JP6497281B2

JP6497281B2 - 回転検出装置

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Publication number: JP6497281B2
Application number: JP2015177766A
Authority: JP
Inventors: 幸秀太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: JP2017053720A

Description

本発明は、回転操作される操作部の回転方向、および回転位置を検出する回転検出装置に関するものである。

従来の回転検出装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の回転検出装置（操作装置）では、回転自在に支持された操作部（ダイヤルノブ）と、スリット部および遮光部を有し、ダイヤルノブと共に回転する回転体と、一対のフォトインタラプタとを備えている。

一対のフォトインタラプタのそれぞれは、発光部および受光部を有しており、発光部と受光部との間には、回転体のスリット部および遮光部が通過するようになっている。そして、各受光部における受光状態（受光の組み合わせパターン）に応じて、ダイヤルノブの回転方向が検出されるようになっている。

特許第５２９１５２０号公報

しかしながら、操作部が高速で操作される場合では、スリット部および遮光部が、発光部と受光部との間を通過する速度が大きくなって、受光部における信号を読み飛ばしてしまう場合がある。すると、例えば、操作部が所定の回転方向に操作されているのにもかかわらず、最悪、逆方向に操作されていると検出してしまう等の場合があり、不安定な出力を伴ってしまう。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、操作部が高速で操作される場合であっても、不安定な出力の抑制を可能とする回転検出装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、操作者によって回転操作される操作部（１４０）と、
操作部（１４０）と共に回転する回転体（１５０）と、
回転体（１５０）の周方向に交互に連続して設けられ、光を通過させるスリット部（１６１）および光を遮断する遮光部（１６２）と、
光を発生する発光部（１７１）および発光部（１７１）からの光を受けて受光信号を発生する２つの受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）を有し、発光部（１７１）および２つの受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）の間にスリット部（１６１）および遮光部（１６２）が配置され、２つの受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）が回転体（１５０）の周方向に並ぶように配置されたフォトインタラプタ（１７０）と、
スリット部（１６１）および遮光部（１６２）の位置に応じて変化する２つの受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）の受光信号（Ｈｉ、Ｌｏ）の組み合わせパターンに基づいて、操作部（１４０）の回転方向および回転量を検出する検出部（１８０）と、を備える回転検出装置であって、
検出部（１８０）は、
操作部（１４０）の回転量に基づく回転速度が、予め定めた閾値以上となると、
操作部（１４０）の回転停止を含む回転方向の変化を検出するまでの間は、
回転方向および回転量の検出を停止することを特徴としている。

この発明によれば、操作部（１４０）の回転速度が、閾値以上となると、検出部（１８０）は、操作部（１４０）の回転停止を含む回転方向の変化を検出するまでの間は、回転方向および回転量の検出を停止する。よって、操作部（１４０）が高速で操作される場合であっても、受光信号を読み飛ばしてしまうような条件をなくして、不安定な出力をしてしまうことを抑制することが可能となる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

回転検出装置を示す断面図である。図１におけるII−II部を示す断面図である。フォトインタラプタを示す回路図である。図２にけるIV方向から見た矢視図である（１ステップの定義）。２つの受光部における受光信号の組み合わせパターンを示す表である。左回転を検出するための受光信号の変化順を示す表である。右回転を検出するための受光信号の変化順を示す表である。操作部の操作速度に対する閾値を示すグラフである。高速回転時に誤検出を招く場合の例を示す表である。高速回転時の制御内容を示すフローチャートである。高速回転時のステップの判断方法を示す表である。他の１ステップの定義を示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態における回転検出装置１００について、図１〜図１１を用いて説明する。回転検出装置１００は、例えば、所定の機器としての車両用空調装置における温度設定部に適用されており、ユーザ（操作者）が操作する操作部１４０の回転方向、および回転量を検出するようになっている。検出された回転方向、および回転量は、車両用空調装置に出力される。車両用空調装置では、回転方向、および回転量の信号から空調の設定温度条件を決定して、その設定温度に応じた空調制御（温度制御）が行われることになる。

まず、回転検出装置１００の構成について説明する。回転検出装置１００は、図１〜図４に示すように、操作パネル１１０、基板１２０、回転支持部１３０、操作部１４０、回転体１５０、スリット部１６１、遮光部１６２、フォトインタラプタ１７０、および検出部１８０等を備えている。

操作パネル１１０は、車用のインストルメントパネルの車両左右方向の中央部でユーザと対向する部位に設けられて、車両用空調装置の作動条件を入力するための各種スイッチ類、および設定された作動条件等を表示するための表示部等が設けられた板状の部材となっている。上記各種スイッチ類の中の１つが、後述する操作部１４０となっている。操作パネル１１０には、操作部１４０を装着するための円形状の開口部１１１が設けられている。開口部１１１の内径は、操作部１４０の外径よりも多少大きく設定されている。

基板１２０は、後述する検出部１８０が実装される板状の部材であり、操作パネル１１０（インストルメントパネル）の内側で、操作パネル１１０に平行となるように設けられている。

回転支持部１３０は、開口部１１１と同心となるように筒状を成して、基板１２０の操作パネル１１０側の面に一体的に形成されている。回転支持部１３０は、基板１２０から操作パネル１１０側に向けて突出している。回転支持部１３０の外径は、操作部１４０の内径よりも多少小さく設定されている。

操作部１４０は、ユーザが回転操作するための扁平な筒状の部材であり、いわゆるダイヤルスイッチを形成している。操作部１４０のユーザ側の面は、平坦な天壁１４１となっており、天壁１４１の外周部には、基板１２０側に延びる筒状の周壁１４２が形成されている。操作部１４０は、開口部１１１に挿入されて、更に、周壁１４２の内側の面が、回転支持部１３０の外周面に支持されて、操作パネル１１０に対して回転可能となっている。

回転体１５０は、操作部１４０と共に回転する部材であり、周壁１４２の基板１２０側の端部に一体的に設けられている。回転体１５０は、周壁１４２よりも厚さが薄く設定された筒状の部材となっている。

スリット部１６１は、回転体１５０に設けられており、回転体１５０の肉部が部分的に除去されることで、光が通過可能となる部位となっている。スリット部１６１は、ここでは、四角形を成すように除肉された部位となっている。

遮光部１６２は、スリット部１６１と同様に回転体１５０に設けられており、回転体１５０の肉部によって光を遮断する部位となっている。遮光部１６２は、スリット部１６１に対して、ここでは、四角形を成す凸部のように張出す部位となっている。

スリット部１６１、および遮光部１６２は、回転体１５０の周方向に交互に連続するように全周にわたって設けられている。スリット部１６１の周方向の寸法と、遮光部１６２の周方向の寸法は、同一となるように設定されている。また、図４に示すように、スリット部１６１の周方向の寸法（遮光部１６２の周方向の寸法）は、回転体１５０、即ち、操作部１４０が回転される際の回転量の一単位（１ステップ）分として定義されている。

フォトインタラプタ１７０は、光を発生する発光部１７１と、発光部１７１からの光を受けて受光信号を発生する２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂとを有するセンサである。図３に示すように、発光部１７１は、例えば、赤外タイプの発光ダイオードが使用されている。また、２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、例えば、フォトトランジスタ、あるいはフォトＩＣが使用されている。両受光部１７２Ａ、１７２Ｂにおける受光信号は、後述する検出部１８０に出力されるようになっている。

フォトインタラプタ１７０は、回転体１５０の周方向の所定位置に対応するように設けられている。発光部１７１は、回転体１５０の外側に配置されている。また、２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、発光部１７１と対応するようにして、回転体１５０の内側に配置されている。そして、２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、回転体１５０の周方向に並ぶように配置されている。２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、隣接配置されており、両受光部１７２Ａ、１７２Ｂ間の距離（ピッチＰ）は、図４に示すように、例えば０．８ｍｍ程度となっている。ピッチＰは、本発明の所定距離に対応する。両受光部１７２Ａ、１７２Ｂ間の距離は、スリット部１６１、および遮光部１６２の周方向寸法よりも小さい。

そして、発光部１７１と、２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂとの間に、回転体１５０のスリット部１６１および遮光部１６２が配置されている。つまり、回転体１５０が操作部１４０と共に回転されると、スリット部１６１および遮光部１６２は、発光部１７１と、２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂとの間を交互に通過するようになっている。発光部１７１からの光がスリット部１６１を通過して両受光部１７２Ａ、１７２Ｂで受光される場合と、発光部１７１からの光が遮光部１６２によって遮断され、両受光部１７２Ａ、１７２Ｂでの受光が行われない場合とが、繰り返し発生するようになっている。

検出部１８０は、２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂからの受光信号を読み込んで、受光信号（後述するＨｉ、Ｌｏ）の組み合わせパターンに基づいて、操作部１４０の回転方向および回転量を検出する装置（回路部）となっている。また、操作部１４０の操作速度（回転速度）が所定の閾値よりも高い場合に、通常とは異なる検出を行うようになっている。検出部１８０が行う回転方向および回転量の検出要領の詳細については、後述する。

回転検出装置１００の構成は、以上のようになっており、以下、回転検出装置１００の作動（回転数および回転量の検出）について、図５〜図１１を加えて説明する。

１．通常検出
図４に示すように、ユーザによって操作部１４０が回転操作されると、操作部１４０と共に回転体１５０が回転し、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂに対して、スリット部１６１、および遮光部１６２の位置が移動していく。

スリット部１６１の位置が各受光部１７２Ａ、１７２Ｂの両者の位置に対応すると、発光部１７１からの光が各受光部１７２Ａ、１７２Ｂに至り、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、図５の１に示すように、ＨｉとＨｉの組み合わせパターンとなる受光信号１を発生させ、検出部１８０に出力する。検出部１８０は、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂから、Ｈｉ−Ｈｉとなる受光信号１を読み込む。

また、スリット部１６１の位置が受光部１７２Ａの位置に対応し、遮光部１６２の位置が受光部１７２Ｂの位置に対応すると、発光部１７１からの光は、受光部１７２Ａには至るが、受光部１７２Ｂに対しては遮断される。よって、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、図５の２に示すように、ＨｉとＬｏの組み合わせパターンとなる受光信号２を発生させ、検出部１８０に出力する。検出部１８０は、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂから、Ｈｉ−Ｌｏとなる受光信号２を読み込む。

また、遮光部１６２の位置が各受光部１７２Ａ、１７２Ｂの両者の位置に対応すると、発光部１７１からの光は、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂに対して遮断される。よって、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、図５の３に示すように、ＬｏとＬｏの組み合わせパターンとなる受光信号３を発生させ、検出部１８０に出力する。検出部１８０は、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂから、Ｌｏ−Ｌｏとなる受光信号３を読み込む。

また、遮光部１６２の位置が受光部１７２Ａの位置に対応し、スリット部１６１の位置が受光部１７２Ｂの位置に対応すると、発光部１７１からの光は、受光部１７２Ｂには至るが、受光部１７２Ａに対しては遮断される。よって、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂは、図５の４に示すように、ＬｏとＨｉの組み合わせパターンとなる受光信号４を発生させ、検出部１８０に出力する。検出部１８０は、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂから、Ｌｏ−Ｈｉとなる受光信号４を読み込む。

検出部１８０は、予め定めた所定の読み込み時間間隔で、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂにおける受光信号を読み込んでいき、受光信号が上記のいずれの受光信号（１〜４）であるかを把握していく。所定の読込み時間は、例えば、１〜２ｍｓ程度の時間である。

そして、回転体１５０が例えば図４中の矢印のように左側に移動していくときに、読み込みを行った２回前、１回前、そして今回の順に、読み込んだ受光信号の変化するパターンが、図６に示すように、３→４→１となるパターン１、または１→２→３となるパターン２の時に、操作部１４０は左回転されていると検出する。

同様に、回転体１５０が例えば図４中の矢印とは逆に右側に移動していくときに、読み込みを行った２回前、１回前、そして今回の順に、読み込んだ受光信号の変化するパターンが、図７に示すように、１→４→３となるパターン１、または３→２→１となるパターン２の時に、操作部１４０は右回転されていると検出する。

そして、検出部１８０は、回転体１５０の左側移動の場合、右側移動の場合のそれぞれに対して、パターン１、またはパターン２を１回分読み込んだときに、回転体１５０（即ち、操作部１４０）の移動量として１ステップ分をカウントする。そして、予め定めた所定の検出時間内において、カウントしたステップ数を積算して、その積算値を回転量として検出する。所定の検出時間は、例えば、８０ｍｓ程度の時間である。

そして、検出部１８０は、所定の検出時間ごとに、上記の回転方向、および回転量の検出を繰り返し実施していく。

２．高速回転操作時の検出
ここで、図８に示すように、ユーザが操作部１４０をいずれかの回転方向に回転操作させる場合に、操作経過時間と共に、操作スピード（回転速度）が大きくなる場合がある。操作部１４０の回転速度が予め定めた所定の閾値を超えると、スリット部１６１、および遮光部１６２の移動速度が大きくなって、検出部１８０は、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂからの受光信号を正確に読み込めなくなる場合がある。

これは、２つの受光部１７２Ａ、１７２ＢがピッチＰ（０．８ｍｍ程度）で、隣接配置されていることによる部分が大きく、特に、図５で説明したＨｉ−Ｌｏとなる受光信号２、およびＬｏ−Ｈｉとなる受光信号４の読み込みが困難となる場合がある。

このような読み込みができない場合（読み飛ばし）があると、例えば、図９に示すように、左回転時において、本来であれば上段のように、３→４→１→２→３→４→１→２・・・というように、受光信号の変化を読み込んでいくべきところを、下段のように、例えば、３→２→１といった変化パターンであると読み込んでしまう。この場合、検出部１８０は、図７で説明した右回転時のパターン２と認識して、左回転に関わらず、右回転であると誤検出してしまう。

このような不具合の発生を抑制するために、本実施形態では、図１０に示すフローチャートに基づいて、検出部１８０は、回転方向、および回転量の検出を行う。

即ち、検出部１８０は、ステップＳ１００では、上記１項の「通常検出」で説明したように、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂの受光信号に基づいて、回転方向、および回転量を検出する。

そして、通常検出を行う中で、ステップＳ１１０で、操作部１４０の回転速度が、予め定めた閾値以上となったか否かを判定する。尚、回転速度は、ステップＳ１００における回転量から、単位時間当たりの回転量として算出される。検出部１８０は、ステップＳ１１０で、否定判定すると、本フローを終了する。

しかしながら、ステップＳ１１０で、肯定判定すると、即ち、操作部１４０の回転速度が閾値以上になったと判定すると、検出部１８０は、ステップＳ１２０で、各受光部１７２Ａ、１７２Ｂからの受光信号の読み込みは行いつつも、回転方向、および回転量の検出を停止する。あるいは、回転方向は、それまでの回転方向と同一であると見なして、所定時間内において、読み込みのできた受光信号に基づく回転量の検出を行う。例えば、所定時間内に本来であれば、１０ステップ分の回転量が検出されるべきところ、５ステップ分の受信信号しか読み込めなかったとすると、この５ステップ分を回転量として検出する。

そして、ステップＳ１２０では、検出部１８０は、回転量の検出にあたっては、本来の検出条件を緩和するようにしている。即ち、図１１に示すように、例えば、左回転である場合に、回転方向を認識する受光信号の変化パターンとして、パターン１、２に対して、パターン３、４を追加する。

パターン３、４は、パターン１、２に対して、高速操作時に読み込みの難しいＨｉ−Ｌｏとなる受光信号２と、Ｌｏ−Ｈｉとなる受光信号４の条件を省略し、読み込みした１回前の受光信号３あるいは１と、今回の受光信号１あるいは３から回転方向を検出するようにしたものである。

尚、受光信号１あるいは３を用いる場合に、図１１に示すように、受光信号の変化するパターンが３→３となるパターン５、あるいは受光信号の変化するパターンが１→１となるパターン６では、回転しているのか停止しているのか判断できないため、このパターン５、６は当然のことながら採用されない。

そして、ステップＳ１２０の後に、検出部１８０は、ステップＳ１３０で、ステップＳ１２０の実行開始から予め定めた所定時間が経過したか、あるいは、停止を含む回転方向の変化を検出したか否かを判定する。ステップＳ１２０で、否定判定をするとステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１２０を繰り返し、肯定判定をするとステップＳ１４０に進む。尚、「停止を含む回転方向の変化を検出した場合」というのは、操作部１４０の回転速度が閾値を下回って、通常検出が可能となる状態に戻ったことを想定した条件としている。

そして、ステップＳ１４０で、検出部１８０は、ステップＳ１２０で、実施した検出停止、あるいは、回転方向を同一として回転量を出力する制御を解除する。

以上のように、本実施形態では、操作部１４０の回転速度が、閾値以上となると（ステップＳ１１０）、検出部１８０は、予め定めた所定時間、あるいは操作部１４０の回転停止を含む回転方向の変化を検出するまでの間は、回転方向および回転量の検出を停止する。あるいは、検出部１８０は、操作部１４０の回転方向が同一と見なして、読み込みできた分の受光信号を用いて回転量を検出する（ステップＳ１２０、Ｓ１３０）。よって、操作部１４０が高速で操作される場合であっても、受光信号を読み飛ばしてしまうような条件をなくして、不安定な出力をしてしまうことを抑制することが可能となる。

また、検出部１８０は、ステップＳ１２０で、読み込みできた受光信号を用いて回転量を検出する際の検出条件を、本来の検出条件に対して緩和するようにしている。これにより、受光信号の読み飛ばしの発生をより効果的に抑えることができる。

また、２つの受光部１７２Ａ、１７２Ｂが、上記の説明のように、短い距離で隣接配置されるものに適用して好適である。よって、フォトインタラプタ１７０の設定領域を小さくして、回転検出装置１００を小型化することが可能である。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、回転量の１ステップ分を図４で説明したように、スリット部１６１、あるいは遮光部１６２の周方向の寸法となるように定義したが、図１２に示すように、スリット部１６１と遮光部１６２の周方向の寸法を合わせたものとして定義してもよい。この場合も、上記第１実施形態と同様の作動および効果を奏することができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、ステップＳ１２０において、回転量の検出にあたって、検出条件を緩和するようにしたが、受光信号の検出レベルに応じて、条件緩和を廃止したものとしてもよい。

また、上記各実施形態では、フォトインタラプタ１７０として、発光部１７１が１つ、受光部１７２Ａ、１７２Ｂが２つ設けられるものを使用したが、これに限らず、発光部および受光部を１つずつ有したものを、２つ（１対）設けたものとしてもよい。

また、上記各実施形態では、回転検出装置１００を、車両用空調装置の温度設定部（温度設定用ダイヤルスイッチ）に適用したものとして説明したが、これに限らず種々の回転体の回転方向、回転量を検出するものに適用可能である。例えば、車両用空調装置の風量設定部（風量設定用ダイヤルスイッチ）、吹出しモード設定部（吹出しモード設定用ダイヤルスイッチ）、また、車両の車輪、車両のステアリングホイール等への適用、更には、パソコン操作用のマウスに設けられるスクロール用のホイールスイッチ等への適用が可能である。

１００回転検出装置
１４０操作部
１５０回転体
１６１スリット部
１６２遮光部
１７０フォトインタラプタ
１７１発光部
１７２Ａ、１７２Ｂ受光部（２つの受光部）
１８０検出部

Claims

操作者によって回転操作される操作部（１４０）と、
前記操作部（１４０）と共に回転する回転体（１５０）と、
前記回転体（１５０）の周方向に交互に連続して設けられ、光を通過させるスリット部（１６１）および光を遮断する遮光部（１６２）と、
光を発生する発光部（１７１）および前記発光部（１７１）からの光を受けて受光信号を発生する２つの受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）を有し、前記発光部（１７１）および２つの前記受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）の間に前記スリット部（１６１）および前記遮光部（１６２）が配置され、２つの前記受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）が前記回転体（１５０）の周方向に並ぶように配置されたフォトインタラプタ（１７０）と、
前記スリット部（１６１）および前記遮光部（１６２）の位置に応じて変化する２つの前記受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）の受光信号（Ｈｉ、Ｌｏ）の組み合わせパターンに基づいて、前記操作部（１４０）の回転方向および回転量を検出する検出部（１８０）と、を備える回転検出装置であって、
前記検出部（１８０）は、
前記操作部（１４０）の前記回転量に基づく回転速度が、予め定めた閾値以上となると、
前記操作部（１４０）の回転停止を含む回転方向の変化を検出するまでの間は、
前記回転方向および前記回転量の検出を停止することを特徴とする回転検出装置。
２つの前記受光部（１７２Ａ、１７２Ｂ）は、所定距離（Ｐ）内に隣接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。