(57)【要約】本発明は回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサから成る。このセンサは少なくとも１つのパターン化された表面（１）、ＡＳＩＣ（３）、少なくとも１つのレンズ（２）及び少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）を含む。ＡＳＩＣ（３）は処理手段及びＥＭＲに対する検出器のアレイを有する。少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）はパターン化された表面（１）を照明し、少なくとも１つのレンズ（２）はパターン化された表面（１）から反射されたＥＭＲの部分（５）をＥＭＲに対する検出器のアレイにフォーカスする。パターン化された表面（１）はターニングマーク及びレーザマーク（８）を含むパターンを有する。少なくとも１つのレンズ（２）は実質的にターニングマーク（１４）によって反射されたＥＭＲを検出器のアレイにフォーカスする。ターニングマーク（１４）は非対称的である。
2005517168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサであって、該センサは少なくとも１つのパターン化された表面（１）、ＡＳＩＣ（３）、少なくとも１つのレンズ（２）及び少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）を含み、前記ＡＳＩＣ（３）は処理手段及びＥＭＲに対する検出器のアレイを有し、前記少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）は前記パターン化された表面（１）を照明し、前記少なくとも１つのレンズ（２）は前記パターン化された表面（１）から反射されたＥＭＲの部分（５）をＥＭＲに対する検出器のアレイにフォーカスする、回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサにおいて、
前記パターン化された表面（１）はターニングマーク及びレーザマーク（８）を含むパターンを有し、前記少なくとも１つのレンズ（２）は実質的に前記ターニングマーク（１４）によって反射されたＥＭＲを前記検出器のアレイにフォーカスし、前記ターニングマーク（１４）は非対称であることを特徴とする、回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサ。
【請求項２】
回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサであって、該センサは少なくとも１つのパターン化された表面（１）、ＡＳＩＣ（３）、少なくとも１つのレンズ（２）及び少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）を含み、前記ＡＳＩＣ（３）は処理手段及びＥＭＲに対する検出器のアレイを有し、前記少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）は前記パターン化された表面（１）を照明し、前記少なくとも１つのレンズ（２）は前記パターン化された表面（１）から反射されたＥＭＲの部分（５）をＥＭＲに対する検出器のアレイにフォーカスする、回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサにおいて、
前記パターン化された表面（１）はターニングマーク及びレーザマーク（８）を含むパターンを有し、前記少なくとも１つのレンズ（２）は実質的に前記レーザマーク（８）によって反射されたＥＭＲを前記検出器のアレイにフォーカスし、前記ターニングマーク（１４）は非対称であることを特徴とする、回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサ。
【請求項３】
非対称なターニングマーク（１４）はパターン化された表面（１）上にのこぎり歯状表面を形成することを特徴とする、請求項１又は２記載の光学センサ。
【請求項４】
少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）はＬＥＤであることを特徴とする、請求項１又は２記載の光学センサ。
【請求項５】
検出器のアレイはフォトダイオードのアレイであることを特徴とする、請求項１又は２記載の光学センサ。
【請求項６】
ＥＭＲ源（１６、１７）は非対称ターニングマーク（１４）により反射されたＥＭＲの最大反射強度を発生する有利な照明角度（１５）でパターン化された表面（１）を照明することを特徴とする、請求項１記載の光学センサ。
【請求項７】
ＥＭＲガイド（２０、２１）はＥＭＲ源（１６、１７）により放射されたＥＭＲをパターン化された表面（１）に非対称ターニングマーク（１４）の有利な照明角度（１５）において導くことを特徴とする、請求項６記載の光学センサ。
【請求項８】
２つのパターン化された表面（１）の非対称ターニングマーク（１４）は正反対の方向に配向されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の光学センサ。
【請求項９】
２つのＥＭＲガイド（２０、２１）は各々両方のパターン化された表面（１）の非対称ターニングマーク（１４）がＥＭＲを１つのレンズ（２）の方向に反射する有利な照明角度（１５）において２つのパターン化された表面（１）のうちの１つにＥＭＲを導くことを特徴とする、請求項８記載の光学センサ。
【請求項１０】
検出すべき角度変位及びトルクは車両のステアリング角度及びステアリングホイールトルク又はステアリングシャフトトルクであることを特徴とする、請求項１又は２記載の光学センサ。
【請求項１１】
２つのＥＭＲガイド（２０、２１）は各々両方のパターン化された表面（１）の対称レーザマークがＥＭＲを１つのレンズ（２）の方向に反射する有利な照明角度（１５）において２つのパターン化された表面（１）のうちの１つにＥＭＲを導くことを特徴とする、請求項８記載の光学センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ステアバイワイヤは車両に対する先進的なステアリングコンセプトであり、ステアリングホイールとフロントホイールとの間の機械的接続を除去するものである。この車両ステアリングシステムの全コンポーネントは機械的にではなくデジタル的に通信し合う。運転者のステアリングホイールを介する入力はデジタル信号に変換される。それゆえ、センサはステアリングホイールのトルク及び角度を測定する。
【０００２】
従来技術
ＵＳ５９３０９０５は、回転可能な物体の角度、とりわけ３６０°以上回転可能な物体の角度を測定するための方法及び装置を開示している。回転可能な物体は少なくとも２つのさらに別の回転可能な物体、例えばギアホイールと共働し、これらの物体において角度位置が２つのセンサによって検出される。回転可能な物体の角度位置は改良されたノギス計算によって検出された角度位置から決定され、この結果、あいまいなところのないステートメントが行われる。３つの全ての物体又はギアホイールは所定の数の歯を定めておく必要がある。この方法及び装置は自動車のステアリングホイール角度を検出するために使用されうる。
【０００３】
ＤＥ−Ａ１００４１０９５は回転可能な物体における角度及び/又はトルクを測定するための装置に関する。回転の角度は磁気又は光学センサによって検出される。有利な実施形態では、２つの装置があり、各々には２つの光学的に読み取り可能なコードトレース（code trace）が設けられている。各装置の２つのコードトレースは同じように実現されかつ前記装置が互いにオフセットするように配置されており、この結果、割り当てられたセンサはデジタル信号を出力する。回転の角度は２つのデジタル信号のオフセットから計算される。別の実施形態では、既知の捻り剛性（torsional stiffness）を有する捻り素子が２つの装置の間に配置されている。回転可能な物体によって伝達されるトルクはこうして２つの装置の角度差から計算される。この装置は有利には自動車のステアリングコラムシャフトに使用される。
【０００４】
ＷＯ００/２８２８５はＥＭＲ（electromagnetic radiation=電磁放射線）に対する高及び低反射率のパターン化された領域を有する運動可能な表面の位置を検出するための光学センサに関する。このセンサはＡＳＩＣ（application specific integrated circuit=特定用途向け集積回路）、少なくとも１つのレンズ及び少なくとも１つのＥＭＲ源を含む。ＡＳＩＣはＥＭＲ感知検出器の少なくとも１つのアレイ及び処理手段を含む。ＥＭＲ源は表面の照明を容易にし、少なくとも１つのレンズは表面から反射されたＥＭＲのフォーカシングを容易にし、表面上のパターンに相応してＥＭＲ感知検出器の少なくとも１つのアレイに画像を生成する。ＡＳＩＣ、少なくとも１つのレンズ及び少なくとも１つのＥＭＲ源は全て単一のハウジングの中に密閉されており、これらのエレメントの正確な光学的アライメントを提供し、単一の置換可能なモジュールとして統合されている。ＡＳＩＣの処理手段は画像の処理を促進し、表面上のパターンの位置を決定する。
【０００５】
従来技術によれば、表面のパターンは例えば対称ターニングマーク（turning mark）及びレーザマーク（laser mark）によって形成されている。各々の対称ターニングマークの対称性の軸はこのパターン化された表面に対して垂直に位置決めされている。これらのマークは例えば円弧の形状の断面を有しうる。対称ターニングマークの対物レンズはＥＭＲ源から来るＥＭＲを少なくとも１つのレンズを含むイメージシステムへと反射することができる。結果的に、対称ターニングマークによって反射されるＥＭＲはＥＭＲ感知検出器のアレイ上に明るいエリアを作り出す。レーザマークはパターン化された表面上の平らな表面から成り、イメージシステムから外れてＥＭＲを反射するようにデザインされている。それゆえ、レーザマークはＥＭＲ感知検出器のアレイ上に暗いエリアを作り出す。
【０００６】
結果的に得られる明るいエリアと暗いエリアとのパターンは、照明効率が良好でかつ明るいエリアと暗いエリアとの間のコントラストが高い場合にのみ、正確に検出される。これらの２つのパラメータはＥＭＲ源とパターン化された表面との間の照明角度に依存する。
【０００７】
従来技術によれば、高い照明効率は低いコントラストに結合され、その逆も真である。結果的に、選択された照明角度は一方で照明効率の最適化と他方でコントラストの最適化との間の妥協を表す。
【０００８】
本発明の要旨
本発明は、同時に照明効率及び暗いエリアと明るいエリアとの間のコントラストを増大するという利点を有する。この利点は、回転可能なオブジェクトの角度及びトルクを検出するための光学センサによって達成される。このセンサは少なくとも１つのパターン化された表面、ＡＳＩＣ、少なくとも１つのレンズ及び少なくとも１つのＥＭＲ源を含む。ＡＳＩＣは処理手段及びＥＭＲに対する検出器のアレイを有する。少なくとも１つのＥＭＲ源はパターン化された表面を照明し、少なくとも１つのレンズはパターン化された表面から反射されたＥＭＲの部分をＥＭＲに対する検出器のアレイにフォーカスする。パターン化された表面はターニングマーク及びレーザマークを含むパターンを有する。少なくとも１つのレンズは実質的にターニングマークによって反射されたＥＭＲの全てを検出器のアレイにフォーカスする。ターニングマークは非対称的である。
【０００９】
ターニングマークは、パターン化された表面に垂直な対称性軸を持たないという点で非対称的である。非対称ターニングマークの使用は、ある照明角度でＥＭＲ感知検出器により検出される反射強度が最大値を示し、同時に暗いエリアと明るいエリアとの間のコントラストが高くなるという利点を有する。
【００１０】
図面の短い記述
本発明は、本発明の実施例を表す添付図面に基づいて記述される。
【００１１】
図１は対称ターニングマーク及びレーザマークにより反射されるＥＭＲのビーム路を示す（従来技術）。
【００１２】
図２は対称ターニングマーク及びレーザマークに対する照明角度の関数としての反射強度のグラフを示す（従来技術）。
【００１３】
図３は本発明により提案される非対称ターニングマーク及びレーザマークにより反射されるＥＭＲのビーム路を示す。
【００１４】
図４は本発明により提案される非対称ターニングマーク及びレーザマークに対する照明角度の関数としての反射強度のグラフを示す。
【００１５】
図５は対称ターニングマークを有するセンサの照明及びイメージングコンセプトを示す（従来技術）。
【００１６】
図６は非対称ターニングマークを有するセンサの照明コンセプトを示す。
【００１７】
図７は非対称ターニングマークを有するパターン化された表面を含むセンサに対するトータルコンセプトを示す。
【００１８】
有利な実施形態の記述
図１は従来技術における対称ターニングマーク及びレーザマークにより反射されるＥＭＲのビーム路を示す。
【００１９】
図１の左の部分は概略的に光学センサの一部分を表し、パターン化された表面１、レンズ２、ＡＳＩＣ３（特定用途向け集積回路）及びプリント回路基板４を含む。パターン化された表面１はＥＭＲ源（図示せず）によって照明される。ＥＭＲの一方の部分５はパターン化された表面１によってイメージングシステム（レンズ２）に反射され、ＥＭＲのもう一方の部分６はパターン化された表面１によってイメージングシステムから外へ反射される。イメージングシステム（レンズ２）に反射されるＥＭＲの部分５はレンズ２によってＡＳＩＣ３へとフォーカスされ、このＡＳＩＣ３に明るいエリアを作り出す。イメージングシステムから外へ反射されるＥＭＲの他方の部分６は、ＡＳＩＣ３のいくつかのエリアを「暗い」ままにする効果を有する。結果として、暗いエリアと明るいエリアとの画像がＡＳＩＣ３に作り出される。ＡＳＩＣ３はＥＭＲを検出する検出器のアレイ（図示せず）を含み、ＥＭＲはこの検出器のアレイにフォーカスされる。さらに、ＡＳＩＣ３は検出器のアレイにより発生される信号の評価のための処理手段（図示せず）を含む。これらの信号はＥＭＲを反射するパターン化された表面１の位置に依存している。ＥＭＲ源によって照明される瞬時の視野（field of view）は、パターン化された表面１が取り付けられているコードディスクの角度位置に依存する。視野の中の１つのパターンは明確にコードディスク及び回転可能なオブジェクト１３の１つの角度位置に割り当てられ、ＡＳＩＣ３の検出器のアレイにおけるパターンの画像を評価することによってこの１つのパターンがこの１つの角度位置に連結される。
【００２０】
図１の右側には、パターン化された表面が拡大されて示されている。パターン化された表面１のパターンは対称ターニングマーク７及びレーザマーク８を含む。この場合、対称ターニングマーク７の断面は円弧の形状を有する。入射ＥＭＲ９はレンズ２の方向に対称ターニングマーク７によって反射される。イメージシステム（レンズ２）に反射されるＥＭＲのこの部分５はＡＳＩＣ３にフォーカスされ、結果的に明るいエリア１０に帰着する。レーザマーク８はパターン化された表面１上の平らな領域であり、この平らな領域は入射ＥＭＲ９をイメージングシステム（レンズ２）から外れて反射するようにデザインされている。イメージングシステムから外れて反射されるＥＭＲのこの部分６は実質的にＡＳＩＣ３にフォーカスされない。それゆえ、いくつかのエリア１１はＡＳＩＣ３において「暗い」ままになる。結果的に得られる暗いエリア１１と明るいエリア１０との間のコントラストは低い。ＡＳＩＣ３におけるＥＭＲ検出器のアレイの検出原理は、パターン化された表面１のコード構造を読みとるためにこのコントラストを利用することに基づいているので、信号対雑音比を改善すると有利である。信号対雑音比は対称ターニングマークを有するセンサでは低い。低い信号対雑音比及び低いコントラストの理由は図２から見て取れる。
【００２１】
図２は対称ターニングマーク及びレーザマークに対する照明角度αの関数としての反射強度を示している。
【００２２】
左のグラフは照明角度αの関数としての対称ターニングマーク７により反射されるＥＭＲの反射強度Ｉ１を示す。照明角度αは入射ＥＭＲ９とパターン化された表面１（図１参照）の平らな部分との間の角度である。図２の左のグラフでは、対称ターニングマーク７からの最大反射強度Ｉ１が９０°の照明角度αにおいて検出されていることが見て取れる。反射強度Ｉ１はベル曲線の形状を有する対称関数である。それは９０°の照明角度からスタートして増大及び減少する照明角度αによって漸近的にゼロの値に近づく。
【００２３】
図２の右側のグラフは照明角度αの関数としてのレーザマーク８により反射されるＥＭＲの検出される反射強度Ｉ２を示す。この反射強度Ｉ２も９０°の最大値を有するベル曲線の形状を有する。反射強度Ｉ１との差異は、反射強度Ｉ２はその最大値においてより小さく、そしてより小さい広がりを有することである。レーザマークにより反射されるＥＭＲを検出することを回避するためには、同時に反射強度Ｉ１が高くかつ反射強度Ｉ２が低い（有利にはゼロである）ような照明角度が選択されなければならない。図２の左のグラフの矢印１２は一方で照明効率の最適化と他方でコントラストの最適化との間の妥協点を表す実際に使用される照明角度を示す。これらの照明角度１２において、信号対雑音比は改善される。というのも、（レーザマークにより発生する）反射強度Ｉ２がゼロに近く、それゆえノイズを生じないからである。他方で、照明効率は非常に低い。というのも、これらの照明角度１２によって反射強度Ｉ１が非常に低いからである。
【００２４】
図３は本発明により提案される非対称ターニングマーク及びレーザマークによって反射されるＥＭＲのビーム路を示す。
【００２５】
センサの原理は図３の左の部分に見えるように変わってはいない。光学センサは同様に回転可能なオブジェクト１３に連結されたパターン化された表面１を含み、入射ＥＭＲの一方の部分５をイメージングシステム（レンズ２）へと反射し、入射ＥＭＲ９のもう一方の部分６をイメージングシステムから外れて反射する。レンズ２はＥＭＲの部分５をプリント回路基板４に位置決めされているＡＳＩＣ３にフォーカスする。ＡＳＩＣ３はフォーカスされたＥＭＲを検出し、結果的に生じる検出信号を処理する。
【００２６】
図３の右側では、パターン化された表面が拡大されて示されている。パターン化された表面１の上のパターンは非対称ターニングマーク１４及びレーザマーク８を含む。
【００２７】
図３に示された本発明の有利な実施形態では、非対称ターニングマーク１４がパターン化された表面１の上にのこぎり歯状表面を形成している。非対称ターニングマーク１４は入射ＥＭＲ９をイメージングシステム（レンズ２）へと反射し、このイメージングシステム（レンズ２）はＥＭＲをＡＳＩＣ３にフォーカスし、そこで明るいエリア１０を形成する。レーザマーク８は照明角度βでパターン化された表面１に到達する入射ＥＭＲをイメージングシステムから外れて反射する（入射ＥＭＲの部分６）。結果的に、いくつかのエリア１１がＡＳＩＣ３において「暗い」ままである。
【００２８】
対称ターニングマーク７と比べた非対称ターニングマーク１４の利点は図４から見て取れる。
【００２９】
図４は本発明により提案される非対称ターニングマーク及びレーザマークに対する照明角度の関数としての反射強度を有するグラフを示す。
【００３０】
図４ａは２つのグラフを示しており、左のグラフは照明角度βの関数としての非対称ターニングマーク１４により反射されたＥＭＲの反射強度Ｉ３を表す。非対称ターニングマーク１４からの最大反射強度Ｉ３は照明角度βａ１５において検出されており、この照明角度βａ１５は９０°よりも小さい。９０°と最大反射強度Ｉ３を有する照明角度１５との間の差は非対称ターニングマークの形状に依存する。例えば、のこぎり歯の形状を有する非対称ターニングマークにおいては、この差はのこぎり歯の角度γ（図３参照）に依存する。ここでもベル曲線によって表される反射強度Ｉ３は９０°の照明角度βにおいて大きく減少している。
【００３１】
図４ａの右のグラフは照明角度βの関数としてのレーザマーク８により反射されたＥＭＲの検出された反射強度Ｉ２を示す。反射強度の形状は図２のと同じである。というのも、レーザマークは本発明では変更されないからである。反射強度Ｉ２の最大値は９０°の照明角度に位置している。
【００３２】
この場合、最も有利な照明角度βａ１５は最大反射強度Ｉ３を有する照明角度である。この照明角度を使用する効果は、高い照明効率を有する高い信号対雑音比とＡＳＩＣ３における暗いエリアと明るいエリアとの間の高いコントラストとの結合である。照明角度１５でのパターン化された表面１の照明は非対称ターニングマーク１４からの最も高い反射強度Ｉ３を発生する。同時にそれはレーザマーク８により反射されるＥＭＲから結果的に生じる非常に低い反射強度信号を発生する。
【００３３】
それゆえ、本発明の１つの有利な実施形態は照明角度βａ１５でパターン化された表面を照明するＥＭＲ源を含み、この照明角度βａ１５は非対称ターニングマーク１４により反射されるＥＭＲの最大反射強度Ｉ３を発生する。
【００３４】
図５は従来技術の対称ターニングマークを有するセンサの照明及びイメージングコンセプトを示す。
【００３５】
パターン化された表面１を有する２つのコードディスク１８、１９が回転可能なオブジェクト１３に取り付けられている。ＡＳＩＣ３及び２つのＥＭＲ源１６、１７（発光ダイオード、ＬＥＤ）が単一のプリント回路基板４に取り付けられている。２つのＥＭＲガイド２０、２１は、光損失を最小化するためにＥＭＲを２つのＥＭＲ源１６、１７から２つの回転可能なコードディスク１８、１９へと伝達するために使用される。これらのＥＭＲガイド２０、２１はＥＭＲ伝送プラスティックチューブ又はグラスファイバから成りうる。レンズ２はＥＭＲをＡＳＩＣ３にフォーカスするために使用される。それは視野をＡＳＩＣ３のＥＭＲ検出器のアレイにイメージングする。
【００３６】
図５にはビーム路が示されており、このビーム路はこのイメージングコンセプトがどのように機能するかを図示している。第１のＥＭＲ源１６はＥＭＲを放射し、このＥＭＲが第１の光ガイド２０によって第１のコードディスク１８に伝達される。この入射ＥＭＲは２つのビーム２２、２３によって表され、これらの２つのビーム２２、２３は照明されるコードディスク１８、１９の外縁に到達する。これら２つのコードディスク１８、１９は第１のＥＭＲ源１６によって放射される入射ＥＭＲによって照明される。第１のコードディスク１８では、入射ＥＭＲは対称ターニングマーク７（図示せず）によってレンズ２へと反射される。この方向にコードディスク１８により反射されるＥＭＲは２つのビーム２４、２５によって表される。レンズ２はこの反射されたＥＭＲをＡＳＩＣ３にフォーカスし（ビーム２６、２７）、そこでは第１のコードディスク１８の視野のパターンの画像３０が作り出される。ＡＳＩＣ３における画像の反射強度を検出するためのＡＳＩＣ３の検出器のアレイがフォトダイオードのアレイであると有利である。第２のコードディスク１９の対称ターニングマークも入射ＥＭＲをレンズ２の方向に反射し（ビーム２８、２９）、ＥＭＲはＡＳＩＣ３の別の領域にフォーカスされる（ビーム３１、３２）。ＡＳＩＣ３のこの領域において第２のコードディスクの視野のパターンの画像３３が作り出される。第２のＥＭＲ源１７により放射されるＥＭＲのビーム路は第１のＥＭＲ源１６からのＥＭＲに似ているが、唯一の相違点はビーム路が２つのＥＭＲ源１６、１７の間の対称軸において鏡像対称となることである。このビーム路は図５では図を簡略化するために示されていない。
【００３７】
図５に示されているような組み立て部材は回転可能なオブジェクト１３の絶対角度を測定することができるだけでなく、トルクセンシングシステムの部分とも成りうる。２つのコードディスク１８、１９はそれゆえ所定の捻り剛性の部材３４によって連結されており、それらの相対角度を評価することによってトルクが計算されうる。
【００３８】
図６は非対称ターニングマークを有するセンサの照明コンセプトを示す。
【００３９】
パターン化された表面１を有する２つのコードディスク１８、１９は回転可能なオブジェクト１３に連結されている。２つのＥＭＲ源１６、１７はプリント回路基板４に取り付けられている。本発明のこの有利な実施形態では、ＥＭＲ源はＬＥＤである。２つのＥＭＲガイド２０、２１はＥＭＲをＥＭＲ源１６、１７からコードディスク１８、１９に伝達する。本発明のこの有利な実施形態では、少なくとも１つの光ガイドが少なくとも１つのＥＭＲ源により放射されるＥＭＲを少なくとも１つのパターン化された表面に有利な照明角度βａで伝達し、この照明角度βａはＥＭＲが照明されたパターン化された表面１上の非対称ターニングマークにより反射される場合に最大反射強度を達成する。
【００４０】
図７は非対称ターニングマークを含むセンサのトータルコンセプトを示す。
【００４１】
このセンサは回転可能なオブジェクト１３の２つの異なる部分に取り付けられたパターン化された表面１を有する２つのコードディスク１８、１９、これら２つの部分の間の所定の捻り剛性の部材３４、２つのＥＭＲ源１６、１７及びプリント回路基板４に取り付けられたＡＳＩＣ３及びレンズ２を含む。図７は２つのコードディスク１８、１９のパターン化された表面１の２つの拡大図３５、３６を示す。これら２つの拡大図３５、３６は平坦なレーザマーク８及びのこぎり歯状の非対称ターニングマーク１４を示している。本発明のこの有利な実施形態では、非対称のこぎり歯状ターニングマークは正反対の方向に配向され、形状において僅かに正確である。非対称ターニングマークのこの配向は次のような利点を有する。すなわち、照明角度βａでの２つのコードディスクの照明及び反射されたＥＭＲのフォーカシングはコンパクトなセンサハウジング内で実現される。本発明のこの有利な実施形態では、２つのＥＭＲガイドにより伝達されるＥＭＲは交差ビーム路を有しうる。これは、第１のＥＭＲガイド２０がＥＭＲを第１のＥＭＲ源１６から第２のコードディスク１９に伝達し、第２のＥＭＲガイド２１がＥＭＲを第２のＥＭＲ源１７から第１のコードディスク１８に伝達することを意味する。正反対の方向に２つのコードディスク１８、１９の非対称ターニングマーク１４を配向することによって、これら２つのコードディスクの非対称ターニングマーク１４は入射ＥＭＲ９を１つのイメージングシステム（レンズ２）に反射する。コードディスク１８、１９上の照明されたパターンはレンズを通過してＡＳＩＣ３に反射される。このパターンに基づいて、回転可能なオブジェクト１３の角度及び捻れ撓み（torsional deflection）がＡＳＩＣ３において計算される。歪みは回転可能なオブジェクト１３に作用するトルクに比例する。
【００４２】
本発明の有利な実施形態では、少なくとも１つのレンズが実質的にレーザマークにより反射されたＥＭＲをＥＭＲ検出器のアレイにフォーカスし、非対称ターニングマークにより反射されたＥＭＲはイメージングシステムから外れて反射される。それゆえ、コードディスクに対して相対的に異なる照明角度及びイメージングシステムの異なる位置が必要である。本発明のこの実施形態に対する有利な照明角度３７は図４ｂの右側部分に示されている。結果的に、レーザマークはＡＳＩＣ３における明るいエリアを発生し、非対称ターニングマークは暗いエリアを発生する。図４ｂによれば、反射強度Ｉ３はいかなる照明角度βにおける反射強度Ｉ２よりも高い。つまり、最大強度を有する有利な照明傾斜角度が選択されなければならない。この有利な照明傾斜角度３８は図４ｂに示されている。
【００４３】
本発明の有利な実施形態では、本発明のセンサによって検出されるべき角度及びトルクは、自動車のステアリング角度及びステアリングホイールトルク又はステアリングシャフトトルクである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】対称ターニングマーク及びレーザマークにより反射されるＥＭＲのビーム路を示す（従来技術）。
【図２】対称ターニングマーク及びレーザマークに対する照明角度の関数としての反射強度のグラフを示す（従来技術）。
【図３】本発明により提案される非対称ターニングマーク及びレーザマークにより反射されるＥＭＲのビーム路を示す。
【図４】本発明により提案される非対称ターニングマーク及びレーザマークに対する照明角度の関数としての反射強度のグラフを示す。
【図５】対称ターニングマークを有するセンサの照明及びイメージングコンセプトを示す（従来技術）。
【図６】非対称ターニングマークを有するセンサの照明コンセプトを示す。
【図７】非対称ターニングマークを有するパターン化された表面を含むセンサに対するトータルコンセプトを示す。
【符号の説明】
【００４５】
１  パターン化された表面
２  レンズ
３  ＡＳＩＣ
４  プリント回路基板
５  イメージングシステムに反射されるＥＭＲの部分
６  イメージングシステムから外れて反射されるＥＭＲの部分
７  対称ターニングマーク
８  レーザマーク
９  入射ＥＭＲ
１０  明るいエリア
１１  暗いエリア
１３  回転可能なオブジェクト
１４  非対称ターニングマーク
１５  非対称ターニングマークに対して有利な照明角度
１６  第１のＥＭＲ源
１７  第２のＥＭＲ源
１８  パターン化された表面を有する第１のコードディスク
１９  パターン化された表面を有する第２のコードディスク
２０  第１のＥＭＲガイド
２１  第２のＥＭＲガイド
２２  入射ＥＭＲの第１のビーム
２３  入射ＥＭＲの第２のビーム
２４  反射されたＥＭＲの第１のビーム
２５  反射されたＥＭＲの第２のビーム
２６  第１のフォーカスされたＥＭＲビーム
２７  第２のフォーカスされたＥＭＲビーム
２８  反射されたＥＭＲの第３のビーム
２９  反射されたＥＭＲの第４のビーム
３０  第１のコードディスクのパターンの画像
３１  第３のフォーカスされたＥＭＲビーム
３２  第４のフォーカスされたＥＭＲビーム
３３  第２のコードディスクのパターンの画像
３４  所定の捻り剛性の部材
３５  第１のコードディスクのパターン化された表面の第１の拡大図
３６  第２のコードディスクのパターン化された表面の第２の拡大図
３７  レーザマスクに対する有利な照明角度
３８  有利な照明傾斜角度
【図１】
2005517168.tif 000003
【図２】
2005517168.tif 000004
【図３】
2005517168.tif 000005
【図４ａ】
2005517168.tif 000006
【図４ｂ】
2005517168.tif 000007
【図５】
2005517168.tif 000008
【図６】
2005517168.tif 000009
【図７】
2005517168.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月2日(2003.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサであって、該センサは少なくとも１つのパターン化された表面（１）、ＡＳＩＣ（３）、少なくとも１つのレンズ（２）及び少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）を含み、前記ＡＳＩＣ（３）は処理手段及びＥＭＲに対する検出器のアレイを有し、前記少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）は前記パターン化された表面（１）を照明し、前記少なくとも１つのレンズ（２）は前記パターン化された表面（１）から反射されたＥＭＲの部分（５）を前記ＥＭＲに対する検出器のアレイにフォーカスする、回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサにおいて、
前記パターン化された表面（１）はターニングマーク及びレーザマーク（８）を含むパターンを含み、前記少なくとも１つのレンズ（２）は実質的にターニングマーク（１４）によって反射されたＥＭＲを前記検出器のアレイにフォーカスし、前記ターニングマーク（１４）は非対称であり、前記ＥＭＲ源（１６、１７）は非対称ターニングマーク（１４）により反射されるＥＭＲの最大反射強度を発生する照明角度（１５）で前記パターン化された表面（１）を照明することを特徴とする、回転可能なオブジェクト（１３）の角度変位及びトルクを検出するための光学センサ。
【請求項２】
ＥＭＲガイド（２０、２１）は、ＥＭＲ源（１６、１７）により放射されたＥＭＲをパターン化された表面（１）に非対称ターニングマーク（１４）の前記照明角度（１５）において伝達することを特徴とする、請求項１記載の光学センサ。
【請求項３】
非対称ターニングマーク（１４）はパターン化された表面（１）上にのこぎり歯状表面を形成することを特徴とする、請求項１記載の光学センサ。
【請求項４】
少なくとも１つのＥＭＲ源（１６、１７）はＬＥＤであることを特徴とする、請求項１記載の光学センサ。
【請求項５】
検出器のアレイはフォトダイオードのアレイであることを特徴とする、請求項１記載の光学センサ。
【請求項６】
２つのパターン化された表面（１）の非対称ターニングマーク（１４）は正反対の方向に配向されていることを特徴とする、請求項１記載の光学センサ。
【請求項７】
２つのＥＭＲガイド（２０、２１）は各々２つのパターン化された表面（１）の非対称ターニングマーク（１４）がＥＭＲを１つのレンズ（２）の方向に反射する照明角度（１５）において２つのパターン化された表面（１）のうちの１つにＥＭＲを伝達することを特徴とする、請求項６記載の光学センサ。
【請求項８】
検出すべき角度変位及びトルクは車両のステアリング角度及びステアリングホイールトルク又はステアリングシャフトトルクであることを特徴とする、請求項１記載の光学センサ。
【請求項９】
２つのＥＭＲガイド（２０、２１）は各々２つのパターン化された表面（１）の対称レーザマークがＥＭＲを１つのレンズ（２）の方向に反射する照明角度（１５）において２つのパターン化された表面（１）のうちの１つにＥＭＲを伝達することを特徴とする、請求項７記載の光学センサ。
【国際調査報告】
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