JP2006084349A - Absolute angle detection device - Google Patents

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JP2006084349A JP2004270247A JP2004270247A JP2006084349A JP 2006084349 A JP2006084349 A JP 2006084349A JP 2004270247 A JP2004270247 A JP 2004270247A JP 2004270247 A JP2004270247 A JP 2004270247A JP 2006084349 A JP2006084349 A JP 2006084349A
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Tadashi Sano
正 佐野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an absolute angle detection device of high resolution, small size and low cost. <P>SOLUTION: The absolute angle detection device comprises: the rotary disk 1 which is held rotatably; the 1st slit string 3 formed on the rotary disk 1 for identification of a plurality of sectors for dividing one rotation of the rotary disk 1; the optical element 5 for detecting the sectors and for outputting the differential current value I intrinsic to each sector arranged opposite to the 1st slit line 3; the 2nd slit line 4 repeatedly formed in the peripheral direction of the rotary disk 1 made to correspond to each of the plurality of sectors; and the optical elements 6 and 7 for rotational angle detection for outputting the differential current I corresponding to the rotational angle of the rotary disk 1 in each sector. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to an absolute angle detection device, and more particularly, to a configuration of slit rows formed in a rotating disk and an arrangement of detection elements arranged opposite to the slit rows.

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。   Conventionally, an automobile has been provided with an absolute angle detection device as a rudder angle sensor. However, since an absolute angle detection device for an automobile is applied to control of a safety device such as a suspension or a wheel, a high-precision In order to realize the control, it is required to have a high resolution of about 0.5 to 2 degrees.

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。
特開2000−28396号公報(図1〜図4)
Conventionally, as this type of absolute angle detection device, a single code pattern row is formed on a rotating disk, and nine detection elements are arranged opposite to the code pattern row so that one sector has a resolution of 360 degrees. Two code patterns are formed, and three code pattern strings are formed on a rotating disk, and a total of nine detection elements are arranged opposite to each code pattern string. One sector is 360 degrees and the resolution is 1.125 degrees. And two code pattern rows are formed on the rotating disk, and a total of 10 detection elements are arranged opposite to each code pattern row to achieve a resolution of 0.9 degrees with 360 degrees per sector. (For example, refer to Patent Document 1) and the like have been proposed.
JP 2000-28396 A (FIGS. 1 to 4)

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。   However, since the absolute angle detection apparatus according to the known example includes nine or ten detection elements, a large space is required for setting these many detection elements, and there is a disadvantage that the apparatus becomes large. In addition, since the number of detection elements is large and setting a large number of detection elements requires a great amount of labor, there is a disadvantage that the cost of the apparatus increases. Furthermore, since the number of detection elements is large, it is difficult to accurately set a predetermined detection element at a predetermined position, and it is practically difficult to obtain a high-resolution absolute angle detection device.

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。   The present invention has been made to solve such deficiencies of the prior art, and an object of the present invention is to provide a small and low-cost absolute angle detection device with high resolution.

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。     In order to solve the above-described problems, the present invention provides a first absolute angle detection device that is formed on a rotating disk that is rotatably held and the rotating disk, and divides one rotation of the rotating disk into a plurality of sectors. A slit array, a sector detecting optical element that is arranged opposite to the first slit array and outputs an analog signal specific to each sector, and formed on the rotating disk corresponding to each of the plurality of sectors The second slit array and a rotation angle detecting optical element that outputs an analog signal corresponding to the rotation angle of the rotating disk in each sector are arranged so as to face the second slit array.

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。   According to such a configuration, only one sector detection optical element is disposed to face the first slit row, and at least one rotation angle detection optical element is provided to face the second slit row. Since the absolute angle within the rotation can be detected, the space required for setting the optical element can be reduced, and the absolute angle detector can be miniaturized. Further, since the number of optical elements is small and the setting of the optical elements becomes easy, the cost of the absolute angle detection device can be reduced. Furthermore, since the number of optical elements is small, the predetermined optical elements can be accurately set at predetermined positions, and a high-resolution absolute angle detection device can be obtained.

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。   In the absolute angle detecting device having the above-described configuration, the first slit row is formed in an arc shape centered on the rotation center of the rotating disk, and the rotating disk rotates at every predetermined angle. The configuration consists of a set of a plurality of slits whose distance from the center changes.

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。   According to such a configuration, the position of the first slit row moving on the sector detecting optical element can be changed stepwise for each sector as the rotating disk rotates. By detecting the moving position of the first slit row with respect to the sector by the sector detecting optical element, each sector can be detected with high accuracy.

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。   Further, in the absolute angle detection device having the above-described configuration, the second slit row is formed in a shape in which the distance from the rotation center of the rotating disk increases or decreases monotonously according to the rotation angle of the rotating disk. And a set of a plurality of slits repeated in a fixed shape for each sector.

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。   According to such a configuration, the position of the second slit row moving on the rotation angle detecting optical element can be changed uniformly and continuously for each sector as the rotating disk rotates. By detecting the movement position of the second slit row with respect to the detection optical element with the rotation angle detection optical element, angle detection in each sector can be performed with high accuracy.

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。   In the absolute angle detection device having the above-described configuration, the sector detection optical element and the rotation angle detection optical element include a light emitting element and a light receiving element arranged to face each other with the rotating disk interposed therebetween. The light receiving element has a plurality of light receiving portions divided along a dividing line, and when the first slit row or the second slit row moves between the light receiving device and the light emitting device, It is configured to include a differential output element that outputs a differential signal corresponding to a moving position of the first slit row or the second slit row with respect to a plurality of light receiving portions.

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。   According to such a configuration, it is possible to obtain a differential signal corresponding to the position of the first slit row moving on the sector detecting optical element and the position of the second slit row moving on the rotation angle detecting optical element. The sector detection of the rotating disk and the angle detection in each sector can be performed with high accuracy. In addition, even if the light emission intensity of the light emitting element decreases with time, the ratio of the amount of light received between the light receiving portions does not vary, so the durability of the absolute angle detection device can be improved.

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。   According to the present invention, in the absolute angle detecting device having the above-described configuration, the differential output element includes a first light receiving portion and a second light receiving portion that are divided along a wedge-shaped or saw-tooth shaped dividing line. The configuration is such that a photodiode is used.

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。   According to this configuration, by arranging the rotating disk and each optical element so that the arrangement directions of the first light receiving unit and the second light receiving unit are orthogonal to the moving direction of the first slit row and the second slit row. Since the movement of each slit row moving on each optical element in the arrangement direction of the first light receiving portion and the second light receiving portion can be detected with high sensitivity, sector detection of the rotating disk and angle detection within each sector are possible. Can be performed with high accuracy. In particular, when the first light receiving unit and the second light receiving unit are divided into two along a sawtooth dividing line in which a plurality of wedge shapes are continuous, the band of light that has passed through the slit is a sawtooth dividing line. The first and second light receiving portions are irradiated across a plurality of locations, so that when a light emitting element such as a light emitting diode having a non-uniform amount of light is used as a light emitting element, or dust or the like is applied to the light emitting element or the light receiving element. Even when foreign matter adheres, unnecessary fluctuations in the ratio of the amount of light received between the first and second light receiving units can be suppressed, and high-precision absolute angle detection can be performed.

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。   The absolute angle detection device of the present invention includes a rotating disk that is rotatably held, a first slit array that is formed on the rotating disk and divides one rotation of the rotating disk into a plurality of sectors, and the first slit array. And a sector detecting optical element that outputs a unique analog signal to each of the plurality of sectors, a second slit row formed in the rotating disk corresponding to each of the plurality of sectors, A rotation angle detecting optical element that is arranged opposite to the second slit row and outputs an analog signal corresponding to the rotation angle of the rotating disk in each sector, so that one piece is placed opposite the first slit row. The absolute angle within one rotation can be detected simply by providing the sector detecting optical element and by providing at least one rotational angle detecting optical element facing the second slit row, Size of the diagonal detection device, it is possible to reduce the cost.

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。   Hereinafter, an embodiment of an absolute angle detection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the configuration of slit rows established in a rotating disk and the arrangement of optical elements with respect to the rotating disk, FIG. 2 is a sectional view taken along II-II in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a plan view showing the relationship between the configuration of the light receiving element and the band-shaped light transmitted through the slit, FIG. 5 is a graph showing the output characteristics of the light receiving element in FIG. 6 is a graph showing differential current value signals output from the sector detecting optical element and the rotation angle detecting optical element.

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。   As shown in FIGS. 1 to 3, the absolute angle detection device of this example includes a rotating disk 1, a support 2 for the rotating disk 1, and a first slit array 3 and a second slit array formed on the rotating disk 1. 4, a sector detection optical element 5 disposed opposite to the first slit row 3, and two rotation angle detection optical elements 6, 7 disposed opposite to the second slit row 4. .

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。   The support body 2 includes a cylindrical base portion 2a, a ring-shaped disc mounting portion 2b erected vertically from the outer surface of the base portion 2a, and a ring-shaped disc pressing portion 2c attached to the disc mounting portion 2b. Thus, a step portion 2d for engaging the rotating disc 1 and the disc pressing portion 2c is formed on one side of the disc mounting portion 2b. The support 2 is formed with a plastic molded body.

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。   The rotating disk 1 is formed in a ring shape having an inner diameter substantially equal to the diameter of the stepped portion 2d and an outer diameter larger than the outer diameter of the disk mounting portion 2b, and is formed with a light-shielding plate-like body such as a metal plate, for example. Is done. The rotating disk 1 is attached to the support 2 by fitting the inner peripheral end to the step 2d and holding the outer surface of the inner peripheral part by the disk pressing part 2c. Thereby, the rotation center O of the rotating disk 1 and the rotation center O ′ of the support 2 can be matched. The disk mounting portion 2b, the rotating disk 1 and the disk pressing portion 2c are integrated by means such as adhesion or heat caulking. The rotating disk 1 and the support 2 need only be formed integrally, and both of them may be integrated by out-molding or the like.

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。   As shown in FIG. 1, the first slit row 3 is formed in an arc shape centering on the rotation center O of the rotating disk 1 for each of a plurality of sectors obtained by dividing one rotation of the rotating disk 1, and at every predetermined angle. And a set of a plurality of slits whose distance from the rotation center O varies. In the example of FIG. 1, a case where one rotation of the rotating disk 1 is divided into 15 sectors and one sector is set to 24 degrees is illustrated, and the first slit row 3 has eight slits 3a. , 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h.

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。   That is, the slit 3 a has an arc shape with a radius r centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of two sectors from a certain reference position A on the rotating disk 1. The slit 3b has an arc shape with a radius r + s centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of three sectors from a position rotated clockwise by one sector from the reference position A. The slit 3c has an arc shape with a radius r + 2s centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of three sectors from a position rotated clockwise by three sectors from the reference position A. The slit 3d has an arc shape with a radius of r + 3s centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of three sectors from a position rotated clockwise by five sectors from the reference position A. The slit 3e has an arc shape with a radius of r + 4s centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of 3 sectors from a position rotated clockwise by 7 sectors from the reference position A. The slit 3f has an arc shape with a radius of r + 5s centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of 3 sectors from a position rotated clockwise by 9 sectors from the reference position A. The slit 3g has an arc shape with a radius of r + 6s centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of three sectors from a position rotated clockwise by 11 sectors from the reference position A. The slit 3h has an arc shape with a radius of r + 7s centered on the rotation center O, and is formed over an angular range of two sectors from a position rotated clockwise by 13 sectors from the reference position A. When the slits 3a to 3h are arranged in this manner, the slits 3a to 3h can be formed without being interrupted in the circumferential direction, so that a continuous detection signal can be obtained. Further, according to the above configuration, since 15 sectors can be detected by 8 slits, compared to the case of forming 15 slits having different distances from the rotation center O of the rotating disk 1 for each sector. The number of slits constituting the first slit row 3 can be halved, and the rotating disk 1 and the sector detecting optical element 5 can be downsized, and the absolute angle detecting device can be downsized.

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。   The second slit row 4 is formed in a shape in which the distance from the rotation center O monotonously increases or monotonously decreases according to the rotation angle of the rotary disk 1 and is repeated in a fixed shape for each sector. , 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l, 4m, 4n, 4o. As a shape that monotonously increases or monotonously decreases in accordance with the rotation angle of the rotating disk 1, as shown in FIG.

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。   As shown in FIG. 3, the sector detecting optical element 5 and the rotation angle detecting optical elements 6 and 7 are composed of a light emitting element 9 and a light receiving element 10 arranged to face each other with the rotating disk 1 therebetween. Each light emitting element 9 and light receiving element 10 constituting the optical element 5 and the rotation angle detecting optical elements 6 and 7 are mounted on a single circuit board. The sector detecting optical element 5 is disposed on the moving path of the first slit row 3 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 1, the rotation angle detecting optical elements 6 and 7 are arranged on the moving path of the second slit row 4 so as to be separated from each other by half a sector in the circumferential direction of the rotating disk 1.

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I、第2受光部15bから出力される電流値をIとしたとき、
I=(I−I)/(I+I
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。
As the light emitting element 9, a light emitting diode or the like is used. The light receiving element 10 has a plurality of light receiving parts divided by a dividing line, and outputs a differential signal corresponding to the difference in the amount of light received by each light receiving part, for example, differential two-divided A photodiode is used. The light receiving element 10 in FIG. 4 has a first light receiving unit 10a and a second light receiving unit 10b that are formed in a rectangular shape as a whole and divided by a sawtooth dividing line in which a plurality of wedge shapes are continuous. The first light receiving unit 10a and the second light receiving unit 10b are differential two-divided photodiodes arranged so as to face each other on the short side, and the current value output from the first light receiving unit 10a is When I 1 and the current value output from the second light receiving unit 15b are I 2 ,
I = (I 1 −I 2 ) / (I 1 + I 2 )
The differential current value I calculated by the following formula is output. The light receiving element 10 is mounted on the circuit board 12 such that the arrangement direction of the first light receiving unit 10 a and the second light receiving unit 10 b matches the radial direction of the rotary disk 1.

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。   Therefore, the emitted light L from the light emitting element 9 that has passed through the slits 3a to 3h constituting the first slit row 3 and the slits 4a to 4o constituting the second slit row 4 is sawtoothed as shown in FIG. The first and second light receiving portions 10a and 10b are irradiated in a strip shape across a plurality of portions of the shape dividing line. Further, since the positions of the slits 3a to 3h and 4a to 4o passing over the light receiving element 10 change in the radial direction of the rotating disk 1 with the rotation of the rotating disk 1, the slits 3a to 3h and 4a to 4o are changed. As shown in FIG. 4, the transmitted light L from the light emitting element 9 is transmitted from the first light receiving part 10a side to the second light receiving part 10b side or from the second light receiving part 10b side to the first light receiving part. Move to the 10a side. As shown in FIG. 5, the differential current value I output from the light receiving element 10 is the position of each slit with respect to the light receiving element 10, that is, the irradiation position and center position of the emitted light L in the long side direction of the light receiving element 10. The sector position of the rotating disk 1 can be detected by detecting the differential current value I output from the light receiving element 10 of the sector detecting optical element 5, and the rotation angle The rotation angle in the sector can be detected by detecting the differential current value I output from the light receiving element 10 of the detection optical elements 6 and 7, and the absolute angle of the rotating disk 1 can be detected from the respective detection results. Can be requested.

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。   That is, the first slit row 3 is formed of a set of slits 3a to 3h, each of which is formed in an arc shape centered on the rotation center O of the rotating disk 1 and whose distance from the rotation center O changes every predetermined angle. Therefore, from the light receiving element 10 of the sector detecting optical element 5 disposed opposite thereto, as shown in FIG. 6 (a), it changes stepwise for each sector according to the rotational position of the rotating disk 1. Since the differential current value signal S1 is output, the sector position within one rotation can be detected by determining the level of the differential current value I.

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。   The second slit row 4 is formed in a shape in which the distance from the rotation center O monotonously increases or monotonously decreases according to the rotation angle of the rotary disk 1 and is repeated in a fixed shape for each sector. From the light receiving elements 10 of the two rotation angle detecting optical elements 6 and 7 that are arranged opposite to each other and separated by a half sector in the circumferential direction of the rotating disk 1, As shown in FIGS. 6B and 6C, differential current value signals S2 and S3 whose phases are shifted by a half sector according to the rotational position of the rotating disk 1 and change in a wave shape for each sector are output. Is done. Therefore, the angular position in each sector can be detected by detecting the differential current value I from the linear portions of the differential current value signals S2 and S3. That is, in the example of FIG. 6, the angular position within one sector is detected from the differential current value signal S3 in the angular ranges A and C, and the angular position within the same sector is detected from the differential current value signal S2 in the angular range B. To detect. In this example, the two rotation angle detecting optical elements 6 and 7 are provided. However, each of the slits constituting the second slit row 4 so that a linear differential current value signal is output for each sector. In the case where 4a to 4o are formed, it is sufficient to provide at least one rotation angle detecting optical element.

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。   The absolute angle detection device of this example includes a rotating disk 1 that is rotatably held, a first slit row 3 that is formed on the rotating disk 1 and divides one rotation of the rotating disk 1 into a plurality of sectors, and a first slit. A sector detecting optical element 5 disposed opposite to the column 3 and outputting a differential current value signal S1 unique to each sector, and a second formed on the rotating disk 1 corresponding to each of the plurality of sectors. A rotation angle detecting optical element 6, which is disposed opposite to the slit row 4 and the second slit row 4 and outputs differential current value signals S2, S3 corresponding to the rotation angle of the rotary disk 1 in each sector. 7, the number of detection elements can be significantly reduced as compared with the conventional absolute angle detection device, and the absolute angle detection device can be reduced in size and cost.

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。   In the above embodiment, the light receiving unit includes the light receiving element 10 divided by the sawtooth dividing line. However, the gist of the present invention is not limited to this, and a required differential current value signal is provided. A light receiving element having an arbitrary light receiving portion, such as a light receiving portion divided by a wedge-shaped dividing line or a spot light position sensor (PSD) using the surface resistance of a photodiode. Can be used.

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。It is a top view which shows the structure of the slit row | line | column established in a rotating disc, and the arrangement | sequence of the optical element with respect to a rotating disc. 図1のII−II断面図である。It is II-II sectional drawing of FIG. 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。It is principal part sectional drawing which shows the arrangement | sequence of a rotating disk, a light emitting element, and a light receiving element. 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。It is a top view which shows the relationship between the structure of a light receiving element, and the strip | belt-shaped light which permeate | transmitted the slit. 図4の受光素子の出力特性を示すグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing output characteristics of the light receiving element of FIG. 4. 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。It is a graph which shows the differential electric current value signal output from the optical element for a sector detection, and the optical element for a rotation angle detection.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating disk 3 1st slit row 3a-3h Slit 4 2nd slit row 4a-4o Slit 5 Optical element for sector detection 6, 7 Optical element for rotation angle detection 9 Light emitting element 10 Light receiving element 10a First light receiving part 10b Second Light receiving section

Claims (5)

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。   A rotating disk held rotatably, a first slit array formed on the rotating disk and dividing one rotation of the rotating disk into a plurality of sectors, and arranged opposite to the first slit array, each sector A sector detecting optical element that outputs a unique analog signal, a second slit row formed in the rotating disk corresponding to each of the plurality of sectors, and a second slit row arranged opposite to the second slit row, An absolute angle detection device comprising: a rotation angle detection optical element that outputs an analog signal corresponding to a rotation angle of the rotating disk in a sector. 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。   Each of the first slit rows is formed of a set of a plurality of slits that are formed in an arc shape centered on the rotation center of the rotating disk and whose distance from the rotation center of the rotating disk changes at every predetermined angle. The absolute angle detection device according to claim 1. 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。   The second slit row is formed in a shape in which the distance from the rotation center of the rotating disk monotonously increases or decreases according to the rotation angle of the rotating disk, and a plurality of repetitions are made in a fixed shape for each sector. The absolute angle detection device according to claim 1, comprising a set of slits. 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。   The sector detecting optical element and the rotation angle detecting optical element are composed of a light emitting element and a light receiving element arranged to face each other via the rotating disk, and the light receiving element is divided into a plurality of lines divided along a dividing line. And when the first slit row or the second slit row moves between the light receiving element and the light emitting element, the first slit row or the second slit for the plurality of light receiving portions. The absolute angle detection device according to claim 1, comprising a differential output element that outputs a differential signal corresponding to a moving position of the column. 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。   5. The two-divided photodiode having a first light receiving portion and a second light receiving portion divided along a wedge-shaped or saw-tooth shaped dividing line is used as the differential output element. Absolute angle detection device.
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