JPH03229120A - オプトエレクトロニックデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は伝播方向に光線束を発射する発光素子であって
、該光線束がその伝播方向を横切ってその横断面に亘っ
て変化する強度分布を有するものと、光線束を受光し該
光線束に対して少くとも１つの受光表面を有する受光素
子であって、該発光素子が該受光素子に関して、センサ
が動作したとき該発光素子が光線束の伝播方向を横切る
偏向方向において該受光素子に対して移動可能であるよ
うに配置されているものと、該センサの出力信号を発生
する評価装置とをそなえるセンサに関する。

かかるセンサはＤＢ−Ｏ５（ドイツ公開特許出願）３２
３０６１５により知られている。１実施例によれば、こ
のセンサは光導体の形式での発光素子であって、該光導
体は光線束を発射し該センサが動作したとき移動可能で
あるものと、光波導体を経て光線束を受光する受光素子
であって、該光波導体は次いで該受光した光を検出器に
導くものとをそなえている。他の実施例ではランプ又は
光導体を有するランプの形式での静止した発光素子と検
出器に光を導く移動可能な光導体を有する受光素子とを
そなえている。ＤＨ−Ｏ５（ドイツ公開特許出願）３２
３０６１５によるすべての実施例は、１個又は数個の光
センサが移動可能な光導体の偏向に依存した光強度を受
光するように設計されている。しかし出力信号を得るよ
うに光強度を評価する方法については議論されていない
。

ＤＥ−Ｏ３（ドイツ公開特許出願）３２３０６１５にふ
いては、偏向と偏向の方向を決定するために如何にして
正確な測定がなされるべきかについて開示されていない
。

したがって本発明の目的は、偏向と偏向の方向が正確に
決定されうるように一般的な種類のセンサを改良するこ
とである。

この目的は最初に記述された種類のセンサをそなえた本
発明によって達成され、該センサは各偏向位置において
、受光表面は偏向の方向において光線束の単なる部分的
光線束によって照らされ、該受光素子はこの受光表面に
衝突する全体の強度に対応する積分した強度信号を該受
光表面に対して発生し、該評価装置は該強度信号を検出
し、該強度信号の大きさと、光線束の強度分布と受光表
面の大きさと位置にもとづく所定の組のパラメータとを
考慮に入れるプロセッサによって該偏向を決定する。

したがってＤＥ−Ｏ５（ドイツ公開特許出願）３２３０
６１５による解決策と比較して、この発明の解決策は受
光素子に関して発光素子の偏向と偏向の方向を正確に決
定する可能性を提供する。

偏向と偏向の方向の正確な決定の際の１つの本質的な事
項は、受光表面が偏向の方向における光線束の単なる部
分的な光線束によって照らされることである。したがっ
て光線束の断面積に亘って変化する強度分布の測定感度
は、作動する受光表面に関しての光線束の単なる軽度な
変位が受光表面によって受光される各部分的な光線束と
したがってまたこの受光表面によって検出される積分し
た強度を変化させるのでかなり増加される。偏向の正確
な決定の際の更に本質的な事項は、決定に際し該偏向が
光線束の強度分布とパラメータとしての受光表面の大き
さと位置とを考慮に入れるプロセッサをそなえた評価装
置によって強度信号が評価され、したがって評価装置は
特に、作動する受光表面に関して光線束の変位が直線的
に変化しない強度信号の大きさを正確に評価しうろこと
である。したがって評価装置は部分的な光線束を受光す
る受光表面に関して光線束の変位の大きさとは独立して
偏向と偏向の方向を正確に決定することができ、またこ
れらのデータに対応する高精度の出力信号を発生するこ
とができる。

本発明の解決策によれば、偏向の大きさは、原理的に、
１つの受光素子で正確に決定されつる。

しかしながら、特に１つの方向におけるより大きな偏向
又は互に垂直な２つの方向におけるより大きな偏向を決
定するために、受光素子に対していくつかの離れた受光
表面を設け、その強度信号が評価装置によって個別的に
検出されることがより好ましい。本発明によれば、これ
らのいくつかの受光表面を有する場合には、常に該受光
表面の１つに対し光線束の部分的な光線束によって作動
されることが単に必要なだけである。

特に１つの方向における大きな偏向をより正確に決定す
るために、少くとも２つの受光表面に対して偏向の方向
に連続的に配列されるのが有利であるが、該受光表面の
１つに対し光線束の部分的な光線束によって作動される
のが適切である。

偏向の２つの異なった方向、例えば互に角度において拡
がった偏向の２つの方向に亘る偏向の拡がりの平面内に
おける大きな偏向の正確な決定を可能にするために、互
に角度において拡がった偏向の２つの所定の方向におい
て順次配列される少くとも２つの受光表面が設けられ、
それによって偏向の大きさに加えて、偏向の方向、そし
て特にまた偏向の方向が偏向の２つの所定の方向の組み
合せを構成する偏向の方向が高精度で決定されうる。

特に好適な実施例においては、偏向の２つの所定の方向
に亘る偏向の拡がりの平面での偏向の各方向において順
次配列される少くとも２つの受光表面が設けられる。上
述した実施例のすべてに関連して説明したように、偏向
位置の正確な決定は、少くとも１つの受光表面が光線束
の部分的な光線束によって作動されるとき本発明によっ
て可能となる。しかしながら、偏向および、特に、偏向
の方向は、受光表面の少くとも２つにおける各偏向位置
において光線束の異なった部分的な光線束によって照ら
されるときより正確に決定されることができ、両受光表
面の強度信号が次いで偏向と偏向の方向を決定するため
に利用されうる。

上述した本発明の実施例の範囲内において、受光素子の
受光表面に互に沿っていくつかの光検出器を配列するこ
とが可能である。しかしながら、通路と方向の解像度が
できるだけ大きくなるようにするには、受光素子に対し
ていくつかの受光表面を有する光検出器であることが有
利であり、それによって受光表面間の空間によって生ず
る解像度の損失が相互に対して非常に低くなる。

最も簡単な場合には、本発明によれば、座標の直角シス
テムの４つの象限に対応する４個の受光表面を有する四
分円の組ダイオードである光検出器が設けられる。

上述した実施例の証述においては、光線束が受光素子の
受光表面上に直接衝突するかどうか、又は光学的素子が
それらの間に介挿されうるかどうかについて議論されな
かった。本発明の基本的原理に従えば、光学的伝達素子
、例えば、受光素子の受光表面と接続されるべき光導体
を考えることができる。多くの光学的伝達素子、例えば
、光導体又はレンズが、それらの光伝達特性が入射角に
依存するような方法で機能する。この場合には、光学的
伝達素子はこのような介挿された伝達素子を有するよう
な本発明のセンサの高い解像度；ご対して不利であり、
その強度は、光線束の横断面に亘っての強度の分布の変
化によるだけでなく、光線束の伝播方向とこれらの伝達
素子の好適な伝達方向との間の傾斜角によって偏向とと
もに変化し、したがって受光表面への入射角に依存する
光の付加的な異なった伝達がある。

したがって、できるだけ簡単で正確な各受光素子に衝突
する光の強度の評価に対しては、該受光素子が各受光表
面に対して各受光表面への入射角とは独立した強度信号
を発生するように設計されることが好ましく、すなわち
光学的伝達素子は受光表面に接続されることができる。

しかしこれらの光学的伝達素子は、それらの伝達特性、
特に受光表面へのそれらの強度の伝達が入射角とは独立
しているように設計されなければならない。

異なった傾斜角による強度の変動を避けるためには、更
に各受光表面が光感検出器材料によって形成されるのが
好ましく、該検出器材料は照射の方向に依存する伝達素
子から自由な光線束によって作動されうる。

上述した実施例の記述においては、発光素子の設計は詳
細に特定されていなかった。好ましい実施例においては
、発光素子は光導体とその第１の端部に配置された光源
とをそなえ、そして光線束が光導体の第２の端部に現れ
る。発光素子のこのタイプの設計は、光導体が光線束を
形成する機能を奏し、また一方、特有な開口角の範囲に
おける光源によって放射される光を捕促するという大き
な利点を有する。

いくつかの変形が光導体の設計に対して考えられる。１
つの変形においては、光導性のファイバーをそなえた光
導体が設けられ、例えば、光導体を光導性のファイバー
の東で形成することが考えられる。

しかし、特に光線束の横断面に亘る強度の非常に限定さ
れた分布を達成するた狛には、発光素子を単一の光導性
のファイバーで構成することが特に有利である。

受光素子に関して発光素子の変位を可能にするためには
、光導体が屈曲しろる弾性を有するように形成される。

高分子材料で形成された光導体は、光導体の特に好まし
い実施例を構成する。

光導体を屈曲しろる弾性を有するように設計する代りに
又はそれを補足するために、光導体がジヨイント上で、
好ましくはユニバーサルジヨイント又はボールおよびソ
ケットからなるジヨイント上で、旋回運動をするように
載置されることが考えられる。

更にその代りとして、光導体が弾性を有するベアリング
素子に保持されることが可能である。

上述した実施例の記述においては、これらの光導体の開
口角がどのような大きさであるべきかについては議論さ
れなかった。光導体の好ましい実施例においては、光線
束に対する開口角が３０°以上であるように形成される
けれども、光線束に対して４５°以上の開口角を有する
ことがより好ましい。したがって、第１に、受光表面が
単なる部分的な光線束によって作動されるべきであると
いう要求は簡単な方法で満たされ、また第２に、光導体
の前方端部と受光表面との間の空間が最小であるべきで
あるという要求が満たされて、それによリセンサによっ
て測定される偏向の精度を増加させることに寄与する。

外部の影響からセンサを保護するために、光導体が好ま
しくは耐光性のシースによって封じられるように構成さ
れ、該シースは光導体をすべての点でその周囲から、特
に迷光からシールドすることができる。

この場合、該光導体のシースが長手方向の軸に対して横
方向に可撓性を有し、また長手方向にふける圧縮に対し
て耐えうるようにすることが好ましい。

光源のタイプについても詳細には議論されなかった。本
発明の好ましい解決策としては、光源として発光ダイオ
ードを具備するように構成される。

上述したセンサのすべての実施例の記述において、発光
素子と受光素子との間の相対的な変位がどのようにして
なされるべきかについては説明されなかった。本発明の
センサの好適な応用例においては、発光素子と受光素子
との間の相対的な変位がセンサの質量に作用する力によ
ってなされるように構成される。特にこれは慣性力であ
りうる。

センサの質量が発光素子に作用するような解決策が好ま
しい。

この場合には、センサが出力信号を発生するように光導
体が作動するように構成されるのが好ましく、特に作動
されるのは光源に対向する光導体の第２の端部である。

本発明のセンサの特に好ましい実施例においては、発光
素子はハウジングの内部に配置される。

上記の実施例の記載においては、発光素子がその初期位
置に如何にして保持されるのかについては記載しなかっ
た。純粋に理論的には、発光素子が、例えば、光導体を
備えている場合は、その内在的な剛性によって初期位置
に保持されることで充分である。しかし、発光素子がス
タビライザによって初期位置に保持されるほうがより良
い。

スタビライザが弾性素子の形態を有することが便宜的で
あることが証明された。

力センサにおいて、特に慣性センサにおいて、スタビラ
イザはセンサの質量に係合し、且つハウジング上に支持
されていることが特に好ましい。

初期位置を定めて固定できるようにするために、スタビ
ライザには調整素子が含まれている。

好ましい実施例においては、スタビライザは光導体の長
手方向の軸のまわりに等しい角度の間隔で複数のスタビ
ライザ素子を備えている。

上記の実施例の記載においては、発光素子と受光素子と
の間で、如何にして望ましくない大きな変位が避けられ
るかについて説明されていない。

この目的のために、発光素子の偏向を制限するためのス
トッパがハウジング上に配置されることが好ましい。

上記のすべての実施例の記載においては、発光素子と受
光素子との間で、如何にして相対的な変位のオーバシュ
ートを避けるかについても説明されていない。この目的
のために、偏向を緩和するための緩衝媒体を設けること
が便宜的である。

偏向可能な素子と緩衝媒体との結合は、偏向可能な素子
が緩衝媒体を置換するための置換体に結合することによ
って行われることが好ましい。

本発明のセンサのすべての実施例において初期位置およ
び最終位置をより正確に決定するために、発光素子およ
び受光素子が互いに調整可能なようにすることが便宜的
である。

この点で、発光素子と受光素子とが、光線束の伝播方向
で互いに調整可能であることが特に好ましい。

上記のすべての実施例の記載においては、評価装置の設
計形態については詳細に議論されていない。特に、評価
が如何にして行われるかについては詳細に説明されてい
ない。

本発明のセンサの特に好ましい実施例においては、異な
る偏向位置における各受光面の強度信号が評価装置にお
ける支持点として予め格納され、所与の偏向がその支持
点との比較により求められることが好ましい。この解決
の利点は、変位と強度信号の変化との間の非線型な関係
が除去されることである。支持点のフィールドと比較さ
れる強度信号を測定して偏向を求める場合、これらのす
べての関係を考慮している支持点のフィールドが、評価
装置のための方向づけとして評価装置に予め格納される
からである。

支持点を高密度にする必要なしに高い解像度を達成する
ために、支持点の間の補間により偏向が求められること
が便宜的である。

しかし、これに替えて、パラメータの集合が、伝播方向
を横切る方向に変化する光線束の強度分布のパラメータ
と受光表面の寸法および位置のパラメータとを含む場合
の評価が考えられる。この場合、これらのデータは、各
偏向の計算の為に用いられ、各計算は強度分布とパラメ
ータを互いに結合させる格納された数学的関係と、この
計算の基礎を形成する測定された強度信号とに基づいて
行われる。

したがって、支持点を予め格納する必要がなく、その代
わりに、単に初期位置が予め格納されて偏向のすべてが
予め格納された値に基づいてコンピュータプログラムに
よって求まる。

この形式の評価によれば、偏向位置を決定するためのパ
ラメータの集合はそれぞれの受光面の最大の強度信号の
値を含むことが便宜的であることが証明された。

上記の実施例の記載においては、評価装置によってどの
形式の出力信号が生成されるのかについても言及されて
いない。好ましい実施例においては、例えば、慣性セン
サの場合、評価装置はセンサの加速度に対応する出力信
号を生成するようになっている。

支持点のフィールドを用いないで、その代わりに、上記
のパラメータに基づいて偏向の計算が行われる計算のす
べての方法において、評価装置のために光導体の弾性モ
ジニールを考慮することが更に便宜的である。

スタビライザが設けられる限り、評価装置のために偏向
方向のスタビライザの弾性モジュールを考慮することが
、とくに加速度に対応する力を測定する場合にやはり有
利である。

本発明のセンサは一次元の動作を検出するだけのだ袷の
ものではなく、動作方向が偏向面にある動作のためのセ
ンサとして設計されているので、評価装置も同様に初期
位置に基づいて偏向を検出するだけではなく、同時に基
準方向に関する偏向方向をも検出し、対応する方向信号
を生成することが望ましい。

評価装置そのものの設計については上記で議論しなかっ
た。評価装置がプロセッサに関係したパラメータの読み
出し専用メモリを備えている設計が特に有利であること
が証明された。この読み出し専用メモリは、例えば、交
換可能且つ予めプログラムされた読み出し専用メモリ素
子である。

評価装置の設計において、強度信号がアナログディジタ
ル・コンバータにより変換されて、プロセッサに伝送さ
れることが便宜的であることが証明された。

評価装置を含む本発明のセンサができる限りコンパクト
であるべきであるという事実に鑑み、プロセッサはマイ
クロプロセッサとして有利に設けられている。

このマイクロプロセッサは、例えば、出力信号を生成す
る電力段を駆動するように設計されている。

上記の本発明のセンサに加え、本発明の更に他の目的は
、その指示に関してこれまでに知られているセンサより
もかなり信頼性の高い冗長センサを創造することである
。

この目的は、互いに横切る方向に延びる偏向方向を検出
し、その偏向に対応する信号を生成するすくなくとも２
つのセンサが配置され、一方のセンサの偏向の第１の方
向が他方のセンサのそれに平行になっており、評価装置
が設けられて偏向の第１の方向に対する出力信号が等し
いときに全体の出力信号を生成するようにすることによ
り達成される。冗長センサを構成するセンサは上記の特
徴の１つまたは複数を含むように設計されるｍ−とが好
ましい。

２つのセンサは各々が第１の偏向を共同で検出する点に
本発明の解決の利益を見ることができるので、センサの
１つが誤った表示をしているかどうかをチエツクできる
。このことは、エラーを含んではならない微妙な測定に
おいて特に極めて有利である。

偏向の第１の方向に対する出力信号が等しくないときに
評価装置がエラーを報告することは、とくに便宜的であ
る。したがって、本実施例では、測定エラーの除去に加
えて、出力信号が異なって全体の出力信号が得られない
ときに、センサの１つがもはや適切に差動していないこ
とを示すエラーが直ちに報告される、という点で２つの
センサの差動を定常的にチエツクしている。

偏向の第１の方向を検出する２つのセンサを備える実施
例は、偏向の第２の方向が互いに横切る角度に延びてそ
れにより、２つのセンサを構成している冗長センサは冗
長的に第１の偏向を検出し、２つのセンサの偏向の第２
の方向は各々、自身の方向を検出し、これらの方向に対
して冗長信号は生成されない。このような冗長センサは
、例えば、一方の空間方向は最大限の信頼度で測定する
必要があり、他の２つの空間方向に対しては簡単な測定
で充分である場合に有利である。偏向の第１の方向に対
する２つの出力信号が等しくないとき、欠陥のあるセン
サも偏向の第２の方向に対して誤って動作しており、し
たがって、偏向の第１の方向に関係するエラーの報告が
ある場合、第２の方向に対する出力信号もやはり阻止さ
れてエラーが報告される。したがって、偏向のこの第２
の方向において別々のチエツクがなされなくても、偏向
の第２の方向に対するそれぞれのセンサの機能について
チエツクが同時に行われる。

しかし、本発明の解決の範囲内で、冗長センサは、互い
に直角に延びる偏向の２つの方向を各々が検出し、偏向
に対応する出力信号を生成する３つのセンサが配置され
、それにより１つのセンサの偏向の両方向がそれぞれ他
のセンサの１つの偏向のそれぞれの方向に平行に延びる
ようにした、冗長センサが特に有利である。これにより
、冗長センサはそれ自身を３つの空間方向のすべてにお
いてチエツクすることを確実化する。

さらに本発明の特徴と利益は以下の説明と付加された幾
つかの実施例の図面において見いだされる。

その全体がｌＯで示され、第１と２図に描かれている本
発明のセンサの第一の実施例は、その中にふいて全体が
１４で示される発光素子と全体が１６で示される受光素
子が相互の関係による動作に対して準備されている光学
上密集したハウジング１２から構成される。

受光素子１６は好ましくはハウジング１２内に固定して
組まれそして発光素子１４はハウジング１２に関して可
動である。

本発明によれば、発光素子１４はハウジング１２の第一
の側壁１８に支持される発光ダイオード２０から成る。

発光ダイオード２０は光を全体が２２で示されそして好
ましくは単一ポリマーファイバから成る光ガイドにその
第一の終端２４で放射する。光ガイド２２は方向におい
てハウジング１２の内部を通って縦断的に縦軸２６によ
り受光素子１６に延びており、そして光線の東３０が第
二の終端２８で伝搬方向３２に存在するようにする。光
線の束３０は開口角度２５度以上で受光素子１６に当た
る。

環境からのそして浮遊光からの化学的影響から光ガイド
２２を保護するために、それは発光ダイオード２０にも
用いられそしてノ蔦つジングの側壁１８で終端する光を
通さない保護シース３４で囲われる。

光ガイドは又その終端面上で保護窓２９によってその第
二の終端２８で保護される。

光ガイド２２と発光ダイオード２０の両方は側壁１８に
しっかりと定着される。光ガイド２２は保護シース３４
と共に第２図に描かれているように、第一の方向と第一
に直角な第二の方向の両方にそしてこれらの全ての重な
り合う方向に柔軟に可動でき、その結果、第二の終端２
８は光ガイド２２の固定点の回りの球面上を移動する。

センサ集合４０は第二の終端２８の領域内の光ガイド２
２に支持される。光ガイド２２はセンサ集合４０を通っ
て中心穴４２に延びているのが好ましい。センサ集合４
０は接着剤４４や溶接によって取りつけられるのが好ま
しい。さらに、センサ集合４０は第二の終端２８の偏向
により緩衝媒体４８を移動しそれによって光ガイド２２
の第二の終端２８の偏向動作を緩めるために使われる円
筒状の転置体４６によって囲われている。この転置体４
６はセンサ集合４０をその外側で囲う円筒形式であるの
が好ましい。

特に第２図に描かれているように、相互の関係において
直角方向に延びる四つのスタビライザ素子５０の全体は
センサ集合４０と交わる。これらのスタビライザ素子５
０は、第二の終端２８をそれに働く力が無い時に初期位
置に支持するスタビライザ５２を共に形成する。スタビ
ライザ素子５０はハウジング１２上の発光素子１４から
離れて面するそれらの終端に与えられるスプリングの形
式が好ましい。調整メンバー５４はそれぞれのスタビラ
イザ素子５０とスタビライザ素子５０の各々に望ましい
先張力をｌえるハウジングの間に与えられる。

調整メンバー５４はハウジング１２内に回転可能：。

組み込まれそしてスタビライザ素子５ｏとして使オれる
個々のスプリングがその上に支持されるす・；ト５８を
使うネジ５６から成る。ネジ５６を回すことｊ、よって
、第二のファイバ終端２８はナツト５８の方Ｆかそれの
反対方向に移動可能である。

軸受け穴６０は各々のネジ５６の軸受けとして、ウジン
グ１２の被覆６２に与えられる。

受光素子１６は側壁１８の反対のハウジング１２の缶壁
６４内に、好ましくはハウジング１２の開部分６６μに
組み入れられたフォトダイオードが好ましい。

開部分６６は窓６８によって緩衝媒体４８の向きにカバ
ーされる。

第３図に描かれているように、フォトダイオードは全体
が四つの四分円７０，７２．７４そして７６から成り、
そして各々は受光面を形成する四分円ダイオードでもよ
い。四分円７０　、７２・７４そして７６の各々はさら
に受光素子に分割されるのが好ましい。

光線の東３０は第３図に示されるように、このフォトダ
イオードに当たり、その結果光線の束３０の交差領域７
８内で、受光面７０，７２．７４そして７６は動作に関
する限り照射される。光線の東３０は交差領域７８内で
好ましくは第４と５図に描かれているような曲線形状と
仮定され、半径ｒに従う強度分布Ｉ（ｒ）を有する。こ
の交差領域７８内の強度分布Ｉ（ｒ）は光線の東３０の
開口角度そして光ガイド２２の第二〇ｇ端２８からの受
光素子１６の間隔に従う。

第二の終端２８からの小さい間隔では強度分布Ｉ（ｒ）
は交差領域７８内で第５図に描かれている曲線に従うの
に対して、ベル形状曲線（第４図）の形状は第二の終端
２８からの大きな間隔での強度分布１　　（ｒ）に対応
する。

初期位置から開始する第二の終端２８の偏向を制限する
た約に、第１と２図に描かれている環状のストップリム
８０はハウジング１２内の転置体４６の領域内に組み入
れられそして初期位置における縦軸２６の同軸状に円周
方向に９広がっている。ストップリム８０は偏向３６と
３８の全ての方向そして偏向３６と３８の最大値の方向
の結合において初期位置から開始する転置体４６の動作
を制限する。

好ましい実施例において、完全なハウジング１２は緩衝
媒体４８で満たされている。従って光ガイド２２は側壁
１８に取りつけられたその点から始まってその中をその
全長を通して延びている。スタビライザ素子５０は又、
それらの軸受け穴６ｏの領域にあるハウジング１２の被
覆６２を通すシールド手段内のネジ５６を有する緩衝媒
体内にある。受光素子１６と光ガイド２２の第二の終端
２８だけが窓６８によって仕切られている。

センサの本発明による実施例は次のように動作する： 力の働かない状態において、すなわちセンサが動作しな
い時に、発光素子１４は第二の終端２８が光線の東３０
で個々の受光素子１４の四分円７０，７２．７４そして
７５を均一に照射するようにする。この最初の位置は従
ってスタビライザ素子５ｏを有するスタビライザ５２と
調整メンバー５４によって設定される。

この初期位置において、四分円７０，７２．７４そして
７６の各々は光ガイド２２の縦軸２６に関して対称分布
で同じ強度を受光し互いの四分円７０．７２．７４そし
て７６に光線の東３０と同量の並列光線の東７１　、７
３　。

７５そして７７によって照射される。

もしこのセンサ１０がカ、好ましくは集合４ｏに働き第
一と第二の偏向方向３６と３８に広がる平面内に存在す
る構成物を示す加速度に従うならば、カはこの第二の終
端２８のスタビライザ素子５ｏによって働く力に対して
光ガイド２２の終端２８上のセンサ集合によって働き、
従って、力の均衡がセンサ集合４０により働く力とスタ
ビライザ素子によって働く回復力のあいだで生じ、例え
ば、第３図に一点鎖線で描かれているように最大領域は
四分円７６内に照射されそしてだんだんに四分円７ｏ・
７４そして７２内の小領域が照射されるような偏向位置
になるまで光線の束３０が各々の四分円７０，７２．７
４そして７６の同じ領域を照射する初期位置から始まる
第二の＃端２８を移動する。さらには、第４図や第５図
にヨリ光１１１の束３０の強度分布のために、各々の四
分円７０・７２．７４そして７６上に当たる強度はそれ
ぞれの四分円７０・７２．７４そして７６の照射領域に
比例しないばかりでなく、付随的に強度分布Ｉ　　（ｒ
）により複雑となる。

一点鎖線で描かれた偏向位置において、光線の束３０は
それぞれの四分円？０．７２．７４そして７６に働く異
なる大きさの一部の光線の東７１’　、　７３’　、　
７５’そして７７′　に分割される。

偏向の大きさと偏向の方向は偏向位置における個々の四
分円？０．７２．７４そして７６の強度信号を初期位置
の強度信号、７６と７４と同様に７０と７２．７６と７
０と同様に７４と７２のこれらの方向に相互に連続する
四分円の強度信号の比較から生じる偏向３６と３８の二
つの方向における偏向の大きさと比較することによって
決定できる。

第６図に示されているように第二の終端２８の偏向に応
答する出力信号を生成するために、各々の四分円７０，
７２．７４そして７６はそれぞれの照射強度に比例する
積分強度信号Ｓ１、３２．Ｓ３そしてＳ４を生成するよ
うに設計されている。これらの強度信号の各々はアナロ
グ−デジタル変換器８２でデジタル信号に変換されそし
てマイクロプロセッサ８４へ転送される。このマイクロ
プロセッサ８４に関連するものにリードオンリメモリが
あり、その中には光線の東３０内の強度とパスと個々の
四分円の位置が強度信号の評価用パラメータとして記憶
されている。これらのパラメータによって、マイクロプ
ロセッサ８４はすなわち電力段８８を駆動できその結果
、後に初期位置からの偏向の大きさを示す出力信号Ａ１
と偏向３６と３８の方向に関連する偏向の方向をそれぞ
れに示す出力信号Ａ２を生成する。これらの出力信号Ａ
１とＡ２は多くの異なる方法で計算される。例えば、マ
イクロプロセッサをプログラムすることは便宜がよく、
その結果それは四分円７０から７６の位置と同様に光線
の東３０の強度分布Ｉ　　（ｒ）　、そして本発明のセ
ンサの製造中になされた校正により固定されたそれぞれ
のパラメータで個々に測定され、積分された強度信号Ｓ
１から８４を計算する計算プログラムで動作する。

しかし、これに替えて、読み出し専用メモリ８６に強度
信号Ｓ１からＳ４Ｊよびそれぞれの偏向を表す値を指示
点の形式で格納し、マイクロプロセッサ８４が単に補間
プログラムを実行してもっとも接近している指示点を検
出した後に偏向と偏向方向を求めることができるように
することが考えられる。

第１の実施例と対照的に、保護ケース３４を有する光導
管２２は柔軟でないのみならず、ロータリイジョイント
９０により側壁１８上に保持されている。

発光素子２０は好ましくは光導管２２に固定的に接続さ
れており、したがって、ロータリイジョイント９０の回
りに回転するために側壁１８上に同様に保持されている
。

別の例では、本発明のセンサの第２の実施例は第１の実
施例と同じように動作する。しかし、光導管２２はもは
や重要ではなく光導管２２は柔軟である必要はなくて硬
くてもよい。

第８図に示される第３の実施例においては、その光源９
２がセンサのハウジングから遠く離れた位置に配置され
、側壁１８を介してハウジング１２に突出しており第１
の実施例の光導管２２に対応する端片２２を伴う光導管
９４を介して光が導入されるという点で、発光素子１４
は第１の実施例のそれとは異なる設計のものである。

センサのこの実施例は、発光ダイオード２０に対する電
源供給線の代わりに、光が、例えば、柔軟なファイバの
形態をした、光導管９４を介して導入されるようになっ
ている先導波システムに一体化されているセンサを表し
ている。

別の例では、第３の実施例は、第１の実施例におけるの
と同じ参照番号が使用れさている限り、第１の実施例と
同等であり、したがって、第１の実施例の記載を参照す
べきである。

第９図に示される第４の実施例においては、光導管２２
は第７図による第２の実施例と同様に硬く、例えば、弾
性リングの形態をした弾性素子９６により壁面１８に保
持されている。

第４の実施例においてはまた、ストッパリム８０が設け
られているがスタビライザ５２はない。これらのすべて
の機能は弾性素子９６により引き受けられている。

第４の実施例において第１の実施例におけるのと同一の
参照番号が使用されている限り、その部分は第１の実施
例のそれと同等であり、したがって、第１の実施例に関
係した記述を参照すべきである。

例えば、第１０図に示される冗長センサにおいては、互
いに横並びに配置された前述の実施例の１つによる２つ
のセンサが存在する。第１のセンサ１０２は偏向方向１
１０および１１２を有し、第２のセンサ１０８は偏向方
向１０４および１１０を有し、偏向方向１０４と１１０
　は互いに平行である。

例えば第１１図に示されるように、信号は、アナログ・
ディジタルコンバータ１１６により変換された第１のセ
ンサ１０２および第２のセンサ１０８の強度信号を共に
評価し、第１のセンサ１０２および第２のセンサ１０８
が同一の偏向方向を示しているときに偏向方向１０４お
よび１１０に関する出力信号のみを生成し、センサ１０
６および１０８が個々のセンサとして組み立てられてい
る場合は偏向方向１０６および１１２が評価されるよう
にした、共通のマイクロプロセッサ１１４によって評価
される。

冗長センサの更に他の実施例においては、偏向方向１２
２および１２４に応答する第３のセンサが２つのセンサ
１０２および１０８に結合している。さらに、この第３
のセンサ１２０は、偏向方向１２２が偏向方向１０６に
平行に延び、偏向方向偏向方向１２４が偏向方向１１２
に平行に延び、偏向方向１０４が偏向方向１１０に平行
に延びるように配置され、それによりマイクロプロセッ
サ１１４は今度は３つのセンサのすべての強度信号を評
価し、この３つのセンサ１０２．１０８．１２０のうち
の２つが一つの偏向方向に感応して同一の偏向信号を測
定するときにその偏向方向に対する出力信号のみを生成
する。

この冗長センサは、すべてのセンサ１０２．１０８およ
び１２０が３つの空間次元において互いに他を監視し、
したがって、誤り測定は起こらないという点で有利であ
る。

例えば第１２図に示された冗長セルは、３つの空間次元
における加速を測定するために使用される。

本開示は、１９８９年１１月２７日のドイツ特許出願第
Ｐ　３９３９１５０，７および１９９０年７月５日のド
イツ特許出願第Ｐ４０２１４５５．９に関連している。

【図面の簡単な説明】

第１図　第一の実施例による縦方向部分；第２図　第１
図において線２−２に沿った第一の実施例による断面図
； 第３図　発明による受信構成部分の一実施例の平面図； 第４図　遠端状態での光線の東の強度分布の図解； 第５図　近端状態での光線の東の強度分布の図解； 第６図　第一の実施例のための評価装置の図式第７図　
第二の実施例による第１図に類似した縦方向部分； 第８図　第三の実施例による第１図に類似した部分； 第９図　第四の実施例による第１図に類似した部分： 第１０図　偏向方向の図解に限定された冗長なセンサの
第一の実施例の図式的図解； 第１１図　冗長なセンサの第一の実施例のための評価装
置のブロック図；そして 第１２図　第１０図に類似した冗長なセンサの第二の実
施例の図式的な図解である。 図において、 １４は発光素子 １６は受光素子 ３０は光線束 ３２は伝播方向 ３６・３８は偏向方向 ２２は光導体である。 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩｏ、２ 手 続 補 正 書（方式） 平成３年１月ミ盆日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子（１４）と受光素子（１６）と評価装置（
   ８２、８４、８６、８８）とを具備するセンサであって
   、 該発光素子（１４）は伝播方向に光線束（３０）を放出
   し、該光線束（３０）はその伝播方向（３２）を横切る
   方向において、断面にわたり変化する強度分布（Ｉ（ｒ
   ））を有し、 該受光素子（１６）は該光線束（３０）を受け取り該光
   線束（３０）に対して少なくとも１つの受光面（７０、
   ７２、７４、７６）を有し、該発光素子（１４）は該セ
   ンサが駆動されると該発光素子（１４）が該受光素子（
   １６）に対して該光線束（３０）の該伝播方向（３２）
   を横切る偏向方向（３６、３８）に相対的に移動可能な
   ように配置されており、そして 該評価装置（８２、８４、８６、８８）は該センサの出
   力信号を生成するセンサにおいて、 各偏向位置において、一つの受光面（７０、７２、７４
   、７６）が該偏向方向の該光線束（３０）の一部の光線
   束（７１、７３、７５、７７）のみにより照射され、該
   受光素子（１６）は該受光面（７０、７２、７４、７６
   ）について該受光面（７０、７２、７４、７６）に入射
   する全強度に対応する積分強度信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３
   、Ｓ４）を生成し、 該評価装置（８２、８４、８６）は該強度信号（Ｓ１、
   Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を検出し、該光線束（３０）内の強
   度分布（Ｉ（ｒ））と該受光面（７０、７２、７４、７
   ６）の寸法および位置とに基づいて、該強度信号（Ｓ１
   、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の大きさおよび所定のパラメータ
   の集合を考慮してプロセッサ（８４）を用いて偏向を求
   めるようにしたことを特徴とするセンサ。 ２、該受光素子（１６）は複数の分離された受光面（７
   ０、７２、７４、７６）を有し、その強度信号（Ｓ１か
   らＳ４）は該評価装置により個々に検出されることを特
   徴とする請求項の１に記載のセンサ。 ３、少なくとも２つの受光面（７０、７２、７４、７６
   ）は該偏向方向（３６、３８）内に連続して配置されて
   いることを特徴とする請求項の２に記載のセンサ。 ４、少なくとも２つの受光面（７０、７２、７４、７６
   ）は、互いにある角度で延びている２つの所定の偏向方
   向（３６、３８）に連続して配置されていることを特徴
   とする請求項の３に記載のセンサ。 ５、各偏向位置において、該受光面（７０、７２、７４
   、７６）の少なくとも２つは、該光線束（３０）の異な
   る部分光線束（７１、７３、７５、７７）によって照射
   されることを特徴とする請求項の２から４のいずれか１
   項に記載のセンサ。 ６、該受光素子（１６）は複数の受光面（７０、７２、
   ７４、７６）を有する光検出器であることを特徴とする
   請求項の２から５のいずれか１項に記載のセンサ。 ７、該光検出器（１６）は組ダイオードであることを特
   徴とする請求項の６に記載のセンサ。 ８、該受光素子（１６）は、それぞれの受光面（７０、
   ７２、７４、７６）に対する入射角に独立な強度信号（
   Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を各受光面（７０、７２、７
   ４、７６）に対して生成するように設計されていること
   を特徴とする請求項の１から７のいずれか１項に記載の
   センサ。 ９、各受光面（７０、７２、７４、７６）は、放射方向
   に依存する伝送素子から自由な該光線束（３０）により
   駆動され得る感光性の検出器の材料により形成されてい
   ることを特徴とする請求項の１から８のいずれか１項に
   記載のセンサ。 １０、該発光素子（１４）は、光導体（２２）とその第
   １の端部に配置された光源（２０）とを具備し、該光線
   束（３０）は該光導体（２２）の第２の端部（２８）か
   ら射出されることを特徴とする請求項の１から９のいず
   れか１項に記載のセンサ。 １１、該光導体（２２）は光伝導ファイバを具備するこ
   とを特徴とする請求項の１０に記載のセンサ。 １２、該発光素子は単一の光伝導ファイバを具備するこ
   とを特徴とする請求項の１１に記載のセンサ。 １３、該光導体（２２）は可撓性の弾性体であることを
   特徴とする請求項の１０又は１１に記載のセンサ。 １４、該光導体（２２）は高分子材料で出来ていること
   を特徴とする請求項の１１から１３のいずれか１項に記
   載のセンサ。 １５、該光導体（２２）は、ユニバーサルジョイントお
   よびボール、ソケット、ジョイントの何れかのジョイン
   ト（９０）の上に旋回運動のために搭載されていること
   を特徴とする請求項の１から１４のいずれか１項に記載
   のセンサ。 １６、該光導体（２２）は弾性ベアリング素子（９６）
   に保持されていることを特徴とする請求項の１から１５
   のいずれか１項に記載のセンサ。 １７、該光導体（２２）は該光線束に対する２５度より
   大きい開口角を有することを特徴とする請求項の１０か
   ら１６のいずれか１項に記載のセンサ。 １８、該光導体（２２）は光漏れのない鞘体（３４）で
   覆われていることを特徴とする請求項の１から１７のい
   ずれか１項に記載のセンサ。 １９、該光導体（２２）の該鞘体（３４）は長手軸（２
   ６）を横切る方向に可撓性を有し長手方向の圧縮に耐性
   を持つことを特徴とする請求項の１から１８のいずれか
   １項に記載のセンサ。 ２０、該光源（２０）は発光ダイオードを具備すること
   を特徴とする請求項の１０から１９のいずれか１項に記
   載のセンサ。 ２１、該発光素子（１４）と受光素子（１６）の間の相
   対的変位はセンサの質量（４０）の慣性力によって生じ
   ることを特徴とする請求項の１から２０のいずれか１項
   に記載のセンサ。 ２２、該センサの質量（４０）は該発光素子（１４）に
   作用することを特徴とする請求項の２１に記載のセンサ
   。 ２３、該センサ用に該出力信号を生成するために作用さ
   せられるものは該光導体（２２）であることを特徴とす
   る請求項の１から２２のいずれか１項に記載のセンサ。 ２４、作用させられるものは該光源（２０）と対向する
   該光導体（２２）の第２の端部（２８）であることを特
   徴とする請求項の２３に記載のセンサ。 ２５、該発光素子（１４）はハウジング（１２）の内部
   に配置されていることを特徴とする請求項の１から２４
   のいずれか１項に記載のセンサ。 ２６、該発光素子（１４）はスタビライザ（５２）によ
   って初期位置に保持されることを特徴とする請求項の１
   から２５のいずれか１項に記載のセンサ。 ２７、該スタビライザ（５２）は弾性素子の形態をして
   いることを特徴とする請求項の２６に記載のセンサ。 ２８、該スタビライザ（５２）は該センサの質量（４０
   ）に係合しており、該ハウジング（１２）に支持されて
   いることを特徴とする請求項の２６または２７に記載の
   センサ。 ２９、該スタビライザ（５２）は調整素子（５４）を具
   備していることを特徴とする請求項の２６から２８のい
   ずれか１項に記載のセンサ。 ３０、該スタビライザ（５２）は、該光導体（２２）の
   縦軸（２６）の周囲に等角度間隔をおいて配置されてい
   る複数のスタビライザ素子（５０）を具備することを特
   徴とする請求項の２６から２９のいずれか１項に記載の
   センサ。 ３１、該受光素子（１６）に対する該発光素子（１４）
   の偏向を制限するために、ストッパ（８０）が該ハウジ
   ング（１２）に設けられていることを特徴とする請求項
   の１から３０のいずれか１項に記載のセンサ。 ３２、偏向を緩和するための緩衝材（４８）が設けられ
   ていることを特徴とする請求項の１から３１のいずれか
   １項に記載のセンサ。 ３３、該偏向可能な素子（１４）は該緩衝材（４８）を
   変位させる変位体（４６）に結合していることを特徴と
   する請求項の３２に記載のセンサ。 ３４、該発光素子（１４）および該受光素子（１６）は
   互いに調整可能であることを特徴とする請求項の１から
   ３３のいずれか１項に記載のセンサ。 ３５、該発光素子（１４）および該受光素子（１６）は
   該光線束（３０）の該伝播方向（３２）において互いに
   調整可能であることを特徴とする請求項の３４に記載の
   センサ。 ３６、異なる偏向位置における角受光面（７０、７２、
   ７４、７６）の該該強度信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４
   ）は、支持点として、該評価装置（８２、８４、８６）
   に予め格納され、与えられる偏向は支持点と比較するこ
   とにより求められることを特徴とする請求項の１から３
   ５のいずれか１項に記載のセンサ。 ３７、該偏向は該支持点の間の補間によって求まること
   を特徴とする請求項の３６に記載のセンサ。 ３８、該パラメータの集合は、該伝播方向を横切る方向
   に変化する光線束（３０）の強度分布（Ｉ（ｒ））に対
   するパラメータと該受光面（７０、７２、７４、７６）
   の位置に対するパラメータとを含むことを特徴とする請
   求項の１から３８のいずれか１項に記載のセンサ。 ３９、該パラメータの集合は、偏向位置を決めるために
   それぞれの受光面（７０、７２、７４、７６）の最大強
   度信号に対する値を含むことを特徴とする請求項の１か
   ら３８のいずれか１項に記載のセンサ。 ４０、該評価装置（８２、８４、８６）は該センサの加
   速度に対応する出力信号を生成することを特徴とする請
   求項の１から３９のいずれか１項に記載のセンサ。 ４１、該評価装置は該光導体（２２）の弾性の基本単位
   を考慮することを特徴とする請求項の４０に記載のセン
   サ。 ４２、該評価装置は該偏向方向（３６、３８）における
   該スタビライザ（５２）の弾性の基本単位を考慮するこ
   とを特徴とする請求項の４０または４１に記載のセンサ
   。 ４３、該評価装置（８２、８４、８６）は基準に対する
   該偏向方向（３６、３８）を検出し、対応する方向信号
   を生成することを特徴とする請求項の１から４２のいず
   れか１項に記載のセンサ。 ４４、該評価装置（８２、８４、８６）は、該プロセッ
   サ（８４）と協働する該パラメータ用の読み出し専用メ
   モリ（８６）を具備することを特徴とする請求項の１か
   ら４３のいずれか１項に記載のセンサ。 ４５、該強度信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）はアナロ
   グ、ディジタル変換器（８２）によって変換されて該プ
   ロセッサ（８４）に伝送されることを特徴とする請求項
   の１から４４のいずれか１項に記載のセンサ。 ４６、該プロセッサ（８４）はマイクロプロセッサであ
   ることを特徴とする請求項の１から４５のいずれか１項
   に記載のセンサ。 ４７、該プロセッサ（８４）は該出力信号を生成する電
   力段（８８）を駆動することを特徴とする請求項の１か
   ら４６のいずれか１項に記載のセンサ。 ４８、各々は互いに横切る角度に延びる２つの偏向方向
   （１０４、１０６、１１０、１１２）を検出し、偏向に
   対応する出力信号を生成し、一方のセンサ（１０２）の
   偏向の第１の方向は他方のセンサ（１０８）のそれに平
   行である、特に請求項の１から４７のいずれか１項に規
   定される少なくとも２つのセンサ（１０２、１０８）が
   配置され、一方のセンサ（１０２）の第１の偏向方向（
   １０４）が他方のセンサ（１０８）のそれ（１０８）に
   平行であるように配置され、該第１の偏向方向（１０４
   、１１０）に対する該センサ（１０２、１０８）の出力
   信号が等しいとき全体の出力信号を生成する評価装置が
   設けられていることを特徴とする冗長センサ。 ４９、該評価装置は、該偏向の第１の方向（１０４、１
   １０）に対する出力信号が等しくないときエラーを報告
   することを特徴とする請求項の４８に記載の冗長センサ
   。 ５０、該センサ（１０２、１０８）は該偏向の第２の方
   向（１０６、１１２）が互いに横切るように配置されて
   いることを特徴とする請求項の４８又は４９に記載の冗
   長センサ。 ５１、各々が偏向の互いに直角に延びる２つの方向（１
   ０４、１０６；１１０、１１２；１２２、１２４）を検
   出し且つ偏向に対応する出力信号を生成する３つのセン
   サ（１０２、１０８、１２０）が配置されており、それ
   により１つのセンサ（１０２、１０８、１２０）の偏向
   の両方向（１０４、１０６；１１０、１１２；１２２、
   １２４）は各々他のセンサの１つの偏向方向（１１０、
   １２２、１０４、１２４、１０６１１２）のそれぞれに
   平行に延びていることを特徴とする請求項の４８から５
   ０のいずれか１項に記載の冗長センサ。