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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine photoelektrische Codiereinrichtung und betrifft insbesondere eine photoelektrische Codiereinrichtung mit einer verschiebbaren Codierungsskala, welche zur Messung einer Position und zur Detektion eines Bewegungsbetrages eines sich bewegenden Objekts in verschiedenen Werkzeugmaschinen, Halbleiter-Produktionsvorrichtungen und Ähnlichem verwendet wird.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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In einer herkömmlichen photoelektrischen Codiereinrichtung sind Lichtempfangselemente so angeordnet, dass sie vier unterschiedliche Phasen haben, d. h., A-Phase, B-Phase, /A-Phase und /B-Phase mit einer Phasendifferenz von P/4 in Bezug auf einen Eingangssignal-Pitch P, und jedes der Lichtempfangselemente hat eine Breite von P/2. Die Lichtempfangselemente sind in Bezug auf eine Bewegungsrichtung einer verschiebbaren Skala parallel angeordnet, und vier Lichtempfangselemente mit jeweils unterschiedlichen Phasen sind zu einem Satz kombiniert, und eine Vielzahl von Sätzen der Lichtempfangselemente sind in der Bewegungsrichtung der verschiebbaren Skala angeordnet, so dass ein Verschiebungsbetrag der verschiebbaren Skala erfasst wird. Somit wird entsprechend dem Verschiebungsbetrag der Skala ein Bewegungsbetrag oder eine relative Stellung eines sich bewegenden Objekts erfasst. In dieser Anordnung ist eine Lichtquelle an einer Seite gegenüber der Skalenseite angeordnet, und ein Tastverhältnis der Skala ist auf 50% eingestellt.
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Bei einem weiteren herkömmlichen Beispiel einer photoelektrischen Codiereinrichtung werden Lichtempfangselemente für die A-Phase, die B-Phase, die /A-Phase und die /B-Phase angegeben, jedes Lichtempfangselement hat eine Phasendifferenz von P/4 in Bezug auf einen Eingangssignal-Pitch P, und die Lichtempfangselemente sind mit einem Intervall von 3P/4 in Bezug auf eine Skalenverschiebungsrichtung angeordnet, so dass ein Verschiebungsbetrag (d. h. Bewegungsbetrag) der Skala erfasst wird.
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Es sei hier angemerkt, dass der Begriff „Pitch P” ein Intervall der jeweiligen Lichtübertragungsschlitze ist, die in der Skala gebildet werden, und der Pitch P entspricht einem Zyklus eines Eingangssignals, das durch die Skala erhalten wird. Darüber hinaus sei in Bezug auf die Begriffe „A-Phase”, „B-Phase”, „/A-Phase” und „/B-Phase” angemerkt, dass in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung „/A-Phase” bzw. „/B-Phase” komplementäre Beziehungen von Inversionsdifferenzsignalen (mit einer Phasendifferenz von 180 Grad) in Bezug auf „A-Phase” bzw. „B-Phase” sind.
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In der oben erwähnten herkömmlichen photoelektrischen Codiereinrichtung ist es jedoch, da der Pitch zu eng ist, nicht möglich, einen Raum zur Bildung eines Abschnittes zur Verhinderung von Übersprechen vorzusehen, was zu Nachteilen führt, wie etwa dazu, dass ein Lichtsignal abgelenkt wird und die Lichtempfangselemente erreicht, und dass ein Übersprechen in unerwünschter Weise zwischen benachbarten Lichtempfangselementen erzeugt werden kann. Um ein solches Übersprechen zu verhindern, kann ein Verfahren in Erwägung gezogen werden, in welchem die Breite eines jeden Lichtempfangselements kleiner als P/2 gemacht wird. Wenn jedoch die Breite des Lichtempfangselements verringert wird, wird der Signalausgang desselben in unerwünschter Weise verringert.
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Darüber hinaus besitzt die herkömmliche photoelektrische Codiereinrichtung einen komplexen Verdrahtungsaufbau mit Drähten, die an manchen Stellen einander überschneiden, und daher wird die Herstellung eines Arrays aus Lichtempfangselementen erschwert.
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Des Weiteren kann auf Grund von Schwankungen eines Lichtemissionswinkels der Lichtquelle ein Fehler in der Phasendifferenz in den jeweiligen Phasen verursacht werden.
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Das europäische Patent
EP 0 251 341 B1 in seiner erteilten Fassung offenbart eine Schaltungsanordnung zum Auswerten der Bewegung einer Codespur inkrementaler Art. Dieses dort beschriebene herkömmliche Auswertungssystem weist eine als Skala dienende rotierende Scheibe auf, welche ihrerseits wiederum eine Vielzahl von Lichtübertragungsschlitzen und eine Vielzahl von Lichtunterbrechungsabschnitten aufweist, wobei die Lichtübertragungsschlitze und die Lichtunterbrechungsabschnitte entlang der Umfangslinie der Skala angeordnet sind. Weiterhin weist dieses herkömmliche System eine Lichtquelle auf, welche derart in Richtung der Skala ausgerichtet ist, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht ein periodisches Lichtintensitäts-Verteilungsmusters mit einer vorgegebenen Periodizität erzeugt.
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Die herkömmliche Codiereinrichtung ermöglicht jedoch kein genaues Erfassen der einzelnen Phasensignale der Lichtquelle, z. B. wenn Streulicht vorhanden ist, und der Einfluss von gebeugten oder abgelenkten Bestandteilen des einfallenden Lichtes wirkt sich negativ auf die zur Bestimmung des Bewegungsbetrages durchgeführte Erfassung der Farbendifferenz aus.
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Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und ihr Ziel besteht darin, eine photoelektrische Codiereinrichtung vorzusehen, die das Vorhandensein eines Raumes gewährleistet, der zur Unterbringung eines Mittels zur Verhinderung von Übersprechen zwischen jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen verwendet wird, um dadurch die Lichtsignalbestandteile zu verringern, die zu den Lichtempfangselementen gebeugt oder umgelenkt werden, wodurch das Auftreten von Übersprechen verhindert wird.
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Ein weiteres Ziel besteht darin, das Übersprechen zwischen benachbarten Verdrahtungen zu verringern, indem das Überschneiden der Verdrahtungen beseitigt wird, sowie darin, in einfacher Weise ein Array von Lichtempfangselementen herzustellen.
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Noch ein weiteres Ziel besteht darin, eine photoelektrische Codiereinrichtung vorzusehen, welche eine stabile Differenzialverstärkung ausführen kann, ohne eine Beeinflussung durch Schwankungen des Lichtemissionswinkels der Lichtquelle zu erfahren, so dass ein Phasenfehler auf Grund eines Fehlers im Emissionswinkel verringert werden kann, wenn die Differenzialverstärkung ausgeführt wird.
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Um die oben erwähnten Ziele zu erreichen, umfasst eine photoelektrische Codiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Skala, welche ein periodisches Lichtintensitäts- Verteilungsmuster mit einem vorgegebenen Pitch P erzeugt, wenn die Skala von einer Lichtquelle angestrahlt wird. Die Codiereinrichtung umfasst ferner eine Vielzahl von Gruppen von Lichtempfangselementen, die relativ zu der Skala verschoben werden, um Phasensignale mit vorgegebenen Phasendifferenzen zu erzeugen, so dass der Bewegungsbetrag auf der Grundlage der Phasensignale mit den vorgegebenen Phasendifferenzen erfasst wird. Bei dieser Bauweise ist eine Vielzahl von Lichtempfangselementen, welche dieselbe Phase empfangen, benachbart angeordnet, um jede der Gruppen von Lichtempfangsabschnitten zu bilden, und somit ist die Vielzahl der Gruppen von Lichtempfangsabschnitten parallel angeordnet.
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Auf diese Weise sind die Lichtempfangselemente, welche dieselbe Phase empfangen, benachbart zueinander als ein Satz von Lichtempfangselementen angeordnet, und mehrere Sätze davon bilden eine Vielzahl von Gruppen von Lichtempfangselementen, welche parallel angeordnet sind. Somit ist es möglich, einen Raum beizubehalten, innerhalb dessen ein Element vorgesehen wird, welches ein Übersprechen zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen verhindert, sogar wenn der Pitch dieser Lichtempfangselemente vergleichsweise gering ist. Somit wird es möglich, die gebeugten oder abgelenkten Bestandteile eines einfallenden Lichtsignals zu verringern, die die Lichtempfangselemente erreichen, und das Übersprechen zu verringern. Darüber hinaus wird es möglich, sich überschneidende Verdrahtungen zu beseitigen, und in der Folge in einfacher Weise ein Array von Lichtempfangselementen herzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen einfach verständlich, in welcher gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet werden und worin:
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1 eine perspektivische Ansicht ist, die einen schematischen Aufbau der Hauptteile einer photoelektrischen Codiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine vergrößerte Ansicht eines Arrays von Lichtempfangselementen ist, bei dem die Lichtempfangselemente der photoelektrischen Codiereinrichtung, die in 1 gezeigt wird, angeordnet sind;
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3 eine vergrößerte Ansicht eines Arrays von Lichtempfangselementen ist, bei dem Lichtempfangselemente einer photoelektrischen Codiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 2, welche nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist, angeordnet sind;
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4 eine vergrößerte Ansicht eines Arrays von Lichtempfangselementen ist, bei dem Lichtempfangselemente einer photoelektrischen Codiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
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5 eine Ansicht zur Erläuterung ist, die ein Beispiel für die Schwankung des Emissionswinkels einer Lichtquelle zeigt; und
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6 eine schematische perspektivische Ansicht ist, die ein Beispiel einer Gruppe von Lichtempfangselementen zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevor die Beschreibung fortgesetzt wird, ist anzumerken, dass innerhalb der beiliegenden Zeichnungen gleiche Teile durch dieselben Bezugszahlen bezeichnet werden, da die grundlegenden Strukturen der bevorzugten Ausführungsformen gleich sind.
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(Ausführungsform 1)
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird im Folgenden eine Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer photoelektrischen Codiereinrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Arrays von Lichtempfangselementen, in welchem eine Vielzahl von Sätzen von Lichtempfangselementen auf Phasenbasis angeordnet ist.
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In 1 stellt die Bezugszahl 102 eine Lichtquelle, wie etwa eine LED und Ähnliches, dar, welche Licht aussendet, das auf eine Drehskala 104 aufgebracht wird. Bezugszahl 103 ist ein Drehkörper, der sich um eine Drehachse 108 dreht. Der Drehkörper 103 kann aus einer scheibenförmigen Drehplatte gebildet sein, welche entsprechend einer Bewegung eines sich bewegenden Objekts (nicht dargestellt) gedreht wird.
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Die Drehskala 104 besitzt eine solche Konfiguration, dass eine Vielzahl von Lichtübertragungsschlitzen in radialer Art gebildet wird. Insbesondere werden die mehrfachen Schlitze in dem Drehkörper 103 gebildet und in einer konzentrischen radialen Art um die Drehachse 108 des Drehkörpers 103 herum angeordnet. Darüber hinaus ist die Drehskala 104 so ausgebildet, dass sie ein Bestrahlungsmuster mit einer Zentralachsenlinie 101 derselben aufweist, welche senkrecht auf der optischen Achse steht. Die Zentralachsenlinie 101 läuft durch das Drehzentrum 0 des Drehkörpers 103. Das Bestrahlungsmuster der Drehskala 104 besitzt einen Pitch P mit einem Tastverhältnis von 50%, Der Pitch P ist ein Intervall der jeweiligen Lichtübertragungsschlitze, die in der Skala gebildet werden, und der Pitch P entspricht einen Zyklus eines einfallenden Lichtsignals, das durch die Drehskala erhalten wird.
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Bezugszahl 106 bezeichnet ein Array von Lichtempfangselementen, in welchem eine Vielzahl von Lichtempfangselementen 105, wie etwa Photodioden, das übertragene Licht von der Drehskala 104 empfängt und das empfangene Licht photoelektrisch umwandelt. Die Lichtempfangselemente 105 sind so angeordnet, dass das Bestrahlungsmuster der Drehskala mit dem Pitch P auf das Licht empfangende Array 106 aufgebracht wird. In dieser Konfiguration ist die Zentralachsenlinie 101 des Skalen-Bestrahlungsmusters mit einer Zentralachsenlinie des Arrays von Lichtempfangselementen 106, welches auch durch die in 2 und 3, die später beschrieben werden, gezeigte Bezugszahl 101 dargestellt wird, zur Deckung gebracht.
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In der in 2 gezeigten Konfiguration des Arrays 106 von Lichtempfangselementen ist eine Gesamtzahl von 16 Stück Lichtempfangselementen vorgesehen und in vier Gruppen unterteilt, wobei jede Gruppe in der Beschreibung als „Gruppe von Lichtempfangselementen” oder „Gruppe von Lichtempfangsabschnitten” bezeichnet wird und jedes der Lichtempfangselemente eine Breite von ungefähr P/2 besitzt. Die vier Gruppen sind die A-Phasen-Gruppe, die B-Phasen-Gruppe, die /A-Phasen-Gruppe und die /B-Phasen-Gruppe. Die A-Phasen-Gruppe besteht aus den Lichtempfangselementen A1–A4, die B-Phasen-Gruppe besteht aus den Lichtempfangselementen B1–B4, die /A-Phasen-Gruppe besteht aus den Lichtempfangselementen /A1–/A4, und die /B-Phasen-Gruppe besteht aus den Lichtempfangselementen /B1–/B4, und diese vier Gruppen gehören zu vier unterschiedlichen Phasensignalen der A-Phase (22), der B-Phase (24), der /A-Phase (23) und der /B-Phase (25), die erfasst werden sollen. Zum Beispiel wird die A-Phase (22) als eine Referenzphase verwendet, die B-Phase (24) hat eine Phasendifferenz von 90 Grad zu der Referenz-A-Phase, die /A-Phase (23) hat eine Phasendifferenz von 180 Grad zu der Referenz-A-Phase und die /B-Phase (25) besitzt eine Phasendifferenz von 270 Grad zu der Referenz-A-Phase.
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Um ein Layout durch Anordnen der jeweiligen Lichtempfangsabschnitte – zunächst in Verbindung mit der A-Phase (22) – zu erhalten, ist das erste Lichtempfangselement A1 angeordnet, und das zweite Lichtempfangselement A2 ist in einer Position mit einem Abstand entsprechend dem Betrag des Pitch P zu dem Lichtempfangselement A1 angeordnet, um die A-Phasen-Gruppe zu bilden. Als Nächstes ist, um die /A-Phasengruppe zu bilden, die zu der /A-Phase (23) gehört, das Lichtempfangselement /A1 in einer Position mit einem Abstand von 3P/2 zu dem Lichtempfangselement A2 angeordnet. In der Folge sind die Lichtempfangselemente /A2, /A3 und /A4 für die /A-Phase nacheinander an jedem Abstand entsprechend dem Betrag des Pitch P angeordnet. Es wird hier angemerkt, dass der Begriff „Abstand” zwischen den benachbarten zwei Lichtempfangselementen einen Mittenabstand zwischen den Mittellinien der zwei benachbarten Lichtempfangselemente darstellt.
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Als Nächstes ist das dritte Lichtempfangselement A3 für die A-Phase in einer Position mit einem Abstand von 3P/2 zu dem Lichtempfangselement /A4 angeordnet, und des Weiteren ist das vierte Lichtempfangselement A4 für die A-Phase mit einem Abstand von P zu dem Element A3 angeordnet.
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In derselben Weise ist das erste Lichtempfangselement B1 für die B-Phase in einer Position mit einem Abstand von 5P/4 von dem Element A4 angeordnet, und das zweite Lichtempfangselement B2 für die B-Phase ist mit einem Abstand P von dem Element B1 angeordnet.
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Für die /B-Phase ist als Nächstes das Lichtempfangselement /B1 in einer Position mit einem Abstand von 3P/2 von dem Lichtempfangselement B2 angeordnet, und die darauf folgenden Lichtempfangselemente /B2, /B3 und /B4 sind nacheinander an jedem Abstand P angeordnet.
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Des Weiteren ist das dritte Lichtempfangselement B3 für die B-Phase in einer Position mit einem Abstand von 3P/2 von dem Element /B4 angeordnet, und das vierte Lichtempfangselement B4 für die B-Phase ist mit einem Abstand P von dem Element B3 angeordnet. Somit ist ein Satz von vier Lichtempfangselementen so angeordnet, dass dieselbe Phase eine Gruppe von Lichtempfangselementen bildet, in welcher zumindest zwei Lichtempfangselemente benachbart zueinander angeordnet sind.
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In der in 2 dargestellten Konfiguration stellt die Bezugszahl 28 einen gemeinsamen Flächenschwerpunkt auf der Phasenachse 109 der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen der A-Phasen-Gruppe und der /A-Phasen-Gruppe dar. Bezugszahl 29 stellt einen gemeinsamen Flächenschwerpunkt auf der Phasenachse der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen der B-Phasen-Gruppe und /B-Phasen-Gruppe dar. Darüber hinaus sind die Gruppen von Lichtempfangselementen so angeordnet, dass der Phasenabstand von der Zentralachsenlinie 101 des Bestrahlungsmusters zu dem Flächenschwerpunkt 28 auf der Phasenachse 109 gleich dem Phasenabstand von der Zentralachsenlinie 101 zu dem Flächenschwerpunkt 29 gemacht wird. Mit anderen Worten sind die Flächenschwerpunkte 28 und 29 auf der Phasenachse der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen für die A-Phase und B-Phase symmetrisch in Bezug auf die Zentralachsenlinie 101 des Bestrahlungsmusters angeordnet.
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Somit sind die 16 Lichtempfangselemente in vier Gruppen von Lichtempfangselementen der A-Phasen-Gruppe, der /A-Phasen-Gruppe, der B-Phasen-Gruppe und der /B-Phasen-Gruppe so unterteilt, dass die vier Phasensignale der A-Phase 22, B-Phase 24, /A-Phase 23 und /B-Phase mit einer Phasendifferenz von 90 Grad zueinander erfasst werden und eine Differenzialverstärkung zwischen dem A-Phasensignal 22 und dem /A-Phasensignal 23 sowie zwischen dem B-Phasensignal 24 und dem /B-Phasensignal 25 ausgeführt wird.
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In dieser Konfiguration ist eine gemeinsame Dummyschicht 26, die als eine das Übersprechen verhindernde Abschirmungsschicht dient, integral in den Zwischenräumen zwischen den benachbarten Lichtempfangselementen gebildet, so dass Lichtbestandteile, die in die Dummyschicht 26 gelangen, als Dummysignal (D) 27 erfasst werden. Somit dient die Dummyschicht 26 als ein Abschirmungselement zur Abschirmung zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen, so dass die Lichtbestandteile des einfallenden Lichts, das auf den Raum zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen aufgebracht wird, als das Dummysignal 27 extrahiert werden können, wodurch verhindert wird, dass die einfallenden Lichtbestandteile gebeugt oder abgelenkt werden und die Lichtempfangselemente erreichen.
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Als ein Konfigurationsbeispiel wird unter der Annahme, dass der durchschnittliche Radius r von dem Zentrum 0 der Drehachse der Drehskala 104, die in dem Drehkörper 103 gebildet ist, r = 9,55 mm ist, wobei die Anzahl der Unterteilungen durch die Schlitze der Drehskala 500 ist, der durchschnittliche Pitch P der Drehskala durch 2πr/500 erhalten, was ungefähr 120 μm ergibt. In diesem Fall wird der Zwischenraum sogar im Minimum zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen P/2 (das heißt, 60 μm), was ein ausreichender Raum zur Bildung der Dummyschicht 26 ist.
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Da die Dummyschicht 26 installiert ist, ist es in dieser Konfiguration möglich, die Lichtbestandteile zu unterdrücken, die gebeugt oder abgelenkt werden und die jeweiligen Lichtempfangselemente erreichen, und es ist ebenfalls möglich, das Obersprechen zwischen den benachbarten Signalbestandteilen zu verringern. Darüber hinaus können die jeweiligen Signalbestandteile des A-Phasen-Signals 22, B-Phasen-Signals 24, /A-Phasen-Signals 23 und /B-Phasen-Signals 25 separat, ohne Überschneidung mit der Verdrahtung für das Dummysignal 27 erfasst werden.
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Darüber hinaus haben die A-Phasen-Gruppe und die /A-Phasen-Gruppe denselben Flächenschwerpunkt 28 gemeinsam auf der Phasenachse, und auch die B-Phasen-Gruppe und die /B-Phasen-Gruppe haben denselben Flächenschwerpunkt 29 gemeinsam auf der Phasenachse.
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Mit anderen Worten ist der Flächenschwerpunkt der Gruppe von Lichtempfangselementen der Elemente A1, A2, A3 und A4, die zu der A-Phase gehören, mit dem Flächenschwerpunkt der Gruppe von Lichtempfangselementen der Elemente /A1, /A2, /A3 und /A4, die zu der /A-Phase 23 gehören, zur Deckung gebracht, wobei sie denselben Flächenschwerpunkt 28 gemeinsam haben. Auch der Flächenschwerpunkt der Gruppe von Lichtempfangselementen der Elemente B1, B2, B3 und B4, die zu der B-Phase 24 gehören, ist mit dem Flächenschwerpunkt der Gruppe von Lichtempfangselementen der Elemente /B1, /B2, /B3 und /B4, die zu der /B-Phase gehören, zur Deckung gebracht, wobei sie denselben Flächenschwerpunkt 29 gemeinsam haben.
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Da die Flächenschwerpunkte auf der Phasenachse der Gruppen von Lichtempfangselementen miteinander zur Deckung gebracht sind, ist es auf diese Weise möglich, die Phasendifferenzen in der unterschiedlichen Vielzahl von Phasensignalen mit vorgegebenen Phasen, die voneinander unterschiedlich sind, ohne jeglichen Einfluss zu stabilisieren, sogar wenn eine Schwankung des Emissionswinkels der Lichtquelle auftritt.
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Darüber hinaus ist der Phasenabstand auf der Phasenachse von der Zentralachsenlinie 101 des Bestrahlungsmusters zu dem Flächenschwerpunkt 28 der A-Phasen-Gruppe und der /A-Phasen-Gruppe gleich dem Phasenabstand von der Zentralachsenlinie 101 zu dem Flächenschwerpunkt 29 der B-Phasen-Gruppe und der /B-Phasen-Gruppe gemacht.
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Somit sind bezüglich einer Vielzahl von Gruppen von Lichtempfangselementen mit vorgegebenen Phasendifferenzen die Flächenschwerpunkte 28 und 29 auf der Phasenachse der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen symmetrisch in Bezug auf die Zentralachse 101 des Bestrahlungsmusters des von der Lichtquelle ausgesendeten, einfallenden Lichts angeordnet. Daher werden neben den Schwankungen des Emissionswinkels der Lichtquelle Einflüsse der achsensymmetrischen Bestandteile beseitigt, und somit wird es möglich, die Phasendifferenz in den unterschiedlichen Phasensignalen mit einer vorgegebenen Phasendifferenz zu stabilisieren.
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5 ist eine Ansicht zur Erläuterung, die ein Beispiel für Schwankungen des Emissionswinkels einer Lichtquelle zeigt. In 5 stellt Bezugszahl 51 eine Lichtquelle dar, 52 eine Skala, 53 ein Array von Lichtempfangselementen, eine unterbrochene Linie 54 stellt eine normale Lichtemission dar, und eine durchgehende Linie 55 eine fehlerhafte Lichtemission; und dieses Beispiel für Schwankungen des Emissionswinkels zeigt einen Fall, in dem ein Phasenfehler auf Grund eines Fehlers im Emissionswinkel in einer Phasendifferenz von 90 Grad aufgetreten ist, welche durch das Differenzialverfahren erhalten wurde.
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Im Gegensatz dazu sind, wie in 2 dargestellt, in der vorliegenden Ausführungsform die Flächenschwerpunkte auf der Phasenachse der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen für die A-Phase 22 und die /A-Phase 23 miteinander zur Deckung gebracht, wobei sie denselben Flächenschwerpunkt 28 gemeinsam haben. Auch die Flächenschwerpunkte für die B-Phase 24 und die /B-Phase 25 sind miteinander zur Deckung gebracht und teilen denselben Flächenschwerpunkt 29. Daher kann die Phasendifferenz in den mehrfachen Phasensignalen, die jedes eine vorgegebene Phasendifferenz haben, ohne jeglichen Einfluss von Schwankungen des Emissionswinkels der Lichtquelle stabilisiert werden.
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Darüber hinaus sind der Flächenschwerpunkt 28 und der Flächenschwerpunkt 29 an symmetrischen Positionen in Bezug auf die Zentralachsenlinie 101 des Bestrahlungsmusters angeordnet. Daher ist es möglich, die Phasendifferenz in den Phasensignalen, die jedes eine vorgegebene Phasendifferenz haben, ohne jeglichen Einfluss von den achsensymmetrischen Bestandteilen der Schwankungen des Emissionswinkels der Lichtquelle zu stabilisieren.
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(Ausführungsform 2, welche nicht Bestandteil der Erfindung ist)
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Unter Bezugnahme auf 3 wird im Folgenden eine photoelektrische Codiereinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 2, welche nicht im Einklang mit der Erfindung steht, beschrieben. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Array 206 von Lichtempfangselementen zeigt, in welchem jeweils Lichtempfangselemente auf Phasenbasis angeordnet sind.
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Wie in 3 dargestellt, ist in dem Array 206 von Lichtempfangselementen für ein Layout der Anordnung der jeweiligen Lichtempfangselemente ein zweites Lichtempfangselement A2 der A-Phasen-Gruppe für die A-Phase 32 in einer Position mit einem Mittenabstand gleich dem Pitch P zu dem ersten Lichtempfangselement A1 für die A-Phase 32 angeordnet. Als Nächstes ist ein erstes Lichtempfangselement B1 für die B-Phase 34 in einer Stellung mit einem Mittenabstand gleich 5P/4 zu dem Element A2 angeordnet, und die folgenden Lichtempfangselemente B2, B3 und B4 für die B-Phase sind aufeinanderfolgend nach jedem Abstand P angeordnet.
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Als Nächstes ist ein drittes Lichtempfangselement A3 für die A-Phase 32 in einer Position mit dem Mittenabstand von 7P/4 zu dem Element B4 angeordnet, und ein viertes Lichtempfangselement A4 für die A-Phase 32 ist mit dem Abstand P von dem dritten Element A3 angeordnet. Auf dieselbe Weise ist ein erstes Lichtempfangselement /A1 für die /A-Phase 33 in einer Stellung mit dem Mittenabstand von 3P/2 zu dem Lichtempfangselement A4 angeordnet, und ein zweites Lichtempfangselement /A2 für die /A-Phase ist mit dem Abstand P von dem Element /A1 angeordnet. Nacheinander ist ein erstes Lichtempfangselement /B1 für die /B-Phase 35 in einer Position mit dem Mittenabstand von 5P/4 von dem Element /A2 angeordnet, und die darauf folgenden Lichtempfangselemente /B2, /B3 und /B4 für die /B-Phase 35 sind nacheinander an jedem Abstand P angeordnet. Als Nächstes ist ein drittes Lichtempfangselement /A3 für die /A-Phase 33 in einer Position mit dem Mittenabstand von 7P/4 zu dem Element /B4 angeordnet, und ein viertes Lichtempfangselement /A4 für die /A-Phase 33 ist mit dem Abstand P von dem dritten Element /A3 angeordnet.
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Auch in dieser Konfiguration ist, ähnlich wie in der Ausführungsform 1, ein Satz von vier Lichtempfangselementen so angeordnet, dass dieselbe Phase eine Gruppe von Lichtempfangselementen bildet, in welcher zumindest zwei Lichtempfangselemente benachbart zueinander angeordnet sind.
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In dieser in 3 dargestellten Konfiguration haben die A-Phasen-Gruppe der Elemente A1 bis A4 und die B-Phasen-Gruppe der Elemente B1 bis B4 denselben Flächenschwerpunkt 38 auf der Phasenachse gemeinsam, und auch die /A-Phasen-Gruppe der Elemente /A1 bis /A4 und die /B-Phasen-Gruppe der Elemente /B1 bis /B4 haben denselben Flächenschwerpunkt 39 auf der Phasenachse gemeinsam. Somit ist der Phasenabstand von der Zentralachsenlinie 101 des Bestrahlungsmusters zu dem gemeinsamen Flächenschwerpunkt 38 der A-Phasen- und B-Phasen-Gruppen auf der Phasenachse ungefähr gleich dem Phasenabstand zu dem gemeinsamen Flächenschwerpunkt 39 der /A-Phasen- und /B-Phasen-Gruppen gemacht.
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Durch Verwendung dieser 16 Lichtempfangselemente werden die vier Phasensignale der A-Phase 32, der /A-Phase 33, der B-Phase 34 und der /B-Phase 35 mit einer vorgegebenen Phasendifferenz von 90 Grad zwischen den jeweiligen benachbarten zwei Phasen erfasst, und eine Differenzialverstärkung wird zwischen der komplementären A-Phase 32 und der /A-Phase 33 sowie zwischen der komplementären B-Phase 34 und der /B-Phase 35 ausgeführt. Eine gemeinsame Dummyschicht 36, die als eine das Übersprechen verhindernde Abschirmungsschicht dient, ist in den Zwischenräumen zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen gebildet, so dass Lichtbestandteile, die in die Dummyschicht 36 einfallen, als Dummysignal (D) 37 erfasst werden. Somit ist der Abschirmungsblock in den Zwischenräumen zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen vorgesehen, und die Lichtbestandteile des einfallenden Lichts, das zu den Räumen in den Lichtempfangselementen gebeugt oder abgelenkt wird, können als das Dummysignal 37 extrahiert werden.
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Da die Dummyschicht 36 installiert ist, ist es in dieser Konfiguration möglich, die Lichtbestandteile zu verringern, die gebeugt oder abgelenkt werden und die jeweiligen Lichtempfangselemente erreichen, und das Übersprechen zwischen den jeweiligen benachbarten Phasensignalbestandteilen zu unterdrücken. Darüber hinaus weisen die Verdrahtungen für die jeweilige A-Phase 32, B-Phase 34, /A-Phase 33 und /B-Phase 35 und die Verdrahtung für das Dummysignal 37 keinen Abschnitt mit Überschneidungen auf, so dass die jeweiligen Signalbestandteile korrekt auf separate Weise erfasst werden können.
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Darüber hinaus ist der Phasenabstand von der Zentralachsenlinie 101 des Bestrahlungsmusters zu dem gemeinsamen Flächenschwerpunkt 38 der A-Phase 32 und der B-Phase 34 auf der Phasenachse gleich dem Phasenabstand zu dem gemeinsamen Flächenschwerpunkt 39 der /A-Phase 33 und der /B-Phase 35 gemacht. Daher ist es möglich, ein stabiles Differenzialverstärkungsverfahren auszuführen, ohne eine Beeinflussung durch äußere Störungen, wie etwa Schwankungen des Emissionswinkels der Lichtquelle, zu erfahren.
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Auf diese Weise macht es die vorliegende Ausführungsform 2, wie in 3 dargestellt, in Bezug auf die Gruppen von Lichtempfangselementen von A-Phase 32 und /A-Phase 33 sowie B-Phase 34 und /B-Phase 35 möglich, den Phasenfehler auf Grund eines Fehlers im Emissionswinkel, der in 5 dargestellt ist, zu verringern, nachdem das Differenzialverfahren ausgeführt wurde.
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(Ausführungsform 3)
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Unter Bezugnahme auf 4 wird im Folgenden eine photoelektrische Codiereinrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Array von Lichtempfangselementen zeigt, in welchem jeweils Lichtempfangselemente auf Phasenbasis angeordnet sind.
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Wie in 4 dargestellt, ist in dem Array 306 von Lichtempfangselementen für ein Layout der Anordnung der jeweiligen Lichtempfangselemente zuerst ein Lichtempfangselement A1 für die A-Phase 42 vorgesehen, und ein zweites Lichtempfangselement A2 für die A-Phase 42 ist in einer Position mit einem Mittenabstand entsprechend dem Betrag des Pitch P angeordnet. Als Nächstes ist ein erstes Lichtempfangselement B1 für die B-Phase 44 in einer Stellung mit einem Mittenabstand von 5P/4 zu dem Element A2 angeordnet, und in der Folge ist ein zweites Lichtempfangselement B2 für die B-Phase mit einem Abstand von P zu dem Element B1 angeordnet.
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Als Nächstes ist ein erstes Lichtempfangselement /A1 für die /A-Phase 43 in einer Stellung mit einem Mittenabstand von 5P/4 zu dem Element B2 angeordnet, und in der Folge ein zweites Lichtempfangselement /A2 für die /A-Phase 43 ist mit einem Abstand P von dem Element /A1 angeordnet. In ähnlicher Weise ist ein erstes Lichtempfangselement /B1 für die /B-Phase in einer Stellung mit einem Mittenabstand von 5P/4 zu dem Element /A2 angeordnet, und ein zweites Lichtempfangselement /B2 für die /B-Phase ist mit einem Abstand P von dem Element /B1 angeordnet.
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In derselben Weise ist ein drittes Lichtempfangselement A3 für die A-Phase 42 in einer Stellung mit einem Mittenabstand von 5P/4 zu dem Element /B2 angeordnet, und in der Folge ist ein viertes Lichtempfangselement A4 mit einem Abstand P zu dem Element A3 angeordnet. Als Nächstes ist ein drittes Lichtempfangselement B3 für die B-Phase 44 in einer Stellung mit einem Mittenabstand von 5P/4 zu dem Lichtempfangselement A4 angeordnet, und ein viertes Lichtempfangselement B4 für die B-Phase 44 ist mit einem Abstand P von dem Element B3 angeordnet.
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Nacheinander ist ein drittes Lichtempfangselement /A3 für die /A-Phase in einer Stellung mit einem Mittenabstand von 5P/4 zu dem Element B4 angeordnet, und ein viertes Lichtempfangselement /A4 für die /A-Phase 43 ist daraufhin mit einem Abstand P von dem dritten Element /A3 angeordnet. Als Nächstes ist ein drittes Lichtempfangselement /B3 für die /B-Phase 45 in einer Stellung mit einem Mittenabstand von 5P/4 zu dem Element /A4 angeordnet, und ein viertes Lichtempfangselement /B4 für die /B-Phase 45 mit einem Abstand P zu dem Element /B3 angeordnet. Auf diese Weise ist in der oben erwähnten Konfiguration der Mittenabstand zwischen den Lichtempfangselementen, die an den jeweiligen Enden von benachbarten Gruppen von Lichtemissionselementen angeordnet sind, wie er zum Beispiel typischerweise durch die Lichtempfangselemente A2 und B1 angezeigt wird, auf 5P/4 eingestellt.
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Auch in dieser Konfiguration ist, ähnlich wie in den Ausführungsformen 1 und 2, ein Satz von vier Lichtempfangselementen so angeordnet, dass dieselbe Phase eine Gruppe von Lichtempfangselementen bildet, in welcher zumindest zwei Lichtempfangselemente benachbart zueinander angeordnet sind.
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Durch Verwendung der 16 Lichtempfangselemente werden die vier unterschiedlichen Phasensignale der A-Phase 42, der B-Phase 44, der /A-Phase 43 und der /B-Phase 45 mit einer vorgegebenen Phasendifferenz von 90 Grad erfasst, und zwischen den jeweiligen komplementären Phasensignalen wird ein Differenzialverstärkungsverfahren ausgeführt. Eine gemeinsame Dummyschicht 46, die als eine das Übersprechen verhindernde Abschirmungsschicht dient, ist in den Zwischenräumen zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen ausgebildet, so dass die Lichtbestandteile, die in die Dummyschicht 46 einfallen, als Dummysignal erfasst werden (in 4 nicht gezeigt, siehe jedoch 2 und 3), Somit ist der Abschirmungsblock in den Zwischenräumen zwischen den jeweiligen Lichtempfangselementen vorgesehen, und die Lichtbestandteile des einfallenden Lichts, die zu den Lichtempfangselementen gebeugt oder abgelenkt werden, können als das Dummysignal extrahiert werden. Somit wird es im Vergleich zu einem Fall, in dem die Lichtempfangselemente einzeln an jedem Abstand von 5P/4 angeordnet sind, möglich, die Fläche des gesamten Arrays von Lichtempfangselementen zu verringern, während das Layout der parallelen Anordnung, das mit der Dummyschicht versehen ist, einwandfrei beibehalten wird.
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Obwohl in den Ausführungsformen 1 bis 3 ein Satz von vier Lichtempfangselementen mit derselben Phase verwendet wird, um eine Gruppe von Lichtempfangselementen zu bilden, und zumindest zwei Lichtempfangselemente in jeder der Elementgruppen benachbart angeordnet sind, wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt ist, und die Anzahl der Lichtempfangselemente, die in jede Elementgruppe eingeschlossen sind, in Abhängigkeit von dem Pitch der Skala und einem Bestrahlungsbereich der Lichtquelle verringert oder erhöht werden kann.
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Obwohl die Breite jedes der Lichtempfangselemente zur Bildung der Elementgruppe gleich P/2 gesetzt ist, kann diese Breite auch erhöht oder verringert werden.
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Wie in den Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben, wird darüber hinaus bevorzugt, dass die Phasendifferenzen der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen auf 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad an jedem 90-Grad-Intervall eingestellt werden, um zwei Phasensignale mit einer Phasendifferenz von 90 Grad durch Differenzialverstärkung der komplementären Signale mit einer Phasendifferenz von 180 Grad zu erhalten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beziehung beschränkt, und die Phasendifferenzen der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen können auf einen anderen Wert als 90-Grad-Intervalle eingestellt werden. Zum Beispiel können acht Gruppen von Lichtempfangselementen an jedem Intervall von 45 Grad gebildet werden, um vier Phasensignale mit einer Phasendifferenz von 45 Grad durch Differenzialverstärkung der komplementären Signale mit einer Phasendifferenz von 180 Grad zu erhalten, so dass die Genauigkeit der Phasenerfassung verbessert werden kann, obwohl die Anzahl der Signale erhöht ist.
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Darüber hinaus können die Phasendifferenzen der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen auch uneinheitlich sein. Zum Beispiel können die Phasendifferenzen der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen auf 90 Grad und 270 Grad eingestellt sein. In dieser Anordnung können die Phasen der Gruppen von Lichtempfangselementen nur die zwei Werte 0 Grad und 90 Grad annehmen, um zwei Phasensignale mit einer Phasendifferenz von 90 Grad zu erhalten, ohne eine Differenzialverstärkung auszuführen, obwohl eine solche Anordnung leicht durch Schwankungen des Emissionswinkels und der Lichtintensität der Lichtquelle beeinflusst wird.
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Obwohl in der vorliegenden Erfindung vier Gruppen von Lichtempfangselementen mit vorgegebenen Phasendifferenzen gebildet werden, kann darüber hinaus eine andere Anzahl wie etwa zwei, drei oder acht Gruppen gebildet werden, um vorgegebene Phasendifferenzen zu erhalten.
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Obwohl es bevorzugt wird, dass die Flächenschwerpunkte (28, 29) auf der Phasenachse eines Paars der Gruppen von Lichtempfangselementen mit einer vorgegebenen Beziehung in der Phasendifferenz vollständig miteinander zur Deckung gebracht sind, kann ein Stabilisierungseffekt der Phasendifferenzen der Vielzahl von Gruppen von Lichtempfangselementen sogar in dem Fall, in welchem die Flächenschwerpunkte derselben allgemein zusammenfallen, erzielt werden.
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Wie in der Ausführungsform beschrieben, wird darüber hinaus bevorzugt, dass die Flächenschwerpunkte auf der Phasenachse eines Paars der Gruppen von Lichtempfangselementen, die eine vorgegebene Beziehung in der Phasendifferenz aufweisen, vollkommen symmetrisch in Bezug auf eine Zentralachse des Verteilungsmusters des ausgesendeten Lichts angeordnet werden. Jedoch kann ein Effekt der Stabilisierung der Phasendifferenzen der Vielzahl von Gruppen von Lichtempfangselementen sogar in dem Fall, in welchem die Flächenschwerpunkte derselben eine allgemein symmetrische Stellung in Bezug auf eine Zentralachse aufweisen, erzielt werden.
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Darüber hinaus illustriert 6 ein Beispiel für eine Gruppe von Lichtempfangselementen. Wie in 6 dargestellt, kann die Gruppe von Lichtempfangselementen aus einem Lichtempfangselement 61 in Kombination mit einer Lichtabschirmungsplatte 63 gebildet werden. Das Lichtempfangselement 61 besitzt eine Breite gleich oder größer einem Pitch P, und die Lichtabschirmungsplatte 63 besitzt eine Vielzahl von Lichtempfangsfenstern 62, welche jedes eine Breite von P/2 aufweisen. Die Vielzahl von Lichtempfangsfenstern 62 ist an allen Intervallen eines Pitch P angeordnet, mit anderen Worten, mit derselben Phase angeordnet. In dieser Anordnung ist jedoch die Breite des Lichtempfangsfensters nicht auf P/2 beschränkt, und die Breite kann größer oder kleiner als P/2 sein.
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Obwohl die Drehskala mit einem Pitch P mit einem Tastverhältnis von 50% verwendet wird, können darüber hinaus andere Typen von Skalen verwendet werden, solange eine Skala periodisch mit einem Pitch P verschoben wird, zum Beispiel eine Skala, welche in der Art einer Sinuswelle oder in der Art einer Dreieckwelle mit einem Pitch P verschoben wird.
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Darüber hinaus kann ein Lichtabschirmungselement, das zum Beispiel aus einer aufgedampften Schicht gebildet wird, zwischen den jeweiligen benachbarten Lichtempfangselementen angeordnet werden, um so das Übersprechen zu verringern. Darüber hinaus kann ein das Lichtsignal blockierendes Mittel, das zum Beispiel durch Ätzen gebildet wird, zwischen den jeweiligen Lichtempfangselementen angeordnet werden, um so das Übersprechen zu verringern.
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Obwohl in den oben erwähnten Ausführungsformen beispielhaft eine Dreh-Codiereinrichtung als eine photoelektrische Codiereinrichtung angegeben wird, ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, und auch eine lineare Codiereinrichtung in derselben Weise verwendet werden kann.
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Wie oben beschrieben, macht es die vorliegende Erfindung möglich, sogar bei einem vergleichsweise engen Pitch das Vorhandensein eines Raumes zum Schaffen eines das Übersprechen verhindernden Elements zwischen den jeweiligen Lichtempfangselementen zu gewährleisten. Somit ist es möglich, die Lichtbestandteile des einfallenden Lichts, die gebeugt oder abgelenkt werden und die Lichtempfangselemente erreichen, zu verringern und das Übersprechen zu verringern.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Überschneidung von Verdrahtungen für die mehrfachen Phasensignale und das Dummysignal zu eliminieren und somit in einfacher Weise ein Array von Lichtempfangselementen herzustellen.
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Darüber hinaus werden die Flächenschwerpunkte der jeweiligen Gruppen von Lichtempfangselementen zwischen der A-Phase und der /A-Phase sowie zwischen der B-Phase und der /B-Phase oder zwischen der A-Phase und der B-Phase sowie zwischen der /A-Phase und der /B-Phase miteinander zur Deckung gebracht, und die Stellungen der jeweiligen gemeinsamen Flächenschwerpunkte sind symmetrisch in Bezug auf die Zentralachsenlinie 101 des Bestrahlungsmusters angeordnet. Somit wird es möglich, die Phasendifferenz der jeweiligen mehrfachen Phasensignale zu stabilisieren, ohne irgendeinen Einfluss von Schwankungen des Emissionswinkels der Lichtquelle zu erfahren.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, ist anzumerken, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen für den Fachmann offensichtlich sein werden. Solche Änderungen und Abwandlungen sind als in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert wird, eingeschlossen zu verstehen, sofern sie nicht von demselben abweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Drehzentrum
- 101
- Zentralachse, Zentralachsenlinie
- 102
- Lichtquelle
- 103
- Drehkörper
- 104
- Drehskala
- 61, 105
- Lichtempfangselemente
- 53, 106, 206, 306
- Array von Lichtempfangselementen
- 108
- Drehachse
- 109
- Phasenachse
- 22, 23, 32, 33, 42, 43
- A-Phasensignale
- 24, 25, 34, 35, 44, 45
- B-Phasensignale
- 26, 36, 46
- Dummyschicht
- 27, 37
- Dummysignal (D)
- 28, 29, 38, 49
- Flächenschwerpunkte
- 51
- Lichtquelle
- 52
- Skala
- 54
- normale Lichtemission darstellende unterbrochene Linie
- 55
- fehlerhafte Lichtemission darstellende durchgehende Linie
- 62
- Lichtempfangsfenster
- 63
- Lichtabschirmungsplatte
- P
- Pitch, Abstand
