JPH07167610A - 位置および動作検出器 - Google Patents

位置および動作検出器

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JPH07167610A
JPH07167610A JP3089092A JP8909291A JPH07167610A JP H07167610 A JPH07167610 A JP H07167610A JP 3089092 A JP3089092 A JP 3089092A JP 8909291 A JP8909291 A JP 8909291A JP H07167610 A JPH07167610 A JP H07167610A
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spring
optical
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magnetic
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Henry E Geist
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置のある部分２２Ａとほかの部分２２との
位置、速度及び加速度が気密に封止されたセンサ１２で
測定される。 【構成】 可動アーマチュア１４は封止材１２の側壁２
８を通して装置に磁気的に結合される。その結果、装置
の相対運動３０に応答して所定方向３２に動く。その装
置は相対運動３０に応答して磁気的に結合したアーマチ
ュア１４の位置および動作３２を測定するために同一の
封止材１２内に格納された光学検出器を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、位置および動作検出器
に関する。さらに詳しくは、気密に封止された位置およ
び動作検出器であって、重要な測定部品をほこり，ち
り，水分その他の周囲の汚染物にさらすことなく位置お
よび／または動作を測定することのできる位置および動
作検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ある物体の位置および動作を他の物体に
対して測定する、また装置のある部分の位置および動作
を他の部分に対して測定する改良されたシステムに対す
る必要性は長い間、継続的に存在している。たとえば、
現代の自動車のアクティブ・サスペンション・システム
においては、相対的な位置および動作、すなわち走行中
の車両の駆動装置（車輪，車軸など）の高さ，速度およ
び加速度などを車両のフレームに対して検出するなんら
かの手段が必要とされる。これは、たとえば駆動装置に
電位差計のケースを駆動装置に取り付けたり、ワイパ・
アームを車両のフレームにつけたり、またはその逆に取
り付けることにより、従来は行われてきた。駆動装置や
フレームの現在の相対的位置にその強度が比例するとこ
ろの電気的信号がここから導出される。この信号を微分
することにより、駆動装置の、フレームに対する速度お
よび加速度もまた判定することができる。路上の車両フ
レームまたはボディの高さを測定する超音波検出器もま
た、同じ目的のために用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの位置および／
または動作検出器に伴う共通の問題点は、検出器がその
中で機能しなければならない悪環境から、検出器を保護
することが困難である点である。たとえば、車両上で用
いる場合、これらの検出器は、泥，ほこり，水分，塩
分、その他の腐食性および有害性の高い環境物質にさら
される。従来のセンサの多くは、気密性を持たない。す
なわち、摩耗しやすかったり、当技術では既知のその他
の制約を受けやすい摺動型シールを有するものが多い。
このため、改良された位置および動作センサ、特に、気
密性を有するセンサすなわち、泥，ほこり，水分などに
に対して実質的に悪影響を受けないように容易に構成す
ることのできるセンサに対する必要性が依然として存在
する。
【０００４】本発明の目的は、気密的に封止され、気密
性を有する封止材の壁に貫入する可動部分を必要としな
い、改良された位置および／または動作センサを提供す
ることである。本発明の他の目的は、気密性を有する封
止材の壁を通る電磁結合と、検知された位置および／ま
たは動作情報を利用するために、電気光学的読み取りと
を採用する改良された位置および／または動作センサを
提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】これらの目的と利点は、
位置および／または相対的動作を検出するセンサによっ
て実現され、ここでこのセンサは、結合手段、たとえ
ば、磁力線による動作検出の対象となる目的物に結合さ
れている可動性の磁気アーマチュア（ａｒｍａｔｕｒ
ｅ）によって構成されている。このアーマチュアは、目
的物の動作に一致して動く。光学的検出手段は、結合手
段の位置および／または位置変化を測定するために設け
られる。結合手段と、少なくとも光学的検出手段の一部
とは、気密的な封止材の中に格納されており、磁力線は
この封止材の１つ以上の側壁を通過する。
【０００６】磁力線が通過する前記封止材の部分は、非
強磁性体であることが望ましい。目的物と結合手段と
は、強磁性体で構成されており、結合手段と、動作測定
の対象となる目的物の一部またはその目的物の付属品と
の間には、磁界が存在していなければならない。
【０００７】光学的検出手段は、反射または透過または
その両方によって作用することができ、また気密性を有
する封止材内で全体的にまたは部分的に内包されてもよ
い。好適な実施例においては、少なくとも光学発光体
（エミッタ）および１個以上の受光体（レシーバ）が設
けられる。発光体は、磁気的に結合された可動アーマチ
ュアに取り付けられた反射スケールまたは透過スケール
を照明する。アーマチュアおよびそれに関連するスケー
ルの動作は、受光体に達する光学信号を変調する。スケ
ールは継続的に変化する反射性または透過性を有してお
り、この場合はアナログ出力が得られる。または、この
スケールはかなりのコントラストを持つ連続した領域か
ら構成されることもあり、この場合はデジタル化された
または量子化された読み取り値が得られる。いずれの構
成でも機能する。
【０００８】光学受光体の出力は、電気信号であって、
これは既知の手段を用いてその後の情報処理を容易に行
うことができる。受光体は、気密な封止材内に装着し
て、電気信号を気密なフィードスルーから取り出すか、
気密な封止材の外側に装着して、気密性を有する封止材
の側壁に封入されたウィンドウから光学信号を取り出す
ことができる。
【０００９】可動性アーマチュアは、気密性を有する封
止材内に自由に動くように取り付けて、位置検出または
動作検出の対象となっている目的物の動きに一致して、
摩擦をほとんどまたは全く起こさずに運動できるように
しておく。この目的物は、磁力線によりアーマチュアに
結合されている。アーマチュアは、高濃度の流体上に浮
かんでいるか、バネにより保持されているか、心棒また
はねじりファイバ（ｔｏｒｓｉｏｎ ｆｉｂｒｅ ）か
ら、またはその他の手段により、支持されている。
【００１０】
【実施例】図１は、バネ、たとえば車両用のバネに用い
られて、バネの一端の動作をバネの他端の動作に対して
検出するための、本発明に係るのセンサの第１実施例の
部分的な切取り側面図である。このバネは、たとえば車
両の車軸とフレームまたはボディとの間に結合されてい
る。バネ２２が伸縮すると、バネ２２の部分２２Ａはバ
ネ支持基台２０に対して動く。
【００１１】第１図（および第５図と第６図）は、車両
のバネの部分の相対的な動作を検出する様子を示してい
るが、これは説明の便宜上示されたものであって、それ
に制限されるものではない。目的物の強磁性部分または
その強磁性付属物が、本発明の動作センサに密接に位置
していれば、この説明に基づき、あらゆる物体の相対的
動作を、ここに解説された手段と方法とによって、検出
できることが当業者に理解できるであろう。
【００１２】センサ１０は、気密性を有する封止材１２
によって構成されており、この内部には、磁気アーマチ
ュア１４が心棒１６上に回転可能に装着されている。ア
ーマチュア１４は図１にＮ／Ｓと示されるように永久に
磁化されていても、あるいはアーマチュアが磁気回路内
の一部をなし、どこか別の場所にある永久磁石またはコ
イルにより磁束が与えられていてもよい。磁石またはコ
イルが別の場所にあるときは、アーマチュア付近に磁束
が集中できるように、アーマチュア１４のバネ２２に向
かい合う部分は完全な円筒形ではなく、先細りになって
いるかまたは、バネ部分２２Ａに相対する突起を有して
いることが望ましい。
【００１３】アーマチュア１４は、図では円筒形を有し
ているが、これに限らず他のアーマチュアの形でもよ
い。たとえば、アーマチュア１４は図１に示されるＮお
よびＳの位置に磁極を有する棒磁石でもよく、または、
他の場所にある磁石によって磁極を誘導される強磁性体
の棒でもよい。ここで図１その他に示すＮおよびＳの呼
称は、単に説明のためのものであり、その極性は逆にし
ても構わない。
【００１４】図１の実施例においては、磁気固定子１８
はアーマチュア１４から小さな間隙を隔てて設けられて
いる。固定子１８はバネ２２の基台２０へと延びてい
る。バネ基台２０の下面２４は、車両の一部たとえば車
軸に結合されており、バネ２２の他端は車両のフレーム
またはボディ（図示されず）に結合されている。バネ２
２が通常の休止位置にあるときには、コイルの１つ（ま
たはバネ２２または基台２０に取り付けられた突起）が
アーマチュア１４の反対側にあり、かつ小さな空隙２６
と封止材１２の側壁２８とによって、アーマチュア１４
から隔てられているように、センサ１０が配列される。
アーマチュア１４，固定子１８，基台２０およびバネ２
２，２２Ａとから構成される磁気回路は、強磁性体であ
ることが望ましい。なぜなら、この回路によって間隙２
６を越える非常に強い磁界が設けられるためである。磁
界源は、この回路内のどこかに存在しなければならず、
それによって間隙２６を越えて、磁力線が発生される。
磁界源としては、永久磁石を用いてもコイルを用いても
よい。
【００１５】路上の車両の動作や、荷重の変化に応答し
てバネ２２が伸縮すると、部分２２Ａは矢印３０によっ
て示されるように基台２０に対して上下する。間隙２６
を越え側壁２８を通って、バネ２２Ａとアーマチュア１
４との間に磁界が存在するために、バネの運動３０に一
致して、アーマチュア１４は、矢印３２によって示され
るように回転する。部分２２Ａの動きが小さいときは、
アーマチュアの回転３２は運動３０に対してほぼ直線的
に関係する。バネ２２の伸縮がさらに大きいときは、ア
ーマチュア１４の回転３２は引続き起こるが、必ずしも
運動３０の一次関数とはならない。しかし、与えられた
アーマチュアとバネとの構成について、特定量のバネの
たわみに対して得られる回転３２の量は、当業者により
容易に計算，測定またはその両方を行うことができる。
これにより、たわみ３０とアーマチュアの回転３２との
関係は容易に決定することができる。つまり、アーマチ
ュアの回転３２はバネ部分２２Ａ（またはその他の可動
部分）の運動３０に対して、容易に判定可能な方法で比
例する。そしてこの運動３０は、バネの一端にある車両
のフレーム／ボディおよびバネの他端にある車軸の相対
的位置および動作に対して、これも判定可能な方法で比
例する。
【００１６】アーマチュア１４の位置と動作とは、光学
センサ手段３４により測定される。このセンサ手段３４
は、光学発光体３６と、光学受光体３８とから構成さ
れ、この実施例においては光線４０が発光体３６からア
ーマチュア１４へ進み、そして受光体３８へと戻る。光
学反射率または透過率が変化する（すなわち光線が変調
される）および／または光学反射または屈折が変化する
（すなわち光線が偏光、あるいは屈折される）領域を有
する光学スケールが、アーマチュア１４上に設けられ
て、光量および／または受光体３８に達する光の変調周
波数が、アーマチュア１４の位置に応じて変化するよう
になっている。適切な光学スケールの例を図７および図
８に示す。その他の光学スケールまたは読み取り手段を
用いることもできる。
【００１７】光学センサ３４は、封止材１２の側面内の
気密シール４４を通る電気リード線を有している。この
ような気密電気シールを設ける手段は、当技術では既知
である。または、センサ３４の全部または一部を、封止
材１２の外側に装着して、光線４０の一部が封止材１２
の側壁に封入された透明のウィンドウを通るようにして
もよい。このような封入されたウィンドウを設ける手段
は、当技術では既知である。
【００１８】センサ１０は、バネの近傍に装着され、こ
のバネがセンサ１０に関して磁気回路の一部になると解
説されているが、必ずしもこのとおりである必要はな
い。センサ１０は、センサに対して移動する車両の任意
の部分の近傍に装着すればよい。空隙２６をはさんで、
アーマチュア１４と動作検出の対象となっている目的物
の部分との間には、インピーダンスの低い磁気回路が設
けられることが望ましい。なぜなら、そうすることによ
り動作検出システム全体の感度が改善するからである。
ただし、これは不可欠というわけではない。
【００１９】図２は、本発明の他の実施例の部分的な切
取り側面図である。ここでは、一例として、車両の緩衝
装置（ショック・アブソーバ）の底部の、ショック・ア
ブソーバの頂部に対する位置と動作が測定される。概し
て、ショック・アブソーバの頂部は、車両のフレームま
たはボディに結合され、その底部は車軸に結合されてい
る。ショック・アブソーバをフレームまたは車軸に接続
する方法は従来のものである。図２では、ショック・ア
ブソーバを通って閉磁気回路が設けられているが、これ
は必要不可欠ではない。
【００２０】従来の構成のショック・アブソーバ５０
は、取付手段５６、たとえば１個以上の延長部を通るボ
ルトなどにより、車両のフレームまたはボディ５４に結
合している上部構造５２を有している。ショック・アブ
ソーバ５０の下部構造５８は、取付手段６２より車軸６
０に結合されている。下部構造５８には、延長部６４が
取り付けられている。車軸６０が、フレーム５４に対し
て上下すると、部分６４もまたフレーム５４に対して上
下する。これは矢印６６の運動により示される。
【００２１】動作センサ７０は、フレームまたはボディ
５４に、固定子７２により取り付けられている。固定子
７２は、たとえば永久磁石などの磁界源７４を便宜上含
むが、これは必要不可欠ではない。磁石は、たとえばア
ーマチュア７８内に配置してもよい。磁界の向きＮとＳ
は、単に説明のために付されたもので、逆でも構わな
い。固定子７２は、フレーム５４から気密性を有する封
止材７６内に達している。封止材７６内では、固定子７
２は、可動アーマチュア７８の両側の２個の近接した部
分７３と７５とに分割される。この構成を、図３にさら
に詳しく示す。図３は、固定子とアーマチュアとを、図
２に示した位置で切断した断面図である。固定子７２
は、分割された部分７３，７５を有し、アーマチュア７
８はその固定子７２内にできた狭い隙間内に装着され
る。アーマチュア７８には、隙間の側壁に平行で、その
実質的な面積を覆う広い面７８Ｂを有する。これによ
り、固定子７２とアーマチュア７８との間の磁気性イン
ピーダンスが小さくなる。アーマチュア７８から、固定
子７２，車両フレーム５４，ショック取り付け手段５
６，ショック・アブソーバ５０，ショック・アブソーバ
延長部６４を通り、間隙８０を越えて、アーマチュア延
長部７８Ａまで進み、アーマチュア７８まで戻る磁気回
路のインピーダンスを最小にすることが望ましい。これ
により、アーマチュア７８の部分７８Ａとショック・ア
ブソーバ延長部６４との間の間隙８０の磁界が最大にな
る。これによって、延長部６４とアーマチュア７８との
間の磁力が増大する。
【００２２】アーマチュア７８は、ショック・アブソー
バ延長部６４に向かって延びる部分７８Ａを有し、これ
は狭隙８０と気密性を有する封止材７６の側壁８２とに
より延長部６４から分離されている。ショック部分５８
と延長部６４とが、矢印６６により示されるような運動
を行うと、アーマチュア７８は、アーマチュア部分７８
Ａから延長部６４に延びる磁力線により、それに一致し
て移動する。この動作は矢印８４によって示される。
【００２３】アーマチュア７８は、板バネ（リーフ・ス
プリング）によって支持されるのが便利であるが、他の
バネや保持手段を用いることもできる。図２および図３
に示された実施例では、板バネ８６の第１端８６１は、
封止材７６の側壁に固定され、第２端８６２はアーマチ
ュア７８に取り付けられている。アーマチュア７８が方
向８４に動くと、バネ８６は矢印８８によって示される
ようにたわむ。図４は、アーマチュアとバネとの構成を
さらに変更したものであるが、ここでは板バネ８６’
は、折り返されて、８６１’において封止材７６の相対
する側壁（すなわち、ショック５０に最も近い側壁）
に、また８６２’においてアーマチュア７８に取り付け
られている。この構成では、同一寸法の封止材に対して
は、図４の板バネ８６’の有効長が図２の板バネ８６よ
りも大きいために、アーマチュア７８の可動域が大きく
なる。しかし、いずれの構成でも充分機能する。図２な
いし図４の構成が図１の構成に対して有利である点は、
（延長部６４を介した）車軸６０の動作に一致するアー
マチュア７８の動作が、より大きな範囲の動作に対して
実質的に直線的であり、全体としてより大きな範囲の動
作を測定することができる点である。運動６６と運動８
４との関係は、演算または測定により容易に決定するこ
とができる。
【００２４】アーマチュア７８の位置および動作は、光
学測定システムにより検出される。このシステムは、本
実施例においては、光学発光体９２および光学受光体９
４，９６とから構成される。発光体９２により、アーマ
チュア７８に向けた光線９３．９５が発される。このア
ーマチュア７８は、その上に反射型スケール９８を有
し、それによって、反射光線９７，９９を作り出し、こ
の光線９７，９９は光学受光体９４，９６にそれぞれ戻
る。発光体９２および受光体９４，９６の電気リード線
は、封止材７６の側壁に装着された気密リード・シール
を通る。このような気密リード・シールを設ける手段
は、当技術では既知のものである。
【００２５】光学スケール９８は、アーマチュア７８と
ともに変化することが望ましい。この方法では、アーマ
チュア７８の位置および／またはアーマチュア７８の位
置の変化は、受光体９４，９６における信号の相対強
度、またはその繰り返し率により決定される。さらに、
受け取った信号のいずれかまたは両方を１回目に微分す
ることにより、速度情報を知ることができ、２回目に微
分することによって、加速度情報を知ることができる。
センサ７０の構成は、１個の発光体と２個の受光体を用
いており、この構成が好ましいが、たとえば１個以上の
発光体と２個以上の受光体（これに限られるものでもな
い）などの他の構成をも用いることができる。
【００２６】可動アーマチュアと接続するインピーダン
スの低い磁界路を有することが望ましいことは、図１な
いし図４の考察と関連して指摘してきた。このため、磁
気回路内の部品または要素は、できるだけ強磁性体など
の比較的透磁率の高い素材で構成するべきである。そし
て必要不可欠な間隙のみが、アーマチュアと移動中の目
的物との間、および移動中のアーマチュアと磁気固定子
との間などに設けられるべきである。その他の磁性間隙
は、できるだけ避けるべきである。磁気固定子を用いる
ことが望ましいが、図５および図６に説明されるよう
に、必要不可欠ではない。
【００２７】図５および図６は、本発明のさらに他の実
施例の部分的に切り取った側面図である。図５を参照す
ると、矢印３０によって示されるように動く部分２２Ａ
をもつバネ２２と、基台２０とは、図１に示されている
ものと同様である。センサ１００には、気密性を有する
封止材１０２があり、その中には磁石１０４が心棒また
はファイバ１０６に枢着されている。磁石１０４の一端
は、側壁１０８に隣接しており、この側壁は小さな間隙
２６により、バネ部分２２Ａから分離されている。磁石
１０４のＮ−Ｓ方向は、逆にしてもよい。気密性を有す
る封止材１０２はバネ基台２０に、任意の便宜な手段に
より固定されている。
【００２８】光学スケール１１０は、磁石１０４の一端
に取り付けられており、磁石１０４が部分２２Ａの動作
に応答して動くと、スケール１１０の他の部分は光学発
光体検出器１１４の光線１１２により遮られる。発光体
検出器１１４は、図１の発光体検出器３４または図２の
発光体検出器９０と類似のものである。スケール１１０
は、磁石１０４のＳ端に装着されて示されているが、磁
石１０４のＮ端に装着しても構わない。磁石１０４が部
分２２Ａの動作に応答して矢印１１６によって示される
ように動くと、発光体検出器１１４の光学検出器によっ
て発生した電気信号が変化し、それによって磁石１０４
と部分２２Ａとの現在位置に関する情報が提供される。
これは図１ないし図４の構成に関連して解説した方法と
同じ方法で起こる。
【００２９】図６はさらに他の実施例の、部分的に切り
取った側面図である。これは、図５のものと似ている
が、形の異なった磁石が用いられている。図６において
は、センサ１２０は、回転する軸またはファイバ１２４
上に、手段１２３によって支持される「馬蹄形」の磁石
１２２により構成される。部分２２Ａが方向３０に動く
と、磁石１２２は矢印１２６によって示されるように回
転する。光学発光体検出器１１４により、たとえば、光
学スケール１２８と交差する光線１１２が発生される。
この光学スケール１２８は、図５の光学スケール１１０
と同様のもので、磁石１２２の裏面に装着される。磁石
１２２の形と、それによる磁界を別にすると、図６のセ
ンサ１２０は、図５のセンサ１１０と同様の機能を果た
す。
【００３０】図５および図６の構成は、インピーダンス
の低い磁気路を設ける固定子がない点で、図１および図
２とは異なっている。しかし、磁石１０４または１２２
は部分２２Ａの運動によく追随することがわかってい
る。部分２２Ａは、磁石１０４または１２２からの磁束
線を間隙２６を越えて集中させるためには、強磁性体で
あることが必要である。部分２２Ａ付近の磁束密度が大
きければ大きいほど、磁気アーマチュア１０４または１
２２を、部分２２Ａの運動３０に追随させるための、相
互引力が大きくなる。図５においては、磁束は磁気アー
マチュア１０４の極（たとえばＮ）から、空隙２６を越
えて、バネ２０の強磁性部分２２Ａまで延び、通常は周
囲の空間を通って磁石１０４の反対の極（たとえばＳ）
に戻る。気密性を有する封止材１０２（または少なくと
もその側壁１０８）は、強磁性体でないことが望まし
い。
【００３１】図６においては、磁石１２２の形が馬蹄形
であるために、Ｎ極とＳ極の先端が互いに非常に近い位
置にある。磁石１２２の両極が非常に接近していても、
側壁１０８を通り、間隙２６を越えてバネ２０の部分２
２Ａに交差する実質的な周辺磁界が存在する。領域２２
Ａの方向３０への運動に応答して、磁石１２２を方向１
２６に回転させる磁気引力を発生させるのは、この周辺
磁界である。磁石１２２の両極領域を先細りにすること
により、大きな周辺磁界が得られる。それにより、両極
が対面している場合には、磁気平衡の平均的な断面より
も、はるかに小さな断面を得ることができる。これによ
り、両極間の磁界が磁気平衡と同じ断面を持つ場合より
も、磁界はさらに横に広がることができる。図６は、磁
石１２２の極領域の好ましい形を示しているが、側壁１
０８を通り、間隙２６を越えて、強磁性部分２２Ａに至
る強い周辺磁界を作り上げることができる形であれば、
他の形でもよい。
【００３２】図７および図８は、アーマチュアと共に用
いて、アーマチュアの位置および動作の光学的検出を促
進するような、反射型および／または透過型光学スケー
ルを示す。図７においては、光学スケール１３０は、先
細りになった不透明または非反射パターン１３２を有し
ており、このパターンは、（矢印１３４により示され
る）光線１３８の相対的動作の方向と実質的に平行であ
る。光線１３８は、図７では、パターン１３２と区別す
るために、斑点をつけた円形として示されている。光線
１３８が光学スケール１３０に沿って左右に動くと、ス
ケール１３０によって反射または透過される光の量が、
スケール１３０と光線１３８との相対的な位置によって
連続に変化する。反射された光は、左側が低く、右側は
高くなっており、透過された光は、その逆を示す。反射
光または透過光の強度は、スケール１３０と光線１３８
との現在の相対的位置の絶対量に比例する。反射光また
は透過光は、光学検出器によって測定され、電気信号に
変換される。この電気信号を処理して、スケール１３０
と光線１３８の相対的な速度および加速度に比例する電
気出力をさらに得ることができる。
【００３３】図８には、アーマチュアの相対的位置およ
び動作を測定し、それによってその位置検出および動作
検知の対象である目的物の位置および動作を測定する、
光学スケール１４０をさらに示す。スケール１４０は、
透過型でも反射型でもよく、２個の関連したスケール１
４２，１５４で構成されている。これらスケール１４
２，１５４は、１ユニットとして動く。図８に示した実
施例においては、第１スケール１４２は異なる光学密度
１４６，１４８，１５０，１５２を持つ４個の領域から
構成されている。第２スケール１５４は、４個のサブ領
域１５６，１５８，１６０，１６２を有しており、これ
らはそれぞれ領域１４６，１４８，１５０，１５２のよ
うな異なる光学密度の４個の領域を有している。
【００３４】スケール１４２は、スロット形の光線１６
４に交差し、スケール１５４はスロット形の光線１６６
と交差する。この光線の反射（または透過）は、別の検
出器（図示されず）によって検出される。光線１６４，
１６６は、スケール１４３，１５４を通る、単一の光線
でもよく、スケール１４２，１５４からの反射（または
透過）は異なる検出器によって観測される。
【００３５】スケール１４０および光線１６４，１６６
が互いに相対的に、矢印１６８によって示される方向に
動くと、反射された（または透過された）光線の振幅
は、光線１６４，１６６の下にあるスケールの部分の光
学密度に応じて変化する。図８のスケールによって、１
６個の区別可能な数量化された光の出力レベルが設けら
れるが、これらのレベルは、スケール１４０と光線１６
４，１６６の相対的な位置に依存する。数量化されたレ
ベルの数は、光学密度の異なる領域およびサブ領域の数
を増減することにより、増減することができる。当業者
であれば、ここでの解説に基づき、これがどのように実
行されるかを理解されるであろう。
【００３６】さらに他の実施例では、スロット形の光線
１６４，１６６を、１個以上の小さな（たとえば円形
の）光線１６４’，１６６’と置き換えて、方向１６８
に対して実質的に直角の方向１６７に走査する。これに
より、ＡＣ出力またはパルス化された出力が発生して、
スケール１４２，１５４に向けられた検出器からの信号
は、光線１６４’，１６６’が横切る光学スケールの走
査頻度と周期によって変化またはパルス化する。高振幅
と低振幅の反射（または透過）された光学および／また
は電気出力信号の相対的な持続時間により、走査対象で
ある光学スケールの部分が認識され、それによりスケー
ルおよび光線の相対位置が認識される。図７の構成にも
同様の走査手順を実行することができる。この場合は、
径の小さな光線１３８’を用いて、方向１３４に対して
実質的に直角の方向１３９にスケールに沿って走査す
る。
【００３７】高反射（または透過）および低反射（また
は透過）された光学信号の相対的な持続時間（すなわち
パルス幅）と、光学検出器からの対応する高低電気信号
とにより、図７または図８のスケールに沿った、走査さ
れた光線の相対位置が決定される。これは、温度変化そ
の他の条件による発光体出力または検出器感度のゆっく
りとした変動に関わらず決定される。このため、安価な
デジタル信号処理技術と部品とを手軽に用いて、現在位
置，速度および加速度を、高い精度で決定することがで
きる。これは、非常に便利である。さらに、この出力
は、近年車両で広く用いられるようになってきている、
車両高さおよび／または乗り心地（ｒｉｄｅ）制御など
の他のデジタル電子システムと簡単に互換性をもたせる
ことができる。当技術において知られている、光学信号
をアーマチュアの位置および／または動作の関数として
変調するその他の多くの手段と方法とを用いることもで
きる。
【００３８】図９においては、光学受光体から得られた
アナログの電気信号が、処理されて、アーマチュアの位
置，速度および加速度情報と、それによって位置検出お
よび動作検出の対象である目的物の位置、速度および加
速度情報とが供給される過程が、概略図に示されてい
る。光学検出器１７０により、電気出力１７２が、第１
微分器１７６に送られる。電気出力１７２は、端子１７
４において分離して観測され、部分２２Ａまたは同等の
物体の現在位置に比例する信号を発生させる。便利な光
学検出器の一例としては、フォトトランジスタがある。
【００３９】微分器１７６は、入力信号１７２の第１微
分に比例する、すなわち、物体２２Ａの部分の速度に比
例する出力１７８を発生させる。出力１７８は、端子１
８０において、分離して観測される。第１微分器の出力
信号１７８は、第２微分器１８２内に導入され、ここ
で、端子１８６において第２微分出力１８４が発生され
る。第２微分出力１８４は、物体２２Ａの部分の加速度
に比例する。従来の集積回路とその他の部品を用いて第
１および第２微分器を設ける手段と方法とは、当技術で
は既知である。光学検出器から導出されたアナログまた
はデジタルの電気信号から、同一のまたは同等の情報を
引き出すための、既知の他の手段を用いてもよい。
【００４０】前述の説明に基づき、本発明により、気密
に封止され、気密性を有する封止材を侵入する可動部品
を必要としない、改良された位置および／または動作セ
ンサが提供されたことは、当業者には明白であろう。こ
の磁気結合および光学的な検出により、センサは、ほこ
り，泥，水分，腐食性液体および、特に車両に適用した
場合にみられるような、その他の悪影響を与えるような
環境汚染物に対して侵食を受けないように封入すること
ができる。このセンサは、比較的安価に構成することが
でき、全体として、一般に入手可能な素材と部品とを用
いている。
【００４１】特定の実施例により本発明を解説したが、
これらは説明のためのものであって、制限を受けるもの
ではない。当業者であれば、この解説に基づき、本発明
の精神と範囲から外れることなく、本発明のさまざまな
部分の構成と実行に対して、多くの改良が可能であるこ
とがご理解いただけるであろう。たとえば、図２ではア
ーマチュア７８の狭い側に、光路を設けている。しか
し、光路は、固定子７２内にその目的のために設けられ
た追加のスロットを通って、アーマチュア７８の広い面
または、複数の面に設けてもよい。同様に、図１のアー
マチュア１４の周囲に光路を設ける代わりに、心棒１６
に垂直なアーマチュア１４の面上に設けることもでき
る。図５および図６の実施例に関しても、同様の改良が
可能である。
【００４２】さらに、図１および図２と図５および図６
とに示した、光学スケールと発光体検出器の位置は、反
射型の構成を示したものであるが、この解説に基づき、
当業者には、透過型の構成を用いることも可能であるこ
とがご理解いただけるであろう。たとえば、図２におい
て、発光体９２は、側壁８２に隣接して配置して、光線
９３，９５が左から右に進み、固定子７３，７５の外側
のアーマチュア７８に付けられた部分的に透明な光学ス
ケールを通って、さらに、検出器９４，９６まで延びる
透過光線９７，９９を設けることもできる。この場合
も、結果は同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による位置および／または
動作センサの部分的に切り取った側面図である。
【図２】本発明の他の実施例による位置および／または
動作センサの部分的に切り取った側面図である。
【図３】図２のセンサを、示された位置で切断した断面
図である。
【図４】他の実施例を示す、図２のセンサの部分で切り
取った図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例による位置および／
または動作センサの部分的に切り取った側面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例による位置および／
または動作センサの部分的に切り取った側面図である。
【図７】本発明の第１実施例による、第１図ないし第６
図の装置と、透過型にも反射型にも接続するのに適した
光学スケールの略図である。この上で１個以上の光線に
より、アーマチュアからの位置および動作情報を引き出
すためのものである。
【図８】本発明の他の実施例による、第１図ないし第６
図の装置と、透過型にも反射型にも接続するのに適した
光学スケールの略図である。この上で１個以上の光線に
より、アーマチュアからの位置および動作情報を引き出
すためのものである。
【図９】光学受光体からの電気信号が、位置，速度およ
び加速度に関する情報を得るために便宜的に処理される
方法を示す、電気的な概略図である。
【符号の説明】
１０ センサ １２ 封止材 １４ アーマチュア １６ 心棒 １８ 固定子 ２０ 基台 ２２ バネ ２６ 間隙 ２８ 側壁 ３４ センサ手段 ３６ 発光体 ３８ 受光体 ４０ 光線 ４４ シール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体（２２，５８）の動作を検出するセ
    ンサ（１０，７０，１００，１２０）であって：磁力線
    により前記物体（２２，５８）に結合され、前記物体
    （２２，５８）の動作に一致して移動する位置追跡手段
    （１４，７８，１０４，１２２）；および結合手段（１
    ４，７８，１０４，１２２）の動作を測定する、光学的
    検出手段（３４，９０，１１４）；によって構成される
    ことを特徴とするセンサ。
  2. 【請求項２】 車両のある部分（２２Ａ，５８）の、車
    両の他の部分（２０，５４）に対する位置を検出する装
    置（１０，７０，１００，１２０）であって：車両のあ
    る部分（２２Ａ，５８）の第１の位置に関する第１位置
    と、車両のある部分（２２Ａ，５８）の第２の位置に関
    する第２位置とを有し、車両の他の部分（２０，５４）
    に取り付けられた磁気結合手段（１４，７８，１０４，
    １２２）であって、ここで前記結合手段（１４，７８，
    １０４，１２２）の２つの位置が、前記結合手段（１
    ４，７８，１０４，１２２）と車両のある部分（２２
    Ａ，５８）との間の、引力，反発力またはその両方によ
    って、少なくとも部分的に決定される磁気結合手段；お
    よび前記結合手段（１４，７８，１０４，１２２）の位
    置を検出する光学的検出手段（３４，９０，１２０）；
    によって構成されることを特徴とする検出装置。
  3. 【請求項３】 装置のある部分（２２Ａ，５８）の、装
    置の他の部分（２０，５４）に対する動作を検出する機
    構であって：装置の他の部分（２０，５４）に取り付け
    られ、実質的に封入されたハウジング（１２，７６，１
    ０２）；実質的に封入されたハウジング（１２，７６，
    １０２）内に封止され、装置のある部分（２２Ａ，５
    ８）に磁気的に結合され、かつその動作（３０，６６）
    に応答して可動するアーマチュア；および実質的に封入
    されたハウジング内に延びる光路（４０，９３，９５，
    ９７，９９，１１２）を有し、アーマチュア（１４，７
    ８，１０４，１２２）の位置の変化を検出する光学検出
    器（３４，９０，１１４）；によって構成されることを
    特徴とする検出装置。
JP3089092A 1990-03-30 1991-03-29 位置および動作検出器 Pending JPH07167610A (ja)

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