(57)【要約】本発明は、照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）を有している光学的なセンサ装置（４０，１４０）を用いて回転する構成要素（１５，１５２）に配属されているコード担体（１１，１３，４６，４７）のパターン化領域（１２，１４）を検出するための方法において、次のステップを有している：コード化領域（１２，１４）の回転に基づいてその反射を検出しかつＡＳＩＣ（４）の表面（５，３１）の表面アレイ（６，７）に集束する。１つのマルチターンコード担体（１４９，１５５）を回転する構成要素（１５，１５２）に配属させ、該マルチターンコード担体（１４９，１５５）は検出可能な表面（１５８，１２０）を有しておりかつ前記コード化パターン（１２，１４）が設けられているコード担体（４６，４７）のローテイティングレシオとは異なっているレシオ（１０３，１０４）において回転可能である。
2005517169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）を有している光学的なセンサ装置（４０，１４０）を用いて回転する構成要素（１５，１５２）に配属されているコード担体（１１，１３，４６，４７）のパターン化領域（１２，１４）を検出するための方法において、
コード化パターン（１２，１４）の反射（１６，１７）を該パターンの回転に基づいて検出しかつ該反射をＡＳＩＣ（４）の表面（５，３１）の表面アレイ（６，７）に集束し、
１つのマルチターンコード担体（１４９，１５５）を検出可能な表面を有している回転する構成要素（１５，１５２）に配属させ、該マルチターンコード担体（１４９，１５５）は、前記コード化パターン（１２，１４）が設けられているコード担体（４６，４７）のローテイティングレシオとは異なっているギアリングレシオ（１０３，１０４）において回転可能である
というステップを有している検出方法。
【請求項２】
前記コード担体（４６，４７）およびマルチターンコード担体（１４９，１５５）は、マルチターン情報を突き止めるための情報を含んでいる画像を生成するために順次または同時に照明される
請求項１記載の検出方法。
【請求項３】
前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）および入力側コード担体（４７）上の角度に基づいているレーザマーク（１２１）のコード化パターン像は相互に相応している
請求項２記載の検出方法。
【請求項４】
前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）および出力側コード担体（４６）上の角度に基づいているレーザマーク（１２１）のコード化パターン像は相互に相応している
請求項２記載の検出方法。
【請求項５】
回転可能な構成要素（１５，１５２）の複数回のターンがコード担体（４６，４７；１４９，１５５）の２つのコード情報を使用する変形されたノギス式計算によって検出される
請求項１記載の検出方法。
【請求項６】
回転可能な構成要素（１５，１５２）の複数回のターンがコード担体（４６，４７；１４９，１５５）の３つのコード情報を使用するｎ次元のノギス式計算によって検出される
請求項１記載の検出方法。
【請求項７】
コード担体（４６，４７）およびマルチターンコード担体（１４９，１５５）の外周（１５６，１５７）上のターニングマーク（１２０）は前記照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）の照明効率を高めるために非対称に配置されている
請求項１記載の検出方法。
【請求項８】
照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）と反射（１６，１７）をＡＳＩＣ構成要素（４）の表面（５，３１）に集束するためのレンズ系（８，１２４）とを有している光学的なセンサ装置を用いて回転する構成要素（１５，１５２）に配属されているコード担体（１１，１３，４６，４７）のパターン化領域（１２，１４）を検出するための装置において、
１つのマルチターンコード担体（１４９，１５５；１５９）が回転する構成要素（１５，１５２）に配属されており、該マルチターンコード担体（１４９，１５５；１５９）は前記コード担体（４６，４７）のローテイティングレシオとは異なっているレシオ（１０３，１０４）において駆動される
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記レンズ系（１２４）はハウジング内に配置されている第１のレンズ（１２５）および第２のレンズ（１２６）を有しており、該レンズ（１２５，１２６）の１つは前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）に配属されており、該マルチターンコード担体の反射をＡＳＩＣ（４）のアレイ（６，７）に集束する
請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記２重レンズ系（１２４）は前記コード担体（４６，４７；１４９，１５５）の２つのコード化パターンをＡＳＩＣ構成要素（４）の同じアレイ（６または７）に結像する
請求項８記載の装置。
【請求項１１】
ＡＳＩＣ像（２８，１３０）における最大のコントラストは非対称のターニングマーク（１２０）および角度に基づいているレーザマーク（１２１）によって生成される
請求項８記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの照明手段（１２２，１２３，１２７，１３２）が前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）に配属されている
請求項８記載の装置。
【請求項１３】
前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）はそれぞれ、コード担体（４６，４７）の１つに配属されている
請求項８記載の装置。
【請求項１４】
第２のレンズ（１２６）は、コード担体（４６，４７）の表面（１５６，１５７）の反射の検出に配属されている
請求項９記載の装置。
【請求項１５】
レンズ系に対する照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）と反射（１６，１７）をＡＳＩＣ構成要素（４）の表面（５，１３１）に集束するためのレンズ系（８，１２４）とを有している光学的なセンサ装置を用いて回転する構成要素（１５，１５２）に配属されているコード担体（１１，１３；４６，４７）のパターン化領域（１２，１４）を検出するための装置において、
ベベルギア構造体（１５９）がトルクおよび角度センサモジュール（１４０）に配属されており、該ベベルギア構造体はベベルギアコード担体（１６０）を有しており、該ベベルギアコード担体はそれぞれ角度に基づいているレーザマーク（１２２）に相応する角度に基づいている透過開口のコードパターンを前記コード担体（４６，４７）の１つに備えている
ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
車両の可動な構成要素の位置を検出するために今日では複数の光センサが車両用途において使用されている。光センサは機械的なスイッチングエレメントに取って代わりかつ車両内のデジタル通信構想の確立を可能にするものである。光センサを使用して、内燃機関のクランクシャフトの回転を測定するまたは車両運転者のステアリングホイールの回転を計数して車体に関する車両の前輪の角度を検出することができるのである。
【０００２】
発明の背景
ＵＳ５９３０９０５号は、回転体の角度測定のための方法および装置に関している。この回転体は３６０°以上回転するようにマウントされておりかつ多数の一様な角度マーカーまたは歯を含んでいる。該回転体は少なくとも２つの別の回転体と協働する。これら別の回転体は別の数の一様な角度マーカーまたは歯を有している。この２つの別の回転体の角度θおよびΨが突き止められかつ角度が測定されるべきである回転体の角度位置Φが、優勢なジオメトリック条件を考慮して、角度θおよびΨから計算される。第１ステップにおいて、角度θによって乗算される、ギアホイールの歯Ｍの数と角度Ψによって乗算される、歯車の歯の数との差を形成することによって整数ｋが突き止められる。この数は角度Ωによって割り算され、その際第２のステップにおいて割り出されるべきである角度Φがこのｋ値から出発して次式
【０００３】
【数１】
2005517169.tif 000003
を評価することによって突き止められかつΦが負の角度である場合、この値に全体の角度周期が加算される。
【０００４】
ＤＥ−Ａ１００４１０９５は回転体の角度および／またはトルクを測定するための装置に関している。回転角度は磁気または光センサを用いて検出される。有利な実施例において、２つの装置が設けられており、それぞれが２つの光学的に読み取り可能なコードトレースを備えている。それぞれの装置の２つのコードトレースは同じように実現されておりかつこれら装置がお互いにオフセットしていて割り当てられたセンサがデジタル信号を出力できるような仕方で配置されている。回転の角度が２つのデジタル信号のオフセットから計算される。別の実施例において、所定のスチフネスを有しているねじりエレメントが２つの装置の間に配置されている。従って回転体によって伝達されるトルクは２つの装置の異なった角度から計算することができる。ＤＥ−Ａ１９０４１０９５号に記載の装置は有利には、動力車のステアリングコラムシャフトに使用される。
【０００５】
ＷＯ００／２８２８５号はオプチカルセンサに関連している。このセンサは、ＥＭＲに対して高い反射性および低い反射性のパターン化された領域を有している可動の表面の位置を突き止めるために使用され、センサは特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit＝ＡＳＩＣ）、少なくとも１つのレンズおよび少なくとも１つのＥＭＲソースを有している。ＡＳＩＣは、ＥＭＲ感応検出器の少なくとも１つのアレイと、処理手段と、表面の照射を実現するＥＭＲソースと、表面から反射されたＥＭＲの集束を実現しかつ表面上のパターンに相応してＥＭＲ感応検出器の少なくとも１つのアレイにイメージを生成する少なくとも１つのレンズとを有している。このＡＳＩＣ、少なくとも１つのレンズおよび少なくとも１つのＥＭＲソースが、これらエレメントを相互に正確に光学的にアライメントする単一のハウジングに収容されておりかつ単一の置換可能なモジュールとして集積されている。ＡＳＩＣの処理手段は、表面上のパターンの位置を突き止めるためにイメージの処理を実現するものである。
【０００６】
シングルターン（単回転）用途（３６０°）に対して、トルクおよび角度センサ（torque and angle sensor＝ＴＡＳ）がしばしば使用される。複数回の回転、すなわち回転可能なエレメントのマルチターン（複数回転）を検出するために、このＴＡＳはターン数を電気的に計数するように動作する。このことには、ＴＡＳがバッテリー電圧に関してスイッチグされかつ、車両の内燃機関の点火に基づいて給電電圧に接続されることが含まれている。点火されると、センサ（ＴＡＳ）は近似的に５００μｓの間隔で実際位置を測定しかつターンの数を計数する。点火が遮断されると、センサは不活性モードで（すなわち、スリーピングモード）で動作する。この不活性モードにおいて、ＴＡＳのリフレッシュ時間が増大して、ＴＡＳを動作させるのに必要である給電電流の平均値が低減されるようにする。しかしＴＡＳはターンを非動作モードにおいても計数している。
【０００７】
ＴＡＳのマルチターン動作ストラテジーは、ＴＡＳに対して必要な給電電流が、非動作モードにおいてすら、バッテリーを放電しかつ２つの点火サイクル間の時間を低減し、これにより機関のスタート問題を引き起こす可能性が生じるという欠点を持っている。従って、車両バッテリーに対する回復期間は著しく低減され、このために低い環境温度において著しくクリチカルである、内燃機関の点火に対する深刻な問題を引き起こす。
【０００８】
発明の概要および利点
本発明によれば、それぞれの車両のバッテリーを放電しない、車両における可動の構成要素のマルチターンを検出するためのトルクおよび角度モジュール（ＴＡＳ）が開示されている。つまり本発明では、上面にパターン化表面領域を有している標準コードディスクと別の付加的なコードディスクとの間にギアが設けられている。ＴＡＳモジュール内に収容されている１つのセンサエレメントを用いて、ディスクのような少なくとも２つのコード担体を無接触に検査することができ、その際コード担体のそれぞれの表面パターン化領域からの光学的信号をデジタル処理可能な情報に変換する。ステアリングホイールおよびその関連のステアリングコラムシャフトのような可動の車両構成要素のマルチターンの数が、変形されたノギス式計算またはｎ次元のノギス式計算を用いて計算される。
【０００９】
光学系および照射系はＴＡＳモジュールのハウジング内に配置されている。照射系により、回転するシャフトまたは別の回転する構成要素上に配置されているコードディスクのような異なったコード担体の連続照射が可能になる。ＡＳＩＣおよびセンサの小さなサイズのために、これら構成要素は小さなサイズのハウジングに十分収まる。ハウジングはターンの数が検出されるべきである可動の構成要素の近傍に収納することができる。本発明の種々の実施形態によれば、入力側コード担体およびマルチターン情報担体の連続的な照射を、それぞれの空間状態に依存して、出力側コード担体およびマルチターン情報担体の連続照射を同様に実施することができる。多回転ディスクエレメントはシャフトのベアリング側にまたはシャフトの周方向のねじれに基づいてベアリングから距離を置いてまたはトーションバーの側に配置するか配属させることができる。
【００１０】
本発明のＴＡＳマルチターンイメージングおよび照射原理は、ＡＳＩＣの表面の２つの検出アレイ（８トラック）を用いて、１２トラックを有しているコードディスクのような３つの異なったコード担体の測定を行うようにしている。コードパターンを備えているそれぞれの担体は種々異なっている反射特性を有していて、ＴＡＳモジュールのハウジングの頂部に設けられている、ＡＳＩＣのコントラスト生成を強調する。
【００１１】
最大のコントラスト生成は非対称なターニングマークとレーザマークの表面との間の区別を強調するために重要である。
【００１２】
測定原理のロバスト性を高めるために、コードディスクのような２つのコード担体の連続測定を同時に実施することができる。これにより、ＴＡＳモジュール用途の信頼性が改善される。
【００１３】
開示されている運動原理はシングルターンセンサ装置、並びに電気的なマルチターンセンサのために使用することができる。更に、本発明の測定原理は機械的なマルチターンセンサと関連して使用することもできる。
【００１４】
図面の簡単な説明
本発明は添付図面に基づいて一層詳細に説明する。その際：
図１は従来の解決法による、パターン化された領域を有している回転する表面の照射系を略示し、
図２は上にパターン化された領域を有している２つのコード表面と協働するトルク／角度センサ（ＴＡＳ）の機械的な構造を略示し、
図３．１，図３．２は種々のギア出力（gear issure）に対するノギス式原理による出力位相信号を略示し、
図４．１，図４．２，図４．３はディスクのようなコード担体の連続的な測定を略示し、
図５は本発明の第１の実施例におけるマルチターンディスクを形成するギアアッセンブリを略示し、
図６は本発明の第２の実施例におけるマルチターンディスクを形成するギアアッセンブリを略示し、
図７は本発明の第３の実施例におけるベベルギアアッセンブリを備えたギアアッセンブリを略示している。
【００１５】
有利な実施例
図１には、従来技術によるパターン化された領域を有している回転する表面の照射系を示しており、この照射系はコード担持エレメントのそれぞれの表面に配属されている。
【００１６】
図１から詳細を読み取ることができるように、プリント回路基板１は第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）２および第２のＬＥＤ３を有している。これら発光ダイオード２，３の間にそれぞれＡＳＩＣが配置されている。ＡＳＩＣ４は、レンズ８に配向されている表面５を有している。ＡＳＩＣ４のこのＡＳＩＣ表面５は第１アレイ６および第２アレイ７を含んでいる。第１のＬＥＤ２および第２のＬＥＤ３の下方に、第１の光ガイド９および第２のガイド１０が設けられている。これらのそれぞれは第１のコード化パターン１２および第２のコード化パターン１４を検出する。これらパターンのそれぞれは第１のコードディスク１１および第２のコードディスク１３の周面に設けられている。図１に図示の実施例によれば、第１のコードディスク１１および第２のコードディスク１３はシャフト１５にマウントされている。シャフトは略示されているにすぎない。
【００１７】
参照番号１６は第１のコードディスク１１の表面に配置されている第１のコード化パターン１２からの反射光線を識別し、一方参照番号１７は第２のコードディスク１３の表面に配置されている第２のコード化パターン１４からの反射光線を識別する。第１のコード化パターン１２と第２のコード化パターン１４との間に配置されているレンズ８よびプリント回路基板１の底面に配置されているＡＳＩＣ４を用いて、反射光線１６，１７はＡＳＩＣ４の表面５に配置されている第１のアレイ６および第２のアレイ７に集束される。
【００１８】
第１のコードディスク１１および第２のコードディスク１３の表面に設けられている第１のコード化パターン１２および第２のコード化パターン１４の断面形状（プロフィール）および形は拡大図１８でより詳細に示されている。
【００１９】
参照番号１９，２０はそれぞれ、第１のターニングマークおよび第２のターニングマークを識別する。第１のターニングマーク１９および第２の転換マーク２０は断面形状２１がのこぎり波形状になっており、湾曲面２２を含んでいる。断面形状２１は更に、傾斜面２３を含んでいる。第１のビーム２４から結果として反射された第１のビーム２５が生じる。断面形状２１の湾曲面２２に達する第２のビーム２６から結果的に反射された第２のビーム２７が生じる。反射された第１のビーム２５および反射された第２のビーム２７は、第１のＬＥＤ２および第２のＬＥＤ３の間にマウントされているＡＳＩＣ４の表面５における光学的なＡＳＩＣ情報２８を生成する。光学的なＡＳＩＣ情報２８はＡＳＩＣ表面５上のそれぞれの第１のアレイ６および第２のアレイ７における明暗断面形状２９を有している。ＡＳＩＣ４を用いて、明暗断面形状２９はデジタル情報に変換され、それは図１には詳しく示されていない構成要素で引き続き処理することができる。
【００２０】
図１の左側に示されている光学的なＡＳＩＣ情報３１は、第２のコードディスク１３の第２のコード化パターン１４の表面によって反射される放射に従って生成されたものである。矢印３２は反射された放射を識別するが、これは第２のコード化パターン１４の扁平な表面３３の照射から生じるものである。
【００２１】
図２には、パターン化された領域を有している２つのコード化面と協働するトルク／角度センサ（ＴＡＳ）の機械的な構造が示されている。
【００２２】
プリント回路板１はＴＡＳモジュール４０内にマウントされている。これにはレンズ８の方向に配向されている表面５を有しているＡＳＩＣ４が含まれている。シャフト４５に、出力側コードディスク４６および入力側コードディスク４７が配置されていて、検出エリア４８を定めている。検出エリア４８内で、出力側コードディスク４６および入力側コードディスク４７の表面がそれぞれ検出されかつレンズ８を用いてＡＳＩＣ４の表面５のそれぞれの第１のアレイ６および第２のアレイ７に集束される。
【００２３】
シャフト４５の中空室４４に、ねじれエレメント４３がマウントされている。このシャフト４５は第１のボールベアリング４１および第２のボールベアリング４２を用いて回転可能にマウントされている。
【００２４】
図１および図２に示されている配置構成の欠点は、このコンフィギュレーションによるＴＡＳモジュール４０が、ＴＡＳモジュール４０が使用されていない、すなわち「スリーピング」モードにあるときですら、車両のバッテリーを放電するという事実である。
【００２５】
図３．１および３．２には、本発明による種々異なったギアレシオに対するノギス式原理に従った出力位相信号が示されている。
【００２６】
図３．１には、のこぎり断面形状を有している入力側コードディスク４７の入力コード信号１００が示されている。参照番号１０１は出力コード信号１００ののこぎり断面形状を表している。本発明によれば、マルチターンコード信号１０２がそれぞれ、付加的なマルチターンディスク１４９，１５５を用いて生成される。これらマルチターンコードディスク１４９，１５５は、予め選択されたギアレシオ１０３を有している中間ギアリングを用いてマウントされている。予め選択されたギアレシオ１０３によって、選択された第１のギアレシオによる複数のシングルマルチターン信号１１０を生成することができる。シングルマルチターン信号１１０はそれぞれ、第１のギアレシオ１０３に従った１つのマルチターン信号１１０を有しておりかつ、図３．１に示されている信号シーケンスに従って１９個の信号ピーク１１２を生成する。それぞれのシングルマルチターン信号１１０は信号ピーク１１２および信号エンド１１３によって定められている。４つのターン１０６，１０７，１０８および１０９にわたって加算して入力側コードディスク４７は２０個の入力信号を生成し、一方出力側コードディスク４６は１６個の出力信号を生成する。しかし、第１のギアレシオ１０３のために、マルチターンコード信号１０２は１９個のシングルマルチターン信号を有している。
【００２７】
図３．２において、入力コード信号１００は第１のギアレシオに関する例で示されているもの、すなわち２０個のシングル入力コード信号と同じである。更に、出力コード信号１０１は４つのターン１０６、１０７、１０８および１０９の周期にわたって加算された１６個のシングル出力信号を有している。第２のギアレシオ１０４によれば、第２のマルチターンコード信号シーケンスは１５個のシングルマルチターン信号１１０を有しており、これはノギス式の原理に示されているように、ステリングホイールシャフト１５２（図５、図６および図７参照）のようなそれぞれの回転可能なエレメントのターン数の計算を可能にする。第２のマルチターンコードディスク信号シーケンス１０５はマルチターンディスク装置１４９，１５５（図５、図６および図７参照）用いて生成される。
【００２８】
マルチターンコード信号シーケンス１０２および１０５に関連した異なっているギアレシオ１０３および１０４のために、図３．２のシーケンス１０５のシングルマルチターン信号１１１は、図３．１に示されているギアレシオによるシングルマルチターン信号１１０の信号持続時間と比較してより長い。
【００２９】
ＡＳＩＣにおける明像は、光がＡＳＩＣに到達することができる位置において発生される。このことは、光がターニングマークで反射されかつレンズによって集束されるときに生じる。ＡＳＩＣにおける暗像は、光がレーザマークで反射されかつレンズおよびＡＳＩＣに達しないとき発生される。
【００３０】
図４．１、図４．２および図４．３には、パターン化された表面領域を有しているコード担体に対する連続測定の配置構成が示されている。
【００３１】
図４．１に示されている第１の解決法によれば、出力側コードディスク４６および入力側コードディスク４７のターニングマーク断面形状１２０はそれぞれ、同じ配向において配置されており、一方マルチターンコードディスク１４９，１５５のターニングマーク断面形状１２０は出力側コードディスク４６および入力側コードディスク４７それぞれのターニングマーク断面形状１２０に比べて反対の方向に配向されている。
【００３２】
プリント回路基板の底面にＡＳＩＣ４が第１ポート１２８と第２ポート１２９との間にマウントされている。第１ポート１２８と第２ポート１２９との下方に、第１の曲がった光ガイド１２２および第２の曲がった光ガイド１２３が配置されている。第２の曲がった光ガイド１２３を用いて、マルチターンコードディスク１４９，１５５のターニングマーク断面形状１２０が検出される。マルチターンコードディスク１４９，１５５それぞれの表面に配置されているターニングマーク断面形状１２０から反射されるアレイは、レンズ組み合わせ１２４の第１レンズ１２５によってＡＳＩＣ４のここには詳細に示されていない１つのアレイに集束される。第１の曲がった光ガイド１２２によって放出された、光の反射されたアレイは、レンズ組み合わせ１２４の第２のレンズ１２６によって、レンズ組み合わせ１２４の方向に配向されているＡＳＩＣ４の表面におけるそれぞれのアレイに集束される。
【００３３】
図４．２に示されている測定配置構成によれば、第１のポート１２８、第２のポート１２９および第３のポート１３３がプリント回路基板の下側の面に配置されている。第１のポート１２８と第２のポート１２９との間にＡＳＩＣ４がマウントされている。図４．１に図示の実施例に示されているように、第１のレンズ１２５および第２のレンズ１２６を有しているレンズ組み合わせ１２４がＡＳＩＣ４とターニングマーク断面形状１２０との間にマウントされている。第１のポート１２８に割り当てられている第１の曲がった光ガイド１２２が光を、入力側コードディスク４７のターニングマーク１２０に指向する。第２のポート１２９および第３のポート１３０に割り当てられている組み合わされた光ガイド１２７がその光を、出力側コードディスク４６およびマルチターンコードディスク１４９，１５５の表面に指向する。
【００３４】
第１のレンズ１２５はマルチターンコードディスク１４９，１５５の表面のコードパターンからの反射光線をそれぞれ、ＡＳＩＣ４の配属されているアレイに集束する。入力側コードディスク４７および出力側コードディスク４６の反射は第２のレンズ１２６によってＡＳＩＣ４の表面１３１に集束される。
【００３５】
図４．３には、第１のポート１２８、第２のポート１２９および第３のポート１３０がプリント回路基板の下面に配置されている測定配置構成の第３の解決法が示されている。この実施例によれば、第１の曲がった光ガイド１２２が光を入力側コードディスク４７の表面に放出し、一方単一光ガイド１３２は光をそれぞれ、マルチターンコードディスク１４９，１５５の表面にのみ放出する。プリント回路基板の第３のポート１３０に配属されている第２の曲がった光ガイド１２３は光を出力側ディスク４６の表面に放出する。
【００３６】
マルチターンコードディスクおよび入力側コードディスクのコードのストラクチャは、角度に基づいているレーザマークに関連して同じ配向を有している。ターニングマークの配向はそこからは邪魔されない。ターニングマークだけが光をレンズに反射させるのである。ターニングマークの角度だけがライトガイドおよびＬＥＤの位置およびレンズの位置に依存している。このことは、解決法１、２および３において、当該コードを含んでいるコードディスクが２つのレンズによってＡＳＩＣの同じ領域に結像されることを意味している。それ故に、ＡＳＩＣは両方のコード、すなわちターニングマークのコードおよびレーザマークまたはその組み合わせのコードを読み取ることができなければならない。
【００３７】
図５には、本発明の第１実施例におけるマルチターンディスクを備えているギアアッセンブリが示されている。
【００３８】
図５には、ステアリングホイールシャフト１５２の外周に配属されているＴＡＳモジュール１４０が示されている。ＴＡＳモジュール１４０内で、第１レンズ１２５および第２レンズ１２６を含んでいる、レンズ組み合わせ１２４の上方にＡＳＩＣ４が配置されている。レンズ装置１２５，１２６の下方に、検出エリア１４８が定められている。
【００３９】
ステアリングホイールシャフト１５２の外周に配属されていて入力側コードディスク４７は、同じくステアリングホイールシャフト１５２の外周に配置されている出力側コードディスク４６から距離１５０のところにある。更に、本発明の第１実施例によれば、第１のマルチターンディスク１４９が出力側コードディスク４６に関してマウントまたは配属されている。
【００４０】
第１のマルチターンコードディスク１４９は内側ギアリング１４３を有している。これはその外周に複数の歯１５３が配置されている。内側ギアリング１４３は外側ギアリング１４４と協働する。外側ギアリングはその上に配置されている複数の外歯１５４を有している。内歯１５３とそれぞれの外歯１５４との噛み合い領域は参照番号１４５で示されている。噛み合い領域１４５に対して、参照番号１４６は第１のマルチターンコードディスク１４９に配属されているギアリング１４２の最大偏心１４６を表してる。ギアリング１４２は、ステアリングホイールシャフト１５２の外周に配置されている組み合わされたベアリング１４１に収容されている。出力側コードディスク４６に配向されている、ギアリング１４２のそれぞれの側にシーリングエレメント１４７（Ｏリング）がマウントされている。このことは図５から読み取ることができるが、その配置は図４で予め説明した示されている配置に類似している。第１のマルチターンコードディスク１４９の外周は光を反射し、該光は第１のレンズ１２５によってＡＳＩＣ４の表面１３１に集束される。図５の実施例に詳細に示されていない照明系によって生成される反射光は第２レンズ１２６によってＡＳＩＣ４の表面１３１に集束される。ギアリング１４２の内側ギアリング１４３と外側ギアリング１４４との間の偏心１４６のため、マルチターン信号のギアレシオに依存した差数が第１レンズ１２９によって検出されかつＴＡＳモジュール１４０内に配属されているＡＳＩＣ４のそれぞれのアレイに集束される。しかし入力側コードディスク４７および出力側コードディスク４６はそれぞれ偏心なしに回転しかつ放射を第２のレンズ１２６に反射し、この放射は反射光線をＴＡＳモジュール１４０のＡＳＩＣ４に集束する。図５に示されている解決法では２つのコードディスクの同時の連続測定が可能である。２つのコードディスクの同時の連続測定により、測定原理の信頼性および性能が高められる。
【００４１】
図６には本発明の第２実施例における１つのマルチターンディスクが設けられているギアアッセンブリが示されている。
【００４２】
図６に示されている実施例によれば、第２のマルチターンコードディスク１５５は入力側コードディスク４７に配属されている。第２のマルチターンコードディスク１５５も噛み合い領域１４５において複数の外歯１５４と協働する複数の内歯１５３を有している。噛み合い領域１４５に対して、内歯１５３と外歯１５４との間の最大偏心は参照番号１４６によって示されている。ギアリング１４２の内側ギアリング１４３と外側ギアリング１４４との間のギアレシオを定める偏心に従って、コードパターンシーケンスが生成され、これは第１のレンズ１２５によってＴＡＳモジュール１４５に付加されるＡＳＩＣ４に集束される。この実施例において、１つのボールベアリングが第２のマルチターンコードディスク１５５に割り当てられている。出力側コードディスク４６と入力側コードディスク４７との間の距離は参照番号１５０によって示されている。入力側コードディスク４７および出力側コードディスク４６の表面パターンはそれぞれ第２のレンズ１２６によって検出される。第２のレンズは反射された光線をＡＳＩＣ４の下面１３１に集束する。
【００４３】
図５および図６の右側にそれぞれ、ギアリング１４２の側面図が示されている。噛み合い領域１４５内で、ギアリング１４２の内側のギアリング１４３の内歯１４３が外側のギアリング１４４の外歯１４４に噛み合う。噛み合い領域１４５に対して、最大偏心が参照番号１４６によって示されている。図３．１に示されているターニングレシオ１：１．０５（すなわち４ターン）、１：１．０２５（８ターン）および図３．２に示されているギアレシオ１：１．０６２５（すなわち４ターン）および１：１．０３１２５（８ターン）は偏心１４６、ギアリング１４２の内側のギアリンク１４３に配属されている内歯１５３の数、ひいては外側ギアリング１４４に配属されている外歯１５４の数によって定められる。本発明の図５および図６による２つの実施例において、ステアリングホイールシャフト１５２の中空室はねじれエレメント４３を取り囲んでいるが、これはこれらの図には詳細に示されていない。
【００４４】
図６および図６に示されている本発明の第１および第２の実施例によればそれぞれ、第１のマルチターンディスク１４９および第２のマルチターンディスク１５５の測定はそれぞれ、付加的なＡＳＩＣ４なしに、すなわち入力側コードディスク４７／出力側コードディスク４６およびマルチターンコードディスク１４９，１５５の連続証明によって実施され、第２のＡＳＩＣデバイス４は不必要である。回転可能な構成要素、すなわちこの場合はステアリングホイールシャフト１５２のマルチターンの数を計数するようにノギス式測定原理が組み込まれているので、車両バッテリーの放電が生じることはない。
【００４５】
図７には本発明の第３の実施例の、ベベルギアアッセンブリを備えているギアアッセンブリが示されている。
【００４６】
本発明のこの実施例は図５、図６にそれぞれ示されている本発明の第１および第２の実施例とは、ベベルギア構造体１５９が設けられている点で相異している。ステアリングホイールシャフト１５２の外周において、入力側コードディスク４７は出力側コードディスク４６から距離１５０だけ離間されている。出力側コードディスク４６は、変形されたＴＡＳモジュール１４０に配置されているベベルギアコードディスク１６０と協働するベベルギアを備えている。噛み合い領域１４５内で、出力側コードディスク４６の外周に割り当てられているベベルギアはベベルギアコードディスク１６０と協働する。
【００４７】
変形されたＴＡＳモジュール１４０のハウジング内にレンズ組み合わせ１２４が配置されており、これがそれぞれのハウジングのシール部に配置されているＡＳＩＣ４と協働する。レンズ装置１２４の下方において、入力コードディスク４７および出力コードディスク４６の周面１５６，１５７の光反射は集束されかつ変形されたＴＡＳモジュール１４０に配置されたＡＳＩＣ４に送られる。マルチターンコードディスク１６０のコードストラクチャ（角度に基づいている伝送保持）およびそれぞれの入力コードディスク４７のコードストラクチャ（角度に基づいているレーザマークを有している）は同じである。本発明の図７の配置構成において、プリズム１６１が変形されたＴＡＳモジュール１４０に指定されているまたは組み込まれている。プリズム１６１の下表面１６２に光が反射して、同様に変形されたＴＡＳモジュール１４０に配置されている受信ユニット１６３に達する。シールエレメント１６４が同様に、図７の配置構成の可動の構成要素間に配置されていて、ＴＡＳモジュール４０の中空室に湿気が侵入するのを防止している。別のシールエレメント１５１が、ステアリングホイールシャフト１５２の外周に配置されているボールベアリングに配属されている。
【００４８】
本発明によれば、位相角度特性を有するノギス式原理は、２つのコードディスクの情報を使用するマルチターンコードディスク１４９，１５５の変形されたノギス式計算に基づいている。ｎ次元のノギス式計算原理は３つのコードディスクの情報、すなわち入力側コードディスク４７、出力側コードディスク４６およびマルチターンディスク１４９、１５５ぞれぞれのパターン情報を使用している。２コードディスク情報を使用する変形されたノギス式原理はその都度、それぞれの２コードディスク４７，４６または４７，１４９，１５５または４６，１４９，１５５の連続的な測定によって実施される。第１のマルチターンコードディスク１４９および第２のマルチターンディスク１５５は、これに配属されている３つのレーザマークを有している車両のステアリングホイールアクスルに組み込まれていてよい。種々のコードディスク４６，４７，１４９，１５５のパターン化された領域の連続測定はそれぞれのディスクの連続照射によって実施され、これらディスクの表面が種々の連続モードで検出される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の解決法による、パターン化された領域を有している回転する表面の略図
【図２】上にパターン化された領域を有している２つのコード表面と協働するトルク／角度センサ（ＴＡＳ）の機械的な構造の略図
【図３．１】種々のギア出力に対するノギス式原理による出力位相信号の線図
【図３．２】種々のギア出力に対するノギス式原理による出力位相信号の線図
【図４．１】ディスクのようなコード担体の連続的な測定を示す図
【図４．２】ディスクのようなコード担体の連続的な測定を示す図
【図４．３】ディスクのようなコード担体の連続的な測定を示す図
【図５】本発明の第１の実施例におけるマルチターンディスクを形成するギアアッセンブリの略図
【図６】本発明の第２の実施例におけるマルチターンディスクを形成するギアアッセンブリの略図
【図７】本発明の第３の実施例におけるベベルギアアッセンブリを備えたギアアッセンブリの略図
【符号の説明】
【００５０】
１  プリント回路基板
２  第１のＬＥＤ
３  第２のＬＥＤ
４  ＡＳＩＣ
５  ＡＳＩＣ表面
６  第１のアレイ
７  第２のアレイ
８  レンズ
９  第１の光ガイド
１０  第２の光ガイド
１１  第１のコードディスク
１２  第１のコード化パターン
１３  第２のコードディスク
１４  第２のコード化パターン
１５  シャフト
１６  反射光線の第１のコードディスク
１７  反射光線の第２のコードディスク
１８  パターン化された領域の拡大図
１９  第１のターニングマーク
２０  第２のターニングマーク
２１  のこぎり波断面形状
２２  湾曲面
２３  傾斜面
２４  第１ビーム
２５  反射された第１ビーム
２６  第２ビーム
２７  反射された第２ビーム
２８  光学的なＡＳＩＣ情報
２９  明／暗断面形状
３０  レーザマーク
３１  別の光学的なＡＳＩＣ情報
３２  反射される放射
３３  扁平面
４０  ＴＡＳモジュール
４１  第１ボールベアリング
４２  第２ボールベアリング
４３  ねじれエレメント
４４  中空室
４５  シャフト
４６  出力側コードディスク
４７  入力側コードディスク
４８  検出領域
１００  入力コード信号
１０１  出力コード信号
１０２  マルチターンコードディスク信号
１０３  第１のギアレシオ
１０４  第２のギアレシオ
１０５  第２のマルチターンコードディスク信号
１０６  第１ターン
１０７  第２ターン
１０８  第３ターン
１０９  第４ターン
１１０  単一のマルチターン信号、第１のギアレシオ
１１１  単一のマルチターン信号、第２のギアレシオ
１１２  信号ピーク
１１３  信号エンド
１２０  ターニングマーク断面形状
１２１  レーザマーク
１２２  第１の曲がった光ガイド
１２３  第１の曲がった光ガイド
１２４  レンズ組み合わせ
１２５  第１のレンズ
１２６  第２のレンズ
１２７  組み合わされた光ガイド
１２８  第１のポート
１２９  第２のポート
１３０  第３のポート
１３１  ＡＳＩＣ表面
１３２  単一光ガイド
１４０  変形されたＴＡＳモジュール
１４１  組み合わされたベアリング
１４２  ギアリング
１４３  内側ギアリング
１４４  外側ギアリング
１４５  噛み合い領域
１４６  偏心
１４７  シール部
１４８  検出エリア
１４９  第１のマルチターンコードディスク
１５０  距離変化
１５１  別のシールエレメント
１５２  ステアリングホイールアクスル
１５３  内歯
１５４  外歯
１５５  第２のマルチターンコードディスク
１５６  周囲エリア、第１のコードディスク
１５７  周囲エリア、第２のコードディスク
１５８  周囲エリア、マルチターンコードディスク
１５９  ベベルギア構造体
１６０  ベベルギアコードディスク
１６１  プリズム
１６２  下面
１６３  受信ユニット
１６４  シールエレメント
【図１】
2005517169.tif 000004
【図２】
2005517169.tif 000005
【図３．１】
2005517169.tif 000006
【図３．２】
2005517169.tif 000007
【図４．１】
2005517169.tif 000008
【図４．２】
2005517169.tif 000009
【図４．３】
2005517169.tif 000010
【図５】
2005517169.tif 000011
【図６】
2005517169.tif 000012
【図７】
2005517169.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月25日(2004.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）を有している光学的なセンサ装置（４０，１４０）を用いて回転する構成要素（１５，１５２）に配属されているコード担体（１１，１３，４６，４７）のパターン化領域（１２，１４）を検出するための方法において、
コード化パターン（１２，１４）の反射（１６．１７）を該パターンの回転に基づいて検出しかつ該反射をＡＳＩＣ（４）の表面（５，３１）の表面アレイ（６，７）に集束し、
１つのマルチターンコード担体（１４９，１５５）を検出可能な表面を有している回転する構成要素（１５，１５２）に配属させ、該マルチターンコード担体（１４９，１５５）は、前記コード化パターン（１２，１４）が設けられているコード担体（４６，４７）のローテイティングレシオとは異なっているギアリングレシオ（１０３，１０４）において回転可能であり、
かつここで回転可能な構成要素（１５，１５２）のターンを、少なくとも２つのコード担体のコード情報を使用するノギス式計算によって検出する
というステップを有している検出方法。
【請求項２】
前記ノギス式計算はコード担体（４６，４７；１４９，１５５）の２つのコード情報を使用する変形されたノギス式計算である
請求項１記載の検出方法。
【請求項３】
前記ノギス式計算はコード担体（４６，４７；１４９，１５５）の３つのコード情報を使用するｎ次元のノギス式計算である
請求項１記載の検出方法。
【請求項４】
前記コード担体（４６，４７）およびマルチターンコード担体（１４９，１５５）は、マルチターン情報を突き止めるための情報を含んでいる画像を生成するために順次または同時に照明される
請求項１から３までのいずれか１項記載の検出方法。
【請求項５】
前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）および入力側コード担体（４７）上の角度に基づいているレーザマーク（１２１）のコード化パターン像は相互に相応している
請求項４記載の検出方法。
【請求項６】
前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）および出力側コード担体（４６）上の角度に基づいているレーザマーク（１２１）のコード化パターン像は相互に相応している
請求項４記載の検出方法。
【請求項７】
コード担体（４６，４７）およびマルチターンコード担体（１４９，１５５）の外周（１５６，１５７）上のターニングマーク（１２０）は前記照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）の照明効率を高めるために非対称に配置されている
請求項１記載の検出方法。
【請求項８】
照明手段（２，３，１２２，１２３，１２７，１３２）と反射（１６，１７）をＡＳＩＣ構成要素（４）の表面（５，３１）に集束するためのレンズ系（８，１２４）とを有している光学的なセンサ装置を用いて回転する構成要素（１５，１５２）に配属されているコード担体（１１，１３，４６，４７）のパターン化領域（１２，１４）を検出するための装置において、
１つのマルチターンコード担体（１４９，１５５；１５９）が回転する構成要素（１５，１５２）に配属されており、該マルチターンコード担体（１４９，１５５；１５９）は前記コード担体（４６，４７）のローテイティングレシオとは異なっているレシオ（１０３，１０４）において駆動される
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記レンズ系（１２４）はハウジング内に配置されている第１のレンズ（１２５）および第２のレンズ（１２６）を有しており、該レンズ（１２５，１２６）の１つは前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）に配属されており、該マルチターンコード担体の反射をＡＳＩＣ（４）のアレイ（６，７）に集束する
請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記２重レンズ系（１２４）は前記コード担体（４６，４７；１４９，１５５）の２つのコード化パターンをＡＳＩＣ構成要素（４）の同じアレイ（６または７）に結像する
請求項８記載の装置。
【請求項１１】
ＡＳＩＣ像（２８，１３０）における最大のコントラストは非対称のターニングマーク（１２０）および角度に基づいているレーザマーク（１２１）によって生成される
請求項８記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの照明手段（１２２，１２３，１２７，１３２）が前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）に配属されている
請求項８記載の装置。
【請求項１３】
前記マルチターンコード担体（１４９，１５５）はそれぞれ、コード担体（４６，４７）の１つに配属されている
請求項８記載の装置。
【請求項１４】
第２のレンズ（１２６）は、コード担体（４６，４７）の表面（１５６，１５７）の反射の検出に配属されている
請求項９記載の装置。
【国際調査報告】
2005517169.tif 000014
2005517169.tif 000015
2005517169.tif 000016
2005517169.tif 000017