JP2502198Y2

JP2502198Y2 - 回転角検出装置

Info

Publication number: JP2502198Y2
Application number: JP1990079537U
Authority: JP
Inventors: 純一仲保
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2005-07-25
Also published as: JPH0436418U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］（産業上の利用分野）本考案は、ロータリエンコーダ形の回転角検出装置に
関する。

（従来の技術）この種の回転角検出装置を第８図及び第９図に示す。
即ち、全体の斜視図を示す第８図において、１は回転板
で、これは図示しない検出対象の回転が伝達されるよう
に連結されている。回転板１の外周面には複数の高反射
部２が所定ピッチで形成されており、それらの高反射部
２間に低反射部３が形成されている。そして、回転板１
の外周面に対向して投光素子たるLED4及び受光素子たる
フォトトランジスタ５が配設されており、LED4から回転
板１の外周面にスポット光が投光される。尚、６はスリ
ット板である。

電気的構成を示す第９図において、フォトトランジス
タ５のコレクタは正電源ライン７と接続され、エミッタ
は抵抗８を介して0Vラインと接続されている。正電源ラ
イン７と0Vライン間には抵抗9,10が直列接続されてい
る。11はコンパレータで、これの正入力端子（＋）はフ
ォトトランジスタ５のエミッタと接続されて検出電圧Vo
が与えられている。また、コンパレータ11の負入力端子
（−）は抵抗9,10の共通接続点に接続されて基準電圧Vs
が与えられている。この場合、基準電圧Vsしては、検出
電圧Voの最大レベルと最低レベル（0V）との間の中間レ
ベルに設定されるのが一般的である。

さて、検出対象が回転すると、それに伴って高反射部
２及び低反射部３が移動する。そして、高反射部２がLE
D4からの投光範囲に位置すると、LED4からの光が高反射
部２で反射されてフォトトランジスタ５に入光するの
で、フォトトランジスタ５に受光電流が流れて検出電圧
Voが上昇すると共に、検出電圧Voが基準電圧Vsを上回っ
たタイミングでコンパレータ11からの出力がハイレベル
となる。そして、回転板１の回転が進んで高反射部２間
の低反射部３が投光範囲に位置すると、LED4からの光は
反射されなくなるので、フォトトランジスタ５の受光電
流は減少すると共に、検出電圧Voが基準電圧Vsを下回っ
たタイミングでコンパレータ11からの出力電圧がロウレ
ベルとなる。従って、回転板１の回転に伴って第10図に
示すパルス信号Paが出力されるので、そのパルス信号Pa
に基づいて検出対象の回転角を検出することができる。

（考案が解決しようとする課題）ところで、フォトトランジスタ５は周囲温度の変化に
よりその受光特性が変動するという特性を有する。この
ため、上記従来構成のものの場合、温度変化によりフォ
トトランジスタ５の受光特性が変動したときは、フォト
トランジスタ５からの検出電圧Voが基準電圧Vsに対して
変動してしまうので、コンパレータ５からのパルス信号
Paの出力タイミングが正規のタイミングから変動し、以
て検出対象の回転角を正確に検出できない虞がある。

一方、回転対象の回転角を検出するための情報とし
て、パルス信号Paの立上りタイミングのみではなくその
立下りタイミングを利用する場合がある。従って、パル
ス信号Paのデューティ比が50％でない場合は、パルス信
号Paの立上りタイミング及び立下りタイミングに基づく
回転角検出が不正確となるので、パルス信号Paのデュー
ティ比を50％に設定するようにしている。しかしなが
ら、LED4からの投光はスポット光であるので、高反射部
２及び低反射部３の幅寸法を同一寸法に設定するだけで
は50％のデューティ比を得ることはできないという事情
がある。このため、高反射部２と低反射部３との寸法を
微妙に異ならして設計しており、その設計が極めて難し
いという問題がある。

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、受光素子の受光レベルに基づいて回転角を検出する
ものでありながら、周囲温度の影響を受けることがない
と共に設計を容易に行うことができる回転角検出装置を
提供するにある。

［考案の構成］（課題を解決するための手段）本考案の回転角検出装置は、回転体に投光する投光素
子を設け、前記回転体の回転方向に沿うと共に前記投光
素子の光軸に対して対称位置に配設された第1,第２の受
光素子を設け、前記回転体の同心円上に所定ピッチとな
るように一体であると共に前記投光素子の光軸上に位置
した状態でその投光素子からの光を前記第1,第２の受光
素子に均等に反射するように交互に連続形成された山部
及び谷部からなる反射光量一致部を設け、前記第1,第２
の受光素子の受光レベルが同一レベルとなったタイミン
グを検出タイミングとすることにより前記回転体の回転
に応じてデューティ比50％のパルス信号を出力する比較
部を設けたものである。

（作用）回転体が回転すると、それに伴って反射光量一致部が
移動する。そして、反射光量一致部の山部若しくは谷部
が投光素子の光軸上に位置すると、投光素子からの光は
反射光量一致部で反射して第1,第２の受光素子に均等に
入光する。すると、各受光素子の受光レベルは同一レベ
ルとなるので、比較部はそのタイミングを検出タイミン
グとすることにより回転体の回転に応じてデューティ比
50％のパルス信号を出力する。

この場合、周囲温度の変化により、第1,第２の受光素
子の受光特性が変動した場合であっても、それらの受光
特性は同様に変化するので、比較部において温度変化に
よる受光レベルの変動分は無効化される。従って、比較
部による検出タイミングが正規のタイミングから変動し
てしまうことはない。

また、比較部による検出タイミングは反射光量一致部
の位置に対応しているので、反射光量一致部を所定ピッ
チで設計する本考案の場合は、検出タイミングは回転体
の回転角を正確に示している。従って、設計を容易に行
うことができる。

（実施例）以下、本考案を自動車のステアリングシャフトの回転
角検出装置に適用した一実施例を第１図乃至第７図を参
照して説明する。

全体の斜視図を示す第１図において、21は回転体たる
回転板で、これは図示しないステアリングシャフトに装
着されている。この回転板21の外周面には同心円上に複
数の山部22及び谷部23が所定ピッチで形成されており、
それら山部22及び谷部23が反射光量一致部に設定されて
いる。

24は投光素子たるLEDで、これは山部22及び谷部23の
回転軌跡に対向して配設されている。また、25,26は第
1,第２の受光素子たる第1,第２のフォトトランジスタ
で、これらは山部22及び谷部23の回転軌跡に対向してい
る。この場合、各フォトトランジスタ25,26は、回転板2
1の回転軌跡に沿うと共にLED24の光軸（投光軸の中心）
に対して対称位置に配設されている。

電気的構成を示す第２図において、第１のフォトトラ
ンジスタ25のコレクタは正電源ライン27と接続され、エ
ミッタは抵抗28を介して0Vラインと接続されている。ま
た、第２のフォトトランジスタ26のコレクタは正電源ラ
イン27と接続され、エミッタは抵抗29を介して0Vライン
と接続されている。従って、各フォトトランジスタ25,2
6の受光状態では、その受光レベルに応じた受光電流が
フォトトランジスタ25,26に流れるので、それに応じた
検出電圧V1,V2が出力される。

30は比較部たるコンパレータで、これの正入力端子
（＋）は第１のフォトトランジスタ25のエミッタに接続
され、負入力端子（−）は第２のフォトトランジスタ26
のエミッタに接続されている。このコンパレータ30は、
正入力端子（＋）の入力電圧が負入力端子（−）の入力
電圧を上回ったときにハイレベル信号を出力する。尚、
コンパレータ30の出力は図示しない制御装置に与えられ
ており、制御装置は、コンパレータ30からのパルス信号
Pbに基づいてアブソーバの減衰力を調節するようになっ
ている。

次に上記構成について説明する。

自動車の走行進路を変更するために図示しないステア
リングホイールを回転操作すると、ステアリングシャフ
トひいては回転板21が回転する。そして、回転板21が回
転により山部22が第３図に示す位置となると、LED22か
らの光は山部22の斜面で反射されて第１のフォトトラン
ジスタ25に入光するので、第１のフォトトランジスタ25
の受光レベルは最大となる。これに対して、LED24から
の光は第２のフォトトランジスタ26に入光しないので、
第２のフォトトランジスタ26の受光レベルは最低とな
る。従って、検出電圧V1が検出電圧V2を上回るので、コ
ンパレータ30からの出力はハイレベルとなる（第７図に
Ａで示すタイミング）。

そして、回転板21が回転して谷部23が第４図に示す位
置となると、第１のフォトトランジスタ25の受光レベル
が低下するのに対して、第２のフォトトランジスタ26の
受光レベルが増加するので、第１のフォトトランジスタ
25からの検出電圧V1は下降すると共に、第２のフォトト
ランジスタ26からの検出電圧V2は上昇する（第７図にＢ
で示すタイミング）。

さて、谷部23が第５図に示すようにLED24の光軸に一
致すると、LED24からの光は谷部23の斜面で反射されて
各フォトトランジスタ25,26に均等に入光するようにな
る。この結果、各フォトトランジスタ25,26からの検出
電圧V1,V2の信号レベルは一致すると共に、第１のフォ
トトランジスタ25の受光レベルが第２のフォトトランジ
スタ26の受光レベルを僅かに下回ったタイミングでコン
パレータ30からの出力はロウレベルとなる（第７図にＣ
で示すタイミング）。

そして、回転板21がさらに回転して今度は山部22が第
６図に示すようにLED24の光軸に一致すると、LED24から
の光は山部22によりその光軸に対して均等に反射される
ので、各フォトトランジスタ25,26の受光レベルは一致
する。これにより、各フォトトランジスタ25,26からの
検出電圧V1,V2の信号レベルは一致すると共に、第１の
フォトトランジスタ25の受光レベルが第２のフォトトラ
ンジスタ26の受光レベルを僅かに上回ったタイミングで
コンパレータ30の出力はハイレベルとなる（第７図にＤ
で示すタイミング）。この結果、コンパレータ30から
は、回転板21の回転に伴って第７図に示すようにデュー
ティ比50％のパルス信号Pbが出力されるので、制御装置
は、そのパルス信号Pbの出力タイミングに基づいてアブ
ソーバの減衰力を調節する。

さて、周囲温度が変化した場合は、第1,第２のフォト
トランジスタ25,26の受光特性が変動して検出電圧V1,V2
が変動することがある。しかしながら、上記構成のもの
の場合、各フォトトランジスタ25,26は温度変化により
同一の特性変化を示すので、それに応じて検出電圧V1,V
2は同一の変動を示す。従って、検出電圧V1,V2の温度変
化による変動分はコンパレータ30により無効化されてし
まうので、周囲温度の変化によりパルス信号Pbの出力タ
イミングが変動してしまう従来例と違って、パルス信号
Pbの出力タイミングが正規のタイミングからずれてしま
うことはない。

また、コンパレータ30からのパルス信号Pbは、LED24
の光軸に山部22が一致したときに立上ると共に、LED24
の光軸に谷部23が一致したときに立下がるので、山部22
及び谷部23が所定ピッチで形成されている本実施例の場
合は、コンパレータ30からのパルス信号Pbのデューティ
比は正確に50％となる。従って、パルス信号のデューテ
ィ比を50％に設定するには高反射部と低反射部との幅寸
法を異らして設計しなければならない従来例と違って、
その設計を容易に行うことができる。

尚、上記実施例では、LED24及びフォトトランジスタ2
5,26から成る検出装置を１組だけ設けたが、検出装置を
回転板21の回転方向に沿って２組設けることにより、回
転板21の回転方向も検出するように構成してもよい。こ
の場合、検出装置の配設ピッチを高反射部22のピッチの
正数倍に1/4ピッチを加えた寸法に設定する。

また、山部22及び谷部23を設ける構成に代えて、回転
板21の外周面に反射光量一致部たる高反射部と低反射部
とを所定ピッチで設けるようにしてもよい。

［考案の効果］以上の説明から明らかなように、本考案の回転角検出
装置によれば、投光素子の光軸に対して対称位置に第1,
第２の受光素子を配設すると共に、投光素子の光軸に位
置した状態でその投光素子からの光を第1,第２の受光素
子に均等に反射するように交互に連続形成された山部及
び谷部からなる反射光量一致部を回転体の同心円上に所
定ピッチとなるように一体で設けた上で、それらの各受
光素子の受光レベルが同一レベルとなったタイミングを
検出タイミングとすることによりデューティ比50％のパ
ルス信号を出力するようにしたので、受光素子の受光レ
ベルに基づいて回転角を検出するものでありながら、周
囲温度の影響を受けることがないと共に設計を容易に行
うことができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本考案の一実施例を示すもので、第
１図は全体の斜視図、第２図は電気回路図、第３図乃至
第６図は異なった回転位置における検出状態を示す側面
図、第７図は検出電圧とパルス信号との対応を示す図で
ある。また、第８図乃至第10図は従来例を示す夫々第１
図，第２図，第７図相当図である。図中、21は回転板（回転体）、22は山部（反射光量一致
部）、23は谷部（反射光量一致部）、24はLED（投光素
子）、25は第１のフォトトランジスタ（第１の受光素
子）、26は第２のフォトトランジスタ（第２の受光素
子）である。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】回転体に投光する投光素子と、前記回転体
の回転方向に沿うと共に前記投光素子の光軸に対して対
称位置に配設された第1,第２の受光素子と、前記回転体
の同心円上に所定ピッチとなるように一体で設けられ前
記投光素子の光軸上に位置した状態でその投光素子から
の光を前記第1,第２の受光素子に均等に反射するように
交互に連続形成された山部及び谷部からなる反射光量一
致部と、前記第1,第２の受光素子の受光レベルが同一レ
ベルとなったタイミングを検出タイミングとすることに
より前記回転体の回転に応じてデューティ比50％のパル
ス信号を出力する比較部とを備えたことを特徴とする回
転角検出装置。