JPH10504651A - 変位センサおよびトルク・センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学変位センサを用いて、一緒に回転する２つのシャフト(2、4)間の回転変位を測定する。シャフト(2、4)をねじり棒(6)によって一緒に接続することによって、センサは、伝達されたトルクを測定するように用いてもよい。センサは、シャフト(2、4)上に搭載され内部に形成されたスロット(16、18)を持つ第１および第２の同軸ディスク(10、12)を具備する。光源(20)は光をスロット(16、18)を通じて光電検出器の配列上に照射し、データ・プロセッサ(24)がスロットのエッジのイメージの配列(22)上の位置からの変位またはトルクを求める。

Description

【発明の詳細な説明】 変位センサおよびトルク・センサ 技術分野 本発明は，位置センサおよびこのような位置センサを有するトルク・センサに 関する。トルク・センサは、電気式パワー・ステアリング（EPAS）制御システム 内部での使用に適する。 背景技術 SU 517 815に、トルク伝達シャフト上に２つのディスクが搭載されているトル ク測定装置が開示されている。これらのディスクは間隔を置いて置かれ、その各 々が２セットのスロットを持つ。これらのスロットは一緒になって、光の通過の ための開口部を限定する。光源および光電検出器はこれらのディスクの互いに反 対側に位置されている。これらのスロットは、シャフト内のトルクによるディス ク同士間の相対的な運動によって開口部の寸法が変化し、それによって、協動す るスロットのセットに関連する開口部の寸法が増加し、一方では他方の協動セッ トのスロットに関連する他方の開口部の寸法が減少するように重なりあい、配置 されている。開口部を透過する光の強度は光電検出器によって測定され、ブリッ ジ回路を用いて比較される。 このような強度系装置は迷光に対してシールドする必要があり、また、光源と 受光部との整合または注意深い校正を実行して信頼性の高い測定を遂行しなけれ ばならない。さらに、ディスクは高い公差値が得られるように製造され、注意深 く搭載しなければならない。さもないと、スロット幅の誤差またはディスク同士 間の振れ（すなわち非同軸アラインメント）によって透過光強度が体系的に変動 する。 EP-A-0 194 930に、SU 517 815内に開示される装置に類似の装置が説明されて いる。 SU-A-1 364 918に類似の装置を開示する。しかし、検出器の出力はディジタル 式タイマを制御するために使用される。タイマに記録された時刻は分析されて、 シャフトの回転速度およびシャフトによって伝達されたトルクを求める。 発明の開示 本発明の第１の態様によれば、請求の範囲第１項に明示される光学変位センサ が装備される。 本発明の好ましい実施態様は、他の請求の範囲に明示されている。 本発明の第２の態様によれば、衝突してくる放射光に反応する多素子式検出器 および自身の位置が測定される入力素子の動きに反応してこの多素子式検出器を 基準として可動であり、さらにこの検出器に入射する放射線パターンを変調する ように配置された変調器を具備する位置センサが装備される。 データ・プロセッサ、例えば専用ハードウエアまたはプログラミング可能デー タ・プロセッサは、検出器の出力を受け取り、この出力を分析して、第１の強度 と第２の強度の間の検出器に入射する放射線の強度の透過する位置、すなわち第 １の強度の領域および第２の強度の領域の位置を確認することによって変調器の 位置を求めるように配置することが望ましい。 第１および第２の強度の大きさが動的に調整可能であるという利点がある。第 １の強度とは、第１強度のしきい値を上回る強度範囲と定義してもよい。第２の 強度とは、第２強度しきい値を下回る強度範囲と定義してもよい。第２強度しき い値は、第１強度しきい値の予め定められた小数部でもあり得る。別法として、 データ・プロセッサが検出器の各々の素子の出力を規格化し、この規格化された 出力を予め定められたしきい値と比較することによって第１強度および第２強度 を判定してもよい。 入力素子は、さらなる素子を基準として第２位置の方にバイアスすることが好 ましい。このさらなる素子は、力伝達装置の出力素子でもよい。位置センサは、 入力素子およびさらなる素子の相対的な並進位置および回転位置を測定するよう に配置してもよい。したがって、負荷センサおよびトルク・センサを装備できる 。 本発明の第３の態様によれば、回転用に搭載され第１の変調パターンに従って 透過する放射光を空間的に変調するように配置された第１の変調素子と、回転用 に搭載され第２の変調パターンに従って透過する放射光を変調するように配置さ れ第１の変調素子とねじり部材によって結合されてこれと光学的に直列を成して いる第２の変調素子と、第１および第２の変調素子によって変調された放射線の 放射線パターンに反応する検出器の配列とを具備するトルク・センサが装備され る。 第１および第２の変調パターンは正規のものであることが好ましい。第１変調 パターンは、予め定められたマーク・スペース比を持つことが好ましい。第２変 調パターンも、予め定められたマーク・スペース比を持つことが好ましい。利点 として、第１変調パターンの期間は、第２変調パターンの期間に実質的に等しく なっている。第１変調パターンのマーク・スペース比が第２変調パターンのマー ク・スペース比と異なっていることも利点である。これらの期間およびマーク・ スペース比は、距離に関連して、または回転軸を基準にして測定された角度に関 連して測定してもよい。 ねじり部材に回転方向の応力が実質的に印加されていない場合、第１変調パタ ーンと第２変調パターンに、予め定められた分量だけ、互いを基準にしてオフセ ットが与えられているのが好ましい。ねじり部材に応力が印加されていない場合 、１つのパターン中のマークの中心は、他方のパターン中のスペースの中心と一 致することが好ましい。 第１および第２の変調器は、ねじり素子を介して一緒に結合されている第１お よび第２のシャフト上に搭載することが好ましい。第１および第２の変調器は、 ねじり素子を基準にして同軸状に配置されたディスクまたはシリンダであっても よい。利点として、第１および第２の変調器にはその内部に、変調パターンのマ ークまたはスペースを限定する複数のスリットがある。利点として、各々のディ スク中のスリットは実質的に同一である。利点として、第１のディスクのスリッ トの各々の端部を限定し、隣合っているスリットを分離している第１の領域の幅 は、第２のディスクの相当領域の寸法の２倍である。 検出器配列の空間的広がりは、使用中、第１と第２のしきい値間の放射線の少 なくとも５つのトランジション（移行）がこの配列によって常に検出可能である ようなものであることが好ましい。 検出器配列は、第１と第２の変調パターンを限定する方向に並行な方向（直線 であれ曲線であれ）における自身の広がりが、これらのいずれのパターンの周期 より自身が大きくなるような領域を通過する放射線に感応するように配置される のが好ましい。利点として、検出器配列、第１変調器および第２変調器は相対的 に緊密に置かれ、検出器配列は変調パターンの周期より長い。 利点として、検出器配列の各々の素子からの信号はデータ・プロセッサに提供 される。配列を成す検出器の出力は、連続して出力してもよい。データ・プロセ ッサは配列の各々の素子の出力を正規化して、配列の素子間に感度の違いがない ようにしてもよい。データ・プロセッサは配列の出力を検査して、第１と第２の 強度レベル間にある放射線強度のトランジションの位置からの配列に入射する放 射線パターンを決定してもよい。データ・プロセッサは強度のデータを内挿して 、トランジションの位置の推測値をより緻密なものにしてもよい。 本発明の第４の態様によると、第１および第２の物体の相対的な位置を測定す るための光学的位置センサ用に変調装置が配列されているが、この装置は、第１ の部品を第１の物体に、第２の部品を第２の物体に取り付けるのに先だって、複 数のリンクによって予め定められた関係に一緒に結合された第１および第２の部 品を具備する。 したがって、光学的位置センサの構成の間に第１および第２の部品の相対的な 位置が正確に維持されるような装置を提供することが可能である。このような装 置は、SU 517 815に説明されている型の信頼性の高い位置センサを製造するに必 用とされるような複雑で時間のかかるアラインメント（心合わせ）のステップが ない。 第１と第２の部品が共通表面を限定しこの上を運動することが好ましい。利点 として、第１と第２の部品の各々が平面性であれば、第１部品と第２部品は共角 を成す。このような装置は、光学的位置センサ内部での視差の影響を減少し得る 。 この複数のリンクは、第１と第２の部品を接続する材料の減少した（すなわち 狭くなった）領域であることが好ましい。この複数のリンクは、第１部品を第１ 物体に、第２部品を第２物体に取り付けた後で解体できる。この複数のリンクは 、応力をかけることによって、エッチングによって、機械的なカッティングによ って、スパーク侵食によって、レーザ・カッティングによってまたは他の適切な 処理によって解体してもよい。 第１および第２の部品は個別のマーカを持つことが好ましい。トルク・センサ におけるような定位置相対回転運動測定用の装置においては、第１部品は、複数 の放射状に伸長するランドまたはフィンガを搭載した第１のリングを具備し得る 。ランドまたはフィンガは内方向に伸長してもよい。第２部品は、第１部品のラ ンドまたはフィンガと互いにかみ合っている第２部品の、自身から伸長する複数 のランドまたはフィンガを有する第２のリングを具備してもよい。第１および第 ２のリングの一方または双方を複数のセグメントに分割してもよい。１つの実施 態様においては、第２のリングは、個別の複数のリンクによって第１部品に保持 され、各々のセグメントは第２物体に対して個別に取り付けられるように配置さ れる。 本発明の第５の態様によれば、第１および第２物体の相対位置測定用の光学的 位置センサのための変調器装置が提供されるが、この装置は、第１物体と第２物 体にそれぞれ取り付けられている、共通表面を限定する第１および第２の部品を 具備する。 利点として、第１と第２部品は共角を成している。利点として、第１と第２部 品は、個別のマーカを搭載した同中心のリングとなっている。 図面の簡単な説明 本発明は、以下に示す添付図面を参照にしてさらに説明される。 第１図は本発明の一実施態様を構成するトルク・センサの略図であり、 第２図は第１の変調器ディスクの部分平面図であり、 第３図は第２の変調器ディスクの部分平面図であり、 第４図は第２図に示す型の２つのディスクを具備する第１の装置の平面図であ り、 第５図は一方は第２図に示す型であり他方が第３図に示す型であるところの２ つのディスクを具備する第２の装置の平面図であり、 第６図は第１図のディスクと検出器配列間の関係を示し、さらに検出器配列の 理想化された出力を示す略図であり、 第７図は検出器配列および関連の出力回路の略図であり、 第８図は入射光が静的パターンを形成する場合の第１図に示す検出器から収集 された出力データの図であり、 第９図は再スケーリング（再収縮）後の第８図に示す出力データの図であり、 第１０図の（ａ）から（ｄ）は４つの異なった領域のためのセンサ配列の出力 部からの波形を示し、さらにセンサ配列の出力の処理中に得られた各々の領域の ２つの測定値を示す図であり、 第１１図は入射光が可動パターンを形成する場合の第１図に示す検出器から収 集された再スケーリングされた出力データを示す図であり、 第１２図は本発明の一実施態様を構成するトルク・センサを組み込んだ自動車 用の電気式パワー・ステアリング・システム略図であり、 第１３図は本発明の一実施態様を構成する変調器装置の平面図であり、 第１４図は本発明の一実施態様を構成する変調器装置の平面図であり、 第１５図は第１３図に示す変調器装置を用いる自動車用電動式パワー・ステア リング・システム中での使用に適するトルク測定装置の斜視図であり、 第１６図は本発明の一実施態様を構成する変調器を用いる自動車用電気式パワ ー・ステアリング・システム中での使用に適するトルク測定装置の斜視図であり 、 第１７図はトルク・センサの検出器配列のディスク同士間の関係を示し、さら に検出器配列の理想化された出力を示す図であり、 第１８図は通常のディスク・パターンと検出器配列との間の関係を示す図であ り、 第１９図は第１８図の検出器配列の補正された出力を示す図であり、 第２０図は第１の変更されたディスク・パターンと検出器配列との間の関係を 示す図であり、 第２１図は第２０図の検出器配列の補正された出力を示す図であり、 第２２図は第２の変更されたディスク・パターンと検出器配列との間の関係を 示す図であり、 第２３図は第２２図の検出器配列の補正された出力を示す図であり、 第２４図から第２７図は形状寸法および機械的変動の補正用の技術を示す略図 であり、 第２８図はトルク・センサのディスク同士間の振れの影響を示す図である。 図中、同様の部分は同様の参照番号で示されている。 第１図に示すように、入力シャフト２は、入出力シャフト２、４と同軸のねじ り棒６を介して出力シャフト４に結合されている。ねじり棒６は、出力シャフト ４内に形成されている凹部８の内部に伸長している。ねじり棒は見えないように シールドされているが、装置の内部構造を示すために破線で示されている。第１ のディスク１０および第２のディスク１２は、それぞれ入力シャフトおよび出力 シャフトに保持されている。これらのディスクは近い間隔で置かれ、内部に形成 された複数のスロット１６、１８を有する。第１ディスク１０のスロット１６は 、第２ディスク１２のスロット１８と重なるように配置されている。ディスク１ ０、１２は、光電検出器の光源２０（可視の赤外線または紫外線を放出する）と 配列２２との間に置かれている。スロット１６、１８は、光源２０から検出器配 列２２に通過する光を変調するように配置されている。データ・プロセッサ２４ は、検出器配列２２の出力を受け、そこからのトルクと位置のデータを得るよう に配置されている。 第２図に、第１の設計のディスクの部品を示す。等間隔に置かれたスロット３ ０はディスク内部に形成されている。これらのスロットは、比較的に薄く、ディ スクの周辺に続いて弧状に伸長しているように示されている。しかし、他のスロ ット形状寸法を用いてもよい。ディスクの軸の方向から見ると、各々のスロット は角度αに対し、各々のスロット間領域３２は角度βに対する。第３図は、その 内部で各々のスロット３４が角度γに対し、各々のスロット間領域３６が角度θ に対する第２のディスク設計を示す。 第１図に示す装置は、類似のまたは非類似のディスク設計で構成してもよい。 第４図に、第１設計による２つのディスクのような、同一設計の２つのディスク を用いた装置を図示し、第５図には、第１および第２の設計によるディスクのよ うな非類似のディスクの型を用いた装置を図示する。 第４図に、ディスク１０、１２の双方が第１の設計であり、ねじり棒６によっ てトルクが伝達されないときの図を示す。これらのディスクは互いを基準として 回転方向にオフセットをかけられている。領域４０は、各々のディスクのスロッ トがアラインメント（心合わせ）する場所を示す。領域４２は、第２のディスク 内のスロット１８が第１のディスクのスロット間領域と重なる場所を示す。領域 ４４は、第１のディスク１０のスロット１６が第２のディスクのスロット間領域 と重なる場所を示す。領域４５は、双方のディスクのスロット間領域が重なる場 所を示す。線４６は、第１のディスク１０のスロット１６が対する角度を示し、 線４７は第１ディスク１０内のスロット間領域が対する角度を示す。線４８は、 第２ディスク１２のスロット１８が対する角度を示し、線４９は第２ディスク内 のスロット間領域が対する角度を示す。この装置内のディスクは、スロット間領 域の２倍の角度長のスロット領域を持つ。この装置の光透過領域は角度Ａに対し 、同装置の非透過領域は角度Ｂに対する。ディスクは、トルクがゼロの状態でＡ ＝Ｂとなるように配置してもよい。第１の方向にトルクがあると、ＡはＢより大 きくなり、反対方向ではＡはＢより小さくなる。ＡとＢの相対的な寸法は、入力 シャフト２から出力シャフト４へ伝達されるトルクを示す。 第５図に、第２ディスクが第２図の設計であり、第１ディスクが第３図の設計 である状況を示す。和α＋β＝γ＋θである。したがって、ディスクは同一の空 間周期を持つ。さらに、本実施態様においては、β＝２θとなる。ディスクは空 間周期の半分だけオフセットがかけられているので、トルクがゼロの状態では、 第２ディスクの非透過領域は第１ディスクのスロットを基準にして実質的に中心 合わせされている。したがって、第５図のＣとＣ’間の曲線経路に沿って運動す る場合、非透過領域５０は角度θに対し、透過領域５２は角度Ｂに対し、非透過 領域５４は角度２θに対し、透過領域５６は角度Ａに対し、非透過領域５８は角 度θに対し、透過領域６０は角度Ｂに対し、非透過領域６２は角度２θに対す。 角度Ａ、Ｂ、すなわち透過領域の寸法は、トルクの関数であり、一方、角度θお よび角度２θは一定である。 第６図に、第５図の装置の略断面図を図示し、さらに配列内の位置の変動に伴 う配列素子の出力の変化も示す。 ねじり素子６に応力がかけられていない場合、透過領域５２、５６の寸法は実 質的に等しい。第１の方向にトルクが加えられると、領域５２の寸法は減少し、 一方領域５６の寸法は増大する。反対方向に作用するトルクは領域５２を増大さ せ、領域５６を減少させる。配列は、光の透過領域５０から非透過領域６２の寸 法を測定することによってディスク１０、１２の相対的位置を測定する。シャフ トが回転するに連れ、パターン全体が配列を横切ってシフトする。しかし、ディ スク１０、１２は複数のスロットを持つので、透過領域および非透過領域の繰り 返しパターンは常に配列２２の入射光を変調する。ディスク同士間の相対的運動 は、領域５４が領域５０または５８と重なり得ないように拘束される。この相対 的運動の許容範囲は矢印６４によって示す。 矢印の長さは、スロットの１つの空間周期より大きな領域内で変調された光を 見、さらに、比較的暗い所と比較的明るい所との間の光強度に少なくとも５つの トランジションを見るようになっている。 適切な配列として、６４個の光知覚素子およびこれらの出力を連続的に読み取 る回路を組み込んだTexas TSL213またはTSL401装置がある。さらに多くの光知覚 素子を持つ他の類似の装置が計画されている。光知覚素子Ｓ１からＳ６４（第７ 図）は、連続操作式スイッチ７０から７３を介して第１の画素バッファ７４（画 素１つ当たり１つのスイッチがある）に出力する。暗基準７６は同時に、第２の 画素バッファ７８に基準信号を供給する。画素バッファの内容は順次読み出され 、信号同士間の差を形成する作動増幅器８０の反転入力部と非反転入力部に供給 される。増幅器８０の出力は、サンプルホールド回路８４に供給されその後バッ ファ８６を介して出力される。本装置の全ての機能は、クロック・ゼネレータ・ シフト・レジスタ素子８２を介して制御される。 第８図に、入射光が単一の静止ディスクによって変調される場合の配列２２の 出力の一例を示す。配列の各々の素子の素子番号は横軸に示され、各々の素子の 対応する出力は縦軸に示される。鎖線１０２は、比較対象として均一に照射され た配列の基本反応を表す。各々のデータは、図をより明瞭にするために直線によ って隣接するデータと繋がれている。 この配列はその反応においては、明らかに非均一性である。データ・プロセッ サ２４は、トルク・センサの動作中、各々の素子から記録された最大と最小の出 力の現行の記録（すなわち、それぞれその完全に照射された値および暗い値）を 保持し、この記録を使用して配列の出力を正規化するように配置されている。任 意の素子に対する信号値がその素子の最大値として記憶されている現行値を超え ると、この最大値は新しい信号値に更新すなわち増加される。信号値が最大値と して記憶されている現行値未満であれば、この最大値は減少される。類似の構成 を用いて、配列の各々の素子の最小値を設定するが、この最小値は、センサから の信号が現行の記憶最小値未満であればより低い値に再設定すなわち減少され、 信号値が現行最小値より大きければ増加される。したがって、次に、これらの最 大値および最小値は信号の再スケーリングのために用いられる。 第９図に、第８図に示す出力信号の正規化の結果を示す。実線１０４は正規化 された値を示す。基本反応１０２および非正規化値１００が比較のため示されて いる。 次にデータ・プロセッサは、正規化されたデータを、このデータをしきい値１ ０５と比較することによって、高い値と低い値との間のトランジションのために チェックする。高・低トランジションの数および低・高トランジションの数が記 録される。第５図に示す実施態様の場合、誤差は、トランジションの総数が５未 満の場合に示される。 例えば第５図に示すように、２つのディスクを使用する場合、４つのケースを 考慮する必要がある。データ・プロセッサは、ディスク位置のインジケータとし て立ち上がりエッジを用いるか立ち下がりエッジを用いるか判断しなければなら ない。データ・プロセッサはさらに、自身が検出する第１のエッジが（角度θに 対する非透過領域を持つ）第１のディスク１０に属すかまたは（角度２θに対す る非透過領域を持つ）第２のディスク１２に属すかを判断しなければならない。 もし検出された第１トランジションが立ち上がりエッジであれば、次の測定は立 ち上がりエッジを用いてなされ、同様に、もし第１のトランジションが立ち下が りエッジであれば、次の測定は立ち下がりエッジを用いてなされる。 第１０図の（ａ）から（ｄ）に、同一量のトルクの場合に発生し得る４つのケ ースの略図を示す。各々のケースにおいて、第１の立ち上がりトランジションは POS(0)、第２の立ち上がりトランジションはPOS(1)等と印される。立ち下がり トランジションは同様に、NEG(0)、NEG(1)等と印される。第１０図の（ａ）から （ｄ）において、２Ｘと示された領域は、第６図に示すスロット間領域５４、６ ２に対応する。Ｘと示される領域は、第６図に示すスロット間領域５０、５８に 対応する。 データ・プロセッサは、検出器配列２２の入射光の期間Ｐを計算する。比較的 暗い所から比較的明るい方向へ第１のトランジションが発生すると、第１０図の （ａ）から（ｃ）に示すように、期間はPOS(2)-POS(0)として計算される。期間 Ｐは、比較的明るい所から比較的暗い方向に第１のトランジションが発生すると 、第１０図の（ｂ）から（ｄ）に示すように、NEG(2)-NEG(0)として計算される 。 データ・プロセッサは、またマークＭの長さを計算する。比較的暗い所から比 較的明るい方向に第１のトランジションが発生し、POS(1)-NEG(0)がPOS(2)-NEG( 1)より大きい場合、ＭはPOS(2)-POS(1)として計算される。比較的暗い所から比 較的明るい方向に第１のトランジションが発生し、POS(1)-POS(0)がPOS(2)-NEG( 1)より小さい場合、Ｍは、第１０図（ｃ）に示すようにPOS(1)-POS(0)として計 算される。 他の２つのケースは、第１のトランジションが比較的明るい所から比較的暗い 方向に発生する場合に起こる。POS(0)-NEG(0)がPOS(1)-NEG(1)より大きい場合、 Ｍは、第１０図（ｂ）に示すようにNEG(1)-NEG(0)として計算される。POS(0)-NE G(0)がPOS(1)-NEG(1)より小さい場合、Ｍは、第１０図（ｄ）に示すようにNEG(2 )-NEG(1)として計算される。第１０図の（ａ）から（ｃ）に示すケースは、長さ Ｘの暗期間を含むマークＭを有し、一方、第１０図の（ｂ）から（ｄ）に示すケ ースは、長さ２Ｘの暗期間を含むマークＭを有する。 トルクは、マークＭと期間Ｐを比較することによって計算可能である。計算の 正確な詳細は、ディスク１０、１２の形状寸法によって異なる。計算の一例を第 ５図に示す実施態様に対して与える。スロットおよびスロット間領域の相対的な 寸法は、α＝５．５θ、β＝２θおよびγ＝６．５θとなるように配慮される。 ディスク１０、１２はこのように配慮されるので、ゼロ・トルク状態では角度Ａ とＢは互いに等しく２．２５θの大きさを持つ。さらに、ディスク同士間の相対 的動きは、ＡとＢの最小値がθに等しくなるように拘束される。このような実施 態様の場合、第１０図（ａ）、（ｃ）に示すケースの場合にねじり棒を介して伝 達される最大トルクのパーセンテージ値は次式から計算される。 トルク（％）＝６００Ｍ／（Ｐ−２６０） （１） 第１０図（ｂ）、（ｄ）に示すケースにおいて伝達されるトルクのパーセンテ ージ値は次式から計算される。 トルク（％）＝６００Ｍ／（Ｐ−３４０） （２） トルクのパーセンテージ値は、ねじり棒のねじり剛性が既知であれば、直接に 力に変換することができる。 検出器配列２２は、任意の時点において衝突してくる光の”スナップ・ショッ ド”を得るように操作される。データ・プロセッサ２４は、予め定められた時間 間隔で検出器配列２２からのデータをサンプリングする。サンプル同士間の時間 間隔は、最大設計値に至る回転速度が正確に測定できるように選択される。検出 配列２２の光電検出器の立ち上がり時間と立ち下がり時間が、光電検出器からの 読み取り値にほとんどまたは何の影響も与えないほど充分に急速であることが理 想である。しかし、ディスク１０、１２が充分に速い場合、検出器配列２２の出 力は、内部の検出器の立ち上がり時間と立ち下がり時間だけ変更してもよい。立 ち上がり時間と立ち下がり時間の影響を第１１図に示す。線１０４、１００は第 ９図に示すものと等しい。第９図のほぼ矩形波形状の線１０４は、立ち上がり時 間と立ち下がり時間のために歪められる。検出構成には、常に、測定をするとき は同一の極性のトランジションが用いられる、すなわち、Ｍ、Ｐを計算するため に使用される全てのトランジションは第１０図（ａ）、（ｃ）に示すような立ち 上がりトランジションであるか、または全てのトランジションが第１０図（ｂ） 、（ｄ）に示すような立ち下がりトランジションであるかである。したがって、 装置は、検出器配列２２の素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間の非対称性に 影響されない。トランジションの発生位置は、配列に沿った位置を基準とした配 列の出力が５０％を超える位置であると判断される。しきい値測定値は次に、第 ５図および第１０図を参照として既に説明した計算に用いられる。 配列２２の検出器素子は空間的には有限である。しかし、トランジションが発 生する位置は、配列の出力の内挿による検出器配列の素子間距離よりも大きな分 解能が得られるように推測可能である。この場合の内挿法は、検出器配列の各々 の素子の中心位置同士間の単純な直線内挿法である。 検出器配列の素子は連続しているのが理想である。しかし、本発明は、検出器 配列の隣接する素子同士にのギャップが存在する場合でも実施可能である。この ようなギャップは”デッド・ゾーン”を生じる。トランジションがデッド・ゾー ン中に発生すると、トランジションの実際の発生位置を推定することが困難とな る。この問題は、非点光源を用いてディスク１０、１２を照射することによって 克服され得る。非点光源照射によって、検出器配列における光強度のトランジシ ョンが不鮮明になる。トランジションが検出器配列の隣接素子同士間のギャップ にわたって発生すると、不鮮明となったトランジションは隣接素子上に伸長する 。隣接素子の各々が受領した光強度はトランジション位置の関数であり、したが って素子の出力を内挿してトランジション位置を推定してもよい。 拡散装置を光源２０とディスク１０との間に置いて非点光源照射を発生させて もよい。 非点光源照射を用いることによってさらに、検出器配列２２の動的範囲（ダイ ナミック・レンジ）が制限されるという問題の解決にも役立つ。トランジション が不鮮明になってトランジションが隣接する３つもの検出器素子に伸長すること によって、少なくとも１つの検出器素子が、素子の反応特性の不飽和領域内部で 動作できる。したがって、これら素子の出力を内挿してトランジションの位置を 正確に求めることができる。 データ・プロセッサはさらに、任意の基準位置からの回転数および回転速度を 推定するように配慮可能である。 第１図に示す実施態様は車両のパワー・ステアリング装置内に組み込むのに適 しておりしたがって、例えば、EPA-A-0 555 987 に説明されるトルク・センサ装 置の替わりに用いてもよい。２セットの光源およびセンサ配列をトルク・センサ 内の対角線上に反対側にくるように用いてもよい。このように配置することによ って、ディスクの振れの影響を補正でき、さらに、安全クリティカル・システム 内で重要となり得る冗長度も得られる。 第１２図に示すパワー・ステアリング・システムは、車両ステアリング・ホイ ール１１２からラック・アンド・ピニオン・システム１１６を介して車両ホイー ルに伝達されるトルクを測定するための本発明の一実施態様を構成する光学トル ク・センサ１１０を具備する。電気モータ１１８はトルク・センサ１１０とラッ ク・アンド・ピニオン１１６との間のシャフト１１７に搭載され、ラック・アン ド・ピニオンに供給されたトルクをトルク・センサ１１０から供給された信号に 反応して増加させるように配慮される。 したがって、粗でかつ信頼性の高いトルク知覚素子を含む電気式パワー・ステ アリング・システムを提供することが可能である。 第１３図に示す光学変調器は、内部のそれぞれ第１と第２の協動光学変調器２ ０４、２０６を限定するように処置された材料のディスク２０２を具備する。第 １の光学変調器２０４は内部リング２０８、外部リング２１０およびこれら内部 および外部リング２０８、２１０を結合する複数の規則正しい間隔で置かれた放 射状に伸長するサポート２１２から成る。外部リング２１０は、放射状に伸長す るサポート２１２の各々の隣接する対間に形成された各々のギャップ２１６内の ２つの内部に伸長するランド２１４を限定するような形状となっている。ランド ２１４は各々のギャップ内に規則正しい間隔で置かれ、放射状に伸長するサポー ト２１２と同一の幅を持つ。ランド２１４およびサポート２１２は、外部ディス ク２１０から内側に伸長する突出部の規則正しいパターンを限定する。 第２の変調素子２０６は、複数の部分環状セグメント２２０を具備する。１つ のセグメント２２０は、隣接の放射状に伸長する各々の対のサポート２１２同士 間に限定されるギャップ２１６の各々の中に提供される。各々のセグメント２２ ０は、その上に形成された放射状にそして外部に伸長する３つのランド２２２を 持つ。ランド２２２は、ランド２１４および外部リング２１０に最も近い放射状 に伸長するサポート２１２の部分とかみ合っている。ランド２２２は、隣接する ランド２１４同士間およびランド２１４と隣接する放射状に伸長するサポート２ １２との間に限定されるスペースを２等分する。 各々のセグメント２２０は、分離可能なリンク２２６を介して内部リング２０ ８に担保される。これらの分離可能リンク２２６は、各々のセグメントから内部 リング２０８に放射状に伸長する材料の削減された部分である。この削減された 部分は、第１５図に示すように、セグメント２２０の各々が第１シャフト２５０ の端部２５１に担保されるまで、また、内部リング２０８が第２シャフト２５２ に担保されるまで、セグメント２２０を第１光学変調器２０４との予め定められ た関係に保持する役目を果たすだけである。 第１４図に示す実施態様は、自身から内側に伸長する規則正しい間隔で置かれ たランド２３２を持つ外部リング２３０を具備する第１の光学変調器２０４を持 つ。各々のランド２３２は、他の全てのランド２３２と同一の幅を持つ。第２の 光学変調器２０６は、自身上に形成された規則正しい間隔で置かれた放射状に外 側に伸長するランド２３６を持つ内部リング２３４を具備する。ランド２３６は ランド２３２とかみ合っており、各々のランド２３６は、隣接するランド２３２ 同士間に限定された各々のギャップ２３８を２等分する。ランド２３６はランド ２３２より幅が狭い。 分離可能リンク２４０は、第１６図に示すように、ランド２３２のいくつかと 内部リング２３４との間に伸長し、第１の光学変調器が第１シャフト２５０の端 部２５１に取り付けられ、第２光学変調器が第２シャフト２５２に取り付けられ るまで外部リング２３０および内部リング２３４を予め定められた関係に保持す る。 第１５図および第１６図に示す装置の各々において、第１および第２シャフト ２５０、２５２は、第１５図の鎖線で示されるように第１シャフト２５０中の凹 部内に伸長しこれに取り付けられているねじり棒２５４によって一緒に結合され ている。ねじり棒２５４によって、第１光学変調器のランド２１４、２３２が第 ２光学変調器のランド２２２、２３６と決して接触しないように第１および第２ のシャフト２５０と２５２間での制限された相対的な運動だけが可能となってい る。第１６図に示す装置では、セグメント２２０の最内部の放射状の部分は第１ シャフト２５０に溶接され、一方、第１６図の装置では、ランド２３２の最内側 の部分が第１シャフト２５０に溶接されている。各々の場合において、ランドの かみ合った装置の一部は第１シャフト２５０から外側に放射状に伸長し、光学変 調器が光源と検出器素子または検出器配列（図示されていない）との間に置かれ るようになっている。 光学変調器は、例えば、マスク操作、およびその後のディスクの直接カッティ ング、スパーク・カッティング、電型法、レーザ・カッティングまたは精密打ち 抜きによる金属デョスクの化学的エッチングによって形成してもよい。分離可能 リンクは、スパーク侵食、レーザ・カッティングまたは機械力によって分離して もよい。さらに、光学変調器を形成するように選択された材料は、変調素子の特 定の用途を基準として選択してもよく、可塑材または他の適切な材料で形成して もよい。 使用に際しては、光学変調器は共角を成してもよい。これによって変調パター ンが改善されるが、それは視差が解消または減少するからである。第１３図およ び第１４図に示す実施態様のいくつかの利点は、光学変調器を分離することによ ってまたは、使用に際して共通平面上に搭載することによって達成できる。 第１３図から第１６図に図示する光学変調器は、第１図から第１２図に示す型 のトルク・センサ内で使用するには特に適している。一方の光学変調器を１つの 入力シャフトに取り付け、他方の光学変調器を１つの出力シャフトに取り付け、 この入力シャフトはこの出力シャフトに、第１５図に示すのと類似の方法でねじ り棒を介して接続する。入力シャフトおよび出力シャフトは自由に回転するが、 他方のシャフトを基準とした一方のシャフトの動きは小さな角度偏差に制限され る。光学変調器は光源によって照射され、変調器によって形成された光学パター ンは多素子光学配列によって分析される。照射のパターンは分析されて、類似の トランジションの対（すなわち、明るい所から暗い所または暗い所から明るい所 ）同士間における分離が求められ、これらのデータは次に、第１シャフトと第２ シャフトとの間の角度変位の計算に用いられる。 第１７図に、検出器配列２６０の位置および検出器配列２６２の理想化された 出力とともに、第１６図に示す装置内のランド２３２、２３６の位置の略図を示 す。鎖線は、ランド２３２が、入力シャフトから出力シャフトに伝達されたトル クの結果、ランド２３６を基準として運動し得る最大範囲を表す。 入力シャフトおよび出力シャフトが回転するに連れて、光学変調のパターンお よび、それに継いで出力信号が、センサ配列２６０を基準として動く。しかし、 既述の処理技術によってセンサ上の明と暗の間のトランジションの位置が検査さ れ、明暗間の５つのトランジションがセンサ配列２６０上に発生すればシャフト に作用するトルクが常に推定されるので、これはなんら問題ではない。光学変調 器およびセンサ配列の相対的寸法は、この条件が常に満足されるように選択され る。 入力シャフトおよび出力シャフト２５０、２５２がなんらトルクを受けない場 合、第１および第２の光学変調器の相対的な位置が良好に限定されることが必要 である。第１３図および第１４図に例示されるように、無トルク状態でディスク をシャフト２５０、２５２に取り付けることによって、第１および第２の光学変 調器の正確なアラインメントが担保される。これによって、先行技術で説明され た型の分離ディスクを用いた場合に必要とされる比較的に時間のかかるチェック が無用となり、結果、トルク・センサのアラインメントおよびその結果としての 性能が向上し、製造時間が減少する。この装置はまた、線形変位センサと共に使 用されるように変更してもよい。さらに、共角ディスクを装備することによって トルク・センサ内の視差が減少し、したがってその精度が向上する。 したがって、光学変位検出器内で使用される正確にアラインメントされ、比較 的低価格の光学変調器を提供することが可能となる。 第１８図に、分離可能リンクが分離された後の第１４図に示す型の一実施態様 を示す。光学変調器２０４、２０６は、光源（図示せず）側から眺められ、セン サ配列２６０の作用面積はランド２３２、２３６の背後に示されている。本実施 態様においては、ランド２３２各々が２×という角度幅を保ち、一方ランド２３ ６の各々は×という角度幅を持っている。 センサ配列２６０の出力は正規化され、ランド２３２、２３６のエッジの曲線 経路は直線センサ配列２６０上にマッピングされて、第１９図に示す補償された 波形を発生させる。期間Ａ、Ｂは、光学変調器２０４と２０６間の相対的な角度 変位に従って変化する。光学変調器２０４、２０６がねじり棒によって相互接続 されている所では、相対的変位はトルクに比例する。したがって、トルクは（Ａ −Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に正比例する。 ある種の用途の変位センサおよびトルク・センサの場合、光学変調器の回転位 置が既知であることが必要または望ましい。例えば、この型のトルク・センサを 電気式パワー・ステアリング・システムに用いる場合、ステアリング・ホイール がいつ”真上”位置にくるかを検出できることが必須である。 ステアリング・システムの既知の一技術では、車両のドライブ中のステアリン グ・ホイールの平均位置を計算する過程が含まれる。しかし、この平均値は収斂 するにはかなり多くの時間を必要とし、ドライブの経路によっても異なる。例え ば、このようなセンタリング(centring)は、車両が円形の軌跡をドライブする場 合には変動する。 別の既知の技術では、ステアリングされたホイールがいつ真上位置にくるかを このホイールの速度を測定することによって求める。しかし、このような装置は 道路速度センサを２組と、さらに関連の配線要素および信号要素を必要とし、し たがって比較的に高価である。さらに、センタリングは、例えばホイールの回転 やスリップの結果、変動しかねない。 第１８図に示すセンサは第２０図に示すように変更して、光学変調器２０４、 ２０６の回転位置が求められる基準となる検出可能な指標位置を提供してもよい 。光学変調器２０４は変更され、１つのランド２７０が減少した幅、例えば第２ ０図に示すような１．５×のものとなる。さらに、光学変調器２０６は、ランド ２７０の両側にある２つのランド２７２が増加した幅、例えば１．２５×のもの であるように変更される。これは、期間Ａ、Ｂに対応する角度ギャップがトルク ・センサの回転全般を通じて不変であるように、ランド２７０に面するランド２ ７２のエッジをランド２７０の方向に移動させることによって達成される。 第２１図に、第２０図に示すような光学変調器によって、センサ配列２６０か ら出力された修正され補正された波形を示す。この場合でも、トルクは（Ａ−Ｂ ）／（Ａ＋Ｂ）に正比例する。 変更されたランド２７０、２７２は、各々のランドの幅の測定値の（Ａ＋Ｂ） に対する比を測定することによってソフトウエア的に検出可能である。これによ って、光学変調器２０４、２０６のセンサ配列２６０からの間隔による光学倍率 のいかなる変動も補償される。したがって、追加のハードウエアを必要とするこ となくソフトウエア系の実施態様の場合の追加のソフトウエアを比較的に少し必 要とするだけでトルク・センサの指標位置を検出することが可能である。第２２ 図に、幅１．５×の歯２７０がランド２３２の１つと入れ替わっている点だけが 第１８図に示すものとは異なる別の変更実施態様を図示する。第２３図は、セン サ配列２６０の補償された出力を図示する。光学変調器２０６の全てのランド２ ３６は同一の幅×を持つ。ここでも、トルクは（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に比例し 、指標位置は、ランド２３２、２７０の角度範囲を（Ａ＋Ｂ）と比較することに よ って求められる。ランド２７０と隣接するランド２３６は変更されないが、ラン ド２３２、２３６は全て少し大きく作られており、これによって幅の減少したラ ンド２７０を補償している。 この装置によって指標位置の認識が簡略化され、非標準のスロット期間を持つ 光学変調器の面積が減少する。 したがって、このような装置は、以下に説明されるある種の信号処理技術には 特に有益である。 第２０図および第２２図に示す装置は指標位置を認識する能力があるとはいえ 、ステアリング・システムのような用途では、これらの装置では、ステアリング ・ホイールが真上の位置にあるのかまたは真上の位置から１つの（または以上の ）完全回転数だけ隔たっているのか判断できない。しかし、真上の位置から１つ 以上の完全回転数だけ隔たった位置は、ある道路速度を上回るステアリング・ホ イール・トルクをチェックすることによって検出してもよいし、予め定められた 量を上回ってトルクが伝達されたということは、ステアリング・ホイールが真上 の位置から隔たっていることを示す。 以上に述べたように、トルク・センサは、小さな開口部の光源から２つの不透 明な回転素子２０４、２０６を通って線形配列２６０、例えば１２８個の光学セ ンサ素子に照射される光に依存する。シャフトのトルクは、２つの素子２０４、 ２０６に相対的な回転を与えるように配慮される。この結果得られる、これら２ つの素子２０６、２０８を介してセンサ配列２６０に投影されるパターンによっ て対応する波形が発生され、この波形は印加されたシャフトのトルクの基準とな るように処理され得る。 このプロセスは次の３つの要因によって複雑になる。 １．印加されたトルクおよびシャフトの回転により、スロットの角度変位が生じ 、一方ではセンサ配列２６０で線形変位を測定し、 ２．素子２０４、２０６（異なった平面上で回転することもあるが）の異なった 光学的倍率により、２つの平面からのエッジの投影がセンサ配列２６０上で互い に相対的に運動し、 ３．素子２０４、２０６の非同心的回転がトルクの見かけ上の変動を生ずる。 スロットのエッジは回転軸の周りを回転するが、センサの線形配列２６０上に 投影される。配列２６０を走査することによって作られるエッジは、したがって 、センサの湾曲配列を模倣するように修正される。しかし、投影されたイメージ （結像）の実効半径は、光学的倍率の影響のために、ディスクの光学半径には等 しくならない。 第２４図に、湾曲スロット経路の、エッジの平面上の直線に対するマッピング を図示する。 配列の中心から測定したセンサの波形のエッジの位置に対しては次式が成り立 つ。 Tan α＝ｘ／ｒ ｙ＝ｒ．α したがって、次式が成り立つ。 α＝ Tan-1(x/r)したがって、 ｙ＝r.Tan-1(x/r)となる。 もし、 Ei＝配列の最初から測定した入力画素番号 Eo＝弧に沿って測定した（画素内の）出力エッジ位置 Ｎ＝配列内の画素の数 ｄ＝画素の幅(mm) であれば、 ｘ＝d.(N/2-Ei) ｙ＝d.(N/2-Eo)または、 Eo＝ N/2-y/dとなる。 これらを代入すると、 Eo＝ N/2-r/d.Tan-1(x/r) Eo＝ N/2-r/d.Tan-1(d/r/(N/2-Ei))となる。 この式はディスクの光学半径ｒおよび入力エッジ位置Eiを用いて、マッピング された出力エッジ位置Eoを求めている。実際問題として、第２５図に示すように 、光源から配列に至る距離ａは光源からディスクに至る距離（ａ−ｂ）より大き い ので光学半径は増加する。 配列平面上の実効光学半径Ｒは次式で与えられる。 R/a ＝r/(a-b)または Ｒ＝a.r/(a-b) 半径倍率因数Moは次のようになる。 Mo ＝ a/(a-b) この倍率因数は設計された光学コンポーネントの間隔から求めることができる が、これはアッセンブリの公差、シャフト端部の浮きおよびディスクの（光路軸 に沿った）ウオブルの対象となる。したがって、エッジ補正式は次のようになる 。 Eo ＝ N/2-R/d.Tan-1(d/R.(N/2-Ei)) 回転素子は精密に作成されているので、実際の光学半径を自動的に求めること が可能である。特に、光学構成要素の間隔の詳細は、センサ配列上に投影された スロット・エッジの位置を処理することによって求めることができる。同一素子 上の隣接するウインドウの２つの互いに対応するエッジがセンサ配列上に同時に 投影されると、これらのエッジを処理して、光学倍率因数（またはセンサ配列で の実際の光学半径）の尺度を与えることができる。第２６図に、センサ配列上に このような２つのエッジが投影される様子を図示する。 単純三角法によると、次のようになる。 A/R ＝Tan αさらに、 B/R ＝Tan(γ- α) 再配列すると、次のようになる。 α＝ Tan-1(A/R)さらに、 B/R ＝(Tanγ-Tanα)/(1+Tanα.Tanγ) αを置換すると、次のようになる。 B/R ＝(Tanγ-A/R)/(1+A/R.Tanγ) しかし、γは光学倍率とは無関係で、回転素子の形状寸法によって決まる。 したがって、Ｇ定数＝ Tanγとすると、次のようになる。 B/R ＝(G-A/R)/(1+G.A/R)これにＲを乗算すると、 B/R ＝(G.R-A)/(R+G.A) 乗算をすると、次のようになる。 G.R2-(A+B).R-A.B.G＝0 平方根で表すと、次のようになる。 R ＝(A+B) ±((A+B)2+4.G2.A.B)1/2/2.G こうして、配列の平面上の光学半径となるＲを解くことができる。 ２つの回転素子からのイメージを使用して、各々の素子に対して異なった光学 半径を与えることができる。算法（アルゴリズム）には未処理のエッジを用いる が、このエッジでは、互いに異なった光学半径によって素子同士間で視差が生じ る。 さまざまの用途で生じ得る光学半径の変動を見込んで、根号下の因数はk.A.B （ｋは定数）によって近似させてもよい。 これら２つのトルク知覚回転素子は必ずしも同一平面上にはないので、光源に 近い方の素子がより大きな倍率のイメージを配列上に投影する。１つの素子から のイメージは、したがって、トルクが決定され得る以前のイメージ寸法と等しく なるように縮尺される。第２７図に、素子♯２が素子♯１より大きなイメージを 投じ、さらに、このイメージがその結果、共角を成す♯の素子を模倣するように 収縮される様子を図示する。 第２７図において、 ａ＝光源から配列への距離 ｂ＝素子♯１から配列への距離 ｃ＝素子♯１平面から素子♯２平面との間の距離 ｙ＝配列の中心線から典型的なスロットのエッジへの距離。 素子♯２のエッジは、配列の中心から距離ｑの所にイメージを形成する。 素子が共角を成す場合、エッジは中心から距離ｐだけ隔たった所に現れる。 等しい角度を用いると次のようになる。 p/a ＝y/(a-b)さらに、 q/a ＝y/((a-(b+c)) 双方の式をｙに付いて解くと次のようになる。 ｙ＝p.(a-b)/a さらに、 ｙ＝q.(a-(b+c))/a 等置してｐに付いて解くと次のようになる。 ｐ＝q.(a-(b+c))/(a-b) もし、 Ei ＝入力エッジ位置 Eo ＝出力エッジ位置 Ｎ＝配列中の素子の数 ｄ＝素子の幅 とすると、 ｑ＝d.(N/2-Ei) となり、次のようになる。 ｐ＝d/(N/2-Ei)(((a-(b+c))/(a-b))さらに、 ｐ＝.(N/2-Eo)または Eo＝N/2-p/d となり、次のようになる。 Eo＝N/2-(N/2-Ei)(((a-(b+c))/(a-b)) これにより、入力エッジ位置に対する出力エッジ位置および光学構成要素の間 隔が与えられる。最後の項は、必要とされる視差補正機能が自動的に実行される ように、得られた波形から求めることができる。 視差の項は、回転素子同士間の間隔および光源と配列との間の距離の関数であ る。補正係数はイメージの寸法を変化させるがその相対的な寸法には影響を与え ないので、素子と配列との間の距離によって異なることはない。 アークタンジェント補正がすでに実行済みであると仮定すると、視差補正項Px は次式で与えられる。 Px＝(a-(b+c))/(a-b) すると、素子♯２に対しては、素子上のウンドウの期間は次式で与えられる。 Pdisc#2＝N/2Px(N/2-Elast#2)-(N/2-Px.(N/2-Efirst#2)) 単純化すると、次のようになる。 Pdisc#2＝Px.(Elast#2-Efirst#2) 素子♯１に対しては、素子上のウインドウの期間は次式で与えられる。 Pdisc#1＝N/2-(N/2-Elast#1)-(N/2-(N/2-Efirst#1)) 単純化すると、次のようになる。 Pdisc#1＝(Elast#1-Efirst#1) ２つの素子から測定した期間が等しくなるためには、 Pdisc#2＝Pdisc#1 であり、 Px.(Elast#2-Efirst#2)＝(Elast#1-Efirst#1)となる。 したがって、次のようになる。 Px＝(Elast#1-Efirst#1)/(Elast#2-Efirst#2) このようにして、２つの回転素子から測定した期間の比によって、視差を補償 するために用いられる相対的倍率係数が与えられる。 トルクの測定値は、２つの回転素子上のウインドウのエッジの相対的な位置に よって決定される。第２８図に示すように素子の回転軸同士間に振れが存在する 場合、トルク誤差が生じる。この誤差は素子が回転するに連れて循環的に変化す る。ウインドウＡがセンサ配列上にある場合、正のトルク誤差が生じる。ウイン ドウＢがセンサ配列の上にある場合は、この誤差は負のトルク誤差に変化する。 ウインドウＣ、Ｄがセンサ配列上に存在する場合、振れの誤差は生じない。 対角線上の反対側にある２つのセンサ配列を、例えばウインドウＡ、Ｂの下に 配置してトルクの読み取り値を平均化することによって、ディスクの振れの影響 が無にされる。この機能は、アークタンジェントおよび視差の補正値がすでに正 確に適用されていることを前提としている。 前述の自動アークタンジェント、自動視差および振れの補償を適用する通常の 手順は次の通りである。 １．双方の回転素子に対して配列の中心からの距離Ａ、Ｂを測定する。 ２．双方の素子に対して光学半径を計算する。 ３．アークタンジェント補正を、以下の計算に使用される全てのスロットのエッ ジに適用する。 ４．これらのアークタンジェント補正されたエッジを用いて、双方の素子に対し てウインドウ期間を測定する。 ５．２つの期間の寸法Pxに対する比を求める。 ６． Px を用いて、エッジが素子から光源に近づくように（配列の中心に向けて ）視差縮小する。 ７．視差補正されたエッジを用いて、トルクを計算する。 ８．２つのセンサ配列に対してトルクの計算結果を平均して、振れ補正されたト ルクを求める。 したがって、トルク・センサの形状寸法ならびに機械的変動もしくは製造公差 を自動的に補正することが可能となる。このようなセンサの精度はしたがって改 善可能であり、製造費用も減少可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 トレイス，エイドリアン・レスリー イギリス国 ビー28 ８ディー・ユー バ ーミンガム、ホール・グリーン、シャーホ ール・ロード 57 (72)発明者 リース，デヴィット イギリス国 ビー62 ８エス・ジェイ ウ エスト・ミッドランズ、ホールソーウェ ン、ハミルトン・アヴェニュー 106

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光学放射線の光源と、放射線検出器の配列と、第１の素子および第２の素 子とを具備する光学変位センサにおいて、 前記第１および第２の素子の各々が交替する第１および第２の領域を有し、 前記第１の領域が第２の領域の光学的透過率より大きな光学的透過率を有し、 前記第１および第２の素子の各々が、前記第１および第２の領域が光源と配列 との間を通過するように可動であることを特徴とする光学変位センサ。 ２． 前記光源が点光源を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のセン サ。 ３． 前記光源がさらに、前記点光源からの放射線を拡散させるための拡散装置 を具備することを特徴とする請求の範囲第２項記載のセンサ。 ４． 前記配列が線形配列を具備することを特徴とする請求の範囲第１項記載の センサ。 ５． 前記放射線検出器が連続的であることを特徴とする請求の範囲第１項記載 のセンサ。 ６． 前記第１および第２の素子が回転素子であることを特徴とする請求の範囲 第１項記載のセンサ。 ７． 前記第１および第２の素子の前記第１および第２の領域が定まった等しい 空間期間を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。 ８． 前記第１および第２の素子の各々の前記第１および第２の領域が定まった マーク・スペース比を有することをと特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ 。 ９． 前記第１の素子の前記第１および第２の領域のマーク・スペース比が、前 記第２の素子の前記第１および第２の領域のマーク・スペース比に等しいことを 特徴とする請求の範囲第８項記載のセンサ。 １０． 前記第１の領域が前記第１および第２の素子の中に形成されたスロット を有し、前記第２の領域がこれらスロット同士間に配置された前記第１および第 ２の素子の不透明な部分を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のセン サ。 １１． 前記第１および第２の素子が、前記第１および第２の素子の前記第２の 領域が光源と配列との間で重なるように、自身同士間の相対的運動を禁止するた めに拘束されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。 １２． 前記第１および第２の素子が分離可能なように相互接続されていること を特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。 １３． 前記第１および第２の素子が、自身同士間に存在する分離可能相互接続 部と一体に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１２項記載のセンサ。 １４． 前記第１および第２の素子が共角を成すことを特徴とする請求の範囲第 １２記載のセンサ。 １５． 前記第１および第２の素子が、それぞれ円形状のまたは円盤状の、内部 部分および外部部分を具備することを特徴とする請求の範囲第１４記載のセンサ 。 １６． 予め定められた値より大きな放射レベルとこの予め定められた値より小 さな放射レベルとの間のトランジション（移行）の配列上の発生位置を検出する ための検出器をさらに具備することを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ 。 １７． 前記第１および第２の領域ならびに配列が、前記第１および第２の素子 の位置と無関係に、少なくとも５つのトランジションが配列上に発生するように 配置されることを特徴とする請求の範囲第１６項記載のセンサ。 １８． 前記第１および第２の素子の相対的な変位を求めるために位置を処理す るためのプロセッサをさらに具備することを特徴とする請求の範囲第１６項記載 のセンサ。 １９． 相対的位置を、第１と第６のトランジションとの間の距離の、第１と第 ４のトランジションまたは第３と第６のトランジションとの間の距離に対する比 の関数として求めるためにプロセッサが配置されることを特徴とする請求の範囲 第１８項記載のセンサ。 ２０． 前記光源および配列の対角線上の反対側に配置された、光学放射線のさ らなる光源および前記放射線検出器のさらなる配列とをさらに具備することを特 徴とする請求の範囲第６項記載のセンサ。 ２１． 請求の範囲第１項記載のセンサおよび第１と第２の素子間の弾性カップ リングを有することを特徴とするトルク・センサ。 ２２． 前記第１の素子がｎ個の第２の領域を有し、その内の（ｎ−１）個の領 域が第１の幅を有し、その他の領域が第１の幅とは異なった第２の幅を有するこ とを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ。 ２３． 請求の範囲第２２項記載のセンサにおいて、 前記第２の素子がｎ個の第２の領域を有し、 その内の（ｎ−２）個の領域が第３の幅を有し、 その他の２つの領域が第３の幅とは異なった第４の幅を有し、 第１と第３の幅の和が第２の幅と第４の幅の２倍の和に等しく、 前記第１の素子の他の第２の領域が、前記第１および第２の素子の運動の間に 、前記第２の素子の前記第２の領域の他の２つの領域の間に配置されることを特 徴とするセンサ。 ２４． 前記第１および第２の素子が回転素子であり、前記配列が前記第１およ び第２の領域のイメージ（結像）の位置を前記第１および第２の領域の対応する 回転位置に変換するためのデータ・プロセッサに接続されていることを特徴とす る請求の範囲第４項記載のセンサ。