角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器的制作方法

專利名稱：角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器的制作方法
技術領域：
本發明涉及檢測經由板簧或扭桿等的彈性體而擺動的活動部的角度的角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器，特別涉及適用于道路·交通基礎設施用的激光雷達掃描裝置的角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器。
背景技術：
近年來，由于車輛的多功能化與交通量的增大而引起了駕駛員的駕駛負荷變大。對此，開發出了一種實現減輕駕駛員的負荷并提高便利性的ACC(智能導航系統Adaptive Cruise Control)系統。為了構建該ACC系統，很多時候要在車輛上搭載檢測障礙物、前方車輛等的車輛、行人等的雷達裝置。在該車載用的雷達裝置中，多使用的是利用毫米波或光的掃描型的裝置。
在掃描型的雷達裝置上，有利用馬達掃描活動部的裝置，該活動部利用馬達，反射激光等來掃描檢測方向。例如，利用DC馬達與多面反射鏡來掃描激光(參考非專利文獻1)。
另一方面，也利用掃描型執行器，該掃描型執行器通過板簧將掃描的活動部與固定部連接起來，并利用動圈等來掃描該活動部。
非專利文獻1《ACC系統用掃描式激光雷達的開發》大杉等著，電裝技術評論(Denso Technical Review)Vol.6 No.1 2001 pp.43-48但是，利用馬達的掃描型執行器，為了檢測掃描角度而使用了馬達內置的回轉式編碼器，因此就有難以避免成本上升的問題。
另一方面，在使用板簧的掃描型執行器中，通過光學式距離傳感器等檢測板簧的變位或活動部的變位，由于利用該檢測結果來檢測角度，所以就有檢測誤差大的問題。
即，在通過光學式距離傳感器等的距離傳感器檢測掃描角度時，由于不能忽視彈簧常數等機體差異、距離傳感器與掃描型執行器的活動部之間的距離而產生的相對誤差、溫度特性等距離傳感器本身的檢測精度差等，產生了大的檢測誤差。并且，被掃描的活動部本身的角度精度、向活動部的掃描型執行器安裝的安裝精度或加工尺寸精度，也是掃描角度檢測誤差的較大的原因，這些因素綜合起來就產生了大的誤差。
此處，考慮了在活動部或板簧通過的一點或多個點設置光電斷路器(photo interrupter)等位置傳感器來推斷掃描角度，但是由于活動部的動作振幅或軌跡不固定，所以通過該方式得到的掃描角度的精度下降。實際上，使用了板簧的掃描型執行器的活動部的運動，容易因干擾振動、輸入電壓變動、經時變化等而使得掃描的行程容易變動。特別地，在使用了板簧的掃描型執行器中，為了實現節省電力，有時進行利用了彈簧質點系統(spring-mass system)的一次共振點附近的掃描，此時的掃描的行程變動非常大。另外，在通過推斷掃描角度而求得的情況下，需要預先把握活動部的角度與活動部的軌跡的相關關系，并使該結果數據化來修正，因此就有為此而花費時間與勞力、且維護性變差的問題。
另一方面，為了解決由該推斷方式產生的問題，考慮了在活動部的軌跡上大致連續地設置編碼器狹縫(encoder slits)或磁尺等，利用光敏元件或磁敏元件等來檢測掃描角度，此時，與使用編碼器馬達的情況同樣地會產生成本上升的問題。即，在使用板簧等的掃描型執行器中，由于活動部的旋轉中心根據掃描角度的不同而移動，所以在活動部的軌跡上配置的編碼器狹縫的間隔對應于掃描角度變得復雜，要求高的配置精度，就會有該編碼器狹縫的間隔誤差成為大的掃描角度誤差而顯現的問題。另外，還存在用于消除該誤差的校準處理等需要花費很多的時間與勞力的問題。

發明內容
本發明就是鑒于上述情況而做出的發明，其目的在于提供一種角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器，即使是使用板簧等的彈性體的掃描型執行器，也能夠容易地進行高精度的掃描角度檢測。
為了解決上述課題而達成目的，第一方面的角度檢測裝置的特征在于，包括第一以及第二傳感器，其被設置于經由彈性體而與固定部連接的活動部的兩端，檢測擺動的該活動部的位移量；角度計算機構，其基于所述第一以及第二傳感器檢測出的各位移量、與所述第一傳感器與所述第二傳感器之間的距離，計算出所述活動部的位移角度。
根據該第一方面的發明，第一以及第二傳感器檢測出擺動的活動部的位移量，角度計算機構基于所述第一以及第二傳感器檢測出的各位移量、與所述第一傳感器與所述第二傳感器之間的距離，計算出所述活動部的位移角度，能夠容易且精度良好地檢測出進行不規則動作的活動部的位移角度。
另外，第二方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，所述第一以及第二傳感器分別是兩相傳感器。
另外，第三方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，還具備檢測所述活動部的任意的規定位置的第三傳感器，所述角度計算機構包括基于所述第一以及第二傳感器的檢測值，判斷所述活動部的各兩端部的動作方向的方向判斷機構；基于所述第三傳感器的位置檢測結果確定所述第一以及第二傳感器的動作區域的區域確定機構。
根據該第三方面的發明，所述角度計算機構，由于方向判斷機構基于所述第一以及第二傳感器的檢測值，判斷所述活動部的各兩端部的動作方向，基于由第三傳感器檢測的活動部的中心位置檢測結果，確定所述第一以及第二傳感器的動作區域，所以能夠防止由活動部的振動引起的誤差的產生并能夠高精度地檢測絕對角度。
另外，第四方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，具備編碼器板，所述編碼器板具有在至少分別與所述第一以及第二傳感器的軌跡相對應的區域上設置的狹縫組，所述狹縫組相對于連結所述第一傳感器與所述第二傳感器的方向被平行地形成。
根據該第四方面的發明，在連結所述第一傳感器與所述第二傳感器的方向上，平行地形成在所述編碼器板上設置的所述狹縫組，通過簡易的結構能夠進行高精度的角度檢測。
另外，第五方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，具備編碼器板，所述編碼器板具有在至少分別與所述第一以及第二傳感器的軌跡相對應的區域上設置的狹縫組，所述狹縫組相對于連結所述第一傳感器與所述第二傳感器的方向被垂直地形成。
另外，第六、七方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，所述編碼器板具備經由所述狹縫組向所述第一以及第二傳感器射出光的光源，所述第一以及第二傳感器作為光電斷路器型的傳感器發揮作用。
另外，第八、九方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，所述狹縫組是使從所述第一以及第二傳感器射出的光反射或者散射的狹縫狀的檢測組，所述第一以及第二傳感器作為光反射器型的傳感器發揮作用。
另外，第十、十一方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，所述狹縫組是狹縫狀的磁鐵組，所述第一以及第二傳感器作為磁敏元件發揮作用。
另外，第十二、十三方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，所述編碼器板被一體成形。
根據該第十二、十三方面的發明，由于所述編碼器板被一體成形，所以能夠防止由于編碼器板之間的錯位而引起的精度的惡化。
另外，第十四方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，所述方向判斷機構，將所述兩相傳感器的檢測值倍增到四倍來檢測。
根據該第十四方面的發明，由于所述方向判斷機構，將所述兩相傳感器的檢測值倍增到四倍來檢測，不僅能夠進行高精度的位置檢測，而且也能夠進行方向判斷，進而為了得到相同的分辨率而能夠擴大狹縫間隔，所以通過簡單的結構，就能夠進行高精度的角度檢測。
另外，第十五方面的角度檢測裝置的特征在于，在上述發明中，所述角度計算機構還具備修正表，所述修正表對所述第一傳感器以及所述第二傳感器之間的距離的長度、或者伴隨所述第一傳感器以及所述第二傳感器的角度增大的誤差進行修正。
另外，第十六方面的掃描型執行器的特征在于，包括角度檢測裝置，其包括第一以及第二傳感器，其被設置于經由彈性體而與固定部連接的活動部的兩端，檢測擺動的該活動部的位移量；角度計算機構，其基于所述第一以及第二傳感器檢測出的各位移量、與所述第一傳感器與所述第二傳感器之間的距離，計算出所述活動部的位移角度；使所述活動部擺動的擺動機構、基于所述角度檢測裝置的檢測結果控制所述擺動機構的擺動的擺動控制機構。
另外，第十七方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，所述第一以及第二傳感器分別是兩相傳感器。
另外，第十八方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，所述角度檢測裝置還具備檢測所述活動部的任意的規定位置的第三傳感器，所述角度計算機構包括基于所述第一以及第二傳感器的檢測值，判斷所述活動部的各兩端部的動作方向的方向判斷機構；基于所述第三傳感器的位置檢測結果確定所述第一以及第二傳感器的動作區域的區域確定機構。
另外，第十九方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，所述角度檢測機構具備編碼器板，所述編碼器板具有在至少分別與所述第一以及第二傳感器的軌跡相對應的區域上設置的狹縫組，所述狹縫組相對于連結所述第一傳感器與所述第二傳感器的方向被平行地形成。
另外，第二十方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，所述編碼器板具備經由所述狹縫組向所述第一以及第二傳感器射出光的光源，所述第一以及第二傳感器作為光電斷路器型的傳感器發揮作用。
另外，第二十一方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，所述編碼器板被一體成形。
另外，第二十二方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，所述方向判斷機構，將所述兩相傳感器的檢測值倍增到四倍來檢測。
另外，第二十三方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，所述角度計算機構還具備修正表，所述修正表對所述第一傳感器以及所述第二傳感器之間的距離的長度、或者伴隨所述第一傳感器以及所述第二傳感器的角度增大的誤差進行修正。
另外，第二十四方面的掃描型執行器的特征在于，在上述發明中，作為激光掃描裝置來使用。
(發明效果)
根據該發明，第一傳感器以及第二傳感器，被設置于經由彈性體而與固定部連接的活動部的兩端，檢測擺動的該活動部的位移量，角度計算機構，基于所述第一以及第二傳感器檢測出的各位移量、與所述第一傳感器與所述第二傳感器之間的距離，計算出所述活動部的位移角度，不會受到掃描型執行器的加工精度、組裝精度、板簧或扭桿等的彈簧常數等的動態特性的影響，能夠起到容易且精度良好地檢測出進行不規則的動作的活動部的角度的效果。
另外，根據本發明，角度計算機構，由于方向判斷機構基于兩相傳感器的檢測值判斷不變形部的各兩端部的動作方向，基于由第三傳感器檢測的活動部的中心位置檢測結果確定第一以及第二傳感器的動作區域，所以能夠起到防止由活動部的振動引起的誤差的產生并能夠高精度地檢測絕對角度的效果。
另外，根據本發明，由于在連結第一傳感器與第二傳感器的方向上平行地形成、或者垂直地形成在編碼器板上設置的狹縫組，所以能夠起到能夠通過簡單的結構，進行精度高的角度檢測。
另外，根據本發明，由于一體成形編碼器板，所以能夠起到能夠防止由于編碼器板之間的錯位而引起的精度惡化的效果。
另外，根據本發明，由于方向判斷機構，將兩相傳感器的檢測值倍增到四倍來檢測，不僅能夠進行高精度的位置檢測，而且也能夠進行方向判斷，進而為了得到相同的分辨率而能夠擴大狹縫間隔，所以能夠起到通過簡單的結構，就能夠進行高精度的角度檢測的效果。


圖1是表示包括該發明的實施方式1即角度檢測裝置的掃描型執行器的局部結構的圖。
圖2是表示圖1所示的掃描型執行器的簡要結構的示意圖。
圖3是表示圖1所式的活動部的掃描狀態的圖。
圖4是表示圖1所示的角度檢測裝置的結構的框圖。
圖5是表示編碼器狹縫板與活動部的位置關系以及編碼器狹縫板的結構的圖。
圖6是表示圖4所示的編碼器狹縫板與活動部的兩相光敏元件的位置關系的圖。
圖7是表示a相信號與b相信號的相位關系和四倍增檢測處理的圖。
圖8是說明分辨率的圖。
圖9是表示動圈中流動的電流、以及兩相光敏元件的檢測距離和已計算出的角度的數據的圖。
圖10是表示動圈中流動的電流與活動部的角度的關系的圖。
圖11是表示本發明的實施方式1即角度檢測裝置的變形例的結構的圖。
圖12是表示本發明的實施方式1即角度檢測裝置的變形例的結構的圖。
圖13是表示本發明的實施方式2即角度檢測裝置的編碼器狹縫板與活動部的位置關系的圖。
圖14是表示本發明的實施方式2即角度檢測裝置的局部結構的圖。
圖15是表示包括本發明的實施方式3即角度檢測裝置的掃描型執行器的局部結構的圖。
圖16是表示適用本發明的實施方式1～3的掃描型執行器的簡要結構的圖。
圖17是表示適用本發明的實施方式1～3的掃描型執行器的簡要結構的圖。
符號說明1、51a、51b固定部2板簧3、53、61、71活動部4、4e狹縫4R、4L、4A、4B、54R、54L編碼器狹縫板4d反射部5支持部6動圈11控制部
12驅動部13處理部14發光部15R、15L四倍增方向鑒別部16R、16L計數器17計算處理部18A/B差分距離計算處理部19角度計算處理部20修正表24光源52扭桿72透鏡SR、SL、SR2、SL2、SR5、SL5兩相光敏元件SC原點傳感器Ra、Rb、La、Lb光電晶體管Rc、Lc發光部Ea、Eb區域具體實施方式
以下，基于附圖，對于本發明的角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器的實施方式進行詳細的說明。而且，本發明并不限定于該實施方式。
(實施方式)圖1是表示具有該發明的實施方式1即角度檢測裝置的掃描型執行器的局部結構的圖。另外，圖2是表示圖1所示的掃描型執行器的整體簡要結構的示意圖。該掃描型執行器是道路·交通基礎設施用掃描型執行器，構成掃描型激光雷達裝置的一部分。
在圖1以及圖2中，該掃描型執行器具有反射從發光部14輸出的激光、并進行規定角度的掃描的活動部3。活動部3經由作為彈性體的板簧2連接于固定部1。活動部3由相對于掃描的激光的反射方向而垂直配置的板狀部件構成，激光的反射面的相反側設有動圈6。動圈6規定活動部3的軌道，對應于從控制部11內的驅動部12輸出的電流值而驅動。例如，如果驅動部12輸出交流電流，則動圈擺動，活動部3隨之擺動，掃描激光。
在活動部3的兩端的下端部設有兩相光敏元件SR、SL，并設有覆蓋了該兩相光敏元件SR、SL的軌道路徑的編碼器狹縫板4R、4L。在編碼器狹縫板4R、4L上設置有使來自沒有圖示的光源的光通過的狹縫，兩相光敏元件SR、SL檢測通過該狹縫的光，檢測出以編碼器狹縫板4R、4L作為基準的移動量。即，兩相光敏元件SR、SL是光電斷路器型的傳感器。
兩相光敏元件SR、SL檢測出的值與檢測出板簧2沒有變形的活動部3的原點位置的、后述的原點傳感器SC檢測出的值，被輸出到控制部11的處理部13，處理部13以這些值為基準計算輸出活動部3的角度。控制部11以處理部13計算輸出的角度為準，反饋控制驅動部12。而且，支持部5支持固定部1以及引導動圈6的部分。
圖3是表示活動部3的擺動動作的示意圖。如圖3所示，活動部3的反射面相對于掃描激光的檢測方向垂直的狀態成為原點位置。另外，活動部3從該位置±θ0擺動，板簧2與活動部3的連接點即活動部3的中心位置也變化。
圖4是表示圖1以及圖2所示的掃描型執行器的角度檢測裝置的結構的框圖。在圖4中，編碼器狹縫板4R、4L覆蓋各兩相光敏元件SR、SL的軌道路徑，在x方向延伸的多個狹縫4被配置成在y方向上保持間隔δ。而且，設置有檢測活動部3的角度為0度時的板簧2的前端部分的原點傳感器SC。
如圖5所示，編碼器狹縫板4R、4L具有多個狹縫4，并且在下部具有光源24，來自光源的光從狹縫4被輸出到兩相光敏元件SR、SL側。
圖6是表示兩相光敏元件SR、SL與狹縫4的關系的圖。如圖6所示，兩相光敏元件SR、SL被設置于活動部3的兩端，分別具有兩個光電晶體管Ra、Rb、La、Lb，在經由狹縫4檢測光時，輸出成為打開(on)狀態的脈沖。此處，光電晶體管Ra、Rb以及光電晶體管La、Lb，在各自角度為0度的狀態下，具有1/2δ的間隔地被垂直配置在狹縫4的長度方向上。因此，在活動部3擺動時，從光電晶體管Ra、Rb以及光電晶體管La、Lb分別輸出具有90度的相位差的脈沖。此處，在活動部3繞逆時針方向移動時，光電晶體管Ra、Rb，以光電晶體管Ra、Rb的順序檢測來自狹縫4的光，光電晶體管La、Lb，以光電晶體管La、Lb的順序檢測來自狹縫4的光。因此，將光電晶體管Ra、La檢測出的脈沖信號作為a相信號，將光電晶體管Rb、Lb檢測出的脈沖信號作為b相信號。
在圖4中，從兩相光敏元件SR，輸出來自光電晶體管Ra的a相信號SRa與來自光電晶體管Rb的b相信號SRb，并被輸入到處理部13的四倍增方向鑒別部(four-multiple direction discrimination)15R。另一方面，從兩相光敏元件SL，輸出來自光電晶體管La的a相信號SLa與來自光電晶體管Lb的b相信號SLb，并被輸入到處理部13的四倍增方向鑒別部15L。
四倍增方向鑒別部15R，檢測出a相信號SRa以及b相信號SRb的脈沖的上升以及下降的全部的時刻t1～t4，四倍增方向鑒別部15L，檢測出a相信號SLa以及b相信號SLb的脈沖的上升以及下降的全部的時刻t1～t4。此處，如圖7所示，由于在a相信號與b相信號之間存在90度的相位差，所以在一個周期360度的期間，能夠得到相隔90度的四個信號，能夠將兩相光敏元件SR、SL的位置檢測的分辨率提高到四倍。
另外，四倍增方向鑒別部15R、15L，在a相信號超前于b相信號的情況(圖7(a))下，能夠判斷活動部3繞逆時針方向移動，此時，每當脈沖的上升以及下降時，將脈沖信號Sup輸出到計數器16R、16L。另一方面，在a相信號滯后于b相信號的情況(圖7(b))下，能夠判斷活動部3繞順時針方向移動，此時，每當脈沖的上升以及下降時，將脈沖信號Sdown輸出到計數器16R、16L。
計數器16R、16L，在每次脈沖信號Sup的輸入時增加計數值，在每次脈沖信號Sdown的輸入時減少計數值。例如，在繞逆時針方向被計數15個之后，如果在順時針方向計數5個，則計數器16R、16L輸出10個計數值。即，通過由四倍增方向鑒別部15R、15L進行的判斷活動部3的移動方向，能夠防止由振動等而導致的錯誤計數。
另外，向計數器16R、16L分別輸入來自原點傳感器SC的脈沖信號S1。該脈沖信號具有作為復位脈沖的功能，計數器16R、16L被復位。由此，從計數器16R、16L輸出的信號SB、SA成為以活動部3為0度的狀態為基準的y方向成分的計數值nB、nA。具有該計數值nB、nA的信號SB、SA被輸入到計算處理部17的A/B差分距離計算處理部18。
A/B差分距離計算處理部18，通過下式(1)，計算出y方向的位移量ΔLθy。
ΔLθy＝(nA+nB)*(δ/4) …(1)該位移量ΔLθy被輸出到角度計算處理部19，角度計算處理部19，以兩相光敏元件SR、SL之間的距離為L，通過下式(2)，計算出相對活動部3的基準位置的相對角度θ。
θ＝sin-1(Lθy/L) …(2)這樣，即使在活動部3的擺動具有不是正圓的不規則的軌道的情況下，也能夠檢測出活動部3的角度。而且，在很長地設置兩相光敏元件SR、SL之間的距離L的情況下或在擺動的角度θ0小的情況下，能夠更高精度地檢測出角度θ。
此時，不會受到掃描型執行器的加工精度、組裝精度、板簧的彈簧常數等動態特性等的影響，而只是因為狹縫4也以等間隔δ配置，所以能夠簡便地進行高精度的角度檢測。
而且，在沒有很長地設置兩相光敏元件SR、SL之間的距離L的情況下或在擺動的角度θ0大的情況下，由于y方向成分的計數值nB、nA與角度θ的線性關系消失，所以也可以利用在修正表20中儲存的修正值來對角度θ進行修正。
另外，雖然四倍增方向鑒別部15R、15L將a相信號以及b相信號倍增到四倍，但是并不限于此，也可以倍增兩倍、一倍來檢測。但是，如果倍增到四倍來檢測，則因為能夠以相同的分辨率將狹縫4的間隔δ倍增到四倍，所以優選為倍增到四倍來檢測。
此處，對于具體的分辨率進行說明。如圖8所示，如果角度檢測分辨率為“θs”，則間隔δ能夠以下式(3)表示。
δ＝L/2*(sinθ0-sin(θ0-θs)) …(3)因此，sin(θ0-θs)＝sinθ0-2δ/L …(4)
此處，具體地說，如果距離L＝110mm，掃描的角度θ0＝±25°，狹縫4的間隔δ＝0.5mm，則由于以倍增到四倍來檢測，所以間隔δ＝0.125mm，將這些值代入式(4)中，則sin(θ0-θs)＝sin25-2*0.125/110＝0.420346則可以得到θs＝25-sin-1(0.420346)＝25-24.8564＝0.144(deg.)的分辨率。相反也能夠得到用于得到所希望的分辨率的、狹縫4的間隔δ，也能夠得到距離L。
如圖9所示，示出了在該具體的角度檢測裝置上的動圈6中流動的電流I、與活動部3的實際的角度θm、以及與通過式(2)得到的計算出角度θ的關系。此處，實測角度θm與計算出的角度θ的關系如圖10所示。從圖10可以看出，實測角度θm與計算出的角度θ的關系為線性關系，不用進行修正，就能夠容易地進行精度高的角度檢測。
而且，在圖4所示的角度檢測裝置中，雖然使用了兩個獨立的編碼器狹縫板4R、4L，但是如圖11所示，也可以在一個狹縫板4A上形成狹縫4。此時，由于能夠使兩相光敏元件SR側的狹縫4與兩相光敏元件SL側的狹縫4的位置關系固定，所以能夠進行精度更高的角度檢測。而且，也可以將長度方向的兩個狹縫形成為一個狹縫。
并且，雖然兩相光敏元件SR、SL是光電斷路器型的傳感器，但是并不限于此，也可以形成光反射器型的傳感器。此時，如圖12所示，形成具有狹縫狀的反射區域Ea的反射部4d來代替狹縫4，形成其他的區域Eb使得光散射。并且，在兩相光敏元件SR、SL的附近分別設置發光部Rc、Lc。由此，能夠容易地進行與圖4所示的角度檢測裝置相同精度的角度檢測。另外，相反地，也可以將區域Ea作為光的散射區域，將區域Eb作為光的反射區域。而且，光的散射能夠通過在該區域形成凸凹而容易地進行。
而且，雖然上述的處理部13的計算處理部17，通過軟件進行處理，其他結構進行硬件的處理，但并不限于此，可以適當變更軟件的處理和硬件的處理。
(實施方式2)接著，對于本發明的實施方式2進行說明。在上述的實施方式1中，編碼器狹縫板4R、4L的狹縫4的長度方向被設定成與靜止時的活動部3的長度方向相同，檢測y方向的變動距離，但在本實施方式2中，狹縫的長度方向與靜止時的活動部3的長度方向正交地形成，檢測x方向的變動距離。
圖13是表示本發明的實施方式2即角度檢測裝置的活動部與編碼器狹縫板的詳細結構的圖。另外，圖14是表示本發明的實施方式2即角度檢測裝置的活動部與編碼器狹縫板的位置關系的圖。在圖13以及圖14中，狹縫4e，在與活動部3的長度方向正交的方向上延伸，在活動部3的長度方向上以等間隔δ排列。
此處，與兩相光敏元件SR、SL相對應的兩相光敏元件SR2、SL2的各光電晶體管R2a、R2b、L2a、L2b沿活動部3的長度方向排列。另外，光電晶體管R2a、R2b以及光電晶體管L2a、L2b的各間隔被設定為1/2δ，使光電晶體管R2a、R2b的各脈沖具有90°的相位差，使光電晶體管L2a、L2b的各脈沖具有90°的相位差。
此處，A/B差分距離計算處理部18，通過下式(5)，計算出x方向的位移量ΔLθx。
ΔLθx＝(nA+nB)*(δ/4) …(5)該位移量ΔLθx被輸出到角度計算處理部19，角度計算處理部19，以兩相光敏元件SR、SL之間的距離為L，通過下式(6)，計算出相對活動部3的基準位置的相對角度θ。
θ＝cos-1(Lθx/L) …(6)這樣，即使在活動部3的擺動具有不是正圓的不規則的軌道的情況下，也能夠檢測出活動部3的角度。而且，在很長地設置兩相光敏元件SR2、SL2之間的距離L的情況下或在擺動的角度θ0小的情況下，能夠更高精度地檢測出角度θ。
此時，不會受到掃描型執行器的加工精度、組裝精度、板簧的彈簧常數等的動態特性等的影響，而只是因為狹縫4e也以等間隔δ配置，所以能夠容易地進行高精度的角度檢測。
(實施方式3)在上述的實施方式1、2中，是使用了板簧的掃描型執行器，但在本實施方式3中，是使用了扭桿的掃描型執行器。
圖15是表示包括本發明的實施方式3即角度檢測裝置的掃描型執行器的局部結構的圖。該掃描型執行器，使用扭桿52代替實施方式1中的板簧2，有效利用該扭桿52的復原能力，與活動部3對應的活動部53以扭桿52的軸為中心擺動。該活動部53的擺動，可以利用沒有圖示的動圈等來使其擺動，也可以使扭桿52本身轉動而使其擺動。
活動部53的中心貫穿有扭桿52，扭桿52的兩端被固定部51a、51b固定。在活動部53的長度方向的兩端部的下部，與實施方式1同樣地，設有兩相光敏元件SR5、SL5，與實施方式1同樣地設置編碼器狹縫板54R、54L，使其覆蓋該兩相光敏元件SR5、SL5的軌跡。由該兩相光敏元件SR5、SL5與編碼器狹縫板54R、54L檢測出的活動部53的絕對角度，能夠適用如此，并不限于板簧2，即使是有效利用扭桿52而擺動的活動部53，也能夠容易且精度良好地檢測出該活動部53的角度。而且，在該實施方式3中，雖然將扭桿52設為一個扭桿，但是也可以分別在固定部51a與活動部53之間、以及在固定部51b與活動部53之間，設置獨立的兩個扭桿。
而且，上述實施方式1～3所示的掃描型執行器，除了圖2所示的方式以外，也能夠適用例如圖16所示的掃描型執行器。該掃描型執行器，在板簧2的前端固定的活動部61作為毫米波的信號收發天線而發揮作用。在這種情況下，在活動部61的兩端也設有兩相光敏元件，在活動部61的下部設有編碼器狹縫板。
并且，在上述實施方式1～3所示的掃描型執行器中，例如，雖然活動部3反射來自發光部14的激光，但是圖17所示的掃描型執行器，經由活動部71的透鏡72將激光即光73向檢測方向射出，來掃描激光。在該圖17所示的掃描型執行器上也可以適用上述實施方式1～3，在這種情況下，在活動部71的兩端也設有兩相光敏元件，在活動部71的下部設有編碼器狹縫板。
而且，在上述實施方式1～3中，使用兩相光敏元件SR、SL作為光敏元件，但是并不限于此，也可以通過磁敏元件來形成。作為磁敏元件，可以將適當組合霍爾元件、磁阻元件、磁敏晶體管等與永磁鐵、磁尺、電磁鐵等進行適當組合來使用。
(工業上的可利用性)如上所述，本發明的角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器，適用于檢測經由板簧或扭桿等的彈性體而擺動的活動部的角度的角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器，特別適用于道路·交通基礎設施用的激光雷達掃描裝置。
權利要求
1.一種角度檢測裝置，其特征在于，包括第一以及第二傳感器，其被設置于經由彈性體而與固定部連接的活動部的兩端，檢測擺動的該活動部的位移量；角度計算機構，其基于所述第一以及第二傳感器檢測出的各位移量、與所述第一傳感器與所述第二傳感器之間的距離，計算出所述活動部的位移角度。
2.根據權利要求1所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述第一以及第二傳感器分別是兩相傳感器。
3.根據權利要求1所述的角度檢測裝置，其特征在于，還具備檢測所述活動部的任意的規定位置的第三傳感器，所述角度計算機構包括基于所述第一以及第二傳感器的檢測值，判斷所述活動部的各兩端部的動作方向的方向判斷機構；基于所述第三傳感器的位置檢測結果確定所述第一以及第二傳感器的動作區域的區域確定機構。
4.根據權利要求1所述的角度檢測裝置，其特征在于，具備編碼器板，所述編碼器板具有在至少分別與所述第一以及第二傳感器的軌跡相對應的區域上設置的狹縫組，所述狹縫組相對于連結所述第一傳感器與所述第二傳感器的方向被平行地形成。
5.根據權利要求1所述的角度檢測裝置，其特征在于，具備編碼器板，所述編碼器板具有在至少分別與所述第一以及第二傳感器的軌跡相對應的區域上設置的狹縫組，所述狹縫組相對于連結所述第一傳感器與所述第二傳感器的方向被垂直地形成。
6.根據權利要求4所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述編碼器板具備經由所述狹縫組向所述第一以及第二傳感器射出光的光源，所述第一以及第二傳感器作為光電斷路器型的傳感器發揮作用。
7.根據權利要求5所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述編碼器板具備經由所述狹縫組向所述第一以及第二傳感器射出光的光源，所述第一以及第二傳感器作為光電斷路器型的傳感器發揮作用。
8.根據權利要求4所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述狹縫組是使從所述第一以及第二傳感器射出的光反射或者散射的狹縫狀的檢測組，所述第一以及第二傳感器作為光反射器型的傳感器發揮作用。
9.根據權利要求5所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述狹縫組是使從所述第一以及第二傳感器射出的光反射或者散射的狹縫狀的檢測組，所述第一以及第二傳感器作為光反射器型的傳感器發揮作用。
10.根據權利要求4所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述狹縫組是狹縫狀的磁鐵組，所述第一以及第二傳感器作為磁敏元件發揮作用。
11.根據權利要求5所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述狹縫組是狹縫狀的磁鐵組，所述第一以及第二傳感器作為磁敏元件發揮作用。
12.根據權利要求4所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述編碼器板被一體成形。
13.根據權利要求5所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述編碼器板被一體成形。
14.根據權利要求3所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述方向判斷機構，將所述兩相傳感器的檢測值倍增到四倍來檢測。
15.根據權利要求1所述的角度檢測裝置，其特征在于，所述角度計算機構還具備修正表，所述修正表對所述第一傳感器以及所述第二傳感器之間的距離的長度、或者伴隨所述第一傳感器以及所述第二傳感器的角度增大的誤差進行修正。
16.一種掃描型執行器，其特征在于，包括角度檢測裝置，其包括第一以及第二傳感器，其被設置于經由彈性體而與固定部連接的活動部的兩端，檢測擺動的該活動部的位移量；角度計算機構，其基于所述第一以及第二傳感器檢測出的各位移量、與所述第一傳感器與所述第二傳感器之間的距離，計算出所述活動部的位移角度；使所述活動部擺動的擺動機構、基于所述角度檢測裝置的檢測結果控制所述擺動機構的擺動的擺動控制機構。
17.根據權利要求16所述的掃描型執行器，其特征在于，所述第一以及第二傳感器分別是兩相傳感器。
18.根據權利要求16所述的掃描型執行器，其特征在于，所述角度檢測裝置還具備檢測所述活動部的任意的規定位置的第三傳感器，所述角度計算機構包括基于所述第一以及第二傳感器的檢測值，判斷所述活動部的各兩端部的動作方向的方向判斷機構；基于所述第三傳感器的位置檢測結果確定所述第一以及第二傳感器的動作區域的區域確定機構。
19.根據權利要求16所述的掃描型執行器，其特征在于，所述角度檢測機構具備編碼器板，所述編碼器板具有在至少分別與所述第一以及第二傳感器的軌跡相對應的區域上設置的狹縫組，所述狹縫組相對于連結所述第一傳感器與所述第二傳感器的方向被平行地形成。
20.根據權利要求19所述的掃描型執行器，其特征在于，所述編碼器板具備經由所述狹縫組向所述第一以及第二傳感器射出光的光源，所述第一以及第二傳感器作為光電斷路器型的傳感器發揮作用。
21.根據權利要求19所述的掃描型執行器，其特征在于，所述編碼器板被一體成形。
22.根據權利要求18所述的掃描型執行器，其特征在于，所述方向判斷機構，將所述兩相傳感器的檢測值倍增到四倍來檢測。
23.根據權利要求16所述的掃描型執行器，其特征在于，所述角度計算機構還具備修正表，所述修正表對所述第一傳感器以及所述第二傳感器之間的距離的長度、或者伴隨所述第一傳感器以及所述第二傳感器的角度增大的誤差進行修正。
24.根據權利要求16所述的掃描型執行器，其特征在于，作為激光掃描裝置來使用。
全文摘要
提供一種角度檢測裝置以及使用其的掃描型執行器，即使是使用板簧等彈性體的掃描型執行器，也能夠容易地進行高精度的掃描角度檢測，為此，在連接于固定部(1)的板簧(2)的前端設有不變形的活動部(3)，并具備在活動部(3)的兩端設置的兩相光敏元件(SR、SL)；在其下部具有狹縫(4)的編碼器狹縫板(4R、4L)；原點傳感器(SC)；基于兩相光敏元件(SR、SL)檢測的值以及通過原點傳感器(SC)的復位得到的計數值(nA、nB)與兩相光敏元件(SR、SL)之間的距離(L)，計算出活動部(3)的角度的處理部(13)。
文檔編號G01D5/12GK1875246SQ20048003171
公開日2006年12月6日 申請日期2004年9月22日 優先權日2003年10月27日
發明者重松良平 申請人:日本發條株式會社