JPH08210850A - 角度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、傾き検出を容易に行い得る小型軽量
な角度センサの実現を目的とするものである。 【構成】振子を所定方向に揺動自在に支持し、当該振子
の原点位置からの回転量を光学センサで検出するように
して傾き検出を行うようにしたことにより、傾き検出結
果が光学センサから直接電気信号として出力される分、
複雑な信号処理系を必要とせずに傾き検出を行うことが
できると共に、振子の回転量を当該振子と接触すること
なく検出することができる分、全体として小型軽量に形
成することができ、かくして傾き検出を容易に行い得る
小型軽量な角度センサを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術（図１０及び図１１） 発明が解決しようとする課題（図１０及び図１１） 課題を解決するための手段（図１〜図９） 作用（図１〜図９） 実施例（図１〜図１１） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は角度センサに関し、例え
ば放送局等で用いられる可搬型のビデオカメラに適用し
て好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、放送局用のビデオカメラとして撮
影者が肩に乗せて撮影するようになされた可搬型のもの
がある。このようなビデオカメラでは傾きのない良質な
撮影映像を得るためには撮像時に水平を保つ必要があ
り、このため従来からこの種のビデオカメラに対して、
撮影者が容易に水平を保ち得るようにする手段として、
水平度を検出する角度センサを取り付け、当該角度セン
サによる水平検出結果を撮影者が確認し得るように呈示
することが提案されている。この場合角度センサとして
は、水平気泡管を用いて形成された水平器が安価で一般
的であり、例えば図１０に示すように、放送局用の可搬
型のビデオカメラ１のなかにもこのような水平器１Ａを
水平検出手段として搭載したものがある。

【０００４】またこの他の角度センサとしては、例えば
図１１に示すように、可変抵抗器３の軸４に支持部５Ａ
及び重り５Ｂからなる振子５を取り付けることにより構
成されたものもある。この種の角度センサでは、可変抵
抗器３を機器に固定するようにして用いられ、機器が水
平状態から傾いたときに振子５が機器の傾き角に応じた
角度だけ元の原点位置から傾き、これに伴つて可変抵抗
器３の軸４が回転することにより、可変抵抗器３の抵抗
値に基づいて機器の水平度を検出することができる。さ
らに従来、磁気抵抗素子を用いて形成された無接触の角
度センサも商品化されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えばビデ
オカメラの水平検出手段として水平器１Ａ（図１０）を
適用する場合、撮像時に撮影者がビユーフアインダを目
視しながら水平合わせを行い得るようにするためには、
水平器１Ａによる水平検出結果を電気信号として取り出
す必要があり、このためには複雑な信号処理回路を必要
とするなど、結果的に水平検出が複雑になる問題があつ
た。

【０００６】またビデオカメラの水平検出手段として図
１１のような可変抵抗器３を利用した角度センサ２を適
用する場合、可変抵抗器３の回転トルクを越えて振子５
を振らせる必要があるために振子５の重り５Ａの重量を
大きくする必要があり、この結果角度センサ２が重く、
大きくなるなど可搬型のビデオカメラ用の水平検出手段
としては適用し難い問題があつた。またこのような角度
センサは、可変抵抗器３の軸部の磨耗等のために寿命が
短く、経時変化に対する信頼性に欠ける問題もある。さ
らに無接触角度センサは、コストが高く、また回転トル
クも無視できる値ではない問題がある。

【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、傾き検出を容易に行い得る小型軽量な角度センサを
提案しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、振子を所定方向に揺動自在に支持
し、当該振子の原点位置からの回転量を光学センサを用
いて検出するようにした。

【０００９】

【作用】光学センサで振子の原点位置からの回転量を検
出するようにしたことにより、当該光学センサから出力
される電気信号に基づいて取り付け先の機器の傾き検出
を行うことができる。従つてこの角度センサによれば、
傾き検出結果が光学センサから直接電気信号として出力
される分、複雑な信号処理系を必要とせず、また当該回
転量を振子と接触することなく検出することができるた
め振子として重いものを適用する必要がない分、全体と
して小型軽量に形成することができる。

【００１０】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１１】図１〜図３において、１０は全体として実
施例による角度センサ１０を示し、ケース１１とカバー
１２とで構成される外筐１３内部に振子１４が収納さ
れ、かつ外筐１３の上部に第１及び第２の光センサ１
５、１６が配設されて構成されている。すなわちこの角
度センサ１０の場合、ケース１１のカバー１２との対向
面１１Ａには第１の軸半体２０が植立されると共に、カ
バー１２の内面１２Ａには第１の軸半体２０に対応させ
て第２の軸半体２１が植立されており、カバー１２及び
ケース１１を嵌め合わせるようにして外筐１３を組み立
てたときに、第１及び第２の軸半体２０、２１の各先端
部が嵌合することにより当該第１及び第２の軸半体２
０、２１によつて図３のように１本の軸２２を形成し得
るようになされている。

【００１２】また振子１４は、重ね合わせられた３枚の
プレート２３、２４、２５の下端部を一体に固定するよ
うに第１及び第２の重り２６、２７がそれぞれ第１のプ
レート２３側又は第３のプレート２５側の下端部にねじ
止めされると共に、これら３枚のプレート２３〜２５の
上部を一体に貫通するようにベアリング２８が配設され
ることにより構成され、軸２２（図３）がベアリング２
８の内輪を貫通するように外筐１３内部に収納される。
これにより振子１４は、外筐１３内部において軸２２
（図３）を中心として当該軸２２と垂直な平面内を自在
に揺動し得、かくして軸２２と垂直な平面内で外筐１３
が傾いた場合においても常に中心線Ｋ１が鉛直方向を向
くように位置することができるようになされている。

【００１３】一方第１の光センサ１５においては、コ字
状に形成された素子保持部材３０の第１及び第２の凸部
３０Ａ、３０Ｂ内にそれぞれ発光素子４０Ａ又は受光素
子４１Ａが収納されると共に、素子保持部材３０の第１
及び第２の凸部３０Ａ、３０Ｂの各対向面にそれぞれス
リツト３０ＡＸ、３０ＢＸが穿設されることにより形成
されている。この第１の光センサ１５は、外筐１３が組
み立てられたときに、ケース１１内面１１Ａの上端部に
形成された第１の窪み１１ＡＸ（図１）と、当該第１の
窪み１１ＡＸに対応してカバー１２の内面１２Ａの上端
部に設けられた第３の窪み１２ＡＸ（図１）とで囲まれ
る空間領域内に嵌め込まれるようにして外筐１３に取り
付けられる。

【００１４】同様に第２の光センサ１６は、コ字状に形
成された素子保持部材３１の第１及び第２の凸部３１
Ａ、３１Ｂ内にそれぞれ発光素子４１Ｂ又は受光素子４
２Ｂが収納されると共に、素子保持部材３１の第１及び
第２の凸部３１Ａ、３１Ｂの各対向面にそれぞれスリツ
ト３１ＡＸ、３１ＢＸが穿設されることにより形成さ
れ、外筐１３が組み立てられたときに、ケース１１内面
１１Ａの上端部に形成された第２の窪み１１ＡＹと、当
該第２の窪み１１ＡＹに対応してカバー１２の内面１２
Ａの上端部に設けられた第４の窪み１２ＡＹとで囲まれ
る空間領域内に嵌め込まれるようにして外筐１３に取り
付けられる。

【００１５】この場合ケース１１の第１及び第２の窪み
１１ＡＸ、１１ＡＹ（及びカバー１２の第３及び第４の
窪み１２ＡＸ、１２ＡＹ）の位置は、特に図２において
明らかなように、外筐１３が水平なとき（すなわち振子
１４が原点位置にあるとき）に、振子１４の第２のプレ
ート２４の上端部でなる遮光部２４Ａによつて第１の光
センサ１５の発光素子４０Ａから発射され、素子保持部
材３０の各スリツト３０ＡＸ、３０ＡＹを順次介して受
光素子４１Ａに入射する光が遮光される面積と、第２の
光センサ１６の発光素子４０Ｂから発射され、素子保持
部材３１の各スリツト３１ＡＸ、３１ＡＹを順次介して
受光素子４１Ｂに入射する光が遮光される面積とが等し
くなるようにそれぞれ選定されている。

【００１６】従つてこの角度センサ１０では、外筐１３
が図２のように水平状態にあるときには、第１の光セン
サ１５の受光素子４１Ａ及び第２の光センサ１６の受光
素子４１Ｂに同程度の光が入射するためこれら第１及び
第２の光センサ１５、１６の各受光素子４１Ａ、４１Ｂ
から同じレベルの信号（以下、これらをそれぞれ第１及
び第２の受光信号と呼ぶ）が出力されるのに対して、外
筐１３が図４のように水平状態から傾いた状態にあると
きには、振子１４が原点位置から外筐１３の傾きに応じ
た角度だけ傾いて、振子１４の第２のプレート２４の遮
光部２４Ａがその回転方向側（外筐１３の傾き方向とは
逆側）に位置する一方の第１又は第２の光センサ１５、
１６の発光素子４０Ａ、４０Ｂから発射された光を他方
の第２又は第１の光センサ１６、１５の発光素子４０
Ｂ、４０Ａから発射された光よりも多く遮光する。この
結果一方の第１又は第２の光センサ１５、１６からは他
方の第２又は第１の光センサ１６、１５から出力される
受光信号Ｓ２よりも低い信号レベルの受光信号Ｓ１が出
力される。

【００１７】従つてこの角度センサ１０では、これら第
１及び第２の光センサ１５、１６の各受光素子４１Ａ、
４１Ｂから、図５に示すような振子１４の傾き角（すな
わち外筐１３の水平状態からの傾き角）θに応じた異な
る信号レベルの第１又は第２の受光信号Ｓ１、Ｓ２がそ
れぞれ出力されるため、これら第１及び第２の光センサ
１５、１６の各受光素子４１Ａ、４１Ｂから出力される
各受光信号Ｓ１、Ｓ２の信号レベルに基づいて外筐１３
（及び当該外筐１３の取り付け先の機器）の水平度を検
出することができるようになされている。

【００１８】この実施例の場合、図１及び図２において
明らかなように、傾きセンサ部１０のケース１１の各内
側面にはそれぞれ弾性材からなるクツシヨン７０Ａ、７
０Ｂが取り付けられており、かくして揺動する振子１４
がケース１１内部に強く当たることにより発生するケー
ス１１及び振子１４の破損等を未然に防止し得るように
なされている。

【００１９】またこの実施例の場合、特に図１からも明
らかなように、カバー１２と当接するケース１１の端面
１１Ｄには一対の突起１１ＤＸ、１１ＤＹが設けられて
いると共に、カバー１２の内面にはケース１１の各突起
１１ＤＸ、１１ＤＹとそれぞれ対向する位置に嵌合穴
（図示せず）が設けられており、かくしてケース１１の
各突起１１ＤＸ、１１ＤＹをそれぞれカバー１２の対応
する各嵌合穴に嵌合することによつてケース１１とカバ
ー１２とを容易に位置決めした状態に嵌め合わせること
ができるようになされている。

【００２０】さらにこの実施例の場合、ケース１１の各
外側面の下端にはそれぞればか穴１１ＢＸ、１１ＣＸが
穿設された第１及び第２の凸部１１Ｂ、１１Ｃが突出形
成されており、これら各ばか穴１１ＢＸ、１１ＣＸをそ
れぞれ介してねじを取り付け先の機器に螺着することに
よつてこの角度センサ１０を当該機器に固定し得るよう
になされている。

【００２１】ここで実際上この角度センサ１０の第１及
び第２の光センサ１５、１６からそれぞれ出力される各
受光信号Ｓ１、Ｓ２に基づいて外筐１３（及び当該外筐
１３の取り付け先の機器）の傾き状態を検出するために
は、これら受光信号Ｓ１、Ｓ２を例えば図６に示すよう
な信号処理回路５０の加算回路５１に入力し、当該加算
回路５１において第１の受光信号Ｓ１から第２の受光信
号Ｓ２を減算すれば良く、この結果図７に示すような、
外筐１３の傾き角に応じた信号レベルの傾き検出信号Ｓ
３を得ることができ、かくして当該傾き検出信号Ｓ３に
基づいて外筐１３（及び当該外筐１３の取り付け先の機
器）の傾き状態を検出することができる。

【００２２】またこの角度センサ１０を可搬型のビデオ
カメラの水平検出手段として用いる場合には、加算回路
５１から出力される傾き検出信号Ｓ３を、増幅回路５２
を介して図示しないキヤラクタ表示回路に供給し、当該
キヤラクタ表示回路によつて傾き検出信号Ｓ３に基づい
て得られる外筐１３（及びビデオカメラ）の傾きに応じ
たキヤラクタをビユーフアインダに表示させるようにす
れば良く、これにより撮影者にビユーフアインダを覗い
た状態のまま当該ビデオカメラの傾きを容易に認識させ
ることができる。

【００２３】図８（Ａ）〜（Ｃ）はこのようなキヤラク
タの一表示例を示すものであり、外筐１３（ビデオカメ
ラ）が水平状態にあると判断できる場合には図８（Ａ）
のようにビユーフアインダ６０の画面下側の中央に丸型
のキヤラクタ（以下、これを丸型キヤラクタと呼ぶ）６
１を表示映像に重ねて表示し、外筐１３（ビデオカメ
ラ）が右又は左に少し傾いていると判断できる場合に
は、図８（Ｂ）に示すように、丸型キヤラクタ６１の右
又は左側に角型のキヤラクタ（以下、これを角型キヤラ
クタと呼ぶ）６２を１つ表示し（図８（Ｂ）では右
側）、かつ外筐１３（ビデオカメラ）が右又は左側に大
きく傾いていると判断できる場合には、図８（Ｃ）に示
すように、丸型キヤラクタ６１の右又は左側に角型キヤ
ラクタ６２を２つ表示（図８（Ｃ）では右側）してい
る。

【００２４】以上の構成において、この角度センサ１０
は、上述のように振子１４を外筐１３内部の第１及び第
２の軸半体２０、２１で構成される軸２２（図３）にベ
アリング２８（図１〜図３）を介して支持しており、ま
た当該振子１４の傾き検出を第１及び第２の光センサ１
５、１６を用いて振子１４とは無接触で行つている。

【００２５】従つて例えば従来の可変抵抗器３（図１
１）を用いた水平検出装置の傾きセンサ部２のように重
り５Ａを重くする必要も、傾きセンサ部１０自体が大き
くなつたりすることもなく、また軸２２（図１〜図３）
の磨耗等に起因する経時変化による信頼性の低下もほと
んどない。

【００２６】またこの角度センサ１０は、第１及び第２
の光センサ１５、１６の各受光素子４１Ａ、４１Ｂから
それぞれ出力される受光信号Ｓ１、Ｓ２の信号レベルを
比べるだけで外筐１３（及び取り付け先の機器）の水平
からの傾き（水平度）を検出することができるため、複
雑な信号処理回路を必要とせずに簡易な構成の信号処理
回路５０で外筐１３（及び取り付け先の機器）の水平度
を検出することができる。さらにこの傾きセンサ部１０
は、構成部品が全て汎用性のものであり、従つて低コス
トで形成することができる。

【００２７】以上の構成によれば、振子１４をベアリン
グ２８を介して回転自在に支持すると共に、当該振子１
４の原点位置からの傾きを発光素子４０Ａ、４０Ｂ及び
受光素子４１Ａ、４１Ｂからなるフオトインタラプタ型
の第１及び第２の光センサ１５、１６を用いて検出する
ようにしたことにより、経時変化による信頼性の低下を
防止し得ると共に、振子１４の重り２６、２７として小
型軽量のものを適用でき、かくして信頼性の高い、小型
軽量な角度センサ１０を実現できる。

【００２８】なお上述の実施例においては、本発明によ
る角度センサ１０をビデオカメラの水平検出手段として
適用するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、この他種々の機器の水平検出手段又は傾き
角の検出手段として適用することができる。

【００２９】また上述の実施例においては、角度センサ
１０を水平を検出し得るように構成するようにした場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、第１及び第
２の光センサ１５、１６の外筐１３への取付け位置や、
振子１４のプレート２４の遮光部２４Ａの形状などを調
整することによつて、傾いた所定状態からの傾きを検出
するように構成することもできる。

【００３０】さらに上述の実施例においては、振子１４
の原点位置からの傾きを検出する手段として第１及び第
２の光センサ１５、１６を用いるようにした場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、要は振子１４と無
接触で当該振子１４の原点位置からの傾きを検出するこ
とができるのであれば、振子１４の原点位置からの傾き
を検出する手段として第１及び第２の光センサ１５、１
６と異なる構成の光学センサを用いるようにしても良
い。

【００３１】さらに上述の実施例においては、第１及び
第２の軸半体２０、２１から形成される軸２２（図３）
が外筐１３に固定され、振子１４をベアリング２８（図
１〜図３）を介して当該軸２２に取り付けるようにして
軸部の磨耗等に起因する経時変化に対する信頼性の低下
を防止するようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、例えば図９に示すように、振子１４にベ
アリング２８に変えて先端部が尖つた軸７０を当該振子
１４に垂直に固定すると共に、ケース１１の内面１１Ａ
及びカバー１２の内面１２Ａにそれぞれ突起部１１Ａ
Ｘ、１２ＡＸを設け、これら突起部１１ＡＸ、１２ＡＸ
によつて軸７０を支持するようにして振子１４を外筐１
３内部に揺動自在に支持するようにしても良い。このよ
うにしても実施例の場合とほぼ同様に軸部の磨耗等に起
因する経時変化に対する信頼性の低下を防止することが
できる。

【００３２】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、振子を所
定方向に揺動自在に支持し、当該振子の原点位置からの
回転量を光学センサで検出するようにして傾き検出を行
うようにしたことにより、傾き検出結果が光学センサか
ら直接電気信号として出力される分、複雑な信号処理系
を必要とせずに傾き検出を行うことができると共に、振
子の回転量を当該振子と接触することなく検出すること
ができる分、全体として小型軽量に形成することがで
き、かくして傾き検出を容易に行い得る小型軽量な角度
センサを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による角度センサの全体構成を示す分解
斜視図である。

【図２】図１の角度センサの構成を示す透視図である。

【図３】図１の角度センサの構成を示す透視図である。

【図４】振子が原点位置からの傾いたときに第１及び第
２の光センサの各受光素子からそれぞれ出力される受光
信号の信号レベルの説明に供する透視図である。

【図５】振子が原点位置からの傾いたときに第１及び第
２の光センサの各受光素子からそれぞれ出力される受光
信号の信号レベルの説明に供する特性曲線図である。

【図６】信号処理回路の一構成例を示す回路図である。

【図７】傾き検出信号の説明に供する特性曲線図であ
る。

【図８】水平検出結果のビユーフアインダへの表示例を
示す略線図である。

【図９】他の実施例を示す略線的な断面図である。

【図１０】可搬型のビデオカメラに搭載された水平器を
示す斜視図である。

【図１１】可変抵抗を用いた従来の角度センサを示す略
線的な斜視図である。

【符号の説明】

１０……角度センサ、１１……ケース、１２……カバ
ー、１３……外筐、１４……振子、１５、１６……光セ
ンサ、２０、２１……軸半体、２２……軸、２３〜２５
……プレート、２６、２７……重り、２８……ベアリン
グ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振子と、 上記振子を所定方向に揺動自在に支持する支持手段と、 上記振子の原点位置からの回転量を検出し、検出結果を
   電気信号として出力する光学センサとを具えることを特
   徴とする角度センサ。
2. 【請求項２】上記光学センサは、 上記振子の回転方向のうちの上記原点位置を中心とした
   一方側に上記振子の所定部分の移動経路を挟むように固
   定配置された第１の発光素子及び第１の受光素子で構成
   されるフオトインタラプタ型の第１の光センサと、 上記振子の上記回転方向のうちの上記原点位置を中心と
   した他方側に、上記振子の所定部分の上記移動経路を挟
   むように固定配置された第２の発光素子及び第２の受光
   素子で構成されるフオトインタラプタ型の第２の光セン
   サとでなることを特徴とする請求項１に記載の角度セン
   サ。
3. 【請求項３】上記振子は、 プレートと、 上記プレートの一端部に固定された重りと、 上記プレートの他端部を貫通するように当該プレートに
   取り付けられたベアリングとを有し、 上記支持手段は、 上記ベアリングの内輪を貫通する軸と、 上記軸を固定保持する固定保持手段とを有することを特
   徴とする請求項１に記載の角度センサ。