JP3485981B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のエンジンのスロ
ットルバルブの開閉角或いはステアリングの回転角等を
検出する回転角検出装置に係り、特に、分解能を犠牲に
せずに広範囲の回転角を検出できる回転角検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図９は光位置検出素子による位置検出原
理を説明するための図で、（ａ）は光位置検出素子の等
価回路、（ｂ）は光位置検出素子からのセンサ出力の取
り出し方法を説明する図である。以下、図を用いて説明
する。９は光の照射位置を検出する光位置検出素子（以
下、ＰＳＤと称す）で、セラミック基板上に一種のｐｉ
ｎダイオードが構成されている。その等価回路はＰＳＤ
９の両端のアノードＡ1 、Ａ2 間に抵抗Ｒが形成され、
光の照射によりフォトダイオードＤが導通状態となると
共に、ＰＳＤ９に対する光照射点がフォトダイオードＤ
と抵抗Ｒの接続点ａに対応していると見做される。光の
照射により両アノードＡ1 、Ａ2 にはアノード電流Ｉ1
、Ｉ2 が出力される（ＰＳＤの中央部に光が照射され
たときはＩ1 ＝Ｉ2 となる）。そして、検出回路でＰＳ
Ｄ９の両端のアノードＡ1 、Ａ2 から出力されたアノー
ド電流Ｉ1 、Ｉ2 を増幅し、式（１）により光の照射位
置ｘ（ＰＳＤ１の中央部からの変位）が算出される。
尚、ＬはＰＳＤの有効長である。

【０００３】 ｘ＝（Ｌ／２）×（Ｉ1 −Ｉ2 ）÷（Ｉ1 ＋Ｉ2 ） ・・・・・ 式（１） 実際の回路では、ＰＳＤ１のアノード出力Ｉ1 、Ｉ2 を
増幅器９１、９２に入力して増幅後、Ｉ1 ＋Ｉ2 を一定
となるようにして、両出力を差動増幅器９３に入力して
Ｉ1 〜Ｉ2 の差に比例した電圧出力（以下、この出力を
センサ出力と称す）をアナログ／デジタル変換器９４を
介して演算処理装置９５へ送る。演算処理装置９５はこ
の出力電圧に基づき回転角、角速度を演算する。

【０００４】図１０は従来の回転角検出装置の構造を示
す図で、（ａ）は機構部断面図、（ｂ）は回転スリット
板の平面図、（ｃ）はセンサ出力を示す図である。以
下、図を用いて説明する。６はアルミ板等で形成された
円板状のスリット板で、回転角θと回転中心からの距離
ｒがリニア関係にある位置に光透過部をもったスリット
部６１と回転機構７に連結される軸孔６３で構成され
る。７はスリット板６をその中心の周りに回転させる回
転機構である。通常はこの回転機構７にスロットルバル
ブ等の被測定物の回転軸が連結される。８はスリット板
６に対向して配設されたＬＥＤ等の光源である。９はス
リット板６に対向して光源８と反対側に配設されたＰＳ
Ｄで、スリット板６のスリット部６１を透過した光の位
置に対応した電流が出力される。出力端子としてアノー
ドＡ1 、Ａ2 及びカソードＫが設けられている。尚、Ｐ
ＳＤ９は図１０（ｂ）のごとく回転機構７の回転方向に
対して直交（即ち、半径方向）するように配置されてい
る。

【０００５】次に、回転角検出装置の動作について述べ
る。回転角θに対応してスリット板６が回転機構７によ
り回転されると、スリット板６に形成された回転角θと
回転中心からの距離ｒの関係を示すスリット部６１も回
転する。従って、光源７からスリット部６１を透過した
光は、ＰＳＤ９上では回転角θ61に対応した回転中心か
らの距離ｒ61の位置で照射される。この回転中心からの
距離ｒ61に対応してＰＳＤ９ではアノード電流Ｉ1 、Ｉ
2 が出力され、前述の増幅器９１，９２及び差動増幅器
９３を経由してセンサ出力Ｖ61が得られる。

【０００６】ここで、前述のＰＳＤ９の中央部からの変
位ｘがセンサ出力Ｖ61に対応しており、回転中心からＰ
ＳＤ９の中央部までの距離をｒ0 とすると、スリット位
置ｒは式（２）により導かれる。 スリット位置ｒ＝ｒ0 ＋ｘ ・・・・・ 式（２） また、予めスリット部６１は回転角θとスリット位置ｒ
を対応させて形成しているので、図１０（ｃ）のごとく
センサ出力Ｖから回転角θが求められる。

【０００７】また、回転角速度ωは時刻ｔ1 における回
転角θ1 と時刻ｔ2 における回転角θ2 をそれぞれ求め
て、式（３）により回転角速度を算出することができ
る。 回転角速度ω＝（θ2 −θ1 ）÷（ｔ2 −ｔ1 ） ・・・・・ 式（３） 尚、上記において、スリットの位置ｒはＰＳＤ９上でも
同じと見做している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の方法では、回転
角θはＰＳＤの連続したリニア出力として得られるが、
回転角の分解能を決定するスリット部の半径方向の寸法
はＰＳＤの有効長で制限される。近年、検出できる角度
をより広くしようとしているが、回転角の検出範囲を広
くすると、単位角度（例えば、１°）当たりのＰＳＤ半
径方向の変位が必然的に小さくなり、回転角の分解能が
低下するという問題がある。

【０００９】また、回転中心からの距離ｒと回転角θの
関係から回転角θを直接求めることはできるが、回転角
速度ωを求めるには、回転角θを一定の時間間隔でサン
プリングして、回転角の差Δθ（即ち、θ2 −θ1 ）を
時間Δｔ（即ち、ｔ2 −ｔ1）で除して求める必要があ
り演算処理が必要になる。また、回転角の検出範囲を広
くするとスリット板６上に形成するスリット部分が長く
なり、スリット板６の強度が低下するという問題があ
る。

【００１０】本発明は、回転角の検出範囲が広くなった
場合にも、回転角の分解能を低下させずに（または、所
望の角度範囲のみ分解能を向上させて）回転角を検出す
るとともに、回転角速度も同時に測定できる回転角検出
装置を提供することを目的とする。また、回転角の検出
範囲が広くなっても、スリット板の強度が低下しないよ
うなスリット板の構造を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転角に対応して回転中心から隔てられた
位置に光透過スリットが設けられたスリット板と、駆動
軸に連動して前記スリット板を回転させる回転手段と、
前記スリット板に対向して配設された光源と、前記スリ
ット板に対向して前記光源の反対側に配設された前記ス
リット板の略半径方向に伸びた受光部を備え、該受光部
に光が照射されたとき、該受光部における光の照射位置
に応じた信号を出力する光位置検出素子とで構成されて
なる回転角検出装置において、前記スリット板に形成さ
れた光透過スリットは第１の所定の回転角の範囲に対し
て連続的に光透過部を有する第１の光透過スリット部
と、第２の所定の回転角の範囲に対して断続的に光透過
部を有する第２の光透過スリット部と、から構成されて
なることを特徴とするものである。

【００１２】また、前記第１のスリット部における光透
過部の回転中心からの距離は回転角に対応して連続的に
変化するものであり、前記第２のスリット部における光
透過部の回転中心からの距離は互いに等しいものである
ことを特徴とするものである。また、前記第２の光透過
スリット部における光透過部は前記スリット板の円周方
向に対して斜めに設けられ、前記光透過部の一端と他端
とでは回転中心からの距離が互いに異なるものであるこ
とを特徴とするものである。

【００１３】また、前記第２の光透過スリット部におけ
る光透過部は回転中心からの距離が互いに異なる２種の
光透過部に分割され、所定の回転角毎に交互に設けられ
てなることを特徴とするものである。また、前記分割さ
れた２種の光透過部のうち一方の光透過部は前記スリッ
ト板の円周方向に対して平行に、他方の光透過部は前記
スリット板の円周方向に対して斜めに設けられてなり、
該光透過部の一端と他端とでは回転中心からの距離が互
いに異なるものであることを特徴とするものである。

【００１４】また、回転角に対応して回転中心から隔て
られた位置に光透過スリットが設けられたスリット板
と、駆動軸に連動して前記スリット板を回転させる回転
手段と、前記スリット板に対向して配設された光源と、
前記スリット板に対向して前記光源の反対側に配設され
た前記スリット板の略半径方向に伸びた受光部を備え、
該受光部に光が照射されたとき、該受光部における光の
照射位置に応じた信号を出力する光位置検出素子とで構
成されてなる回転角検出装置において、前記スリット板
に形成された光透過スリットは第１の所定の回転角の範
囲に対して連続的に光透過部を有する第１の光透過スリ
ット部と、第２の所定の回転角の範囲に対して複数段の
鋸歯状の光透過部を有する第２の光透過スリット部と、
から構成されてなることを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】回転角の分解能は使用対象の装置によっては、
特に精度が必要な角度範囲とモニターする程度のそれ程
分解能を必要としない角度範囲があり、全角度範囲にわ
たって必ずしも同じにする必要がない場合がある。本発
明によれば、第１の所定の回転角の範囲では、光源から
出た光はスリット板の回転により連続的に光透過部を有
する第１のスリット部を通過して、回転角に対応して回
転中心から異なった光位置検出素子上の位置に到達し
て、回転角に対応したアナログ出力が得られる。予め、
回転角と光透過部の位置関係が判っているので、回転角
が算出できる。また、第２の所定の回転角の範囲では、
光源から出た光はスリット板の回転により断続的に光透
過部を有する第２のスリット部を通過する毎に光位置検
出素子からはパルス出力が得られる。予め、回転角と光
透過部の数の関係が判っているので、このパルスを計数
することにより回転角が判る。

【００１６】また、連続的に光透過部を有する第１のス
リット部からは回転角に対応した連続したアナログ出力
が得られ、アナログ出力から分解能のよい回転角が求め
られる。一方、回転中心を中心とする１つの円周上に断
続的に光透過部が設けられた第２の光透過部からは回転
角に対応した波高が一定のパルス出力が得られ、このパ
ルス数を計数することにより回転角が求められる。

【００１７】また、第２の光透過スリット部には、回転
中心を中心とする円周上に複数の光透過部が前記スリッ
ト板の円周方向に対して斜めに設けられ、その光透過部
の一端と他端とでは回転中心からの距離が互いに異なっ
ているので、スリット板が回転すると、この１つの光透
過部からは立ち上がり、立ち下がりが非対称な楔形のパ
ルス出力が得られる。従って、非対称な楔形のパルスの
立ち上がりには高さの異なる２種類ができ、そのパルス
の立ち上がり部の高さの違いにより回転方向が判る。ま
た、この回転方向を加味してパルスの立ち上がり数を計
数することにより、常に回転方向が変化する場合にも回
転角が求められる。

【００１８】また、第２の光透過スリット部には、回転
中心からの距離が互いに異なる円周上に分割されて２種
の光透過部が交互に設けられているので、スリット板が
回転すると、この２つの光透過部が交互に切り換わる毎
に回転角に対応したパルス出力が得られ、このパルス数
を計数することにより回転角が求められる。この場合、
パルスの上端、下端は光透過スリット板の回転中心から
２種の光透過部までの距離により決まるので、高さの安
定したパルスが得られる。

【００１９】また、第２の光透過スリット部には、回転
中心からの距離が互いに異なる円周上に分割されて２種
の光透過部が交互に設けられているので、複数の光透過
部が前記スリット板の円周方向に対して斜めに設けら
れ、その光透過部の一端と他端とでは回転中心からの距
離が互いに異なっているので、スリット板が回転する
と、この２つの光透過部が交互に切り換わる毎に回転角
に対応したパルス出力が得られる。このパルスは一方の
光透過部が斜めに設けられているため、立ち上がり、立
ち下がりが非対称な楔形のパルス出力が得られる。従っ
て、非対称な楔形のパルスの立ち上がりには高さの異な
る２種類ができ、そのパルスの立ち上がり部の高さの違
いにより回転方向が判る。また、この回転方向を加味し
てパルスの立ち上がり数を計数することにより、常に回
転方向が変化する場合にも回転角が求められる。さら
に、パルスの上端、下端は光透過スリット板の回転中心
から２種の光透過部までの距離により決まるので、高さ
の安定したパルスが得られる。

【００２０】第１の所定の回転角の範囲では光源から出
た光はスリット板の回転により連続的に光透過部を有す
る第１のスリット部を通過して、回転角に対応して回転
中心から異なった光位置検出素子上の位置に到達して、
回転角に対応したアナログ出力が得られ、予め、回転角
と光透過部の位置関係が判っているので、回転角が算出
できる。また、第２の所定の回転角の範囲では光源から
出た光はスリット板の回転により複数段の鋸歯状の光透
過部を有する第２のスリット部を通過すると鋸歯状波が
得られ、波形整形することによりパルス出力が得られ
る。予め、回転角と鋸歯の数の関係が判っているので、
この整形されたパルスを計数することにより回転角が判
る。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例の回転角検出装
置の構造を示す図で、（ａ）は機構部断面図、（ｂ）は
回転スリット板の平面図、（ｃ）はセンサ出力を示す図
である。以下、図を用いて説明する。１はアルミ板等で
形成された円板状のスリット板で、本例では回転角０°
から１８０°までの範囲では回転角θ11と回転中心から
の距離ｒ11がリニア関係にある位置に連続的に光透過部
をもった第１のスリット部１１が設けられている。一
方、回転角１８０°から２７０°までの範囲では回転角
θの変化に関係なく回転中心からの距離がｒ12である円
周上に断続的に配設され、所定の角度毎に分割して配設
された複数のスリットからなる第２のスリット部１２が
設けられている。回転角１８０°において、ＰＳＤ９の
スリット１１から光を受ける部分は、ＰＳＤ９の光位置
を検出できる上限の部分であり、０°から１８０°まで
は、ＰＳＤ９の光位置を検出できる最大の範囲で透過光
が移動できるようにしている。これにより、０°から１
８０°までは分解能を最大にとり得ることができる。ま
た、１８０°から２７０°においてＰＳＤ９のスリット
１２から光（あるいは無光）を受ける部分はＰＳＤ９が
光位置を検出できる上限の部分に対応している。そして
スリット板１には回転機構７に連結される軸孔１３が設
けられている。７はスリット板１をその中心の周りに回
転させる回転機構である。通常はこの回転機構７にスロ
ットルバルブ等の被測定物の回転軸が連結される。８は
スリット板１に対向して配設されたＬＥＤ等の光源であ
る。上述したＰＳＤ９はスリット板１に対向して光源８
の反対側に配設され、両スリット部１１，１２を透過し
た光の位置に対応した電圧が出力される。また、無光
時、つまり光を受けないときはＰＳＤ９は一定の電圧
（後述するバイアス電圧Ｖ10を出力するようになってい
る。尚、ＰＳＤ９は図１（ｂ）のごとく回転機構７の回
転方向に対して直交（即ち、半径方向）するように配置
されている。また、ＰＳＤ９の構造、周辺の回路構成及
び動作原理は従来と全く同じであるため詳細な説明は省
略する。

【００２２】次に、本発明の第１の実施例の回転角検出
装置の動作について述べる。回転角θに対応してスリッ
ト板１が回転機構７により回転されると、スリット板１
上に形成されたスリット部１１，１２を透過した光はＰ
ＳＤ９上に照射される。この照射に対応してＰＳＤ９の
アノード電流Ｉ1 、Ｉ2 が出力される。この出力は図９
（ｂ）に示されるように、２つの増幅器９１、９２によ
りそれぞれ増幅された電圧として出力され、さらに、差
動増幅器９３に入力されて両者の差の電圧に比例したセ
ンサ出力として取り出される。

【００２３】ここで、本例の連続した第１のスリット部
１１に光が照射されると、その部分からは回転角θ11に
対応して電圧Ｖ11が出力される。一方、スリット板１が
回転角が増加する方向に回転している時に、分割された
第２のスリット部１２に光が照射されると、その部分か
らは回転角θに関係なくスリット部では電圧Ｖ12、遮光
部では電圧Ｖ10（バイアス電圧）のパルス波形が出力さ
れる。その結果、回転角θと電圧（センサ出力）Ｖの関
係は図１（ｃ）のごとくなり、リニアなアナログ成分が
回転角０°〜１８０°に対応し、波高の一定なパルス成
分が回転角１８０°〜２７０°に対応している。

【００２４】演算処理装置（マイクロコンピュータ等）
により回転角０°〜１８０°の範囲では、アナログ値か
ら電圧Ｖ11に対応する回転角θ11が算出される。また、
回転角１８０°〜２７０°の範囲では、単位角度当たり
の分割されたスリット数が予め判っているので、パルス
計測により回転角が算出される。尚、本方法ではパルス
出力部分の回転角はスリットの間隔によりデジタル的に
決まり分解能は若干低下するが、逆に、アナログ出力部
分では０°〜１８０°の範囲、即ち、ＰＳＤ９の有効長
を１８０°で分割しているので、従来法に比べて分解能
は向上している（従来法では、ＰＳＤの有効長を２７０
°で分割）。

【００２５】回転角速度ωを求めるには、パルス出力部
分では、単位時間（秒，分等）当たりのパルス数を計数
することにより、また、アナログ出力部分では、従来通
り回転角の差Δθをその間の時間Δｔで除して求めるこ
とができる。次に、本例の演算処理装置の制御フローに
ついて、図２を用いて説明する。本例では、主に一方的
に回転角が大きくなっていく場合について適用されるも
のとする。

【００２６】ステップＳ１では、ＡＤ値を取り込む。つ
まり、ＰＳＤ検出回路から取得されたアナログ電圧はＡ
／Ｄ変換器によりデジタル値に変換されるが、この処理
は該デジタル値（ＡＤ値）を入力し、ランダム・アクセ
ス・メモリに一時記憶するものである。ステップＳ２で
は、立ち上がりエッジ（Ｖ10→Ｖ12）が検出されたか否
かを判断する。即ち、図１（ｃ）で出力電圧がアナログ
出力領域（０°〜１８０°の範囲）かパルス出力領域
（１８０°〜２７０°の範囲）を判断する。パルス領域
ならばパルスの立ち上がりＶ10→Ｖ12が検出される。検
出されるとステップＳ６に移り、検出されなければステ
ップＳ３に移る。

【００２７】ステップＳ３では、パルスカウント値
（Ｋ）が０であるか否かを判断する。このパルスカウン
ト値（Ｋ）は１８０°を過ぎてパルスの立ち上がりエッ
ジが検出される毎に１つずつ加算される。このＫ値が０
であるか否かを判断するのは、パルス出力領域でも例え
ばセンサ出力がＶ10の値にあるようなパルスの上限と下
限のフラットな部分では、立ち上がりエッジ（Ｖ10→Ｖ
12）が検出されないので、アナログ出力領域（例えばＶ
10に相当する値１３０°）と誤認する恐れがある。そこ
で、Ｋ値が０ならば一度もパルスの立ち上がりがなかっ
たので、未だアナログ出力領域であり、０でなければす
でにパルス出力領域であると判断できる。Ｋ値が０であ
れば、ステップＳ４に移り、０でなければステップＳ７
に移る。

【００２８】ステップＳ４では、角度を抽出する。即
ち、出力電圧はアナログ出力領域であり、電圧と角度は
比例関係にあるので電圧に対応する角度（回転角）を求
め、ステップＳ５に移る。ステップＳ５では、回転角速
度ωを算出する。即ち、従来例と同様に時刻ｔ2 におけ
る回転角θ2 と、時刻ｔ1 における回転角θ1 から式
（３）により算出する。

【００２９】ステップＳ６では、Ｋ＋１をＫと置き換え
る。即ち、ステップＳ２で検出されたパルスを加算す
る。ステップＳ７では、加算されたパルス数から角度を
算出する。例えば、図１（ｃ）の例では、パルス出力領
域（１８０°〜２７０°の範囲）には６サイクルのパル
ス（本実施例では、回転方向は１方向に限定されるの
で、立ち上がりエッジ検出Ｖ10→Ｖ12は６パルス）があ
り、従って、１立ち上がりエッジ検出当たりの角度
（α）が１５°に相当する。算出式θ＝１８０°＋１５
°×Ｋにより回転角（θ）を算出する。

【００３０】以上のように、本例のスリット板において
は、連続したスリットが形成されているのは０°〜１８
０°の範囲で、残りの部分はスリットが分割されている
のでスリット板の強度は低下しない。尚、本例では、０
から１８０°までのスロットルバルブの閉側において、
細かな制御が必要であり、高分解能が要求されるため、
回転角０°〜１８０°の範囲をアナログ出力、１８０°
〜２７０°の範囲はパルス出力としている。また、他の
センサ等でこれとは異なる範囲で分解能が要求されてい
るときは、スリットの配置を変更すればよい。例えば、
スリット板の外周に近い側を回転の基準（０°）にとる
ことにより、回転角０°〜９０°の範囲をパルス出力、
高分解能が要求される回転角９０°〜２７０°の範囲を
アナログ出力とすることも可能である。さらに、分解能
を必要とする角度範囲に第１のスリット部を設けること
により、任意の角度範囲の分解能を高く設定し、その両
側に分割された第２のスリット部を設けることも可能で
ある。また、複数のスリットの代わりに複数のピンホー
ル（孔）を形成しても同様の効果が得られる。

【００３１】以上のように本実施例では、回転角θに対
応してスリット板１の中心からの距離ｒにある第１のス
リット部１１からは分解能のよい回転角が検出でき、ま
た、円周上に分割された第２のスリット部からはパルス
数を計数することにより回転角が検出できるので回転角
の計測範囲が広がる。また、連続したスリットが形成さ
れている部分が狭くでき、残りの部分はスリットが分割
されているのでスリット板の強度を保持できる。

【００３２】図２は本発明の第２の実施例の回転角検出
装置の構造を示す図で、（ａ）は機構部断面図、（ｂ）
は回転スリット板の平面図、（ｃ）はセンサ出力を示す
図である。以下、図を用いて説明する。２はアルミ板等
で形成された円板状のスリット板で、本例では回転角０
°から１８０°までの範囲では回転角θ21と回転中心か
らの距離ｒ21がリニア関係にある位置に連続的に光透過
部をもった第１のスリット部２１が設けられている。一
方、回転角１８０°から２７０°までの範囲では回転角
θの変化に関係なく回転中心からの距離がｒ23からｒ22
にわたって斜めに所定の角度毎に断続的に配設された複
数のスリットからなる第３のスリット部２２が設けられ
ている。回転角１８０°において、ＰＳＤ９のスリット
２１から光を受ける部分は、ＰＳＤ９の光位置を検出で
きる上限の部分であり、０°から１８０°までは、ＰＳ
Ｄ９の光位置を検出できる最大の範囲で透過光が移動で
きるようにしている。これにより、０°から１８０°ま
では分解能を最大にとり得ることができる。また、１８
０°から２７０°においてＰＳＤ９のスリット部２２か
ら光を受ける部分はＰＳＤ９が光位置を検出できる上限
の部分（ｒ22）に対応している。そしてスリット板２に
は回転機構７に連結される軸孔２３が設けられている。
７はスリット板２をその中心の周りに回転させる回転機
構である。通常はこの回転機構７にスロットルバルブ等
の被測定物の回転軸が連結される。８はスリット板２に
対向して配設されたＬＥＤ等の光源である。上述したＰ
ＳＤ９はスリット板２に対向して光源８の反対側に配設
され、両スリット部２１，２２を透過した光の位置に対
応した電圧が出力される。また、無光時、つまり光を受
けないときはＰＳＤ９は一定の電圧（後述するバイアス
電圧Ｖ20を出力するようになっている。尚、ＰＳＤ９は
図３（ｂ）のごとく回転機構７の回転方向に対して直交
（即ち、半径方向）するように配置されている。また、
ＰＳＤ９の構造、周辺の回路構成及び動作原理は従来と
全く同じであるため詳細な説明は省略する。

【００３３】次に、本発明の第２の実施例の回転角検出
装置の動作について述べる。回転角θに対応してスリッ
ト板２が回転機構７により回転されると、スリット板２
上に形成されたスリット部２１，２２を透過した光はＰ
ＳＤ９上に照射される。この照射に対応してＰＳＤ９の
アノード電流Ｉ1 、Ｉ2 が出力される。この出力は図９
（ｂ）に示されるように、２つの増幅器９１、９２によ
りそれぞれ増幅された電圧として出力され、さらに、差
動増幅器９３に入力されて両者の差の電圧に比例したセ
ンサ出力として取り出される。

【００３４】ここで、本例の連続した第１のスリット部
２１に光が照射されると、その部分からは回転角θ21に
対応して電圧Ｖ21が出力される。一方、分割された第３
のスリット部２２に光が照射されると、１つのスリット
が半径方向に対して斜めに配置されているので、スリッ
ト板２の回転（回転角が増加する方向に）とともに光は
外周の方へ移動する。そして、その部分からは回転角θ
に関係なくスリット部では立上り電圧Ｖ22、立下り電圧
Ｖ23、遮光部では電圧Ｖ20（バイアス電圧）の非対称の
パルス波形が出力される。その結果、回転角θとセンサ
出力Ｖの関係は図３（ｃ）のごとくなり、リニアなアナ
ログ成分が回転角０°〜１８０°に対応し、非対称のパ
ルス成分が回転角１８０°〜２７０°に対応している。

【００３５】演算処理装置により回転角０°〜１８０°
の範囲では、アナログ値から出力電圧Ｖ21に対応する回
転角θ21が算出される。また、１８０°〜２７０°の範
囲では、単位角度当たりの分割されたスリット数が予め
判っているので、パルス計測により回転角が算出され
る。尚、本方法ではパルス出力部分の回転角はスリット
の間隔によりデジタル的に決まり分解能は若干低下する
が、逆に、アナログ出力部分では０°〜１８０°の範
囲、即ち、ＰＳＤの有効長を１８０°で分割しているの
で、従来法に比べて分解能は向上している。

【００３６】回転角速度を求めるには、パルス出力部分
では、単位時間当たりのパルス数を計数することによ
り、また、アナログ出力部分では、従来通り回転角の差
Δθをその間の時間Δｔで除して求める。次に、本例の
演算処理装置の制御フローについて、図４，図５を用い
て説明する。本例では、スリット板の回転方向を判断し
ているので、回転角が大きくなったり、小さくなったり
する場合（正逆回転）についても適用できる。以下、図
を用いて詳細に説明する。

【００３７】ステップＳ１１では、ＡＤ値を取り込む。
つまり、ＰＳＤ検出回路から取得されたアナログ電圧は
Ａ／Ｄ変換器によりデジタル値に変換されるが、この処
理は該デジタル値（ＡＤ値）を入力し、ランダム・アク
セス・メモリに一時記憶するものである。ＡＤ値を取り
込む。つまり、ＰＳＤ検出回路から取得したアナログ電
圧をデータ処理装置で処理するためにデジタル値に変換
する。

【００３８】ステップＳ１２では、立ち上がりエッジ
（Ｖ20→Ｖ23）が検出されたか否かを判断する。即ち、
図３（ｃ）で出力電圧がアナログ出力領域（０°〜１８
０°の範囲）か、パルス出力領域（１８０°〜２７０°
の範囲）を判断すると同時に、回転角が増加する方向か
否かを判断している。即ち、図３（ｂ）のごとく、第３
のスリット部２２が斜めに設けられているので、１つの
スリットの両端部の位置ｒ23，ｒ22が異なるために端部
では、図５のごとく、立ち上がりエッジ（Ｖ20→Ｖ2
3）と立ち上がりエッジ（Ｖ20→Ｖ22）の２種類の立
ち上がりパルスが出力される。従って、図５の回転方向
の判別方法により、回転角が増加する場合は電圧変化が
（Ｖ20→Ｖ23）であり、回転角が減少する場合は出力電
圧変化が（Ｖ20→Ｖ22）であることより判断できる。立
ち上がりエッジＶ20→Ｖ23が検出されるとステップＳ
１７に移り、検出されなければステップＳ１３に移る。

【００３９】ステップＳ１３では、立ち上がりエッジ
（Ｖ20→Ｖ22）が検出されたか否かを判断する。即ち、
図３（ｃ）で出力電圧がアナログ出力領域（０°〜１８
０°の範囲）か、パルス出力領域（１８０°〜２７０°
の範囲）を判断すると同時に、回転角が減少する方向か
否かを判断している。図５の回転方向の判別方法によ
り、回転角が減少する場合は出力電圧変化が（Ｖ20→Ｖ
22）であることより判断できる。パルスの立ち上がりＶ
20→Ｖ22が検出されるとステップＳ１８に移り、検出さ
れなければステップＳ１４に移る。

【００４０】ステップＳ１４では、パルスカウント値
（Ｋ）が０であるか否かを判断する。このパルスカウン
ト値（Ｋ）は１８０°を過ぎて立ち上がりエッジＶ20
→Ｖ23が検出される毎に１つずつ増加され、立ち上がり
エッジＶ20→Ｖ22が検出される毎に１つずつ減少され
る。このＫ値が０であるか否かを判断するのは、パルス
出力領域でもパルスの下限のフラットな部分では、立ち
上がりエッジ（Ｖ10→Ｖ12）が検出されず、また、パル
スの上方の傾斜部分でも、立ち上がりエッジ（Ｖ10→Ｖ
12）が検出されず、アナログ出力領域と誤認する恐れが
ある。そこで、Ｋ値が０ならば一度もパルスの立ち上が
りがなかった（立ち上がりがあっても増加と減少が同数
の場合を含む）ので、アナログ出力領域であり、０でな
ければパルス出力領域であると判断できる。Ｋ値が０で
あれば、ステップＳ１５に移り、０でなければステップ
Ｓ１９に移る。

【００４１】ステップＳ１５では、角度を抽出する。即
ち、出力電圧はアナログ出力領域であり、電圧と角度は
比例関係にあるので電圧に対応する角度（回転角）を求
め、ステップＳ１６に移る。ステップＳ１６では、回転
角速度ωを算出する。即ち、従来例と同様に時刻ｔ2 に
おける回転角θ2 と、時刻ｔ1 における回転角θ1 から
式（３）により算出する。

【００４２】ステップＳ１７では、Ｋ＋１をＫと置き換
える。即ち、ステップＳ１２で検出された立ち上がりエ
ッジＶ20→Ｖ23が検出される毎に＋１を加算する。こ
れは回転角が増加する方向にスリット板が回転している
ことを示している。また、ステップＳ１８では、Ｋ−１
をＫと置き換える。即ち、ステップＳ１３で検出された
立ち上がりエッジＶ20→Ｖ22が検出される毎に−１を
加算する。これは回転角が減少する方向にスリット板が
回転していることを示している。

【００４３】ステップＳ１９では、Ｋの上下限を設定す
る。即ち、加算または減算により算出されたパルス数の
上限は、例えば、図３（ｃ）の例では、パルス出力領域
（１８０°〜２７０°の範囲）には６サイクルのパルス
（回転方向により加減されたパルス数）があるので、Ｋ
値は当然０〜６の範囲にある。この範囲になければ、立
ち上がりエッジ、または、立ち上がりエッジの検出
に誤りがあったと判断し、Ｋ値を０あるいは６に固定す
る。

【００４４】ステップＳ２０では、加減されたパルス数
から角度を算出する。例えば、図３（ｃ）の例では、パ
ルス出力領域（１８０°〜２７０°の範囲）には６サイ
クルのパルスがあり、従って、加減された１エッジ検出
当たりの角度（α）が１５°に相当する。算出式θ＝１
８０°＋１５°×Ｋにより回転角（θ）を算出する。以
上のように、本例のスリット板においては、連続したス
リットが形成されているのは０°〜１８０°の範囲で、
残りの部分はスリットが分割されているのでスリット板
の強度は低下しない。

【００４５】尚、本例では、０から１８０°までのスロ
ットルバルブの閉側において、細かな制御が必要であ
り、高分解能要求されるため、回転角０°〜１８０°の
範囲をアナログ出力、１８０°〜２７０°の範囲はパル
ス出力としている。また、他のセンサ等でこれとは異な
る範囲で分解能が要求されているときは、スリットの配
置を変更すればよい。例えば、スリット板の外周に近い
側を回転の基準（０°）にとることにより、回転角０°
〜９０°の範囲をパルス出力、高分解能が要求される回
転角９０°〜２７０°の範囲をアナログ出力とすること
も可能である。さらに、分解能を必要とする角度範囲に
第１のスリット部を設けることにより、任意の角度範囲
の分解能を高く設定し、その両側に分割された第３のス
リット部を設けることも可能である。

【００４６】以上のように本実施例では、回転角θに対
応してスリット板２の中心からの距離ｒにある第１のス
リット部２１からは分解能のよい回転角が検出でき、ま
た、円周上に分割された第３のスリット部からはパルス
波形の立ち上がり状態（立ち上がりまたはのいずれ
か）を検出するにより回転方向が判断できるので、回転
が一方向の場合だけでなく、回転方向が（正逆方向に）
変化する場合でも回転角が検出できる。

【００４７】また、連続したスリットが形成されている
部分が狭くでき、残りの部分はスリットが分割されてい
るのでスリット板の強度を保持できる。図６は本発明の
第３の実施例の回転角検出装置の構造を示す図で、
（ａ）は機構部断面図、（ｂ）は回転スリット板の平面
図、（ｃ）はセンサ出力を示す図である。以下、図を用
いて説明する。

【００４８】３はアルミ板等で形成された円板状のスリ
ット板で、本例では回転角０°から１８０°までの範囲
では回転角θ31と回転中心からの距離ｒ31がリニア関係
にある位置に連続的に光透過部をもった第１のスリット
部３１が設けられている。一方、回転角１８０°から２
７０°までの範囲では回転角θの変化に関係なく回転中
心からの距離がｒ32，ｒ33である２つの円周上に断続的
に所定の角度毎に分割して交互に配設された複数のスリ
ットからなる第４のスリット部３２が設けられている。
回転角１８０°において、ＰＳＤ９のスリット３１から
光を受ける部分は、ＰＳＤ９の光位置を検出できる上限
の部分であり、０°から１８０°までは、ＰＳＤ９の光
位置を検出できる最大の範囲で透過光が移動できるよう
にしている。これにより、０°から１８０°までは分解
能を最大にとり得ることができる。また、１８０°から
２７０°においてＰＳＤ９のスリット３２から光（ある
いは無光）を受ける部分はＰＳＤ９が光位置を検出でき
る上限の部分に対応している。そしてスリット板１には
回転機構７に連結される軸孔３３が設けられている。７
はスリット板３をその中心の周りに回転させる回転機構
である。通常はこの回転機構７にスロットルバルブ等の
被測定物の回転軸が連結される。８はスリット板３に対
向して配設されたＬＥＤ等の光源である。上述したＰＳ
Ｄ９はスリット板３に対向して光源８の反対側に配設さ
れ、両スリット部３１，３２を透過した光の位置に対応
した電圧が出力される。尚、ＰＳＤ９は図６（ｂ）のご
とく回転機構７の回転方向に対して直交（即ち、半径方
向）するように配置されている。また、ＰＳＤ９の構
造、周辺の回路構成及び動作原理は従来と全く同じであ
るため詳細な説明は省略する。

【００４９】次に、本発明の第３の実施例の回転角検出
装置の動作について述べる。回転角θに対応してスリッ
ト板３が回転機構７により回転されると、スリット板３
上に形成されたスリット部３１，３２を透過した光はＰ
ＳＤ９上に照射される。この照射に対応してＰＳＤ９の
アノード電流Ｉ1 、Ｉ2 が出力される。この出力は図９
（ｂ）に示されるように、２つの増幅器９１、９２によ
りそれぞれ増幅された電圧として出力され、さらに、差
動増幅器９３に入力されて両者の差の電圧に比例したセ
ンサ出力として取り出される。

【００５０】ここで、本例の連続した第１のスリット部
３１に光が照射されると、その部分からは回転角θ31に
対応して電圧Ｖ31が出力される。一方、２列の分割され
た第４のスリット部３２に光が照射されると、回転中心
からの距離がｒ32，ｒ33である円周上にそれぞれスリッ
トが設けられているので、スリット板３の回転（回転角
が増加する方向に）とともに光は回転中心からの距離ｒ
32，ｒ33上を交互に移動する。そして、その部分からは
回転角θに関係なく、回転中心からの距離ｒ32に対応し
て電圧Ｖ32，距離ｒ33に対応して電圧Ｖ33のパルス波形
が出力される。その結果、回転角θとセンサ出力Ｖの関
係は図６（ｃ）のごとくなり、リニアなアナログ成分が
回転角０°〜１８０°に対応し、パルス成分が回転角１
８０°〜２７０°に対応している。

【００５１】演算処理装置により回転角０°〜１８０°
の範囲では、アナログ値から出力電圧Ｖ31に対応する回
転角θ31が算出される。また、１８０°〜２７０°の範
囲では、単位角度当たりの分割されたスリット数が予め
判っているので、パルス計測により回転角が算出され
る。また、本方法ではパルス出力部分の回転角はスリッ
トの間隔によりデジタル的に決まり分解能は若干低下す
るが、逆に、アナログ出力部分では０°〜１８０°の範
囲、即ち、ＰＳＤの有効長を１８０°で分割しているの
で、従来法に比べて分解能は向上している。

【００５２】また、本実施例の出力パルスは第１の実施
例の出力パルスと高さが異なる他は同じである。パルス
の上端は第１の実施例，本実施例ともにスリットの半径
で決まり同じである（ｒ12＝ｒ32なのでＶ12＝Ｖ32）
が、パルスの下端は第１の実施例ではＶ10（バイアス電
圧）となり、本実施例では内側のスリットの半径ｒ33で
決まりＶ33である。即ち、第１の実施例ではパルス出力
はバイアス電圧で調整でき、本実施例ではパルス出力は
内側のスリットの半径を変えることにより調整できる。
しかし、回転角検出装置の温度依存性を考慮すると、パ
ルスの上端，下端ともにＰＳＤの出力から得る方が安定
である。

【００５３】回転角の詳細な求め方は、第１の実施例の
フローチャート（図２）と同じため省略する。回転角速
度ωを求めるには、パルス出力部分では、単位時間当た
りのパルス数を計数することにより、また、アナログ出
力部分では、従来通り回転角の差Δθをその間の時間Δ
ｔで除して求める。本例では、主に一方的に回転角が大
きくなっていく場合について適用されるものとする。

【００５４】また、本例のスリット板においては、連続
したスリットが形成されているのは０°〜１８０°の範
囲で、残りの部分はスリットが分割されているのでスリ
ット板の強度は低下しない。尚、本例では、０から１８
０°までのスロットルバルブの閉側において、細かな制
御が必要であり、高分解能要されるため、回転角０°〜
１８０°の範囲をアナログ出力、１８０°〜２７０°の
範囲はパルス出力としている。また、他のセンサ等でこ
れとは異なる範囲で分解能が要求されているときは、ス
リットの配置を変更すればよい。例えば、スリット板の
外周に近い側を回転の基準（０°）にとることにより、
回転角０°〜９０°の範囲をパルス出力、高分解能が要
求される回転角９０°〜２７０°の範囲をアナログ出力
とすることも可能である。さらに、分解能を必要とする
角度範囲に第１のスリット部を設けることにより、任意
の角度範囲の分解能を高く設定し、その両側に分割され
た第４のスリット部を設けることも可能である。

【００５５】以上のように本実施例では、回転角θに対
応してスリット板３の中心からの距離ｒにある第１のス
リット部３１からは分解能のよい回転角が検出でき、ま
た、円周上に分割された第２のスリット部３２からはパ
ルス数を計数することにより回転角が検出できるので回
転角の計測範囲が広がる。また、連続したスリットが形
成されている部分が狭くでき、残りの部分はスリットが
分割されているのでスリット板の強度を保持できる。し
かも、バイアスがスリット側で決定できるので、温度に
よるバイアス値の変化があまりない。

【００５６】図７は本発明の第４の実施例の回転角検出
装置の構造を示す図で、（ａ）は機構部断面図、（ｂ）
は回転スリット板の平面図、（ｃ）はセンサ出力を示す
図である。以下、図を用いて説明する。４はアルミ板等
で形成された円板状のスリット板で、本例では回転角０
°から１８０°までの範囲では回転角θ41と回転中心か
らの距離ｒ41がリニア関係にある位置に連続的に光透過
部をもった第１のスリット部４１が設けられている。一
方、回転角１８０°から２７０°までの範囲では回転角
θの変化に関係なく２列に断続的に第５のスリット部４
２が配設されている。第５のスリット部４２の内側の複
数のスリットはスリット板４の円周方向に平行に半径方
向の距離ｒ44の位置に、外側の複数のスリットはスリッ
ト板４の円周方向に対して半径方向の距離ｒ43，ｒ42に
わたって斜めに設けられている。回転角１８０°におい
て、ＰＳＤ９のスリット部４１から光を受ける部分は、
ＰＳＤ９の光位置を検出できる上限の部分であり、０°
から１８０°までは、ＰＳＤ９の光位置を検出できる最
大の範囲で透過光が移動できるようにしている。これに
より、０°から１８０°までは分解能を最大にとり得る
ことができる。また、１８０°から２７０°においてＰ
ＳＤ９のスリット部４２から光を受ける部分はＰＳＤ９
が光位置を検出できる上限の部分（ｒ42）に対応してい
る。そしてスリット板４には回転機構７に連結される軸
孔４３が設けられている。７はスリット板４をその中心
の周りに回転させる回転機構である。通常はこの回転機
構７にスロットルバルブ等の被測定物の回転軸が連結さ
れる。８はスリット板４に対向して配設されたＬＥＤ等
の光源である。上述したＰＳＤ９はスリット板４に対向
して光源８の反対側に配設され、両スリット部４１，４
２を透過した光の位置に対応した電圧が出力される。
尚、ＰＳＤ９は図７（ｂ）のごとく回転機構７の回転方
向に対して直交（即ち、半径方向）するように配置され
ている。また、ＰＳＤ９の構造、周辺の回路構成及び動
作原理は従来と全く同じであるため詳細な説明は省略す
る。

【００５７】次に、本発明の第４の実施例の回転角検出
装置の動作について述べる。回転角θに対応してスリッ
ト板４が回転機構７により回転されると、スリット板４
上に形成されたスリット部４１，４２を透過した光はＰ
ＳＤ９上に照射される。この照射に対応してＰＳＤ９の
アノード電流Ｉ1 、Ｉ2 が出力される。この出力は図９
（ｂ）に示されるように、２つの増幅器９１、９２によ
りそれぞれ増幅された電圧として出力され、さらに、差
動増幅器９３に入力されて両者の差の電圧に比例したセ
ンサ出力として取り出される。

【００５８】ここで、本例の連続した第１のスリット部
４１に光が照射されると、その部分からは回転角θ41に
対応して電圧Ｖ41が出力される。一方、第５のスリット
部４２の２列の複数のスリットに光が照射されると、内
側のスリットが回転中心からの距離ｒ42の円周上に配置
され、外側のスリット回転中心からの距離ｒ43，ｒ44の
円周上に跨がって斜めに配置されているので、スリット
板４の回転角θに関係なく、外側のスリットからは回転
中心からの距離ｒ43に対応して立上り電圧Ｖ43，距離ｒ
42に対応して立下り電圧Ｖ42、内側のスリットからは距
離ｒ44に対応して平坦部電圧Ｖ44のパルス波形が周期的
に出力される。その結果、回転角θとセンサ出力の関係
は図７（ｃ）のごとくなり、リニアなアナログ成分が回
転角０°〜１８０°に対応し、パルス成分が回転角１８
０°〜２７０°に対応している。

【００５９】演算処理装置により回転角０°〜１８０°
の範囲では、アナログ値から出力電圧Ｖ41に対応する回
転角θ41が算出される。また、１８０°〜２７０°の範
囲では、単位角度当たりの分割されたスリット数が予め
判っているので、パルス計測により回転角が算出され
る。また、本方法ではパルス出力部分の回転角はスリッ
トの間隔によりデジタル的に決まり分解能は若干低下す
るが、逆に、アナログ出力部分では０°〜１８０°の範
囲、即ち、ＰＳＤの有効長を１８０°で分割しているの
で、従来法に比べて分解能は向上している。

【００６０】また、本実施例の出力パルスは第２の実施
例の出力パルスと同様に、立ち上がりエッジＶ44→Ｖ
43、または、立ち上がりエッジＶ44→Ｖ42のいずれで
あるかを検出しているので、スリット板５の回転方向が
判る。処理方法は第２の実施例と全く同様であるので説
明は省略する。回転角速度を求めるには、パルス出力部
分では、単位時間当たりのパルス数を計数することによ
り、また、アナログ出力部分では、従来通り回転角の差
Δθをその間の時間Δｔで除して求める。

【００６１】また、本例のスリット板においては、連続
したスリットが形成されているのは０°〜１８０°の範
囲で、残りの部分はスリットが分割されているのでスリ
ット板の強度は低下しない。尚、本例では、０から１８
０°までのスロットルバルブの閉側において、細かな制
御が必要であり、高分解能が要求されるため、回転角０
°〜１８０°の範囲をアナログ出力、１８０°〜２７０
°の範囲はパルス出力としている。また、他のセンサ等
でこれとは異なる範囲で分解能が要求されているとき
は、スリットの配置を変更すればよい。例えば、スリッ
ト板の外周に近い側を回転の基準（０°）にとることに
より、回転角０°〜９０°の範囲をパルス出力、高分解
能が要求される回転角９０°〜２７０°の範囲をアナロ
グ出力とすることも可能である。さらに、分解能を必要
とする角度範囲に第１のスリット部を設けることによ
り、任意の角度範囲の分解能を高く設定し、その両側に
分割された第５のスリット部を設けることも可能であ
る。

【００６２】以上のように本実施例では、回転角θに対
応してスリット板４の中心からの距離ｒにある第１のス
リット部４１からは分解能のよい回転角が検出でき、ま
た、円周上に分割された第５のスリット部４２からはパ
ルス数を計数することにより回転角が検出できるので回
転角の計測範囲が広がる。また、連続したスリットが形
成されている部分が狭くでき、残りの部分はスリットが
分割されているのでスリット板の強度を保持できる。ま
た、回転方向が変化する場合でも検出できる。しかも、
バイアスがスリット側で決定できるので、温度によるバ
イアス値の変化があまりない。

【００６３】図８は本発明の第５の実施例の回転角検出
装置の構造を示す図で、（ａ）は機構部断面図、（ｂ）
は回転スリット板の平面図、（ｃ）はセンサ出力を示す
図である。以下、図を用いて説明する。５はアルミ板等
で形成された円板状のスリット板で、本例では回転角０
°から１８０°までの範囲では回転角θ51と回転中心か
らの距離ｒ51がリニア関係にある位置に連続的に光透過
部をもった第１のスリット部５１が設けられている。一
方、回転角１８０°から２７０°までの範囲では回転角
θと回転中心からの距離ｒがリニア関係をもった線上に
重畳された鋸歯状のスリットが所定の角度毎に周期的に
位置しているスリットからなる第６のスリット部５２が
配設されている。このリニア関係をもった線は第１のス
リット部の傾斜よりも緩やかになるようにされている。
従って、０°から１８０°まではＰＳＤ９の光位置を検
出できる範囲は広く、１８０°から２７０°までは、Ｐ
ＳＤ９の光位置を検出できる範囲は狭い。これにより、
０°から１８０°までは分解能は高く、１８０°から２
７０°までは分解能は低くなる。そしてスリット板５に
は回転機構７に連結される軸孔５３が設けられている。
７はスリット板５をその中心の周りに回転させる回転機
構である。通常はこの回転機構７にスロットルバルブ等
の被測定物の回転軸が連結される。８はスリット板５に
対向して配設されたＬＥＤ等の光源である。上述したＰ
ＳＤ９はスリット板５に対向して光源８の反対側に配設
され、両スリット部５１，５２を透過した光の位置に対
応した電圧が出力される。尚、ＰＳＤ９は図８（ｂ）の
ごとく回転機構７の回転方向に対して直交（即ち、半径
方向）するように配置されている。また、ＰＳＤ９の構
造、周辺の回路構成及び動作原理は従来と全く同じであ
るため詳細な説明は省略する。

【００６４】次に、本発明の第５の実施例の回転角検出
装置の動作について述べる。回転角θに対応してスリッ
ト板５が回転機構７により回転されると、スリット板５
上に形成されたスリット部５１，５２を透過した光はＰ
ＳＤ９上に照射される。この照射に対応してＰＳＤ９の
アノード電流Ｉ1 、Ｉ2 が出力される。この出力は図９
（ｂ）に示されるように、２つの増幅器９１、９２によ
りそれぞれ増幅された電圧として出力され、さらに、差
動増幅器９３に入力されて両者の差の電圧に比例したセ
ンサ出力として取り出される。

【００６５】ここで、本例の連続した第１のスリット部
５１に光が照射されると、その部分からは回転角θ51に
対応して電圧Ｖ51が出力される。一方、複数の鋸歯状の
第６のスリット部５２に光が照射されると、回転角θと
回転中心からの距離ｒがリニア関係をもった線上に重畳
された鋸歯状のスリットが所定の角度毎に周期的に位置
しているので、スリット板５の回転とともに光は回転中
心からの距離ｒ52，ｒ54，ｒ53間を連続的に移動する。
そして、その部分からは回転中心からの距離ｒ52に対応
して立上りＶ52，距離ｒ53に対応して立下り電圧Ｖ53，
距離ｒ54に対応してピーク部分が電圧Ｖ54の鋸歯状波形
が周期的に出力される。その結果、回転角θとセンサ出
力Ｖの関係は図８（ｃ）のごとくなり、リニアなアナロ
グ成分が回転角０°〜１８０°に対応し、傾斜した鋸歯
状波形が回転角１８０°〜２７０°に対応している。

【００６６】演算処理装置により回転角０°〜１８０°
の範囲では、アナログ値から出力電圧Ｖ51に対応する回
転角θ51が算出される。また、１８０°〜２７０°の範
囲では、出力電圧からアナログ電圧分を分離して回転角
速度に応じた交流出力を抽出し、鋸歯状信号を波高の一
定なパルスに変換する。このパルス出力がパルス計測器
に入力される。単位角度当たりの鋸歯状のスリット数が
予め判っているので、パルス数を計測することにより回
転角が算出される。尚、本方法ではパルス出力部分で
は、鋸歯状スリットの間隔により分解能が低下するが、
逆に、アナログ出力部分０°〜１８０°では、従来法に
比べて分解能は向上している。

【００６７】また、本実施例の出力パルスが第１〜４の
実施例の出力パルスと異なるのは、出力波形が傾斜する
アナログ波形に重畳された鋸歯状波形にある。この分離
されたアナログ成分が増加、または、減少方向にあるか
によって、個々の鋸歯状波の立ち上がり状態を検出しな
くても、スリット板５の回転方向が容易に判別できる。

【００６８】回転角速度を求めるには、鋸歯状波出力部
分では、パルスに変換した後、単位時間当たりのパルス
数を計数することにより、また、アナログ出力部分で
は、従来通り回転角の差Δθをその間の時間Δｔで除し
て求める。尚、本例では、０から１８０°までのスロッ
トルバルブの閉側において、細かな制御が必要であり、
高分解能が要求されるため、回転角０°〜１８０°の範
囲をアナログ出力、１８０°〜２７０°の範囲は鋸歯状
波出力としている。また、他のセンサ等でこれとは異な
る範囲で分解能が要求されているときは、スリットの配
置を変更すればよい。例えば、スリット板の外周に近い
側を回転の基準（０°）にとることにより、回転角０°
〜９０°の範囲を鋸歯状波出力、高分解能が要求される
回転角９０°〜２７０°の範囲をアナログ出力とするこ
とも可能である。さらに、分解能を必要とする角度範囲
に第１のスリット部を設けることにより、任意の角度範
囲の分解能を高く設定し、その両側に第６のスリット部
を設けることも可能である。

【００６９】以上のように本実施例では、回転角θに対
応してスリット板５の中心からの距離ｒにある第１のス
リット部５１からは分解能のよい回転角が検出でき、ま
た、円周上に分割された第６のスリット部５２からは鋸
歯状波から変換されたパルス数を計数することにより回
転角が検出できるので回転角の計測範囲が広がる。しか
も、バイアスがスリット側で決定できるので、温度によ
るバイアス値の変化があまりない。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スリット板の回転角に対応して複数のスリットを形成し
て、アナログ出力部分とパルス出力部分の信号出力とし
て取り出すことにより、分解能のよい回転角度と回転角
速度が得られ、装置全体として回転角と出力の関係の設
定の自由度が増え、分解能を犠牲にせずに計測角度範囲
が拡げられる。

【００７１】また、計測範囲は拡がっても、連続された
スリット部は増加しないのでスリット板の強度は保持さ
れる。しかも、回転方向が変化する場合でも回転角が
検出できる、温度変化によるバイアス変動があまりな
く、設計が容易になるという効果を奏することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の回転角検出装置示す図
で、（ａ）機構部、（ｂ）回転スリット板、（ｃ）セン
サ出力を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の処理フローチャートで
ある。

【図３】本発明の第２の実施例の回転角検出装置示す図
で、（ａ）機構部、（ｂ）回転スリット板、（ｃ）セン
サ出力を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例の処理フローチャートで
ある。

【図５】本発明の第２の実施例の回転方向判別を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図６】本発明の第３の実施例の回転角検出装置示す図
で、（ａ）機構部、（ｂ）回転スリット板、（ｃ）セン
サ出力を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施例の回転角検出装置示す図
で、（ａ）機構部、（ｂ）回転スリット板、（ｃ）セン
サ出力を示す図である。

【図８】本発明の第５の実施例の回転角検出装置示す図
で、（ａ）機構部、（ｂ）回転スリット板、（ｃ）セン
サ出力を示す図である。

【図９】光位置検出素子の動作原理を説明するための図
である。

【図１０】従来の回転角検出装置を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１，２，３，４，５・・・スリット板 ７・・・回転機構 ８・・・光源 ９・・・光位置検出素子（ＰＳＤ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−204121（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−176521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−259909（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−26469（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/26 - 5/38

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転角に対応して回転中心から隔てられ
   た位置に光透過スリットが設けられたスリット板と、駆
   動軸に連動して前記スリット板を回転させる回転手段
   と、前記スリット板に対向して配設された光源と、前記
   スリット板に対向して前記光源の反対側に配設された前
   記スリット板の略半径方向に伸びた受光部を備え、該受
   光部に光が照射されたとき、該受光部における光の照射
   位置に応じた信号を出力する光位置検出素子とで構成さ
   れてなる回転角検出装置において、 前記スリット板に形成された光透過スリットは第１の所
   定の回転角の範囲に対して連続的に光透過部を有する第
   １の光透過スリット部と、第２の所定の回転角の範囲に
   対して断続的に光透過部を有する第２の光透過スリット
   部と、から構成されてなることを特徴とする回転角検出
   装置。
2. 【請求項２】 前記第１のスリット部における光透過部
   の回転中心からの距離は回転角に対応して連続的に変化
   するものであり、前記第２のスリット部における各光透
   過部の回転中心からの距離は互いに等しいものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。
3. 【請求項３】 前記第２の光透過スリット部における光
   透過部は前記スリット板の円周方向に対して斜めに設け
   られ、前記光透過部の一端と他端とでは回転中心からの
   距離が互いに異なるものであることを特徴とする請求項
   １ないし２記載の回転角検出装置。
4. 【請求項４】 前記第２の光透過スリット部における光
   透過部は回転中心からの距離が互いに異なる２種の光透
   過部に分割され、所定の回転角毎に交互に設けられてな
   ることを特徴とする請求項１ないし２記載の回転角検出
   装置。
5. 【請求項５】 前記分割された２種の光透過部のうち一
   方の光透過部は前記スリット板の円周方向に対して平行
   に、他方の光透過部は前記スリット板の円周方向に対し
   て斜めに設けられてなり、該光透過部の一端と他端とで
   は回転中心からの距離が互いに異なるものであることを
   特徴とする請求項４記載の回転角検出装置。
6. 【請求項６】 回転角に対応して回転中心から隔てられ
   た位置に光透過スリットが設けられたスリット板と、駆
   動軸に連動して前記スリット板を回転させる回転手段
   と、前記スリット板に対向して配設された光源と、前記
   スリット板に対向して前記光源の反対側に配設された前
   記スリット板の略半径方向に伸びた受光部を備え、該受
   光部に光が照射されたとき、該受光部における光の照射
   位置に応じた信号を出力する光位置検出素子とで構成さ
   れてなる回転角検出装置において、 前記スリット板に形成された光透過スリットは第１の所
   定の回転角の範囲に対して連続的に光透過部を有する第
   １の光透過スリット部と、第２の所定の回転角の範囲に
   対して複数段の鋸歯状の光透過部を有する第２の光透過
   スリット部と、から構成されてなることを特徴とする回
   転角検出装置。