JP2004514127A

JP2004514127A - 光電子式距離又は角度測定装置の信号評価方法並びにその方法の使用

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Publication number: JP2004514127A
Application number: JP2002542826A
Authority: JP
Inventors: ブレージング・フランク; シルプ・クリスティアン
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: DE10056604A1; ES2347526T3; US6653620B2; AU2002224798A1; DE50115533D1; WO2002040945A1; EP1334331B1; JP4014505B2; US20030029993A1; EP1334331A1

Abstract

【構成】少なくとも一つのデジタルコ−ドトラックを持ち、一つの光源と多数の光電子式変換要素とを有するセンサ−アレイを包含する送受信ユニットに向かって相対的に移動可能なコ−ドデイスクを備える光電子式距離又は角度測定装置の信号評価方法であって、その方法がセンサ−アレイの少なくとも一つのコ−ドトラックに決めた一つの変換要素を付属することを包含する信号評価方法は、一つのコ−ドトラックに付属された変換要素の信号振幅を評価するために、露光の際に比較的に明るいコ−ドトラック信号と比較的に暗い非トラック信号との間の相対的光度差が検出され、検出された光度差に依存して、コ−ドトラックに付属した変換要素がコ−ディングによって露光されているか或いは露光されていないかの確認が行われることによって行われる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、少なくとも一個のデジタルコ−ドトラックを持ち、一つの光源と多数の光電子式変換要素とを有するセンサ−アレイを包含する送受信ユニットに向かって相対的に移動可能なコ−ドデイスクを備える光電子式距離又は角度測定装置の信号評価方法であって、その方法がセンサ−アレイの少なくとも一つのコ−ドトラックに決めた変換要素を付属することを含む方法に関する。更に、この発明は、そのような方法の好ましい使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】距離又は角度測定装置はしばしば自動位置決めして測定するために工作機械や座標測定装置に設置される。回転角度センサ−は例えば自動車領域において操縦ハンドルの絶対的角度状態を決定するのに用いられ、それ故に操縦角度センサ−と呼ばれている。この種の光電子式操縦角度センサ−は実質的に操縦ハンドルの回転運動部に連結されたロ−タとしての一つのコ−ドデイスク並びにステ−タ側の一つの送受信ユニットから成り立つ。送受信ユニットはコ−ドデイスクの片面にある一つの光源、例えばＬＥＤ装置とコ−ドデイスクの他面に通常は多数の相互に並列する変換要素をもつ列センサ−である受信ユニットとを包含する。コ−ドデイスクのコ−ディングとしてときどきデイジタルコ−ドが採用され、このコ−ドは複数の平行コ−ドトラックから成り、例えばグレ−コ−ドの形式に構成されている。
【０００３】
操縦ハンドルは、自動車では、この値で走行動的制御システムを作用するために必要とされる。そのような走行動的制御システムは前記操縦角度値の外に他の測定デ−タ、例えば車輪回転数或いは自動車の高い軸（Ｈｏｃｈａｓｃｈｅ）を中心とする回転を得る。一方で絶対的操縦角度固定が、他方で操縦速度が必要である場合には、これらの値は他の検出されたデ−タと一緒に走行動的制御システムによって評価され、アクチュエ−タ、例えばブレ−キ及び／又はエンジン管理を制御するように転換され得る。
【０００４】
予め知られたの距離又は角度測定装置では、所定信号閾値と信号振幅の比較による各コ−ドトラックに付属した変換要素の信号振幅の評価が行われる。所定信号閾値が超過される場合には、コ−ドトラックのコ−ディングによって露光されるとして、このコ−ドトラックに付属した変換要素の信号振幅の評価が行われる。信号振幅が所定信号閾値より小さい場合には、コ−ドトラックのコ−ディングによってコ−ドトラックに付属した変換要素の露光が存在しない状態の、評価が行われる。
【０００５】
コ−ドデイスクに対する一定変換要素の付属は、予め知られた方法では、コ−ドデイスクの遊びを送受信ユニットに向かう運動の際に補償するために設置されている。この目的のためにコ−ディングは少なくとも一つの基準トラックに付属されている。基準トラックに対するコ−ドトラックの距離がコ−ドトラックの長さに渡り同じであるから、位置の決定では、基準トラックがセンサ−アレイで検出されて、その変換要素はそのコ−ドトラックによって露光され得る。
【０００６】
予め知られた方法で、信号検出で一様な影響を受ける条件下において十分に正確な結果が達成され得る場合でも、例えば周囲条件の影響によって距離又は角度測定装置の概念に与える理想化された測定パラメ−タが変更するときに、けれども測定結果はそのような距離又は角度測定装置においては変造され得る。特に自動車に操縦角度センサ−としてのそのような角度測定装置を設定する場合に、正確な角度検出を最も異なる影響の下で保証すべきである。そのような測定装置は例えば散光、くもり或いは凍結或いはコ−ドデイスクのほこりまみれに影響され得て、この際にこの実例に挙げた場合においてしばしば信号閾値がコ−ドトラックのコ−ディングによる実際の直接的露光の際に超過されるばかりでなく、そのようなコ−ドトラックに付属した変換要素により露光する散光にも超過される。一致して例えばほこりまみれでも信号閾値がコ−ドトラックのコ−ディングによる露光にもかかわらず、超過されない。この場合に操縦角度センサ−により読み取った角度値が不正確であり；一致してこの値に基づく後続する評価は同様に不正確である。
【０００７】
それ故に、この論じられた先行技術から出発して、この発明の課題は前記欠点が少なくともかなり回避され得る前記種類の方法を提供することである。
【０００８】
この課題は、この発明によると、一つのコ−ドトラックに付属された変換要素の信号振幅を評価するために、露光の際に比較的に明るいコ−ドトラック信号と比較的に暗い非トラック信号との間の相対的光度差が検出され、検出された光度差に依存して、コ−ドトラックに付属した変換要素がコ−ディングによって露光されているか或いは露光されていないかの確認が行われることによって、解決される。
【０００９】
この発明の方法では、コ−ドトラックに付属した信号振幅の評価が公知の先行技術と反対に所定の不動の絶対的信号閾値との比較において行われず、むしろ露光の際に比較的に明るいコ−ドトラック信号とそれと比べて比較的に暗い非トラック信号との間の相対的光度差の確認によって行われる。この評価は、基本的に単に絶対的信号振幅を考慮する信号閾値と無関係に行われる。信号振幅の評価は、この形式で極めて多く精密であるので、決定閾値が実質的に低い水準に移動され得る。この形式では、周囲条件付け影響が相対評価によって補償される。例えば公知の先行技術では信号認識がもはや行われない、センサ−アレイの変換要素を露光した照度の可能な局部のみの低下では、更に　センサ−アレイの決められた変換要素を露光したコ−ドトラック或いはコ−ドトラック部分とこのコ−ドトラックによって露光されない無トラック部分との間の検出可能なコントラストが存在したままであるから、所望の評価が制限されずに実施され得る。コ−ドトラックの信号の評価は露光の際に比較的に明るいコ−ドトラック信号と比較的に暗い非トラック信号との間の検出された相対的光度差に依存して、少なくとも一つのコ−ドトラックに付属した変換要素が符号化によって露光されているか或いは露光されていないかの確認によって行われる。
【００１０】
コ−ドトラック或いは無コ−ドトラックの信号振幅の間の光度差は例えばこれら信号振幅の差考察によって行われる、ここで、信号閾値として所定の光度差が用いられる。けれども、両信号振幅の関連した光度差を検出するために、これを互いの比に設定することが意図され、そのときには、信号閾値として所定比が用いられる。
【００１１】
比較的に暗い非コ−ドトラックとして、コ−ドデイスクの可能な運動値にわたり一様な暗トラックが設けられ、例えばデジタルコ−ディングの隣に存在する。けれども、複数の互いに平行に延びるコ−ドトラックの設定では、これら中間トラックに付属したセンサ−アレイの変換要素を非トラック信号として利用するために、所謂中間トラックとしてコ−ドトラック間の存在する中間空間を使用する可能性が存在する。けれども、特に逆のコントラストの乏しい測定条件では、非トラック信号を検出するために設けられたセンサ−アレイの変換要素は露光の際に両隣接したコ−ドトラックによって同様におよそ同じ光度で露光され得ることが生じる。それ故に、中間トラック信号とコ−ドトラック信号の間の調整するコントラストは露光の際には、両コ−ドトラックに付属した変換要素の露光を推論するように、極めて僅かであり、事情によっては僅か過ぎる。そのような場合に非トラック信号として対応する暗いトラックが形成される場合に、正確な測定結果が得られる。更に、追加的に絶対信号閾値を相対的に高い水準に設定する可能性があるので、コ−ドトラックの信号振幅と非トラック信号の間の相対的光度差が一致した大きさであるか、或いはコ−ドトラックに付属された変換要素の信号振幅が絶対的信号閾値を超過する場合には、コ−ドトラックに付属された変換要素の露光を推論され得る。
【００１２】
関連した光度差或いはコントラストを高めるために、更に評価方法において変化する振幅評価に影響を与えるパラメ−タに信号振幅の評価を適合する方法工程を着手することが意図され得る。そのような適合は基準信号の信号振幅の検出、基準信号の信号振幅の引き続く評価と、少なくとも一個の振幅評価に関連したパラメ−タの更に引き続く適合とによって行われ得る。
【００１３】
この方法の拡大例では、変化する測定条件を補償するために、振幅評価に関連した少なくとも一つのパラメ−タが適合されることが意図されている。これは、少なくとも一つのコ−ドトラックの信号の外に基準信号の信号振幅が検出されることによって行われる。基準信号として基本的にコ−ドデイスクの各コ−ディングが用いられて、それで複数のコ−ドステップにわたり決められたセンサ−アレイの変換要素が露光される。目的に適って、そのような基準信号の使用の際に単に同じ領域が実際の基準信号として設定され、この領域ではコ−ドデイスクの対応する状態によって、このコ−ドトラックに付属された変換要素が実際に露光されることが保証される。けれども、他の構成では、基準信号がコ−ドデイスクの固有トラックによって用意されることが意図されて、ここで、この目的に特に基準トラックが適し、通常はコ−ディングを拡大する横方向においてコ−ドデイスクの運動を補償するよう処理される。他の方法工程では、基準信号の信号振幅が評価され、場合によっては絶対値或いは前もって検出されて記憶された基準信号振幅と比較される。引き続き、基準信号の信号振幅の評価の結果の意味において振幅評価に関連した少なくとも一つのパラメ−タの適合が行われる。例えば、基準信号の信号振幅が前基準信号振幅に比べて減少されるならば、例えばコ−ドデイスクのくもりによって或いはコ−ドデイスクに堆積された塵によって、これは、露光時間或いは信号振幅を検出するのに必要な測定ステップ数が信号振幅の評価のために関連したパラメ−タとして高められることにより補償され得る。同様に、光源の照度が高められるので、基準信号の信号振幅がこの適合に基づき更に最初に順応した値を有する。
【００１４】
適合の精度は異なって運転され得る。例えば基準信号の信号振幅のステップは検出された測定ステップ数にわたる中間値形成を含むことが意図されている。この方法では、変更可能な中間値適合の原理に基づくシステムの抑えられた適合が行われる。適合時間はこの種類と形式での方法の運転では、所望の測定ステップ数に依存して、各測定ステップで適合が行われるシステムよりよりゆっくりである。信号評価に関連したパラメ−タの適合が検出された平均値に依存して行われる。
【００１５】
更に、基準信号の信号振幅の評価は、例えば変更運転を連絡するために、基準信号振幅、例えば一個或いは複数個の先導された基準信号振幅との比較を含み、場合によっては将来の変更の範囲に関する補間法を実施され得ることが意図されている。
【００１６】
次に、二つの線図に基づいて請求された方法の対象はさらに説明される。
図１は通常の周囲条件における光電子式操縦角度センサ−の列センサ−から読み取られる信号振幅線図を示し、図２は同じ角度状態の読取りの際であるが、凍結したコ−ドデイスクを備える図１の線図に対応する線図を示す。
【００１７】
図１の線図では、ｘ軸線上に操縦角度センサ−の列センサ−の個々の変換要素が図示されている。ｙ軸線上に個々の変換要素で読み出された信号振幅が記録されている。図１に図示された状況は一定角度における列センサ−の読取り結果を示す。操縦角度センサ−に付属されたコ−ドデイスクは、コ−ディングとして所謂グレ−コ−ドを支持する新たな互いに平行に延びるコ−ドトラックを包含する。互いに平行に延びるコ−ドトラックがそれぞれ一個の基準トラックによってはめ込まれるならば、その基準トラックによって列センサ−に対するコ−ドトラックの各状態において列センサ−の感光性表面の露光が行われる。図１では、基準トラックは”Ｒ”で示され；個々のトラックは”１”から”９”までにより示される。中間トラック信号は個々のトラックに位置する変換要素にわたり走査できる。各コ−ドトラックはセンサ−列の一定数の変換要素、例えば三或いは五個の変換要素に付属されている。所定コ−ドトラック或いは所謂中間トラックに対する所定変換要素の付属は基準トラックに対して所定距離にある同じ変換要素の決定によって行われる。これは、基準トラックからコ−ドトラックの距離がコ−ドデイスクの構成により与えられ、従って既知であるから、可能である。
【００１８】
基準トラックはその運動においてコ−ドトラックの運動方向を横切って生じるコ−ドトラックの運動を補償するために用いられ、互いのコ−ドトラックの既知の距離によって基準トラックＲの検出後に列センサ−の所定変換要素が所定コ−ドトラックに付属され得る。列センサ−のコ−ドトラックに付属された変換要素間にある変換要素は同様に評価されて、基準値として無トラック信号或いは中間トラック信号の用意によって用いられる。図１に示された読取り結果を評価するために、コ−ドトラックの信号振幅と隣接した無コ−ドトラックの信号振幅との間の関連した光度差が例えば比の形成により決定され、それぞれ図１にこれらトラックを走査する変換要素から算出された信号振幅を図示する曲線の十字線によって図示される。図１から、中間トラック信号の隣接した振幅に関するトラック１，２，４と７の信号振幅間の相対的光度差が極めて僅かであることが認識できる。隣接した中間トラック信号振幅に対するコ−ドトラック１，２，４と７の信号振幅の比との比較の際に、所定閾値が超過されない。それ故に、これらトラックはコ−ドトラックのコ−ディングによって露光されないものとして見なされ、これは図１で”結果”の表題においてそれぞれ”０”によって図示される。コ−ドトラック３，５，６，８と９に付属された列センサ−の変換要素の信号振幅は、検出された光度に関して、隣接した中間トラック信号の光度より数倍だけ高い。それ故に、これらトラックは露光されたものとして見なされ、それは図１でそれぞれ”１”によって与えられる。
【００１９】
図１の図示は、通常の周囲条件下で作動する一個の操縦角度センサ−を示す。図１に示された読取り結果とは異なって、図２には列センサ−の読取り結果が示され、ここで、この操縦角度センサ−では、不都合な周囲条件のためにコ−ドデイスクが凍結されている。その結果、個々のトラックが散光によってかなり強く露光され、これは特に無トラック信号の高い信号振幅によって認識される。一つのコ−ドトラックに付属された信号振幅と中間トラック信号の信号振幅との間の信号コントラストを高めるために、変更した測定条件における適合では照明時間が延長されている。追加的に、コ−ドトラックを評価するために、絶対的閾値信号が、例えば基準トラック振幅の７０と８０％の間に設定されている。
【００２０】
一つのコ−ドトラックの信号振幅と隣接した中間コ−ドトラックの信号振幅との間の相対的光度差が十分に高い、例えばコ−ドトラック３である場合か、或いはその絶対的信号振幅が、設定された閾値を超過されるけれども、隣接した中間コ−ドトラックに対する相対的光度差が僅かである場合には、列センサ−のコ−ドトラックに付属された変換要素は、コ−ドデイスクのコ−ディングにより露光されたものとして見なされる。これはコ−ドトラック５，６，８と９の場合である。この評価は、コ−ドトラック間に存在する中間トラックに付属された変換要素が、このような測定条件においてコ−ドトラックに付属された変換要素の露光の際に散光によって同様に露光されると言う観測に基づいている。
【００２１】
この発明による方法は、特に変動する或いは変化する周囲条件にさらされるそのような光電子式距離或いは角度測定装置の信号評価に適する。それ故に、そのような方法の好ましい使用は、自動車における操縦角度センサ−の信号評価における使用に関する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
通常の周囲条件における光電子式操縦角度センサ−の列センサ−から読み取られる信号振幅線図を示す。
【図２】
同じ角度状態の読取りの際であるが、凍結したコ−ドデイスクを備える図１の線図に対応する線図を示す。

Claims

少なくとも一つのデジタルコ−ドトラックを持ち、一つの光源と多数の光電子式変換要素とを有するセンサ−アレイを包含する送受信ユニットに向かって相対的に移動可能なコ−ドデイスクを備える光電子式距離又は角度測定装置の信号評価方法であって、その方法がセンサ−アレイの少なくとも一つのコ−ドトラックに決めた一つの変換要素を付属することを包含する信号評価方法において、一つのコ−ドトラックに付属された変換要素の信号振幅を評価するために、露光の際に比較的に明るいコ−ドトラック信号と比較的に暗い非トラック信号との間の相対的光度差が検出され、検出された光度差に依存して、コ−ドトラックに付属した変換要素がコ−ディングによって露光されているか或いは露光されていないかの確認が行われることを特徴とする方法。
光度差は一つのコ−ドトラック或いは非コ−ドトラックに付属した変換要素の信号振幅の差考察によって検出されて、信号閾値としてコ−ドトラックに付属した変換要素がコ−ディングによって露光されているか或いは露光されていないかの確認のために所定光度差が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
相対的光度差を検出するために、一つのコ−ドトラック或いは非コ−ドトラックに付属した変換要素の信号振幅が互いの比に設定されて、信号閾値としてコ−ドトラックに付属した変換要素がコ−ディングによって露光されているか或いは露光されていないかの確認のために所定比が設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
コ−ドトラックに付属した変換要素がコ−ディングによって露光されているか或いは露光されていないかの確認のために、追加的に一つの絶対的信号閾値が少なくとも一つのコ−ドトラックに付属した変換要素の信号振幅を越えるか或いは下回るかでなければならないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの一項に記載の方法。
信号閾値は変更する測定パラメ−タに適合されることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかの一項に記載の方法。
信号閾値の適合は次の工程を含み、一つの基準信号の信号振幅を検出し、基準信号の信号振幅を評価し、基準信号の検出された信号振幅を考慮して信号閾値に適合させることを特徴とする請求項５に記載の方法。
基準信号の信号振幅を評価する工程は決定された測定ステップ数にわたる中間値形成を包含し、少なくとも一個の信号評価に関連したパラメ−タの適合が検出された平均値に依存して行われることを特徴とする請求項６に記載の方法。
基準信号の信号振幅の評価は基準信号振幅との比較を含むことを特徴とする請求項６或いは請求項７に記載の方法。
少なくとも一個の信号評価に関連したパラメ−タを適合するために、露光時間が変更されることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかの一項に記載の方法。
少なくとも一個の信号評価に関連したパラメ−タを適合するために、光源の照度が変更されることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかの一項に記載の方法。
少なくとも一個の信号評価に関連したパラメ−タを適合するために、信号閾値は一つのコ−ドトラックに付属した変換要素がコ−ディングによって露光されているか或いは露光されていないかを区別するために変更されることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の方法。
自動車の光電子式操縦角度センサ−の信号を評価することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかの一項に記載の方法を使用する使用方法。