• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Ein Projektionstyp-Drehcodierer besitzt eine Lichtquelle, eine Objektgitterplatte, in der ein im wesentlichen fächerförmiges Objektgitter zum Durchlassen von Licht mit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet ist, eine Drehskalenplatte, in der ein im wesentlichen fächerförmiges Skalengitter zum Durchlassen von Licht mit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet ist, und eine Fotodioden-Gitterplatte, in der ein im wesentlichen fächerförmiges, fotoempfindliches Fotodioden-Oberflächengitter mit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet ist. In der Drehskalenplatte ist ein Skalengitter 32A mit einer Gestalt und Größe ausgebildet, welche einem Lichtbild eines Objektgitters 31A entsprechend, welches auf seine Oberfläche auftrifft. In der Fotodioden-Gitterplatte ist ein fotoempfindliches Fotodioden-Oberflächengitter 33A mit einer Gestalt und Form ausgebildet, die einem auf seiner Oberfläche auftreffenden Lichtbild des Skalengitters 32A entsprechen.
    公开号:DE102004010206A1
    申请号:DE200410010206
    申请日:2004-03-02
    公开日:2004-09-30
    发明作者:Yoshinori Ito；Sadaharu Kanamori；Muneo Mitamura
    申请人:Harmonic Drive Systems Inc；
    IPC主号:G01D5-347
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft einen Projektionstyp-Drehcodierer(Drehwinkelgeber), der auf einem Dreifachgitterkonzept beruht. Insbesonderebetrifft die Erfindung einen Projektionstyp-Drehcodierer, bei demeine Verschlechterung der Detektorsignalausgabe und des Rauschabstandsverhindert werden kann durch zweckmäßige Ausgestaltung der Form derGitter.
    [0002] Herkömmliche optische Codierer umfassen Parallelschlitz-Codiererund Projektionstyp-Codierer, die auf einem Dreifachgitterkonzeptberuhen. Bei einem Parallelschlitz-Codierer, beispielsweise einem Transmissionscodierer,sind gemäß 1 eine Lichtquelle 1,eine Hauptskalenplatte 2 und eine Fotodioden-Gitterplatte 3 indieser Reihenfolge angeordnet. Die durch das Skalengitter 2a derHauptskalenplatte 2 und das fotoempfindliche Oberflächengitter 3a der Fotodioden-Gitterplatte 3 hindurchtretendeLichtenergie schwankt abhängigvon dem relativen Versatz der Hauptskalenplatte 2 gegenüber derFotodioden-Gitterplatte 3. Ausgegeben wird ein angenähert sinusförmiges elektrischesSignal aus den Fotodioden, die aus der Fotodioden-Gitterplatte 3 gebildet sind.Wenn ein Gitter-Mittenabstand verkleinert wird, um die Auflösung zuvergrößern, mussder Abstand g zwischen der Hauptskalenplatte 2 und derFo todioden-Gitterplatte 3 verkleinert werden, da das Licht aufgrundder Beugung aufhört,sich geradlinig auszubreiten.
    [0003] Im Gegensatz dazu verwendet ein Projektionstyp-CodiererBeugung und Interferenz mit nicht-kohärentem Licht anstelle von kohärentem Licht,wie dies ein Laser liefert. Aus diesem Grund lässt sich eine hohe Auflösung ohnedas Erfordernis erreichen, bei der Konstruktion der optischen Elementeund des optischen Systems hohe Genauigkeit aufzuwenden. Ein Projektionstyp-Codierer,beispielsweise ein Transmissions-Codierer, ist gemäß 2 beispielsweise aufgebautaus einer Lichtquelle 4, einer Objektgitterplatte 5,einer Hauptskalenplatte 6 und einer Fotodioden-Gitterplatte 7,die in dieser Reihenfolge angeordnet und derart eingestellt sind,dass der Abstand zwischen der Objektgitterplatte 5 und derHauptskalenplatte 6 so groß ist wie der Abstand zwischender Hauptgitterplatte 6 und der Fotodioden-Gitterplatte 7.Ein charakteristisches Merkmal dieses Projektionstyps-Codierersbesteht darin, dass selbst dann, wenn ein Abstand g zwischen derObjektgitterplatte 5 und der Hauptskalenplatte 6 groß ist, derMittenabstand eines Lichtbilds, welches durch ein Objektgitter 5a inder Objektgitterplatte 5 und eine auf der Hauptskalenplatte 6 gebildeteHauptskala 6a hindurch tritt, unverändert bleibt.
    [0004] Speziell im Fall des Parallelschlitz-Systems, seies vom Transmissionstyp oder vom Reflexionstyp, wird, wenn der Abstandg zwischen den Gittern zunimmt, das Bild des durch die Hauptskalenplatte 2 hindurchgetretenenLichts gespreizt, und es nimmt der Mittenabstand des an der Fotodioden-Gitterplatte 3 reflektiertenBilds zu, demzufolge der Mittenabstand des an dem fotoempfindlichenOberflächengitter 3a derFotodioden-Gitterplatte 3 reflektierten Bilds nicht mehr übereinstimmtmit dem Mittenabstand des Gitters 2a der Hauptskalenplatte 2.Bei dem Projektionstyp-Codierer, und zwar sowohl beim Transmissionstypals auch beim Reflexionstyp, ist der Mittenabstand des an dem fotoempfindlichenOberflächengitter 7a derFotodioden-Gitterplatte 7 reflektierten Bilds gleich demMittenabstand des Objektgitters 5a und der Hauptskala 6a,selbst dann, wenn der Abstand größer wird.
    [0005] Andererseits umfassen optische CodiererLinearcodierer zum Ermitteln einer Strecke oder einer Geschwindigkeiteines linearen Bewegungshubs eines Objekts, während Drehcodierer einen Winkel undeine Drehstellung oder eine Drehgeschwindigkeit eines sich bewegendenObjekts erfassen. 3 zeigtden Aufbau eines herkömmlichenbekannten Parallelschlitz-Transmissions-Drehcodierers. Von einerLichtquelle 11, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode,emittiertes Licht gelangt durch eine Hauptskalenplatte 13,die koaxial an einer Achse 12 fixiert ist, und läuft durcheine Indexgitterplatte 14, die gegenüber liegend einem Skalengitter 13a derSkalengitterplatte 13 angeordnet ist, um auf ein Lichtempfangselement 15,z.B. eine Fotodiode, aufzutreffen. Weil sich die relative Überlagerungvon Skalengitter 13a und Indexgitter 14a entsprechendder Drehung des Skalengitters 13a ändert, wird die durch die Gitterhindurchtretende Lichtenergie in eine im wesentlichen sinusförmige Wellenformumgewandelt, wobei die Änderungdes Drehwinkels dadurch ermittelt werden kann, dass man diese Änderungder Lichtenergie mit einem Lichtempfangselement detektiert.
    [0006] In diesem Fall ist gemäß 4 sowohl bei einem Parallelschlitz-als auch bei einem Projektionstyp-Drehcodierer optischer Bauartdie Form eines Skalengitters 21a einer Hauptskalenplatte 21 imGroßenund Ganzen fächerförmig ausgestaltet,und zwar auf der Grundlage von Radiallinien, die sich ausgehendvon einer Mitte der Hauptskalenplatte 21 erstrecken, wenndiese Platte ein kreisförmigesProfil besitzt. Ein Indexgitter 22a einer Indexgitterplatte 22 ist inder Weise konfiguriert, dass das Skalengitter 21a in einerRichtung rechtwinklig zur Oberflächedes Gitters projiziert wird. Das eigentliche Indexgitter ist derartangeordnet, dass vier Gruppen von Gitterelementen um ¼ einesMittenabstands versetzt sind, um differenziell A- und B-Phasensignalezu detektieren, wobei allerdings in 4 nureine dieser Gruppen schematisch dargestellt ist.
    [0007] Ein Beispiel für einen Projektionstyp-Codiererist z.B, in der JP-A2000-321097 dargestellt.
    [0008] Wenn allerdings bei einem Projektionstyp-Drehcodiererdie Gitter mit gleicher Fächerform undgleichem Winkelabstand ausgebildet sind, wie es der Fall beim Parallelschlitz-Typdes Codierers ist, so nimmt die Ausgangsleistung des Detektorsignals ab,und es besteht die Gefahr eines verminderten Rauschabstands. Wenninsbesondere beim Projektionstyp-Drehcodierer die Lichtquelle nahezueine Punktlichtquelle ist, die diffuses Licht abgibt, so dehnt sichdas Lichtbild, welches durch die Gitter hindurchtritt, unabhängig voneiner Änderungdes Mittenabstands des Bilds vertikal und horizontal aus. Eine diesbezügliche Darstellungbefindet sich in 5. Wiein 5(a) dargestelltist, bildet, weil ein Mittenabstand p des rechtwinkligen Skalengittersin der Hauptskalenplatte an jedem Teil des Gitters bei einem linearenTyp konstant ist, das Durchtritts-Lichtbild ein Rechteck gleicherBreite, und der Mittenabstand p ist in jedem Teil gleichförmig. ImFall eines Drehcodierers jedoch hat das Gitter die Form eines Fächers, demzufolgeder Gitter-Mittenabstand am äußeren Umfangam größten ist,zum Innenumfang hin allmählichkleiner wird und schließlicham Innenumfang am kleinsten ist.
    [0009] Beim Projektionstyp-Codierer bleibendie Mittenabständeder Lichtbilder 31, 32 und 33 so langegleich, bis das von der Lichtquelle emittierte Licht durch die Objektgitterplatteund die Hauptskalenplatte hindurchtritt und das Fotodiodengittererreicht, wie in 5(b) gezeigtist. Weil das Gitter fächerförmig gestaltetist, ist außerdemder Mittenabstand am Außenumfangmit einem Mittenabstandswert p1 am größten, nimmt in Richtung derMittel allmählichab und ist an der Stelle des Innenumfangs mit einem Mittenabstandswertp2 am kleinsten. Im Ergebnis ist der Radius eines durch das Objektgitterhindurchtretenden Lichtbilds 31 kleiner als der Radiusdes durch das Hauptskalengitter hindurchtretenden Lichtbilds 32,und ein Radius des auf dem Fotodiodengitter gebildeten Lichtbilds 33 istgrößer alsder Radius des durch das Hauptskalengitter hindurchgehenden Lichtbilds 32.
    [0010] Bei einem herkömmlichen Projektionstyp-Drehcodierer(Rotortyp) haben die Gitter die gleiche Fächerform und sind in gleichenWinkelabständenangeordnet, ohne Berücksichtigungder oben erläutertenGesichtspunkte. Aus diesem Grund geht ein Teil des von dem Objektgitterhindurchgelassenen Lichtbilds verloren, wenn das Bild durch das Hauptskalengitterhindurchtritt, auch dann, wenn das Objektgitter und das Hauptskalengittereinen Drehwinkel einnehmen, der vollständige Überlagerung garantiert, sodass es zu einem Zustand kommen kann, in welchem ein Teil des durchdas Hauptskalengitter hindurchgelangenden Lichtbilds von dem Fotodiodengitternicht erfasst wird. Im Ergebnis verringert sich die Ausgangsleistungdes Detektorsignals und mithin der Rauschabstand, weil die von derFotodiode aufgenommene Lichtenergie verringert wird.
    [0011] Das gleiche Phänomen ergibt sich bei einem in 6 dargestellten reflektierendenProjektionstyp-Drehcodierer. Insbesondere gelangt Licht von der Lichtquelle 41 durchein Objektgitter 42a, welches in der Mitte einer Gitterplatte 42 ausgebildetist, wird von dem Skalengitter 43a einer Skalengitterplatte 43 reflektiertund auf ein fotoempfindliches Fotodioden-Oberflächengitter 44a fokussiert,welches oberhalb und unterhalb des Objektgitters 42a inder Gitterplatte 42 ausgebildet ist. Wenn also bei Betrachtungvon der Mitte des Skalengitters 43 aus das Licht in radialerRichtung von der Mitte in Richtung des Außenumfangs durchgelassen wirdoder vom Außenumfangin Richtung der Mitte durchgelassen wird, ergibt sich ein verringertesDetektorsignal sowie ein verringerter Rauschabstand aufgrund desLichtverlusts, der dann entsteht, wenn das Objektgitter 42a, dasSkalengitter 43a und das Fotodiodengitter 44a jeweilsmit gleicher Fächerformbei gleichem Winkelabstand ausgebildet sind.
    [0012] 7 zeigtein Lichtbild, das auf der Skalengitterplatte 43 gebildetwird, außerdemein Lichtbild, welches auf dem fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitter 44a gebildetwird, wenn das Objektgitter 42a die Form eines Fächers hat.In der Figur gelangt von der Lichtquelle 41 abgegebenes Lichtdurch das Objektgitter 42a, wird an dem Skalengitter 43a reflektiertund wird auf das Fotodiodengitter 44a fokussiert. Dabeistreift Licht, welches durch die Punkte b1 und b2 des Objektgitters 42a geht,die Punkte a1' unda2'. Auf die gleicheWeise streift das Licht, welches durch die Punkte c1 und c2 geht,die Punkte b1' undb2', Licht von denPunkten d1 und d2 streift die Punkte e1' und e2', und Licht von den Punkten e1 und e2streift Punkte f1' undf2'. Hieraus istersichtlich, dass, wenn das Objektgitter 42a die Form einesFächershat, das auf der Fotodioden-Gitterplatte 44 erzeugte Bildeine Form hat, welche Punkte a1', b1', b2', a2', e1', f1', f2' und e2' umfasst, und nichtdie Form eines Fächers,der sich von der Mitte des Skalengitters 43a aus in radialerRichtung erstreckt. Dies führtzu einer Tendenz in Richtung geringerer Signalstärke und geringeren Rauschabstands.Außerdem istin der Figur die Lichtquelle durch Licht veranschaulicht, welchesin einem Emissionswinkel divergiert, wobei allerdings der Fokussierzustandzur Vereinfachung der Darstellung ausgehend von kollimiertem Lichtdargestellt ist.
    [0013] Im Hinblick auf das oben Gesagteist es ein Ziel der Erfindung, einen Projektionstyp-Drehcodiereranzugeben, der in der Lage ist, eine Verringerung der Detektorsignal-Ausgangsleistungund des Rauschabstands durch passende Konfigurierung der Form derGitter zu verhindern oder zu minimieren.
    [0014] Die vorliegende Erfindung betriffteinen Projektionstyp-Drehcodierer mit einer Lichtquelle, einer Objektgitterplatte,in der ein im wesentlichen fächerförmiges Objektgitterzum Durchlassen von Licht mit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtungangeordnet ist, einer Hauptskalenplatte, in der ein im wesentlichenfächerförmiges Skalengitterzum Durchlassen von Licht mit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtungangeordnet ist, und einer Fotodioden-Gitterplatte, in der ein inim wesentlichen fächerförmiges fotoempfindlichesFotodioden-Oberflächengittermit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet ist,wobei das von der Lichtquelle kommende Licht durch das Objektgitter unddie Hauptskalenplatte hindurchtritt und von dem fotoempfindlichenFotodioden-Oberflächengitteraufgenommen wird; wobei die Hauptskalenplatte das Skalengitter miteiner Form und Größe ausgebildet hat,die einem Lichtbild des auf eine Oberfläche von ihm fallenden Skalengittersentspricht und die Fotodioden-Gitterplatte ein fotoempfindlichesFotodioden-Oberflächengittermit einer Form und einer Größe aufweist,die einem Lichtbild des Skalengitters entsprechen, welches auf seineOberflächeauftrifft.
    [0015] Form und Lage der einzelnen Gitterlassen sich folgendermaßenfestlegen: Es wird durch ein Zentrum einer Hauptskalenplatte eineeinzige Radiallinie gezo gen. Eine Außenumfangsseite des Skalengitterswird so eingerichtet, dass sie die gleiche Breite besitzt wie dieAußenumfangsseitedes Objektgitters, und wird an einer Stelle positioniert, an derdie Außenumfangsseitedes Objektgitters entlang der Radiallinie um ein erstes Stück parallelnach außenverschoben ist. In ähnlicherWeise wird eine Außenumfangsseitedes fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitters so eingerichtet,dass sie die gleiche Breite besitzt wie die Außenumfangsseite des Objektgitters,und sie wird an einer Stelle positioniert, an der die Außenumfangsseitedes Objektgitters entlang der Radiallinie um ein doppelt so großes Stück wie dererste Abstand und parallel nach außen bewegt ist.
    [0016] Andererseits wird eine Innenumfangsseite desSkalengitters so eingerichtet, dass sie die gleiche Breite besitztwie die Innenumfangsseite des Objektgitters, und wird an einer Stellepositioniert, an der die Innenumfangsseite des Objektgitters entlangder radialen Richtung um das erste Stück parallel nach innen bewegtist. Eine Innenumfangsseite des fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitterswird so eingerichtet, dass sie die gleiche Breite besitzt wie dieInnenumfangsseite des Objektgitters, und wird an einer Stelle positioniert,an der die Innenumfangsseite des Objektgitters entlang der radialenRichtung um ein doppelt so großesStück wiedas erste Stückparallel nach innen bewegt ist.
    [0017] Dann werden die beiden Enden derAußenumfangsseitedes Skalengitters mit entsprechenden Enden der Innenumfangsseitedes Gitters durch Geraden verbunden, so dass das erwünschte Skalengittererhalten wird. In ähnlicherWeise werden die beiden Enden der Außenumfangsseite des fotoempfindlichenFotodioden-Oberflächengittersmit entsprechenden Enden der Innenumfangsseite durch Geraden verbunden,so dass das angestrebte fotoempfindliche Fotodioden-Oberflächengittergewonnen wird. Die vorliegende Erfindung lässt sich auch bei einem reflektierendenProjektionstyp-Drehcodierer anwenden. Erfindungsgemäß wird einreflektierender Projektionstyp-Drehcodierer geschaffen, welcher aufweist:eine Lichtquelle, eine Hauptskalenplatte, in der ein Skalengitteraus einem im wesentlichen fächerförmigen,reflektierenden Gitter zum Reflektieren von Licht mit konstantenWinkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet ist, und eine Gitterplatte, diesich zwischen der Lichtquelle und der Hauptskalenplatte befindet,und außerdemin dem dem Skalengitter gegenüberliegendenTeil der Gitterplatte aufweist; wobei ein im wesentlichen fächerförmiges Objektgitterzum Durchlassen von Licht in einem Teil der Gitterplatte ausgebildetist, der dem Skalengitter gegenüberliegt, undin konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet ist,und ein im wesentlichen fächerförmiges,fotoempfindliches Fotodioden-Oberflächengitter an einer radial außen gelegenenStelle des Objektgitters und/oder an einer radial innen gelegenenStelle davon ausgebildet und in konstanten Winkelintervallen inUmfangsrichtung angeordnet ist, und wobei das Skalengitterder Hauptskalenplatte so ausgebildet ist, dass es eine Form undeine Größe besitzt,die einem Lichtbild des auf seiner Oberfläche auftreffenden Objektgittersentsprechen, und das fotoempfindliche Fotodioden-Oberflächengitter derGitterplatte so ausgebildet ist, dass es eine Form und eine Größe besitzt,die einem reflektierten Lichtbild des Skalengitters entsprechen,welches auf seine Oberflächeauftrifft.
    [0018] Form und Lage der Gitter lassen sichauch in diesem Fall folgendermaßenfestlegen: Zunächstwird durch die Mitte einer Hauptskalenplatte eine einzelne Radialliniegezogen. Eine Außenumfangsseitedes Skalengitters wird so eingestellt, dass sie die gleiche Breitehat wie eine Außenumfangsseitedes Objektgitters, und wird an einer Stelle positioniert, an derdie Außenumfangsseitedes Objektgitters entlang der Radiallinie parallel um ein erste Stück nachaußenbewegt wird. In ähnlicherWeise wird eine Außenumfangsseitedes fotoempfindlichen Foto- dioden-Oberflächengitters so eingestellt,dass sie die gleiche Breite hat wie die Außenumfangsseite des Objektgitters,und wird an einer Stelle positioniert, an der die Außenumfangsseitedes Objektgitters entlang der Radiallinie um ein doppelt so großes Stück wie daserste Stückentlang der Radiallinie parallel nach außen bewegt wird.
    [0019] Andererseits wird eine Innenumfangsseite desSkalengitters so eingestellt, dass sie die gleiche Breite hat wiedie Innenumfangsseite des Objektgitters, und wird an einer Stellepositioniert, an welcher die Innenumfangsseite des Objektgittersentlang der radialen Richtung um das erste Stück parallel nach innen bewegtwird. Eine Innenumfangsseite des fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitterswird so eingestellt, dass sie die gleiche Breite hat wie die Innenumfangsseitedes Objektgitters, und wird an einer Stelle positioniert, an derdie Innenumfangsseite des Objektgitters entlang der radialen Richtungum ein doppelt so großesStück wiedas erste Stückparallel nach innen bewegt wird.
    [0020] Dann werden beide Enden der Außenumfangsseitedes Skalengitters mit entsprechenden Enden seiner Innenumfangsseitedurch Geraden verbunden, so dass das gewünschte Skalengitter gewonnenwird. In ähnlicherWeise werden beide Enden der Außenumfangsseitedes fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengittersmit entsprechenden Enden der Innenumfangsseite über gerade Linien verbunden,so dass das angestrebte fotoempfindliche Fotodioden-Oberflächengittergewonnen wird.
    [0021] 1 istein Diagramm, welches einen herkömmlichenoptischen Parallelschlitz-Codierer veranschaulicht;
    [0022] 2 istein Diagramm, welches einen herkömmlichenoptischen Projektionstyp-Codierer veranschaulicht;
    [0023] 3 istein Diagramm, welches einen herkömmlichenParallelschlitz-Drehcodierer veranschaulicht;
    [0024] 4 istein Diagramm, welches die Form von Gittern in einem Drehcodiererveranschaulicht;
    [0025] 5(a) istein Diagramm, welches ein Lichtbild eines Projektionstyp-Linearcodierersveranschaulicht;
    [0026] 5(b) istein Diagramm eines Lichtbilds in einem Projektionstyp-Drehcodierer;
    [0027] 6 istein Diagramm eines reflektierenden Projektionstyp-Drehcodierers;
    [0028] 7 istein Diagramm, welches die Form eines Lichtbilds veranschaulicht,welches von einer Fotodiode in dem in 6 gezeigtenProjektionstyp-Drehcodiererempfangenwird;
    [0029] 8 istein Diagramm der Form der Gitter in einem reflektierenden Projektionstyp-Drehcodierer,bei dem die folgende Erfindung angewendet wird;
    [0030] 9 istein Diagramm der Prozedur zum Definieren der Form der Gitter indem in 8 gezeigten Projektionstyp-Drehcodierer;
    [0031] 10 istein Diagramm zum Veranschaulichen der Prozedur, mit der die Formder Gitter in dem in 8 gezeigtenProjektionstyp-Drehcodierer definiert wird; und
    [0032] 11 istein Diagramm, welches die Form der Gitter in einem Projektionstyp-Drehcodierer für den Fallveranschaulicht, dass die Lichtquelle eine kollimierte Lichtquelleist.
    [0033] Anhand der Figuren werden nun Ausführungsformeneines erfindungsgemäßen Projektionstyp-Drehcodierersbeschrieben.
    [0034] Der Grundaufbau eines Transmissions-Projektionstyp-Drehcodierersdieser Ausführungsform istder gleiche wie der des in 2 gezeigtenherkömmlichenTransmissions-Projektionstyp-Drehcodierers. Die besonderen Merkmaleder vorliegenden Ausführungsformliegen in der Form und der relativen Lage eines Objektgitters, einesSkalengitters und eines fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitters.Damit kann auf die Erläuterungdes Grundaufbaus des Projektionstyp-Drehcodierers dieser Ausführungsformverzichtet werden, so dass im Folgenden lediglich die besonderenMerkmale dieser Ausführungsformerläutertwerden.
    [0035] Bei der vorliegenden Ausführungsformwerden Form und Lage der Gitter in der in 5(b) dargestellten Art eingerichtet.Als Erstes wird ein fächerförmiges Skalengitter 32A inder kreisscheibenförmigenHauptskalenplatte 6 in vorbestimmten Winkelintervallenausgebildet, basierend auf Radiallinien, die ausgehend von der Mitte 30 derHauptskalenplatte 6 gezogen sind.
    [0036] Unter den Radiallinien wird eineeinzelne Radiallinie L1 ausgewählt.Eine Außenumfangsseite 321 desSkalengitters 32A wird entlang der ausgewählten RadiallinieL1 parallel um eine vorbestimmte erste Strecke D1/2 nach außen bewegt,um dadurch zu einer Stelle zu gelangen, an der die Außenumfangsseite 331 desfotoempfindlichen Oberflächengitters 33A derFotodioden-Gitterplatte 7 platziert wird. Eine Innenumfangsseite 322 desSkalengitters 32A wird entlang der ausgewählten LinieL1 um die gleiche Strecke D1/2 parallel nach innen bewegt, und eswird eine Position erhalten, an der die Innenumfangsseite 332 desfotoempfindlichen Oberflächengitters 33A platziertwird. Beide Enden der Außenumfangsseite 331 werdenmit entsprechenden beiden Enden der Innenumfangsseite 332 durchGeraden verbunden, so dass das angestrebte fotoempfindliche Oberflächengitter 33A definiertist.
    [0037] In der gleichen Weise wird, die Außenumfangsseite 321 desSkalengitters 32A entlang der Radiallinie L1 parallel umdie gleiche Distanz D1/2 nach innen bewegt, und es wird eine Positionerhalten, an der die Außenumfangsseite 311 einesObjektgitters 31A der Objektgitterplatte 5 platziertwird. Außerdem wirddie Innenumfangsseite 322 des Skalengitters 32A entlangder Radiallinie L1 um die gleiche Distanz D1/2 parallel nach innenbewegt, und es wird eine Position erhalten, bei der eine Innenumfangsseite 312 desObjektgitters 32A platziert wird. Beide Enden der Außenumfangsseite 311 werdenmit entsprechenden beiden Enden der Innenumfangsseite 312 durchGeraden verbunden, so dass das angestrebte Objektgitter 31A definiertist.
    [0038] Bei dem Projektionstyp-Drehcodierermit dem Skalengitter 32A, dem fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitter 33A undeinem Objektgitter 31A, die in der beschriebenen Weiseausgebildet sind, sind an einander entsprechenden Stellen Gitter miteiner Form ausgebildet, die einem durch jedes der Gitter erzeugtenLichtbild entspricht. Deshalb nimmt die von den Fotodioden aufgenommeneLichtenergie nicht ab, so dass es möglich ist, einen Ausgangsleistungsabfalldes Detektorsignals oder eine Abnahme des Rauschabstands zu verhindernoder doch zu reduzieren.
    [0039] Im Folgenden wird eine Ausführungsformeines reflektierenden Projektionstyp-Drehcodierers gemäß der Erfindungbeschrieben.
    [0040] Der Gesamtaufbau des reflektierendenProjektionstyp-Drehcodierers ist der gleiche wie der in 6 dargestellte herkömmlicheAufbau, allerdings sind ein Objektgitter 42a und ein oberessowie ein unteres fotoempfindliches Fotodioden-Oberflächengitter 44a (oben)und 44a (unten) in der in 8 gezeigtenWeise ausgebildet.
    [0041] Im Folgenden wird anhand der 9 und 10 ein Beispiel eines Verfahrens zurAusgestaltung der Gitter beschrieben. Zunächst wird ein Radius R der Hauptskalenplatte 43 definiert(9(a)). Die Länge unddie Breite der fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitter 44a (oben)und 44a (unten) werden dann ebenso wie die Länge unddie Breite des Objektgitters 42a definiert (9(b)). Die Kreise C1 undC4 in 10 definierendas am Außenumfangbzw. am Innenumfang gelegene fotoempfindliche Oberflächengitter 44a (oben)bzw. 44a (unten), und die Kreise C11 und C12 definierendas Objektgitter 42a.
    [0042] Dann werden Skalenlinien mit konstanten Winkelintervallenradial ausgehend von der Mitte der Hauptskalenplatte 43 derartgezogen, dass sie mit der Breite des Skalengitters 43a übereinstimmen, dasin der Hauptskalenplatte 43 auszubilden ist, wie aus 10 hervorgeht, und für ein Paarbenachbarter Skalenlinien L11(1) und L11(2) wirdeine Mittellinie L10 (Radiallinie) gezogen.
    [0043] Ein Mittelpunkt B wird dann auf derSkalenlinie L11(1) zwischen dem Umkreis C1 des Objektgitters 42a unddem Umkreis C11 des oberen fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitters 44a (oben) platziert.
    [0044] Ein Liniensegment L13 parallel zurMittellinie L10 wird ausgehend vom Mittelpunkt B gezogen, sein Schnittpunktmit dem Umkreis C1 des fotoempfindlichen Oberflächengitters wird mit C bezeichnet,und sein Schnittpunkt mit dem Umkreis C11 des Objektgitters wirdmit A bezeichnet. In der gleichen Weise werden parallele Linienvon den Mittelpunkten E, K und H gezogen, und es werden Punkte D,F, L, J, G und I definiert.
    [0045] Dann wird von dem Punkt C bis zumPunkt J ein Liniensegment L14 gezogen. In der gleichen Weise wirdvom Punkt D bis zum Punkt I ein Liniensegment L15 gezogen. Außerdem wirdein Liniensegment L16 vom Punkt A zum Punkt L gezogen, und es wirdein Liniensegment L17 vom Punkt F zum Punkt G gezogen. Auf dieseWeise wird die Form des Objektgitters 42a durch PunkteA, F, G und L definiert, und die Form des Skalengitters 43a wirddefiniert durch Punkt B, E, F, G, H, K, L und A; die Form des fotoempfindlichenOberflächengitters 44a (oben) auf derAußenumfangsseitewird definiert durch Punkte C, D, F und A; und die Form des fotoempfindlichen Oberflächengitters 44a (unten)auf der Innenumfangsseite wird durch Punkte G, I, J und L definiert.
    [0046] Die erforderliche Anzahl von Elementendes Objektgitters 42a und des oberen und des unteren fotoempfindlichenOberflächengitters 44a (oben)und 44a (unten) werden in der gleichen Weise auf der linken undder rechten Seite der Mittellinie L10 gebildet. Im Ergebnis wirdeine Gitterform erhalten, wie sie in 8 dargestelltist.
    [0047] Bei dem reflektierenden Projektionstyp-Drehcodierersder vorliegenden Ausführungsformwerden ebenfalls Gitter mit einer Form in entsprechenden Positionengebildet, welche dem Lichtbild entspricht, welches durch jedes Gittererhalten wird, so dass es möglichist, jeglichen Verlust der von den Fotodioden aufgenommenen Lichtenergiezu vermeiden. Eine verringerte Detektorsignal-Ausgangsstärke lässt sich ebenso vermeiden wieein verringerter Rauschabstand.
    [0048] Wenn ein Objekt, welches kollimiertesLicht abgibt, als Lichtquelle bei einem reflektierenden Projektionstyp-Drehcodierereingesetzt wird, stimmen die Formen der Objektgitter, Skalengitterund fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitter miteinander überein,demzufolge die Gitter dadurch gebildet werden können, dass man die gleichefächerförmige Umrissliniein paralleler Weise zum Außenumfangund zum Innenumfang hin entlang einer einzigen Mittellinie L10 verschiebenkann, die durch die Mitte der Hauptskalenplatte verläuft, wieaus 11 ersichtlich ist.
    [0049] Auch bei den obigen Ausführungsformen sinddas Objektgitter und das fotoempfindliche Oberflächengitter basierend auf demfächerförmigen Skalengitterauf der Hauptskalenplatte definiert. Stattdessen kann zunächst dasObjektgitter oder das fotoempfindliche Oberflächengitter gebildet werden,und dementsprechend kann dann der Rest der Gitter ausgebildet werden.
    [0050] Anstatt das Skalengitter in der in 10 dargestellten Weise auszubilden,besteht die Möglichkeit,das Gitter mit einer einfacheren Fächerstruktur anzunähern, welchediese Form beinhaltet.
    [0051] Wie oben beschrieben wurde, werdenbei dem erfindungsgemäßen Projektionstyp-Drehcodiererein Objektgitter, ein Skalengitter und ein fotoempfindliches Fotodioden-Oberflächengitterin der Weise geformt, dass ihre Gestalten den tatsächlich entstehendenLichtbildern an solchen Positionen entsprechen, an denen diese Bildertatsächlichentstehen.
    [0052] Weil also der Verlust der von denFotodioden aufgenommenen Lichtenergie unterdrückt oder minimiert werden kann,lässt sichauch eine verringerte Detektorsignal-Ausgangsleistung sowie einreduzierter Rauschabstand verhindern oder minimieren, im Gegensatzzudem Fall, dass Gitter gleicher Fächerform an entsprechendenPositionen auf jeder Platte in gleicher Weise wie bei einer Parallelschlitz-Anordnungausgebildet werden.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Projektionstyp-Drehcodierer, mit einer Lichtquelle,einer Objektgitterplatte, in der ein im wesentlichen fächerförmiges Objektgitterzum Durchlassen von Licht mit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtungausgebildet ist, einer Hauptskalenplatte, in der ein im wesentlichenfächerförmiges Skalengitterzum Durchlassen von Licht mit konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtungangeordnet ist, und einer Fotodioden-Gitterplatte, in der ein imwesentlichen fächerförmiges,fotoempfindliches Fotodioden-Oberflächengitter mit konstanten Winkelintervallenin Umfangsrichtung angeordnet ist, wobei von der Lichtquelle abgegebenesLicht durch das Objektgitter und die Hauptskalenplatte hindurchtrittund von dem fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitter empfangen wird,wobei die Hauptskalenplatte das Skalengitter mit einer Formund einer Größe ausgebildethat, die einem Lichtbild des Objektgitters entspricht, welches auf eineOberflächevon ihm auftrifft; und die Fotodioden-Gitterplatte ein fotoempfindlichesFotodioden-Oberflächengittermit einer Form und einer Größe aufweist,die einem Lichtbild des Skalengitters entsprechen, welches auf seineOberflächeauftritt.
    [2] Projektionstyp-Drehcodierer nach Anspruch 1, beidem eine Außenumfangsseitedes Skalengitters so eingestellt ist, dass es die gleiche Breitewie eine Außenumfangsseitedes Objektgitters besitzt und an einer Stelle positioniert ist,an der die Außenumfangsseite desObjektgitters entlang einer Radiallinie um ein vorbestimmtes Stück nachaußenbewegt ist, wobei die Radiallinie durch die Mitte der Hauptskalenplatteverläuft, eineAußenumfangsseitedes fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitters so eingestelltist, dass sie die gleiche Breite hat wie die Außenumfangsseite des Objektgitters,und an einer Stelle positioniert ist, an welcher die Außenumfangsseitedes Objektgitters um ein doppelt so großes Stück wie das erste Stück entlangder Radiallinie parallel nach außen bewegt ist, eine Innenumfangsseitedes Skalengitters so eingestellt ist, dass es die gleiche Breitehat wie die Innenumfangsseite des Objektgitters, und an einer Stelle positioniertist, an der die Innenumfangsseite des Objektgitters um das ersteStück inradialer Richtung parallel nach innen bewegt ist, und eineInnenumfangsseite des fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengittersso eingestellt ist, dass es die gleiche Breite besitzt wie die Innenumfangsseite desObjektgitters, und an einer Stelle positioniert ist, an der dieInnenumfangsseite des Objektgitters um ein doppelt so großes Stück wie daserste Stückentlang der radialen Richtung parallel nach innen bewegt ist.
    [3] Reflektierender Projektionstyp-Drehcodierer, miteiner Lichtquelle, einer Hauptskalenplatte, in der ein Skalengitter,bestehend aus einem im wesentlichen fächerförmigen, reflektierenden Gitterzum Reflektieren von Licht in konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtungangeordnet ist, und einer Gitterplatte zwischen der Lichtquelleund der Hauptskalenplatte, und mit außerdem in dem Teil der Gitterplatte,der der Skalenplatte gegenüberliegt,wobei ein im wesentlichen fächerförmiges Objektgitterzum Durchlassen von Licht in einem Teil der Gitterplatte, wo dasSkalengitter gegenüberliegt,ausgebildet und in konstanten Winkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnetist, ein im wesentlichen fächerförmiges fotoempfindlichesFotodioden-Oberflächengitteran einer radial außengelegenen Stelle des Objektgitters und/oder an einer radial innengelegenen Stelle des Objektgitters ausgebildet und in konstantenWinkelintervallen in Umfangsrichtung angeordnet ist, das Skalengitterder Hauptskalenplatte so ausgebildet ist, dass es eine Form undeine Größe besitzt,die einem Lichtbild des Objektgitters entsprechen, welches auf seineOberflächefällt,und das fotoempfindliche Fotodioden-Oberflächengitter der Gitterplattederart ausgebildet ist, dass es eine Gestalt und eine Größe hat,die der Gestalt und Größe einesreflektierten Lichtbilds des Skalengitters entsprechen, welchesauf seine Oberflächeauftrifft.
    [4] Projektionstyp-Drehcodierer nach Anspruch 3, beidem eine Außenumfangsseitedes Skalengitters so eingestellt ist, dass es die gleiche Breitewie eine Außenumfangsseitedes Objektgitters besitzt und an einer Stelle positioniert ist,an der die Außenumfangsseite desObjektgitters entlang einer Radiallinie um ein vorbestimmtes Stück nachaußenbewegt ist, wobei die Radiallinie durch die Mitte der Hauptskalenplatteverläuft, eineAußenumfangsseitedes fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengitters so eingestelltist, dass sie die gleiche Breite hat wie die Außenumfangsseite des Objektgitters,und an einer Stelle positioniert ist, an welcher die Außenumfangsseitedes Objektgitters um ein doppelt so großes Stück wie das erste Stück entlangder Radiallinie parallel nach außen bewegt ist, eine Innenumfangsseitedes Skalengitters so eingestellt ist, dass es die gleiche Breitehat wie die Innenumfangsseite des Objektgitters, und an einer Stelle positioniertist, an der die Innenumfangsseite des Objektgitters um das ersteStück inradialer Richtung parallel nach innen bewegt ist, und eineInnenumfangsseite des fotoempfindlichen Fotodioden-Oberflächengittersso eingestellt ist, dass es die gleiche Breite besitzt wie die Innenumfangsseite desObjektgitters, und an einer Stelle positioniert ist, an der dieInnenumfangsseite des Objektgitters um ein doppelt so großes Stück wie daserste Stückentlang der radialen Richtung parallel nach innen bewegt ist.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    CN100365433C|2008-01-30|扫描测距仪
    RU2548936C2|2015-04-20|Отражательный энкодер, серводвигатель и сервоузел
    CN100406853C|2008-07-30|光学式旋转编码器
    JP5137104B2|2013-02-06|Light wave distance meter
    EP0679870B1|2002-12-11|Optischer Verschiebungssensor
    KR100821441B1|2008-04-11|광학식 인코더
    US6660997B2|2003-12-09|Absolute position Moiré type encoder for use in a control system
    US7057160B2|2006-06-06|Optical encoder and output adjustment for the same
    US7135673B2|2006-11-14|Imaging rotation angle absolute encoder
    KR100205208B1|1999-07-01|변위정보 검출장치
    US6747733B2|2004-06-08|Electronic distance meter
    EP2052217B1|2017-04-12|Optischer codierer
    JP2008216238A|2008-09-18|レーザレーダ装置
    US7102123B2|2006-09-05|Reflective imaging encoder
    US7154609B2|2006-12-26|Interferential position measuring arrangement
    JP4780825B2|2011-09-28|回転部材用回転角センサー
    KR20130052604A|2013-05-22|풍력 발전기의 로터 블레이드의 곡률을 광학적으로 측정하기 위한 장치
    US7940380B1|2011-05-10|Rotary position detector and associated methods
    KR100304840B1|2001-11-22|광학인코더
    EP0727646B1|2003-06-25|Vorrichtung zur Verschiebungsdetektion sowie Skala und Antriebsapparat dafür
    US7482575B2|2009-01-27|Rotary optical encoder employing multiple subencoders with common reticle substrate
    KR100818018B1|2008-03-31|광학식 로터리 인코더
    US7688432B1|2010-03-30|Rotary position detector and associated methods
    US4757196A|1988-07-12|Optical encoder and method for producing same
    CN100510646C|2009-07-08|利用反射圆柱形表面的编码器
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040183701A1|2004-09-23|
    JP2004271271A|2004-09-30|
    JP4315323B2|2009-08-19|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-07-22| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2014-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    2015-01-15| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20141001 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]