JP2006322929A - 絶対角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物理的要因によって信号位相がずれても回転角度を正確に検出できる絶対角検出装置を提供する。
【解決手段】複数のセクタを有し、各セクタは、第１コード列（６ビットグレイコード）と第２コード列（２ビットコード）との組合によって構成されており、第１コード列は、同一のコードが現れない第３コード列と読み始める桁を変えると同一のコードが現れる第４コード列とを有してグレイコードをなしており、各セクタにおける最初のコードと最後のコードとが１ビット変化する関係にあるように構成されると共に、各セクタ内において所定数のステップごとに一方向に１桁ずれるように構成され、かつ、各セクタ内において所定数のステップごとに最大にずれたコードをさらに一定方向に１桁ずらすと、ずれのない状態の第１コード列のコードとなるように構成されており、第２コード列は第４コード列を識別するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、絶対角検出装置に係り、特に、グレイコードを用いて回転体の絶対角を検出する絶対角検出装置に関する。

従来より、自動車のステアリングシャフトと車体との間に絶対角検出装置を備え、絶対角検出装置にて検出されたステアリングホイールの操舵角度、操舵速度及び操舵方向等に基づいてサスペンションの減衰力制御やオートマチックトランスミッションのシフトポジション制御それに四輪操舵車における後輪の操舵制御などを行う技術が知られている。

絶対角を一定の分解能で検出する装置としては、ＢＣＤコードを用いる装置、Ｍ系列コードを用いる装置及びグレイコードを用いる装置などが従来より知られているが、中でもグレイコードを用いる装置は、連鎖するグレイコードの各ステップの前後におけるビットの変化が常に１カ所であるように変化するので、読み出し用のタイミングパルスが不要であるため高分解能化に有利であり、最も一般的に用いられている。

従来より、グレイコードを用いた絶対角検出装置としては、ディスクに第１〜第３桁列に対応するコードパターン列を形成すると共に、これらの各コードパターン列に対向させて検出素子としてのピックアップ１〜９を約９０度の角度範囲内に配置し、第１桁列のコードパターン列と対向に配置されたピックアップ１〜５から供給される５ビットのコード符号を組合せて分解能が１．１２５度で周期が２２．５度の第１桁列のグレイコードを得、第２桁列のコードパターン列と対向に配置されたピックアップ６，７から供給される２ビットのコード符号を組合せて分解能が２２．５度で周期が９０度の第２桁列のグレイコードを得、さらに第３桁列のコードパターン列と対向に配置されたピックアップ８，９から供給される２ビットのコード符号を組合せて分解能が９０度で周期が３６０度の第３桁列のグレイコードを得るものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２８３９６号公報（図１〜図４）

しかしながら、特許文献１の図２〜図４から明らかなように、ディスク１０の回転角度が２２．５度から２３．６２５度へと変化すると９ビットコードが（１０００１００００）から（００００１０１００）へと変化するように、各桁列のグレイコードの周期の切替位置の前後で２ビット分変化するため、電気的・機械的な影響などの物理的要因によって各桁列の周期の切替位置で信号位相がずれると、各桁列を特定できなくなり正確に回転角を検出することが困難になるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術に課題を解決するためになされたものであり、その目的は、物理的要因によって信号位相がずれても正確に回転角度を検出できる絶対角検出装置を提供することにある。

本発明による絶対角検出装置は、回転体に保持された第１回転ディスクと、第１回転ディスクの異なる円周上に設けられた第１コードパターン列及び第２コードパターン列と、第１コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第１検出素子群と、第２コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第２検出素子群と、３６０°を偶数で分割した角度を１セクタとして第１回転ディスクに割り当てた複数のセクタとを有し、それら複数のセクタを構成する各セクタは、第１検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第１コード列と第２検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第２コード列との組合によって構成されており、第１コード列は、どの桁から読み始めても同一のコードが現れない第３コード列と読み始める桁を変えると同一のコードが現れる第４コード列とを有してグレイコードをなしており、各ステップごとに１ビットずつ変化し、かつ、各セクタにおける最初のコードと最後のコードとが１ビット変化する関係にあるように構成されると共に、各セクタ内において所定数のステップごとに一方向に１桁ずれるように構成され、かつ、各セクタ内で所定数のステップごとに最大にずれたコードをさらに一定方向に１桁ずらすと、ずれのない状態の第１コード列のコードとなる関係にあるように構成されており、第２コード列は、第４コード列を識別するように構成される。

ここで所定数とは、各セクタのステップ数すなわち各セクタを構成する第１コード列のコードの数を、第１コード列を構成するコード符号の数で割った商である。具体的には、１セクタのなす角度をＢ、実現したい分解能をｂ、各ステップを構成する第１コード列を構成するコードのコード符号の数をｎ（偶数）とすると、各セクタのステップ数がＢ／ｂとなるので、そのステップ数Ｂ／ｂをビット数ｎで割った商Ｂ／（ｂ×ｎ）が所定数となる。

なお、グレイコードが循環性を有するためには、各セクタのステップ数を偶数とすると共に、Ｂ／ｂも偶数とすることが必要である。

かかる構成によると、第１コード列を各セクタ内及び各セクタ間にわたり１ビットずつ変化する循環性のあるグレイコードとすることができ、第１コード列に存在する同一の第４コード列の角度を異なる角度として特定できるので、物理的要因によって信号の位相がずれても回転角度を正確に検出できる。

また、第１コード列が複数のセクタにわたって循環性をもつことから、第１検出素子群を構成する各検出素子及び第１コードパターン列の角度上の位置関係がそれぞれ同様となり、第１コードパターン列に沿って第１検出素子群の各検出素子を一定角度間隔で配置できるようになってそれら検出素子の位置決めが容易になるので、絶対角検出装置の小型化及び高分解能化を容易に図ることができ、また、グレイコードに対応するテーブルの作成が容易となるので、絶対角検出装置の低コスト化を容易に図ることができるという効果をも奏する。

また本発明による絶対角検出装置は、第１コード列及び第２コード列の各ステップ数は偶数であり、かつ、第４コード列は、各セクタをｎ（ｎは２以上の自然数）等分するそれぞれの角度範囲において同一のコードが存在するように構成されることが望ましい。

かかる構成によると、第１コード列に確実に循環性を与えることができ、また、各セクタをｎ等分した角度範囲のそれぞれに第４コード列をなす同一のコードを配置して、それら同一のコードを異なる第２コード列で容易に識別できるので好ましい。

さらに本発明による絶対角検出装置は、第１検出素子群を構成する検出素子の数を６個、第２検出素子群を構成する検出素子の数を２個とし、第３コード列が、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１０００）（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）の９種類のコード列を用いると共に、第４コード列をなすコードが前半の３ビットと後半の３ビットが同一となるコード列であることが望ましく、また、（１００１００）または（０１１０１１）の一方であるようにするとさらに望ましい。

かかる構成により、第４コード列のコードの数を少なく抑えることができると共に異なる第２コード列のコードの数を少なくできて好ましい。また、９０°未満の角度範囲で少ない数の光学素子を配置する構成することができるので、絶対角検出装置を小型化できると共に低コストかできるので好ましい。

さらにまた本発明による絶対角検出装置は、第２コード列が、（００）、（１０）、（０１）、（１１）のコードから選択して用いられるのが好ましい。

かかる構成により、第２コード列をグレイコードとすることができるので好ましい。

また、本発明による絶対角検出装置は、回転体に減速機構を介して減速回転する第２回転ディスクを備え、第２回転ディスクの円周上に設けられた第３コードパターン列と、第３コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第３検出素子群と、第３検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第５コード列とを有し、第５コード列は、第１回転ディスクが３６０°を超えて回転するときの回転角度範囲に対応する各セクタを識別するように構成されるものである。

かかる構成によると、減速機構の機械的構造から生じるバックラッシュなどの影響を受けずに、３６０°を超えて多回転する第１回転ディスクの回転角度を正確に検出することができる。

また、本発明による絶対角検出装置は第５コード列がグレイコードをなし、各セクタごとに１ビットずつ変化し、第５コード列の最初と最後のコードが１ビット変化し、かつ、各コードが所定数のステップ毎に一方向に１桁ずれるように構成されると共に、第５コード列において所定数のステップ毎に最大にずれたコードをさらに一方向に１桁ずらすと、ずれない状態の第５コード列のコードとなる関係にあるように構成されるのが望ましい。

かかる構成によると、第５コード列が複数のセクタにわたって循環性をもつことから、減速機構の機械的構造から生じるバックラッシュの影響などで第１コード列と第３コード列の周期の切替位置がずれたとしても、それらの第１コード列、第２コード列及び第３コード列の組合せの妥当性を検証して回転角度を正確に検出できるので好ましい。また、第５コード列が複数のセクタにわたって循環性をもつことから、第３検出素子群を構成する各検出素子及び第３コードパターン列の角度上の位置関係がそれぞれ同様となり、第３コードパターン列に沿って各検出素子を一定角度間隔で配置でき検出素子の位置決めが容易になるので、絶対角検出装置の小型化及び高分解能化を容易に図ることができる。また、グレイコードに対応するテーブルの作成が容易となるので、絶対角検出装置の低コスト化を容易に図ることができるという効果をも奏する。

さらに、本発明による絶対角検出装置は、第３検出素子群を構成する検出素子の数を５個として、第５コード列が、（１００００）、（１１０００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１０１０）、（１１１１０）の各コードから選択されて用いられるのが望ましい
かかる構成によれば、第１回転ディスクの回転角度範囲に対応するセクタの数を増加でき、第１回転ディスクの回転範囲が３６０°を超えてさらに拡大してもその回転角度を正確に検出できるので好ましい。

本発明による絶対角検出装置は、回転体に保持された第１回転ディスクと、第１回転ディスクの異なる円周上に設けられた第１コードパターン列及び第２コードパターン列と、第１コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第１検出素子群と、第２コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第２検出素子群と、３６０°を偶数で分割した角度を１セクタとして第１回転ディスクに割り当てた複数のセクタとを有し、それら複数のセクタを構成する各セクタは、第１検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第１コード列と第２検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第２コード列との組合によって構成されており、第１コード列は、どの桁から読み始めても同一のコードが現れない第３コード列と読み始める桁を変えると同一のコードが現れる第４コード列とを有してグレイコードをなしており、各ステップごとに１ビットずつ変化し、かつ、各セクタにおける最初のコードと最後のコードとが１ビット変化する関係にあるように構成されると共に、各セクタ内において所定数のステップごとに一方向に１桁ずれるように構成され、かつ、各セクタ内で所定数のスッテプごとに最大にずれたコードをさらに一定方向に１桁ずらすと、ずれのない状態の第１コード列のコードとなるように構成されており、第２コード列は、第４コード列を識別するように構成されるので、各セクタ内及び各セクタ間にわたり第１コード列を１ビットずつ変化する循環性のあるグレイコードとすることができると共に、第１コード列に存在する第４コード列をなす同一のコードの角度を異なる角度として特定できるので、物理的要因によって信号の位相ずれても回転角度を正確に検出できる。

図１に示すように、本発明による絶対角検出装置の第一実施例は、回転体Ａに第１回転ディスク１が保持され、第１回転ディスク１の異なる円周上に第１コードパターン列２及び第２コードパターン列３が同心円状に設けられる。第１コードパターン列２には検出素子４〜９からなる第１検出素子群１０が対向して配置され、第２コードパターン列３には検出素子１１，１２からなる第２検出素子群１３が対向して配置される。回転ディスク１には、３６０°を偶数４で割った角度９０度を１セクタとして合計４つのセクタが割り当てられる。
第１コードパターン列２と第２コードパターン列３は、回転ディスク１上に形成された遮光板としての突起１４を設けて構成される。検出素子４〜９及び検出素子１１，１２は、発光素子と受光素子とを一体的に組み込んだフォトインタラプタから構成される。変換手段１６は、検出素子４〜９および検出素子１１，１２によって検出されたコード符号を第１回転ディスク１の３６０度以内の回転角度に変換するものであって、半導体集積回路などによって構成されており回路基板１７上に設けられる。

ここで検出素子４〜９は、図１に示すように７５度の角度範囲において一定角度間隔１５度で配置され、また、検出素子１１，１２は４５度の角度をなすように配置される。それら検出素子１〜９及び検出素子１１，１２の位置関係は、図２に示す本発明による角度検出コードの構成によって一義的に決定される。

次に、図２に基づいて角度検出コードについて説明する。

第１回転ディスク１に割り当てられた４つのセクタを構成する各セクタは、検出素子４〜９から供給されるコード符号の組合せよりなる第１コード列（図２中の６ビットグレイコード）と、検出素子１１，１２から供給されるコード符号の組合せよりなる第２コード列（図２中の２ビットコード）との組合せからなる、６０ステップの角度検出コード（分解能１．５度）で構成される。

第１コード列は、どの桁から読み始めても同一のコードが現れない第３コード列と、読み始める桁を変えると同一のコードが現れる第４コード列とを有してグレイコードをなしている。例えば、図２において第３コード列は、ステップ１〜３、ステップ５〜１３、ステップ１５〜２３、ステップ２５〜３３、ステップ３５〜４３、ステップ４５〜５３及びステップ５５〜６０に対応するコード列である。それら第３コード列は、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１０００）（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）の９種類のコードを用いて構成される。

また、図２中において第４コード列は、ステップ４とステップ３４に対する（１００１００）、ステップ１４とステップ４４に対する（０１００１０）、及び、ステップ２４とステップ５４に対応する（００１００１）であり、いずれもコード（１００１００）を１桁ずつずらしてなるコード列である。なお第４コード列をなすコードは、６ビットコードの前半の３ビットと後半の３ビットが同一のコードであり、（０１１０１１）を１桁ずつずらして用いることもできる。

なお、本発明による第１コード列は、ステップごとに１ビットずつ変化し、かつ、１セクタにおける最初のコードと最後のコードとが１ビット変化する関係にあるように構成されたグレイコードをなすと共に、各セクタ内において所定数のステップごとに一定方向に１桁ずれるように構成され、かつ、各セクタ内で所定数のステップごとに最大にずれたコードをさらに一定方向に１桁ずらすと、ずれのない状態の第１コード列のコードとなるように構成される。例えば第１コード列は、図２から明らかなように、ステップごとに１ビットずつ変化しており、はじめの１セクタにおける最初のコード（０００１００）と最後のコード（０００１１０）とが１ビット変化する関係にあるように構成されたグレイコードをなす。また、はじめの１セクタ内においてステップ７の（１０１１１１）に着目すると、１０ステップごとに図中右方向に最大に５０ステップずれたステップ５７の（０１１１１１）をさらに一定方向に１桁ずらすと、ずれのない状態の第１コード列のコード、すなわち、ステップ７の（１０１１１１）に戻ると共に、次の１セクタのステップ７の（１０１１１１）となるように構成される。

ここで所定数とは、各セクタのステップ数、すなわち、各セクタを構成する第１コード列のコードの数を、第１コード列を構成するコード符号の数で割った商のことを示す。具体的には、１セクタのなす角度をＢ度、実現したい分解能をｂ度、各ステップを構成する第１コード列を構成するコードのコード符号の数をｎ（偶数）とすると、各セクタのステップ数がＢ／ｂとなるので、そのステップ数Ｂ／ｂを第１コード列をなすコード符号の数ｎで割った商Ｂ／（ｂ×ｎ）が所定数となる。なお、グレイコードが循環性を有するためには、各セクタのステップ数Ｂ／ｂを偶数とすることが必要である。

以上のように構成されると、第１コード列は、各セクタにおいて所定数のステップからなるコード列群をまとめて一定方向に１桁ずらすと、そのコード列群に隣接するコード列群と同一のコード列群をなし、このような状態が１セクタ内、及び、複数のセクタにわたって循環される。例えば図２において、上記所定数に応じた１０のステップ、すなわちステップ０１〜１０のコード列群をまとめて一斉に右方向に１桁ずらすと、ステップ１１〜２０のコード列群と同一のコード列群となる。また、ステップ１１〜２０のコード列群を右方向に１桁ずらすと、ステップ２１〜３０のコード列群と同一のコード列群となり、さらに同様に、ステップ５１〜６０のコード列群を右方向に１桁ずらすと、そのセクタの最初のコード列群と同一のコード列群になると共に、隣接するセクタの最初のコード列群と同一のコード列群となる。

このようにグレイコードである第１コード列が循環性をもつと、各コード列がセクタ内及び各セクタ間にわたり１ビットずつ常に変化するので、タイミングパルスなどを使用することなく簡単な信号処理によって正確に角度検出できることから、物理的要因によって信号の位相ずれたとしても回転角度を正確に検出できる。また、第１検出素子群１０を構成する各検出素子４〜９と第１コードパターン列２を構成する突起やスペースの角度上の位置関係が同様になり、第１コードパターン列２に沿って第１検出素子群１０の各検出素子４〜９を一定角度間隔で配置できるので、検出素子４〜９の位置決めが容易になって絶対角検出装置の小型化及び高分解能化を容易に図ることができる。また、グレイコードに対応するテーブルの作成が容易となるので、絶対角検出装置の低コスト化を図ることが容易にできる。

また、本発明による第２コード列（２ビットコード）は、１セクタ内の前半及び後半に存在する第４コード列のうちの同一のコードを識別するためのものである。例えば、図２において第２コード列のうちのコード（００）は、１セクタの前半のステップ１〜ステップ３０の第１コード列と組合され、また、コード（０１）は、１セクタの後半のステップ３１〜ステップ６０の第１コード列と組合される。その結果、第４コード列のうち、１セクタ内の前半におけるステップ４のコード（１００１００）を角度４．５度に対応させ、後半におけるステップ３４のコード（１００１００）を角度４９．５度に対応させるようにして第４コード列のうちの同一のコードを識別する。同様にして第２コード列は、１セクタの前半および後半にひとつずつ含まれるその他の同一のコードである（０１００１０）、（００１００１）を識別して別々の角度となるように対応させる。

このように本実施例では、第１コード列及び第２コード列の各ステップ数が偶数であり、かつ、第４コード列は、各セクタをｎ（ｎは２以上の自然数）等分するそれぞれの角度範囲において同一のコードが存在するように構成される。

かかる構成によると、第１コード列に確実に循環性を与えることができ、また、各セクタをｎ等分した角度範囲のそれぞれに第４コード列のうちの同一のコードを配置して、それら同一のコードを異なる第２コード列で容易に識別できるので好ましい。

なお第１の実施の形態では、第２コード列として（００）、（０１）（１０）（１１）を選択して用いたが、（０）と（１）とで構成できるのは勿論、絶対角検出装置の分解能や、第１回転ディスクの１回転に割り当てるセクタ数及び第１コード列を構成するビット数などに応じてその他のコード列を用いることができる。

また、本発明の第１コード列として、どの桁から読み始めても同一のコードが現れない第３コード列として（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１０００）（１１１１００）、（１１１０１０）及び（１１１１１０）のうちの８種類を用いて構成することもできるが、９種類のコードを用いると第１コードを構成するグレイコードを作成するのが容易となるので望ましい。

次に、図２の第１コード列（６ビットグレイコード）をどのように作成するのかを説明する。

例えば、１セクタを９０度とし、６個の検出素子で１．５度の分解能を実現しようとする場合、第１コード列（６ビットグレイコード）として６０ステップのグレイコードが必要となる。ところで、第１コード列を循環性のある６０ステップのグレイコードにしようとすると、組み合わされるコードの数を偶数にすることが必要になる。そこで、コードのどの桁から読み始めても同一のコードが現れない（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１００）、（１１１１００）、（１１１０１０）及び（１１１１１０）の９種類のコードのうちの８種類を用いると、使えるコードは最大が４８（６×８）個となり、６０ステップの第１コード列に１２個のコードが不足するため、それら以外のコードを補充して循環性をもつ第１コード列を構成するのが難しくなる。

そこで、上記９種類のコードから構成される最大５４（６×９）個のコード列（第３コード列）に、それら以外のコード列として、読み始める桁を変えると同一のコードが現れる計６個のコード列（第４コード列）を補充すると、循環性をもつ６０ステップの第１コード列を容易に構成することが可能になる。たとえば、読み始める桁を変えると同一のコードが現れるコードとして、（１００１００）の桁を変えた（１００１００）、（０１００１０）及び（００１００１）の３個のコードを１セクタの前半と後半とに１個ずつ計６個加えると、循環性をもつ６０ステップの第１コード列とすることができる。

ところが、このような循環性をもつグレイコードである第１コード列については、１セクタの前半及び後半に１回ずつ現れるコード（１００１００）、（０１００１０）及び（００１００１）についてその回転角度を特定できなくなるので、第１コード列と１セクタの前半及び後半に設けた異なる２ビットコード列（第２コード列）とを組合せることによって別の角度となるように特定する。具体的には、循環性をもつグレイコードである第１コード列とセクタ前半の２ビットコード（００）及び１セクタ後半の２ビットコード（０１）とを組合せることによって、同一のコード（１００１００）については、ステップ４の（１００１００）を４．５度に特定し、ステップ３４のコード（１００１００）を４９．５度に特定することができる。同様にして、同一のコード（０１００１０）については、ステップ１４の（０１００１０）を１９．５度に特定し、ステップ４４のコード（０１００１０）を６４．５度に特定すると共に、同一のコード（００１００１）については、ステップ２４の（００１００１）を３４．５度に特定し、ステップ５４の（００１００１）を７９．５度に特定することができる。

本発明による角度検出コードを図２のように構成すると、各コード列がセクタ内及び各セクタ間にわたり１ビットずつ常に変化する循環性のあるグレイコードとすることができ、タイミングパルスなどを使用することなく簡単な信号処理によって角度検出できることから、物理的要因によって信号の位相ずれても回転角度を正確に検出できる。また、各検出素子４〜９と第１コードパターン列２との角度に関する位置関係、特に、各検出素子４〜９と突起１４との角度上の位置関係が同様になるため、第１コードパターン列２に沿って各検出素子４〜９を一定角度（１５度）間隔で配置できるので、検出素子４〜９の位置決めが容易になり絶対角検出装置の小型化及び高分解能化を容易に図ることができる。また、グレイコードが循環性をもつことから角度検出用テーブルの作成が容易となるので、絶対角検出装置の低コスト化を容易に図ることができるという効果を奏する。

特に、本発明による絶対角検出装置は、１セクタ９０°で分解能が１．５度の６０ステップで構成する場合、検出素子４〜９，１１，１２を７５度以下の狭い角度範囲で配置でき、そのうちの６ビットグレイコードを検出するに検出素子４〜９を等角度間隔１５度で設けられるので小型で高分解能をもつ絶対角検出装置を容易に実現することができる。
次に、本発明に係る絶対角検出装置の第２実施例として、３６０度を超えて回転する回転ディスクの回転角度を検出する絶対角検出装置の一例を、図３乃至図９に基づいて説明する。図３は第２実施例に係る絶対角検出装置の分解斜視図、図４は第２実施例に係るカバーの内面図、図５は第２実施例に係る第１回転ディスクの背面図、図６は第２実施例に係る遊星歯車と内歯車と第２回転ディスクとの連結状態を示すケースの内面図、図７は第２実施例に係る第１回転ディクス及び第２回転ディスク並びに検出素子群の組立状態を示す説明図、図８は第２実施例に係る絶対角検出装置から出力される各グレイコードの相関を示す表図、図９は第２実施例に係る絶対角検出装置から出力される各グレイコードの詳細を示す表図である。

なお、図７に示す第１回転ディスク１については、第１実施例と同じ構成であるため同一構成に同一符号を付してその説明を省略する。また、図８及び図９に示す各セクタの前半・後半に対応する２ビットのコード列（第２コード列）、及び、図９のセクタ１に対応する６ビットグレイコード列（第１コード列）についても、第１実施例と同じ構成であるためその説明を省略する。

図３に示すように、本例の絶対角検出装置は、ケース２１と、カバー２２と、これらを組み合わせることによって構成されるハウジング内に回転可能に収納され、相互に回転自在であると共に、図７に示すように主平面が略同一面をなす第１回転ディスク１及び第２回転ディスク２３と、前記ケース２１の内面に設定される回路基板１７と、当該回路基板１７に取り付けられる信号検出素子受け２４と、信号検出素子受け２４内に所定の配列で収納され、端子部が前記回路基板１７に形成された端子部と電気的に接続された合計１３個の検出素子４〜９，１１，１２，４８〜５２と、検出素子４〜９，１１，１２，４８〜５２から供給されるコード符号を第１回転ディスク１の回転角度に変換する変換手段３０と、第１回転ディスク１によって回転駆動され、第２回転ディスク２３を所定の減速比で減速駆動する遊星歯車２５と、一端が前記回路基板１７に取り付けられ、他端が前記カバー２２に開口されたコネクタ挿入孔２２ａに臨まされたコネクタ２６とから主に構成されている。

ケース２１は、中央開口２７を有する底板２８と、底板２８の外周縁より起立された一定高さの周壁２９と、円形の回転ディスク収納部３０と方形の回路基板収納部３１との間に起立された円弧状の隔壁３２とからなり、回転ディスク収納部３０の内面には、遊星歯車２５が噛み合わされる内歯車３３が回転体（ステアリングシャフト）の回転軸と同心、即ち中央開口２７と同心に形成されている。また、底板２８の内面には、回路基板１７をねじ止めるための回路基板取付ボス２８ａとケース２１に対するカバー２２の位置決めを行うための位置決め突起２８ｂとが形成されており、周壁２９の外面には、ケース２１を所要のステータ部、例えば自動車の車体にねじ止めするためのケース取付ボス２９ａとカバー２２をケース２１にスナップ結合するための係止爪２９ｂとが形成されている。

カバー２２は、中央開口３４を有する天板３５と、天板３５の内周縁より外向きに起立された円筒形のガイド部３６と、天板３５の外周縁より内向きに起立された周壁３７とをもって、平面形状がケース２１とほぼ同形同大に形成されている。天板３５には位置決め突起２８ｂを篏合する孔部２２ｃが形成されている。

ケース２１と前記カバー２２とは、ケース２１に形成された係止爪２９ｂをカバー２２に形成された係合孔３７ａに係合することによって一体化され、他の部材１，２３，２５などを収納するためのハウジングを構成する。

第１回転ディスク１は、中央開口４１と、中央開口４１より起立された円筒状の回転体連結部４２とを有する。この第１回転ディスク１は、中央開口４１に貫通されたステアリングシャフトなどの図示しない回転体Ａに固着され、回転体Ａと共に３６０°を超えて回転する。また、第１回転ディスク１の背面には、図５に示すように、内歯車３３の内周で遊星歯車２５を自転及び公転させるための環状の遊星歯車取付部４３が、図示しない回転体Ａの回転軸に対して偏心するように突出形成されている。

第２回転ディスク２３は、図示しない回転体Ａの回転軸と同心に設けられた中央開口４４を有しており、その片面には、多数の信号検出用の突起４５を所要の配列で突設してなる第３コードパターン列４６が形成されている。また、第２回転ディスク２３の背面には、図６に示すように、遊星歯車２５を連結するための複数個の係合突起部４７が等間隔に突設されている。

検出素子４８〜５２は第３の検出素子群５３を構成して第３コードパターン列４６と対向に配置される。検出素子４８〜５２としても、発光素子と受光素子とが一体に組み合わされたフォトインタラプタが用いられる。

回路基板１７は、ケース２１及びカバー２２の回路基板収納部３１内に収納可能な形状に形成されており、所要の位置には、ケース２１に形成された位置決め突起２８ｂを貫通するための透孔５４が開設されている。そして、その表面には検出素子４〜９，１１，１２，４８〜５２の端子部及びコネクタ２６を電気的に接続するための端子部を含む所要の回路パターンが形成されている。

遊星歯車２５は、図６に示すように、中央開口５５の周りに複数のリング状の係合孔５６が等間隔で形成されている。中央開口５５の内周には、回転体の回転軸に偏心して回転するように第１回転ディスク１に設けられた遊星歯車取付部４３が係合し、各係合孔５６には、第２回転ディスク２３の背面の係合突起部４７が係合する。したがって、第１回転ディスク１が回転すると、遊星歯車取付部４３が中央開口５５の内周に密に係合しながら回転するので、遊星歯車２５がケース２１の内歯車３３と噛合しつつ内歯車３３の内周で自転及び公転する。ここで、遊星歯車２５及び内歯車３３の歯数は、第１回転ディスク１に対して第２回転ディスク２３が減速回転するように設定され、例えば、内歯車３３の歯数を３１とし、遊星歯車２５の歯数を３０とすれば、第１回転ディスク１に対する第２回転ディスク２３の減速比を１／３０とすることができる。このように、第２回転ディスク２３は、回転体の回転軸と同心に配置されて遊星歯車２５の自転によって回転する回転伝達部として機能し、第１回転ディスク１に対して減速回転することになる。

コネクタ２５は、所要数のコネクタピン２６ａとこれらの各コネクタピン２６ａを所要の配列で保持する絶縁樹脂製の保持部２６ｂとからなる。コネクタピン２６ａの一端は回路基板１７に接続され、他端はカバー２２に開口されたコネクタ挿入孔２２ａに臨んで配置される。

信号検出素子受け２４は、複数個の検出素子４〜９，１１，１２，４８〜５２を所定の配列で配列するものであって、各信号検出素子４〜９，１１，１２，４８〜５２を個別に取り付けるための区画化された検出素子取付部５７を有しており、回路基板１７にねじ止めされる。

図７に示すように、第３コードパターン列４６は第２回転ディスク２３上に設けられる。第３コードパターン列４６には、検出素子４８〜５２からなる第３検出素子群５３が対向するように配置される。検出素子４８〜５２は、第１検出素子群１０が配置される角度範囲内（７２度）において一定角度間隔１８度で配置される。それら検出素子４８〜５２の配置関係は、図８及び図９に示すセクタ識別コードである第５コード列によって一義的に決定される。

次に、図８及び図９に基づいて第５コード列について説明する。

第５コード列（セクタ識別コード）は、第３検出素子群５３を構成する５個の検出素子から供給されるコード符号の組合せよりなるもので、第１回転ディスク１の±３回転の回転角度範囲に応じたセクタ１〜２４を識別する。第５コード列は、（１００００）、（１１０００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１０１０）、（１１１１０）の各コードから選択して用いる分解能が９０°のグレイコードをなし、セクタ１〜２４の各セクタごとに１ビットずつ変化し、かつ、その回転角度範囲に対応するセクタのうち最初のコードと最後のセクタに対応するコードとが１ビット変化する関係にあるように構成される。例えば第５コード列は、図９から明らかなように、セクタごとに１ビットずつ変化し、かつ、最初の（００１００）と最後の（０１１００）とが１ビット変化する関係にあるように構成される。

以上の構成によると、第５コード列が複数のセクタにわたって循環性をもつことから、減速機構の機械的構造から生じるバックラッシュの影響などで第１コード列と第３コード列の周期の切替位置がずれたとしても、それらの第１コード列、第２コード列及び第３コード列の組合せの妥当性を検証できるので、３６０度を超える第１回転ディスク１の回転角度を正確に検出できる。

例えば、セクタ１〜２４を識別する第５コードは、隣接する各セクタ間で１ビットずつ変化するグレイコードをもって構成されているので、角度検出用の循環性をもつ第１コード列（６ビットグレイコード）及び各セクタの前半部分と後半部分とを識別するための第２コード列（２ビットグレイコード）と組み合わせることにより、ひとつのセクタ内の各回転角度のみならず、ひとつのセクタの一方側に隣接する他の１セクタの前半部分の各回転角度及びひとつのセクタの他方側に隣接するさらに他の１セクタの後半部分の各回転角度をも正確に検出することができ、仮に減速機構の機械的構造からバックラッシュ等の影響で各セクタの検出タイミングがずれた場合にも、多回転体の回転速度を正確に検出することができる。例えば、角度検出用の６ビットグレイコードとして絶対角３４．５度又は７９．５度を表す（００１００１）というコードが出力され、各セクタの前半部分と後半部分とを識別するための２ビットグレイコードとして偶数セクタの前半部分を表す（１１）というコードが出力され、セクタ検出用の５ビットグレイコードとして第１５セクタを表す（１０００１）というコードが出力されたとしても、第１５セクタには各セクタの前半部分と後半部分とを識別するための２ビットグレイコードとして偶数セクタの前半部分を表す（１１）というコードが出力されるはずがなく、かつ第１４セクタの前半部分に対して第１５セクタを表す（１０００１）というコードが出力されるはずがないので、正しい回転角度は第１６セクタの３４．５度であると一義的に決定される。

よって、本例の絶対角検出装置は、仮に遊星歯車２５のバックラッシュ等の影響で各セクタの検出タイミングがずれた場合にも３６０度を超えて回転する回転体の回転角度を正確に検出することができ、減速機構としてハイポサイクロイド機構を備えた絶対角検出装置の信頼性を高めることができる。また、隣接するステップ間でコード列が１ビットずつ変化するグレイコード列を構成するので、タイミングパルスを不要とすることができる。さらに、１セクタを３６０度の偶数分の１である９０度にしたので、制御装置における信号処理を容易なものにすることができる。

また、第５コード列が複数のセクタにわたって循環性をもつことから、第３検出素子群を構成する各検出素子及び第３コードパターン列の角度上の位置関係がそれぞれ同様となり、図７に示すように、第３コードパターン列に沿って第３検出素子群５３の各検出素子４８〜５２を一定角度間隔で配置できそれら検出素子４９〜５２の位置決めが容易になるので、絶対角検出装置の小型化及び高分解能化を容易に図ることができという効果をも奏する。さらに第２実施例による絶対角検出装置は、第１コード列、第２コード列、及び、第５コード列がすべてグレイコードをなすので、テーブルの作成が容易となって絶対角検出装置の低コスト化を図ることが容易にできる。しかしながら第５コード列として、グレイコード以外のコード列を用いてもよいのは勿論、第１回転ディスク１の回転角度やその回転角度に対応するセクタ数などに応じて適宜設定できるものである。

また、前記実施形態例においては、信号の検出系を遮光板とフォトインタラプタの組合せをもって形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、透孔や切り欠きなどの光学パターンとフォトインタラプタとの組合せ、磁気パターンと磁気検出素子との組合せ、又は抵抗体パターンと集電ブラシとの組合せなどをもって構成することもできる。

実施形態に係る第１実施例による絶対角検出装置の回転ディスクの構成と検出素子の配列とを示す正面図である。 実施形態に係る第１実施例による絶対角検出装置の角度検出コードの一例を示す表図である。 実施形態に係る第２実施例による絶対角検出装置の分解斜視図である。 実施形態に係る第２実施例によるカバーの内面図である。 実施形態に係る第２実施例による第１回転ディスクの背面図である。 実施形態に係る第２実施例による遊星歯車と内歯車と第２回転ディスクとの連結状態を示すケースの内面図である。 実施形態に係る第２実施例による第１回転ディスク及び第２回転ディスク並びに信号検出素子群の組立状態を示す説明図である。 実施形態に係る第２実施例による絶対角検出装置から出力される各グレイコードの相関を示す表図である。 実施形態に係る第２実施例による絶対角検出装置から出力される各グレイコードの詳細を示す表図である。

符号の説明

１ 第１回転ディスク
２ 第１コードパターン列
３ 第２コードパターン列
４〜９，１１，１２ 検出素子
１０ 第１検出素子群
１３ 第２検出素子群
１４ 変換手段
１５ 回路基板

Claims (8)

1. 回転体に保持された第１回転ディスクと、該第１回転ディスクの異なる円周上に設けられた第１コードパターン列及び第２コードパターン列と、前記第１コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第１検出素子群と、前記第２コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第２検出素子群と、３６０°を偶数で分割した角度を１セクタとして前記第１回転ディスクに割り当てた複数のセクタとを有し、
   それら複数のセクタを構成する各セクタは、前記第１検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第１コード列と前記第２検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第２コード列との組合によって構成されており、
   前記第１コード列は、どの桁から読み始めても同一のコードが現れない第３コード列と読み始める桁を変えると同一のコードが現れる第４コード列とを有してグレイコードをなしており、前記各ステップごとに１ビットずつ変化し、かつ、前記各セクタにおける最初のコードと最後のコードとが１ビット変化する関係にあるように構成されると共に、前記各セクタ内において所定数のステップごとに一方向に１桁ずれるように構成され、かつ、前記各セクタ内で前記所定数のステップごとに最大にずれたコードをさらに前記一定方向に１桁ずらすと、ずれのない状態の前記第１コード列のコードとなる関係にあるように構成されており、
   前記第２コード列は、前記第４コード列を識別するように構成されることを特徴とする絶対角検出装置。
2. 前記第１コード列及び前記第２コード列の各ステップ数は偶数であり、かつ、前記第４コード列は、前記各セクタをｎ等分（ｎは２以上の自然数）するそれぞれの角度範囲において同一のコード列で存在するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
3. 前記第１検出素子群を構成する検出素子の数を６個、前記第２検出素子群を構成する検出素子の数を２個とし、前記第３コード列は、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１０００）（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）の９種類のコードを用いると共に、前記第４コード列のコードが前半の３ビットと後半の３ビットが同一となるコードであることを特徴とする請求項２に記載の絶対角検出装置。
4. 前記第４コード列のコードが（１００１００）または（０１１０１１）の一方であることを特徴とする請求項３に記載の絶対角検出装置。
5. 前記第２コード列が、（００）、（１０）、（０１）、（１１）のコードから選択して用いられることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の絶対角検出装置。
6. 前記回転体に減速機構を介して減速回転する第２回転ディスクを備え、該第２回転ディスクの円周上に設けられた第３コードパターン列と、該第３コードパターン列に対向して配置された複数個の検出素子からなる第３検出素子群と、該第３検出素子群から供給されるコード符号の組合せよりなる第５コード列とを有し、該第５コード列は、前記第１回転ディスクが３６０°を超えて回転するときの回転角度範囲に対応する前記各セクタを識別するように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の絶対角検出装置。
7. 前記第５コード列がグレイコードをなし、前記各セクタごとに１ビットずつ変化し、前記第５コード列の最初と最後のコードが１ビット変化し、かつ、各コードが所定数のステップ毎に一方向に１桁ずれるように構成されると共に、前記第５コード列において前記所定数のステップ毎に最大にずれた前記コードをさらに前記一方向に１桁ずらすと、ずれない状態の前記第５コード列のコードとなる関係にあるように構成されることを特徴とする請求項６に記載の絶対角検出装置。
8. 前記第５コード列は、前記第３検出素子群を構成する検出素子の数を５個とし、前記第５コード列は、（１００００）、（１１０００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１０１０）、（１１１１０）の各コードから選択して用いることを特徴とする請求項６に記載の絶対角検出装置。

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