光学式位置検出装置
【課題】検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる光学式位置検出装置を提供する。
【解決手段】レバー等の検出対象に連動して変位する遮光部材２１を複数の発光素子１２から受光素子１３への光路を遮る態様で設けた。この遮光部材２１には、各発光素子１２からの光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せが当該遮光部材２１の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンを形成した。このため、検出対象に連動して遮光部材２１が各位置に変位した場合、受光素子１３からの電気信号に基づき生成される論理信号の組合せはすべて異なる。当該論理信号の組合せに基づき遮光部材２１、ひいては検出対象の位置が特定可能となる。また、受光量の変化に基づき検出対象の位置を特定するものと異なり、検出精度が検出位置数の多寡の影響を受けることはない。
【解決手段】レバー等の検出対象に連動して変位する遮光部材２１を複数の発光素子１２から受光素子１３への光路を遮る態様で設けた。この遮光部材２１には、各発光素子１２からの光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せが当該遮光部材２１の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンを形成した。このため、検出対象に連動して遮光部材２１が各位置に変位した場合、受光素子１３からの電気信号に基づき生成される論理信号の組合せはすべて異なる。当該論理信号の組合せに基づき遮光部材２１、ひいては検出対象の位置が特定可能となる。また、受光量の変化に基づき検出対象の位置を特定するものと異なり、検出精度が検出位置数の多寡の影響を受けることはない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式の位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、発光素子と受光素子との間に遮光板が配設されてなる光学式の位置検出装置が知られている。当該遮光板には、検出対象の移動位置に応じて開口面積の異なる複数の開口部が連設されている。このため、検出対象であるレバー等に連動して当該遮光板が変位すると、当該変位に応じて遮蔽板によって遮断される光量が多段階に変化する。受光素子に入射する光量も多段的に変化するので、当該受光素子において生成される電気信号も多段階に変化する。当該電気信号に基づき検出対象の位置が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の光学式の位置検出装置には、つぎのような問題があった。すなわち、隣り合う検出位置であっても透過光量を離散的に変動させるべく、隣接する開口部間で開口面積を大きく異なるように形成されているものの、検出位置の増加に伴い隣接する開口部の開口面積の差、すなわち受光素子への入射光量の変化は自ずと小さなものとなる。このように、検出位置数によっては、依然として検出精度の確保が困難となる状況が懸念される。
【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、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる光学式位置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、検出対象に連動して直線的に変位する遮光部材を複数の発光素子から受光手段への光路を遮る態様で設け、当該遮光部材は、各発光素子からの光に対する受光手段での受光の有無の組合せが当該遮光部材の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンが形成されてなることをその要旨とする。
【０００７】
この構成によれば、検出対象に連動する遮光部材の各位置と各発光素子からの光に対する受光手段での受光の有無の組合せとが１対１で対応する。このため、受光手段での受光の有無の組合せに基づき遮光部材、ひいては検出対象の位置を特定することができる。また、受光素子において受光される光量の変化に基づき検出対象の位置を特定するものと異なり、位置検出の精度が検出すべき位置数の影響を受けることはない。このため、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記光路は、前記複数の発光素子からの光を前記受光手段へ導くライトガイドを含んで構成されてなることをその要旨とする。
【０００９】
この構成によれば、発光素子の光はライトガイドを通じて受光手段へ導かれる。すなわち、ライトガイドにより発光素子の光を任意の位置まで自由に導くことができる。このため、発光素子と受光素子との相対的な位置関係を自由に設定することが可能になる。発光素子と受光手段とを対向して設ける必要がない。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学式位置検出装置において、前記受光手段は単一の受光素子を備えて構成され、前記複数の発光素子は順番に繰り返し点灯されることをその要旨とする。
【００１１】
この構成によれば、順番に点灯することにより、単一の受光素子により、各発光素子の光に対する受光の有無を判定可能になる。そして各発光素子からの光に対する受光素子での受光の有無の組合せに基づき検出対象の位置を特定可能となる。複数の発光素子に対して単一の受光素子を設けるだけでよいので、構成の簡素化が図られる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の発光素子及び前記受光手段は同一の基板に設けられてなることをその要旨とする。
【００１３】
この構成によれば、発光素子及び受光素子等の電子部品を同一の基板に集約することができるので、設置スペースを節約することが可能になる。
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光学式位置検出装置において、前記遮光パターンは、光を通す部分である透光部と、光を通さない部分である不透光部とが縦横に格子状に配設されてなるとともに、前記複数の発光素子は、前記透光部及び前記不透光部の配置間隔に対応して直線状に配設されてなることをその要旨とする。
【００１４】
この構成によれば、遮光部材、ひいては検出対象の縦横方向における複数の位置を検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、第１の実施の形態の位置検出装置の概略構成を示す正面図、（ｂ）は、同じく基板の正面図、（ｃ）は、同じく遮光板の遮光パターンを示す正面図。
【図２】（ａ）は、遮光パターンの設定に使用される二進数列の一例を示す図、（ｂ）は、遮光パターンに対応する倫理信号の並びを示す遮光部材の正面図、（ｃ）は、４つの発光素子の光に対する受光素子での受光の有無の組合せを示す４ビットの二進データを十進数で表記した一覧図。
【図３】（ａ）は、発光素子に対する遮光部材の基準位置を示す模式図、（ｂ）〜（ｅ）は、遮光部材の変位と発光素子との位置関係を示す模式図。
【図４】（ａ）は、第２の実施の形態の基板の正面図、（ｂ）は、同じく位置検出装置の正面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、それぞれ他の実施の形態の位置検出装置の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る光学式の位置検出装置を具体化した一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。本例の位置検出装置は、例えば車両のレバーコンビネーションスイッチあるいはシフトレバー装置のレバー等を検出対象としてその変位を検出する。
【００１８】
＜発光素子及び受光素子＞
図１（ａ）に示すように、位置検出装置は、各種の電子部品が設けられる基板１１を備えてなる。この基板１１の同一面上には、４つの発光素子１２、及び受光素子１３が設けられている。図１（ｂ）に併せて示すように、４つの発光素子１２及び受光素子１３は、図中の上下方向において１列に並んで設けられている。４つの発光素子１２は互いに近接して設けられている。受光素子１３は、４つの発光素子１２群の下方に間隔をおいて設けられている。発光素子１２としては例えばＬＥＤ（発光ダイオード）が、受光素子１３としては例えばフォトトランジスタが採用される。発光素子１２は、電圧の印加により発光する。受光素子１３は、受光される光量に応じた電圧レベルの電気信号を生成する。
【００１９】
これら発光素子１２及び受光素子１３は、制御回路１４に接続されている。制御回路１４は、単一のＩＣチップとして基板１１に設けてもよいし、位置検出装置の演算結果を利用する車両システムの制御装置等に組み込んでもよい。制御回路１４は、位置検出装置の各部を統括的に制御する。例えば制御回路１４は、４つの発光素子１２の発光制御を行う。具体的には、４つの発光素子１２を順番に繰り返し点灯させる。この発光させる順番は任意である。例えば図１（ａ）中の上から順番に点灯させてもよいし、下から順番に点灯させてもよい。また、無作為に点灯させてもよい。制御回路１４は、どの発光素子１２を点灯させたのかを認識可能であるので、各発光素子１２の光に対する受光素子１３での受光の有無を個別に判定可能である。
【００２０】
また、制御回路１４は、受光素子１３において生成される電気信号に基づき当該受光素子１３の受光の有無を判断する。すなわち、制御回路１４は、受光素子１３において生成される電気信号の電圧レベルに応じてＨ（ハイ）レベル又はＬ（ロー）レベルの電圧レベルを有する論理信号（論理「１」又は論理「０」）を生成する。本例では、受光素子１３が受光したときに生成される電気信号に基づきＬレベルの論理信号（論理「０」）が生成される。これに対し、受光素子１３が受光しないときに生成される電気信号に基づきＨレベルの論理信号（論理「１」）が生成される。そして、制御回路１４は、順番に繰り返し点灯する４つの発光素子１２からの光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せに基づき、検出対象の位置の演算等を行う。
【００２１】
＜ライトガイド＞
図１（ａ）に示すように、基板１１には、ライトガイド１５が対向して設けられている。ライトガイド１５は、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の透明樹脂材料により四角柱状に形成されるとともに、同図中の上下方向へ延びるように配設されている。ライトガイド１５は、基板１１に平行をなす第１の部位１６と、当該第１の部位１６の下端に設けられて基板１１側へ突出する第２の部位１７とからＬ字状をなしている。第１の部位１６の基板１１側の側面は、当該基板１１に対して平行をなすとともに、４つの発光素子１２に対向する入射面１６ａとされている。第２の部位１７の先端面は、基板１１に対して平行をなすとともに、受光素子１３に対向する出射面１７ａとされている。
【００２２】
同図に矢印で示されるように、４つの発光素子１２から出射された光は、ライトガイド１５の第１の部位１６、正確には入射面１６ａに入射する。この入射した光はライトガイド１５と空気との屈折率の差により全反射しながら当該ライトガイド１５の内部を伝播する。この伝播する光は、第２の部位１７の出射面１７ａから外部へ出射する。この出射した光は、受光素子１３に入射する。
【００２３】
＜遮光部材＞
図１（ａ）に示すように、ライトガイド１５、正確にはその第１の部位１６と４つの発光素子１２との間には、遮光部材２１が設けられている。図１（ｃ）に併せて示すように、この遮光部材２１は、レバー等の検出対象に連動して、図中の上下左右へ変位する。遮光部材２１は、例えばＡＢＳ（Acrylonitrile butadiene styrene）樹脂あるいはポリカーボネート等の合成樹脂材料により矩形板状に形成されるとともに、例えば黒色に着色されることにより不透光性を有してなる。
【００２４】
遮光部材２１には、その光を通す部分である複数の透光部２２、及び光を通さない部分である複数の不透光部２３が縦横に格子状に並べて設けられることにより、特定の遮光パターンが形成されている。本例では、透光部２２は遮光部材２１における矩形の孔が形成された部分をいい、不透光部２３は当該孔が設けられていない部分である。なお、遮光部材２１において透光部２２が形成されていない部分は、本来、何ら区別はない。この点本例では、説明の便宜上、透光部２２の開口面積と同じ面積を有して透光部２２と共に遮光パターンを形成する部分として区別する。図１（ｃ）では、不透光部２３に相当する部分を網掛けで示す。
【００２５】
また本例では、合計２４個の透光部２２及び不透光部２３が、８行３列の行列をなす態様で設けられている。透光部２２及び不透光部２３の列における配置間隔は、４つの発光素子１２の配置間隔と等しく設定されている。すなわち、遮光部材２１が縦横に変位したとき、４つの発光素子１２はそれぞれ透光部２２又は不透光部２３に対応する。
【００２６】
遮光部材２１の遮光パターンは、例えば特定のアルゴリズムにより求められる数字列（例えばＭ系列乱数）を使用して設定される。Ｍ系列乱数とは、Ｍ系列（線形最大周期列／Maximum-length linearly recurring sequence）を利用して生成する擬似乱数をいう。本例では、図２（ａ）に示されるように、「００００１００１１０１０１１１０」で表される１６桁の二進数列が使用される。当該数列の論理「０」には透光部２２が、同じく論理「１」には不透光部２３が対応して設定される。
【００２７】
遮光部材２１において、図１（ｃ）に示される１列目（最左列）の遮光パターンは先の二進数列の９桁目〜１６桁目の数字列「００００１００１」を使用して設定されている。同様に、遮光部材２１の２列目（中央列）の遮光パターンは先の二進数列の４桁目〜１１桁目の数字列「００１１０１０１」を、同じく３列目（最右列）の遮光パターンは先の二進数列の１５，１６桁目及び１〜６桁目の数字列「１０１０１１１０」を使用して設定されている。これら３つの数字列の８桁目〜１桁目の値は、３つの列の１行目〜８行目にそれぞれ対応して設定されている。そして、これら数字列の論理「０」及び論理「１」の並びに対応するように、透光部２２及び不透光部２３が形成される。例えば、図２（ｂ）に示されるように、遮光部材２１の１列目においては、１行目から順に「００００１００１」のように数値が並んで設定されるところ、これに対応して遮光部材２１の１列目には、図１（ｂ）に示されるように、上（１行目）から順に、透光部２２、透光部２２、透光部２２、透光部２２、不透光部２３、透光部２２、透光部２２，透光部２２が間隔をおいて形成される。２列目、及び３列目についても同様にして透光部２２及び不透光部２３が形成される。
【００２８】
前述したように、本例では４つの発光素子１２が設けられているところ、これら発光素子１２が透光部２２及び不透光部２３のいずれかに対応するかたちで遮光部材２１が取り得る位置は全部で１５通りとなる。すなわち、図２（ｂ）に示されるように、遮光部材２１は、４つを一組とする発光素子１２に対して、横方向においては３つの位置（１列目〜３列目）、縦方向においては５つの位置（NO.1〜NO.5）をとる。例えば４つの発光素子１２が遮光部材２１の１列目における１行目〜４行目の透光部２２に対応している場合に、遮光部材２１が下方へ一の透光部２２あるいは不透光部２３の分ずつ変位したとき、４つの発光素子１２は、「００００」、「０００１」、「００１０」、「０１００」、「１００１」の５つの数字列に対応する位置をとる。同様に、４つの発光素子１２が遮光部材２１の２列目に対応している場合、４つの発光素子１２は、「００１１」、「０１１０」、「１１０１」、「１０１０」、「０１０１」の５つの数字列に対応する位置をとる。また同様に、４つの発光素子１２が遮光部材２１の３列目に対応している場合、４つの発光素子１２は、「１０１１」、「０１１１」、「１１１０」、「１１００」、「１０００」の５つの数字列に対応する位置をとる。
【００２９】
このように、遮光部材２１のとる１５の位置に対応する４ビットの数字列はすべて異なるものとなる。すなわち、４つの発光素子１２から出射される光が、受光素子１３により受光されるか否かの組合せと、遮光部材２１のとる１５の位置とは１対１で対応する。したがって、４つの発光素子１２から出射される光が受光素子１３により受光されるか否かの組合せ、すなわち遮光部材２１が先の４ビットの二進数列のいずれに対応する位置にあるかが分かれば、当該遮光部材２１の絶対的な位置を即時に判定可能となる。ちなみに、遮光部材２１のとる１５の位置に対応する４ビットの二進数列を、１０進数で表記すると、図２（ｃ）の一覧図のように示される。
【００３０】
制御回路１４では、４つの発光素子１２の順次点灯に伴い受光素子１３において順次生成される電気信号の電圧レベルに基づき、遮光部材２１の現在位置が４ビットの絶対的な２進データとして認識される。
【００３１】
＜位置検出装置の動作＞
つぎに、前述のように構成した位置検出装置の動作について説明する。前述したように、４つの発光素子１２は一定の点灯周期で、かつ順番に繰り返し点灯される。発光素子１２が透光部２２に対応しているときには、当該発光素子１２からの出射光はライトガイド１５を介して受光素子１３へ出射される。発光素子１２が不透光部２３に対応しているときには、当該発光素子１２からの出射光は不透光部２３により遮られるので、受光素子１３が受光することはない。透光部２２に対応する各発光素子１２からの光は、ライトガイド１５を介して受光素子１３に順次受光される。制御回路１４は、受光素子１３において順次生成される電気信号に基づき論理信号（論理「０」又は論理「１」）を順次生成する。そして制御回路１４は、これら論理信号の組合せからなる４ビットの情報に基づき、遮光部材２１、ひいては検出対象の位置を判定する。
【００３２】
図３（ａ）に示されるように、４つの発光素子１２が遮光部材２１の中心、すなわち２列目の３行目〜６行目に対応する位置を、遮光部材２１の基準位置とする。この場合、制御回路１４において生成される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「１１０１」、１０進数表記では「１３」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「１１０１」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に存在する旨判定する。
【００３３】
つぎに、レバー等の検出対象に連動して、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｂ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が２列目の２行目〜５行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「０１１０」、１０進数表記では「６」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「０１１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して上方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分（一升分）だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３４】
また、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｃ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が２列目の４行目〜７行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「１０１０」、１０進数表記では「１０」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「１０１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して下方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３５】
また、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｄ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が１列目の３行目〜６行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「００１０」、１０進数表記では「２」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「００１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して左方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分、すなわち１列分だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３６】
また、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｅ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が３列目の３行目〜６行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「１１１０」、１０進数表記では「１４」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「１１１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して右方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分、すなわち１列分だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３７】
遮光部材２１がこれら以外の他の位置に変位した場合についても、同様にして遮光部材２１の現在位置が判定される。
このように、レバー等の検出対象に連動して遮光部材２１が各位置に変位した場合、受光素子１３からの電気信号に基づき生成される論理信号の組合せに基づき遮光部材２１、ひいてはレバー等の検出対象の絶対位置が特定される。
【００３８】
＜実施の形態の効果＞
したがって、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）レバー等の検出対象に連動して変位する遮光部材２１を複数の発光素子１２から受光素子１３への光路を遮る態様で設けた。この遮光部材２１には、各発光素子１２からの光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せが当該遮光部材２１の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンを形成した。このため、レバー等の検出対象に連動して遮光部材２１が各位置に変位した場合、受光素子１３からの電気信号に基づき生成される論理信号の組合せはすべて異なる。すなわち、遮光部材２１の各位置と各論理信号の組合せとが１対１で対応するので、当該論理信号の組合せに基づき遮光部材２１、ひいてはレバー等の検出対象の絶対位置が特定可能となる。また、受光素子において受光される光量の変化に基づき検出対象の位置を特定するものと異なり、検出すべき位置数に位置検出の精度は影響を受けない。このため、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる。
【００３９】
（２）また、４つの発光素子１２からの光が受光素子１３において受光されたかどうかに基づき生成される論理信号（論理「０」又は論理「１」）の組合せに基づき検出対象の現在位置が検出される。微妙な光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものに比べて、確実に検出対象の位置を検出することが可能である。誤検出も少ない。
【００４０】
（３）さらに、制御回路１４では、受光素子１３において生成される電気信号の電圧レベルがＨレベルかＬレベルかを判定すればよい。このため、微妙な光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものに比べて、ＡＤ変換器等について高精度な回路が不要である。このため、製品コストの低減化も図られる。ちなみに、微妙な光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものにおいては、精度の高い発光回路あるいは検出回路が必要となる。この問題は、検出すべき位置が増大するほど顕著である。
【００４１】
また、検出すべき位置数を増加させる場合であれ、これに伴い検出精度が低下するということがない。すなわち、光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものと異なり、検出すべき位置数の増加に伴い検知幅が小さくなるようなことはなく、ノイズの影響も受けにくい。さらに、受光素子１３の温度特性により検出精度が多少変動したとしても、検出対象の位置検出の精度が低下することはない。ＨレベルかＬレベルかの判定ができればよいからである。このため、検出対象の位置検出の精度が確保される。
【００４２】
（４）また、４つの発光素子１２を順番に点灯し、それぞれを点灯した場合について受光素子１３での受光の有無が判定される。すなわち、４つの発光素子を順番に発光させることにより、どの発光素子１２からの光が受光素子１３により受光され、どの発光素子１２からの光が受光素子１３により受光されていないかを、明確に切り分けて検出することが可能である。これにより、単一の受光素子１３により、４つの発光素子１２のオンオフを判定することが可能になる。受光素子１３及びライトガイド１５はそれぞれ１つずつ設ければよいので、構成の簡素化が図られる。
【００４３】
（５）また、すべての発光素子１２からの光を遮る遮光パターン（２進数／１１１１、１０進数／１５）が除かれている。このため、遮光部材２１が移動途中であるにもかかわらず、これが特定の位置に存在している旨誤検出されることがない。したがって、検出対象の現在位置を正確に検出することができる。
【００４４】
当該遮光パターン（２進数／１１１１）を設定してこれに特定の位置を割り当てることも考えられる。しかしこの場合には、遮光部材２１が移動中であるにもかかわらず、「１１１１」の出力に基づき特定の位置に存在する旨誤検出されるおそれがある。例えば遮光部材２１の２つの透光部２２間の部分に４つの発光素子１２が対応する場合等である。すべての発光素子１２からの光を遮断する遮光パターンを除外することにより、こうした誤検出が抑制される。
【００４５】
（６）発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１に設けた。そして、発光素子１２の光を基板１１に対向して配設されるライトガイド１５を介して受光素子１３へ導くようにした。発光素子１２及び受光素子１３等の電子部品を同一の基板１１に集約することができるので、電子部品間の配線等が簡単になる。また、発光素子１２及び受光素子１３の設置スペースが節約される。このように、ライトガイド１５により発光素子１２の光を任意の位置まで自由に導くことができるので、発光素子１２と受光素子１３との相対的な位置関係を自由に設定することが可能になる。本例のように、発光素子１２と受光素子１３とを対向させない構成が採用することもできる。
【００４６】
（７）遮光部材２１の遮光パターンとして、透光部２２及び不透光部２３を、複数行かつ複数列の行列をなす態様で縦横に格子状に並べて設けた。このため、遮光部材２１、ひいては検出対象の縦横方向における複数の位置を検出することができる。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
つぎに、本発明の第２の実施の形態を説明する。本例は、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いる。本例は、受光素子数の点で前記第１の実施の形態と異なる。このため、前記第１の実施の形態と同一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。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、基板１１には、４つの受光素子１３が４つの発光素子１２に対応して設けられている。４つの発光素子１２及び４つの受光素子１３は、それぞれ横方向へ一列に並んでいる。また、４つの発光素子１２及び４つの受光素子１３は、縦方向において１対１で対応するように設けられている。さらに、基板１１には、図４（ａ）に二点鎖線で示されるように、４つのライトガイド１５が対向して配設されている。各ライトガイド１５は１組の発光素子１２及び受光素子１３に対応している。各発光素子１２の光は、各ライトガイド１５を介して独立して各受光素子１３へ導かれる。図４（ｂ）に示されるように、４つの発光素子１２と４つのライトガイド１５との間には、遮光部材２１が介在されている。遮光部材２１の遮光パターンは、前記第１の実施の形態と同じとされている。
【００４９】
さて、本例では、４つの発光素子１２は一定の点灯周期で同時に点灯される。透光部２２に対応している発光素子１２の光は、ライトガイド１５を介して対応する受光素子１３に受光される。不透光部２３に対応している発光素子１２の光は不透光部２３により遮られるので、受光素子１３に受光されることはない。制御回路１４は、遮光部材２１の遮光パターンに応じて生成される４ビットの論理信号（論理「０」又は論理「１」）の組合せからなる情報に基づき、遮光部材２１、ひいては検出対象の位置を即時に検出する。
【００５０】
したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の（１）〜（３）及び（５）〜（７）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（８）４つの発光素子１２が同時に点灯される。このため、制御回路１４では、検出対象の位置を、より迅速に検出することができる。また、４つの発光素子１２を順次点灯させる場合に比べて、各発光素子１２の点灯制御をより簡素なものとすることができる。
【００５１】
＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第１及び第２の実施の形態において、発光素子１２としてＬＥＤを、受光素子１３としてフォトトランジスタを採用したが、これらを他の素子に置換してもよい。例えば発光素子１２としてレーザーダイオード等を、受光素子１３としてフォトダイオード等を採用してもよい。
【００５２】
・第１及び第２の実施の形態では、発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１の同一面に設けたが、互いに反対側の面に設けてもよい。この場合、基板１１の一方面に設けられる発光素子１２の光が、同じく他方面に設けられる受光素子１３へ導かれるように、ライトガイド１５の形状を設定する。
【００５３】
・第１及び第２の実施の形態では、受光素子１３での受光がある場合には論理「０」、受光がない場合には論理「１」の論理信号を生成するようにしたが、これを逆にしてもよい。すなわち、受光素子１３での受光がある場合には論理「１」、受光がない場合には論理「０」の論理信号を生成する。このようにしても、遮光部材２１の各位置と、論理信号の組合せからなる４ビットの情報とが１対１で対応する。
【００５４】
・第１及び第２の実施の形態において、４つの発光素子１２を設けたが、２つ以上であればよい。発光素子１２の個数は、検出すべき位置数等により決定される。例えば２つの発光素子１２を設けた場合には最大４つの位置を、３つの発光素子１２を設けた場合には最大８つの位置を検出可能になる。また、５つの発光素子１２を設けた場合には最大で３２の位置を検出可能になる。
【００５５】
・第１及び第２の実施の形態では、遮光部材２１の遮光パターンとして、透光部２２及び不透光部２３を８行３列の行列をなす態様で設けたが、行数あるいは列数は、検出すべき位置数等に応じて適宜設定すればよい。また、行列の態様でなく、透光部２２及び不透光部２３を一列（あるいは一行）に並べてもよい。この場合、透光部２２及び不透光部２３の並ぶ方向における遮光部材２１の変位のみを検出可能となる。
【００５６】
・第１及び第２の実施の形態では、透光部２２として遮光部材２１に矩形の孔を形成したが、次のようにしてもよい。例えば遮光部材２１に透明樹脂で形成された部分を設け、これを透光部２２とすることも可能である。
【００５７】
・第１及び第２の実施の形態では、遮光部材２１の遮光パターンを決定するためにＭ系列乱数等の数字列を使用したが、当該数字列は図２（ａ）に示されるものに限らず、他の数字列を生成してこれを利用することも可能である。
【００５８】
・第１及び第２の実施の形態では、すべての発光素子１２からの光を遮る遮光パターン（２進数／１１１１）を除くようにしたが、除外しなくてもよい。この場合、例えば受光素子１３において生成される電気信号を一定時間に亘り監視等する。そして各発光素子１２の光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せが当該一定時間以上経過する旨判断されるとき、遮光部材２１は特定の位置に存在する旨判定する。この一定時間は、例えば遮光部材２１に対して発光素子１２が透光部２２間を変位するために通常必要とされる時間等に基づき設定する。このようにすれば、遮光部材２１が移動途中であるにもかかわらず、これを特定の位置に存在している旨誤検出することが回避可能である。
【００５９】
・第１の実施の形態では、発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１に設けたが、別々の基板に設けるようにしてもよい。例えば図５（ａ）に示すように、発光素子１２が設けられる基板１１ａと、受光素子１３が設けられる基板１１ｂとを、遮光部材２１及びライトガイド１５を介して互いに反対側に設ける。また、ライトガイド１５の第２の部位１７は、受光素子１３が設けられる基板１１ｂ側へ突出させる。このようにしても発光素子１２の光はライトガイド１５を介して受光素子１３へ導かれる。
【００６０】
・第２の実施の形態では、発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１に設けたが、別々の基板に設けるようにしてもよい。例えば図５（ｂ）に示すように、各発光素子１２と各受光素子１３とが遮光部材２１を介して１対１で対向するように２つの基板１１ａ，１１ｂを設ける。各発光素子１２からの光は、各受光素子１３において受光される。このようにすれば、ライトガイド１５を省略することも可能になる。
【００６１】
・検出対象は、レバーに限られない。検出対象の変位を遮光部材２１の縦横の変位に変換する機構等を設けることにより、様々な検出対象の位置を検出することが可能になる。回転体の回転位置の検出も可能になる。
【符号の説明】
【００６２】
１１…基板、１２…発光素子、１３…受光素子（受光手段）、１５…ライトガイド、２１…遮光部材、２２…透光部、２３…不透光部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式の位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、発光素子と受光素子との間に遮光板が配設されてなる光学式の位置検出装置が知られている。当該遮光板には、検出対象の移動位置に応じて開口面積の異なる複数の開口部が連設されている。このため、検出対象であるレバー等に連動して当該遮光板が変位すると、当該変位に応じて遮蔽板によって遮断される光量が多段階に変化する。受光素子に入射する光量も多段的に変化するので、当該受光素子において生成される電気信号も多段階に変化する。当該電気信号に基づき検出対象の位置が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の光学式の位置検出装置には、つぎのような問題があった。すなわち、隣り合う検出位置であっても透過光量を離散的に変動させるべく、隣接する開口部間で開口面積を大きく異なるように形成されているものの、検出位置の増加に伴い隣接する開口部の開口面積の差、すなわち受光素子への入射光量の変化は自ずと小さなものとなる。このように、検出位置数によっては、依然として検出精度の確保が困難となる状況が懸念される。
【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、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる光学式位置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、検出対象に連動して直線的に変位する遮光部材を複数の発光素子から受光手段への光路を遮る態様で設け、当該遮光部材は、各発光素子からの光に対する受光手段での受光の有無の組合せが当該遮光部材の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンが形成されてなることをその要旨とする。
【０００７】
この構成によれば、検出対象に連動する遮光部材の各位置と各発光素子からの光に対する受光手段での受光の有無の組合せとが１対１で対応する。このため、受光手段での受光の有無の組合せに基づき遮光部材、ひいては検出対象の位置を特定することができる。また、受光素子において受光される光量の変化に基づき検出対象の位置を特定するものと異なり、位置検出の精度が検出すべき位置数の影響を受けることはない。このため、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記光路は、前記複数の発光素子からの光を前記受光手段へ導くライトガイドを含んで構成されてなることをその要旨とする。
【０００９】
この構成によれば、発光素子の光はライトガイドを通じて受光手段へ導かれる。すなわち、ライトガイドにより発光素子の光を任意の位置まで自由に導くことができる。このため、発光素子と受光素子との相対的な位置関係を自由に設定することが可能になる。発光素子と受光手段とを対向して設ける必要がない。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学式位置検出装置において、前記受光手段は単一の受光素子を備えて構成され、前記複数の発光素子は順番に繰り返し点灯されることをその要旨とする。
【００１１】
この構成によれば、順番に点灯することにより、単一の受光素子により、各発光素子の光に対する受光の有無を判定可能になる。そして各発光素子からの光に対する受光素子での受光の有無の組合せに基づき検出対象の位置を特定可能となる。複数の発光素子に対して単一の受光素子を設けるだけでよいので、構成の簡素化が図られる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の発光素子及び前記受光手段は同一の基板に設けられてなることをその要旨とする。
【００１３】
この構成によれば、発光素子及び受光素子等の電子部品を同一の基板に集約することができるので、設置スペースを節約することが可能になる。
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光学式位置検出装置において、前記遮光パターンは、光を通す部分である透光部と、光を通さない部分である不透光部とが縦横に格子状に配設されてなるとともに、前記複数の発光素子は、前記透光部及び前記不透光部の配置間隔に対応して直線状に配設されてなることをその要旨とする。
【００１４】
この構成によれば、遮光部材、ひいては検出対象の縦横方向における複数の位置を検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、第１の実施の形態の位置検出装置の概略構成を示す正面図、（ｂ）は、同じく基板の正面図、（ｃ）は、同じく遮光板の遮光パターンを示す正面図。
【図２】（ａ）は、遮光パターンの設定に使用される二進数列の一例を示す図、（ｂ）は、遮光パターンに対応する倫理信号の並びを示す遮光部材の正面図、（ｃ）は、４つの発光素子の光に対する受光素子での受光の有無の組合せを示す４ビットの二進データを十進数で表記した一覧図。
【図３】（ａ）は、発光素子に対する遮光部材の基準位置を示す模式図、（ｂ）〜（ｅ）は、遮光部材の変位と発光素子との位置関係を示す模式図。
【図４】（ａ）は、第２の実施の形態の基板の正面図、（ｂ）は、同じく位置検出装置の正面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、それぞれ他の実施の形態の位置検出装置の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る光学式の位置検出装置を具体化した一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。本例の位置検出装置は、例えば車両のレバーコンビネーションスイッチあるいはシフトレバー装置のレバー等を検出対象としてその変位を検出する。
【００１８】
＜発光素子及び受光素子＞
図１（ａ）に示すように、位置検出装置は、各種の電子部品が設けられる基板１１を備えてなる。この基板１１の同一面上には、４つの発光素子１２、及び受光素子１３が設けられている。図１（ｂ）に併せて示すように、４つの発光素子１２及び受光素子１３は、図中の上下方向において１列に並んで設けられている。４つの発光素子１２は互いに近接して設けられている。受光素子１３は、４つの発光素子１２群の下方に間隔をおいて設けられている。発光素子１２としては例えばＬＥＤ（発光ダイオード）が、受光素子１３としては例えばフォトトランジスタが採用される。発光素子１２は、電圧の印加により発光する。受光素子１３は、受光される光量に応じた電圧レベルの電気信号を生成する。
【００１９】
これら発光素子１２及び受光素子１３は、制御回路１４に接続されている。制御回路１４は、単一のＩＣチップとして基板１１に設けてもよいし、位置検出装置の演算結果を利用する車両システムの制御装置等に組み込んでもよい。制御回路１４は、位置検出装置の各部を統括的に制御する。例えば制御回路１４は、４つの発光素子１２の発光制御を行う。具体的には、４つの発光素子１２を順番に繰り返し点灯させる。この発光させる順番は任意である。例えば図１（ａ）中の上から順番に点灯させてもよいし、下から順番に点灯させてもよい。また、無作為に点灯させてもよい。制御回路１４は、どの発光素子１２を点灯させたのかを認識可能であるので、各発光素子１２の光に対する受光素子１３での受光の有無を個別に判定可能である。
【００２０】
また、制御回路１４は、受光素子１３において生成される電気信号に基づき当該受光素子１３の受光の有無を判断する。すなわち、制御回路１４は、受光素子１３において生成される電気信号の電圧レベルに応じてＨ（ハイ）レベル又はＬ（ロー）レベルの電圧レベルを有する論理信号（論理「１」又は論理「０」）を生成する。本例では、受光素子１３が受光したときに生成される電気信号に基づきＬレベルの論理信号（論理「０」）が生成される。これに対し、受光素子１３が受光しないときに生成される電気信号に基づきＨレベルの論理信号（論理「１」）が生成される。そして、制御回路１４は、順番に繰り返し点灯する４つの発光素子１２からの光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せに基づき、検出対象の位置の演算等を行う。
【００２１】
＜ライトガイド＞
図１（ａ）に示すように、基板１１には、ライトガイド１５が対向して設けられている。ライトガイド１５は、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の透明樹脂材料により四角柱状に形成されるとともに、同図中の上下方向へ延びるように配設されている。ライトガイド１５は、基板１１に平行をなす第１の部位１６と、当該第１の部位１６の下端に設けられて基板１１側へ突出する第２の部位１７とからＬ字状をなしている。第１の部位１６の基板１１側の側面は、当該基板１１に対して平行をなすとともに、４つの発光素子１２に対向する入射面１６ａとされている。第２の部位１７の先端面は、基板１１に対して平行をなすとともに、受光素子１３に対向する出射面１７ａとされている。
【００２２】
同図に矢印で示されるように、４つの発光素子１２から出射された光は、ライトガイド１５の第１の部位１６、正確には入射面１６ａに入射する。この入射した光はライトガイド１５と空気との屈折率の差により全反射しながら当該ライトガイド１５の内部を伝播する。この伝播する光は、第２の部位１７の出射面１７ａから外部へ出射する。この出射した光は、受光素子１３に入射する。
【００２３】
＜遮光部材＞
図１（ａ）に示すように、ライトガイド１５、正確にはその第１の部位１６と４つの発光素子１２との間には、遮光部材２１が設けられている。図１（ｃ）に併せて示すように、この遮光部材２１は、レバー等の検出対象に連動して、図中の上下左右へ変位する。遮光部材２１は、例えばＡＢＳ（Acrylonitrile butadiene styrene）樹脂あるいはポリカーボネート等の合成樹脂材料により矩形板状に形成されるとともに、例えば黒色に着色されることにより不透光性を有してなる。
【００２４】
遮光部材２１には、その光を通す部分である複数の透光部２２、及び光を通さない部分である複数の不透光部２３が縦横に格子状に並べて設けられることにより、特定の遮光パターンが形成されている。本例では、透光部２２は遮光部材２１における矩形の孔が形成された部分をいい、不透光部２３は当該孔が設けられていない部分である。なお、遮光部材２１において透光部２２が形成されていない部分は、本来、何ら区別はない。この点本例では、説明の便宜上、透光部２２の開口面積と同じ面積を有して透光部２２と共に遮光パターンを形成する部分として区別する。図１（ｃ）では、不透光部２３に相当する部分を網掛けで示す。
【００２５】
また本例では、合計２４個の透光部２２及び不透光部２３が、８行３列の行列をなす態様で設けられている。透光部２２及び不透光部２３の列における配置間隔は、４つの発光素子１２の配置間隔と等しく設定されている。すなわち、遮光部材２１が縦横に変位したとき、４つの発光素子１２はそれぞれ透光部２２又は不透光部２３に対応する。
【００２６】
遮光部材２１の遮光パターンは、例えば特定のアルゴリズムにより求められる数字列（例えばＭ系列乱数）を使用して設定される。Ｍ系列乱数とは、Ｍ系列（線形最大周期列／Maximum-length linearly recurring sequence）を利用して生成する擬似乱数をいう。本例では、図２（ａ）に示されるように、「００００１００１１０１０１１１０」で表される１６桁の二進数列が使用される。当該数列の論理「０」には透光部２２が、同じく論理「１」には不透光部２３が対応して設定される。
【００２７】
遮光部材２１において、図１（ｃ）に示される１列目（最左列）の遮光パターンは先の二進数列の９桁目〜１６桁目の数字列「００００１００１」を使用して設定されている。同様に、遮光部材２１の２列目（中央列）の遮光パターンは先の二進数列の４桁目〜１１桁目の数字列「００１１０１０１」を、同じく３列目（最右列）の遮光パターンは先の二進数列の１５，１６桁目及び１〜６桁目の数字列「１０１０１１１０」を使用して設定されている。これら３つの数字列の８桁目〜１桁目の値は、３つの列の１行目〜８行目にそれぞれ対応して設定されている。そして、これら数字列の論理「０」及び論理「１」の並びに対応するように、透光部２２及び不透光部２３が形成される。例えば、図２（ｂ）に示されるように、遮光部材２１の１列目においては、１行目から順に「００００１００１」のように数値が並んで設定されるところ、これに対応して遮光部材２１の１列目には、図１（ｂ）に示されるように、上（１行目）から順に、透光部２２、透光部２２、透光部２２、透光部２２、不透光部２３、透光部２２、透光部２２，透光部２２が間隔をおいて形成される。２列目、及び３列目についても同様にして透光部２２及び不透光部２３が形成される。
【００２８】
前述したように、本例では４つの発光素子１２が設けられているところ、これら発光素子１２が透光部２２及び不透光部２３のいずれかに対応するかたちで遮光部材２１が取り得る位置は全部で１５通りとなる。すなわち、図２（ｂ）に示されるように、遮光部材２１は、４つを一組とする発光素子１２に対して、横方向においては３つの位置（１列目〜３列目）、縦方向においては５つの位置（NO.1〜NO.5）をとる。例えば４つの発光素子１２が遮光部材２１の１列目における１行目〜４行目の透光部２２に対応している場合に、遮光部材２１が下方へ一の透光部２２あるいは不透光部２３の分ずつ変位したとき、４つの発光素子１２は、「００００」、「０００１」、「００１０」、「０１００」、「１００１」の５つの数字列に対応する位置をとる。同様に、４つの発光素子１２が遮光部材２１の２列目に対応している場合、４つの発光素子１２は、「００１１」、「０１１０」、「１１０１」、「１０１０」、「０１０１」の５つの数字列に対応する位置をとる。また同様に、４つの発光素子１２が遮光部材２１の３列目に対応している場合、４つの発光素子１２は、「１０１１」、「０１１１」、「１１１０」、「１１００」、「１０００」の５つの数字列に対応する位置をとる。
【００２９】
このように、遮光部材２１のとる１５の位置に対応する４ビットの数字列はすべて異なるものとなる。すなわち、４つの発光素子１２から出射される光が、受光素子１３により受光されるか否かの組合せと、遮光部材２１のとる１５の位置とは１対１で対応する。したがって、４つの発光素子１２から出射される光が受光素子１３により受光されるか否かの組合せ、すなわち遮光部材２１が先の４ビットの二進数列のいずれに対応する位置にあるかが分かれば、当該遮光部材２１の絶対的な位置を即時に判定可能となる。ちなみに、遮光部材２１のとる１５の位置に対応する４ビットの二進数列を、１０進数で表記すると、図２（ｃ）の一覧図のように示される。
【００３０】
制御回路１４では、４つの発光素子１２の順次点灯に伴い受光素子１３において順次生成される電気信号の電圧レベルに基づき、遮光部材２１の現在位置が４ビットの絶対的な２進データとして認識される。
【００３１】
＜位置検出装置の動作＞
つぎに、前述のように構成した位置検出装置の動作について説明する。前述したように、４つの発光素子１２は一定の点灯周期で、かつ順番に繰り返し点灯される。発光素子１２が透光部２２に対応しているときには、当該発光素子１２からの出射光はライトガイド１５を介して受光素子１３へ出射される。発光素子１２が不透光部２３に対応しているときには、当該発光素子１２からの出射光は不透光部２３により遮られるので、受光素子１３が受光することはない。透光部２２に対応する各発光素子１２からの光は、ライトガイド１５を介して受光素子１３に順次受光される。制御回路１４は、受光素子１３において順次生成される電気信号に基づき論理信号（論理「０」又は論理「１」）を順次生成する。そして制御回路１４は、これら論理信号の組合せからなる４ビットの情報に基づき、遮光部材２１、ひいては検出対象の位置を判定する。
【００３２】
図３（ａ）に示されるように、４つの発光素子１２が遮光部材２１の中心、すなわち２列目の３行目〜６行目に対応する位置を、遮光部材２１の基準位置とする。この場合、制御回路１４において生成される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「１１０１」、１０進数表記では「１３」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「１１０１」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に存在する旨判定する。
【００３３】
つぎに、レバー等の検出対象に連動して、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｂ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が２列目の２行目〜５行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「０１１０」、１０進数表記では「６」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「０１１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して上方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分（一升分）だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３４】
また、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｃ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が２列目の４行目〜７行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「１０１０」、１０進数表記では「１０」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「１０１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して下方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３５】
また、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｄ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が１列目の３行目〜６行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「００１０」、１０進数表記では「２」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「００１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して左方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分、すなわち１列分だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３６】
また、遮光部材２１が先の図３（ａ）に示される基準位置から図３（ｅ）に示される位置、すなわち４つの発光素子１２が３列目の３行目〜６行目に対応する位置へ変位した場合、制御回路１４はつぎのような判定を行う。すなわち、この場合、制御回路１４において認識される論理信号の組合せは、二進数列で表した場合には「１１１０」、１０進数表記では「１４」となる。制御回路１４は、論理信号の組合せが「１１１０」である旨認識したとき、遮光部材２１は基準位置に対して右方へ透光部２２あるいは不透光部２３の一つ分、すなわち１列分だけ変位した位置に存在する旨判定する。
【００３７】
遮光部材２１がこれら以外の他の位置に変位した場合についても、同様にして遮光部材２１の現在位置が判定される。
このように、レバー等の検出対象に連動して遮光部材２１が各位置に変位した場合、受光素子１３からの電気信号に基づき生成される論理信号の組合せに基づき遮光部材２１、ひいてはレバー等の検出対象の絶対位置が特定される。
【００３８】
＜実施の形態の効果＞
したがって、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）レバー等の検出対象に連動して変位する遮光部材２１を複数の発光素子１２から受光素子１３への光路を遮る態様で設けた。この遮光部材２１には、各発光素子１２からの光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せが当該遮光部材２１の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンを形成した。このため、レバー等の検出対象に連動して遮光部材２１が各位置に変位した場合、受光素子１３からの電気信号に基づき生成される論理信号の組合せはすべて異なる。すなわち、遮光部材２１の各位置と各論理信号の組合せとが１対１で対応するので、当該論理信号の組合せに基づき遮光部材２１、ひいてはレバー等の検出対象の絶対位置が特定可能となる。また、受光素子において受光される光量の変化に基づき検出対象の位置を特定するものと異なり、検出すべき位置数に位置検出の精度は影響を受けない。このため、検出位置の多寡にかかわらず検出対象の位置検出の精度を確保することができる。
【００３９】
（２）また、４つの発光素子１２からの光が受光素子１３において受光されたかどうかに基づき生成される論理信号（論理「０」又は論理「１」）の組合せに基づき検出対象の現在位置が検出される。微妙な光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものに比べて、確実に検出対象の位置を検出することが可能である。誤検出も少ない。
【００４０】
（３）さらに、制御回路１４では、受光素子１３において生成される電気信号の電圧レベルがＨレベルかＬレベルかを判定すればよい。このため、微妙な光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものに比べて、ＡＤ変換器等について高精度な回路が不要である。このため、製品コストの低減化も図られる。ちなみに、微妙な光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものにおいては、精度の高い発光回路あるいは検出回路が必要となる。この問題は、検出すべき位置が増大するほど顕著である。
【００４１】
また、検出すべき位置数を増加させる場合であれ、これに伴い検出精度が低下するということがない。すなわち、光量変化に基づき検出対象の位置を検出するものと異なり、検出すべき位置数の増加に伴い検知幅が小さくなるようなことはなく、ノイズの影響も受けにくい。さらに、受光素子１３の温度特性により検出精度が多少変動したとしても、検出対象の位置検出の精度が低下することはない。ＨレベルかＬレベルかの判定ができればよいからである。このため、検出対象の位置検出の精度が確保される。
【００４２】
（４）また、４つの発光素子１２を順番に点灯し、それぞれを点灯した場合について受光素子１３での受光の有無が判定される。すなわち、４つの発光素子を順番に発光させることにより、どの発光素子１２からの光が受光素子１３により受光され、どの発光素子１２からの光が受光素子１３により受光されていないかを、明確に切り分けて検出することが可能である。これにより、単一の受光素子１３により、４つの発光素子１２のオンオフを判定することが可能になる。受光素子１３及びライトガイド１５はそれぞれ１つずつ設ければよいので、構成の簡素化が図られる。
【００４３】
（５）また、すべての発光素子１２からの光を遮る遮光パターン（２進数／１１１１、１０進数／１５）が除かれている。このため、遮光部材２１が移動途中であるにもかかわらず、これが特定の位置に存在している旨誤検出されることがない。したがって、検出対象の現在位置を正確に検出することができる。
【００４４】
当該遮光パターン（２進数／１１１１）を設定してこれに特定の位置を割り当てることも考えられる。しかしこの場合には、遮光部材２１が移動中であるにもかかわらず、「１１１１」の出力に基づき特定の位置に存在する旨誤検出されるおそれがある。例えば遮光部材２１の２つの透光部２２間の部分に４つの発光素子１２が対応する場合等である。すべての発光素子１２からの光を遮断する遮光パターンを除外することにより、こうした誤検出が抑制される。
【００４５】
（６）発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１に設けた。そして、発光素子１２の光を基板１１に対向して配設されるライトガイド１５を介して受光素子１３へ導くようにした。発光素子１２及び受光素子１３等の電子部品を同一の基板１１に集約することができるので、電子部品間の配線等が簡単になる。また、発光素子１２及び受光素子１３の設置スペースが節約される。このように、ライトガイド１５により発光素子１２の光を任意の位置まで自由に導くことができるので、発光素子１２と受光素子１３との相対的な位置関係を自由に設定することが可能になる。本例のように、発光素子１２と受光素子１３とを対向させない構成が採用することもできる。
【００４６】
（７）遮光部材２１の遮光パターンとして、透光部２２及び不透光部２３を、複数行かつ複数列の行列をなす態様で縦横に格子状に並べて設けた。このため、遮光部材２１、ひいては検出対象の縦横方向における複数の位置を検出することができる。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
つぎに、本発明の第２の実施の形態を説明する。本例は、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いる。本例は、受光素子数の点で前記第１の実施の形態と異なる。このため、前記第１の実施の形態と同一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。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、基板１１には、４つの受光素子１３が４つの発光素子１２に対応して設けられている。４つの発光素子１２及び４つの受光素子１３は、それぞれ横方向へ一列に並んでいる。また、４つの発光素子１２及び４つの受光素子１３は、縦方向において１対１で対応するように設けられている。さらに、基板１１には、図４（ａ）に二点鎖線で示されるように、４つのライトガイド１５が対向して配設されている。各ライトガイド１５は１組の発光素子１２及び受光素子１３に対応している。各発光素子１２の光は、各ライトガイド１５を介して独立して各受光素子１３へ導かれる。図４（ｂ）に示されるように、４つの発光素子１２と４つのライトガイド１５との間には、遮光部材２１が介在されている。遮光部材２１の遮光パターンは、前記第１の実施の形態と同じとされている。
【００４９】
さて、本例では、４つの発光素子１２は一定の点灯周期で同時に点灯される。透光部２２に対応している発光素子１２の光は、ライトガイド１５を介して対応する受光素子１３に受光される。不透光部２３に対応している発光素子１２の光は不透光部２３により遮られるので、受光素子１３に受光されることはない。制御回路１４は、遮光部材２１の遮光パターンに応じて生成される４ビットの論理信号（論理「０」又は論理「１」）の組合せからなる情報に基づき、遮光部材２１、ひいては検出対象の位置を即時に検出する。
【００５０】
したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の（１）〜（３）及び（５）〜（７）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（８）４つの発光素子１２が同時に点灯される。このため、制御回路１４では、検出対象の位置を、より迅速に検出することができる。また、４つの発光素子１２を順次点灯させる場合に比べて、各発光素子１２の点灯制御をより簡素なものとすることができる。
【００５１】
＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第１及び第２の実施の形態において、発光素子１２としてＬＥＤを、受光素子１３としてフォトトランジスタを採用したが、これらを他の素子に置換してもよい。例えば発光素子１２としてレーザーダイオード等を、受光素子１３としてフォトダイオード等を採用してもよい。
【００５２】
・第１及び第２の実施の形態では、発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１の同一面に設けたが、互いに反対側の面に設けてもよい。この場合、基板１１の一方面に設けられる発光素子１２の光が、同じく他方面に設けられる受光素子１３へ導かれるように、ライトガイド１５の形状を設定する。
【００５３】
・第１及び第２の実施の形態では、受光素子１３での受光がある場合には論理「０」、受光がない場合には論理「１」の論理信号を生成するようにしたが、これを逆にしてもよい。すなわち、受光素子１３での受光がある場合には論理「１」、受光がない場合には論理「０」の論理信号を生成する。このようにしても、遮光部材２１の各位置と、論理信号の組合せからなる４ビットの情報とが１対１で対応する。
【００５４】
・第１及び第２の実施の形態において、４つの発光素子１２を設けたが、２つ以上であればよい。発光素子１２の個数は、検出すべき位置数等により決定される。例えば２つの発光素子１２を設けた場合には最大４つの位置を、３つの発光素子１２を設けた場合には最大８つの位置を検出可能になる。また、５つの発光素子１２を設けた場合には最大で３２の位置を検出可能になる。
【００５５】
・第１及び第２の実施の形態では、遮光部材２１の遮光パターンとして、透光部２２及び不透光部２３を８行３列の行列をなす態様で設けたが、行数あるいは列数は、検出すべき位置数等に応じて適宜設定すればよい。また、行列の態様でなく、透光部２２及び不透光部２３を一列（あるいは一行）に並べてもよい。この場合、透光部２２及び不透光部２３の並ぶ方向における遮光部材２１の変位のみを検出可能となる。
【００５６】
・第１及び第２の実施の形態では、透光部２２として遮光部材２１に矩形の孔を形成したが、次のようにしてもよい。例えば遮光部材２１に透明樹脂で形成された部分を設け、これを透光部２２とすることも可能である。
【００５７】
・第１及び第２の実施の形態では、遮光部材２１の遮光パターンを決定するためにＭ系列乱数等の数字列を使用したが、当該数字列は図２（ａ）に示されるものに限らず、他の数字列を生成してこれを利用することも可能である。
【００５８】
・第１及び第２の実施の形態では、すべての発光素子１２からの光を遮る遮光パターン（２進数／１１１１）を除くようにしたが、除外しなくてもよい。この場合、例えば受光素子１３において生成される電気信号を一定時間に亘り監視等する。そして各発光素子１２の光に対する受光素子１３での受光の有無の組合せが当該一定時間以上経過する旨判断されるとき、遮光部材２１は特定の位置に存在する旨判定する。この一定時間は、例えば遮光部材２１に対して発光素子１２が透光部２２間を変位するために通常必要とされる時間等に基づき設定する。このようにすれば、遮光部材２１が移動途中であるにもかかわらず、これを特定の位置に存在している旨誤検出することが回避可能である。
【００５９】
・第１の実施の形態では、発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１に設けたが、別々の基板に設けるようにしてもよい。例えば図５（ａ）に示すように、発光素子１２が設けられる基板１１ａと、受光素子１３が設けられる基板１１ｂとを、遮光部材２１及びライトガイド１５を介して互いに反対側に設ける。また、ライトガイド１５の第２の部位１７は、受光素子１３が設けられる基板１１ｂ側へ突出させる。このようにしても発光素子１２の光はライトガイド１５を介して受光素子１３へ導かれる。
【００６０】
・第２の実施の形態では、発光素子１２及び受光素子１３を同一の基板１１に設けたが、別々の基板に設けるようにしてもよい。例えば図５（ｂ）に示すように、各発光素子１２と各受光素子１３とが遮光部材２１を介して１対１で対向するように２つの基板１１ａ，１１ｂを設ける。各発光素子１２からの光は、各受光素子１３において受光される。このようにすれば、ライトガイド１５を省略することも可能になる。
【００６１】
・検出対象は、レバーに限られない。検出対象の変位を遮光部材２１の縦横の変位に変換する機構等を設けることにより、様々な検出対象の位置を検出することが可能になる。回転体の回転位置の検出も可能になる。
【符号の説明】
【００６２】
１１…基板、１２…発光素子、１３…受光素子（受光手段）、１５…ライトガイド、２１…遮光部材、２２…透光部、２３…不透光部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象に連動して直線的に変位する遮光部材を複数の発光素子から受光手段への光路を遮る態様で設け、当該遮光部材は、各発光素子からの光に対する受光手段での受光の有無の組合せが当該遮光部材の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンが形成されてなる光学式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、
前記光路は、前記複数の発光素子からの光を前記受光手段へ導くライトガイドを含んで構成されてなる光学式位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式位置検出装置において、
前記受光手段は単一の受光素子を備えて構成され、前記複数の発光素子は順番に繰り返し点灯される光学式位置検出装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の光学式位置検出装置において、
前記複数の発光素子及び前記受光手段は同一の基板に設けられてなる光学式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の光学式位置検出装置において、
前記遮光パターンは、光を通す部分である透光部と、光を通さない部分である不透光部とが縦横に格子状に配設されてなるとともに、前記複数の発光素子は、前記透光部及び前記不透光部の配置間隔に対応して直線状に配設されてなる光学式位置検出装置。
【請求項１】
検出対象に連動して直線的に変位する遮光部材を複数の発光素子から受光手段への光路を遮る態様で設け、当該遮光部材は、各発光素子からの光に対する受光手段での受光の有無の組合せが当該遮光部材の位置毎に異なるように設定された特定の遮光パターンが形成されてなる光学式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、
前記光路は、前記複数の発光素子からの光を前記受光手段へ導くライトガイドを含んで構成されてなる光学式位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式位置検出装置において、
前記受光手段は単一の受光素子を備えて構成され、前記複数の発光素子は順番に繰り返し点灯される光学式位置検出装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の光学式位置検出装置において、
前記複数の発光素子及び前記受光手段は同一の基板に設けられてなる光学式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の光学式位置検出装置において、
前記遮光パターンは、光を通す部分である透光部と、光を通さない部分である不透光部とが縦横に格子状に配設されてなるとともに、前記複数の発光素子は、前記透光部及び前記不透光部の配置間隔に対応して直線状に配設されてなる光学式位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−４２３８２（Ｐ２０１２−４２３８２Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５０２９（Ｐ２０１０−１８５０２９）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【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２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【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）】
[ Back to top ]