JP2020085657A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二つの受光素子の一方が故障しても、被検出部材の変位方向の検出を継続できる回転検出装置を提供する。【解決手段】第一受光素子５２１は、受光強度に応じた第一受光信号Ｒ１を出力する。第二受光素子５２２は、受光強度に応じた第二受光信号Ｒ２を出力する。第三受光素子５２３は、受光強度に応じた第三受光信号Ｒ３を出力する。ノブ３は、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第三受光素子５２３の各々による受光を可能にするスリット３４と受光を不能にする板３３が交互に配列されている。プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第二受光信号Ｒ２に基づいて、ノブ３の回転と第一受光素子５２１と第二受光素子５２２の故障を検知し、どちらか一方の故障が検知された場合、第一受光素子５２１と第二受光素子５２２の他方から出力された第一受光信号Ｒ１または第二受光信号Ｒ２と第三受光信号Ｒ３に基づいて、ノブ３の回転方向を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、被検出部材の変位を検出するための装置に関する。

特許文献１に記載された装置は、被検出部材の一例として、回転可能な円筒状のノブを備えている。ノブの周縁部には、複数の壁と複数のスリットが形成されている。複数の壁とスリットは、ノブの周方向に交互かつ等間隔に配列されている。当該装置は、発光素子と二つの受光素子を備えている。発光素子の発光面と各受光素子の受光面は対向している。ノブの周縁部は、発光面と各受光面の間に配置される。

ノブが回転されると、発光面と各受光面の間を、壁とスリットが交互に通過する。これにより、発光面から出射された光が各受光面に到達する受光状態と、発光面から出射された光が壁により遮られる非受光状態とが交互に得られる。各受光素子は、受光状態と非受光状態とで異なるレベルの信号を出力するように構成されている。各受光素子から出力される信号のレベル変化の回数を数えることにより、ノブの回転量が検出される。また、一方の受光素子と他方の受光素子の間で出力信号のレベル変化が生じた順序を検出することにより、ノブの回転方向が検出される。

特開２０１５−２２０１６７号公報

特許文献１に記載された構成においては、二つの受光素子の一方が故障すると、ノブの回転方向の検出が不可能になる。

本発明の目的は、二つの受光素子の一方が故障しても、被検出部材の変位方向の検出を継続できるようにすることである。

上記の目的を達成するための一態様は、変位検出装置であって、
受光強度に応じた第一受光信号を出力する第一受光素子と、
受光強度に応じた第二受光信号を出力する第二受光素子と、
受光強度に応じた第三受光信号を出力する第三受光素子と、
前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第三受光素子の各々による受光を可能にする第一部分と受光を不能にする第二部分とが交互に配列された被検出部材と、
前記第一受光信号と前記第二受光信号に基づいて前記第一受光素子と前記第二受光素子の故障を検知する故障検知部と、
前記第一受光信号と前記第二受光信号に基づいて前記被検出部材の変位方向を検出し、前記故障検知部により前記第一受光素子と前記第二受光素子の一方の故障が検知された場合、前記第一受光素子と前記第二受光素子の他方から出力された前記第一受光信号または前記第二受光信号と前記第三受光信号に基づいて、前記被検出部材の変位方向を検出する変位方向検出部と、
を備えている。

このような構成によれば、第一受光素子と第二受光素子の一方が故障しても、第三受光素子を用いて被検出部材の変位方向の検出を継続できる。

上記の変位検出装置は、以下のように構成されうる。
受光強度に応じた第四受光信号を出力する第四受光素子を備えており、
前記故障検知部は、前記第一受光信号、前記第二受光信号、および前記第四受光信号に基づいて、前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子の故障を検知し、
前記変位方向検出部は、前記故障検知部により前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のいずれかの故障が検知された場合、当該故障が検知されていない前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のうち残り二つから出力された前記第一受光信号、前記第二受光信号、および前記第四受光信号のいずれか二つと前記第三受光信号に基づいて、前記被検出部材の変位方向を検出する。

このような構成によれば、第一受光素子と第二受光素子の一方が故障しても、第三受光素子および第四受光素子の少なくとも一方を用いて被検出部材の変位方向の検出を継続できる。

この場合、上記の変位検出装置は、以下のように構成されうる。
前記故障検知部は、前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のいずれかの故障が検知された場合、当該故障が検知されていない前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のうち残り二つから出力された前記第一受光信号、前記第二受光信号、および前記第四受光信号のいずれか二つと前記第三受光信号に基づいて、当該故障が検知されていない前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のうち残りの二つと前記第三受光素子の故障を検知する。

このような構成によれば、第一受光素子、第二受光素子、および第四受光素子のいずれかが故障しても、第一受光素子、第二受光素子、および第三受光素子の故障を検知するための相互監視を継続できる。

加えて、上記の変位検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第三受光素子と前記第四受光素子は、共通の発光素子から出射された光を受光するように構成されている。

このような構成によれば、正常時における各受光素子の故障検知を支援する第四受光素子と、故障発生時に各種処理を支援する第三受光素子が、単一の発光素子を共有する。これにより、部品点数の増加と消費電力の増大が抑制されうる。

上記の変位検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第一受光素子と前記第二受光素子は、共通の発光素子から出射された光を受光するように構成されている。

このような構成によれば、正常時において被検出部材の変位方向を検出するために使用される第一受光素子５２１と第二受光素子５２２が、第一共通発光素子５４１を共有する。これにより、部品点数の増加と消費電力の増第が抑制されうる。

上記の変位検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第一部分は光の通過を許容し、前記第二部分は光の通過を遮断する。

このような構成によれば、各受光素子は、いわゆる透過型の光センサの一部を構成する。透過型の光センサは、いわゆる反射型の光センサよりも取り扱いや光軸調整が容易である。

上記の変位検出装置は、以下のように構成されうる。
前記被検出部材は、回転軸を中心として回転可能であり、
前記第一部分と前記第二部分は、前記回転軸を中心として環状に配列されている。

このような構成によれば、被検出部材の回転方向を検出可能である。

本発明によれば、二つの受光素子の一方が故障しても、被検出部材の変位方向の検出を継続できる。

第一実施形態に係る回転検出装置の構成を示している。 第一実施形態に係る回転検出装置の動作例を示している。 第二実施形態に係る回転検出装置の構成を示している。 第二実施形態に係る回転検出装置の動作例を示している。 第二実施形態に係る回転検出装置の動作例を示している。 第三実施形態に係る回転検出装置の構成を示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態例について以下詳細に説明する。

図１の（Ａ）は、第一実施形態に係る回転操作装置１の一部の構成を示している。図１の（Ｂ）は、図１の（Ａ）における線IB−IBに沿う断面を矢印方向から見た構成を含む回転操作装置１の一部を模式的に示している。

回転操作装置１は、基板２およびノブ３を備えている。ノブ３は、基板２に支持されている。

ノブ３は、回転軸３１を備えている。ノブ３は、回転軸３１を中心として回転可能である。ノブ３は、周壁３２を備えている。周壁３２は、円筒形状を有している。周壁３２の下部には、複数の板３３と複数のスリット３４が形成されている。複数の板３３と複数のスリット３４は、周壁３２の周方向に沿って交互に配列されている。すなわち、複数の板３３と複数のスリット３４は、回転軸３１を中心として環状に配列されている。

回転操作装置１は、回転検出装置４１を備えている。回転検出装置４１は、ノブ３の回転を検出する装置である。ノブ３は、被検出部材の一例である。ノブ３の回転は、被検出部材の変位の一例である。回転検出装置４１は、変位検出装置の一例である。

回転検出装置４１は、第一発光素子５１１を備えている。第一発光素子５１１は、電力の供給を受けることにより所定の波長を有する光を出射する素子である。第一発光素子５１１の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ素子などが挙げられる。

回転検出装置４１は、第一受光素子５２１を備えている。第一受光素子５２１は、第一発光素子５１１から出射される光の波長に感度を有し、受光強度に応じた第一受光信号Ｒ１を出力する素子である。第一受光素子５２１の例としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどが挙げられる。

第一発光素子５１１と第一受光素子５２１は、第一発光素子５１１の発光面から出射された光が第一受光素子５２１の受光面に入射するように配置される。本例においては、発光面と受光面が直接向き合うように第一発光素子５１１と第一受光素子５２１が配置されている。しかしながら、発光面から受光面に至る光路上に適宜の光学素子（ミラー、プリズム、レンズなど）が配置されることにより、第一発光素子５１１と第一受光素子５２１の位置関係は、適宜に変更されうる。

回転検出装置４１は、第二発光素子５１２を備えている。第二発光素子５１２は、電力の供給を受けることにより所定の波長を有する光を出射する素子である。第二発光素子５１２の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ素子などが挙げられる。

回転検出装置４１は、第二受光素子５２２を備えている。第二受光素子５２２は、第二発光素子５１２から出射される光の波長に感度を有し、受光強度に応じた第二受光信号Ｒ２を出力する素子である。第二受光素子５２２の例としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどが挙げられる。

第二発光素子５１２と第二受光素子５２２は、第二発光素子５１２の発光面から出射された光が第二受光素子５２２の受光面に入射するように配置される。本例においては、発光面と受光面が直接向き合うように第二発光素子５１２と第二受光素子５２２が配置されている。しかしながら、発光面から受光面に至る光路上に適宜の光学素子（ミラー、プリズム、レンズなど）が配置されることにより、第二発光素子５１２と第二受光素子５２２の位置関係は、適宜に変更されうる。

ノブ３は、第一発光素子５１１から第一受光素子５２１に至る光路上に周壁３２が位置するように配置されている。すなわち、ノブ３が回転されると、板３３とスリット３４が交互に当該光路上を通過する。したがって、第一発光素子５１１から出射された光がスリット３４を通過して第一受光素子５２１に到達する受光状態と、第一発光素子５１１から出射された光が板３３によって遮られる非受光状態とが交互に得られる。スリット３４は、被検出部材の第一部分の一例である。板３３は、被検出部材の第二部分の一例である。

同様に、ノブ３は、第二発光素子５１２から第二受光素子５２２に至る光路上に周壁３２が位置するように配置されている。すなわち、ノブ３が回転されると、板３３とスリット３４が交互に当該光路上を通過する。したがって、第二発光素子５１２から出射された光がスリット３４を通過して第二受光素子５２２に到達する受光状態と、第二発光素子５１２から出射された光が板３３によって遮られる非受光状態とが交互に得られる。

回転検出装置４１は、プロセッサ５３を備えている。プロセッサ５３は、不図示の信号変換回路（Ｄ／Ａ変換回路など）を介して第一発光素子５１１および第二発光素子５１２と接続されている。プロセッサ５３は、第一制御信号Ｃ１に基づいて第一発光素子５１１への電力供給を許容し、第一発光素子５１１に発光動作を行なわせる。同様に、プロセッサ５３は、第二制御信号Ｃ２に基づいて第二発光素子５１２への電力供給を許容し、第二発光素子５１２に発光動作を行なわせる。

他方、第一受光素子５２１と第二受光素子５２２は、不図示の信号変換回路（Ａ／Ｄ変換回路など）を介してプロセッサ５３と接続されている。プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第二受光信号Ｒ２に基づいて、ノブ３の回転を検出する。図２の（Ａ）を参照しつつ、プロセッサ５３により行なわれる具体的な検出処理について説明する。

図２の（Ａ）は、図１の（Ｂ）に示されるノブ３が時計方向に回転された場合における板３３およびスリット３４の動きを、第一受光素子５２１および第二受光素子５２２の位置関係とともに模式的に示している。図２の（Ａ）は、この場合における第一受光信号Ｒ１の経時変化と第二受光信号Ｒ２の経時変化もまた示している。

第一受光信号Ｒ１は、受光状態に対応する信号レベルと非受光状態に対応する信号レベルを有している。信号レベルとは、信号の電圧値または電流値を意味する。本例に係る第一受光信号Ｒ１においては、受光状態に対応する信号レベルは、非受光状態に対応する信号レベルよりも高い。以降の説明においては、受光状態に対応する信号レベルを高信号レベルと称し、非受光状態に対応する信号レベルを低信号レベルと称する。

同様に、第二受光信号Ｒ２は、受光状態に対応する信号レベルと非受光状態に対応する信号レベルを有している。本例に係る第二受光信号Ｒ２においては、受光状態に対応する信号レベルは、非受光状態に対応する信号レベルよりも高い。

ノブ３が回転されることにより、第一受光信号Ｒ１は、高信号レベルと低信号レベルが交互に現れるパルス信号となる。同様に、第二受光信号Ｒ２は、高信号レベルと低信号レベルが交互に現れるパルス信号となる。

ノブ３の回転量が大きくなるほど、第一受光信号Ｒ１と第二受光信号Ｒ２の各々の信号レベル変化の回数が増える。単位角度あたりのスリット３４の数は既知であるので、プロセッサ５３は、信号レベル変化の回数に基づいて、ノブ３の回転量を検出できる。

加えて、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化と第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化の順序に基づいて、ノブ３の回転方向を検出できる。図２の（Ａ）に示されるノブ３が時計回りに回転される場合においては、第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化が第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化に先行する。したがって、プロセッサ５３は、ノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化が第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

上記のように、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第二受光信号Ｒ２に基づいて、ノブ３の回転量と回転方向を検出できる。すなわち、プロセッサ５３は、変位方向検出部の一例である。

さらに、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第二受光信号Ｒ２に基づいて、第一受光素子５２１と第二受光素子５２２の故障を検知できる。すなわち、プロセッサ５３は、故障検知部の一例である。

例えば、図２の（Ｂ）においては、第一受光信号Ｒ１の信号レベルが変化している（ノブ３が回転している）にも関わらず、第二受光信号Ｒ２の低信号レベルが維持されている。この場合、プロセッサ５３は、第二受光素子５２２が故障していると判断する。第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化の周波数が、第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化の周波数よりも顕著に高いか低い場合においても、プロセッサ５３は、第二受光素子５２２が故障していると判断しうる。

例えば、図２の（Ｃ）においては、第二受光信号Ｒ２の信号レベルが変化している（ノブ３が回転している）にも関わらず、第一受光信号Ｒ１の高信号レベルが維持されている。この場合、プロセッサ５３は、第一受光素子５２１が故障していると判断する。第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化の周波数が、第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化の周波数よりも顕著に高いか低い場合においても、プロセッサ５３は、第一受光素子５２１が故障していると判断しうる。

図１の（Ｂ）に示されるように、回転検出装置４１は、第三発光素子５１３を備えている。第三発光素子５１３は、電力の供給を受けることにより所定の波長を有する光を出射する素子である。第三発光素子５１３の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ素子などが挙げられる。

回転検出装置４１は、第三受光素子５２３を備えている。第三受光素子５２３は、第三発光素子５１３から出射される光の波長に感度を有し、受光強度に応じた第三受光信号Ｒ３を出力する素子である。第三受光素子５２３の例としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどが挙げられる。

第三発光素子５１３と第三受光素子５２３は、第三発光素子５１３の発光面から出射された光が第三受光素子５２３の受光面に入射するように配置される。本例においては、発光面と受光面が直接向き合うように第三発光素子５１３と第三受光素子５２３が配置されている。しかしながら、発光面から受光面に至る光路上に適宜の光学素子（ミラー、プリズム、レンズなど）が配置されることにより、第三発光素子５１３と第三受光素子５２３の位置関係は、適宜に変更されうる。

ノブ３は、第三発光素子５１３から第三受光素子５２３に至る光路上に周壁３２が位置するように配置されている。すなわち、ノブ３が回転されると、板３３とスリット３４が交互に当該光路上を通過する。したがって、第三発光素子５１３から出射された光がスリット３４を通過して第三受光素子５２３に到達する受光状態と、第三発光素子５１３から出射された光が板３３によって遮られる非受光状態とが交互に得られる。

プロセッサ５３は、不図示の信号変換回路（Ｄ／Ａ変換回路など）を介して第三発光素子５１３と接続されている。プロセッサ５３は、第三制御信号Ｃ３に基づいて第三発光素子５１３への電力供給を許容し、第三発光素子５１３に発光動作を行なわせる。他方、第三受光素子５２３は、不図示の信号変換回路（Ａ／Ｄ変換回路など）を介してプロセッサ５３と接続されている。

プロセッサ５３は、通常時において第三発光素子５１３に発光動作を行なわせない。したがって、図２の（Ａ）に示されるように、第三受光信号Ｒ３は、例えば低信号レベルを維持する。

プロセッサ５３は、上述のように第一受光素子５２１と第二受光素子５２２の一方の故障を検知すると、第三制御信号Ｃ３に基づいて第三発光素子５１３に発光動作を開始させる。そしてプロセッサ５３は、第一受光素子５２１と第二受光素子５２２の他方と第三受光素子５２３を用いてノブ３の回転を検出する。

図２の（Ｂ）に示される例においては、第二受光素子５２２の故障が検知されている。この場合、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第三受光信号Ｒ３に基づいて、ノブ３の回転を検出する。

ノブ３が回転されることにより、第三受光信号Ｒ３は、高信号レベルと低信号レベルが交互に現れるパルス信号となる。ノブ３の回転量が大きくなるほど、第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化の回数が増える。単位角度あたりのスリット３４の数は既知であるので、プロセッサ５３は、信号レベル変化の回数に基づいて、ノブ３の回転量を検出できる。

加えて、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化と第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化の順序に基づいて、ノブ３の回転方向を検出できる。図２の（Ｂ）に示されるノブ３が時計回りに回転される場合においては、第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化に先行する。したがって、プロセッサ５３は、ノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化が第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

図２の（Ｃ）に示される例においては、第一受光素子５２１の故障が検知されている。この場合、プロセッサ５３は、第二受光信号Ｒ２と第三受光信号Ｒ３に基づいて、ノブ３の回転を検出する。回転量の検出法については、上述の通りである。

プロセッサ５３は、第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化と第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化の順序に基づいて、ノブ３の回転方向を検出できる。図２の（Ｃ）に示されるノブ３が時計回りに回転される場合においては、第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化に先行する。したがって、プロセッサ５３は、ノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

このような構成によれば、第一受光素子５２１と第二受光素子５２２の一方が故障しても、第三受光素子５２３を用いてノブ３の回転方向の検出を継続できる。

上記のような機能を備えているプロセッサ５３は、汎用メモリと協働して動作する汎用マイクロプロセッサにより実現されうる。汎用マイクロプロセッサとしては、ＣＰＵやＭＰＵが例示されうる。汎用メモリとしては、ＲＯＭやＲＡＭが例示されうる。この場合、ＲＯＭには、上述した処理を実行するコンピュータプログラムが記憶されうる。プロセッサ５３は、ＲＯＭ上に記憶されたコンピュータプログラムの少なくとも一部を指定してＲＡＭ上に展開し、ＲＡＭと協働して上述した処理を実行する。プロセッサ５３は、上述した処理を実現するコンピュータプログラムを実行可能なマイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの専用集積回路によって実現されてもよい。プロセッサ５３は、汎用マイクロプロセッサと専用集積回路の組合せによって実現されてもよい。

プロセッサ５３は、必ずしも単一の素子として提供されることを要しない。例えば、第一発光素子５１１、第二発光素子５１２、および第三発光素子５１３の発光動作を制御するプロセッサと、第一受光信号Ｒ１、第二受光信号Ｒ２、および第三受光信号Ｒ３に基づく判断を行なうプロセッサは、別素子として提供されうる。

第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第三受光素子５２３の位置は、第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化、第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化、および第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が同時に起こらないように定められる。この条件を満足すれば、ノブ３の回転方向に沿う第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第三受光素子５２３の各位置は、任意に定められうる。

本実施形態における第一発光素子５１１と第一受光素子５２１は、いわゆる透過型の光センサを構成している。すなわち、スリット３４が光の通過を許容することにより受光状態が実現され、板３３が光の通過を遮断することにより非受光状態が実現される。透過型の光センサは、いわゆる反射型の光センサよりも取り扱いや光軸調整が容易である。

しかしながら、第一発光素子５１１と第一受光素子５２１は、反射型の光センサを構成してもよい。この場合、ノブ３が回転されると、第一発光素子５１１から出射された光が板３３によって反射されて第一受光素子５２１に到達する受光状態と、第一発光素子５１１から出射された光がスリットを通過する非受光状態が交互に得られる。この場合、板３３は、被検出部材の第一部分の一例である。スリット３４は、被検出部材の第二部分の一例である。

透過型光センサと反射型光センサに係る上記の説明は、第二発光素子５１２と第二受光素子５２２の関係、および第三発光素子５１３と第三受光素子５２３の関係についても同様に適用可能である。

図３は、第二実施形態に係る回転検出装置４２の構成を模式的に示している。回転検出装置４２は、変位検出装置の一例である。第一実施形態に係る回転検出装置４１と実質的に同じ構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。

回転検出装置４２は、第一発光素子５１１、第二発光素子５１２、および第三発光素子５１３に加えて、第四発光素子５１４を備えている。第四発光素子５１４は、電力の供給を受けることにより所定の波長を有する光を出射する素子である。第四発光素子５１４の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ素子などが挙げられる。

回転検出装置４２は、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第三受光素子５２３に加えて、第四受光素子５２４を備えている。第四受光素子５２４は、第四発光素子５１４から出射される光の波長に感度を有し、受光強度に応じた第四受光信号Ｒ４を出力する素子である。第四受光素子５２４の例としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどが挙げられる。

第四発光素子５１４と第四受光素子５２４は、第四発光素子５１４の発光面から出射された光が第四受光素子５２４の受光面に入射するように配置される。本例においては、発光面と受光面が直接向き合うように第四発光素子５１４と第四受光素子５２４が配置されている。しかしながら、発光面から受光面に至る光路上に適宜の光学素子（ミラー、プリズム、レンズなど）が配置されることにより、第四発光素子５１４と第四受光素子５２４の位置関係は、適宜に変更されうる。

ノブ３は、第四発光素子５１４から第四受光素子５２４に至る光路上に周壁３２が位置するように配置されている。すなわち、ノブ３が回転されると、板３３とスリット３４が交互に当該光路上を通過する。したがって、第四発光素子５１４から出射された光がスリット３４を通過して第四受光素子５２４に到達する受光状態と、第四発光素子５１４から出射された光が板３３によって遮られる非受光状態とが交互に得られる。

プロセッサ５３は、不図示の信号変換回路（Ｄ／Ａ変換回路など）を介して第四発光素子５１４と接続されている。プロセッサ５３は、第四制御信号Ｃ４に基づいて第四発光素子５１４への電力供給を許容し、第四発光素子５１４に発光動作を行なわせる。

他方、第四受光素子５２４は、不図示の信号変換回路（Ａ／Ｄ変換回路など）を介してプロセッサ５３と接続されている。ノブ３が回転されることにより、第四受光信号Ｒ４は、高信号レベルと低信号レベルが交互に現れるパルス信号となる。

プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１、第二受光信号Ｒ２、および第四受光信号Ｒ４に基づいて、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４の故障を検知する。

例えば、図４の（Ａ）に示されるように、第四受光信号Ｒ４が高信号レベルにある間に第一受光信号Ｒ１の高信号レベルから低信号レベルへの変化が生じていれば、第一受光素子５２１が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第一受光素子５２１の故障が検知される。同様に、第四受光信号Ｒ４が高信号レベルにある間に第二受光信号Ｒ２の高信号レベルから低信号レベルの変化が生じていれば、第二受光素子５２２が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第二受光素子５２２の故障が検知される。

さらに、第一受光信号Ｒ１または第二受光信号Ｒ２を基準にして第四受光素子５２４の故障も検知できる。例えば、第二受光信号Ｒ２が高信号レベルにある間に第四受光信号Ｒ４の低信号レベルから高信号レベルへの変化が生じていれば、第四受光素子５２４が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第四受光素子５２４の故障が検知される。

このようにして第四受光素子５２４を用いることによって、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４の故障をより正確に検知できる。

プロセッサ５３は、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４のいずれかの故障を検知すると、第三制御信号Ｃ３に基づいて第三発光素子５１３に発光動作を開始させる。そしてプロセッサ５３は、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４のうち残り二つと第三受光素子５２３を用いて、ノブ３の回転検出と受光素子の故障検知を継続する。

図４の（Ｂ）に示される例においては、第一受光信号Ｒ１が低信号レベルのまま維持されている。したがって、プロセッサ５３は、第一受光素子５２１の故障を検知する。この場合、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第二受光信号Ｒ２の組合せに代えて、第三受光信号Ｒ３と第四受光信号Ｒ４に基づいてノブ３の回転方向を検出する。

図４の（Ａ）に示される正常時においては、図３に示されるノブ３が時計回りに回転されると、第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化が第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化に先行する。プロセッサ５３は、この事実をもってノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化が第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

図４の（Ｂ）に示される第一受光素子５２１の故障時においては、図３に示されるノブ３が時計回りに回転されると、第四受光信号Ｒ４の信号レベル変化が第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化に先行する。プロセッサ５３は、この事実をもってノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が第四受光信号Ｒ４の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

あるいは、プロセッサ５３は、第二受光信号Ｒ２と第三受光信号Ｒ３の組合せに基づいてノブ３の回転方向を検出しうる。図３に示されるノブ３が時計回りに回転されると、第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化に先行する。プロセッサ５３は、この事実をもってノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化が第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

図５の（Ａ）に示される例においては、第二受光信号Ｒ２が高信号レベルのまま維持されている。したがって、プロセッサ５３は、第二受光素子５２２の故障を検知する。この場合、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第二受光信号Ｒ２の組合せに代えて、第三受光信号Ｒ３と第四受光信号Ｒ４に基づいてノブ３の回転方向を検出する。

この場合においても、図３に示されるノブ３が時計回りに回転されると、第四受光信号Ｒ４の信号レベル変化が第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化に先行する。プロセッサ５３は、この事実をもってノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が第四受光信号Ｒ４の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

あるいは、プロセッサ５３は、第一受光信号Ｒ１と第三受光信号Ｒ３の組合せに基づいてノブ３の回転方向を検出しうる。図３に示されるノブ３が時計回りに回転されると、第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化が第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化に先行する。プロセッサ５３は、この事実をもってノブ３が時計回りに回転されていると判断する。逆に第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化が第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化に先行する場合、プロセッサ５３は、ノブ３が反時計回りに回転されていると判断する。

このような構成によれば、第一受光素子５２１と第二受光素子５２２の一方が故障しても、第三受光素子５２３と第四受光素子５２４の少なくとも一方を用いてノブ３の回転方向の検出を継続できる。

本実施形態においては、プロセッサ５３は、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４のいずれかの故障が検知されると、第一受光信号Ｒ１、第二受光信号Ｒ２、および第四受光信号Ｒ４のうち二つと第三受光信号Ｒ３に基づいて、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４のうち残り二つと第三受光素子５２３の故障を検知する。

図４の（Ｂ）に示される第一受光素子５２１の故障時において第三受光信号Ｒ３と第四受光信号Ｒ４に基づいてノブ３の回転方向が検出される場合、プロセッサ５３は、図４の（Ａ）に示される正常時における第四受光信号Ｒ４の役割を、第二受光信号Ｒ２に担わせる。例えば、第二受光信号Ｒ２が低信号レベルにある間に第三受光信号Ｒ３の低信号レベルから高信号レベルへの変化が生じていれば、第三受光素子５２３が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第三受光素子５２３の故障が検知される。同様に、第二受光信号Ｒ２が低信号レベルにある間に第四受光信号Ｒ４の高信号レベルから低信号レベルの変化が生じていれば、第四受光素子５２４が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第四受光素子５２４の故障が検知される。

あるいは、第二受光信号Ｒ２と第三受光信号Ｒ３に基づいてノブ３の回転方向が検出される場合、プロセッサ５３は、第四受光信号Ｒ４に基づいて第二受光素子５２２と第三受光素子５２３の故障を検知する。例えば、第四受光信号Ｒ４が高信号レベルにある間に第二受光信号Ｒ２の高信号レベルから低信号レベルへの変化が生じていれば、第二受光素子５２２が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第二受光素子５２２の故障が検知される。同様に、第四受光信号Ｒ４が高信号レベルにある間に第三受光信号Ｒ３の高信号レベルから低信号レベルの変化が生じていれば、第三受光素子５２３が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第三受光素子５２３の故障が検知される。

図５の（Ａ）に示される第二受光素子５２２の故障時において第三受光信号Ｒ３と第四受光信号Ｒ４に基づいてノブ３の回転方向が検出される場合、プロセッサ５３は、図４の（Ａ）に示される正常時における第四受光信号Ｒ４の役割を、第一受光信号Ｒ１に担わせる。例えば、第一受光信号Ｒ１が低信号レベルにある間に第三受光信号Ｒ３の高信号レベルから低信号レベルへの変化が生じていれば、第三受光素子５２３が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第三受光素子５２３の故障が検知される。同様に、第一受光信号Ｒ１が低信号レベルにある間に第四受光信号Ｒ４の高信号レベルから低信号レベルの変化が生じていれば、第四受光素子５２４が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第四受光素子５２４の故障が検知される。

あるいは、第一受光信号Ｒ１と第四受光信号Ｒ４に基づいてノブ３の回転方向が検出される場合、プロセッサ５３は、第四受光信号Ｒ４に基づいて第一受光素子５２１と第三受光素子５２３の故障を検知する。例えば、第四受光信号Ｒ４が高信号レベルにある間に第一受光信号Ｒ１の高信号レベルから低信号レベルへの変化が生じていれば、第一受光素子５２１が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第一受光素子５２１の故障が検知される。同様に、第四受光信号Ｒ４が高信号レベルにある間に第三受光信号Ｒ３の低信号レベルから高信号レベルの変化が生じていれば、第三受光素子５２３が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第三受光素子５２３の故障が検知される。

図５の（Ｂ）に示される例においては、第四受光信号Ｒ４が低信号レベルのまま維持されている。したがって、プロセッサ５３は、第四受光素子５２４の故障を検知する。この場合、プロセッサ５３は、図４の（Ａ）に示される正常時における第四受光信号Ｒ４の役割を、第三受光信号Ｒ３に担わせる。例えば、第三受光信号Ｒ３が低信号レベルにある間に第一受光信号Ｒ１の低信号レベルから高信号レベルへの変化が生じていれば、第一受光素子５２１が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第一受光素子５２１の故障が検知される。同様に、第三受光信号Ｒ３が低信号レベルにある間に第二受光信号Ｒ２の高信号レベルから低信号レベルの変化が生じていれば、第二受光素子５２２が正常と判断される。そのような変化が生じていなければ、第二受光素子５２２の故障が検知される。

このような構成によれば、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４のいずれかが故障しても、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第三受光素子５２３の故障を検知するための相互監視を継続できる。

第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、第三受光素子５２３、および第四受光素子５２４の位置は、第一受光信号Ｒ１の信号レベル変化、第二受光信号Ｒ２の信号レベル変化、第三受光信号Ｒ３の信号レベル変化、および第四受光信号Ｒ４の信号レベル変化が同時に起こらないように定められる。この条件を満足すれば、ノブ３の回転方向に沿う第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、第三受光素子５２３、および第四受光素子５２４の各位置は、任意に定められうる。

第一実施形態に係る第一発光素子５１１と第一受光素子５２１を参照した透過型光センサと反射型光センサに係る説明は、第四発光素子５１４と第四受光素子５２４の関係についても同様に適用可能である。

図６は、第三実施形態に係る回転検出装置４３の構成を模式的に示している。回転検出装置４３は、変位検出装置の一例である。第二実施形態に係る回転検出装置４２と実質的に同じ構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。

回転検出装置４３は、第一共通発光素子５４１を備えている。第一共通発光素子５４１は、電力の供給を受けることにより所定の波長を有する光を出射する素子である。第一共通発光素子５４１の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ素子などが挙げられる。

第一共通発光素子５４１は、第一共通発光素子５４１の発光面から出射された光が第一受光素子５２１の受光面と第二受光素子５２２の受光面に入射するように配置される。すなわち、第一共通発光素子５４１から出射される光の波長は、第一受光素子５２１と第二受光素子５２２が感度を有する波長として選択される。

本例においては、発光面と各受光面が直接向き合うように第一共通発光素子５４１、第一受光素子５２１、および第二受光素子５２２が配置されている。しかしながら、発光面から各受光面に至る光路上に適宜の光学素子（ミラー、プリズム、レンズなど）が配置されることにより、第一共通発光素子５４１、第一受光素子５２１、および第二受光素子５２２の位置関係は、適宜に変更されうる。

プロセッサ５３は、不図示の信号変換回路（Ｄ／Ａ変換回路など）を介して第一共通発光素子５４１と接続されている。プロセッサ５３は、第一共通制御信号ＣＣ１に基づいて第一共通発光素子５４１への電力供給を許容し、第一共通発光素子５４１に発光動作を行なわせる。

このような構成によれば、正常時においてノブ３の回転方向を検出するために使用される第一受光素子５２１と第二受光素子５２２が、第一共通発光素子５４１を共有する。これにより、部品点数の増加と消費電力の増第が抑制されうる。

図６に破線で示されるように、第一共通発光素子５４１、第一受光素子５２１、および第二受光素子５２２は、共通の筐体５５１によって支持されて単一のセンサユニットとして提供されることが好ましい。この場合、部品組立作業性や仕様管理性が向上する。

回転検出装置４３は、第二共通発光素子５４２を備えている。第二共通発光素子５４２は、電力の供給を受けることにより所定の波長を有する光を出射する素子である。第二共通発光素子５４２の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ素子などが挙げられる。

第二共通発光素子５４２は、第二共通発光素子５４２の発光面から出射された光が第三受光素子５２３の受光面と第四受光素子５２４の受光面に入射するように配置される。すなわち、第二共通発光素子５４２から出射される光の波長は、第三受光素子５２３と第四受光素子５２４が感度を有する波長として選択される。

本例においては、発光面と各受光面が直接向き合うように第二共通発光素子５４２、第三受光素子５２３、および第四受光素子５２４が配置されている。しかしながら、発光面から各受光面に至る光路上に適宜の光学素子（ミラー、プリズム、レンズなど）が配置されることにより、第二共通発光素子５４２、第三受光素子５２３、および第四受光素子５２４の位置関係は、適宜に変更されうる。

プロセッサ５３は、不図示の信号変換回路（Ｄ／Ａ変換回路など）を介して第二共通発光素子５４２と接続されている。プロセッサ５３は、第二共通制御信号ＣＣ２に基づいて第二共通発光素子５４２への電力供給を許容し、第二共通発光素子５４２に発光動作を行なわせる。

このような構成によれば、正常時における各受光素子の故障検知を支援する第四受光素子５２４と、故障発生時に各種処理を支援する第三受光素子５２３が、第二共通発光素子５４２を共有する。これにより、部品点数の増加と消費電力の増大が抑制されうる。

第二共通発光素子５４２が共有されることにより、図４の（Ａ）に破線で示されるように、正常時においても第三受光信号Ｒ３は出力される。この場合、プロセッサ５３は、第三受光信号Ｒ３を無視する処理、もしくは第三受光信号Ｒ３に基づく動作を無効にする処理を行なえばよい。

図６に破線で示されるように、第二共通発光素子５４２、第三受光素子５２３、および第四受光素子５２４は、共通の筐体５５２によって支持されて単一のセンサユニットとして提供されることが好ましい。この場合、部品組立作業性や仕様管理性が向上する。

第一実施形態に係る第一発光素子５１１と第一受光素子５２１を参照した透過型光センサと反射型光センサに係る説明は、第一共通発光素子５４１、第一受光素子５２１、および第二受光素子５２２の間の関係、ならびに第二共通発光素子５４２、第三受光素子５２３、および第四受光素子５２４の間の関係についても同様に適用可能である。

上記の各実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の各実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

上記の各実施形態においては、プロセッサ５３は、通常時において第三発光素子５１３に発光動作を行なわせていない。しかしながら、プロセッサ５３は、通常時において第三発光素子５１３に発光動作を行なわせてもよい。すなわち、通常時においても第三受光信号Ｒ３がプロセッサ５３に入力されうる。この場合、プロセッサ５３は、通常時においては第三受光信号Ｒ３を無視し、第一受光素子５２１、第二受光素子５２２、および第四受光素子５２４のいずれかに故障が検知された場合に、第三受光信号Ｒ３を用いた上述の処理を行なうように構成されうる。

上記の各実施形態においては、環状に配列された板３３とスリット３４を用いてノブ３の回転が検出される。しかしながら、直線状に配列された壁とスリットを用いてノブの直線的な変位が検出される構成も採用されうる。

３：ノブ、３１：回転軸、３３：板、３４：スリット、４１、４２、４３：回転検出装置、５２１：第一受光素子、５２２：第二受光素子、５２３：第三受光素子、５２４：第四受光素子、５３：プロセッサ、５４１：第一共通発光素子、５４２：第二共通発光素子、Ｒ１：第一受光信号、Ｒ２：第二受光信号、Ｒ３：第三受光信号、Ｒ４：第四受光信号

Claims (7)

1. 受光強度に応じた第一受光信号を出力する第一受光素子と、
   受光強度に応じた第二受光信号を出力する第二受光素子と、
   受光強度に応じた第三受光信号を出力する第三受光素子と、
   前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第三受光素子の各々による受光を可能にする第一部分と受光を不能にする第二部分とが交互に配列された被検出部材と、
   前記第一受光信号と前記第二受光信号に基づいて前記第一受光素子と前記第二受光素子の故障を検知する故障検知部と、
   前記第一受光信号と前記第二受光信号に基づいて前記被検出部材の変位方向を検出し、前記故障検知部により前記第一受光素子と前記第二受光素子の一方の故障が検知された場合、前記第一受光素子と前記第二受光素子の他方から出力された前記第一受光信号または前記第二受光信号と前記第三受光信号に基づいて、前記被検出部材の変位方向を検出する変位方向検出部と、
   を備えている、
   変位検出装置。
2. 受光強度に応じた第四受光信号を出力する第四受光素子を備えており、
   前記故障検知部は、前記第一受光信号、前記第二受光信号、および前記第四受光信号に基づいて、前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子の故障を検知し、
   前記変位方向検出部は、前記故障検知部により前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のいずれかの故障が検知された場合、当該故障が検知されていない前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のうち残り二つから出力された前記第一受光信号、前記第二受光信号、および前記第四受光信号のいずれか二つと前記第三受光信号に基づいて、前記被検出部材の変位方向を検出する、
   請求項１に記載の変位検出装置。
3. 前記故障検知部は、前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のいずれかの故障が検知された場合、当該故障が検知されていない前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のうち残り二つから出力された前記第一受光信号、前記第二受光信号、および前記第四受光信号のいずれか二つと前記第三受光信号に基づいて、当該故障が検知されていない前記第一受光素子、前記第二受光素子、および前記第四受光素子のうち残りの二つと前記第三受光素子の故障を検知する、
   請求項２に記載の変位検出装置。
4. 前記第一受光素子と前記第二受光素子は、共通の発光素子から出射された光を受光するように構成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の変位検出装置。
5. 前記第三受光素子と前記第四受光素子は、共通の発光素子から出射された光を受光するように構成されている、
   請求項３に記載の変位検出装置。
6. 前記第一部分は光の通過を許容し、前記第二部分は光の通過を遮断する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の変位検出装置。
7. 前記被検出部材は、回転軸を中心として回転可能であり、
   前記第一部分と前記第二部分は、前記回転軸を中心として環状に配列されている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の変位検出装置。

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