JPH08507616A - 光トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車のステアリング装置に組み込まれた光トルクセンサは、発光ダイオード（ＬＥＤ）と、光信号を受ける光センサ（２）と、光センサ（２）から出力信号を受ける信号処理装置と、媒体を通る光伝搬の伝搬方向を媒体に加えられるトルクに依存してある程度変える光伝達媒体とを有する。媒体は、トーションバー（１０）の入力端及び出力端（７，８）に取り付けられるほぼ円筒形の本体（５）によって形成されている。１つの実施例において、本体は、シリンダの長さに沿って極性化された層を有する複数の光ファイバ（６）またはプラスティック材料から形成されている。他の実施例において、媒体は、媒体に適用されるトルクに依存した屈折率を有する材料である。信号処理装置は、トーションバーの入力部材と出力部材との間に加えられるトルクを指示する出力信号を生成するために光センサ（２）からの出力信号を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】 光トルクセンサ 本発明は、特に自動車と組み合わせる光トルクセンサに関する。 ヨーロッパ特許出願第９３３００７９２号は、１つの光トルクセンサを示して おり、光トルクセンサは、入力部材及び出力部材を組み込んでいると共に各部材 が互いに傾斜して移動する等角度離れた開口部のディスク形状のマスクと関連し ている。しかしながら、このタイプのトルクセンサは、高度の光整合性を必要と する。このような光トルクセンサを設計するとき、２つのマスクの非整合性を補 償するために２組の信号検出器を１８０°互いに反対になるように正確に配置し なければならない。このような光整合の精度はセンサの製造を困難にする。 本発明の第１の観点によれば、トルクセンサは、送信装置と、信号を受信する ようになっている受信装置と、前記受信装置から出力信号を受けるようになって いる信号処理装置とを有し、前記受信装置からの出力信号は、前記受信装置が受 ける信号に応答しており、トルクセンサは、電磁放射伝達媒体を有し、前記電磁 放射媒体は、媒体を通る電磁放射伝搬の伝搬方向を変え、ほぼ円筒形の本体によ って形成されており、前記円筒形の本体は、本体の中央軸線に配置されたトーシ ョンバーの入力部材と出力部材との双方に取り付けられるようになっており、伝 搬方向を変える程度は、媒体に加えられるトルクに依存しており、前記信号処理 装置は、トーションバーの入力部材と出力部材との間に適用されるトルクを指示 する変形された出力信号を生じるように受信装置からの出力信号を処理するよう になっている 従って、本発明は、製造が簡単で電磁効果を使用し、整合の困難性が小さいか 、またはほぼなくされたトルクセンサを提供する。 好ましくは、本体は、シリンダを有し、送信装置及び受信装置は、シリンダ壁 の一部が送信装置と受信装置との間に配置されるように、シリンダの中央軸線に 関して平行な線に互いに対向して整合している。送信装置は、電磁放射の信号ビ ームを送信し、受信装置は、この信号ビーム放射を受けるようになっていること が好ましい。送信装置及び受信装置は、ハウジングに取り付けられている。この ハウジングは、信号ビーム以外の電磁放射が受信装置に到達することを防止する 。 シリンダは、入力部材と出力部材との双方にしっかりと固定されることが好ま しく、２つの部材は、入力部材がシリンダの一端の面に垂直になり、出力部材が 他端の面に垂直になるようにシリンダの中央軸線に整合している。 好ましくは、送信装置と受信装置との間の通路に沿って送信された信号ビーム 放射を案内する電磁ウエーブガイドとして作用することが好ましい。好ましくは 、入力部材と出力部材との間にトルクが加えられないとき、シリンダの中央軸線 に平行な送信装置と受信装置との間の長手方向の直線通路に沿って送信信号ビー ムを案内する。入力部材と出力部材との間にトルクが加えられると、シリンダ媒 体は、同じトルクを受け、受信装置に最も近いシリンダの端面を介してシリンダ 媒体に到達する信号ビーム放射の伝搬方向が、送信装置に最も近いシリンダの端 面を介してシリンダ媒体に入った信号ビーム放射の伝搬方向と同じではないよう に信号ビーム放射を案内する通路を通路を変えるようにシリンダの媒体をねじる ことが好ましい。加えられたトルクは、シリンダがその長手方向に直線の「トル クのない」通路から離れるように信号ビームを有効に偏向させる。 好ましくは、シリンダにトルクが加えられない場合、シリンダによって伝達さ れた偏向されない信号ビームは、受信装置の検出領域に当たり、ビームの断面領 域は、受信装置の検出領域の平面において、受信装置の検出領域より大きく、全 体が受信装置の検出領域に重なることが好ましい。信号ビーム放射は、入力部材 と出力部材との間に最大限のトルクが加えられるとき、受信装置の検出領域の平 面に到達する送信信号ビームが実質的にではあるが、全体的にではなく、検出領 域と重複しないような程度にシリンダ媒体の内側に偏向されることが好ましい。 シリンダ媒体は、一緒に固定されてシリンダを形成する複数の光ファイバを有 する。正規には数千のファイバが媒体を構成する。好ましくは、その長さの下に 長手方向に走る極性化されたストラータを有する円筒形プラスティック材料、ま たは所望の電磁波案内特性を示す分子構造を有するプラスティック材料の固体部 分を有する。 別の案として、シリンダ媒体は、電磁波ガイドとして作用するのではなく、信 号ビーム放射の屈折によってシリンダに適用されるトルクに応答して送信装置と 受信装置との間の信号ビーム放射の伝搬方向を変える送信信号ビーム放射の通路 の障害物として単に作用する。これは、もしシリンダが媒体に加えられるトルク に依存する屈折率を有する媒体を有するときに達成することができる。好ましく は、入力部材と出力部材との間にトルクが加えられない場合、従ってシリンダ媒 体にトルクが加えられない場合、信号ビーム放射は、送信装置からシリンダ媒体 を通って受信装置に長手方向の直線通路に沿って伝搬する。受信装置の検出領域 の平面内の信号ビームの断面積は、受信装置の検出面積以上であり、トルクが加 えられないとき、受信装置の検出面積に全体が重複しないことが好ましい。入力 部材と出力部材との間にトルクが加えらえるとき、従ってシリンダにトルクが加 えられるとき、シリンダ媒体の屈折率は、このトルクの適用によって大きくなる か、小さくなるかのいずれかである。この屈折率の増減は、シリンダを通って伝 搬する信号ビーム放射をシリンダ媒体を通る長手方向の直線通路から離れるよう に屈折させる。好ましくは、入力部材と出力部材との間に加えられる最大限のト ルクによって、受信装置の検出領域の平面に到達する送信ビームの断面領域が実 質的にではあるが、全体的にではなく、検出領域に重複するような程度にシリン ダ媒体の屈折率の変化は、シリンダによって送信される信号ビーム放射を屈折す るに十分である。 受信装置は、等しい面積の２つの検出面を有するスプリットフェイスセンサを 有する。各検出面は、堅守面に入射する電磁放射の強度に依存する出力信号をつ くるようになっていることが好ましい。センサは電磁放射のほどんどの周波数を 検出するようになっているが、信号ビームの電磁放射を検出するように最適化す ることが好ましい。 信号処理装置は、シリンダ媒体に加えられるトルク、従って入力部材と出力部 材との間に加えられるトルクに反比例する変形出力信号を生成するように受信装 置の２つの検出面の出力信号を処理するようになっていることが好ましい。 別の実施例において、受信装置は、格子マトリックスに配置された数百の電磁 放射検出部材を有する電磁放射センサを有する。これらの検出部材の各々は、電 磁放射の有無だけではなく、その検出部材に入射する電磁放射の強度も検出する ようになっていることが好ましい。各検出部材は、信号ビーム放射を検出するよ うに最適化されることが好ましい。好ましくは、入力部材と出力部材との間にト ルクが適用されていないときだけではなく、最大限のトルクが両方向に加えられ ているときにも格子マトリックスの表面領域の平面に当たる信号ビームの断面領 域全体に適合するように十分に大きい。 さらに信号処理装置は、「パワーオフ」の状態でもデータを記憶し保存するよ うになっている電子装置を有する。電子装置は、トルクが入力部材と出力部材と の間に適用されていないとき、また最大限のトルクがいずれかの方向に適用され るとき、格子マトリックスの検出部材が信号ビーム放射を検出する内容を呼び起 こすようにプログラムされ、「トルクがない」状態及び２つの「最大限のトルク 」の下に部材を検出することによって検出される信号ビーム放射の強度は最大に なる。好ましくは、信号処理装置は、２つのトルクの極限値の間の加えられたト ルクの比を決定するためにこの記憶されたデータを処理するようになっている。 受信装置の後で述べた格子マトリックスの利点は、受信装置の検出面積に当た る信号ビーム強度、加えられるトルクと出合う伝搬方向の変化の大きさに導かれ るエラーを自己補償するこのような受信装置の能力を含み、このすべてのエラー は、シリンダに対する送信及び受信位置の寸法的な変化によって生じる。このタ イプの受信装置は、このようなエラーの結果として生じるトルク信号に現れる増 幅効果を自己補償することができる。 第２の観点によれば、本発明は、本装置が本発明の第１の観点によるトルクセ ンサを組み込んだステアリングコラムを有する自動車のステアリング装置を有す る。自動車のステアリングコラムは、トーションバーを有することが好ましい。 本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。 第１図は、送信光が発光ダイオード（ＬＥＤ）とスプリット面光センサとの間 直線に沿って伝搬する場合の自動車に組み込むトルクセンサの原理を概略的に示 す正面図である。 第２図、第３図及び第４図は、放射された光がＬＥＤとスリット面光センサと の間の直線通路に沿って伝搬する場合のＬＥＤ面、スプリット面センサ面に当た る光信号、スプリット面センサ面それ自身を表す概略図である。 第５図は、ＬＥＤとスプリット面光センサとの間を伝搬する放射された光が一 方向に変更する場合の状態を概略的に示す平面図である。 第６図、第７図及び第８図は、放射された光が一方向に偏向する場合の、ＬＥ Ｄ面、スプリット面センサ面に当たる光信号、スプリット面センサ面それ自身を 表す概略図である。 第９図は、放射された光が他方向に偏向する場合のトルクセンサの原理を示す 平面図である。 第１０、１１及び１２図は、放射された光が他方向に偏向する場合の、ＬＥＤ 面、スプリット面センサ面に当たる光信号、スプリット面センサ面それ自身を表 す概略図である。 第１３図は、一緒に固定された数千の光ファイバを有する円筒形の波ガイドの 概略図である。 第１４図は、トルクが加わりねじれた円筒形の波カイドの概略図である。 第１５図は、トルクが円筒形の波ガイドに加えられない状態でトルクセンサに 組み込まれた円筒形の波ガイドを通る放射された光線によってとられた光学通路 を概略的に示す平面図である。 第１６図は、トルクが円筒形の波ガイドに一方向に加えられた状態でトルクセ ンサに組み込まれた円筒形の波ガイドを通る放射された光線によってとられた光 学通路を概略的に示す平面図である。 第１７図は、トーションバーのいずれかの端部に取り付けられた円筒形の波ガ イドを組み込んだトルクセンサの側断面図である。 第１８図は、トーションバーに固定されている円筒形の波ガイドの断面図であ る。 第１９図は、ＬＥＤ及び光センサを包囲しており、円筒形の波ガイドの両端の 間に伸びており、円筒形に波ガイドの一部を包囲するように示されている一体の ハウジングの斜視図である。 第２０図は、ＬＥＤとセンサを一体のハウジングに取り付けた円筒形の波ガイ ドを組み込んだトルクセンサの側断面図である。 第２１図は、格子マトリックス光センサを組み込んだトルクセンサの平面図で ある。 第２２図は、円筒形の波ガイドにトルクが加えられないか、または最大限のト ルクがいずれかの方向に加えられた状態で円筒形の波ガイドによって送信された 光ビームの断面位置及び格子マトリックスセンサの表面積を示した図である。 自動車に組み込む光トルクセンサの動作原理を第１図乃至第１２図に示す。セ ンサは、ステアリングコラムのトーションバーに加えられるトルク、すなわち、 トーションバーの入力及び出力との間の角度のねじれ量を測定することを可能に する。第１図は、第２図に概略的に示すＬＥＤ面から1つのビームの光線４を放 射する発光ダイオード（ＬＥＤ）１を示しており、この光線４はＬＥＤに光学的 に整合している第４図に概略的に示すセンサの面３、３′でスプリット面光セン サ２によって受けられる。光センサはすべての光周波数に反応するが信号ビーム 光を検出するために最適化される。第３図に概略的に示すように、スプリット面 光センサの半分にされた部分の双方は、ＬＥＤから等しい最大限の光強度を受け る。光センサ２の各半分の面３，３′からのアナログ出力はマイクロプロセッサ （図示せず）に入力され、マイクロプロセッサは、これらの出力を加えて全体を ２つに分割して平均的な全体の強度を与える。第１図に示す構成において、この 計算は次の形をとる。 センサ面３からの出力＝１００％ センサ面３′からの出力＝１００％ 平均の全体出力＝１００％＋１００％／２＝１００％ もし、平均の全体信号出力がトーションバーの入力及び出力端の間に適用され るトルクに逆に関連するならば、この１００％の出力は、ゼロ適用トルクである 。 第５図は、放射された光線が第１図に示す直線の光通路から角度φだけ偏向し ている状態を示している。この状態でスプリット面光センサ２の面３，３′に当 たる光信号を第７図に示す。各面に当たる光の量は等しくない。この構成におい て、全体の光強度の平均の計算は、例えば、次の形をとる。 センサフェイス３からの出力＝２０％ センサフエイス３′＝８０％ 平均の全体出力＝２０％＋８０％／２＝５０％ トルク＆１／全体出力の平均 従って、トルク＝最大限に可能なトルクの５０％である。 センサ面３′は、センサ面３′が面３の入射信号ビームの光強さ面３より大き いことに対応してセンサ面３より大きい出力を有するので、光線がセンサ面３′ に向かって偏向していることを決定することができる。同様に、第９図は、光線 が第１図に示す直線通路からセンサ面３に向かって角度φ偏向している状態を示 す。全体強さの平均の計算は次の形態をとる。 センサフェイス３からの出力＝８０％ センサフェイス３′＝２０％ 平均の全体出力＝２０％＋８０％／２＝５０％ トルク＆１／平均の全体出力 従って、トルク＝最大限に可能なトルクの５０％である。 しかしながら、センサ面３はセンサ面３′より大きい出力を有するので、この 状態でセンサ面３に向かって光線が偏向していることを決定することができる。 これは本発明によるトルクセンサの基本的な作動原理である。トーションバー の入力端及び出力端の間に適用されるトルクに応答したＬＥＤと光センサ２の間 の光線の偏向は、トルクセンサに光学的な作動媒体を組み込むことによって達成 される。媒体は円筒形状であり、第１３図に概略的に示されている。この実施例 において、媒体を形成する円筒形５は、一緒に固定されてシリンダを形成する数 千の光ファイバ６から成る。光ファイバ６は、シリンダ５にトルクが加えられな いときに、ファイバが互いにほぼ平行にシリンダの中央回転軸１１に整列するよ うに配置される。シリンダは、第１７図に示すように、ステアリングコラム９及 びトーションバー１０がシリンダの中央回転軸線１１と同じ長手方向の軸線を有 するように、ステアリングコラム９のトーションバー１０の入力端７と出力端８ の双方でステアリングコラム９に固定される。シリンダ５は中央穴１２を有し、 穴１２の直径は第１７図に示すようにステアリングコラム９が穴１２にきちんと 適合することができるように十分に大きい。 トーションバー１０が緩んでいる（ねじれていない）状態にある間、シリンダ ５はステアリングコラム９に適合され、シリンダ媒体も緩んでいる（ねじれてい ない）状態にある。第１８図に示すように、トーションバーの入力端及び出力端 ７，８は、トーションバー１０の軸線に平行でトーションバー１０の入力端と出 力端の周縁全体に伸びている隆起したスプラインのカラー１５を有する。このス プラインは、トーションバーがシリンダの穴に完全に挿入されるまでシリンダを スプラインに押すとき、シリンダの材料に切れ目を入れることによって、シリン ダ５をトーションバー１０に強制的に適合することができる。トーションバー１ ０の入力端及び出力端へのこの適合が、入力端７と出力端８に加えられるトルク がシリンダ媒体に加えられることを保証する。 ＬＥＤ１は、光センサ２と光学的に整合し、ＬＥＤ１によって放射された光ビ ームがシリンダの中央軸線１１に垂直になっているシリンダの端面１３を通って シリンダ媒体に入るように配置される。信号の光ビームは、シリンダ５を通って 伝搬し、端面１３に平行で光センサ２に接近したシリンダの端面１４を通ってシ リンダ媒体を出る。円筒形壁の半径方向の厚さは、ビームがシリンダを通って伝 搬するとき、少なくとも信号光ビームの断面全体をシリンダ内に収容するのに十 分な厚さである。 第１５図に示すように、トーションバー１０の入力端７及び出力端８の間にト ルクが加えられない場合、ＬＥＤ１によって放射された信号光ビームは、光ファ イバ６によってシリンダ５の端面１３から端面１４に光線の伝搬方向に変化がな いように案内される。従って、光ファイバを有するシリンダは、光のウエーブガ イドとして有効に作用する。シリンダによって伝達される信号ビームは、第３図 に示すようにスプリット面光センサ２に当たり、各半分のセンサ面３，３３′の 強度は等しくなる。第１４図は、トルクがトーションバー１０に加えられる結果 としてトルクＴがシリンダに加えられるとき、シリンダ媒体への効果を概略的に 示したものである。光ファイバ６の各々は、シリンダに加えられたトルクＴによ ってねじられ、シリンダ壁の各端面に含まれるファイバの端面１６，１７がシリ ンダの軸線１１に平行な直線にもはや整合せず、加えられたトルクＴに依存して 角度Ｐだけ傾斜している。この状態をシリンダ媒体に含まれる１つの光ファイバ について第１４図に示す。ＬＥＤ１から照射され、端面１３を通ってシリンダ５ に入る光信号は、ファイバの内側の信号ビーム光線の偏向によってファイバの反 対側の端面１７に斜めに変位するように案内される。シリンダの端面１４を通っ てシリンダ媒体を出る、各ファイバの斜めに変位した反対側の端部に到達する光 線 は、シリンダ５の端面１３を通ってファイバに入った光線の方向と異なる方向に 伝搬する。全体の効果は、シリンダによって伝達された信号光ビームの伝搬方向 が、第１６図に概略的に示すように、ビームの直線の伝搬方向から角度φ偏向す ることである。この状態では、スプリット面センサに当たる光信号は第１１図に 示す形となる。トルクＴが反対方向（軸線１１の周り）に適用されるならば、信 号光ビームの角度偏向は、ビームの変位しない伝搬方向と同じ角度φになる。 シリンダ媒体を含んだ光ファイバを組み込んだこの構成は、トーションバー１ ０に適用されるトルクに応答してＬＥＤ１によって照射された光ビームの偏向が 行われる。 スプリット面光センサ２の検出面積は、光センサ２の検出面積を含む平面に到 達する信号光ビームの断面積全体にほぼ等しく、トーションバー１０（及びシリ ンダ）に最大限のトルクが適用されるとき、検出領域の平面のビームの断面領域 は、検出領域と検出領域の平面に到達する信号ビームの断面領域との間に、実質 的ではあるが、全体的にではなく、いずれかの方向に、重複が存在するように信 号ビームが偏向するように配置される。トルクが加えられないとき、光センサ２ の検出領域の平面のビームの断面領域は、その全体が光センサ２の検出領域に全 体的に重複することが好ましい。 本発明のこの実施例において、ＬＥＤ１と光センサ２は、第１９図に示すよう に一体のハウジングに取り付けられている。ハウジング１８はほぼＵ形状であり 、ＬＥＤ１は、Ｕ形状のハウジングの１つのアーム部分１９に取り付けられてお り、光センサ２は、第２０図に示すように、他のアーム部分２０び取り付けられ ている。光センサ２は、ハウジングによって信号ビームとは無関係の背景の光か ら遮蔽されている。 本発明の他の実施例において、ＬＥＤ１はＵ形状のハウジングのアーム部分２ ０に取り付けられており、光センサ２はアーム部分１９に取り付けられている。 すべての観点において、この実施例は本発明の実施例と同一であり、作動原理は 双方の実施例と全く同じである。 実際には、光学的に作動する媒体は、一緒に固定される数千光ファイバからは つくられず、その長さにわたって長手方向に走る極性化された層を有する円筒形 のプラスティック材料の固体部品である。このような材料は、所望の円筒形状に 一緒に溶接され直後に圧縮されたプラスティク材料の光ファイバのストランドを 押し出すことによって製造することができる。 他の実施例において、光学的に作動する媒体は、シリンダ形状のプラスティッ ク材料の固体部分であり、その表面は、長手方向に切れ目を入れられ薄いプラス ティック層でコートされる。この薄い層は、さらに薄いプラスティックの層でコ ートされ、この工程は、十分な壁厚を有する円筒形が得られるまで繰り返される 。 これらの実施例のいずれかの光学的なトルクセンサは、公知の光学的なトルク センサと関連する整合の問題を無くし、このセンサは、２組の検出領域を互いに 正確に１８０°反対側に配置する必要がないので、「２つの回転マスク」の原理 を使用して作動し、シリンダ５に関して３次元において必要な光学的な精度を小 さくする。これは、トルクセンサの出力信号のリップルを避けるために「２つの 回転マスク」タイプのセンサに必要とされる。 しかしながら、本発明によるトルクセンサにおいて、シリンダ５に対してある 量の寸法的な位置の公差を達成しなければならない。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各々が、他 の２つの軸線に垂直であり、Ｚ軸線が第１９図に示すように、中央の円筒形軸線 に平行である場合、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のＬＥＤ１または光センサ２のいずれかの位 置の変化は、光センサ２の検出領域に当たる入射光の少なくとも強度及び位置の 一方にエラーを起こし、これは測定されたトルクにエラーを起こすか、または増 幅効果を生じる。さらに、もし、ＬＥＤ１及び光センサ２が端面１３，１４の周 縁にさらに近づくように、トーションバー１０から離れるように、移動するなら ば、光センサ２のビームの断面の移動は、ＬＥＤ及び光センサがトーションバー の軸線にさらに接近するときにそれに比例して大きくなるので、ビームのさらに 大きな角度偏向を生じ、測定されたトルクの増幅を生じる。また、光センサ２へ の最大限の光の転送を保証するためにＬＥＤからの光が９０°に当たらないなら ば、センサ２に当たる入射光信号にエラーが生じる。このエラーは、円筒形の媒 体の中心に対して光送信器とセンサ２との間に生じた傾斜角によって生じる。 光センサ２に当たる入射信号光の強度及び位置の変化によるこのようなエラー は、本発明の他の実施例で克服され、他の実施例は、第１図乃至第１２図及び第 １５図乃至第１６に示したようなスプリット面センサを有する代わりに、光セン サ２は、格子マトリクスに配置された数百の光感応部材を有する格子マトリクス 光検出面を有する。各部分は、光の有無だけでなく、この領域に当たる光の強度 を検出することができる。各部品は入射信号ビーム光を検出するために最適化さ れる。このようなセンサはカスタムゲート適用特定の集積回路（ＡＳＩＣ）また は電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイから製造される。第２１図は、格子マトリク ス光センサ２′を組み込んだ光トルクセンサを示す。センサ２′は、シリンダ媒 体によって伝達されたＬＥＤからの信号ビーム光線を受けるためにシリンダ５の 端面に近いＬＥＤ１と光学的に整合する。第２１図は、トーションバー１０にト ルクが加えられない場合を示し、従って円筒形媒体にトルクが加えられず、それ らがシリンダ媒体を通って伝搬するとき、信号ビーム光線４は偏向しない。 格子マトリクスセンサ２′の表面積は、光ビームが偏向しないとき、また軸線 １１の周りに回転方向にトーションバーに最大限のトルクが加えられる結果、ビ ームが偏向したとき、センサ２′の表面の平面に伝達される信号光ビームの断面 積を受け入れるに十分な大きさである。第２２図は、ゼロのトルク及び２つの極 端なトルクの値がトーションバー１０に適用されるとき、格子マトリクスの信号 ビームの断面位置に対応した入射ビーム断面２１，２２及び２３を有する格子マ トリクスの表面積を示す。 格子マトリクス２′からの出力信号は、トルクセンサのマイクロプロセッサの 一部か、またはマイクロプロセッサの支持メモリを有するサポート電子装置に入 力される。サポート電子装置は、「パワーオフ」の状態であっても、データを記 憶し保持する能力を有する。電子装置は、トーションバー１０の入力端と出力端 との間にトルクが加えられない場合、信号光を検出していない数百の検出素子、 及び「ゼロトルク」状態で信号ビーム光を検出している検出素子に当たる光の強 度を読み出すようにプログラムされている。一方向に最大限のトルクを加え、ど の検出素子が信号ビーム光を検出しているか、及びこれらの素子によって検出さ れた光の強度を読み出すように電子装置をプログラミングすることによって、ま た、最大限のトルクを反対方向に加えるとき同じ情報を収集するように電子装置 をプログラミングすることによって、最大限のトルク及びゼロのトルクの状態で 信号ビームが格子マトリックスセンサに当たる場合を計算することができる。マ イクロプロセッサは、この記憶された情報を処理して２つの最大限のトルクの値 の間で加えられたトルクの比を計算する。 この格子マトリックスタイプのセンサ２′の利点は、ＬＥＤ１及び光センサ２ ′の少なくとも一方の位置の動き及びこのような変化から発生したトルク信号に おける増幅効果による光センサ２′の入射光の強度の変化、または入射光の位置 の変化に対して自己補償する固有の能力を有する。 本発明のさらに他の実施例において、シリンダ媒体に加えられるトルクに応じ て信号光ビームの伝搬方向に所望の変化をつくるために選択されたシリンダ媒体 の光偏向特性を使用する代わりに、シリンダ媒体として適当な光の屈折特性を有 する材料を選択することができる。材料に加えられるトルクに依存している屈折 率を有する材料を選択することによって、シリンダに加えられるトルクに応じて 信号光のビームの伝搬方向に所望の変化をつくるシリンダを製造することができ る。例えば、適当なシリンダ媒体は、（トーションバー１０を介して）トルクが シリンダ５に適用されない場合、伝搬方向に変化がないが、トルクが加えられた とき、媒体の屈折率を大きくし、第５図に原理を示したように、光センサ２の平 面に信号ビームの断面が配置されるようにシリンダを通る「トルクのない場合の 」直線通路から離れるように信号ビームを屈折させる。第９図に示すように、ビ ームの断面を移動させるために、このシリンダ媒体の屈折率は、半体方向に加え られたトルクに応じて増加しなければならず、１つのーム光線は、直線の「トル クのない場合の」通路から半体方向に屈折される。 所望の屈折率特性を有する材料は光学的に非直線的なプラスティック材料であ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．送信装置と、信号を受信するようになっている受信装置と、前記受信装置 から出力信号を受けるようになっている信号処理装置とを有し、前記受信装置か らの出力信号は、前記受信装置が受ける信号に応答するトルクセンサにおいて、 電磁放射伝達媒体を有し、前記電磁放射媒体は、前記電磁放射媒体に加えられる トルクに依存して媒体を通る電磁放射伝搬の伝搬方向を変え、ほぼ円筒形の本体 によって形成されており、前記円筒形の本体は、本体の中央軸線に配置されたト ーションバーの入力部材と出力部材との双方に取り付けられるようになっており 、前記信号処理装置は、トーションバーの入力部材と出力部材との間に適用され るトルクを指示する変形された出力信号を生じるように受信装置からの出力信号 を処理するようになっていることを特徴とするトルクセンサ。 ２．前記送信装置は、前記本体の中央軸線に沿って伝搬する電磁放射ビームを 放射するようになっており、前記受信装置は、前記信号ビームを受信するように なっている請求項１に記載のトルクセンサ。 ３．前記本体は、シリンダを有し、シリンダの２つの平行な端面から成る２つ の対向する外面を有する請求項１または２に記載のトルクセンサ。 ４．前記シリンダの壁の一部は、前記送信装置と前記受信装置との間に配置さ れている請求項３に記載のトルクセンサ。 ５．前記シリンダの壁の部分は、使用において、前記シリンダに加えられるト ルクに正比例した角度を通して電磁放射の放射信号ビームを偏向する請求項４に 記載のトルクセンサ。 ６．前記媒体は、一緒に固定されて複数の光ファイバを有する請求項３乃至５ のいずれか１項に記載のトルクセンサ。 ７．前記媒体は、シリンダの長さに沿って配置された極性化された層を有する プラスティック材料を形成する請求項３乃至５のいずれか１項に記載のトルクセ ンサ。 ８．前記媒体は、電磁波案内特性を呈する一極性の構造を有する材料から形成 されている請求項１乃至５に記載のトルクセンサ。 ９．前記媒体は、使用において、シリンダの壁の部分が、シリンダに加えられ るトルクに依存した角度を通して電磁放射の放射信号ビームを屈折するように媒 体に加えられるトルクに依存して屈折率を有する材料から形成されている請求項 ４に記載のトルクセンサ。 １０．送信装置及び受信装置は、ほぼＵ形状のハウジングに取り付けられてい る請求項１乃至９のいずれかに記載のトルクセンサ。 １１．前記受信装置は、信号ビーム放射の周波数の電磁放射を検出するために 最適化される請求項１乃至１０のいずれかに記載のトルクセンサ。 １２．前記受信装置は、等しい面積の２つの検出面を有するスプリット面セン サを有する請求項１乃至１１のいずれかに記載のトルクセンサ。 １３．前記検出面は、検出面に入射する電磁放射の強度に依存している出力信 号を生成するようになっており、前記信号処理装置は、トーションバーの入力部 材と出力部材との間に加えられるトルクに反比例している変形された出力信号を 生成するように２つの検出面からの出力信号を処理するようになっている請求項 １２に記載のトルクセンサ。 １４．前記受信装置は、格子マトリクスに配置された複数の電磁放射検出素子 を有する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のトルクセンサ。 １５．前記各検出装置は、前記検出素子に入射した電磁放射の強度を検出し、 検出した強度に依存して出力信号を生成するようになっている請求項１４に記載 のトルクセンサ。 １６．前記格子マトリクスの全体の検出面積は、前記トーションバーの入力部 材と出力部材との間にトルクが加えられないとき、及びいずれかの方向に最大限 のトルクが加えられたとき、検出素子の格子マトリクスに入射する信号ビームの 断面積を収容するために十分大きい請求項１５に記載のトルクセンサ。 １７．前記各検出部材によって生成された出力信号は、電気信号であり、前記 信号処理装置は、入力部材と出力部材との間にトルクが加えられないとき、また いずれかの方向に最大限のトルクが加えられたとき検出素子からの出力信号を処 理することによって得られるデータを記憶し、一方向に加えられたトルクと他方 向の最大限のトルクとの比を決定するために記憶されたデータを処理するように なっている電子回路を有する請求項１６に記載のトルクセンサ。 １８．前記電磁放射センサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイである請求項 １４乃至１７に記載のトルクセンサ。 １９．前記電磁放射センサは、カスタムゲート適用の特定の集積回路（ＡＳＩ Ｃ）から製造される請求項１４乃至１７に記載のトルクセンサ。 ２０．前記送信装置は発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する請求項１乃至１９の いずれかに記載のトルクセンサ。 ２１．請求項１に記載のトルクセンサを組み込んだステアリングコラムを有す る自動車用のステアリング装置。 ２２．前記ステアリングコラムはトーションバーを有する請求項２１に記載の 装置。 ２３．前記トーションバーの前記入力部材と前記出力部材は前記本体と前記ト ーションバーとの間の固定した適合を行うためにほぼ円筒形の本体の媒体に切れ 目を入れるためにスプラインのカラーを有する請求項２２に記載の装置。