(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のステアリング角度を、角度決定のために360゜の角度範囲にわたって角度決定用コード（２）を形成の円形リング（１）によって絶対決定するための適応型ステアリング絶対角度センサであって、
前記角度決定用コード（２）と、発光ダイオード（４、５）による光源と光学装置（６）と光検出器（７）を有する光検出装置とが互いに相対して回転可能に配置されており、
角度の絶対決定はマイクロコントローラによって読み込まれる明暗情報データによって行われ、
このマイクロコントローラは、光検出器上の明暗情報データにおいて確認される角度決定用コードに関連する位置の結果により、ステアリング角度を決定でき、それと同時に測定毎に、角度決定用コードと光検出装置で構成の適応型ステアリング絶対角度センサのシステムの機能のチェックと修正が行われるものであり、
一箇所に設けられた光検出器によって角度決定用コードが測定されて角度の決定に利用され、コードトラックの連続するセグメントが少なくとも一つの直線状に配列の光検出器に結像されて、前記セグメントの中から少なくとも一つのコードワードが検出され、該コードワードには所定の角度が対応しており、前記直線状に配列の光検出器の所定の位置に対するそのコードワードの位置が測定され、
前記角度決定用コードが前記直線状に配列の光検出器に光学装置を介して結像されると共に、その結像の読み取りサイクルで、前記コードワードに基づいて絶対角度情報が決定されるだけでなく、少なくとも１つの基準明暗情報データを前記直線状に配列の光検出器に投影して、その投影画像によって前記システムの機能のチェックと修正が行われることを特徴とする適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項２】
分解能を向上させるために、少なくとも二つの異なる円周状の角度決定用コードの明暗情報データが直線状に配列の光検出器に結像されることを特徴とする請求項１記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項３】
6ビットあるいは7ビットのコードワードが利用されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項４】
前記コードトラックが平行光で透過照明されるか、あるいは一方の側から照明されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項５】
光学的および機械的公差を補正するために、前記直線状に配列の光検出器に結像された信号のエッジの鋭さと明暗情報データの振幅が評価されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のステアリング絶対角度センサ。
【請求項６】
光源として二つの発光ダイオード（４、５）が光軸に対して対称に配置されており、これらが、光検出器（７）及び光学装置（６）とともに円形リング（１）と同じ側に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項７】
前記円形リングとしてのコーディングリング（５４）を設け、このコーディングリング（５４）は前記角度決定用コードの明るい箇所が光学的に透明であり、少なくとも一つの発光ダイオード（５２）がコーディングリングの一方の側に設けられており、光検出器（５１）がコーディングリングの他方の側に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項８】
光学装置（５５）が発光ダイオード（５２）の側に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項９】
前記光検出器（７）が二つのセンサ（６５、６６）を有しており、これらのセンサ（６５、６６）がコードトラック（６２）のコースに関して互いに上下方向に配置されていて、それを同期的に観測するようになっており、また二つのセンサ（６５、６６）の明暗情報データ（６７、６８）が互いに比較されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１０】
前記光検出器（７）に備える二つのセンサ（８４、８５）が互いに水平方向に隣接して配置されており、コードトラック（８２）の隣接するコードワードを同期して登録させるようになっていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１１】
電荷結合素子（ＣＣＤ）が光検出器として設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１２】
前記コードワードの明暗のラインが2〜3mmの幅を有していることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１３】
光源（８６）と円形リングとしてのコーディングリング（９０）との間にマットプレート（８７）が配置されており、コーディングリング（９０）の他方の側に光検出器（８９）が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１４】
透明な円形リングとしてのコーディングリング（９４）が一部に円柱状レンズを有しており、これらの円柱状レンズが互いに隣接していて、角度決定用コードを発生し、光検出器（８９）に光源（８６）を結像することを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１５】
前記円形リングとしてのコーディングリング（９５）がプリズム状の断面を有しており、コーディングリングの軸方向に放射する光源（８６）が配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１６】
透明な円形リングとしてのコーディングリング（９７）に、部分的に、円柱（９８）あるいはレンズ（９９）が配置されており、これらの円柱あるいはレンズが互いに隣接していて、角度決定用コードを発生し、光検出器（８９）に光源（８６）を結像し、
円柱はコーディングリングに固定されてコーディングリングの軸方向に延びていて、その円柱の一端面側に光源があり、他方面側は光検出器（８９）があることを特徴とする請求項１〜請求項１４の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１７】
前記円柱の露出した領域が平面かレンズ形状であることを特徴とする請求項１６記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１８】
少なくとも一つの点光源（１０１）が透明な円形リングとしてのコーディングリング（９０）に割り当てられており、コーディングリングが光学的に透明な領域（９１）と、光学的に不透明な領域（９２）とを有している請求項１〜請求項１７のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項１９】
二つの点光源（１０１、１０２）が一定の距離をおいて互いに隣接して配置されており、単一の光検出器（８９）が設けられていることを特徴とする請求項１８記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項２０】
一つの点光源（１０１）と、該光源（１０１）から異なる距離に配置された二つの直線状に配列の光検出器（１０３、１０４）が設けられていることを特徴とする請求項１８記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項２１】
前記円形リングとしてのコーディングリングに形成の角度決定用コード（１０５）に少なくとも一つの基準コード（１０６）が割り当てられていることを特徴とする請求項１〜請求項２０のいずれか１項記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項２２】
基準コード（１０６）が角度決定用コード（１０５）に隣接して配置されていることを特徴とする請求項２１記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【請求項２３】
基準コード（１０６）が角度決定用コード（１０５）の上下に設けられていることを特徴とする請求項２１記載の適応型ステアリング絶対角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は回転角度、特に自動車のステアリング角度を、角度決定のために360゜の角度範囲にわたって設けられたコードによって絶対決定するためのものであって、コードと光検出装置とが互いに相対的に回転可能に配置されており、角度の絶対決定が、マイクロプロセッサによって読み込まれる明暗情報データによって行われ、このマイクロプロセッサは、光検出器上の画像（明暗情報データ）に対する、識別されたコードの相対位置に基づいて、コードの角度位置と、角度の細かい分解能の両方を決定し、それと同時に測定毎にシステムの機能全体がチェックされて、修正が行われる適応型ステアリング絶対角度センサに関する。
【０００２】
この発明の目的は、ロータ、特に自動車のステアリングホイールの絶対角度位置の決定をさらに改善することである。
【０００３】
この発明においては、一箇所に設けられた光検出器によってコードが測定されて角度の決定に利用され、コードにおける連続するセグメント（コードトラック）が少なくとも一つの直線状に配列の光検出器に結像されて、前記セグメントの少なくとも一つのコードワードが検出され、該コードワードには所定の角度が対応しており、直線状に配列の光検出器線の所定の位置に対するそのコードワードの位置が測定される。
【０００４】
このために、光検出器の観測領域における周辺全体においてコードが重ならないようにコードは選択されている。このコードはシングルトラックであり、不確定なところがなく閉じている。このセンサは、周知の方法と違って、角度分解能がコードトラックのコードの分解能に依存せず、またコードワードの数に依存せず、光検出器のセンサの分解能のみに依存する、すなわち角度分解能がコードとは独立であるという利点がある。基準マークを利用しない場合、角度分解能はコードワードの数に依存する。コードトラックの少なくとも一つのコードワードが光検出器によって検出されると、360のコードワードを想定したとき1°の角度分解能が得られる。
【０００５】
角度分解能がコードワードの数に依存しないため、汚れなどの環境の影響に対するセンサの感度を下げるにはできる限り少ないコードワードを使用する必要がある。これは、8ビットコードの代わりに6ビットあるいは７ビットのコードを使用することによって達成される。
【０００６】
測定はマイクロコントローラのソフトウェアによって行われる。このために、マイクロコントローラは光検出器の明暗情報データを利用する。
【０００７】
分解能をさらに向上させるために、一つあるいは複数の周辺コードの少なくとも二つの異なる明暗情報データが光検出器に結像される。
【０００８】
コードトラックは平行光で透過照明されるか、あるいは一方の側から照明される。
【０００９】
別の改良においては、コードは直線状に配列の光検出器に光学装置を介して結像され、この線形列の読みとりサイクルで絶対角度情報が決定されるだけでなく、システムの機能全体がチェックされ修正が行われるようになっている。
システムの機能をモニタするために、少なくとも一つの基準明暗情報データが直線状に配列の光検出器に投影される。光学部品の部位に汚れが存在する場合には、例えば制御電流を増やすことによって光源のパワーを容易に修正させることができる。光検出装置の個々の光検出器の故障も検出され、コンピュータを用いた方法によって補正することができる。これらの基準明暗情報データは定期的にスイッチオンされるか、あるいはコンピュータで制御されるモニタリング装置によって個々にスイッチオンされる。
【００１０】
また、光学的および機械的公差を補正するために、直線状に配列の光検出器に結像された信号のエッジの鋭さと明暗情報データのサイズを評価することも可能である。
【００１１】
角度範囲は自動車の走行速度に応じて、0°から360°の範囲内で決定される。自動車システムがスイッチオフされていてもステアリング絶対角度を検出するために、180°以上の回転が不可能な時間間隔でステアリング角度センサを単にスイッチオンすることによってステアリング角度が決定される。
【００１２】
単一の光検出器で360°の範囲の角度を非常に迅速に評価できるという事実のために、このシステムは、360°を越える部分の簡単なコレジストレーション(co-registration)によって、複数の回転に対して適合させることができる。走行モードだけでなく、スタンバイモードでもシステムが瞬間的にスイッチオンできるようにするために、スイッチオン間隔は、この間隔の間にステアリングホイールが360°以上回転できないようなものに選択されている。データ伝送のためのシステムは自動車のコンピュータとのインターフェースを有しているため、ステアリング角度のゼロ範囲を定義するために、そこから自動車の速度を受け取ることができる。なぜなら、通常の自動車においては、ある速度以上ではステアリング角度はゼロ位置から例えば+/-90°以上には回らないからである。
【００１３】
さらに、適応型絶対角度センサにおいては、コードのある角度範囲を照明するための少なくとも一つの光源が設けられており、またコードの照明されている角度範囲を検出するための光検出器が設けられている。そして、マイクロコントローラがこの光源と光検出器とに対して設けられている。
【００１４】
第１の実施の形態においては、光源として二つの発光ダイオードが光軸に対して対称に配置されている。これらは、光検出器及び光学装置といっしょに円形リングと同じ側に設けられている。
【００１５】
第２の実施の形態においては、コードの明るい箇所が光学的に透明であるような円形コーディングリングが設けられている。さらに、少なくとも一つの発光ダイオードがコーディングリングの一方の側に設けられており、光検出器がコーディングリングの他方の側に設けられている。光学装置は発光ダイオードの側に設けられていることが好ましい。
【００１６】
角度センサの信頼性を向上させるために、またコードエラーを検出するために、光検出装置が二つのセンサを有するようにさらに改良できる。ここでは二つのセンサはコードトラックのコースに関して互いに上下に配置されていて、そこを同期して観測するようになっており、また二つのセンサの明暗情報データを互いに比較するようになっている。二つの明暗情報データを比較することによって、局所的な汚れ粒子（コード、光学装置の）やセンサのエラーを識別することができる。センサとしては、互いに上下に配置された二つの直線状に配列のセンサあるいはエリアセンサの二つの部分を用いることができる。
【００１７】
別の改良においては、二つのセンサは互いに水平方向に隣接して配置されており、コードトラックの隣接するコードワードを同期して登録する(registering)ようになっている。
【００１８】
電荷結合素子（ＣＣＤ）が光検出器として設けられていることが好ましい。
【００１９】
環境の影響に対するセンサの感度をさらに低下させるためには、コードワードの明暗のラインができる限り大きな寸法を有している必要がある。コードワードの明暗のラインは2〜3mmの幅を有していることが好ましい。
【００２０】
一つの実施の形態においては、光源と、透明なコーディングリングとの間にマットプレートが配置されており、コーディングリングの他方の側に光検出装置が設けられている。
【００２１】
別の実施の形態においては、透明なコーディングリングが一部に円柱レンズを有しており、これらの円柱レンズは互いに隣接していて、コードを発生し、光検出器の上に光源を結像する。この実施の形態においては、追加の光学配置は不要である。円柱レンズによって、異なる明るさのストライプが光検出器に形成される。
【００２２】
別の改良においては、コーディングリングはプリズム状の断面を有しており、コーディングリングの軸方向に放射する光源が配置されている。
【００２３】
別の実施の形態においては、透明なコーディングリングに部分的に、円柱あるいはレンズが配置されている。これらの円柱あるいはレンズは互いに隣接していて、コードを発生し、光検出器に光源を結像する。円柱はコーディングリングの軸方向に延びており、一端の領域はコーディングリングに固定されていて光源が割り当てられており、他方の露出した端部の領域には光検出装置が割り当てられている。円柱のある領域及びない領域と、濃度の構造と、レンズのある、なしによって、コード付けと、対応する検出とが可能である。円柱の露出された端部領域は平面であるか、レンズ形状であることが望ましい。
【００２４】
一つの実施の形態においては、少なくとも一つの点光源が透明なコーディングリングに割り当てられている。コーディングリングは光学的に透明な領域と、光学的に不透明な領域とを有している。第１の改良においては、二つの点光源が一定の距離をおいて互いに隣接して配置されており、単一の光検出器が設けられている。この構成によって、ステアリングホイールの半径方向のふれによりコーディングリングの半径方向の距離が変化しても、あるいは機械的あるいは熱的影響によって部品間の距離が変化しても、距離が一定のままである二つの光源が異なる明暗を形成するために光検出器上のコードの位置及び角度位置を正確に検出できるという利点がある。
【００２５】
同じ利点が以下のようにして得られる。すなわち、一つの点光源と、光源から異なる距離で互いに上下に配置された二つの直線状に配列の光検出器を設ける。
【００２６】
別の改良では、コーディングリングの上の角度決定用コードに少なくとも一つの基準コードが割り当てられている。この場合には、基準コードは角度決定用コードに隣接して設けられているか、あるいは角度決定用コードの上下に設けられている。
【００２７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態を使ってこの発明を説明する。
デジタルのシングルトラックコード２が、ステアリング装置の回転可能な円形リング１の360゜円周に装着されている。このコードは、観測領域３における周辺全体で重なりのないような形状になっている。つまり、これが不確定なところがなく閉じたシングルトラックと称されるものである。従って、このシングルトラックコードは360゜の範囲内でステアリング絶対角度を決定するのに十分なものである。
【００２８】
観測領域３は発光ダイオード４、５によって照明されて、光学装置６を介して直線状に配列の光検出器７の上に結像される。この直線状に配列の光検出器は電荷結合型ディテクタ（ＣＣＤ）として実現されている。観測領域３のコード２は、図１R>１ａでは白黒のコードとして具体化されている。コードは直線状に配列の光検出器からマイクロコントローラ８へコントラスト差として送られる。マイクロコントローラはコントラスト差を評価し、それらをデコードし、回転角度位置をインターフェース９を介して車両１０へ送る。
【００２９】
ユニット全体は電源１２を介して12ボルトの車両電気システム１３から供給される。
【００３０】
角度位置を検出するために、この方法においては、コードトラックの連続したセグメント、すなわち観測領域３が直線状に配列の光検出器７の上に結像される。0゜〜360゜の範囲内で、ステアリングの絶対角度を曖昧さなく決定でき、分解能は選択したコードに依存する。観測領域は、コードトラックの少なくとも一つのコードワード２９（図２を参照のこと）が直線状に配列のＣＣＤ７によって検出されるように選択される。各コードワードはステアリング角度に対応しており、角度分解能はコードワードの数に依存する。360のコードワードを想定すると、1゜の分解能が得られる。このようにして、大まかな角度が決定される。
【００３１】
この方法において、コードトラックのコードの分解能やコードワードの数とは無関係に、高分解能が得られこと、すなわち細かい角度決定を行うことができる。そのために、図２においては、観測領域３においてコードワード２９の始点２５と終点２６の位置が、静止した光検出器の固定された基準マーク２８に対して測定される。この実施の形態においてはピクセルＮｏ．６４に基準マークが設けられている。測定はマイクロコントローラ８の中のソフトウェアのみによって実行される。ソフトウェアはこの目的のために直線状に配列の光検出器７の明暗情報データを使用する。
【００３２】
その結果、光検出器の分解能で測定された、直線状に配列の光検出器７の基準マーク２８に対するコードワードの位置２７が得られる。基準マークに対するコードワードの位置あるいは距離、従ってステアリング角度センサの角度分解能は、直線状に配列の光検出器が観測領域を分解する分解能のみに依存する。この実施の形態においては、直線状に配列の光検出器は128のピクセルを有し、その結果、<0.2゜のステアリング角度分解能が得られる。このように、絶対角度は、コードワードと、直線状に配列の光検出器に対するコードワードの位置から求められる。
【００３３】
観測領域で少なくとも一つのコードワードを検出することを前提とすると、ステアリング角度センサの分解能は直線状に配列の光検出器の分解能のみに依存するため、コードワードの明／暗ラインは例えば2〜3mmの大きな寸法にすることができる。できる限り少ないコードワードを有するコードを使用することが望ましい。これは、例えば8ビットコードの代わりに例えば6ビットあるいは7ビットのコードを使用することによって達成される。こうして、汚れなどの環境の影響に対するセンサの感度が低下する。
【００３４】
図２においては、観測領域における直線状に配列のＣＣＤの光感応性セルの直線的な割り当てがｘ軸２１上に表されており、関係する電圧振幅がｙ軸２２上に表されている。観測領域３におけるコードが十分良好に直線状に配列の光検出器７の上に結像されているとすると、非常に明瞭なコントラスト差と、それに対応した鋭い境界が形成される。半径方向の公差が大きすぎたり汚れのために結像が不鮮明であると、直線状に配列の光検出器７は、グラフ２３のようなプロファイルのラフな信号を発生する。コードは、マイクロコントローラ８の中で周知の曲線解析や評価によって再構成され、それによって信号列２４が得られる。直線状に配列の光検出器７の光検出器の数の関数として振幅を評価することで、だんだんと汚れが進行したりコンポーネントの経時変化が生じたときに、それに応じてゲインを増大したり、ダイオード４、５の明るさを修正するように設定したりすることが可能である。これらの設定は、周辺にわたって、あるいは観測領域にわたって修正させることもできる。軸方向の公差は、コードトラック２の高さによって簡単に補正される。
【００３５】
感度をさらに向上させるためには、ステアリング角度センサを図４及び図４ａに従って構成する。周辺４１上のコードは0゜〜360゜の範囲の識別を行うための上側の粗い領域４２と、下側の密な領域４３とに分かれている。粗いコード領域４２は発光ダイオード４５によって照明されて、光学装置４７によって直線状に配列の光検出器７の上に結像され、大まかな角度が決定される。そのあと、密なコード領域４３が発光ダイオード４６によって照明されて、より細かい詳細が光学装置４８によって直線状に配列の光検出器７の上に結像される。このより細かい詳細は+/-10゜をカバーするコードから成っている。二つの光学装置はダイヤフラム４４によって分離されている。より細かい詳細を結像することによって、それに応じて分解能と精度を向上させることができる。
【００３６】
ステアリング角度センサの別の実施の形態が図３に示されている。この配置は図１のそれに対応しているが、システム全体をテストするためにモニタリング及びインターフェース用のマイクロプロセッサ１１が設けられ、マイクロプロセッサにはソフトウェアがインストールされており、このソフトウェアはマスク３４を介して直線状に配列の光検出器７の上に結像される一つあるいは複数の発光ダイオード３２、３３をスイッチオンし、かつ／あるいは巡回的にスイッチオンする。ダイオード３２、３３を順次スイッチオンする結果、一つあるいは複数の明暗情報データが直線状に配列の光検出器の上に連続的に発生する。その結果、配置全体の機能をすべてのコンポーネントを介してテストすることができる。光学コンポーネントの領域に汚れが生じた場合には、例えば制御電流を増やすことによって発光ダイオード４、５の光パワーを容易に修正させることができる。直線状に配列の光検出器の個々のディテクタの故障も検出され、コンピュータを用いた方策によって補正することができる。
【００３７】
ステアリング角度測定が行われる動作時間を通じて、図２の信号の立ち上がり及び立ち下がり時間や、信号の振幅、そしてコード２の明暗情報データを評価することによって、診断のためにシステム全体をモニタするだけでなく、公差を補正し、事実上すべての動作影響に対して精確を達成することが可能である。
【００３８】
図１は反射光で動作するステアリング角度センサの実施の形態を示しているが、図５は透過光式で動作するセンサを示している。この場合には、円形リング５４はコード５３の明るいラインの領域で透明になっている。発光ダイオード５２と光学装置５５がリングの内側に配置されている。直線状に配列の光検出器５１が円形リングの外側で前記ダイオードと光学装置へ割り当てられている。図５ａのコード５３は図１ａのコードに対応している。この場合にはコードトラックは平行光で透過照明される。
【００３９】
図６及び図６ａの実施の形態においては、二つの直線状に配列のセンサ６５、６６が設けられている。これらの直線状に配列のセンサは同じコードトラック６２を異なる箇所で観測している。両者はコードトラックのコースに関して垂直方向に配置されており、観測領域６３を同期的にではあるが異なる位置６７、６８で検出する。
【００４０】
二つの明暗情報データを比較することによって、例えばコードあるいは光学装置の局所的な汚れ粒子や、センサーエラーも識別することができる。二つの単列の直線状に配列のセンサ６５、６６の代わりに、この機能のためにエリアセンサ６１を使用することも可能である。
【００４１】
図７及び図７ａの実施の形態においては、図７ａから明かなように二つのトラック７１、７２を有するコード７３が設けられている。二つのコードトラックの各々は直線状に配列のセンサ６５、６６か、あるいはエリアセンサ６１の異なる線形列によって観測される。第２のコードトラックのコードは、例えば第１のコードトラックのコードの逆であり、従って、マイクロコントローラ８内で測定値を単に引算するだけでセンサ入力を簡単に制御できる。
【００４２】
別の構成が図８に示されている。センサの信頼性を向上させるために、この実施の形態においては第２のＣＣＤセンサ８５が第１のＣＣＤセンサ８４と水平方向に隣接して配置されている。このような水平配置によって、コードトラック８２の異なる箇所で異なるコードワードが示される。二つのＣＣＤセンサの測定結果の間の差によって、コードトラックに対する二つの光検出器の観測角度に差が必然的に生じる。この角度は、ＣＣＤセンサの位置によってわかる。
【００４３】
第２のＣＣＤセンサの代わりに、もっと大きなリニアＣＣＤセンサを使用することも可能である。また、二つの直線状に配列の光検出器を共通のハウジングを有する集積回路８１内で合体することも可能である。
【００４４】
図９の実施の形態においては、一つあるいは複数のＬＥＤ８６が光学装置８８を介して直接あるいはマットプレート８７を介して光検出器８９の上に結像される。コーディングはリング９０から成っており、その中には光学的に透明な角度範囲９１と光学的に不透明な角度範囲９２が、射出成形された溝によって、あるいはそれに対応するように、光学的に透明なプラスチックと光学的不透明なプラスチックによって形成されている。
【００４５】
図１０ａ及び図１０ｂの実施の形態においては、一つあるいは複数のＬＥＤ８６が直接あるいはマットプレート８７あるいはフレネルレンズを介して、同じ形状あるいは異なる形状の複数の円柱状レンズ９３によって、その他の光学配置を用いずに、直線状に配列の光検出器８９の上に結像される。円柱状レンズ９３は様々な明るさのストライプを光検出器８９の上に形成する。ステアリング角度を検出するコードは、コーディングリング９４の上に円柱状レンズ９３をそれに対応して配置し分布させることによって形成されている。
コーディングリング９４は透明な媒質から形成されている。円柱状レンズの配置は図１０ｂに示されている。図９及び図１０におけるようにＬＥＤをマットプレートの上に結像する代わりに、コーディングリング９５をプリズム状の形状とし、一つあるいは複数のＬＥＤ８６が例えば軸方向に（図１１を参照のこと）この形状に対して照明するようにしても良い。
光束はプリズムの斜辺９５ａで偏向する。コーディングリング９５の周辺における半径方向のへ出射光は、局所的な準平面領域９６と円柱状レンズ装置９３にあたるようになっている。この平面領域によって半径方向に設けられた光検出器８９へ均一に光が出射される。円柱状レンズ９３は光検出器８９に強弱の明るさの領域を形成する。ステアリング角度を決定するためのコーディングは、準平面領域をそれに応じて分布させることによって、また同じ形状あるいは異なる形状を有する複数の円柱状レンズによって実現される。
【００４６】
図１２ａによる別の実施の形態においては、光はＬＥＤ８６によって透明なコーディングリング９７へ軸方向に放射され、このコーディングリングは多数の円柱９８を有している。これらの円柱の一端はコーディングリングへ直接連結されており、他端は平面であるか、あるいはレンズ状に形成されている。その結果、これらの円柱の各々によって生じる明るさが、光検出器８９によって検出される。円柱のある領域とない領域によって、また形状的な密度によって、コードを付けることができ、それが検出される。この実施形態の変形が図１２ｂに示されている。この場合には、円柱９８の代わりにレンズ９９がコーディングリング９７へ直接設けられている。その効果は、上述した円柱を有する構成と同じである。
【００４７】
この発明による設計の例である図面に示されている実施の形態の他に、配置を半径方向あるいは軸方向の形にすることができ、そこでは光の伝搬方向を両方向に選択することが可能である。
【００４８】
図１３の実施の形態においては、レンズ装置は不要である。実質的な点光源、例えば軸に平行な空乏層を有する2μ×3μの発光領域を有するレーザーダイオード１０１、がコーディングリング９０を照明しており、コーディングリング９０は光学的に透明な領域９１と光学的に不透明な領域９２を有している。コーディングリング９０の後方には線状の光検出器８９が設けられている。光学的に透明な領域の場合には光検出器８９にコーディングリングによって明るさの分布が形成され、この明るさの分布が評価される。
【００４９】
図１３による装置は、図１４ａ及び図１４ｂに示されているように、既知の距離で互いに隣接する二つのレーザーダイオード１０１、１０２を使用することによって改善することができる。評価は、図１３の実施の形態に対して説明したようにして行われる。しかし、コーディングリング９０の半径方向距離が、図１４ａの光検出器の位置１、２で示したように、ステアリングホイールのふれによって変化したり、部品の間の距離が機械的あるいは熱的影響で変化したりしても、距離が一定のままである二つのレーザーダイオード１０１、１０２が異なる明暗を形成するため、コードの位置及び角度位置を光検出器８９で正確に検出することができる。この場合には、レーザーダイオード１０１、１０２は速い速度で交互に励起され、その時間は例えば10μs〜100μsと、十分に短くすることで、この時間の間に精度を制限するような角度変化がステアリングホイールに起きないようになっている。レーザーダイオードの代わりに、マスクを用いて軸方向に非常に狭い発光領域が形成された二重或いは三重構造のモノリシックＬＥＤを使用することも可能である。
【００５０】
コーディングリング９０から異なる距離に設けられた二つの直線状に配列の光検出器１０３、１０４に明暗が結像される場合には、一つのレーザーダイオード１０１あるいはＬＥＤを使用しても同じ効果が得られる（図１５ａ及び図１５ｂ）。明暗形状の状態によって、コードを正確に決定することが可能である。軸方向にふれが生じたときのコードリングの距離は、直線状に配列の光検出器上におけるコードの絶対的な範囲によって決定される。
【００５１】
図１６の実施の形態は角度決定用コード１０５と、基準コード１０６との組合せを示している。少なくとも一つの角度コード及び基準コードをカバーする長さにわたってコードを投影することによって、角度を評価できるだけでなく、一方においてはＣＣＤあるいは光検出器を基準コードによってテストでき、他方においては距離と正確な角度を基準コードの既知の距離によって決定することができる。
【００５２】
図１７に示されているように、角度決定用コード１０５は基準コード１０６と平行に設けることもできる。ここに示されているように、基準コード１０６を角度コーディングの端の上部あるいは底部に設けたときには、軸方向の公差は基準コード１０６の結像には影響しない。
【００５３】
図１８から明かなように、ＬＥＤ８６によってこれら二つのコードをいっしょに結像し、照明することができる。この結果、光検出器８９において、図１９の角度信号１０７と基準信号１０８とを発生させて、評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の方法を反射光式で実行するためのステアリング角度センサの基本設計を示している。
【図１ａ】  コードトラックの一部の平面図を示している。
【図２】  直線状に配列のＣＣＤの光感応性セルの、電圧振幅への割り当てを示している。
【図３】  直線状に配列のＣＣＤに明暗情報データがさらに投影されているステアリング角度センサの実施の形態を示している。
【図４】  粗い領域と密な領域とを有するコードの平面図を示している。
【図４ａ】  コード構造の断面図を関連する光学アセンブリとともに示している。
【図５】  透過光式のステアリング角度センサを示している。
【図５ａ】  コードトラックの一部の平面図を示している。
【図６】  互いに上下方向に配置された二つの直線状に配列のＣＣＤを有するステアリング角度センサの実施の形態を示しており、直線状に配列のＣＣＤへ一つのコードトラックが割り当てられている。
【図６ａ】  図６の実施の形態の側面図を示している。
【図７】  互いに上下に配置された二つの直線状に配列のＣＣＤを有するステアリング角度センサの実施の形態を示しており、直線状に配列のＣＣＤへそれぞれのコードトラックが割り当てられている。
【図７ａ】  図７の実施の形態の側面図を示している。
【図８】  互いに水平方向に隣接して配置された二つの直線状に配列のＣＣＤを有するステアリング角度センサの実施の形態を示している。
【図９】  プラスチックリングに射出成形されたコーディングを有する実施の形態を示している。
【図１０ａ、図１０ｂ】  円柱レンズを用いたコーディングの実施の形態を示している。
【図１１】  プリズム状の断面を有するコーディングリングを示している。
【図１２ａ】  円柱を有するコーディングリングを示している。
【図１２ｂ】  レンズが上に直接配置されているコーディングリングを示している。
【図１３】  光源として一つのレーザーダイオードが設けられているコーディングリングを示している。
【図１４ａ、図１４ｂ】  光源として二つのレーザーダイオードが設けられているコーディングリングを示している。
【図１５ａ、図１５ｂ】  一つのレーザーダイオードと、後方に二つの直線状に配列のＣＣＤが配置されたコーディングリングを示している。
【図１６】  角度決定用コードと、それに隣接する基準コードとの組合せを示している。
【図１７】  角度決定用コードと、その上下に配置された基準コードとの組合せを示している。
【図１８】  照明と直線状に配列のＣＣＤの図１７の組合せへの適用を示している。
【図１９】  角度信号と基準信号を示している。
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図７ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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