JP2006177912A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規構成の回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】回転角度検出装置１は、回転板１０の軸心を中心とした径の異なる円周上に設けられる２つのトラックと、各トラックに設けられるスリット１２ａ〜１４ｄと、これらスリット１２ａ〜１４ｄの有無を検出する光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３とを備える。また、回転角度検出装置１は、回転板１０の所定角度毎に対応付けて設定されて隣り合う角度における組み合わせが周期的に変移する角度データを記録する第１記録手段と、各光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３により検出された２値コードを記録する第２記録手段と、各光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３から出力された２値コード及び過去の２値コードの組み合わせと第１記録手段の角度データの組み合わせとに基づいて回転板１０の回転角度を求める角度検出手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。

ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）システム（Ｒ）、ＥＳＰ（Electronic Stability Program）システム（Ｒ）といった車両安定性制御システムや、電子制御サスペンションシステムなどを車両に搭載する場合、それらのシステム制御のためにステアリングの操舵角を検出する必要がある。このため、従来、こうした車両においては、操舵角を検出するための回転角度検出装置をステアリングコラム内に組み込むことが行われている。この種の回転角度検出装置としては、回転角度を絶対値で検出する絶対角検出方式（例えば特許文献１参照）や回転角度を相対値で検出する相対角検出方式（例えば特許文献２参照）が知られている。こういった検出方式が上記システムの仕様に合わせて適宜選択されることにより、該システム制御に最適な角度情報を回転角度検出装置によって提供することができる。
特開２００２−９８５２２号公報 特開２０００−４６５３６号公報

近年では、搭載されるシステムの仕様等に基づいて回転角度検出装置に対する顧客のニーズはますます多様化してきており、それらのニーズに応えるべく、回転角度検出装置の構成はもとより回転角度の検出方法等の多岐にわたった研究開発が行われている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、新規構成の回転角度検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明では、回転体の回転軸心を中心とした径の異なる円周上にそれぞれ設けられる複数のトラックと、該各トラックにそれぞれ設けられる複数のスリットと、前記各トラックと同心円周上に配置されるとともに、前記各トラックにおけるスリットの有無をそれぞれ検出する複数の検出手段と、前記回転体の回転可能角度範囲内の所定角度毎に対応付けて設定され、隣り合う角度における組み合わせが周期的に変移する角度データを記録する第１記録手段と、前記各検出手段によって検出された２値コードを順次記録する第２記録手段と、前記各検出手段から出力された２値コード及び前記第２記録手段に記録された過去の２値コードの組み合わせと、前記第１記録手段に予め記録された角度データの組み合わせとに基づいて前記回転体の回転角度を求める角度検出手段と、を備えることを要旨とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転角度検出装置において、前記回転体の回転可能角度範囲は複数のコードパターンピッチに等分割され、前記各検出手段は、前記回転体の回転軸に直交する方向に複数列に亘って、且つ、前記各コードパターンピッチ毎に一列ずつ同数量配置され、前記スリットは、前記回転体が回転した際に、前記回転体の回転軸に直交する方向における位置が一致する前記各検出手段のうちいずれか一つが前記スリットのエッジを検出するように形成され、前記第１記録手段には、隣り合う角度の組み合わせが前記回転体の回転可能角度範囲内において全て異なる角度データが記録されることを要旨とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置において、前記角度検出手段は、前記回転体の回転に伴って変移する前記２値コードの組み合わせが前記角度データの組み合わせと不一致の状態を前記検出手段の異常状態として検出することを要旨とする。

請求項４に記載の発明では、請求項２または３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、同一の列に配置された複数の前記検出手段から出力される前記２値コードに対して排他的論理和による論理演算を行い、その論理演算結果に基づいて回転体の相対角を得る相対角検出手段を更に備えることを要旨とする。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の回転角度検出装置において、前記角度検出手段は、前記論理演算の結果として得られるコードの挙動が周期的な変移から乖離した状態を前記検出手段の異常状態として検出することを要旨とする。

以下、本発明の作用について説明する。
請求項１に記載の発明によれば、予め設定されている角度データと各検出手段によって検出された現在の２値コード及び過去の２値コードの組み合わせとの対比のもとに、回転体の回転角度を検出することができるようになり、新規構成を有する回転角度検出装置を提供することができる。また、この構成においては、現在の２値コードと過去の２値コードとの組み合わせを用いて回転角度を検出することから、回転体に設けられたスリットのエッジを検出手段が横切って現在の２値コードが確定すれば、同回転体の回転角度が求められるため、早期に回転体の回転角度を検出したいといった顧客のニーズにも応えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、第１記録手段には、隣り合う角度の組み合わせが回転体の回転可能角度範囲内において全て異なる角度データが記録される。このため、検出された２値コードと第２記録手段に記録された過去の２値コードとの組み合わせは、回転体の回転可能角度範囲内における絶対角を示す。したがって、２値コードの組み合わせと角度データの組み合わせとに基づいて回転体の回転可能角度範囲内における絶対角を求めることができる。例えば、回転体の回転可能角度範囲を３６０°とすれば、回転体の１回転における絶対角を求めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、各検出手段により出力された２値コードは第２記録手段に順次記録される。この２値コードと過去に記録された２値コードとの組み合わせは、各検出手段がスリットの有無をそれぞれ正常に検出している場合、回転体の各回転角度において角度データの組み合わせと一致する。一方、検出手段がスリットの有無を正常に検出できない場合、すなわち、スリットが有るにも拘らずスリットが無い場合と同一の検出信号を出力したり、スリットが無いにも拘らずスリットが有る場合と同一の検出信号を出力したりする場合、２値コードの組み合わせと角度データの組み合わせとは不一致となる。このように、検出手段がスリットの有無を正常に検出できない場合には２値コードの組み合わせと角度データの組み合わせとが不一致となることから、角度データの組み合わせにしたがって２値コードの組み合わせが変移しているか否かを監視することで検出手段の異常を検出することができる。特に、車両においては、こういった異常検出機能を併せもった回転角度検出装置への要望が強く、本発明によればそういった要望にも応えることができる。

請求項４に記載の発明によれば、相対角検出手段は、同列に配置された複数の検出手段から出力される２値コードに対して排他的論理和による論理演算を行う。コードパターンピッチに相当する角度を回転体が回転すると、複数の検出手段のいずれか１つがスリットのエッジを検出する。このため、同列に配置された検出手段の出力に対して排他的論理和による論理演算を行うと、コードパターンピッチ分の位相がずれた矩形波が得られる。したがって、簡単な演算により回転体の相対角を得ることができる。しかも、この論理演算はハードウェア（例えばロジックＩＣ）によっても行うことができるため、ソフトウェアにより同論理演算を行う場合に比較して相対角の検出速度を向上させることもできる。

請求項５に記載の発明によれば、検出手段に異常がある場合、排他的論理演算の結果得られるコードは、同検出手段が正常状態にある場合とは異なった挙動を示すこととなり、同コードの周期的なパターンに乱れが生じる。したがって、このような構成によれば、上記論理演算の結果得られるコードの挙動を監視することにより、相対角度検出手段において検出手段の異常を検出することができるようになる。

本発明によれば、新規構成の回転角度検出装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、車両に装備されたステアリングにおけるステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角度検出装置に本発明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図７にしたがって説明する。

図１に示すように、回転角度検出装置１は、回転体としてのステアリングシャフト５に外嵌する状態で固着された同じく回転体としての回転板１０と、検出手段としての６つの光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３とを備えている。回転板１０は、ステアリングシャフト５の回転に伴い軸線Ｏ（回転軸）を回転中心として一体的に回転する。

図２に二点鎖線で示すように、回転板１０には、軸線Ｏを中心とする円周に沿って、径方向に所定の幅を有する円環状のトラック１１が設けられている。トラック１１が設けられている円周の径よりも大きい径となる同心円周上には、同じく径方向に所定の幅を有する円環状のトラック１３が設けられている。トラック１１及びトラック１３には、それぞれ周方向に延びる複数のスリットが透設されている。本実施形態では、トラック１１には４つのスリット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが透設され、トラック１３には、４つのスリット１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが透設されている。詳しくは、トラック１１及びトラック１３におけるスリットは、回転板１０の１回転（本実施形態における回転可能角度範囲）に当たる回転角度の３６０°を１６等分したコードパターンピッチ（３６０°／１６＝２２．５°）に基づいて形成される。すなわち、トラック１１及びトラック１３は、コードパターンピッチを中心角とする扇状の検出単位１１ａ，１３ａに区画される。トラック１１のスリット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、１個の検出単位１１ａ、または、複数個の連続する検出単位１１ａから形成されている。本実施形態では、３つの検出単位１１ａからなるスリット１２ｃと、３つの検出単位１１ａからなるスリット１２ａと、２つの検出単位１１ａからなるスリット１２ｂと、一つの検出単位１１ａからなるスリット１２ｄとが形成されている。トラック１３のスリット１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、１個の検出単位１３ａ、または、複数個の連続する検出単位１３ａから形成されている。本実施形態では、３つの検出単位１３ａからなるスリット１４ｄと、３つの検出単位１３ａからなるスリット１４ｂと、２つの検出単位１３ａからなるスリット１４ａと、１つの検出単位１３ａからなるスリット１４ｃとが形成されている。以下、説明の便宜上、スリット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを、スリット１２ａ〜１４ｄと表現する。

これらスリット１２ａ〜１４ｄは、回転板１０が回転した際に、回転板１０の軸線Ｏに直交する方向（列）に配置された光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３のうちいずれか一つがスリット１２ａ〜１４ｄのエッジを検出するように形成されている。また、スリット１２ａ〜１４ｄは、回転板１０の回転時に光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３のそれぞれから出力される検出信号のパターン（２値コード）と、後述するＲＡＭ３ｃに記録された過去の２値コードとの組み合わせが、１回転内において全て異なるように形成されている。

図３に示すように、光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３は、トラック１１に沿って配置されている。光センサＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３は、トラック１３に沿って配置されている。これら光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３は、例えば発光ダイオード及びフォトトランジスタからなる公知のセンサである。光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３において発光ダイオードとフォトトランジスタとは、それぞれ回転板１０を挟んで対向配置されている。また、光センサＰＨ１１，ＰＨ２１、光センサＰＨ１２，ＰＨ２２、光センサＰＨ１３，ＰＨ２３は、それぞれ同一の列上に、且つ、コードパターンピッチ毎に１列ずつ配置されている。詳しくは、光センサＰＨ１３，ＰＨ２３は、角度０°の位置に共に配置されている。光センサＰＨ１２、ＰＨ２２は、角度３０．０°（２２．５°×（１＋１／３））の位置に共に配置されている。そして、光センサＰＨ１１、ＰＨ２１は、角度６０°（２２．５°×（２＋２／３））の位置に共に配置されている。つまり、光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３は、コードパターンピッチを１周期とした場合、１／３位相の位置、２／３位相の位置、３／３位相の位置（角度０°に相当）に配置され、しかも別々のコードパターンピッチ内に配置されている。このように、複数の光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３は、所定の位相差をもってコードパターンピッチ毎に一列ずつ配置されるとともに、各トラックにおいては同一数量ずつ配置されている。以下、説明の便宜上、光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３を、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３と表現する。

光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３は、それぞれ対応する発光ダイオード及びフォトトランジスタ間が回転板１０によって遮蔽されるか否かに基づいて２進符号で示される検出信号を出力する。具体的には、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３は、発光ダイオード及びフォトトランジスタ間が回転板１０によって遮蔽された場合にはＬレベルの検出信号を出力し、これとは反対に、発光ダイオード及びフォトトランジスタ間が回転板１０によって遮蔽されない場合にはＨレベルの検出信号を出力する。

図４に示すように、これら光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３から出力された検出信号は、演算部３に入力される。
演算部３は、角度検出手段としてのＣＰＵ３ａ、該ＣＰＵ３ａが回転角度を検出する際に実行する制御プログラムが記録された第１記録手段としてのＲＯＭ３ｂ、及びＣＰＵ３ａの演算結果を記録する第２記録手段としてのＲＡＭ３ｃを備えている。ＲＯＭ３ｂにはまた、図５に示すように、所定角度毎に設定された個別の角度データが記録されている。この角度データは、絶対角検出時に光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３から出力される２値コードと対応して設定されている。本実施形態における角度データは、コードパターンピッチを３等分した７．５°毎に設定されている。また、回転板１０の１回転における角度データは、隣り合う２組の角度データの組み合わせが回転板１０の１回転する間において重複しないように設定されている。このため、隣り合う２組の角度データの組み合わせは、回転板１０が１回転する毎に周期的に変移する。

ＣＰＵ３ａは、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３から出力された検出信号とＲＯＭ３ｂに記録された角度データとに基づいて、そのときの回転板１０の回転角度を求める。ここで、図６にしたがって、ＣＰＵ３ａが行う回転角度検出処理について説明する。

光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３から検出信号が入力されると、ＣＰＵ３ａは、各光センサの検出信号を所定のビットに割り当てた２値コードを生成する。詳しくは、ＣＰＵ３ａは、最下位ビットから順番に、光センサＰＨ１１の検出信号，光センサＰＨ１２の検出信号，光センサＰＨ１３の検出信号，光センサＰＨ２１の検出信号，光センサＰＨ２２の検出信号，そして最上位ビットを光センサＰＨ２３の検出信号とする２値コードを生成する。そして、ＣＰＵ３ａは、生成した２値コードを一旦ＲＡＭ３ｃに記録する。

ＣＰＵ３ａは、生成した２値コード（現２値コード）とＲＡＭ３ｃに記録された一つ前の過去の２値コードとの組み合わせ、すなわち隣り合う２つの２値コードの組み合わせと、ＲＯＭ３ｂの隣り合う２つの角度データの組み合わせとを比較する。ＣＰＵ３ａは、両者の組み合わせが一致した場合、その角度データの組み合わせのうち現２値コードに対応する角度データが示す回転角度を、回転板１０の回転角度と推定する。詳しくは、回転板１０が図２における矢印Ｒ１方向に回転（正転）した場合、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３からは図６に示す検出信号が順次入力される。例えば、回転板１０が回転角度０°の位置から正転した場合、光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２３からはＬレベルの検出信号が入力され、光センサＰＨ２２からはＨレベルの信号が入力される。このため、ＣＰＵ３ａは、入力された検出信号から２値コード「００００１０」、すなわち２値コード「２」（１６進）を生成する。そして、ＣＰＵ３ａは、この２値コードをＲＡＭ３ｃに記録する。

更に図６に示すポイントＰ１まで回転板１０が正転すると、光センサＰＨ１１の検出信号がＬレベルからＨレベルに変化する。このため、ＣＰＵ３ａは、入力された検出信号から２値コード「１０００１０」、すなわち２値コード「２２」（１６進）を生成する。そして、ＣＰＵ３ａは、この２値コードをＲＡＭ３ｃに記録する。また、ＣＰＵ３ａは、２値コード「２２」（現２値コード）及びＲＡＭ３ｃに記録された一つ前の過去の２値コード「２」の組み合わせ（図６において一点鎖線で囲まれた２値コードの組み合わせ）と、ＲＯＭ３ｂに記録された角度データの組み合わせとを比較する。この２値コードの組み合わせ（「２」「２２」）は、図５（ａ）に示すように、一点鎖線で囲まれた角度データの組み合わせと一致する。ＣＰＵ３ａは、一点鎖線で囲まれた角度データの組み合わせのうち現２値コードに対応する角度７．５°から、回転板１０の回転角度を７．５°と求める。

また、図６にポイントＰ２で示す回転角度まで回転板１０が正転すると、光センサＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２３からはＬレベルの検出信号が入力され、光センサＰＨ１１，ＰＨ２２からはＨレベルの信号が入力される。このため、ＣＰＵ３ａは、入力された検出信号から２値コード「１０００１０」、すなわち２値コード「２２」（１６進）を生成する。そして、ＣＰＵ３ａは、この２値コードをＲＡＭ３ｃに記録する。また、ＣＰＵ３ａは、この２値コード「２２」（現２値コード）及びＲＡＭ３ｃに記録された一つ前の過去の２値コード「２６」の組み合わせ（図６において二点鎖線で囲まれた２値コードの組み合わせ、「２６」「２２」）と、ＲＯＭ３ｂに記録された角度データの組み合わせとを比較する。この２値コードの組み合わせは、図５（ａ）に示すように、二点鎖線で囲まれた角度データの組み合わせと一致する。ＣＰＵ３ａは、二点鎖線で囲まれた角度データの組み合わせのうち現２値コードに対応する角度１８７．５°から、回転板１０の回転角度を１８７．５°と求める。このように、生成した２値コードとＲＡＭ３ｃに記録された一つ前の過去の２値コードとの組み合わせに基づいて回転板１０の回転角度を求めることにより、回転板１０の１回転内における絶対角を求めることができる。ＣＰＵ３ａは、求めた回転板１０の絶対角をステアリングシャフト５の操舵角（絶対角）として出力する。

ところで、回転板１０が逆転した場合、例えば回転角度が７．５°で示される位置から回転板１０が逆転した場合、ＣＰＵ３ａは２値コード「２」（現２値コード）を生成する。このときの２値コードの組み合わせは、回転板１０が正転した場合と順序が逆となり、「２２」「２」となる。これに対応する角度データの組み合わせ（図５部（ｂ）において二点鎖線で囲まれた角度データの組み合わせ）は、図５（ｂ）に示すように０°となる。よって、回転板１０が逆転した際にもその回転角度を検出することができる。

ＣＰＵ３ａにより生成された２値コード及びＲＡＭ３ｃに記録された一つ前の過去の２値コードの組み合わせは、回転板１０の回転（正転）に伴って、「２」「２２」→「２２」「２０」→「２０」「２１」→「２１」「１」→「１」「１１」・・・といったように規則性（パターン）を有して変移していく。ＣＰＵ３ａは、この２値コードの組み合わせの変移を監視することによって光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の異常判定処理を行う。

例えば、図６にポイントＰ３で示す時点で光センサＰＨ１２が故障等して、その出力信号がＬレベルに固着した場合、ＣＰＵ３ａは、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の検出信号から２値コード「１」を生成する。この２値コード「１」とＲＡＭ３ｃに記録された一つ前の過去の２値コード「１」との組み合わせ「１」「１」は、ＲＯＭ３ｂに記録された角度データの組み合わせにはない。すなわち、隣り合う２値コードの組み合わせと隣り合う角度データの組み合わせとが不一致となる。そこで、ＣＰＵ３ａは、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３のいずれかが異常であると判断する。このように、ＣＰＵ３ａは、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３のいずれかが異常となると、２値コードの組み合わせと角度データの組み合わせとが不一致となることから、角度データの組み合わせにしたがって２値コードの組み合わせが変移しているか否かを監視することで光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の異常を検出する。

したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）隣り合う２組の角度データの組み合わせが回転板１０の１回転内において重複しないように設定し、ＣＰＵ３ａでは、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３により得られる２値コード及び一つ前の過去の２値コードの組み合わせとこの角度データの組み合わせとの対比のもとに回転板１０の回転角度を求めるようにした。よって、このような新規の構成によっても、回転板１０の回転角度を求めることができる。

（２）また、この構成においては、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３により出力された２値コードはＲＡＭ３ｃに順次記録され、現在の２値コードとこのＲＡＭ３ｃに記録されている過去の２値コードとを用いて回転板１０の回転角度を特定するから、現在の２値コードが確定したときに同回転板１０の回転角度を確定することができる。すなわち、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３のいずれかが回転板１０のスリット１２ａ〜１４ｄのいずれかを横切ったときに回転板１０の回転角度は確定することとなる。したがって、早期に回転板１０の回転角度を検出したいといった顧客のニーズにも応えることができる。ちなみに、本実施の形態の場合、最大でも角度分解能、すなわち回転板１０が最大でも７．５°回転したときにその回転角度は確定される。

（２）スリット１２ａ〜１４ｄは、回転板１０が回転した際に、同一の列に配置された光センサのうちいずれか一つがスリットのエッジを検出するように形成されている。このため、コードパターンピッチに相当する角度だけ回転板１０が回転すると、光センサＰＨ１１からＰＨ２３のいずれか１つがスリット１２ａ〜１４ｄのいずれかのエッジを検出する。つまり、２値コードは、コードパターンピッチを列数で除した角度（７．５°）を回転板１０が回転する度に変化する。また、ＲＯＭ３ｂには、隣り合う組み合わせが回転板１０の１回転内において全て異なる角度データが記録されている。このため、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３により検出された２値コードとＲＡＭ３ｃに記録された１つ前の過去の２値コードとの組み合わせは、回転板１０の１回転内における７．５°毎の絶対角と対応する。したがって、２値コードの組み合わせと角度データの組み合わせとに基づいてステアリングシャフト５の１回転内における絶対角を求めることができる。なお、絶対角の検出分解能は、コードパターンピッチ（２２．５°）を列数（３）で除した角度となる。

（３）光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３により出力された２値コードはＲＡＭ３ｃに順次記録される。この２値コードと一つ前の過去の２値コードとの組み合わせは、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３がスリット１２ａ〜１４ｄの有無を正常に検出している場合、回転板１０の各回転角度において角度データの組み合わせと一致する。一方、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３のいずれかが検出対象のスリットの有無を正常に検出できない場合、２値コードの組み合わせは正常時の規則性と異なった変移を示す。つまり、その回転角度における２値コードの組み合わせと角度データの組み合わせとは不一致となる。このため、ＲＯＭ３ｂに記録された角度データの組み合わせにしたがって２値コードの組み合わせが変移しているか否かを監視することで光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の出力異常を検出することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかる回転角度検出装置を具体化した第２の実施の形態について説明する。前記第１の実施の形態にかかる回転角度検出装置１では、求めた絶対角の変移パターンを演算部３にて監視することにより光センサＰＨ１１〜２３の出力異常を検出するようにしている。これに対し、本実施の形態にかかる回転角度検出装置１では、同光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の出力に基づいて相対角の検出を可能とする構成を新たに付加し、同構成により得られるコードから光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の異常を検出するようにする。以下、このような回転角度検出装置１について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同一の構成については同一符号を付すこととし、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、本実施の形態にかかる回転角度検出装置１は、新たに相対角度検出手段としての相対角演算部４を備えて構成され、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３から出力された検出信号は、演算部３に入力されるとともに相対角演算部４にも入力される。

この相対角演算部４は、排他的論理和演算部２１〜２３を備えたロジックＩＣにより構成されている。これら排他的論理和演算部２１〜２３には、同一の列に配置された光センサからの検出信号が入力される。詳しくは、光センサＰＨ１１及び光センサＰＨ２１は、排他的論理和演算部２１に入力され、光センサＰＨ１２及び光センサＰＨ２２は、排他的論理和演算部２２に入力される。また、光センサＰＨ１３及び光センサＰＨ２３は、排他的論理和演算部２３に入力される。

このうち排他的論理和演算部２１は、図７に併せ示すように、光センサＰＨ１１及び光センサＰＨ２１の排他的論理和を演算して、回転板１０の回転角度４５°を１周期とする矩形波を信号Ａとして出力する。同様に、排他的論理和演算部２２は、光センサＰＨ１２及び光センサＰＨ２２の排他的論理和及び否定を演算して、回転角度４５°を１周期とする矩形波を信号Ｂとして出力する。なお、信号Ｂは、信号Ａに対してコードパターンピッチの３分の一に当たる角度７．５°位相がずれる信号である。また、排他的論理和演算部２３は、光センサＰＨ１３及び光センサＰＨ２３の排他的論理和を演算して、回転角度４５°を１周期とする矩形波を信号Ｃとして出力する。この信号Ｃは、信号Ａに対して角度１５°位相がずれ、信号Ｂに対しては角度７．５°位相がずれる信号である。すなわち、コードパターンピッチを列数で除算した角度（７．５°）の位相差を互いに有するインクリメンタル出力（交番２進）が得られる。このように、相対角演算部４は、コードパターンピッチを列数で除算した角度の位相差を互いに有するとともに、コードパターンピッチ（２２．５°）を半周期とする３つの矩形波をＣＰＵ３ａに出力する。

演算部３において、ＣＰＵ３ａは、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３から入力された信号に基づいて、上述したように回転板１０の絶対角を求めるとともに、相対角演算部４から入力された信号Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて回転板１０の相対角を求める。そして、ＣＰＵ３ａは、求めた回転板１０の絶対角及び相対角をステアリングシャフト５の操舵角として出力する。なお、本実施の形態では、ＣＰＵ３ａが絶対角の検出とともに相対角の検出も行っているが、必ずしも絶対角及び相対角の検出を単一のＣＰＵ３ａにより行う必要はなく、別個の演算部（角度検出手段）により行うようにしてもよい。

ＣＰＵ３ａはまた、相対角演算部４から入力された信号Ａ，Ｂ，Ｃの変移態様（周期的パターン）を監視することによって光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の異常を判定する。
すなわち、上記インクリメンタル出力は、交番２進となっているため、同時期にＨレベルとなるのは信号Ａ〜Ｃのうちのいずれかである。ＣＰＵ３ａは、このＨレベルとなる信号の周期的な変移パターンを監視し、その変移パターンに乱れが生じたとき、すなわち、光センサＰＨ１１〜２３の正常状態下における場合とは異なった信号Ａ〜Ｃの挙動が検出されたとき、光センサＰＨ１１〜２３のいずれかに異常があると判断する。そして、ＣＰＵ３ａは、その旨を報知する。

したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（４）相対角演算部４は、同一の列に配置された２つの光センサから出力される２値コードに対して排他的論理和による論理演算を行う。排他的論理和演算部２１は、光センサＰＨ１１及び光センサＰＨ２１の排他的論理和を演算して、回転板１０の回転角度４５°を１周期とする矩形波を信号Ａとして出力する。排他的論理和演算部２２は、光センサＰＨ１２及び光センサＰＨ２２の排他的論理和及び否定を演算して、同じく回転角度４５°を１周期とする矩形波を信号Ｂとして出力する。信号Ｂは、信号Ａに対してコードパターンピッチの３分の一に当たる角度７．５°位相が遅れる。排他的論理和演算部２３は、光センサＰＨ１３及び光センサＰＨ２３の排他的論理和を演算して、同じく回転角度４５°を１周期とする矩形波を信号Ｃとして出力する。信号Ｃは、信号Ａに対して角度１５°位相が遅れ、信号Ｂに対しては角度７．５°位相が遅れる。このため、コードパターンピッチ（２２．５°）を列数（３）で除算した角度（７．５°）の位相差を互いに有するインクリメンタル出力が得られる。ＣＰＵ３ａは、このインクリメンタル出力に基づいて回転板１０の相対角を求める。したがって、排他的論理和と否定という簡単な演算によって回転板１０の相対角を得ることができる。また、インクリメンタル出力を得るための新たなスリットを回転板１０上に設けることなく相対角を検出することができるため、回転角度検出装置１の製造コストを抑制することができる。

（５）相対角演算部４から出力されるインクリメンタル出力が、交番２進となるように回転板１０にスリット１２ａ〜１４ｄを形成した。このため、相対角演算部４から出力される信号Ａ〜Ｃのうち同時期にＨレベルとなるのは、いずれか一つの信号となる。また、ＣＰＵ３ａでは、このＨレベルとなる信号の周期的な変移パターンを監視し、その変移パターンに乱れが生じたとき、光センサＰＨ１１〜２３のいずれかに異常があると判断するようにした。このため、光センサＰＨ１１〜２３の異常を検出することができるようになる。

（６）相対角演算部４は、ロジックＩＣにより構成されている。このため、ソフトウェアにより同論理演算を行う場合に比較して相対角の検出速度を向上させることができる。また、同論理演算をＣＰＵ３ａによって行う場合に比較して、ＣＰＵ３ａの規模を小さくすることができるとともに、ＣＰＵ３ａの処理上の負担を軽減することもできる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３は、回転板１０の回転軸に直交する方向に対して３列に配置されている。しかし、回転板１０の回転軸に直交する方向に対して配置される光センサの列数は３列に限定されない。例えば、光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ２１，ＰＨ２２は、図８に示すように、回転角度０°、回転角度３３．７５°の２列に配置されてもよい。この場合、回転板４０に形成される内側のトラック５０のスリット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ及び外側のトラック６０のスリット６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、回転板４０が回転した際に、同一の列に配置された光センサのうちいずれか一つがスリットのエッジを検出するように形成される。且つ、スリット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、回転板４０の回転時に光センサＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ２１，ＰＨ２２のそれぞれから出力される２値コードと、一つ前の過去の２値コードとの組み合わせが、１回転内において全て異なるように形成される。このようにしてもステアリングシャフト５の１回転における絶対角を検出することができる。更に、光センサＰＨ１１及び光センサＰＨ２１の排他的論理和と、光センサＰＨ１２及び光センサＰＨ２２の排他的論理和とから、コードパターンピッチを１周期とした場合に１１．２５°の位相差を有するインクリメンタル出力を得ることができる。

また、例えば、光センサは、回転角度０°の位置、２８．１２５°の位置、５６．２５°の位置、８４．３７５°の位置の４列に配置されてもよい。スリットは、回転板が回転した際に、同一の列に配置された光センサのうちいずれか一つがスリットのエッジを検出するように、且つ、回転板の回転時に光センサのそれぞれから出力される２値コードと、一つ前の過去の２値コードとの組み合わせが、回転板の１回転内において全て異なるように形成される。このようにすれば、回転体の回転角度の検出分解能を５．６２５°に向上させることができるとともに、互いに５．６２５°の位相差を有するインクリメンタル出力を得ることができる。

・上記実施形態においてコードパターンピッチは、回転板１０の１回転の回転角度を１６等分した２２．５°に設定されている。しかし、コードパターンピッチは２２．５°よりも小さな値または大きな値に設定されてもよい。例えば、回転板１０の１回転の回転角度を３２等分してコードパターンピッチを１１．２５°に設定することにより、回転板１０の回転角度の検出分解能を３．２５°にすることができ、回転角度の検出分解能を向上させることができる。

・上記実施形態では、回転板１０上に軸線Ｏを中心とする半径の異なる２つのトラック１１，１３が設けられていた。しかし、回転板１０上に設けられるトラックの数は２つに限定されない。回転板１０上に設けられるトラックの数は２つ以上であれば、３つ、４つ、またはそれ以上でもよい。

・上記実施形態においては、光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の検出信号をロジックＩＣ等のハード構成により排他的論理和の演算を行ってインクリメンタル出力を得ている。しかし、これに代わって、ＣＰＵ３ａが、入力された光センサＰＨ１１〜ＰＨ２３の検出信号に対して排他的論理和を演算することによってインクリメンタル出力を生成してもよい。このようにすれば、回転角度検出装置１の構成を簡単にすることができる。

・前記実施形態においては、回転板１０の１回転を回転可能角度範囲としている。しかし、回転可能角度範囲は回転板１０の１回転の角度に限定されず、例えば、回転板１０の半回転の０°〜１８０°を回転可能範囲として設定してもよい。こうすれば、回転角度検出装置１は、回転板１０の０°〜１８０°の回転において絶対角を検出することができる。

次に、前記実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（１）請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置において、前記トラックは２つであること。

（２）請求項１〜４、技術的思想（１）のいずれか１項に記載の回転角度検出装置において、前記相対角検出手段は、排他的論理和演算を実行可能なロジックＩＣにより構成されること。

本発明にかかる回転角度検出装置のうち回転板周辺の構成を概略的に示す斜視図。 同回転角度検出装置における回転板の平面図。 同回転板の一部を拡大して示す平面図。 同回転角度検出装置の電気的構成を示すブロック図。 （ａ）及び（ｂ）は、同回転角度検出装置が備えるＲＯＭに記録される角度と角度データとのマップ。 同回転角度検出装置により回転板の回転角度が検出されるまでの過程及び光センサの異常が検出されるまでの過程を示す図。 同回転角度検出装置によりインクリメンタル出力が得られるまでの過程を示す図。 他の実施の形態にかかる回転角度検出装置における回転板の平面図。

符号の説明

１…回転角度検出装置、３ａ…角度検出手段としてのＣＰＵ３ａ、３ｂ…第１記録手段としてのＲＯＭ３ｂ、３ｃ…第２記録手段としてのＲＡＭ３ｃ、４…相対角検出手段としての相対角演算部、５…回転体としてのステアリングシャフト、１０，４０…回転体としての回転板、１１，１３，５０，６０…トラック、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，…スリット、ＰＨ１１，ＰＨ１２，ＰＨ１３，ＰＨ２１，ＰＨ２２，ＰＨ２３…検出手段としての光センサ。

Claims (5)

1. 回転体の回転軸心を中心とした径の異なる円周上にそれぞれ設けられる複数のトラックと、
   該各トラックにそれぞれ設けられる複数のスリットと、
   前記各トラックと同心円周上に配置されるとともに、前記各トラックにおけるスリットの有無をそれぞれ検出する複数の検出手段と、
   前記回転体の回転可能角度範囲内の所定角度毎に対応付けて設定され、隣り合う角度における組み合わせが周期的に変移する角度データを記録する第１記録手段と、
   前記各検出手段によって検出された２値コードを順次記録する第２記録手段と、
   前記各検出手段から出力された２値コード及び前記第２記録手段に記録された過去の２値コードの組み合わせと、前記第１記録手段に予め記録された角度データの組み合わせとに基づいて前記回転体の回転角度を求める角度検出手段と、
   を備える回転角度検出装置。
2. 前記回転体の回転可能角度範囲は複数のコードパターンピッチに等分割され、
   前記各検出手段は、前記回転体の回転軸に直交する方向に複数列に亘って、且つ、前記各コードパターンピッチ毎に一列ずつ同数量配置され、
   前記スリットは、前記回転体が回転した際に、前記回転体の回転軸に直交する方向における位置が一致する前記各検出手段のうちいずれか一つが前記スリットのエッジを検出するように形成され、
   前記第１記録手段には、隣り合う角度の組み合わせが前記回転体の回転可能角度範囲内において全て異なる角度データが記録される
   請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記角度検出手段は、前記回転体の回転に伴って変移する前記２値コードの組み合わせが前記角度データの組み合わせと不一致の状態を前記検出手段の異常状態として検出する
   請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置。
4. 請求項２または３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、
   同一の列に配置された複数の前記検出手段から出力される２値コードに対して排他的論理和による論理演算を行い、その論理演算結果に基づいて回転体の相対角を求める相対角検出手段を更に備える
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
5. 前記角度検出手段は、前記論理演算の結果として得られるコードの挙動が周期的な変移から乖離した状態を前記検出手段の異常状態として検出する
   請求項４に記載の回転角度検出装置。

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