JP6694953B2 - シャフト回転角測定方法及びシステム - Google Patents

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Description

多くのアプリケーションは、回転するジョイント部による制約を受ける対象物の角度を高精度に測定しなければならない。例えば、高精度ジンバル・テレスコープ・ポインティング・アプリケーションは、典型的には、2つの回転軸それぞれに関してマイクロラジアン・クラスの角度測定を必要とする。
典型的に数度の角度進行を許容する歪ベースのメカニズムとは異なり、回転する接続部により拘束される対象物は、360度に及ぶほどの大きな角度についての正確な測定を必要とする。
本願で開示されるものは高精度ファイン・ポジション・センサ(Fine Position Sensors：FPSs)を利用して大きなジンバル角(large Gimbal angles)を測定するためのシステム及び方法である。ラージ・シャフト回転角を測定する方法は、シャフトに取り付けられた1つ以上のカムを利用する。各々のカムの形状は、回転させられた場合に1つ以上の検出可能なハーモニック(one ore more harmonics)を有するように設計される。単独のカム又は特に複数のカムにおける複数のハーモニックは特定の次数を有して良い。カムに関して対向する検知角度に配置される高精度位置センサのペアは、回転中のカムの変位を測定する。位置センサからのデータは、プロセッサにより分析され、ラージ・シャフト回転角と理想的な回転軸に関する角度変位とを判定する。
実施形態では、ラージ・シャフト回転角を測定する方法は、カムに1つ以上のハーモニックを提供することを含む。各々のハーモニックは特定の次数を有する。本方法は、回転軸に沿ってカムを回転させることを含む。本方法は、高精度位置センサの複数のペア各々により、回転軸に実質的に垂直な平面内で、高精度位置センサのペアの場所により規定される特定の検知角度における差分半径方向尺度(a differential radial measurement)を判定することを更に含む。本方法は、ラージ・シャフト回転角を判定するために、差分測定値の各々をプロセッサにより分析することを更に含む。
分析は、回転軸に垂直な2つの軸に沿う並進(translation)を判定することを含む。カムは、2つ以上のハーモニックを有することが可能である。カムを提供することは、2つ以上のカムを提供すること、共通の回転軸を共有することを含むことが可能であり、各々の差分半径方向尺度を分析することは、共通の回転軸のチップ(tip)及びチルト(tilt)のうち少なくとも何れかを判定することも可能である。2つ以上のカムの各々は相互排除次数(mutually exclusive orders)のハーモニックを有することが可能である。2つのカムの各々は単独のハーモニックを有することが可能である。各々のハーモニックの特定の次数は互いに素であることが可能である。各々のハーモニックの特定の次数は奇数であることが可能である。
ラージ・シャフト回転角を測定するシステムは、1つ以上のハーモニックを有するカムを含むことが可能であり、各々のハーモニックは特定の次数を有する。ローターは、回転軸に沿ってカムを回転させるように構成される。高精度センサの複数のペアは、回転軸に実質的に垂直な平面内で、高精度位置センサのペアの場所により規定される特定の検知角度における差分半径方向尺度を判定するように構成される。プロセッサは、ラージ・シャフト回転角を判定するために、差分半径方向尺度の各々を分析するように構成される。プロセッサは、回転軸に垂直な2つの軸に沿う並進を判定するように更に構成されることが可能である。カムは2つ以上のハーモニックを有することが可能である。
実施形態において、カムは2つ以上のハーモニックを有することが可能であり、共通の回転軸を共有することが可能であり、プロセッサは、差分半径方向尺度の各々を分析し、共通の回転軸のチップ及びチルトのうち少なくとも何れかを判定するように構成されることが可能である。2つ以上のカムの各々は相互排除次数のハーモニックを有する。2つのカムの各々は単独のハーモニックを有することが可能である。
開示の一形態によれば、ラージ・シャフト回転角を測定する方法は：A)ハーモニックを規定する1つ以上の形状特徴を有するカム機構を提供する工程；回転軸によりカムを回転させる工程；複数の位置センサにより、回転軸に対する複数の位置センサの場所により規定される特定の検知角度における差分測定値を判定する工程；及びD)ラージ・シャフト回転角を判定するために、差分測定値の各々をプロセッサにより分析する工程を含む。
開示の別の形態によれば、シャフトの回転角を測定するシステムは：回転軸に関して回転可能なシャフト；シャフトに結合され、少なくとも1つのハーモニックを規定する特徴を有するカム機構；カム機構に関連して配置される複数のセンサであって、回転軸に対する位置センサのペアの場所により規定される特定の検知角度における差分測定値を判定する複数のセンサ；及び複数の位置センサとともに、回転軸に対する位置センサのペアの場所により規定される特定の検知角度における差分測定値を判定するように構成されるプロセッサを有する。
上記及び他の課題、特徴及び利点は添付図面に示されるような実施形態についての以下の更に詳細な記述から明らかになり、図中、様々な図面にわたって同様な参照文字は同じ部分を指す。図面は必ずしも寸法通りではなく、むしろ実施形態の原理を説明するために用意されることを重要視している。
本開示によるシステム実施形態を概念的に示すブロック図。
誇張されたカム変位(exaggerated cam deviations)を有する放射状カム形状の例示的な実施形態を概念的に示す図。 誇張されたカム変位を有する放射状カム形状の例示的な実施形態を概念的に示す図。 誇張されたカム変位を有する放射状カム形状の例示的な実施形態を概念的に示す図。 誇張されたカム変位を有する放射状カム形状の例示的な実施形態を概念的に示す図。
5次ハーモニック・カムに対する高精度位置センサの配置を概念的に示す図。
6つのFPS及び2つのハーモニックを有する例示的なカムを概念的に示す図。
回転シャフトに結合される第1及び第2カムを有し且つ共通回転軸を共有する本開示による例示的な実施形態を示す図。
本開示に従って実行されるアルゴリズム処理のプロセスを概念的に示す図。
本開示による別のシステム実施形態を概念的に示すブロック図。
6つのFPS及び2つのハーモニックを有する例示的なカムの斜視図を概念的に示す図。
図8Aの例示的なカムの誇張した斜視図を概念的に示す図。
製造での不正確性に起因して、ミラー(the mirrors)が取り付けられるシャフトの回転軸は常に揺れている。ローターは、シャフトを回転させるためにボール・ベアリングを利用する。しかしながら、ボール・ベアリングのボールはミクロンのレベルに対して円形であるに過ぎず、その程度の円形は、マイクロラジアン(μrad)の大きさで回転軸を振動させる可能性がある。一般に、測定システムはそのようなシャフト・エラーを補償できない。しかしながら、エラーが分かれば、そのエラーは補正又は報告されることが可能である。本システム及び方法は、エラーが補正又は報告されることが可能であるように、そのようなエラーの測定値又は尺度(a measurement)を提供する。
図1は本開示による例示的な実施形態を示す概念図100である。カム104はローター・シャフト114に結合される。カム104は平坦であるように図示されているが、当業者は、カム104が回転軸に沿って長手方向に延びる深さを有することを認め得る。ローター102はローター・シャフト114を回転方向110に回転させる。ローター・シャフト114はカム104を回転させる。
高精度位置センサ(Fine position sensors：FPSs)106a-b，108a-bは、カム104と実質的に同一平面でカムの周辺に配置され、シャフト114に対するカム104の半径方向変位運動を検出する。各々のFPS106a-b，108a-bは、個々のリード・ヘッド(106a，106b，108a，108b)により構成される。以下において詳細に説明されるように、追加的なFPSsが使用され得るが、簡明化のため、図1は2つのFPSsしか示していない。リード・ヘッドのペア各々は、2つのリード・ヘッド間の線に沿うリード・ヘッドからカム104までの距離を判定し、その線は図1では個々のリード・ヘッド・ペアの間の破線により示されている。
本システム及び方法は、精密な高精度位置センサ(FPSs)を利用して、回転するシャフトの高精度な(例えばμrad(マイクロラジアン)未満の精度で)多次元の(例えば、回転及び振れ振動の(rotation and runout wobble))測定のためのシステム及び処理方法を描写する。本願で開示されるシステム及び方法とともに使用するのに適した例示的なFPSsは、米国特許出願公開(US 2011/0308296 A1)において説明されており、或いは例えばコロラド州コロラド・スプリングズのブルー・ライン・エンジニアリング社から入手可能である。各FPSは2つのリード・ヘッドを有する。個々のリード・ヘッドの各々は、特定のパターンで高周波数電流を提供し、渦電流を生じさせる。その渦電流は、磁場を生じさせる。リード・ヘッドで測定されるゲインは、リード・ヘッドが、測定される対象物にどの程度接近しているか、ということに依存する。一般に、FPSsは、22ビットの精度で2ミリメートル(mm)の距離にわたってセンシングすることが可能である。これは、ナノメートル(nm)レベルでの測定を許容する。
リード・ヘッドに関連するFPS内のハードウェア又はソフトウェア論理部は、リード・ヘッドからの読み取りに基づいて、カムのX及びY位置を算出する。処理モジュール112は、FPSs106a-b，108a-bからカムのX及びY位置を受信し、ローター・シャフト114の角度位置を算出する。シャフトの角度位置におけるエラーが検出されると、処理モジュール112は、エラー116又は補正値116をローター102に報告する。
本技術は、注意深く設計された機械的なカムとFPSsペアの配置とを利用する。本技術により使用される機械的なカムは、設計されたカム形状を有し、そのカム形状は、回転させられる場合に、1つ以上のハーモニック(又は高調波)により特徴付けられる。そのような各ハーモニックは或る次数を有する。
図2A−Dは、それぞれ、誇張されたカム形状(寸法を描いているわけではない)を有する放射状カム形状の例示的な実施形態を示す図200，210，220及び230である。カムの変位は、説明を目的として誇張されているが、当業者は、通常の比率のハーモニックを有するカム形状をどのようにして提供するかを理解するであろう。例えば、図2Aに示されるような0次のハーモニック・カム202は、単なる円形のカムである。図2Aに示されるような1次のハーモニック・カム204は1つのローブ(lobe)を有するカムである。図2Bに示されるような2次のハーモニック・カム214は2つのローブを有するカムである。図2Cに示されるような5次のハーモニック・カム224は5つのローブを有する。当業者は、n次のハーモニック・カムがn個のローブを有することを認め得る。或るハーモニックを有するカムにおいては、ハーモニックの次数に関連して、反復的な測定が実行され得る。例えば、図2Cの5次のハーモニック・カム224は、カム224の(1/5)回転毎に同じ測定(値)を有する。当業者は、n次のハーモニックが(1/n)回転毎に反復的な測定(値)を生じさせることを認め得る。反復的な測定(値)は、処理が、カムの一意の角度位置(the unique angular position)を決定することを妨げる。
しかしながら、設計によりカムは、回転させられる場合に複数のハーモニックにより特徴付けられても良い。第2ハーモニックを追加することは、そのような反復的な測定(値)を防止し、各々の位置測定(値)が、一意の角度に対応することを許容する。例えば、図2Dに示されるように、3次及び7次のハーモニック・カムは、3次のハーモニックに対応する3つのローブと、7次のハーモニックに対応する7つのローブとを有する。この場合、複数のハーモニックの互いの影響により、ローブは対称的ではなく、また、ハーモニックの次数が奇数であって互いに素である限り、反復的な測定(値)は可能でなくなる。
或る回転軸に関する角度位置を決定するために、既知の角度の場所にある2つの差分FPSs(two differential FPSs)(4ヘッド)が使用され、最小二乗フィッティングを利用して既知のハーモニックの正弦項(sine)及び余弦項(cosine)を適合させる。正弦項及び余弦項は、位相を決定するために使用されることが可能である。カムの周辺で180度の位置に配置されるヘッドを有する差分FPSsは、一般に、奇数次のハーモニックの回転しかセンシングできない。
図3は、5次のハーモニック・カム304に対するFPSs306a-b，308a-b，310a-b，312a-b及び314a-bの近似的な配置を概念的に示す。各FPS(例えば、306a-b)は、個々のヘッドのペア(例えば、センサ・ヘッド306a及びセンサ・ヘッド306b)のペアを有する。FPSs306a-b，308a-b，310a-b，312a-b及び314a-bは、カム304の外周の周りに放射状に配置される。更に、FPSs306a-b，308a-b，310a-b，312a-b及び314a-bは、同一平面内に又は実質的に同じ平面内に配置される。カムの回転軸は、FPSsが存在する面に実質的に垂直である。FPSs306a-b，308a-b，310a-b，312a-b及び314a-bは、ペアの対応するリード・ヘッド間で観察される位置の相違を測定する差分センサである。FPSsセンサ・ペア306a-b，308a-b，310a-b，312a-b及び314a-bのヘッド(複数)は、カム304の対向する側に配置される。例えば、FPS306aのヘッドは、FPS306bのヘッドに対するカム304の反対側に配置される。FPSセンサ308a-b，310a-b，312a-b及び314a-bのヘッド間にも同様な対向する位置関係が存在する。
図4は、6つのFPSsと2つのハーモニックを有する例示的なカム404を示す図である。第1カム・ハーモニックの回転は、一般に、ベアリングの振れ(bearing runout)により識別不可能になり、回転を判断するために信頼性高く使用されることはできない。更に、ベアリングの振れは、1次のカム回転のように見える動きを引き起こす。高次のハーモニック・カムの測定位相は、曖昧性無しに回転角度にマッピングされることはできない。しかしながら、2つの互いに素である(例えば、3次と7次の)高調波次数が使用される場合、その組み合わせは、曖昧性無しに回転を判別するために使用されることが可能である。従って、単独のカム404において、2つの互いに素である奇数次のハーモニック(例えば、3次と7次)が、カムに重ね合わせられることが可能である。6つの差分FPSs406a-b，408a-b，410a-b，412a-b，414a-b及び416a-bは、2つのカム・ハーモニック、プラス、1次のハーモニック(ベアリングの振れを進行させる)の正弦項及び余弦項を決定することが可能である。これらの測定(値)は、以後、曖昧性の無い角度位置、プラス、X及びY振れ項(x and Y runout terms)を決定するために組み合わせられることが可能である。
図5は、回転するシャフト520に結合され且つ共通の回転軸を共有する第1カム504及び第2カム554を有する例示的な実施形態のシステム500を概念的に示す。第1カム504及び第2カム554は、回転するシャフト520に沿って或る距離だけ隔てられている。各々のカムからのX及びY振れ項は、全体的なシャフトの角度振れを決定するために使用されることが可能である。この実施形態では、個々のカム504及び554の各々が唯1つのハーモニックのみを有する場合であって、カム504及び554の各々が、異なる奇数次の互いに素であるハーモニックを有する場合には、必要とされる差分FPSヘッドの個数は削減されることが可能である。
FPSセンサがカム(又は複数のカム)からデータを収集した後、プロセッサは、シャフトの角度回転を判定するために、収集したデータを分析する。
先ず、プロセッサは、モデル化されたハーモニックに対する正弦波及び余弦波を見出すように、収集したデータのフィッティング(又は適合化)を行う。各々のカムのハーモニックの次数は、既知である又はシステムに入力され、FPSsからの位置データは、各々のモデル化されたハーモニックについて解くために使用される。システムは、第1のハーモニック、プラス、追加されるカムのハーモニックについて解く。
カムのX及びY位置は、それぞれ、1次のハーモニック・フィッティングの余弦項及び正弦項である。この値は多くのアプリケーションに対して破棄されることが可能である。2カム構成を利用する場合、それぞれのX及びY位置は、シャフトのチップ/チルトの回転測定値(又は尺度)を決定するために使用されることが可能である。
プロセッサは、カム・ハーモニックの位相を得るために逆正接関数(例えば、atan2(y座標，x座標))を算出する。当業者に知られているように、arctan2 (y,x)は次のように定義される。
Figure 0006694953
プロセッサは次に2位相アンラップ(a two-phase unwrap)を実行する。2位相アンラップが成功すると、2つの個々のatan2フィッティングの二乗和の平方根は、次の量より小さくなければならない：
Figure 0006694953
この場合において、a，bは次のとおりである：
Figure 0006694953
Figure 0006694953
ある要因が現在のシステムでエラーに寄与する可能性がある。先ず、ベアリングの振れ及び機械的なスロップ(mechanical slop)は、明示的にモデル化されず除去されない場合、許容できないパフォーマンスを引き起こす可能性がある。しかしながら、第1ハーモニックをフィッティングさせることにより、ベアリングの振れ及び機械的なスロップは、もはや大きなエラーの原因とはならない。
例えば、ノイズ、スケール因子、バイアス又は非線形性を、FPS自体が引き起こす可能性がある。
モデル化されていないハーモニックのようなカムの不確定性が、エラーを生じさせる可能性がある。更に、センサ配置の不確定性がエラーを生じさせる可能性がある。しかしながら、カムのハーモニック及びセンサ配置のキャリブレーションは、これらのエラーを軽減することが可能である。
説明されるシステムは、必要に応じて、ある程度の冗長性を提供することも可能である。追加的なFPSセンサは、同じセンサの周囲に追加されることが可能である。全てのFPSセンサが使用可能である場合、システム・パフォーマンスは向上する。少なくとも所定数のFPSセンサが動作可能である限り、システム・パフォーマンスはしかるべく期待される。
多くの高精度ポインティング・アプリケーションでは、並進位置における小さな変化は重要ではない。しかしながら、アプリケーションが並進を必要とした場合、X及びYの値がその目的のために直接的に使用され、5次元センサ一式を許容する。ヘッドを有する差分FPSセンサをカムの上部及び底部に追加することは、z方向次元の追加を可能にし、完全な6次元センサをもたらし、X座標、Y座標及びZ座標、回転角、チップ及びチルトを測定することが可能になる。
カムの空間周波数が増加するにつれて、センシングされる振幅は、FPSヘッドの非ゼロ・センシング領域に起因して減少する。これは、その構成で使用されることが可能なハーモニックの数を制限する。例えば、(インダクトシン(inductosyns)でしばしば見受けられるような)511次のハーモニックは理想的なハーモニック次数ではない。
図6は開示される例示的な実施形態を示す流れ図600である。先ずプロセスはFPSsからカムの測定値を受信する(602)。そして、プロセスは、最小二乗フィッティングを利用することにより、回転されるカムについての正弦値、余弦値、x及びy座標の振れを判定する(604)。そして、プロセスは、マルチ・モード位相アンラッピングによりカムの一意の角度を判定する(606)。
図7は本開示による別の実施形態を示すブロック図100である。この実施形態では、高精度位置センサ(FPSs)106a-b及び108a-bは、カム104の中心に対して放射状に配置されるが、或る距離だけカム104の平面より実質的に上又は下の平面内にあり、FPSからカムの平面までのその距離はローター・シャフト114と平行である。この構成は、カム104のZ次元での動きをFPSが検出することを許容する。各々のFPS106a-b及び108a-bは、個々のリード・ヘッド(106a，106b、108a及び108b)により構成される。図1と同様に、簡明化のため、図7も2つのFPSペアしか示していない。リード・ヘッドの各ペアは、2つのリード・ヘッド間の線に沿ってリード・ヘッドからカム104までの距離を判定し、その線は、図7では個々のリード・ヘッド・ペアの間の破線により示されている。
図7に示される実施形態では、カム104及びローター・シャフト114に取り付けられる任意の追加的なカムが、形状的な特徴を有し、その形状的な特徴は、シャフト114に垂直なX-Y面内だけでなくZ次元内においてもハーモニックを引き起こす。この方法では、シャフト114周りのカム104の回転は、シャフト114の回転軸に実質的に平行な軸に沿って、カムの主要点(a feature)の周期的な変位を引き起こす。そこで、カム104が回転する場合に、ハーモニック主要点の垂直方向の変位を検出するために、FPSセンサ106及び108は、シャフト114に対してそれぞれ放射状に対向して配置されるのではなく、シャフト114に平行な軸に沿う垂直方向に配置される。XYZ次元で規定されるハーモニック主要点を有するカム104の1つより多いハーモニックを検出するために、1つより多い一群のFPSセンサが使用されても良い。
図8Aは例示的なカム120を示し、カム120の外周縁部の近くに複数の位置センサ・ペアが配置されている。図8Bは、カム120の様々なハーモニックを規定する主要点を誇張した図である。カム120は、約10cmの半径を有し、約1.5mmの振幅の3次のハーモニック1を規定する特徴と、約1.5mmの振幅の7次のハーモニック2を規定する特徴とを有しても良い。図8A-Bに示されるように、FPSリード・ヘッド・ペア802a-b，804a-b，806a-b，808a-b，810a-b及び812a-bは(各ペアのうち少なくとも1つのリード・ヘッドが概念的に示されている)、回転中にハーモニック主要点を検出できるようにする方法で、カム800の外周の周りに配置される。
リード・ヘッドに関連するFPS内のハードウェア又はソフトウェア論理部は、カムの実効面内チップ(an effective in-plane tip)を、その面内のリード・ヘッドからの読み取りに基づいて算出する。処理モジュール112は、FPSs106a-b及び108a-bからカムのチップ測定値を受信し、ローター・シャフト114の角度位置を算出する。シャフトの角度位置のエラーが検出されると、処理モジュール112は、エラー116又は補正値116をローター112へ報告する。
本技術は、注意深く設計された機械的なカムとFPSsペアの配置とを利用する。本技術により使用される機械的なカムは、設計されたカム形状を有し、そのカム形状は、回転させられる場合に、1つ以上のハーモニックにより特徴付けられる。そのような各ハーモニックは或る次数を有する。
上記のシステム及び方法は、電子回路において(アナログ及び/又はディジタル双方において)、コンピュータ・ハードウェア、ファームウェア及び/又はソフトウェアにおいて実現されることが可能である。実現はコンピュータ・プログラム・プロダクトとすることが可能である。実現は、例えば、データ処理装置により実行するために又はデータ処理装置の動作を制御するために、マシン読み取り可能なストレージ・デバイスにおけるものとすることが可能である。実現は、例えば、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ及び/又は複数のコンピュータであるとすることが可能である。
コンピュータ・プログラムは、コンパイルされ及び/又はインタープリットされる言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書かれることが可能であり、コンピュータ・プログラムは、スタンドアローン・プログラムとして又はサブルーチンとして、エレメント、及び/又は、コンピューティング環境で適切な他のユニットを含む任意の形式で配備されることが可能である。コンピュータ・プログラムは、1つのコンピュータ又は1つのサイトにおける複数のコンピュータで実行されるように配備されることが可能である。
入力データを処理して出力を生成することにより本発明の機能を実行するためにコンピュータ・プログラムを実行する1つ以上のプログラム可能なプロセッサにより、方法ステップは実行されることが可能である。方法ステップは、装置により実行されることも可能であり、その装置は特殊用途の論理回路として実現されることが可能である。回路は、例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)及び/又は特定用途向け集積回路(ASIC)であるとすることが可能である。サブルーチン及びソフトウェア・エージェントは、コンピュータ・プログラムの一部分、プロセッサ、特定の回路、ソフトウェア、及び/又は、その機能を実現するハードウェアを指すことが可能である。
コンピュータ・プログラムの実行に相応しいプロセッサは、一例として、汎用及び専用の双方のマイクロプロセッサ、及び、任意の種類のディジタル・コンピュータの任意の1つ以上のプロセッサを包含する。一般に、プロセッサは、リード・オンリ・メモリ又はランダム・アクセス・メモリ又は双方から命令及びデータを受信する。コンピュータの本質的なエレメントは、命令を実行するプロセッサと、命令及びデータを保存する1つ以上のメモリ・デバイスとである。一般に、コンピュータは、データを含むことが可能であり、データを保存する1つ以上の大容量ストレージ・デバイス(例えば、磁気的な、磁気−光的なディスク、又は、光ディスク)からデータを受信し及び/又はそこへデータを転送するように動作可能に結合されることが可能である。
データ伝送及び命令は通信ネットワークを介して生じることも可能である。コンピュータ・プログラム命令及びデータを組み込むのに適した情報キャリアは、全ての形式の不揮発性メモリを含み、一例として、半導体メモリ・デバイスを含む。情報キャリアは、例えば、EPROM、EEPROM、フラッシュ・メモリ・デバイス、磁気ディスク、内部ハード・ディスク、リムーバブル・ディスク、磁気光学ディスク、CD-ROM及び/又はDVD-ROMディスクであるとすることが可能である。プロセッサ及びメモリは、特殊用途の論理回路により補足される及び/又はそこに組み込まれることが可能である。
ユーザーとのインタラクションを提供するために、上記の技術はディスプレイ・デバイスを有するコンピュータで実現されることが可能である。ディスプレイ・デバイスは、例えば、例陰極線管(CRT)及び/又は液晶ディスプレイ(LCD)モニタであるとすることが可能である。ユーザーとのインタラクションは、例えば、ユーザーに対する情報のためのディスプレイ、キーボード及びポインティング・デバイス(例えば、マウス又はトラックボール)であるとすることが可能であり、ポインティング・デバイス等によりユーザーは入力を(ユーザー・インターフェース・エレメントにより相互作用する)コンピュータに提供することが可能である。ユーザーとのインタラクションを提供するために、他の種類のデバイスが使用されることも可能である。他のデバイスは、例えば、(例えば、視覚的なフィードバック、聴覚的なフィードバック又は触覚的なフィードバック等のような)任意の形式の知覚的なフィードバックでユーザーに提供されるフィードバックであるとすることが可能である。ユーザーからの入力は、例えば、聴覚的なもの、会話及び/又は触覚的な入力を含む任意の形式で受信されることが可能である。
上記の技術は、バック・エンド・コンポーネントを含む分散コンピューティング・システムで実現されることが可能である。バック・エンド・コンポーネントは、例えば、データ・サーバー、ミドルウェア・コンポーネント、及び/又は、アプリケーション・サーバーであるとすることが可能である。上記の技術は、フロント・エンド・コンポーネントを含む分散コンピューティング・システムで実現されることが可能である。フロント・エンド・コンポーネントは、例えば、グラフィカル・ユーザー・インターフェースを有するクライアント・コンピュータ、ウェブ・ブラウザ(そのウェブ・ブラウザを介してユーザーは例示的な実現手段と相互作用することが可能である)、及び/又は、送信デバイスに関する他のグラフィカル・ユーザー・インターフェースであるとすることが可能である。
システムはクライアント及びサーバーを含むことが可能である。クライアント及びサーバーは、一般的には互いに遠く離れており、典型的には通信ネットワークを介して相互作用する。クライアント及びサーバーの関係は、各自のコンピュータで動作し且つ互いに対するクライアント・サーバー関係を有するコンピュータ・プログラムにより生じる。
システムのコンポーネントは、(例えば、通信ネットワークのような)データ通信の任意の形式又は手段により相互接続されることが可能である。通信ネットワークの具体例は、回線交換に基づくネットワーク、パケットに基づくネットワーク、又は、それらの任意のネットワーク・ポルトリ(poultry)コンビネーションを含む。パケットに基づくネットワークは、例えば、インターネット、キャリア・インターネット・プロトコル(IP)ネットワーク、ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)、ワイド・エリア・ネットワーク(WAN)、キャンパス・エリア・ネットワーク(CAN)、メトロポリタン・エリア・ネットワーク(MAN)、ホーム・エリア・ネットワーク(HAN)、プライベートIPネットワーク、IP構内電話交換機(IPBX)、ワイヤレス・ネットワーク(例えば、無線アクセス・ネットワーク(PAN)、802.11ネットワーク、802.16ネットワーク、GPRS(ゼネラル・パケット無線サービス)ネットワーク、HiperLAN)、及び/又は、その他のパケットに基づくネットワークを含むことが可能である。回線交換ベースのネットワークは、例えば、公衆交換電話網(PSTN)、構内電話交換機(PBX)、無線ネットワーク(例えば、RAN、ブルートゥース(登録商標)、CDMAネットワーク、TDMAネットワーク、GSM(登録商標)ネットワーク)、及び/又は、その他の回線交換に基づくネットワークを含むことが可能である。上記の任意のものを含む任意のネットワーク技術が、本願で開示される概念を実現するために使用されて良い。
送信デバイスは、例えば、コンピュータ、ブラウザ・デバイスを有するコンピュータ、電話機、IP電話、モバイル・デバイス(例えば、セルラー電話、パーソナル・ディジタル・アシスタント(PDA)デバイス、ラップトップ・コンピュータ、電子メール・デバイス)、及び/又は、その他の通信デバイスを含むことが可能である。ブラウザ・デバイスは、例えば、(例えば、マイクロソフト社から入手可能なマイクロソフト・インターネット・エクスプローラ(登録商標)、モジラ社から入手可能なモジラ・ファイアフォックス(登録商標)等のような)ワールド・ワイド・ウェブ・ブラウザを有するコンピュータ(例えば、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ)含む。モバイル・コンピューティング・デバイスは、例えば、ブラックベリー(登録商標)を含む。
本発明は、その精神又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形式で実現されても良いことを、当業者は理解するであろう。上記の実施形態は、従って、本願で開示される発明の限定ではなく、全ての点で例示的に解釈されるべきである。従って、本発明の範囲は、上記の説明によってではなく添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の均等性による手段及び範囲に由来する全ての変更は特許請求の範囲に包含されるように意図される。

Claims (18)

  1. ラージ・シャフト回転角を測定する方法であって：
    Ａ）ハーモニックを規定する１つ以上の形状特徴を各々が有する２つ以上のカムを有するカム機構を提供する工程であって、前記２つ以上のカムは共通の回転軸を共有する、工程；
    Ｂ）回転軸により前記カム機構を回転させる工程；
    Ｃ）複数の位置センサにより、前記カムに対する前記複数の位置センサの場所により規定される特定の検知角度における差分測定値を判定する工程；及び
    Ｄ）ラージ・シャフト回転角を判定するために、前記差分測定値の各々をプロセッサにより分析する工程；
    を有し、前記カム機構は、複数のハーモニックを規定する形状特徴を有する単独のカムを有する、方法。
  2. 前記カム機構は前記回転軸に垂直な平面内に配置され、前記複数の位置センサは前記垂直な平面内に又は前記垂直な平面に平行な平面内に配置される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ハーモニックそれぞれの特定の次数は、互いに素である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記ハーモニックそれぞれの特定の次数は、奇数である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記２つ以上のカムの各々は、相互排除次数のハーモニックを有する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記２つ以上のカムの各々は、単独のハーモニックを有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記ハーモニックそれぞれの特定の次数は、互いに素である、請求項１に記載の方法。
  8. 前記Ｄ）の工程は：
    Ｄ１）前記共通の回転軸のチップを判定する工程；
    を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記Ｄ）の工程は：
    Ｄ１）共通の回転軸のチルトを判定する工程；
    を含む、請求項１に記載の方法。
  10. シャフトの回転角を測定するシステムであって：
    回転軸に関して回転可能なシャフト；
    前記シャフトに結合され、少なくとも１つのハーモニックを規定する特徴を有するカム機構であって、共通の回転軸を共有する２つ以上のカムを有するカム機構；
    前記カム機構に関連して配置される複数のセンサであって、前記カムに対する位置センサのペアの場所により規定される特定の検知角度における差分測定値を判定する複数のセンサ；及び
    複数の位置センサとともに、前記回転軸に対する位置センサのペアの場所により規定される特定の検知角度における差分測定値を判定するように構成されるプロセッサ；
    を有し、前記カム機構は、複数のハーモニックを規定する特徴を有する単独のカムを含む、システム。
  11. 前記複数の位置センサのペアは、前記回転軸に実質的に垂直な平面内で、前記カム機構に関して互いに対向して配置される、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記プロセッサは、センサのペアの場所により規定される特定のセンシング角度で差分半径方向尺度を判定するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記プロセッサは、前記回転軸に垂直な２つの軸に沿う回転を判定し、判定された２つの軸に沿う回転から回転成分を除外し、ラージ・シャフト回転角を判定するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
  14. 前記プロセッサは、差分半径方向尺度の各々を分析し、共通の回転軸のチップ及びチルトのうちの少なくとも何れかを判定するように更に構成される、請求項１０に記載のシステム。
  15. 前記２つ以上のカムの各々は、相互排除次数のハーモニックを有する、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記２つ以上のカムの各々は、単独のハーモニックを有することが可能である、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記ハーモニックそれぞれの特定の次数は、互いに素である、請求項１５に記載のシステム。
  18. 前記ハーモニックそれぞれの特定の次数は、奇数である、請求項１５に記載のシステム。
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