調回路に送られ、相互
に位相が90度ずれた正弦波状の周期的信号、
sinω、cosωtにより変調された後、加減算回路に
おいて、その各変調信号の加算が行なわれ、次の
ように第１、第２の板体の相対回動変位θに対応
した位置ずれをもつ出力e₀が形成される。

e₀＝（e₁−e₃）sinωt＋（e₂−e₃）cosωt ＝K₃sin（ωt−2θ） …… 尚、演算部における演算は、最初にe₁、e₂、e₃
を変調した後、加減算しても全く同様である。

次に、光源の光量Ｃが変化した場合、受光部出
力e₁〜e₃の振幅が変化することになるが、その変
化率が同じであれば、上記出力e₀の位相は回動変
位θに対応した2θとなり、変位を求める上では問
題を生じない。しかしながら、このとき出力e₀の
振幅はe₁〜e₃の振幅変化の結果変化することにな
り、この振幅の変化した出力を他の機器と接続し
て入力する場合には問題が起こる。例えば、出力
e₀をACサーボモータの駆動回路にフイードバツ
ク信号として印加している場合、e₀の振幅が変化
すると、これはそのままモータに回転数変化を生
じさせてしまう。したがつて、単に回動変位θを
求めるような単純な用途以外のほとんどの場合に
は、この出力e₀の振幅を常に一定に保つておくこ
とが必要となる。

この操作を行つているのが光量補正部であり、
ここには前記第３の受光部出力e₃が入力され、先
ずそれと設定器の設定信号との偏差が偏差算出器
で求められる。しかして、この偏差の発生は光源
の変化を意味し、偏差の大きさはその変化の程度
を示す。そこで、次にはこの偏差信号が前記点灯
制御部に、一定の直流点灯信号を増減する制御信
号として送られ、第１、第２、第３の光源の発光
量を変化させる。これにより第３の受光部出力e₃
が常に一定となるように、すなわち、これにより
代表されている第１、第２、第３の光源の発光量
が常時一定となるように光量の補償が行なわれ
る。尚、各光源により光量変化の程度が異なる場
合は、第３の受光部出力e₃のみをフイードバツク
信号とすることには問題があるが、光源は初期不
良を除くと、ほとんどの場合各光源共ほぼ同様な
特性変化を生じるものとみなせ、実用上では差し
支えはない。

実施例以下、実施例として、第１の板体を大小２枚の
偏光円板の重ね合わせにより形成し、第２の板体
を２枚の偏光板の並列配置により形成したものを
例にとり、本発明を詳細に説明する。

実施例の構成部分を示す第１，２図において、
１は回動自在に支承された軸であり、軸１上には
大径の偏光円板１１と小径の偏光円板１２とを相
互に透過軸を45度ずらして同心状態で重合させた
第１の板体１０が一体的に固着されている。

その第１の板体の外周側に位置する大径の偏光
円板１１のみからなる非重合部分と対向して第２
の板体４０が配設され、第２の板体４０には、相
互に透過軸を45度ずらして第１、第２の偏光板４
１，４２が固定されている。そして、その第１、
第２の偏光板４１，４２と第１の板体１０の非重
合部分とを挟んで対向状態に第１、第２の光源２
１，２２と第１、第２の受光部３１，３２（但
し、３２は図示されていない）。が配設されてい
る。

また、第１の板体１０の内周側に位置する大径
と小径の偏光円板１１，１２の重合部分を挟んで
対向状態に第３の光源２３と第３の受光部３３が
配設されている。

しかして、この機構部においては、大小径の偏
光円板１１，１２の重合に際して透過軸を45度に
組立調整することと、第２の板体において第１、
第２の偏光板４１，４２の透過軸を45度だけずら
して組立調整することの二つの調整操作のみとな
る。

次に、第３図は前記第１〜第３の光源の発光量
を制御する点灯制御部と、前記第１〜第３の受光
部の出力を演算して第１の板体１０の回動変位を
算出する演算部の実施例であり、第１，２図と同
番号を付した第１〜第３の光源２１〜２３、受光
部３１〜３３は第１，２図と同一のものである。

これにおいては、定電流発生器よりなる点灯制
御部５０の出力端が第１〜第３の光源２１〜２３
と直列に結線され、常時、第１〜第３の光源２１
〜２３から一定の光量を発光させている。

また、光量補正部７０は、第３の受光部３３の
出力と設定器７２から出力される目標発光量に対
応した設定電気信号との偏差算出器７１からな
り、その偏差信号は点灯制御部５０に送出され、
点灯制御部５０ではその偏差に対応させて各光源
２１〜２３に送出している点灯信号の大きさを変
化させている。

また、演算部６０は、第１、第２の受光部３
１，３２の出力e₁、e₂と第３の受光部３３の出力
e₃とのそれぞれ差を算出する第１、第２の加減回
路６１，６２、その加減回路６１，６２の出力に
キヤリア発振器６６から送出されるキヤリア
sinωt、cosωtを乗じる第１、第２の変調器６３，
６４、その各変調器６３，６４の出力の和を算出
する第３の加減回路６５とからなる。

以上のものにおいて、軸１がθだけ回動変位す
ると、第１の板体１０も一体的にθだけ回動し、
第１、第２の偏光板４１，４２と偏光板１１の非
重合部分との透過軸の交り角がそれぞれθ、（θ
＋45゜）となり、その透過率α₁、α₂は前記、
式のように回動変位θに応じて変化したものとな
る。

他方、第１の板体１０の重合部の透過率は、軸
１の回動変位θとは無関係に一定であり、前記
式のようになる。

したがつて、第１、第２、第３の光源２１，２
２，２３から発光された一定光量は、それぞれ
α₁、α₂、α₃倍されて各対応する受光部３１〜３３
に達し、受光部３１〜３３はその受光量に対応し
た前記式に示す電気信号e₁〜e₃を発生する。

そして、第１、第２の加減回路６１，６２にお
いて、第１、第２の受光部出力e₁、e₂と第３の受
光部出力e₃との差が算出され、続いて、その差は
第１、第２の変調器６３，６４において、90度の
位相差を有する正弦波により平衡変調された後、
第３の加減回路６５により加算され、前記式に
示す出力e₀が形成される。

そして、光源２３の発光量が変化した場合に
は、受光部３３の出力が変化し、その結果、偏差
算出器７１に偏差が生じて点灯制御部５０から送
出される点灯信号号が変化させられ、光源２１〜
２３の発光量が所定量となるような制御が行なわ
れる。

尚、上記実施例において、光源と受光部は直接
発光素子と受光素子を用いた場合を例示したが、
これらと光フアイバーを用いて構成しても同様で
ある。

また、演算部６０の各受光部出力に対する演算
の順序は上記実施例に限られるものでなく、前記
式の演算式を満たすもの、例えば、e₁、e₂を90
度の位相差を有する周期的信号より変調した後加
算し、また、e₃を90度の位相差を有する周期的信
号の和の信号（sinωt＋cosωt）により変調し、
前記加算信号（e₁sinωt＋e₂cosωt）からその変調
信号を差引いても同様である。

また、上記実施例は第１〜第３の別の光源を各
受光部と対向させた場合を例示したが、単一の共
用光源を各受光部と対向させても同様である。

また、上記実施例は第１〜第３の別の光源を各
受光部と対向させた場合を例示したが、単一の光
源を各受光部と対向させても同様である。

また、上記実施例においては第１の板体１０を
軸１に固着して回動変位させた場合を例示した
が、第２の板体４０の第１、第２の偏光板をドー
ナツツ状とし、円板の異なる半径上に設け、それ
を軸に固着して回動変位させても同様である。

発明の効果以上のとおりであり、本発明は、２枚の偏光板
を重合させた部分と非重合の部分とを有する第１
の板体の非重合部分に対して第２の板体の２枚の
偏光板を対向させ、その間の透過光量の変化およ
び第１の板体の重合部の透過光量を電気信号に変
換して処理し、第１と第２の板体の回動変位に対
応した出力を形成するので、偏光板の透過軸の調
整は、２対の偏光板に対して行なうだけでよく、
全体の組立調達が簡略化され、作業性が向上す
る。

また、光源の発光量が変化した場合には、受光
部出力をフイードバツク信号とする光量補正部に
より自動的に発光量の補正が行なわれるので、回
動変位に対応した位相を有する出力の振幅も常時
一定に保たれ、その出力を他の機器と接続するに
際しての制約を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機構部の実施例を示す正面
図、第２図は第１図の左側面図、第３図は本発明
の点灯制御部、演算部の実施例を示すブロツク線
図である。１０：第１の板体、４０：第２の板体、２０：
光源、３０：受光部、６０：演算部、５０：点灯
制御部。

Claims

【特許請求の範囲】１透過軸を45度ずらして大小２枚の偏光板を重
ね合わせ、重合部分と非重合部分を形成した第１
の板体と、相互に透過軸を45度ずらして第１、第
２の偏光板が固定され、前記第１の板体の非重合
部分と対向して配設された第２の板体と、前記第
１の板体の非重合部分と前記第２の板体の第１、
第２の偏光板をはさんでそれぞれ対向して配設さ
れた第１の光源と第１の受光部、および第２の光
源と第２の受光部と、前記第１の板体の重合部分
をはさんで対向して配設された第３の光源と第３
の受光部と、前記第１、第２、第３の光源に一定
の直流点灯信号を送出し、光源の発光量を後記の
光量補正部からの入力に基づき制御する点灯制御
部と、前記第１、第２、第３の受光部出力e₁、
e₂、e₃を入力してe₆＝（e₁−e₃）sinωt＋（e₂−e₃）
cosωt［ここに、e₀：出力、ω：変調用の正弦波
状周期的信号の角周波数］の演算を行う変調回路
および加減回路を備えた演算部と、前記第３の受
光部出力と設定器の設定信号とを偏差算出器に入
力して両入力の偏差信号を形成し、その偏差信号
を前記点灯制御部に一定の直流点灯信号の増減信
号として送出する光量補正部とからなる光電式変
位検出器。２第１、第２、第３の光源の２個または全部
が、作用の同一光源からなる特許請求の範囲第１
項に記載の光電式変位検出器。３演算部は、第１、第３の受光部出力および第
２、第３の受光部出力を相互間に90度の位相差を
有する正弦波状周期的信号sinωt、cosωtにより
それぞれ変調する変調回路と、その第１、第３の
受光部出力の変調信号の差および第２、第３の受
光部出力の変調信号の差との和を算出する加減回
路とした特許請求の範囲第１項または第２項いず
れかに記載の光電式変位検出器。４演算部は、第１、第３の受光部出力の差およ
び第２、第３の受光部出力の差を算出する加減回
路と、その各差を相互間に90度の位相差を有する
正弦波状周期的信号sinωt、cosωtによりそれぞ
れ変調する変調回路と、その変調信号の和を算出
する加減回路とした特許請求の範囲第１項または
第２項いずれかに記載の光電式変位検出器。