(57)【要約】      （修正有）【課題】測定方向に移動する測度形成体の中心を一致させること。また、測度形成体の間隔を極めて小さい値に保つ。【解決手段】光透過領域および光不透過領域を表面に有し、測定方向に回転可能な第一の測度形成体１、及び静止して配置された第二の測度形成体２を備えている。二つの測度形成体１、２は、所定の間隔をおいて対向して配置される。  測度形成体１、２が、どの角度位置においても、軸受に依存することなく正確に中心の一致した状態になるようにするため、測度形成体１、２の間に案内部が設けられており、これにより測度形成体１、２が互いに中心のそろった状態で維持されると共に、間隔をおいて保持される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過領域及び光不透過領域を表面に有し、測定方向に移動する少なくとも１つの測度形成体（１）、並びに、それに相対して測定方向に静止して配置された少なくとも１つの第二の測度形成体（２）、及び／又は、少なくとも１つの静止した光電変換器を備える光学的回転角センサにおいて、前記２つの測度形成体（１，２）同士が、両者の間にある案内部により測定方向に位置合わせされることを特徴とする光学的回転角センサ。
【請求項２】
前記案内部が一方の測度形成体（１）上に設けられた少なくとも１つの案内要素（１０）及び他方の測度形成体（２）に設けられた案内凹部（１２）から成り、前記案内要素（１０）が前記案内凹部（１２）内で案内されることを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ。
【請求項３】
前記案内要素（１０）が案内ピン（７）であることを特徴とする請求項２に記載の回転角センサ。
【請求項４】
前記案内凹部（１２）が、測定方向に延在する同心円状の案内溝（６）であることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転角センサ。
【請求項５】
前記案内溝（６）が、その深さ方向に細くなる横断面、特に三角形状の横断面を有することを特徴とする請求項４に記載の回転角センサ。
【請求項６】
前記案内要素（１０）が案内ウェブ（５）として構成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の回転角センサ。
【請求項７】
前記案内ピン（７）が前記測度形成体（１）の表面の中心に配置されており、先のとがった形状を有することを特徴とする請求項３に記載の回転角センサ。
【請求項８】
前記案内ピン（７）が、他方の測度形成体（２）の中心にある案内凹部（１２）内で案内されることを特徴とする請求項７に記載の回転角センサ。
【請求項９】
前記測度形成体（１，２）の間に粘性の、好ましくは透明な媒体が介在することを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の回転角センサ。
【請求項１０】
前記測度形成体（１，２）が前記案内部により間隔をおいて保持されることを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の回転角センサ。
【請求項１１】
前記案内部により、測定方向とは異なる少なくとも一方向に形状的に密着した状態になっていることを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の回転角センサ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの静止した測度形成体（２）及び／又は前記少なくとも１つの静止した光電変換器が、測定対象である回転角に対しては回転不能に配置されているが、軸方向及び半径方向には移動可能であることを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の回転角センサ。
【請求項１３】
前記回転不能な配置が平行四辺形状であることを特徴とする請求項１２に記載の回転角センサ。
【請求項１４】
前記回転する測度形成体（１）が等角の軸継手を介して動かされることを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の回転角センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過領域及び光不透過領域を表面に有し、測定方向に移動する少なくとも１つの測度形成体、並びに、それに相対して測定方向に静止して配置された少なくとも１つの第二の測度形成体、及び／又は、少なくとも１つの静止した光電変換器とを備える光学的回転角センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光学的センサはいずれも、測定方向に移動する測度形成体をそれに相対して静止した走査系に対向させる、という原理に従って作動する。測度形成体は光を利用して電気的受光器上に結像されるが、その原理には従来より様々なものがある。
【０００３】
非常によく見受けられる原理は、透過光を利用するものである。この方法では、ガラス、透明なプラスチック、あるいは、光透過構造をエッチング形成した金属から成る測度形成体に、可能な限り平行な光を投射して透過させる。反対側では、測度形成体の移動により得られる変調光が受光器により電気信号に変換される。このような方法は比較的簡単に低コストで実施することができる。
【０００４】
別の原理は、測度形成体による光の反射を利用して測度形成体を光学的に走査するというものである。また、比較的コストがかかるとともに高い部品精度が要求されるため、採用されることは少ないが、光の干渉を利用して測度形成体の走査を行うという原理もある。この原理では、波長と同程度の格子幅を有する格子上でコヒーレント光を干渉させることにより光の明暗パターンを形成し、それを受光器に投射することにより電気的変調信号を生成する。この原理についても透過型と反射型がある。
【０００５】
以上の原理の全てに該当する基本的問題として、まず、移動する測度形成体と、受光器又は変調性能向上用の静止した測度形成体との間隔に関する問題がある。また、両方の測度形成体の中心同士をできるだけ正確に位置決めする必要があるという問題もある。
【０００６】
産業的利用の場合、前記間隔は、透過型の場合で通例100μｍから300μｍである。しかし、このように間隔を比較的大きくすると、変調のための構造もほぼ同程度の大きさのものしか使えなくなる。解像度の高い回転検出器の場合、つまり分割構造が極めて微細である場合、前記間隔は当然それより小さくしなければならない。そうなると、機械的軸受のコストや機構の精度確保のコストが高くつくことになる。測度形成体同士の中心合わせは、拡大光学系を用いた光学的方法、あるいは、走査系から導出された光学信号を用いた電気的方法で行われる。いずれの応用方法においても、回転する測度形成体は、それとは別体の軸受により案内される。この軸受により、静止した測度形成体との間隔及び中心一致性が保証される。このようなな回転検出器は、例えばDE 100 60 574 A1（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】DE 100 60 574 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような背景技術に鑑みて成された本発明の課題は、従来必要であった軸受に依存することなく両方の測度形成体の中心を一致させることにある。
【０００８】
また、別の課題は、回転する測度形成体と、静止した測度形成体又は光学的／電気的変換器との間隔を極めて小さい値、例えば10〜20μｍ程度に保つことにある。このとき、前記間隔及び中心一致性は、軸方向及び半径方向の加速度が大きくなっても変化しないようにする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、次のような回転角センサにより解決される。即ち、光透過領域及び光不透過領域を表面に有し、測定方向に移動する少なくとも１つの測度形成体、並びに、それに相対して測定方向に静止して配置された少なくとも１つの第二の測度形成体、及び／又は、少なくとも１つの静止した光電変換器を備える光学的回転角センサにおいて、前記２つの測度形成体同士が、両者の間にある案内部により測定方向に位置合わせされることを特徴とする光学的回転角センサ、である。
【００１０】
本発明に係る光学的回転角センサは、光透過領域及び光不透過領域を有し、測定方向に移動する少なくとも１つの測度形成体、並びに、それに相対して測定方向に静止して配置された少なくとも１つの第二の測度形成体、及び／又は、少なくとも１つの静止した光電変換器を備える。本発明によれば、２つの測度形成体同士が、両者の間にある案内部により測定方向に位置合わせされる。このようにすると、軸受に依存することなく中心合わせを行うことができるため、中心合わせの問題が非常に簡単に低コストで解決される。
【発明の実施の形態及び効果】
【００１１】
本発明では、従来より周知の軸受を用いて両方の測度形成体にそれぞれ多大なコストをかけて形成されていた案内部の代わりに、それらの測度形成体自体が案内部としての役割を担っている。これが本発明の基本となる技術思想である。本発明の案内部では、２つの測度形成体が一定の最小間隔しか取らないように案内部の各要素を構成することにより、測度形成体の間隔も維持される。
【００１２】
前記案内部が一方の測度形成体上に設けられた少なくとも１つの案内要素及び他方の測度形成体に設けられた案内凹部から成り、前記案内要素が前記案内凹部内で案内されるような構成にすれば、案内部の構造が簡素になり、それだけ安価となるため有利である。前記案内要素は案内ピンであると有利である。また、前記案内要素を中心の案内ピン１つだけで構成し、この案内要素を中心の案内凹部内に配置することにより２つの測度形成体の中心を合わせるようにしてもよい。中心の案内ピンを中心の案内凹部内に配置する場合は摩擦損失が不可避であるが、案内ピンを先のとがった形状にし、その先端だけで案内凹部の底面上に乗るようにすることで、摩擦損失を最小化することができる。これにより、最近の回転検出器で要求されている毎分10000回以上の回転数でも問題なく達成できる。
【００１３】
案内部に不可避的に発生する摩擦という、本発明による解決策に伴う新たな問題は、粘着作用を有する透明な流体を、回転時に案内部に発生する摩擦に対する一種の潤滑剤として使用することで解決される。更に、粘性媒体には、２つの測度形成体を、媒体の量に応じて、例えば10〜20μｍ程度の非常に小さな間隔に維持できるという重要な利点もある。
【００１４】
粘性媒体には他にも重要な利点がある。すなわち、粘着作用があるため、回転方向には動かないが軸方向には動くことのできる前記静止した測度形成体又は変換器を、回転する測度形成体に対して、粘性媒体により決定される間隔に定常的に保持できるということである。その際、案内部により（例えば、案内ピンの長さと案内凹部の深さにより）最小距離も決まる。
【００１５】
本発明の一発展形態では、案内部を、一方の測度形成体の表面において測定方向に延在する案内溝と、該案内溝にはまり込む少なくとも１つのピンにより、構造的に簡単な方法で構成することができる。この場合、案内溝は、その深さ方向に細くなる横断面、特に三角形状の横断面を有するようにすることができる。このようにすると、２つの測度形成体は、溝に沿って針が移動するレコードプレーヤーのアームと同じような形で案内される。また、案内要素はウェブ（垂直片）状にしてもよい。
【００１６】
案内を正確にするため、本発明の発展形態では、案内ピンを測定方向とは異なる少なくとも一方向に形状的に密着した状態で案内することができる。
【００１７】
本発明により、測度形成体同士を、中心が一致するとともに間隔に関しても形状的に密着した状態で案内することができるようになる。これは、一方の測度形成体に円錐状に延在する同心円状の窪みを設けるとともに、他方の測度形成体の表面に前記窪みにはまり込む円錐状のピンを配置することにより実現することができる。
【００１８】
本発明の発展形態において、前記少なくとも１つの静止した測度形成体及び／又は前記少なくとも１つの静止した光電変換器は、固定継手を介して、測定対象である回転角に対しては回転不能に配置されるが、軸方向や半径方向には移動可能である。この際、前記回転不能な固定継手は平行四辺形状（Parallelogramm）にすると有利である。
【００１９】
動かないように固定された変換器を備える別の配置においては、回転する測度形成体を等角（winkeltreue）の軸継手を介して動かすようにすると有利である。
【００２０】
原理的には、本発明は非光学的回転角センサにも応用可能である。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明について実施例をもとに詳しく説明する。
【００２２】
本実施例の回転角センサは、測定方向に回転可能な第一の測度形成体１、及び、静止して配置された第二の測度形成体を備えている。測度形成体２に対する測度形成体１の相対移動を測定することにより、回転角を決定することができる。これはずっと以前より知られている通りである。
【００２３】
本発明に従い、２つの測度形成体１及び２は、第一の測度形成体１の下面３と第二の測度形成体２の上面が対向するように所定の間隔をおいて配置される。測度形成体１及び２が、どの角度位置においても、軸受に依存することなく正確に中心の一致した状態になるようにするため、本発明では、測度形成体１及び２の間に案内部が設けられており、これにより、測度形成体１及び２が互いに中心の揃った状態で維持される。
【００２４】
案内部は、第一の測度形成体１の下面３から突出している案内要素１０及び第二の測度形成体２の上面に設けられた案内凹部１２から成り、この案内凹部１２内で案内要素１０が案内される。図１及び図２に示した第一の実施例では、案内要素１０が案内ウェブ５として、また案内凹部１２が案内溝６として形成されている。案内溝６は三角形状に先の細くなった横断面を有し、同心円状に延在している。図２に示したように、案内要素１０は案内凹部１２に適合した形状とすることができる。このようにすると、測度形成体１及び２が、測定方向とは異なる少なくとも一方向に形状的に密着した状態で結合される。図に示した実施例では、半径方向に密着する形状になっている。案内溝６内を走行する案内ウェブ５により、測度形成体同士が回転中に最小間隔を維持しながら正確に案内される。
【００２５】
しかし、案内要素１０の先端１４が測定方向以外の方向（つまり半径方向）の遊びを持たない状態で案内されるようにするだけでも十分である。この構成は、図４に示した第二の実施例に描かれている。図示してはいないが、別の実施例の案内要素は、先のとがった案内ピンを１つだけ中心に配置したものである。この案内ピンを中心にある回転対称的な案内凹部内にはめ込むと、２つの測度形成体の中心が一致する。この場合、中心にある案内ピンは、その先端だけで案内凹部の底面上に当接する。なお、案内凹部も同様に先のとがった形状とすると有利である。以上のようにすると、半径方向の位置調整が非常に正確になるだけでなく、不可避の摩擦損失が最小化されることにもなる。これにより、最近の回転検出器で要求されている毎分10000回以上の回転数でも問題なく達成できる。
【００２６】
２つの測度形成体１及び２が直接重なり合って互いに捻転力を及ぼし合うことがないようにするため、両者の間には粘性媒体が介在している。測度形成体１及び２を光学的に走査できるようにするため、前記媒体には透明なものを使用することが好ましい。この媒体は同時に粘着作用も有しているため、２つの測度形成体１及び２の間隔は該媒体により一定間隔に固定される。この間隔は非常に小さく（10〜20μｍ）することができ、その下限は、例えば図４から明らかに分かるように、案内要素１０の高さと案内凹部１２の深さにより決まる。
【００２７】
粘性媒体がなくならないようにするため、液封部１６を一方の測度形成体の周縁部等に形成してもよい。それでも、時間の経過とともに媒体が蒸発してしまう可能性がある。そこで、粘性媒体を封入した備蓄用凹部１８を一方又は両方の測度形成体に設け、そこから測度形成体１及び２の間の空間に粘性媒体が流れ込むようにしてもよい。なお、この措置は図４についてのみ概略的に図示しているが、当然、他のどの実施例にも応用可能である。
【００２８】
図３及び図４に描かれた実施例について以下に述べる。なお、既述のものと同じ部分は同じ符号で示している。この実施例では、案内要素１０が、溝半径に対応するピッチ円上にある３個の案内ピン７で構成されている。各案内ピン７は円錐状であるため、案内溝６にはまり込み、第一の実施例のウェブ５と同様に案内機能を果たす。この場合、案内ピンは、半径方向に密着する形状にするか、あるいは、図示したように先端１４だけで溝の底面上にて案内されるようにすることができる。更に、ここでも２つの測度形成体間の間隔を粘性媒体により決定することができる。
【００２９】
本発明に従って設けられる案内部によってのみ中心合わせや間隔の維持が成され、それに応じて正確に位置決めされるようにするため、前記少なくとも１つの静止した測度形成体１又は２、及び／又は、前記少なくとも１つの静止した光電変換器は、測定対象である回転角に対して回転不能に配置される一方、軸方向や半径方向には移動可能である必要がある。前記回転不能な配置は好ましくは平行四辺形状にし、それと同時に、あるいはその代わりに、回転する測度形成体を等角の軸継手により動かさなければならない。これらの措置を講じれば、回転角センサに含まれる測度形成体を案内部により最適な位置に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】２個の測度形成体の一部を切除したものの概略外観図。
【図２】図１の測度形成体の断面を示す分解図。
【図３】別の実施形態における第一及び第二の測度形成体の概略上面図。
【図４】図３の２つの測度形成体を重ねて配置した状態の断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１、２…測度形成体
５…案内ウェブ
６…案内溝
７…案内ピン
１０…案内要素
１２…案内凹部
１６…液封部
１８…備蓄用凹部
【図１】
2005128021.tif 000003
【図２】
2005128021.tif 000004
【図３】
2005128021.tif 000005
【図４】
2005128021.tif 000006