專利名稱：角度和扭矩的光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
靠線轉(zhuǎn)向?qū)τ谲?chē)輛是一種先進(jìn)的轉(zhuǎn)向概念，它消除了方向盤(pán)與前輪之間的機(jī)械連接。這種車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所有部件通過(guò)數(shù)字而不是以機(jī)械的方式連接。將駕駛者在方向盤(pán)上的輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。因此，一個(gè)傳感器測(cè)量方向盤(pán)的扭矩和角度。
背景技術(shù)：
專利文件US 5930905公開(kāi)了一種方法和一種裝置，用來(lái)測(cè)量一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的物體特別是一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)360度的物體的角度。該可轉(zhuǎn)動(dòng)物體與至少兩個(gè)另外的可轉(zhuǎn)動(dòng)物體合作，其中靠?jī)蓚€(gè)傳感器的幫助確定出角度位置。一種改進(jìn)的游標(biāo)計(jì)算(a modified noniuscalculation)由檢測(cè)到的角度位置確定出該可轉(zhuǎn)動(dòng)物體的角度位置，從而可以給出明確的說(shuō)明，所有三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的物體或者齒輪有確切的預(yù)先確定的齒數(shù)是必須的?？梢允褂眠@種方法和裝置確定出動(dòng)力車(chē)輛的方向盤(pán)角度。
專利文件DE-A 10 041 095涉及一種裝置，它用來(lái)測(cè)量一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)物體上的角度和/或扭矩。借助于磁學(xué)傳感器或者光學(xué)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中有兩個(gè)裝置，每個(gè)裝置設(shè)有兩個(gè)在光學(xué)上可以閱讀的條碼蹤跡，以相同的方式嵌入每個(gè)裝置的兩個(gè)條碼蹤跡，并且設(shè)置的方式使得所述裝置相對(duì)于彼此偏置，從而所指定的傳感器輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)。由兩個(gè)數(shù)字信號(hào)的偏離值計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。在另一個(gè)實(shí)施例中，在兩個(gè)裝置之間設(shè)置一個(gè)有已知的扭轉(zhuǎn)剛硬度的一個(gè)扭轉(zhuǎn)件。因此可以由兩個(gè)裝置的角度差計(jì)算出由可轉(zhuǎn)動(dòng)的物體傳遞的扭矩。最好在動(dòng)力車(chē)輛的轉(zhuǎn)向柱軸(thesteering column shaft)中使用這種裝置。
專利文件WO 00/28285涉及一種光學(xué)傳感器，用來(lái)確定一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的表面的位置，該表面有對(duì)于EMR(電磁輻射)反射率高和低的形成圖案的區(qū)域。該傳感器包括一個(gè)ASIC(對(duì)應(yīng)用專用的集成線路)，至少一個(gè)透鏡和至少一個(gè)EMR源。ASIC包括對(duì)EMR敏感的檢測(cè)器的至少一個(gè)陣列和處理裝置。EMR源可以對(duì)表面照射，并且至少一個(gè)透鏡可以將由表面反射的EMR聚焦，并在對(duì)EMR靈敏的檢測(cè)器的至少一個(gè)陣列上產(chǎn)生與表面上的圖案相對(duì)應(yīng)的圖像。將ASIC，至少一個(gè)透鏡和至少一個(gè)EMR源都包在同一外殼中，使這些件可以實(shí)現(xiàn)精確的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，并且把它們集成作為單一的可更換的模塊。ASIC的處理裝置可以對(duì)圖像進(jìn)行處理，確定出圖案在表面上的位置。
按照先有技術(shù)，例如由表面上的對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記(turningmarks)和激光標(biāo)記(laser marks)形成表面的圖案。每個(gè)對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的對(duì)稱軸線的位置與形成圖案的表面垂直。這些標(biāo)記可以例如有形狀為圓弧的截面。對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的目的是將來(lái)自EMR源的EMR反射進(jìn)入包括至少一個(gè)透鏡的圖像系統(tǒng)。結(jié)果，被對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記反射的EMR在對(duì)EMR敏感的檢測(cè)器陣列上產(chǎn)生一個(gè)明亮的區(qū)域。激光標(biāo)記由形成圖案的表面上平的表面構(gòu)成，將它們?cè)O(shè)計(jì)成將EMR反射離開(kāi)圖像系統(tǒng)。結(jié)果，激光標(biāo)記在對(duì)EMR敏感的檢測(cè)器陣列上產(chǎn)生暗的區(qū)域。
僅只在照射效率高、并且暗的區(qū)域與明亮的區(qū)域之間的對(duì)比度高的條件下，才能正確地檢測(cè)出由明亮區(qū)域與暗的區(qū)域形成的圖案。照射效率和對(duì)比度取決于EMR源與形成圖案的表面之間的照射角度。
按照先有技術(shù)，高的照射效率與低的對(duì)比度相聯(lián)系，或者相反。結(jié)果，所選擇的照射角度代表在一方面使照射效率為最佳與在另一方面使對(duì)比度為最佳之間的一種折衷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提高照射效率并且同時(shí)增加暗的區(qū)域與明亮區(qū)域之間的對(duì)比度。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)通過(guò)一種用于確定一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)物體的角位移和扭矩的光學(xué)傳感器來(lái)達(dá)到。該傳感器包括至少一個(gè)形成圖案的表面，一個(gè)ASIC，至少一個(gè)透鏡和至少一個(gè)EMR源。所述ASIC包括處理裝置和一個(gè)用于EMR的檢測(cè)器陣列。所述至少一個(gè)EMR源照亮形成圖案的表面，并且，所述至少一個(gè)透鏡將來(lái)自形成圖案的表面的被反射的EMR的一部分聚焦到用于EMR的檢測(cè)器陣列上。形成圖案的表面包括一個(gè)圖案，該圖案包括轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記。所述至少一個(gè)透鏡將被轉(zhuǎn)向標(biāo)記反射的EMR基本上聚焦到檢測(cè)器陣列上。轉(zhuǎn)向標(biāo)記不對(duì)稱。
轉(zhuǎn)向標(biāo)記不對(duì)稱的含義是它們沒(méi)有與形成圖案的表面垂直的對(duì)稱軸線。使用不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的好處是在一定的照射角度下，對(duì)EMR敏感的檢測(cè)器檢測(cè)到的反射強(qiáng)度為最大，同時(shí)暗的區(qū)域與明亮區(qū)域之間的對(duì)比度很高。


現(xiàn)將在附圖的基礎(chǔ)上描述本發(fā)明，這些圖代表本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中圖1示出了由對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記反射的EMR光束路徑(先有技術(shù))；圖2示出的圖中反射強(qiáng)度作為對(duì)于對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記的照射角度的函數(shù)(先有技術(shù))；圖3示出了通過(guò)由本發(fā)明提出的不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記反射的EMR光束路徑；圖4示出的圖中反射強(qiáng)度作為對(duì)于由本發(fā)明提出的不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記的照射角度的函數(shù)；圖5示出了帶有對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的傳感器的照射和成像概念(先有技術(shù))；圖6示出了帶有不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的傳感器的照射概念；圖7示出了包含帶有不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的形成圖案的表面的傳感器的總概念。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了由先有技術(shù)中的對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記反射的EMR光束路徑。
圖1的左部示意性地表示一個(gè)光學(xué)傳感器的一部分，它包括一個(gè)形成圖案的表面1，一個(gè)透鏡2，一塊ASIC 3(應(yīng)用專門(mén)的集成線路)和一塊印刷線路板4。一個(gè)EMR源(未示出)將形成圖案的表面1照亮。形成圖案的表面1將EMR的一部分反射進(jìn)入圖像系統(tǒng)(透鏡2)中，而形成圖案的表面1將EMR的另一部分反射離開(kāi)圖像系統(tǒng)。透鏡2將反射進(jìn)入圖像系統(tǒng)(透鏡2)中的那部分EMR 5聚焦到ASIC 3上，在ASIC 3上產(chǎn)生明亮的區(qū)域。被反射離開(kāi)圖像系統(tǒng)的另一部分EMR 6的效果是使在ASIC 3上的某些區(qū)域保持“黑暗”。結(jié)果，在ASIC 3上產(chǎn)生暗和亮的區(qū)域的一個(gè)圖像。ASIC 3包括檢測(cè)器的一個(gè)陣列(未示出)，此陣列檢測(cè)被聚焦到檢測(cè)器陣列上的EMR。進(jìn)而，ASIC 3包括處理裝置(未示出)，用來(lái)評(píng)估被檢測(cè)器陣列產(chǎn)生的信號(hào)。信號(hào)取決于形成圖案的表面1反射EMR的位置。由EMR源照亮的實(shí)際視場(chǎng)取決于條碼盤(pán)的角度位置，形成圖案的表面1就裝在此條碼盤(pán)上。通過(guò)評(píng)估在ASIC 3的檢測(cè)器陣列上的圖案的圖像可以明確地將視場(chǎng)中的一種圖案與條碼盤(pán)和連接到該條碼盤(pán)上的可轉(zhuǎn)動(dòng)物體的一個(gè)角度位置對(duì)應(yīng)起來(lái)。
在圖1的右側(cè)以放大圖示出了形成圖案的表面。在形成圖案的表面上的圖案包括對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記7和激光標(biāo)記8。在這種情況下，對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記7的截面有圓弧的形式。入射的EMR 9被對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記7在透鏡2的方向上反射。把反射進(jìn)入圖像系統(tǒng)(透鏡2)中的這部分EMR 5聚焦到ASIC 3上，形成明亮的區(qū)域10。激光標(biāo)記8是形成圖案的表面1上的平的區(qū)域，把它們?cè)O(shè)計(jì)成將入射的EMR 9反射離開(kāi)圖像系統(tǒng)(透鏡2)。被反射離開(kāi)圖像系統(tǒng)(透鏡2)中的這部分EMR 6基本上沒(méi)有被聚焦到ASIC 3上。因此，在ASIC 3上某些區(qū)域11仍保持“黑暗”。在形成的暗區(qū)域與明亮區(qū)域11，10之間的對(duì)比度很低。因?yàn)樵贏SIC 3上的EMR檢測(cè)器陣列的檢測(cè)原理是以利用對(duì)比度讀出形成圖案的表面1的條碼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，所以改善信噪比是有利的。在帶有對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的傳感器中信噪比很低?？梢栽趫D2中看出信噪比低并且對(duì)比度低的原因。
圖2示出了作為對(duì)于對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和對(duì)于激光標(biāo)記的照射角度α的函數(shù)的反射強(qiáng)度。
左圖示出了被對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記7反射的作為照射角度α的函數(shù)的EMR的反射強(qiáng)度I1。照射角度α是入射的EMR 9與形成圖案的表面1的平的部分之間的角度(見(jiàn)圖1)。在圖2的左圖中可以看到對(duì)于90度的照射角度α檢測(cè)到來(lái)自對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記7的最大反射強(qiáng)度I1。反射強(qiáng)度I1是一個(gè)對(duì)稱函數(shù)，它有鐘形曲線的形式。隨著照射角度α由90度的照射角度開(kāi)始增大和減小，它不對(duì)稱地趨近零值。
右圖示出了被激光標(biāo)記8反射的作為照射角度α的函數(shù)的EMR的探測(cè)的反射強(qiáng)度I2。反射強(qiáng)度I1也有鐘形曲線的形狀，90度為最大。與反射強(qiáng)度I1的差別在于強(qiáng)度I2的最大值較小，并且強(qiáng)度I2有較小的范圍。為了避免檢測(cè)到被激光標(biāo)記反射的EMR，必須選擇一個(gè)照射角度，在這個(gè)角度下反射強(qiáng)度I1高并且同時(shí)反射強(qiáng)度I2低(最好為零)。在圖2的左圖中的箭頭12標(biāo)出在實(shí)際中使用的照射角度，表示在一方面使照射效率為最佳與在另一方面使對(duì)比度為最佳之間的一種折衷。在這些照射角度12，改善了信噪比，這是因?yàn)榉瓷鋸?qiáng)度I2(被激光標(biāo)記反射的)接近零，因此不產(chǎn)生噪音。在另一方面，照射效率非常低，這是因?yàn)橛眠@些照射角度12反射強(qiáng)度I1非常低。
圖3示出了由本發(fā)明所提出的不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記反射的EMR的光束路徑。
傳感器的原理保持不變，如可以在圖3的左部看到的那樣。光學(xué)傳感器類似地包括連接到可轉(zhuǎn)動(dòng)物體13上的一個(gè)形成圖案的表面1，此表面可以將入射的EMR的一部分5反射進(jìn)圖像系統(tǒng)(透鏡2)中，并且將入射的EMR 9的另一部分6反射離開(kāi)圖像系統(tǒng)。透鏡2將EMR的部分5聚焦到定位在印刷線路板4上的ASIC 3上。ASIC 3檢測(cè)出被聚焦的EMR，并且處理所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)。
在圖3的右側(cè)以放大圖示出了形成圖案的表面。在形成圖案的表面上的圖案包括不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14和激光標(biāo)記8。
在圖3中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14形成在形成圖案的表面1上的一個(gè)鋸齒形表面。不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14將入射的EMR 9反射進(jìn)入圖像系統(tǒng)(透鏡2)中，該透鏡將EMR聚焦到ASIC 3上，在那里它形成明亮的區(qū)域10。激光標(biāo)記8以照射角度β反射到達(dá)形成圖案的表面1的入射EMR，離開(kāi)圖像系統(tǒng)(入射的EMR的一部分6)。結(jié)果，某些區(qū)域11在ASIC 3上保持“黑暗”。
在圖4中可以看出不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14與對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記7相比的優(yōu)點(diǎn)。
圖4示出了作為對(duì)于本發(fā)明所提出的不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記的照射角度的函數(shù)的反射強(qiáng)度。
圖4a示出了兩個(gè)圖，左圖給出了作為照射角度β的函數(shù)的被不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14反射的EMR的反射強(qiáng)度I3。對(duì)于一個(gè)照射角度βα15，此角度比90度小，檢測(cè)出來(lái)自不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14的最大反射強(qiáng)度I3。90度與帶有最大反射強(qiáng)度I3的照射角度15之間的差取決于不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的形狀。對(duì)于例如帶有鋸齒形狀的非對(duì)稱轉(zhuǎn)向標(biāo)記來(lái)說(shuō)，這個(gè)差取決于鋸齒的角度γ(見(jiàn)圖3)。反射強(qiáng)度I3再一次被表示為一個(gè)鐘形曲線，對(duì)于90度的照射角度β反射強(qiáng)度I3明顯地減小。
圖4a的右圖示出了被激光標(biāo)記8反射的作為照射角度β的函數(shù)的EMR的探測(cè)的反射強(qiáng)度I2。反射強(qiáng)度的形狀與在圖2中的相同，這是因?yàn)樵诒景l(fā)明中激光標(biāo)記沒(méi)有變化。反射強(qiáng)度I2的最大值仍然位于90度的照射角度。
在這種情況下，最有利的照射角度βα15是帶有最大反射強(qiáng)度I3的照射角度。采用這個(gè)照射角度的效果是高信噪比與高照射效率和ASIC 3上的暗區(qū)域與明亮區(qū)域之間的高對(duì)比度的結(jié)合。在照射角度15下對(duì)形成圖案的表面1的照射產(chǎn)生來(lái)自不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14的最大反射強(qiáng)度I3。同時(shí)，它產(chǎn)生由激光標(biāo)記8反射的EMR形成的非常低的反射強(qiáng)度信號(hào)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括以照射角度βα15照亮形成圖案的表面的EMR源，它產(chǎn)生被不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記14反射的最大反射強(qiáng)度I3的EMR。
圖5示出了在先有技術(shù)中有對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的傳感器的照射和成像概念。
將兩個(gè)條碼盤(pán)18，19與形成圖案的表面1一起裝接到一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的物體13上。把ASIC 3和兩個(gè)EMR源16，17(發(fā)射光的二極管LED)安裝在同一塊印刷線路板4上。使用兩個(gè)EMR引導(dǎo)件20，21將EMR由兩個(gè)EMR源16，17傳送到兩個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的條碼盤(pán)18，19，為的是使光學(xué)損失最小。這些EMR引導(dǎo)件20，21可以由傳輸EMR的塑料管或者玻璃纖維構(gòu)成。透鏡2用來(lái)將EMR聚焦到ASIC 3上。該透鏡將視場(chǎng)成像到ASIC 3上的EMR檢測(cè)器陣列上。
在圖5中示出了光束路徑，此圖說(shuō)明這種成像概念如何工作。第一EMR源16發(fā)射EMR，第一光學(xué)引導(dǎo)件20將EMR傳輸?shù)降谝粭l碼盤(pán)18。由到達(dá)被照亮的條碼盤(pán)18，19的外邊界的兩條光束22，23代表這種入射的EMR。兩個(gè)條碼盤(pán)18，19被由第一EMR源16發(fā)出的入射EMR照亮。在第一條碼盤(pán)18上，對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記7(未示出)將入射的EMR反射到透鏡2上。用兩條光束24，25表示在這個(gè)方向上被條碼盤(pán)18反射的EMR。透鏡2將這種被反射的EMR聚焦到ASIC3上(光束26，27)，在那里產(chǎn)生第一條碼盤(pán)16上的視場(chǎng)中圖案的圖像30。用來(lái)檢測(cè)在ASIC 3上的圖像的反射強(qiáng)度的在ASIC 3上的檢測(cè)器陣列最好是光二極管陣列。在第二條碼盤(pán)19上對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記在透鏡2的方向上也反射入射的EMR(光束28，29)，并且將EMR聚焦到ASIC 3上(光束31，32)。在ASIC 3的這個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生第二條碼盤(pán)上的視場(chǎng)中圖案的圖像33。第二EMR源17發(fā)出的EMR光束路徑與發(fā)自第一EMR源16的光束路徑類似，唯一的差別是它們?cè)趦蓚€(gè)EMR源16，17之間的對(duì)稱軸線上為鏡像對(duì)稱。在圖5中沒(méi)有示出這個(gè)光束路徑，為的是使圖簡(jiǎn)單。
在圖5中示出的組件不僅能夠測(cè)量可轉(zhuǎn)動(dòng)物體13的絕對(duì)角度，而且可以是對(duì)扭矩感知的系統(tǒng)的一部分。因此用預(yù)先確定扭轉(zhuǎn)剛硬度的件34把兩個(gè)條碼盤(pán)18，19連接起來(lái)，并且，通過(guò)評(píng)估它們的相對(duì)角度可以計(jì)算出扭矩。
圖6示出了帶有不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的傳感器的照射概念。
將兩個(gè)條碼盤(pán)18，19與形成圖案的表面1一起裝到一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的物體13上。把兩個(gè)EMR源16，17安裝在一塊印刷線路板4上。在本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，EMR源是LED。兩個(gè)EMR引導(dǎo)件20，21將EMR由EMR源16，17傳送到條碼盤(pán)18，19上。在本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)光學(xué)引導(dǎo)件將由至少一個(gè)EMR源發(fā)出的EMR以有利的照射角度βα傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)形成圖案的表面上，當(dāng)被照亮的形成圖案的表面1上的不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記反射EMR時(shí)，這樣可以獲得最大的反射強(qiáng)度。
圖7示出了包含不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的傳感器的總概念。
該傳感器包括兩個(gè)條碼盤(pán)18，19，它們帶有裝到一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)物體13的兩個(gè)不同部分上的形成圖案的表面1，在這兩部分之間的一個(gè)預(yù)先確定扭轉(zhuǎn)剛硬度的件34，兩個(gè)EMR源16，17和安裝到印刷線路板4上的ASIC 3，以及一個(gè)透鏡2。圖7示出了兩個(gè)條碼盤(pán)18，19的形成圖案的表面1的兩個(gè)放大圖35，36。兩個(gè)放大圖35，36示出了平的激光標(biāo)記8和鋸齒形的不對(duì)稱轉(zhuǎn)向標(biāo)記14。在本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使不對(duì)稱的鋸齒形轉(zhuǎn)向標(biāo)記在相反的方向上對(duì)準(zhǔn)，并且在形狀上比較精確。不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的這種對(duì)準(zhǔn)有如下優(yōu)點(diǎn)可以在一個(gè)緊湊的傳感器外殼中實(shí)現(xiàn)以有利的照射角度βα對(duì)兩個(gè)條碼盤(pán)的照射和對(duì)反射的EMR的聚焦。在本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，由兩個(gè)EMR引導(dǎo)件傳輸?shù)腅MR可以有交叉的光束路徑。這意味著第一引導(dǎo)件20將來(lái)自第一EMR源16的EMR傳輸?shù)降诙l碼盤(pán)19上，而第二引導(dǎo)件21將來(lái)自第二EMR源17的EMR傳輸?shù)降谝粭l碼盤(pán)18上。通過(guò)使兩個(gè)條碼盤(pán)18，19上的不對(duì)稱轉(zhuǎn)向標(biāo)記14在相反的方向上對(duì)準(zhǔn)，兩個(gè)條碼盤(pán)18，19上的不對(duì)稱轉(zhuǎn)向標(biāo)記14將入射的EMR 9反射進(jìn)入一個(gè)成像系統(tǒng)(透鏡2)中。通過(guò)透鏡將條碼盤(pán)18，19上的被照亮的圖案反射到ASIC 3上。在圖案的基礎(chǔ)上，在ASIC 3上可以計(jì)算出可轉(zhuǎn)動(dòng)物體13的角度和扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)?；兣c施加在可轉(zhuǎn)動(dòng)物體13上的扭矩成正比。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)透鏡將激光標(biāo)記所反射的EMR基本上聚焦到EMR檢測(cè)器陣列上，并且將不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記所反射的EMR反射離開(kāi)成像系統(tǒng)。因此，相對(duì)條碼盤(pán)的不同的照射角度和成像系統(tǒng)的不同位置是必須的。在圖4b的右部中標(biāo)出了用于本發(fā)明的這一實(shí)施例的有利的照射角度37。結(jié)果，激光標(biāo)記在ASIC3上產(chǎn)生明亮的區(qū)域，而不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記產(chǎn)生暗的區(qū)域。按照?qǐng)D4b，對(duì)于任何照射角度β反射強(qiáng)度I3都比反射強(qiáng)度I2高。這意味著必須選擇有最大強(qiáng)度的一個(gè)優(yōu)選的照射傾斜角度。在圖4b中示出了優(yōu)選的照射傾斜角度38。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，被本發(fā)明的傳感器確定的角度和扭矩是動(dòng)力車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角度和方向盤(pán)扭矩或者轉(zhuǎn)向軸扭矩。
標(biāo)號(hào)表1 形成圖案的表面2 透鏡3 ASIC4 印刷線路板5 被反射進(jìn)入圖像系統(tǒng)的那部分EMR6 被反射離開(kāi)圖像系統(tǒng)的那部分EMR7 對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記8 激光標(biāo)記9 入射的EMR10 明亮的區(qū)域11 暗的區(qū)域12 與對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記一起使用的照射角度13 可轉(zhuǎn)動(dòng)的物體14 不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記15 對(duì)于不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記的有利的照射角度16 第一EMR源17 第二EMR源18 帶有一個(gè)形成圖案的表面的第一條碼盤(pán)19 帶有一個(gè)形成圖案的表面的第二條碼盤(pán)20 第一EMR引導(dǎo)件21 第二EMR引導(dǎo)件22 入射的EMR的第一光束23 入射的EMR的第二光束24 反射的EMR的第一光束25 反射的EMR的第二光束26 第一被聚焦的EMR光束27 第二被聚焦的EMR光束28 反射的EMR的第三光束29 反射的EMR的第四光束30 第一條碼盤(pán)上的圖案的圖像
31 第三被聚焦的EMR光束32 第四被聚焦的EMR光束33 第二條碼盤(pán)上的圖案的圖像34 扭轉(zhuǎn)剛硬度被預(yù)先確定的件35 第一條碼盤(pán)的形成圖案的表面的第一放大圖36 第二條碼盤(pán)的形成圖案的表面的二放大圖37 對(duì)于激光標(biāo)記的有利的照射角度38 優(yōu)選的照射傾斜角度
權(quán)利要求
1.一種用于確定可轉(zhuǎn)動(dòng)物體(13)的角位移和扭矩的光學(xué)傳感器，該傳感器包括至少一個(gè)形成圖案的表面(1)，ASIC(3)，至少一個(gè)透鏡(2)和至少一個(gè)EMR源(16，17)，所述ASIC(3)包括處理裝置和用于EMR的檢測(cè)器陣列，所述至少一個(gè)EMR源(16，17)照亮形成圖案的表面(1)，而所述至少一個(gè)透鏡(2)將來(lái)自形成圖案的表面(1)的被反射的EMR(5)的一部分聚焦到用于EMR的檢測(cè)器陣列上，其特征在于，形成圖案的表面(1)包括圖案，該圖案包括轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記(8)，所述至少一個(gè)透鏡(2)將被轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)反射的EMR基本上聚焦到檢測(cè)器陣列上，并且轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)不對(duì)稱。
2.一種用于確定可轉(zhuǎn)動(dòng)物體(13)的角位移和扭矩的光學(xué)傳感器，傳感器包括至少一個(gè)形成圖案的表面(1)，一個(gè)ASIC(3)，至少一個(gè)透鏡(2)和至少一個(gè)EMR源(16，17)，所述ASIC(3)包括處理裝置和用于EMR的檢測(cè)器陣列，所述至少一個(gè)EMR源(16，17)照亮形成圖案的表面(1)，并且所述至少一個(gè)透鏡(2)將來(lái)自形成圖案的表面(1)的被反射的EMR(5)的一部分聚焦到用于EMR的檢測(cè)器陣列上，其特征在于，形成圖案的表面(1)包括圖案，該圖案包括轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記(8)，所述至少一個(gè)透鏡(2)將被激光標(biāo)記(8)反射的EMR基本上聚焦到檢測(cè)器陣列上，并且轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)不對(duì)稱。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)形成在形成圖案的表面(1)上的鋸齒形表面上。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述至少一個(gè)EMR源(16，17)是LED。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，檢測(cè)器陣列是光二極管的陣列。
6.按照權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，EMR源(16，17)以一個(gè)有利的照射角度(15)照亮形成圖案的表面(1)，這樣產(chǎn)生被不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)反射的最大的EMR反射強(qiáng)度。
7.按照權(quán)利要求6所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，光學(xué)引導(dǎo)件(20，21)將由EMR源(16，17)發(fā)出的EMR以不對(duì)稱轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)的有利的照射角度(15)傳輸?shù)叫纬蓤D案的表面(1)上。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，使兩個(gè)形成圖案的表面(1)的不對(duì)稱轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)在相反的方向上對(duì)準(zhǔn)。
9.按照權(quán)利要求8所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，兩個(gè)EMR引導(dǎo)件(20，21)中的每一個(gè)引導(dǎo)件將EMR以有利的照射角度(15)傳輸?shù)絻蓚€(gè)形成圖案的表面(1)中的一個(gè)表面上，在該有利的照射角度，兩個(gè)形成圖案的表面(1)的不對(duì)稱的轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)在一個(gè)透鏡(2)的方向上反射EMR。
10.按照權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，要確定的角位移和扭矩是車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角度和方向盤(pán)扭矩或者轉(zhuǎn)向軸扭矩。
11.按照權(quán)利要求8所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，兩個(gè)EMR引導(dǎo)件(20，21)中的每一個(gè)引導(dǎo)件將EMR以有利的照射角度(15)傳輸?shù)絻蓚€(gè)形成圖案的表面(1)中的一個(gè)表面上，在該有利的照射角度，兩個(gè)形成圖案的表面(1)的對(duì)稱的激光標(biāo)記在一個(gè)透鏡(2)的方向上反射EMR。
全文摘要
一種用于確定一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)物體(13)的角位移和扭矩的光學(xué)傳感器構(gòu)成。該傳感器包括至少一個(gè)形成圖案的表面(1)，一個(gè)ASIC(3)，至少一個(gè)透鏡(2)和至少一個(gè)EMR源(1 6，17)。ASIC(3)包括處理裝置和一個(gè)用于EMR的檢測(cè)器陣列。至少一個(gè)EMR源(16，17)照亮形成圖案的表面(1)，并且，至少一個(gè)透鏡(2)將來(lái)自形成圖案的表面(1)的被反射的EMR(5)的一部分聚焦到用于EMR的檢測(cè)器陣列上。形成圖案的表面(1)包括一個(gè)圖案，該圖案包括轉(zhuǎn)向標(biāo)記和激光標(biāo)記(8)。至少一個(gè)透鏡(2)將被轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)反射的EMR基本上聚焦到檢測(cè)器陣列上。轉(zhuǎn)向標(biāo)記(14)不對(duì)稱。
文檔編號(hào)B62D5/04GK1618008SQ02827936
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
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