KR100773594B1

KR100773594B1 - 각도 검출장치 및 이것을 이용한 스캔형 엑츄에이터

Info

Publication number: KR100773594B1
Application number: KR1020067008083A
Authority: KR
Inventors: 료헤이 시게마츠
Original assignee: 니혼 하츠쵸 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2007-11-05
Also published as: CN1875246A; JP3949098B2; EP1691166A1; CN100406850C; KR20060076321A; WO2005040720A1; US7359827B2; JP2005127971A; EP1691166A4; US20070150227A1

Abstract

판스프링 등의 탄성체를 이용한 스캔형 엑츄에이터이더라도, 정밀도가 높은 스캔 각도 검출을 간이하게 행할 수 있게 하기 위하여, 고정부(1)에 접속된 판스프링(2)의 선단에 변형되지 않는 가동부(3)를 설치하고, 가동부(3)의 양쪽 끝에 설치된 2상 포토 센서(SR, SL)와, 그 하부에 슬릿(4)을 가진 인코더 슬릿판(4R, 4L)과, 원점 센서(SC)와, 2상 포토센서(SR, SL)가 검지한 값 및 원점센서(SC)의 리세트에 의하여 얻어진 카운트값(nA, nB)과 2상 포토센서(SR, SL) 사이의 거리(L)를 기초로 가동부(3)의 각도를 산출하는 처리부(13)를 구비한다.

Description

각도 검출장치 및 이것을 이용한 스캔형 엑츄에이터{ANGLE DETECTION DEVICE AND SCAN-TYPE ACTUATOR USING THE SAME}

본 발명은 판스프링이나 토션바 등의 탄성체를 거쳐 요동하는 가동부의 각도를 검출하는 각도 검출장치 및 이것을 사용한 스캔형 엑츄에이터에 관한 것으로, 특히 도로, 교통 인프라(infrastructure)용 레이저 레이더 스캔장치에 적합한 각도 검출장치 및 이것을 이용한 스캔형 엑츄에이터에 관한 것이다.

최근, 차량의 다기능화와 교통량의 증대에 따라 운전자의 운전부하는 크게 증대하고 있다. 이것에 대하여 운전자의 부하 경감과 편리성의 향상을 도모하는 ACC(Adaptive Cruise Contro1) 시스템의 개발이 진행되고 있다. 이 ACC 시스템을 구축하기 위하여 차량에는 장해물, 전방 차 등의 차량, 보행자 등을 검지하는 레이더 장치가 탑재되는 경우가 많다. 이 차량 탑재용 레이더장치에는 밀리파나 광을 이용한 스캔형의 장치가 많이 이용되고 있다.

스캔형의 레이더 장치에는 모터를 이용하여 레이저광 등을 반사하여 검지방향으로 스캔하는 가동부를, 모터를 이용하여 스캔시키는 것이 있다. 예를 들면 DC 모터와 폴리곤 미러를 사용하여 레이저광을 스캔하고 있다(비특허문헌 1 참조). 한편, 스캔하는 가동부와 고정부를 판스프링에 의하여 접속하고, 이 가동부를 무빙 코일 등을 사용하여 스캔시키는 스캔형 엑츄에이터도 사용된다.

비특허문헌 1 : 「ACC 시스템용 스캔식 레이저 레이더의 개발」오스기 등 저, 덴소테크니컬리뷰 Vol.6 No.1 2001 pp.43-48

그러나 모터를 사용한 스캔형 엑츄에이터는, 스캔 각도 검출을 위해 모터 내장의 로터리 인코더를 사용하고 있기 때문에, 비용상승을 피할 수 없다는 문제점이 있었다.

한편, 판스프링을 사용한 스캔형 엑츄에이터에서는 광학식 거리센서 등에 의해 판스프링의 변위나 가동부의 변위를 검출하고, 이 검출결과를 사용하여 각도를 검출하도록 하고 있기 때문에, 검출오차가 크다는 문제점이 있었다.

즉, 광학식 거리센서 등의 거리센서에 의하여 스캔 각도를 검출하는 경우, 스프링 정수 등의 기체 차, 거리센서와 스캔형 엑츄에이터의 가동부와의 사이의 거리를 무시할 수 없는 것에 의한 상대 오차, 온도 특성 등의 거리센서 자체의 검출 정밀도차 등에 의하여 큰 검출오차가 생긴다. 또한 스캔되는 가동부 자체의 각도 정밀도, 가동부의 스캔형 엑츄에이터에의 설치 정밀도나 가공 치수 정밀도도 스캔 각도 검출오차의 큰 요인이 되어, 이들이 복합된 큰 오차가 생긴다.

여기서 가동부 또는 판스프링이 통과하는 1점 또는 복수점에 포토인터럽터 등의 위치센서를 설치하여 스캔 각도를 추정하는 것을 생각할 수 있으나, 가동부의 동작 진폭이나 궤적이 일정하지 않기 때문에 이와 같은 방식에 의하여 얻어진 스캔 각도의 정밀도는 저하한다. 실제로 판스프링을 사용한 스캔형 엑츄에이터의 가동부의 운동은 외란 진동, 입력전압 변동, 경시변화 등에 의하여 스캔의 스트로크가 변동되기 쉽다. 특히, 판스프링을 사용한 스캔형 엑츄에이터에서는 전력 절약화를 도모하기 위하여 스프링 - 매스계의 1차 공진점 부근을 이용한 스캔을 행하는 경우가 있고, 이 경우에 있어서의 스캔의 스트로크 변동은 매우 커진다. 또 스캔 각도를 추정에 의하여 구하는 경우, 가동부의 각도와 가동부의 궤적과의 상관 관계를 미리 파악하여 두고, 이 결과를 데이터화하여 보정할 필요가 있어, 이를 위한 시간과 노동력이 소요되며, 또한 메인티넌스성이 악화된다는 문제점이 있다.

한편, 이 추정방식에 의한 문제점을 해결하기 위하여 가동부의 궤적 위에 대략 연속적으로 인코더 슬릿이나 자기 스케일 등을 배치하고, 광센서나 자기센서 등을 사용하여 스캔 각도를 검출하는 것을 생각할 수 있으나, 이 경우 인코더 모터를 사용한 경우와 동일한 비용상승이 생긴다는 문제점이 있었다. 즉, 판스프링 등을 사용한 스캔형 엑츄에이터에서는 스캔 각도에 의하여 가동부의 회전 중심이 이동하기 때문에, 가동부의 궤적 위에 배치되는 인코더 슬릿의 간격이 스캔 각도에 대응시켜 복잡한 것이 되고, 고정밀도 배치가 요구되며, 이 인코더 슬릿의 간격 오차가 큰 스캔 각도 오차가 되어 나타난다는 문제점이 있었다. 또, 이 오차를 제거하기 위한 캘리브레이션처리 등에 막대한 시간과 노동력이 소요된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 판스프링 등의 탄성체를 사용한 스캔형 엑츄에이터이어도 정밀도가 높은 스캔 각도 검출을 간이하게 행할 수 있는 각도 검출장치 및 이것을 사용한 스캔형 엑츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위하여 청구항 1에 관한 각도 검출장치는, 탄성체를 거쳐 고정부에 접속되고, 그 요동축을 상기 고정부에 가지는 가동부의 양쪽 끝에 설치되어 요동하는 상기 가동부의 변위량을 검출하는 제 1 및 제 2 센서와, 적어도 상기 제 1 및 제 2 센서의 궤적의 각각에 대응하는 영역에 설치된 슬릿군을 가진 인코더판과, 상기 제 1 및 제 2 센서가 검지한 각 변위량과, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서 사이의 거리를 기초로 상기 가동부의 변위 각도를 산출하는 각도 산출수단과, 상기 가동부의 임의의 소정 위치를 검출하는 제 3 센서를 구비하고, 상기 각도 산출수단은, 상기 제 1 및 제 2 센서의 검출값을 기초로 상기 가동부의 각 양쪽 끝부의 동작방향을 판별하는 방향 판별수단과, 상기 제 3 센서의 위치 검출결과를 기초로 상기 제 1 및 제 2 센서의 동작영역을 결정하는 영역 결정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 청구항 1의 발명에 의하면 제 1 및 제 2 센서가, 요동하는 가동부의 변위량을 검출하고, 각도 산출수단이 상기 제 1 및 제 2 센서가 검지한 각 변위량과, 상기제 1 센서와 상기 제 2 센서 사이의 거리를 기초로 상기 가동부의 변위 각도를 산출하도록 하여 변칙적인 동작을 하는 가동부의 변위 각도를 간이하고 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 또한 상기 각도 산출수단은 방향 판별수단이 상기 제 1 및 제 2 센서의 검출값을 기초로 상기 가동부의 각 양쪽 끝부의 동작방향을 판별하고, 제 3 센서에 의한 가동부의 중심 위치 검출 결과를 기초로 상기 제 1 및 제 2 센서의 동작영역을 결정하고 있기 때문에, 가동부의 채터링에 의한 오차발생의 방지와 정밀도가 높은 절대 각도 검출을 가능하게 하고 있다.

또, 청구항 2에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 제 1 및 제 2 센서는 각각 2상 센서인 것을 특징으로 한다.

삭제

또, 청구항 4에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 슬릿군은 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서를 연결하는 방향에 대하여 평행하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 4의 발명에 의하면, 상기 인코더판에 설치된 상기 슬릿군을 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서를 연결하는 방향으로 평행하게 형성하고, 간이한 구성에 의하여 정밀도가 높은 각도 검출을 행할 수 있다.

또, 청구항 5에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 슬릿군은 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서를 연결하는 방향에 대하여 수직하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 6, 7에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 인코더판은 상기 슬릿군을 거쳐 상기 제 1 및 제 2 센서에 빛을 출사하는 광원을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 센서는, 포토인터럽터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 8, 9에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 슬릿군은, 상기 제 1 및 제 2 센서로부터 출사된 빛을 반사 또는 산란시키는 슬릿형상의 검출군이고, 상기 제 1 및 제 2 센서는, 포토리플렉터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 10, 11에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 슬릿군은 슬릿형상의 자석군이고, 상기 제 1 및 제 2 센서는, 자기 센서로서 기능하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 12, 13에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 인코더판은 일체로 성형되는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 12, 13의 발명에 의하면, 상기 인코더판이 일체로 성형되어 있기 때문에 인코더판 사이의 위치 어긋남에 의한 정밀도의 열화를 방지할 수 있다.

또, 청구항 14에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 방향 판별수단은, 상기 2상 센서의 검출값을 4 체배하여 검출하는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 14의 발명에 의하면, 상기 방향 판별수단이, 상기 2상 센서의 검출값을 4 체배하여 검출하여 정밀도가 높은 위치 검출 뿐만 아니라, 방향 판별도 가능하게 하고, 또한 동일한 분해능을 얻기 위하여 슬릿 간격을 넓힐 수 있기 때문에 간이한 구성에 의하여 정밀도가 높은 각도 검출을 행할 수 있다.

또, 청구항 15에 관한 각도 검출장치는, 상기한 발명에 있어서 상기 각도 산출수단은 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 사이의 거리의 길이, 또는 상기 제 1 및 제 2 센서의 각도 증대에 따르는 오차를 보정하는 보정 테이블을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 16에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 탄성체를 거쳐 고정부에 접속되고, 그 요동축을 상기 고정부에 가지는 가동부의 양쪽 끝에 설치되어 요동하는 상기 가동부의 변위량을 검출하는 제 1 및 제 2 센서와, 상기 제 1 및 제 2 센서가 검지한 각 변위량과, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서 사이의 거리를 기초로 상기 가동부의 변위 각도를 산출하는 각도 산출수단을 구비한 각도 검출장치와, 상기 가동부를 요동시키는 요동수단과, 상기 각도 검출장치의 검출결과를 기초로 상기 요동수단에 의한 요동을 제어하는 요동 제어수단을 구비하고, 상기 각도 검출장치는,
상기 가동부의 임의의 소정 위치를 검출하는 제 3 센서를 더 구비하고, 상기 각도 산출수단은, 상기 제 1 및 제 2 센서의 검출값을 기초로 상기 가동부의 각 양쪽 끝부의 동작방향을 판별하는 방향 판별수단과, 상기 제 3 센서의 위치 검출결과를 기초로 상기 제 1 및 제 2 센서의 동작영역을 결정하는 영역 결정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 17에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 상기한 발명에 있어서 상기 제 1 및 제 2 센서는 각각 2상 센서인 것을 특징으로 한다.

삭제

또, 청구항 19에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 상기한 발명에 있어서 상기 각도 검출장치는 적어도 상기 제 1 및 제 2 센서의 궤적의 각각에 대응하는 영역에 설치된 슬릿군을 가진 인코더판을 구비하고, 상기 슬릿군은 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서를 연결하는 방향에 대하여 평행하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 20에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 상기한 발명에 있어서 상기 인코더판은 상기 슬릿군을 거쳐 상기 제 1 및 제 2 센서에 빛을 출사하는 광원을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 센서는 포토인터럽터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 21에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 상기한 발명에 있어서 상기 인코더판은 일체로 성형되는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 22에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 상기한 발명에 있어서 상기 방향판별수단은 상기 2상 센서의 검출값을 4 체배하여 검출하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 23에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 상기한 발명에 있어서 상기 각도산출수단은 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 사이의 거리의 길이, 또는 상기 제 1 및 제 2 센서의 각도 증대에 따르는 오차를 보정하는 보정 테이블을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 24에 관한 스캔형 엑츄에이터는, 상기한 발명에 있어서 레이저 스캔장치로서 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제 1 및 제 2 센서가, 탄성체를 거쳐 고정부에 접속되는 가동부의 양쪽 끝에 설치되어 요동하는 상기 가동부의 변위량을 검출하고, 각도 산출수단이, 상기 제 1 및 제 2 센서가 검지한 각 변위량과, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서 사이의 거리를 기초로 상기 가동부의 변위 각도를 산출하도록 하여, 스캔형 엑츄에이터의 가공 정밀도나, 접합 정밀도나, 판스프링이나 토션바 등의 스프링 정수 등의 동특성(danamic characteristic)의 영향을 받지 않고 변칙적인 동작을 하는 가동부의 각도를 간이하고 또한 정밀도 좋게 검출할 수 있다는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면 각도 산출수단은, 방향 판별수단이 2상 센서의 검출값을 기초로 불변형부의 각 양쪽 끝부의 동작방향을 판별하고, 제 3 센서에 의한 가동부의 중심 위치 검출결과를 기초로 제 1 및 제 2 센서의 동작영역을 결정하고 있기 때문에, 가동부의 채터링에 의한 오차발생의 방지와 정밀도가 높은 절대각도 검출을 행할 수 있다는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면 인코더판에 설치된 슬릿군을, 제 1 센서와 제 2 센서를 연결하는 방향으로 평행하게 형성하고, 또는 수직하게 형성하도록 하고 있기 때문에, 간이한 구성에 의하여 정밀도가 높은 각도 검출을 행할 수 있다는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면 인코더판이 일체로 성형되어 있기 때문에, 인코더판 사이의 위치 어긋남에 의한 정밀도의 열화를 방지할 수 있다는 효과를 가진다.

또, 본 발명에 의하면 방향 판별수단이, 2상 센서의 검출값을 4 체배하여 검출하여 정밀도가 높은 위치 검출 뿐만 아니라, 방향 판별도 가능하게 하고, 또한 동일한 분해능을 얻기 위하여 슬릿 간격을 넓힐 수 있기 때문에, 간이한 구성에 의하여 정밀도가 높은 각도 검출을 행할 수 있다는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1인 각도 검출장치를 포함하는 스캔형 엑츄에이터의 일부 구성을 나타내는 도,

도 2는 도 1에 나타낸 스캔형 엑츄에이터의 개요 구성을 나타내는 모식도,

도 3은 도 1에 나타낸 가동부의 스캔상태를 나타내는 도,

도 4는 도 1에 나타낸 각도 검출장치의 구성을 나타내는 블럭도,

도 5는 인코더 슬릿판과 가동부와의 위치관계 및 인코더 슬릿판의 구성을 나타내는 도,

도 6은 도 4도에 나타낸 인코더 슬릿판과 가동부의 2상 포토센서와의 위치관계를 나타내는 도,

도 7은 a상 신호와 b상 신호와의 위상관계와 4 체배 검출처리를 나타내는 도,

도 8은 분해능을 설명하는 도,

도 9는 무빙코일에 흘리는 전류와 2상 포토센서의 검출거리와 산출된 각도와의 데이터를 나타내는 도,

도 10은 무빙코일에 흘리는 전류와 가동부의 각도와의 관계를 나타내는 도,

도 11은 본 발명의 실시형태 1인 각도 검출장치의 변형예의 구성을 나타내는 도,

도 12는 본 발명의 실시형태 1인 각도 검출장치의 변형예의 구성을 나타내는 도,

도 13은 본 발명의 실시형태 2인 각도 검출장치의 인코더 슬릿판과 가동부와의 위치관계를 나타내는 도,

도 14는 본 발명의 실시형태 2인 각도 검출장치의 일부 구성을 나타내는 도,

도 15는 본 발명의 실시형태 3인 각도 검출장치를 포함하는 스캔형 엑츄에이터의 일부 구성을 나타내는 도,

도 16은 본 발명의 실시형태 1 ~ 3이 적용되는 스캔형 엑츄에이터의 개요 구 성을 나타내는 도,

도 17은 본 발명의 실시형태 1 ~ 3이 적용되는 스캔형 엑츄에이터의 개요 구성을 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 51a, 51b : 고정부 2 : 판스프링

3, 53, 61, 71 : 가동부 4, 4e : 슬릿

4R, 4L, 4A, 4B, 54R, 54L : 인코더 슬릿판

4d : 반사부 5 : 지지부

6 : 무빙코일 11 : 제어부

12 : 구동부 13 : 처리부

14 : 발광부 15R, 15L : 4 체배방향 변별부

16R, 16L : 카운터 17 : 연산처리부

18 : A/B 차분거리 연산처리부 19 : 각도 연산처리부

20 : 보정 테이블 24 : 광원

52 : 토션바 72 : 렌즈

SR, SL, SR2, SL2, SR5, SL5 : 2상 포토센서

SC : 원점센서 Ra, Rb, La, Lb : 포토트랜지스터

Rc, Lc : 발광부 Ea, Eb : 영역

이하에 본 발명에 관한 각도 검출장치 및 이것을 사용한 스캔형 엑츄에이터 의 실시형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 또한 이 실시형태에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시형태 1)

도 1은 본 발명의 실시형태 1인 각도 검출장치를 가진 스캔형 엑츄에이터의 일부 구성을 나타내는 사시도이다. 또 도 2는 도 1에 나타낸 스캔형 엑츄에이터의 전체 개요 구성을 나타내는 모식도이다. 이 스캔형 엑츄에이터는, 도로·교통 인프라용의 스캔형 엑츄에이터로서, 스캔형 레이저 레이더장치의 일부를 구성하는 것이다.

도 1 및 도 2에 있어서, 이 스캔형 엑츄에이터는, 발광부(14)로부터 출력된 레이저를 반사하여 소정 각도의 스캔을 행하는 가동부(3)를 가진다. 가동부(3)는 탄성체로서의 판스프링(2)을 거쳐 고정부(1)에 접속된다. 가동부(3)는, 스캔하는 레이저광의 반사방향에 대하여 수직하게 배치된 판형상부재에 의하여 구성되고, 레이저광의 반사면의 반대측은 무빙코일(6)이 설치된다. 무빙코일(6)은, 가동부(3)의 궤도를 규정하여 제어부(11) 내의 구동부(12)로부터 출력된 전류값에 따라 구동한다. 예를 들면 구동부(12)가 교류 전류를 출력하면, 무빙코일이 요동하고, 이것에 의하여 가동부(3)가 요동하여 레이저광이 스캔된다.

가동부(3)의 양쪽 끝의 하단부에는, 2상 포토센서(SR, SL)가 설치되고, 이 2상 포토센서(SR, SL)의 궤도경로를 커버한 인코더 슬릿판(4R, 4L)이 설치된다. 인코더 슬릿판(4R, 4L)에는 도시 생략한 광원으로부터의 빛을 통과시키는 슬릿이 설치되고, 2상 포토센서(SR, SL)는, 이 슬릿을 통과한 빛을 검출하여 인코더 슬릿판 (4R, 4L)을 기준으로 한 이동량을 검출한다. 즉, 2상 포토센서(SR, SL)는 포토인터럽터형의 센서이다.

2상 포토센서(SR, SL)가 검출한 값과, 판스프링(2)이 변형하지 않는 가동부(3)의 원점위치를 검출하는, 뒤에서 설명하는 원점 센서(SC)가 검출한 값이란, 제어부(11)의 처리부(13)에 출력되고, 처리부(13)는 이들 값을 기초로 가동부(3)의 각도를 연산 출력한다. 제어부(11)는 처리부(13)가 연산 출력한 각도를 기초로 구동부(12)를 피드백제어한다. 또한 지지부(5)는 고정부(1 )및 무빙코일(6)을 가이드하는 부분을 지지한다.

도 3은 가동부(3)의 요동동작을 나타내는 모식도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 가동부(3)의 반사면이, 레이저광이 스캔되는 검지방향에 대하여 수직한 상태가 기준이 되는 원점 위치가 된다. 또 가동부(3)는 이 위치로부터 ±θ 0 요동하어 판스프링(2)과 가동부(3)와의 접속점, 즉 가동부(3)의 중심위치도 변화된다.

도 4는 도 1 및 도 2에 나타낸 스캔형 엑츄에이터의 각도 검출장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 4에 있어서 인코더 슬릿판(4R, 4L)은, 각 2상 포토센서(SR, SL)의 궤도 경로를 커버하고, x 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(4)이 y 방향으로 간격(δ)을 가지게 하여 배치된다. 또한 가동부(3)의 각도가 0도일 때에 있어서의 판스프링(2)의 선단부분을 검출하는 원점센서(SC)가 설치되어 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이 인코더 슬릿판(4R, 4L)은, 복수의 슬릿(4)을 가짐과 동시에, 하부에 광원(24)을 가지고, 광원으로부터의 광은 슬릿(4)으로부터 2상 포토센서(SR, SL)측으로 출력된다.

도 6은 2상 포토센서(SR, SL)와 슬릿(4)과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이 2상 포토센서(SR, SL)는, 가동부(3)의 양쪽 끝에 설치되고, 각각 2개의 포토트랜지스터(Ra, Rb, La, Lb)를 가지고, 슬릿(4)을 거친 광을 검출한 경우에 온상태가 되는 펄스를 출력한다. 여기서 포토트랜지스터(Ra, Rb) 및 포토트랜지스터(La, Lb)는 각각 각도 0도의 상태에서 슬릿(4)의 길이방향으로 1/2δ의 간격을 가지고 수직하게 배치된다. 따라서 가동부(3)가 요동한 경우, 포토트랜지스터(Ra, Rb) 및 포토트랜지스터(La, Lb)로부터는 각각 90도의 위상차를 가진 펄스가 출력된다. 여기서 가동부(3)가 반시계방향으로 이동하는 경우, 포토트랜지스터(Ra, Rb)는, 포토트랜지스터(Ra, Rb)의 순서로 슬릿(4)으로부터의 빛을 검출하고, 포토트랜지스터 (La, Lb)는, 포토트랜지스터(La, Lb)의 순서로 슬릿(4)으로부터의 광을 검출한다. 그래서 포토트랜지스터(Ra, La)가 검출한 펄스신호를 a상 신호라 하고, 포토트랜지스터(Rb, Lb)가 검출한 펄스신호를 b상 신호라 한다.

도 4에 있어서, 2상 포토센서(SR)로부터는 포토트랜지스터(Ra)로부터의 a상 신호(SRa)와 포토트랜지스터(Rb)로부터의 b상 신호(SRb)가 출력되어 처리부(13)의 4체배방향 변별부(15R)에 입력된다. 한편, 2상 포토센서(SL)로부터는 포토트랜지스터 (La)로부터의 a상 신호(SLa)와 포토트랜지스터(Lb)로부터의 b상 신호(SLb)가 출력되어, 처리부(13)의 4체배방향 변별부(15L)에 입력된다.

4 체배방향 변별부(15R)는, a상 신호(SRa) 및 b상 신호(SRb)의 펄스의 상승 및 하강의 모든 시점(t1-t4)을 검출하고, 4 체배방향 변별부(15L)는, a상 신호(SLa) 및 b상 신호(SLb)의 펄스의 상승 및 하강의 모든 시점(t1 ~ t4)을 검출한다. 여기서 도 7에 나타내는 바와 같이 a상 신호와 b상 신호의 사이는 90도의 위상차가 있기 때문에 1주기 360도의 기간에 있어서, 90도마다 4개의 신호를 얻을 수 있어, 2상 포토센서(SR, SL)의 위치검출의 분해능을 4배로 올릴 수 있다.

또, 4 체배방향 변별부(15R, 15L)는, a상 신호가 b상 신호에 대하여 진행되고 있는 경우[도 7(a)]에는 가동부(3)가 반시계방향으로 이동하고 있는 것으로 판단할 수 있고, 이 경우, 펄스의 상승 및 하강마다 펄스신호(Sup)를 카운터(16R, 16L)에 출력한다. 한편, a상 신호가 b상 신호에 대하여 지연되고 있는 경우[도 7(b)]에는 가동부(3)가 시계방향으로 이동하고 있는 것으로 판단할 수 있고, 이 경우 펄스의 상승 및 하강마다 펄스신호(Sdown)를 카운터(16R, 16L)에 출력한다.

카운터(16R, 16L)는, 펄스신호(Sup)의 입력마다 카운트값을 증분하고, 펄스신호(Sdwn)의 입력마다 카운트값을 증분한다. 예를 들면 반시계방향으로 15개 카운트된 후, 시계방향으로 5개 카운트되면 카운터(16R, 16L)는 10개의 카운트값을 출력한다. 즉, 4 체배방향 변별부(15R, 15L)에 의한 가동부(3)의 이동방향을 판별함으로써, 채터링 등에 의한 잘못된 카운트를 방지할 수 있다.

또, 카운터(16R, 16L)에는 원점센서(SC)로부터의 펄스신호(S1)가 각각 입력된다. 이 펄스신호(S1)는 리세트 펄스로서의 기능을 가지고, 카운터(16R, 16L)는 리세트된다. 이것에 의하여 카운터(16R, 16L)로부터 출력된 신호(SB, SA)는 가동부(3)가 0도의 상태를 기준으로 한 y 방향 성분의 카운트값(nB, nA)이 된다. 이 카운트값 (nB, nA)을 가지는 신호(SB, SA)는, 연산처리부(17)의 A/B 차분거리 연산처리부(18)에 입력된다.

A/B 차분거리 연산 처리부(18)는, y 방향의 변위량(ΔLθy)을 다음 수학식 (1)에 의하여 산출한다.

이 변위량(ΔLθy)은, 각도 연산처리부(19)에 출력되고, 각도 연산처리부(19)는 2상 센서(SR, SL) 사이의 거리를 L이라 하고, 다음 수학식 (2)에 의하여 가동부(3)의 기준 위치에 대한 상대적인 각도(θ)를 산출한다.

이와 같이 하여 가동부(3)의 요동이 진원이 아닌 변칙적인 궤도를 가지는 경우에도 가동부(3)의 각도를 검출할 수 있다. 또한 2상 센서(SR, SL) 사이의 거리(L)를 길게 취하는 경우나 요동하는 각도(θ0)가 작은 경우에는, 한층 정밀도 높게 각도(θ)를 검출할 수 있다.

이 경우, 스캔형 엑츄에이터의 가공 정밀도나, 접합 정밀도나, 판스프링의 스프링 정수 등의 동특성 등의 영향을 받지 않고, 슬릿(4)도 등간격(δ)으로 배치할 뿐이기 때문에, 정밀도가 높은 각도 검출을 간이하게 행할 수 있다.

또한 2상 센서(SR, SL) 사이의 거리(L)를 길게 취하지 않는 경우나 요동하는 각도(θ0)가 큰 경우에는, y 방향 성분의 카운트값(nB, nA)과 각도(θ)와의 관계가 리니어가 되지 않기 때문에 보정 테이블(20)에 저장된 보정값을 사용하여 각도(θ) 를 보정하도록 하여도 좋다.

또, 4 체배방향 변별부(15R, 15L)는, a상 신호 및 b상 신호를 4 체배하고 있으나, 이것에 한정하지 않고, 2 체배, 1 체배로 검출하도록 하여도 좋다. 단, 4 체배로 검출하면, 동일한 분해능으로, 슬릿(4)의 간격(δ)을 4배로 할 수 있기 때문에, 4 체배로 검출하는 것이 바람직하다.

여기서 구체적인 분해능에 대하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이 각도 검출 분해능을 「θs」라 하면, 간격(δ)은 다음 수학식 (3)으로 나타낼 수 있다.

따라서,

로 나타낸다. 여기서, 구체적으로 거리 L=110 mm, 스캔의 각도 θ0=±25°, 슬릿(4)의 간격 δ=0.5 mm라 하면, 4 체배로 검출되고 있기 때문에, 간격 δ=0.125 mm가 되고, 이들 값을 수학식 (4)에 대입하면,

이 되는 분해능을 얻을 수 있다. 반대로 원하는 분해능을 얻기 위한, 슬릿(4)의 간격(δ)을 얻을 수도 있고, 거리(L)를 얻을 수 있다.

이 구체적인 각도 검출장치에 있어서의 무빙코일(6)에 흘리는 전류(I)와, 가동부(3)의 실제의 각도(θm)와, 수학식 (2)에 의하여 얻어진 산출 각도(θ)와의 관계를 나타내면, 도 9와 같이 되었다. 여기서 실측 각도(θm)와, 산출 각도(θ)와의 관계를 도 10에 나타낸다. 도 10으로부터 실측 각도(θm)와 산출 각도(θ)와의 관계는 리니어하여 보정을 하지 않고 정밀도가 높은 각도 검출을 용이하게 행할 수 있다.

또한 도 4에 나타낸 각도 검출장치에서는 2개의 독립된 인코더 슬릿판(4R, 4L)을 사용하고 있었으나, 도 11에 나타내는 바와 같이 하나의 인코더 슬릿판(4A)상에 슬릿(4)을 형성하도록 하여도 좋다. 이 경우, 2상 포토센서(SR)측의 슬릿(4)과 2상 포토센서(SL)측의 슬릿(4)과의 위치관계를 고정할 수 있으므로, 한층 정밀도가 높은 각도 검출을 행할 수 있다. 또한 길이방향의 2개의 슬릿을 하나의 슬릿으로서 형성하도록 하여도 좋다.

또한 2상 포토센서(SR, SL)는, 포토인터럽터형의 센서였으나, 이것에 한정하지 않고, 포토리플렉터형의 센서로서 구성하여도 좋다. 이 경우, 도 12에 나타내는 바와 같이 슬릿(4) 대신에 슬릿형상의 반사영역(Ea)을 가지는 반사부(4d)를 형 성하고, 그 밖의 영역(Eb)은 광을 산란시키도록 형성한다. 또한 2상 포토센서(SR, SL)의 근방에 각각 발광부(Rc, Lc)를 설치한다. 이것에 의하여 도 4에 나타낸 각도 검출장치와 동일한 정밀도의 각도 검출을 간이하게 행할 수 있다. 또 반대로 영역(Ea)을 빛의 산란영역으로 하고, 영역(Eb)을 빛의 반사영역으로 하여도 좋다. 또한 빛의 산란은 그 영역에 요철을 형성함으로써 용이하게 행할 수 있다.

또한 상기한 처리부(13)의 연산처리부(17)는, 소프트웨어적으로 처리하고, 그 밖의 구성을 하드웨어적으로 처리하고 있으나, 이것에 한정하지 않고, 적절하게 소프트웨어처리와 하드웨어처리로 변경할 수 있다.

(실시형태 2)

다음에, 본 발명의 실시형태 2에 대하여 설명한다. 상기한 실시형태 1에서는 인코더 슬릿판(4R, 4L)의 슬릿(4)의 길이방향이, 정지시의 가동부(3)의 길이방향과 동일하게 설정하여 y 방향의 변동거리를 검출하고 있었으나, 이 실시형태 2에서는 슬릿의 길이방향과, 정지시의 가동부(3)의 길이방향이 직교하도록 형성하여, x 방향의 변동거리를 검출하도록 하고 있다.

도 13은 본 발명의 실시형태 2인 각도 검출장치의 가동부와 인코더 슬릿판과의 상세구성을 나타내는 도면이다. 또 도 14는 본 발명의 실시형태 2인 각도 검출장치의 가동부(3)와 인코더 슬릿판(4A, 4B)과의 위치관계를 나타내는 도면이다. 도 13 및 도 14에 있어서 슬릿(4e)은, 가동부(3)의 길이방향과 직교하는 방향으로 연장되어 가동부(3)의 길이방향으로 등간격(6)으로 배열되어 있다.

여기서 2상 포토센서(SR, SL)에 대응하는 2상 포토센서(SR2, SL2)의 각 포토 트랜지스터(R2a, R2b, L2a, L2b)는 가동부(3)의 길이방향을 따라 배열된다. 또 포토트랜지스터(R2a, R2b) 및 포토트랜지스터(L2a, L2b)의 각 간격은 1/2δ로 설정되고, 포토트랜지스터(R2a, R2b)의 각 펄스에 90°의 위상차를 가지게 하고, 포토트랜지스터(L2a, L2b)의 각 펄스에 90°의 위상차를 가지게 하도록 하고 있다.

여기서, A/B 차분거리 연산처리부(18)는, x 방향의 변위량(ΔLθx)을 다음 수학식 (5)에 의하여 산출한다.

이 변위량(ΔLθx)은, 각도 연산처리부(19)에 출력되고, 각도 연산처리부(19)는 2상 센서(SR2, SL2) 사이의 거리를 L이라 하여 다음 수학식 (6)에 의하여 가동부(3)의 기준위치에 대한 상대적인 각도(θ)를 산출한다.

이와 같이 하여 가동부(3)의 요동이 진원이 아닌 변칙적인 궤도를 가지는 경우에도 가동부(3)의 각도를 검출할 수 있다. 또한 2상 센서(SR2, SL2) 사이의 거리 (L)를 길게 취하는 경우나 요동하는 각도(θ0)가 작은 경우에는 한층 정밀도 높게 각도(θ)를 검출할 수 있다.

이 경우, 스캔형 엑츄에이터의 가공 정밀도, 접합 정밀도, 판스프링의 스프링 정수 등의 동특성의 영향을 받지 않고, 슬릿(4e)도 등간격(δ)으로 배치할 뿐이 기 때문에 정밀도가 높은 각도 검출을 간이하게 행할 수 있다.

(실시형태 3)

상기한 실시형태 1, 2에서는 판스프링을 사용한 스캔형 엑츄에이터이었으나, 이 실시형태 3에서는 토션바를 사용한 스캔형 엑츄에이터로 하고 있다.

도 15는 본 발명의 실시형태 3인 각도 검출장치를 포함하는 스캔형 엑츄에이터의 일부 구성을 나타내는 도면이다. 이 스캔형 엑츄에이터는 실시형태 1에 있어서의 판스프링(2) 대신에 토션바(52)를 사용하고, 이 토션바(52)의 복원력을 유효 이용하여 가동부(3)에 대응하는 가동부(53)가 토션바(52)의 축을 중심으로 요동한다. 이 가동부(53)의 요동은 도시 생략한 무빙코일 등을 사용하여 요동시켜도 좋고, 토션바(52) 자체를 회동하여 요동시키도록 하여도 좋다.

가동부(53)의 중심은 토션바(52)를 관통하고, 토션바(52)의 양쪽 끝은 고정부(51a, 51b)에 의하여 고정된다. 가동부(53)의 길이방향의 양쪽 끝부의 하부에는 실시형태 1과 마찬가지로 2상 포토센서(SR5, SL5)가 설치되고, 이 2상 포토센서(SR5, SL5)의 궤적을 커버하도록 실시형태 1과 마찬가지로 인코더 슬릿판(54R, 54L)이 설치된다. 이 2상 포토센서(SR5, SL5)와 인코더 슬릿판(54R, 54L)에 의하여 검출되는 가동부(53)의 절대 각도는, 실시형태 1, 2를 적용하여 구할 수 있다.

이와 같이 하여 판스프링(2)에 한정하지 않고, 토션바(52)를 유효하게 이용하여 요동하는 가동부(53)이더라도, 이 가동부(53)의 각도를 간이하고 또한 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 또한 이 실시형태 3에서는 토션바(52)를 하나의 토션바로 하고있으나, 고정부(51a)와 가동부(53)의 사이 및 고정부(51b)와 가동부(53) 사이 의 각각에 독립된 2개의 토션바를 설치하도록 하여도 좋다.

또한 상기한 실시형태 1 ~ 3에 나타낸 스캔형 엑츄에이터는, 도 2에 나타낸 형태 외에, 예를 들면 도 16에 나타내는 스캔형 엑츄에이터로서 적용할 수 있다. 이 스캔형 엑츄에이터는 판스프링(2)의 선단에 고정된 가동부(61)가 밀리파의 송수신 안테나로서 기능한다. 이 경우에 있어서도 2상 포토센서를 가동부(61)의 양쪽 끝에 설치하고, 가동부(61)의 하부에 인코더 슬릿판을 설치한다.

또한 상기한 실시형태 1 ~ 3에 나타낸 스캔형 엑츄에이터에서는 예를 들면 가동부(3)가 발광부(14)로부터의 레이저빛을 반사시키는 것이었으나, 도 17에 나타내는 스캔형 엑츄에이터는 레이저광인 빛(73)을 가동부(71)의 렌즈(72)를 거쳐 검출방향으로 출사하여 레이저광을 스캔하고 있다. 이 도 17에 나타내는 스캔형 엑츄에이터에도 상기한 실시형태 1 ~ 3을 적용할 수 있고, 이 경우에 있어서도 2상 포토센서를 가동부(71)의 양쪽 끝에 설치하고, 가동부(71)의 하부에 인코더 슬릿판을 설치한다.

또한 상기한 실시형태 1 ~ 3에서는 광센서로서의 2상 포토센서(SR, SL)를 사용하고 있었으나, 이것에 한정하지 않고, 자기센서에 의하여 형성하여도 좋다. 자기센서로서는 홀소자, 자기 저항소자, 자기 트랜지스터 등과, 영구자석, 자기 스케일, 전자석 등을 적절하게 조합시켜 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 관한 각도 검출장치 및 이것을 사용한 스캔형 엑츄에이터는, 판스프링이나 토션바 등의 탄성체를 거쳐 요동되는 가동부의 각도를 검출 하는 각도 검출장치 및 이것을 사용한 스캔형 엑츄에이터에 유용하며, 특히 도로, 교통 인프라용 레이저 레이더 스캔장치에 적합하다.

Claims

탄성체를 거쳐 고정부에 접속되고, 그 요동축을 상기 고정부에 가지는 가동부의 양쪽 끝에 설치되어 요동하는 상기 가동부의 변위량을 검출하는 제 1 및 제 2 센서와,

적어도 상기 제 1 및 제 2 센서의 궤적의 각각에 대응하는 영역에 설치된 슬릿군을 가진 인코더판과,

상기 제 1 및 제 2 센서가 검지한 각 변위량과, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서 사이의 거리를 기초로 상기 가동부의 변위 각도를 산출하는 각도 산출수단과,

상기 가동부의 임의의 소정 위치를 검출하는 제 3 센서를 구비하고,

상기 각도 산출수단은,

상기 제 1 및 제 2 센서의 검출값을 기초로 상기 가동부의 각 양쪽 끝부의 동작방향을 판별하는 방향 판별수단과,

상기 제 3 센서의 위치 검출결과를 기초로 상기 제 1 및 제 2 센서의 동작영역을 결정하는 영역 결정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 센서는 각각 2상 센서인 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 슬릿군은, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서를 연결하는 방향에 대하여 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 1항에 있어서,

상기 슬릿군은, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서를 연결하는 방향에 대하여 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 4항에 있어서,

상기 인코더판은, 상기 슬릿군을 거쳐 상기 제 1 및 제 2 센서에 빛을 출사하는 광원을 구비하고,

상기 제 1 및 제 2 센서는, 포토인터럽터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 5항에 있어서,

상기 인코더판은, 상기 슬릿군을 거쳐 상기 제 1 및 제 2 센서에 빛을 출사하는 광원을 구비하고,

상기 제 1 및 제 2 센서는, 포토인터럽터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 4항에 있어서,

상기 슬릿군은, 상기 제 1 및 제 2 센서로부터 출사된 빛을 반사 또는 산란시키는 슬릿형상의 검출군이고,

상기 제 1 및 제 2 센서는, 포토리플렉터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 5항에 있어서,

상기 슬릿군은, 상기 제 1 및 제 2 센서로부터 출사된 빛을 반사 또는 산란시키는 슬릿형상의 검출군이고,

상기 제 1 및 제 2 센서는, 포토리플렉터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 4항에 있어서,

상기 슬릿군은, 슬릿형상의 자석군이고,

상기 제 1 및 제 2 센서는, 자기센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 5항에 있어서,

상기 슬릿군은, 슬릿형상의 자석군이고,

상기 제 1 및 제 2 센서는, 자기센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 4항에 있어서,

상기 인코더판은, 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 5항에 있어서,

상기 인코더판은, 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 1항에 있어서,

상기 방향 판별수단은, 상기 2상 센서의 검출값을 4 체배하여 검출하는 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
제 1항에 있어서,

상기 각도 산출수단은, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 사이의 거리의 길이, 또는 상기 제 1 및 제 2 센서의 각도 증대에 따르는 오차를 보정하는 보정 테 이블을 더 구비한 것을 특징으로 하는 각도 검출장치.
탄성체를 거쳐 고정부에 접속되고, 그 요동축을 상기 고정부에 가지는 가동부의 양쪽 끝에 설치되어 요동하는 상기 가동부의 변위량을 검출하는 제 1 및 제 2 센서와,

상기 제 1 및 제 2 센서가 검지한 각 변위량과, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서 사이의 거리를 기초로 상기 가동부의 변위 각도를 산출하는 각도 산출수단을 구비한 각도 검출장치와,

상기 가동부를 요동시키는 요동수단과,

상기 각도 검출장치의 검출결과를 기초로 상기 요동수단에 의한 요동을 제어하는 요동 제어수단을 구비하고,

상기 각도 검출장치는,

상기 가동부의 임의의 소정 위치를 검출하는 제 3 센서를 더 구비하고,

상기 각도 산출수단은,

상기 제 1 및 제 2 센서의 검출값을 기초로 상기 가동부의 각 양쪽 끝부의 동작방향을 판별하는 방향 판별수단과,

상기 제 3 센서의 위치 검출결과를 기초로 상기 제 1 및 제 2 센서의 동작영역을 결정하는 영역 결정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.
제 16항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 센서는 각각 2상 센서인 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.
삭제
제 16항에 있어서,

적어도 상기 각도 검출장치는,

상기 제 1 및 제 2 센서의 궤적의 각각에 대응하는 영역에 설치된 슬릿군을 가진 인코더판을 구비하고,

상기 슬릿군은, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서를 연결하는 방향에 대하여 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.
제 19항에 있어서,

상기 인코더판은, 상기 슬릿군을 거쳐 상기 제 1 및 제 2 센서에 빛을 출사하는 광원을 구비하고,

상기 제 1 및 제 2 센서는, 포토인터럽터형의 센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.
제 19항에 있어서,

상기 인코더판은, 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.
제 16항에 있어서,

상기 방향 판별수단은, 상기 2상 센서의 검출값을 4 체배하여 검출하는 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.
제 16항에 있어서,

상기 각도 산출수단은, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 사이의 거리의 길이, 또는 상기 제 1 및 제 2 센서의 각도 증대에 따르는 오차를 보정하는 보정 테이블을 더 구비한 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.
제 16항에 있어서,

레이저 스캔장치로서 사용되는 것을 특징으로 하는 스캔형 엑츄에이터.