JP6975911B2

JP6975911B2 - 回転角度検出装置

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Publication number: JP6975911B2
Application number: JP2017146217A
Authority: JP
Inventors: 正也藤原; 智紀花山; 宏充野田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: JP2019027871A

Description

本発明は、回転角度検出装置に関する。

従来の回転角度検出装置として、特許文献１及び２の回転角度検出装置が知られている。この特許文献１の回転角度検出装置は、円周方向に所定の間隔で配列された複数の透孔が形成されたディスクと、ディスクの透孔を挟むように配設された発光素子と受光素子を含むセンサエレメントと、を備えている。この透孔を透過する光量に応じてセンサエレメントからの出力がＨ状態とＬ状態との間で切り替わり、この状態に基づいてディスクの回転角度を回転角度検出装置が検出している。

また、特許文献２の回転角度検出装置では、発光体と受光体との間に光透過形回転ディスクが設けられ、ディスクを透過する光量の透過率が円周に沿って変化するように構成されている。この光量の変化に応じてディスクの回転角度を回転角度検出装置は検出している。

特開平１１−２６４７２５号公報特開平２−１２０１６号公報

上記特許文献１の回転角度検出装置のようなデジタル信号の分解能は透孔の間隔に制限され、高分解能を実現することが困難であった。また、上記特許文献２の回転角度検出装置では、ディスクの光量の透過率が一周に亘って連続的に変化するように構成されているため、回転角度毎の透過率の変化割合が小さく、回転角度を高精度に検出することはできない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、回転角度を高精度に検出することができる回転角度検出装置を提供することを目的としている。

本発明のある態様に係る回転角度検出装置は、回転中心から同一半径の円周上に並ぶ複数の反射部が設けられた回転体と、反射部に光を照射する発光部と、反射部で反射された光を受光する受光部と、受光部での受光量に基づいて回転体の回転角度を検出する制御部を備え、反射部は、回転体の周方向に直交する方向の寸法が回転体の周方向に沿って連続的に変化する。

この構成によれば、複数の反射部を回転体に設けることにより、反射部で反射されて受光部で受光される受光量の変化の割合を大きくすることができる。このため、受光量の変化に基づいた回転体の回転角度を高分解能で検出することができる。

回転角度検出装置では、反射部は、回転体の周方向に直交する方向の寸法が回転体の周方向に沿って連続的に増加する部分、及び、回転体の周方向に直交する方向の寸法が回転体の周方向に沿って連続的に減少する部分を有していてもよい。

この構成によれば、反射部を、寸法が増加する部分及び減少する部分に分けることにより、反射部のサイズを大きくすることなく、反射部で反射されて受光部で受光される受光量の変化の割合をさらに大きくすることができる。このため、受光量の変化に基づいた回転体の回転角度の分解能を一層、向上することができる。

回転角度検出装置では、発光部は、第１発光部及び第２発光部を有し、受光部は、第１発光部から照射され反射部で反射された光を受光する第１受光部、及び、第２発光部から照射され反射部で反射された光を受光する第２受光部を有し、第１受光部及び第２受光部は、回転体の周方向に互いに所定の間隔を空けて配置されていてもよい。

この構成によれば、受光部による受光量が単調に変化するように、第１受光部による受光量及び第２受光部による受光量を用いることができる。このため、受光量の変化に基づいた回転体の回転角度を高分解能で検出することができる。

本発明の別の態様に係る回転角度検出装置は、回転中心から同一半径の円周上に並ぶ複数の透過部が設けられた回転体と、透過部に光を照射する発光部と、透過部を透過した光を受光する受光部と、受光部での受光量に基づいて回転体の回転角度を検出する制御部を備え、透過部は、回転体の周方向に直交する方向の寸法が回転体の周方向に沿って連続的に変化する。

この構成によれば、複数の透過部を回転体に設けることにより、透過部を透過して受光部で受光される受光量の変化の割合を大きくすることができる。このため、受光量の変化に基づいた回転体の回転角度を高分解能で検出することができる。

回転角度検出装置では、透過部は、回転体の周方向に直交する方向の寸法が回転体の周方向に沿って連続的に増加する部分、及び、回転体の周方向に直交する方向の寸法が回転体の周方向に沿って連続的に減少する部分を有していてもよい。

本発明によれば、透過部を、寸法が増加する部分及び減少する部分に分けることにより、透過部のサイズを大きくすることなく、透過部を透過して受光部で受光される受光量の変化の割合をさらに大きくすることができる。このため、受光量の変化に基づいた回転体の回転角度の分解能を一層、向上することができる。

回転角度検出装置では、発光部は、第１発光部及び第２発光部を有し、受光部は、第１発光部から照射され透過部を透過した光を受光する第１受光部、及び、第２発光部から照射され透過部を透過した光を受光する第２受光部を有し、第１受光部及び第２受光部は、回転体の周方向に互いに所定の間隔を空けて配置されていてもよい。

回転角度検出装置では、制御部は、回転体の回転に伴って連続的に変化する受光量をＡ／Ｄ変換（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ変換）し、受光量に応じた回転体の回転角度を検出してもよい。この構成によれば、アナログ形式の受光量に基づいて回転体の回転角度を検出するため、この分解能を向上することができる。

回転角度検出装置では、回転体に連動して該回転体よりも低速で回転する低速回転体と、低速回転体の回転角度を検出する回転検出部と、をさらに備え、制御部は、回転検出部による検出信号に基づいた回転体の回転数と受光部での受光量とから、回転体の回転角度を検出するように構成されていてもよい。この構成によれば、回転検出部の検出信号に基づいた回転体の回転数、及び、受光部の受光量に基づいた回転体の回転角度から、回転体の複数の回転を含めた絶対角度を高精度に検出することができる。

本発明は、回転角度検出装置において回転角度を高精度に検出することができるという効果を奏する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置を示す分解斜視図である。図１の回転体を第２主面側から視た斜視図である。図２の回転体の一部を概略的に示す図である。図１の反射部、第１受光部の第１受光量、第２受光部の第２受光量、及び、第１受光量と第２受光量との組み合わせ信号を示す図である。図５（ａ）は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る回転角度検出装置の反射部の一部を概略的に示す図である。図５（ｂ）は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る回転角度検出装置の反射部の一部を概略的に示す図である。本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置を回転体の第１主面側から視た図である。図６の回転角度検出装置を側方から視た図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
＜回転角度検出装置の構成＞
実施の形態１に係る回転角度検出装置１０は、図１に示すように、例えば、車両（図示せず）のステアリングシャフト等の被検出物に装着されて、被検出物の回転角度を検出するものである。回転角度検出装置１０は、回転体３０、発光部４０、受光部５０及び制御部６０を備えており、本実施の形態ではこれらはケース２０に収容されている。

ケース２０は、例えば、正面に開口する箱状の本体部２１、及び、本体部２１の開口部を覆う蓋部２２により構成されており、内部空間２３を有している。ケース２０は、この内部空間２３に回転体３０、発光部４０、受光部５０及び制御部６０を収容する。また、ケース２０には、被検出物が本体部２１及び蓋部２２を貫通する貫通孔２４が設けられている。

回転体３０は、内側に被検出部が挿入される開口３４を有する円環形状であって、内面には被検出物に係止される係止部３１が内方へ突出するようにして設けられている。回転体３０は、第１主面が本体部２１に面し、第２主面が蓋部２２に面するように、上述した貫通孔２４と同軸状にしてケース２０に配置されている。このような回転体３０の外周縁部には、反射面を成す複数の反射部７０が設けられている。

なお、以下ではケース２０の貫通孔２４の軸心に沿った方向のうち、本体部２１側を下方とし、蓋部２２側を上方とする。よって、回転体３０の下面が上述した第１主面を成し、回転体３０の上面が上述した第２主面を成す。なお、このような「上下方向」の定義は、回転角度検出装置１０の上下方向を限定するものではない。

複数の反射部７０は、その反射面を下方へ向けた状態で回転体３０の周方向（以下、「周方向」と称する。）に並び、回転体３０の下部の第１主面側に配されている。反射部７０は、光を反射する材料、例えば、金属、又は、メッキが施された樹脂等により形成されている。なお、反射部７０の詳細については後述する。

発光部４０は、ＬＥＤ等の光を照射する光源であって、第１発光部４１及び第２発光部４２により構成されている。第１発光部４１及び第２発光部４２は、反射部７０に光が照射されるように、例えば、反射部７０に対向するように上方へ向けて光を照射する姿勢で配置されている。第１発光部４１及び第２発光部４２は、互いに所定の間隔を空けて配置されている。

受光部５０は、反射部７０で反射された光を受光する素子であって、第１受光部５１及び第２受光部５２により構成されている。第１受光部５１は、第１発光部４１から照射されて反射部７０で反射された光を受光するように、例えば、反射部７０に対向して配置されている。第２受光部５２は第２発光部４２から照射されて反射部７０で反射された光を受光するように、例えば、反射部７０に対向して配置されている。

第１受光部５１及び第２受光部５２は、互いに所定の間隔を空けて配置されており、その間隔ｓは、例えば、１つの反射部７０の周方向の全長である寸法Ｗに対して、ｓ＝（ｎ−１／２）Ｗとなるように設定されている。ここで、ｎは自然数である。第１受光部５１及び第２受光部５２は、受光量に応じた信号を制御部６０へ出力する。

このような第１発光部４１及び第１受光部５１、並びに、第２発光部４２及び第２受光部５２は、例えば、それぞれ一体的に設けられた反射型フォトインタラプタ等の光センサであってもよい。これらは、例えば、制御部６０と共に基板６１に搭載されている。

制御部６０は、受光部５０での受光量に基づいて回転体３０の回転角度を検出する。制御部６０は、ＣＰＵなどの演算部（図示せず）と、ＲＯＭ及びＲＡＭなどの記憶部（図示せず）とを備える。記憶部には回転角度検出装置１０が機能するために必要なプログラム、及び該プログラムを実行する際に参照する各種データなどが記憶されている。演算部はこのプログラムを記憶部から読み出して実行することにより、制御部６０は各部の動作を制御する。なお、制御部６０は、集中制御する単独の制御装置によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置によって構成されていてもよい。

＜反射部の構成＞
図２及び図３に示すように、反射部７０は、例えば、菱型形状であって、連結部３３ａ及び円環部３３ｂにより回転体３０に接続されている。反射部７０は、一対の対角線のうちの、一方の対角線（第１対角線７１）が周方向に直交する方向（この実施の形態では、回転体３０の径方向）になるように配置されている。連結部３３ａは、第１対角線７１に沿って延びている。

任意の１つの反射部７０は、周方向におけるその一端（第１端７２）が、隣接する他の反射部７０の他端（第２端７３）と接続されている。これにより、複数の反射部７０は回転体３０の回転中心３０Ａから同一半径の円周上に連続的に並んで配列されている。第１端７２と第２端７３とは、第１対角線７１を互いの間に挟む位置にあり、例えば、第１対角線７１に対して線対称に配置されている。

反射部７０は、例えば、第１対角線７１がこれと対を成す他方の対角線（第２対角線７４）よりも短い形状を有している。反射部７０は、第２対角線７４よりも外側の２辺（第１外縁辺７５及び第２外縁辺７６）、及び、第２対角線７４よりも内側の２辺（第１内縁辺７７及び第２内縁辺７８）を有している。これらの辺は、周方向において回転中心３０Ａからの距離が連続的に変化するような傾きを有し、例えば、傾きが一定の直線状に形成されている。

なお、ここでいう各辺７５〜７８の「傾き」とは、回転体３０の回転中心３０Ａから同一半径の円周に対する傾きを意味し、おおむね第２対角線７４に対する傾きを意味する。

このような第１外縁辺７５と第１内縁辺７７とは、互いの間に第２対角線７４を挟む位置にあり、例えば、第２対角線７４に対して線対称に配置されている。同様に、第２外縁辺７６と第２内縁辺７８とは、互いの間に第２対角線７４を挟む位置にあり、例えば、第２対角線７４に対して線対称に配置されている。

反射部７０は、第１部分７０ａ及び第２部分７０ｂを有している。第１部分７０ａは、周方向（つまり、円環形状の回転体３０の接線方向）に直交する方向の寸法が、周方向に沿って第２部分７０ｂへ近づくにつれて連続的に増加する部分である。第２部分７０ｂは、周方向に直交する方向の寸法が、周方向に沿って第１部分７０ａから遠ざかるにつれて連続的に減少する部分である。

第１部分７０ａは、例えば、第１対角線７１よりも第１端７２側の範囲であり、かつ、第１外縁辺７５と第１内縁辺７７との間の範囲である。この範囲では、第１端７２側から第１対角線７１側に向かって、第１外縁辺７５及び第１内縁辺７７は互いに離れるように連続的に傾斜している。このため、例えば、図３の太矢印の方向に反射部７０が回転する場合、発光部４０（図１）から視たときに、周方向に直交する方向（ここでは、回転体３０の径方向である。以下、「径方向」と称する。）における第１外縁辺７５と第１内縁辺７７との間隔（径方向の第１部分７０ａの寸法）は、周方向に沿って連続的に増加する。

ここでは、第１外縁辺７５及び第１内縁辺７７はそれぞれ直線であるため、径方向の第１部分７０ａの寸法は周方向に沿って直線状に増加する。つまり、反射部７０が周方向へ変位（回転）した場合、第１部分７０ａでは、周方向への変位量と定点で見た径方向の寸法の変位量とが正の比例定数で比例する。

第２部分７０ｂは、例えば、第１対角線７１よりも第２端７３側の範囲であり、かつ、第２外縁辺７６と第２内縁辺７８との間の範囲である。この範囲では、第１対角線７１側から第２端７３側に向かって、第２外縁辺７６及び第２内縁辺７８は互いに近づくように連続的に傾斜する。このため、例えば、図３の太矢印の方向に反射部７０が回転する場合、発光部４０（図１）から視たときに、周方向に直交する方向（ここでは、径方向）における第２外縁辺７６と第２内縁辺７８との間隔（径方向の第２部分７０ｂの寸法）は、周方向に沿って連続的に減少する。

ここでは、第２外縁辺７６及び第２内縁辺７８がそれぞれ直線であるため、径方向の第２部分７０ｂの寸法は周方向に沿って直線状に減少する。つまり、反射部７０が周方向へ変位（回転）した場合、第２部分７０ｂは、周方向への変位量と定点で見た径方向の寸法の変位量とが負の比例定数で比例する。

反射部７０における第１発光部４１（図１）からの照射光の直径は、反射部７０の径方向の最小寸法（この実施の形態では、端７２、７３の径方向寸法）よりも大きく、反射部７０の径方向の最大寸法よりもやや小さくなるように、第１発光部４１は反射部７０に対して配置されている。

これにより、回転体３０の一方向への回転に伴い、第１発光部４１からの照射光を反射部７０で反射した光の光量は、第１部分７０ａが反射する間は連続的に増加し、第２部分７０ｂが反射する間は連続的に減少する。また、回転体３０の一方向とは反対の他方向への回転に伴い、第１発光部４１からの照射光を反射部７０で反射した光の光量は、第２部分７０ｂが反射する間は連続的に増加し、第１部分７０ａが反射する間は連続的に減少する。よって、この反射光を受光する第１受光部５１（図１）の受光量は、回転体３０の回転に伴って連続的に増加及び減少を繰り返す。なお、第２発光部４２についても上記第１発光部４１と同様である。

＜回転角度検出装置の検出方法＞
図４に、反射部７０の展開形状、第１受光部５１の受光量（第１受光量５１ａ）、第２受光部５２の受光量（第２受光量５２ａ）及び、第１受光量５１ａと第２受光量５２ａとの組み合わせを示している。

この場合、反射部７０は、周方向における全長である寸法Ｗ（反射部７０の第１端７２と第２端７３との間の寸法）が、回転中心３０Ａを中心とする角度で表すと例えば５度となるように形成されている。また、第１受光部５１及び第２受光部５２の間隔は、周方向において互いの間隔ｓが例えば２．５度、離れた位置に配置されている。

例えば、第１発光部４１からの照射光が反射部７０の第１端７２近傍を照射している場合、反射部７０の第１部分７０ａにおける照射光の寸法よりも径方向の第１部分７０ａの寸法が小さい。このため、照射光のうちの多くの光が反射部７０で反射されずに、反射部７０の第１外縁辺７５よりも上側及び第１外縁辺７５よりも下側を通過する。これにより、この部分で反射されて第１受光部５１に受光される光量は少なく、この光量を示す点ａの第１受光量５１ａが小さくなる。

これに対し、図３の矢印に示す方向に回転体３０が回転すると、この回転角度に応じて、第１部分７０ａにおける第１発光部４１の照射光の位置が第１端７２側から第１対角線７１側へ移動する。このため、径方向の第１部分７０ａの寸法が増加していき、この部分で反射されて第１受光部５１に受光される光量が増加する。この際、径方向の第１部分７０ａの寸法が周方向に直線状に増加することにより、第１受光部５１の光量を示す点ａ〜点ｂの第１受光量５１ａも直線状に増加していく。

その後、例えば、第１発光部４１の照射光が連結部３３ａで反射されたり、反射部７０における照射光のサイズよりも径方向の反射部７０の寸法が大きくなったりして、本実施の形態では全ての照射光が反射部７０等で反射される。これにより、反射光を受光する第１受光部５１の受光量が一定になり、これを示す点ｂ〜点ｃ〜点ｄの第１受光量５１ａが一定になる。

さらに、回転体３０が回転すると、第１発光部４１からの光は第２部分７０ｂに照射される。そして、第２部分７０ｂにおける第１発光部４１の照射光の位置が、回転体３０の回転に伴って第１対角線７１側から第２端７３側へ移動する。このため、径方向の第２部分７０ｂの寸法が減少していき、この部分で反射されて第１受光部５１に受光される光量が減少する。この際、径方向の第２部分７０ｂの寸法が周方向に直線状に減少することにより、第１受光部５１の光量を示す点ｄ〜点ｅの第１受光量５１ａも直線状に減少していく。

このように、１つの反射部７０に対して、第１受光部５１の第１受光量５１ａは、直線状に増加し、その後、一定になり、直線状に減少していく。これを１サイクルとして、回転体３０が回転するに伴って第１受光量５１ａは増減を繰り返す。また、第１受光部５１の第１受光量５１ａと同様に、第２受光部５２の第２受光量５２ａも、反射部７０毎に直線状に増加し、その後、一定になり、直線状に減少する。そして、第１受光部５１と第２受光部５２とは上記の通り離れて配置されているため、一方の受光量が一定となっている間、他方の受光量は増加又は減少するようになっている（例えば、図４の点ｂ〜点ｃ〜点ｄの区間の第１受光量５１ａと第２受光量５２ａを参照）。

このような第１受光部５１の第１受光量５１ａ及び第２受光部５２の第２受光量５２ａが制御部６０に入力される。例えば、制御部６０は、これらの受光量をＡ／Ｄ変換し、受光量に応じた回転体３０の回転角度を検出する。また、制御部６０は、第１受光量５１ａ及び第２受光量５２ａのうちいずれの値を採用するかを判断するために、第１受光量５１ａ及び第２受光量５２ａと所定の閾値とを比較する。この閾値は、第１受光量５１ａ及び第２受光量５２ａのそれぞれが一定になったときの値以下の値であって、予め定められている。なお、本実施の形態においてこの閾値は、第１受光量５１ａが一定になったときの値（第２受光量５２ａが一定になったときの値と同じ）としている。

図４の場合、点ａ〜点ｂの区間では第２受光量５２ａが閾値に達している。このため、制御部６０は、この区間では第１受光量５１ａに基づいて回転体３０の回転角度を検出する。この第１受光量５１ａと回転体３０の回転角度との関係は予め定められており、上述したＡ／Ｄ変換によって第１受光量５１ａに応じた回転角度が取得される。なお、回転体３０が回転されると、第１受光量５１ａは連続的に変化するため、第１受光量５１ａに応じた回転角度も連続的に変わっていく。

そして、点ｂで第１受光量５１ａが閾値に達すると、制御部６０は採用する値を第１受光量５１ａから第２受光量５２ａに切り換える。つまり、点ｂ〜点ｄの区間では、第２受光量５２ａに基づいて回転体３０の回転角度を取得する。この第２受光量５２ａと回転体３０の回転角度との関係は予め定められている。

それから、点ｄにおいて第２受光量５２ａが閾値に達すると、制御部６０は採用する値を第２受光量５２ａから第１受光量５１ａに切り換える。つまり、点ｄから次に採用する値が切り替わるまでの区間では、第１受光量５１ａに基づいて回転体３０の回転角度を検出する。

このように、第１受光量５１ａ及び第２受光量５２ａの各値が閾値に達する度に制御部６０は第１受光量５１ａと第２受光量５２ａとを切り換えて、各受光量に応じた回転体３０の回転角度を検出する。例えば、回転体３０が点ａから点ｅまで回転した場合、この回転角度が５度であることを制御部６０は検出する。

以上に説明したように、反射部７０は、周方向に直交する方向の寸法が周方向に沿って連続的に変化する。これに伴い、回転体３０が一方向に回転する場合、反射部７０で反射されて受光部５０に受光される光量が連続的に変化する。このため、受光量に応じて回転体３０の回転角度を検出することができる。

さらに、回転体３０には複数の反射部７０が設けられ、反射部７０毎に受光量が連続的に変化する。このため、周方向における受光量の変化の割合が反射部７０の数に応じて大きくすることができ、受光量に基づいて求められる回転角度を高精度に検出することができる。

また、反射部７０は、周方向に直交する方向の寸法が周方向に沿って連続的に増加する第１部分７０ａ、及び、周方向に直交する方向の寸法が周方向に沿って連続的に減少する第２部分７０ｂを有している。これにより、１つの反射部７０に連続的に変化する範囲が２つ設けられる。このため、反射部７０のサイズを大きくすることなく、周方向における受光量の変化の割合を大きくすることができ、受光量に基づいて求められる回転体３０の回転角度を精度の更なる向上が図られる。

しかも、反射部７０が菱形形状であるため、回転体３０の回転に伴い、反射部７０で反射されて受光部５０で受光される受光量が直線状に変化する。これにより、受光量に応じて回転角度をさらに容易に検出することができる。

さらに、間隔を空けて配置される２つの受光部（第１受光部５１及び第２受光部５２）により、反射部７０からの反射光を受光し、これらの受光量を組み合わせて角度検出に用いている。これにより、反射部７０の周方向における中央部分（第１対角線７１近傍）等、一方の受光部の受光量が連続的に変化しないような部分では、他方の受光部の受光量を用いることができる。このため、受光部５０からの受光量を常に連続的に変化させることができるため、受光量に基づいて求められる回転角度の精度の更なる向上が図られる。

（変形例１）
上記構成では、反射部７０は菱形形状であったが、周方向に直交する方向の反射部７０の寸法が周方向に沿って連続的に変化するのであれば、反射部７０の形状はこれに限定されない。例えば、図５（ａ）に示すように、反射部１７０は三角形状であってもよい。この場合、反射部１７０は、その３辺のうちの一辺（第１辺１７０ａ）が径方向に延びるように、配置されている。残る２辺（第２辺１７０ｂ、第３辺１７０ｃ）は、第１辺１７０ａに直交する線に対して線対称になるように配置されている。

これにより、周方向に直交する方向（この場合、径方向）の反射部１７０の寸法は、径方向における回転体３０の第２辺１７０ｂと第３辺１７０ｃとの間隔になる。この径方向の反射部１７０の寸法は周方向において直線状に変化する。

（変形例２）
上記構成では、反射部７０の辺が周方向において連続的に変化する傾きを有し、この傾きが一定の直線状に形成されていた。ただし、反射部７０の辺は、周方向において連続的に変化すれば、これに限定されない。例えば、反射部７０の辺は、周方向において連続的に傾きが変化する曲線であってもよい。

（変形例３）
上記構成では、反射部７０は回転体３０の第１主面に配されているが、反射部７０の位置はこれに限定されない。例えば、反射部７０は、回転体３０の第１主面と第２主面とを結ぶ側面に設けられていてもよい。この場合、周方向に直交する方向は、径方向にも直交する回転体３０の軸方向になる。この軸方向の反射部７０の寸法が周方向に沿って連続的に変化する。

（変形例４）
上記構成では、回転体３０に反射部７０を設けたが、図５（ｂ）に示すように、反射部７０に代えて透過部２７０を回転体３０に設けてもよい。この場合、例えば、光を透過する切欠き等の開口部が、透過部２７０として回転体３０の外周縁部に設けられる。複数の透過部２７０が、回転体３０の回転中心３０Ａから同一半径の円周上に並んで設けられる。透過部２７０は、三角形状及び菱形形状等、周方向に直交する方向の寸法が周方向に沿って連続的に変化するような形状に形成される。

例えば、透過部２７０は、菱形形状であって、周方向に直交する方向の寸法が周方向に沿って連続的に増加する部分２７０ａ、及び、周方向に直交する方向の寸法が周方向に沿って連続的に減少する部分２７０ｂを有する。

第１受光部５１は、第１発光部４１から照射され透過部２７０を通過した光を受光するように、透過部２７０を第１発光部４１との間に挟むように配置されている。第２受光部５２は、第２発光部４２から照射され透過部２７０を通過した光を受光するように、透過部２７０を第２発光部４２との間に挟むように配置されている。第１受光部５１及び第２受光部５２は、周方向に互いに間隔を空けて配置され、この間隔は、例えば、反射部７０の周方向の全長である寸法Ｗに対して、（ｎ−１／２）Ｗに設定されている。このｎは自然数である。

例えば、第１発光部４１及び第１受光部５１、並びに、第２発光部４２及び第２受光部５２は、それぞれ一体的に設けられた透過射型フォトインタラプタ等の光センサであってもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る回転角度検出装置１０は、図１、図６及び図７に示すように、減速機構８０及び低速回転体８３及び回転検出部９０をさらに備える。この場合、回転体３０は、第１主面に複数の歯３２が設けられたメインギアである。この複数の歯３２は、回転体３０の回転中心３０Ａから同一半径の円周上に連続的に並んで配列されている。ここでは、歯３２が並ぶ円周の半径は、反射部７０が並ぶ円周の半径よりも小さく、歯３２は反射部７０よりも回転体３０の中心側に配置されている。

減速機構８０は、回転体３０の回転速度を減速して、回転体３０に連動して回転体３０よりも低速で低速回転体８３を回転させる機構である。減速機構８０は、２つのギア（第１低速ギア８１、第２低速ギア８２）を有し、これらのギアは、回転体３０の第１主面側に配置されている。

第１低速ギア８１は、歯が回転体３０の歯３２とかみ合う平歯車であって、回転軸が径方向に延びるように配置されている。第２低速ギア８２は、例えば、ネジを切ったような斜歯が設けられたウォームであって、第１低速ギア８１の回転軸に設けられている。

低速回転体８３は、歯が第２低速ギア８２の斜歯にかみ合うウォームホィールであって、回転軸が回転体３０の回転軸に平行になるように配置されている。回転体３０と低速回転体８３との減速比は、例えば、回転体３０が５回転するのに対し低速回転体８３が１回転するように設定されている。このように、ウォームを減速機構８０に用いることにより、減速比を大きく設定することができるため、減速機構８０及び低速回転体８３の小型化、延いては、回転角度検出装置１０の小型化が図られる。

回転検出部９０は、低速回転体８３の回転角度を検出するセンサであって、例えば、磁石９１及び磁気検知素子９２を有する磁気センサである。なお、回転検出部９０は磁気センサに限定されず、光学センサ及び摺動センサ等を用いることができる。

磁石９１は、低速回転体８３に設けられており、低速回転体８３と共に回転する。磁気検知素子９２は、低速回転体８３の磁石９１に対し所定の間隔で対向して基板６１の下面に設けられており、磁石９１の磁界の強さを検知し、検知信号を制御部６０へ出力する。この磁界の強さは、低速回転体８３の回転に応じて変化する。

制御部６０は、磁気検知素子９２により検知された磁界の強さの変化に基づき低速回転体８３の回転角度を求め、この回転角度から回転体３０の回転数を求める。この磁界の強さと低速回転体８３の回転角度との関係は予め定められている。また、低速回転体８３の回転角度と回転体３０の回転数との関係は減速比等により予め定められている。

制御部６０は、磁気検知素子９２の検知信号に基づいた回転体３０の回転数と、第１受光部５１及び第２受光部５２からの信号に基づいた回転体３０の回転角度とから、回転体３０の絶対角度を検出する。例えば、回転体３０が５回転するのに対し低速回転体８３が１回転するように設定されている場合には、回転体の絶対角度１８００度の範囲の回転角度の検出が可能となる。この回転体３０の回転角度は上記のとおり高分解能で検出されていることにより、これに基づく回転体３０の複数の回転を含めた絶対角度も高精度に検出することができる。

（その他の実施の形態）
上記全ての実施の形態では、発光部４０は第１発光部４１及び第２発光部４２により構成されていた。ただし、発光部４０の数はこれに限定されず、３つ以上、設けられていてもよい。この場合、受光部５０も、発光部４０の数に等しい数の受光部５０により構成されていてもよい。

上記全ての実施の形態では、間隔ｓはｓ＝（ｎ−１／２）Ｗとなるように設定したが、この値に限定されない。例えば、第１受光部５１及び第２受光部５２のそれぞれでの受光量は回転体３０の回転に伴って周期的に増加及び減少を繰り返すが、増加と減少との間に受光量が一定となる区間が含まれ得る（図４参照）。このような場合、第１受光部５１及び第２受光部５２は、回転体３０の回転中は常にいずれか少なくとも一の受光部５０で増加又は減少する受光量を検出できるように、間隔ｓを設定すればよい。

上記全ての実施の形態では、第１受光量５１ａ及び第２受光量５２ａのうちの一方の受光量が一定となっている区間と、他方の受光量が増減している区間とが等しくなっている。そして、現在採用している受光量が閾値に達すると、これに替えて他方の受光量を採用するように切り替えている。ただし、この場合に限定されない。

例えば、第１受光量５１ａ及び第２受光量５２ａのうちの一方の受光量が一定となっている区間が、他方の受光量が増減している区間よりも狭くなっていてもよい。この場合、各受光量のうち閾値に達していない方の受光量を採用することとしてもよい。そして、このような受光量の関係になるように、反射部７０及び／又は連結部３３ａの形状、あるいは、発光部４０の照射光の形状などを設定するのが好ましい。

なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１の変形例１を実施の形態１の変形例２〜４に適応してもよい。また、実施の形態１の変形例２を実施の形態１の変形例３及び４に適応してもよい。実施の形態１の変形例３を実施の形態１の変形例４に適応してもよい。さらに、実施の形態１の変形例１〜４のそれぞれ回転角度検出装置１０に、実施の形態２の低速回転体及び回転検出部９０をさらに備えてもよい。

上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明は実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなくその構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の回転角度検出装置は、回転角度を高精度に検出することができる回転角度検出装置等として有用である。

１０：回転角度検出装置
３０：回転体
３１：係止部
４０：発光部
５０：受光部
６０：制御部
７０：反射部
８３：低速回転体
９０：回転検出部
１７０：反射部
２７０：透過部

Claims

回転中心から同一半径の円周上に並ぶ複数の反射部が設けられた回転体と、
前記反射部に光を照射する発光部と、
前記反射部で反射された光を受光する受光部と、
前記受光部での受光量に基づいて前記回転体の回転角度を検出する制御部を備え、
前記発光部は、第１発光部及び第２発光部を有し、
前記受光部は、前記第１発光部から照射され前記反射部で反射された光を受光する第１受光部、及び、前記第２発光部から照射され前記反射部で反射された光を受光する第２受光部を有し、
前記反射部は、前記回転体の周方向に直交する方向の寸法が前記回転体の周方向に沿って連続的に変化するとともに、前記回転体の周方向に直交する方向の寸法が前記回転体の周方向に沿って連続的に増加する部分、及び、前記回転体の周方向に直交する方向の寸法が前記回転体の周方向に沿って連続的に減少する部分を有し、
前記反射部における前記第１発光部および前記第２発光部から照射された照射光の直径は、前記反射部における前記回転体の周方向に直交する方向の最大寸法よりも小さく、
前記第１受光部及び前記第２受光部は、前記回転体の周方向に互いに所定の間隔を空けて配置されており、
前記所定の間隔は、
前記回転体の回転中であって、前記第１受光部での第１受光量、又は、前記第２受光部での第２受光量の何れか一方の受光量が一定となる区間において、他方の受光量が増加、又は、減少するように設定されている、
回転角度検出装置。
前記制御部は、
前記第１受光部での前記第１受光量が閾値に達している場合、前記第２受光部での前記第２受光量に基づいて前記回転体の回転角度を検出し、
前記第２受光部での前記第２受光量が前記閾値に達している場合、前記第１受光部での前記第１受光量に基づいて前記回転体の回転角度を検出し、
前記閾値は、前記第１受光部での前記第１受光量、及び、前記第２受光部での前記第２受光量のそれぞれが一定になったときの値以下の値である、
請求項１に記載の回転角度検出装置。
回転中心から同一半径の円周上に並ぶ複数の透過部が設けられた回転体と、
前記透過部に光を照射する発光部と、
前記透過部を透過した光を受光する受光部と、
前記受光部での受光量に基づいて前記回転体の回転角度を検出する制御部を備え、
前記発光部は、第１発光部及び第２発光部を有し、
前記受光部は、前記第１発光部から照射され前記透過部を透過した光を受光する第１受光部、及び、前記第２発光部から照射され前記透過部を透過した光を受光する第２受光部を有し、
前記透過部は、前記回転体の周方向に直交する方向の寸法が前記回転体の周方向に沿って連続的に変化するとともに、前記回転体の周方向に直交する方向の寸法が前記回転体の周方向に沿って連続的に増加する部分、及び、前記回転体の周方向に直交する方向の寸法が前記回転体の周方向に沿って連続的に減少する部分を有し、
前記透過部における前記第１発光部および前記第２発光部から照射された照射光の直径は、前記透過部における前記回転体の周方向に直交する方向の最大寸法よりも小さく、
前記第１受光部及び前記第２受光部は、前記回転体の周方向に互いに所定の間隔を空けて配置されており、
前記所定の間隔は、
前記回転体の回転中であって、前記第１受光部での第１受光量、又は、前記第２受光部での第２受光量の何れか一方の受光量が一定となる区間において、他方の受光量が増加、又は、減少するように設定されている、
回転角度検出装置。
前記制御部は、
前記第１受光部での前記第１受光量が閾値に達している場合、前記第２受光部での前記第２受光量に基づいて前記回転体の回転角度を検出し、
前記第２受光部での前記第２受光量が前記閾値に達している場合、前記第１受光部での前記第１受光量に基づいて前記回転体の回転角度を検出し、
前記閾値は、前記第１受光部での前記第１受光量、及び、前記第２受光部での前記第２受光量のそれぞれが一定になったときの値以下の値である、
請求項３に記載の回転角度検出装置。
前記制御部は、前記第１受光部での第１受光量及び前記第２受光部での第２受光量をＡ／Ｄ変換し、前記第１受光量又は前記第２受光量に応じた前記回転体の回転角度を検出する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
前記回転体に連動して該回転体よりも低速で回転する低速回転体と、
前記低速回転体の回転角度を検出する回転検出部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記回転検出部による検出信号に基づいた前記回転体の回転数と、前記第１受光部での第１受光量及び前記第２受光部での第２受光量に基づいた前記回転体の回転角度と、から、前記回転体の絶対角度を検出するように構成されている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。