JP4071431B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の絶対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。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の回転角検出装置として、アブソリュート信号形光学式エンコーダが知られている。このエンコーダは、絶対回転角度が検出される回転体に外嵌される回転板と、回転板の絶対回転角度を検出する光学式センサとからなる。
【0003】
回転板には、複数の異なる周上にそれぞれ円環状のスリット列が形成されている。光学式センサは、それぞれのスリット列毎に、回転板の絶対回転角度に応じてスリットの有無を検出する。そして、各スリット列でのスリットの検出の有無から、純2進コードやグレーコードのようなアブソリュート信号が読み取られる。
【0004】
このとき、スリット列を例えば3列設けると2の3乗の分割数(角度検出数)を得ることができ、N列設けると2のN乗の分割数を得ることができる。従って、より高い分解能を得るためにはスリット列の数をより多くする必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スリット列を多くするほど回転板の外径がより大きくなり、エンコーダを設置するために必要な空間が大きくなる。このため、例えば車両においてステアリングホイールの絶対操舵角を検出しようとする場合、エンコーダをステアリングシャフトに装着することが困難となる。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転体の1回転当たりの絶対回転角を検出することができ、しかも、回転体の周囲に占める設置空間をより小さくすることができる回転角度検出装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、絶対回転角が検出される回転体によって回転されるとともに、回転軸を中心とする円環状の検出領域に沿って2値信号を生成可能な複数の被検出部が設けられた回転板と、前記回転板の回転に伴って前記被検出部を順次検出し、検出する前記被検出部の検出状態に応じた2値信号を出力する複数の検出手段とを備え、前記各2値信号から、前記回転体の絶対回転角に対応するコードデータを読み取るコード読取手段とを備えた回転角度検出装置において、前記検出手段は、前記回転体が予め設定された回転角だけ回転する毎に出力する2値信号が交互に切り換わるように設けられた第1検出手段及び第2検出手段からなり、前記コード読取手段は、第1のバッファ及び第2のバッファを含み、前記コード読取手段は、前記回転体が予め設定された回転角だけ時計回りに回転したときに前記第1検出手段及び前記第2検出手段の一方が検出する前記各被検出部に対する2値信号が切り換わったことに基づいて、前記第1検出手段及び前記第2検出手段の他方が出力した前記各2値信号から前記コードデータを前記第1のバッファに読み取るとともに、同コード読取手段は、前記回転体が予め設定された回転角だけ反時計回りに回転したときに前記第1検出手段及び前記第2検出手段の一方が検出する前記各被検出部に対する2値信号が切り換わったことに基づいて、前記第1検出手段及び前記第2検出手段の他方が出力した前記各2値信号から前記コードデータを前記第2のバッファに読み取り、さらに、前記第1のバッファ及び前記第2のバッファに読み取ったコードデータに基づき、前記回転体の回転方向及び前記回転体の絶対回転角を検出する制御手段を備えたことを要旨とする。
【0008】
このような構成によれば、回転体が予め設定された回転角だけ時計回りに回転するときに、第1検出手段及び第2検出手段の一方によって順次検出される被検出部の検出状態が変化したときに第1検出手段及び第2検出手段の他方が検出する被検出部に対して出力する2値信号から回転体の絶対回転角に対応したコードデータが第1のバッファに読み取られる。一方、回転体が予め設定された回転角だけ反時計回りに回転するときに、第1検出手段及び第2検出手段の一方によって順次検出される被検出部の検出状態が変化したときに第1検出手段及び第2検出手段の他方が検出する被検出部に対して出力する2値信号から回転体の絶対回転角に対応したコードデータが第2のバッファに読み取られる。この第1のバッファ及び第2のバッファに読み取られたコードデータによって、回転体の回転方向及び回転体の絶対回転角が検出される。このとき、1つの検出領域から複数回の2値信号が出力されるので、複数の各検出領域からそれぞれ1回だけ2値信号を出力する従来の回転角度検出装置の回転体よりも外径が小さくなる。従って、回転板の外径がより小さくてすむ。また、分解能を高くしても、回転体の外径の増大を招かない。その結果、回転体の1回転当たりの絶対回転角を検出することができ、しかも、回転体の周囲に占める設置空間をより小さくすることができる。
【0010】
また、検出手段を設ける間隔よりも小さい分解能を得ることができるので、回転体の絶対回転角度をより高い分解能で検出することができる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記コードデータは、連続して設けられた複数の前記被検出部によって設定されていることを要旨とする。
【0012】
このような構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加えて、複数の検出手段が連続する複数個の被検出部を検出可能な比較的集合した状態で配置される。従って、各検出手段の支持をまとめて行うことができる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記検出領域は、1つのみ設けられていることを要旨とする。
このような構成によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の作用に加えて、検出領域が1つだけですむので、回転板の外径がより小さくなる。このため、回転体の周囲に占める設置空間をより一層小さくすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図9に従って説明する。
図1に示すように、回転角度検出装置10は、絶対操舵角が検出される回転体としての回転軸Sに外嵌する状態で固定された回転板11と、この回転板11の両側に配置された検出手段としての4個の光センサ12a,12b,12c,12dとを備えている。回転板11は、回転軸Sの回動に伴ないその軸線Xを回転中心として回転軸Sと共に回動する。各光センサ12a〜12dは、回転軸Sを支持する側に固定されている。本実施形態では、光センサ12a,12cが第1検出手段であり、光センサ12b,12dが第2検出手段である。
【0015】
図2に示すように、回転板11には、前記軸線Xを中心とする1つの円周上に沿って、径方向に所定の幅を有する円環状の検出領域13が設けられている。この検出領域13には、複数の検出孔14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14iが反時計回りにこの順で形成されている。検出領域13は、軸線Xを中心として等角度で28分割(360°/28=12.8°)した扇状の領域からなる検出単位13aに区画される。そして、各検出孔14a〜14iは、1個の検出単位13a、又は、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、1つの検出単位13aからなる6つの検出孔14a,14b,14d,14e,14h,14iと、2つの連続する検出単位13aからなる2つの検出孔14f,14gと、4つの連続する検出単位13aからなる1つの検出孔14cとが形成されている。
【0016】
そして、検出領域13において互いに隣り合う各検出孔14a,14b、14b,14c、14c,14d、14d,14e、14e,14f,14f,14g、14g,14h、14h,14i、14i,14a間は、1個の検出単位13a、又は、複数個の連続する検出単位13aからなる非孔部13bとなっている。詳述すると、検出孔14a,14b間は、4個の連続する検出単位13aからなる非孔部13bとなっている。また、検出孔14b,14c間、検出孔14c,14d間、検出孔14d,14e間、検出孔14e,14f間、検出孔14g,14h間、及び、検出孔14i,14a間は、1個分の検出単位13aからなる非孔部13bとなっている。また、検出孔14f,14g間、及び、検出孔14h,14i間は、2個の連続する検出単位13aからなる非孔部13bとなっている。本実施形態では、各検出孔14a〜14i及び非孔部13bがそれぞれ被検出部である。
【0017】
そして、検出領域13には、図3に示すように、各検出孔14a〜14iと非孔部とにより、反時計回りに連続する6個の検出単位13a毎に6ビットのコードデータが記録されている。ここで、検出孔14a〜14iのいずれかからなる検出単位13aを「1」とし、非孔部からなる検出単位13aを「0」とする。すると、検出孔14aから反時計回りに連続する6個の検出単位13a、即ち、検出孔14a、4個の非孔部、及び、検出孔14bによって、コードデータ「100001」が記録されている。同様に、検出孔14aに反時計回りで隣り合う非孔部13bから反時計回りに連続する6個の検出単位13a、即ち、連続する4個の検出単位13aからなる非孔部13b、検出孔14b、及び、1個の検出単位13aからなる非孔部13bによって、コードデータ「000010」が記録されている。そして、検出領域13には、28個の各検出単位13aから反時計回りに連続する6個の検出単位13aによって記録される各コードデータが全て異なるように各検出孔14a〜14iが形成されている。
【0018】
前記各光センサ12a〜12dは、前記検出領域13に沿って設けられている。光センサ12a〜12dは公知のものであって、例えば、発光ダイオード及びフォトトランジスタの組み合わせからなる。
【0019】
各光センサ12a〜12dは、図2に示すように、検出単位13aの1個半分に相当する角度(19.2°)だけ離れて隣り合うように反時計回りに順に並んだ状態で配置されている。そして、図4,5に示すように、光センサ12aが1つの検出単位13aをその中央部で検出するときには、光センサ12cは反時計回りに3個分離れた検出単位13aをその中央部で検出する。このとき、光センサ12bは、光センサ12aが検出する検出単位13aから反時計回りに1個分及び2個分離れた2つの両検出単位13aの境界領域を検出する状態となる。また、光センサ12dは、光センサ12aが検出する検出単位13aから反時計回りに4個分及び5個分離れた2つの両検出単位13aの境界領域を検出する状態となる。同様に、光センサ12bが1つの検出単位13aをその中央部で検出するときには、光センサ12dは反時計回りに3個分離れた検出単位13aをその中央部で検出する。このとき、光センサ12aは、光センサ12bが検出する検出単位13aから時計回りに1個分及び2個分離れた2つの両検出単位13aの境界領域を検出する状態となる。また、光センサ12cは、光センサ12bが検出する検出単位13aから反時計回りに1個分及び2個分離れた2つの検出単位13aの境界領域を検出する状態となる。
【0020】
次に、回転角度検出装置の電気的な構成を説明する。
図6に示すように、各光センサ12a〜12dは、マイクロコンピュータ(以下、単にコンピュータという)15に接続されている。
【0021】
各光センサ12a〜12dは、回転板11が時計回り又は反時計回りに回転するときに、その回転方向に応じて順次各検出単位13aを検出し、その検出単位13aに対応する2値信号としての電圧信号を出力する。即ち、各光センサ12a〜12dは、検出する検出単位13aが検出孔14a〜14iのいずれかであったときには高電位の電圧信号を出力し、検出単位13aが非孔部13bであったときには低電位の電圧信号を出力する。
【0022】
CPU16は、ROM17に記憶されている制御プログラムを実行し、回転板11が時計回り又は反時計回りに回転するときに、各光センサ12a〜12dがそれぞれ順次検出する各検出単位13aに対応して出力する電圧信号を「1」又は「0」の検出値として随時読み込む。即ち、CPU16は、各光センサ12a〜12dが検出孔14a〜14iを検出して高電位の電圧信号を出力するときには検出値「1」として読み込み、各光センサ12a〜12dが非孔部13bを検出して低電位の電圧信号を出力するときには検出値「0」として読み込む。そして、CPU16は、回転板11が時計回り又は反時計回りに検出単位13aの1個半分に相当する角度だけ回転する間に、各光センサ12a〜12dがそれぞれ検出する検出単位13aに対する検出値から、連続する6つの検出単位13aによって記録されているコードデータを、検出値「1」及び「0」からなる2値のコードデータとして6ビットのRバッファ18及びLバッファ19に読み取る処理を行う。本実施形態では、CPU16、Rバッファ18及びLバッファ19がコード読取手段を構成する。
【0023】
以下、CPU16が、回転板11が回転するときに、検出領域13に作成されているコードデータを読み取る処理について詳述する。
CPU16は、光センサ12a,12cの各検出値が切り換わったときには、光センサ12b,12dの各検出値をRバッファ18及びLバッファ19に読み込む。また、CPU16は、光センサ12b,12dの各検出値が切り換わったときには、光センサ12a,12cの各検出値を各バッファ18,19に読み込む。このとき、CPU16は、各光センサ12a,12c又は各光センサ12b,12dの検出値を以下のようにして各バッファ18,19に読み込む。
【0024】
CPU16は、光センサ12a,12c及び光センサ12b,12dの各検出値のRバッファ18への読み込みを図7(a)に示すように行う。CPU16は、光センサ12b,12dの検出値が切り換わったときに、光センサ12aの検出値をRバッファ18の5桁目に入れ、光センサ12cの検出値をRバッファ18の2桁目に入れる。また、光センサ12a,12cの検出値が切り換わったときに、光センサ12bの検出値をRバッファ18の4桁目に入れ、光センサ12dの検出値をRバッファ18の1桁目に入れる。このとき、Rバッファ18の元の4桁目の値を5桁目に移し、元の5桁目の値を6桁目に移すとともに、同じく元の1桁目の値を2桁目に移し、元の2桁目の値を3桁目に移す。
【0025】
また、CPU16は、光センサ12a,12c及び光センサ12b,12dの各検出値のLバッファ19への読み込みを図7(b)に示すように行う。CPU16は、光センサ12a,12cの検出値が切り換わったときに、光センサ12bの検出値をLバッファ19の5桁目に入れ、光センサ12dの検出値をLバッファ19の2桁目に入れる。また、光センサ12b,12dの検出値が切り換わったときに、光センサ12aの検出値をLバッファ19の6桁目に入れ、また、光センサ12cの検出値をLバッファ19の3桁目に入れる。このとき、Lバッファ19の元の6桁目の値を5桁目に移し、元の5桁目の値を4桁目に移すとともに、元の3桁目の値を2桁目に移し、元の2桁目の値を1桁目に移す。
【0026】
この処理により、CPU16は、図8に示すように、回転板11が時計回りに回転するときには、回転板11が検出単位13aの1個半分に相当する角度(19.2°)だけ回転する間に、検出領域13に記録されている28のコードデータのいずれかをRバッファ18に読み取る。同様に、回転板11が反時計回りに回転するときには、回転板11が検出単位13aの1個半に相当する角度だけ回転する間に、検出領域13に記録されている28のコードデータのいずれかをLバッファ19に読み取る。従って、CPU16は、1個の検出単位13aに相当する角度を基本分解能(360°/28=約12.9°)として、28のコードデータの内から、そのときの回転板11の絶対回転角に対応するコードデータを読み込む。
【0027】
なお、本実施形態では、回転板11が時計回りに回転するときにLバッファ19に作成するコードデータには、検出領域13に作成されている28のコードデータの1つと一致するものが存在する。これは、本来であればないことが望ましいのであるが、検出領域13における各検出孔14a〜14iの数、配置位置、光センサ12a〜12dの配置位置等によってできてしまったものである。
【0028】
また、ROM17には、図9に示すように、各バッファ18,19毎に、基本分解能(約12.9°)単位で分割された回転板11の絶対回転角に、28のコードデータを対応させたデータテーブルが記憶されている。CPU16は、回転軸Sの回転に伴ってRバッファ18及びLバッファ19に読み込んだ各コードデータをデータテーブルの各コードデータとそれぞれ照合する。そして、Rバッファ18に読み取ったコードデータが、データテーブルのRバッファ18用のコードデータのいずれかと一致したときには、回転板11が時計方向に回転した結果、絶対回転角がそのコードデータに対応する絶対回転角となったと判断する。また、Lバッファ19に読み取ったコードデータが、データテーブルのLバッファ19用のコードデータのいずれかと一致したときには、回転板11が反時計方向に回転した結果、絶対回転角がそのコードデータに対応する絶対回転角となったと判断する。このとき、Lバッファ19に読み取ったコードデータが、28のコードデータの1であって、回転板11が時計回りに回転したときにLバッファ19に作成されるコードデータであったときには絶対回転角を判断しない。これは、回転板11が時計回りに回転したか反時計回りに回転したか判断できないためである。なお、回転板11が時計回りに回転したときに読み取ったコードデータと、回転板11が反時計回りに回転したときに読み取ったコードデータが同じであっても、そのときの回転板11の絶対回転角は異なる。
【0029】
CPU16は、Rバッファ18またはLバッファ19に読み取ったコードデータから一旦回転板11の絶対回転角回転方向を検出すると、その時点からは、光センサ12a,12c及び光センサ12,12dが検出する検出単位13aに対する検出値の切り換わりに基づいて新たな絶対回転角を検出する。
【0030】
詳述すると、CPU16は、Rバッファ18に読み取ったコードデータから回転板11が時計回りに回転したときの絶対回転角を検出したときには、以下のようにして新たな絶対回転角を検出する。
【0031】
CPU16は、最後に光センサ12a,12cの各検出値が切り換わった状態でそのときの絶対回転角を検出したときに、次に光センサ12b,12dの各検出値が切り換わったときには、回転板11がそれまでと同じ時計回りに半個分の検出単位13aの相当角だけ回転したと判断する。一方、次に光センサ12a,12cの各検出値が切り換わったときには、それまでの時計回りの回転板11の回転が停止したと判断する。そして、この状態からさらに各光センサ12b,12dの各検出値が切り換わったときには、回転板11が反時計回りに半個分の検出単位13aの相当角だけ回転したと判断する。
【0032】
また、CPU16は、最後に光センサ12b,12dの各検出値が切り換わった状態でそのときの絶対回転角を検出したときに、次に光センサ12a,12cの各検出値が切り換わったときには、回転板11がそれまでと同じ時計回りに半個分の検出単位13aの相当角だけ回転したと判断する。一方、次に光センサ12b,12dの各検出値が切り換わったときには、それまでの時計回りの回転板11の回転が停止したと判断する。そして、この状態からさらに各光センサ12a,12cの各検出値が切り換わったときには、回転板11が反時計回りに半個分の検出単位13aの相当角だけ回転したと判断する。
【0033】
同様に、CPU16は、Lバッファ19に読み取ったコードデータから回転板11が反時計回りに回転したときの絶対回転角を光センサ12a,12c及び光センサ12b,12dの検出値が切り換わったことに基づいて新たな絶対回転角を検出する。
【0034】
従って、CPU16は、実際には半個分の検出単位13aに対応する角度を最大分解能(360°/56=約6.4°)として回転板11の絶対回転角を検出する。
【0035】
なお、CPU16は、Lバッファ19に作成したコードデータが、28のコードデータの1つであって、回転板11が時計回りに回転したときにLバッファ19に作成されるコードデータであったときには、回転板11の回転に伴って新たにRバッファ18またはLバッファ19に作成されるコードデータから回転板11の回転方向と絶対回転角とを判断する。そして、一旦回転板11の回転方向と絶対回転角とを検出すると、同様に、光センサ12a,12c及び光センサ12,12dが検出する検出単位13aに対する検出値の切り換わりに基づいて新たな絶対回転角を検出する。
【0036】
さらに、CPU16は、各光センサ12a,12c、12b,12dの各検出値の切り換わりに基づいて絶対検出角を検出しているときに、そのときRバッファ18またはLバッファ19に読み取っている各コードデータを必要に応じてデータテーブルのコードデータにそれぞれ照合する。そして、Rバッファ18またはLバッファ19に読み取っているコードデータと一致するコードデータを、データテーブルのそれぞれのコードデータから探す。
【0037】
CPU16は、Rバッファ18に読み取っているコードデータが、データテーブルのRバッファ18のコードデータのいずれかと一致したときには、そのコードデータに対応する絶対操舵角を求める。そして、そのときまで各光センサ12a,12c、12b,12dの各検出値の切り換わりに基づいて検出していた絶対検出角と、改めてRバッファ18のコードデータから求めた絶対回転角が一致するか否かを判断する。
【0038】
CPU16は、2つの絶対回転角が一致したときには、各光センサ12a,12c、12b,12dの各検出値の切り換わりに基づく絶対操舵角の検出をそのまま継続する。一方、両絶対回転角が一致しなかったときには、改めてRバッファ18のコードデータから求めた絶対操舵角を実際の検出値とし、この絶対回転角を基準にして、改めて各光センサ12a,12c、12b,12dの各検出値の切り換わりに基づく絶対回転角の検出を行う。
【0039】
また、Lバッファ19に読み取っているコードデータが、データテーブルのLバッファ19のコードデータのいずれかと一致したときには、同様に、検出している絶対回転角の確認を行う。
【0040】
CPU16は、最大分解能で検出した56の絶対回転角を、最大分解能を1ビットとした6ビットの角度データとして随時出力する。
以上のように構成された回転角度検出装置の作用について説明する。
【0041】
コンピュータ15が起動した後、各バッファ18,19にコードデータが読み取られていない状態から回転軸Sを時計回りに回転させると、回転軸Sが最大分解能の3つ分だけ回転したときに、そのときの絶対回転角に対応したコードデータが読み取られる。そして、コードデータに基づいてそのときの絶対回転角に対応する角度データが出力される。
【0042】
さらに、回転軸Sを時計回りに回転させていくと、回転軸Sが最大分解能だけ回転する毎に、そのときの絶対回転角が検出され、対応する角度データが出力される。
【0043】
また、回転軸Sを反時計回りに回転させると、回転軸Sが最大分解能だけ回転する毎に、そのときの絶対回転角が検出され、対応する角度データが出力される。
【0044】
従って、コンピュータ15を起動した直後、各バッファ18,19にコードデータが読み取られていない状態であっても、回転軸Sをそのときの絶対回転角から時計回り又は反時計回りに最大分解能の1単位半だけ回転させると、そのときの絶対回転角が最大分解能で検出される。以降、コンピュータ15が作動している間は、回転軸Sが最大分解能だけ時計回り又は反時計回りに回転する毎に、そのときの絶対回転角が検出される。
【0045】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に記載する各効果を得ることができる。
(1) 本実施形態では、回転板11に、検出領域13を等角度で28に分割した検出単位13aからなる複数の検出孔14a〜14iが形成された環状の検出領域13を1つの円周に沿ってのみ設けた。そして、回転板11が、検出単位13aの相当角の1個半分だけ回転する間に、各光センサ12a〜12dが順次検出する検出単位13aに対する検出値から、そのときの回転板11の絶対回転角に対応して予め設定されたコードデータを読み取るようにした。そして、このコードデータから回転軸Sの絶対回転角を検出するようにした。
【0046】
従って、従来のアブソリュート信号形エンコーダと異なり、回転板11に設ける円環状の検出領域13が1つだけですむので、回転板11の外径をより小さくすることができる。また、回転板11の外径の増大を招くことなく分解能を高くすることができる。その結果、絶対回転角を検出する回転軸Sの周囲に占める設置空間をより小さくすることができる。
【0047】
(2) また、回転板11が検出単位13aの半個分に相当する角度だけ回転する毎に、光センサ12a,12c又は光センサ12b,12dの一方が検出する検出単位13aが交互に切り換わるように検出孔14a〜14i及び各光センサ12a〜12dを設けた。そして、CPU16が、一方の光センサ12a,12c(又は12b,12d)の検出値が切り換わったときに、他方の光センサ12b,12d(又は12a,12c)の検出値を各バッファ18,19に読み込んでコードデータを読み取るようにした。
【0048】
従って、回転板11の加工寸法の誤差、各光センサ12a,12cの組み付け誤差等の原因により、両光センサ12a,12c(又は光センサ12b,12d)が検出する検出単位13aが切り換わる時間にずれがあっても、各光センサ12a,12cが本来検出しなければならない2つの検出単位13aを同時に検出できなくなることはない。その結果、回転板11の加工寸法の誤差、各光センサ12a,12cの組み付け誤差等があっても、回転軸Sの絶対回転角度を正確に検出することができる。
【0049】
(3) さらに、回転軸Sが検出単位13aの半個分に相当する角度だけ回転する毎に、光センサ12a,12c又は光センサ12b,12dが交互に検出する検出単位13aの検出値からコードデータが読み取られる。このため、例えば、光センサ12a,12cの検出値だけでコードデータを読み取る場合の分解能が検出単位13aの相当角となるのに対して、本実施形態では分解能が検出単位13aの半個分の相当角となる。従って、回転軸Sの絶対回転角を、2倍の分解能で検出することができる。
【0050】
(4) また、検出領域13において連続する6個の検出単位13aによってコードデータを設定するようにした。従って、各光センサ12a〜12dを比較的集合した状態で配置することができ、各光センサ12a〜12dの支持をまとめて行うことができる。
【0051】
尚、実施形態は上記実施形態に限らず、以下のように変更してもよい。
・ 上記実施形態で、回転板11が検出単位13aの1個半分の相当角だけ回転する間に各光センサ12a,12c、12b,12dが検出する検出単位13aは、反時計回りに連続する6個の検出単位13aでなくてもよい。例えば、各光センサ12a〜12dを、順に検出単位13aの2個半分の相当角だけ離れた状態で設ける。そして、回転板11が回転する間に、連続しない6個の検出単位13aを検出し、各検出値からコードデータを読み取る。この場合であっても、検出単位13aの相当角の分解能で分割した回転軸Sの絶対回転角に対応するコードデータを読み取り、このコードデータによって絶対回転角を検出することができる。
【0052】
・ 上記実施形態で、6個の検出単位13aの検出値から読み取るコードデータは、回転板11の絶対回転角を基本分解能で検出することができるものであればよく、反時計回りに連続する検出単位13aの検出値をそのまま並べたものに限らない。その他例えば、各検出値を時計回り連続する順に並べたものであってよく、あるいは、反時計回り及び時計回りに連続する順でない所定の配列規則に従って配列したものであってもよい。
【0053】
・ 上記実施形態で、検出領域13に形成する検出孔14a〜14iの数、各大きさ及び配置パターンと、光センサ12a〜12dの数及び配置パターンとは、ある分解能で分割した回転板11の絶対回転角に対応するコードデータを読み取ることができるものであればよい。
【0054】
・ 上記実施形態で、コンピュータ15の起動後、最初に回転軸Sの絶対回転角を検出した後も、随時各バッファ18,19に読み取っているコードデータと、各光センサ12a,12c、12b,12dの検出値の切り換わりとに基づいて絶対回転角を検出するようにしてもよい。
【0055】
・ 上記実施形態で、光センサ12a,12cの検出値を用いず、光センサ12a,12cの検出値が切り換わったときに光センサ12b,12dが検出する検出単位13aの検出値からのみコードデータを読み取ってもよい。但し、この場合、コンピュータ15の起動時には、回転板11が検出単位13aの3個分回転しないとコードデータが読み取られないので、回転軸Sを検出単位13aの3個分回転させる必要がある。
【0056】
・ 上記実施形態で、複数の光センサを、検出単位13aの1個又は複数個の相当角だけ離間させて設ける。また、回転板11が検出単位13aの1個分の相当角だけ回転するときに、各光センサが検出する検出単位13aの検出値が1つのみ変化するように複数の検出孔を設ける。そして、回転板11が検出単位13a分だけ回転する毎に、コンピュータ15が検出値の1つが切り換わったことに基づいてそのときの各検出値からコードデータを読み取るようにしてもよい。この構成によっても、回転板11の加工寸法の誤差、各光センサ12a,12cの組み付け誤差等がある状態で回転軸Sの絶対回転角を正確に検出することができる。
【0057】
・ 上記実施形態で、最大分解能を1°とした場合には、1°を1ビットとした10ビットの角度データで出力してもよい。なお、最大分解能を1°とするには、各光センサ12a〜12dの配置間隔を大きくし、また、検出領域13を構成する検出単位13の数を180個として、8ビット以上に設定されたコードデータを読み込むようにすればよい。
【0058】
・ 上記実施形態で、回転板11が反時計回りに回転するときにRバッファ18に作成するコードデータと、回転板11が時計回りに回転するときにLバッファ19に作成するコードデータとが、共に検出領域13に作成されている28のコードデータのいずれとも異なるようにしてもよい。すなわち、検出領域13における各検出孔14a〜14iの数、大きさ及び配置をそのように設定する。この場合には、コンピュータ15の起動後に回転軸Sを例えば時計回りに回転させたときに、Rバッファ18及びLバッファ19に最初に読み取ったコードデータが共に検出領域13のコードデータとなるということがないので、即座に絶対回転角を判定することができないという状態が発生しない。
【0059】
・ 上記実施形態で、検出領域を複数設け、各検出領域に設けた複数の光センサの検出値からコードデータを作成してもよい。このとき、各検出領域に設けた複数の光センサの少なくとも1つの検出値が切り換わったときの他の光センサの検出値からコードデータを作成してもよい。
【0060】
・ 上記実施形態で、回転板11に設ける被検出部と、検出手段との組み合わせは、検出孔14a〜14i及び光センサ12a〜12dに限らない。その他、例えば、回転板11の表面又は周端面に設けた磁極と、磁極の有無に応じた検出信号を出力する磁気センサとの組み合せであってもよい。また、回転板11の表面又は周端面に設けた反射膜と、この反射膜に照射した光の反射光の有無に応じた検出信号を出力する反射形光センサとの組み合せであってもよい。
【0061】
以下、特許請求の範囲に記載された技術的思想の外に前述した各実施形態から把握される技術的思想をその効果とともに記載する。
(1) 絶対回転角が検出される回転体によって回転されるとともに、予め設定された基本分解能を1単位とする自然数倍の大きさからなる第1被検出部(検出孔14a〜14i)及び第2被検出部(13b)が回転軸を中心として複数配列され、該第1被検出部及び第2被検出部の配列によって前記基本分解能単位で設定された絶対コードデータ(コードデータ)が記録された円環状の検出領域を有する回転板と、前記回転板の回転に伴って前記第1被検出部及び第2被検出部を順次検出し、該第1被検出部及び第2被検出部を判別する2値信号を出力するコード検出手段(光センサ12a〜12d)とを備え、前記回転板の回転に伴って前記第1被検出部及び第2被検出部を順次検出するとともに、該回転板が前記基本分解能の自然数分の1の大きさに予め設定された最大分解能だけ回転する毎に前記第1被検出部及び第2被検出部の一方を検出する状態から他方を検出する状態に切り換わるように設けられ、該第1被検出部及び第2被検出部を判別する2値信号を出力する切り換わり検出手段(光センサ12a〜12d)と、前記回転体が前記最大分解能だけ回転して前記各切り換わり検出手段が出力する2値信号が切り換わる毎に前記各コード検出手段が出力する2値信号をコードデータ(検出値)として保存し、該回転体が前記最大分解能の自然数倍に予め設定された検出回転角(検出単位13aの1個半)だけ回転する間に保存した複数の前記コードデータによって、前記検出回転角だけ回転したそのときの絶対回転角に対応する絶対コードデータを前記絶対コードデータの内から読み取るコード読取手段とを備えた回転角度検出装置。
【0062】
(2) 前記最大分解能は、前記基本分解能の2分の1であって、前記コード検出手段は、前記回転体が前記最大分解能だけ回転する毎に、交互に前記第1被検出部及び第2被検出部の境界部を検出する第1コード検出手段(光センサ12a,12c)及び第2コード検出手段(光センサ12b,12d)からなり、前記切り換わり検出手段は、前記第1コード検出手段または第2コード検出手段であって、前記コード読取手段は、前記回転体が前記最大分解能だけ回転して前記第1コード検出手段が出力する2値信号が切り換わるときには、前記第2コード検出手段が出力する2値信号をコードデータとして保存し、また、前記第2コード検出手段が出力する2値信号が切り換わるときには、前記第1コード検出手段が出力する2値信号をコードデータとして保存する上記技術的思想(1)に記載の回転角度検出装置。
【0063】
(3) 前記検出領域は1つのみ形成されている上記技術的思想(1)または上記技術的思想(2)に記載の回転角度検出装置。
(4) 前記回転角度検出装置において、前記被検出部は、前記回転板に貫通形成された検出孔と、該検出孔が設けられていない非孔部とからなり、前記検出手段は、前記検出孔を通過する光を検出する光センサである。このような構成によれば、回転板が汚染されても、検出する検出孔及び非孔部に対応する検出信号を確実に得ることができ、絶対回転角を確実に検出することができる。
【0064】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1〜請求項3に記載の発明によれば、回転体の1回転当たりの絶対回転角を検出することができ、しかも、回転体の周囲に占める設置空間をより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 回転角度検出装置を示す模式斜視図。
【図2】 回転板の平面図。
【図3】 検出領域とコードデータとの関係を示す説明図。
【図4】 時計回り回転時の各バッファデータの変化状態を示す説明図。
【図5】 反時計回り回転時の各バッファデータの変化状態を示す説明図。
【図6】 電気ブロック図。
【図7】 (a)はRバッファへの検出値の読込処理、(b)はLバッファへの検出値の読込処理を示す説明図。
【図8】 Rバッファ及びLバッファへのコードデータ読み取り方法を示す説明図。
【図9】 コードデータと絶対回転角とのデータテーブル。
【符号の説明】
10…回転角度検出装置、11…回転板、12a,12c…検出手段及び第1検出手段としての光センサ、12b,12d…検出手段及び第2検出手段としての光センサ、13…検出領域、13a…検出単位、13b…被検出部としての非孔部、14a〜14i…同じく検出孔、16…コード読取手段を構成するCPU(制御手段)、18…同じくRバッファ(第1のバッファ)、19…同じくLバッファ(第2のバッファ)、S…回転体としての回転軸。
Claims (3)
- 絶対回転角が検出される回転体によって回転されるとともに、回転軸を中心とする円環状の検出領域に沿って2値信号を生成可能な複数の被検出部が設けられた回転板と、
前記回転板の回転に伴って前記被検出部を順次検出し、検出する前記被検出部の検出状態に応じた2値信号を出力する複数の検出手段とを備え、
前記各2値信号から、前記回転体の絶対回転角に対応するコードデータを読み取るコード読取手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記検出手段は、前記回転体が予め設定された回転角だけ回転する毎に出力する2値信号が交互に切り換わるように設けられた第1検出手段及び第2検出手段からなり、
前記コード読取手段は、第1のバッファ及び第2のバッファを含み、
前記コード読取手段は、前記回転体が予め設定された回転角だけ時計回りに回転したときに前記第1検出手段及び前記第2検出手段の一方が検出する前記各被検出部に対する2値信号が切り換わったことに基づいて、前記第1検出手段及び前記第2検出手段の他方が出力した前記各2値信号から前記コードデータを前記第1のバッファに読み取るとともに、
同コード読取手段は、前記回転体が予め設定された回転角だけ反時計回りに回転したときに前記第1検出手段及び前記第2検出手段の一方が検出する前記各被検出部に対する2値信号が切り換わったことに基づいて、前記第1検出手段及び前記第2検出手段の他方が出力した前記各2値信号から前記コードデータを前記第2のバッファに読み取り、
さらに、前記第1のバッファ及び前記第2のバッファに読み取ったコードデータに基づき、前記回転体の回転方向及び前記回転体の絶対回転角を検出する制御手段を備えた回転角度検出装置。 - 前記コードデータは、連続して設けられた複数の前記被検出部によって設定されている請求項1に記載の回転角度検出装置。
- 前記検出領域は、1つのみ設けられている請求項1又は請求項2に記載の回転角度検出装置。
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