(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、回転体１と、回転体１に形成されたセクタ検出用のデジタルコード列２と、回転体１に形成された回転角検出用のスリット列３と、デジタルコード列２と対向に配置された５個のセクタ検出用光学素子４，５，６，７，８，と、スリット列３と対向に配置された２個の回転角検出用光学素子９，１０とを備える。【選択図】図１
2006105920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、当該回転体に形成され、当該回転体の１回転を複数のセクタに分割するように形成された絶対角検出用のデジタルコード列と、当該デジタルコード列と対向に配置され、前記各セクタに固有のコード符号の組合せを出力するセクタ検出用光学素子群と、前記複数のセクタのそれぞれに対応して前記回転体に形成されたスリット列と、当該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体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】
前記デジタルコード列及び前記セクタ検出用光学素子群が、３６０度の公約数に設定された１セクタの角度に相当する分解能を有するグレイコードが得られるように構成されてい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】
前記スリット列は、前記回転体の回転中心からの距離が前記回転体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】
前記回転角検出用光学素子は、前記回転体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スリット列が移動したとき、前記複数の受光部に対する入射光量の差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、高分解能にしてかつ小型の絶対角検出装置に関する。
【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置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、回転体と、当該回転体に形成され、当該回転体の１回転を複数のセクタに分割するように形成された絶対角検出用のデジタルコード列と、当該デジタルコード列と対向に配置され、前記各セクタに固有のコード符号の組合せを出力するセクタ検出用光学素子群と、前記複数のセクタのそれぞれに対応して前記回転体に形成されたスリット列と、当該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体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、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配設するだけで１セクタ内の回転角検出を行うことができるので、セクタ検出用の光学素子群を加えても、公知例に係る絶対角検出装置に比べて備えるべき光学素子の総数を減少することができる。よって、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、前記デジタルコード列及び前記セクタ検出用光学素子群が、３６０度の公約数に設定された１セクタの角度に相当する分解能を有するグレイコードが得られるように構成されているという構成にした。
【０００９】
デジタルコードを用いる角度検出装置には、グレイコードを用いるもののほかに、インクリメンタル型コードを用いるもの及びＭ系列コードを用いるものなどがあるが、インクリメンタル型コードを用いるものは絶対角を検出できず、またＭ系列コードを用いるものはコードの読み出しにタイミングパルスを必要とするので構造が複雑になりやすい。これに対して、グレイコードを用いるものには、かかる不都合がなく、ビットの変化点を随時とらえてゆくだけで良く比較的簡単な構成で回転体の絶対角を検出することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記構成の絶対角検出装置において、前記スリット列は、前記回転体の回転中心からの距離が前記回転体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、回転体の回転に伴って、回転角検出用光学素子上を移動する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、前記回転角検出用光学素子は、前記回転体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スリット列が移動したとき、前記複数の受光部に対する入射光量の差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、回転体セクタ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の変動が小さいので、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、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体とセクタ検出用光学素子とを配置することにより、セクタ検出用光学素子上を移動するスリット列の第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、回転体のセクタ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、絶対角検出装置に、回転体と、当該回転体に形成され、当該回転体の１回転を複数のセクタに分割するように形成された絶対角検出用のデジタルコード列と、当該デジタルコード列と対向に配置され、前記各セクタに固有のコード符号の組合せを出力するセクタ検出用光学素子群と、前記複数のセクタのそれぞれに対応して前記回転体に形成されたスリット列と、当該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体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ので、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配設するだけで１セクタ内の回転角検出を行うことができ、セクタ検出用の光学素子群を加えても、公知例に係る絶対角検出装置に比べて備えるべき光学素子の総数を減少することができる。よって、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。
【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７に基づいて説明する。図１は回転体に形成されるセクタ検出用デジタルコード列及び回転角検出用スリット列の構成と回転体に対するセクタ検出用光学素子群及び回転角検出用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はセクタ検出用光学素子群を構成する各光学素子から出力されるコード符号とこれらのコード符号の組合せにより得られるグレイコードパターンの一例とを示す図、図４は回転ディスクと発光素子と受光素子との配置関係を示す要部断面図、図５は回転角検出用光学素子に備えられる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６は図５の受光素子の出力特性を示すグラフ図、図７は回転角検出用光学素子の受光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及び図２に示すように、本例の絶対角検出装置は、回転体１と、回転体１に形成されたセクタ検出用のデジタルコード列２と、回転体１に形成された回転角検出用のスリット列３と、デジタルコード列２と対向に配置された５個のセクタ検出用光学素子４，５，６，７，８と、スリット列３と対向に配置された２個の回転角検出用光学素子９，１０とを備えている。
【００１９】
回転体１は、支持体をなす円筒形の基部１１及び当該基部１１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１２と、当該ディスク取付部１２に同心に取り付けられた回転ディスク１３と、当該回転ディスク１３の脱落を防止するリング状のディスク押さえ１４とからなり、ディスク取付部１２の片面には、回転ディスク１３及びディスク押さえ１４を係合するための段部１２ａが形成され、ディスク取付部１２の他の片面には、デジタルコード列２を構成する突起１５が形成されている。前記基部１１、ディスク取付部１２及びディスク押さえ１４はプラスチックの成形体をもって形成されており、前記回転ディスク１３は金属板などの遮光性の板状体をもって形成されている。
【００２０】
回転ディスク１３は、段部１２ａの直径と略等しい内径とディスク取付部１２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、内周端を段部１２ａに嵌合し、内周部の外面をディスク押さえ１４ｃにて保持することにより基部１１に取り付けられる。これにより、回転ディスク１３の回転中心Ｏと基部１１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１２と回転ディスク１３とディスク押さえ１４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が、それらが一体的に形成されるものであれば良く、例えばそれらをアウトサート成形などによって一体化させたものでも良い。
【００２１】
デジタルコード列２は、例えば、図１に示すように、突起１５とスペース１６との組合せからなり、回転体の１回転を複数のセクタに分割するように形成されている。即ち、図１の例では、回転体１上のある基準位置Ａより時計回りの方向に９６度回転した位置から同方向に１０８度回転した位置まで、基準位置Ａより時計回りの方向に２２８度回転した位置から同方向に２４度回転した位置まで、及び基準位置Ａより時計回りの方向に２８８度回転した位置から同方向に４８度回転した位置までにそれぞれ突起１５が形成され、これら各突起１５の間がスペース１６になっている。
【００２２】
セクタ検出用光学素子４，５，６，７，８としては、発光素子と受光素子とを対向に配置して一体化したフォトインタラプタが用いられる。これらの各回転角検出用光学素子４，５，６，７，８は、図２に例示するように、発光素子４ａと受光素子４ｂとの間に形成されたスペース内に突起１５を挿通した状態で回路基板２３に実装される。回転体１に対して各セクタ検出用光学素子４，５，６，７，８は、図１に示すように、回転体１の基準位置Ａ、回転体１の基準位置Ａより７２度の位置、１４４度の位置、２１６度の位置及び２８８度の位置にそれぞれ設定される。
【００２３】
したがって、回転体１が時計回りの方向に回転されたとき、各セクタ検出用光学素子４，５，６，７，８からは、それぞれ図３（ｂ）に示すコード符号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５が出力される。これら各コード符号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の“１”、“０”を組み合わせて５ビットのコード列を生成すると、図３に示すように、どの桁から読み始めても同じコードが現れない（１００００）、（１１０００）、（１１１００）、（１１０１０）、（１１１１０）のコードの組合せよりなり、セクタ内で隣接するコードが１ビットずつ変化すると共にセクタ内の最初のコードと最後のコードとが１ビット変化する分解能が１２度の循環型グレイコードが得られる。よって、１回転内の各セクタを検出することができる。
【００２４】
スリット列３は、それぞれ回転中心Ｏからの距離が回転体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３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ、３ｌ、３ｍ、３ｎ、３ｏの集合からなる。回転体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を中心とする略スパイラル形状とすることができる。
【００２５】
図２及び図４に示すように、回転角検出用光学素子９，１０は、回転ディスク１３を介して対向に配置された発光素子２１と受光素子２２とからなり、これらの発光素子２１と受光素子２２とは、それぞれ回転ディスク１３の両側に配置された回路基板２３，２４上に実装され、回転ディスク１３を介して対向に配置される。また、回転角検出用光学素子９，１０は、図１に示すように、スリット列３の移動経路上であって、回転体１の基準位置Ａから１８０度の位置及びそこから回転体１の周方向に関して半セクタ分だけ離隔した位置に配置される。
【００２６】
発光素子２１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２２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５の受光素子２２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２２ａと第２受光部２２ｂとを有し、かつこれらの第１受光部２２ａと第２受光部２２ｂ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２２ａから出力される電流値をＩ１、第２受光部２２ｂ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２２は、第１受光部２２ａと第２受光部２２ｂの配列方向を回転ディスク１３の半径方向に合致させて回路基板２４上に実装される。
【００２７】
したがって、スリット列３を構成する各スリット３ａ〜３ｏを透過した発光素子２１からの出射光Ｌは、図５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２２ａ，２２ｂ上に帯状に照射される。また、回転体１の回転に伴って受光素子２２上を通過する各スリット３ａ〜３ｏの位置が回転体１の半径方向に変化するので、各スリット３ａ〜３ｏを透過した発光素子２１からの出射光Ｌは、図５に示すように、受光素子２２の第１受光部２２ａ側から第２受光部２２ｂ側に、又は第２受光部２２ｂ側から第１受光部２２ａ側に移動する。受光素子２２から出力される差動電流値Ｉは、図６に示すように、受光素子２２の長辺方向の中央位置と出射光Ｌの照射位置間の距離に比例するので、回転角検出用光学素子９，１０の受光素子２２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体１の１セクタ内の回転角度を検出することができる。
【００２８】
即ち、スリット列３は、回転中心Ｏからの距離が回転体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３ａ〜３ｏ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９，１０の受光素子２２からは、図７（ａ），（ｂ）に示すように、回転体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Ｓ１，Ｓ２が出力される。よって、これら各差動電流値信号Ｓ１，Ｓ２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７の例においては、角度範囲Ａ，Ｃでは差動電流値信号Ｓ２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Ｓ１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９，１０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各スリット３ａ〜３ｏ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】
したがって、本例の絶対角検出装置は、デジタルコード列２とセクタ検出用光学素子４，５，６，７，８とをもって検出されるセクタ検出信号及びスリット列３と回転角検出用光学素子９，１０とをもって検出される回転角検出信号を組み合わせることにより、１回転内の絶対角を検出することができる。
【００３０】
本例の絶対角検出装置は、かかる構成を有することから、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る。よって、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。
【００３１】
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２２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。
【００３２】
また、前記実施形態例においては、１回転を３０のセクタに分割したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、３６０度の公約数でかつ分割数が偶数になる任意のセクタ数に分割することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】回転体に形成されるセクタ検出用デジタルコード列及び回転角検出用スリット列の構成と回転体に対するセクタ検出用光学素子群及び回転角検出用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】セクタ検出用光学素子群を構成する各光学素子から出力されるコード符号とこれらのコード符号の組合せにより得られるグレイコードパターンの一例とを示す図である。
【図４】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５】回転角検出用光学素子に備えられる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６】図５の受光素子の出力特性を示すグラフ図である。
【図７】回転角検出用光学素子の受光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】
【００３４】
１    回転体
２    セクタ検出用のデジタルコード列
３    回転角検出用のスリット列
４，５，６，７，８    セクタ検出用光学素子
９，１０    回転角検出用光学素子
１３    回転ディスク
１５    デジタルコード列２を構成する突起
１６    デジタルコード列２を構成するスペース
２１    発光素子
２２    受光素子
２２ａ    第１受光部
２２ｂ    第２受光部
【図１】
2006105920.tif 000003
【図２】
2006105920.tif 000004
【図３】
2006105920.tif 000005
【図４】
2006105920.tif 000006
【図５】
2006105920.tif 000007
【図６】
2006105920.tif 000008
【図７】
2006105920.tif 000009