JP2003509674A - 光電式回転角度センサ - Google Patents

光電式回転角度センサ

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JP2003509674A JP2001523604A JP2001523604A JP2003509674A JP 2003509674 A JP2003509674 A JP 2003509674A JP 2001523604 A JP2001523604 A JP 2001523604A JP 2001523604 A JP2001523604 A JP 2001523604A JP 2003509674 A JP2003509674 A JP 2003509674A
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Abstract

(57)【要約】 コード板(1,2,4)上に存在するコード部の少なくとも個々のトラック(S1 −S6 )が、多重式に互いに間隔をあけて配置されていることによって、多重トラック状のデジタル式のコード部を担持し、回転子の回転部分に連結された照射されるコード板(1,2,4)と、多数の個々の変換素子から構成され、その長手延在部分がこのコード板(1,2,4)の運動方向に対して垂直に配置され、このコード板(1,2,4)のこのコード部を走査するセンサアレイ(2)とを備えた光学式回転角度センサが特定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、回転角度センサ、例えば操舵角度センサに関する。特に本発明は、
多重トラック状のデジタル式のコード部を担持し、回転子の回転部分に連結され
た照射されるコード板と、多数の個々の変換素子から構成され、その長手延在部
分がこのコード板の運動方向に対して垂直に配置され、このコード板のこのコー
ド部を走査するセンサアレイとを備えた光学式回転角度センサに関する。回転角
度センサは、工作機械や座標測定装置で自動的に位置決めして測定するのによく
使用される。さらに、回転角度センサは、ハンドルの絶対角度位置を算定する車
両の分野で使用され、それ故に操舵角度センサとも呼ばれる。操舵角度は、車両
にあってはこの値を例えば走行動的制御系(Fahrdynamikregelsystem)に入力でき
るようにするために必要になる。このような走行動的制御系は、この説明した操
舵角度値のほかにその他の測定データ,例えば車輪の回転数や車両の垂直軸周り
のその車両の旋回量を受取る。一方では絶対旋回角度と他方では旋回速度とが必
要になる場合は、これらの値が、その他に検出されたデータと共に走行動的制御
系によって評価されて、アクチュエータ,例えばブレーキ及び/又はエンジン監
視部を制御するために変換され得る。
【0002】 光電式の操舵角度センサは、例えばドイツ連邦共和国特許発明第 40 22 837号
明細書から公知である。この明細書中で記された操舵角度センサは、平行にかつ
間隔をあけて配置された2つの要素−光源とラインセンサ−、並びにこの光源と
このセンサアレイとの間に配置されたコード板から構成される。このコード板は
、操舵ハンドル軸に動かないように連結されている。CCDセンサアレイが、ラ
インセンサとして使用される。このコード板では、360 °にわたって延在し、光
スリットとして形成されたアルキメデスのうずまき線がコード部として設けられ
ている。実際の操舵角度位置に関する情報が、特定の操舵角度のときにラインセ
ンサに対応する変換素子を露光することによって得られる。
【0003】 コード部として使用されるこのアルキメデスのうずまき線は、連続的に延在し
て形成されている。その結果、このアルキメデスのうずまき線は、アナログ式の
コード部とみなされ得る。この回転角度センサの形態では、ラインセンサに統合
された変換素子のほんの一部分しかハンドルの角度位置の検出に関与していない
。すなわち、この変換素子のほんの一部分が、光スリットを通じて照射されてい
るだけである。このセンサアレイのその他の変換素子は、角度情報の評価に間接
的にしか関与していない。何故なら、照射されなかった変換素子は、ハンドルの
角度位置が照射されなかったこれらの変換素子によって示された角度範囲内に存
在しないことをせいぜい実証するにすぎないからである。このようなコード部で
は、光スリットとして形成されたコード部が、例えば毛髪によって汚れた場合に
、旋回角度の検出が、このコード領域内で不可能である点が問題である。コード
部が、その汚れによって影を落とす。この角度位置を検出するために照射される
べき変換素子が、照射されないままである;その結果、この角度位置が特定され
ていない。
【0004】 これに相当する問題は、説明したこのアナログ式のコード部の代わりに平行し
て配置された多数のトラックの形態のデジタル式のコード部を有する回転角度セ
ンサにも当てはまる。固定子に対する回転子の角度位置内にある1本又は多数の
これらのトラックが汚れている場合、この角度位置は、もはや所望の分解能で検
出され得ない。
【0005】 本発明の課題は、この説明した従来の技術から出発して、確実な角度の検出が
部分的に汚れたコード部によっても可能であるように、冒頭で述べた種類の光電
式回転角度センサを改良することにある。
【0006】 この課題は、本発明により、コード板上に存在するコード部の少なくとも個々
のトラックが、多重式に互いに間隔をあけて配置されていることによって解決さ
れる。
【0007】 特に車両のハンドルの絶対角度位置を算定する操舵角度センサとしても適して
いる本発明の回転角度センサでは、少なくとも個々のトラック、好ましくは角度
に関する情報を顧慮して、特に重要な意義のあるトラックが、コード板のコード
部内に多重式に含まれていることが提唱されている。コード部内に含まれるこれ
らの多重式のトラックが、このコード部の位置内の汚れによってその機能を同時
に損なわれるという統計学的な確率を低くするため、コード部内に含まれるこれ
らの多重式のトラックは、互いに間隔をあけて配置されている。好ましくは、よ
り僅かな意義しかない別のトラックが、それらに含まれている角度情報を顧慮し
てこれらのトラックとトラックとの間に配置されている。コード板の幅が光電式
回転角度センサにおいてほんの僅かしかない場合は、個々のトラックは最小の幅
しか有さず、例えば3つの変換素子しかそれぞれ露光しない。これに対して、公
知の従来の技術から成るコードトラックは、通常、センサアレイの6つ又は多数
の変換素子を露光するトラック幅を有する。このことは、従来の技術では重要で
あるとみなされる。何故なら、汚れによる光の通過が、トラックの比較的広い幅
のために遮断されないか又は少なくとも完全に遮断されないと考えられるからで
ある。 これに対して、本発明の回転角度センサの対象では、或る角度位置内にあるコー
ド部のトラック−重要な意義のある少なくとも1本のトラック−が、汚れのため
にセンサアレイ上で全く投影されないという確率が、隔てられた同様な両トラッ
クの間の間隔に起因して著しく低くなる。個々のトラックをコード板のコード部
内で多重式に配置する代わりに、全てのトラックを多重式に、例えば2重にコー
ド部内に配置することが同様に考えられる。全てのトラックが多重式に配置され
ている場合、これらの多重に配置されたトラックが互いに有さなければならない
間隔の必要条件に起因して、多重に配置された全てのトラックがそれぞれ、同一
の間隔を互いに有することが提唱されている。このことは、それぞれの多重式の
コード部が平行に配置されていることと一致する。このトラック内に含まれる角
度に関する情報を顧慮して、より重要な意義のある同一の角度情報を有する複数
のトラックが、より僅かな意義しかない複数のトラックよりも広い間隔を互いに
有することが同様に提唱され得る。
【0008】 個々のトラックのトラック幅を本発明にしたがって狭くすることが可能である
ために、本発明の操舵角度センサのコード部を、公知のシステムの場合よりも小
さく構成することができる。したがって、その回転角度センサの寸法に関して一
般に使用されるセンサアレイ、例えばラインセンサが、本発明の回転角度センサ
に対しても使用され得る。
【0009】 さらに、少なくとも個々のトラックを多重式に配置することによって、個々の
トラックの多重式の配置を、例えば最も意義のないビットの幅に対して半ビット
の幅だけずらして互いに配置するという可能性がある。こうして、回転角度セン
サの分解能が高まる;したがって、このずれが、コードトラックを補償すること
が提唱され得る。その結果、コード板に必要な幅がそれに応じて狭くなっている
【0010】 本発明のその他の利点は、その他の従属請求項、及び添付した図面に関連する
実施の形態の以下の説明に記載されている。
【0011】 詳しく図示しなかった光電式回転角度センサ、例えばハンドルの絶対角度位置
を算定するための車両の操舵角度センサのコード板1が、矩形状の板として構成
されていて、例えばネジ駆動部を介して回転子の回転運動部に歯車式に連結され
ている。したがって、図1中の二重矢印によって示されているように、回転子、
例えば操舵ハンドル軸の回転運動が、歯車的な連結部によってコード板の並進運
動になる。このコード板1は、その片面から詳しく図示しなかった照明装置によ
って照射されている。ラインセンサ2が、この照明装置に対向して配置されてい
る。このラインセンサ2の光電式変換素子が、コード板1の方を向いて配置され
ている。このコード板1は、光スリット板として形成されている。この場合、こ
のコード板1に形成された光スリットが、多重トラック状のデジタル式角度コー
ド部になる。図示された実施の形態では、6本のトラックS1 −S6 が設けられ
ている。この実施の形態では、コード板1が細長いコード板から成るコード部片
を形成する。このコード部片は、全てのコード部を多重式に並列に形成する。指
標によって互いに識別可能なこれらのトラックS1 −S6 は、その意義に関して
数値的に配置されている。この場合、トラックS1 は、このトラック内に含まれ
る角度情報に関して重要な意義をもつ。そして、トラックS6 は、最も意義をも
たない。トラックS1 又はS1 ′は、隣接するコードセグメント内で光を通さな
いように形成されている。コード部のトラックS1 −S6 は、トラック群G1
形成する。トラック群G1 の全てのトラックS1 −S6 は、コード板1のコード
部の状態でもう1つ存在する、つまりトラック群G2 の形態で存在する。このト
ラック群G2 の個々のトラックは、符号S1 ′−S6 ′で示されている。この場
合、同一の指標は、トラック群G1 ,G2 の同一のトラックを示す。これらのト
ラックS1 −S6 又はS1 ′−S6 ′の配置では、より重要な意義のあるトラッ
クは、より僅かな意義しかないトラックよりも広い間隔で互いに配置されること
が提唱されている。したがって、トラックS1 ,S1 ′は、最も幅広に互いに配
置されていて、S6 ,S6 ′は、最も狭い間隔で互いに配置されている。
【0012】 図2は、コード板3を別の構成で示す。このコード板3のコード部は、基本的
にコード板1のコード部に対応して構成されている。それ故に、このコード板の
個々のトラックは、トラック群G1 ,G2 の同様に対応する符号で示されている
。トラックS1 −S6 を有するトラック群G1 は、図1のコード板1のそれと一
致する。トラック群G2 のトラックS1 −S6 ′は、同様にコード板1のトラッ
クS1 −S6 ′に対応して形成されているものの、コード部1の配置とは違って
トラック群G1 のトラックS1 −S6 に対して半ビット長だけずらして配置され
ている。この措置によって、回転角度センサの分解能が、この半ビット長だけ向
上している。
【0013】 もう1つ別のコード板4が、図3中に示されている。トラック群G1 のトラッ
クS1 −S6 は、図1,2中に示されたトラック群G1 のトラックS1 −S6
一致する。トラック群G2 のS1′−S6′は、トラック群G1 のトラックに関
連して全体的に同じ間隔で互いに配置されていて、図2の実施の形態のときと同
様に半ビット長だけずらして配置されている。このコード板では、トラックS1 ,S1 ′が、評価時のコード板とラインセンサとの間の運動公差を考慮できるよ
うにするための基準トラックになる。
【0014】 矩形ストリップがコード板としてこれらの図中に記されているものの、これら
の矩形ストリップを円板として形成してもよい。このとき、それらの図中に示さ
れた形態は、このような円板の発展形である。この場合、その板は、ロータの回
転運動部、例えば操舵ハンドル軸に直接連結されている。このとき、ラインセン
サの長手延在部が、このようなコード板の回転軸に対して放射状に延在している
【図面の簡単な説明】
【図1】 光電式回転角度センサの第1のコード板を概略図で示す。
【図2】 光電式回転角度センサ用の第2のコード板を示す。
【図3】 光電式回転角度センサ用の第3のコード板を示す。
【符号の説明】
1 コード板 2 ラインセンサ 3 コード板 4 コード板 S1 −S6 トラック S1 ′−S6 ′トラック G1 ,G2 トラック群
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AE,AG,A L,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR ,BY,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE, DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,M K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO ,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ, TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZA,ZW (72)発明者 ブレージング・フランク ドイツ連邦共和国、ヴェーアル、クルツ ェ・ストラーセ、15 Fターム(参考) 2F065 AA39 AA42 DD13 DD15 FF02 FF17 HH15 JJ02 JJ25 LL29 2F077 AA41 NN02 NN30 PP19 QQ07 RR29 3D030 DC29 3D033 CA17 CA29 DB03

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多重トラック状のデジタル式のコード部を担持し、回転子の
    回転部分に連結された照射されるコード板(1,2,4)と、多数の個々の変換
    素子から構成され、その長手延在部分がこのコード板(1,2,4)の運動方向
    に対して垂直に配置され、このコード板(1,2,4)のこのコード部を走査す
    るセンサアレイ(2)とを備えた光学式回転角度センサにおいて、コード板(1
    ,2,4)上に存在するコード部の少なくとも個々のトラック(S1 −S6 )が
    、多重式に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする光電式回転角度
    センサ。
  2. 【請求項2】 最も意義のあるトラックが、角度に関する情報に顧慮して多
    重式にコード部内に含まれていることを特徴とする請求項1に記載の回転化ウド
    センサ。
  3. 【請求項3】 多重的な配置から成るコード部が、全ての個々のトラック(
    1 −S6 ;S1 ′−S6 ′)によって構成されていることを特徴とする請求項
    1又は2に記載の回転角度センサ。
  4. 【請求項4】 多重式にコード部内に含まれる同じ価値のトラックが、可能
    な限り大きな間隔で互いに配置されていることを特徴とする請求項2又は3に載
    の回転角度センサ。
  5. 【請求項5】 トラックのそれぞれの意義に依存するこれらのトラックが、
    このトラック内に含まれる角度に関する情報を顧慮して可能な限り大きな間隔で
    互いに配置されていて、この場合、最も重要な意義のあるトラックは、角度に関
    する情報がより僅かな重要度しかないトラックよりも大きい間隔で互いに配置さ
    れていることを特徴とする請求項2又は3に記載の回転角度センサ。
  6. 【請求項6】 コード部内の各トラック(S1 −S6 )は、二重に設けられ
    ていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転角度センサ。
  7. 【請求項7】 コード部内に多重式に配置されているトラックは、最も僅か
    な意義しかないビットの幅に対して半ビットだけずらして互いに配置されている
    ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転角度センサ。
  8. 【請求項8】 回転角度センサは、車両のハンドルの絶対角度位置を算定す
    る操舵角度センサとして設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれ
    か1項に記載の回転角度センサ。
JP2001523604A 1999-09-14 2000-09-13 光電式回転角度センサ Withdrawn JP2003509674A (ja)

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DE19944005A DE19944005A1 (de) 1999-09-14 1999-09-14 Optoelektronischer Drehwinkelsensor
DE19944005.0 1999-09-14
PCT/EP2000/008931 WO2001020265A1 (de) 1999-09-14 2000-09-13 Optoelektronischer drehwinkelsensor

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