JP7005247B2 - 回転角度検出装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、光学式センサを用いてスケールに含まれるエッジを検出することにより、回転部材の回転位置を検出する回転角度検出装置及び電子機器に関する。

カメラ等の小型電子機器において、ユーザの操作のための操作ダイアルが設けられている。操作ダイアルには、ユーザが数値等の設定を行う際などに使用する無限回転可能なものと、ユーザが機器の使用モードを選択する際などに使用する、ダイアル自体にモードや設定値が印字されたものが存在する。前者のような無限回転可能で操作することで設定値をユーザが入力可能なダイアル（相対位置検出ダイアル）には、様々な検出方法のダイアルが用いられている。一方、後者のようなダイアルの回転位置に応じて設定を行うダイアル（絶対位置検出ダイアル）には、ブラシと通電パッドによる接触式のダイアルが多く用いられている。

接触式のダイアルは、その性質上必ず摺動部があり、摩耗してしまうため耐久性が乏しい。そのため、絶対位置を検出可能な非接触タイプのダイアルが求められている。

特許文献１には、光投射部材と受光部材、測定対象に設けられた光の反射量もしくは透過量が変化するパターン（検出用スケール）を用いて、非接触に測定対象の回転動作における回転絶対位置を検出する技術の開示がある。また、特許文献２には、直線方向の絶対位置検出において、同一の位置センサを２つ並べ、それぞれのセンサの信号の和および差を用いることで、組みつけた際の位置ずれや温度変化による誤差を打ち消すという技術の開示がある。

特開平５－４５１７９号公報 特開２０１３－８３５９７号公報

上記特許文献１では、測定対象である回転部材に取り付けられた検出用スケールと、投受光素子との相対位置がずれてしまった場合、絶対位置を読み間違えてしまうという問題がある。これは、測定対象となる回転部材が回転動作をしたことで、検出用スケールと、投受光素子との相対位置がずれたのか、回転部材のガタつきや温度膨張によって検出用スケールと、投受光素子との相対位置がずれたのかが判別できないことに起因する。つまり、回転部材のガタつきや温度膨張による回転角度検出装置の出力の差を、回転部材の操作による回転位置の変動として検出してしまうという問題が起こりうる。

一方で、上記特許文献２では、絶対位置検出方法をダイアルのような回転動作において用いる場合、回転部材の半径方向に２つのセンサを並べて配置する必要がある。そのため、配線等のスペースを考慮した際に、半径の小さい回転部材には配置することが困難な場合や、それぞれの光投射部材によって投射された光が互いに干渉し、受光部において正確な光量を得ることができない場合がある。

そこで、本発明は、回転絶対位置を検出する際に回転絶対位置を誤差なく高精度で検出することができるとともに、小型化を図ることができる回転角度検出装置及び電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、回転部材の回転軸を中心に径方向外側に設けられた外側スケールおよび径方向内側に設けられた内側スケールを少なくとも有する回転検出対象部と、前記回転検出対象部の径方向に互いに離間して配置され、前記外側スケールおよび前記内側スケールの回転位置を検出し、各前記回転位置に対応する信号を出力する２つの回転検出素子と、前記２つの回転検出素子から出力された前記信号を用いて前記回転検出対象部の回転角度を算出する制御手段と、を備え、前記回転位置は、前記回転検出対象部と各前記回転検出素子の相対位置ずれに応じて変化し、前記外側スケールおよび前記内側スケールは、前記回転部材を回転操作した際に、前記２つの回転検出素子のうち、一方の回転検出素子の出力が増加し、他方の回転検出素子の出力が減少するように設けられ、前記外側スケールと前記内側スケールは、互いに前記径方向に離間して設けられ、前記制御手段は、前記２つの回転検出素子の出力の差および合計値を用いて前記回転角度を算出し、前記回転検出対象部は、その回転角度のいずれかに前記２つの回転検出素子により回転角度を検出しない非検出部を有し、前記２つの回転検出素子の出力が最大および最小となる位置は、前記非検出部にあることを特徴とする。

本発明によれば、回転絶対位置を検出する際に回転絶対位置を誤差なく高精度で検出することができるとともに、小型化を図ることができる回転角度検出装置及び電子機器を提供することができる。

（ａ）は本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第１の実施形態であるデジタルカメラのカメラ本体の斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すカメラ本体に着脱可能に装着されるレンズユニットの斜視図である。 （ａ）はデジタルカメラの概略断面図、（ｂ）はデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 回転角度検出装置を説明する図である。 従来の回転角度検出装置を説明する図である。 回転角度検出装置を操作ダイアルの裏面側から見た図である。 本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第２の実施形態であるデジタルカメラにおいて、回転角度検出装置を操作ダイアルの裏面側から見た図である。 本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第３の実施形態であるデジタルカメラにおいて、回転角度検出装置を説明する図である。 本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第４の実施形態であるデジタルカメラにおいて、回転角度検出装置の分解斜視図である。 本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第５の実施形態であるデジタルカメラにおいて、（ａ）は回転角度検出装置を操作ダイアルの裏面側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第１の実施形態であるデジタルカメラのカメラ本体の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すカメラ本体に着脱可能に装着されるレンズユニットの斜視図である。なお、本実施形態では、電子機器として、撮像装置の一例であるデジタルカメラを例示するが、これに限定されない。

本実施形態のデジタルカメラは、図１に示すように、カメラ本体１の正面側に、レンズユニット２が着脱可能に装着される。かかる装着状態においては、カメラ本体１の電気接点部９ａとレンズユニット２の電気接点部９ｂが電気的に接続され、これにより、カメラ本体１とレンズユニット２との間で通信可能となる。カメラ本体１の上面部は、操作ダイアル１０が設けられ、操作ダイアル１０は、ユーザの回転操作に応じて、プログラムＡＥやシャッタ優先ＡＥ、絞り優先ＡＥ、マニュアル露出等の撮影モードを変更するモードダイアルである。操作ダイアル１０は、本発明の回転部材の一例に相当する。

レンズユニット２の外周部には、回転操作により焦点距離を操作するズーム操作リング１５ａ及び回転操作によりフォーカス位置を調整するフォーカス操作リング１５ｂが設けられている。

図２（ａ）はデジタルカメラの概略断面図、図２（ｂ）はデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。図２（ａ）に示すように、レンズユニット２は、複数のレンズからなる撮影光学系３を有し、撮影光学系３には、フォーカスレンズ１３が含まれる。また、カメラ本体１は、撮影光学系３を通過して結像した被写体像を光電変換する撮像素子６を有する。カメラ本体１の背面部には、ＬＣＤ等で構成される表示部（不図示）が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、カメラ本体１は、カメラシステム制御部５、画像処理部７、メモリ部８、及び回転位置検出部１１等を有する。カメラシステム制御部５は、カメラ全体の制御を司る。回転位置検出部１１は、操作ダイアル１０の回転角度を検出する。

操作ダイアル１０の表面には、各撮影モードを示す印字がされており、ユーザはその印字と操作ダイアル１０の外側に設けられた指標とを組み合わせて所望の撮影モードに設定する。そのため、操作ダイアル１０の回転角度については、絶対角度の検出が必要であり、回転位置検出部１１は、絶対角度検出が可能な構成となっている。ここで、操作ダイアル１０及び回転位置検出部１１によって回転角度検出装置１０Ａを構成する。なお、操作ダイアル１０及び回転位置検出部１１の詳細については、後述する。

画像処理部７は、Ａ／Ｄ変換器、ホワイトバランス調整回路、色補間処理回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像を生成することができる。色補間処理回路は、ベイヤ配列の信号から色補間（デモザイキング）処理を施してカラー画像を生成する。また、画像処理部７は、予め定められた方法を用いて画像、動画、音声などの圧縮を行う。

レンズユニット２は、操作量検知部１６、レンズシステム制御部１２及びレンズ駆動部１４等を有する。レンズシステム制御部１２は、レンズ駆動部１４を制御し、また、カメラ本体１のカメラシステム制御部５との間で電気接点部９ａ，９ｂを介して通信を行う。レンズ駆動部１４は、フォーカスレンズ１３や不図示のブレ補正レンズ、絞りなどを駆動する。操作量検知部１６は、ズーム操作リング１５ａやフォーカス操作リング１５ｂの回転操作量を検出する。

図３（ａ）は回転角度検出装置１０Ａの斜視図、図３（ｂ）は回転角度検出装置１０Ａを裏面側から見た斜視図、図３（ｃ）は回転角度検出装置１０Ａの分解斜視図、図３（ｄ）は回転角度検出装置１０Ａを裏面側から見た分解斜視図である。図３（ｅ）は、回転角度検出装置１０Ａを径方向外側から見た図である。

図３に示すように、操作ダイアル１０は、回転軸５０を中心に回転操作される。回転検出対象部５１は、操作ダイアル１０と一体に回転する。回転検出対象部５１は、操作ダイアル１０の裏面に固定されるベース部材５１ｃを有し、ベース部材５１ｃの径方向外側には、外側スケール５１ａが固定され、ベース部材５１ｃの径方向内側には、内側スケール５１ｂが固定されている。

フレキシブル基板５３は、撮像素子６に固定されており、フレキシブル基板５３には、回転検出素子５２が実装されている。回転検出素子５２には、径方向外側に配置された外側回転検出素子５２ａ及び径方向内側に配置された内側回転検出素子５２ｂが設けられている。

外側スケール５１ａは、外側回転検出素子５２ａと回転軸５０の軸方向に対向し、内側スケール５１ｂは、内側回転検出素子５２ｂと回転軸５０の軸方向に対向している。回転検出対象部５１の回転（操作ダイアル１０の回転））に応じて、外側回転検出素子５２ａ及び内側回転検出素子５２ｂは、それぞれ対向する外側スケール５１ａ及び内側スケール５１ｂに応じた電気信号を出力する。

外側回転検出素子５２ａ及び内側回転検出素子５２ｂから出力された信号は、フレキシブル基板５３を介してカメラシステム制御部５に接続され、カメラシステム制御部５において、操作ダイアル１０のカメラ本体１に対する回転絶対位置を演算する。

外側回転検出素子５２ａと内側回転検出素子５２ｂは、回転軸５０を挟んで径方向に対向し、かつ半径方向に異なる位置に設けられている。また、回転検出対象部５１の外側スケール５１ａと内側スケール５１ｂは、それぞれ反射率の異なる２つの面から形成されており、回転検出対象部５１の回転に応じて、反射率が徐々に変化するように設けられている。

図３の例では、外側スケール５１ａ及び内側スケール５１ｂがベース部材５１ｃに対して回転軸５０と平行な方向に突形状となるように形成されている。各スケール５１ａ，５１ｂの形状は、回転軸５０を中心とした回転方向に対して斜面を形成するように構成されている。なお、外側回転検出素子５２ａと内側回転検出素子５２ｂは、フォトダイオードで構成されており、それぞれ対向する外側スケール５１ａと内側スケール５１ｂに対して赤外光を投射し、その反射光の強度に応じて電流を発生させる。

外側スケール５１ａ及び内側スケール５１ｂは、ベース部材５１ｃから外側回転検出素子５２ａ及び内側回転検出素子５２ｂに近づく方向に突出している。このため、外側回転検出素子５２ａ及び内側回転検出素子５２ｂから投射された赤外光の反射光は、外側スケール５１ａ及び内側スケール５１ｂの各斜面に応じてその強度が変化する。

なお、本実施形態では、外側スケール５１ａ及び内側スケール５１ｂは、ベース部材５１ｃから突出している形状であるが、反射率が回転方向に対して徐々に変化するように設けられていれば、別の方法をとっても構わない。例えば、同様な形状の塗装によって、反射率が回転方向によって異なるスケールを実現するという方法が考えられる。

次に、図４乃至図７を参照して、回転検出素子と検出スケールの組み合わせによる回転絶対位置検出の詳細について説明する。

まず、図４を参照して、従来の回転角度検出装置について説明する。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ従来の回転角度検出装置における、回転検出対象部を主に示す図であり、図３（ｄ）で示す回転検出対象部５１を回転軸５０方向から見た図に相当する。

図４（ａ）は、回転検出素子を１つのみ用いる場合の回転絶対位置を検出する回転角度検出装置を説明する図であり、上記特許文献１に相当する。図４（ｂ）は、位置検出素子を２つ用いて絶対位置検出をする機構を円周上に展開した回転角度検出装置を示す図であり、上記特許文献２に相当する。

図４（ａ）は、回転軸４０、回転検出対象部４１、及び不図示の回転検出素子の投射光が照射されている投射光照射部４２を模式的に示している。回転検出対象部４１には、検出スケール４１ａ及びベース部材４１ｂが設けられ、検出スケール４１ａの半径方向外側には、端面４１ｃが設けられている。図４（ａ）において、回転検出素子は１つのみであるため、回転検出素子の投射光照射部４２も１つのみである。回転検出対象部４１の構成に関しては、検出スケールが１つであることを除いては、図３で示した本実施形態と同様の構成である。

検出スケール４１ａは、図３と同様、回転軸４０を中心とした回転方向に対して、回転軸４０からの距離（回転軸４０から検出スケール４１ａの半径方向外側端面４１ｃまでの距離）が変化するように形成されている。つまり、回転検出対象部４１の回転に応じて、投射光照射部４２における検出スケール４１ａの割合が変化する。これにより、検出スケール４１ａのハッチング部分と投射光照射部４２の重複する面積が回転検出対象部４１の回転に応じて変化する。

そのため、不図示の回転検出素子における反射光の強度が変化し、検出される電流が変化する。投射光照射部４２と重なる回転検出対象部４１（図４（ａ）中ハッチング部）の面積は、回転検出対象部４１の回転に応じて一意に定まる。このため、回転検出素子の出力電流を読み取ることで、回転検出対象部４１が絶対角度として、どの程度回転しているのかを検出することが可能となる。

しかし、図４（ａ）に示すように、回転検出素子が１つの場合、例えば回転検出対象部４１がガタなどにより回転検出素子に対して動いてしまうと、そのガタ量を回転検出対象部４１の回転量として誤検知してしまう可能性がある。

そのような問題に対して、検出素子を２つ用いてそれぞれの出力で補正を行うことで、検出素子と検出対象の相対位置ずれと、回転検出素子の回転とを判別するという方法が考えられている。図４（ｂ）はその方法の１つを回転角度検出の形態に適応させた場合の例を表している。

図４（ｂ）は、回転軸４３、回転検出対象部４４及び不図示の回転検出素子の投射光が照射されている投射光照射部４５ａ，４５ｂを模式的に示している。回転検出対象部４４は、ベース部材４４ｃの半径方向外側に設けられた外側スケール４４ａと、ベース部材４４ｃの半径方向内側に設けられた内側スケール４４ｂの２つの検出スケールを有する。

外側スケール４４ａの半径方向外側には端面４４ｄが設けられ、外側スケール４４ａの半径方向内側には端面４４ｅが設けられ、内側スケール４４ｂの半径方向外側には端面４４ｆが設けられている。投射光照射部４５ａ，４５ｂのうち、投射光照射部４５ａは外側スケール４４ａに対向する外側投射光照射部であり、投射光照射部４５ｂは内側スケール４４ｂに対向する内側投射光照射部である。

図４（ｂ）で示すように、外側スケール４４ａ及び内側スケール４４ｂは、図４（ａ）と同様に、回転軸４３を中心とした回転方向に対して、回転軸４３からの距離が変化するように形成されている。つまり、外側スケール４４ａ及び内側スケール４４ｂは、回転方向に対して、回転軸４３から外側スケール４４ａの半径方向外側の端面４４ｄと、回転軸４３から内側スケール４４ｂの半径方向外側の端面４４ｆまでの距離が変化する。そのため、回転検出対象部４４の回転に応じて、投射光照射部４５ａ，４５ｂにおける各スケー４４ａ，４４ｂの検出領域の割合が変化する。

また、外側スケール４４ａの半径方向外側の端面４４ｄの回転方向に対する傾きの変化と、内側スケール４４ｂの半径方向外側の端面４４ｆの回転方向に対する傾きの変化はそれぞれ逆になっている。したがって、外側スケール４４ａに対向する回転検出素子（外側回転検出素子）の出力と、内側スケール４４ｂに対向する回転検出素子（内側回転検出素子）の出力は、回転方向に対して逆方向に変化する。つまり、ある回転方向に対して外側回転検出素子の出力が大きくなった場合、内側回転検出素子の出力は小さくなるように配置されている。

このように配置することによって、回転検出素子と回転検出対象部４４の相対位置ずれと、回転検出素子の回転とを判別することが可能になる。

例えば、不図示の回転検出素子に対して、回転検出対象部４４が図４（ｂ）の破線に沿って紙面左上方向に微少変化した場合を考える。これは外側投射光照射部４５ａおよび、内側投射光照射部４５ｂはそれぞれ図４（ｂ）の矢印の方向に相対的に移動することと等価になるため、以下はそのように説明する。この場合、外側投射光照射部４５ａと外側スケール４４ａとが重なる面積（図４（ｂ）斜線ハッチング部）は大きくなり、それと共に、内側投射光照射部４５ｂと内側スケール４４ｂとが重なる面積（図４（ｂ）網目ハッチング部）は大きくなる。

外側投射光照射部４５ａと内側投射光照射部４５ｂは、同じ回転検出素子を用いる場合、投射光照射部の面積はほぼ等しいと考えられるため、各回転検出素子の出力の変化量は、おおよそ等しくなると考えられる。つまり、外側投射光照射部４５ａと外側スケール４４ａとが重なる面積と、内側投射光照射部４５ｂと内側スケール４４ｂとが重なる面積とはおおよそ等しくなると考えられる。したがって、各回転検出素子の出力の差分は回転検出対象部４４の位置が微少変化する前後でほぼ変化せず、一定の値となる。

上記内容を数式により説明する。外側スケール４４ａに対向する回転検出素子の出力をＶａ、内側スケール４４ｂに対向する回転検出素子の出力をＶｂとする。回転検出対象部４４が図４（ｂ）の破線に沿って紙面左上方向に微少変化した際の、外側スケール４４ａに対向する回転検出素子の出力Ｖａ′及び内側スケール４４ｂに対向する回転検出素子の出力Ｖｂ′はそれぞれ次式のように表される。
Ｖａ′＝Ｖａ＋ΔＶａ …（１）
Ｖｂ′＝Ｖｂ＋ΔＶｂ …（２）

ここで、ΔＶａは外側スケール４４ａに対向する回転検出素子の出力の変化量を表し、ΔＶｂは内側スケール４４ｂに対向する回転検出素子の出力の変化量を表している。また、前述したように、各回転検出素子の出力の変化量は等しいと考えられる。つまり、ΔＶａ＝ΔＶｂであるため、上式（１），（２）の差分をとると、次式（３）となる。
Ｖａ′－Ｖｂ′＝Ｖａ－Ｖｂ …（３）

このように、回転検出対象部４４がガタ等により、回転検出素子に対して位置変動を起こした場合でも、２つの回転検出素子の差を取ることにより、位置変動による回転検出素子の出力差をキャンセルすることが可能になる。したがって、回転検出素子と回転検出対象部４４の相対位置ずれと、回転検出素子の回転とを判別することが可能になる。前述のように２つの回転検出素子の出力の差を取ることで位置変動による誤差をキャンセルすることが２つの回転検出素子の出力の差を用いて回転角度を算出することに相当する。

また、図３では、回転検出素子にフォトダイオードを用いると説明したが、一般にフォトダイオードは使用される環境温度によってその出力が変動することが知られている。回転検出素子を２つ用いることにより、この温度変動による影響もキャンセルすることが可能になる。前述したように、外側スケール４４ａの半径方向外側の端面４４ｄの回転方向に対する傾きの変化と、内側スケール４４ｂの半径方向外側の端面４４ｆの回転方向に対する傾きの変化はそれぞれ逆になっている。つまり、ある回転方向に対して外側回転検出素子の出力が大きくなった場合、内側回転検出素子の出力は小さくなるように配置されている。

ここで、回転角度に対する出力の変化量を揃えておくことにより（図ではともに１回転で出力最小から最大まで変化する）、双方の出力の合計値は一定になる。そのため、環境温度の変化によって回転検出素子の出力が変化した場合、双方の合計値を計測し、常温時と比較することにより、どの程度環境温度によって出力が変化しているかを算出することが可能になる。前述のように２つの回転角度検出素子の出力の和を取ることで温度変動による誤差をキャンセルすることが、２つの回転検出素子の出力の和を用いて回転角度を算出することに相当する。

このように、図４（ｂ）で説明したように、２つの回転検出素子を用いることにより、回転検出素子と回転検出対象部４４の位置変動による誤差と環境温度の変化による誤差をキャンセルすることが可能になる。一方で、図４（ｂ）では、２つの回転検出素子による投射光照射範囲が近すぎるという課題がある。フォトダイオードは、投射光に対する反射光の強度を出力としているため、投射光照射部に他の外光が入ってしまうと、出力にノイズがのるという特性がある。

そのため、図４（ｂ）のように、投射光照射部が近接している場合、双方の投射光が干渉しないようにするため、距離を離す必要がある。図４（ｂ）では、外側スケール４１ａの半径方向内側の端面４４ｅと内側スケール４１ｂの半径方向外側の端面４４ｆとの距離を投射光照射部４５ａと投射光照射部４５ｂが互いに干渉しないように離す必要がある。そのため、出力のノイズと共に小型化の面でも課題が残る。

次に、図５を参照して、図３に示す回転角度検出装置１０Ａについて詳しく説明する。図５は、回転角度検出装置１０Ａを操作ダイアル１０の裏面側から見た図である。図５において、外側投射光照射部５３ａは、外側スケール５１ａに対向する外側回転検出素子５２ａ（図３参照）の投射光が照射される領域である。

また、内側投射光照射部５３ｂは、内側スケール５１ｂに対向する内側回転検出素子５２ｂ（図３参照）の投射光が照射される領域である。外側スケール５１ａには、半径方向外側の端面５１ｄ、及び半径方向内側の端面５１ｅが設けられ、内側スケール５１ｂには、半径方向内側の端面５１ｆが設けられている。

図５では、図４（ｂ）と同様に、外側スケール５１ａの半径方向外側の端面５１ｄの回転方向に対する傾き（回転軸５０からの距離）の変化と、内側スケール５１ｂの半径方向内側の端面５１ｆの回転方向に対する傾きの変化は、互いに逆になっている。

例えば、図５において、回転検出対象部５１が時計周りに回転した場合、外側スケール５１ａの半径方向外側の端面５１ｄの回転軸５０からの距離は増加するのに対し、内側スケール５１ｂの半径方向内側の端面５１ｆの回転軸５０からの距離は減少する。即ち、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂ（図３参照）のうち、一方の回転検出素子５２ａの出力が増加し、他方の回転検出素子５２ｂの出力が減少するように外側スケール５１ａ及び内側スケール５１ｂが設けられている。

したがって、図４（ｂ）の場合と同様に、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂに対して、回転検出対象部５１がガタ等によって相対移動してしまった場合の誤差影響をキャンセルすることが可能になる。つまり、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂの出力の差分を取ることによって、回転検出素子５２ａ，５２ｂと回転検出対象部５１の相対位置ずれと、回転検出素子５２ａ，５２ｂの回転とを判別することが可能になる。

また、図４（ｂ）と同様に、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂの出力の合計値は一定であり、環境温度の変化によって、フォトダイオードの出力が変化した場合にも補正を容易に行うことが可能である。

一方で、図５は図４（ｂ）とは異なり、外側スケール５１ａ及び内側スケール５１ｂは、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂの出力が最大（および最小）となる回転位置が回転軸５０を挟んで径方向に対向配置されている。換言すれば、外側スケール５１ａの半径方向外側の端面５１ｄの回転軸５０からの距離が不連続に変化する位置５６ａと内側スケール５１ｂの半径方向内側の端面５１ｆの回転軸５０からの距離が不連続に変化する位置５６ｂとが互いに径方向に対向配置される。

このような構成にすることにより、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂは回転軸５０を挟んで径方向に対向する位置に設けられるため、投射光照射部５３ａ，５３ｂが互いに離れた位置に設けられる。したがって、互いの投射光が干渉して誤差として検出されるおそれがなく、精度よく回転位置を検出することが可能になる。また、半径方向に隙間を設ける必要がなくなるため、半径方向の小型化の点でも有利となる。図５では外側スケール５１ａにおける半径方向内側の端面５１ｅと内側スケール５１ｂにおける半径方向外側の端面の位置が一致している。

以上説明したように、本実施形態では、回転絶対位置を検出する際に回転絶対位置を誤差なく高精度で検出することができるとともに、小型化を図ることができる回転角度検出装置１０Ａを提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第２の実施形態であるデジタルカメラを説明する。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、図に同一符号を付してその説明を省略する。

図６は、本実施形態の回転角度検出装置１０Ｂを操作ダイアル１０の裏面側から見た図である。本実施形態の回転角度検出装置１０Ｂは、外側スケール５１ａの半径方向内側の端面５１ｅと内側スケール５１ｂの半径方向外側の端面５１ｇとは、半径方向に離間しており、端面５１ｅと端面５１ｇと間には、隙間が形成されている。本実施形態では、上記第１の実施形態と異なり、回転検出対象部５１が時計周りに回転した際、外側スケール５１ａの半径方向内側の端面５１ｅの回転軸５０からの距離が増加し、内側スケール５１ｂの半径方向外側の端面５１ｇの回転軸５０からの距離が減少する。

しかし、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂ（図３参照）の出力の差を取ることによって、回転検出素子５２ａ，５２ｂと回転検出対象部５１の相対位置ずれと、回転検出素子５２ａ，５２ｂの回転とを判別することが可能になるという点は変わらない。また、同様に、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂの出力の合計値が一定であり、環境温度の変化によってフォトダイオードの出力が変化した場合にも補正を容易に行うことが可能である。

本実施形態の場合も上記第１の実施形態と同様に、２つの回転検出素子５２ａ，５２ｂは回転軸５０を挟んで径方向に対向する位置に設けられる。このため、投射光照射部５３ａ，５３ｂが離れた互いに離れた位置に設けられるため、回転検出素子５２ａ，５２ｂの投射光が干渉して誤差として検出されるおそれがなく、また、半径方向の小型化も可能である。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第３の実施形態であるデジタルカメラを説明する。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、図に同一符号を付してその説明を省略する。

回転角度検出装置の実際の構成では、回転検出素子５２ａがカメラ本体１に固定されている。そして、回転検出対象部５１が回転検出素子５２ａに対して回転するように動作するが、図７では、回転検知対象部５１に対して回転検出素子５２ａ、つまり投射光照射部５３ａが相対的に移動したとして説明する。なお、本実施形態では、回転検出素子５２ａ，５２ｂのうち、回転検出素子５２ａについて説明するが、回転検出素子５２ｂについても同様である。

図７（ａ）は、回転検出対象部５１が無限回転した場合に、外側スケール５１ａとベース部材５１ｃが連続的に続いている様子を回転検出素子５２ａから見た模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の各回転角度に回転検出素子５２ａが位置した場合の回転検出素子５２ａの出力を模式的に示す図である。

図７（ｃ）は、図７（ａ）における外側スケール５１ａが不連続に切り替わるスケールの端部（以下、検出端部という。）での外側スケール５１ａと投射光照射部５３ａの挙動を表したものであり、図７（ａ）におけるＡ部の詳細図である。図７（ｄ）は、図７（ｃ）の各回転角度における回転検出素子５２ａの出力を模式的に示す図である。

図７（ａ）に示すように、回転検出対象部５１は、その構造上、３６０度以上回転動作を行うと、検出パターンのつなぎ目が存在してしまう。したがって、操作ダイアル１０が無限に回転する場合、外側スケール５１ａは、１回転ごとに同じパターンが続いている構成となる。したがって、図７（ｂ）の波形６０に示すように、回転検出素子５２ａの出力に関しても、同じようなパターンが繰り返されるようになっている。

図７（ｂ）において、矢印６１は回転検出素子５２ａの中心、つまり、投射光照射部５３ａが外側スケール５１ａの検出端部から１回転後の検出端部まで相対的に移動した際の回転角度を表しており、３６０度の回転角度を表している。矢印６１で表された区間において、矢印６２の区間は回転角度に対して回転検出素子５２ａの出力が一義に決まる区間であるが、矢印６３及び矢印６４で表される区間では、区間６２において出力される信号と、同じ信号が出力される可能性がある。これは、投射光照射部５３ａがある大きさを持っていることが原因となるが、その詳細について図７（ｃ）を用いて説明する。

図７（ｃ）において、矢印６８は、投射光照射部５３ａが動く方向を表している。位置６５は、検出スケールの端部に投射光照射部５３ａの紙面右側の端が接したときの投射光照射部５３ａの位置を示し、位置６６は、検出スケールの端部と投射光照射部５３ａの中心が一致したときの投射光照射部５３ａの位置を示している。位置６７は、検出スケールの端部に投射光照射部５３ａの紙面左側の端が接したときの投射光照射部５３ａの位置を示している。

また、直径ｄは、投射光照射部５３ａの直径を示し、直径Ｄは、回転軸５０を中心とする検出スケールの直径（回転軸５０から外側スケール５１ａの中心までを半径とする）を示している。図７（ｂ）で説明したように、投射光照射部５３ａにはその大きさ（直径ｄ）があるため、検出端部に投射光照射部５３ａがかかり始めてから完全に通り過ぎるまでには回転検出素子５２ａの出力が変化する。

図４で説明した場合と同様に、回転検出素子５２ａの出力を、外側スケール５１ａと投射光照射部５３ａの重なった面積として考えると、投射光照射部５３ａが矢印６８のように移動して行く際には、投射光照射部５３ａの位置６５において出力が一番小さくなる。その後、投射光照射部５３ａの位置６６において、出力は最大値と最小値のちょうど中間の値をとり、投射光照射部５３ａの位置６７において最大となるように変化していく。

図７（ｄ）において、回転角度７１が投射光照射部５３ａの位置６５における回転角度を、回転角度７２が投射光照射部５３ａの位置６７における回転角度をそれぞれ示しており、その間の区間である矢印７３の範囲の回転角度における出力は連続的に変化する。

なお、出力波形は、実際には高次の多項式により表されるが、簡略化の為、図７においては線形として表している。また、矢印７３で表される検出端部における回転角度θは、投射光照射部５３ａの直径ｄ及び外側スケール５１ａの直径Ｄを用いて、次式（４）で表される。
θ＝２×Ａｒｃｓｉｎ（ｄ／Ｄ） …（４）

このように検出端部では、１回転よりも短い回転角度区間において、検出端部以外と同じ出力を行う箇所が存在するため、検出端部は回転検出素子５２ａで検知しない回転角度に設けるのが好ましい。したがって、回転検出対象部５１が無限回転を行わない場合には、回転角度を検出する必要のない非検出部に、回転検出素子５２ａの出力が最大かつ最小となる、検出端部を設けるのが好ましい。非検出部とは、ユーザの操作によって設定されることのない回転角度のことを表している。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第４の実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第４の実施形態であるデジタルカメラを説明する。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、図に同一符号を付してその説明を省略する。

従来、カメラにおいて、モードを選択する際に使用するような操作ダイアルでは、その停止した位置によって使用される機能を割り振るため、回転停止位置が定められている。また、ユーザが回転操作する際に、その停止位置をわかりやすく提示するため、ユーザにクリック感を付与するクリック機構を有するものが多く存在している。

本実施形態では、そのような回転停止位置を備えた回転角度検出装置を説明する。図８は、回転角度検出装置１０Ｃの分解斜視図である。図８では、上記第１の実施形態と異なり、回転停止位置を規制するクリック機構が設けられている。

図８において、停止位置規制部８４は、回転検知対象部５１に固定されて操作ダイアル１０と共に回転する。ボール部材８５は、回転検出素子５２ａ，５２ｂと共にカメラ本体１に固定され、停止位置規制部８４に設けられた溝にはまりこむことによって、操作ダイアル１０を停止させ、クリック感を発生する。押圧ばね８６は、停止位置規制部８４においてボール部材８５を回転軸５０の方向に押圧して停止位置を安定させる。

停止位置規制部８４において、ボール部材８５がはまり込む溝がある回転角度（以下、停止位置という。）で操作ダイアル１０の回転が停止し、それ以外の回転角度（以下、非停止位置という。）では操作ダイアル１０が安定して停止しない。

ボール部材８５が押圧ばね８６によって押圧される停止位置において、回転検出対象部５１と回転検出素子５２ａ，５２ｂはガタなく軸方向に対向する。一方で、停止位置以外の非停止位置では、回転検出対象部５１と回転検出素子５２ａ，５２ｂはガタがあるため、操作ダイアル１０の回転角度を読み取るうえで誤差が生じやすく、回転角度の誤検知を起こす可能性がある。したがって、各停止位置において回転角度検出装置１０Ｃは回転角度を読み取るのが好ましい。具体的には、停止位置規制部８４の溝にボール部材８５との接触を検知する検知手段を設け、接触を検知した際に操作ダイアル１０の回転角度を読み取る方法が考えられる。また、読み取り間隔を１秒に１回程度にすることで操作ダイアル１０の回転操作中に回転角度を読み取らないようにする方法等が考えられる。

このような構成を用いて、操作ダイアル１０の回転停止位置を規制し、検出端部を避けて回転検出素子５２ａ，５２ｂが回転角度を検出することにより、回転角度の読み間違いをなくすことが可能になる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第５の実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の回転角度検出装置を備える電子機器の第５の実施形態であるデジタルカメラを説明する。なお、上記第１及び第４の実施形態に対して重複又は相当する部分については、図に同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、停止位置規制部８４と回転検出素子５２ａ，５２ｂによる投射光照射部５３ａ，５３ｂの好ましい配置について説明する。

図９（ａ）は回転角度検出装置１０Ｄを操作ダイアル１０の裏面側から見た図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ部拡大図である。なお、図９では、停止位置規制部８４及びボール部材８５に関しては、実際には回転検出対象部５１に対して紙面手前側に配置されているが、回転検出対象部５１を見やすくするために、その外形を破線として表している。図９（ｂ）において、照射位置８９は、外側投射光照射部５３ａの検出端部前後の照射位置を表している。

図９に示すように、操作ダイアル１０は、停止位置規制部８４に設けられた溝に対してボール部材８５が押圧ばね８６によって付勢されているため、回転操作されると、停止位置規制部８４に設けられた溝の間隔毎の回転角度で停止する。

したがって、回転検出素子５２ａ，５２ｂも停止位置規制部８４に設けられた溝の間隔毎に、回転検出対象部５１に対向して相対的に停止する。つまり、操作ダイアル１０から見ると、投射光照射部５３ａ，５３ｂは停止位置規制部８４の溝の間隔毎に回転検出対象部５１上を相対的に移動していく。

図９（ｂ）を用いて、回転検出対象部５１の検出端部での投射光照射部の動きについて説明する。検出端部において、ユーザによって、操作ダイアル１０が紙面向かって反時計回りに回転操作される場合、操作ダイアル１０から見ると、位置８９ａにある投射光照射部５３ａは、図９（ｂ）の矢印の方向へ相対的に移動する。移動を開始した投射光照射部５３ａは、前述した停止位置規制部８４に設けられた溝に対応する回転角度だけ移動し、次に位置８９ｂで停止する。

このように停止位置規制部８４を用いて、停止位置規制部８４に設けられた溝（停止位置規制部８４によって決まる停止位置）の角度間隔の間に、検出スケールの検出端部の位置を設けることにより、回転角度の誤検出を行うことがなくなる。したがって、操作ダイアル１０が無限に回転する場合においても、回転角度を誤検知しない回転角度検出装置１０Ｄを提供することが可能になる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

５ カメラシステム制御部
１０ 操作ダイアル
１０Ａ 回転角度検出装置
５０ 回転軸
５１ 回転検出対象部
５１ａ 外側スケール
５１ｂ 内側スケール
５２ａ 外側回転検出素子
５２ｂ 内側回転検出素子

Claims (6)

1. 回転部材の回転軸を中心に径方向外側に設けられた外側スケールおよび径方向内側に設けられた内側スケールを少なくとも有する回転検出対象部と、
   前記回転検出対象部の径方向に互いに離間して配置され、前記外側スケールおよび前記内側スケールの回転位置を検出し、各前記回転位置に対応する信号を出力する２つの回転検出素子と、
   前記２つの回転検出素子から出力された前記信号を用いて前記回転検出対象部の回転角度を算出する制御手段と、を備え、
   前記回転位置は、前記回転検出対象部と各前記回転検出素子の相対位置ずれに応じて変化し、
   前記外側スケールおよび前記内側スケールは、前記回転部材を回転操作した際に、前記２つの回転検出素子のうち、一方の回転検出素子の出力が増加し、他方の回転検出素子の出力が減少するように設けられ、
   前記外側スケールと前記内側スケールは、互いに前記径方向に離間して設けられ、
   前記制御手段は、前記２つの回転検出素子の出力の差および合計値を用いて前記回転角度を算出し、
   前記回転検出対象部は、その回転角度のいずれかに前記２つの回転検出素子により回転角度を検出しない非検出部を有し、
   前記２つの回転検出素子の出力が最大および最小となる位置は、前記非検出部にあることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 回転部材の回転軸を中心に径方向外側に設けられた外側スケールおよび径方向内側に設けられた内側スケールを少なくとも有する回転検出対象部と、
   前記回転検出対象部の径方向に互いに離間して配置され、前記外側スケールおよび前記内側スケールの回転位置を検出し、各前記回転位置に対応する信号を出力する２つの回転検出素子と、
   前記２つの回転検出素子から出力された前記信号を用いて前記回転検出対象部の回転角度を算出する制御手段と、
   前記回転部材を回転操作する際にクリック感を発生させて前記回転部材を停止位置に規制するクリック機構と、を備え、
   前記回転位置は、前記回転検出対象部と各前記回転検出素子の相対位置ずれに応じて変化し、
   前記外側スケールおよび前記内側スケールは、前記回転部材を回転操作した際に、前記２つの回転検出素子のうち、一方の回転検出素子の出力が増加し、他方の回転検出素子の出力が減少するように設けられ、
   前記外側スケールと前記内側スケールは、互いに前記径方向に離間して設けられ、
   前記制御手段は、前記２つの回転検出素子の出力の差および合計値を用いて前記回転角度を算出し、
   前記制御手段は、前記回転検出素子の出力のうち前記停止位置で得られた出力を用いて前記回転角度を算出することを特徴とする回転角度検出装置。
3. 回転部材の回転軸を中心に径方向外側に設けられた外側スケールおよび径方向内側に設けられた内側スケールを少なくとも有する回転検出対象部と、
   前記回転検出対象部の径方向に互いに離間して配置され、前記外側スケールおよび前記内側スケールの回転位置を検出し、各前記回転位置に対応する信号を出力する２つの回転検出素子と、
   前記２つの回転検出素子から出力された前記信号を用いて前記回転検出対象部の回転角度を算出する制御手段と、
   前記回転部材を回転操作する際に前記回転部材を停止位置に規制する停止位置規制機構と、を備え、
   前記回転位置は、前記回転検出対象部と各前記回転検出素子の相対位置ずれに応じて変化し、
   前記外側スケールおよび前記内側スケールは、前記回転部材を回転操作した際に、前記２つの回転検出素子のうち、一方の回転検出素子の出力が増加し、他方の回転検出素子の出力が減少するように設けられ、
   前記外側スケールと前記内側スケールは、互いに前記径方向に離間して設けられ、
   前記制御手段は、前記２つの回転検出素子の出力の差および合計値を用いて前記回転角度を算出し、
   前記制御手段は、前記回転検出素子の出力のうち前記停止位置で得られた出力を用いて前記回転角度を算出し、
   前記停止位置に規制されている前記回転部材の回転位置は、前記２つの回転検出素子の出力が最大かつ最小になる回転位置ではないことを特徴とする回転角度検出装置。
4. 前記２つの回転検出素子は、前記回転検出対象部の径方向に関して前記回転軸を間に挟んで反対の位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
5. 前記２つの回転検出素子は、前記回転検出対象部の周方向に関して同位相に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転角度検出装置を備えることを特徴とする電子機器。

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