(57)【要約】【課題】  高価な遮光性の高い部材を使用することなく精度よく傾斜が判別でき、フォトセンサのばらつきや経年変化や温度の影響を受けにくく、設計が容易で部品の選別の必要もない安価な傾斜センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】  発光素子と受光素子との間に配置される泡の移動に伴う前記受光素子の受光量の変動を電圧に変換して検出する傾斜センサにおいて、常にサンプリングしながら更新する定常状態の出力電圧Ｖｉに対して、任意に定めた変化分（例えば６３％）を傾斜の閾値電圧Ｖｔに設定し、該閾値電圧Ｖｔを下回る場合に傾斜を検知するように構成したことにより、出力Ｖｉの変化分（６３％）を閾値電圧Ｖｔとすることで、フォトセンサの温度や経年変化に影響されることがなくなり、高価な遮光性の高い材料を使用せずとも、簡素な構造の傾斜センサにより、安価に精度よく傾斜を判定することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子との間に配置される泡の移動に伴う前記受光素子の受光量の変動を電圧に変換して検出する傾斜センサにおいて、常にサンプリングしながら更新する定常状態の出力電圧に対して、任意に定めた変化分を傾斜の閾値電圧に設定し、該閾値電圧を下回る場合に傾斜を検知するように構成したことを特徴とする傾斜センサ。  
【請求項２】
前記定常状態の出力電圧のサンプリングにおいて、所定の許容変化量を上回る検出値はカウントしないように構成したことを特徴とする請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項３】
前記閾値を所定回数超えた場合に傾斜を検知するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の傾斜センサ。
【請求項４】
前記定常状態の出力電圧に対して任意に定める変化分を６０％前後に設定したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の傾斜センサ。
【請求項５】
前記発光素子の駆動をＰＷＭ制御（パルス制御）により行うとともに、電源投入時に出力電圧（オフセット電圧）が入力されると、パルス制御もしくはＩ／Ｏポート（入出力ポート）により、発光素子の駆動電圧をパルス変調させて、前記オフセット電圧が所定の値になるように調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子との間に配置される泡の移動に伴う前記受光素子の受光量の変動を電圧に変換して検出する傾斜センサに関するもので、例えば、輸送機器の車両状態を検出し制御する、ＡＢＳ（アンチスキッド・ブレーキ・システム）や二輪車の転倒センサまたは種々装置の水準器として利用が可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水平あるいは鉛直からの装置の傾斜を検知する傾斜センサとしては、装置の傾斜に伴って移動する水銀により電極を閉成する水銀スイッチを構成したものが多用されていたが、水銀の表面張力が大きいために振動に対してチャタリングが発生して精度が低下する虞れがあった。そのようなことから、被検知体の振動や揺動に拘らず、常に安定した傾斜検知が可能な傾斜センサが提案された（例えば下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６３−３０７１３号公報（特許請求の範囲参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記特許文献１について図５を用いて簡単に説明する。図５（Ａ）に示すように、最高もしくは最低位置にある基準点に向かって傾斜した中空ケース１１内に、液体１２とともに封入された遊動体としての気泡１３が該基準点を含む位置にあるか否かを判別することにより、被検体の傾斜を検出するものである。中空ケース１１内には、発光素子１６と受光素子１７が設置され、基準点の近傍のケース外には光反射板１８が設置される。このような構成により、図５（Ａ）のような被検体が正常な場合には、発光素子１６と受光素子１７との間は光透過性の気泡１３により光反射板１８からの光を充分に受けることができるため、受光素子１７がオン状態にある。したがって、図５（Ｃ）に示すような検出回路内のトランジスタＱ２がオフ状態となるため、傾斜表示ランプＬは点灯しない。
【０００４】
次に、図５（Ｂ）に示すように、被検体が傾斜すると光透過性の気泡１３が基準点から移動して外れることにより、発光素子１６からの光は液体によって遮られて受光素子１７に届かなくなる。これにより、図５（Ｃ）の検出回路内では、受光素子１７はオフ状態となり、トランジスタＱ２がオン状態となるため、傾斜表示ランプＬが点灯し、被検体の傾斜が表示される。
【０００５】
このような半導体式のフォトセンサは、発光素子である発光ダイオードと受光素子であるフォトトランジスタで構成されており、検出精度が格段に向上することとなったものの、発光ダイオードは経年変化により輝度が低下し、フォトトランジスタにあってはその電流増幅率が温度に依存する。併せて、それぞれの特性は出荷時に全て同性能ではなくばらつきがあるのが通常であるため、これらの部品を使用した装置の設計、製造には充分な配慮（センサ部品の選別、遮光性の実験等）が必要であった。そのため、コスト高を招いていた。特に、遮光性の低い気泡での傾斜検知では、定常状態の出力電圧が温度や経年変化で変動し、もしくはフォトセンサのばらつきによっては、最初から閾値電圧を超えてしまう可能性があって精度確保に支障を来した。
【０００６】
つまり、図４に示すように、発光素子である発光ダイオードと受光素子であるフォトトランジスタとの間の遮光性の気泡の移動により、受光素子の受光量の変動を電圧に変換して検出する傾斜センサにあって、図４（Ａ）の傾斜のない正常な状態から図４（Ｂ）の傾斜状態になると、図４（Ｃ）の出力電圧図のように、出力電圧が設定された閾値を超えたことを検出して傾斜が検知されることになるが、図４（Ｄ）に示すように、前記閾値は固定値であるため、温度変動や経年変化により気泡の遮光性が変化したり、発光ダイオードやフォトトランジスタの特性が変化すると、出力電圧が閾値の上や下へドリフトしてしまい、傾斜を判別できない事態が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、前記従来の傾斜センサにおける諸課題を解決して、高価な遮光性の高い部材を使用することなく精度よく傾斜が判別でき、フォトセンサのばらつきや経年変化や温度の影響を受けにくく、設計が容易で部品の選別の必要もない安価な傾斜センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため本発明は、発光素子と受光素子との間に配置される泡の移動に伴う前記受光素子の受光量の変動を電圧に変換して検出する傾斜センサにおいて、常にサンプリングしながら更新する定常状態の出力電圧に対して、任意に定めた変化分を傾斜の閾値電圧に設定し、該閾値電圧を下回る場合に傾斜を検知するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記定常状態の出力電圧のサンプリングにおいて、所定の許容変化量を上回る検出値はカウントしないように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記閾値を所定回数超えた場合に傾斜を検知するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記定常状態の出力電圧に対して任意に定める変化分を６０％前後に設定したことを特徴とする。また本発明は、前記発光素子の駆動をＰＷＭ制御（パルス制御）により行うとともに、電源投入時に出力電圧（オフセット電圧）が入力されると、マイコンへのフィードバック制御によって、パルス制御もしくはＩ／Ｏポート（入出力ポート）により、発光素子の駆動電圧をパルス変調させて、前記オフセット電圧が所定の値になるように調整することを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発光素子と受光素子との間に配置される泡の移動に伴う前記受光素子の受光量の変動を電圧に変換して検出する傾斜センサにおいて、常にサンプリングしながら更新する定常状態の出力電圧に対して、任意に定めた変化分を傾斜の閾値電圧に設定し、該閾値電圧を下回る場合に傾斜を検知するように構成したことにより、出力の変化分を閾値電圧とすることで、フォトセンサの温度や経年変化に影響されることがなくなり、高価な遮光性の高い材料を使用せずとも、簡素な構造の傾斜センサにより、安価に精度よく傾斜を判定することが可能となる。
【００１０】
また、前記定常状態の出力電圧のサンプリングにおいて、所定の許容変化量を上回る検出値はカウントしないように構成した場合は、閾値を設定するための定常状態の出力電圧を適正にサンプリングすることができる。さらに、前記閾値を所定回数超えた場合に傾斜を検知するように構成した場合は、検知を必要としない装置の瞬間的な傾斜や誤検出等を排除することができる。さらにまた、前記定常状態の出力電圧に対して任意に定める変化分を６０％前後に設定した場合は、定常状態の出力電圧の通常の変動の範囲外に閾値を設定することができて傾斜の判別に支障を来すことがない。
【００１１】
また、前記発光素子の駆動をＰＷＭ制御（パルス制御）により行うとともに、電源投入時に出力電圧（オフセット電圧）が入力されると、マイコンへのフィードバック制御によって、パルス制御もしくはＩ／Ｏポート（入出力ポート）により、発光素子の駆動電圧をパルス変調させて、前記オフセット電圧が所定の値になるように調整する場合は、定常状態の出力電圧をフィードバック制御して、電源投入時のみパルス変調により出力電圧を所定の電圧に調整することで、初期電圧のばらつきつまりフォトセンサの組付け前のばらつきの影響をなくすことができ、さらに検知精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の傾斜センサの基本原理および制御フローを示す。図２はフォトダイオードがパルス駆動される本発明の第２実施例の説明図である。図３はその基本原理および制御フローを示す。本発明の傾斜センサの基本的な構成は、発光素子６と受光素子７との間に配置される泡５の移動に伴う前記受光素子７の受光量の変動（図２（Ｂ））を電圧に変換して検出する傾斜センサにおいて、図１（Ｃ）に示すように、常にサンプリングしながら更新する定常状態の出力電圧Ｖｉに対して、任意に定めた変化分を傾斜の閾値電圧Ｖｔに設定し、該閾値電圧Ｖｔを超えた場合に傾斜を検知するように構成したことを特徴とする。
【実施例１】
【００１３】
以下に詳述する。本発明の基本的な構成は、図２（Ｂ）に示すように、フォトダイオード等の発光素子６とフォトトランジスタ等の受光素子７との間に、容器３内に液体４とともに気泡５が封入された検出部とから傾斜センサが構成されており、正常時と傾斜時との間で前記気泡５が容器３内にて移動する際の、受光素子７の受光量の変動を電圧に変換して検出するものである。傾斜時には、前記気泡５が発光素子６から受光素子７への光軸上に移動し、光量が低下し、出力電圧が低下してマイコン１０により検出値が入力される。
【００１４】
図１（Ａ）はマイコン１０における検出値の処理回路の概要を示すもので、比較器１では前記受光素子７で受ける受光量の変動を電圧に変換して検出する測定電圧を１秒前の仮の測定電圧と比較される。この比較器１は、１秒前の測定電圧に対して所定の変化分を超えて測定値が入力された場合にＨｉ状態となり、ＡＮＤゲート２に１が入力される。タイマーから所定時間（回数）の間ＡＮＤゲート２に１が入力されると、ＡＮＤゲート２から状態１が出力される。このようにしてＡＮＤゲート２から出力された測定値は、マイコン内にて、所定回数（例えば１０回）の間サンプリングされた定常状態の電圧を正常電圧Ｖｉとし、該正常電圧Ｖｉに対して、任意に定めた変化分、例えば６３％を傾斜の閾値電圧Ｖｔ（＝０．６３Ｖｉ）に設定し、該閾値電圧Ｖｔを例えば連続して１０回超えた場合に傾斜が検知される。
【００１５】
図１（Ｃ）の時間と出力電圧との関係図により説明すると、受光素子７で受ける受光量の変動を電圧に変換して検出する測定電圧（出力電圧）は、装置等の姿勢が正常な状態にある定常状態では、先ず出力電圧が例えば１０回サンプリングされる。連続１０回未満の点線丸内に示すような数回の逸脱した出力電圧はカウントしない。１０回のサンプリングによって定常状態にあった電圧値を平均した値を得て正常電圧Ｖｉとする。この正常電圧Ｖｉに対して、任意に定めた変化分、例えば６３％を傾斜の閾値電圧Ｖｔ（＝０．６３Ｖｉ）に設定する。該閾値電圧Ｖｔを所定回数、例えば連続して１０回超えて出力電圧Ｖｏが検出された場合に傾斜が検知される。
【００１６】
以上の制御を図１（Ｂ）の制御フローによって説明する。受光素子７で受ける受光量の変動を電圧に変換して検出する測定電圧がマイコン１０（図２（Ｂ））のＡ／Ｄ変換ポートに入力され（ステップＳ１）、ステップＳ２において閾値電圧以下か否かが判定される。閾値以上ならステップＳ３に移行し、正常電圧の９０％以上か否かが判定される。以下であればステップＳ１に戻り、正常電圧の９０％以上であればステップＳ４にて、計測カウンタと検知カウンタの状態に応じてＡ／Ｄ値を変数：ＴＯＴＡＬに加える。次いで、ステップＳ５にて計測カウンタが１０回を超えたことを検出すると、ステップＳ６において、正常電圧が得られる。前記ステップＳ２において、測定電圧が閾値以上と判定されると、ステップＳ７の検知カウンタが作動し、ステップＳ８にて検知が１０回以上カウントされると、装置の傾斜が検知される（ステップＳ９）。
【実施例２】
【００１７】
図２（Ａ）はフォトダイオードがパルス駆動される本発明の傾斜センサの第２実施例の説明図である。本実施例では、前記発光素子であるフォトダイオード６の駆動をＰＷＭ制御（パルス制御）により行うとともに、電源投入時に出力電圧が入力されると、マイコン１０へのフィードバック制御によって、パルス制御もしくはＩ／Ｏポート（入出力ポート）により、駆動部８において発光素子６の駆動電圧をパルス変調（変調信号の振幅に応じて、一定周期、一定振幅のパルスの幅を変えて変調する方式）させて、前記オフセット電圧が所定の値になるように調整するものである。なお、符号９はローパスフィルタ部を示し、遮断周波数以下の周波数の信号だけを通過させ、遮断周波数以上の周波数の信号は減衰させるものである。このような構成によって、電源投入時のみパルス変調により出力電圧を所定の電圧に調整することができ、フォトセンサの組付け前の性能のばらつきを解消することができて、測定精度をさらに向上させることができる。
【００１８】
図３は本第２実施例の基本原理および制御フロー例を示すもので、ステップＳ１にて電源が投入されると、マイコンのＡ／Ｄ変換ポートに、出力電圧が入力される（ステップＳ２）。ステップＳ３にて正常電圧の例えば５０％以上か否かが判定され、５０％以上であればステップＳ４とステップＳ５にて、例えば４．４Ｖ以下で３．６Ｖ以上の所定範囲にあれば、ステップＳ６に移行して、計測回数が例えば１０回を超えると、ステップＳ８にて正常電圧が決定され、微分演算回路に出力される。
【００１９】
ステップＳ３にて正常電圧の５０％未満が検出されると、ステップＳ９の傾斜判定に移行する（傾斜判定フローについては、図１（Ｂ）のステップＳ３、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９参照）。ステップＳ４において正常電圧が４．４Ｖ以上の場合は、ステップＳ７において、発光素子６の駆動部８におけるＰＷＭ制御（パルス制御）のデューティー比率（１周期幅に対するＨｉパルス幅の比率）を変更し、正常電圧が４．４Ｖ以下になるまで調整を行う。かくして、フォトセンサの組付け前の性能のばらつきを解消することができて、測定精度をさらに向上させることができる。
【００２０】
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、発光素子および受光素子の形状、形式および種類（発光素子としてはフォトダイオード、受光素子としてはフォトトランジスタが採用されるが、その他適宜のものが採用され得る）、検出部における容器の形状、形式および封入される液体および気泡の種類、受光素子における受光量の変動の電圧への変換形態、正常電圧および閾値電圧を決定するサンプリング形態（１０回程度を好適とするが、適宜の回数が選定される）、正常電圧に対して閾値電圧を決定する変化分の大きさ（正常電圧との誤差混同が生じない程度の６０％前後が好適である）、発光素子の駆動のためのパルス制御形態、マイコンへのフィードバック制御形態、発光素子の駆動電圧のパルス変調形態、およびその調整形態等については適宜選定できる。実施例に記載の諸元はあらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の傾斜センサの基本原理および制御フローを示す。
【図２】フォトダイオードがパルス駆動される本発明の第２実施例の説明図である。
【図３】同、その基本原理および制御フローを示す。
【図４】従来のものの固定された閾値電圧の課題を説明する図である。
【図５】従来の傾斜センサの断面図および回路図である。
【符号の説明】
【００２２】
１      比較器
２      ＡＮＤゲート
３      容器
４      液体
５      気泡
６      発光素子（フォトダイオード等）
７      受光素子（フォトトランジスタ等）
８      フォトダイオード駆動部
９      ローパスフィルタ部
１０      マイコン
Ｖｉ      正常電圧（平均値）
Ｖｔ      閾値電圧
Ｖｏ      傾斜時の検出値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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