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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外乱の影響を受け難い構造を採用することで、加速度や傾斜状態の検出に際して誤検出の発生を低減するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
傾斜や加速度等を検出する検出装置には、これまでに各種の検出原理に基づく構成が知られている。
【0003】
例えば、加速度センサの場合、絶縁性の容器に多数の電極を配置して、該容器内に導電性流動体を収容し、加速度の方向及び大きさに応じた導電性流動体の変位や変形を電極の位置及び数により検出する形態が挙げられる(特許文献1参照。)。
【0004】
また、移動体の姿勢変化(傾斜)によって検出精度への影響が問題とならないように、該姿勢変化による影響を打ち消すための傾斜補正手段を設けた形態が挙げられる(特許文献2参照。)。
【0005】
傾斜角センサに関しては、振り子型の構成形態(例えば、特許文献3参照。)、ボールを可動接点として利用した構成形態(例えば、特許文献4参照。)、浮力を利用して気泡の歪みを検出する構成形態(例えば、特許文献5参照。)等が挙げられる。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−66825号公報
【特許文献2】
特開平9−96533号公報
【特許文献3】
国際公開第99/30110号パンフレット
【特許文献4】
特開平11−195359号公報
【特許文献5】
特開平9−257474号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の検出装置にあっては、装置自身の傾きや不要な加速度の影響によって検出誤差が生じ、精度が悪化してしまうことが問題となる。
【0008】
例えば、従来の加速度センサでは重力加速度を同時に検出してしまうため、移動体に姿勢の変化(傾斜)がある場合には、加速度を正確に出力することが困難である。あるいは、正確に加速度を出力するためには、姿勢を考慮した補正が必要となるため、補正用の電気回路やマイクロコンピュータによる補正演算が必要であり、構成や処理の複雑化を伴う。
【0009】
また、従来の傾斜角センサにあっては、いずれも重力を利用した構成とされ、上下方向(鉛直方向)においてアンバランスな構造をしている。つまり、上下方向においてアンバランスな構造を有しているが故に、横方向(水平方向)の加速度に対しても過敏に反応してしまうという欠点があり、これが誤検出の原因となる。そこで、このような加速度の影響を打ち消すために、ダンパーや制動板等の制動機構を付設したり、あるいは別の加速度センサを用いて加速度の減算を行う等の必要があり、大掛かりな構成となったり、コスト上昇の原因となる。
【0010】
そこで、本発明は、加速度又は傾斜を検出する検出装置において、装置の姿勢や不要な加速度の影響に起因する検出誤差を低減するとともに、そのために構成や処理の複雑化を伴わないようにすることを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、その側面形状が逆T字状に形成されており、基台と当該基台に立設された鉛直方向の支持軸を有する支持体と、その支点から左右両側に延びた同じ長さの左腕部及び右腕部からなる腕部を備え、該左腕部及び右腕部の各端部に一対又は複数対の同じ重量の重量体が付設され、該腕部の中央部が上記支点で上記支持体の支持軸に回動自在に支えられるとともに、上記重量体にかかる重力のつり合い位置で水平面に対して水平状態を保持しつつ静止するように構成された回転体と、上記支持軸と上記腕部との間の角度を検出することで、又は上記支持体と回転体との間の相対速度を検出して積分することで上記基台の上記水平面に対する傾斜状態を検出する検出手段とを備えたものである。
【0012】
よって、本構成によれば、鉛直方向及び水平方向においてバランスのとれた構造を採用するとともに、傾斜検出を行う場合に予期しない加速度が回転体に加わっても、その影響が回転体への回転力として作用しないので、誤検出が生じない。
【0013】
また、更に、支持体の支点を中心に回動自在な状態で支持された振り子を更に有し、回転体と上記振り子の間の相対位置を検出し、又は上記回転体と上記振り子との間の相対速度を検出して積分することで、上記腕部と上記振り子の間の角度を測定し、各加速度を検出する検出手段を備えたものである。
【0014】
従って、本構成によれば、鉛直方向及び水平方向においてバランスのとれた構造を採用するとともに、支持体の姿勢変化(傾き)により、回転体への影響が及ばない(回転体への回転力が作用しない)ので、誤検出が生じない。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明は、支持体とこれに支持された回転体を備えた検出装置に関し、傾斜角や加速度等の検出において、検出誤差の低減を目的としたものである。
【0016】
図1乃至図3は、本発明に係る原理説明図であり、傾斜センサ等への適用例を示す。
【0017】
検出装置1は、支持体2と、該支持体2に回動自在な状態で支持された回転体3を備えている。
【0018】
本例では、支持体2の側面形状が逆T字状に形成されていて、基台2aとこれに立設された鉛直方向の支持軸2bを有する。
【0019】
回転体3はアレイ状をなし、支点Oから左右両側に延びた腕部3aの両端に重量体3b、3bがそれぞれ付設されている。即ち、腕部3aの中央部が支点Oで支持軸2bに支えられており、同じ長さの左腕3aL及び右腕3aRの各端部に同じ重量のおもり(重量体)がついていて、「やじろべえ」の如き構造を有しているため、装置(センサ)全体が水平に設置されている状態では、図1(A)に示すように、つり合いの位置にあって腕部3aがどちら側にも傾かないようになっている。
【0020】
図1(B)に示すように、検出装置1を水平面に対して「θ」の角度をもって傾けてみると、腕部3aはやはり水平となる。つまり、支持体2の支持軸2bと腕部3aとの間になす角度が、「90゜−θ」となり、検出装置1の傾きθの増加に応じて小さくなることが分かる。
【0021】
この傾き角「90゜−θ」を位置センサ(あるいは角度センサ)で計測するか、又は傾動の過程で速度センサを使用して速度を計測し、計測値を積分することにより、傾き角を知ることができる。つまり、支持体2と回転体3との間の相対位置を検出し又は両者間の相対速度を検出して積分する検出手段として、位置センサや速度センサを設けることによって、検出装置1の姿勢(傾斜状態)を検出することができる。
【0022】
図2は、回転体3に加わる横方向(水平方向)の加速度による検出への影響について説明するための図である。
【0023】
本構造では、たとえ横方向加速度が検出装置1に加わっても、腕部3aの両側の重量体3b、3bには、同じように力が働くために(破線で示す矢印Ha、Hb参照)、腕部3aは傾かず、従って、検出装置1の検出手段において横方向加速度による誤検出は起こらない(即ち、検出装置1の検出手段からは誤った検出信号が出力されない。)。尚、図中に実線で示す「mg」の矢印は、重量体3bに働く重力の向きを示す。
【0024】
また、図3に示すように、回転体3に上下方向の加速度が加わった場合でも、これが同様に検出誤差の要因とはならない。例えば、上向きの加速度(破線で示す矢印U参照)が装置に加わったとしても、腕部3aは傾かず、従って、誤検出は起きない。
【0025】
このように、検出装置1では、これに加わる直線的(並進的)な加速度に影響されずに、傾きだけを純粋に検出することができる。
【0026】
図4は、検出装置の構成例4を示したものである。
【0027】
本例において、回転体5は、これを構成する円盤6と、該円盤に付設されたおもり(重量体)7、7から構成されており、円盤6の中心部が支持体2の支持軸2bに回転自在に支持されている。つまり、一対のおもり7、7は、円盤6の外周縁部にそれぞれ取り付けられて固定されている。
【0028】
尚、本発明に係る回転体5に関しては、その静止状態において、支持体の支持軸に対して上下方向(鉛直方向)及び水平方向において対称な慣性モーメントを有している。即ち、「上下方向において対称な慣性モーメント」とは、図5に概念的に示すように、回転体5が水平方向に延びる軸(対称軸)「X」に関して対称な慣性モーメントを有することを意味し、また、「水平方向において対称な慣性モーメント」は、回転体5が上下方向に延びる軸(対称軸)「Z」に関して対称(左右対称)な慣性モーメントを有することを意味する。
【0029】
本構成例4では、円盤6の中心部を支持軸2bで支持し、円盤6における、ある直径上の両端に球状のおもり7、7をそれぞれ付設した構成を有するので、この場合、上下対称軸「X」は2つのおもり7、7の中心及び支点Oを通る軸(円盤6の直径を含む軸)であり、左右対称軸「Z」は支点Oを通り「X」に垂直な直線である。
【0030】
本例のように、回転体5が、支持体2の支持軸2bに関して慣性モーメントの等しい一対又は複数対の重量体(おもり7、7)をバランサとして有すること、そして、該回転体5を鉛直面内で回動自在な状態で支持体2に支持して、該重量体にかかる重力の均衡(つり合い)位置にて回転体5が静止するようにした構成を備えていることが好ましい。
【0031】
回転体5には、着磁パターンや位置検出用印刷パターン等による被検出部8が設けられており、該被検出部8に対する磁気的又は光学的な検出手段9が支持体2の支持軸2bに付設されている。例えば、図示のように、円盤6の周縁部に被検出部8を設け、これを磁気センサや光センサ等の検出手段によって検出することで、回転体5と支持体2との間の相対位置(角度)を測ることができる(その詳細については後述する。)。
【0032】
次に、本発明に係る加速度の検出装置について、図6及び図7に示す原理説明図を用いて説明する。
【0033】
本例に示す検出装置10が上記検出装置1と相違する点は、振り子11が支持体2に回動自在な状態で支持されていることであり、支持体2及び回転体3に係る基本的な構成は検出装置1と同じである。
【0034】
振り子11は、支持軸2bに対して回転体3と同じく支点Oで回動自在な状態で支持されており、図6に示すように、検出装置10に重力を除く外力が加わらない状態では、振り子11が重力に従って鉛直方向(下向き)を指す。
【0035】
図7は、検出装置10が傾いた姿勢を示している。
【0036】
検出装置10全体を単に傾けてみても、図7(A)に示すように、回転体3の腕部3aは傾かず、矢印Mで示すように、振り子11は鉛直方向を指したままである。つまり、検出装置10を水平面に対して「θ」の角度をもって傾けても、腕部3aは水平のままであり(振り子11と腕部3aとの間になす角度は90゜である。)、支持体2の支持軸2bと腕部3aとの間になす角度は、「90゜−θ」である。
【0037】
この状態で、図7(B)に示すように、検出装置10に横方向(水平方向)の加速度「α」を与えた場合、左腕3aL、右腕3aRの各おもり(重量体)には、同じ向き及び大きさの力が加わるため腕部3aは動かないが、振り子11は横方向の加速度「α」に応じて振れる。即ち、腕部3aと振り子11との間のなす角度が、横方向の加速度「α」に応じて変化することになる。この角度は、振り子11が鉛直線に対してなす角度を「φ」と記すとき、「90゜−φ」である。
【0038】
回転体3と振り子11との間の相対位置を検出するか、あるいは両者間の相対速度を検出して積分する検出手段を設けることによって、腕部3aと振り子11との間の角度を測定することができる。よって、横方向の加速度「α」により生じた振り子の角度をもとに、時間での2階微分により角加速度を求めることができる。しかも、その際、検出装置10に係る姿勢の傾き角度θの影響を全く受けないので(回転体3はつり合い状態にある。)、θに起因する検出誤差は生じない。
【0039】
図8は、検出装置12の構成例を示したものである。
【0040】
回転体5や支持体2の構成については、図4に示した構成例4と同じである。両者の相違点は、下記の通りである。
【0041】
・振り子11が支持軸2bに回動自在な状態で支持されていること
・振り子11に検出手段9が取り付けられていること。
【0042】
つまり、円盤6と振り子11が同じ支持軸2bに支点Oにて支持されており、円盤6の外周縁部には、一対のおもり7、7が支点Oを挟んで反対側にそれぞれ固定されている。そして、本例では、円盤6の被検出部8に対する検出手段9が支持軸2bではなく振り子11に取り付けられているが、これは前記したように、回転体5と振り子11との間の相対位置(角度)を測定する必要があることに依る。
【0043】
次に、位置を検出するための構成について説明する。
【0044】
図4や図8に示すような円盤状の回転体に位置情報(位置検出用情報)を付与し、これを磁気的又は光学的に検出する方法として、例えば、下記に示す構成形態が挙げられる。
【0045】
(1)円盤状回転体に位置情報(磁気スケール等)を着磁し、支持体又は振り子に磁気センサを取り付けることによって、回転体と支持体又は振り子との相対位置を検出する形態。
【0046】
(2)円盤状回転体に位置情報(光学スケール等)を印刷し、支持体又は振り子に反射型光学センサを取り付けることによって、回転体と支持体又は振り子との相対位置を検出する形態。
【0047】
(3)円盤状回転体に対してN極、S極を交互に着磁し、支持体又は振り子に2つの磁気センサ(ホール素子や検出コイル等)を取り付けるとともに、各センサの検出出力間で90度の位相ずれをもつように取り付け位置を規定することによって、回転体と支持体又は振り子との位置差分を検出する形態。
【0048】
(4)円盤状回転体の周縁部にスリットを周方向に沿って形成し、該回転体の円盤を挟んでその両側の支持体又は振り子にそれぞれ発光ダイオード及びフォトトランジスタ(透過型光センサ)を2組取り付けるとともに、各検出出力間で90度の位相ずれをもつように取り付け位置を規定することによって、回転体と支持体又は振り子との位置差分を検出する形態。
【0049】
尚、上記(1)や(2)のように、相対位置を検出する構成形態では、検出された相対位置情報がそのまま角度情報として利用される。また、(2)の形態においては、回転体に印刷される位置情報として、該情報を2進コード等にコード化して円盤の半径方向において各ビットを並べることで、デジタル式の位置検出を行うことができる。あるいは、位置情報に応じて印刷濃さが変えられた反射面を円盤に形成することで、アナログ方式の位置検出を行うことができる。
【0050】
上記(3)や(4)のように、位置差分を検出する構成形態では、検出に先だって、回転体の水平時(つり合いによる静止状態)において、出力をリセットして原点を決める必要がある(原点位置設定)。その後、2組のセンサからそれぞれ出力された2相の信号から、方向の情報と位置の差分情報を得て、差分情報を積分することにより回転体と支持体又は振り子との相対位置を得ることができる。
【0051】
本発明では、上記した位置センサによる検出に限らず、速度センサを用いて検出する構成形態を採用しても良い。
【0052】
例えば、図9に示すように、円盤状をした回転体5の外周部に検出コイル9A、9Aを取り付けて、該検出コイルと円盤との間で磁気回路を形成する。つまり、検出コイル9A、9Aが円盤6の中心を挟んで互いに反対側に位置されるとともに、該検出コイルに対してマグネット9B、9Bが設けられており、検出コイルが磁気回路中を移動することにより、速度に応じた信号を出力するように構成すれば良い。尚、(B)図に示すように、各マグネット9Bはコ字状をなし、検出コイル9Aの取り付け位置における円盤を挟むように配置されて2箇所の磁気回路を形成しているが、(A)図では見易いように該マグネット9Bのうち円盤6よりも手前側部分について図示を省略している。
【0053】
速度センサを用いて回転体の速度情報を検出する場合には、位置差分検出の場合と同様に、先ず、回転体の水平時に検出出力をリセットして原点を決める必要がある。それから、検出コイルの出力信号を積分することにより位置情報が得られる。
【0054】
尚、磁気的検出方法の場合には、構造が簡単であることや安価であるという利点があり、また、光学的検出方法の場合には、強磁界や強電界での環境下においても使用できるという利点がある。
【0055】
図10及び図11は、相対位置検出の構成例を示すものであり、上記したように磁気的検出法と光学的検出法が挙げられる。
【0056】
図10は、磁気的な検出方法として、磁気スケール方式を例示した説明図であり、回転円盤の外周縁部に形成された着磁パターンを磁気センサにより検出する構成例12を示している。
【0057】
回転円盤の外周縁部には、被検出部13として、複数のトラックtk1、tk2、…に区分けされた着磁パターンが形成されており、これらは磁気スケールを構成している。尚、矢印Rで示す方向が回転円盤の半径方向を示している。また、各トラックの境界線は実際には円弧状をしているが、図には便宜上、各境界線を直線で表している。
【0058】
各トラック内において、着磁された部分が、例えば、斜線を付した部分で示されており、白い部分は着磁されていない部分を示している。本例では、磁気スケールが、5つのトラックtk1〜5内の着磁パターンにより構成されており、第i番目のトラックtkiは、着磁パターンの有無に関して、2の「i」乗個に区分されている。即ち、第一のトラックtk1は着磁部分と着磁の無い部分とに2分され、第二のトラックtk2は、さらにその倍の4つに区分され、第三のトラックtk3はさらに倍の8つに区分されるという具合に、外周縁寄りに位置するトラックほど着磁パターンの分割数が増えていくことで細分化されている。従って、2の5乗=32通りの位置検出が可能となるが、トラック数をもっと増やせば、さらに精度良く位置検出を行えることは勿論である。
【0059】
このように、回転円盤6の半径方向において(2進)コード化された着磁パターンを検出するために、各トラックに対応した磁気検出部14が設けられている。つまり、本例では5つの磁気センサ14_j(j=1〜5)が、各トラックtkj(j=1〜5)における着磁の有無をそれぞれに検出する。尚、これらの磁気センサは、回転円盤6の支持体又は振り子に取り付けられている。
【0060】
各磁気センサによる検出信号は、該センサにそれぞれ対応する各コンパレータに送出される。これらのコンパレータは、2値化出力を得るための比較手段15を構成しており、本例では、各磁気センサ14_j(j=1〜5)に対応したコンパレータ15_j(j=1〜5)が設けられている。
【0061】
各コンパレータ15_jの出力信号は、H(ハイ)信号又はL(ロー)信号のいずれかであり、このようにエンコードされた2進データが位置検出データとして得られる。つまり、着磁パターンは、回転円盤の半径方向においてコード化されたビットデータに対応しているので、磁気センサ及びコンパレータを用いて検出した着磁の有無がビット情報として読み取られる。そして、読み取ったデータは、エンコードされた回転円盤の回転位置情報として出力される。
【0062】
例えば、各トラックにおける着磁部分が磁気センサにより検出されたときに、該磁気センサに対応するコンパレータの出力がH信号であり、各トラックにおける非着磁部分が磁気センサにより検出されたときに、該磁気センサに対応するコンパレータの出力がL信号であるとした場合において、正論理を採用すると、H信号に対するビット値(論理値)が「1」であり、L信号に対するビット値(論理値)が「0」である。よって、例えば、図10に矢印Tで示す位置では、トラックtk1、tk5において着磁部分が磁気センサ14_1、14_5により検出され、また、トラックtk2〜4において非着磁部分が磁気センサ14_2〜4により検出されるので、各コンパレータ15_1〜5の出力信号は、トラックtk1乃至tk5の順に、「H、L、L、L、H」となり、これは「10001」の2進コードに相当する。
【0063】
このように、回転円盤6の外周縁部に形成される被検出部(着磁パターン)と各磁気センサは、回転体と支持体又は振り子との間の相対位置を検出する検出手段を構成している。即ち、回転円盤上に着磁パターンとして形成された磁気スケールと磁気センサによる磁気検出手段を用いたロータリーエンコーダを構成することで、着磁の有無の検出に応じた回転円盤の回転位置情報を取得することができる。
【0064】
図11は、光学的な検出方法として、光学スケール方式を例示した説明図であり、回転円盤の外周縁部に形成された明暗パターンを光センサにより検出する構成を示している。
【0065】
尚、基本的な構成は、図10に示した構成とほぼ同様であるので、以下では両者の相違点を中心に説明し、両者の間で相違しない部分については、当該部分に付した符号と同じ符号を使用することによってその詳細な説明を省略する。
【0066】
本例でも回転円盤6の外周縁部には、被検出部13Aとして、複数のトラックtk1、tk2、…が形成されているが、各トラック内には明暗パターンが形成されている。つまり、反射率の高い明部と、反射率の低い暗部が、光学スケールを構成している。例えば、各トラック内において、暗部が斜線を付した部分により示されており、明部は白い部分で示されている。
【0067】
そして、回転円盤の半径方向においてコード化された明暗パターンを検出するために、各トラックに対応した光検出部16が設けられている。この光検出部16を構成する光センサは反射型であって、その発光部(LED等の発光素子)から出た後、上記被検出部13Aで反射されて戻ってくる光を受光部(フォトダイオード等の検出素子)が検出する。
【0068】
本例では、5つの光センサ16_j(j=1〜5)が、各トラックtkj(j=1〜5)における明暗状態をそれぞれに検出して、その出力を対応するコンパレータ15_j(j=1〜5)に送出する。
【0069】
各コンパレータ15_jの出力信号は、H信号又はL信号のいずれかであり、エンコードされた2進データが位置検出データとして得られる。つまり、明暗パターンは、回転円盤の半径方向においてコード化されたビットデータに対応しているので、該データが回転円盤6の回転位置情報として出力される(図10では着磁の有無が2進コード化されたが、本例では明暗状態が2進コード化される。)。
【0070】
このように、回転円盤の外周縁部に形成される被検出部(明暗パターン)と各光センサは、回転体と支持体又は振り子との間の相対位置を検出する検出手段を構成している。即ち、回転円盤上に明暗パターンとして形成された光学スケールと、光センサによる光学検出手段を用いたロータリーエンコーダを構成することで、明暗状態の検出に応じて回転円盤の回転位置情報を取得することができる。
【0071】
次に、位置差分検出について図12や図13に示す構成例を用いて説明する。尚、上記と同様に、磁気的検出法と光学的検出法が挙げられる。
【0072】
図12は、磁気的な検出方法として磁気センサを用いた例を示す説明図であり、回転円盤の外周部に形成された着磁パターンを一対の磁気センサにより検出する構成を示している。
【0073】
回転円盤6の外周部には、被検出部17として円周方向に沿って着磁部分と非着磁部分とが交互に配置された縞状パターンが形成されている。尚、矢印Rで示す方向が回転円盤の半径方向を示している。また、回転円盤のうち、着磁パターンが形成された部分とその内周側部分との境界線や外形線は、実際には円弧状をしているが、図には便宜上、それらを直線で表している。
【0074】
円周方向に沿った縞状の着磁パターンにおいて、着磁された部分が、例えば、斜線を付した部分で示されており、白い部分は着磁されていない部分を示している。
【0075】
このような着磁パターンを検出するために、磁気検出手段18として2つの磁気センサ18_1、18_2が設けられている。これらの磁気センサは、回転円盤6の支持体又は振り子に取り付けられており、各センサの取付位置については、回転円盤6の円周方向において所定の位置ずれが付与されている。つまり、各センサの取付位置が円周方向に沿ってずれておらず、回転円盤の半径方向に沿うように規定されたのでは、各センサの検出信号が同相関係になってしまい、回転位相を検出できないので、各センサによる着磁パターンの検出信号が90゜の位相差をもつように、着磁パターンの形成ピッチに応じた取付位置のずれ(相対的な位置ずれ量)が各センサに対して意図的に与えられている。よって、回転円盤6の回転方向及び回転速度に応じた90゜の位相差をもつ信号(2相の信号)が発生することになる。
【0076】
各磁気センサによる検出信号は、該センサにそれぞれ対応する各コンパレータ19_1、19_2に送出される。これらのコンパレータは、2値化出力を得るための比較手段19を構成しており、本例では、磁気センサ18_1に対応したコンパレータ19_1と、磁気センサ18_2に対応したコンパレータ19_2が設けられている。
【0077】
各コンパレータの出力信号(H信号又はL信号)は、計数手段(あるいは積分手段)20に送られる。計数手段20には、例えば、アップ/ダウンカウンタが用いられ、上記した2相の信号がコンパレータ19_1、19_2によりそれぞれ2値化された上で、アップ/ダウン入力とクロック入力として供給される。つまり、入力信号間の位相関係が回転円盤6の回転方向に対応し、また、入力信号の周期(あるいは周波数)が回転円盤6の回転速度に対応しているので、2相の入力信号に応じたアップカウント動作やダウンカウント動作が行われて、そのカウント出力が位置検出データとなる。尚、本例では、位置差の出力データに係る積分(加減算)結果として位置検出を行う必要があるので、初期設定として原点位置出しを要する(回転円盤がバランスした静止状態で原点位置を決めてやれば良い。)。
【0078】
このように、着磁パターンは回転円盤6の円周方向に沿って形成されており、磁気センサ及びコンパレータを用いて位相差90゜の2相の検出信号が生成される。よって、該検出信号を回転円盤の回転方向に応じて計数することにより、計数手段20から回転位置情報に対応したカウント出力が得られる。つまり、回転体の周縁部に形成された着磁パターンと一対の磁気センサは、回転体と支持体又は振り子との間の位置差分を検出する検出手段を構成している。
【0079】
図13は、光学的な検出方法として光学センサを用いた例を示す説明図であり、回転円盤の外周部に形成されたスリットパターンを一対の光センサにより検出する構成を示している。
【0080】
尚、基本的な構成は、図12に示した構成とほぼ同様であるので、以下では両者の相違点を中心に説明し、両者の間で相違しない部分については、当該部分に付した符号と同じ符号を使用することによってその詳細な説明を省略する。
【0081】
回転円盤6の外周部には、被検出部17Aとして、円周方向に沿ってスリットが形成された部分と、該スリットが形成されていない部分とが交互に配置された縞状パターンが形成されている。
【0082】
円周方向に沿った縞状のスリットパターンにおいて、スリットの形成部分が、例えば、斜線を付した部分で示されており、白い部分はスリットの形成されていない部分を示している。
【0083】
このようなパターンを検出するために、光検出手段21として2つの光センサ21_1、21_2が設けられており、本例では、透過型センサが使用されている。つまり、その発光部(LED等の発光素子)から出た後、上記被検出部17Aのスリットを透過した光を受光部(フォトダイオード等の検出素子)が検出し、発光部から出た後、上記被検出部のうちスリットが形成されていない部分で遮光された光は受光部に到達しないので検出されない。例えば、図13において矩形枠で示す各光センサの部分が受光部であり、紙面の裏側に発光部(図示せず。)が位置されていて、被検出部17Aを裏側から照射しているものと考えれば良い。尚、これらのセンサについても、前記した磁気センサ18_1、18_2と同様、支持体又は振り子への取付位置に関して、回転円盤6の円周方向において所定の位置ずれが付与されている(各センサによるスリットパターンの検出信号が90゜の位相差をもつように、回転円盤の円周方向に沿って両センサ間に意図的な位置ずれが与えられている。)。
【0084】
各光センサによる検出信号は、それぞれに対応する各コンパレータ19_1、19_2に送出される。そして、各コンパレータの出力信号(H信号又はL信号)は、計数手段(あるいは積分手段)20を構成するアップ/ダウンカウンタに供給されて、そのカウント出力が位置検出データとなる。
【0085】
このように、スリットパターンとして形成される被検出部17Aは回転円盤6の円周方向に沿って形成されており、スリットの有無に応じて光センサ及びコンパレータにより位相差90゜の2相の検出信号が生成される。よって、該検出信号を回転円盤の回転方向に応じて計数することにより、計数手段20から回転位置情報に対応したカウント出力が得られる。つまり、回転体の外周縁部に形成されたスリットパターンと一対の光センサは、回転体と支持体又は振り子との間の位置差分を検出する検出手段を構成している。
【0086】
尚、本例では、スリット及び透過型光センサを用いた構成を示したが、これに限らず、例えば、図11と同様に明暗パターン及び反射型光センサを用いた構成、即ち、回転円盤の外周部において、明部と暗部とを円周方向に沿って交互に配置したパターンを、一対の反射型光センサで検出して、位相差90゜の検出信号を計数してカウント出力する構成形態等、各種形態での実施が可能である。
【0087】
また、磁気的な検出方法として、図12では回転円盤の外周部に着磁パターンを形成したが、これに限らず、例えば、図14に示すように、磁性体(鉄板等)の凹凸による磁力変化(あるいは磁束密度や磁気抵抗の変化)を一対の磁気センサで検出する方法が挙げられる。
【0088】
つまり、図14に示す鉄板22は回転円盤を構成しており(図には一部分だけを示す。)、同図に示す矢印「K」はその回動方向を示している。そして、鉄板22には、肉厚部22a、22a、…が回動方向に沿って所定の間隔をもって形成されており、肉厚部22aと22aの間に薄肉部(肉厚部との相対的な関係において厚みの薄い部分)22bが形成される。即ち、鉄板22の回動方向に沿って肉厚部22aと薄肉部22bとが交互に配置された構成を有する。
【0089】
一対の磁気センサ23_1、23_2は、鉄板22の凹凸を検出するために設けられたものであり、その近辺にはバイアス用の磁石24が設けられている。
【0090】
尚、磁気センサ23_1、23_2及び磁石24を含む検出部25は、回転円盤(鉄板)の支持体又は振り子に取り付けられるが、各磁気センサの取付位置については、上記肉厚部22a及び薄肉部22bの検出に関して互いに90゜の位相差をもつ信号が得られるように意図的に位置ずれが付与されている。つまり、回転円盤の回転に従って2相の検出信号が磁気センサ23_1、23_2により発生され、これらの検出信号がコンパレータ19_1、19_2をそれぞれ介して計数手段(アップ/ダウンカウンタ)20に送出される。そして、該計数手段20によるカウント出力が位置検出データ(位置情報)として得られることになる。
【0091】
本構成では、回転円盤に対する着磁処理が不要となり、鉄板22の厚みに変化をつけて凹凸を形成すれば良いので、構成の簡単化やコストの低減に好適である。
【0092】
以上に説明した構成によれば、傾斜状態の検出装置への適用において、下記に示す利点が得られる。
【0093】
・傾斜検出時に横方向加速度の影響を受けないため、補正用の加速度センサが不必要になり、コストを低減することができる。
【0094】
・横方向加速度の影響を低減するために必要なダンパーや制動機構等が不要になるため、感度が高く、高帯域の検出装置を実現することができる。
【0095】
また、加速度の検出装置への適用においては、下記に示す利点が得られる。
【0096】
・検出装置自体の傾きによる影響を受けず、かつ構造が簡単な検出装置を実現することができる。
【0097】
・検出装置の傾きによる影響(検出誤差)を補正するための電気回路や演算処理が不要となり、装置コストを低減することが可能になる。
【0098】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、請求項1に係る発明によれば、傾斜センサ等への適用において、予期しない横方向加速度が回転体に加わっても、その影響が回転体への回転力として作用しないので、これに起因した検出誤差が生じない。よって、ダンパーや制動板等の制動機構を付設したり、別の加速度センサを用いて補正演算を行う必要がないので、構成の簡素化及びコスト低減が可能である。
【0099】
請求項2や請求項6に係る発明によれば、静止状態の回転体への外乱や微小振動等の影響を低減することができる。
【0100】
請求項3や請求項7に係る発明によれば、構成の簡素化を図り、検出の確実性を高めることができる。
【0101】
請求項4や請求項8に係る発明によれば、円盤の周縁部に被検出部を設けることによって、回転体と支持体又は振り子との間の相対的な位置や速度の検出を容易に行うことができる。
【0102】
請求項5に係る発明によれば、加速度センサ等への適用において、支持体の姿勢変化(傾き)により、回転体への影響が及ばないので、当該変化に起因した検出誤差が生じない。よって、姿勢変化に対する補正用の回路及び演算が不要であり、構成の簡素化及びコスト低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る傾斜検出の原理を説明するための図であり、(A)図がつり合い状態を示し、(B)図が傾斜状態を示す。
【図2】横方向加速度の影響に関する説明図である。
【図3】上向き加速度の影響に関する説明図である。
【図4】傾斜検出装置の構成例を示す概略図である。
【図5】回転体の慣性モーメントについて説明するための図である。
【図6】本発明に係る加速度検出の原理を説明するための図である。
【図7】傾斜状態を(A)図に示し、該傾斜状態において横方向加速度が検出装置に加わった様子を(B)図に示した説明図である。
【図8】加速度検出装置の構成例を示す概略図である。
【図9】速度センサを用いた構成例の要部を示す説明図である。
【図10】磁気的な位置検出例を示す図である。
【図11】光学的な位置検出例を示す図である。
【図12】磁気的な位置差分の検出例を示す図である。
【図13】光学的な位置差分の検出例を示す図である。
【図14】磁気的な位置差分検出について別例を示す図である。
【符号の説明】
1、4、10、12…検出装置、2…支持体、2b…支持軸、3…回転体、3b…重量体、5…回転体、6…円盤、8…被検出部、9…検出手段、11…振り子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for reducing the occurrence of erroneous detection when detecting an acceleration or a tilt state by adopting a structure that is hardly affected by disturbance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, configurations based on various detection principles are known for detection devices that detect inclination, acceleration, and the like.
[0003]
For example, in the case of an acceleration sensor, a large number of electrodes are arranged in an insulating container, the conductive fluid is accommodated in the container, and the displacement or deformation of the conductive fluid according to the direction and magnitude of acceleration is performed. The form detected by the position and number of electrodes is mentioned (refer patent document 1).
[0004]
In addition, there is an embodiment in which an inclination correction unit is provided to cancel the influence of the posture change so that the influence on the detection accuracy is not a problem due to the posture change (tilt) of the moving body (see Patent Document 2).
[0005]
As for the tilt angle sensor, a pendulum type configuration form (for example, see Patent Document 3), a form form using a ball as a movable contact (for example, see Patent Document 4), and bubble distortion detection using buoyancy. (For example, refer to Patent Document 5).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-66825
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-96533
[Patent Document 3]
WO99 / 30110 pamphlet
[Patent Document 4]
JP 11-195359 A
[Patent Document 5]
JP-A-9-257474
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional detection apparatus, a detection error occurs due to the influence of the inclination of the apparatus itself or unnecessary acceleration, and the accuracy deteriorates.
[0008]
For example, since a conventional acceleration sensor detects gravitational acceleration at the same time, it is difficult to accurately output acceleration when the moving body has a change in posture (tilt). Alternatively, in order to output the acceleration accurately, correction in consideration of the posture is required, and correction calculation by a correction electric circuit or microcomputer is necessary, which complicates the configuration and processing.
[0009]
Further, the conventional tilt angle sensors are all configured using gravity and have an unbalanced structure in the vertical direction (vertical direction). That is, since it has an unbalanced structure in the vertical direction, there is a drawback that it reacts sensitively to acceleration in the horizontal direction (horizontal direction), which causes false detection. Therefore, in order to counteract the influence of such acceleration, it is necessary to add a braking mechanism such as a damper or a braking plate, or to subtract acceleration using another acceleration sensor. Or increase costs.
[0010]
Therefore, the present invention reduces the detection error due to the influence of the attitude of the device and unnecessary acceleration in the detection device that detects acceleration or inclination, and does not involve complicated configuration and processing for that purpose. Is an issue.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a side surface formed in an inverted T-shape, a support having a base and a vertical support shaft erected on the base, Extending from the fulcrum to the left and right sides It has arm parts consisting of left arm part and right arm part of the same length, and is attached to each end of the left arm part and right arm part. One or more pairs of weight bodies of the same weight are attached, The central part of the arm part is pivotable to the support shaft of the support body at the fulcrum. At the balance position of gravity applied to the weight body While maintaining a horizontal state with respect to the horizontal plane By detecting the angle between the rotating body configured to be stationary and the support shaft and the arm part, or by detecting and integrating the relative speed between the support body and the rotating body. Detecting means for detecting an inclined state of the base with respect to the horizontal plane.
[0012]
Therefore, according to this configuration, while adopting a structure that is balanced in the vertical direction and the horizontal direction, even if an unexpected acceleration is applied to the rotating body when tilt detection is performed, the influence is exerted on the rotating force on the rotating body. As a result, no false detection occurs.
[0013]
Also, Furthermore, it further has a pendulum supported so as to be rotatable around a fulcrum of the support, and detects a relative position between the rotating body and the pendulum, or a relative position between the rotating body and the pendulum. By detecting and integrating the speed, the angle between the arm and the pendulum is measured, and detection means for detecting each acceleration is provided. It is provided.
[0014]
Therefore, according to this configuration, a structure that is balanced in the vertical direction and the horizontal direction is adopted, and the influence on the rotating body is not exerted due to the posture change (tilt) of the support body (the rotational force on the rotating body is not affected). Does not work), so no false detection occurs.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a detection device including a support body and a rotating body supported by the support body, and aims to reduce detection errors in detecting an inclination angle, acceleration, and the like.
[0016]
1 to 3 are explanatory diagrams of the principle according to the present invention and show an application example to a tilt sensor or the like.
[0017]
The detection device 1 includes a support body 2 and a rotating body 3 that is supported by the support body 2 in a rotatable state.
[0018]
In this example, the side surface of the support body 2 is formed in an inverted T shape, and has a base 2a and a vertical support shaft 2b erected on the base 2a.
[0019]
The rotating body 3 has an array shape, and weight bodies 3b and 3b are respectively attached to both ends of an arm portion 3a extending from the fulcrum O to the left and right sides. That is, the center portion of the arm portion 3a is supported by the support shaft 2b at the fulcrum O, and the same weights (weight bodies) are attached to the ends of the left arm 3aL and the right arm 3aR having the same length. Therefore, in the state where the entire device (sensor) is installed horizontally, as shown in FIG. 1 (A), the arm portion 3a is inclined to either side as shown in FIG. It has come to be not.
[0020]
As shown in FIG. 1B, when the detection apparatus 1 is tilted at an angle of “θ” with respect to the horizontal plane, the arm portion 3a is also horizontal. That is, it can be seen that the angle formed between the support shaft 2b of the support 2 and the arm portion 3a is “90 ° −θ”, and becomes smaller as the inclination θ of the detection device 1 increases.
[0021]
The inclination angle “90 ° −θ” is measured by a position sensor (or an angle sensor), or the velocity is measured using a velocity sensor in the course of tilting, and the measured angle is integrated to know the inclination angle. be able to. That is, by providing a position sensor and a speed sensor as detection means for detecting the relative position between the support 2 and the rotating body 3 or detecting and integrating the relative speed between the two, the attitude of the detection device 1 ( (Tilt state) can be detected.
[0022]
FIG. 2 is a diagram for explaining the influence on the detection by the lateral (horizontal) acceleration applied to the rotator 3.
[0023]
In this structure, even if lateral acceleration is applied to the detection device 1, force acts on the weight bodies 3b and 3b on both sides of the arm portion 3a in the same manner (see arrows Ha and Hb indicated by broken lines). The arm portion 3a is not tilted, and therefore erroneous detection due to lateral acceleration does not occur in the detection means of the detection apparatus 1 (that is, no erroneous detection signal is output from the detection means of the detection apparatus 1). In addition, the arrow of "mg" shown with a continuous line in a figure shows the direction of the gravity which acts on the weight body 3b.
[0024]
Further, as shown in FIG. 3, even when acceleration in the vertical direction is applied to the rotating body 3, this does not cause a detection error similarly. For example, even if an upward acceleration (see arrow U shown by a broken line) is applied to the apparatus, the arm 3a does not tilt, and therefore no erroneous detection occurs.
[0025]
As described above, the detection device 1 can purely detect only the tilt without being affected by the linear (translational) acceleration applied thereto.
[0026]
FIG. 4 shows a configuration example 4 of the detection apparatus.
[0027]
In this example, the rotating body 5 is composed of a disk 6 constituting the disk, and weights (heavy bodies) 7 and 7 attached to the disk. The center of the disk 6 is a support shaft 2b of the support body 2. Is supported rotatably. That is, the pair of weights 7 and 7 are attached and fixed to the outer peripheral edge of the disk 6 respectively.
[0028]
The rotating body 5 according to the present invention has a moment of inertia symmetrical in the vertical direction (vertical direction) and in the horizontal direction with respect to the support shaft of the support body in the stationary state. That is, “inertial moment symmetric in the vertical direction” means that the rotating body 5 has a symmetrical moment of inertia with respect to the axis (symmetric axis) “X” extending in the horizontal direction, as conceptually shown in FIG. In addition, the “moment of inertia symmetric in the horizontal direction” means that the rotating body 5 has a symmetric (right / left symmetric) moment of inertia with respect to the axis (symmetric axis) “Z” extending in the vertical direction.
[0029]
In the present configuration example 4, the center portion of the disk 6 is supported by the support shaft 2b, and the weights 7 and 7 are respectively attached to both ends of the disk 6 on a certain diameter. “X” is an axis passing through the center of the two weights 7 and 7 and the fulcrum O (an axis including the diameter of the disk 6), and the left-right symmetry axis “Z” is a straight line passing through the fulcrum O and perpendicular to “X”. .
[0030]
As in this example, the rotating body 5 has a pair of weight bodies (weights 7 and 7) having the same moment of inertia with respect to the support shaft 2b of the supporting body 2 as balancers, and the rotating body 5 is vertically It is preferable to provide a configuration in which the rotating body 5 is supported by the support body 2 so as to be rotatable in a plane, and the rotating body 5 is stationary at the position of balance of gravity applied to the weight body.
[0031]
The rotating body 5 is provided with a detected portion 8 based on a magnetized pattern, a position detecting print pattern, or the like, and a magnetic or optical detecting means 9 for the detected portion 8 is a support shaft 2 b of the support 2. Is attached. For example, as shown in the drawing, the relative position between the rotating body 5 and the support body 2 is provided by providing a detected portion 8 at the peripheral portion of the disk 6 and detecting this by a detecting means such as a magnetic sensor or an optical sensor. (Angle) can be measured (details will be described later).
[0032]
Next, an acceleration detection apparatus according to the present invention will be described with reference to the principle explanatory diagrams shown in FIGS.
[0033]
The difference between the detection apparatus 10 shown in this example and the detection apparatus 1 is that the pendulum 11 is supported by the support body 2 in a rotatable state, and is basically related to the support body 2 and the rotation body 3. The configuration is the same as that of the detection device 1.
[0034]
The pendulum 11 is supported at a fulcrum O in the same manner as the rotator 3 with respect to the support shaft 2b, and as shown in FIG. 6, in a state where no external force other than gravity is applied to the detection device 10, The pendulum 11 points in the vertical direction (downward) according to gravity.
[0035]
FIG. 7 shows a posture in which the detection device 10 is tilted.
[0036]
Even if the entire detection device 10 is tilted, the arm 3a of the rotating body 3 does not tilt as shown in FIG. 7A, and the pendulum 11 remains pointing in the vertical direction as indicated by an arrow M. . That is, even if the detection apparatus 10 is tilted at an angle of “θ” with respect to the horizontal plane, the arm portion 3a remains horizontal (the angle formed between the pendulum 11 and the arm portion 3a is 90 °). The angle formed between the support shaft 2b of the support 2 and the arm portion 3a is “90 ° −θ”.
[0037]
In this state, as shown in FIG. 7B, when the acceleration (α) in the lateral direction (horizontal direction) is given to the detection device 10, the weights (weight bodies) of the left arm 3aL and the right arm 3aR are the same. The arm portion 3a does not move because the force of direction and size is applied, but the pendulum 11 swings according to the lateral acceleration “α”. In other words, the angle formed between the arm 3a and the pendulum 11 changes according to the lateral acceleration “α”. This angle is “90 ° -φ” when the angle formed by the pendulum 11 with respect to the vertical line is indicated as “φ”.
[0038]
The angle between the arm 3a and the pendulum 11 is measured by detecting the relative position between the rotating body 3 and the pendulum 11 or by providing a detecting means for detecting and integrating the relative speed between the two. be able to. Therefore, the angular acceleration can be obtained by second-order differentiation with respect to time based on the angle of the pendulum generated by the lateral acceleration “α”. In addition, at that time, since it is not affected at all by the inclination angle θ of the posture related to the detection device 10 (the rotating body 3 is in a balanced state), a detection error due to θ does not occur.
[0039]
FIG. 8 shows a configuration example of the detection device 12.
[0040]
About the structure of the rotary body 5 or the support body 2, it is the same as that of the structural example 4 shown in FIG. The differences between the two are as follows.
[0041]
-The pendulum 11 is supported by the support shaft 2b in a rotatable state.
-The detecting means 9 is attached to the pendulum 11.
[0042]
That is, the disk 6 and the pendulum 11 are supported by the same support shaft 2b at the fulcrum O, and a pair of weights 7 and 7 are fixed to the opposite sides of the outer periphery of the disk 6 with the fulcrum O in between. Yes. In this example, the detection means 9 for the detected portion 8 of the disk 6 is attached to the pendulum 11 instead of the support shaft 2b. However, as described above, this is the relative relationship between the rotating body 5 and the pendulum 11. Depending on the need to measure the position (angle).
[0043]
Next, a configuration for detecting the position will be described.
[0044]
As a method of giving position information (position detection information) to a disk-shaped rotating body as shown in FIG. 4 or FIG. 8 and detecting this magnetically or optically, for example, the following configuration forms are mentioned. .
[0045]
(1) A mode in which position information (such as a magnetic scale) is magnetized on a disk-shaped rotating body and a relative position between the rotating body and the support or pendulum is detected by attaching a magnetic sensor to the support or pendulum.
[0046]
(2) A mode in which positional information (optical scale or the like) is printed on a disk-shaped rotator, and a reflective optical sensor is attached to the support or pendulum to detect the relative position between the rotator and the support or pendulum.
[0047]
(3) N-pole and S-pole are alternately magnetized to the disk-shaped rotating body, and two magnetic sensors (Hall element, detection coil, etc.) are attached to the support or pendulum, and between the detection outputs of each sensor A mode in which the position difference between the rotating body and the support or pendulum is detected by defining the mounting position so as to have a phase shift of 90 degrees.
[0048]
(4) A slit is formed in the peripheral portion of the disk-shaped rotating body along the circumferential direction, and a light emitting diode and a phototransistor (transmission type optical sensor) are respectively provided on the support or pendulum on both sides of the disk of the rotating body. A mode in which the position difference between the rotating body and the support or pendulum is detected by attaching two sets and defining the mounting position so as to have a phase shift of 90 degrees between the respective detection outputs.
[0049]
In the configuration form in which the relative position is detected as in the above (1) and (2), the detected relative position information is used as angle information as it is. In the form (2), as the position information printed on the rotating body, the position information is digitally detected by encoding the information into a binary code and arranging the bits in the radial direction of the disk. be able to. Alternatively, analog-type position detection can be performed by forming a reflective surface having a print density changed according to position information on a disk.
[0050]
As in the above (3) and (4), in the configuration in which the position difference is detected, it is necessary to determine the origin by resetting the output before the detection when the rotating body is horizontal (stationary state due to balance) ( Origin position setting). After that, direction information and position difference information are obtained from the two-phase signals respectively output from the two sets of sensors, and the relative position between the rotating body and the support or pendulum is obtained by integrating the difference information. Can do.
[0051]
In the present invention, not only the detection by the position sensor described above, but also a configuration in which detection is performed using a speed sensor may be adopted.
[0052]
For example, as shown in FIG. 9, detection coils 9 </ b> A and 9 </ b> A are attached to the outer periphery of a disk-shaped rotating body 5, and a magnetic circuit is formed between the detection coils and the disk. That is, the detection coils 9A and 9A are positioned on opposite sides of the center of the disk 6, and the magnets 9B and 9B are provided for the detection coils, so that the detection coils move in the magnetic circuit. Thus, a configuration may be adopted in which a signal corresponding to the speed is output. As shown in FIG. (B), each magnet 9B has a U shape and is arranged so as to sandwich the disk at the attachment position of the detection coil 9A to form two magnetic circuits. In the drawing, the illustration of the portion of the magnet 9B in front of the disk 6 is omitted for easy viewing.
[0053]
When detecting the speed information of the rotating body using the speed sensor, it is necessary to first reset the detection output when the rotating body is horizontal and determine the origin as in the case of position difference detection. Then, the position information is obtained by integrating the output signal of the detection coil.
[0054]
In the case of the magnetic detection method, there are advantages that the structure is simple and inexpensive, and in the case of the optical detection method, it can be used even in an environment with a strong magnetic field or a strong electric field. There is an advantage.
[0055]
10 and 11 show configuration examples of relative position detection, and include the magnetic detection method and the optical detection method as described above.
[0056]
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a magnetic scale method as a magnetic detection method, and shows a configuration example 12 in which a magnetized pattern formed on the outer peripheral edge of a rotating disk is detected by a magnetic sensor.
[0057]
A magnetized pattern divided into a plurality of tracks tk1, tk2,... Is formed as the detected portion 13 on the outer peripheral edge of the rotating disk, and these constitute a magnetic scale. The direction indicated by the arrow R indicates the radial direction of the rotating disk. In addition, although the boundary line of each track is actually an arc shape, each boundary line is represented by a straight line in the figure for convenience.
[0058]
In each track, the magnetized portion is indicated by, for example, a hatched portion, and the white portion indicates an unmagnetized portion. In this example, the magnetic scale is composed of magnetized patterns in the five tracks tk1 to tk1, and the i-th track tk is divided into 2 to “i” powers with respect to the presence or absence of the magnetized pattern. ing. That is, the first track tk1 is divided into a magnetized portion and a non-magnetized portion, the second track tk2 is further divided into four times, and the third track tk3 is further doubled to 8 times. In other words, the tracks located closer to the outer periphery are subdivided by increasing the number of divisions of the magnetized pattern. Therefore, although 2 5 = 32 position detections are possible, it goes without saying that the position detection can be performed with higher accuracy if the number of tracks is increased.
[0059]
Thus, in order to detect a (binary) coded magnetization pattern in the radial direction of the rotating disk 6, a magnetic detection unit 14 corresponding to each track is provided. That is, in this example, the five magnetic sensors 14_j (j = 1 to 5) respectively detect the presence / absence of magnetization in each track tkj (j = 1 to 5). These magnetic sensors are attached to the support or pendulum of the rotating disk 6.
[0060]
A detection signal from each magnetic sensor is sent to each comparator corresponding to the sensor. These comparators constitute comparing means 15 for obtaining a binarized output. In this example, comparators 15_j (j = 1 to 5) corresponding to the magnetic sensors 14_j (j = 1 to 5) are provided. Is provided.
[0061]
The output signal of each comparator 15_j is either an H (high) signal or an L (low) signal, and binary data encoded in this way is obtained as position detection data. That is, since the magnetization pattern corresponds to bit data encoded in the radial direction of the rotating disk, the presence / absence of magnetization detected using a magnetic sensor and a comparator is read as bit information. The read data is output as the rotational position information of the encoded rotating disk.
[0062]
For example, when the magnetized part in each track is detected by the magnetic sensor, the output of the comparator corresponding to the magnetic sensor is an H signal, and when the non-magnetized part in each track is detected by the magnetic sensor, In the case where the output of the comparator corresponding to the magnetic sensor is an L signal, when positive logic is adopted, the bit value (logical value) for the H signal is “1”, and the bit value (logical value) for the L signal. Is “0”. Thus, for example, at the position indicated by the arrow T in FIG. 10, the magnetized portions are detected by the magnetic sensors 14_1 and 14_5 in the tracks tk1 and tk5, and the non-magnetized portions are detected by the magnetic sensors 14_2 to 4 in the tracks tk2 to tk4. Thus, the output signals of the comparators 15_1 to 5_1 are “H, L, L, L, H” in the order of the tracks tk1 to tk5, which corresponds to the binary code “10001”.
[0063]
Thus, the detected part (magnetization pattern) formed on the outer peripheral edge of the rotating disk 6 and each magnetic sensor constitute detection means for detecting the relative position between the rotating body and the support or pendulum. ing. That is, by configuring a rotary encoder using a magnetic scale formed as a magnetized pattern on the rotating disk and magnetic detection means using a magnetic sensor, information on the rotational position of the rotating disk is acquired according to the detection of the presence or absence of magnetization. can do.
[0064]
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an optical scale method as an optical detection method, and shows a configuration in which a light / dark pattern formed on the outer peripheral edge of a rotating disk is detected by an optical sensor.
[0065]
Since the basic configuration is substantially the same as the configuration shown in FIG. 10, the following description will focus on the differences between the two, and the portions that are not different between the two will be denoted by the reference numerals attached to the portions. The detailed description will be omitted by using the same reference numerals.
[0066]
Also in this example, a plurality of tracks tk1, tk2,... Are formed as the detected portion 13A on the outer peripheral edge of the rotating disk 6, but a light / dark pattern is formed in each track. That is, a bright part with a high reflectance and a dark part with a low reflectance constitute an optical scale. For example, in each track, dark portions are indicated by hatched portions, and bright portions are indicated by white portions.
[0067]
In order to detect a light / dark pattern coded in the radial direction of the rotating disk, a light detection unit 16 corresponding to each track is provided. The light sensor constituting the light detection unit 16 is a reflection type, and after returning from the light emitting unit (light emitting element such as an LED), the light reflected by the detected unit 13A is returned to the light receiving unit (photo). Detection element such as a diode).
[0068]
In this example, the five optical sensors 16_j (j = 1 to 5) detect the light / dark state in each track tkj (j = 1 to 5), respectively, and output the corresponding comparator 15_j (j = 1 to 1). Send to 5).
[0069]
The output signal of each comparator 15_j is either an H signal or an L signal, and encoded binary data is obtained as position detection data. That is, since the light / dark pattern corresponds to bit data encoded in the radial direction of the rotating disk, the data is output as the rotational position information of the rotating disk 6 (in FIG. 10, the presence or absence of magnetization is binary). Although coded, in this example, the light and dark states are binary coded.)
[0070]
Thus, the detected part (bright / dark pattern) and each optical sensor formed on the outer peripheral edge of the rotating disk constitute detection means for detecting the relative position between the rotating body and the support or pendulum. . That is, by configuring a rotary encoder using an optical scale formed as a light / dark pattern on the rotating disk and an optical detection means using an optical sensor, rotational position information of the rotating disk can be acquired in response to detection of a light / dark state. Can do.
[0071]
Next, position difference detection will be described using configuration examples shown in FIGS. In addition, the magnetic detection method and the optical detection method are mentioned similarly to the above.
[0072]
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example in which a magnetic sensor is used as a magnetic detection method, and shows a configuration in which a magnetized pattern formed on the outer peripheral portion of a rotating disk is detected by a pair of magnetic sensors.
[0073]
A striped pattern in which magnetized portions and non-magnetized portions are alternately arranged along the circumferential direction as the detected portion 17 is formed on the outer peripheral portion of the rotating disk 6. The direction indicated by the arrow R indicates the radial direction of the rotating disk. In addition, in the rotating disk, the boundary line and the outline line between the portion where the magnetized pattern is formed and the inner peripheral side portion thereof are actually arc-shaped, but in the figure, for the sake of convenience, they are linear. Represents.
[0074]
In the striped magnetization pattern along the circumferential direction, the magnetized portion is indicated by, for example, a hatched portion, and the white portion indicates a portion that is not magnetized.
[0075]
In order to detect such a magnetization pattern, two magnetic sensors 18_1 and 18_2 are provided as the magnetic detection means 18. These magnetic sensors are attached to the support body or pendulum of the rotating disk 6, and the position of each sensor is given a predetermined positional shift in the circumferential direction of the rotating disk 6. In other words, if the mounting position of each sensor is not shifted along the circumferential direction and is defined so as to be along the radial direction of the rotating disk, the detection signal of each sensor becomes in-phase relation, and the rotational phase is changed. Since it cannot be detected, the mounting position shift (relative positional shift amount) corresponding to the formation pitch of the magnetized pattern is different for each sensor so that the detection signal of the magnetized pattern by each sensor has a phase difference of 90 °. Is given intentionally. Therefore, a signal (two-phase signal) having a phase difference of 90 ° according to the rotation direction and rotation speed of the rotating disk 6 is generated.
[0076]
Detection signals from the magnetic sensors are sent to the comparators 19_1 and 19_2 corresponding to the sensors. These comparators constitute comparison means 19 for obtaining a binarized output. In this example, a comparator 19_1 corresponding to the magnetic sensor 18_1 and a comparator 19_2 corresponding to the magnetic sensor 18_2 are provided.
[0077]
The output signal (H signal or L signal) of each comparator is sent to the counting means (or integrating means) 20. For example, an up / down counter is used as the counting means 20, and the above two-phase signals are binarized by the comparators 19_1 and 19_2, respectively, and then supplied as an up / down input and a clock input. That is, the phase relationship between the input signals corresponds to the rotation direction of the rotating disk 6, and the cycle (or frequency) of the input signal corresponds to the rotation speed of the rotating disk 6, so that it corresponds to the two-phase input signal. Up-counting operation and down-counting operation are performed, and the count output becomes position detection data. In this example, since it is necessary to detect the position as an integration (addition / subtraction) result related to the output data of the position difference, it is necessary to determine the origin position as an initial setting (the origin position is determined in a stationary state where the rotating disk is balanced). Do it.)
[0078]
In this way, the magnetized pattern is formed along the circumferential direction of the rotating disk 6, and a two-phase detection signal having a phase difference of 90 ° is generated using the magnetic sensor and the comparator. Therefore, the count output corresponding to the rotational position information can be obtained from the counting means 20 by counting the detection signal according to the rotation direction of the rotating disk. That is, the magnetized pattern and the pair of magnetic sensors formed on the peripheral edge of the rotating body constitute detection means for detecting a positional difference between the rotating body and the support or pendulum.
[0079]
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which an optical sensor is used as an optical detection method, and shows a configuration in which a slit pattern formed on the outer periphery of a rotating disk is detected by a pair of optical sensors.
[0080]
Since the basic configuration is substantially the same as the configuration shown in FIG. 12, the following description will focus on the differences between the two, and the portions that are not different between the two are denoted by the reference numerals attached to the portions. The detailed description will be omitted by using the same reference numerals.
[0081]
A striped pattern is formed on the outer peripheral portion of the rotating disk 6 as the detected portion 17A, in which portions where slits are formed along the circumferential direction and portions where the slits are not formed are alternately arranged. ing.
[0082]
In the striped slit pattern along the circumferential direction, the slit-formed portion is indicated by, for example, a hatched portion, and the white portion indicates a portion where no slit is formed.
[0083]
In order to detect such a pattern, two light sensors 21_1 and 21_2 are provided as the light detection means 21, and a transmissive sensor is used in this example. That is, after exiting from the light emitting part (light emitting element such as LED), the light receiving part (detection element such as photodiode) detects the light transmitted through the slit of the detected part 17A, and after exiting the light emitting part, The light shielded by the portion where the slit is not formed in the detected portion does not reach the light receiving portion and is not detected. For example, each optical sensor indicated by a rectangular frame in FIG. 13 is a light receiving portion, a light emitting portion (not shown) is positioned on the back side of the paper surface, and irradiates the detected portion 17A from the back side. I think that. These sensors are also given a predetermined positional shift in the circumferential direction of the rotating disk 6 with respect to the mounting position on the support or pendulum, similarly to the magnetic sensors 18_1 and 18_2 described above (slits by each sensor). There is an intentional displacement between the sensors along the circumferential direction of the rotating disk so that the pattern detection signal has a 90 ° phase difference.
[0084]
Detection signals from the respective optical sensors are sent to the corresponding comparators 19_1 and 19_2. The output signal (H signal or L signal) of each comparator is supplied to an up / down counter constituting the counting means (or integrating means) 20, and the count output becomes position detection data.
[0085]
In this way, the detected portion 17A formed as a slit pattern is formed along the circumferential direction of the rotating disk 6, and two-phase detection with a phase difference of 90 ° is detected by the optical sensor and the comparator according to the presence or absence of the slit. A signal is generated. Therefore, the count output corresponding to the rotational position information can be obtained from the counting means 20 by counting the detection signal according to the rotation direction of the rotating disk. That is, the slit pattern and the pair of optical sensors formed on the outer peripheral edge of the rotating body constitute a detecting unit that detects a position difference between the rotating body and the support or pendulum.
[0086]
In this example, the configuration using the slit and the transmission type optical sensor is shown. However, the present invention is not limited to this. For example, the configuration using the light and dark pattern and the reflection type optical sensor as in FIG. A configuration in which a pattern in which bright portions and dark portions are alternately arranged in the circumferential direction is detected by a pair of reflection type photosensors at the outer peripheral portion, and detection signals with a phase difference of 90 ° are counted and counted. It can be implemented in various forms.
[0087]
In addition, as a magnetic detection method, a magnetized pattern is formed on the outer peripheral portion of the rotating disk in FIG. 12. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. A method of detecting a change (or a change in magnetic flux density or magnetoresistance) with a pair of magnetic sensors can be mentioned.
[0088]
That is, the iron plate 22 shown in FIG. 14 constitutes a rotating disk (only a part is shown in the figure), and the arrow “K” shown in the figure indicates the rotating direction. Further, thick portions 22a, 22a,... Are formed on the iron plate 22 at predetermined intervals along the rotation direction, and a thin portion (relative to the thick portion) is formed between the thick portions 22a and 22a. In this relationship, a thin portion) 22b is formed. In other words, the thick portions 22a and the thin portions 22b are alternately arranged along the rotation direction of the iron plate 22.
[0089]
The pair of magnetic sensors 23_1 and 23_2 are provided to detect the unevenness of the iron plate 22, and a biasing magnet 24 is provided in the vicinity thereof.
[0090]
The detection unit 25 including the magnetic sensors 23_1 and 23_2 and the magnet 24 is attached to a support body or pendulum of a rotating disk (iron plate). The attachment positions of the magnetic sensors are the thick part 22a and the thin part 22b. The positional deviation is intentionally added so that signals having a phase difference of 90 ° can be obtained. That is, two-phase detection signals are generated by the magnetic sensors 23_1 and 23_2 according to the rotation of the rotating disk, and these detection signals are sent to the counting means (up / down counter) 20 through the comparators 19_1 and 19_2, respectively. The count output by the counting means 20 is obtained as position detection data (position information).
[0091]
In this configuration, it is not necessary to magnetize the rotating disk, and it is only necessary to form irregularities by changing the thickness of the iron plate 22, which is suitable for simplifying the configuration and reducing costs.
[0092]
According to the configuration described above, the following advantages can be obtained in application to an inclination state detection apparatus.
[0093]
・ Because it is not affected by lateral acceleration during tilt detection, a correction acceleration sensor becomes unnecessary and the cost can be reduced.
[0094]
-Since a damper, a braking mechanism, and the like necessary for reducing the influence of lateral acceleration are not required, a high-bandwidth detection device with high sensitivity can be realized.
[0095]
Further, in application to an acceleration detection device, the following advantages can be obtained.
[0096]
A detection device that is not affected by the inclination of the detection device itself and that has a simple structure can be realized.
[0097]
An electric circuit and arithmetic processing for correcting the influence (detection error) due to the inclination of the detection device are not required, and the device cost can be reduced.
[0098]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the invention according to claim 1, even when an unexpected lateral acceleration is applied to the rotating body in application to the tilt sensor or the like, the influence is applied to the rotating body. Since it does not act as a force, a detection error due to this does not occur. Therefore, it is not necessary to add a braking mechanism such as a damper or a braking plate or to perform a correction calculation using another acceleration sensor, so that the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
[0099]
According to the invention which concerns on Claim 2 or Claim 6, the influence of the disturbance to a stationary-state rotary body, a minute vibration, etc. can be reduced.
[0100]
According to the invention which concerns on Claim 3 or Claim 7, simplification of a structure can be achieved and the certainty of a detection can be improved.
[0101]
According to the invention which concerns on Claim 4 or Claim 8, the detection of the relative position and speed between a rotary body and a support body or a pendulum is easily performed by providing a to-be-detected part in the peripheral part of a disk. be able to.
[0102]
According to the fifth aspect of the present invention, in the application to the acceleration sensor or the like, the change in the posture (inclination) of the support body does not affect the rotating body, so that a detection error due to the change does not occur. Therefore, a correction circuit and calculation for the posture change are unnecessary, and the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams for explaining the principle of tilt detection according to the present invention, in which FIG. 1A shows a balanced state and FIG. 1B shows a tilted state.
FIG. 2 is an explanatory diagram regarding the influence of lateral acceleration.
FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the influence of upward acceleration.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a tilt detection device.
FIG. 5 is a diagram for explaining an inertia moment of a rotating body.
FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of acceleration detection according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the tilt state is shown in FIG. (A) and a lateral acceleration is applied to the detection device in the tilt state.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an acceleration detection device.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a main part of a configuration example using a speed sensor.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of magnetic position detection.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of optical position detection.
FIG. 12 is a diagram illustrating a detection example of a magnetic position difference.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of detection of an optical position difference.
FIG. 14 is a diagram showing another example of magnetic position difference detection.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 4, 10, 12 ... Detection apparatus, 2 ... Support body, 2b ... Support shaft, 3 ... Rotation body, 3b ... Weight body, 5 ... Rotation body, 6 ... Disk, 8 ... Detected part, 9 ... Detection means 11 ... Pendulum

Claims (6)

その側面形状が逆T字状に形成されており、基台と当該基台に立設された鉛直方向の支持軸を有する支持体と、
その支点から左右両側に延びた同じ長さの左腕部及び右腕部からなる腕部を備え、該左腕部及び右腕部の各端部に一対又は複数対の同じ重量の重量体が付設され、該腕部の中央部が上記支点で上記支持体の支持軸に回動自在に支えられるとともに、上記重量体にかかる重力のつり合い位置で水平面に対して水平状態を保持しつつ静止するように構成された回転体と、
上記支持軸と上記腕部との間の角度を検出することで、又は上記支持体と回転体との間の相対速度を検出して積分することで上記基台の上記水平面に対する傾斜状態を検出する検出手段とを備えた、
ことを特徴とする検出装置。
The side surface shape is formed in an inverted T-shape, and a support body having a base and a vertical support shaft erected on the base,
Includes an arm portion made of a left arm and a right arm of the same length extending from the fulcrum to the left and right sides, the weight of the same weight of one or more pairs are attached to each end of the left arm portion and the right arm, the The center part of the arm part is rotatably supported by the support shaft of the support body at the fulcrum, and is configured to stand still while maintaining a horizontal state with respect to a horizontal plane at a position where gravity is applied to the weight body. Rotating body,
By detecting the angle between the support shaft and the arm, or by detecting and integrating the relative speed between the support and the rotating body, the inclination state of the base with respect to the horizontal plane is detected. Detecting means for
A detection device characterized by that.
請求項1に記載した検出装置において、
上記回転体に被検出部を設け、該被検出部を磁気的又は光学的に検出する上記検出手段を上記支持体に設けた
ことを特徴とする検出装置。
The detection device according to claim 1,
A detection apparatus comprising: a detection unit provided on the rotating body; and the detection unit configured to detect the detection unit magnetically or optically.
請求項2に記載した検出装置において、
上記回転体を構成する円盤の中心部を上記支持体により回転自在に支持するとともに、該円盤の周縁部に上記被検出部を設けた
ことを特徴とする検出装置。
The detection device according to claim 2,
A detection apparatus, wherein a center part of a disk constituting the rotating body is rotatably supported by the support body, and the detected part is provided at a peripheral part of the disk.
請求項1に記載した検出装置において、
上記支持体の上記支点を中心に回動自在な状態で支持された振り子を更に有し、
上記検出手段は上記回転体と上記振り子の間の相対位置を検出し、又は上記回転体と上記振り子との間の相対速度を検出して積分することで、上記腕部と上記振り子の間の角度を測定し、各加速度を検出する
ことを特徴とする検出装置。
The detection device according to claim 1,
A pendulum supported in a rotatable manner around the fulcrum of the support;
The detection means detects a relative position between the rotating body and the pendulum, or detects and integrates a relative speed between the rotating body and the pendulum, thereby integrating the arm portion and the pendulum. A detection device that measures an angle and detects each acceleration.
請求項4に記載した検出装置において、
上記回転体に被検出部を設け、該被検出部を磁気的又は光学的に検出する上記検出手段を上記支持体に設けた
ことを特徴とする検出装置。
The detection device according to claim 4,
A detection apparatus comprising: a detection unit provided on the rotating body; and the detection unit configured to detect the detection unit magnetically or optically.
請求項5に記載した検出装置において、
上記回転体を構成する円盤の中心部を上記支持体により回転自在に支持するとともに、該円盤の周縁部に上記被検出部を設けた
ことを特徴とする検出装置。
The detection device according to claim 5,
A detection apparatus, wherein a center part of a disk constituting the rotating body is rotatably supported by the support body, and the detected part is provided at a peripheral part of the disk.
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