(57)【要約】【課題】簡易なスリット構造でありながら、検出対象の回転角度にかかる分解能の向上を図ることのできる回転角度検出装置を提供する。【解決手段】当該回転角度検出装置は、回転角度の検出対象とするステアリングシャフト２と同期して回転するとともに回転軸心Ｃ１を含むＴ字型のスリット２２および３２の形成された第１および第２のサブギア２０および３０と、これら両サブギア２０および３０の表面に向けて光を照射する発光ダイオードと、これら両サブギア２０および３０の裏面に対向して配置されるとともにこれら両サブギア２０および３０の回転軸を円心とする円に沿って配列された複数の受光素子を有するイメージセンサと、を備えて構成される。そして、発光ダイオードから照射されてスリット２２および３２を通過した光を感知した受光素子の識別のもとに、ステアリングシャフト２の回転角度を検出する。【選択図】図１
2007171008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転角度の検出対象となる回転体と同期回転する回転盤と、
その回転盤の回転軸心からその径方向に伸びる線分に沿って直線状に形成されたスリットと、
前記回転盤の一方の面に向けて光を照射する発光素子と、
前記回転盤の他方の面に対向して配置されるとともに同回転盤の回転軸を円心とする円に沿って配列された複数の受光素子と、
を備えるとともに、前記発光素子から照射されて前記スリットを通過した光を感知した受光素子の識別のもとに前記回転体の回転角度を検出する
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記回転盤に形成される前記スリットとして、同回転盤の回転軸周りに１８０度の間隔をおいて形成された第１および第２のスリットと、前記回転盤の回転軸周りにおいてそれら第１および第２のスリットとは異なる方向に形成された第３のスリットと、を備える
請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記第３のスリットは、前記第１および第２のスリットに対して直交する方向に形成されてなる
請求項２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記第１〜第３のスリットを通過した光を感知する３つの受光素子の位置関係に基づき前記第１および第２のスリットを通過した光を感知した受光素子をそれぞれ特定し、
前記第１のスリットを通過した光を感知したことが特定された受光素子の位置に対して前記円心と軸対称となる前記円上の位置と前記第２のスリットを通過した光を感知したことが特定された受光素子の位置との偏差を求め、
更に前記第１のスリットを通過した光を感知したことが特定された受光素子の位置からその求められた偏差の半分だけ前記円上でずれた位置を基準として前記回転角度の検出を行う
請求項２または３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記回転盤として前記回転体に対する回転比の異なる２つの回転盤を有し、且つそれら２つの回転盤に対して前記スリット、前記発光素子、および前記受光素子がそれぞれ個別に設けられてなる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記回転体は、ステアリングシャフトである
請求項１〜５のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばステアリング角度センサに適用して有益な回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回転角度検出装置としては、例えば特許文献１に見られるように、グレイコード或いはＭ系列コードを構成するスリットの形成された目盛板を採用した回転角度検出装置が知られている。このような回転角度検出装置も含めて従来一般に知られている回転角度検出装置について図１２を参照して説明する。
【０００３】
同図１２に示すように、この回転角度検出装置は、環状に形成された目盛板１００をはじめとして、該目盛板１００に向けて光を照射する発光部１０１、該発光部１０１から照射されて同目盛板１００に形成されたスリット１００ａを通過した光を受光する受光部１０２を中心に構成されている。ここで、目盛板１００は図示しないステアリングシャフトに同期して回転可能に軸支されているとともに、その周方向の幅の広狭によってビット系列を構成するスリット１００ａが目盛板１００の周縁部の全周にわたって形成されている。一方、発光部１０１は先の目盛板１００の下方に配設されているとともに、光を照射する発光ダイオード１０３、該発光ダイオード１０３から照射された光を平行光に変更するコリメーションレンズ１０４、およびこの平行光の進路を変更するプリズム１０５を有して構成されている。他方、受光部１０２は先の目盛板１００の上方に配設されているとともに、入射する平行光の進路を変更するプリズム１０６、該プリズム１０６から入射する平行光を集光するレンズ１０７,１０８、およびこれら両レンズ１０７,１０８によって集光された光を受光するリニアイメージセンサ１０９を有して構成されている。
【０００４】
このように構成された回転角度検出装置にあって、図示しないステアリングシャフトの回転角度を検出するに際しては、まず、発光ダイオード１０３から光が照射される。そして、この照射された光は、図１２中の光路Ｌをたどり、コリメーションレンズ１０４、プリズム１０５を順に通過し、目盛板１００に入射する。上述のように、目盛板１００はステアリングシャフトの回転に同期して回転するため、この目盛板１００に入射した光は、この目盛板１００に形成されたスリット１００ａに対向するときのみ通過する。この通過した光は、さらにプリズム１０６にてその進路を変更され、レンズ１０７,１０８によって集光された上で、リニアイメージセンサ１０９にて受光される。こうして受光されるスリット１００ａのパターンにより、目盛板１００の回転位置が把握され、該目盛板１００の回転角度、ひいてはステアリングシャフトの回転角度が検出されることとなる。
【特許文献１】特開平５−１７２５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年、上記従来の回転角度検出装置を含め、回転角度検出装置に対しては、回転角度のより高い分解能が必要とされている。こうした必要に対応するには、より多くのスリット１００ａを目盛板１００の周縁部に形成することが考えられる。しかしそうした場合には、スリット１００ａの加工に際して自ずと高い加工精度が必要となってしまう。また、このような高い加工精度を要することなく上記必要に対応するには、目盛板１００の直径を大きくし、この大きくした目盛板１００に対してスリット１００ａを形成することで、その全周に対するスリット１００ａの密度を高めることが考えられる。しかしそうした場合にあっては、目盛板１００の大型化、すなわち回転角度検出装置自体の体格の大型化が避けられない。
【０００６】
一方、上記従来の回転角度検出装置にあっては、上記プリズム１０５、目盛板１００、およびプリズム１０６の正確な対向関係、すなわちこれら各要素の正確な組み付けがその前提となっている。しかしながら、上記プリズム１０５、目盛板１００、およびプリズム１０６の対向位置がわずかに崩れると、リニアイメージセンサ１０９においては、実際の回転角度を反映したスリット１００ａのパターンを取得することができず、回転角度の正確な検出が難しくなる。すなわち、回転角度検出装置としての信頼性の低下が懸念されるようになる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、簡易なスリット構造でありながら、検出対象の回転角度にかかる分解能の向上を図ることのできる回転角度検出装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、スリットの組み付け精度を高く維持することができない場合であれ、信頼性の高い検出を行うことのできる回転角度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】
【０００９】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転角度の検出対象となる回転体と同期回転する回転盤と、その回転盤の回転軸心からその径方向に伸びる線分に沿って直線状に形成されたスリットと、前記回転盤の一方の面に向けて光を照射する発光素子と、前記回転盤の他方の面に対向して配置されるとともに同回転盤の回転軸を円心とする円に沿って配列された複数の受光素子と、を備える回転角度検出装置として、前記発光素子から照射されて前記スリットを通過した光を感知した受光素子の識別のもとに前記回転体の回転角度を検出することとした。  
【００１０】
回転角度検出装置としてのこのような構成では、発光素子から照射されてスリットを通過した光は、円に沿って配列された複数の受光素子のうち、そのスリットの方向に対応した方向に位置する受光素子に到達する。ここで回転角度の検出対象となる回転体の回転に同期して回転盤の回転角度が変化すると、その回転盤に形成されたスリットの回転軸周りの方向も変化するため、発光素子から照射されてそのスリットを通過した光の到達する受光素子も変化する。そのため、光を感知した受光素子の位置から、回転盤の回転角度が、ひいては回転体の回転角度を求めることができる。この場合、回転盤に多数のスリットを設けずとも、半導体プロセスによる微細化技術の確立された受光素子の配列数を増加させることで回転角度検出の分解能を比較的容易に高めることができる。  
【００１１】
ところで、こうした回転角度検出装置では、受光素子の配列円の円心が回転盤の回転軸からずれてしまうと、回転角度の検出結果に誤差が生じてしまう。特に、回転角度検出の分解能の高い検出装置では、そうした軸のずれの影響が著しく大きくなる。
【００１２】
その点、上記請求項１に記載の回転角度検出装置において、例えば請求項２に記載の発明によるように、前記回転盤に形成される前記スリットとして、同回転盤の回転軸周りに１８０度の間隔をおいて形成された第１および第２のスリットと、前記回転盤の回転軸周りにおいてそれら第１および第２のスリットとは異なる方向に形成された第３のスリットと、を備えるようにすれば、そうした軸のずれを補償することが可能となる。  
【００１３】
具体的には、例えば請求項４に記載の発明によるように、前記第１〜第３のスリットを通過した光を感知する３つの受光素子の位置関係に基づき前記第１および第２のスリットを通過した光を感知した受光素子をそれぞれ特定し、前記第１のスリットを通過した光を感知したことが特定された受光素子の位置に対して前記円心と軸対称となる前記円上の位置と前記第２のスリットを通過した光を感知したことが特定された受光素子の位置との偏差を求め、さらに前記第１のスリットを通過した光を感知したことが特定された受光素子の位置からその求められた偏差の半分だけ前記円上でずれた位置を基準として前記回転角度の検出を行うようにすればよい。  
【００１４】
なお、こうした態様での軸のずれの補償では、補償可能な軸ずれの範囲に限界があるものの、例えば請求項３に記載の発明によるように、前記第３のスリットを、前記第１および第２のスリットに対して直交する方向に形成することとすれば、その範囲を可能な限り広げることができるようになる。  
【００１５】
また、上記請求項１〜４のいずれかに記載の構成において、例えば請求項５に記載の発明によるように、前記回転盤として前記回転体に対する回転比の異なる２つの回転盤を有し、且つそれら２つの回転盤に対して前記スリット、前記発光素子、および前記受光素子をそれぞれ個別に設けることとすれば、前記回転体の回転角度の検出範囲を、前記回転比の設定を通じて、調整することができるようになる。
【００１６】
なお、上記請求項１〜５のいずれかに記載の構成において、例えば請求項６に記載の発明によるように、前記回転体として、ステアリングシャフトを採用することができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明にかかる回転角度検出装置を自動車のステアリング角度検出装置に適用した一実施の形態について図１〜図１１に基づき説明する。
図１および図２は、この実施の形態にかかる回転角度検出装置を例えば自動車のステアリング角度検出装置に適用する場合について、その平面構造および側面構造をそれぞれ模式的に示したものである。また、図３は、サブギアの平面構造を示したものであり、図４は、イメージセンサ上に配設される受光素子群の配置態様を平面方向から模式的に示したものである。はじめに、これら図１〜図４を併せ参照して、この実施の形態の構成および作用について説明する。
【００１８】
図１に示すように、この実施の形態は基本的に、筒状のハウジング１の内部に、回転角度の検出対象となるステアリングシャフト（回転体）２、このステアリングシャフト２と同期回転する第１のサブギア（回転盤）２０、および同じく同ステアリングシャフト２と同期回転する第２のサブギア（回転盤）３０などを有して構成されている。
【００１９】
詳しくは、ステアリングシャフト２は、ハウジング１に回転可能に軸支されているとともに、その先端部には、図示しないステアリングホイールが連結されている。また、このステアリングシャフト２は、図１に示すように、ｎ個（この実施の形態では１０２個）のギア歯１１の形成されたメインギア１０がその外周に一体に形成されている。一方、第１のサブギア２０および第２のサブギア３０は、ハウジング１内部の右方に回転可能に軸支されているとともに、先のメインギア１０と同様、第１のサブギア２０の外周にはｍ個（この実施の形態では５１個）のギア歯２１が、第２のサブギア３０の外周にはＬ個（この実施の形態では５４個）のギア歯３１が、それぞれ形成されている。そして、メインギア１０のギア歯１１は、図１に示されるように、第１のサブギア２０のギア歯２１および第２のサブギア３０のギア歯３１にそれぞれ噛合されている。そのため、これら第１および第２のサブギア２０および３０はそれぞれ、ステアリングシャフト２に対して回転比が異なっている。なお、後に図３を用いて詳述するが、図１に示すように、これら両サブギア２０および３０の中央部には、いわゆるＴ字型のスリット２２および３２がそれぞれ形成されている。また、これら両サブギア２０および３０は、Ｔ字型のスリット２２および３２、発光ダイオード４０ａおよび４０ｂ、イメージセンサ５０ａおよび５０ｂなどがそれぞれ個別に設けられて構成されており、ほぼ同一の構造を有している。そのため、以下の図２〜図４においては、同一の部材に対しそれぞれ２つ符号を付して示すことで、重複する図示を割愛している。
【００２０】
図２に、その側面構造を示すように、両サブギア２０および３０の上方には、発光ダイオード（発光素子）４０ａおよび４０ｂがそれぞれ、これら両サブギア２０および３０の上表面に対向するように所定の間隔をおいてハウジング１内部に配設されている。一方、両サブギア２０および３０の下方には、イメージセンサ５０ａおよび５０ｂがそれぞれ、これら両サブギア２０および３０の下表面に対向するように所定の間隔をおいてハウジング１内部に配設されている。他方、これら両サブギア２０および３０は、それらの裏面側に、軸部２３および３３を有して構成されており、これら軸部２３および３３は、ハウジング１内部に形成された軸受部１２ａおよび１２ｂと互いに嵌合されている。このようにして、両サブギア２０および３０は、その回転軸心を中心に回転可能に支持されている。なお、上記発光ダイオード４０ａおよび４０ｂの駆動や上記イメージセンサ５０ａおよび５０ｂの出力に基づくステアリングシャフト２の回転角度の検出にかかる演算などを実行するマイクロコンピュータ６０は、イメージセンサ５０ａおよび５０ｂの下方に配設されている。
【００２１】
図３に示すように、また上述したように、先の両サブギア２０および３０の中央部には、いわゆるＴ字型のスリット２２および３２がそれぞれ形成されている。詳述すると、これらスリット２２および３２は、両サブギア２０および３０それぞれの回転軸心Ｃ１からその径方向に伸びる線分Ｃ１Ｘ、線分Ｃ１Ｙ、および線分Ｃ１Ｚに沿って直線状に形成されたスリットを３本有して構成されている。このうち、線分Ｃ１Ｘおよび線分Ｃ１Ｚに沿って直線状に形成された２本のスリットは、両サブギア２０および３０の回転軸Ｃ１回りに１８０度の間隔をおいて形成されているため、実質的には１本のスリットとなっており、直線部（第１および第２のスリット）２２ａおよび３２ａを構成している。また、線分Ｃ１Ｙに沿って直線状に形成された１本のスリットは、直線部２２ａおよび３２ａに対してそれぞれ直交する方向に形成されており、垂直部（第３のスリット）２２ｂおよび３２ｂを構成している。
【００２２】
また、図４に、その平面構造を示すように、イメージセンサ５０ａの上表面には、光を感知するＮ１個（この実施の形態では７２０個）の受光素子（図示略）が、先の第１のサブギア２０（図２）の回転軸Ｃ１を円心Ｃ２とした半径ｒ１の円に沿って互いに等しい間隔を隔てて配列されている。このように円に沿って均等に配列された複数の受光素子群５１ａを構成する各受光素子にはそれぞれ、原点Ｏから時計回り方向に順次、「１」から「７２０」までの素子番号が付与されている。一方、このイメージセンサ５０ａと同様、イメージセンサ５０ｂの上表面にも、光を感知するＮ２個（この実施の形態では７２０個）の受光素子（図示略）が、先の第２のサブギア３０（図２）の回転軸Ｃ１を円心Ｃ２とした半径ｒ２の円に沿って互いに等しい間隔を隔てて配列されている。このように円に沿って均等に配列された複数の受光素子群５１ｂを構成する各受光素子にはそれぞれ、原点Ｏから時計回り方向に順次、「１」から「７２０」までの素子番号が付与されている。
【００２３】
以上のように構成されたステアリング角度検出装置にあって、先のステアリングホイール、すなわちステアリングシャフト２が反時計回り方向に角度Φだけ回転すると、図１に示されるように、該シャフト２に一体に形成されたメインギア１０も角度Φだけ回転する。そうしたメインギア１０の回転は、ギア歯１１（ｎ個）と互いに噛合するギア歯２１および３１（ｍ個およびＬ個）を介して両サブギア２０および３０にそれぞれ伝達され、これら両サブギア２０および３０もそれらギア歯数の比（回転比）に応じて時計回り方向にそれぞれ角度θ１およびθ２だけ回転することとなる。なお、このときの回転角度Φと回転角度θ１との関係、および回転角度Φと回転角度θ２との関係はそれぞれ、下式（１）および（２）にて表される。
【００２４】
【数１】
2007171008.tif 000003
したがって、両サブギア２０および３０の回転角度θ１およびθ２を検出することで、上記（１）および（２）から導出される下式（３）を用いて、ステアリングシャフト２の回転角度Φを検出することができる。
【００２５】
【数２】
2007171008.tif 000004
一方、マイクロコンピュータ６０が発光ダイオード４０ａおよび４０ｂを駆動すると、先の図２に示されるように、これら発光ダイオード４０ａおよび４０ｂから照射された光は、同図２中の光路Ｌ１として示す態様にて、ほぼ平行な光となって両サブギア２０および３０の上表面に至る。この上表面に至った光Ｌ１の大部分は、両サブギア２０および３０にて遮光されるものの、これら両サブギア２０および３０にて遮光されなかった光、すなわち上述の両サブギア２０および３０それぞれの中央部に形成された上記Ｔ字型のスリット２２および３２を通過した光は、同図２中の光路Ｌ２として示す態様にてイメージセンサ５０ａおよび５０ｂの上表面に至る。このようにしてイメージセンサ５０ａおよび５０ｂまで至った光は、同イメージセンサ５０ａおよび５０ｂの上表面に円に沿って配列された複数の受光素子（図示略）にて感知されることとなる。なお、両サブギア２０および３０はステアリングシャフト２と同期回転すること、並びに、これら両サブギア２０および３０の中央部にスリット２２および３２が形成されていることは上述した通りである。したがって、発光ダイオード４０ａおよび４０ｂから照射されて上記スリット２２および３２を通過する光を感知した受光素子の識別のもとに、すなわち上記素子番号に基づき、両サブギア２０および３０の回転角度θ１およびθ２を、ひいてはステアリングシャフト２の回転角度Φ（図１）を検出することができる。
【００２６】
ところで、イメージセンサ５０ａおよび５０ｂの上表面に配列された受光素子の識別のもと、両サブギア２０および３０の回転角度θ１およびθ２の検出を行うとすると、両サブギア２０および３０、並びにイメージセンサ５０ａおよび５０ｂのハウジング１への組み付け精度の回転角度θ１およびθ２の検出結果に与える影響は大きい。特に、受光素子の配列円の円心Ｃ２（図４）が両サブギア２０および３０の回転軸Ｃ１（図３）からずれてしまうと、回転角度θ１およびθ２の検出結果に大きな誤差が生じてしまう。また、回転角度検出の分解能の高い検出装置にあってはさらに、そうした軸ずれの影響は著しく大きくなる。
【００２７】
そこで、後述する検出方法を採用してこれら回転角度を検出するにあたって、そうした組み付け精度の影響を補償するために満足しておくのが望ましい条件について、図５を参照して説明する。なお、この図５は、以下の説明の便宜上、両サブギアを構成するスリットとイメージセンサを構成する受光素子群とを併せて模式的に示した平面図である。また、先の図４と同様、受光素子群を構成する各受光素子の数を「Ｎ」とし、原点Ｏから時計回り方向に、順次、「１」から「Ｎ」までの素子番号が付与されているものとし、２つの受光素子間の「距離」を表す際には、これら２つの受光素子間に存在する受光素子の数である「素子距離」、および幾何学上の「実際の距離」を使用する。
【００２８】
同図５において、両サブギア２０および３０に形成されたスリット２２’および３２’は、それらの回転軸心Ｃ１’が受光素子群５１ａおよび５１ｂの円心Ｃ２に一致している場合、いわば理想的な組み付けがなされた場合を示している。一方、両サブギア２０および３０に形成されたスリット２２および３２は、それらの回転軸心Ｃ１が受光素子群５１ａおよび５１ｂの円心Ｃ２からずれた場合、いわば組み付け誤差の生じた場合を示している。
【００２９】
同図５に示されるように、上記理想的な組み付けがなされた場合において、先の発光ダイオード４０ａおよび４０ｂ（図２）から照射されて直線部２２ａ’および３２ａ’を通過した光を感知した受光素子の位置（素子番号）をＸ１’およびＸ２’とし、垂直部２２ｂ’および３２ｂ’を通過した光を感知した受光素子の位置（素子番号）をＸ３’とする。同様に、上記組み付け誤差が生じた場合において、先の発光ダイオード４０ａおよび４０ｂから照射されて直線部２２ａおよび３２ａを通過した光を感知した受光素子の位置（素子番号）をＸ１およびＸ２とし、垂直部２２ｂおよび３２ｂを通過した光を感知した受光素子の位置（素子番号）をＸ３とする。また、受光素子の位置Ｘ１から直線部２２ａ’あるいは直線部３２’までの「実際の距離」をΔＬ、受光素子の位置Ｘ３から垂直部２２ｂ’あるいは垂直部３２ｂ’までの「実際の距離」をΔＭとする。
【００３０】
このような前提のもと、上述した組み付け精度の影響を補償するために満足しておくのが望ましい条件とは、直線部２２ａおよび３２ａを通過した光を感知する受光素子の位置Ｘ１と位置Ｘ２との「実際の距離」が、他の位置間（位置Ｘ１と位置Ｘ３との「実際の距離」、位置Ｘ２と位置Ｘ３との「実際の距離」）よりも長いことである。すなわち、これを「素子距離」で表した下式（４）および（５）が成立することである。
【００３１】
【数３】
2007171008.tif 000005
まず、上記円に沿って配列される受光素子群５１ａおよび５１ｂの半径をｒとすると、幾何学的な関係から、素子位置Ｘ１〜Ｘ３および素子位置Ｘ１’〜Ｘ３’との関係は、「実際の距離」であるΔＬおよびΔＭを利用して下式（６）〜（８）にて表される。
【００３２】
【数４】
2007171008.tif 000006
次に、上式（６）〜（８）を利用して、各受光素子間の「素子距離」を求めると、下式（９）〜（１１）が得られる。
【００３３】
【数５】
2007171008.tif 000007
ここで、スリット２２および３２がＴ字型であることから、素子位置Ｘ１’〜Ｘ３’は下式（１２）および（１３）を満足する。
【００３４】
【数６】
2007171008.tif 000008
したがって、上述した組み付け精度の影響を補償するために満足しておくのが望ましい条件を「素子距離」を用いて表した上式（４）および（５）を満足するためには、「実際の距離」を用いて表した下式（１４）が成立していればよい。
【００３５】
【数７】
2007171008.tif 000009
この実施の形態では、イメージセンサ５０ａおよび５０ｂと、両サブギア２０および３０とは、軸部２３および３３と軸受部１２ａおよび１２ｂとを通じて、上式（１４）が満足されるように、ハウジング１に組み付けられている。したがって、直線部２２ａおよび３２ａを通過した光を感知する受光素子の位置Ｘ１と位置Ｘ２との「実際の距離」は、他の位置間（位置Ｘ１と位置Ｘ３との「実際の距離」、位置Ｘ２と位置Ｘ３との「実際の距離」）よりも長くなっている。
【００３６】
図６は、上記マイクロコンピュータ６０を通じて実行されるステアリング角度検出処理の処理手順を示すものであり、図７は、同ステアリング角度検出処理中に実行されるサブギアの回転角度検出処理の処理手順を示すものである。次に、これら図６および図７を併せ参照して、この実施の形態の検出処理について詳述する。
【００３７】
この実施の形態の検出処理を開始するに際しては、先の発光ダイオード４０ａおよび４０ｂが駆動され、両サブギア２０および３０に向けて光が照射されており、イメージセンサ５０ａおよび５０ｂの上表面に配列された受光素子によって、両サブギア２０および３０に形成されたスリット２２および３２を通過した光が感知されている。こうした条件のもと、マイクロコンピュータ６０はまず、ステップＳ１０の処理として、第１のサブギア２０について、図７に示すサブギアの回転角度検出処理を実行する。なお、図７に示すサブギアの回転角度検出処理については後述する。この処理の実行によりサブギア２０の回転角度θ１が検出されるとマイクロコンピュータ６０は、続くステップＳ２０の処理として、先のステップＳ１０の処理と同様、第２のサブギア３０について、図７に示すサブギアの回転角度検出処理を実行する。この処理の実行によりサブギア３０の回転角度θ２が検出されるとマイクロコンピュータ６０は、続くステップＳ３０の処理として、上式（３）に基づきステアリングシャフト２の回転角度Φを算出する。こうしたステアリング角度検出にかかる処理は、所定時間毎に繰返し実行される。
【００３８】
以下、上記ステップＳ１０の処理およびＳ２０の処理において実行されるサブギアの回転角度検出処理について説明する。上記サブギアの回転角度検出処理の開始にあたっては、図７に示されるように、まず、スリット２２および３２を通過した光を感知する３つの受光素子の位置関係に基づき、直線部２２ａおよび３２ａを通過した光を感知した受光素子の位置、および垂直部２２ｂおよび３２ｂを通過した光を感知した受光素子の位置をそれぞれ特定する。具体的には、マイクロコンピュータ６０は、ステップＳ１０１の処理として、発光ダイオード４０ａおよび４０ｂから照射されてスリット２２および３２を通過した光を感知した受光素子の位置（素子番号）を、時計回り方向に順に素子番号ａ〜ｃとして取得する。続くステップＳ１０２の処理として、例えば下式（１５）〜（１７）を通じて、これら各受光素子間の「素子距離」を算出する。ここで、この図７においては先の図４および図５と同様に、受光素子群を構成する各受光素子の数を「Ｎ」とし、原点Ｏから時計回り方向に、順次、「１」から「Ｎ」までの素子番号が付与されている。したがって、付与された素子番号によって、その受光素子の位置を把握することができる。
【００３９】
【数８】
2007171008.tif 000010
こうして光を感知した３つの受光素子間の「素子距離」を算出した後、続くステップＳ１０３の処理として、これら素子距離α〜γのうち、最大のものを最大素子距離Ａとする。そしてマイクロコンピュータ６０は、続くステップＳ１０４の処理およびステップＳ１０６の処理を通じて、これら素子距離α〜γのいずれが最大であるかを判断する。すなわち、ステップＳ１０４の処理においては、素子距離αと最大素子距離Ａとが等しいか否かが判断される。これらが等しいと判断される場合には、素子距離αが最大であるため、続くステップＳ１０５の処理において、受光素子の素子番号ｃを、垂直部２２ｂ（３２ｂ）を通過した光を感知した受光素子の素子番号Ｘ３として、受光素子の素子番号ａおよびｂを、直線部２２ａ（３２ａ）を通過した光を感知した受光素子の素子番号Ｘ１およびＸ３として、それぞれ特定する。
【００４０】
一方、先のステップＳ１０４の処理において、素子距離αが最大ではないと判断される場合には、続くステップＳ１０６の処理として、素子距離βと最大素子距離Ａとが等しいか否かが判断される。これらが等しいと判断される場合には、素子距離βが最大であるため、続くステップＳ１０７の処理において、受光素子の素子番号ａを、垂直部２２ｂ（３２ｂ）を通過した光を感知した受光素子の素子番号Ｘ３として、受光素子の素子番号ｂおよびｃを、直線部２２ａ（３２ａ）を通過した光を感知した受光素子の素子番号Ｘ１およびＸ３として、それぞれ特定する。また、先のステップＳ１０６の処理において、素子距離βと最大素子距離Ａとが等しくないと判断される場合には、素子距離γが最大であることを意味する。したがって、続くステップＳ１０８の処理において、受光素子の素子番号ｂを、垂直部２２ｂ（３２ｂ）を通過した光を感知した受光素子の素子番号Ｘ３として、受光素子の素子番号ｃおよびａを、直線部２２ａ（３２ａ）を通過した光を感知した受光素子の素子番号Ｘ１およびＸ２として、それぞれ特定する。
【００４１】
このように、光を感知した受光素子の素子番号（位置）Ｘ１〜Ｘ３が特定されると、マイクロコンピュータ６０は、続くステップＳ１０９の処理へ移行し、特定された受光素子の素子番号Ｘ１が特定された受光素子の素子番号Ｘ２よりも大きいか否かが判断される。そして受光素子の素子番号Ｘ１が受光素子の素子番号Ｘ２よりも大きい場合にはさらに、続くステップＳ１１０の処理において、特定された受光素子の素子番号Ｘ１が、特定された受光素子の素子番号Ｘ２に受光素子の総数Ｎの半分を加えた数よりも大きいか否かが判断される。ここで、特定された受光素子の素子番号Ｘ１が、特定された受光素子の素子番号Ｘ２に受光素子の総数Ｎの半分を加えた数よりも大きいと判断される場合には、続くステップＳ１１１の処理において、偏差Ｚが下式（１８）に基づき求められ、続くステップＳ１１３の処理において、偏差のない理想的な位置Ｘ１’が下式（１９）に基づき求められる。こうして偏差のない理想的な位置Ｘ１’が求められると、続くステップＳ１１３の処理においてマイクロコンピュータ６０は、下式（２０）に基づき、サブギアの回転角度θを算出する。
【００４２】
【数９】
2007171008.tif 000011
また、先のステップＳ１１０の処理において、特定された受光素子の素子番号Ｘ１が、特定された受光素子の素子番号Ｘ２に受光素子の総数Ｎの半分を加えた数よりも大きくないと判断される場合には、続くステップＳ１１４の処理において、偏差Ｚが下式（２１）に基づき求められ、さらに続くステップＳ１１５の処理において、偏差のない理想的な位置Ｘ１’が下式（２２）に基づき求められる。こうして偏差のない理想的な位置Ｘ１’が求められると、続くステップＳ１１３の処理においてマイクロコンピュータ６０は、上式（２０）に基づき、サブギアの回転角度θを算出する。
【００４３】
【数１０】
2007171008.tif 000012
一方、先のステップＳ１０９の処理において、受光素子の素子番号Ｘ１が受光素子の素子番号Ｘ２よりも大きくないと判断される場合にはさらに、続くステップＳ１１６の処理において、特定された受光素子の素子番号Ｘ１に受光素子の総数Ｎの半分を加えた数の方が特定された受光素子の素子番号Ｘ２よりも大きいか否かが判断される。ここで、特定された受光素子の素子番号Ｘ１に受光素子の総数Ｎの半分を加えた数の方が特定された受光素子の素子番号Ｘ２よりも大きい場合には、続くステップＳ１１７の処理において、偏差Ｚが下式（２３）に基づき求められ、続くステップＳ１１８の処理において、偏差のない理想的な位置Ｘ１’が上式（１９）に基づき求められる。こうして偏差のない理想的な位置Ｘ１’が求められると、続くステップＳ１１３の処理においてマイクロコンピュータ６０は、上式（２０）に基づき、サブギアの回転角度θを算出する。
【００４４】
【数１１】
2007171008.tif 000013
また、先のステップＳ１１６の処理において、特定された受光素子の素子番号Ｘ１に受光素子の総数Ｎの半分を加えた数の方が特定された受光素子の素子番号Ｘ２よりも大きくないと判断される場合には、続くステップＳ１１９の処理において、偏差Ｚが下式（２４）に基づき求められ、さらに続くステップＳ１２０の処理において、偏差のない理想的な位置Ｘ１’が上式（２２）に基づき求められる。こうして偏差のない理想的な位置Ｘ１’が求められると、続くステップＳ１１３の処理においてマイクロコンピュータ６０は、上式（２０）に基づき、サブギアの回転角度θを算出する。
【００４５】
【数１２】
2007171008.tif 000014
図８〜図１１は、この実施の形態の検出手順を通じて検出されるサブギアの回転角度検出態様の一例をそれぞれ示したものである。次に、これら図８〜図１１を順次参照しつつこの実施の形態の検出手順を総括する。
【００４６】
図８（ａ）〜（ｄ）は、円心Ｃ２を原点とした仮想的なＸ−Ｙ座標を設定したときに、上記偏差のない理想的な位置Ｘ１’が第３象限に位置する場合の検出例を示したものである。同図８（ａ）に示すように、マイクロコンピュータ６０は、発光ダイオード４０ａ（４０ｂ）から照射されてスリット２２（３２）を通過した光を感知した受光素子の位置を、時計回り方向に順に位置ａ〜ｃとして取得する。こうして取得した位置ａ〜ｃを用いて、各受光素子間の素子距離α〜γを算出する。図８（ａ）に示すように、これら素子距離α〜γのうち最も長いのは素子距離γであるため、図８（ｂ）に示すように、素子位置ｂを素子位置Ｘ３として、素子位置ｃおよびａを素子位置Ｘ１およびＸ２として、それぞれ特定する。次に、図８（ｃ）に示すように、特定した素子位置Ｘ２に対して円心Ｃ２と軸対象となる円上の位置と素子位置Ｘ１との偏差Ｚを求める。こうして求めた偏差Ｚの半分だけ、素子位置Ｘ１から、円上で反時計回り方向にずらした位置Ｘ１’を基準として、回転角度θの検出を行う。ちなみに、求めた偏差Ｚの半分だけ、素子位置Ｘ２から、円上で時計回り方向にずらした位置が、上記偏差のない理想的な位置Ｘ２’となる。
【００４７】
図９（ａ）〜（ｄ）は、円心Ｃ２を原点とした仮想的なＸ−Ｙ座標を設定したときに、上記偏差のない理想的な位置Ｘ１’が第２象限に位置する場合の検出例を示したものである。同図９（ａ）に示すように、マイクロコンピュータ６０は、発光ダイオード４０ａ（４０ｂ）から照射されてスリット２２（３２）を通過した光を感知した受光素子の位置を、時計回り方向に順に位置ａ〜ｃとして取得する。こうして取得した位置ａ〜ｃを用いて、各受光素子間の素子距離α〜γを算出する。図９（ａ）に示すように、これら素子距離α〜γのうち最も長いのは素子距離γであるため、図９（ｂ）に示すように、素子位置ｂを素子位置Ｘ３として、素子位置ｃおよびａを素子位置Ｘ１およびＸ２として、それぞれ特定する。次に、図９（ｃ）に示すように、特定した素子位置Ｘ２に対して円心Ｃ２と軸対象となる円上の位置と受光素子の位置Ｘ１との偏差Ｚを求める。こうして求めた偏差Ｚの半分だけ、位置Ｘ１から、円上で時計回り方向にずらした位置Ｘ１’を基準として、回転角度θの検出を行う。ちなみに、求めた偏差Ｚの半分だけ、素子位置Ｘ２から、円上で反時計回り方向にずらした位置が、上記偏差のない理想的な位置Ｘ２’となる。
【００４８】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、円心Ｃ２を原点とした仮想的なＸ−Ｙ座標を設定したときに、上記偏差のない理想的な位置Ｘ１’が第１象限に位置する場合の検出例を示したものである。同図１０（ａ）に示すように、マイクロコンピュータ６０は、発光ダイオード４０ａ（４０ｂ）から照射されてスリット２２（３２）を通過した光を感知した受光素子の位置を、時計回り方向に順に位置ａ〜ｃとして取得する。こうして取得した位置ａ〜ｃを用いて、各受光素子間の素子距離α〜γを算出する。図１０（ａ）に示すように、これら素子距離α〜γのうち最も長いのは素子距離αであるため、図１０（ｂ）に示すように、素子位置ｃを素子位置Ｘ３として、素子位置ａおよびｂを素子位置Ｘ１およびＸ２として、それぞれ特定する。次に、図１０（ｃ）に示すように、特定した素子位置Ｘ１に対して円心Ｃ２と軸対象となる円上の位置と受光素子の位置Ｘ２との偏差Ｚを求める。こうして求めた偏差Ｚの半分だけ、位置Ｘ１から、円上で反時計回り方向にずらした位置Ｘ１’を基準として、回転角度θの検出を行う。ちなみに、求めた偏差Ｚの半分だけ、素子位置Ｘ２から、円上で時計回り方向にずらした位置が、上記偏差のない理想的な位置Ｘ２’となる。
【００４９】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、円心Ｃ２を原点とした仮想的なＸ−Ｙ座標を設定したときに、上記偏差のない理想的な位置Ｘ１’が第４象限に位置する場合の検出例を示したものである。同図１１（ａ）に示すように、マイクロコンピュータ６０は、発光ダイオード４０ａ（４０ｂ）から照射されてスリット２２（３２）を通過した光を感知した受光素子の位置を、時計回り方向に順に位置ａ〜ｃとして取得する。こうして取得した位置ａ〜ｃを用いて、各受光素子間の素子距離α〜γを算出する。図１１（ａ）に示すように、これら素子距離α〜γのうち最も長いのは素子距離βであるため、図１１（ｂ）に示すように、素子位置ａを素子位置Ｘ３として、素子位置ｂおよびｃを素子位置Ｘ１およびＸ２として、それぞれ特定する。次に、図１１（ｃ）に示すように、特定した素子位置Ｘ１に対して円心Ｃ２と軸対象となる円上の位置と受光素子の位置Ｘ２との偏差Ｚを求める。こうして求めた偏差Ｚの半分だけ、位置Ｘ１から、円上で反時計回り方向にずらした位置Ｘ１’を基準として、回転角度θの検出を行う。ちなみに、求めた偏差Ｚの半分だけ、素子位置Ｘ２から、円上で反時計回り方向にずらした位置が、上記偏差のない理想的な位置Ｘ２’となる。
【００５０】
以上説明したように、この実施の形態にかかる回転角度検出装置によれば、以下に記載するような効果が得られるようになる。
・回転軸心Ｃ１を含むＴ字型のスリット２２および３２の形成された両サブギア２０および３０と、これら両サブギア２０および３０の表面に向けて光を照射する発光ダイオード４０ａおよび４０ｂと、これら両サブギア２０および３０の回転軸Ｃ１を円心Ｃ２とする円に沿って配列された複数の受光素子を有するイメージセンサ５０ａおよび５０ｂとを備えて、当該回転角度検出装置を構成することとした。これにより、両サブギア２０および３０に多数のスリットを設けずとも、半導体プロセスによる微細化技術の確立された受光素子の配列数を増加させることで回転角度検出の分解能を比較的容易に高めることができる。また、両サブギア２０および３０の回転軸心Ｃ１と、イメージセンサ５０ａおよび５０ｂの上表面に配列された受光素子の円心Ｃ２とのずれを好適に補償することができる。さらに、そうした補償可能な軸ずれの範囲を可能な限り広げることができる。  
【００５１】
なお、この発明にかかる回転角度検出装置は上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。  
【００５２】
・上記実施の形態では、両サブギア２０および３０に形成されるスリット２２および３２として、回転軸Ｃ１周りに１８０度の間隔をおいて形成された直線部２２ａおよび３２ａと、これら直線部２２ａおよび３２ａに対してそれぞれ直交する方向に形成された垂直部２２ｂおよび３２ｂとを有して構成されたいわゆるＴ字型のスリットを採用した。しかし、両サブギア２０および３０に形成されるスリット２２および３２についてはこれを、直線部２２ａおよび３２ａと、これらに対して異なる方向に形成されたスリットとを有して構成することとしてもよい。  
【００５３】
・上記実施の形態では、上述の軸ずれを補償した上で回転角度の検出を行うこととしたが、両サブギア２０および３０、並びにイメージセンサ５０ａおよび５０ｂのハウジング１への組み付け精度が好適に維持されている場合にあっては、マイクロコンピュータ６０で実行する検出処理のうち、上述の軸ずれを補償する演算を割愛することとしてもよい。また、そうした場合にあってはさらに、両サブギア２０および３０に形成されるスリットとして、その回転軸Ｃ１からその径方向に伸びる線分に沿って直線状に形成されたスリットが１つ形成されていれば、所期の目的を達成することはできる。  
【００５４】
・上記実施の形態では、ステアリングシャフト２の外周に形成されたメインギア１０とはそれぞれ歯数の異なる２つのサブギア２０および３０に対し、スリット２２および３２、発光ダイオード４０ａおよび４０ｂ、およびイメージセンサ５０ａおよび５０ｂを個別に設けた構成を採用したが、この構成に限られない。すなわち、これらギアの歯数は任意であり、サブギアの数も２つに限られない。また、そもそもギアに限られない。要は、ステアリングシャフト２に対する回転比の異なる回転盤を有した構成であればよい。  
【００５５】
・なお、回転角度の検出対象となる回転体としてはステアリングシャフトに限られない。要は、回転角度の検出対象となる回転体と同期回転する回転盤を備える回転角度検出装置であれば、この発明は適用できる。  
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明にかかる回転角度検出装置の一実施の形態を備えるステアリング角度検出装置について、その配設態様の一例を示す平面図。
【図２】同ステアリング角度検出装置を側面方向から示す一部断面図。
【図３】同実施の形態で採用されるサブギアの平面構造図。
【図４】同実施の形態で採用されるイメージセンサ上に配設される受光素子の配置態様を平面方向から模式的に示す平面図。
【図５】上記サブギアおよび上記イメージセンサの配設精度にかかる許容誤差を模式的に示す平面図。
【図６】同実施の形態で実行されるステアリング角度検出処理のフローチャート。
【図７】同ステアリング角度検出処理中に実行されるサブギアの回転角度検出処理のフローチャート。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態で検出されるサブギアの回転角度の検出態様について、その一例を示す図。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態で検出されるサブギアの回転角度の検出態様について、他の一例を示す図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態で検出されるサブギアの回転角度の検出態様について、その他の一例を示す図。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態で検出されるサブギアの回転角度の検出態様について、さらにその他の一例を示す図。
【図１２】従来の回転角度検出装置の一例について各要素を分解して示す斜視図。
【符号の説明】
【００５７】
１…ハウジング、２…ステアリングシャフト（回転軸）、１０…メインギア、１１、２１、３１…ギア歯、１２ａ、１２ｂ…軸受部、２０、３０…サブギア（回転盤）、２２、２２’、３２、３２’…スリット、２２ａ、２２ａ’、３２ａ、３２ａ’…直線部、２２ｂ、２２ｂ’、３２ｂ、３２ｂ’…垂直部、２３、３３…軸部、４０ａ、４０ｂ…発光ダイオード（発光素子）、５０ａ、５０ｂ…イメージセンサ、５１ａ、５１ｂ…受光素子、６０…マイクロコンピュータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007171008.tif 000017
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007171008.tif 000021
【図８】
2007171008.tif 000022
【図９】
2007171008.tif 000023
【図１０】
2007171008.tif 000024
【図１１】
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【図１２】
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