JP2006194774A - 絶対角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分解能が１．５度以下で、しかも３６０度の区切りの良い公約数となる多回転体に適用可能な絶対角検出装置を提供する。
【解決手段】絶対角検出装置を、ステアリングシャフトＡにより回転される回転ディスク１と、回転ディスク１に設けられたコードパターン列２，３と、コードパターン列２，３に対向して配置された複数個の検出素子４〜８，１１〜１３と、ステアリングシャフトＡに固着された溝付き円筒体１７と、溝付き円筒体１７の外周面に形成された螺旋状案内溝１７ａに操作子１８ａが係合された位置検出器１８とを含んで構成する。複数個の検出素子４〜８，１１〜１３から供給される複数個のコード符号の組合せにより得られるグレイコードを循環型グレイコードとする。また、位置検出器１８から供給される操作子１８ａの移動位置に応じた信号に基づいてステアリングシャフトＡの１回転以上の回転量を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、絶対角検出装置に係り、特に、グレイコードを用いて多回転体の絶対角を検出する絶対角検出装置に関する。

従来より、自動車のステアリングシャフトと車体との間に絶対角検出装置を備え、絶対角検出装置にて検出されたステアリングホイールの操舵角度、操舵速度及び操舵方向等に基づいてサスペンションの減衰力制御やオートマチックトランスミッションのシフトポジション制御それに四輪操舵車における後輪の操舵制御などを行う技術が知られている。ステアリングシャフトは、ニュートラル位置から右方向及び左方向にそれぞれ２乃至３回転するように構成された多回転体であるので、その操舵角度等の検出には、１回転以上の絶対角を検出可能な絶対角検出装置を必要とする。

絶対角を一定の分解能で検出する装置としては、ＢＣＤコードを用いる装置、Ｍ系列コードを用いる装置及びグレイコードを用いる装置などが従来より知られているが、中でもグレイコードを用いる装置は、連鎖するグレイコードの各ステップの前後におけるビットの変化が常に１カ所であるように変化するものであり、読み出し用のタイミングパルスが不要であるため高分解能化に有利であり、最も一般的に用いられている。

自動車用の絶対角検出装置では、ステアリングシャフトの可動角度（±７２０度〜±１０８０度）をセクタと呼ばれる一定の角度範囲に分割し、各セクタ内において一定の分解能でグレイコードを割り当てるのが一般的である。１セクタを何度にするかは、セクタ検出方式の精度や出力ビット数によって決定されるが、３６０度または１８０度に設定されることが多い。

また、自動車用の絶対角検出装置は、サスペンションや車輪などの保安装置の制御に適用されるものであるので、高精度の制御を実現するため、０．５度乃至２度程度の高い分解能を有していることが要求される。と共に、ステアリングシャフトがニュートラル位置から左右両方向にそれぞれ２〜３回転する際の絶対角を検出できることが要求される。

従来より、この種の絶対角検出装置としては、回転ディスクに３列のコードパターン列を形成し、各コードパターン列に合計９個の検出素子を対向に配置して、１セクタが３６０度で分解能１．１２５度を実現するか、回転ディスクに２列のコードパターン列を形成し、各コードパターン列に合計１０個の検出素子を対向に配置して、１セクタが３６０度で分解能０．９度を実現したもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。そして、この種の絶対角検出装置は、１回転以上の絶対角を検出するために、公知の種々の減速機構を適宜組み合わせて構成される。
特開２０００−２８３９６号公報（図１〜図４）

ところで、自動車用絶対角検出装置においては、単に高分解能であるだけでは足りず、各種制御装置における検出信号の取り扱いを容易なものにするため、分解能を２．０度、１．５度、１．０度、０．５度などの３６０度の公約数に当たる区切りの良い値にすることが強く求められている。

しかるに、公知例に係る絶対角検出装置では、分解能を２．０度、１．５度、１．０度、０．５度などの３６０度の公約数に当たる区切りの良い値にすることが不可能であり、前述の要求を満たすことができない。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分解能が１．５度以下で、しかも３６０度の区切りの良い公約数となる多回転体の絶対角検出装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、絶対角検出装置を、回転体に回転可能に保持された回転ディスクと、該回転ディスクの回転中心を中心とする円周上に設けられたコードパターン列と、該コードパターン列に対向して配置され複数個のコード符号を検出する複数個の検出素子と、該複数個の検出素子から供給される前記複数個のコード符号をそれぞれ前記回転ディスクの回転角度に変換する変換手段と、前記回転体に設けられた螺旋状案内部と、螺旋状案内部に係合する操作子を備える位置検出器とを有し、前記複数個の検出素子から供給される複数個のコード符号の組合せにより得られるコード列を組み合わせて、１セクタ内で隣接するコード列が１ビットずつ変化しており、かつ前記１セクタの最初のコード列と最後のコード列とが１ビット変化するように設定されたグレイコードを生成し、前記回転ディスクの１回転内の絶対角を検出すると共に、前記位置検出器から供給される前記操作子の移動位置に応じた信号に基づいて前記回転ディスクの１回転以上の回転量を検出するという構成にした。

このように、複数個の検出素子からそれぞれ供給される複数個のコード符号の組合せにより得られる各コード列を組み合わせて循環型グレイコードとすることで、分解能が１．５度以下であり、かつ３６０度の公約数である絶対角検出装置を実現できる。また、螺旋状案内部及び該螺旋状案内部に操作子が係合された位置検出器を有するため、回転ディスクの１回転以上の回転量を検出することができるので、例えばステアリングシャフトなどの多回転体の絶対角検出を行うことができる。なお、検出素子数は、循環型グレイコードの数がインクリメンタル型の信号として得ることのできるコード数よりも多く設定し、高分解能の絶対角検出を実現するためには７個以上とすることが好ましい。換言するなら、その合計数が６個以下であると、インクリメンタル型信号として得られるコード数の数と同程度となり、循環型グレイコードを用いた高分解能の絶対角検出を行う上での有効性がなくなる。

また、本発明は、位置検出器として回転体の回転軸に沿って直線的に往復動する位置検出器を用い、位置検出器を回転体に設けた螺旋状案内部と対向に配置するという構成にした。

このように、回転体に設けた螺旋状案内部と対向に位置検出器を配置すると、絶対角検出装置の構成を簡略化することができる。

また、本発明は、コードパターン列が回転ディスクに形成された突起群からなり、回転ディスクの回転中心を中心とする円周上に同心円状に２列以上形成されているという構成にした。

このように、コードパターン列を同心円状に２列以上形成すると、必要なコードパターン列を１列に形成した場合に比べて検出素子間の距離を大きくとることができるため、検出素子の配置の自由度が大きくなり、絶対角検出装置の径方向のサイズを小型化することができる。

また、本発明は、前記コードパターン列は、第１コードパターン列と第２コードパターン列とからなり、前記複数個の検出素子は、前記第１コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第１検出素子群と前記第２コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第２検出素子群とからなり、前記第１検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、前記第２検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、前記第１コードパターン列は、前記第１検出素子群から供給される前記第１検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せによるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成され、前記第２コードパターン列は、前記第２検出素子群から供給される前記第２検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せにより得られるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成されているという構成にした。

かかる構成により、第１検出素子群から供給されるコード列及び第２検出素子群から供給されるコード列に循環性を与えることができ、しかも分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。

また、本発明は、前記第１検出素子群を５個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、６個の５ビットコード列の組合せからなる６ステップの循環型コードになっているという構成にした。

かかる構成により、コードパターン列の数が２列、検出素子の数が８個で、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。

また、本発明は、前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られる５ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記５ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されるという構成にした。

かかる構成により、同一の５ビットコード列が繰り返された場合にも、２列のコード列の循環性を確保することができ、検出素子の数を８個として、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。

また、本発明は、前記５ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てるという構成にした。

かかる構成により、１セクタとして設定された角度に応じて、分解能を１．５度、１．０度、０．７５度、０．６度又は０．５度とすることができる。

また、本発明は、前記５ビットコード列の組合せが、（１００００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１１１０）、（１１０１０）、（１１０００）であるという構成にした。

これら６個の５ビットコード列は、いずれもどの桁から読み始めても同じコードが表れないので、これら６個の５ビットコード列を組み合わせることにより、循環型グレイコードを作ることができる。

また、本発明は、前記第１検出素子群を６個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記再１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、８個の６ビットコード列の組合せよりなる８ステップの循環型コードになっているという構成にした。

かかる構成により、コードパターン列の数が２列、検出素子の数が９個で、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。

また、本発明は、前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られる６ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記６ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されるという構成にした。

かかる構成により、同一の６ビットコード列が繰り返された場合にも、２列のコード列の循環性を確保することができ、検出素子の数を９個として、分解能を１．５度以下で３６０度の区切りの良い公約数にすることができる。

また、本発明は、前記６ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てるという構成にした。

かかる構成により、１セクタとして設定された角度に応じて、分解能を１．５度、１．０度、０．７５度、０．６度又は０．５度とすることができる。

また、本発明は、前記６ビットコード列の組合せが、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１００）、（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）から選択される８個の６ビットコード列の組合せからなるという構成にした。

前掲の１１個の６ビットコード列は、いずれもどの桁から読み始めても同じコードが表れないので、これら１１個の６ビットコード列から選択される８個の６ビットコード列を組合せて８個の６ビットコード列を利用することにより、循環型グレイコードを作ることができる。

本発明の絶対角検出装置は、複数個の検出素子からそれぞれ供給される複数個のコード符号の組合せにより得られる各コード列を組み合わせて循環型グレイコードを生成し、これに基づいて回転体の絶対角を検出するので、分解能が１．５度以下であり、かつ３６０度の公約数である絶対角検出装置を実現できる。また、回転体に形成された螺旋状案内部及び螺旋状案内部に係合された操作子を有する位置検出器を備えるので、回転ディスクの１回転以上の回転量を検出することができ、例えばステアリングシャフトなどの多回転体の絶対角検出を行うことができる。

以下、本発明に係る絶対角検出装置の実施形態を、各実施形態ごとに項を分けて説明する。

〈第１実施形態〉
まず、本発明に係る絶対角検出装置の第１例を図１乃至図５に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る絶対角検出装置に備えられる回転ディスク及び検出素子群を示す平面図、図２は第１実施形態に係る絶対角検出装置に備えられる溝付き円筒体及び位置検出器を示す断面図、図３は第１実施形態に係る絶対角検出装置に備えられる溝付き円筒体及び位置検出器の操作子並びに線バネを示す平面図、図４は第１実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図、図５は第１実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図である。

図１乃至図３に示すように、本例の絶対角検出装置は、ニュートラル位置から左右両方向に１回転以上回転する回転体としてのステアリングシャフトＡに一体的に取り付けられる回転ディスク１と、回転ディスク１の表面側に突設された突起群よりなるコードパターン列としての第１コードパターン列２及び第２コードパターン列３と、第１コードパターン列２に対向して等間隔に配置された５個の検出素子４，５，６，７，８よりなる第１検出素子群１０と、第２コードパターン列３に対向して等間隔に配置された３個の検出素子１１，１２，１３よりなる第２検出素子群１４と、第１検出素子群１０から供給される５個のコード符号及び第２検出素子群１４から供給される３個のコード符号を回転ディスク１の回転角度に変換する変換手段１５と、前記各検出素子４〜８，１１〜１３及び変換手段１５を実装する回路基板１６と、ステアリングシャフトＡと同心に配置された溝付き円筒体１７と、溝付き円筒体１７の外周面に形成された螺旋状案内部としての螺旋状案内溝１７ａと、螺旋状案内溝１７ａ内に先端部が挿入され、溝付き円筒体１７の回転に伴って往復直線運動をする操作子１８ａを有する位置検出器としてのリニア型ポテンショメータ１８と、リニア型ポテンショメータ１８を実装する回路基板１９と、操作子１８ａと自動車の車体などの固定側から延出されたベース部材Ｂに設けられたストッパ部材Ｃとの間に張設された線バネ２０とを備えている。

第１コードパターン列２及び第２コードパターン列３は、回転ディスク１の回転中心Ｏを中心とする円周上に１セクタが１８０度となるように配置される。検出素子４〜８，１１〜１３としては、発光素子と受光素子とが一体に組み合わされたフォトインタラプタが用いられる。

変換手段１５は、各検出素子４〜８，１１〜１３によって検出されたコード符号を回転ディスク１の回転角度に変換するものであって、半導体集積回路等をもって構成される。

第１検出素子群１０を構成する５個の検出素子４〜８は、３６度ピッチで第１コードパターン列２に対向して配置され、第２検出素子群１４を構成する３個の検出素子１１〜１３は、６０度ピッチで第２コードパターン列３に対向して配置される。

第１コードパターン列２は、どの桁から読み始めても同じコードが現れない６個の５ビットコード列、即ち、（１００００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１１１０）、（１１０１０）、（１１０００）を組合せた６ステップの循環型コードになっている。

なお、分解能が１．５度である場合、６個の５ビットコード列を組み合わせただけでは９度分のコード列しか作れず、２７度分（１８ステップ分）の５ビットコード列が不足する。そこで、６ステップの５ビットコード列をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとし、これら６ステップの５ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの繰り返し回数をｎ_Ａ，ｎ_Ｂ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｄ，ｎ_Ｅ，ｎ_Ｆとしたとき、ｎ_Ａ＋ｎ_Ｂ＋ｎ_Ｃ＋ｎ_Ｄ＋ｎ_Ｅ＋ｎ_Ｆ＝２４となる所定の繰り返し回数で６個の５ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを繰り返し、３６度分（２４ステップ分）のコード列を作る。これによって、第１検出素子群１０から供給される５個の符号の組合せにより得られるコードは、回転ディスク１が３６度回転するごとにコード列の桁が１ビットずつ移動する。

６個の５ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの繰り返し回数ｎ_Ａ，ｎ_Ｂ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｄ，ｎ_Ｅ，ｎ_Ｆは、ｎ_Ａ＋ｎ_Ｂ＋ｎ_Ｃ＋ｎ_Ｄ＋ｎ_Ｅ＋ｎ_Ｆ＝２４という制約からは、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｂ＝ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｄ＝ｎ_Ｅ＝ｎ_Ｆ＝４とすることもできるし、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｄ＝５、ｎ_Ｂ＝ｎ_Ｅ＝４、ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｆ＝３とすることもできるし、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｄ＝７、ｎ_Ｂ＝ｎ_Ｅ＝４、ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｆ＝１とすることもできるし、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｂ＝５、ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｄ＝４、ｎ_Ｅ＝ｎ_Ｆ＝３とすることもできる。但し、５ビット側の検出素子の１つが破損した場合のフェールセーフを考えると、各ビットコード列の繰り返し回数は、できるだけ同じ数か近い数であることが好ましい。また、最後の組合せ、即ち、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｂ＝５、ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｄ＝４、ｎ_Ｅ＝ｎ_Ｆ＝３は、５ビット側のコード列を３６度ごとに桁が移動する循環型コードとし、３ビットコードが４０ステップごとに１桁ずつ移動させることにより８ビットのコード列を全体としてグレイコードにしなくてはならないという制約をクリアできず、採用することができない。かかる観点より、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｂ＝ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｄ＝ｎ_Ｅ＝ｎ_Ｆ＝４とすることが特に好ましい。この場合には、図５に示すように、１セクタ内において最大１．５度×４＝６度で誤りを認識できるので、故障時の絶対角検出装置の安全性、信頼性を高いものにすることができる。

第２コードパターン列３は、第２検出素子群１４から供給される３個の符号の組合せにより得られる３ビットコード列の桁が、第１検出素子群１０から供給される５個の符号の組合せにより得られる５ビットコード列の繰り返し位置ごとに１ビットずつ移動するように、また、回転ディスク１が４０ステップ分に相当する６０度回転するごとに１ビットずつ移動するように構成される。これにより、５ビットコード列を繰り返しても全体として８ビットのグレイコーを成立させることができるので、１セクタにわたって１．５度の分解能を維持することができる。

図４に、第１実施形態例に係る絶対角検出装置の１セクタ分のグレイコードパターンの一例を示す。この図において、ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ＋４）は第１検出素子群１０を構成する５個の検出素子４〜８がそれぞれ検出する符号、ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ＋２）は第２検出素子群１４を構成する３個の検出素子１１〜１３がそれぞれ検出する符号を示している。この表図から明らかなように、第１実施形態例に係る絶対角検出装置は、第１検出素子群１０から供給される５個の符号の組合せにより得られるグレイコード及び第２検出素子群１４から供給される３個の符号の組合せにより得られるコードが、分解能１．５度の循環型コードになっている。

溝付き円筒体１７は、ステアリングシャフトＡを貫通可能な内径を有し、外面に螺旋状案内溝１７ａが一定ピッチで形成された円筒形に形成されており、ステアリングシャフトＡの外周部にそれと同心に配置される。なお、この溝付き円筒体１７は、ステアリングシャフトＡに固着し、ステアリングシャフトＡと一体に回転させることもできるし、ステアリングシャフトＡと非接触に配置し、ステアリングシャフトＡの上端部に取り付けられるステアリングホイールのハブ部によって回転させることもできる。いずれの場合にも、溝付き円筒体１７はステアリングシャフトＡと一体に回転する。螺旋状案内溝１７ａは、操作子１８ａの先端部を挿入可能な幅及び深さに形成され、そのターン数は、少なくともステアリングシャフト１の総回転数以上に調整される。

リニア型ポテンショメータ１８は、図２に示すように、回路基板１９に取り付けられ、操作子１８ａの駆動方向が溝付き円筒体１７の中心軸方向になるように配置される。溝付き円筒体１７に対するリニア型ポテンショメータ１８の設定は、ステアリングシャフトＡのニュートラル位置において、リニア型ポテンショメータ１８の駆動範囲の中央部に操作子１８ａが位置付けられ、かつ螺旋状案内溝１７ａの中央部に位置付けられて、右転時の回転検出と左転時の回転検出とを等分に行えるように調整される。線バネ２０は、操作子１８ａとベース部材Ｂに設けられたストッパ部材Ｃとの間に張設されており、操作子１８ａを常時螺旋状案内溝１７ａの一方の壁面に圧接している。これにより、回転ディスク１の回転方向が切り換えられた場合にも、バックラッシュの発生が防止され、正確な位置信号を検出することができる。また、ステアリングシャフトＡ（溝付き円筒体１７）が回転操作されると、リニア型ポテンショメータ１８の操作子１８ａは、螺旋状案内溝１７ａに沿って摺動され、ステアリングシャフトＡ（溝付き円筒体１７）の回転量に比例した距離だけステアリングシャフトＡ（溝付き円筒体１７）の中心軸方向に移動する。したがって、当該リニア型ポテンショメータ１８の出力変化より、ニュートラル位置からの粗い絶対回転角を検出することができる。

なお、前記第１実施形態においては、操作子１８ａとベース部材Ｂに設けられたストッパ部材Ｃとの間に線バネ２０を張設したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、リニア型ポテンショメータ１８の内部に備えられた図示しない弾性体により操作子１８ａを一方向に付勢し、操作子１８ａを常時螺旋状案内溝１７ａの一方の壁面に圧接させるようにすることもできる。

本例の絶対角検出装置は、第１検出素子群１０から供給される５個のコード符号の組合せにより得られるコード列と第２検出素子群１４から供給される３個のコード符号の組合せにより得られるコード列とを組み合わせて、１セクタ内で隣接するコード列が１ビットずつ変化しており、かつ１セクタの先端のコード列と最後のコード列とが１ビット変化するように設定された循環型グレイコードを出力するので、分解能が１．５度以下で、かつ３６０度の公約数である絶対角検出装置を実現することができる。また、溝付き円筒体１７に形成された螺旋状案内溝１７ａ及び当該螺旋状案内溝１７ａに操作子１８ａが係合されたリニア型ポテンショメータ１８を備えるので、ステアリングシャフトＡの１回転以上の回転量を検出することができ、多回転体であるステアリングシャフトＡの絶対角検出を行うことができる。また、溝付き円筒体１７に設けた螺旋状案内溝１７ａと対向に位置検出器であるリニア型ポテンショメータ１８を配置したので、絶対角検出装置の構成を簡略化することができる。さらに、第１及び第２のコードパターン列２，３を同心円状に形成したので、必要なコードパターン列を１列に形成した場合に比べて検出素子間の距離を大きくとることができ、検出素子の配置の自由度が大きくなって絶対角検出装置の径方向のサイズを小型化することができる。

〈第２実施形態〉
次に、本発明に係る絶対角検出装置の第２例を図６乃至図８に基づいて説明する。図６は第２実施形態に係る絶対角検出装置の平面図、図７は第２実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図、図８は第２実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図である。これらの図から明らかなように、本例の絶対角検出装置は、循環型グレイコードを得るためのコードパターン列と検出素子群の配列を変更したことを特徴とする。

本例の絶対角検出装置は、図５に示すように、ステアリングシャフトＡに取り付けられる第１回転ディスク３１と、回転ディスク３１の表面側に突設された突起群よりなる第１コードパターン列３２及び第２コードパターン列３３と、第１コードパターン列３２に対向して等間隔に配置された６個の検出素子３４，３５，３６，３７，３８，３９よりなる第１検出素子群４０と、第２コードパターン列３３に対向して等間隔に配置された３個の検出素子４１，４２，４３よりなる第２検出素子群４４と、第１検出素子群４０から供給される６個のコード符号及び第２検出素子群４４から供給される３個のコード符号を回転ディスク３１の回転角度に変換する変換手段４５と、各検出素子３４〜３９，４１〜４３及び変換手段４５を実装する回路基板４６とを備えている。

第１コードパターン列３２及び第２コードパターン列３３は、回転ディスク３１の回転中心Ｏを中心とする円周上に１セクタが１８０度となるように配置される。検出素子３４〜３９，４１〜４３としては、発光素子と受光素子とが一体に組み合わされたフォトインタラプタが用いられる。

変換手段４５は、各検出素子３４〜３９，４１〜４３によって検出されたコード符号を回転ディスク３１の回転角度に変換するものであって、半導体集積回路等をもって構成される。

第１検出素子群４０を構成する６個の検出素子３４〜３９は、３０度ピッチで第１コードパターン列３２に対向して配置され、第２検出素子群４４を構成する３個の検出素子４１〜４３は、６０度ピッチで第２コードパターン列３３に対向して配置される。

第１コードパターン列３２は、どの桁から読み始めても同じコードが現れない９個の６ビットコード列、即ち、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１００）、（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）より選択される８個の６ビットコード列を組合せた８ステップの循環型コードになっている。

なお、分解能が１．５度である場合、８個の６ビットコード列を組み合わせただけでは１２度分のコード列しか作れず、１８度分（１２ステップ分）の６ビットコード列が不足する。そこで、選択された８個の６ビットコード列をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈとし、これら８個の６ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの繰り返し回数をｎ_Ａ，ｎ_Ｂ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｄ，ｎ_Ｅ，ｎ_Ｆ，ｎ_Ｇ，ｎ_Ｈとしたとき、ｎ_Ａ＋ｎ_Ｂ＋ｎ_Ｃ＋ｎ_Ｄ＋ｎ_Ｅ＋ｎ_Ｆ＋ｎ_Ｇ＋ｎ_Ｈ＝２０となる所定の繰り返し回数で８個の６ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを繰り返し、３０度分（２０ステップ分）のコード列を作る。これによって、第１検出素子群４０から供給される６個の符号の組合せにより得られるコードは、回転ディスク３１が３０度回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動する。

８個の６ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの繰り返し回数ｎ_Ａ，ｎ_Ｂ，ｎ_Ｃ，ｎ_Ｄ，ｎ_Ｅ，ｎ_Ｆ，ｎ_Ｇ，ｎ_Ｈは、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｅ＝ｎ_Ｇ＝４、ｎ_Ｂ＝ｎ_Ｄ＝ｎ_Ｆ＝ｎ_Ｈ＝１とすることもできるし、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｅ＝ｎ_Ｇ＝３、ｎ_Ｂ＝ｎ_Ｄ＝ｎ_Ｆ＝ｎ_Ｈ＝２とすることもできる。また、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｅ＝５、ｎ_Ｂ＝ｎ_Ｃ＝ｎ_Ｆ＝ｎ_Ｇ＝２、ｎ_Ｄ＝ｎ_Ｈ＝１とすることもできる。但し、第１検出素子群４０を構成する６個の検出素子３４〜３９の１つが破損した場合のフェールセーフを考えると、各ビットコード列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの繰り返し回数は、できるだけ同じ数か近い数にし、最大繰り返し数を小さくすることが好ましく、かかる観点より、ｎ_Ａ＋ｎ_Ｂ＋ｎ_Ｃ＋ｎ_Ｄ＋ｎ_Ｅ＋ｎ_Ｆ＋ｎ_Ｇ＋ｎ_Ｈ＝２０で、ｎ_Ａ〜ｎ_Ｈを２又は３とすることが特に好ましい。この場合には、図８に示すように、１セクタ内において最大１．５度×３＝４．５度で誤りを認識できるので、故障時の絶対角検出装置の安全性、信頼性を高いものにすることができる。

第２コードパターン列３３は、第２検出素子群４４から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットコード列の桁が、第１検出素子群４０から供給される６個のコード符号の組合せにより得られる６ビットコード列の繰り返し位置ごとに１桁ずつ移動するように、また、回転ディスク３１が４０ステップ分に相当する６０度回転するごとに１桁ずつ移動するように構成される。これにより、６ビットコード列を繰り返しても全体として９ビットのグレイコードを成立させることができるので、１セクタにわたって１．５度の分解能を維持することができる。

図７に、第２実施形態例に係る絶対角検出装置の１セクタ分のグレイコードパターンの一例を示す。この図において、ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＣ（ｎ＋５）は第１検出素子群４０を構成する６個の検出素子３４〜３９がそれぞれ検出する符号、ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ）〜ｓｉｇｎａｌＤ（ｎ＋２）は第２検出素子群４４を構成する３個の検出素子４１〜４３がそれぞれ検出する符号を示している。この表図から明らかなように、第２実施形態例に係る絶対角検出装置は、第１検出素子群４０から供給される６個の符号の組合せにより得られるコード及び第２検出素子群４４から供給される３個の符号の組合せにより得られるグレイコードが、分解能１．５度の循環型コードになっている。

その他の部分については、第１実施形態に係る絶対角検出装置と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。本例の絶対角検出装置も、第１実施形態に係る絶対角検出装置と同様の効果を有する。

以下、本発明に係る絶対角検出装置の他の実施例を列挙する。

（１）前記各実施形態例においては、１セクタを１８０度としたが、１セクタを１２０度、９０度、７２度、６０度とすれば、それぞれ分解能を１．０度、０．７５度、０．６度、０，５度とすることができ、取り扱いやすく区切りの良い数値にすることができる。

（２）前記各実施形態例においては、第１検出素子群を構成する複数個の検出素子と第２検出素子群を構成する複数個の検出素子との合計数が８個の場合と９個の場合について述べたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、実現すべき分解能、絶対角検出装置の大きさ及びコストなどに応じて、その合計数を７個、１０個、１２個などに適宜設定することができる。但し、それらの検出素子の合計数を８個又は９個に設定すると、検出素子数をいたずらに増やすことなく高分解能の絶対角検出装置を実現できるので、安いコストでかつ小型の絶対角検出装置を実現できて好ましい。

（３）前記各実施形態においては、コードパターン列を回転ディスク１，３１に設けられた突起にて形成したが、これに代えて透孔や切り欠き、それに光学パターン又は磁気パターン若しくは抵抗体パターンなどをもって構成することもできる。検出素子は、コードパターン列の構成に応じて選択され、コードパターン列が突起、透孔又は切り欠きなどの光学パターンからなる場合にはフォトインタラプタ、コードパターン列が磁気パターンからなる場合には磁気検出素子、コードパターン列が抵抗体パターンからなる場合には集電ブラシが備えられる。

（４）前記各実施形態においては、ステアリングシャフトＡの回転数を検出する位置検出器としてポテンショメータを用いたが、これに代えて光学式或いは磁気式の位置検出器を用いることもできる。

（５）前記各実施形態においては、螺旋状案内部として螺旋状案内溝１７ａを形成したが、操作子の形状によっては、螺旋状案内部として螺旋状案内突起を形成することもできる。

第１実施形態に係る絶対角検出装置に備えられる回転ディスク及び検出素子群を示す平面図である。 第１実施形態に係る絶対角検出装置に備えられる溝付き円筒体及び位置検出器を示す断面図である。 第１実施形態に係る絶対角検出装置に備えられる溝付き円筒体及び位置検出器の操作子並びに線バネを示す平面図である。 第１実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図である。 第１実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図である。 第２実施形態に係る絶対角検出装置の正面図である。 第２実施形態に係る絶対角検出装置のグレイコードパターンの一例を示す表図である。 第２実施形態に係る絶対角検出装置のフェールセーフ性能を示すグラフ図である。

符号の説明

１，３１ 第１回転ディスク
２，３２ 第１コードパターン列
３，３３ 第２コードパターン列
４〜８，３４〜３９ 検出素子
１０，４０ 第１検出素子群
１１〜１３，４１〜４３ 検出素子
１４，４４ 第２検出素子群
１５，４５ 変換手段
１６，４６ 回路基板
１７ 螺旋状案内部（螺旋状案内溝）
１８ リニア型ポテンショメータ（位置検出器）
１８ａ 操作子
Ａ ステアリングシャフト（回転体）

Claims (12)

1. 回転体に回転可能に保持された回転ディスクと、該回転ディスクの回転中心を中心とする円周上に設けられたコードパターン列と、該コードパターン列に対向して配置され複数個のコード符号を検出する複数個の検出素子と、該複数個の検出素子から供給される前記複数個のコード符号をそれぞれ前記回転ディスクの回転角度に変換する変換手段と、前記回転体に設けられた螺旋状案内部と、該螺旋状案内部に係合する操作子を備える位置検出器とを有し、
   前記複数個の検出素子から供給される複数個のコード符号の組合せにより得られるコード列を組み合わせて、１セクタ内で隣接するコード列が１ビットずつ変化しており、かつ前記１セクタの最初のコード列と最後のコード列とが１ビット変化するように設定されたグレイコードを生成し、前記回転ディスクの１回転内の絶対角を検出すると共に、
   前記位置検出器から供給される前記操作子の移動位置に応じた信号に基づいて前記回転ディスクの１回転以上の回転量を検出することを特徴とする絶対角検出装置。
2. 前記位置検出器として前記操作子が前記回転体の回転軸に沿って直線的に往復動する位置検出器を用い、当該位置検出器を前記回転体の前記螺旋状案内部と対向に配置したことを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
3. 前記コードパターン列が前記回転ディスクに形成された突起群からなり、前記回転ディスクの回転中心を中心とする円周上に同心円状に２列以上形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶対角検出装置。
4. 前記コードパターン列は、第１コードパターン列と第２コードパターン列とからなり、前記複数個の検出素子は、前記第１コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第１検出素子群と前記第２コードパターン列に対向して等間隔に配置された複数個の検出素子よりなる第２検出素子群とからなり、
   前記第１検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、前記第２検出素子群を構成する複数個の検出素子は、前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数で除算した角度のピッチで配置され、
   前記第１コードパターン列は、前記第１検出素子群から供給される前記第１検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せによるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第１検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成され、前記第２コードパターン列は、前記第２検出素子群から供給される前記第２検出素子群を構成する検出素子の数に応じた数のコード符号の組合せにより得られるコード列が前記回転ディスクが前記１セクタとして設定された角度を前記第２検出素子群を構成する検出素子の数と予め定められた所望の分解能の角度とで除算した商として求められるステップ数に相当する角度だけ回転するごとにコード列の桁が１桁ずつ移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の絶対角検出装置。
5. 前記第１検出素子群を５個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、６個の５ビットコード列の組合せからなる６ステップの循環型コードになっていることを特徴とする請求項４に記載の絶対角検出装置。
6. 前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される５個のコード符号の組合せにより得られる５ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記５ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されることを特徴とする請求項５に記載の絶対角検出装置。
7. 前記５ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てたことを特徴とする請求項６に記載の絶対角検出装置。
8. 前記５ビットコード列の組合せが、（１００００）、（１０１００）、（１１１００）、（１１１１０）、（１１０１０）、（１１０００）であることを特徴とする請求項７に記載の絶対角検出装置。
9. 前記第１検出素子群を６個の検出素子で構成すると共に前記第２検出素子群を３個の検出素子で構成し、前記再１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られるコード列が、８個の６ビットコード列の組合せよりなる８ステップの循環型コードになっていることを特徴とする請求項４に記載の絶対角検出装置。
10. 前記第２検出素子群から供給される３個のコード符号の組合せにより得られる３ビットのコード列は、前記第１検出素子群から供給される６個のコード符号の組合せにより得られる６ビットコード列として同一のコード列が繰り返される際には１桁ずつ変化するように設定され、前記６ビットコード列が１桁変化する際には同一の３ビットコード列を繰り返すように設定され、かつ前記３ビットコード列が４０ステップ移動するごとに１桁ずつ移動するように設定されることを特徴とする請求項９に記載の絶対角検出装置。
11. 前記６ビットコード列及び前記３ビットコード列により作成されるビットコード列を、１８０度、１２０度、９０度、７２度、６０度などの３６０度の公約数に設定された１セクタの絶対角検出用に割り当てたことを特徴とする請求項１０に記載の絶対角検出装置。
12. 前記６ビットコード列の組合せが、（１０００００）、（１１００００）、（１０１０００）、（１１１０００）、（１１０１００）、（１０１１００）、（１１１１００）、（１１１０１０）、（１１１１１０）から選択される８個の６ビットコード列の組合せからなることを特徴とする請求項１１に記載の絶対角検出装置。

Images