JP2001108407A - 光電子信号の多重検出方法及び多重検出装置 - Google Patents
光電子信号の多重検出方法及び多重検出装置Info
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Abstract
を処理し、ラウンドの計数又はステアリング角を記録す
るための任意の補足情報を処理することができる光電子
信号の多重処理方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 駆動動力を制御するためにステアリング
角などの設定要素の位置を検出するための光電子信号の
多重検出方法であって、相互にある角度で伸びる少なく
とも2つの信号経路が設けられ、そのひとつの信号経路
は(1) はクロック盤(5) に実質的に平行で、且つ該クロ
ック盤の下方で伸びており、他のひとつの信号経路(3)
は、クロック盤(5) を通して垂直にセンサ素子(2) を叩
くように伸びており、前記信号経路(1) はクロック盤
(5) の下にある反射器要素(4) によってセンサ素子(2)
の方向に偏向し、前記信号経路(3) と一致するようにす
る。
Description
重検出方法及び同方法を実施するための装置に関する。
詳細には、本発明は、多重センサ、例えば、光電子的に
作動するステアリング角センサ(steering angle senso
r) に関する。当該多重センサは、例えば、自動車に配
置されたフラップ類、スライド類及びバルブ類等の設定
要素の位置の検出及び駆動動力を制御するためのステア
リング角の決定、又は、例えば、測定又は設定システム
における回転角又は回転運動に変換される直線運動の決
定のために使用されるものである。
機械類、操作装置類又はその他の設定部品を正確に位置
決めするためのクロック定規(clock ruler) 、すなわ
ち、クロック盤が開示されている。クロック盤は、透明
材料の上に光センサで走査されるコーディング(符号
化)が施されているものであり、そのトランスミッタか
ら離れて面する一方の側に感光層を備えるフィルムから
成る反射層を有する透明材料が設けられており、且つ、
その同じ側には、反射層がその感光層に取付けられてい
る。当該感光層は、好ましくは、マスク類又は光プロッ
ターによって、光センサのウインドウを形成するコーデ
ィングが設けられている。
能な読取りユニットを備えた位置記録システムが開示さ
れている。該位置記録システムは、360度まで回転で
きるツールホルダから成るマシンツールに使用されるも
のである。
械部品類の場合における参照位置を検出するための装置
が開示されている。該検出装置は、例えば、内燃機関の
点火を設定するために使用されるものである。
ば、ガス弁(throttle valves) の場合における回転角を
検出する装置が開示されている。該検出装置は、回転角
を対応する抵抗値に変換する場合に適するものである。
ック盤とセンサ素子とによって多重信号を処理し、その
結果、例えば、ラウンドの計数又はステアリング角を記
録するための任意の補足情報を処理することができ、ま
た、収集されるべき情報量を増大させ、さらには、走査
されるべきトラックの多重符号化を種々の波長を用いて
情報の収集を改善することができる光電子信号の多重処
理方法及び装置を提供することにある。
発明者らは鋭意検討を行った結果、相互にある角度で伸
びる少なくとも2つの信号経路が設けられ、そのひとつ
の信号経路は(1)はクロック盤(5)に実質的に平行
で、且つ該クロック盤の下方で伸びており、他のひとつ
の信号経路(3)は、クロック盤(5)を通して垂直に
センサ素子(2)を叩くように伸びており、前記信号経
路(1)はクロック盤(5)の下にある反射器要素
(4)によってセンサ素子(2)の方向に偏向し、前記
信号経路(3)と一致するようにすれば、数個のセンサ
ユニットに対して一個の単一検出装置を用いるだけでよ
く、所要検出ユニットの数が従来技術と比較して低減さ
れること、また、ステアリング角を検出する目的で回転
数(round )を計数する際の補足情報を処理できること
などを見出し、本発明を完成させるに至った。
御するためにステアリング角、又は回転角もしくは回転
運動に変換される直線運動を測定する目的で自動車等に
配置されたフラップ類、スライド類及びバルブ類等の設
定要素の位置を検出するための光電子信号の多重検出方
法であって、相互にある角度で伸びる少なくとも2つの
信号経路が設けられ、そのひとつの信号経路は(1)は
クロック盤(5)に実質的に平行で、且つ該クロック盤
の下方で伸びており、他のひとつの信号経路(3)は、
クロック盤(5)を通して垂直にセンサ素子(2)を叩
くように伸びており、前記信号経路(1)はクロック盤
(5)の下にある反射器要素(4)によってセンサ素子
(2)の方向に偏向し、前記信号経路(3)と一致する
ようにする光電子信号の多重検出方法を提供するもので
ある。
を有し、且つ回転運動に連結された回転子(34)と、
ステアリングホイールの全回転範囲の1区分内で回転子
(34)のコーディング(36)を走査できるよう固定
子端部に配置された検出装置とからなる第一センサユニ
ット(32)と、第一センサユニットの回転子(34)
に伝動装置を介して連結された回転子(22)と、該回
転子(22)によって移動可能なコーディング(11)
と、全回転範囲内で前記コーディング(11)を走査で
きるよう固定子端部に配置された検出装置(38)とか
らなる第二センサユニット(33)を有する装置であっ
て、第一センサユニット(32)の検出装置(38)
は、隣り合った複数の変換器要素によって構成されるセ
ンサアレイからなり、且つ該センサアレイは、第一セン
サユニット(32)の回転子(34)の前記第一コーデ
ィング(36)を走査でき、さらには第二センサユニッ
ト(33)のコーディング(11)を走査できるよう配
置されており、第一センサユニットのトランスミッタは
回転子(34)の形で設けられ、第一センサユニット
(32)は、回転子(34)の第一コーディング(3
6)の運動方向を前記センサアレイの長さ方向が横断す
るように、且つ回転子(34)の平坦端部と対向するよ
うに配置され、そして、該センサアレイの上方に光学部
品(13)が設けられ、コーディングの形の光線が前記
光学部品(13)に側方に連結されてセンサアレイ(3
8)の感光面へ反射される状態にあること、及び第二セ
ンサユニット(33)は、前記コーディング(11)が
固定光源(15)に相対して動かせるダイアフラム(1
0)によって作動される光電子信号の多重検出装置を提
供するものである。
対して一個の単一検出装置を用いることにより、所要検
出ユニットの数が従来技術と比較して低減される。歯車
連結を形成することにより、回転子は、従来技術とは対
照的に、互いに関連して同心的に配列されず、横並びに
配置されるため、半径方向の設置深さは1つの部分だけ
で増大されることになる。ステアリング角センサの残り
の部分では、第一センサユニットで予め決定された設置
深さだけが必要となる。
的で回転数(round )を計数する際の補足情報を該装置
で処理することができるという点で有利である。選択波
長に適応させるために、部分ミラーめっき又はミラーめ
っきを施すことによって、収集できる情報量の増大が可
能となる。種々の波長範囲の利用によって、情報収集の
目的で走査されるべきトラックの多重コーディングがで
きるようになるか、又は1つの光線による情報収集のた
めの走査及びその波長が第一の光線の情報の走査とは異
なっている第二の光線の同時反射ができるようになる。
法の好ましい態様としては、前記発明(1)において、
前記2つの信号経路により形成される角度が、直角であ
ることを特徴とする。
の好ましい態様としては、前記発明(1)において、信
号経路(1)を、プリズム反射器要素(4)によってセ
ンサ素子(2)に側面連結することを特徴とする。
の好ましい態様としては、前記発明(1)において、信
号経路(1)の中に、光路(1)を部分的にミラーめっ
きしたクロック盤(5)の方向に偏向させる補助反射器
要素(4a)を挿入し、かつ該信号経路(1)が、反射
器要素(4)を経由して、センサ素子(2)において、
信号経路(3)と一致するように、前記クロック盤
(5)上の反射点(8)を配置することを特徴とする。
の好ましい態様としては、前記発明(1)において、ク
ロック盤(5)が、選択された波長に適応(accommodat
e )できるようにミラーめっきされることにより、信号
経路(1)の波長範囲が信号経路(3)の波長範囲から
外れる状態にすることを特徴とする。
の好ましい態様としては、前記発明(1)において、信
号経路(3)がトランスミッタディスクの位置で変更さ
れることにより回転角が1回転(round )以上記録さ
れ、且つ信号経路(1)が、伝動装置の位置で変更され
ることにより1回転(round )以上の回転角が検出され
ることを特徴とする。
の好ましい態様としては、前記発明(2)において、第
二センサユニット(33)の回転子(22)は、伝動装
置を介して第一センサユニット(32)のトランスミッ
タ(34)へ連結されるものであって、切換歯車として
設計され、第一センサユニット(32)のトランスミッ
タ(34)と噛み合う入力歯車(19)を包含し、且つ
内部歯付環状の固定配置された基準歯車(26)を入力
歯車(19)の隣りに備える差動遊星歯車(16)が組
み込まれ、該差動遊星歯車(16)は、入力歯車(1
9)の軸(21)上に配置されたピニオン(24)と基
準歯車(26)の内部歯との間に、基準歯車(26)の
内部歯と第二センサユニット(33)の回転子(22)
との両方と噛み合う遊星歯車(25)を有し、また、該
回転子(22)は、伝動装置(16)の出力歯車(2
2)として設計され、且つ基準歯車(26)と比べて異
なった歯数からなるものであって、ピボットレバー(1
7)によって、第二センサユニット(33)のコーディ
ング(11)を保持し、且つトランスミッタとして設計
されたコードディスク(34)とセンサアレイ(38)
との間に回転できるよう支持されているアームの爪(2
7)と噛み合うことを特徴とする。
信号の多重検出方法及び多重検出装置について、図1〜
図4を参照して説明する。図1は本発明の光電子信号の
多重検出装置の動作原理を説明する図であり、プリズム
反射器要素4を備えるものである。図2は本発明の光電
子信号の多重検出装置の動作原理を説明する図であり、
部分ミラーめっき又は選択的にミラーめっきしたクロッ
ク盤5を備えるものである。
は、別々の光源又は共通の光源から光路を分割して発せ
られたものである。水平光線経路1は、クロック盤5の
下側へ伸び、これによって例えばステアリング角の検出
が可能となる。光線経路、例えば、光路を経由して到着
する信号は、プリズム面方式のステップ4aを含む反射
器要素4を打つ。この場合、センサ素子2の側方に到達
する光線の全反射が起こる。また、図1は、反射器要素
4の保持要素6、保持要素6の保持ブラケット7を示
し、保持ブラケット7は上述の要素をその上に固定する
基板の役目を果たす。
ク盤5の下側への光線経路1の偏向を保証する補助反射
器要素4aを備えるものである。図2中、偏向された光
線経路1の衝突点8で、対称的部品、例えばガラス板に
よって、反射器要素4の側に光線経路1の別の偏向が生
じる。多重偏向後、その信号は、光線経路1を介してセ
ンサ素子2に当たり、ここで垂直光線経路3の信号と一
致する。図1の変形である図2の場合、反射器要素4を
比較的単純になるよう設計できる。また、製造コストを
低減できる点で有益である。
重検出装置の適用例を示すもので、具体的にはステアリ
ング角センサユニットを示す。自動車類のステアリング
角又はステアリングロック角は、例えば、前記値を有す
る駆動動力制御システムを提供するのに必要である。前
述の駆動動力制御システムは、前記ステアリング角の値
に加えて、さらに、例えば、ホイール速度、すなわち車
輌の法線軸回りの回転値を測定することができる。一方
で絶対ステアリングロック角、他方でステアリング速度
をそれぞれ決定することが必要であり、その結果、これ
らの値は、駆動動力制御システムによる残りの検出値を
一緒に評価してよく、あるいは、ブレーキ類やエンジン
管理システム等のアクチュエーターを制御する目的で変
換するようにしてもよい。
個のセンサユニットからなり、共通の検出装置をロード
(load)するセンサユニットについて別々のコーディング
が存在する。このため、第一センサユニットの検出装置
は、一次元又は二次元のセンサアレイの形で隣り合った
複数の変換器要素で構成される。2個のセンサユニット
は光電子的に動作する。第一センサユニットのコーディ
ングは一方の側で光照射されたコードディスクによって
形成され、また、センサアレイはその感光面がコードデ
ィスクに対向するラインセンサの形で設けられ、光源の
反対側に配置されたコードディスクの側に配置されてい
る。
するトランスミッタは、ステアリングスピンドルの回転
運動に直接連結された回転子の形で、例えば、円形コー
ドディスク又はその回転運動に相対して一方向に移動さ
れるトランスミッタ要素の形で設けてよい。後者の場
合、そのトランスミッタ要素は、歯車結合によって、例
えば、ねじ送り駆動(threaded drive)によって、ステア
リングスピンドルの回転運動に連結される。トランスミ
ッタがコードディスクの形で設けられる場合は、そのコ
ーディングは、ライトスロット(light slot)として設計
されたアルキメデスうず巻線(Archimedean spiral)から
なる。そして測定精度を高めるため、前記コードトラッ
クは、好ましくは、コードトラックに対して中心に配置
され、且つコードトラック同様、ライトスロットによっ
て形成される円形基準トラックと結合される。円形基準
トラックはコードディスクの周端(circumferential edg
e)であってもよい。ライトスロットを用いる代わりに、
そのトラック群、即ち、コードトラックと基準トラック
は、別法の透明コードディスクに比較して黒化したライ
ンの形で設けてもよい。
回転子は、第一センサユニットのトランスミッタに連結
され、当該トランスミッタはステアリングホイールの動
きに連結される。第二センサユニットの回転子はピボッ
トレバーを有し、該ピボットレバーは、第二センサユニ
ットのコーディングを保持しているアームの爪と噛み合
い、さらにトランスミッタの形で設けられたコードディ
スクとセンサアレイとの間に回転できるよう支持されて
いる。被駆動回転子の運動により、アームのピボット運
動が生じ、該アームのコーディングが、ステアリングホ
イールの全回転範囲内でのステアリングホイールの角位
置に従ってセンサアレイの異なった領域にロードする。
第二センサユニットのアームの最大運動量は、例えば、
ラインセンサの最大長さに符合してよい。このように被
駆動回転子が少量だけしか動き得ないため、第一センサ
ユニットのトランスミッタと第二センサユニットの回転
子間における伝動装置の減速は、これに相応して大きく
なければならない。それ故、切換歯車の形で設けられ、
且つ例えば回転子によって形成された、第一センサユニ
ットのトランスミッタと噛み合っている入力歯車を有す
る差動遊星歯車が組込まれる。基準歯車は、形状が環状
で、内部歯付であり且つフレーム端に配置されている。
入力歯車のハブ上に、ピニオンが配置され、該ピニオン
は、そのピニオンと基準歯車間に配置された遊星歯車を
介して、入力歯車の動きに連動して動く。第二センサユ
ニットの回転子は、この伝動装置組立体の出力歯車を構
成し且つ遊星歯車で駆動され、その被駆動回転子の歯数
は基準歯車の歯数とは異なっている。前述の遊星歯車を
設計する際、スペースの理由で、入力及び出力歯車を相
互の中に挿入するのが望ましく、内部歯付基準歯車を、
入力歯車に中心を合わせて、且つその内部に、固定でき
るように配置しそして内部歯付基準歯車が被駆動回転子
と抱合う状態にする。
ユニットに対して唯一の単一検出装置を使用するため、
従来技術と比べて所要検出装置の数が少なくなる。ま
た、従来技術とは対照的に、2個の回転子が互いに関連
して同心的に配列されず、横並びに配置される上記方法
の歯付カップリングの配置により、第一センサユニット
の回転軸の半径方向の一領域においてのみ、すなわち、
遊星歯車が配置される領域において、第一センサユニッ
トの半径方向の設置深さが増大される。ステアリング角
センサの残りの部分では、第一センサユニットにより予
め決められた設置深さのみが必要である。
光電子信号の多重検出装置について、図3及び図4を参
照して説明する、図3はステアリング角センサの線図平
面図であり、図4は図3のA−B線に沿って見た断面図
である。
31は、2個のセンサユニット32、33から構成され
る。センサユニット32は、コードディスク34を有
し、該コードディスク34は、第一センサユニットの回
転トランスミッタの形で設けられ、且つ回転にぐらつか
ない方法で自動車のステアリングスピンドル35に接続
されている。コードディスク34によって保持されるコ
ーディングは、コードトラック36であり、該コードト
ラック36はアルキメデスうず巻線を構成し、且つ、図
中、黒線で示すライトスロットの形をしている。基準ト
ラックはコードディスク34の外側端37である。セン
サユニット32は、複数の光電子変換素子を有するライ
ンセンサ38と組み合わせる。ラインセンサ38は、ス
テアリングスピンドルの回転軸に関して放射状に配列さ
れる。ラインセンサ38の感光面は、コードディスク3
4の下側の面と対向する。ラインセンサ38又は変換素
子の長さは、それぞれ、半径方向におけるコードトラッ
ク36によって変換される領域上に伸び、且つコードデ
ィスク34の外側端37を越えて突き出ており、このた
め、ラインセンサ38に現れる外側端37は、基準トラ
ックとして用いることができる。ラインセンサ38に
は、コードディスク34に関して反対側に配置されてい
る光源が装備され、これは、図4では、参照番号15が
付けられており、且つコードディスク34を上から照射
するものである。
に配置された光源39を有する。ダイアフラム10は、
その前面に、光線をダイアフラム10から出させるダイ
アフラム開口11を具備する。両矢印で示すように、ダ
イアフラム10は、ピボット軸12の回りに回転でき、
従って、ダイアフラム開口11から出る光線は、ダイア
フラム10の位置の関数として、ラインセンサ38の種
々の変換素子にロードすることができる。コードディス
ク34の面に平行であってラインセンサ38をロードす
る面に伸びる面においてダイアフラム開口11から出る
光線を偏向させるため、ラインセンサ38上に光学部品
13が配置されている。該光学部品13は、結合された
光線を偏向させる働きをする反射面14を包含する。第
一センサユニット32のコードトラック36のコピー
(copy)とダイアフラム開口11から出る第二センサユ
ニット33の光線のコピー(copy)は、ラインセンサ3
8の同一セクタをロードする。2個のセンサユニット3
2、33の配置は、これもコードディスク34上方に配
置された光源15の線図を含んでいる図4の断面図から
理解される。
度)のステアリングホイールのうち、想定される全回転
範囲の360度の区分内でステアリングホイール又はス
テアリングスピンドル35の角位置を検出する働きがあ
る。センサユニット33は、1440度のステアリング
ホイールの全回転範囲内でステアリングスピンドル35
の位置を記録するのに役立つ。それゆえ、ダイアフラム
10の動きは、1440度の範囲を通過する時、前記セ
ンサユニット33のコーディングを構成し、且つダイア
フラム開口11から出る光線がラインセンサ38の感光
面全体を横切って動くものとして計算される。
ボットアーム17を介して、それぞれ、コードディスク
34及びステアリングスピンドル35の回転運動に連動
して動く。伝動装置16は、その構成部品がフレームの
板18上に配置されている差動遊星歯車16である。差
動遊星歯車16は、回転にぐらつかない方法でステアリ
ングスピンドル35に接続された歯付ホイール20と噛
み合う入力歯車19からなる。入力歯車19の軸21上
には、出力歯車22が支持されており、該出力歯車22
は、第二センサユニット33の回転子を形成し、中空歯
車の形で設けられ且つ内部歯装置23を有する。また、
内部歯装置23と入力歯車19及び出力歯車22間の軸
21上に支持されているピニオン24との間に、遊星歯
車25が配置されている。さらに、伝動装置16は、内
部歯付環状基準歯車26と結合されており、該内部歯付
環状基準歯車26は、入力歯車19の隣りに配置され、
且つフレームに固定して配置されている。遊星歯車25
は、基準歯車26の内部歯装置、及び出力歯車22の内
部歯装置23の両方に噛み合う。しかし、基準歯車26
の歯数は、出力歯車22の歯数とは異なる歯数とされて
いる。
は、ピニオン24と遊星歯車25を介して出力歯車22
へ伝達される。該出力歯車22には、その外周にピボッ
トアーム17が設けられている。基準歯車26の内部歯
装置と出力歯車22の内部歯装置とにおける遊星歯車2
5の同時運動は、基準歯車26と出力歯車22との歯数
が異なるため、出力歯車22のピボット運動が起こり、
その結果、アーム17のピボット運動が起こる。その自
由端によって、ピボットアーム17は、そのレバー軸が
ピボット軸12であるツーアームレバー28の部分を形
成する爪27に挿入され、ダイアフラム10がレバー2
8の別のアームを形成する。従って、第二センサユニッ
トの回転子として働く出力歯車22の回転運動は、上述
のダイアフラム10のピボット運動となる。歯車の遊び
を減らすため、ピボットアーム17はスプリング要素に
抗して作用するようにしてもよい。
センサユニット33のコーディング11を選択的に検出
する方法としては、様々な方法があり、例えば、1つの
コードトラックと他のコードトラックを交互に検出する
方法、2つのコーディング36、11間で分別する方法
などが挙げられる。当該分別する方法は、ラインセンサ
をコード化光線で照射し、波長、輝度又は偏光(polaris
ation)の関数として分別する方法、コードトラックの物
理的分離に加えて、算法によって(algorithmically) 2
つのコードトラック間を分別する方法などが挙げられ
る。前述の分離は、例えば、冗長情報コードによって達
成することができる。その結果、ラインセンサ38が両
コードトラック36、11で同時に光照射されても、各
コードトラック36、11の位置に関するデータ、すな
わち、ステアリングホイールの角位置に関しての明瞭な
データをもたらすことができる。
アリング角を記録するための任意の補足情報を測定装置
で処理することができる。また、収集されるべき情報量
を増大させ、さらには、走査されるべきトラックの多重
符号化を種々の波長を用いて情報の収集を改善するため
に行うことができる。また、従来技術と較べ、所要検出
装置の数が少ない光電子信号の多重検出方法及び装置と
することができる。
示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 駆動動力を制御するためにステアリング
角、又は回転角もしくは回転運動に変換される直線運動
を測定する目的で自動車等に配置されたフラップ類、ス
ライド類及びバルブ類等の設定要素の位置を検出するた
めの光電子信号の多重検出方法であって、 相互にある角度で伸びる少なくとも2つの信号経路が設
けられ、そのひとつの信号経路は(1)はクロック盤
(5)に実質的に平行で、且つ該クロック盤の下方で伸
びており、他のひとつの信号経路(3)は、クロック盤
(5)を通して垂直にセンサ素子(2)を叩くように伸
びており、前記信号経路(1)はクロック盤(5)の下
にある反射器要素(4)によってセンサ素子(2)の方
向に偏向し、前記信号経路(3)と一致するようにする
ことを特徴とする光電子信号の多重検出方法。 - 【請求項2】 第一コーディングを有し、且つ回転運動
に連結された回転子(34)と、ステアリングホイール
の全回転範囲の1区分内で回転子(34)のコーディン
グ(36)を走査できるよう固定子端部に配置された検
出装置とからなる第一センサユニット(32)と、第一
センサユニットの回転子(34)に伝動装置を介して連
結された回転子(22)と、該回転子(22)によって
移動可能なコーディング(11)と、全回転範囲内で前
記コーディング(11)を走査できるよう固定子端部に
配置された検出装置(38)とからなる第二センサユニ
ット(33)を有する装置であって、 第一センサユニット(32)の検出装置(38)は、隣
り合った複数の変換器要素によって構成されるセンサア
レイからなり、且つ該センサアレイは、第一センサユニ
ット(32)の回転子(34)の前記第一コーディング
(36)を走査でき、さらには第二センサユニット(3
3)のコーディング(11)を走査できるよう配置され
ており、第一センサユニットのトランスミッタは回転子
(34)の形で設けられ、第一センサユニット(32)
は、回転子(34)の第一コーディング(36)の運動
方向を前記センサアレイの長さ方向が横断するように、
且つ回転子(34)の平坦端部と対向するように配置さ
れ、そして、該センサアレイの上方に光学部品(13)
が設けられ、コーディングの形の光線が前記光学部品
(13)に側方に連結されてセンサアレイ(38)の感
光面へ反射される状態にあること、及び第二センサユニ
ット(33)は、前記コーディング(11)が固定光源
(15)に相対して動かせるダイアフラム(10)によ
って作動されることを特徴とする光電子信号の多重検出
装置。
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