(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転可能なホイールと、少なくとも１つの光源と、複数の偏光センサとを有し、前記ホイールのそれぞれの回転角度および／または回転量を測定する装置であって、
前記ホイールは、少なくとも部分的に透明でありかつ偏光状態を維持するものであり、前記ホイールの一部は偏光フィルタとして構成されており、前記ホイールは少なくとも部分的に相互に重なっており、
前記ホイールのそれぞれは、互いに異なる半径方向の位置にある前記偏向フィルタを有し、
前記光源から出た光は前記ホイールの前記偏光フィルタによって偏光可能でありかつ前記偏光センサによって受信可能であり、
前記光は複数の前記ホイールを通過可能であり、
前記偏光センサによって受信される光は前記偏光フィルタのうち１つのみによって偏光されている、装置。
【請求項２】
付加的な符号化部が、少なくとも１つのホイールと、これに対応する、３６０°にわたって一義的な測定領域を形成するセンサとに設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ホイールのそれぞれは、他の回転可能なホイールに少なくとも１：２の回転数比で機械的に接続された測定ホイールである、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
種々のホイールによって偏光された光を種々の位置で測定可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
１つのホイールの周上に１８０°周期でシンボルが取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
最速のホイールの複数回の全回転によって、前記装置の各ホイールでの１８０°周期の測定値から複数回の回転にわたる一義的な回転角度を求めることができるように、前記装置のホイール同士を少なくとも２：１の回転数比でギヤが接続している、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記装置は機械的に動作する、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記装置のステータスは電力なしでも読み出し可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
少なくとも部分的に透明なケーシングが設けられており、
前記装置は部分的に媒体に曝されており、別の部分は前記ケーシングによって前記媒体から保護されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
種々のホイールのセンサデータが相互に相関される、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの偏光センサのセンサデータが、回転量測定に関して各ホイールに必要な分解能に比べて少なくとも前段のホイールに対する減速比分だけ高い分解能で求められ、
センサおよび／または光源が故障した場合に、他のセンサデータから前記装置のステータスについての一義的な記述を求めるように構成された機構が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記装置の機械的な基準位置での前記偏光フィルタおよび／または前記センサのアライメントエラーを前記センサによって測定可能であり、基準信号として不揮発的に記憶可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記偏光センサは集積回路である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
偏光状態のためのセンサ領域と、該偏光状態のためのセンサ領域に並置される、輝度のためのセンサ領域とが設けられており、
輝度センサの輝度情報を評価するために、前記偏光センサで求められた輝度が基準信号として用いられる、請求項１から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
偏光状態測定のための少なくとも２つの領域が設けられており、
各センサ領域が、相互に独立した複数の信号源の信号を測定可能であるように配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
偏光状態のための少なくとも１つのセンサ領域と、該センサ領域に並置される輝度のための少なくとも１つのセンサ領域とが設けられており、
輝度情報を評価するために、偏光センサで求められた輝度が基準信号として用いられ、
前記センサ領域が、相互に独立した複数の信号源の信号を測定可能であるように配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
共通に利用される１つのセンサ面に、少なくとも１つの偏光センサと１つの色センサとが設けられている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
測定に必要なエネルギが無線で前記装置へ伝送される、請求項１から１７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
測定信号が無線で前記装置から伝送される、請求項１から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
回転角度および／または回転量を測定するための、請求項１から１９までのいずれか１項記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カウンタおよび多相ロータリエンコーダのステータスを測定する装置ならびに対応するセンサの分野に関する。特に、本発明は、複数の回転可能なホイールと、少なくとも１つの光源と、複数の偏光センサとを有する装置、ならびに、複数の回転可能なホイールと、これらのホイールにそれぞれ少なくとも２：１の比で機械的に接続された測定ホイールと、少なくとも１つの光源と、複数の偏光センサとを有する装置に関する。さらに、本発明は、回転角度および／または回転量を測定するための装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、回転角度を例えば１／２回転または全回転で求めることができるのみでは不充分である。例えば電流カウンタまたはリニアドライブのスピンドルにおいては、複数回の回転の一義的測定を識別するために、単純な角度センサの信号を基礎とした電子式計数装置のほか、機械式のカウンタおよびギヤを使用することもできる。これらは、エネルギ供給がなくてもカウンタステータスを維持し、特にセンサ装置へのエネルギ供給がなくても計数を続行するという利点を有する。このことは、エラーが生じた場合において、電流故障によりセンサ装置が機能しない期間に、慣性運転を行う機械が運転を続行する場合、または、遮断状態において機械の状態が変化する場合に、きわめて重要となりうる。
【０００３】
以下では、機械の状態についてだけでなく、装置の状態、すなわち、カウンタもしくはギヤの状態についても同義として説明を行う。装置の状態とは、例えば、計数機構のホイールまたはギヤの歯車の全てについて個々の回転角度を測定することにより記述される。
【０００４】
また、計数機構は、リニアセンサ、例えばストリングポテンショメータにおいて、測定領域を拡張するために用いられる。一般に、計数機構では、直接に手動で状態を評価することはできない。なぜなら、電子式のカウンタステータス検出部のコンパクト性および費用は、手動で読み出し可能な装置でのほうが電子評価を行う場合より大きく、この場合、純粋に電子式に読み出し可能な手段または純粋に手動で読み出し可能な手段のいずれかしか存在しないからである。
【０００５】
とはいえ、手動で読み出し可能な計数機構または機械式計数機構は、多くの分野で重要である。なぜなら、こうした計数機構は、メンテナンスフリーであって危険が少なく、付加的な給電部から独立して動作でき、動作性もしくはカウンタステータスを容易に監視できるからである。しかし、例えば、最も簡単にはバッテリ駆動またはエネルギハーベスティングによる給電が可能なガスメータおよび水量計は、高価な費用および高いメンテナンスコスト、さらに場合によっては爆発または漏れの危険が高まることによる安全性の問題に結びついている。上述したストリングポテンショメータにおいても、計数値が純粋に電子式に読み出せるだけでなく、カウンタに通電がなされなくてもカウンタで視覚的に読み出せるという場合、多くの用途で多値が生じうる。
【０００６】
多位計数機構および多回転ロータリエンコーダでの回転角度の検出は、現時点では高い費用に結びついている。通常は、１つの装置のすべての計数ホイールまたはすべてのギヤホイールに固有の絶対値角度センサが設けられるので、例えば、ギヤの遊びなどによる多義性を消去するために、複数のエンコーダディスク、照準光源、および、相互通信の必要のために精密にアライメントされるマルチトラックセンサが必要となる。これは著しく煩雑であり、こうしたシステムは高価となる。
【０００７】
複雑な構造形式の原因は、従来の角度センサが短い一定の距離しか確実に測定できないことに見出される。つまり、例えば直径１ｃｍの磁気コードホイールの磁界を１ｃｍの距離から良好な精度で読み出すことは、この距離では磁界がきわめて小さい値まで低下してしまうため、ほとんど不可能である。複数の磁気ディスクを相前後するように配置すれば、信号は互いに干渉し合う。従来の光学式エンコーダ（マルチトラックコードホイールを用いた透過型または反射型のエンコーダ）の信号も同様に、アライメントに大きな手間をかけて精密な光学部品を用いないかぎり、大きな距離からの読み出しは不可能である。なぜなら、散乱光および測定誤差がアライメントエラーを急速に増幅するからである。なお、こうした読み出しは制限された範囲でしか行えない。よって、欧州特許第１４３３５４号明細書では、２個のギヤ段の信号を重畳することが記載されている。ただし、重畳する段の数がさらに多くなると、構造の複雑性も急速に増大する。欧州特許第１４５７７６２号明細書では、種々のコードホイールから各センサまでの距離が、それぞれ異なる半径を有する複数の円筒状エレメントによって、単純なエンコーダで通常見られるような距離まで低減されている。このことにより、複数の精密素子を設けてこれらを複雑な３次元構造物に組み立てる必要が生じ、ブロック方式で多数の段へ簡単にカスケードしていくことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、電子的に読み出し可能な装置および多回転ロータリエンコーダの構造を簡単化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述および掲示した課題は、請求項１記載の装置および請求項３記載の装置によって解決される。この課題はまた、請求項２０記載の使用によっても解決される。各構成は各従属請求項の対象となっている。
【００１０】
本発明の第１の教示によれば、上記課題は、少なくとも１つの回転可能なホイールと少なくとも１つの光源と少なくとも１つの偏光センサとを有する装置であって、ホイールは少なくとも部分的に透明でありかつ偏光状態を維持するものであり、ホイールの一部は偏光フィルタとして構成されており、光源から出た光は偏光フィルタによって偏光可能でありかつ偏光センサによって受信可能である装置により、解決される。特に、本発明の課題は、複数の回転可能なホイールと少なくとも１つの光源と複数の偏光センサとを有する装置であって、ホイールは少なくとも部分的に透明でありかつ偏光状態を維持するものであり、ホイールの一部は偏光フィルタとして構成されており、ホイールは少なくとも部分的に相互に重なっており、光源から出た光はホイールの偏光フィルタによって偏光可能でありかつ偏光センサによって受信可能であり、ここで、光は複数のホイールを通過可能であり、偏光センサによって受信される光は偏光フィルタのうち１つのみによって偏光されている装置により、解決される。光源から出た光がホイールの偏光フィルタによって偏光可能であるとは、種々のホイールのうち透明でありかつ偏光状態を維持する領域と偏光フィルタとして形成された領域とが、光源から出た光をホイールの偏光フィルタによって偏光できるように構成および配置されていることを意味する。
【００１１】
ホイールは、計数装置の計数ホイールであってよい。絶対値測定により、偏光フィルタは、エンコーダのコードホイールよりも小さいスペースしか占有せず、より小さいセンサによって測定可能である。偏光フィルタの全ての位置で同じ信号を測定できるため、アライメントの敏感性は低下する。極端に精細な位置分解測定は必要ではないので、光学式エンコーダの場合よりも大きな距離を介して信号を測定できる。したがって、光ビームは、複数の付加的な透明障害物がこの光ビームの偏光状態を大きく変化させないかぎり、光源からセンサまでの経路において、これらの障害物を克服することができる。複数のホイールが共通の１つの軸に取り付けられる場合、各偏光フィルタは好ましくはそれぞれ異なる半径を有し、これにより、共通の光源および共通のセンサアレイまたは相前後して配置された複数のセンサを測定に使用できる。
【００１２】
したがって、光学式エンコーダもしくは磁気センサとは異なり、例えば欧州特許第１４５７７６２号明細書における複雑な非プレーナの構造形状をもたらすような、センサの直接近傍での信号取得は必要ない。本発明の場合、平坦な形状の種々のホイールを使用でき、光源と各偏光フィルタとの間、または、偏光フィルタと対応するセンサとの間に、他のホイールの種々の数の、透明でありかつ偏光状態を維持できる領域を設けることができる。言い換えれば、第１のホイールの光を光源近傍で偏光し、その偏光状態を変化させずに他のホイール列を通過させて最後のホイールのセンサの近傍に生じさせ、この非偏光の光を他のホイールの通過後にセンサの直前で偏光することができる。この場合、個々のホイールはそれぞれほぼ等しく構成可能であり、特にディスクとして実現可能である。同じ軸に取り付けられる場合、有利には、各偏光フィルタの半径のみを適合化すればよい。
【００１３】
この場合、少なくとも、センサが使用する波長領域に対する透過性が必要である。センサが赤外領域で動作する場合、目に対してディスクを完全に透明化することはできない。したがって、例えば計数機構において、通常黒いベース上に白い記号を設け、ホイールを全体でセンサの赤外光に対して透明な材料から形成することができる。
【００１４】
本発明の装置の一実施形態によれば、付加的な符号化部が、少なくとも１つのホイールと、これに対応する、３６０°にわたって一義的な測定領域を形成する複数のセンサとに設けられる。
【００１５】
偏光状態測定は１８０°周期で行われるものの、３６０°にわたる一義的な測定が必要となることが多いので、付加的な信号をこうした周期性の形成のために利用できる。このことは、多様な方式で行うことができる。測定を行うホイールの使用面積の増大をまねくことなく、例えば一方の半円に強い吸収率を設定することにより、偏光フィルタに輝度変調部を重畳することができる。同様に、２つの半円を区別できるよう、色符号化を行うこともできる。また、実用上は、従来の光学式エンコーダの、例えば完全に透過性のトラックと完全に阻止性のトラックとのバイナリデータトラックに類似に形成された、少なくとも１つの第２の信号トラックが、別の半径を有するホイール上で使用される。偏光状態情報に重畳された輝度情報は偏光センサ自体によって測定可能であり、一方、色情報は波長選択性のセンサによって求めることができる。第２の信号トラックが使用される場合、偏光センサのほかに別のセンサが設けられると有意である。ただし、輝度は偏光センサによっても測定できるので、これを第２の偏光センサとしてもよい。この場合、セグメント化された偏光フィルタを有する信号トラックも可能である。多くの構成バリエーションで所望の結果が得られる。
【００１６】
本発明の第２の教示によれば、上記課題は、少なくとも１つの回転可能なホイールと、これらのホイールに少なくとも２：１の比で機械的に接続された測定ホイールと、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの偏光センサとを有する装置であって、測定ホイールは少なくとも部分的に透明でありかつ偏光状態を維持するものであり、測定ホイールの一部は偏光フィルタとして構成されており、光源から出た光は偏光フィルタによって偏光可能でありかつ偏光センサによって受信可能である装置により、解決される。特に、上記課題は、複数の回転可能なホイールと、これらのホイールにそれぞれ少なくとも２：１の比で機械的に接続された測定ホイールと、少なくとも１つの光源と、複数の偏光センサとを有する装置であって、測定ホイールは少なくとも部分的に透明でありかつ偏光状態を維持するものであり、測定ホイールの一部は偏光フィルタとして構成されており、測定ホイールは少なくとも部分的に相互に重なっており、光源から出た光は測定ホイールの偏光フィルタによって偏光可能でありかつ偏光センサによって受信可能であり、ここで、光は複数の測定ホイールを通過可能であり、偏光センサによって受信される光は偏光フィルタのうち１つのみによって偏光されている装置により、解決される。光源から出た光がホイールの偏光フィルタによって偏光可能であるとは、種々のホイールのうち透明でありかつ偏光状態を維持する領域と偏光フィルタとして形成された領域とが、光源から出た光をホイールの偏光フィルタによって偏光できるように構成および配置されていることを意味する。
【００１７】
３６０°の一義性のための補助信号の必要をなくすために、他のホイールすなわち測定ホイールで偏光状態測定を行うことができる。ここで、当該測定ホイールでは、最大で、回転可能な（計数）ホイールの１／２の速度での回転が許容される。これは、ホイール同士を適切にかみ合わせることによって保証可能である。計数機構の各計数ホイールにつき１つずつ固有の測定ホイールが設けられる場合、回転数比２：１が特に好都合である。これは例えば、種々の計数ホイールが固有の機械要素または固有のギヤによって相互に結合されている装置において有意である。この場合、１０進計数機構では、回転数比は大抵の場合に１０：１であり、計数ホイールはステップギヤによって駆動されることが多い。計数ホイールと測定ホイールとの結合は、簡単なかみ合わせによって行うことができる。
【００１８】
回転数比が２：１より大きい場合、可能であれば２：１の整数倍だけ大きい場合、測定ホイールでの偏光状態測定によって、計数ホイールの３６０°の回転領域を超える一義的な角度測定を行うことができる。このことは、多段のギヤを備えていることの多い多回転ロータリエンコーダにおいて特に有利である。
【００１９】
上述した装置の一構成によれば、
・複数のホイールが、少なくとも部分的に重なり合うように配置され、
・光源から出た光が複数のホイールを通過可能であり、偏光センサの受信する光が複数の偏光フィルタのうち１つのみによって偏光されるように、種々のホイールのうち透明でありかつ偏光状態を維持する領域と偏光フィルタとして形成された領域とが構成および配置され、
・種々のホイールによって偏光された光は、種々の位置で測定可能である。
【００２０】
各ホイールの機械的構成に応じて、共通の回転軸または異なる回転軸に、種々の半径の偏光フィルタおよび補助トラックを設けることができる。これにより、種々の偏光フィルタおよび／または補助トラックの信号を連続して測定可能であって、その際に相互の干渉が起こらない、きわめてコンパクトな装置を構成できる。ここで、共通の光源およびマルチチャネルセンサを利用することもできる。光が複数のホイールを必ず通過する位置で測定を行う必要はもちろんない。測定ホイールは計数ホイール外にあっても計数ホイールに重なっていてもよい。この場合、機械的結合は、当業者が適宜構成でき、歯付ベルトをかみ合わせるほか、同様の作用を生じる他の構成も使用可能である。
【００２１】
偏光状態測定はいわばオン軸およびオフ軸で動作するので、回転軸上（半径ゼロ）での測定も可能である。
【００２２】
上述した装置の一構成によれば、ホイールの周上にシンボルが１８０°周期で取り付けられる。
【００２３】
例えば１０進カウンタなどの計数機構では、大抵の場合に数字のシンボル０〜９が計数ホイールの周上に取り付けられており、これにより計数機構のステータスを手動で読み出すことができる。この場合、１つのホイールの計数領域を掃引するのに３６０°の１回転が必要であり、相応して個々の計数ホイールでは大抵の場合１０：１でシンボルが設けられる。偏光センサを使用して、補助信号もしくは補助トラックもしくは付加的に設けられるホイールを省略できるようにするには、計数ホイールに、シンボルが１８０°周期、すなわち、数字列０〜９が３６０°の回転のうちに２回連続して現れる周期で変化部を取り付けると有意である。したがって、この場合、計数ホイール相互の減速比は係数２ずつの低減となり、つまり典型的には５：１が選択される。ここでは、シンボルが具体的にどこにどのように取り付けられるかはさほど重要ではない。読み出し可能なシンボルが回転するホイールに対して１８０°周期で現れて、１８０°周期のセンサで一義的な測定が可能であるかぎり、印刷されたシンボルを有する、計数ホイールに結合された歯付ベルトによっても、こうした目的を満たすことができる。
【００２４】
上述した装置の一構成によれば、ギヤが装置のホイール同士を少なくとも２：１の回転数比で接続しており、最速のホイールの複数回の全回転によって、装置の少なくとも１つのホイールでの１８０°周期の測定値から、複数回の回転にわたる一義的な回転角度を求めることができる。
【００２５】
３６０°を大きく超える領域の角度測定すなわち回転量測定のために、高い減速比を有するギヤ、特に多段のギヤを用いると有効である。１つのホイールでの回転量の測定を１８０°周期のセンサによって行えるよう、このホイールが駆動する次のホイールは、最大でも１／２の回転数で回転しなければならない。計数領域を拡張するために、より大きな減速比も有効である。この場合、２：１の整数倍とすることが特に有意である。
【００２６】
上述した装置の一構成によれば、装置は機械式に動作する。
【００２７】
装置のステータスが機械的に動作するギヤによって変更される場合、これは、電気エネルギがなくても、つまりセンサ装置が動作中でなくても、動作する。このことは、一方では、装置のステータスを長期間にわたって維持する（記憶する）のに好都合であり、他方では、電気エネルギなしでステータスを変更可能にするためにも好都合でありうる。このことは、例えば電流故障後に慣性運転をさらに続行する重機械において重要となりうる。
【００２８】
上述した装置の一構成によれば、装置のステータスは電力がなくても読み出し可能である。
【００２９】
特に、装置のステータスが機械的に変更されて記憶される場合、こうしたステータスを手動で読み出せると好都合である。適用の例として、通常は電気エネルギの供給を必要としないがつねに読み出し可能でなければならないガスメータまたは水量計が挙げられる。この場合、特別な機器がなくても誰にでも手動読み出しが可能であるが、センサの読み出しは場合によりメンテナンス要員によってのみ行われる。
【００３０】
上述した装置の一構成によれば、当該装置は少なくとも部分的に透明なケーシングを備え、装置が部分的に媒体に曝されるのに対して、他の部分はケーシングによって媒体から保護される。
【００３１】
機械式計数機構が例えば水またはガスによって駆動される場合、光源およびセンサなどの電気要素が媒体から分離保持されると有意である。このことは、本発明の装置では、ケーシングの光学窓によって、または、全体的に透明なケーシングによって、行われる。この場合、腐食防止機能のほか、爆発防止機能も有利である。ホイールおよび偏光フィルタを含む装置のギヤを媒体から保護するために、翼車と装置との間に別の機械式カップリング、例えば磁気カップリングを設けることももちろん可能である。
【００３２】
ここでの翼車とは、媒体によって駆動される、羽根車もしくはチャンバもしくは同等の機構を含むホイールをいう。
【００３３】
上述した装置の一構成によれば、種々のホイールのセンサデータが相互に相関される。
【００３４】
ギヤが多段である場合または少なくとも２個のホイールが結合されている場合、１８０°周期であっても偏光状態測定によって絶対角度測定が可能となるという事実が有利に活用される。結合された２個のホイールが回転数比Ｎ：１を有し、低速側のホイールの角度測定が高速側のホイールのＮ倍正確である場合、高速側のホイールの位置を低速側のホイールの位置から一義的に求めることができる。つまり、測定データが相互に独立ではなくなる。種々のホイールの測定データの相関により、機械的遊びに関するデータを取得することができる。
【００３５】
また、低速側のホイールでの測定をより低い精度とすれば、高速側のホイールの可能なステータスに対するインターバルを表示することができる。逆に、高速側のホイールのステータスに対しては、低速側のホイールで可能なステータスのセットが得られる。当該情報は、センサ信号を相互に監視してキャリブレーションデータを取得するために使用可能である。このことは、場合により、きわめて緩慢に回転して、まれにしか読み出されない装置において好都合である。なぜなら、キャリブレーションデータを取得するための機械的運動が、実用上、計数機構では得られないからである。
【００３６】
上述した装置の一構成によれば、少なくとも１つの偏光センサのセンサデータは、回転量測定に関して各ホイールに必要な分解能よりも、少なくとも前段のホイールに対する減速比分だけ高い分解能で求められ、ここで、センサおよび／または光源の故障時に装置のステータスに関する一義的なデータを他のセンサデータから求めるように構成された手段もしくは機構が設けられる。
【００３７】
上述したように、特に低速側のホイールの測定データから高速側のホイールのステータスを一義的に推定することができる。これには、１つには機械的遊びによって、また偏光状態測定の分解能および精度の制限によって、限界が定められる。偏光状態測定はまずアナログ信号を送出するので、機械的な位置検出で必要となるものよりも高い分解能および高い精度でディジタル化を行うことは比較的簡単である。減速比がＮ：１である場合、高速側のホイールをＮ個の位置で求めなければならない。低速側のホイールについては、高速側のホイールの測定データが余剰となるように複数の可能な位置をＮ回求めることができれば充分である。この場合、低速側のホイールでの測定は、高速側のホイールのステータスの情報を送出する。なお、当該手段は、３つ以上の段がある場合、必要な測定精度と機械部分への要求とがきわめて高くなってしまうため、有意性が制限される。ただし、高い分解能の角度測定と、ホイール間の、著しく減速された回転数とにより、ギヤ段数をエンコーダ手段に比べて低減することはできる。これは、偏光状態測定における数ビットの付加コストが比較的小さいからである。
【００３８】
上述した装置の一構成によれば、偏光フィルタおよび／またはセンサのアライメント誤差を、装置の機械的基準位置においてセンサにより測定できるようにし、基準信号として不揮発的に記憶することができる。
【００３９】
光学式エンコーダとは異なり、偏光状態測定では、特にアライメントは要求されない。つまり、偏光フィルタおよびセンサを相互に任意に移動可能であり、センサと例えば測定すべきホイールの半径線とのなす相対角度も任意に選定可能である。ただし偏光フィルタおよびセンサが任意の配向を有する場合、この配向は角度のずれた測定信号として可視となる。こうした角度誤差は、差形成によって容易に消去できるので、機械的基準位置での基準測定により、こうした角度誤差を各センサについて求めることができる。こうした角度誤差は不揮発的に記憶でき、このデータによって後続の測定を補正できる。このことは、センサが支持体（回路板）に対して有する位置決め精度がほとんど回避不能である場合だけでなく利点を提供でき、また、他の装置に対する支持体の取り付けの角度保存性もこれにより改善される。さらに特に有利には、偏光フィルタをホイールにアライメントする際、偏光フィルタとホイールとがどの程度の相対角度を有するかは重要ではなく、単に回転軸を中心として１／２の距離にセンタリングする取り付けで充分であり、これにより狭い幅の偏光フィルタリングを使用でき、複数のセンサを密に並ぶ半径で取り付けることができる。
【００４０】
上述した装置の一構成によれば、偏光センサは集積回路である。
【００４１】
偏光状態情報の測定は、有利には、個別に配向された偏光フィルタを有するフォトダイオードが送出した種々の信号の相対測定によって行うことができる。特に有利には、それぞれ相互に４５°ずつ回転された４個の偏光フィルタがそれぞれ固有の光検出器上に配置される。偏光状態に関して測定軸線を中心として回転された線偏光の光が照射される場合、光検出器は微分の正弦信号および余弦信号を送出し、これらの信号はきわめて簡単に高い精度で評価できる。この場合、相対的な大きさのみを評価すればよいので、光ビームの強度および偏光度はさほど重要ではない。集積回路として実現される場合、こうした種々のセンサフィールドを最小のスペースに収容でき、特に相互に回転される集積型偏光フィルタの角度保存性がきわめて高くなる。集積回路は付加的な機能、例えばキャリブレーション、他のセンサとの通信なども担当することができる。集積型のセンサおよびフィルタの別様の配置も利用可能である。集積回路に対しては、特に、標準プロセスにおけるモノリシック集積法、例えばＣＭＯＳ技術が適しており、ここでは、典型的には１３０ｎｍ以下のテクノロジに対する特徴寸法によって、可視領域においても良好な結果を達成できる。１８０ｎｍテクノロジで形成可能なパターンにより、少なくとも赤外領域において良好な結果を達成できる。
【００４２】
本発明の第３の教示によれば、上記課題は、上述した装置において、偏光状態のためのセンサ領域と、この偏光状態のためのセンサ領域に並置される輝度のためのセンサ領域とが設けられ、輝度センサの輝度情報を評価するために、偏光センサで求められた輝度が基準信号として用いられることにより解決される。
【００４３】
当該装置は、偏光センサと輝度センサとを組み合わせたものである。相対信号強度は、従来の光学式エンコーダにおいてもよく使用されるが、実質的には明暗のバイナリ判別が行われるのみである。この場合も、まず、差動装置では、入射光の未知の輝度または光源の故障の識別が議論となる。エンコーダでは、この識別のために、逆の符号化部を有する２つの信号トラックが必要である。偏光センサが付加的な輝度センサに組み合わされる場合には、偏光センサで測定された信号の和が平均で一定となり、（フィルタ損失を無視すれば）非偏光の光のほぼ１／２の輝度に対応するので、第２のディジタルトラックを省略できる。よって、付加的に輝度変調されたトラックで取得された情報と偏光センサで求められた輝度とを比較するのみで、差動情報を得ることができる。
【００４４】
本発明の第４の教示によれば、上記課題は、上述した装置において、偏光状態測定に対して、複数のセンサ領域が、相互に独立した複数の信号源の信号を測定可能であるように配置されることにより解決される。
【００４５】
当該装置は、偏光状態測定のためのマルチチャネルセンサである。光学式エンコーダでは信号トラック数が多く、きわめて高いアライメント要求が課されるが、偏光状態測定は、最も簡単なケースでは１つのトラックのみを用い、場合により３６０°への拡張のための補助トラックを用いて、行われる。したがって、偏光センサはエンコーダセンサよりも格段に小さくできる。このようなスペースの節約により、個々のセンサの価格上の利点を利用できる。また、空いたセンサ面が同じ信号を冗長測定しうる別のセンサトラックに使用される場合、または、特に、種々のホイールの角度をマルチチャネルで測定する計数機構もしくは多回転エンコーダが使用される場合には、さらなる節約の可能性が得られる。多くの適用形態において測定すべきホイールの回転数がきわめて低いので、この場合、有利には、電子部品（例えばアナログディジタル変換器）を共通に利用できる。
【００４６】
本発明の第５の教示によれば、上記課題は、偏光状態のための少なくとも１つのセンサ領域と、このセンサ領域に並置される輝度のための少なくとも１つのセンサ領域とを有する上述した装置において、輝度情報を評価するために、偏光センサで求められた輝度を基準信号として用い、各センサ領域を、相互に独立した複数の信号源の信号を測定可能であるように配置することにより解決される。
【００４７】
当該装置は、偏光状態のための少なくとも１つのセンサ領域とこのセンサ領域に並置される少なくとも１つの輝度のためのセンサ領域とを有するマルチチャネルセンサである。偏光状態の測定に使用されるセンサを輝度測定にも用いることができる。また、付加的なセンサを偏光センサのセンサ領域に収容することもできる。ただし、空間的分離を行わないと、輝度情報および偏光状態情報を相互影響なく測定することは困難である。偏光フィルタのほかに明暗マークとしての付加的な信号トラックをホイールに取り付ければ、２つの信号の双方が並置されたセンサ領域によって測定されるので好都合である。
【００４８】
本発明の第６の教示によれば、上記課題は、上述した装置と同様に、共通に利用される１つのセンサ面に、少なくとも１つの偏光センサと１つの色センサとが配置されることにより解決される。
【００４９】
当該装置は、偏光センサと色センサとを組み合わせたものである。偏光状態測定を損ないかねない強い輝度変調とは異なり、測定領域の３６０°拡張のために色情報を用いることもできる。こうした装置は、偏光センサ装置の領域にも収容可能であり、その場合、測定すべきホイール上に付加的な面積を用意する必要はない。波長依存性のセンサは、例えば、種々の深さに位置する半導体領域によって、または、光共振器によって、または、光検出器上の色フィルタによって実現できる。好ましくは、（当該波長が偏光されないかもしくは同程度に偏光されるため、または、偏光センサが当該波長を全く検出しないために）偏光状態測定への影響を有さない波長が使用されるか、または、偏光状態情報との時間多重および色情報との時間多重での測定が行われる。
【００５０】
波長測定は、付加的なセンサ面なしでも、光の入射方向において固定の偏光フィルタの下方に複数の光検出器を相前後して配置することにより行うことができる。これは、例えばケイ素への光の入射深さが波長依存性を有することによって動作する。有利には、センサが、同等の強度の偏光信号を生じさせる２つの波長によって駆動可能となる。このことはまた、それぞれの波長での適切な輝度によって、または、回転可能な偏光フィルタに重畳された色符号化部の色の種々の強さの光減衰によっても、調整可能である。波長の差が大きくなるにつれ、積層された複数の光検出器間、例えば一方では拡散領域から形成され、他方ではインプランテーション領域から形成されうる光検出器間の信号流のオフセット量も大きくなる。このような配置は、例えばそれぞれ固有の色フィルタを有する個別のセンサを使用する場合よりも面積の効率がよく、このような配置も本発明の範囲に含まれる。偏光センサの直接近傍において上方に固定の偏光フィルタを有さない付加的な積層フォトダイオードも、同様にこうした目的を満たす。
【００５１】
上述した装置の一構成によれば、測定に必要なエネルギが無線で装置に伝送される。
【００５２】
機械式計数機構が使用されて、そのステータスがまれにしか問い合わされない場合、持続的な電気エネルギの供給は不要である。例えばガスメータまたは水量計では、バッテリ動作またはエネルギハーベスティングの使用は必ずしも有意でない。カウンタステータスは時折求められればよいが電子的検出が行われるべきという場合には、検出時にのみ短時間の給電を行うこともできる。この場合、目立つプラグイン接続は省略され、エネルギは例えば誘導コイルを介してまたは光源／ソーラーセルの組み合わせによって伝送可能である。
【００５３】
上述した装置の一構成によれば、測定された信号を無線で装置から伝送できる。
【００５４】
カウンタステータスの電子検出が、実質的に、手動での読み出しに比べて読み出しを促進しかつエラーを回避するために用いられる場合、無線を介した測定データまたは変調光による測定データの伝送が有意である。特に、無線伝送は大きな距離を介して、つまりテレメトリによって行うことができる。これにより、読み出されるカウンタを目視確認しなければならないという必要性を省略できる。
【００５５】
上述した装置、特に本発明の第３の教示から第６の教示による装置は、有利には、回転角度および／または回転量を求めるために使用可能である。
【００５６】
本発明を以下に、添付の各図を参照しながら、実施形態に即して詳細に説明する。図番号および参照番号によって次のことが示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１ａは、減速比８：１の４段ギヤと５トラックのコードホイールとを有する多回転ロータリエンコーダのための計数機構の概略図である（従来技術）。１００  １回転以内に回転角度を検出する外部駆動の主ホイール、１０１  高分解能のコードホイールを有する幅広の半径領域（詳細には図示されていない）、１０２  高分解能のコードホイールを走査するセンサアレイ（例えば１６ビット）、１１０ａ−ｄ  多回転測定のためのギヤ歯車、１１１  ギヤ歯車上の角度測定のためのコードホイール（ここでは５ビット）、１１２  コードホイール１１１を走査するセンサアレイ。
【図２】図２は、例えば計数範囲００００〜９９９９の共軸のホイールを有する、（例えばガスメータ用の）手動で読み出し可能な計数装置の概略図である（従来技術）。２００  共通の軸、２０１  周上にシンボルが印刷された計数ホイール、２０２  光学式エンコーダに対するコードホイール、ここでは５ビット、２０３  照準光源のアレイ（例えばレンズおよび絞りを含むＬＥＤ）、２０４  コードホイールを走査するセンサアレイ、２０５  機械式ホルダ、２０６  計数ホイールの周上のシンボル（例えば数字０〜９）。
【図３】図３ａは、偏光フィルタと周上の２重シンボル列とを備えた、共軸のホイールを有する、手動で読み出し可能な計数装置の概略図である。３００  共通の軸、３０１ａ−ｄ  周上に２重のシンボルが印刷された計数ホイール、３０２ａ−ｄ  それぞれ異なる半径を有する偏光フィルタリング、３０３  照準光源のアレイ（例えばレンズおよび絞りを含むＬＥＤ）、３０４  偏光センサのアレイ、３０５  機械式ホルダ、３０６  計数ホイールの周上のシンボル（例えば数字０〜９，０〜９）。図３ｂは、偏光フィルタリング３０２および孔３００を有する計数ホイール３０１の１つの平面図である。図３ｃには、例えば偏光フィルタフィルム３１０の打ち抜きによって形成された、それぞれ異なる半径を有する偏光フィルタリング３０２ａ−ｄの有利な利得が示されている。
【図４】図４は、減速比２：１の付加的な歯車を有する計数機構のユニットである。計数ホイールが全回転を行う間、偏光フィルタは１／２回転しかしないので、計数ホイールの回転量を偏光状態測定によって一義的に求めることができる。４００  計数ホイール、４０１  内側端面の歯、４０２  ２倍の歯数を有する付加的な歯車、４０３  歯車上の偏光フィルタリング、４０４  機械式ホルダ、４１０  軸、４１１  付加的な歯車のための短い軸。
【図５】図５は、偏光センサを用いた多回転ロータリエンコーダのための計数機構の概略図である。５００  １回転以内に回転角度を検出する外部駆動の主ホイール、５０１  高分解能のコードホイール（詳細には図示されていない）を有する幅広の半径領域、５０２  高分解能のコードホイールを走査するセンサアレイ（例えば１６ビット）、５１０ａ−ｄ  多回転測定のためのギヤ歯車、５１１  ギヤ歯車上の角度測定のための偏光フィルタリング、５１２  偏光フィルタリング５１１後方の、偏光状態を測定するセンサ。
【図６】図６ａは、偏光フィルタと付加的なバイナリの補助トラックと周上の１列のみのシンボルとを有する８個の共軸のホイール（計数範囲００００００００〜９９９９９９９９）を備えた、手動で読み出し可能な計数装置の概略図である。６００  共通の軸、６０１  周上に通常のシンボルが印刷された計数ホイール、６０２  計数ホイールの周上のシンボル（例えば数字０〜９）、６０３  ３６０°にわたる一義的な測定のためのバイナリの補助トラック（透明／黒）、６０４  それぞれ異なる半径を有する偏光フィルタリング、６０５  光源、例えばＬＥＤ、６０６  コリメータ（レンズ）、６０７  ミラーもしくはプリズム、６０８  前面および後面にそれぞれ１つずつセンサアレイが配置されたセンサに対する機械式ホルダ、６０９  補助トラックのための偏光センサおよび輝度センサのアレイ、６１０  照明領域。図６ｂは、計数ホイールの１つの平面図であり、図６ｃには、図示されている照明領域６１０とともに、偏光状態および輝度を測定するために複数のトラック（６０３，６０４）の信号を測定する、ホルダ６０８上のセンサアレイ６０９の可能な配置が示されている。
【図７】図７ａは、偏光センサの概略的な平面図であり、図７ｂには、偏光状態感応センサと色感応センサとを組み合わせたセンサエレメントの可能な断面が示されている。７００  各センサエレメントに対応する固定の偏光フィルタの、それぞれ異なる配向の４個のセンサのフィールドの平面図、７０１−７０４  それぞれ異なる配向の固定の偏光フィルタ、７０５  固定の偏光フィルタ７０１の下方の表面近傍の光検出器（可視光の短波長のためのケイ素製の光検出器）、７０６  固定の偏光フィルタ７０１および光検出器７０５の下方の低い位置にある光検出器（可視光および近赤外の長波長のためのケイ素製の光検出器）、７０７  例えばガラス製の透明領域、７１０  入射偏光。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
独国特許出願公開第１０２００５０６３５２４号明細書および独国特許出願公開第１０２００５０３１９６６号明細書による若いクラスの偏光回転角度センサでは、光学式エンコーダの場合とは異なり、回転する偏光ディスクのいずれの位置でも回転角度を同様に測定でき、回転角度が位置符号化部に依存しないので、絶対回転角度をアライメント不感に大きな距離から測定できる。したがって、偏光状態測定により、マルチトラックの（ディジタル）コードホイールでなく唯一の（アナログ）トラックによって絶対角度を求めることができる。また、ロータリエンコーダは、周囲条件に応じて、安価なプラスチックフィルムから、特にカットまたは打ち抜きによって取得できる。ただし、偏光状態測定の１８０°の周期性は考慮しなければならない。
【００５９】
図１には、従来技術による多回転ロータリエンコーダがシンボリックに示されている。駆動されている主ホイール１００は、トラックホイールとして構成されて、高分解能のコードホイール１０１が設けられており、このコードホイール１０１は（照準光源、センサおよび評価部から成る）適切なセンサアレイ１０２によって読み取られる。主ホイールとのかみ合いによって、それぞれ前段のホイールに対して所定の減速比を有する別の歯車１１０、すなわち、段階的に緩慢に回転する別の歯車１１０が駆動される。こうした歯車１１０には、さらに、センサアレイ１１２によって読み出されるコードホイール１１１が取り付けられている。この場合、コードホイール１１１およびセンサアレイ１１２への要求は、主ホイールへの要求より小さい。これは、１つには制限された機械的減速比に起因し、もう１つにはセンサ装置のコストに起因している。あるホイールが次のホイールに対して減速比８：１で存在しており、ギヤが主ホイールのほかに４個の歯車を有するものと仮定する。主ホイール１００の回転量の一義的な計数領域は、このケースでは、８４＝４０９６または１２ビットである。この場合、各歯車１１０に対して０〜７の計数領域を確実にカバーしなければならないので、実際にはホイール当たり４ビットまたは５ビットの分解能で走査を行わなければならない。よって、全体では、従来技術にしたがい、４個の別のコードホイールをそれぞれ４個のセンサおよび４個の照準光源とともに相互に正確に配向しなければならない（１６個の光電センサ）。ここで、センサアレイ１１２は、１つずつの歯車１１０の信号のみを受け取るように配置される。また、小さな作動距離が維持されることを保証しなければならない。ゆえに、状況によっては、各センサは一平面内には配置されない。１つのコードホイール１０１の各トラックが１ｍｍ幅しか有さなくても、このコードホイールは少なくとも４ｍｍの半径領域を有さなくてはならないのである。相応して照明領域および各センサアレイそのものも大きくならざるを得ない。
【００６０】
図２には、共通の軸２００上の４個の数字ホイール２０１（計数範囲０〜９９９９）と、コードホイール２０２と、各数字ホイールに対する、照準光源２０３およびセンサアレイ２０４から成る光学的絶対値センサとを備えた、電子的に読み出し可能な計数機構の概略的構造が示されている。ここでセンサ装置は支持体２０５によって所定の位置に保持される。機械的ギヤ（ステップギヤ）は図示されていない。周上に均等に取り付けられたシンボル２０６（例えば数字０〜９）を一義的に識別するために、この場合にも３６０°にわたる４ビット〜５ビットの角度分解能が必要であり、すなわち、コードホイールの幅およびセンサアレイの寸法などをさしあたり等しいものとしておく。計数機構では複数のホイールが共通の回転軸に相前後して配置されるので、光電センサの取り付けのほうが多回転エンコーダの取り付けよりも煩雑である。照準光源２０３およびセンサアレイ２０４をホイール機構２０２の両側に集積することができるのであれば、構造の簡単化が達成されるはずである。しかし残念なことに、コードホイール２０２の必要幅は大きく、ディスクの半径は著しく大きくならざるを得ない。例えば３個のホイールをいちどに通光照明するには、１つの符号は軸の近傍に、別の１つの符号は中央に、さらに別の１つの符号は周の近傍になければならず、つまり、各ホイールがそれぞれ異なる直径を有する複雑なコードホイールを要することになる。特に照準光ビームは、例えば発光ダイオードおよびレンズおよび絞り（データトラックあたり１つずつ）のアレイによって実現可能なホイールのほぼ全半径にわたって形成されなければならない。
【００６１】
また、符号を確実に読み出せるようにするには、大きな作動距離によって、個々のデータトラックを幅広にせざるを得ない確率が高い。したがって、ハードウェアおよびコストの可能な低減度は制限される。
【００６２】
これに対して、同じ半径での複数の符号の組み合わせは、例えば狭帯域で吸収性を有する色符号化部と多色もしくは白色の光源とを設けるなどにより、著しく大きな手間をかけなければ可能とならない。相前後して配置された複数のホイールを磁気によって評価することは、磁界が重なって大きな距離での測定が困難となるため、ほとんど不可能である。
【００６３】
本発明によれば、図３ａに示されているような偏光フィルタおよび偏光センサを用いた装置の簡単な構造が得られる。数ビットのコードホイールに代えて、偏光材料から形成されたリング３０２が使用される。各ホイール３０１の大部分は透明であり、特には偏光状態が維持される。ホイールが同じ軸に配置される場合、各ホイールがそれぞれ異なる半径の偏光フィルタリング（３０２ａ〜３０２ｄ）を有すると好都合である。相応する円形ディスクは特に安価に唯一の偏光フィルタフィルムから打ち抜きによって形成可能である（図３ｃ）。
【００６４】
偏光状態測定ではアナログの絶対角度測定を行えるので、例えば１ｍｍ幅の条片によって正確な絶対角度測定が可能である。多義性の区別（偏光状態は１８０°周期である）は、補助信号、例えば符号化部（透明度、色、光軸からずれた光学素子）の重畳によって、または、少なくとも１つの付加的なバイナリトラックを設けることによって、行うことができる（これにより例えばホイールごとに全体で２ｍｍの半径領域が必要となる）。したがって、従来技術では４ビットエンコーダに対する唯一のホイールに必要とされる半径領域で、２個または４個のホイールの角度を測定することができる。
【００６５】
さらに進んだ簡単化は、ホイール機構を偏光状態測定の１８０°周期に適合させると達成される。手動で読み出し可能な装置の場合、このために、シンボル列（例えば数字０〜９）を、図３ａに示されているように、周上に連続して２回印刷することができる。この場合、計数ホイール間の減速ギヤは１０：１でなく５：１で減速させるとよい。すなわち、ｎ番目のホイールが１／２回転すると、ｎ＋１番目のホイールはシンボル１つ分、つまり従来の３６０°周期で印刷されたホイールに比べて１／２の角度だけ、回転する。
【００６６】
これに代えて、従来の計数ホイールを使用し、各計数ホイールに対してこれが全回転するたびに１／２回転しかしない付加的な歯車を設けることができ、これにより、１８０°周期のセンサによっても一義的測定が可能となる。図４には例えばこうした装置が示されており、計数ホイール４００（図示されていない計数機構によって駆動される）は回転軸４１０上に内側かみ合い部４０１を有し、偏光フィルタリング４０３が取り付けられた歯車４０２は好ましくは２倍の歯数で駆動される。ここでは、機械式固定部４０４により、固有の短い回転軸４１１上の歯車４０２の位置が保証される。図３ａに示されているように、種々の計数ホイールに対してそれぞれ異なる半径を有する偏光フィルタリングが使用され、種々の歯車４０２に対してはそれぞれ異なる回転中心を適切に選択することにより、同じ偏光フィルタ半径を複数回使用することもでき、これにより特にコンパクトな配置が可能となる。
【００６７】
相応して、多回転ロータリエンコーダのギヤを形成することもできる。この場合の測定は、各偏光フィルタリングの要求するスペースがエンコーダディスクよりも小さいため、歯車の重畳領域においても行うことができる。したがって、複数の歯車の角度を同時に検出するマルチチャネル偏光センサも使用可能である。図５には、３６０°に対する付加的なバイナリトラックのないバージョン、すなわち、偏光フィルタリングのみ有するバージョンが示されている。
【００６８】
測定信号の１８０°ごとの反復はそれぞれ後続のギヤ段によって開始でき、ここで、その一義的な計数領域はギヤ減速比に対して１／２である。これを動作させるには、ギヤ変速比が少なくとも２：１でなければならない。つまり、第１のホイールが全回転した後、第２のホイールが最大１／２回転する構成でなければならない。各ホイールが複数ビットの計数領域を取得し、センサの絶対角度の精度への要求が過度に大きくならず、キャリブレーションなしでカウンタの耐用期間全体にわたって正確な信号を送出できるようにするには、高い減速比、特に２：１の逓倍が有意である。光学式エンコーダと比較すると、最初の１ビットは１８０°周期で失われるが、アナログの絶対角度測定によれば、同等もしくはより小さいスペースで、格段に高い分解能、例えば図１，図２に示されている４ビットもしくは５ビットに代えてそれぞれ８ビットが得られる。
【００６９】
これに代えて、回転する偏光フィルタは、この場合さらに、別個の２：１減速比によって駆動することもでき、この場合、本来の計数機構の構成は３６０°周期のセンサの従来の構造形状と異ならない。
【００７０】
偏光センサは、有利には、集積型偏光センサとして構成される。その利点は、微細化および内在する良好な角度保存性のほか、集積型偏光フィルタを、ディジタル化、エラー補正および他のセンサとの通信のための他の機能部と簡単に統合できる点にある。また、偏光状態測定は、最小スペースで、回転可能な偏光フィルタリングに対するアライメントのトレランスを許容できる。この場合、特に有利なのは、図７ａに示されているような、それぞれ４５°ずつ回転されて集積された４個の偏光フィルタを備えた装置である。
【００７１】
読み出し可能な数字（大抵の場合０〜９）が周上に配置されている装置では、分解能および精度への要求は確かに小さいが、その代わり、問合せを受けるホイールの数はしばしば多くなる（例えば８個〜１２個）。読み出し可能な数字を設けるためには所定の最小半径が必要であるため、ここでは、マルチトラックの通光照明が容易に実現される。光源およびセンサを適切に配置することにより、必要な発光ダイオードおよびセンサの数をさらに低減することができる。４個のＬＥＤと２チャネルの４個の偏光センサとによる８個のホイールは読み出しが容易であり、全てのセンサを１つの共通の回路板に収容でき、さらにアライメントパラメータとしては回転軸からの距離のみを考慮すればよい（図３）。３６０°にわたる一義性は、この場合にも、付加的なトラックによって、符号化部の重畳もしくは１８０°周期の印刷によって、および、ギヤの適合化によって形成可能である。例えば支持体回路板の凹部に埋め込み実装可能な平坦なチップケーシングが使用される場合、両面での信号の受信が可能となるうえ、回路板の全厚さを１ｍｍ未満とすることができるので、きわめてコンパクトな計数機構を僅かなコストで実現できる。
【００７２】
計数ホイールの数が増大すると（例えば８個を超えると）、光源からセンサまでの距離だけでなく、光学インタフェース（空気とプラスチックもしくはガラスとが交互に存在する）の数も増大する。この場合、一方では、反射により光が失われ、他方では、散乱光の形態の光が誤ったセンサに達しうる。散乱光はセンサの適切な絞りによって排除することができる。光源と偏光フィルタとの間での多重反射は、あまり重大な問題とはならない。ただし、偏光フィルタとセンサとの間の反射は測定結果に対する障害影響をもたらしうる。典型的な計数領域０〜９が特に高い要求を課していなくても、場合により、光源からセンサまでの間に越えるべきインタフェースの数を低減することは好都合である。図６には、例示的に、大きな数の計数ホイールを小さな電子コストで走査できるようにする手法が示されている。理解しやすくするために、ここでは、３６０°の一義性のための図４のような付加的な計数ホイールに代えて、付加的なバイナリトラックが使用されることが示されている。この場合、偏光センサは適切な距離で輝度信号をも評価しなければならない。ここで、照明に対してほぼ非偏光のＬＥＤが使用される場合、偏光センサによって近似的に輝度信号の１／２の輝度が記録されるため、微分トラックを省略できる。したがって、バイナリトラックと偏光センサによって検出された信号とを比較するのみで、光強度から独立に大きな確実性で評価可能な相対情報が得られる。
【００７３】
並置される複数のセンサは、マルチチャネルセンサによっても実現可能である。ＬＥＤを節約するために、図６では、１個のＬＥＤの光がそれぞれ２個ずつのセンサグループに使用される。こうしたセンサグループはそれぞれ２チャネルのセンサにまとめられ、これらは、８個の計数ホイールの信号が検出されるよう、装置の中央で他のセンサグループとともに共通の回路板上に配置される。センサケーシング（例えば、回路板の凹部に埋め込まれるフラットパック）を適切に選択することにより、実装部分を含めた回路板全体をきわめて薄く（１．５ｍｍ未満に）構成することができる。機械的な剛性への要求はわずかしか課されないので、例えば回路板を計数ホイールの外側リングの領域で切削することによって、これらの間に必要な距離をさらに低減できる。側方の構造スペースを低減するために、光ビームを偏向させることも有意でありうる。つまり、光源（ＬＥＤ）６０５から出た光をレンズ６０６の通過後にミラーもしくはプリズム６０７を用いて偏向できる。ミラーもしくはプリズム６０７に対して部分反射部が使用される場合、下方の第２のミラーの別の領域に光を供給することで、光源の数をさらに低減することもできる。
【００７４】
偏光センサのアナログセンサ信号を高分解能の角度へ変換する（ディジタル化する）ことは比較的簡単である。この場合、構造に起因して５ビットしか必要でなくても、例えば１０ビットディジタル化を僅かな追加コストで行うことができる。こうして生じた追加情報を、例えば、種々のセンサからの信号を相互に監視してキャリブレーションデータまたは補正データを取得するために使用できる。また、高分解能測定により、特に、ギヤの減速比による分解能（例えば５ビットでなく１０ビット）の２倍を超える高さのビット分解能が必要な場合に、センサもしくは光源が故障しても、当該装置が情報損失なく読み出しを続行できる手段が提供される。これは、ディジタルエンコーダディスクを備えた他の装置または多回転ロータリエンコーダでは事実上不可能である。なぜなら、１ビット増大するたびに著しい追加コストが必要となるからである。
【００７５】
ここで説明している装置の興味深い点は、計数機構が純粋に機械的であり、つまり給電なく動作可能であって、しかもカウンタステータスの損失のおそれがないということである。このことは、例えば、重機械において、電気的なエラーが発生した場合に非制御のままで慣性運転が続いたりもしくはメンテナンス中に運動が生じたりする場合、または、電気機能部が故障したとしても機械が不利な条件のもとでさらに利用可能でなければならない場合などに重要である。
【００７６】
また、コストが格段に低減されることにより、電子補助手段を設けることなく遮断状態でも読み出し可能とするために、多段のセンサに手動で読み出し可能なコードホイールを設けること、または、快適性もしくは効率化を達成するために、従来の純粋に機械式の計数機構に付加的なセンサ装置を設けることも魅力的である。流体、例えばガスおよび水の測定計が例として挙げられるが、ストリングポテンショメータまたはスピンドルドライブ用の多回転ロータリエンコーダにおいても、従来の機能を低コストで拡張することができる。
【００７７】
各図は、機械部分の詳細なしに、偏光状態測定を行う装置または多回転ロータリエンコーダの可能な実現形態の基礎をそれぞれ略示したものにすぎない。多様なバリエーションが可能であり、当業者はこれを容易に転換できる。
【００７８】
分解能および精度への要求に応じて、主ホイール上で任意のセンサ装置を用いることができる。特に、高分解能の光学式エンコーダに代えて、偏光センサまたは磁気センサを使用することもできる。
【００７９】
偏光状態測定のために通光型のセンサ装置を使用すると有利であるが、必須ではない。偏光フィルタの後方にリフレクタを設けた反射センサ装置を使用することもできる。
【００８０】
偏光状態測定を３６０°へ拡張すべく、付加的な色符号化部を利用する場合、センサ面積を節約して色符号化部を偏光状態測定部に接続できるよう、色測定を偏光状態測定に組み合わせる種々の手段が存在する。例えば色層または光共振器によって実現される色フィルタを光検出器の上方に設けるほか、光電流を半導体内の種々の深さに位置する光検出器に関連づけることもできる。短波長の光の入射深さは赤外光の入射深さよりも著しく小さいので、例えば、拡散部の検出器とインプランテーション部の検出器とから成る検出器積層体を通常の半導体技術において大きなコストなしに実現可能である。相応のセンサはカメラ用途にも使用されうる。こうしたセンサ積層体は、ホイール上の本来の信号トラックで色情報を測定できる。また、面積の点でいっそう好都合なのは、例えば半円ごとに２色のうち１色ずつがセンサに到達し、双方の測定が同じ空間で行われるようにして、色情報と偏光状態情報とを重畳する手法である。これは、偏光センサと色センサとを密接させることによって行えるが、また、固定の偏光フィルタによってカバーされた色感応性のセンサ積層体を設けることによっても行える。図７ｂにはこうした装置が断面図で示されている。
【００８１】
偏光状態測定の使用の好ましい点をまとめる。
・偏光リングの半径を任意に選択できる。
・角度測定を偏光リングのあらゆる位置で行うことができ、センサも回転するように取り付け可能である（例えば取り付け角度を電子的に（ディジタルで）補正可能である）。
・絶対角度測定により、半径領域を低減できる。
・これによりホイールを小さくできる。
・大きい距離で測定が可能となることにより、相前後して配置された複数のホイールで測定を行える。
・これにより、１つのセンサアレイによって複数のホイールの回転角度を検出する手段が得られる。
・偏光状態測定の分解能は信号処理部のみに依存し、光学式エンコーダよりも著しく大きくできる。
・１８０°周期性の欠点を、選択的に、補助信号、例えば付加的なディジタルトラックもしくは偏光状態に重畳される情報によって回避できるか、または、ギヤ構成によって（例えば、２：１の減速比を有する補助歯車によって、または、後続のギヤ段の計数領域を低減することによって）補償できる。
【図１】
0006775532.tif 000002
【図２】
0006775532.tif 000003
【図３ａ】
0006775532.tif 000004
【図３ｂ】
0006775532.tif 000005
【図３ｃ】
0006775532.tif 000006
【図４】
0006775532.tif 000007
【図５】
0006775532.tif 000008
【図６ａ】
0006775532.tif 000009
【図６ｂ】
0006775532.tif 000010
【図６ｃ】
0006775532.tif 000011
【図７ａ】
0006775532.tif 000012
【図７ｂ】
0006775532.tif 000013