回転角度検出装置
【課題】検出対象である回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【解決手段】舵角センサ１１は、ステアリングシャフト１２と一体回転する外歯車１４及びこれに噛み合う内歯車１５を備えた。外歯車１４及び内歯車１５の第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａには、６つの第１及び第２検出部材２１，３１を環状に配設するとともに、これらの内側には環状の第１及び第２補助検出部材２２，３２を設けた。第１及び第２検出部材２１，３１の幅、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅を検出してこれら幅情報を含む明暗情報を出力するラインセンサ４２を、第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向して配設した。ラインセンサ４２からの明暗情報に基づき外歯車１４及び内歯車１５の単位角度範囲内における回転角度を求め、これら回転角度の組み合わせに基づき外歯車１４の絶対回転角度を算出するマイクロコンピュータ４３を備えた。
【解決手段】舵角センサ１１は、ステアリングシャフト１２と一体回転する外歯車１４及びこれに噛み合う内歯車１５を備えた。外歯車１４及び内歯車１５の第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａには、６つの第１及び第２検出部材２１，３１を環状に配設するとともに、これらの内側には環状の第１及び第２補助検出部材２２，３２を設けた。第１及び第２検出部材２１，３１の幅、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅を検出してこれら幅情報を含む明暗情報を出力するラインセンサ４２を、第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向して配設した。ラインセンサ４２からの明暗情報に基づき外歯車１４及び内歯車１５の単位角度範囲内における回転角度を求め、これら回転角度の組み合わせに基づき外歯車１４の絶対回転角度を算出するマイクロコンピュータ４３を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角度を絶対値で求める回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、車両の高機能化に伴い、車両には車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステムが搭載されつつある。これらシステムは、ステアリングの操舵角を車両の姿勢情報の一つとして取得し、その姿勢情報に基づいて車両の姿勢が安定的な状態になるように制御する。そのため、例えば車両のステアリングコラム内にはステアリングの操舵角を検出する回転角度検出装置が組み込まれている。
【０００３】
この種の回転角度検出装置としては、例えば特許文献１に示されるような構成が知られている。この回転角度検出装置は、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動歯車、及び当該主動歯車に歯合する２つの従動歯車を備えている。両従動歯車には磁石が一体回転可能に設けられている。また、両従動歯車の歯数は異なっており、これにより主動歯車の回転に伴う両従動歯車の回転角度を異ならせるようにしている。そして、回転角度検出装置の制御装置は、両従動歯車にそれぞれ対応して設けられた磁気センサにより両従動歯車の回転角度を検出し、それら検出した回転角度に基づいてステアリングシャフトの回転角度を求める。
【特許文献１】特表平１１−５００８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の回転角度検出装置には、次のような問題があった。すなわち、主動歯車に２つの従動歯車を噛み合わせた構成とされているため、検出される２つの従動歯車の回転角度には、主動歯車と２つの従動歯車との間のバックラッシに起因する誤差が含まれている。このため、２つの従動歯車の回転角度に基づいて求められるステアリングシャフトの回転角度にも潜在的に誤差が含まれている。前記バックラッシは、２つの従動歯車の滑らかな回転を確保するために設けられるものであることから、バックラッシを無くすことはできない。したがって、前記従来の回転角度検出装置により求められるステアリングシャフトの回転角度の検出精度の向上には自ずと限界があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、検出対象である回転体の回転角度の検出精度を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる第１歯車と、内周面に歯形が形成されるとともに前記第１歯車の外周側に配設されて噛合する前記第１歯車と歯数の異なる第２歯車と、前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなることをその要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、第１及び第２歯車の歯数は異なることから、回転体の回転に伴う第１及び第２歯車の回転量も互いに異なる。そして、第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせは、第１歯車の回転角度が０°から、その単位回転角度とこのときの第２歯車の回転角度との最小公倍数として求められる所定の回転角度に至るまでの間においてすべて異なる。このため、第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせは、０°から前記所定の回転角度までの範囲内において、回転体の絶対回転角度（第１歯車の絶対回転角度）に対して固有となる。したがって、第１及び第２歯車の各々の回転角度が分かれば、前述した所定の角度範囲内で第１歯車の絶対回転角度、すなわち回転体の回転角度を絶対値で即時に検出することが可能となる。ここで、回転体に一体回転可能に設けられる第１歯車の回転角度を基準として当該回転体の回転角度を求めることにより、第１及び第２歯車間に存在するバックラッシの影響を低減させることできる。したがって、検出対象である回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、前記回転体と一体回転する第１歯車と、前記第１歯車と歯数が異なるとともに第１歯車に噛合する第２歯車と、前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなることをその要旨とする。
【０００９】
本発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転角度検出装置において、前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる外歯車とし、前記第２歯車は、内周面に歯形が形成されるとともに前記外歯車の外周側に配設されて噛合する内歯車としたことをその要旨とする。
【００１０】
このように構成した場合であれ、回転体に一体回転可能に設けられる外歯車の回転角度を基準とすることにより、外歯車と内歯車との間のバックラッシの回転体の回転角度の検出に対する影響は少ない。このため、回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の回転角度検出装置において、前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる主動平歯車とし、前記第２歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記主動平歯車の外周側に配設されて噛合する従動平歯車としたことをその要旨とする。
【００１２】
このように構成した場合であれ、回転体に一体回転可能に設けられる主動平歯車の回転角度を基準とすることにより、主動平歯車と従動平歯車との間のバックラッシの回転体の回転角度の検出に対する影響は少ない。このため、回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記第１歯車において前記第１検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が一定となる第１補助検出領域と、前記第２歯車において前記第２検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が一定となる第２補助検出領域と、をさらに備え、前記幅検出手段は、前記第１及び第２補助検出領域に対して相対変位可能に設けられるとともに前記第１及び第２歯車の回転に伴い前記第１及び第２補助検出領域の幅を検出してこれら幅情報を前記検出信号に含めて出力するようにし、前記演算手段は、前記検出信号に含まれる前記第１検出領域の幅情報と同じく前記第１補助検出領域の幅情報との第１の比、並びに前記検出信号に含まれる前記第２検出領域の幅情報と同じく前記第２補助検出領域の幅情報との第２の比を求め、これら第１及び第２の比の組み合わせに基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求めることをその要旨とする。
【００１４】
本発明によれば、第１及び第２補助検出領域の幅が一定であることから、前記第１検出領域の幅と第１補助検出領域の幅との第１の比の値、並びに前記第２検出領域の幅と第２補助検出領域の幅との第２の比の値は、例え検出手段の各領域に対する取り付け位置が傾く等した場合であれ一定となる。したがって、前述の第１及び第２の比を利用することにより、検出手段と第１及び第２歯車との相対的な位置変化（位置ずれ）に起因する第１及び第２歯車の回転角度の算出精度への影響が低減される。ひいては、回転体の回転角度の算出精度が高められる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の回転角度検出装置において、前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は誘電体により形成し、また、前記幅検出手段は、前記第１及び第２歯車の径方向へ延びる単数又は複数の認識ラインを備えるとともに当該認識ラインと前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域との間に生じる静電容量を第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する静電容量センサとしたことをその要旨とする。
【００１６】
本発明によれば、誘電体により形成された第１及び第２検出領域並びに第１及び第２補助領域の幅を検出する幅検出手段として、静電容量センサを採用したことにより、例えば従来知られている磁気センサを使用した回転角度検出装置と異なり、外部磁界の影響を受けにくい。このため、本発明の回転角度検出装置を何らかの磁界発生源の近傍に配設した場合であれ、回転体の回転角度の誤検出のおそれはない。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の回転角度検出装置において、前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は、前記第１及び第２歯車の回転中心軸方向へ貫通して形成された第１及び第２検出透孔並びに第１及び第２補助透孔とし、前記検出手段は、第１及び第２歯車を間に挟んで対向配置される線状光源から発せられて前記第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔を通じて入射する線状光を当該第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する半導体イメージセンサとしたことをその要旨とする。
【００１８】
本発明のように構成した場合であれ、請求項６と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１及び第２歯車間に存在するバックラッシが検出対象である回転体の回転角度の検出に及ぼす影響が低減されることにより、当該回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の回転角度検出装置を例えばステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサに具体化した一実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１に示すように、舵角センサ１１は図示しない車両のステアリングコラム内に配設されるとともに、図示しないステアリングホイールに一体回転可能に連結されたステアリングシャフト１２に装着されている。舵角センサ１１は、ステアリングコラム内の図示しない構造体に固定された円筒状のハウジング１３を備えている。ハウジング１３は下面が開口した有蓋箱体状のアッパーハウジング１３ａと上面が開口した有底円筒状のロアハウジング１３ｂとが組み合わせられることにより全体として円筒状をなすとともに、当該ハウジング１３にはステアリングシャフト１２が回転可能に貫通した状態で保持されている。そしてこのハウジング１３（正確には、アッパーハウジング１３ａ）内には、外周面に多数の歯が形成されるとともにステアリングシャフト１２に対して一体回転可能に外嵌された円柱状の外歯車１４が配設されている。当該外歯車１４は、ステアリングシャフト１２の回転中心軸Ｌａに対して同一軸線上に配設されている。外歯車１４はポリカーボネート等の合成樹脂材料により形成されるとともに、その歯数ｚ１は３０とされている。
【００２１】
また、ハウジング１３（正確には、アッパーハウジング１３ａ）内には、内周面に多数の歯が形成されるとともに前述した外歯車１４の外周側に配設されて当該外歯車１４に対して偏心回転するように噛合する円環状の内歯車１５が配設されている。すなわち、図２に示されるように、内歯車１５の回転中心軸Ｌｂは、外歯車１４の回転中心軸、すなわちステアリングシャフト１２の回転中心軸Ｌａに対して距離ａｘだけ径方向へずれるように配設されている。また、内歯車１５は歯の形成されていない外周面がハウジング１３の内周面に対して摺動回転可能に設けられている。内歯車１５はポリカーボネート等の合成樹脂材料により形成されている。そして当該内歯車１５の歯数ｚ２は外歯車１４の歯数ｚ１よりも僅かに大きな値に設定されている。ここでは、内歯車１５の歯数ｚ２は３１とされている。
【００２２】
したがって、ステアリングシャフト１２の回転に伴い外歯車１４は回転中心軸Ｌａを中心として回転（自転）するとともに内歯車１５に噛合しつつ公転する。そしてこの外歯車１４の動作に伴い内歯車１５は外歯車１４の回転（自転又は公転）方向と同じ方向へ回転する。すなわち、わずかに異なる歯数の外歯車１４及び内歯車１５は、これらを内外に噛み合わせることにより大きな減速比が得られるようにしたハイポサイクロイド機構を構成している。当該ハイポサイクロイド機構には、ステアリングホイールの回転がステアリングシャフト１２を通じて外歯車１４の回転運動として入力される。このとき、外歯車１４の移動軌跡はハイポサイクロイドを描く。そして、外歯車１４が内歯車１５に噛み合いながら公転すると、外歯車１４は所定の減速比（速度伝達比）で自転する。この所定の減速比は、次式（Ａ）のように示される。
【００２３】
減速比＝ｚ１／（ｚ２−ｚ１）・・・（Ａ）
ここで、ｚ１は外歯車１４の歯数、ｚ２は内歯車１５の歯数である。本実施の形態では、前述したように、外歯車１４の歯数ｚ１＝３０、内歯車１５の歯数ｚ２＝３１とされているので、前記式（Ａ）から減速比は３０となる。
【００２４】
なお、外歯車１４は本発明の第１歯車に、また内歯車１５は本発明の第２歯車に相当する。
＜検出領域＞
図１に示されるように、外歯車１４の回転中心軸Ｌａに沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面（図１における下面）である第１の検出面１４ａには、その全周にわたって６つの第１検出部材２１が設けられている。図２に示されるように、これら第１検出部材２１は、第１の検出面１４ａの外周縁側において環状をなすように設けられている。すなわち、第１の検出面１４ａは、外歯車１４の回転中心軸Ｌａの周方向において、外歯車１４の単位回転角度範囲である０°〜６０°毎に６つの扇形の領域に区画されるとともに、これら領域毎に第１検出部材２１が設けられている。第１検出部材２１は、タンタル等の誘電体を第１の検出面１４ａに例えば蒸着することにより、外歯車１４の径方向における幅が前記単位回転角度範囲である６０°内において直線的に変化する板状又は膜状に形成されている。
【００２５】
具体的には、図３（ａ）に示されるように、１つの第１検出部材２１は直線に展開したときに直角三角形をなし、図３（ｂ）に示されるように、第１検出部材２１の幅Ｗａ１は、外歯車１４の回転量（回転角度θａ）に対し比例関係をもって直線的に変化する。そして、図２に示されるように、６つの第１検出部材２１は、第１の検出面１４ａの外周縁側の側縁部が同一の円周上において連続して位置するように設けられている。
【００２６】
また、第１の検出面１４ａにおいて、環状をなす６つの第１検出部材２１の内側には、環状の第１補助検出部材２２が設けられている。第１補助検出部材２２はタンタル等の誘電体を第１の検出面１４ａに蒸着することにより板状又は膜状に形成されるとともに、その幅Ｗａ２は全周にわたって一定とされている。すなわち、第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２は、外歯車１４の回転量に対し常に一定となる。
【００２７】
一方、図１に示されるように、内歯車１５の回転中心軸Ｌｂに沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面（図１における下面）である第２の検出面１５ａには、その全周にわたって６つの第２検出部材３１が設けられている。図２に示されるように、これら第２検出部材３１は、第２の検出面１５ａの外周縁側において環状をなすように設けられている。すなわち、第２の検出面１５ａは、内歯車１５の回転中心軸Ｌｂの周方向において、内歯車１５の単位回転角度範囲である６０°毎に６つの扇形の領域に区画されるとともに、これら領域毎に第２検出部材３１が設けられている。第２検出部材３１は、タンタル等の誘電体を第２の検出面１５ａに例えば蒸着することにより、内歯車１５の径方向における幅が前記単位回転角度範囲である６０°内において直線的に変化する板状又は膜状に形成されている。
【００２８】
具体的には、図３（ａ）に示されるように、１つの第２検出部材３１は直線に展開したときに直角三角形をなし、図３（ｃ）に示されるように、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１は、内歯車１５の回転量（回転角度θｂ）に対し比例関係をもって直線的に変化する。そして、図２に示されるように、６つの第２検出部材３１は、第２の検出面１５ａの外周縁側の側縁部が同一の円周上において連続して位置するように設けられている。
【００２９】
また、第２の検出面１５ａにおいて、環状をなす６つの第２検出部材３１の内側には、環状の第２補助検出部材３２が設けられている。第２補助検出部材３２はタンタル等の誘電体を第２の検出面１５ａに蒸着することにより板状又は膜状に形成されるとともに、その幅Ｗｂ２は全周にわたって一定とされている。すなわち、第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２は、内歯車１５の回転量に対し常に一定となる。
【００３０】
なお、外歯車１４の第１の検出面１４ａ及び内歯車１５の第２の検出面１５ａは、同一平面上にある。また、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の厚みは同じとされている。本実施の形態では、第１検出部材２１及び第１補助検出部材２２、並びに第２検出部材３１及び第２補助検出部材３２の厚みは、それぞれ２００μｍ程度に設定されている。また、本実施の形態において、前述した６つの第１検出部材２１は本発明の第１検出領域を、６つの第２検出部材３１は本発明の第２検出領域を構成する。また、第１補助検出部材２２は本発明の第１補助検出領域を、第２補助検出部材３２は本発明の第２補助検出領域を構成する。
【００３１】
＜回路基板＞
図４に示すように、ハウジング１３の内部において、外歯車１４及び内歯車１５の下方には、平板状の回路基板４１が第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向して配設されている。回路基板４１はロアハウジング１３ｂの内底面に固定されるとともに、その第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向する側面には静電容量式のラインセンサ４２及びマイクロコンピュータ４３が設けられている。ラインセンサ４２は外歯車１４及び内歯車１５の回転に伴い変化する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を読み取ってこれら幅情報を電気信号に変換して出力する。マイクロコンピュータ４３は、ラインセンサ４２から入力される電気信号に基づき外歯車１４及び内歯車１５の単位回転角度範囲０°〜６０°内の回転角度θａ，θｂを求め、これら回転角度θａ，θｂに基づき外歯車１４の絶対回転角度、すなわちステアリングシャフト１２の回転角度を絶対値で求める。
【００３２】
＜ラインセンサ＞
図３（ａ）に二点鎖線で示されるように、ラインセンサ４２は、外歯車１４及び内歯車１５の回転方向に対して交わる（直交する）方向へ延びる４本の認識ライン４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを備えるとともに、第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａの凹凸により異なる電荷量を明暗情報（１，０の情報）に変換して出力する。
【００３３】
具体的には、図５（ａ）に示されるように、各認識ライン４２ａ〜４２ｄは、所定ピッチで一列に並べられた多数の電極４４からなる。そして図５（ｂ）に示されるように、各電極４４は、保護膜４５により覆われるとともに、基板４６ａ上に設けられた図示しない増幅器及びＡ／Ｄ変換器等からなる処理回路４６を通じてマイクロコンピュータ４３に接続されている。各電極４４には、これらの表面と第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａとの距離に応じた電荷が溜まる。例えば各認識ライン４２ａ〜４２ｄが第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａと対応しているときには各電極４４には電荷Ｃ１が、また第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応しているときには各電極４４には電荷Ｃ２（＞Ｃ１）が溜まる。ここで、各電極４４と第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａとの間の距離は、各電極４４と第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２との間の距離よりも大きいので、電荷Ｃ２は電荷Ｃ１よりも大きな値となる。
【００３４】
ちなみに、本実施の形態では、各認識ライン４２ａ〜４２ｄは、２１８個の電極４４が５０μｍの間隔をおいて配設されてなる。このため、２００μｍ以上の凹凸を高い精度（５００ｄｐｉ程度）で検出可能となる。
【００３５】
処理回路４６は、各電極４４の電荷量を検出して当該電荷量を増幅するとともに、当該増幅された電荷量を４ビットのＡＤ変換をすることにより、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅情報を、４ビット階調の明暗情報Ｄに変換してマイクロコンピュータ４３へ出力する。すなわち、処理回路４６は、１列に並ぶ各電極４４に溜まる電荷を０〜１５のいずれかの数値に変換してマイクロコンピュータ４３へ送る。
【００３６】
本実施の形態では、各認識ライン４２ａ〜４２ｄの電極４４と外歯車１４及び内歯車１５との間の距離は、基本的には以下の（ａ），（ｂ）に示される２つの値の間でしか変化しない。
【００３７】
（ａ）電極４４と第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａとの間の距離。
（ｂ）電極４４と第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２との間の距離。
【００３８】
このため、電極４４と外歯車１４及び内歯車１５との間に形成される静電容量も基本的には２種類（電荷Ｃ１，Ｃ２）となる。そして、明暗情報Ｄには、各認識ライン４２ａ〜４２ｄに対応する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を示す情報が前述した０〜１５の数値に変換された状態で含まれている。すなわち、前述したように、本実施の形態では各電極４４に蓄えられる電荷量は基本的にはＣ１，Ｃ２の２種類であることから、図６に示されるように、明暗情報Ｄの各ビットは、例えば電荷Ｃ１に対応した数値である「５」、及び電荷Ｃ２に対応した数値である「１５」の２種類の数値で構成される。マイクロコンピュータ４３は、この明暗情報Ｄに基づき、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を求める。なお、ラインセンサ４２は本発明の静電容量センサ及び幅検出手段に相当する。
【００３９】
＜マイクロコンピュータ＞
マイクロコンピュータ４３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えるとともに、当該ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づきＲＡＭを作業領域として作動する。マイクロコンピュータ４３は、例えば車両のイグニッションスイッチがオン位置に操作されたときに、ステアリングホイールの操舵角の算出処理を開始して、ラインセンサ４２から入力される明暗情報Ｄに基づき外歯車１４の絶対回転角度をステアリングホイールの操舵角として逐次演算する。
【００４０】
すなわち、マイクロコンピュータ４３は、ラインセンサ４２から入力される明暗情報Ｄに基づき各認識ライン４２ａ〜４２ｄに対応する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を求める。具体的には、図６に示されるように、マイクロコンピュータ４３は、明暗情報Ｄに含まれる各電極４４の電荷Ｃ１，Ｃ２に対応するデジタル値Ｋｘを読み取るとともに、これらデジタル値Ｋｘのうち所定の判定閾値Ｋｓ以上となるビットを、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応する部分として認識する。そしてマイクロコンピュータ４３は、判定閾値Ｋｓ以上のビットの連なる部分を、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２として認識する。
【００４１】
次に、マイクロコンピュータ４３は、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比（＝Ｗａ１／Ｗａ２）を求め、当該比に基づき外歯車１４の単位回転角度範囲０°〜６０°における回転角度θａを求める。また、マイクロコンピュータ４３は、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比（＝Ｗｂ１／Ｗｂ２）を求め、当該比に基づき内歯車１５の単位回転角度範囲０°〜６０°における回転角度θｂを求める。そして、マイクロコンピュータ４３は、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき、外歯車１４の絶対回転角度θｍを求める。マイクロコンピュータ４３は本発明の演算手段に相当する。
【００４２】
＜操舵角の算出処理＞
次に、前述のように構成した舵角センサ１１による操舵角の算出処理について説明する。当該算出処理は実際には各認識ライン４２ａ〜４２ｄからの明暗情報Ｄに基づき各々なされる。
【００４３】
さて、ステアリングホイールの操作を通じてステアリングシャフト１２とともに外歯車１４が回転すると、当該外歯車１４に噛合する内歯車１５も同一方向へ回転する。これら外歯車１４及び内歯車１５の回転に伴い、ラインセンサ４２に対向して通過する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１は、外歯車１４及び内歯車１５が単位回転角度である６０°だけ回転する毎に直線的な変化を繰り返す。第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２は常に一定となる。また、外歯車１４の歯数ｚ１と内歯車１５の歯数ｚ２とは異なることから、ステアリングシャフト１２の回転に伴う外歯車１４及び内歯車１５の回転量は各々異なる。このため、その時々でラインセンサ４２（正確には、各認識ライン４２ａ〜４２ｄ）に対応する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１も各々異なる。
【００４４】
このとき、ラインセンサ４２は、各認識ライン４２ａ〜４２ｄを構成する各電極４４に蓄えられている電荷Ｃ１，Ｃ２をデジタル値Ｋｘで表した図６に示される明暗情報Ｄを、認識ライン４２ａ〜４２ｄ毎にマイクロコンピュータ４３へ出力する。マイクロコンピュータ４３は、各認識ライン４２ａ〜４２ｄに対応する明暗情報Ｄのデジタル値Ｋｘを読み取り、これらデジタル値Ｋｘの中で所定の判定閾値Ｋｓ以上となるビットを、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応する部分として認識する。そしてマイクロコンピュータ４３はこれら認識したビット群の幅を、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２として認識する。
【００４５】
ここで、例えばラインセンサ４２の各認識ライン４２ａ〜４２ｄを通過する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１が直線的に増大する方向に、ステアリングシャフト１２が回転する場合を考える。
【００４６】
この場合、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と外歯車１４の回転角度θａとの間には、図７（ａ）に示されるような関係がある。すなわち、同図に示されるように、横軸を第１検出部材２１の幅Ｗａ１、縦軸を外歯車１４の回転角度θａとしたとき、幅Ｗａ１が増加するにつれて回転角度θａは外歯車１４の単位回転角度範囲である０°〜６０°の間において正の傾きをもって直線的に増大する。本実施の形態では、６つの第１検出部材２１が外歯車１４の回転中心軸Ｌａ回りに連続するように設けられていることから、外歯車１４が一回転すると回転角度θａは０°〜６０°の立ち上がり及び立ち下がりを６回繰り返す。
【００４７】
なお、本実施の形態では、ステアリングホイールの操舵角を求めるに際して、図７（ａ）の横軸を、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比（＝Ｗａ１／Ｗａ２）の値としたものを利用する。この場合であれ、当該比の値の増大に対する回転角度θａの変化は図７（ａ）の横軸を第１検出部材２１の幅Ｗａ１としたときと同様の傾向を示す。これは、第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２が一定であるからである。
【００４８】
また、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と内歯車１５の回転角度θｂとの間には、図７（ｂ）に示されるような関係がある。すなわち、同図に示されるように、横軸を第２検出部材３１の幅Ｗｂ１、縦軸を内歯車１５の回転角度θｂとしたとき、幅Ｗｂ１が増加するにつれて回転角度θｂは内歯車１５の単位回転角度範囲である０°〜６０°の間において正の傾きをもって直線的に増大する。本実施の形態では、６つの第２検出部材３１が内歯車１５の回転中心軸Ｌｂ回りに連続するように設けられていることから、内歯車１５が一回転すると回転角度θｂは０°〜６０°の立ち上がり及び立ち下がりを６回繰り返す。
【００４９】
ここで、図７（ａ），（ｂ）に示される特性図の横軸に時間軸を別途設定した場合に、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂが０°から６０°へ変化するまでの時間を１周期としたとき、内歯車１５の１周期は外歯車１４の１周期よりも長くなる。これは内歯車１５の円周は外歯車１４の円周よりも長く、第１及び第２検出部材２１，３１はこれら外歯車１４及び内歯車１５の円周に沿って設けられることに起因する。
【００５０】
なお、本実施の形態では、ステアリングホイールの操舵角を求めるに際して、図７（ｂ）の横軸を、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比（＝Ｗｂ１／Ｗｂ２）の値としたものを利用する。この場合であれ、当該比の値の増大に対する回転角度θｂの変化は図７（ｂ）の横軸を第２検出部材３１の幅Ｗｂ１としたときと同様の傾向を示す。これは、第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２が一定であるからである。
【００５１】
したがって、マイクロコンピュータ４３は、そのときの第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比を求めるとともに、そのときの第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比を求める。そして、マイクロコンピュータ４３は、図７（ａ），（ｂ）に示される関係（横軸を前述の比としたもの）に従って、外歯車１４の回転角度θａ及び内歯車１５の回転角度θｂをそれぞれ０°〜６０°の範囲内で演算する。
【００５２】
このように、回転角度θａ，θｂを求める際に、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比（＝Ｗａ１／Ｗａ２）、並びに第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比（＝Ｗｂ１／Ｗｂ２）を利用することにより、回転角度θａ，θｂの算出精度が確保される。すなわち、図８に示されるように、車両走行中の振動等、何らかの原因によりラインセンサ４２が傾き、各認識ライン４２ａ〜４２ｄと第１及び第２検出部材２１，３１とのなす角度が変わることが想定される。この場合には、各認識ライン４２ａ〜４２ｄを通じて検知される第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１の値が変わることから、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂを誤検出するおそれがある。これは、例えば本来の幅Ｗａ１，Ｗｂ１と異なる幅Ｗａ１′，Ｗｂ１′に基づき外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂが演算されることに起因する。この点、前述したように、第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２が一定であることから、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値は、次式（Ｂ），（Ｃ）で示されるように、各認識ライン４２ａ〜４２ｄの傾き度合いにかかわらず一定となる。Ｗａ２′，Ｗｂ２′は、ラインセンサ４２が傾いたときの第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅である。
【００５３】
Ｗａ１／Ｗａ２＝Ｗａ１′／Ｗａ２′・・・（Ｂ）
Ｗｂ１／Ｗｂ２＝Ｗｂ１′／Ｗｂ２′・・・（Ｃ）
したがって、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値を利用することにより、ラインセンサ４２の外歯車１４及び内歯車１５に対する相対位置変化が回転角度θａ，θｂの算出精度に及ぼす影響を除外することができる。
【００５４】
また、外歯車１４及び内歯車１５の回転位置によっては、隣り合う２つの第１検出部材２１の境界部位又は第２検出部材３１の境界部位が各認識ライン４２ａ〜４２ｄのいずれかに対応することが想定される。この場合、単一の認識ラインのみ有するラインセンサが採用されているときには、第１検出部材２１の幅Ｗａ１又は第２検出部材３１の幅Ｗｂ１の検出が好適に行われないおそれがある。この点、本実施の形態では、ラインセンサ４２は４つの認識ライン４２ａ〜４２ｄを有することにより、１つの認識ラインが隣り合う２つの第１検出部材２１の境界部位又は同じく２つの第２検出部材３１の境界部位に対応した場合であれ、これら境界部位以外の部位に対応する残りの３つの認識ラインを通じて幅Ｗａ１又は幅Ｗｂ１を好適に検出することが可能となる。このため、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂが好適に求められる。さらに、認識ライン４２ａ〜４２ｄの故障等も想定されるところ、すべての認識ライン４２ａ〜４２ｄが同時に故障等する蓋然性は低い。このため、幅Ｗａ１又は幅Ｗｂ１の検出信頼性、ひいてはこれらに基づき求められる回転角度θａ，θｂの算出信頼性が確保される。
【００５５】
そしてこの後、マイクロコンピュータ４３は、前述のようにして求められた回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として求める。
【００５６】
詳述すると、本実施の形態では、ステアリングシャフト１２に一体回転可能に設けられる外歯車１４を基準として当該外歯車１４の絶対回転角度θｍが求められる。
ここで、前述したように、外歯車１４の歯数ｚ１は３０、内歯車１５の歯数ｚ２は３１とされている。また、外歯車１４及び内歯車１５の単位回転角度範囲、すなわち１つの第１及び第２検出部材２１，３１の第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａの円周に対する占有割合を示す分周比は１／６とされている。このため、ステアリングシャフト１２に一体回転可能に設けられる外歯車１４を基準とした場合、ステアリングシャフト１２が外歯車１４の単位回転角度である６０°だけ回転したときの内歯車１５の回転角度θｂは次式（Ｄ）で示される。
【００５７】
θｂ＝（３６０°×分周比）／（ｚ１／ｚ２）・・・（Ｄ）
そしていま、分周比＝１／６、ｚ１＝３０、ｚ２＝３１であることから、これらを前記式（Ｄ）に代入することにより、ステアリングシャフト１２が外歯車１４の単位回転角度である６０°だけ回転したときの内歯車１５の回転角度θｂは、５８°（小数点１桁以下切り捨て）となる。このため、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の回転角度θａが絶対値で０°から、当該外歯車１４の単位回転角度である回転角度θａ＝６０°とこのときの内歯車１５の回転角度θｂ＝５８°との最小公倍数として求められる回転角度１７４０°までの間においてすべて異なる。
【００５８】
すなわち、図７（ｃ）に示されるように、横軸に外歯車１４の絶対回転角度θｍ（ステアリングホイールの操舵角）を、また縦軸に外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂ（０°〜６０°）をプロットすると、外歯車１４の回転角度θａと内歯車１５の回転角度θｂとの組み合わせは、０°〜１７４０°の範囲内においてステアリングホイールの操舵角（外歯車１４の絶対回転角度θｍ）に対して固有となる。したがって、外歯車１４及び内歯車１５の各々の回転角度θａ，θｂが分かれば、０°〜１７４０°の角度範囲で外歯車１４の絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角を絶対値で即時に検出することが可能となる。そして、０°〜１７４０°の中心値をステアリングホイールの中立位置とした場合、舵角センサ１１によるステアリングホイールの操舵角の検出角度範囲は、±８７０°となる。これは、ステアリングホイールの左２．５回転、右２．５回転に相当する。
【００５９】
なお、外歯車１４及び内歯車１５の歯数ｚ１，ｚ２、並びに第１及び第２検出部材２１，３１の分周比は適宜変更してもよい。
例えば、表１の変形例１に示されるように、ｚ１＝５０、ｚ２＝５２、第１及び第２検出部材２１，３１の分周比＝１／５とすることも可能である。この場合、外歯車１４の単位回転角度はθａ＝７２°、このときの内歯車１５の回転角度はθｂ＝は６９°（小数点１桁以下切り捨て）となるとともに、これらの最小公倍数は１６５６°となる。したがって、舵角センサ１１の検出角度範囲は、±８２８°となる。これは、ステアリングホイールの左２．３回転、右２．３回転に相当する。
【００６０】
また、表１の変形例２に示されるように、ｚ１＝７９、ｚ２＝８２、第１及び第２検出部材２１，３１の分周比＝１／５とすることも可能である。この場合、外歯車１４の単位回転角度はθａ＝７２°、このときの内歯車１５の回転角度はθｂ＝６９°（小数点１桁以下切り捨て）となるとともに、これらの最小公倍数は１６５６°となる。したがって、舵角センサ１１の検出角度範囲は、±８２８°となる。これは、ステアリングホイールの左２．３回転、右２．３回転に相当する。
【００６１】
【表１】
そして、マイクロコンピュータ４３は、前述のようにして求めた外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステム（正確には、それらの制御装置）に送る。
【００６２】
＜バックラッシの影響＞
ここで、外歯車１４と内歯車１５との間にはバックラッシが設けられるところ、このバックラッシがステアリングホイールの操舵角の算出精度に何らかの影響を及ぼすことが懸念される。バックラッシは、２つの歯車を噛み合わせたときの歯面間の遊びのことであり、互いに噛み合う２つの歯車を円滑に回転させるためには適切なバックラッシを設定する必要がある。このため、バックラッシを省略することは困難である。そこで、以下に外歯車１４と内歯車１５との間のバックラッシが操舵角の算出精度に及ぼす影響について説明する。
【００６３】
さて、外歯車１４と内歯車１５との間にバックラッシδが存在する場合、内歯車１５は外歯車１４に対してバックラッシδの分だけ遅れて回転し始める。この内歯車１５の外歯車１４に対する回転の遅れは、図７（ａ），（ｂ）に示される特性図の横軸に時間軸を別途設定したとき、図７（ｂ）に二点鎖線で示されるように、内歯車１５の回転角度θｂの立ち上がりの遅れ、すなわち左右方向のずれとして現れる。そして、この図７（ｂ）に対する左右方向のずれは、算出される回転角度θｂのずれ、すなわち図７（ｂ）の上下方向のずれとして現れる。
【００６４】
例えば、図７（ａ）に示される特性図において、ポイントＰ１で示される回転角度θａの立ち上がりの最初の頂点、及びポイントＰ２で示される２番目の頂点に着目すると、これらポイントＰ１，Ｐ２に対応する内歯車１５の回転角度θｂは、図７（ｂ）に示されるように、本来それぞれ異なる回転角度θｂ１，θｂ２となる。したがって、内歯車１５の回転角度θｂの算出に際してバックラッシδの影響を排除するためには、当該バックラッシδを次のように設定すればよい。
【００６５】
すなわち、外歯車１４と内歯車１５との間にバックラッシδが存在しないと仮定した場合の理想的な回転角度θｂ１と回転角度θｂ２との差の絶対値として求められる演算許容誤差δｐ（＝│θｂ１−θｂ２│）未満の値となるように、実際のバックラッシδを設定する。このようにすれば、回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の絶対回転角度θｍが０°〜１７４０°の間において重複することはない。このため、マイクロコンピュータ４３は、バックラッシδの影響を受けることなく内歯車１５の回転角度θｂを算出可能となる。
【００６６】
これに対し、バックラッシδを前述の演算許容誤差δｐ以上の値とした場合には、当該バックラッシδの影響を受けて回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の絶対回転角度θｍが０°〜１７４０°の間において重複するおそれがある。例えば図７（ａ）に示されるポイントＰ２に対応する内歯車１５の回転角度θｂは、実際には図７（ｂ）に示されるように回転角度θｂ２であるにもかかわらず、バックラッシδの影響を受けて回転角度θｂ１と誤検出されるおそれがある。本実施の形態では、バックラッシδが前記の演算許容誤差δｐ未満となるように予め設定されることから、回転角度θｂ１が誤検出されることはない。なお、本実施の形態では、バックラッシδは、例えば０．５°とされる。
【００６７】
一方、外歯車１４はステアリングシャフト１２と一体回転することから、外歯車１４とステアリングシャフト１２との間に回転角度の誤差（回転方向のずれ）は発生しない。このため、マイクロコンピュータ４３は、外歯車１４の単位回転角度範囲０°〜６０°内における回転角度θａをバックラッシδの影響を一切受けずに求めることができる。
【００６８】
以上のようにバックラッシδを設定することにより、マイクロコンピュータ４３は、バックラッシδの影響を受けることなく回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づきバックラッシδの影響が排除された状態の絶対回転角度θｍを算出可能となる。したがって、絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角の検出精度が高められ、精度を要する車両制御に好適である。
【００６９】
なお、舵角センサ１１において、前述のようなバックラッシδの厳密な設定作業がなされない場合であれ、外歯車１４の絶対回転角度θｍの算出精度は確保される。そして、ステアリングシャフト１２と一体回転する主動歯車に噛み合わせられた複数個の従動歯車の回転角度をそれぞれ求め、これら回転角度の組み合わせに基づき主動歯車の絶対回転角度を操舵角として求めるようにした従来の舵角センサ（磁気検出方式）との比較においては、操舵角の検出精度は向上している。
【００７０】
すなわち、前述したように、マイクロコンピュータ４３は、ステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４の回転角度θａを基準として当該回転角度θａ及び内歯車１５の回転角度θｂの組み合わせに基づき操舵角を求めるようにしている。見方を変えれば、マイクロコンピュータ４３は、内歯車１５の回転角度θｂを外歯車１４の周期数（１周期＝回転角度θａ，θｂが０°から６０°へ変化するまでの時間）を把握するためにのみ使用しているとも言える。そして、少なくとも操舵角の算出に際して基準となる外歯車１４とステアリングシャフト１２との間には何ら回転誤差は発生することがなく、また当該外歯車１４に噛み合う歯車も内歯車１５のみである。このように、検出対象であるステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４の回転角度θａを直接的に検出し、この検出された回転角度θａを当該外歯車１４の絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角の演算パラメータの一つとして使用することにより、操舵角の検出精度が高められる。ステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４に噛み合う歯車も内歯車１５のみであることから、前述した従来の舵角センサ、すなわち主動歯車に噛み合う複数個の従動歯車の回転角度に基づき操舵角を求めるようにしたものに比べ、操舵角の算出に際しての歯車間のバックラッシの影響は少ない。
【００７１】
＜実施の形態の効果＞
従って、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）舵角センサ１１は、ステアリングシャフト１２と一体回転する外歯車１４及びこれに噛み合う内歯車１５を備えた。また、外歯車１４及び内歯車１５の第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａには、６つの第１及び第２検出部材２１，３１を環状に配設するとともに、これらの内側には環状の第１及び第２補助検出部材２２，３２を設けた。さらに、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を検出してこれらの情報を含む明暗情報Ｄを出力するラインセンサ４２を、第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向して配設した。そして、ラインセンサ４２からの明暗情報Ｄに基づき外歯車１４及び内歯車１５の単位角度範囲内における回転角度θａ，θｂを求め、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として算出するマイクロコンピュータ４３を備えた。
【００７２】
ここで、外歯車１４及び内歯車１５の歯数ｚ１，ｚ２は異なることから、ステアリングシャフト１２の回転に伴う外歯車１４及び内歯車１５の回転量も互いに異なる。そして、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の回転角度θａが絶対値で０°から、当該外歯車１４の単位回転角度である回転角度θａとこのときの内歯車１５の回転角度θｂとの最小公倍数として求められる所定の回転角度までの間においてすべて異なる。このため、外歯車１４の回転角度θａと内歯車１５の回転角度θｂとの組み合わせは、０°から前記回転角度θａ，θｂの最小公倍数として求められる所定の回転角度までの範囲内において、ステアリングホイールの操舵角（外歯車１４の絶対回転角度θｍ）に対して固有となる。したがって、外歯車１４及び内歯車１５の各々の回転角度θａ，θｂが分かれば、前述した回転角度θａ，θｂの最小公倍数として求められる所定の回転角度範囲内で外歯車１４の絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角を絶対値で即時に検出することが可能となる。そして、ステアリングシャフト１２に一体回転可能に設けられる外歯車１４の回転角度θａを基準として操舵角を求めることにより、外歯車１４及び内歯車１５の間に存在するバックラッシの操舵角の算出に対する影響を低減させることできる。したがって、検出対象であるステアリングシャフト１２、ひいては操舵角の検出精度を向上させることができる。
【００７３】
しかも、外歯車１４と内歯車１５との間にバックラッシδが存在しないと仮定した場合の理想的な回転角度θｂ１と回転角度θｂ２との差の絶対値として求められる演算許容誤差δｐ未満の値となるように、実際のバックラッシδを設定している。このため、回転角度θａ，θｂの組み合わせが、外歯車１４の絶対回転角度θｍに対して重複することを確実に回避することができる。すなわち、マイクロコンピュータ４３は、バックラッシδの影響を受けることなく内歯車１５の回転角度θｂを算出可能となる。
【００７４】
（２）さらに、回転角度θａ，θｂを求める際に、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比、並びに第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比を利用するようにしたことにより、回転角度θａ，θｂの算出精度が確保される。すなわち、車両走行中の振動等、何らかの原因によりラインセンサ４２が傾き、各認識ライン４２ａ〜４２ｄと第１及び第２検出部材２１，３１とのなす角度が変わることが想定される。この場合には、各認識ライン４２ａ〜４２ｄを通じて検知される第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１の値が変わることから、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂを誤検出するおそれがある。
【００７５】
この点、第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２が一定であることから、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値は、各認識ライン４２ａ〜４２ｄの傾き度合いにかかわらず一定となる。したがって、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値を利用することにより、ラインセンサ４２の外歯車１４及び内歯車１５に対する位置変化の回転角度θａ，θｂの算出精度に対する影響を除外することができる。ひいては、外歯車１４の絶対回転角度θｍの算出精度が高められる。
【００７６】
（３）第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２は誘電体により形成した。そしてこれら誘電体により形成された各領域の幅を検出する検出手段として、静電容量式のラインセンサ４２を採用した。ここで、近年では、車載機器にあっては電動化の傾向にある。このような電動化に伴い車両で使用されるモータ等の磁力発生源も増大傾向にある。例えば電動チルト機構のモータ等、ステアリングコラム内にも多数のモータが配設されることが想定される。この場合、従来のような磁気検出式の舵角センサを搭載した場合には、舵角の検出に際してモータマグネット等の影響により舵角の誤検出のおそれが懸念される。この点、本実施の形態で採用した静電容量型のラインセンサ４２によれば、外部磁界には影響を受けないので、前述のような磁界発生源の近傍に配設してもその検出精度に影響がでることはない。
【００７７】
（４）また、静電容量型のラインセンサ４２はごみや埃の影響を受けにくい。このため、ごみや埃を受けやすい車両に好適である。
ちなみに、舵角センサとして、次のような光学式のロータリエンコーダも従来知られている。当該エンコーダは、ステアリングシャフトに貫通状態で装着された回転板を備えてなる。当該回転板において異なる半径の複数の円周上には、異なるパターンのスリット列が設けられている。そして回転板には、スリット列と同数の光センサ（フォトインタラプタ）が複数のスリット列に対応するように配設されている。光センサは、スリット列のスリットの有無（光の透過の有無）に基づいて所定ビットのコードを出力する。スリット列は、当該コードが回転板の１回転中において重複しないように設けられるため、当該エンコーダは当該コードに基づいて、回転板の１回転中（３６０°以内）の回転角度を絶対値で検出可能となる。このような構成に起因して、光学式のロータリエンコーダは、ごみ等がスリットに付着等すると正確な角度の検出が困難になるおそれがある。本実施の形態では、このようなごみ等による影響はない。
【００７８】
（５）また、静電容量型のラインセンサ４２からの出力に基づき操舵角を求めるようにしたことにより、舵角センサ１１の構成を変えることなく分解能を変更することができる。すなわり、ラインセンサ４２の図示しない処理回路の設定等を通じて、検出対象及び搭載対象の仕様等に応じて、検出角度の分解能を高めたり低めたりすることができる。
【００７９】
ちなみに、前述した光学式のロータリエンコーダにあっては、角度検出の分解能は１種類に限定される。分解能を調節するためにはスリット円板に設けるスリットの数を変更する等、構成を変更する必要がある。そして、検出する回転板の絶対角の分解能を高めるためには、回転板のスリット列を増やせばよいものの、この場合にはスリット列を増やした分だけ回転板の外径を大きくする必要があり、それに伴い回転角度検出装置の体格が大きくなる。また、スリット列と同数の光センサを設ける必要があることから、角度検出の分解能を高めようとするほど、必要とされる光センサの個数も増大する。
【００８０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第１の実施の形態と同様の構成とされており、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂの検出方式を、発光素子と受光素子とを利用した光学検出方式とした点で前記第１の実施の形態と異なる。したがって、前記第１の実施の形態と同様の部材構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８１】
図９（ａ）に示すように、外歯車１４には、その回転中心軸Ｌａに沿う方向へ貫通した６つの第１検出透孔５１が形成されている。これら第１検出透孔５１は外歯車１４の外周縁側において環状をなすように設けられている。６つの第１検出透孔５１は、外歯車１４の径方向における幅が当該外歯車１４の単位回転角度範囲として設定された０°〜６０°内において直線的に変化するように形成されている。すなわち、各第１検出透孔５１を外歯車１４の回転中心軸Ｌａに沿う方向から投影したときの形状は、前記第１の実施の形態の第１検出部材２１と同じ形状となる。そして、図３（ａ），（ｂ）に示される第１検出部材２１と同様に、１つの第１検出透孔５１は直線に展開したときに直角三角形をなすとともに、当該第１検出透孔５１の幅Ｗａ１は外歯車１４の回転量に対し比例関係をもって直線的に変化する。また、外歯車１４において、各第１検出透孔５１の内側には、環状の第１補助透孔５２が形成されている。各第１補助透孔５２の幅は、外歯車１４の全周にわたって一定とされている。すなわち、第１補助透孔５２の幅は、外歯車１４の回転量に対し常に一定となる。一方、内歯車１５にも外歯車１４と同様に、６つの第２検出透孔５３及び第２補助透孔５４が形成されている。
【００８２】
図９（ｂ）に示されるように、外歯車１４及び内歯車１５を間に挟んで、発光素子としての発光ダイオード５５及び受光素子としての半導体イメージセンサ５６が配設されている。半導体イメージセンサ５６としては例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサが採用可能である。また、発光ダイオード５５と外歯車１４及び内歯車１５との間には、板状の遮蔽部材５７が配設されている。この遮蔽部材５７には外歯車１４及び内歯車１５の径方向へ延びるスリット５７ａが形成されている。
【００８３】
さて、発光ダイオード５５から発せられてスリット５７ａを通過した線状の光は、さらに外歯車１４の第１検出透孔５１及び第１補助透孔５２、並びに内歯車１５の第２検出透孔５３及び第２補助透孔５４を通過して半導体イメージセンサ５６に至る。半導体イメージセンサ５６は、第１及び第２検出透孔５１，５３並びに第１及び第２補助透孔５２，５４を通じて照射された線状の光の撮影情報Ｄｐを電気信号としてマイクロコンピュータ４３へ送る。そして、マイクロコンピュータ４３は、前述した第１の実施の形態と同様にして、ステアリングホイールの操舵角を絶対値で求める。
【００８４】
すなわち、マイクロコンピュータ４３は、撮影情報Ｄｐに基づき第１及び第２検出透孔５１，５３の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助透孔５２，５４の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を求める。そしてマイクロコンピュータ４３は、第１検出透孔５１の幅Ｗａ１と第１補助透孔５２の幅Ｗａ２との比を求め、当該比に基づき外歯車１４の単位回転角度範囲である０°〜６０°における回転角度θａを求める。また、マイクロコンピュータ４３は、第２検出透孔５３の幅Ｗｂ１と第２補助透孔５４の幅Ｗｂ２との比を求め、当該比に基づき内歯車１５の単位回転角度範囲である０°〜６０°における回転角度θｂを求める。そして、マイクロコンピュータ４３は、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき、外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操作角として算出する。
【００８５】
したがって、本実施の形態の構成を採用した場合であれ、ステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４の回転角度θａを基準とすることにより、操舵角の算出に際して、外歯車１４と内歯車１５との間のバックラッシδの影響が低減される。このため、ステアリングホイールの操舵角の検出精度を向上させることができる。
【００８６】
ここで、本実施の形態の第１及び第２検出透孔５１，５３は本発明の第１及び第２検出領域を、同じく第１及び第２補助透孔５２，５４は本発明の第１及び第２補助検出領域を構成する。また、発光ダイオード５５及び遮蔽部材５７は、本発明の線状光源を構成する。さらに、半導体イメージセンサ５６は、本発明の幅検出手段に相当する。
【００８７】
なお、発光ダイオード５５及び半導体イメージセンサ５６は、第１検出透孔５１及び第１補助透孔５２、並びに内歯車１５の第２検出透孔５３及び第２補助透孔５４の移動軌跡に対応させて４組の発光ダイオード５５及び半導体イメージセンサ５６を設けるようにしてもよいし、１組だけ設けるようにしてもよい。また、本実施の形態では、発光素子として発光ダイオード５５を一例として挙げたが、例えば線状の光を出射可能とされた線状光源を採用することもできる。この場合、線状の光を外歯車１４及び内歯車１５に照射するべく設けられた遮蔽部材５７を省略することができることから、構成の簡素化が図られる。
【００８８】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動平歯車に単一の従動平歯車を噛合させて、これら２つの平歯車の回転角度に基づいてステアリングシャフトの回転角度を求めるようにした点で前記第１の実施の形態と異なる。
【００８９】
すなわち、図１０に示すように、ステアリングシャフト１２には、主動平歯車６１が一体回転可能に外嵌されている。この主動平歯車６１にはハウジング１３の内部に回転可能に支持された従動平歯車６２が噛み合っている。したがって、ステアリングシャフト１２の回転に伴い主動平歯車６１が回転すると、従動平歯車６２は主動平歯車６１と反対方向へ回転する。主動平歯車６１及び従動平歯車６２の歯数は異なっている。例えば主動平歯車６１の歯数をｍ、従動平歯車６２の歯数をｎ（＜ｍ）としたとき、主動平歯車６１が１回転すると従動平歯車６２はｍ／ｎ回転する。すなわち、ステアリングシャフト１２の回転に伴う主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転量は互いに異なる。そして、主動平歯車６１の一方面である検出面６１ａには、前記第１の実施の形態と同様に、第１検出部材２１及び第１補助検出部材２２が、また従動平歯車６２の一方面である検出面６２ａには第２検出部材３１及び第２補助検出部材３２が設けられている。
【００９０】
また、図１０に二点鎖線で示されるように、主動平歯車６１及び従動平歯車６２の検出面６１ａ，６２ａに対向するように、２つのラインセンサ６３，６４が設けられている。これらラインセンサ６３，６４は前記第１の実施の形態におけるラインセンサ４２と同様の構成とされており、それぞれ複数の認識ラインを備えてなる。２つのラインセンサ６３，６４は、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を検出してこれらの情報を含む明暗情報Ｄ１，Ｄ２を出力する。マイクロコンピュータ４３は、２つのラインセンサ６３，６４からの明暗情報Ｄ１，Ｄ２に基づき、主動平歯車６１及び従動平歯車６２の単位角度範囲である０°〜６０°内において回転角度θａ，θｂを求め、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき主動平歯車６１の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として算出する。
【００９１】
したがって、本実施の形態の構成を採用した場合であれ、ステアリングシャフト１２に直結された主動平歯車６１の回転角度を基準とすることにより、操舵角の算出に際して、主動平歯車６１と従動平歯車６２との間のバックラッシδの影響が低減される。このため、ステアリングホイールの操舵角の検出精度を向上させることができる。
【００９２】
ここで、主動平歯車６１は本発明の第１歯車に、従動平歯車６２は本発明の第２歯車に相当する。また、ラインセンサ６３，６４は本発明の静電容量センサ及び幅検出手段を構成する。
【００９３】
なお、本実施の形態に、前記第２の実施の形態の光学検出方式を適用することも可能である。この場合、主動平歯車６１及び従動平歯車６２において、第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応する部位にはそれらの形状に対応した透孔を形成する。そして、主動平歯車６１及び従動平歯車６２に対応する２つのラインセンサ６３，６３に代えて、２つの発光素子及び２つの半導体イメージセンサを主動平歯車６１及び従動平歯車６２に対応して設ける。発光素子と主動平歯車６１との間、及び発光素子と従動平歯車６２との間にはスリットを有する遮蔽部材を配設する。
【００９４】
＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
・第１及び第３の実施の形態においては、４本の認識ラインを有するラインセンサ４２，６３，６４を採用するようにしたが、例えば１〜３本又は５本以上の認識ラインを有するラインセンサも採用可能である。
【００９５】
・第１の実施の形態では、複数の認識ラインを有するラインセンサ４２を使用したが、単一の認識ラインを有する複数個のラインセンサを独立して設けるようにしてもよい。この場合、各ラインセンサはそれらの認識ラインが外歯車１４及び内歯車１５の回転中心軸Ｌａ，Ｌｂを通る半径方向へ延びる直線上に位置するように配設する。また、第３の実施の形態においても同様である。
【００９６】
・第１の実施の形態において、複数個のラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車１５の半径方向及び回転方向において適宜組み合わせて使用することも可能である。複数個のラインセンサ４２を、外歯車１４及び内歯車１５の径方向において組み合わせることにより、製品仕様等に応じて、必要とされる認識ライン長を確保することができる。例えば、第１の実施の形態の２倍の認識ライン長が必要とされる場合には、２つのラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車の回転方向において組み合わせる。また、複数個のラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車１５の回転方向において組み合わせることにより、製品仕様等に応じて、必要とされる認識ライン数を確保することができる。例えば、８本の認識ラインを設ける必要がある場合には、４本の認識ラインを有するラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車１５の回転方向において２つ組み合わせる。第３の実施の形態のラインセンサ６３，６４についても同様である。
【００９７】
・第１の実施の形態では、単一のラインセンサ４２を外歯車１４と内歯車１５とで共用したが、例えば２つのラインセンサを外歯車１４及び内歯車１５に対し独立して設けてもよい。この場合、２つのラインセンサはそれらの認識ラインが外歯車１４及び内歯車１５の回転中心軸Ｌａ，Ｌｂを通って半径方向へ延びる直線上に位置するように配設する。また、第３の実施の形態では、２つのラインセンサ６３，６４を主動平歯車６１及び従動平歯車６２に対応して配設するようにしたが、単一のラインセンサを主動平歯車６１と従動平歯車６２とで共用することも可能である。この場合、単一のラインセンサは、その認識ラインが主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転中心軸間を結ぶ直線上に位置するように設ける。
【００９８】
・第１の実施の形態では、外歯車１４及び内歯車１５の同じ側の面に、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２を設けるようにしたが、互いに反対側の面に設けるようにしてもよい。この場合、２つのラインセンサを用意して、これらセンサを外歯車１４の第１の検出面１４ａ及び内歯車１５の第２の検出面１５ａに対向して配設する。第３の実施の形態における主動平歯車６１及び従動平歯車６２についても同様である。
【００９９】
・第１及び第３の実施の形態における第１及び第２検出部材２１，３１の形状、並びに第２の実施の形態における第１及び第２検出透孔５１，５３の形状は適宜変更してもよい。すなわち、第１及び第３の実施の形態における外歯車１４及び内歯車１５、並びに第２の実施の形態における主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転に伴い、第１及び第２検出部材２１，３１の幅、並びに第１及び第２検出透孔５１，５３の幅がそれぞれ直線的に変化する形状であればよい。例えば、第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２検出透孔５１，５３について、これらを直線上に展開したときの形状がそれぞれ二等辺三角形となるように形成することも可能である。
【０１００】
・第１及び第３の実施形態における第１及び第２補助検出部材２２，３２、並びに第２の実施の形態における第１及び第２補助透孔５２，５４を省略することも可能である。この場合であれ、第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２検出透孔５１，５３の幅に基づき外歯車１４及び内歯車１５、並びに主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転角度を求め、これら回転角度に基づき操舵角を求めることができる。
【０１０１】
・第１〜第３の実施の形態では、本発明をステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサとして具体化したが、回転軸を含む回転体の回転角度の検出一般に広く適用することも可能である。車両にあっては、例えば自動変速装置のギヤ段を変更する際に運転者に操作されるシフトレバーの操作位置を検出するために使用することもできる。この場合、シフトレバーの操作に伴い回転する軸の回転角度を当該レバーの操作位置として検出する。また、ブレーキペダル及びアクセルペダルの操作量等の検出手段としても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】第１の実施の形態の舵角センサの概略構成を分解して示す斜視図。
【図２】同じく外歯車及び内歯車の検出面の正面図。
【図３】（ａ）は、同じく第１及び第２検出領域並びに第１及び第２補助検出領域を展開した状態を示す模式図、（ｂ），（ｃ）は外歯車及び内歯車の回転角度と第１及び第２検出領域の幅との関係を示すグラフ。
【図４】同じく舵角センサの縦断面図。
【図５】（ａ）は、ラインセンサの平面図、（ｂ）は、図５（ａ）の１−１線断面図。
【図６】同じくラインセンサから出力される明暗情報の概略構成を示す模式図。
【図７】（ａ）は、同じく第１検出領域の幅と外歯車の回転角度との関係を示すグラフ、（ｂ）は、同じく第２検出領域の幅と内歯車の回転角度との関係を示すグラフ、（ｃ）は、同じくステアリングホイールの操舵角、並びに外歯車及び内歯車の回転角度との関係を示すグラフ。
【図８】同じく第１及び第２検出領域並びに第１及び第２補助検出領域のラインセンサに対する相対位置関係を示す模式図。
【図９】（ａ）は、第２の実施の形態の外歯車及び内歯車の要部斜視図、（ｂ）は、外歯車及び内歯車に設けられた各透孔の幅を検出する発光素子及び受光素子の配置関係を示す概略斜視図。
【図１０】第３の実施の形態の主動平歯車及び従動平歯車の噛み合い状態を示す平面図。
【符号の説明】
【０１０３】
１１…舵角センサ、１２…ステアリングシャフト（回転体）、１４…外歯車、１５…内歯車、２１…第１検出部材、２２…第１補助検出部材、３１…第２検出部材、３２…第２補助検出部材、４２，６３，６４…ラインセンサ、４２ａ〜４２ｄ…認識ライン、４３…マイクロコンピュータ、５１…第１検出透孔、５２…第１補助透孔、５３…第２検出透孔、５４…第２補助透孔、５５…発光素子、５７…遮蔽部材、５７ａ…スリット、５６…半導体イメージセンサ、６１…主動平歯車、６２…従動平歯車、Ｌａ，Ｌｂ…回転中心軸、Ｗａ１，Ｗａ２，Ｗｂ１，Ｗｂ２…幅、ｚ１，ｚ２…歯数、θａ，θｂ…回転角度、θｍ…絶対回転角度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角度を絶対値で求める回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、車両の高機能化に伴い、車両には車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステムが搭載されつつある。これらシステムは、ステアリングの操舵角を車両の姿勢情報の一つとして取得し、その姿勢情報に基づいて車両の姿勢が安定的な状態になるように制御する。そのため、例えば車両のステアリングコラム内にはステアリングの操舵角を検出する回転角度検出装置が組み込まれている。
【０００３】
この種の回転角度検出装置としては、例えば特許文献１に示されるような構成が知られている。この回転角度検出装置は、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動歯車、及び当該主動歯車に歯合する２つの従動歯車を備えている。両従動歯車には磁石が一体回転可能に設けられている。また、両従動歯車の歯数は異なっており、これにより主動歯車の回転に伴う両従動歯車の回転角度を異ならせるようにしている。そして、回転角度検出装置の制御装置は、両従動歯車にそれぞれ対応して設けられた磁気センサにより両従動歯車の回転角度を検出し、それら検出した回転角度に基づいてステアリングシャフトの回転角度を求める。
【特許文献１】特表平１１−５００８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の回転角度検出装置には、次のような問題があった。すなわち、主動歯車に２つの従動歯車を噛み合わせた構成とされているため、検出される２つの従動歯車の回転角度には、主動歯車と２つの従動歯車との間のバックラッシに起因する誤差が含まれている。このため、２つの従動歯車の回転角度に基づいて求められるステアリングシャフトの回転角度にも潜在的に誤差が含まれている。前記バックラッシは、２つの従動歯車の滑らかな回転を確保するために設けられるものであることから、バックラッシを無くすことはできない。したがって、前記従来の回転角度検出装置により求められるステアリングシャフトの回転角度の検出精度の向上には自ずと限界があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、検出対象である回転体の回転角度の検出精度を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる第１歯車と、内周面に歯形が形成されるとともに前記第１歯車の外周側に配設されて噛合する前記第１歯車と歯数の異なる第２歯車と、前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなることをその要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、第１及び第２歯車の歯数は異なることから、回転体の回転に伴う第１及び第２歯車の回転量も互いに異なる。そして、第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせは、第１歯車の回転角度が０°から、その単位回転角度とこのときの第２歯車の回転角度との最小公倍数として求められる所定の回転角度に至るまでの間においてすべて異なる。このため、第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせは、０°から前記所定の回転角度までの範囲内において、回転体の絶対回転角度（第１歯車の絶対回転角度）に対して固有となる。したがって、第１及び第２歯車の各々の回転角度が分かれば、前述した所定の角度範囲内で第１歯車の絶対回転角度、すなわち回転体の回転角度を絶対値で即時に検出することが可能となる。ここで、回転体に一体回転可能に設けられる第１歯車の回転角度を基準として当該回転体の回転角度を求めることにより、第１及び第２歯車間に存在するバックラッシの影響を低減させることできる。したがって、検出対象である回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、前記回転体と一体回転する第１歯車と、前記第１歯車と歯数が異なるとともに第１歯車に噛合する第２歯車と、前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなることをその要旨とする。
【０００９】
本発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転角度検出装置において、前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる外歯車とし、前記第２歯車は、内周面に歯形が形成されるとともに前記外歯車の外周側に配設されて噛合する内歯車としたことをその要旨とする。
【００１０】
このように構成した場合であれ、回転体に一体回転可能に設けられる外歯車の回転角度を基準とすることにより、外歯車と内歯車との間のバックラッシの回転体の回転角度の検出に対する影響は少ない。このため、回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の回転角度検出装置において、前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる主動平歯車とし、前記第２歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記主動平歯車の外周側に配設されて噛合する従動平歯車としたことをその要旨とする。
【００１２】
このように構成した場合であれ、回転体に一体回転可能に設けられる主動平歯車の回転角度を基準とすることにより、主動平歯車と従動平歯車との間のバックラッシの回転体の回転角度の検出に対する影響は少ない。このため、回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記第１歯車において前記第１検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が一定となる第１補助検出領域と、前記第２歯車において前記第２検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が一定となる第２補助検出領域と、をさらに備え、前記幅検出手段は、前記第１及び第２補助検出領域に対して相対変位可能に設けられるとともに前記第１及び第２歯車の回転に伴い前記第１及び第２補助検出領域の幅を検出してこれら幅情報を前記検出信号に含めて出力するようにし、前記演算手段は、前記検出信号に含まれる前記第１検出領域の幅情報と同じく前記第１補助検出領域の幅情報との第１の比、並びに前記検出信号に含まれる前記第２検出領域の幅情報と同じく前記第２補助検出領域の幅情報との第２の比を求め、これら第１及び第２の比の組み合わせに基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求めることをその要旨とする。
【００１４】
本発明によれば、第１及び第２補助検出領域の幅が一定であることから、前記第１検出領域の幅と第１補助検出領域の幅との第１の比の値、並びに前記第２検出領域の幅と第２補助検出領域の幅との第２の比の値は、例え検出手段の各領域に対する取り付け位置が傾く等した場合であれ一定となる。したがって、前述の第１及び第２の比を利用することにより、検出手段と第１及び第２歯車との相対的な位置変化（位置ずれ）に起因する第１及び第２歯車の回転角度の算出精度への影響が低減される。ひいては、回転体の回転角度の算出精度が高められる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の回転角度検出装置において、前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は誘電体により形成し、また、前記幅検出手段は、前記第１及び第２歯車の径方向へ延びる単数又は複数の認識ラインを備えるとともに当該認識ラインと前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域との間に生じる静電容量を第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する静電容量センサとしたことをその要旨とする。
【００１６】
本発明によれば、誘電体により形成された第１及び第２検出領域並びに第１及び第２補助領域の幅を検出する幅検出手段として、静電容量センサを採用したことにより、例えば従来知られている磁気センサを使用した回転角度検出装置と異なり、外部磁界の影響を受けにくい。このため、本発明の回転角度検出装置を何らかの磁界発生源の近傍に配設した場合であれ、回転体の回転角度の誤検出のおそれはない。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の回転角度検出装置において、前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は、前記第１及び第２歯車の回転中心軸方向へ貫通して形成された第１及び第２検出透孔並びに第１及び第２補助透孔とし、前記検出手段は、第１及び第２歯車を間に挟んで対向配置される線状光源から発せられて前記第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔を通じて入射する線状光を当該第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する半導体イメージセンサとしたことをその要旨とする。
【００１８】
本発明のように構成した場合であれ、請求項６と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１及び第２歯車間に存在するバックラッシが検出対象である回転体の回転角度の検出に及ぼす影響が低減されることにより、当該回転体の回転角度の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の回転角度検出装置を例えばステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサに具体化した一実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１に示すように、舵角センサ１１は図示しない車両のステアリングコラム内に配設されるとともに、図示しないステアリングホイールに一体回転可能に連結されたステアリングシャフト１２に装着されている。舵角センサ１１は、ステアリングコラム内の図示しない構造体に固定された円筒状のハウジング１３を備えている。ハウジング１３は下面が開口した有蓋箱体状のアッパーハウジング１３ａと上面が開口した有底円筒状のロアハウジング１３ｂとが組み合わせられることにより全体として円筒状をなすとともに、当該ハウジング１３にはステアリングシャフト１２が回転可能に貫通した状態で保持されている。そしてこのハウジング１３（正確には、アッパーハウジング１３ａ）内には、外周面に多数の歯が形成されるとともにステアリングシャフト１２に対して一体回転可能に外嵌された円柱状の外歯車１４が配設されている。当該外歯車１４は、ステアリングシャフト１２の回転中心軸Ｌａに対して同一軸線上に配設されている。外歯車１４はポリカーボネート等の合成樹脂材料により形成されるとともに、その歯数ｚ１は３０とされている。
【００２１】
また、ハウジング１３（正確には、アッパーハウジング１３ａ）内には、内周面に多数の歯が形成されるとともに前述した外歯車１４の外周側に配設されて当該外歯車１４に対して偏心回転するように噛合する円環状の内歯車１５が配設されている。すなわち、図２に示されるように、内歯車１５の回転中心軸Ｌｂは、外歯車１４の回転中心軸、すなわちステアリングシャフト１２の回転中心軸Ｌａに対して距離ａｘだけ径方向へずれるように配設されている。また、内歯車１５は歯の形成されていない外周面がハウジング１３の内周面に対して摺動回転可能に設けられている。内歯車１５はポリカーボネート等の合成樹脂材料により形成されている。そして当該内歯車１５の歯数ｚ２は外歯車１４の歯数ｚ１よりも僅かに大きな値に設定されている。ここでは、内歯車１５の歯数ｚ２は３１とされている。
【００２２】
したがって、ステアリングシャフト１２の回転に伴い外歯車１４は回転中心軸Ｌａを中心として回転（自転）するとともに内歯車１５に噛合しつつ公転する。そしてこの外歯車１４の動作に伴い内歯車１５は外歯車１４の回転（自転又は公転）方向と同じ方向へ回転する。すなわち、わずかに異なる歯数の外歯車１４及び内歯車１５は、これらを内外に噛み合わせることにより大きな減速比が得られるようにしたハイポサイクロイド機構を構成している。当該ハイポサイクロイド機構には、ステアリングホイールの回転がステアリングシャフト１２を通じて外歯車１４の回転運動として入力される。このとき、外歯車１４の移動軌跡はハイポサイクロイドを描く。そして、外歯車１４が内歯車１５に噛み合いながら公転すると、外歯車１４は所定の減速比（速度伝達比）で自転する。この所定の減速比は、次式（Ａ）のように示される。
【００２３】
減速比＝ｚ１／（ｚ２−ｚ１）・・・（Ａ）
ここで、ｚ１は外歯車１４の歯数、ｚ２は内歯車１５の歯数である。本実施の形態では、前述したように、外歯車１４の歯数ｚ１＝３０、内歯車１５の歯数ｚ２＝３１とされているので、前記式（Ａ）から減速比は３０となる。
【００２４】
なお、外歯車１４は本発明の第１歯車に、また内歯車１５は本発明の第２歯車に相当する。
＜検出領域＞
図１に示されるように、外歯車１４の回転中心軸Ｌａに沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面（図１における下面）である第１の検出面１４ａには、その全周にわたって６つの第１検出部材２１が設けられている。図２に示されるように、これら第１検出部材２１は、第１の検出面１４ａの外周縁側において環状をなすように設けられている。すなわち、第１の検出面１４ａは、外歯車１４の回転中心軸Ｌａの周方向において、外歯車１４の単位回転角度範囲である０°〜６０°毎に６つの扇形の領域に区画されるとともに、これら領域毎に第１検出部材２１が設けられている。第１検出部材２１は、タンタル等の誘電体を第１の検出面１４ａに例えば蒸着することにより、外歯車１４の径方向における幅が前記単位回転角度範囲である６０°内において直線的に変化する板状又は膜状に形成されている。
【００２５】
具体的には、図３（ａ）に示されるように、１つの第１検出部材２１は直線に展開したときに直角三角形をなし、図３（ｂ）に示されるように、第１検出部材２１の幅Ｗａ１は、外歯車１４の回転量（回転角度θａ）に対し比例関係をもって直線的に変化する。そして、図２に示されるように、６つの第１検出部材２１は、第１の検出面１４ａの外周縁側の側縁部が同一の円周上において連続して位置するように設けられている。
【００２６】
また、第１の検出面１４ａにおいて、環状をなす６つの第１検出部材２１の内側には、環状の第１補助検出部材２２が設けられている。第１補助検出部材２２はタンタル等の誘電体を第１の検出面１４ａに蒸着することにより板状又は膜状に形成されるとともに、その幅Ｗａ２は全周にわたって一定とされている。すなわち、第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２は、外歯車１４の回転量に対し常に一定となる。
【００２７】
一方、図１に示されるように、内歯車１５の回転中心軸Ｌｂに沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面（図１における下面）である第２の検出面１５ａには、その全周にわたって６つの第２検出部材３１が設けられている。図２に示されるように、これら第２検出部材３１は、第２の検出面１５ａの外周縁側において環状をなすように設けられている。すなわち、第２の検出面１５ａは、内歯車１５の回転中心軸Ｌｂの周方向において、内歯車１５の単位回転角度範囲である６０°毎に６つの扇形の領域に区画されるとともに、これら領域毎に第２検出部材３１が設けられている。第２検出部材３１は、タンタル等の誘電体を第２の検出面１５ａに例えば蒸着することにより、内歯車１５の径方向における幅が前記単位回転角度範囲である６０°内において直線的に変化する板状又は膜状に形成されている。
【００２８】
具体的には、図３（ａ）に示されるように、１つの第２検出部材３１は直線に展開したときに直角三角形をなし、図３（ｃ）に示されるように、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１は、内歯車１５の回転量（回転角度θｂ）に対し比例関係をもって直線的に変化する。そして、図２に示されるように、６つの第２検出部材３１は、第２の検出面１５ａの外周縁側の側縁部が同一の円周上において連続して位置するように設けられている。
【００２９】
また、第２の検出面１５ａにおいて、環状をなす６つの第２検出部材３１の内側には、環状の第２補助検出部材３２が設けられている。第２補助検出部材３２はタンタル等の誘電体を第２の検出面１５ａに蒸着することにより板状又は膜状に形成されるとともに、その幅Ｗｂ２は全周にわたって一定とされている。すなわち、第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２は、内歯車１５の回転量に対し常に一定となる。
【００３０】
なお、外歯車１４の第１の検出面１４ａ及び内歯車１５の第２の検出面１５ａは、同一平面上にある。また、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の厚みは同じとされている。本実施の形態では、第１検出部材２１及び第１補助検出部材２２、並びに第２検出部材３１及び第２補助検出部材３２の厚みは、それぞれ２００μｍ程度に設定されている。また、本実施の形態において、前述した６つの第１検出部材２１は本発明の第１検出領域を、６つの第２検出部材３１は本発明の第２検出領域を構成する。また、第１補助検出部材２２は本発明の第１補助検出領域を、第２補助検出部材３２は本発明の第２補助検出領域を構成する。
【００３１】
＜回路基板＞
図４に示すように、ハウジング１３の内部において、外歯車１４及び内歯車１５の下方には、平板状の回路基板４１が第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向して配設されている。回路基板４１はロアハウジング１３ｂの内底面に固定されるとともに、その第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向する側面には静電容量式のラインセンサ４２及びマイクロコンピュータ４３が設けられている。ラインセンサ４２は外歯車１４及び内歯車１５の回転に伴い変化する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を読み取ってこれら幅情報を電気信号に変換して出力する。マイクロコンピュータ４３は、ラインセンサ４２から入力される電気信号に基づき外歯車１４及び内歯車１５の単位回転角度範囲０°〜６０°内の回転角度θａ，θｂを求め、これら回転角度θａ，θｂに基づき外歯車１４の絶対回転角度、すなわちステアリングシャフト１２の回転角度を絶対値で求める。
【００３２】
＜ラインセンサ＞
図３（ａ）に二点鎖線で示されるように、ラインセンサ４２は、外歯車１４及び内歯車１５の回転方向に対して交わる（直交する）方向へ延びる４本の認識ライン４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを備えるとともに、第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａの凹凸により異なる電荷量を明暗情報（１，０の情報）に変換して出力する。
【００３３】
具体的には、図５（ａ）に示されるように、各認識ライン４２ａ〜４２ｄは、所定ピッチで一列に並べられた多数の電極４４からなる。そして図５（ｂ）に示されるように、各電極４４は、保護膜４５により覆われるとともに、基板４６ａ上に設けられた図示しない増幅器及びＡ／Ｄ変換器等からなる処理回路４６を通じてマイクロコンピュータ４３に接続されている。各電極４４には、これらの表面と第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａとの距離に応じた電荷が溜まる。例えば各認識ライン４２ａ〜４２ｄが第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａと対応しているときには各電極４４には電荷Ｃ１が、また第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応しているときには各電極４４には電荷Ｃ２（＞Ｃ１）が溜まる。ここで、各電極４４と第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａとの間の距離は、各電極４４と第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２との間の距離よりも大きいので、電荷Ｃ２は電荷Ｃ１よりも大きな値となる。
【００３４】
ちなみに、本実施の形態では、各認識ライン４２ａ〜４２ｄは、２１８個の電極４４が５０μｍの間隔をおいて配設されてなる。このため、２００μｍ以上の凹凸を高い精度（５００ｄｐｉ程度）で検出可能となる。
【００３５】
処理回路４６は、各電極４４の電荷量を検出して当該電荷量を増幅するとともに、当該増幅された電荷量を４ビットのＡＤ変換をすることにより、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅情報を、４ビット階調の明暗情報Ｄに変換してマイクロコンピュータ４３へ出力する。すなわち、処理回路４６は、１列に並ぶ各電極４４に溜まる電荷を０〜１５のいずれかの数値に変換してマイクロコンピュータ４３へ送る。
【００３６】
本実施の形態では、各認識ライン４２ａ〜４２ｄの電極４４と外歯車１４及び内歯車１５との間の距離は、基本的には以下の（ａ），（ｂ）に示される２つの値の間でしか変化しない。
【００３７】
（ａ）電極４４と第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａとの間の距離。
（ｂ）電極４４と第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２との間の距離。
【００３８】
このため、電極４４と外歯車１４及び内歯車１５との間に形成される静電容量も基本的には２種類（電荷Ｃ１，Ｃ２）となる。そして、明暗情報Ｄには、各認識ライン４２ａ〜４２ｄに対応する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を示す情報が前述した０〜１５の数値に変換された状態で含まれている。すなわち、前述したように、本実施の形態では各電極４４に蓄えられる電荷量は基本的にはＣ１，Ｃ２の２種類であることから、図６に示されるように、明暗情報Ｄの各ビットは、例えば電荷Ｃ１に対応した数値である「５」、及び電荷Ｃ２に対応した数値である「１５」の２種類の数値で構成される。マイクロコンピュータ４３は、この明暗情報Ｄに基づき、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を求める。なお、ラインセンサ４２は本発明の静電容量センサ及び幅検出手段に相当する。
【００３９】
＜マイクロコンピュータ＞
マイクロコンピュータ４３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えるとともに、当該ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づきＲＡＭを作業領域として作動する。マイクロコンピュータ４３は、例えば車両のイグニッションスイッチがオン位置に操作されたときに、ステアリングホイールの操舵角の算出処理を開始して、ラインセンサ４２から入力される明暗情報Ｄに基づき外歯車１４の絶対回転角度をステアリングホイールの操舵角として逐次演算する。
【００４０】
すなわち、マイクロコンピュータ４３は、ラインセンサ４２から入力される明暗情報Ｄに基づき各認識ライン４２ａ〜４２ｄに対応する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を求める。具体的には、図６に示されるように、マイクロコンピュータ４３は、明暗情報Ｄに含まれる各電極４４の電荷Ｃ１，Ｃ２に対応するデジタル値Ｋｘを読み取るとともに、これらデジタル値Ｋｘのうち所定の判定閾値Ｋｓ以上となるビットを、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応する部分として認識する。そしてマイクロコンピュータ４３は、判定閾値Ｋｓ以上のビットの連なる部分を、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２として認識する。
【００４１】
次に、マイクロコンピュータ４３は、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比（＝Ｗａ１／Ｗａ２）を求め、当該比に基づき外歯車１４の単位回転角度範囲０°〜６０°における回転角度θａを求める。また、マイクロコンピュータ４３は、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比（＝Ｗｂ１／Ｗｂ２）を求め、当該比に基づき内歯車１５の単位回転角度範囲０°〜６０°における回転角度θｂを求める。そして、マイクロコンピュータ４３は、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき、外歯車１４の絶対回転角度θｍを求める。マイクロコンピュータ４３は本発明の演算手段に相当する。
【００４２】
＜操舵角の算出処理＞
次に、前述のように構成した舵角センサ１１による操舵角の算出処理について説明する。当該算出処理は実際には各認識ライン４２ａ〜４２ｄからの明暗情報Ｄに基づき各々なされる。
【００４３】
さて、ステアリングホイールの操作を通じてステアリングシャフト１２とともに外歯車１４が回転すると、当該外歯車１４に噛合する内歯車１５も同一方向へ回転する。これら外歯車１４及び内歯車１５の回転に伴い、ラインセンサ４２に対向して通過する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１は、外歯車１４及び内歯車１５が単位回転角度である６０°だけ回転する毎に直線的な変化を繰り返す。第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２は常に一定となる。また、外歯車１４の歯数ｚ１と内歯車１５の歯数ｚ２とは異なることから、ステアリングシャフト１２の回転に伴う外歯車１４及び内歯車１５の回転量は各々異なる。このため、その時々でラインセンサ４２（正確には、各認識ライン４２ａ〜４２ｄ）に対応する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１も各々異なる。
【００４４】
このとき、ラインセンサ４２は、各認識ライン４２ａ〜４２ｄを構成する各電極４４に蓄えられている電荷Ｃ１，Ｃ２をデジタル値Ｋｘで表した図６に示される明暗情報Ｄを、認識ライン４２ａ〜４２ｄ毎にマイクロコンピュータ４３へ出力する。マイクロコンピュータ４３は、各認識ライン４２ａ〜４２ｄに対応する明暗情報Ｄのデジタル値Ｋｘを読み取り、これらデジタル値Ｋｘの中で所定の判定閾値Ｋｓ以上となるビットを、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応する部分として認識する。そしてマイクロコンピュータ４３はこれら認識したビット群の幅を、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２として認識する。
【００４５】
ここで、例えばラインセンサ４２の各認識ライン４２ａ〜４２ｄを通過する第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１が直線的に増大する方向に、ステアリングシャフト１２が回転する場合を考える。
【００４６】
この場合、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と外歯車１４の回転角度θａとの間には、図７（ａ）に示されるような関係がある。すなわち、同図に示されるように、横軸を第１検出部材２１の幅Ｗａ１、縦軸を外歯車１４の回転角度θａとしたとき、幅Ｗａ１が増加するにつれて回転角度θａは外歯車１４の単位回転角度範囲である０°〜６０°の間において正の傾きをもって直線的に増大する。本実施の形態では、６つの第１検出部材２１が外歯車１４の回転中心軸Ｌａ回りに連続するように設けられていることから、外歯車１４が一回転すると回転角度θａは０°〜６０°の立ち上がり及び立ち下がりを６回繰り返す。
【００４７】
なお、本実施の形態では、ステアリングホイールの操舵角を求めるに際して、図７（ａ）の横軸を、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比（＝Ｗａ１／Ｗａ２）の値としたものを利用する。この場合であれ、当該比の値の増大に対する回転角度θａの変化は図７（ａ）の横軸を第１検出部材２１の幅Ｗａ１としたときと同様の傾向を示す。これは、第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２が一定であるからである。
【００４８】
また、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と内歯車１５の回転角度θｂとの間には、図７（ｂ）に示されるような関係がある。すなわち、同図に示されるように、横軸を第２検出部材３１の幅Ｗｂ１、縦軸を内歯車１５の回転角度θｂとしたとき、幅Ｗｂ１が増加するにつれて回転角度θｂは内歯車１５の単位回転角度範囲である０°〜６０°の間において正の傾きをもって直線的に増大する。本実施の形態では、６つの第２検出部材３１が内歯車１５の回転中心軸Ｌｂ回りに連続するように設けられていることから、内歯車１５が一回転すると回転角度θｂは０°〜６０°の立ち上がり及び立ち下がりを６回繰り返す。
【００４９】
ここで、図７（ａ），（ｂ）に示される特性図の横軸に時間軸を別途設定した場合に、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂが０°から６０°へ変化するまでの時間を１周期としたとき、内歯車１５の１周期は外歯車１４の１周期よりも長くなる。これは内歯車１５の円周は外歯車１４の円周よりも長く、第１及び第２検出部材２１，３１はこれら外歯車１４及び内歯車１５の円周に沿って設けられることに起因する。
【００５０】
なお、本実施の形態では、ステアリングホイールの操舵角を求めるに際して、図７（ｂ）の横軸を、第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比（＝Ｗｂ１／Ｗｂ２）の値としたものを利用する。この場合であれ、当該比の値の増大に対する回転角度θｂの変化は図７（ｂ）の横軸を第２検出部材３１の幅Ｗｂ１としたときと同様の傾向を示す。これは、第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２が一定であるからである。
【００５１】
したがって、マイクロコンピュータ４３は、そのときの第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比を求めるとともに、そのときの第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比を求める。そして、マイクロコンピュータ４３は、図７（ａ），（ｂ）に示される関係（横軸を前述の比としたもの）に従って、外歯車１４の回転角度θａ及び内歯車１５の回転角度θｂをそれぞれ０°〜６０°の範囲内で演算する。
【００５２】
このように、回転角度θａ，θｂを求める際に、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比（＝Ｗａ１／Ｗａ２）、並びに第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比（＝Ｗｂ１／Ｗｂ２）を利用することにより、回転角度θａ，θｂの算出精度が確保される。すなわち、図８に示されるように、車両走行中の振動等、何らかの原因によりラインセンサ４２が傾き、各認識ライン４２ａ〜４２ｄと第１及び第２検出部材２１，３１とのなす角度が変わることが想定される。この場合には、各認識ライン４２ａ〜４２ｄを通じて検知される第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１の値が変わることから、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂを誤検出するおそれがある。これは、例えば本来の幅Ｗａ１，Ｗｂ１と異なる幅Ｗａ１′，Ｗｂ１′に基づき外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂが演算されることに起因する。この点、前述したように、第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２が一定であることから、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値は、次式（Ｂ），（Ｃ）で示されるように、各認識ライン４２ａ〜４２ｄの傾き度合いにかかわらず一定となる。Ｗａ２′，Ｗｂ２′は、ラインセンサ４２が傾いたときの第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅である。
【００５３】
Ｗａ１／Ｗａ２＝Ｗａ１′／Ｗａ２′・・・（Ｂ）
Ｗｂ１／Ｗｂ２＝Ｗｂ１′／Ｗｂ２′・・・（Ｃ）
したがって、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値を利用することにより、ラインセンサ４２の外歯車１４及び内歯車１５に対する相対位置変化が回転角度θａ，θｂの算出精度に及ぼす影響を除外することができる。
【００５４】
また、外歯車１４及び内歯車１５の回転位置によっては、隣り合う２つの第１検出部材２１の境界部位又は第２検出部材３１の境界部位が各認識ライン４２ａ〜４２ｄのいずれかに対応することが想定される。この場合、単一の認識ラインのみ有するラインセンサが採用されているときには、第１検出部材２１の幅Ｗａ１又は第２検出部材３１の幅Ｗｂ１の検出が好適に行われないおそれがある。この点、本実施の形態では、ラインセンサ４２は４つの認識ライン４２ａ〜４２ｄを有することにより、１つの認識ラインが隣り合う２つの第１検出部材２１の境界部位又は同じく２つの第２検出部材３１の境界部位に対応した場合であれ、これら境界部位以外の部位に対応する残りの３つの認識ラインを通じて幅Ｗａ１又は幅Ｗｂ１を好適に検出することが可能となる。このため、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂが好適に求められる。さらに、認識ライン４２ａ〜４２ｄの故障等も想定されるところ、すべての認識ライン４２ａ〜４２ｄが同時に故障等する蓋然性は低い。このため、幅Ｗａ１又は幅Ｗｂ１の検出信頼性、ひいてはこれらに基づき求められる回転角度θａ，θｂの算出信頼性が確保される。
【００５５】
そしてこの後、マイクロコンピュータ４３は、前述のようにして求められた回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として求める。
【００５６】
詳述すると、本実施の形態では、ステアリングシャフト１２に一体回転可能に設けられる外歯車１４を基準として当該外歯車１４の絶対回転角度θｍが求められる。
ここで、前述したように、外歯車１４の歯数ｚ１は３０、内歯車１５の歯数ｚ２は３１とされている。また、外歯車１４及び内歯車１５の単位回転角度範囲、すなわち１つの第１及び第２検出部材２１，３１の第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａの円周に対する占有割合を示す分周比は１／６とされている。このため、ステアリングシャフト１２に一体回転可能に設けられる外歯車１４を基準とした場合、ステアリングシャフト１２が外歯車１４の単位回転角度である６０°だけ回転したときの内歯車１５の回転角度θｂは次式（Ｄ）で示される。
【００５７】
θｂ＝（３６０°×分周比）／（ｚ１／ｚ２）・・・（Ｄ）
そしていま、分周比＝１／６、ｚ１＝３０、ｚ２＝３１であることから、これらを前記式（Ｄ）に代入することにより、ステアリングシャフト１２が外歯車１４の単位回転角度である６０°だけ回転したときの内歯車１５の回転角度θｂは、５８°（小数点１桁以下切り捨て）となる。このため、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の回転角度θａが絶対値で０°から、当該外歯車１４の単位回転角度である回転角度θａ＝６０°とこのときの内歯車１５の回転角度θｂ＝５８°との最小公倍数として求められる回転角度１７４０°までの間においてすべて異なる。
【００５８】
すなわち、図７（ｃ）に示されるように、横軸に外歯車１４の絶対回転角度θｍ（ステアリングホイールの操舵角）を、また縦軸に外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂ（０°〜６０°）をプロットすると、外歯車１４の回転角度θａと内歯車１５の回転角度θｂとの組み合わせは、０°〜１７４０°の範囲内においてステアリングホイールの操舵角（外歯車１４の絶対回転角度θｍ）に対して固有となる。したがって、外歯車１４及び内歯車１５の各々の回転角度θａ，θｂが分かれば、０°〜１７４０°の角度範囲で外歯車１４の絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角を絶対値で即時に検出することが可能となる。そして、０°〜１７４０°の中心値をステアリングホイールの中立位置とした場合、舵角センサ１１によるステアリングホイールの操舵角の検出角度範囲は、±８７０°となる。これは、ステアリングホイールの左２．５回転、右２．５回転に相当する。
【００５９】
なお、外歯車１４及び内歯車１５の歯数ｚ１，ｚ２、並びに第１及び第２検出部材２１，３１の分周比は適宜変更してもよい。
例えば、表１の変形例１に示されるように、ｚ１＝５０、ｚ２＝５２、第１及び第２検出部材２１，３１の分周比＝１／５とすることも可能である。この場合、外歯車１４の単位回転角度はθａ＝７２°、このときの内歯車１５の回転角度はθｂ＝は６９°（小数点１桁以下切り捨て）となるとともに、これらの最小公倍数は１６５６°となる。したがって、舵角センサ１１の検出角度範囲は、±８２８°となる。これは、ステアリングホイールの左２．３回転、右２．３回転に相当する。
【００６０】
また、表１の変形例２に示されるように、ｚ１＝７９、ｚ２＝８２、第１及び第２検出部材２１，３１の分周比＝１／５とすることも可能である。この場合、外歯車１４の単位回転角度はθａ＝７２°、このときの内歯車１５の回転角度はθｂ＝６９°（小数点１桁以下切り捨て）となるとともに、これらの最小公倍数は１６５６°となる。したがって、舵角センサ１１の検出角度範囲は、±８２８°となる。これは、ステアリングホイールの左２．３回転、右２．３回転に相当する。
【００６１】
【表１】
そして、マイクロコンピュータ４３は、前述のようにして求めた外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステム（正確には、それらの制御装置）に送る。
【００６２】
＜バックラッシの影響＞
ここで、外歯車１４と内歯車１５との間にはバックラッシが設けられるところ、このバックラッシがステアリングホイールの操舵角の算出精度に何らかの影響を及ぼすことが懸念される。バックラッシは、２つの歯車を噛み合わせたときの歯面間の遊びのことであり、互いに噛み合う２つの歯車を円滑に回転させるためには適切なバックラッシを設定する必要がある。このため、バックラッシを省略することは困難である。そこで、以下に外歯車１４と内歯車１５との間のバックラッシが操舵角の算出精度に及ぼす影響について説明する。
【００６３】
さて、外歯車１４と内歯車１５との間にバックラッシδが存在する場合、内歯車１５は外歯車１４に対してバックラッシδの分だけ遅れて回転し始める。この内歯車１５の外歯車１４に対する回転の遅れは、図７（ａ），（ｂ）に示される特性図の横軸に時間軸を別途設定したとき、図７（ｂ）に二点鎖線で示されるように、内歯車１５の回転角度θｂの立ち上がりの遅れ、すなわち左右方向のずれとして現れる。そして、この図７（ｂ）に対する左右方向のずれは、算出される回転角度θｂのずれ、すなわち図７（ｂ）の上下方向のずれとして現れる。
【００６４】
例えば、図７（ａ）に示される特性図において、ポイントＰ１で示される回転角度θａの立ち上がりの最初の頂点、及びポイントＰ２で示される２番目の頂点に着目すると、これらポイントＰ１，Ｐ２に対応する内歯車１５の回転角度θｂは、図７（ｂ）に示されるように、本来それぞれ異なる回転角度θｂ１，θｂ２となる。したがって、内歯車１５の回転角度θｂの算出に際してバックラッシδの影響を排除するためには、当該バックラッシδを次のように設定すればよい。
【００６５】
すなわち、外歯車１４と内歯車１５との間にバックラッシδが存在しないと仮定した場合の理想的な回転角度θｂ１と回転角度θｂ２との差の絶対値として求められる演算許容誤差δｐ（＝│θｂ１−θｂ２│）未満の値となるように、実際のバックラッシδを設定する。このようにすれば、回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の絶対回転角度θｍが０°〜１７４０°の間において重複することはない。このため、マイクロコンピュータ４３は、バックラッシδの影響を受けることなく内歯車１５の回転角度θｂを算出可能となる。
【００６６】
これに対し、バックラッシδを前述の演算許容誤差δｐ以上の値とした場合には、当該バックラッシδの影響を受けて回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の絶対回転角度θｍが０°〜１７４０°の間において重複するおそれがある。例えば図７（ａ）に示されるポイントＰ２に対応する内歯車１５の回転角度θｂは、実際には図７（ｂ）に示されるように回転角度θｂ２であるにもかかわらず、バックラッシδの影響を受けて回転角度θｂ１と誤検出されるおそれがある。本実施の形態では、バックラッシδが前記の演算許容誤差δｐ未満となるように予め設定されることから、回転角度θｂ１が誤検出されることはない。なお、本実施の形態では、バックラッシδは、例えば０．５°とされる。
【００６７】
一方、外歯車１４はステアリングシャフト１２と一体回転することから、外歯車１４とステアリングシャフト１２との間に回転角度の誤差（回転方向のずれ）は発生しない。このため、マイクロコンピュータ４３は、外歯車１４の単位回転角度範囲０°〜６０°内における回転角度θａをバックラッシδの影響を一切受けずに求めることができる。
【００６８】
以上のようにバックラッシδを設定することにより、マイクロコンピュータ４３は、バックラッシδの影響を受けることなく回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づきバックラッシδの影響が排除された状態の絶対回転角度θｍを算出可能となる。したがって、絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角の検出精度が高められ、精度を要する車両制御に好適である。
【００６９】
なお、舵角センサ１１において、前述のようなバックラッシδの厳密な設定作業がなされない場合であれ、外歯車１４の絶対回転角度θｍの算出精度は確保される。そして、ステアリングシャフト１２と一体回転する主動歯車に噛み合わせられた複数個の従動歯車の回転角度をそれぞれ求め、これら回転角度の組み合わせに基づき主動歯車の絶対回転角度を操舵角として求めるようにした従来の舵角センサ（磁気検出方式）との比較においては、操舵角の検出精度は向上している。
【００７０】
すなわち、前述したように、マイクロコンピュータ４３は、ステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４の回転角度θａを基準として当該回転角度θａ及び内歯車１５の回転角度θｂの組み合わせに基づき操舵角を求めるようにしている。見方を変えれば、マイクロコンピュータ４３は、内歯車１５の回転角度θｂを外歯車１４の周期数（１周期＝回転角度θａ，θｂが０°から６０°へ変化するまでの時間）を把握するためにのみ使用しているとも言える。そして、少なくとも操舵角の算出に際して基準となる外歯車１４とステアリングシャフト１２との間には何ら回転誤差は発生することがなく、また当該外歯車１４に噛み合う歯車も内歯車１５のみである。このように、検出対象であるステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４の回転角度θａを直接的に検出し、この検出された回転角度θａを当該外歯車１４の絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角の演算パラメータの一つとして使用することにより、操舵角の検出精度が高められる。ステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４に噛み合う歯車も内歯車１５のみであることから、前述した従来の舵角センサ、すなわち主動歯車に噛み合う複数個の従動歯車の回転角度に基づき操舵角を求めるようにしたものに比べ、操舵角の算出に際しての歯車間のバックラッシの影響は少ない。
【００７１】
＜実施の形態の効果＞
従って、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）舵角センサ１１は、ステアリングシャフト１２と一体回転する外歯車１４及びこれに噛み合う内歯車１５を備えた。また、外歯車１４及び内歯車１５の第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａには、６つの第１及び第２検出部材２１，３１を環状に配設するとともに、これらの内側には環状の第１及び第２補助検出部材２２，３２を設けた。さらに、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を検出してこれらの情報を含む明暗情報Ｄを出力するラインセンサ４２を、第１及び第２の検出面１４ａ，１５ａに対向して配設した。そして、ラインセンサ４２からの明暗情報Ｄに基づき外歯車１４及び内歯車１５の単位角度範囲内における回転角度θａ，θｂを求め、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として算出するマイクロコンピュータ４３を備えた。
【００７２】
ここで、外歯車１４及び内歯車１５の歯数ｚ１，ｚ２は異なることから、ステアリングシャフト１２の回転に伴う外歯車１４及び内歯車１５の回転量も互いに異なる。そして、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂの組み合わせは、外歯車１４の回転角度θａが絶対値で０°から、当該外歯車１４の単位回転角度である回転角度θａとこのときの内歯車１５の回転角度θｂとの最小公倍数として求められる所定の回転角度までの間においてすべて異なる。このため、外歯車１４の回転角度θａと内歯車１５の回転角度θｂとの組み合わせは、０°から前記回転角度θａ，θｂの最小公倍数として求められる所定の回転角度までの範囲内において、ステアリングホイールの操舵角（外歯車１４の絶対回転角度θｍ）に対して固有となる。したがって、外歯車１４及び内歯車１５の各々の回転角度θａ，θｂが分かれば、前述した回転角度θａ，θｂの最小公倍数として求められる所定の回転角度範囲内で外歯車１４の絶対回転角度θｍ、すなわちステアリングホイールの操舵角を絶対値で即時に検出することが可能となる。そして、ステアリングシャフト１２に一体回転可能に設けられる外歯車１４の回転角度θａを基準として操舵角を求めることにより、外歯車１４及び内歯車１５の間に存在するバックラッシの操舵角の算出に対する影響を低減させることできる。したがって、検出対象であるステアリングシャフト１２、ひいては操舵角の検出精度を向上させることができる。
【００７３】
しかも、外歯車１４と内歯車１５との間にバックラッシδが存在しないと仮定した場合の理想的な回転角度θｂ１と回転角度θｂ２との差の絶対値として求められる演算許容誤差δｐ未満の値となるように、実際のバックラッシδを設定している。このため、回転角度θａ，θｂの組み合わせが、外歯車１４の絶対回転角度θｍに対して重複することを確実に回避することができる。すなわち、マイクロコンピュータ４３は、バックラッシδの影響を受けることなく内歯車１５の回転角度θｂを算出可能となる。
【００７４】
（２）さらに、回転角度θａ，θｂを求める際に、第１検出部材２１の幅Ｗａ１と第１補助検出部材２２の幅Ｗａ２との比、並びに第２検出部材３１の幅Ｗｂ１と第２補助検出部材３２の幅Ｗｂ２との比を利用するようにしたことにより、回転角度θａ，θｂの算出精度が確保される。すなわち、車両走行中の振動等、何らかの原因によりラインセンサ４２が傾き、各認識ライン４２ａ〜４２ｄと第１及び第２検出部材２１，３１とのなす角度が変わることが想定される。この場合には、各認識ライン４２ａ〜４２ｄを通じて検知される第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１の値が変わることから、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂを誤検出するおそれがある。
【００７５】
この点、第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２が一定であることから、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値は、各認識ライン４２ａ〜４２ｄの傾き度合いにかかわらず一定となる。したがって、幅Ｗａ１，幅Ｗａ２の比の値、並びに幅Ｗｂ１，Ｗｂ２の比の値を利用することにより、ラインセンサ４２の外歯車１４及び内歯車１５に対する位置変化の回転角度θａ，θｂの算出精度に対する影響を除外することができる。ひいては、外歯車１４の絶対回転角度θｍの算出精度が高められる。
【００７６】
（３）第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２は誘電体により形成した。そしてこれら誘電体により形成された各領域の幅を検出する検出手段として、静電容量式のラインセンサ４２を採用した。ここで、近年では、車載機器にあっては電動化の傾向にある。このような電動化に伴い車両で使用されるモータ等の磁力発生源も増大傾向にある。例えば電動チルト機構のモータ等、ステアリングコラム内にも多数のモータが配設されることが想定される。この場合、従来のような磁気検出式の舵角センサを搭載した場合には、舵角の検出に際してモータマグネット等の影響により舵角の誤検出のおそれが懸念される。この点、本実施の形態で採用した静電容量型のラインセンサ４２によれば、外部磁界には影響を受けないので、前述のような磁界発生源の近傍に配設してもその検出精度に影響がでることはない。
【００７７】
（４）また、静電容量型のラインセンサ４２はごみや埃の影響を受けにくい。このため、ごみや埃を受けやすい車両に好適である。
ちなみに、舵角センサとして、次のような光学式のロータリエンコーダも従来知られている。当該エンコーダは、ステアリングシャフトに貫通状態で装着された回転板を備えてなる。当該回転板において異なる半径の複数の円周上には、異なるパターンのスリット列が設けられている。そして回転板には、スリット列と同数の光センサ（フォトインタラプタ）が複数のスリット列に対応するように配設されている。光センサは、スリット列のスリットの有無（光の透過の有無）に基づいて所定ビットのコードを出力する。スリット列は、当該コードが回転板の１回転中において重複しないように設けられるため、当該エンコーダは当該コードに基づいて、回転板の１回転中（３６０°以内）の回転角度を絶対値で検出可能となる。このような構成に起因して、光学式のロータリエンコーダは、ごみ等がスリットに付着等すると正確な角度の検出が困難になるおそれがある。本実施の形態では、このようなごみ等による影響はない。
【００７８】
（５）また、静電容量型のラインセンサ４２からの出力に基づき操舵角を求めるようにしたことにより、舵角センサ１１の構成を変えることなく分解能を変更することができる。すなわり、ラインセンサ４２の図示しない処理回路の設定等を通じて、検出対象及び搭載対象の仕様等に応じて、検出角度の分解能を高めたり低めたりすることができる。
【００７９】
ちなみに、前述した光学式のロータリエンコーダにあっては、角度検出の分解能は１種類に限定される。分解能を調節するためにはスリット円板に設けるスリットの数を変更する等、構成を変更する必要がある。そして、検出する回転板の絶対角の分解能を高めるためには、回転板のスリット列を増やせばよいものの、この場合にはスリット列を増やした分だけ回転板の外径を大きくする必要があり、それに伴い回転角度検出装置の体格が大きくなる。また、スリット列と同数の光センサを設ける必要があることから、角度検出の分解能を高めようとするほど、必要とされる光センサの個数も増大する。
【００８０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には前記第１の実施の形態と同様の構成とされており、外歯車１４及び内歯車１５の回転角度θａ，θｂの検出方式を、発光素子と受光素子とを利用した光学検出方式とした点で前記第１の実施の形態と異なる。したがって、前記第１の実施の形態と同様の部材構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８１】
図９（ａ）に示すように、外歯車１４には、その回転中心軸Ｌａに沿う方向へ貫通した６つの第１検出透孔５１が形成されている。これら第１検出透孔５１は外歯車１４の外周縁側において環状をなすように設けられている。６つの第１検出透孔５１は、外歯車１４の径方向における幅が当該外歯車１４の単位回転角度範囲として設定された０°〜６０°内において直線的に変化するように形成されている。すなわち、各第１検出透孔５１を外歯車１４の回転中心軸Ｌａに沿う方向から投影したときの形状は、前記第１の実施の形態の第１検出部材２１と同じ形状となる。そして、図３（ａ），（ｂ）に示される第１検出部材２１と同様に、１つの第１検出透孔５１は直線に展開したときに直角三角形をなすとともに、当該第１検出透孔５１の幅Ｗａ１は外歯車１４の回転量に対し比例関係をもって直線的に変化する。また、外歯車１４において、各第１検出透孔５１の内側には、環状の第１補助透孔５２が形成されている。各第１補助透孔５２の幅は、外歯車１４の全周にわたって一定とされている。すなわち、第１補助透孔５２の幅は、外歯車１４の回転量に対し常に一定となる。一方、内歯車１５にも外歯車１４と同様に、６つの第２検出透孔５３及び第２補助透孔５４が形成されている。
【００８２】
図９（ｂ）に示されるように、外歯車１４及び内歯車１５を間に挟んで、発光素子としての発光ダイオード５５及び受光素子としての半導体イメージセンサ５６が配設されている。半導体イメージセンサ５６としては例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサが採用可能である。また、発光ダイオード５５と外歯車１４及び内歯車１５との間には、板状の遮蔽部材５７が配設されている。この遮蔽部材５７には外歯車１４及び内歯車１５の径方向へ延びるスリット５７ａが形成されている。
【００８３】
さて、発光ダイオード５５から発せられてスリット５７ａを通過した線状の光は、さらに外歯車１４の第１検出透孔５１及び第１補助透孔５２、並びに内歯車１５の第２検出透孔５３及び第２補助透孔５４を通過して半導体イメージセンサ５６に至る。半導体イメージセンサ５６は、第１及び第２検出透孔５１，５３並びに第１及び第２補助透孔５２，５４を通じて照射された線状の光の撮影情報Ｄｐを電気信号としてマイクロコンピュータ４３へ送る。そして、マイクロコンピュータ４３は、前述した第１の実施の形態と同様にして、ステアリングホイールの操舵角を絶対値で求める。
【００８４】
すなわち、マイクロコンピュータ４３は、撮影情報Ｄｐに基づき第１及び第２検出透孔５１，５３の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助透孔５２，５４の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を求める。そしてマイクロコンピュータ４３は、第１検出透孔５１の幅Ｗａ１と第１補助透孔５２の幅Ｗａ２との比を求め、当該比に基づき外歯車１４の単位回転角度範囲である０°〜６０°における回転角度θａを求める。また、マイクロコンピュータ４３は、第２検出透孔５３の幅Ｗｂ１と第２補助透孔５４の幅Ｗｂ２との比を求め、当該比に基づき内歯車１５の単位回転角度範囲である０°〜６０°における回転角度θｂを求める。そして、マイクロコンピュータ４３は、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき、外歯車１４の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操作角として算出する。
【００８５】
したがって、本実施の形態の構成を採用した場合であれ、ステアリングシャフト１２に直結された外歯車１４の回転角度θａを基準とすることにより、操舵角の算出に際して、外歯車１４と内歯車１５との間のバックラッシδの影響が低減される。このため、ステアリングホイールの操舵角の検出精度を向上させることができる。
【００８６】
ここで、本実施の形態の第１及び第２検出透孔５１，５３は本発明の第１及び第２検出領域を、同じく第１及び第２補助透孔５２，５４は本発明の第１及び第２補助検出領域を構成する。また、発光ダイオード５５及び遮蔽部材５７は、本発明の線状光源を構成する。さらに、半導体イメージセンサ５６は、本発明の幅検出手段に相当する。
【００８７】
なお、発光ダイオード５５及び半導体イメージセンサ５６は、第１検出透孔５１及び第１補助透孔５２、並びに内歯車１５の第２検出透孔５３及び第２補助透孔５４の移動軌跡に対応させて４組の発光ダイオード５５及び半導体イメージセンサ５６を設けるようにしてもよいし、１組だけ設けるようにしてもよい。また、本実施の形態では、発光素子として発光ダイオード５５を一例として挙げたが、例えば線状の光を出射可能とされた線状光源を採用することもできる。この場合、線状の光を外歯車１４及び内歯車１５に照射するべく設けられた遮蔽部材５７を省略することができることから、構成の簡素化が図られる。
【００８８】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動平歯車に単一の従動平歯車を噛合させて、これら２つの平歯車の回転角度に基づいてステアリングシャフトの回転角度を求めるようにした点で前記第１の実施の形態と異なる。
【００８９】
すなわち、図１０に示すように、ステアリングシャフト１２には、主動平歯車６１が一体回転可能に外嵌されている。この主動平歯車６１にはハウジング１３の内部に回転可能に支持された従動平歯車６２が噛み合っている。したがって、ステアリングシャフト１２の回転に伴い主動平歯車６１が回転すると、従動平歯車６２は主動平歯車６１と反対方向へ回転する。主動平歯車６１及び従動平歯車６２の歯数は異なっている。例えば主動平歯車６１の歯数をｍ、従動平歯車６２の歯数をｎ（＜ｍ）としたとき、主動平歯車６１が１回転すると従動平歯車６２はｍ／ｎ回転する。すなわち、ステアリングシャフト１２の回転に伴う主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転量は互いに異なる。そして、主動平歯車６１の一方面である検出面６１ａには、前記第１の実施の形態と同様に、第１検出部材２１及び第１補助検出部材２２が、また従動平歯車６２の一方面である検出面６２ａには第２検出部材３１及び第２補助検出部材３２が設けられている。
【００９０】
また、図１０に二点鎖線で示されるように、主動平歯車６１及び従動平歯車６２の検出面６１ａ，６２ａに対向するように、２つのラインセンサ６３，６４が設けられている。これらラインセンサ６３，６４は前記第１の実施の形態におけるラインセンサ４２と同様の構成とされており、それぞれ複数の認識ラインを備えてなる。２つのラインセンサ６３，６４は、第１及び第２検出部材２１，３１の幅Ｗａ１，Ｗｂ１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２の幅Ｗａ２，Ｗｂ２を検出してこれらの情報を含む明暗情報Ｄ１，Ｄ２を出力する。マイクロコンピュータ４３は、２つのラインセンサ６３，６４からの明暗情報Ｄ１，Ｄ２に基づき、主動平歯車６１及び従動平歯車６２の単位角度範囲である０°〜６０°内において回転角度θａ，θｂを求め、これら回転角度θａ，θｂの組み合わせに基づき主動平歯車６１の絶対回転角度θｍをステアリングホイールの操舵角として算出する。
【００９１】
したがって、本実施の形態の構成を採用した場合であれ、ステアリングシャフト１２に直結された主動平歯車６１の回転角度を基準とすることにより、操舵角の算出に際して、主動平歯車６１と従動平歯車６２との間のバックラッシδの影響が低減される。このため、ステアリングホイールの操舵角の検出精度を向上させることができる。
【００９２】
ここで、主動平歯車６１は本発明の第１歯車に、従動平歯車６２は本発明の第２歯車に相当する。また、ラインセンサ６３，６４は本発明の静電容量センサ及び幅検出手段を構成する。
【００９３】
なお、本実施の形態に、前記第２の実施の形態の光学検出方式を適用することも可能である。この場合、主動平歯車６１及び従動平歯車６２において、第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２に対応する部位にはそれらの形状に対応した透孔を形成する。そして、主動平歯車６１及び従動平歯車６２に対応する２つのラインセンサ６３，６３に代えて、２つの発光素子及び２つの半導体イメージセンサを主動平歯車６１及び従動平歯車６２に対応して設ける。発光素子と主動平歯車６１との間、及び発光素子と従動平歯車６２との間にはスリットを有する遮蔽部材を配設する。
【００９４】
＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
・第１及び第３の実施の形態においては、４本の認識ラインを有するラインセンサ４２，６３，６４を採用するようにしたが、例えば１〜３本又は５本以上の認識ラインを有するラインセンサも採用可能である。
【００９５】
・第１の実施の形態では、複数の認識ラインを有するラインセンサ４２を使用したが、単一の認識ラインを有する複数個のラインセンサを独立して設けるようにしてもよい。この場合、各ラインセンサはそれらの認識ラインが外歯車１４及び内歯車１５の回転中心軸Ｌａ，Ｌｂを通る半径方向へ延びる直線上に位置するように配設する。また、第３の実施の形態においても同様である。
【００９６】
・第１の実施の形態において、複数個のラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車１５の半径方向及び回転方向において適宜組み合わせて使用することも可能である。複数個のラインセンサ４２を、外歯車１４及び内歯車１５の径方向において組み合わせることにより、製品仕様等に応じて、必要とされる認識ライン長を確保することができる。例えば、第１の実施の形態の２倍の認識ライン長が必要とされる場合には、２つのラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車の回転方向において組み合わせる。また、複数個のラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車１５の回転方向において組み合わせることにより、製品仕様等に応じて、必要とされる認識ライン数を確保することができる。例えば、８本の認識ラインを設ける必要がある場合には、４本の認識ラインを有するラインセンサ４２を外歯車１４及び内歯車１５の回転方向において２つ組み合わせる。第３の実施の形態のラインセンサ６３，６４についても同様である。
【００９７】
・第１の実施の形態では、単一のラインセンサ４２を外歯車１４と内歯車１５とで共用したが、例えば２つのラインセンサを外歯車１４及び内歯車１５に対し独立して設けてもよい。この場合、２つのラインセンサはそれらの認識ラインが外歯車１４及び内歯車１５の回転中心軸Ｌａ，Ｌｂを通って半径方向へ延びる直線上に位置するように配設する。また、第３の実施の形態では、２つのラインセンサ６３，６４を主動平歯車６１及び従動平歯車６２に対応して配設するようにしたが、単一のラインセンサを主動平歯車６１と従動平歯車６２とで共用することも可能である。この場合、単一のラインセンサは、その認識ラインが主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転中心軸間を結ぶ直線上に位置するように設ける。
【００９８】
・第１の実施の形態では、外歯車１４及び内歯車１５の同じ側の面に、第１及び第２検出部材２１，３１並びに第１及び第２補助検出部材２２，３２を設けるようにしたが、互いに反対側の面に設けるようにしてもよい。この場合、２つのラインセンサを用意して、これらセンサを外歯車１４の第１の検出面１４ａ及び内歯車１５の第２の検出面１５ａに対向して配設する。第３の実施の形態における主動平歯車６１及び従動平歯車６２についても同様である。
【００９９】
・第１及び第３の実施の形態における第１及び第２検出部材２１，３１の形状、並びに第２の実施の形態における第１及び第２検出透孔５１，５３の形状は適宜変更してもよい。すなわち、第１及び第３の実施の形態における外歯車１４及び内歯車１５、並びに第２の実施の形態における主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転に伴い、第１及び第２検出部材２１，３１の幅、並びに第１及び第２検出透孔５１，５３の幅がそれぞれ直線的に変化する形状であればよい。例えば、第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２検出透孔５１，５３について、これらを直線上に展開したときの形状がそれぞれ二等辺三角形となるように形成することも可能である。
【０１００】
・第１及び第３の実施形態における第１及び第２補助検出部材２２，３２、並びに第２の実施の形態における第１及び第２補助透孔５２，５４を省略することも可能である。この場合であれ、第１及び第２検出部材２１，３１、並びに第１及び第２検出透孔５１，５３の幅に基づき外歯車１４及び内歯車１５、並びに主動平歯車６１及び従動平歯車６２の回転角度を求め、これら回転角度に基づき操舵角を求めることができる。
【０１０１】
・第１〜第３の実施の形態では、本発明をステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサとして具体化したが、回転軸を含む回転体の回転角度の検出一般に広く適用することも可能である。車両にあっては、例えば自動変速装置のギヤ段を変更する際に運転者に操作されるシフトレバーの操作位置を検出するために使用することもできる。この場合、シフトレバーの操作に伴い回転する軸の回転角度を当該レバーの操作位置として検出する。また、ブレーキペダル及びアクセルペダルの操作量等の検出手段としても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】第１の実施の形態の舵角センサの概略構成を分解して示す斜視図。
【図２】同じく外歯車及び内歯車の検出面の正面図。
【図３】（ａ）は、同じく第１及び第２検出領域並びに第１及び第２補助検出領域を展開した状態を示す模式図、（ｂ），（ｃ）は外歯車及び内歯車の回転角度と第１及び第２検出領域の幅との関係を示すグラフ。
【図４】同じく舵角センサの縦断面図。
【図５】（ａ）は、ラインセンサの平面図、（ｂ）は、図５（ａ）の１−１線断面図。
【図６】同じくラインセンサから出力される明暗情報の概略構成を示す模式図。
【図７】（ａ）は、同じく第１検出領域の幅と外歯車の回転角度との関係を示すグラフ、（ｂ）は、同じく第２検出領域の幅と内歯車の回転角度との関係を示すグラフ、（ｃ）は、同じくステアリングホイールの操舵角、並びに外歯車及び内歯車の回転角度との関係を示すグラフ。
【図８】同じく第１及び第２検出領域並びに第１及び第２補助検出領域のラインセンサに対する相対位置関係を示す模式図。
【図９】（ａ）は、第２の実施の形態の外歯車及び内歯車の要部斜視図、（ｂ）は、外歯車及び内歯車に設けられた各透孔の幅を検出する発光素子及び受光素子の配置関係を示す概略斜視図。
【図１０】第３の実施の形態の主動平歯車及び従動平歯車の噛み合い状態を示す平面図。
【符号の説明】
【０１０３】
１１…舵角センサ、１２…ステアリングシャフト（回転体）、１４…外歯車、１５…内歯車、２１…第１検出部材、２２…第１補助検出部材、３１…第２検出部材、３２…第２補助検出部材、４２，６３，６４…ラインセンサ、４２ａ〜４２ｄ…認識ライン、４３…マイクロコンピュータ、５１…第１検出透孔、５２…第１補助透孔、５３…第２検出透孔、５４…第２補助透孔、５５…発光素子、５７…遮蔽部材、５７ａ…スリット、５６…半導体イメージセンサ、６１…主動平歯車、６２…従動平歯車、Ｌａ，Ｌｂ…回転中心軸、Ｗａ１，Ｗａ２，Ｗｂ１，Ｗｂ２…幅、ｚ１，ｚ２…歯数、θａ，θｂ…回転角度、θｍ…絶対回転角度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、
外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる第１歯車と、
内周面に歯形が形成されるとともに前記第１歯車の外周側に配設されて噛合する前記第１歯車と歯数の異なる第２歯車と、
前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、
前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、
前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、
前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなる回転角度検出装置。
【請求項２】
回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、
前記回転体と一体回転する第１歯車と、
前記第１歯車と歯数が異なるとともに第１歯車に噛合する第２歯車と、
前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、
前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、
前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、
前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなる回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる外歯車とし、
前記第２歯車は、内周面に歯形が形成されるとともに前記外歯車の外周側に配設されて噛合する内歯車とした回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる主動平歯車とし、
前記第２歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記主動平歯車の外周側に配設されて噛合する従動平歯車とした回転角度検出装置。
【請求項５】
前記第１歯車において前記第１検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が一定となる第１補助検出領域と、
前記第２歯車において前記第２検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が一定となる第２補助検出領域と、をさらに備え、
前記幅検出手段は、前記第１及び第２補助検出領域に対して相対変位可能に設けられるとともに前記第１及び第２歯車の回転に伴い前記第１及び第２補助検出領域の幅を検出してこれら幅情報を前記検出信号に含めて出力するようにし、
前記演算手段は、前記検出信号に含まれる前記第１検出領域の幅情報と同じく前記第１補助検出領域の幅情報との第１の比、並びに前記検出信号に含まれる前記第２検出領域の幅情報と同じく前記第２補助検出領域の幅情報との第２の比を求め、これら第１及び第２の比の組み合わせに基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回転角度検出装置において、
前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は誘電体により形成し、また、前記幅検出手段は、前記第１及び第２歯車の径方向へ延びる単数又は複数の認識ラインを備えるとともに当該認識ラインと前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域との間に生じる静電容量を第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する静電容量センサとした回転角度検出装置。
【請求項７】
請求項５に記載の回転角度検出装置において、
前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は、前記第１及び第２歯車の回転中心軸方向へ貫通して形成された第１及び第２検出透孔並びに第１及び第２補助透孔とし、
前記検出手段は、第１及び第２歯車を間に挟んで対向配置される線状光源から発せられて前記第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔を通じて入射する線状光を当該第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する半導体イメージセンサとした回転角度検出装置。
【請求項１】
回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、
外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる第１歯車と、
内周面に歯形が形成されるとともに前記第１歯車の外周側に配設されて噛合する前記第１歯車と歯数の異なる第２歯車と、
前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、
前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、
前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、
前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなる回転角度検出装置。
【請求項２】
回転体の回転角度を求める回転角度検出装置において、
前記回転体と一体回転する第１歯車と、
前記第１歯車と歯数が異なるとともに第１歯車に噛合する第２歯車と、
前記第１歯車の回転角度を求めるべく当該第１歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第１検出領域と、
前記第２歯車の回転角度を求めるべく当該第２歯車の回転中心軸に沿う方向において互いに反対側に位置する２つの側面のうちの一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が予め設定された単位回転角度範囲毎に直線的に変化する複数の第２検出領域と、
前記第１及び第２歯車の第１及び第２検出領域に対し相対変位可能に設けられるとともに当該第１及び第２歯車の回転に伴い相対的に変化する当該第１及び第２検出領域の幅を検出してこれら幅情報を含む検出信号を出力する幅検出手段と、
前記検出信号に含まれる第１及び第２検出領域の幅情報に基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める演算手段と、を備えてなる回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる外歯車とし、
前記第２歯車は、内周面に歯形が形成されるとともに前記外歯車の外周側に配設されて噛合する内歯車とした回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記第１歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記回転体と一体回転可能に設けられる主動平歯車とし、
前記第２歯車は、外周面に歯形が形成されるとともに前記主動平歯車の外周側に配設されて噛合する従動平歯車とした回転角度検出装置。
【請求項５】
前記第１歯車において前記第１検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第１歯車の径方向における幅が一定となる第１補助検出領域と、
前記第２歯車において前記第２検出領域が形成された一方面の全周にわたって設けられるとともに当該第２歯車の径方向における幅が一定となる第２補助検出領域と、をさらに備え、
前記幅検出手段は、前記第１及び第２補助検出領域に対して相対変位可能に設けられるとともに前記第１及び第２歯車の回転に伴い前記第１及び第２補助検出領域の幅を検出してこれら幅情報を前記検出信号に含めて出力するようにし、
前記演算手段は、前記検出信号に含まれる前記第１検出領域の幅情報と同じく前記第１補助検出領域の幅情報との第１の比、並びに前記検出信号に含まれる前記第２検出領域の幅情報と同じく前記第２補助検出領域の幅情報との第２の比を求め、これら第１及び第２の比の組み合わせに基づき前記第１及び第２歯車の単位回転角度範囲内における回転角度を求めるとともに、これら求められた第１及び第２歯車の回転角度の組み合わせに基づき当該第１歯車の回転角度を基準として前記回転体の回転角度を絶対値で求める請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回転角度検出装置において、
前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は誘電体により形成し、また、前記幅検出手段は、前記第１及び第２歯車の径方向へ延びる単数又は複数の認識ラインを備えるとともに当該認識ラインと前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域との間に生じる静電容量を第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する静電容量センサとした回転角度検出装置。
【請求項７】
請求項５に記載の回転角度検出装置において、
前記第１及び第２検出領域並びに前記第１及び第２補助検出領域は、前記第１及び第２歯車の回転中心軸方向へ貫通して形成された第１及び第２検出透孔並びに第１及び第２補助透孔とし、
前記検出手段は、第１及び第２歯車を間に挟んで対向配置される線状光源から発せられて前記第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔を通じて入射する線状光を当該第１及び第２検出透孔並びに前記第１及び第２補助透孔の幅情報として検出してこれら検出された幅情報を前記検出信号として出力する半導体イメージセンサとした回転角度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−４７５４７（Ｐ２００９−４７５４７Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１３８１７（Ｐ２００７−２１３８１７）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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