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    • 专利摘要:
    Einoptischer Drehgeber zum Erfassen von Drehinformationen einer Welle(12) enthälteine Lichtquelle (4), die sich auf der Drehachse (10) oder in der Nähe der Drehachse(10) der Welle (12) befindet und die Lichtstrahlen emittiert, sowieein Coderad (14), das an der Welle (12) angebracht ist, so daß es sichum die Drehachse (10) dreht. Das Coderad (14) besitzt in Umfangsrichtung mehrereabwechselnde lichtdurchlässigeBereiche (42, 48) und lichtundurchlässige Bereiche (46). Ein Reflektor(18) ist von dem Coderad (14) beabstandet, so daß er die von der Lichtquelle(4) ermittierten Lichtstrahlen reflektiert, so daß sie zueinem parallelen Lichtbündelwerden. Das parallele Lichtbündelbeleuchtet die lichtdurchlässigenBereiche des Coderads (14), so daß das Licht, das durch dielichtdurchlässigen(42, 48) Bereiche geht, zu einem Umfangsbereich der Lichtquelle(4) gelenkt wird. Außerdementhältder Meßgeberein oder mehrere Lichtempfangselemente (8), die das durch die lichtdurchlässigennBereiche (42, 48) gehende Licht empfangen.
    公开号:DE102004019332A1
    申请号:DE200410019332
    申请日:2004-04-21
    公开日:2004-11-25
    发明作者:Toru Oka；Yoichi Omura
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:G01D5-30
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft das Gebiet der optischen Drehgeber und insbesondereeinen optischen Drehgeber zum Erfassen von Drehinformationen wie etwades Drehwinkels/der Winkelgeschwindigkeit einer sich drehenden Welle.
    [0002] Essind bereits verschiedene Arten optischer Meßgeber bekannt.
    [0003] Die JP 2002-048 602-A offenbarteinen optischen Drehgeber, der eine Skale mit einem reflektierendenoptischen Muster oder mit einem Beugungsgittermuster, das sich umeine Achse oder Mittellinie dreht, und ein Substrat aufweist, aufdem sich eine Oberflächenemissionslichtquelleauf der Drehachse der Skale befindet und auf dem entlang des Umfangs inder gleichen Entfernung um die Lichtquelle mehrere Lichtempfangselementeangeordnet sind.
    [0004] Die JP 58-147 654-A offenbarteinen optischen Drehgeber, bei dem mehrere Lichtempfangselementeentlang des gesamten Umfangs um die Drehachse angeordnet sind undsich auf einer in Bezug auf das Coderad zu der Lichtquelle gegenüberliegendenSeite befindet.
    [0005] Die JP 9-196 703-A offenbarteinen optischen Drehgeber, bei dem sich eine Lichtquelle auf derDrehachse des Coderads befindet. Von der Lichtquelle emittiertesLicht trifft auf das Coderad auf, wird daraufhin durch seine zweigeneigten Ebenen unter einem Winkel von 45° zur Drehachse reflektiert und trifftdaraufhin auf ein Codemuster (Schlitzöffnungen) in einer zu diesemsenkrechten Richtung auf.
    [0006] Die JP 64-074 412-A offenbarteinen optischen linearen Meßgeber,bei dem sich ein lichtemittierendes Element und Lichtempfangselementeauf einer in Bezug auf eine Skale einem reflektierenden SpiegelgegenüberliegendenSeite befinden. Der Spiegel reflektiert Lichtstrahlen von dem lichtemittierendenElement, so daß dasparallele Lichtbündelzu den Lichtempfangselementen gerichtet ist.
    [0007] DieUS-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 2002/0038848 offenbart einenoptischen Drehgeber, bei dem auf dem Coderad eine reflektierende Oberfläche ausgebildetist. Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird durch die reflektierendeOberflächereflektiert, so daß dasreflektierte Licht parallel zur Drehachse des Coderads ist.
    [0008] Beidem in der JP 2002-048602-A beschriebenen optischen Drehgeber trifft das vonder Lichtquelle emittierte Lichtbündel auf die Skale auf, sodaß dieHauptachse des Bündelssenkrecht zu der Skale ist. Daraufhin trifft das Lichtbündel aufein Gebiet mit einem Radius r1 auf der Skale auf und wird dadurch reflektiert,so daß esauf ein Gebiet mit einem Radius r2 an den Lichtempfangselementenauffällt.
    [0009] DieRadien r1 und r2 genügeneiner Gleichung (1) r2 = r1(z1 + z2)/zl, wobei z1 eine Entfernungzwischen der Lichtquelle und der Skale und z2 eine Entfernung zwischender Skale und den Lichtempfangselementen ist. Da die Dicke der Lichtquelle ausreichendkleiner als die Entfernung zwischen der Lichtquelle und der Skaleist, führtGleichung (1) zu einer Näherungsgleichung(2) r2 = 2 · r1.
    [0010] Imallgemeinen muß dieAnzahl der Schlitzöffnungendes Codemusters auf dem Coderad erhöht werden, um einen optischenDrehgeber mit hoher Auflösungzu erhalten. Ferner muß dieSchrittweite der Schlitzöffnungenverringert werden, um die Größe des Coderadsbei Beibehaltung der Anzahl zu verringern. Die Beschränkungender Größe des Coderadsund somit des Meßgeberssowie der Auflösung sinddadurch bestimmt, wie weit die Schrittweite der Schlitzöffnungenverringert werden kann.
    [0011] ImFall des optischen Drehgebers in der JP 2002-048 602-A ist die radiale Länge derlichtemittierenden Elemente in Übereinstimmungmit Gleichung (2) doppelt so groß wie die des Codemusters.Mit anderen Worten, selbst wenn die Schrittweite der Schlitzöffnungendes Codemusters so weit wie möglich verringertwird, hängtdie Größe des Meßgebersvon der Größe der Lichtempfangselementeab, deren radiale Längedoppelt so groß wiedie des Codemusters ist, was zu unzureichender Verkleinerung und Auflösung führen kann.
    [0012] Dadas Lichtbündel,das durch die Skale reflektiert wird und daraufhin auf die Licht empfangselementeauftrifft, nicht parallel ist, falls die Entfernung zwischen denLichtempfangselementen und der Skale geändert wird, wird außerdem eineBeleuchtungsverteilung auf der Skale stark geändert. Im Ergebnis wird diedurch die Lichtempfangselemente erfaßte Lichtmenge geändert, waszu einem Erfassungsfehler führt.
    [0013] Dadie Skale vom reflektierenden Typ ist, ändert sich ferner ein auf dieLichtempfangselemente projiziertes Lichtmuster, falls die Skalegeneigt wird, was zu einem Erfassungsfehler führt.
    [0014] Obgleichdas von der Lichtquelle auf das Coderad auftreffende Licht in der JP 9-196 703-A ein parallelesLichtbündelist, bewirkt die Änderungder Ausrichtung der Welle, daß eineBeleuchtungsverteilung auf dem Codemuster stark geändert wird,da das Licht durch die zwei geneigten Ebenen unter einem Winkelvon 45° inBezug auf die Drehachse reflektiert wird und daraufhin das Codemusterbeleuchtet. Dies führtebenfalls zu einem Erfassungsfehler.
    [0015] Daferner die Breite, mit der das Lichtbündel das Codemuster beleuchtet,etwa halb so groß wie derDurchmesser des auf das Coderad auftreffenden parallelen Lichtbündels ist,ist ferner ein Gebiet, in dem das Codemuster ausgebildet werdenkann, beschränkt.Im Ergebnis führteine Verkleinerung des Meßgeberszu einer niedrigeren Menge an erfaßtem Licht, so daß seineAuflösungbegrenzt wird.
    [0016] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kleinen optischenDrehgeber mit hoher Auflösunganzugeben, in dem Erfassungsfehler selbst dann unterdrückt werden,wenn das Coderad z. B. wegen einer Änderung der Ausrichtung derWelle geneigt wird.
    [0017] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durcheinen optischen Drehgeber nach einem der Ansprüche 1, 10 oder 16. Weiterbildungender Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0018] Gemäß einemAspekt der Erfindung wird ein optischer Drehgeber angegeben zumErfassen von Drehinformationen einer Welle, der eine Lichtquelle, diesich auf der Drehachse oder in der Nähe der Drehachse der Wellebefindet und Lichtstrahlen emittiert, und ein Coderad aufweist,das an der Welle angebracht ist, so daß es sich um die Drehachsedreht. Das Coderad besitzt in Umfangsrichtung mehrere abwechselnde lichtdurchlässige undlichtundurchlässigeBereiche. Ein Reflektor ist von dem Coderad beabstandet und reflektiertdie von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen in der Weise,daß siezu einem parallelen Lichtbündelwerden.
    [0019] Dasparallele Lichtbündelbeleuchtet die lichtdurchlässigenBereiche des Coderads, so daß Licht,das durch die lichtdurchlässigenBereiche geht, zu einem Umfangsgebiet der Lichtquelle gelenkt wird.Außerdementhältder Drehgeber ein oder mehrere Lichtempfangselemente, die das durchdie lichtdurchlässigenBereiche gehende Licht empfangen.
    [0020] Dasich der Reflektor, der die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlenreflektiert, so daß sie zueinem parallelen Lichtbündelwerden, gemäß einemAspekt der Erfindung auf einer Seite befindet, die der Lichtquelleund den Lichtempfangselementen in Bezug auf das Coderad gegenüberliegt,kann das parallele Lichtbündelein entlang des Umfangs angeordnetes Codemuster, das abwechselndelichtdurchlässigeund lichtundurchlässigeBereiche umfaßt, vollständig beleuchten.Dadurch kann eine hohe Auflösungerhalten werden, falls die Größe des Meßgebers(die radiale Längeder Lichtempfangselemente) verringert wird.
    [0021] Beieiner bevorzugten Ausführungsformist das parallele Lichtbündelim allgemeinen parallel zu der Welle, was einen wesentlich kleinerenMeßgeber ermöglicht.Da das Codemuster durchscheinend ist und das Coderad, mit dem dieWelle verbunden ist, und der Reflektor getrennt sind, ist außerdem dierelative Position der Lichtquelle und des Reflektors ungeändert, selbstwenn die Ausrichtung der Welle geändert wird, wobei das Codemusterdurch das parallele Lichtbündelbeleuchtet wird und die Änderung derBeleuchtungsverteilung auf den Lichtempfangselementen wegen der Änderungder Ausrichtung der Welle unterdrückt werden kann, so daß ein optischer Drehgebermit kleinem Erfassungsfehler erhalten werden kann.
    [0022] WeitereMerkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen derfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die ZeichnungBezug nimmt; es zeigen:
    [0023] 1A eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer ersten Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0024] 1B eine Draufsicht des Hohlspiegelsgemäß 1A;
    [0025] 2A eine perspektivischeAnsicht eines zur Montage des Meßgebers gemäß 1A verwendeten Halters;
    [0026] 2B bis 2D einen beispielhaften Montageprozessdes Meßgebersgemäß 1A;
    [0027] 2E eine Querschnittsansichtlängs der LinieIIe-IIe in 2D;
    [0028] 3A eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer zweiten Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0029] 3B eine Draufsicht des Hohlspiegelsgemäß 3A;
    [0030] 4A bis 4C einen beispielhaften Montageprozessdes Meßgebersgemäß 3A;
    [0031] 4D eine Querschnittsansichtlängs der LinienIVd-IVd in 4C;
    [0032] 5A bis 5C einen weiteren beispielhaften Montageprozessdes Meßgebersgemäß 3A;
    [0033] 5D eine Querschnittsansichtlängs der LinieVd-Vd in 5C;
    [0034] 6A eine Draufsicht der Lichtempfangselementein einer dritten Ausführungsformdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindung;
    [0035] 6B eine vergrößerte Teilansichtder Lichtempfangselemente gemäß 6A;
    [0036] 7A eine Draufsicht einesCoderads einer vierten Ausführungsformndes optischen Drehgebers gemäß der Erfindung;
    [0037] 7B eine vergrößerte Teilansichtdes Coderads gemäß 7A;
    [0038] 8 eine Querschnittsansichteines Coderads einer fünftenAusführungs formdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindung;
    [0039] 9A eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer sechsten Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0040] 9B eine vergrößerte Teilquerschnittsansichtdes Halteelements gemäß 9A;
    [0041] 10 eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer siebten Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0042] 11 eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer achten Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0043] 12 eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer neunten Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0044] 13 eine perspektivischeAnsicht eines Coderads einer zehnten Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0045] 14 eine Draufsicht des Coderadsgemäß 13;
    [0046] 15 eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer elften Ausführungsform des optischen Drehgebersgemäß der Erfindung;
    [0047] 16 eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer zwölften Ausführungsformdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindung;und
    [0048] 17 eine schematische Querschnittsansichtlängs derDrehachse der Welle in einer dreizehnten Ausführungsform des optischen Drehgebers gemäß der Erfindung.
    [0049] Imfolgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsformender Erfindung beschrieben. Obgleich in der Beschreibung im Zusammenhangmit den Zeichnungen aus Klarheitsgründen zweckmäßig eine Terminologie verwendetwird, die Richtungen (z. B. "oberer", "unterer", "rechter", "linker" oder andere Begriffe,die diese enthalten) angibt, soll dies nicht als Einschränkung desUmfangs der Erfindung verstanden werden.
    [0050] In 1A ist ein optischer Drehgebergezeigt, der eine erste Ausführungsformder Erfindung ist. Der allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneteMeßgeberenthälteine Oberflächenemissionslichtquelle 4,die sich mittig auf einem Substrat 6 befindet. Die Lichtquelle 4 kanneine Lichtemitterdiode (LED) oder ein Oberflächenemissions-Halbleiterlaser sein.Außerdementhältder Meßgeber 2 mehrere Lichtempfangselemente 8,wie etwa Photodioden, die die Lichtquelle 4 umgeben undin das Substrat 6 integriert hergestellt sind.
    [0051] DieLichtquelle 4 befindet sich auf der Drehachse oder Mittellinie 10 einerWelle 12 einer Vorrichtung wie etwa eines Motors 13.Die Lichtempfangselemente 8 sind entlang des gesamten Umfangsin der gleichen Entfernung um die Lichtquelle 4 angeordnet,was unten bei der dritten Ausführungsformausführlicherbeschrieben wird.
    [0052] Ander Welle 12 ist ein zylindrisches Coderad 14 angebracht,das von dem Substrat 6 beabstandet ist und aus einem lichtdurchlässigen Werkstoff,wie etwa PMMA-Harz (Polymethylmethacrylat-Harz) hergestellt ist.Das Coderad 14 ist z. B. mit einem Klebemittel an der Welle 12 befestigt.Das Coderad 14 besitzt auf einer dem Substrat 6 gegenüberliegenden Oberfläche 14a einCodemuster 16. Das Codemuster 16 besitzt mehrereabwechselnde lichtdurchlässige Bereiche(Schlitzöffnungen)und lichtundurchlässige Bereiche,die, wie ausführlicherin der vierten Ausführungsformbeschrieben wird, in Umfangsrichtung angeordnet sind. Das Codemuster 16 kannz. B. durch Aufdampfen einer Chromschicht ausgebildet werden. Vorzugsweiseist die radiale Längedes Codemusters 16 größer alsdie der Lichtempfangselemente 8.
    [0053] Ebenfallsgemäß von 1A enthält der Meßgeber 2 ferner einenReflektor oder Hohlspiegel 18, der eine sphärische reflektierendeOberfläche 18a besitzt,welche einer unteren Oberflächedes Coderads 14, die zu einer oberen Oberfläche 14a entgegenge setztist, gegenüberliegt.Der Hohlspiegel 18 besitzt eine Durchgangsbohrung 18b,durch die die Welle 12 verläuft. Der Hohlspiegel 18 istan einem Gehäusebereich 19 desMotors 13 befestigt. Die Lichtquelle 4 ist imBrennpunkt der sphärischenreflektierenden Oberfläche 18a positioniert.
    [0054] ImBetrieb des so konstruierten Meßgebers 2 wirdein Teil der von der Lichtquelle 4 emittierten Lichtstrahlen 20 durcheinen Bereich der Oberfläche 14a,der von dem Codemuster 16 umgeben ist, in das Coderad 14 geleitetund trifft auf die reflektierende Oberfläche 18a auf. Die meistendieser Lichtstrahlen werden durch die reflektierende Oberfläche 18a als parallelesLichtbündel 22 reflektiert.Das parallele Lichtbündel 22 istein Bündelvon Lichtstrahlen, die weder divergieren noch konvergieren, wobeijeder der Lichtstrahlen im wesentlichen parallel zu jedem anderenist. In der Ausführungsformist das parallele Lichtbündel 22 parallelzu der Mittellinie 10.
    [0055] Dasparallele Lichtbündel 22 wirddurch das Coderad 14 geleitet und beleuchtet das Codemuster 16 darauf,so daß Licht,das durch das Codemuster 16 geleitet wird, auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft,die sich in einem Umfangsgebiet der Lichtquelle 4 befinden.Entsprechend dem Codemuster 16 besitzt das auffallendeLicht eine rechteckwellenförmige(wo es nicht durch das Codemuster 16 gebeugt wird) odersinuswellenförmige(wo es durch das Codemuster 16 gebeugt wird) Intensitätsverteilung.Die Lichtempfangselemente 8 setzen das auffallende Lichtin ein elektrisches Signal um, das einen Drehwinkel/eine Drehzahldes Coderads 14 und somit der Welle 12 angibt.
    [0056] Wiegezeigt, ist am oberen Ende der Welle 12 eine Lichtabsorptionsschicht 24 angebracht. Dementsprechenderreicht ein Teil der von der Lichtquelle 4 emittiertenLichtstrahlen 26, die nicht auf den Hohlspiegel 18,sondern auf das Ende der Welle 12 gerichtet sind, die Lichtabsorptionsschicht 24.Die Lichtstrahlen 26 bewirken an sich keinen Erfassungsfehler.
    [0057] Mitanderen Worten, die Lichtabsorptionsschicht 24 bewirkt,daß Lichtbeseitigt wird, das einen Erfassungsfehler bewirken kann, d. h.Licht, das zurückzu der Lichtquelle 4 reflektiert wird, sowie Streulicht,das durch ein anderes Element als den Hohlspiegel 18 reflektiertwird und auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft. Anstattam Ende der Welle 12 kann die Lichtabsorptionsschicht 24 auchwoanders auf der Mittellinie 10 angebracht sein.
    [0058] Eswird angemerkt, daß dasdurch die reflektierende Oberfläche 18a reflektierteLichtbündelvollständigparallel sein kann, wenn angenommen wird, daß die auf der Mittellinie 10 undim Brennpunkt der reflektierenden Oberfläche 18a positionierteLichtquelle eine Punktlichtquelle ist. Da die Lichtquelle 4 abernicht punktförmigist, sondern eine gewisse Ausdehnung besitzt, ist das durch diereflektierende Oberfläche 18a reflektierteLichtbündelaber nicht vollständigparallel. Der Begriff "parallelesLichtbündel" bezeichnet hierein Lichtbündel,das parallel oder im wesentlichen parallel ist.
    [0059] DerKrümmungsradiusr und die Brennweite f der sphärischenreflektierenden Oberfläche 18a des Hohlspiegels 18 genügen einerGleichung r = 2 · f.Da das Coderad 14 aus einem durchsichtigen Dielektrikummit einem Brechungsindex, wie etwa PMMA-Harz, hergestellt ist undauf die Grenzflächendes Coderads 14 auffallendes Licht beim Auftreffen auf dasCoderad 14 oder bei der Emission von ihm gebrochen wird,wenn der Einfangswinkel von 0° verschiedenist, sind diese Werte von r und f optische Längen. Zur Vereinfachung derZeichnung ist die Brechung der Lichtstrahlen hier nicht gezeigt.
    [0060] Dadas parallele Lichtbündel 22 gemäß der Ausführungsformdadurch erreicht wird, daß der Hohlspiegel 18 unterdem Coderad 14, d. h. auf einer dem Substrat 6 inBezug auf das Coderad 14 gegenüberliegenden Seite, positioniertist, kann es das Umfangscodemuster 16 vollständig beleuchten,so daß einkleiner optischer Drehgeber mit hoher Auflösung erhalten werden kann.
    [0061] Dadas Codemuster 1b durchscheinend ist (und da das Coderad 14,mit dem die Welle 12 verbunden ist, und der Hohlspiegel 18 getrenntsind), ist ferner die relative Position der Lichtquelle 4 unddes Hohlspiegels 18 ungeändert, selbst wenn die Ausrichtungder Welle 12 geändertwird, wobei das Codemuster 16 durch das parallele Lichtbündel 22 beleuchtetwird und die Änderungder Beleuchtungsverteilung auf den Lichtempfangselementen 8 wegen der Änderungder Ausrichtung der Welle unterdrückt werden kann, so daß ein optischerDrehgeber mit kleinem Erfassungsfehler erhalten werden kann.
    [0062] Daferner kein kompliziertes optisches System verwendet wird und dieoptischen Achsen der Lichtquelle 4 und des Hohlspiegels 18 mitder Mittellinie 10 zusammenfallen können, können ferner Herstellungs- undGrößenbeschränkungenverringert werden, so daß derMeßgeberverkleinert werden kann. Außerdemwird von der Lichtquelle 4 emittiertes Licht durch eineReflexion an dem Hohlspiegel 18, der sich auf einer inBezug auf das Codemuster 16 der Lichtquelle gegenüberliegendenSeite befindet, zu dein parallelen Licht des Bündels 22.
    [0063] Dementsprechendkann die Breite (können dielichtdurchlässigenBereiche) des Codemusters 16 relativ zu dem Durchmesserdes Coderads 14 im Vergleich zu einer in der JP 9-196 703-A beschriebenenKonstruktion, bei der ein paralleles Lichtbündel zum Beleuchten des Codemustersdurch zwei Reflexionen unter einem Reflexionswinkel von 45° erhaltenwird, größer eingestelltwerden, so daß leichteine höhereAuflösungerhalten werden kann.
    [0064] Dadie Lichtempfangselemente 8 um den gesamten Umfang angeordnetsind, kann ferner der Erfassungsfehler beispielsweise wegen Ablenkung,Exzentrizitätoder Neigung der Welle 12 oder wegen der Breitenungenauigkeitder durchlässigenBereiche des Codemusters 16 verringert werden.
    [0065] ImErgebnis kann weiter ein ausreichender Lichtempfangsflächenbereicherhalten werden, was eine Erfassung mit hoher Genauigkeit und Auflösung sicherstellt,wenn die Größe des Meßgebersverringert wird. Obgleich die Lichtempfangselemente 8 vorzugsweiseum den gesamten Umfang angeordnet sind, können sie zumindest in einemGebiet angeordnet sein, auf das von dein Codemuster 16 emittiertes Lichtauftrifft.
    [0066] Indiesem Fall kann die reflektierende Oberfläche 18a auf dem Hohlspiegel 18 einenausreichenden Flächeninhalthaben, in dem die Lichtstrahlen reflektiert werden, so daß sie dieLichtempfangselemente 8 beleuchten, wobei reflektierendeOberfläche 18a dementsprechendnicht um die gesamte Mittellinie 10 ausgebildet zu seinbraucht. Auf einem Oberflächenbereich,wo die reflektierende Oberfläche 18a nichtausgebildet ist, kann eine Absorptionsschicht ausgebildet sein.
    [0067] DerHohlspiegel 18 kann eine Fresnel-Linse sein, die eine Linsenoberfläche besitzt,deren Krümmungsradiusgleich dem der sphärischenreflektierenden Oberfläche 18a istund auf der mittels Aufdampfen beispielsweise eine Aluminium- oderGoldschicht ausgebildet ist. Alternativ kann der Spiegel 18 einreflektierendes beugendes optisches Element sein. Beides ermöglicht einekleinere Dicke des Spiegels 18.
    [0068] Während dieLichtempfangselemente 8 bei dieser Ausführungsform integriert auf demSubstrat 6 hergestellt sind, können sie von einem Hybridtyp,d. h. auf dem Substrat 6 angebracht, sein. Um die Aberrationzu verringern, kann der Hohlspiegel 18 eine nicht sphärische reflektierendeOberflächehaben und etwa ein Parabolspiegel sein. Während die Lichtquelle 4 bevorzugtan dein Substrat 6 angebracht ist, kann sie sich auf einemgetrennten Substrat befinden. Die Lichtquelle 4 kann sichim Umfang der Erfindung in der Näheder Mittellinie 10 befinden.
    [0069] Anhandder 2A bis 2E wird im folgenden einbeispielhafter Montageprozess des Meßgebers 2 beschrieben.Zunächstwird ein Halter 30 vorbereitet, der einen ebenen oberenTräger 30u undeinen ebenen unteren Träger 30d besitzt,die mit einem vertikalen Element 30v verbunden sind, sodaß dieTräger 30u und 30d parallelvoneinander beabstandet sind (2A).
    [0070] Daraufhinwird das Substrat 6 mit der Lichtquelle 4 undden Lichtempfangselementen 8 darauf an der unteren Oberfläche desoberen Trägers 30u befestigt(2B). Der untere Träger 30d besitzteinen U-förmigenQuerschnitt, so daß derGehäusebereich 19 desMotors 13 in den unteren Träger 30d paßt. Hierzuist der Gehäusebereich 19 einzylindrischer Vorsprung und der Durchmesser der Innenwand des unterenTrägers 30d imallgemeinen gleich dem Außendurchmesserdes Gehäusebereichs 19.
    [0071] Außerdem befindetsich bei dem auf dem oberen Träger 30u positioniertenSubstrat 6 die Mitte der Innenwand auf der optischen Achseder Lichtquelle 4. Die Dicke des unteren Trägers 30d istkleiner als ein Zwischenraum zwischen der unteren Oberfläche desHohlspiegels 18 und einer gegenüberliegenden Oberfläche desMotorgehäuses.
    [0072] Andererseitswird der Hohlspiegel 18 in der Weise an dem Gehäusebereich 19 desMotors 13 befestigt, daß die optische Achse des Hohlspiegels 18 mitder Drehachse 10 der Welle 12 zusammenfällt (2C). Hierzu besitzt derSpiegel 18 unten eine zylindrische Bohrung, in die derzylindrische Motorgehäusebereich 19 eingepaßt wird(siehe 1A).
    [0073] Daraufhinwird das Coderad 14 am Ende der Welle 12 befestigt,so daß sichdie Mitte des Codemusters 16 auf der Drehachse 10 befindet.Hierzu besitzt das Coderad 14 unten eine zylindrische Bohrung,in die das Ende der Welle 12 eingepaßt wird. Die relative Positiondes Coderads 14 und der Welle 12 wird z. B. miteiner Bildverarbeitung durch Drehen der Welle eingestellt, um zubestätigen,daß sichdas Coderad 14 nicht exzentrisch dreht.
    [0074] Daraufhinwird der Halter 30 mit dem Substrat 6, wie inden 2D und 2E gezeigt, relativ zu demCoderad 14, dem Hohlspiegel 18 und der Welle 12 (demMotor 13) quer bewegt, so daß der Halter 30 mitdem unteren Träger 30d gegenden Gehäusebereich 19 positioniertist. In diesem Zustand fallen die optischen Achsen der Lichtquelle 4 unddes Hohlspiegels 18 zusammen.
    [0075] Dader Hohlspiegel 18 und der Halter 30 durch eineinzelnes Element, d. h. durch den Gehäusebereich 19, ausgerichtetsind, könnendie optischen Achsen der Lichtquelle 4 und des Hohlspiegels 18 ansich so eingestellt werden, daß siemit hoher Genauigkeit zusammenfallen.
    [0076] Während dieUmfängedes Hohlspiegels 18, der Durchgangsbohrung 18b unddes Gehäusebereichs 19 inder Ausführungsformkreisförmigsind, könnensie auch andere Formen haben.
    [0077] 3A zeigt eine zweite Ausführungsform desoptischen Drehgebers der Erfindung. In der folgenden Beschreibungsind Elemente, die denen in der ersten Ausführungsform gleich oder ähnlich sind, durchgleiche Bezugszeichen bezeichnet oder mit Suffixen versehen. Abgesehendavon, daß derHohlspiegel 18A, wie am besten in 3B gezeigt ist, einen U-förmigen oderhufeisenförmigenQuerschnitt hat, ist der Meßgeber 2A dervorliegenden Ausführungsform ähnlich demMeßgeber 2 derersten Ausführungsform.
    [0078] Mitanderen Worten, der Hohlspiegel 18A besitzt eine Öffnung,die entlang der Mittellinie 10 verläuft und die Durchgangsbohrung 18Ab für die Welle 12 unddie Umfangsoberflächedes Spiegels verbindet. Dadurch kann eine Montage des Meßgeberswie unten beschrieben mit höhererGenauigkeit ausgeführtwerden.
    [0079] Eswird angemerkt, daß diereflektierende Oberfläche 18Aa desHohlspiegels 18A und somit die Lichtempfangselemente 8 inder Ausführungsformnicht um den gesamten Umfang um die Mittellinie 10 herumangeordnet sind.
    [0080] Anhandder 4A bis 4D wird im folgenden einbeispielhafter Montageprozess des Meßgebers 2A beschrieben.Zunächstwird ein Halter 30A vorbereitet, der den ebenen oberenTräger 30Au undden ebenen unteren Träger 30Ad enthält, diemit einem vertikalen Element 30Av verbunden sind, so daß die Träger 30Au und 30Ad parallelvoneinander beabstandet sind (4A).Wie in 4A gezeigt, wird daraufhindas Substrat 6 mit der Lichtquelle 4 und den Lichtempfangselementen 8 daraufan der unteren Oberflächedes oberen Trägers 30Au,während derHohlspiegel 18A auf der oberen Oberfläche des unteren Trägers 30Ad befestigt,so daß dieoptischen Achsen der Lichtquelle 4 und des Hohlspiegels 18A zusammenfallen.
    [0081] Dierelative Position des Substrats 6 und des Hohlspiegels 18A wirddadurch eingestellt, daß Lichtstrahlenvon der Lichtquelle 4 emittiert werden, wobei das von demHohlspiegel 18A reflektierte Licht von den Lichtempfangselementen 8 empfangenund daraufhin ein elektrisches Signal von den Elementen analysiertwird. Der untere Träger 30Ad besitzteinen U-förmigenQuerschnitt. Der Gehäusebereich 19 des Motors 13 istein zylindrischer Vorsprung und der Durchmesser der Innenwand desunteren Trägers 30Ad istallgemein gleich dem Außendurchmesser desGehäusebereichs 19.
    [0082] Andererseitswird das Coderad 14 am Ende der Welle 12 befestigt,so daß sichdie Mitte des Codemusters 16 wie in der ersten Ausführungsformauf der Drehachse 10 befindet (4B).
    [0083] Wiein den 4C und 4D gezeigt ist, wird daraufhinder Halter 30A mit dem Substrat 6 und dem Hohlspiegel 18A relativzu dem Coderad 14 und der Welle 12 (dem Motor 13)in Querrichtung bewegt, so daß dieWelle 12 durch die Öffnungin die Durchgangsbohrung 18Ab eingeführt wird. Dementsprechend wirdder Halter 30A mit dem unteren Träger 30Ad gegen denGehäusebereich 19 positioniert.In diesem Zustand fälltdie optische Achse der Lichtquelle 4 mit der Drehachse 10 derWelle 12 zusammen.
    [0084] Beider ersten Ausführungsformist die relative Position zwischen dem Substrat 6 mit derLichtquelle 4 und den Lichtempfangselementen 8 darauf unddem Hohlspiegel 18 schwer einzustellen, da sich das Coderad 14 bereitsdazwischen befindet.
    [0085] Demgegenüber können dierelativen Positionen zwischen dem Substrat 6 und dem Hohlspiegel 18A undzwischen dem Coderad 14 und der Welle 12 in dervorliegenden Ausführungsformgetrennt und somit leicht eingestellt werden, so daß der Meßgeber mithöhererGenauigkeit montiert werden kann.
    [0086] Wiein 5A bis 5D gezeigt, kann der Haltereinteilig mit dem Hohlspiegel geformt sein. Wie in 5A gezeigt, besitzt der Halter in dieserVariante ein Paar vertikaler Elemente 30Bv, die von dein Hohlspiegel 18B (derauf einer oberen Oberflächeein hohles Element enthält,aus dem mittels Aufdampfen eine reflektierende Oberfläche oderSchicht 18Ba ausgebildet wird) nach oben verlaufen.
    [0087] Beider Montage wird das Substrat 6 mit der Lichtquelle 4 undden Lichtempfangselementen 8 daran auf den oberen Endender vertikalen Elemente 30Bv positioniert, so daß die Achsender Lichtquelle 4 und des Hohlspiegels 18B zusammenfallen (5B). Daraufhin wird dieWelle 12 mit dein Coderad 14 an ihrem oberen Endedurch die Öffnungin die Durchgangsbohrung 18Bb des Spiegels 18B eingeführt (5C und 5D).
    [0088] Dader Halter in dieser Variante einteilig mit dem Hohlspiegel 18B geformtist, könnendie optischen Achsen der Lichtquelle 4 und des Hohlspiegels 18B soeingestellt werden, daß siemit hoher Genauigkeit zusammenfallen. Dies ist auch vorteilhaft,da die Anzahl der Teile verringert wird.
    [0089] Eswird angemerkt, daß dieseVariante auch auf die erste Ausführungsformangewendet werden kann.
    [0090] Anhandder 6A und 6B wird nun eine dritte Ausführungsformdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindungbeschrieben. Die Lichtempfangselemente 8C des Meßgebersenthalten jeweils eine Empfangsoberfläche 40, die Lichtin ein elektrisches Signal umsetzt. Die Oberflächen 40 sind entlangdes gesamten Umfangs in der gleichen Entfernung um eine emittierendeOberflächeder Lichtquelle 4 angeordnet. Ein Winkelabstand der Empfangsflächen 40 undein Öffnungswinkeljeder der Oberflächen 40 sindauf 2Θ bzw. Θ eingestellt.
    [0091] DieLichtempfangselemente 8C umfassen eine innere Umfangsgruppeoder -spur von Elementen und eine äußere Umfangsgruppe oder -spurvon Elementen. Der radiale Mittelpunkt der Empfangsflächen 40 der äußeren Spurbefindet sich in einer radialen Entfernung R1 von der emittierendenOberflächeder Lichtquelle 4 und besitzt eine radiale Breite W1. DieEmpfangsflächen 40 derinneren Spur sind gegenüberdenen der äußeren Spurz. B. um 90° phasenverschoben.
    [0092] DieAnzahl der Spuren braucht nicht zwei zu sein und sollte gemäß einemWinkel/Geschwindigkeits-Erfassungsverfahren oder einer gewünschten Erfassungs-Auflösung/Genauigkeitgewähltwerden. Außerdemsollte das Verhältnisdes Öffnungswinkels zumWinkelabstand und/oder zur Form/Größe der Empfangsfläche 40 gemäß einemWinkel/Geschwindigkeits-Erfassungsverfahren oder der gewünschten Erfassungs-Auflösung/Genauigkeitgestaltet werden.
    [0093] Dadie Lichtempfangselemente 8C in der Ausführungsformum den gesamten Umfang angeordnet sind, kann der Erfassungsfehlerz. B. wegen Ablenkung, Exzentrizität oder Neigung der Welle 12 (1A) oder wegen der Breitenungenauigkeitder Übertragungsbereichedes Codemusters 16 verringert werden. Im Ergebnis kannweiter ein ausreichender Flächeninhaltder Lichtempfangsflächeerhalten werden, wenn der Meßgeberverkleinert wird, was eine Erfassung mit hoher Genauigkeit und Auflösung sicherstellt.
    [0094] Obgleichdie Lichtempfangselemente 8C jeder Spur vorzugsweise umden gesamten Umfang angeordnet sind, können sie zumindest in einemGebiet angeordnet sein, auf das von dein Codemuster emittiertesLicht auftrifft. Um die Lichtquelle 4 sind vorzugsweisezwei oder mehr Lichtempfangselemente 8C mit gleicher Phaseentlang des Umfangs in der gleichen Entfernung voneinander angeordnet. DieLichtempfangselemente 8C in der gleichen Spur können verschiedenePhasen haben.
    [0095] Anhandder 7A und 7B wird nun eine vierte Ausführungsformndes optischen Drehgebers gemäß der Erfindungbeschrieben. Das Codemuster 16D des Meßgebers enthält durchlässige Bereiche 42,die durch eine z. B. aus Chrom hergestellte aufgedampfte Schicht 44 begrenztund entlang des gesamten Umfangs in der gleichen Entfernung voneinanderum die Mittellinie des Coderads 14 angeordnet sind. DasCodemuster 16D wird zusammen mit den in der dritten Ausführungsformbeschriebenen Lichtempfangselementen 8C verwendet.
    [0096] EinWinkelabstand der durchlässigenBereiche 42 und ein Öffnungswinkeljedes der Bereiche sind auf 2Θ bzw. Θ eingestellt.Das Codemuster 16D enthälteine innere Umfangsgruppe oder -spur abwechselnder lichtdurchlässiger undlichtundurchlässigerBereiche und eine äußere Umfangsgruppeoder -spur abwechselnder lichtdurchlässiger und lichtundurchlässiger Bereiche.
    [0097] Derradiale Mittelpunkt der durchlässigen Bereiche 42 der äußeren Spurbefindet sich in der radialen Entfernung R1 von der Mittelliniedes Coderads 14, wobei die durchlässigen Bereiche 42 eine radialeBreite W2 haben. W2 ist größer alsW1 (siehe 6b). Die Phaseder durchlässigenBereiche 42 der inneren Spur ist z. B. um 90° gegen dieder äußeren Spurverschoben.
    [0098] DieAnzahl der Spuren braucht nicht zwei zu sein und sollte gemäß einemWinkel/Geschwindigkeits-Erfassungsverfahren oder der gewünschtenErfassungs-Auflösung/Genauigkeitgewähltwerden. Außerdemsollte das Verhältnisdes Öffnungswinkels zudem Winkelabstand und/oder die Form/Größe der durchlässigen Bereiche 42 gemäß dem Winkel/Geschwindigkeits-Erfassungsverfahrenoder der gewünschtenErfassungs-Auflösung/Genauigkeitgestaltet werden.
    [0099] Dadurch,daß dieradiale Breite des durchlässigenBereichs 42 (W2) größer alsdie der Empfangsfläche 40 (W1)ist, kann eine Änderungder Beleuchtungsverteilung der Lichtstrahlen, die die Empfangsflächen 40 beleuchten,unterdrücktwerden, selbst wenn sich das Coderad 14 in radialer Richtung relativzu den Lichtempfangselementen 8C bewegt, solange sich derAußenumfangoder der Innenumfang der durchlässigenBereiche nicht überden Außenumfangoder überden Innenumfang der Empfangsfläche 40 inBezug auf die radiale Richtung bewegt. Es wird angemerkt, daß die BeziehungW2 > W1 nicht einschränkend für die Erfindungist.
    [0100] Während dasCodemuster 16D bei dieser Ausführungsform ein Amplitudengitterist, kann es auch ein Phasengitter sein. Zum Beispiel wird der Winkelabstanddes Codemusters 16D im Fall eines Phasengitters mit einemRechteckwellen-Querschnitt, bei dem die konkaven und die konvexenBereiche die gleiche Breite haben und eine Differenz der optischenWeglängezwischen den konkaven und den konvexen Bereichen halb so groß wie eineWellenlängedes Lichts ist, das durch das Gitter geht, doppelt so groß wie derder Lichtempfangselemente 8C. Dies liegt daran, daß eine Fresnel-Beugungsfigur ineiner Entfernung von dem Muster 16D einen Winkelabstand2Θ hat,falls dieses Phasengittermuster 16D einen Winkelabstand4Θ hat.
    [0101] Anhandvon 8 wird nun einefünfteAusführungsformdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindungbeschrieben. Anstelle der aufgedampften Chromschicht 44 dervierten Ausführungsformbesitzt das Coderad 14E des Meßgebers in dieser Ausführungsformals undurchlässigeBereiche mehrere V-förmigeVorsprünge 46,die periodisch entlang einer dem Substrat 6 gegenüberliegendenEbene 14Ea (1A)angeordnet sind. Es wird angemerkt, daß stattdessen V-förmige Nutenverwendet werden können.
    [0102] Dieebenen Gebiete 48 zwischen den angrenzenden V-förmigen Vorsprüngen 46 bilden durchlässige Bereichedes Codemusters. In dem gezeigten Beispiel ist das Coderad 14E ausPMMA mit einem Brechungsindex von 1,49 hergestellt, wobei auf seinerOberfläche 14Ea dieV-förmigenVorsprüngen 46 ausgebildetsind, deren Breite gleich der der ebenen Gebiete 48 istund deren Scheitelwinkel 90° beträgt.
    [0103] Dader kritische Winkel des PMMA-Werkstoffs 42° beträgt, wird ein Teil des parallelenLichtbündels 22,das unter einem Einfangswinkel von über 45° auf die geneigte Ebene desV-förmigenVorsprungs 46 auftrifft, totalreflektiert und nicht nach obenoder zu den Lichtempfangselementen 8 geleitet (1A). Im Ergebnis ist Licht,das von den ebenen Gebieten 48 emittiert wird, lediglichzu den Lichtempfangselementen 8 gerichtet.
    [0104] DasCodemuster kann an sich ohne die aufgedampfte Chromschicht 44 ausgebildetsein, so daß dieHerstellungskosten des Coderads gesenkt werden können.
    [0105] 9A zeigt eine sechste Ausführungsform desoptischen Drehgebers gemäß der Erfindung.Abgesehen davon, daß dieLichtabsorptionsschicht 24 durch ein Halteelement 50 ersetztist, das das Coderad 14F hält, ist der Meßgeber 2F dervorliegenden Ausführungsform ähnlich demMeßgeber 2 derersten Ausführungsform.Insbesondere ist das Coderad 14F aus Harz, wie etwa PMMA,hergestellt und integral mit dem aus einem Licht reflektierendenWerkstoff, wie etwa Metall, hergestellten Halteelement 50 hergestellt,was durch Kunststoffspritzen des Coderads 14F in das Halteelement 50 erreichtwird.
    [0106] Wiein 9B gezeigt ist, besitztdas Halteelement 50 an seiner Seitenfläche einen Rückanschlag 50a, derdie Verbindung mit dem Coderad 14F verbessert. Das Halteelement 50 istz. B. überein Klebemittel oder eine Schraube an der Welle 12 befestigt.
    [0107] Dadas Halteelement 50 z. B. aus Metall hergestellt ist undsomit der Rückanschlag 50a über seineOberflächeLicht reflektiert, wird ein Teil der von der Lichtquelle 4 emittiertenLichtstrahlen 26, die nicht zu dem Hohlspiegel 18,sondern zu dem Rückanschlag 50a gerichtetsind, von dem Rückanschlag reflektiertund daraufhin von dem Coderad 14F über seine seitliche Oberfläche oder über seineuntere Oberfläche(die der Oberfläche 14A,auf der das Codemuster 16 ausgebildet ist, gegenüberliegt)emittiert. Im Ergebnis trifft dieses Licht nicht auf die Lichtempfangselemente 8 auf.
    [0108] DasKunststoffspritzen oder Spritzgießen ermöglicht es, die Verbindungsstärke zwischendem Coderad 14F und dem Halteelement 50 zu erhöhen, sodaß dasHalteelement 50 schmaler gemacht werden kann. Dadurch kannder Flächeninhaltder reflektierenden Oberfläche 18a desHohlspiegels 18 erhöhtwerden, währenddas Coderad 14F den gleichen Durchmesser wie das Coderad 14 derersten Ausführungsformbesitzt, so daß dieradialen Breiten des Codemusters 16 und der Lichtempfangselemente 8 erhöht werdenkönnen.Dementsprechend könnenweiter ein ausreichender Flächeninhaltder Lichtempfangsflächeund eine ausreichende Anzahl von Spuren erhalten werden, wenn derMeßgeberverkleinert wird, was eine Erfassung mit hoher Genauigkeit und Auflösung sicherstellt.
    [0109] DerWinkel der geneigten Ebene des Rückanschlags 50a kannso eingestellt werden, daß das Streulichtunterdrücktwird, das andernfalls in die Lichtempfangselemente 8 eintretenund einen Erfassungsfehler verursachen kann. Mit anderen Worten, dasHalteelement 50 (der Rückanschlag 50a)wirkt als lichtreflektierendes Element, das verhindert, daß das reflektierteLicht auf die Lichtempfangselemente auftrifft.
    [0110] 10 zeigt eine siebte Ausführungsform desoptischen Drehgebers gemäß der Erfindung.Abgesehen davon, daß andem sphärischenoberen Ende der Welle 12G ein Reflektor oder Hohlspiegel 18G miteiner sphärischenreflektierenden Oberfläche 18Ga angebrachtist, ist der Meßgeber 2G der vorliegendenAusführungsform ähnlich demMeßgeber 2 derersten Ausführungsform.Die reflektierende Oberfläche 18Ga istkreisförmigausgebildet, und der Hohlspiegel 18Ga besitzt in der Mitteeine Lichtabsorptionsschicht 24G, die von der reflektierenden Oberfläche umgebenist.
    [0111] DieLichtabsorptionsschicht 24G bewirkt, daß Licht, das einen Erfassungsfehlerbewirken kann, d. h. Licht, das in die Lichtquelle 4 zurückreflektiertwird, sowie Streulicht, das durch ein anderes Element als den Hohlspiegel 18G reflektiertwird und auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft, beseitigt wird.Das Coderad 14 ist übereinen Adapter 52 in Form einer Manschette mit der Welle 12G verbunden.Das Coderad 14 ist z. B. durch Klebemittel an dem Adapter 52 befestigt,der seinerseits z. B. durch Klebemittel oder eine Schraube an derWelle 12G befestigt ist.
    [0112] InBetrieb des Meßgebers 2G trifftein Teil der von der Lichtquelle 4 emittierten Lichtstrahlen 20 auf diereflektierende Oberfläche 18Ga aufund wird zu dem parallelen Lichtbündel 22. Das paralleleLichtbündel 22 wirddurch das Coderad 14 geleitet und beleuchtet das Codemuster 16 darauf,so daß dasLicht, das durch das Codemuster 16 geht, auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft.Entsprechend dem Codemuster 16 besitzt das auftreffendeLicht eine rechteckwellenförmigeoder sinuswellenförmigeIntensitätsverteilung.
    [0113] EinTeil der von der Lichtquelle 4 emittierten Lichtstrahlen 26,die nicht zu dem Hohlspiegel 18G gerichtet sind, sondernauf die Lichtabsorptionsschicht 24G auftreffen, wird vonder Schicht absorbiert und bewirkt somit keinen Erfassungsfehler.
    [0114] EineKonstruktion, bei der der Hohlspiegel 18G am Ende der Welle 12G angebrachtist, ermöglicht,in der Ausführungsformdie Herstellung/Montage-Kosten zu senken.
    [0115] 11 zeigt eine achte Ausführungsform desoptischen Drehgebers gemäß der Erfin dung.Abgesehen davon, daß aufdem oberen Oberflächenbereichdes Coderads 14H, der das Codemuster 16 umgibt,ein kreisförmigesBeugungsgitter 54 ausgebildet ist und daß sich zwischender Lichtquelle 4 und dem kreisförmigen Beugungsgitter 54 eineKollimatorlinse 56 befindet, die die von der Lichtquelle 4 emittierten Lichtstrahlenzu parallelen Lichtbündeln 58 macht,ist der Meßgeber 2H dervorliegenden Ausführungsform ähnlich demMeßgeber 2 derersten Ausführungsform.
    [0116] DaskreisförmigeBeugungsgitter 54 enthält gleichmäßig beabstandetekonzentrische Zonen, die um die Drehachse zentriert sind. Das kreisförmige Beugungsgitter 54 kannein Amplitudengitter oder ein Phasengitter sein. Das Coderad 14H istz. B. durch ein Klebemittel an der Welle 12 befestigt.In dieser Ausführungsformbesitzt der unter dem Coderad 14H befindliche Reflektoroder Spiegel 18H eine kegelstumpfförmige reflektierende Oberfläche 18Ha.
    [0117] ImBetrieb des so konstruierten Meßgebers 2H werdenvon der Lichtquelle 4 emittierte Lichtstrahlen durch dieLinse 56 zu dem parallelen Lichtbündel 58 und treffendaraufhin auf das kreisförmigeBeugungsgitter 54 auf dem Coderad 14H auf. Dasparallele Lichtbündel 58 wirddurch das Gitter 54 zu den im Querschnitt kreisringförmigen Lichtstrahlen 62 und daraufhinals paralleles Lichtbündel 64 durchdie reflektierende Oberfläche 18Ha reflektiert.
    [0118] Dasparallele Lichtbündel 64 wirddurch das Coderad 14H geleitet und beleuchtet das Codemuster 16 darauf,so daß dasdurch das Codemuster 16 gehende Licht auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft.Entsprechend dem Codemuster 16 besitzt das auftreffendeLicht eine rechteckwellenförmigeoder sinuswellenförmigeIntensitätsverteilung.Die Lichtempfangselemente 8 setzen das auftreffende Lichtin ein elektrisches Signal um, das einen Drehwinkel/eine Drehzahldes Coderads 14H und somit der Welle 12 angibt.
    [0119] Somitermöglichtder Meßgeber 2H,der die Linse 56 und das kreisförmige Beugungsgitter 54 enthält, an sich,daß eineParallelitätdes parallelen Lichtbündels 64 selbstdann nicht geändertwird, wenn sich eine Entfernung zwischen dem Coderad 14H undder Linse 56 und/oder eine Entfernung zwischen dem Spiegel 18H undder Linse 56 ändert,so daß einErfassungsfehler unterdrücktwerden kann.
    [0120] Dasparallele Lichtbündel 64 kanndas Umfangscodemuster 16 wie in der ersten, sech sten und siebtenAusführungsformvollständigbeleuchten, so daß einkleiner optischer Drehgeber mit hoher Auflösung erhalten werden kann.Da die optischen Achsen des optischen Systems und der Lichtquelle 4 mitder Mittellinie zusammenfallen können,könnenaußerdemdie Größenbeschränkungenverringert werden, so daß derMeßgeberverkleinert werden kann.
    [0121] Dadas Codemuster 16 durchscheinend ist (und da das Coderad 14H,mit dem die Welle 12 verbunden ist, und der Hohlspiegel 18H getrenntsind), ist ferner die relative Position der Lichtquelle 4 und desHohlspiegels 18H unverändert,selbst wenn die Ausrichtung der Welle 12 geändert wird,wobei das Codemuster 16 durch das parallele Lichtbündel 64 beleuchtetwird und die Änderungder Beleuchtungsverteilung auf den Lichtempfangselementen 8 wegen der Änderungder Ausrichtung der Welle 12 unterdrückt werden kann, so daß ein optischerDrehgeber mit kleinem Erfassungsfehler erhalten werden kann.
    [0122] Dadas parallele Lichtbündel 58 durchdas kreisförmigeBeugungsgitter 54 abgelenkt wird, kann außerdem dieBreite des parallelen Lichtbündels 64 imwesentlichen gleich dein Durchmesser des parallelen Lichtbündels 58 sein.Dies ermöglichteine größere Breitedes Codemusters 16 relativ zum Durchmesser des Coderads 14H.
    [0123] Dadie Lichtempfangselemente 8 um den gesamten Umfang angeordnetsind, kann außerdem derErfassungsfehler z. B. wegen Exzentrizität oder Neigung der Welle 12 oderwegen der Breitenungenauigkeit der durchlässigen Bereiche des Codemusters 16 verringertwerden. Im Ergebnis kann weiter ein ausreichender Flächeninhaltder Lichtempfangsflächeerhalten werden, wenn die Größe des Meßgebersverringert wird, was eine Erfassung mit hoher Genauigkeit und Auflösung sicherstellt.
    [0124] Obgleichdie Lichtempfangselemente 8 vorzugsweise um den gesamtenUmfang angeordnet sind, könnensie zumindest in einem Gebiet angeordnet sein, auf das das von demCodemuster 16 emittierte Licht auftrifft. In diesem Fallkann die reflektierende Oberfläche 18Ha einenausreichenden Flächeninhaltauf dem Hohlspiegel 18H haben, um die Lichtstrahlen zureflektieren und die Lichtempfangselemente 8 zu beleuchten,so daß siedementsprechend nicht vollständigum seine Mittellinie ausgebildet zu sein braucht. Auf einem Oberflächenbereich, indem die reflektierende Oberfläche 18Ha nichtausgebildet ist, kann eine Absorptionsschicht ausgebildet sein.
    [0125] DaskreisförmigeBeugungsgitter 54 kann von dem Coderad 14H getrenntsein und sich zwischen der Linse 56 und dem Coderad 14H befinden. Während dasparallele Lichtbündel 58 vonder Linse 56 in der Ausführungsform durch das kreisförmige Beugungsgitter 54 zerlegtwird, kann es außerdem durchein brechendes optisches Element, wie etwa ein konisches Prisma(mit einem dreieckigen Querschnitt entlang der Drehachse) ersetztsein. In diesem Fall kann das brechende optische Element einteiligmit dem Coderad 14H ausgebildet oder von ihm getrennt sein.
    [0126] 12 zeigt eine neunte Ausführungsform desoptischen Drehgebers gemäß der Erfindung.Abgesehen von folgendem ist der Meßgeber 2I der vorliegendenAusführungsform ähnlich demMeßgeber 2H derachten Ausführungsform:Anstelle der Positionierung des Spiegels 18H unter demCoderad 14H, wie es in 11 gezeigtist, besitzt das Coderad 14I in dieser Ausführungsformeine kegelstumpfförmige reflektierendeOberfläche 60,die der oberen Oberflächegegenüberliegt(und auf der das Codemuster 16 und das kreisförmige Beugungsgitter 54 ausgebildet sind).
    [0127] Diereflektierende Oberfläche 60 wirdauf dem gegossenen Coderad 14I z. B. durch Aufdampfen vonAluminium ausgebildet. Durch den unteren Oberflächenbereich des Coderads 14I,der von der reflektierenden Oberfläche 60 umgeben ist,kann Licht durchgehen. Es wird angemerkt, daß das Bezugszeichen 52I einenManschettenadapter bezeichnet, der das Coderad 14I mitder Welle 12I verbindet. Am oberen Ende der Welle 12I isteine Lichtabsorptionsschicht 24I ausgebildet.
    [0128] DerBetrieb des Meßgebers 2I ist ähnlich demdes Meßgebers 2H.Das heißt,die von der Lichtquelle 4 emittierten Lichtstrahlen werdendurch die Linse 56 zu dem parallelen Lichtbündel 58 undtreffen daraufhin auf das kreisförmigeBeugungsgitter 54 auf dem Coderad 14I auf. Dasparallele Lichtbündel 58 wirddurch das Gitter 54 zu den im Querschnitt kreisringförmigen Lichtstrahlen 62 unddaraufhin als paralleles Lichtbündel 64 vonder kegelstumpfförmigen reflektierendenOberfläche 60 reflektiert.
    [0129] Dasparallele Lichtbündel 64 wirddurch das Coderad 14I geleitet und beleuchtet das Codemuster 16 darauf,so daß Licht,das durch das Coderad 16 geleitet wird, auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft.Entsprechend dem Codemuster 16 besitzt das auftreffendeLicht eine rechteckwellenförmigeoder sinuswellenförmigeIntensitätsverteilung.
    [0130] EinTeil der von der Lichtquelle 4 emittierten Lichtstrahlen 66,die nicht zu der kegelstumpfförmigenreflektierenden Oberfläche 60 gerichtetsind, sondern durch den von der reflektierenden Oberfläche 60 umgebenenunteren Oberflächenbereichdes Coderads 14I geleitet werden, wird von der Lichtabsorptionsschicht 24I absorbiertund bewirkt somit keinen Erfassungsfehler.
    [0131] Dadas Codemuster 16 und die reflektierende Oberfläche 60 aufeinem einzigen Element, d. h. auf dem Coderad 14I, ausgebildetsind, könnendie Herstellungs/Montage-Kostenan sich verringert werden, und es kann die Konzentrizität zwischendem Codemuster 16 und der reflektierenden Oberfläche 60 verbessertwerden. Außerdemist die Parallelität desparallelen Lichtbündels 64 unverändert, selbst wenneine Entfernung zwischen dem Coderad 14H (der reflektierendenOberfläche 60)und der Linse 56 geändertwird, so daß derErfassungsfehler unterdrücktwird.
    [0132] Wiein der ersten sowie in der sechsten bis achten Ausführungsformkann das parallele Lichtbündel 64 dasUmfangscodemuster 16 vollständig beleuchten, so daß ein kleineroptischer Drehgeber mit hoher Auflösung erhalten werden kann.Da das parallele Lichtbündel 58 durchdas kreisförmigeBeugungsgitter 54 abgelenkt wird, kann ferner die Breite desparallelen Lichtbündels 64 imwesentlichen gleich dem Durchmesser des parallelen Lichtbündels 58 sein.Dies ermöglichteine größere Breitedes Codemusters 16 relativ zum Durchmesser des Coderads 14I.
    [0133] Anstattan dem Coderad 14I kann die kegelstumpfförmige reflektierendeOberflächeam oberen Ende der Welle 12I ausgebildet sein.
    [0134] Die 13 und 14 zeigen eine zehnte Ausführungsformdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindung.Abgesehen von den Konfigurationen des Codemusters auf dem Coderad,dem Beugungsgitter und der reflektierenden Oberfläche istder Meßgeber dervorliegenden Ausführungsform ähnlich dem Meßgeber 2I derneunten Ausführungsform.Ein Querschnitt längsder Linie XII-XII aus 13 istvölliggleich 12.
    [0135] Andersals bei der neunten Ausführungsform,ist das Beugungsgitter 54J ein eindimensionales periodischesAmplituden- oder Phasengitter. Das Codemuster enthält vierCodemuster 16Ja, 16Jb, 16Jc und 16Jd.Jedes der Codemuster 16Ja-16Jd besitzt ab wechselnde lichtdurchlässige undlichtundurchlässigeBereiche, die gleichmäßig beabstandet entlangdes Umfangs angeordnet sind, und ist z. B. durch Aufdampfen vonChrom auf der oberen Oberflächedes Coderads 16J ausgebildet.
    [0136] Aufden gegenüberliegendenGebieten 70 und 72 in Bezug auf die Gitterkonstantedes Beugungsgitters 54J sind ein Codemusterpaar 16Ja und 16Jc undein Codemusterpaar 16Jb und 16Jd ausgebildet.Die Codemuster 16Ja und 16Jb befinden sich inder Aussenumfangsspur und haben die gleiche Phase. Die Codemuster 16Jc und 16Jd befinden sichin der Innenumfangsspur und besitzen eine gleiche Phase, die gegenüber derAussenspur z. B. um 90° phasenverschobenist.
    [0137] Dieauf der unteren Oberflächedes Coderads 14J ausgebildete reflektierende Oberfläche enthält ein Paarebener reflektierender Oberflächen 73 und 74.Diese sind so angeordnet, daß dievon dem Gitter 54J emittierten Beugungsstrahlen 75 ±1. Ordnungdurch sie reflektiert werden, so daß sie zu einem parallelen Lichtbündel 76 werden,das parallel zur Drehachse der Welle ist.
    [0138] Ebenfallsanhand von 12 trifftdas von der Kollimatorlinse 56 emittierte parallele Lichtbündel imBetrieb des Meßgebersder vorliegenden Ausführungsformauf das Beugungsgitter 54J auf dem Coderad 14J auf.Daraufhin werden von dem Gitter 54J die Beugungsstrahlen 75 ±1. Ordnungemittiert, die anschließenddurch die reflektierenden Oberflächen 73 und 74 reflektiertwerden, so daß siezu dem parallelen Lichtbündel 76 werden,das parallel zur Drehachse der Welle 12I ist.
    [0139] Nachfolgendtrifft das parallele Lichtbündel 76 aufdie Gebiete 70 und 72 auf. Daraufhin läuft das Licht,das durch die Codemuster 16Ja bis 16Jd geht, während sichdas Coderad 14J dreht, zu den Lichtempfangselementen 8 weiter,die wie die Elemente 8C in 6 beabstandetentlang des gesamten Umfangs um die Lichtquelle angeordnet sind.
    [0140] Dasheißt,die Empfangsflächender Lichtempfangselemente 8 sind mit einem Winkelabstand, dergleich dem der Codemuster 16Ja bis 16Jd ist, um dengesamten Umfang angeordnet. Entsprechend den Codemustern 16Ja bis 16Jd besitztdas auffallende Licht eine rechteckwellenförmige oder sinuswellenförmige Intensitätsverteilung.Die Lichtempfangselemente 8 setzen das auffallende Lichtin ein elektrisches Signal um, das einen Drehwinkel/eine Drehzahldes Coderads 14J und damit der Welle 12I angibt.
    [0141] Dain der Mitte des Coderads 14J das eindimensionale periodischeGitter 54J angeordnet ist, kann eine Änderung der Lichtintensitätsverteilung desparallelen Lichtbündels 76 inden Gebieten 70 und 72 an sich selbst dann unterdrückt werden,wenn die Drehachse des Coderads 14J gegenüber deroptischen Achse der Lichtquelle 4 versetzt ist.
    [0142] DerMeßgeber,der die Linse 56 und das Beugungsgitter 54J enthält, ermöglicht es,daß eine Parallelität des parallelenLichtbündels 76 selbst dannungeändertist, wenn die Entfernung zwischen dem Coderad 14J (denebenen reflektierenden Oberflächen 73 und 74)und der Linse 56 geändertwird, so daß derErfassungsfehler unterdrücktwird. Da die Codemuster 16Ja bis 16Jd wie in derersten sowie in der sechsten bis neunten Ausführungsform durch das paralleleLichtbündel 7b beleuchtetwerden können,kann ein kleiner optischer Drehgeber mit hoher Auflösung erhaltenwerden.
    [0143] Dadie optischen Achsen des optischen Systems und der Lichtquelle 4 mitder Mittellinie zusammenfallen können,könnenaußerdemGrößenbeschränkungenverringert werden, so daß derMeßgeberverkleinert werden kann. Da das parallele Lichtbündel durch das Beugungsgitter 54J abgelenktwird, kann ferner der Durchmesser des parallelen Lichtbündels gleichder Breite des parallelen Lichtbündels 76 sein.Dadurch kann die Breite der Codemuster 16Ja bis 16Jd relativzum Durchmesser des Coderads 14J vergrößert werden.
    [0144] Eswird angemerkt, daß dieLichtempfangselemente 8 in dieser Ausführungsform entlang des gesamtenUmfangs um die Lichtquelle 4 angeordnet sein sollten.
    [0145] Weiterwird angemerkt, daß diebeiden Seiten zwischen der oberen Oberfläche (auf der die Codemuster 16Ja bis 16Jd unddas Beugungsgitter 54J ausgebildet sind) und den reflektierendenOberflächen 73 und 74 nichteben zu sein brauchen, sondern kreisbogenförmig sein können. Mit anderen Worten, dasCoderad 14J kann dadurch hergestellt werden, daß es auseinem zylindrischen Block geschnitten wird.
    [0146] Während dasparallele Lichtbündel 58 von derLinse 56 in dieser Ausführungsformdurch das kreisförmigeBeugungsgitter 54J geteilt wird, kann es außerdem durchein brechendes optisches Element, wie etwa durch ein Dreieckprisma(mit einem dreieckigen Querschnitt längs der Drehachse) ersetzt sein.In diesem Fall kann das brechende optische Element integral mitdem Coderad 14J oder getrennt von ihm sein.
    [0147] Außerdem wirdangemerkt, daß daskreisförmigeBeugungsgitter 54 und der Spiegel 18H mit der kegelstumpfförmigen reflektierendenOberfläche 18Ha inder achten Ausführungsform(11) durch ein eindimensionalesperiodisches Beugungsgitter, das sich zwischen dem Coderad 14H undder Linse 56 befindet (d. h. durch ein Gitter, das sichnicht mit dem Coderad 14H dreht), bzw. durch zwei ebene Spiegelersetzt sein kann. Da das von dem Coderad 14H emittierteLicht in diesem Fall auf zwei getrennte Gebiete auf dem Substrat 6 auftrifft,brauchen sich die Lichtempfangselemente 8 lediglich indiesen Gebieten zu befinden.
    [0148] 15 zeigt eine elfte Ausführungsformdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindung.Abgesehen davon, daß amoberen Ende der Welle 12K ein ebener Spiegel 18K angebrachtist, ist der Meßgeber 2K dervorliegenden Ausführungsform ähnlich demMeßgeber 2H derachten Ausführungsformn.Es wird angemerkt, daß dasBezugszeichen 52K einen Manschettenadapter bezeichnet,der das Coderad 14K mit der Welle 12K verbindet.
    [0149] ImBetrieb des Meßgebers 2K werdenvon der Lichtquelle 4 emittierte Lichtstrahlen durch die Linse 56 zueinem parallelen Lichtbündel 58 undtreffen darauf auf das kreisförmigeBeugungsgitter 54 auf dem Coderad 14K auf. Dasparallele Lichtbündel 58 wirddurch das Gitter 54 zu den im Querschnitt kreisringförmigen Lichtstrahlen 62.Daraufhin werden die Lichtstrahlen 62 durch den Spiegel 18K reflektiert undzu dem im Querschnitt kreisringförmigenLichtbündel 80,das umgekehrt kegelstumpfförmigkonvergiert.
    [0150] In 15, d. h. einem Querschnittlängs der Drehachseder Welle 12K, ist das Lichtbündel 80 ein Paar parallelerLichtbündel 80a und 80b.Das Lichtbündel 80 wirddurch das Coderad 14K geleitet und beleuchtet das Codemuster 16 darauf,so daß Licht, dasdurch das Codemuster 16 geleitet wird, auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft.Entsprechend dem Codemuster 16 besitzt das auffallendeLicht eine rechteckwellenförmigeoder sinuswellenförmige Intensitätsverteilung.
    [0151] DerMeßgeber 2K enthält die Linse 56,wobei das kreisförmigeBeugungsgitter 54 an sich es ermöglicht, eine Änderungder Lichtintensitätsverteilungdes Strahlenbündels 80 aufdem Codemuster 16 selbst dann zu unterdrücken, wenneine Entfernung zwi schen dem Coderad 14K und der Linse 56 geändert wird,so daß derErfassungsfehler unterdrückt wird.
    [0152] Dajedes der Lichtbündel 80a und 80b inder Zeichnung aus zueinander parallelen Lichtbündeln besteht, kann die radialeBreite der lichtdurchlässigenBereiche des Codemusters 16 außerdem im allgemeinen gleichder der Lichtempfangselemente 8 sein. Da eine Entfernungzwischen dem kreisförmigenBeugungsgitter 54 und dem ebenen Spiegel 18K größer istund ein Beugungswinkel des Gitters kleiner ist, ist ein Winkel derparallelen Lichtbündel 80a und 80b relativzur Drehachse der Welle 12K kieiner. Im Ergebnis ist dieradikale Entfernung des Außenumfangsder Lichtempfangselemente 8 von der Drehachse kleiner,so daß einkleiner optischer Drehgeber mit hoher Auflösung erhalten werden kann.
    [0153] Dadie optischen Achsen des optischen Systems und der Lichtquelle 4 mitder Drehachse der Welle 12K zusammenfallen können, können ferner wiein der ersten sowie in der sechsten bis zehnten Ausführungsformdie Größenbeschränkungenverringert werden, so daß derMeßgeberverkleinert werden kann. Da das parallele Lichtbündel 58 außerdem durchdas kreisförmigeBeugungsgitter 54 abgelenkt wird, kann die Breite jedesder parallelen Lichtbündel 80a und 80b imwesentlichen gleich dem Durchmesser des parallelen Lichtbündels 58 sein.Dies ermöglichteine größere Breitedes Codemusters 16 relativ zum Durchmesser des Coderads 14K.
    [0154] DaskreisförmigeBeugungsgitter 54 kann von dem Coderad 14K getrenntsein und sich zwischen der Linse 56 und dem Coderad 14K befinden. Außerdem kannes durch das in der zehnten Ausführungsformbeschriebene eindimensionale periodische Beugungsgitter 54J ersetztsein. In diesem Fall werden das Coderad 14J und die Lichtempfangselemente 8 verwendet,die in der zehnten Ausführungsformbeschrieben worden sind.
    [0155] 16 zeigt eine zwölfte Ausführungsform desoptischen Drehgebers gemäß der Erfindung.Abgesehen davon, daß dasCoderad 14L eine ebene reflektierende Oberfläche 84 besitzt,die der Oberfläche 14La mitdem Codemuster 16 und dem kreisförmigen Beugungsgitter 54 daraufgegenüberliegt,ist der Meßgeber 2L dervorliegenden Ausführungsform ähnlich demMeßgeber 2K derelften Ausführungsform.Es wird angemerkt, daß dasBezugszeichen 52L einen Manschettenadapter bezeichnet,der das Coderad 14L mit der Welle 12L verbindet.
    [0156] DerBetrieb des Meßgebers 2L ist ähnlich demdes Meßgebers 2K derelften Ausführungsform. Dasheißt,die von der Lichtquelle 4 emittierten Lichtstrahlen werdendurch die Linse 56 zu dem parallelen Lichtbündel 58 undtreffen daraufhin auf das kreisförmigeBeugungsgitter 54 auf dem Coderad 14L auf. Dasparallele Lichtbündel 58 wirddurch das Gitter 54 zu den im Querschnitt kreisringförmigen Lichtstrahlen 62.Daraufhin werden die Lichtstrahlen 62 an der reflektierendenOberfläche 84 reflektiert,so daß sie zudem Lichtbündel 86 werden,das in 16, d. h. ineiner Querschnittsansicht längsder Drehachse der Welle 12L, ein Paar paralleler Lichtbündel 86a und 86b ist.
    [0157] DasLichtbündel 86 wirddurch das Coderad 14L geleitet und beleuchtet das Codemuster 16 darauf,so daß dasdurch das Codemuster 16 geleitete Licht auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft.Entsprechend dem Codemuster 16 besitzt das auffallendeLicht eine rechteckwellenförmigeoder sinuswellenförmigeIntensitätsverteilung.
    [0158] Ineiner Ausführungsformermöglichteine Konstruktion, bei der die reflektierende Oberfläche 84 aufdem Coderad 14L ausgebildet ist, die Herstellungs/Montage-Kostenzu senken.
    [0159] Inder elften Ausführungsform(15) sind die Lichtbündel 80a und 80b nichtparallel zueinander. Die Lichtbündel 86a und 86b inder zwölftenAusführungsform(16) sind gleichfallsnicht parallel zueinander. Allerdings sind die Lichtstrahlen injedem der Lichtbündel 80a, 80b, 86a oder 86b parallelzueinander. Mit anderen Worten, die Breite jedes der Lichtbündel 80a, 80b, 86a und 86b istim wesentlichen ungeändert.
    [0160] DerBegriff "parallelesLichtbündel" bezeichnet hiernicht nur die Lichtbündelgemäß der ersten biszehnten Ausführungsform,sondern auch die Lichtbündelgemäß der elftenund zwölftenAusführungsform,d. h. Lichtbündel,deren Breite, definiert als Längeim Querschnitt längsder Drehachse der Welle, im wesentlichen ungeändert ist.
    [0161] 17 zeigt eine dreizehnteAusführungsformdes optischen Drehgebers gemäß der Erfindung.Abgesehen davon, daß dasCoderad 14M eine ebene untere Oberfläche 14Mb besitzt,auf der ein reflektierendes Beugungsgitter 90 wie etwaein Blacegitter ausgebildet ist, ist der Meßgeber 2M der vorliegendenAusführungsform ähnlich demMeßgeber 2L derzwölftenAusführungsform.Das reflektierende Beugungsgitter 90 enthält gleichmäßig beabstandeteund konzentrische Zonen, deren Gitterkonstante gleich der des kreisförmigen Beugungsgitters 54 ist.Es wird angemerkt, daß dasBezugszeichen 52M einen Manschettenadapter bezeichnet,der das Coderad 14M mit der Welle 12M verbindet.
    [0162] ImBetrieb des Meßgebers 2M werdenvon der Lichtquelle 4 emittierte Lichtstrahlen durch die Linse 56 zudem parallelen Lichtbündel 58 undtreffen darauf auf das kreisförmigeBeugungsgitter 54 auf dem Coderad 14M auf. Wiein der zwölftenAusführungsformwird das parallele Lichtbündel 58 durch dasGitter 54 zu den im Querschnitt kreisringförmigen Lichtstrahlen 62.Daraufhin werden die Lichtstrahlen 62 durch das reflektierendeBeugungsgitter 90 reflektiert und gebeugt, so daß sie zudem parallelen Lichtbündel 92 werden.
    [0163] Dasparallele Lichtbündel 92,das parallel zur Drehachse der Welle 12M ist, wird durchdas Coderad 14M geleitet und beleuchtet das Codemuster 16 darauf,so daß dasdurch das Codemuster 16 geleitete Licht auf die Lichtempfangselemente 8 auftrifft. Entsprechenddem Codemuster 16 besitzt das auffallende Licht eine rechteckwellenförmige odersinuswellenförmigeIntensitätsverteilung.
    [0164] Durchdie Verwendung des reflektierenden Beugungsgitters 90 anstelleder reflektierenden Oberfläche 84 inder zwölftenAusführungsformkann der Umfang des Codemusters 16 wie in der ersten sowiein der sechsten bis neunten Ausführungsform vollständig durchdas parallele Lichtbündel 92 beleuchtetwerden, so daß einkleiner optischer Drehgeber mit hoher Auflösung erhalten werden kann.
    [0165] Außerdem können durcheine Konstruktion, in der auf dem Coderad 14M das reflektierendeBeugungsgitter 90 ausgebildet ist, die Herstellungs/Montage-Kostengesenkt werden. Da das parallele Lichtbündel 58 durch daskreisförmigeBeugungsgitter 54 und daraufhin durch das reflektierendeBeugungsgitter 90 abgelenkt wird, kann die Breite des parallelen Lichtbündels 92 imwesentlichen gleich dem Durchmesser des parallelen Lichtbündels 58 sein.Dies ermöglichteine größere Breitedes Codemusters 16 relativ zum Durchmesser des Coderads 14M.
    [0166] Während dasparallele Lichtbündel 58 von derLinse 56 in der vorliegenden Ausführungsform mittels des kreisförmigen Beugungsgitters 54 geteilt wird,kann es durch ein brechendes optisches Element, wie etwa ein konischesPrisma, ersetzt sein. In diesem Fall kann das brechende optischeElement integral mit dem Coderad 14M oder getrennt davon sein.
    [0167] Eswird angemerkt, daß derebene Spiegel 18K am oberen Ende der Welle 12K inder elften Ausführungsformdurch das reflektierende Beugungsgitter 90 ersetzt seinkann.
    [0168] Außerdem wirdangemerkt, daß daskreisförmigeBeugungsgitter 54 durch ein eindimensionales periodischesAmplituden- oder Phasengitter, wie etwa das Gitter 54J inder zehnten Ausführungsform, ersetztsein kann und daß dasreflektierende Beugungsgitter 90 dementsprechend durchein eindimensionales periodisches Amplituden- oder Phasengitterersetzt sein kann.
    [0169] Indiesem Fall werden das Coderad 14J und die Lichtempfangselementeverwendet, die in der zehnten Ausführungsform beschrieben wordensind. Da bei in dieser Variante in der Mitte des Coderads 14M daseindimensionale periodische Gitter positioniert ist, kann in ihreine Änderungder Lichtintensitätsverteilungdes parallelen Lichtbündels 92 aufdem Codemuster 16 selbst dann unterdrückt werden, wenn die Drehachsedes Coderads 14M gegenüber deroptische Achse der Lichtquelle 4 versetzt ist.
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] Optischer Drehgeber zum Erfassen von Drehinformationeneiner Welle (12; 12G), der folgendes aufweist: – eine Lichtquelle(4), die sich auf der Drehachse (10) oder in derNähe derDrehachse (10) der Welle (12; 12G) befindetund Lichtstrahlen emittiert; – ein Coderad (14; 14E, 14F),das an der Welle (12; 12G) angebracht ist, sodaß essich um die Drehachse (10) dreht, und das in Umfangsrichtungmehrere abwechselnde lichtdurchlässigeBereiche (42; 48) und lichtundurchlässige Bereiche(46) besitzt; – einenReflektor (18; 18A; 18B; 18G),der von dem Coderad (14; 14E, 14F) beabstandetist und der die von der Lichtquelle (4) emittierten Lichtstrahlen(20) in der Weise reflektiert, daß sie zu einem parallelen Lichtbündel (22)werden, das die lichtdurchlässigen Bereiche(42; 48) des Coderads (14; 14E, 14F)beleuchtet, so daß Licht,das durch die lichtdurchlässigenBereiche (42; 48) geht, zu einem Umfangsgebiet derLichtquelle (4) gelenkt wird; und – ein oder mehrere Lichtempfangselemente(8), die das durch die lichtdurchlässigen Bereiche (42; 48) gehendeLicht empfangen.
    [2] Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dasparallele Lichtbündel(22) im wesentlichen parallel zu der Drehachse (10)ist.
    [3] Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß derReflektor (18; 18A; 18B; 18G)ein Hohlspiegel (18; 18A; 18B; 18G)ist.
    [4] Drehgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß derReflektor (18; 18A; 18B) eine Durchgangsbohrung(18b; 18Ab; 18Bb) besitzt, durch diedie Welle (12) verläuft.
    [5] Drehgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß derReflektor (18A; 18B) eine Öffnung besitzt, die längs derDrehachse (10) verläuftund die Durchgangsbohrung (18Ab; 18Bb) und eineUmfangsoberflächedes Reflektors (18A; 18B) verbindet.
    [6] Drehgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß derReflektor (18G) an einem Ende der Welle (12G)angebracht ist.
    [7] Drehgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,daß derReflektor (18; 18A; 18G) die von derLichtquelle (4) emittierten Lichtstrahlen (20)durch eine Reflexion zum Umfang der Lichtquelle (4) reflektiert.
    [8] Drehgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnetdurch einen Lichtabsorber (24; 24G), der sichan einem Ende der Welle (12; 12G) oder auf derDrehachse (10) befindet.
    [9] Drehgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnetdurch ein reflektierendes Element (50), das sich an einemEnde der Welle (12) oder auf der Drehachse (10)befindet und das das Licht in der Weise reflektiert, daß das reflektierteLicht nicht auf die Lichtempfangselemente (8) auftrifft.
    [10] Optischer Drehgeber zum Erfassen von Drehinformationeneiner Welle (12; 12K), der folgendes aufweist: – eine Lichtquelle(4), die sich auf der Drehachse (10) oder in derNähe derDrehachse (10) der Welle (12; 12K) befindetund Lichtstrahlen emittiert; – einen Kollimator (56),der die von der Lichtquelle (4) emittierten Lichtstrahlenzu einem parallelen Lichtbündel(58) macht; – einenStrahlteiler (54), der das parallele Lichtbündel (58)von dem Kollimator (56) teilt; – ein Coderad (14H; 14K),das in der Weise an der Welle (12; 12K) angebrachtist, daß essich um die Drehachse (10) dreht, und das in Umfangsrichtung mehrereabwechselnde lichtdurchlässigeBereiche (42, 48) und lichtundurchlässige Bereiche(46) besitzt; – einenReflektor (18H; 18K), der von dem Coderad (14H; 14K)beabstandet ist und der die durch den Strahlteiler (54)geteilten Lichtstrahlen (62) in der Weise reflektiert,daß siezu einem parallelen Lichtbündel(64; 80a, 80b) werden, das die lichtdurchlässigen Bereiche(42, 48) des Coderads (14H; 14K)beleuchtet, so daß Licht,das durch die lichtdurchlässigenBereiche (42, 48) geht, zu einem Umfangsgebiet derLichtquelle (4) gelenkt wird; und – ein oder mehrere Lichtempfangselemente(8), die das durch die lichtdurchlässigen Bereiche (42, 48) gehendeLicht empfangen.
    [11] Drehgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß derStrahlteiler (54) ein Beugungsgitter (54) ist,das das parallele Lichtbündel (58)von dem Kollimator (56) beugt.
    [12] Drehgeber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß dasBeugungsgitter (54) ein kreisförmiges Beugungsgitter (54)ist und daß derReflektor (18H, 18K) eine kegelstumpfförmige reflektierendeOberfläche(18Ha) besitzt.
    [13] Drehgeber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß dasBeugungsgitter (54) ein eindimensionales periodisches Beugungsgitter(54) ist, das das parallele Lichtbündel (58) von demKollimator (56) beugt, und daß der Reflektor (18H, 18K)ein ebener Spiegel (18K) ist.
    [14] Drehgeber nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,daß derReflektor (18H, 18K) ein reflektierendes Beugungsgitter(18H, 18K) ist, dessen Gitterkonstante gleichder des Beugungsgitters (54) ist, das das parallele Lichtbündel (58)von dem Kollimator (56) beugt.
    [15] Drehgeber nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet,daß derReflektor (18K) an einem Ende der Welle (12K)angebracht ist.
    [16] Optischer Drehgeber zum Erfassen von Drehinformationeneiner Welle (12I; 12L; 12M), der folgendesaufweist: – eineLichtquelle (4), die sich auf der Drehachse (10) oderin der Näheder Drehachse (10) der Welle (12I; 12L; 12M)befindet und die Lichtstrahlen emittiert; – einen Kollimator (56),der die von der Lichtquelle (4) emittierten Lichtstrahlenzu einem parallelen Lichtbündel(58) macht; – einenStrahlteiler (54; 54J), der das parallele Lichtbündel (58)von dem Kollimator (56) teilt; – ein Coderad (14I; 14J; 14L; 14M),das in der Weise an der Welle (12I; 12L; 12M)angebracht ist, daß es sichum die Drehachse (10} dreht, und das in Umfangsrichtungmehrere abwechselnde lichtdurchlässigeBereiche (42, 48) und lichtundurchlässige Bereiche(46) besitzt sowie eine reflektierende Oberfläche (60; 73, 74; 84)besitzt, die die durch den Strahlteiler (54; 54J)geteilten reflektierten Lichtstrahlen (62; 75) inder Weise reflektiert, daß siezu einem parallelen Lichtbündel(64; 76; 86a, 86b; 92)werden, das die lichtdurchlässigen(42, 48) Bereiche des Coderads (14I; 14J; 14L; 14M)in der Weise beleuchtet, daß dasdurch die lichtdurchlässigenBereiche (42, 48) gehende Licht zu einem Umfangsgebietder Lichtquelle (4) gelenkt wird; und – ein odermehrere Lichtempfangselemente (8), die das durch die lichtdurchlässigen Bereiche(42, 48) gehende Licht empfangen.
    [17] Drehgeber nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,daß derStrahlteiler (54; 54J) ein Beugungsgitter (54; 54J)ist, das das parallele Lichtbündel(58) von dem Kollimator (56) beugt.
    [18] Drehgeber nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,daß dasBeugungsgitter (54; 54J) ein kreisförmiges Beugungsgitter(54) ist und daß diereflektierende Oberfläche(60) kegelstumpfförmigist.
    [19] Drehgeber nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,daß dasBeugungsgitter (54; 54J) ein eindimensionalesperiodisches Beugungsgitter (54J) ist, das das paralleleLichtbündel(58) von dem Kollimator (56) beugt, und daß die reflektierendeOberfläche(73, 74) eben ist.
    [20] Drehgeber nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet,daß diereflektierende Oberfläche(60; 73, 74) die Oberfläche einesreflektierenden Beugungsgitters (90) ist, dessen Gitterkonstantegleich der des Beugungsgitters (54) ist, das das paralleleLichtbündel(58) von dem Kollimator (56) beugt.
    [21] Drehgeber nach einem der Ansprüche 10 bis 20, gekennzeichnetdurch einen Lichtabsorber (24I), der sich an einem Endeder Welle (12, 12I; 12K, 12L; 12M)oder auf der Drehachse (10) befindet.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-11-25| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-09-09| 8130| Withdrawal|
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