(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計時器の回転可能要素（３）の瞬間的な角位置（αR）を決める容量式センサーであって、
前記回転可能要素の回転軸を中心とする同心円弧区画として形成された６つのステーター電極（１１、１２、１３、２１、２２、２３）であって、第１のステーター電極（１１）、第３のステーター電極（１３）、第４のステーター電極（２１）及び第６のステーター電極（２３）が、４５°にわたって延在しており、第２のステーター電極（１２）及び第５のステーター電極（２２）が１３５°にわたって延在しており、第１のステーター電極（１１）と第２のステーター電極（１２）、第２のステーター電極（１２）と第３のステーター電極（１３）、第４のステーター電極（２１）と第５のステーター電極（２２）、及び第５のステーター電極（２２）と第６のステーター電極（２３）が、共通の４５度の角度部分にわたって延在しており、４つの前記４５度の角度部分が、別々であるような、６つのステーター電極（１１、１２、１３、２１、２２、２３）と、及び
前記回転可能要素（３）とともに回転するように構成している１つのローター電極（５ａ、５ｂ）であって、当該ローター電極が、回転軸の両側に対称的に９０°にわたって延在している２つの同一の部分（５ａ、５ｂ）で作られているような、ローター電極（５ａ、５ｂ）と
を有し、
前記ローター電極（５ａ、５ｂ）及び前記ステーター電極（１１、１２、１３、２１、２２、２３）は、前記回転可能要素（３）の回転サイクル中に、前記６つのステーター電極（１１、１２、１３、２１、２２、２３）のうちの２つの間で容量（Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4）を発生させ、これによって、前記容量（Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4）のそれぞれが、前記ローター電極（５ａ、５ｂ）の影響に起因して、前記回転サイクルの少なくとも一部にわたって変化し、
前記容量（Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4）は、前記ステーター電極のうちの第１のステーター電極（１１）と第２のステーター電極（１２）の間に形成される第１の容量（Ｃ1）と、及び第２のステーター電極（１２）と第３のステーター電極（１３）の間に形成される第２の容量（Ｃ1）とを有する第１の差動容量の対（１）を含み、
前記第１の容量（Ｃ1）は、第１の瞬間的な容量値Ｘ1を有し、
前記第２の容量（Ｃ2）は、前記ローター電極（５ａ、５ｂ）の角位置に依存する第２の瞬間的な容量値Ｘ2を有し、
前記容量（Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4）は、第４のステーター電極（２１）と第５のステーター電極（２２）の間に形成される第３の容量（Ｃ3）と、及び第５のステーター電極（２２）と第６のステーター電極（２３）の間に形成される第４の容量（Ｃ4）とを有する第２の差動容量の対（２）を含み、
前記第３の容量（Ｃ3）は、第３の瞬間的な容量値Ｘ3を有し、
前記第４の容量（Ｃ4）は、前記ローター電極（５ａ、５ｂ）の角度位置に依存する第４の瞬間的な容量値Ｘ4を有し、
当該容量式センサーは、容量値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3及びＸ4を検知し、第１の差動容量値Ｘ1ー2＝Ｘ1−Ｘ2及び第２の差動容量値Ｘ3ー4＝Ｘ3−Ｘ4を評価することによって瞬間的な角位置（αR）を判断するセンサー駆動回路（９）を有する
ことを特徴とする容量式センサー。
【請求項２】
前記第１の差動容量の対（１）及び前記第２の差動容量の対（２）は、前記第１の差動容量値Ｘ1ー2が前記回転可能要素（３）の瞬間的な角位置（αR）の第１の関数として変わり、前記第２の差動容量値Ｘ3ー4が前記回転可能要素（３）の瞬間的な角位置（αR）の第２の関数として変わるように構成している
ことを特徴とする請求項１に記載の容量式センサー。
【請求項３】
前記第１及び／又は第２の関数は、実質的に、１８０°の周期を有するシヌソイド関数又はコシヌソイド関数である
ことを特徴とする請求項２に記載の容量式センサー。
【請求項４】
前記第２の関数は、前記第１の関数と実質的に同じ形を有し、回転サイクルにおいて、前記第１の関数に対して位相シフト角（α0〜α3）の分、位相シフトしている
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の容量式センサー。
【請求項５】
前記位相シフト角は、実質的に１３５度又は４５度である
ことを特徴とする請求項４に記載の容量式センサー。
【請求項６】
第１のステーター電極（１１）、第２のステーター電極（１２）及び第３のステーター電極（１３）、及び／又は第４のステーター電極（２１）、第５のステーター電極（２２）及び第６のステーター電極（２３）は、前記回転可能要素（３）の回転軸（４）に直交する共通の平面内に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の容量式センサー。
【請求項７】
前記第１のローター電極部分（５ａ）及び／又は前記第２のローター電極部分（５ｂ）は、前記回転可能要素（３）の軸方向の端面において形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の容量式センサー。
【請求項８】
第１のステーター電極（１１）、第２のステーター電極（１２）及び第３のステーター電極（１３）、及び／又は第４のステーター電極（２１）、第５のステーター電極（２２）及び第６のステーター電極（２３）は、前記回転可能要素（３）の周部面に隣接するように構成している
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の容量式センサー。
【請求項９】
前記第１のローター電極部分（５ａ）及び／又は前記第２のローター電極部分（５ｂ）は、前記回転可能要素（３）の周部面の上又は内部に形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の容量式センサー。
【請求項１０】
前記回転可能要素（３）の回転軸（４）のまわりに配置された複数のステーター電極の角度領域（α2〜α7、α2〜α5）を有するステータ要素（１０）を有し、
前記第１の差動容量の対（１）は、前記ステーター電極の角度領域（α2〜α7）のうちの第１のステーター電極の角度領域に位置し、
前記第２の差動容量の対（２）は、前記ステーター電極の角度領域（α2〜α5）のうちの第２のステーター電極の角度領域に位置し、
前記第２のステーター電極の角度領域は、前記第１のステーター電極の角度領域に対して前記位相シフト角の分、角度的に変位している
ことを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の容量式センサー。
【請求項１１】
前記回転可能要素（３）は、計時器のセッティングステムにマウントされるように構成している
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の容量式センサー。
【請求項１２】
請求項２〜１１のいずれかに記載の容量式センサーのためのセンサー計算ユニット（９）であって、
第１の容量（Ｃ1）と第２の容量（Ｃ2）の間の第１の差動容量値Ｘ1-2＝Ｘ1−Ｘ2の第１の瞬間的な差動値（ｘ1-2）と、及び第３の容量（Ｃ3）と第４の容量（Ｃ4）の間の第２の差動容量値Ｘ3-4＝Ｘ3−Ｘ4の第２の瞬間的な差動値（ｘ3-4）とを判断するステップと、
前記第１の瞬間的な差動値（ｘ1-2）に対応する前記第１の関数の第１の複数の妥当性のある値（αA、αB、αC、αD）を特定する前記第１の関数の所定の対応情報を用いるステップと、
前記第２の瞬間的な差動値（ｘ3-4）に対応する前記第２の関数の第２の複数の妥当性のある値（αE、αF）を特定する前記第２の関数の所定の対応情報を用いるステップであって、前記第２の複数の妥当性のある値（αE、αF）が、２つのローター電極（５ａ、５ｂ）の角位置に依存する１８０°離れている角度値の対であるような、ステップと、及び
この第２の複数の妥当性のある値（αE、αF）の対のうちの最後に計算された角位置に最も近い１つの角度値を前記瞬間的な角位置（αR）として選択するステップと
を実行することによって、前記回転可能要素（３）の瞬間的な角位置（αR）を判断するように構成されている
ことを特徴とするセンサー計算ユニット（９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計時器の回転可能なセッティングステムの位置及び／又は運動を検知する分野に関する。より詳細には、本発明は、計時器用セッティングステムの運動及び／又は位置を検知するために適した容量式センサー構成に関する。ただし、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
電気機械式の計時器のような機械的な可動部品と電子制御回路が組み合わさっているデバイスにおいて、回転する機械的部品の位置及び／又は運動を検知するために正確なセンサーの必要性がある。回転可能なセッティングステムを有する腕時計などにおいては、正確であり応答性が良いセンサーが必要とされている。これによって、例えば、セッティングステムの瞬間的な角度位置及び／又は回転を検出して、腕時計の着用者の好みを、腕時計の電子制御系によって用いることができる電子情報に、迅速に正確に変換することができるようにする。特に、着用可能な計時器の分野において、このようなセンサーの電力消費を最小限にしつつ、精度及び速度を最大限にすることは重要である。また、腕時計のセッティングステムのような部品が小さいということは、回転／運動センサーが、小さな物体の小さな運動、例えば、１ｍｍ以下の小さい直径を有するセッティングステムの回転、を検出することができなければならないことを意味している。これらのセンサー部品自身、小さくなければならない。空間が制限されているからである。このようなセンサーは、好ましくは、磨耗を減らすために接触しない方がよく、これによって、計時器の耐用年数を伸ばすことができる。センサー部品は、製造が容易である必要がある。
【０００３】
米国特許ＵＳ６２５２８２５において、接触していないセンサーが提案されている。これは、計時器のセッティングステムの位置及び／又は運動を検出する容量式センサーを用いることについて記載している。このセッティングステムには、２つのステーター電極の間の容量を調整するような形を有するローター電極が設けられている。また、このような２つの容量がクアドラチュア形態であって、センサー制御システムがセッティングステムの回転方向を判断することが可能なように構成しているような実施形態も記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、計時器の回転可能要素の瞬間的な角度位置を判断する容量式センサーを提供することを目的とする。この容量式センサーは、複数のステーター電極と、及び前記回転可能要素とともに回転するように構成している少なくとも１つのローター電極とを有し、前記少なくとも１つのローター電極及び前記ステーター電極が、前記回転可能要素の回転サイクルの間に、複数のステーター電極のそれぞれの間に容量を発生させて、これらの容量のそれぞれが、前記回転サイクルの少なくとも一部にわたって前記１つのローター電極の影響に起因して変化し、前記少なくとも１つのローター電極は、第１のローター電極及び第２のローター電極を有し、前記容量は、回転サイクルの第１の部分において第１のステーター電極と第２のステーター電極の間に形成される第１の容量と、及び回転サイクルの第２の部分において第２のステーター電極と第３のステーター電極の間に形成される第２の容量とによって構成している第１の差動容量の対を含み、前記第１の容量は、第１の瞬間的な容量値Ｘ1を有し、前記第２の容量は、第２の瞬間的な容量値Ｘ2を有し、前記容量は、回転サイクルの第３の部分において第４のステーター電極と第４のステーター電極の間に形成される第３の容量と、及び回転サイクルの第４の部分において第５のステーター電極と第５のステーター電極の間に形成される第４の容量とを有する第２の差動容量の対を含み、前記第３の容量は、第３の瞬間的な容量値Ｘ3を有し、前記第４の容量は、第４の瞬間的な容量値Ｘ4を有し、前記容量値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3及びＸ4は、前記第１及び第２のローター電極の角度位置に応じて変わる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このように、提案される新規の解決手段によって、回転可能要素の位置及び／又は運動の正確な測定が可能になる。これによって、センサーのローター電極及び／又はステーター電極の数を多くすることを必要とせずに、解像度を細かくすることができる。
【０００６】
角度位置を判断するために差動容量値を用いることによって、迷容量のような外部影響や湿度又は温度の変化に起因する変化に対する容量式センサーの耐性をさらに改善させて、これによって、その測定正確性を改善させる。本発明の好ましい実施形態によると、ローター電極は、直径の両側に対称的に回転軸のまわりに延在している２つの同一の部分で作られている、これによって、±１８０度だけの精度で位置を判断することができる。この結果、インクリメンタルセンサーのみが設けられ、絶対的な角度位置ではなく角度変位又は速度が測定される。
【０００７】
本発明の変形例の１つによると、第１及び第２のローター電極、及び第１、第２、第３、第４、第５及び第６のステーター電極は、容量値Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3及びＣ4をそれぞれ、第１及び第２のステーター電極の間、第２及び第３のステーター電極の間、第４及び第５のステーター電極の間、及び第５及び第６のステーター電極の間で検知することができるように構成している。
【０００８】
本発明の別の変形例によると、当該容量式センサーは、容量Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3及びＣ4の容量値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3及びＸ4を検知し、第１の差動容量値Ｘ1-2＝Ｘ1−Ｘ2と第２の差動容量値Ｘ3-4＝Ｘ3−Ｘ4を評価することによって角度位置及び／又は変位を判断するセンサー駆動回路を有する。
【０００９】
本発明の別の変形例によると、第１の差動容量の対と第２の差動容量の対は、Ｘ1-2が、回転可能要素の回転位置の第１の関数として変わり、Ｘ3-4が、回転可能要素の回転位置の第２の関数として変わるように構成している。
【００１０】
本発明の別の変形例によると、第１及び／又は第２の関数は、１８０°の周期を有する実質的にシヌソイド又はコシヌソイド関数である。
【００１１】
本発明の別の変形例によると、第２の関数は、第１の関数と同じ形であるが、回転サイクルの位相シフト角度の分、第１の関数に対して位相シフトしている。
【００１２】
本発明の別の変形例によると、位相シフト角度は、実質的に４５度±９０度であり、これによって、三角法の公式の助けを借りて回転可能要素の回転位置を得ることが可能になる。
【００１３】
本発明の別の変形例によると、第１、第２及び第３のステーター電極、及び／又は第４、第５及び第６のステーター電極は、回転可能要素の回転軸に直交している共通の平面内に配置されている。これによって、機械加工ステップを単純化し設けられるセンサーデバイスの緻密性の改善が可能になる。
【００１４】
本発明の別の変形例によると、前記第１のローター電極及び／又は前記第２のローター電極は、回転可能要素の軸方向の端面において形成されている。好ましくは、前記第１及び第２のローター電極は、機械加工を単純化するために、同じ平面内にて形成されている。
【００１５】
本発明の別の変形例によると、第１、第２及び第３のステーター電極、及び／又は第４、第５及び第６のステーター電極は、回転可能要素の周部面に隣接するように構成している。
【００１６】
本発明の別の変形例によると、前記第１のローター電極及び／又は前記第２のローター電極は、回転可能要素の周部面の内側又はその上に形成されている。
【００１７】
本発明の別の変形例によると、容量式センサーは、回転可能要素の回転軸のまわりに配置された複数のステーター電極の角度領域を有するステータ要素を有し、前記第１の差動容量の対は、第１のステーター電極の角度領域に位置しており、前記第２の差動容量の対は、第２のステーター電極の角度領域に位置しており、この第２のステーター電極の角度領域は、第１のステーター電極の角度領域に対して位相シフト角度角度的に変位している。
【００１８】
本発明の別の変形例によると、当該容量式センサーは、回転可能要素の回転軸のまわりに配置された複数のローター電極の角度領域を有するローター要素を有し、前記第１のローター電極は、第１のローター電極の角度領域を有し、前記第２のローター電極は、第２のローター電極の角度領域を有し、前記第１のローター電極の角度領域は、第２のローター電極の角度領域よりも大きな角度区画にわたって広がっている。
【００１９】
本発明の別の変形例によると、回転可能要素は、計時器のセッティングステムの遠位端に組み付けられる。
【００２０】
本発明は、さらに、上記のような容量式センサーのためのセンサー計算ユニットを提供することを目標とする。当該センサー計算ユニットは、第１の容量Ｃ1と第２の容量Ｃ2の間の第１の瞬間的な差動値（ｘ1-2）及び第３の容量Ｃ3及び第４の容量Ｃ4の間の第２の瞬間的な差動値（ｘ3-4）を判断するステップと、
第１の瞬間的な差動値（ｘ1-2）に対応する第１の関数の第１の複数の妥当性のある値を特定して、第１の関数の所定の対応情報を用いるステップと、
第２の瞬間的な差動値（ｘ3-4）に対応する第２の関数の第２の複数の妥当性のある値を特定して、第２の関数の所定の対応情報を用いるステップであって、前記第２の複数の妥当性のある値が、１８０°離れており２つのローター電極の角度位置に対応している角度値の対であるような、ステップと、
この第２の複数の妥当性のある値の対から、最後に計算された角度位置に最も近い１つの角度値を瞬間的な角度位置として選択するステップと
を実行することによって２つのローター電極を有する回転可能要素の瞬間的な角度方向を判断するように構成されている。
【００２１】
最大の回転速度は、２つの測定の間の最大の時間を決める。初期値を任意に選んだ場合、１８０°の範囲にて位置が定められる。この１８０°の範囲は、絶対的な角度位置が必要とされずインクリメンタルな検出のみが必要とされるようなほとんどの腕時計のアプリケーションにとって十分である。絶対位置が必要な場合、好ましくは、３６０°当たり１つのパルスの別のセンサーを加えたり、ローター電極の対の構造を変えて、他のローター電極に対してローター電極を特定することができるようにしたりするべきである。
【００２２】
添付図面を参照しながら説明される例示的な実施形態（これに制限されない）についての以下の説明から、本発明の他の特徴及び利点が明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る計時器用セッティングステムのための容量式センサーアセンブリーの例を示す概略等角図である。
【図２】図１に描かれた容量式センサーアセンブリーの例において用いられるローター電極の構成を示す概略等角図である。
【図３】図１に描かれた容量式センサーアセンブリーの例において用いられるステーター電極の構成を示す概略平面図である。
【図４】図１に描かれた容量式センサーアセンブリーの例において用いられるローター電極についての端面図である。
【図５】ステーター電極に対しての図１の容量式センサーアセンブリーの例の角度及び容量を示している。
【図６】図１に描かれた容量式センサーアセンブリーの例において用いられるローター電極に関連する角度を示している。
【図７】図１の容量式センサーの例における２つの差動容量の対の差の値が回転サイクル中にどのように変わるかを示すグラフである。
【図８】本発明に係る容量式センサーアセンブリーについての代替実施形態の斜視図を示しており、ステーター電極が、回転可能要素を巻いている可撓性基材上に配置されている。
【図９】図８のステーター電極と平行にマウントされている容量の群の詳細斜視図である。
【図１０】図８の回転可能要素の回転軸に垂直な平面におけるローター電極とステーター電極の断面図である。
【図１１】本発明に適用可能な回転可能要素の代替形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。別の図に示されている同一又は対応する機能的及び構造的な要素には、同じ参照符号が割り当てられている。
【００２５】
図１は、ピニオンシャフトやセッティングステムのような回転可能要素の例を示している。これは、計時器内にあることができる。下に説明する例示的な実施形態において、本発明の容量式センサーのアプリケーションの例として、腕時計のセッティングステムを用いる。セッティングステムは、竜頭ステムとしても知られている。なお、図１には、セッティングステム自体を示していないことに注意すべきである。回転可能要素３は、回転軸４のまわりを回転可能であり、セッティングステムの対応する部分と係合する係合手段（この例においては、溝８）が設けられている。この例における係合手段は、セッティングステムが回転可能要素３の軸方向運動をまったく発生させずに回転軸４に沿って軸方向に動くことができ、セッティングステムのいずれの回転運動も回転可能要素３の回転運動に変換されるように、セッティングステムと連係するように設計されている。
【００２６】
図１に示す回転可能要素３には、その遠位端において、一又は複数のローター電極５が設けられている。この例において、回転軸４を中心として互いに直径的に反対側であるように構成している２つのローター電極がある。これらのローター電極５は、実質的に平坦であり、これらのローター電極と同じ平面内において同様に平坦であるようないくつかのステーター電極に対向するように構成しており、これらのローター電極から薄い誘電体によって分離している。この誘電体は、エアギャップ、又はプラスチックフィルムのような固体誘電体材料であることができる。ステーター電極は、例えば、プリント回路ボード（ＰＣＢ）１０上のトラックとして形成すると有利であり、これらのステーター電極は、引き込み線１及び２によって示されている２つの差動容量の対を形成するように構成している。その理由は下で説明する。ＰＣＢ１０は、さらに、差動容量の対１及び２に電気的なインタフェースを与えるセンサー駆動回路９を担持することができる。
【００２７】
腕時計の場合には、図１に示している様々な要素の寸法は小さい。例えば、回転可能要素３は、直径が１ｍｍであったりそれよりも小さかったりすることさえもあり、ＰＣＢ１０の面積は、５〜６ｍｍ2以下であることがある。
【００２８】
図２は、図１に示している回転可能要素３を異なる方向から見た図を示している。この図は、２つの電極５ａ及び５ｂの形を示している。これらは、回転可能要素３の遠位端において、２つの肩部６に対して回転機械の周部面を用いて形成することができる。回転可能要素３の端面は、さらに、スペーサ要素７を有することができる。これは、ＰＣＢ１０との物理的コンタクトを設け、これによって、ＰＣＢ１０との一定の間隔を維持する。このような溝８を備えた回転可能要素３、スペーサ要素７及び肩部６は、これらの寸法が小さい場合であっても、標準的な工作機械技術を用いて金属から容易に作ることができる。スペーサ要素７は、腕時計のセッティングステム用の回転可能要素３の場合、典型的には０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍである厚みを有し、衝撃に対する堅牢性を高くすることができる。
【００２９】
図３は、ローター電極の容量的に近くにおいて、ステーター電極がどのように２つの差動容量の対１及び２を形成するように構成することができるかということを示している。図３において、６つのステーター電極領域１１、１２、１３、２１、２２及び２３が示されている（左側における斜線領域）。これらのそれぞれは、この例において、ＰＣＢ１０の金属トラックの一部として形成されている。また、金属トラックはそれぞれ、コネクターパッド１１'、１２'、１３'、２１'、２２'、２３'を有している（右側における斜線領域）。これは、対応するステーター電極１１、１２、１３、２１、２２及び２３をセンサー駆動回路９に接続する。ステーター電極１１、１２、１３、２１、２２及び２３は、回転可能要素３の回転軸４を中心とする同心円弧区画として形成されている。これによって、ローター電極が設けられる回転可能要素３の角位置に応じて、容量値をサイン又はコサイン関数としてモデリングすることが可能になる。これについては、図５〜７を参照しながら下においてさらに説明する。これは、単に、本発明を実施するために用いることができるステーター電極の構成の１つの例である。ステーター電極とローター電極の他の構成も可能である。ステーター電極とローター電極は、図示した例におけるように、回転軸４と直交するのではなく（又は回転軸４と直交することに加えて）、回転可能要素３の周部の近くに配置することもできる。図８〜１１は、回転可能要素３が２つに分割されており、可撓性基材上に配置されたステーター電極がその周部の近くで巻かれているような本発明における代替実施形態を示している。これについては、下で説明する。
【００３０】
図３に示す例において、第１の差動容量の対１は、第１、第２及び第３のステーター電極領域１１、１２及び１３（左側の斜線領域）を有し、かつ、第２の差動容量の対２は、同様な斜線領域とされている第４、第５及び第６のステーター電極領域２１、２２及び２３を有する。ローター電極がステーター電極のうちの２つに対向するように近くにある場合、例えば、第１及び第２のステーター電極１１及び１２が第１のステーター電極の対を形成している場合、これらのステーター電極１１及び１２の間にローター電極を介して容量が発生する。図４は、図３に描かれたステーター電極に対向しており、これによって、回転可能要素３が回転するにしたがってステーター電極の対の間で変化する容量を作るように設計されているローター電極の構成の例を示している。ローター電極領域５ａ及び５ｂは、回転要素３の軸方向端面のどの領域がステーター電極１１、１２、１３、２１、２２及び２３と容量的に近くにされるのかを示すために斜線領域にされている。このステーター電極１１、１２、１３、２１、２２及び２３はそれぞれ、第１のステーター電極１１と第２のステーター電極１２の間で第１のステーター電極の対、第２のステーター電極と第３のステーター電極の間で第２のステーター電極の対、第４のステーター電極２１と第５のステーター電極２２の間で第３のステーター電極の対、そして、第５のステーター電極２２と第６のステーター電極２３の間で第４のステーター電極の対を形成している。これらのローター電極領域５ａ及び５ｂは、観念的に呼んでいる領域であり、必ずしも周辺の回転可能要素３の材料と異なっていなくてもよい。回転可能要素３は、例えば、単一の連続金属材又は他の導電材料から、機械加工したり他の方法によって作ったりすることができる。
【００３１】
図示した例において、ローター電極５ａ及び５ｂは、好ましくは、金属性の腕時計ケース又はムーブメントプレートと同じアース電位に電気的に接続している。この結果、腕時計ケースと回転要素の間を絶縁する必要はない。このことは、小さい体積においてこのような絶縁を実現することは難しいために有利である。この場合、ローター電極５ａ及び５ｂは、ステーター電極１１、１２、１３、２１、２２及び２３への接続１１'、１２'、１３'、２１'、２２'、２３'において容量を測定することができるように、容量について受動的役割を果たしている。
【００３２】
図５及び６は、図３及び４と同じステーター電極とローター電極の構成を示しているが、角度と容量を概略的に付加して示している。Ｘ1は、第１及び第２のステーター電極１１及び１２の間で測定可能な容量Ｃ1の瞬間的な値を表している。Ｘ1は、ローター電極５ａ及び５ｂのどちらも第１のステーター電極１１をカバーしないときに（すなわち、角度区画α5a又はα5bのどの部分もα7とα0の間に入らないとき）（簡潔性のためにゼロと呼ぶ）、最大値を有し、ローター電極５ａ及び５ｂのどちらかが第１のステーター電極１１を完全にカバーしているとき（すなわち、角度区画α5a又はα5bがα7とα0の間の角度を完全に含んでいるとき）、すなわち、絶縁特性がローターの影響を受ける２つのステーター電極の間の誘電体が最小であるときに、最小値を有する。Ｘ1は、ローター電極５ａ又はローター電極５ｂのどちらかが第１のステーター電極１１を部分的にカバーしているとき（すなわち、角度区画α5a又はα5bがα7とα0の間の角度と部分的に対応しているとき）、中間値を有する。角位置α0、α1、α2、α3、α4、α4、α6及びα7はそれぞれ、ステーター電極１１、１２、１３、２１、２２及び２３の境界（すなわち、回転可能要素３の回転に対する開始位置又は終了位置）を示しており、回転軸４のまわりに均等に分布して、したがって、それぞれが４５度の８つの角度区画を定めることができる。ローター電極５ａ及び５ｂのそれぞれの角度区画α5a及びα5bは、角位置α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6及びα7によって境界を定められる２つの隣り合う区画をまたがるように、すなわち、９０度をまたがるように、角度的に存在するように構成することができる。回転可能要素３が時計方向に回転しているとき（図３及び５におけるステーター電極に対しての時計回り）、ローター電極５ａ及び５ｂはそれぞれ、対応するローター電極５ａ又は５ｂが連続するステーター電極の対１１及び１２（すなわち、第１の対）、１２及び１３（すなわち、第２の対）、２１及び２２（すなわち、第３の対）、そして、最終的に２２及び２３（すなわち、第４の対）を過ぎてスイープするにしたがって、各容量Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3及びＣ4に対する有限の容量値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3及びＸ4を実質的に中断せずに変化させる。図６における参照符号１４は、２つのローター電極５ａ及び５ｂの中央にある中心線を示しており、これを、回転可能要素３の回転時に値Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3及びＣ4がどのように変化するかを説明するときの基準として用いる。この中心線１４は、回転可能要素３の瞬間的な角位置αRを定める際に貢献するものである。
【００３３】
図７は、回転可能要素３の中心線１４が角位置α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6及びα7を連続して通過するようにスイープするような時計方向の回転時に、回転可能要素３の角位置αに応じて容量値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3及びＸ4のそれぞれがどのように変化するかということを示している。図７は、さらに、角位置α0、α1、α2、α3、α4、α5、α6及びα7を通る回転可能要素３の同じ時計方向の回転時に、差の値Ｘ1−Ｘ2及びＸ3−Ｘ4がどのように変化するかを示している。図７は、さらに、回転可能要素３の角位置が、容量Ｃ1及びＣ2の間の瞬間的な差の値Ｘ1−Ｘ2及び容量Ｃ3及びＣ4の間のＸ3−Ｘ4からどのように推定されることがあるかという例を示している。図示した例において、Ｘ1−Ｘ2及びＸ3−Ｘ4の測定瞬間的な値はそれぞれ、ｘ1-2及びｘ3-4である。量Ｘ1−Ｘ2は、第１の関数にしたがって角位置αに応じて変わり、量Ｘ3−Ｘ4は、第２の関数にしたがって角位置αに応じて変わる。ステーター電極とローター電極は、第２の関数が、第１の関数と類似しているが所定の位相シフト角の分、位相シフトしているような関数であるように構成している。上で説明した図１〜６の例において、位相シフト角は、Ｘ1−Ｘ2の値を図７におけるＸ3−Ｘ4のものと比較すると観察することができるように、実質的に１３５度であるように選択される。実際に、角度α1、α2、α3、α4、α5、α6及びα7がすべて４５度の倍数であることを考えると、以下の式を満たすことがわかる。
Ｘ1−Ｘ2(α)＝Ｘ3−Ｘ4(α＋１３５)
【００３４】
図１〜６に示した好ましい実施形態によると、ステーター電極とローター電極は、第１及び第２の関数をサイン又はコサイン関数に近似することができるように構成することができる。この場合、前の式を考慮して、関数Ｘ3−Ｘ4(α)＝cos(２α)が得られるとすると、
Ｘ1−Ｘ2(2α)＝cos[2(α＋135)]＝cos[2α＋270]＝cos[2α−90]＝sin(2α)
である。したがって、
Ｘ1−Ｘ2／Ｘ3−Ｘ4＝tan(２α)
である。このことによって、以下の式によって回転可能要素３の瞬間的な角位置αを得ることが可能になる。
α＝Arctan(Ｘ1-2／Ｘ3-4)／２
ここで、アルファ（α）は、±９０°の間の値である。
【００３５】
上の式及び等式を考慮すると、αに対する可能性のある第２の絶対値は、α±１８０°であることがわかるであろう。このことは、２つのローター電極５ａ及び５ｂの位置が逆にされているようなローター電極の２つの対称位置をセンサーが区別することができないことを意味している。
【００３６】
実際に、三角法の式の内容を大きく変えずに、１３５度の位相シフトの代わりに、４５度±９０度のいずれの位相シフトも適用することができる。実際に、１３５度の位相シフトの代わりに４５度の位相シフトを単に適用しても、関数Ｘ3−Ｘ4(α)の符号が変わるだけであることがわかる。なぜなら、
cos[２(α＋４５)]＝cos[２α＋９０]＝−sin(２α)
であるからである。
【００３７】
他のステーター要素とローター要素の構成の場合、測定値Ｘ1-2及びＸ3-4から角位置αを判断するために、計算の単純性が減るが、他の数学的関数を用いることができる。しかし、上記の好ましい実施形態によると、センサーの角度分解能は、いずれの場合においても、ステーター電極の各角度区画（すなわち、４５度）のものよりもはるかに良い。
【００３８】
代わりに、例えば、ローター電極の製造を単純化するために第１及び第２の関数をサイン又はコサイン関数によって近似することができない場合、角位置αの値を、ルックアップ表の対応するデータ又は他の対応する情報源によって、値Ｘ1-2及びＸ3-4と関連させることができる。これについては、図７の下部を参照しながら下でさらに説明する。第１及び第２の関数の形は、一般的には、ローター電極の形（例、角度区画値α5a又はα5b）及びステーター電極の大きさに依存する（例、α0とα7を境界角位置と考え、また、当該電極の半径に依存していると考える場合）。Ｘ1−Ｘ2グラフを見るとわかるように、所与の瞬間的な時間において第１の差動容量の対１の所与の測定値ｘ1-2に対して、回転可能要素３の角位置αには、可能性のある４つの値αA、αB、αC及びαDがある。これらのうち、角位置αB及びαDのみが、（点Ｅ及びＦにおいて）Ｘ3−Ｘ4の値αE及びαFに対応している。これらは、値ｘ1-2に対する瞬間的な時間と同じ瞬間的な時間において行われる測定に対して、第２の差動容量の対２のＸ3−Ｘ4の値ｘ3-4を考慮すると妥当性がある。
【００３９】
このことによって、２つの対称的に構成しているローター電極５ａ及び５ｂの角位置に応じて、実際の角位置の対αE及びαFを得ることが可能になる。この対の２つの角度αE及びαFは、１８０度離れる。なぜなら、これらは、図６において各電極５ａ及び５ｂの間に描かれている中心線１４に沿って延びている、可能性のある２つの角度に実際に対応しているからである。図７の下部を見ると、αBとαEの間にわずかなシフトがあることがわかる。これに対して、αD及びαFはまったく同一である。このことは、単に、サイン／コサイン関数と比較してモデリングが不完全であり、前記の可能性のある２つの値どうしを区別して回転可能要素の実際の瞬間的な角位置αRを判断することに貢献しないということを示している。
【００４０】
ローター電極５ａ、５ｂが対称的な構成であるために、センサーがインクリメンタル検出のために用いられる場合に、実際の角位置の対αE及びαFの可能性のある２つの値の間で、第１の瞬間的な角位置αRを任意に選ぶことができる。この第１の角位置がセットされると、角位置の対αE及びαFの可能性のある２つの角度値の間で、最後に計算した瞬間的な角位置αRに最も近い２つの値のうちの１つを選ぶことによって、瞬間的な角位置αRが、好ましくは再帰的に定められる。これは、経験的と統計的の両方の観点から、最後に測定された位置を考慮した最も可能性のある位置に対応している。図７において、この求めた角位置がαFに対応することがわかる。
【００４１】
そして、角速度がシステムによって設定される上限より下であるかぎり、瞬間的な角位置αRと、−９０°〜９０°の角度が得られる最後に計算した瞬間的な角位置の間の差を計算することによって、角変位を容易に計算することができる。この限界は、他のことに加えて、特に、測定の周波数に依存することがある。そして、回転の方向は、単に、この差分角度の符号によって示される。
【００４２】
許可される最大の回転速度によって、２つの測定の間の最大の時間が決まる。この測定レートは、ローター電極の数に正比例する。理想的な絶対的なセンサーを用いる場合、測定レートは、２つのローター電極を用いる図示した変形例の値の半分であることができる。目標は、特定の時限において数回転（≫３６０°）でありうる角変位を測定することである。回転速度と方向は、角変位から容易に計算することができる。
【００４３】
標準的なデジタルインクリメンタルセンサーを用いる場合、ここで提案している手法の骨子におけるように、歯のようなローター電極の数は、同じ分解能を有するためには、２よりもはるかに大きくあるべきである。利用可能な体積が小さいために、このような小さな歯を実現することはできない。この結果、提供されるインクリメンタルセンサーによって、ローター電極の数の増加を同時に必要とせずに、角分解能を著しく増加させて、この技術的問題を解決することが可能になる。
【００４４】
しかし、上記の好ましい計算方式が、容量の測定値から実際の角位置を推定するために用いることができる可能性のある方法のうちの１つにすぎないことを理解することができるであろう。この計算は、ＰＣＢ１０上のセンサー駆動回路９における適切な回路及び／又はソフトウェア、又は別個の処理装置によって、行うことができる。また、２つのローター電極及び２つの差動容量の対を有する上記の構成の例は、単に、本発明を実行するための可能性のある構成のうちの１つである。ローター及び／又は固定電極の他の数及び／又は電極どうしの間の他の相対的角度も用いることができる。
【００４５】
以下において説明する図８〜１１は、本発明における代替実施形態を示している。これにおいては、ステーター電極が、ＰＣＢ１０の同じ１つの平面上に配置されてはおらず、回転可能要素３のまわりで巻かれている可撓性基材１００上に配置されている。この回転可能要素３は、ここにおいて計時器用ステム３０の端にてマウントされているように示されている。回転可能要素３自身は、第１のサブローター３１と第２のサブローター３２である別個の２つのサブ要素に分かれている。これらは、スリット８０によって離れており、このスリット８０に、固定要素（図示せず）を収容して、回転軸４に沿った正確な軸方向の位置合わせを可能にすることができる。
【００４６】
図９を見るとわかるように、ステーター電極は、配列パターンにしたがって配置されている。この配列パターンにおいては、
−  ４つの厚い電極Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４を有する中央の列Ｒ
−  それぞれより細い４つの電極（すなわち、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及びＬ１'、Ｌ２'、Ｌ３'、及びＬ４'）を有する第１の側列Ｌと第２の側列Ｌ'である２つの側列
が示されている。
【００４７】
図８を見るとわかるように、第１のサブローター３１は、ステーター電極の第１の側列Ｌと電極の中央列Ｒの間のギャップを埋めるように配置されており、一方、第２のサブローター３２は、ステーター電極の第２の側列Ｌ'と中央電極Ｒの間のギャップを埋めるように配置されている。したがって、第１のステーター電極の対を形成している、第１の側列Ｌ１の第１の電極及び第１の中央電極Ｒ１の間の容量値は、当該回転サイクルにわたっての第１のサブローター３１の角位置に応じて変わり、一方、同時に、別の第１のステーター電極の対を形成している、第２の側列Ｌ１の第１の電極と第１の中央電極Ｒ１の間の容量値は、当該回転サイクルにわたっての第２のサブローター３２の角位置に応じて変わる。同じことを、ステーター電極Ｌ２−Ｒ２及びＬ２'−Ｒ２、Ｌ３−Ｒ３及びＬ３'−Ｒ３、Ｌ４−Ｒ４及びＬ４'−Ｒ４によって形成されたすべての第２、第３及び第４の電極の対に適用させることができる。また、図１〜５における前の実施形態におけるように単一の回転可能要素ではなく、２つの回転可能要素を利用可能であるということによって、ステーター電極の２つの群の間で形成される各容量Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3及びＣ4の容量値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、Ｘ4を２倍にすることも可能にする。なぜなら、中央列Ｒの両側において２つの側列Ｌ、Ｌ'を有することによって、例えば、中央列Ｒから開始するパターンで、平行に分岐した２つの容量を有することが可能になるからである。
【００４８】
図９には、第１のサブローター３１又は第２のサブローター３２のどちらかの平面における断面図を示している。この図９に示すように、角度値を得るこの代替実施形態の機能原理は、図１〜５に示す前の好ましい実施形態の１つと同じであるか又は非常に似ている。なぜなら、第１の容量Ｃ1と第２の容量Ｃ2の間の角度シフトが依然として９０度であり、第１及び第３の容量Ｃ3の間の角度シフトが図５におけるように１３５度ではなく、４５度だけであるからである。これは、上で説明したように、ローターの実際の角位置を得るためにシヌソイドのモデリングを適用可能な場合に、関数の符号にのみ影響を与えるものである。また、第１及び第２の容量Ｃ1及びＣ2によって形成される第１の差動容量の対１、そして、それぞれ第３の及び第４の容量によって形成される第２の差動容量の対２によって、回転可能要素３の角位置を得ることが可能になる。これらの差動容量の対は、図５に示した前の実施形態と比較して、連結された容量でのみ作られている。
【００４９】
容量値の出力信号の波形を決める回転可能要素３の幾何学的な形は、以下の約２つの隣接する角度区画をカバーするように選ばれることが好ましい。すなわち、
−  ここでそれぞれ４５度にわたって広がる容量Ｃ2、Ｃ4のステーター電極に対応する角度区画であって、他の２つを残すようなものと、
−  ここで容量Ｃ1、Ｃ3であり、カバーされないものと
である。しかし、図１０に示す変形実施形態として、容量値のシヌソイドのモデリングに対してあまり大きな先入観なしで、楕円の形も考えることができる。いずれにしてもテーブルにおける対応データのルックアップに基づく計算を依然として利用可能であり、したがって、図１０の形のように製造することが容易な形を選ぶことは、大量生産のために有利であることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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