角度和扭矩的光学传感器制造技术

一种用于确定一个可转动物体（１３）的角位移和扭矩的光学传感器构成。该传感器包括至少一个形成图案的表面（１），一个ＡＳＩＣ（３），至少一个透镜（２）和至少一个ＥＭＲ源（１６，１７）。ＡＳＩＣ（３）包括处理装置和一个用于ＥＭＲ的检测器阵列。至少一个ＥＭＲ源（１６，１７）照亮形成图案的表面（１），并且，至少一个透镜（２）将来自形成图案的表面（１）的被反射的ＥＭＲ（５）的一部分聚焦到用于ＥＭＲ的检测器阵列上。形成图案的表面（１）包括一个图案，该图案包括转向标记和激光标记（８）。至少一个透镜（２）将被转向标记（１４）反射的ＥＭＲ基本上聚焦到检测器阵列上。转向标记（１４）不对称。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

靠线转向对于车辆是一种先进的转向概念，它消除了方向盘与前轮之间的机械连接。这种车辆转向系统的所有部件通过数字而不是以机械的方式连接。将驾驶者在方向盘上的输入转换成数字信号。因此，一个传感器测量方向盘的扭矩和角度。
技术介绍
专利文件US 5930905公开了一种方法和一种装置，用来测量一个可转动的物体特别是一个可以转动超过360度的物体的角度。该可转动物体与至少两个另外的可转动物体合作，其中靠两个传感器的帮助确定出角度位置。一种改进的游标计算(a modified noniuscalculation)由检测到的角度位置确定出该可转动物体的角度位置，从而可以给出明确的说明，所有三个可转动的物体或者齿轮有确切的预先确定的齿数是必须的。可以使用这种方法和装置确定出动力车辆的方向盘角度。专利文件DE-A 10 041 095涉及一种装置，它用来测量一个可转动物体上的角度和/或扭矩。借助于磁学传感器或者光学传感器检测出转动的角度。在一个优选实施例中有两个装置，每个装置设有两个在光学上可以阅读的条码踪迹，以相同的方式嵌入每个装置的两个条码踪迹，并且设置的方式使得所述装置相对于彼此偏置，从而所指定的传感器输出一个数字信号。由两个数字信号的偏离值计算出转动的角度。在另一个实施例中，在两个装置之间设置一个有已知的扭转刚硬度的一个扭转件。因此可以由两个装置的角度差计算出由可转动的物体传递的扭矩。最好在动力车辆的转向柱轴(thesteering column shaft)中使用这种装置。专利文件WO 00/28285涉及一种光学传感器，用来确定一个可运动的表面的位置，该表面有对于EMR(电磁辐射)反射率高和低的形成图案的区域。该传感器包括一个ASIC(对应用专用的集成线路)，至少一个透镜和至少一个EMR源。ASIC包括对EMR敏感的检测器的至少一个阵列和处理装置。EMR源可以对表面照射，并且至少一个透镜可以将由表面反射的EMR聚焦，并在对EMR灵敏的检测器的至少一个阵列上产生与表面上的图案相对应的图像。将ASIC，至少一个透镜和至少一个EMR源都包在同一外壳中，使这些件可以实现精确的光学对准，并且把它们集成作为单一的可更换的模块。ASIC的处理装置可以对图像进行处理，确定出图案在表面上的位置。按照先有技术，例如由表面上的对称的转向标记(turningmarks)和激光标记(laser marks)形成表面的图案。每个对称的转向标记的对称轴线的位置与形成图案的表面垂直。这些标记可以例如有形状为圆弧的截面。对称的转向标记的目的是将来自EMR源的EMR反射进入包括至少一个透镜的图像系统。结果，被对称的转向标记反射的EMR在对EMR敏感的检测器阵列上产生一个明亮的区域。激光标记由形成图案的表面上平的表面构成，将它们设计成将EMR反射离开图像系统。结果，激光标记在对EMR敏感的检测器阵列上产生暗的区域。仅只在照射效率高、并且暗的区域与明亮的区域之间的对比度高的条件下，才能正确地检测出由明亮区域与暗的区域形成的图案。照射效率和对比度取决于EMR源与形成图案的表面之间的照射角度。按照先有技术，高的照射效率与低的对比度相联系，或者相反。结果，所选择的照射角度代表在一方面使照射效率为最佳与在另一方面使对比度为最佳之间的一种折衷。
技术实现思路
本专利技术的优点是提高照射效率并且同时增加暗的区域与明亮区域之间的对比度。这个优点通过一种用于确定一个可转动物体的角位移和扭矩的光学传感器来达到。该传感器包括至少一个形成图案的表面，一个ASIC，至少一个透镜和至少一个EMR源。所述ASIC包括处理装置和一个用于EMR的检测器阵列。所述至少一个EMR源照亮形成图案的表面，并且，所述至少一个透镜将来自形成图案的表面的被反射的EMR的一部分聚焦到用于EMR的检测器阵列上。形成图案的表面包括一个图案，该图案包括转向标记和激光标记。所述至少一个透镜将被转向标记反射的EMR基本上聚焦到检测器阵列上。转向标记不对称。转向标记不对称的含义是它们没有与形成图案的表面垂直的对称轴线。使用不对称的转向标记的好处是在一定的照射角度下，对EMR敏感的检测器检测到的反射强度为最大，同时暗的区域与明亮区域之间的对比度很高。附图说明现将在附图的基础上描述本专利技术，这些图代表本专利技术的示例性实施例，其中图1示出了由对称的转向标记和激光标记反射的EMR光束路径(先有技术)；图2示出的图中反射强度作为对于对称的转向标记和激光标记的照射角度的函数(先有技术)；图3示出了通过由本专利技术提出的不对称的转向标记和激光标记反射的EMR光束路径；图4示出的图中反射强度作为对于由本专利技术提出的不对称的转向标记和激光标记的照射角度的函数；图5示出了带有对称的转向标记的传感器的照射和成像概念(先有技术)；图6示出了带有不对称的转向标记的传感器的照射概念；图7示出了包含带有不对称的转向标记的形成图案的表面的传感器的总概念。具体实施例方式图1示出了由先有技术中的对称的转向标记和激光标记反射的EMR光束路径。图1的左部示意性地表示一个光学传感器的一部分，它包括一个形成图案的表面1，一个透镜2，一块ASIC 3(应用专门的集成线路)和一块印刷线路板4。一个EMR源(未示出)将形成图案的表面1照亮。形成图案的表面1将EMR的一部分反射进入图像系统(透镜2)中，而形成图案的表面1将EMR的另一部分反射离开图像系统。透镜2将反射进入图像系统(透镜2)中的那部分EMR 5聚焦到ASIC 3上，在ASIC 3上产生明亮的区域。被反射离开图像系统的另一部分EMR 6的效果是使在ASIC 3上的某些区域保持“黑暗”。结果，在ASIC 3上产生暗和亮的区域的一个图像。ASIC 3包括检测器的一个阵列(未示出)，此阵列检测被聚焦到检测器阵列上的EMR。进而，ASIC 3包括处理装置(未示出)，用来评估被检测器阵列产生的信号。信号取决于形成图案的表面1反射EMR的位置。由EMR源照亮的实际视场取决于条码盘的角度位置，形成图案的表面1就装在此条码盘上。通过评估在ASIC 3的检测器阵列上的图案的图像可以明确地将视场中的一种图案与条码盘和连接到该条码盘上的可转动物体的一个角度位置对应起来。在图1的右侧以放大图示出了形成图案的表面。在形成图案的表面上的图案包括对称的转向标记7和激光标记8。在这种情况下，对称的转向标记7的截面有圆弧的形式。入射的EMR 9被对称的转向标记7在透镜2的方向上反射。把反射进入图像系统(透镜2)中的这部分EMR 5聚焦到ASIC 3上，形成明亮的区域10。激光标记8是形成图案的表面1上的平的区域，把它们设计成将入射的EMR 9反射离开图像系统(透镜2)。被反射离开图像系统(透镜2)中的这部分EMR 6基本上没有被聚焦到ASIC 3上。因此，在ASIC 3上某些区域11仍保持“黑暗”。在形成的暗区域与明亮区域11，10之间的对比度很低。因为在ASIC 3上的EMR检测器阵列的检测原理是以利用对比度读出形成图案的表面1的条码结构为基础，所以改善信噪比是有利的。在带有对称的转向标记的传感器中信噪比很低。可以在图2中看出信噪比低并且对比度低的原因。图2示出了作为对于对称的转向标记和对于激光标记的照射角度α的函数的反射强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定可转动物体（１３）的角位移和扭矩的光学传感器，该传感器包括至少一个形成图案的表面（１），ＡＳＩＣ（３），至少一个透镜（２）和至少一个ＥＭＲ源（１６，１７），所述ＡＳＩＣ（３）包括处理装置和用于ＥＭＲ的检测器阵列，所述至少一个ＥＭＲ源（１６，１７）照亮形成图案的表面（１），而所述至少一个透镜（２）将来自形成图案的表面（１）的被反射的ＥＭＲ（５）的一部分聚焦到用于ＥＭＲ的检测器阵列上，其特征在于，形成图案的表面（１）包括图案，该图案包括转向标记和激光标记（８），所述至少一个透镜（２）将被转向标记（１４）反射的ＥＭＲ基本上聚焦到检测器阵列上，并且转向标记（１４）不对称。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：R诺尔特迈尔，
申请(专利权)人：罗伯特博希股份公司，毕晓普创新有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]