JPH0715376B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、車両の操舵角センサ等として使用する回転
角検出装置に関するものである。

［発明の技術的背景およびその問題点］ 回転角検出装置は、一般にロータリエンコーダと称され
ているものでデジタル量として回転角を計測する装置で
ある。

第３図〜第４図はこのような回転角検出装置の従来例を
示している（実願昭59-45860）。これらの図中符号１
は、円形の回転スリット板で、その周縁部近くに、回転
軸２を中心とした円形を描くように複数個のスリット３
が一定ピッチｌ₁で配列形成されている。（なお、以下
にスリット３の配列をさしてスリット列３ともいう）。
このスリット板１のスリット列３を両面側から挟むよう
に、コ字型のフォトカプラ４が固定設置される。

フォトカプラ４は受光部（光源）５と受光部６とをギャ
ップを挟んで対向配置したものである。受光部としては
透明樹脂モールドの発光ダイオード（LED）が用いられ
ており、これからの光でスリット列３をスリット板１の
一面側から照明し、反対側の受光部６の面に当該スリッ
ト列３による明暗パターンｍを生じさせる。

受光部６には受光素子列（フォトダイオードアレイ）
（以下受光部と受光素子列とは同一対象をさすものとす
る）が使用されている。受光素子列６は、この従来例で
は６個の受光素子6a〜6fで形成され、これらがスリット
３の配列方向に直線状に並んでいる。受光素子６の全
長、云い換えれば配列長l₃は、スリット３のピッチｌ₁
とほぼ同一長さとされている。第４図中符号７は受光素
子列６と同一の側に設けられた１個の受光素子で、この
受光素子７はスリット板１が回転したときスリット３の
通過数を検出するためのものである。

受光素子列６における各受光素子6a〜6fは、明暗パター
ンｍに対してそれぞれ独立して動作し、スリット３を通
して光が当たった受光素子からは“1"信号が出力され、
スリット板１の影になった受光素子の出力は“0"であ
る。

第５図は、上記各受光素子6a〜6fから出力される二値信
号“1"、“0"の信号処理系を示している。第５図A₀は受
光素子6aの出力信号を入力する端子、A₁は受光素子6bの
出力信号を入力する端子、以下同様にA₂、A₃、A₄、A₅は
それぞれ受光素子6c、6d、6e、6fの出力信号を入力する
端子である。A₆は受光素子７の出力信号を入力する端子
である。またI₀〜I₄はインバータ、G₁〜G₅はNORゲー
ト、B₁〜B₅は各NORゲートG₁〜G₅の出力端子である。

そしてスリット板１が第４図Ｒ矢印方向に回転したとき
の受光素子列６で検出される二値の検出信号は、隣り合
う受光素子間の出力信号が、インバータI₀〜I₄とNORゲ
ートG₁〜G₅により次のように論理処理されて、各出力端
子B₁〜B₅に回転角度計測用のパルス信号が出力される。

即ちNORゲートGi（ｉ＝１〜５）の出力が“1"になるの
は、入力端子A_1-1の入力が“1"でAiの入力が“0"のとき
である。つまり、スリット列３によって形成される明暗
パターンｍが受光素子列６上を移動するときにおいて、
例えば第４図で示すように受光素子6aが「明」で、その
回転方向隣の受光素子6bが「暗」であると、入力端子A₀
（A_1-1においてｉ＝１）の入力が“1"で、入力端子A
₁（Ai）の入力が“0"となって、NORゲートG₁（Gi）の出
力が“1"になる。

このようにして出力端子B₁〜B₅の何れから“1"信号が出
力されているかにより、受光素子列６上の何れの位置に
明暗パターンｍにおける明暗境界位置ｈ′が移動した
か、云い換えれば受光素子列６上の何れの位置にスリッ
ト３の端縁ｈが移動したかを検知するとともに、受光素
子７で通過スリット３の数を検出し、この両検出情報に
基づいて回転軸２の回転角を計測するようにしている。

ところで上述の従来の回転角検出装置のように受光素子
列６の配列長l₃のスリット３のピッチｌ₁とほぼ等しく
し、受光素子列６上にスリット３の端縁ｈに対応した明
暗境界位置ｈ′を投影して当該明暗境界位置ｈ′の回転
位置を検出するためには、発光部５からスリット板１に
投射される光は、平行光であることが必要とされる。

しかしながら従来の回転角検出装置にあっては、発光部
５としてレンズ作用を備えた透明樹脂モールドの発光ダ
イオードを用いているので、発光部５は点光源に近いも
のとなり、この点光源からの投射光は、第６図に示すよ
うに広がりながらスリット３を通過して受光素子列６に
達する。このためスリット３の端縁ｈは、スリット３の
１ピッチ分が受光素子列６の真正面に対向した位置（第
６図の対向位置）では、当該受光素子列６によって検出
されず、第６図中ｉまたはｊの位置まで回転移動してか
ら受光素子列６によって検知され、ｈ−ｉ間またはｊ−
ｈ間に、いわゆる不感帯領域が生じて、回転角の検出精
度が低下するという問題点があった。

このような問題点を解決するための一手段として、発光
部５とスリット板１との間の間隔を十分大にして、発光
部５からの投射光がスリット板１の配設位置近傍では平
行光とみなせるようにすることが考えられる。しかし、
このような手段をとると、発光部５にかなり強力な発光
源を必要とするとともに、装置形状が大形化してしまう
という難点があり、問題解決の手段とし得策とは云い得
ない。また他の解決手段として、上記のように発光部５
とスリット板１との間隔を大にすることに代えて、レン
ズあるいは光ファイバー等のコリメータを用いて発光部
５からの光を平行光に変換することが考えられるが、こ
の手段をとるコリメータが高価につくので装置のコスト
高を招き、この手段も、適切な問題解決のための手段と
は云い得なかった。したがって、比較的安価な透明樹脂
モールドの発光ダイオードを発光部に用いても、精度よ
く回転角を検出できる回転角検出装置が要望されてい
た。

［発明の目的］ この発明は上述のような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、点光源的な光源を用
いても回転角を高精度に検出することのできる回転角検
出装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するため、第１の発明は、回転軸を中心
とした円周上に所定の配設ピッチでスリット列が設けら
れた回転スリット板と、 該回転スリット板の一面側から前記スリット列の部分を
照明して反対側に当該スリット列による明暗パターンを
生じさせるように配置され、かつ出射光の照射領域が距
離に比例して拡がる光源と、 前記明暗パターンを受光してそれぞれ回転角度検出用の
光電変換信号を出力する所要個数の受光素子が前記スリ
ット列と同方向に配列された受光素子列と、 を備え、 前記受光素子列の配列長l₂は、スリットの配設ピッチを
ｌ₁、光源および回転スリット板の一面間の間隔長を
d₁、光源および受光素子列間の間隔長をd₂としたとき、
l₂＝ｌ₁・d₂／d₁であることを特徴とする。

第２の発明は、回転軸を中心とした円周上に所定の配設
ピッチでスリット列が設けられた回転スリット板と、 該回転スリット板の一面側から前記スリット列の部分を
照明して反対側に当該スリット列による明暗パターンを
生じさせるように設置され、かつ出射光の照射領域が距
離に比例して拡がる光源と、 前記明暗パターンを受光してそれぞれ回転角度検出用の
光電変換信号を出力する所要個数の受光素子が前記スリ
ット列と同方向に配列された受光素子列と、 を備え、 前記受光素子列の配列長l₂は、スリットの配設ピッチを
ｌ₁、光源および回転スリット板の一面間の間隔長を
d₁、回転スリット板の厚さをｔ、光源および受光素子列
間の間隔長をd₂、前記スリットの１ピッチ分を受光素子
列に対向させたとき当該スリットにより形成される明暗
パターンの暗パターン部に対応した受光素子列の配列長
分をl₂′、当該明暗パターンにおける明パターン部に対
応した受光素子列の配列長分をl₂″としたとき、l₂＝
l₂′＋l₂″＝₁・d₂／2d₁＋ｌ₁・d₂/2（d₁＋ｔ）であ
ることを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す図である。なお第１
図および後述の第２図において前記第３図〜第６図にお
ける部材または部位と同一ないし均等のものは、前記と
同一符号を以って示し重複した説明を省略する。

まず構成を説明すると、この実施例においては、発光部
５としては前記従来例と同様に透明樹脂モールド発光ダ
イオード、即ち出射光の照射領域が距離に比例して拡が
る発光ダイオードが用いられてるが、受光素子列６の配
列長l₂が、発光部５と、スリット板１間および受光素子
列６間との各配設間隔等が考慮に入れられて次のように
規定されている。

即ち、スリット板１におけるスリット３の配設ピッチを
ｌ₁、発光部５とスリット板の一面（発光部５との対向
面）との間の間隔長をd₁、発光部５と受素子列６との間
の間隔長をd₂としたとき、受光素子列６の配列長l₂は、
l₂＝ｌ₁・d₂／d₁となるように規定されている。即ち受
光素子列の配列長l₂は、受光素子列６の配設位置に、発
光部５からの投射光によって作られるスリット３の１ピ
ッチ分の影の長さとほぼ等しい長さに規定されている。

各受光素子6a〜6fから出力される二値信号“1"、“0"の
信号処理系としては、前記第５図に示したものと同様の
信号処理回路が用いられる。

次に作用を説明する。発光部５には点光源に近い発光ダ
イオードが用いられているので、この点光源からの投射
光は、第１図に示すように拡がりながらスリット３を通
過して受光素子列６に達する。このときスリット３によ
って受光素子列６の配設位置に作られる明暗パターンｍ
の１ピッチ分の長さと、当該受光素子列６に達する。の
配列長l₂とがほぼ一致し、前記第６図に示したような不
感帯領域が生じることがない。

そしてスリット板１の回転に伴なって、スリット３の端
縁ｈに対応した明暗境界位置ｈ′が、受光素子列６上
を、受光素子6aから次の受光素子6b、6c…と移動するに
つれて信号処理回路の出力端子B₁、B₂、……から、回転
軸２の回転角情報であるパルス信号が順次出力される。
而してこの回転角情報と、受光素子７で検出された通過
スリット数の検出情報とにより回転軸２の回転角が精度
よく計測される。

次に第２図には、この発明の他の実施例を示す。この実
施例は受光素子列６の配列長l₂を、スリット板１の厚さ
ｔも考慮に入れて規定したものである。

前述したようにこの発明に係わる回転角検出装置は、ス
リット３の端縁（前記第１図における符号ｈ）で形成さ
れる明暗境界位置ｈ′を、受光素子列６で検知すること
により、回転軸２の回転角検出用の１つの情報を得てい
る。

ところでスリット板１に無視し得ないような厚さｔが存
在すると、上記の明暗境界位置ｈ′は、次のようにこの
スリット板１の厚さｔの影響を受ける。

即ち、発光部５の中心と、受光素子列６の中心部とを結
ぶ中心線を符号８としたとき、スリット３の端縁が、こ
の中心線８の第２図右側位置にあるときは、明暗境界位
置ｈ′は、スリット板１の一面（発光部５との対向面）
側の端縁h₁により形成され、他方、スリット３の端縁
が、中心線８の第２図左側位置へ移動したときには、明
暗境界位置は、スリット板１の他面側の端縁h₂により形
成される。

そしてスリット板１の一面と、他面では、発光部５から
その各面までの距離が、スリット板１の厚さｔ分だけ異
なるため、中心線８の第２図右側と、左側とでは回転軸
２が同一角度だけ回転したときの明暗境界位置ｈ′の移
動量は異なったものとなる。このため前記第１図の実施
例のように、受光素子列６の全配列長l₂を、発光部５と
スリット板１との間隔長d₁等を考慮して規定したとして
も、中心線８の第２図右側の配列長分l₂′と、同図左側
の配列長分l₂″とを同一長さとしたのでは、受光素子列
６によってスリット３の端縁の回転移動位置を正確に検
出することができない。

そこでこの実施例では、受光素子列６の配列長l₂を、ス
リット板１の厚さｔも考慮に入れて次のように規定して
いる。

即ち、スリット３の配設ピッチをｌ₁、発光部５および
スリット板１の一面間の間隔長をd₁、スリット板１の厚
さをt₁、発光部５および受光素子列６間の間隔長をd₂、
スリット３の１ピッチ分（第２図において端縁h₁から次
の端縁h₂までの長さ）を受光素子列６に対向させたとき
（第２図の対向状態）、当該スリット３によって形成さ
れる明暗パターンｍの暗パターン部に対応した受光素子
列６の配列長分をl₂′、明パターン部に対応した受光素
子列６の配列長分をl₂″としたとき、受光素子列６の全
配列長l₂は、l₂＝l₂′＋l₂″＝ｌ₁・d₂／2d₁＋ｌ₁・d₂/
2（d₁＋ｔ）となるように規定されている。そして第２
図に示すように、中心線８の両側に各受光素子をそれぞ
れ３個つづ配設した場合には、配列長l₂′側における受
光素子１個分の長さはl₂′/3とされ、配列長ｌ″側にお
ける受光素子１個分の長さはl₂″/3とされる。

作用を述べると、受光素子列６によって検出されるスリ
ット３の端縁が、中心線８の第２図右側にあるとき、受
光素子列６上に形成される明暗パターンｍの境界位置
ｈ′は、スリット板１の一面側の端縁h₁によって形成さ
れ、また中心線８の第２図左側にあるとき、当該境界位
置ｈ′は、スリット板１の他端側の端縁h₂によって形成
され、その形成位置は、スリット板１の厚さｔの影響を
受けるが、上記中心線８の右側および左側に対応した受
光素子列６の各配列長分l₂′、l₂″の長さはスリット板
１の厚さｔも考慮して規定されているので、前記一実施
例の場合と同様に不感帯領域が生ずることがない。そし
て受光素子列６によって検出されるスリット３の端縁
が、中心線８の第２図右側、または左側の何れの側を回
転移動する場合においても、同一角度量だけ回転移動し
た場合の受光素子の通過数は同一個数となって、回転角
度が正確に検出される。

［発明の効果］ 以上説明したように、第１の発明では、受光素子列の配
列長l₂は、光源からの照射光によって受光素子列の配設
位置に作られるスリットの１ピッチ分の影の長さとほぼ
等しい長さに規定されているので、スリットによって受
光素子列の配設位置に作られる明暗パターンの１ピッチ
分の長さと、当該受光素子列の配列長l₂とがほぼ一致
し、受光素子列上に不感帯領域が生じることがない。

また、第２の発明では、受光素子列の配列長l₂を、スリ
ット板の厚さｔも考慮に入れて、スリットの配設ピッチ
をｌ₁、発光部５およびスリット板１の一面間の間隔長
をd₁、スリット板１の厚さを₁、光源および受光素子列
間の間隔長をd₂、スリットの１ピッチ分を受光素子列に
対向させたとき、当該スリットによって形成されるの明
暗パターンｍの暗パターン部に対応した受光素子列の配
列長分をl₂′、明パターン部に対応した受光素子列の配
列長分をl₂″としたとき、受光素子列の全配列長l₂は、
l₂＝l₂′＋l₂″＝ｌ₁・d₂／2d₁＋ｌ₁・d₂/2（d₁＋ｔ）
となるように規定されているので、スリットの厚さが明
暗パターンの境界位置に影響を与えるような厚さであっ
たとしても、スリットによって受光素子列の配設位置に
作られる明暗パターンの１ピッチ分の長さと、当該受光
素子列の配列長l₂とがほぼ一致し、受光素子列上に不感
帯領域が生じることがない。

従って、第１及び第２の発明によれば、照射領域が距離
に比例して拡がり、ほぼ点光源とみなせるような光源を
用いても受光素子列上におけるスリット回転位置の検知
に不感帯を生ずることがなく、回転軸の回転角を高精度
に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わる回転角検出装置の一実施例の
要部を模式的に示す正面図、第２図はこの発明の他の実
施例の要部を模式的に示す正面図、第３図は従来の回転
角検出装置の一部断面正面図、第４図は第３図のIV-IV
線断面図、第５図は同上従来装置の検出信号系のブロッ
ク図、第６図は同上従来装置の問題点を説明するための
部分正面図である。 １……回転スリット板、２……回転軸、３……スリッ
ト、５……発光部（光源）、６……受光素子列、6a〜6f
……受光素子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を中心とした円周上に所定の配設ピ
   ッチでスリット列が設けられた回転スリット板と、 該回転スリット板の一面側から前記スリット列の部分を
   照明して反対側に当該スリット列による明暗パターンを
   生じさせるように配置され、かつ出射光の照射領域が距
   離に比例して拡がる光源と、 前記明暗パターンを受光してそれぞれ回転角度検出用の
   光電変換信号を出力する所要個数の受光素子が前記スリ
   ット列と同方向に配列された受光素子列と、 を備え、 前記受光素子列の配列長l₂は、スリットの配設ピッチを
   ｌ₁、光源および回転スリット板の一面間の間隔長を
   d₁、光源および受光素子列間の間隔長をd₂としたとき、
   l₂＝ｌ₁・d₂／d₁であることを特徴とする回転角検出装
   置。
2. 【請求項２】回転軸を中心とした円周上に所定の配設ピ
   ッチでスリット列が設けられた回転スリット板と、 該回転スリット板の一面側から前記スリット列の部分を
   照明して反対側に当該スリット列による明暗パターンを
   生じさせるように設置され、かつ出射光の照射領域が距
   離に比例して拡がる光源と、 前記明暗パターンを受光してそれぞれ回転角度検出用の
   光電変換信号を出力する所要個数の受光素子が前記スリ
   ット列と同方向に配列された受光素子列と、 を備え、 前記受光素子列の配列長l₂は、スリットの配設ピッチを
   ｌ₁、光源および回転スリット板の一面間の間隔長を
   d₁、回転スリット板の厚さをｔ、光源および受光素子列
   間の間隔長をd₂、前記スリットの１ピッチ分を受光素子
   列に対向させたとき当該スリットにより形成される明暗
   パターンの暗パターン部に対応した受光素子列の配列長
   分をl₂′、当該明暗パターンにおける明パターン部に対
   応した受光素子列の配列長分をl₂″としたとき、l₂＝
   l₂′＋l₂″＝ｌ₁・d₂／2d₁＋ｌ₁・d₂/2（d₁＋ｔ）であ
   ることを特徴とする回転角検出装置。