(57)【要約】【課題】高分解能にして小型かつ低コストの絶対角検出装置を提供する。【解決手段】絶対角検出装置に、回転可能に保持された回転ディスク１と、回転ディスク１に形成され、回転ディスク１の１回転を分割する複数のセクタを識別するための第１スリット列３と、第１スリット列３と対向に配置され、各セクタに固有の差動電流値Ｉを出力するセクタ検出用光学素子５と、複数のセクタのそれぞれに対応させて回転ディスク１の周方向に繰り返し形成された第２スリット列４と、第２スリット列４と対向に配置され、各セクタ内における回転ディスク１の回転角に応じた差動電流値Ｉを出力する回転角検出用光学素子６，７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に保持された回転ディスクと、当該回転ディスクに形成され、当該回転ディスクの１回転を複数のセクタに分割する第１スリット列と、当該第１スリット列と対向に配置され、前記各セクタに固有のアナログ信号を出力するセクタ検出用光学素子と、前記複数のセクタのそれぞれに対応して前記回転ディスクに形成された第２スリット列と、当該第２スリット列と対向に配置され、各セクタ内における前記回転ディスクの回転角に応じたアナログ信号を出力する回転角検出用光学素子とを備えたことを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項２】
前記第１スリット列は、それぞれ前記回転ディスクの回転中心を中心とする円弧形に形成され、かつ所定角度毎に前記回転ディスクの回転中心からの距離が変化する複数のスリットの集合からなることを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
【請求項３】
前記第２スリット列は、前記回転ディスクの回転中心からの距離が前記回転ディスクの回転角度に応じて単調増加又は単調減少する形状に形成され、かつ前記各セクタ毎に一定形状で繰り返される複数のスリットの集合からなることを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
【請求項４】
前記セクタ検出用光学素子及び前記回転角検出用光学素子は、前記回転ディスクを介して対向に配置された発光素子と受光素子とからなり、前記受光素子は、分割線に沿って分割された複数の受光部を有し、前記受光素子と前記発光素子との間を前記第１スリット列又は前記第２スリット列が移動したとき、前記複数の受光部に対する前記第１スリット列又は前記第２スリット列の移動位置に応じた差動信号を出力する差動出力素子からなることを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
【請求項５】
前記差動出力素子として、くさび形状又は鋸歯形状の分割線に沿って分割された第１受光部と第２受光部とを有する２分割フォトダイオードを用いたことを特徴とする請求項４に記載の絶対角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶対角検出装置に係り、特に、回転ディスクに形成されるスリット列の構成と、これと対向に配置される検出素子の配列とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車には舵角センサとして絶対角検出装置が備えられているが、自動車用の絶対角検出装置はサスペンションや車輪などの保安装置の制御に適用されるものであるので、高精度の制御を実現するため、０．５度乃至２度程度の高い分解能を有していることが要求される。
【０００３】
従来より、この種の絶対角検出装置としては、回転ディスクに１列のコードパターン列を形成し、当該コードパターン列に９個の検出素子を対向に配置して、１セクタが３６０度で分解能２度を実現したもの、及び回転ディスクに３列のコードパターン列を形成し、各コードパターン列に合計９個の検出素子を対向に配置して、１セクタが３６０度で分解能１．１２５度を実現したもの、並びに回転ディスクに２列のコードパターン列を形成し、各コードパターン列に合計１０個の検出素子を対向に配置して、１セクタが３６０度で分解能０．９度を実現したもの（例えば、特許文献１参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２８３９６号公報（図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記公知例に係る絶対角検出装置は、９個又は１０個もの検出素子を備えるので、これら多数の検出素子の設定に大きなスペースを必要とし、装置が大型化するという不都合がある。また、検出素子数が多いこと及びこれら多数の検出素子の設定に多大な労力を要することから、装置が高コスト化するという不都合もある。さらには、検出素子数が多いために所定の位置に所定の検出素子を精度良く設定することが困難で、高分解能の絶対角検出装置を得ることが事実上難しいという不都合もある。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、高分解能にして小型かつ低コストの絶対角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するため、絶対角検出装置を、回転可能に保持された回転ディスクと、当該回転ディスクに形成され、当該回転ディスクの１回転を複数のセクタに分割する第１スリット列と、当該第１スリット列と対向に配置され、前記各セクタに固有のアナログ信号を出力するセクタ検出用光学素子と、前記複数のセクタのそれぞれに対応して前記回転ディスクに形成された第２スリット列と、当該第２スリット列と対向に配置され、各セクタ内における前記回転ディスクの回転角に応じたアナログ信号を出力する回転角検出用光学素子とを備えるという構成にした。
【０００７】
かかる構成によると、第１スリット列に対向させて１個のセクタ検出用光学素子を配設すると共に第２スリット列に対向させて最小限１個の回転角検出用光学素子を備えるだけで１回転内の絶対角を検出できるので、光学素子を設定するに必要なスペースを小さくでき、絶対角検出装置の小型化を図ることができる。また、光学素子数が少ないこと及び光学素子の設定が容易になることから、絶対角検出装置を低コスト化することができる。さらには、光学素子数が少ないために所定の位置に所定の光学素子を精度良く設定することができ、高分解能の絶対角検出装置を得ることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記構成の絶対角検出装置において、前記第１スリット列は、それぞれ前記回転ディスクの回転中心を中心とする円弧形に形成され、かつ所定角度毎に前記回転ディスクの回転中心からの距離が変化する複数のスリットの集合からなるという構成にした。
【０００９】
かかる構成によると、回転ディスクの回転に伴って、セクタ検出用光学素子上を移動する第１スリット列の位置を、各セクタ毎に段階的に変化させることができるので、このセクタ検出用光学素子に対する第１スリット列の移動位置をセクタ検出用光学素子で検出することにより、各セクタの検出を高精度に行うことができる。
【００１０】
また、本発明は、前記構成の絶対角検出装置において、前記第２スリット列は、前記回転ディスクの回転中心からの距離が前記回転ディスクの回転角度に応じて単調増加又は単調減少する形状に形成され、かつ前記各セクタ毎に一定形状で繰り返される複数のスリットの集合からなるという構成にした。
【００１１】
かかる構成によると、回転ディスクの回転に伴って、回転角検出用光学素子上を移動する第２スリット列の位置を、各セクタ毎に一律かつ連続的に変化させることができるので、この回転角検出用光学素子に対する第２スリット列の移動位置を回転角検出用光学素子で検出することにより、各セクタ内の角度検出を高精度に行うことができる。
【００１２】
また、本発明は、前記構成の絶対角検出装置において、前記セクタ検出用光学素子及び前記回転角検出用光学素子は、前記回転ディスクを介して対向に配置された発光素子と受光素子とからなり、前記受光素子は、分割線に沿って分割された複数の受光部を有し、前記受光素子と前記発光素子との間を前記第１スリット列又は前記第２スリット列が移動したとき、前記複数の受光部に対する前記第１スリット列又は前記第２スリット列の移動位置に応じた差動信号を出力する差動出力素子からなるという構成にした。
【００１３】
かかる構成によると、セクタ検出用光学素子上を移動する第１スリット列の位置及び回転角検出用光学素子上を移動する第２スリット列の位置に応じた差動信号を得ることができるので、回転ディスクのセクタ検出及び各セクタ内の角度検出を高精度に行うことができる。しかも、発光素子の発光強度が経年的に低下したとしても、各受光部間の受光量比率が変動しないので、絶対角検出装置の耐久性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記構成の絶対角検出装置において、前記差動出力素子として、くさび形状又は鋸歯形状の分割線に沿って分割された第１受光部と第２受光部とを有する２分割フォトダイオードを用いるという構成にした。
【００１５】
かかる構成によると、第１スリット列及び第２スリット列の移動方向に対して第１受光部と第２受光部の配設方向が直交するように回転ディスクと各光学素子とを配置することにより、各光学素子上を移動する各スリット列の第１受光部と第２受光部の配設方向への移動を高感度に検出ことができるので、回転ディスクのセクタ検出及び各セクタ内の角度検出を高精度に行うことができる。特に、第１受光部と第２受光部とが複数のくさび形状を連続させた鋸歯状の分割線に沿って２分割されている場合には、スリットを通過した光の帯が鋸歯状分割線の複数個所を横切って第１及び第２受光部上に照射されるため、発光ダイオードのように照射光量が不均一なものを発光素子として用いた場合、或いは発光素子や受光素子にゴミ等の異物が付着した場合でも、第１及び第２受光部間の受光量比率の不要な変動を抑制することができ、高精度な絶対角検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の絶対角検出装置は、回転可能に保持された回転ディスクと、当該回転ディスクに形成され、当該回転ディスクの１回転を複数のセクタに分割する第１スリット列と、当該第１スリット列と対向に配置され、前記複数のセクタのそれぞれに固有のアナログ信号を出力するセクタ検出用光学素子と、前記複数のセクタのそれぞれに対応して前記回転ディスクに形成された第２スリット列と、当該第２スリット列と対向に配置され、各セクタ内における前記回転ディスクの回転角に応じたアナログ信号を出力する回転角検出用光学素子とを備えるので、第１スリット列に対向させて１個のセクタ検出用光学素子を配設すると共に第２スリット列に対向させて最小限１個の回転角検出用光学素子を備えるだけで１回転内の絶対角を検出でき、絶対角検出装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る絶対角検出装置の実施形態例を、図１乃至図６に基づいて説明する。図１は回転ディスクに開設されるスリット列の構成と回転ディスクに対する光学素子の配列とを示す平面図、図２は図１のII−II断面図、図３は回転ディスクと発光素子と受光素子との配列を示す要部断面図、図４は受光素子の構成とスリットを透過した帯状の光との関係を示す平面図、図５は図４の受光素子の出力特性を示すグラフ図、図６はセクタ検出用光学素子及び回転角検出用光学素子から出力される差動電流値信号を示すグラフ図である。
【００１８】
図１乃至図３に示すように、本例の絶対角検出装置は、回転ディスク１と、回転ディスク１の支持体２と、回転ディスク１に形成された第１スリット列３及び第２スリット列４と、第１スリット列３と対向に配置されたセクタ検出用光学素子５と、第２スリット列４と対向に配置された２個の回転角検出用光学素子６，７とを備えている。
【００１９】
支持体２は、円筒形の基部２ａと、当該基部２ａの外面より垂直に起立されたリング状のディスク取付部２ｂと、当該ディスク取付部２ｂに付設されるリング状のディスク押さえ部２ｃとからなり、ディスク取付部２ｂの片面には、回転ディスク１及びディスク押さえ部２ｃを係合するための段部２ｄが形成されている。この支持体２は、プラスチックの成形体をもって形成される。
【００２０】
回転ディスク１は、段部２ｄの直径と略等しい内径とディスク取付部２ｂの外形よりも大きな外径とを有するリング状に形成されており、例えば金属板などの遮光性の板状体をもって形成される。この回転ディスク１は、内周端を段部２ｄに嵌合し、内周部の外面をディスク押さえ部２ｃにて保持することにより支持体２に取り付けられる。これにより、回転ディスク１の回転中心Ｏと支持体２の回転中心Ｏ′とを合致させることができる。なお、ディスク取付部２ｂと回転ディスク１とディスク押さえ部２ｃとは、接着又は熱かしめなどの手段によって一体化される。なお、回転ディスク１と支持体２とは、一体的に形成されていれば良く、それら両者がアウト成形などで一体化されていても良い。
【００２１】
第１スリット列３は、図１に示すように、回転ディスク１の１回転を分割した複数のセクタ毎に回転ディスク１の回転中心Ｏを中心とする円弧形に形成され、かつ所定角度毎に回転中心Ｏからの距離が変化する複数のスリットの集合からなる。なお、図１の例では、回転ディスク１の１回転が１５のセクタに分割されて、１セクタが２４度に設定された場合が例示されており、第１スリット列３が８本のスリット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈの集合をもって形成されている。
【００２２】
即ち、スリット３ａは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒの円弧形であり、回転ディスク１上のある基準位置Ａから２セクタ分の角度範囲にわたって形成される。スリット３ｂは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒ＋ｓの円弧形であり、基準位置Ａより１セクタ分時計回りの方向に回転した位置から３セクタ分の角度範囲にわたって形成される。スリット３ｃは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒ＋２ｓの円弧形であり、基準位置Ａより３セクタ分時計回りの方向に回転した位置から３セクタ分の角度範囲にわたって形成される。スリット３ｄは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒ＋３ｓの円弧形であり、基準位置Ａより５セクタ分時計回りの方向に回転した位置から３セクタ分の角度範囲にわたって形成される。スリット３ｅは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒ＋４ｓの円弧形であり、基準位置Ａより７セクタ分時計回りの方向に回転した位置から３セクタ分の角度範囲にわたって形成される。スリット３ｆは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒ＋５ｓの円弧形であり、基準位置Ａより９セクタ分時計回りの方向に回転した位置から３セクタ分の角度範囲にわたって形成される。スリット３ｇは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒ＋６ｓの円弧形であり、基準位置Ａより１１セクタ分時計回りの方向に回転した位置から３セクタ分の角度範囲にわたって形成される。スリット３ｈは、回転中心Ｏを中心とする半径ｒ＋７ｓの円弧形であり、基準位置Ａより１３セクタ分時計回りの方向に回転した位置から２セクタ分の角度範囲にわたって形成される。このようにスリット３ａ〜３ｈを配置すると、スリット３ａ〜３ｈを周方向に途切れることなく形成できるので、連続的な検出信号を得ることができる。また、上記構成によれば、８本のスリットで１５セクタを検出することができるので、各セクタ毎に回転ディスク１の回転中心Ｏからの距離が異なる１５本のスリットを形成する場合に比べて第１スリット列３を構成するスリットの数を半減することができ、回転ディスク１及びセクタ検出用光学素子５の小型化、ひいては絶対角検出装置の小型化を図ることができる。
【００２３】
第２スリット列４は、回転中心Ｏからの距離が回転ディスク１の回転角度に応じて単調増加又は単調減少する形状に形成され、かつ各セクタ毎に一定形状で繰り返される複数のスリット４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｎ、４ｏの集合からなる。回転ディスク１の回転角度に応じて単調増加又は単調減少する形状としては、図１に示すように、回転中心Ｏを中心とするスパイラル形状とすることができる。
【００２４】
図３に示すように、セクタ検出用光学素子５及び回転角検出用光学素子６，７は、回転ディスク１を介して対向に配置された発光素子９と受光素子１０とからなり、セクタ検出用光学素子５及び回転角検出用光学素子６，７を構成する各発光素子９及び受光素子１０は、それぞれ１つの回路基板上に実装される。セクタ検出用光学素子５は、図１に示すように、第１スリット列３の移動経路上に配置される。また、回転角検出用光学素子６，７は、図１に示すように、第２スリット列４の移動経路上にそれぞれ半セクタ分回転ディスク１の周方向に離隔して配置される。
【００２５】
発光素子９としては、発光ダイオードなどが用いられる。また、受光素子１０としては、分割線により分割された複数の受光部を有し、各受光部の受光量の差に応じた差動信号を出力する差動出力素子、例えば差動式２分割フォトダイオードが用いられる。図４の受光素子１０は、全体の形状が長方形に形成され、複数のくさび形状を連続させた鋸歯状の分割線により分割された第１受光部１０ａと第２受光部１０ｂとを有し、かつこれらの第１受光部１０ａと第２受光部１０ｂとが短辺側で対向するように配置された差動式２分割フォトダイオードであって、第１受光部１０ａから出力される電流値をＩ１、第２受光部１５ｂから出力される電流値をＩ２としたとき、
Ｉ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）
の計算式で算出される差動電流値Ｉを出力するように構成されている。この受光素子１０は、第１受光部１０ａと第２受光部１０ｂの配列方向を回転ディスク１の半径方向に合致させて回路基板１２上に実装される。
【００２６】
したがって、第１スリット列３を構成する各スリット３ａ〜３ｈ及び第２スリット列４を構成する各スリット４ａ〜４ｏを透過した発光素子９からの出射光Ｌは、図４に示すように、鋸歯状分割線の複数個所を横切って第１及び第２受光部１０ａ，１０ｂ上に帯状に照射される。また、回転ディスク１の回転に伴って受光素子１０上を通過する各スリット３ａ〜３ｈ、４ａ〜４ｏの位置が回転ディスク１の半径方向に変化するので、各スリット３ａ〜３ｈ、４ａ〜４ｏを透過した発光素子９からの出射光Ｌは、図４に示すように、受光素子１０の第１受光部１０ａ側から第２受光部１０ｂ側に、又は第２受光部１０ｂ側から第１受光部１０ａ側に移動する。受光素子１０から出力される差動電流値Ｉは、図５に示すように、受光素子１０に対する各スリットの位置、即ち、受光素子１０の長辺方向における出射光Ｌの照射位置とセンター位置との間の距離に比例するので、セクタ検出用光学素子５の受光素子１０から出力される差動電流値Ｉを検出することにより回転ディスク１のセクタ位置を検出することができ、また、回転角検出用光学素子６，７の受光素子１０から出力される差動電流値Ｉを検出することによりセクタ内の回転角度を検出することができて、これらの各検出結果より回転ディスク１の絶対角を求めることができる。
【００２７】
即ち、第１スリット列３は、それぞれ回転ディスク１の回転中心Ｏを中心とする円弧形に形成され、かつ所定角度毎に回転中心Ｏからの距離が変化するスリット３ａ〜３ｈの集合からなるので、これと対向に配置されたセクタ検出用光学素子５の受光素子１０からは、図６の（ａ）に示すように、回転ディスク１の回転位置に応じて各セクタ毎に段階的に変化する差動電流値信号Ｓ１が出力されるので、差動電流値Ｉのレベルを判定することによって１回転内のセクタ位置を検出することができる。
【００２８】
また、第２スリット列４は、回転中心Ｏからの距離が回転ディスク１の回転角度に応じて単調増加又は単調減少する形状に形成され、かつ各セクタ毎に一定形状で繰り返されるスリット４ａ〜４ｏの集合からなるので、これと対向に配置され、かつ回転ディスク１の周方向に半セクタ分だけ離隔した位置に配置された２つの回転角検出用光学素子６，７の受光素子１０からは、図６の（ｂ），（ｃ）に示すように、回転ディスク１の回転位置に応じて位相が半セクタ分ずれ、かつ各セクタ毎に波状に変化する差動電流値信号Ｓ２，Ｓ３が出力される。よって、これら各差動電流値信号Ｓ２，Ｓ３のリニアな部分から差動電流値Ｉを検出することにより、各１セクタ内の角度位置を検出することができる。即ち、図６の例においては、角度範囲Ａ，Ｃでは差動電流値信号Ｓ３から１セクタ内の角度位置を検出し、角度範囲Ｂでは差動電流値信号Ｓ２から同一セクタ内の角度位置を検出する。なお、本例においては、２つの回転角検出用光学素子６，７を備えたが、各セクタ毎にリニアな差動電流値信号が出力されるように第２スリット列４を構成する各スリット４ａ〜４ｏが形成されている場合には、最小限１つの回転角検出用光学素子を備えれば足りる。
【００２９】
本例の絶対角検出装置は、回転可能に保持された回転ディスク１と、回転ディスク１に形成され、回転ディスク１の１回転を複数のセクタに分割する第１スリット列３と、第１スリット列３と対向に配置され、各セクタに固有の差動電流値信号Ｓ１を出力するセクタ検出用光学素子５と、前記複数のセクタのそれぞれに対応して前記回転ディスク１に形成された第２スリット列４と、当該第２スリット列４と対向に配置され、各セクタ内における前記回転ディスク１の回転角に応じた差動電流値信号Ｓ２，Ｓ３を出力する回転角検出用光学素子６，７とから構成されるので、従来の絶対角検出装置に比べて検出素子数を格段に減少することができ、絶対角検出装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
なお、前記実施形態例においては、受光部が鋸歯状の分割線で分割された受光素子１０を備えたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、所要の差動電流値信号が得られるものであれば、受光部がくさび形状の分割線で分割されたものや、フォトダイオードの表面抵抗を利用したスポット光の位置センサ（ＰＳＤ）など、任意の受光部を有する受光素子を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】回転ディスクに開設されるスリット列の構成と回転ディスクに対する光学素子の配列とを示す平面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】回転ディスクと発光素子と受光素子との配列を示す要部断面図である。
【図４】受光素子の構成とスリットを透過した帯状の光との関係を示す平面図である。
【図５】図４の受光素子の出力特性を示すグラフ図である。
【図６】セクタ検出用光学素子及び回転角検出用光学素子から出力される差動電流値信号を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    回転ディスク
３    第１スリット列
３ａ〜３ｈ    スリット
４    第２スリット列
４ａ〜４ｏ    スリット
５    セクタ検出用光学素子
６，７    回転角検出用光学素子
９    発光素子
１０    受光素子
１０ａ    第１受光部
１０ｂ    第２受光部
【図１】
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【図２】
2006084349.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006084349.tif 000006
【図５】
2006084349.tif 000007
【図６】
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