DE102004011146A1 - High resolution angle sensor has housing with optical sensor reading two component plastic disc with sealed angle markings - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Messsensor und insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen opto-elektronischen Drehwinkelsensor.The The present invention relates to a measuring sensor, and more particularly The present invention relates to an opto-electronic rotation angle sensor.
Drehwinkelsensoren, auch Drehgeber genannt, werden in einer Vielzahl von Anwendungen aus Automobilbau, Industrie und Forschung eingesetzt, um die Winkelstellung bei Drehbewegungen zu erfassen. Beispiele dafür sind die Lenkwinkelerfassung im Kraftfahrzeug für Fahrstabilitätssysteme, die Positionserfassung von rotierenden Elementen in Maschinen oder die Messung des Neigungswinkels eines Pendels.Rotary position sensors, Also called rotary encoders, are used in a variety of applications Automotive manufacturing, industry and research used to adjust the angular position to detect during rotational movements. Examples are the steering angle detection in the vehicle for Driving stability systems, the position detection of rotating elements in machines or the measurement of the angle of inclination of a pendulum.
Aus der Literatur (beispielsweise Hoffmann, Jörg: Handbuch der Messtechnik, Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1999, S. 306 ff.) sind eine Reihe von möglichen Wirkprinzipien von Drehgebern bekannt. Dabei werden hauptsächlich optische und induktive Prinzipien verfolgt.Out literature (for example Hoffmann, Jörg: Handbuch der Messtechnik, Carl Hanser Verlag, Munich, Wien, 1999, p. 306 ff.) Are a number of possible principles of action of Encoders known. Here are mainly optical and inductive Followed principles.
Für die optischen Prinzipien werden hauptsächlich transparente Scheiben (zumeist aus Glas) eingesetzt, welche beispielsweise mit einer strukturierten Maskierschicht aus Metall versehen sind.For the optical Principles become primary transparent discs (mostly made of glass) are used, which for example are provided with a structured masking layer of metal.
Dabei lassen sich zwei Arten von Sensoren realisieren: Inkremental-Drehgeber und absolut messende Sensoren.there Two types of sensors can be realized: Incremental encoders and absolute measuring sensors.
Bei Inkremental-Drehgebern wird die Messung einer relativen Positionsänderung durch Unterteilung einer Struktur auf einer Kreisscheibe in eine Vielzahl von Strichen erreicht. Absolut messende Sensoren werden mit strukturierten Scheiben realisiert, welche eine absolute Position erfassen, die als Codierung auf mehreren parallelen Spuren hinterlegt ist.at Incremental encoders are the measurement of a relative position change by dividing a structure on a circular disk into a plurality reached by strokes. Absolutely measuring sensors are structured with Slices realized which capture an absolute position, the is stored as coding on several parallel tracks.
Zur Auswertung beider Möglichkeiten werden Reflexlicht- oder Durchlichtverfahren eingesetzt.to Evaluation of both possibilities be reflected light or Transmitted light method used.
Als induktive Verfahren sind im Stand der Technik das Resolververfahren und der induktive Impulsgeber bekannt.When Inductive methods are the resolver method in the prior art and the inductive pulse generator known.
Resolver sind Transformatoren mit einer Rotorwicklung und zwei um 90 Grad versetzten Statorwicklungen. Bei Rotation des Rotors kann anhand der induzierten Spannungen in den beiden Statorwicklungen auf die aktuelle absolute Position geschlossen werden.resolver are transformers with one rotor winding and two by 90 degrees staggered stator windings. Upon rotation of the rotor can be determined by the induced voltages in the two stator windings to the current absolute position to be closed.
Bei induktiven Impulsgebern ist ein mit einer Spule umwickelter Permanentmagnet an eine an einer Mantelfläche strukturierten rotierenden Scheibe aus Metall (beispielsweise ein Zahnrad) angenähert. Dabei ändert sich periodisch der Abstand von Scheibe zu Magnet, wobei in der Spule eine Spannung mit drehgeschwindigkeitsabhängiger Amplitude induziert wird.at Inductive pulse generator is a wound with a coil permanent magnet to one on a lateral surface structured rotating disc of metal (for example, a Gear) approximated. It changes periodically the distance from disk to magnet, being in the coil a voltage with rotational speed-dependent amplitude is induced.
Ebenfalls existieren Anordnungen, bei denen zwischen Permanentmagnet und Zahnscheibe Feldplatten oder Hall-Elemente angeordnet sind, welche die Änderung der einwirkenden magnetischen Flussdichte detektieren.Also exist arrangements in which between permanent magnet and toothed disk Field plates or Hall elements are arranged showing the change detect the acting magnetic flux density.
Die herkömmlichen Drehgeber, insbesondere die optischen Drehgeber mit absoluter oder inkrementeller Winkelerfassung, weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Anforderung nach einer notwendigen hohen Auflösung des Winkels bei zugleich kleinem Bauvolumen der Drehgeber und gleichzeitig sehr günstigen Fertigungskosten derzeit nicht realisiert werden kann.The usual Rotary encoders, in particular the optical encoders with absolute or incremental angle detection, but have the disadvantage of that the requirement for a necessary high resolution of the Angle at the same time small volume of the encoder and at the same time very Great Manufacturing costs currently can not be realized.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, kostengünstigen und zugleich hoch auflösenden Drehgeber und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen.outgoing from this prior art, the present invention is the Task based, a simple, inexpensive and at the same time high-resolution encoder and to provide a method of operating the same.
Diese Aufgabe wird durch einen Drehgeber gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers gemäß Anspruch 25 gelöst.These The object is achieved by a rotary encoder according to claim 1 and a method for operating a rotary encoder according to claim 25.
Die
vorliegende Erfindung schafft einen Drehgeber mit folgenden Merkmalen:
einem
Informationsträger,
der eine Mehrzahl von Kennzeichen aufweist, wobei ein Material des
Informationsträgers
einem Material eines Kennzeichens entspricht und wobei ein Kennzeichen
eine optisch erfassbare Verkörperung
einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers ableitbar
ist; und
einem optischen Detektor zum Detektieren des Kennzeichens,
wobei der Informationsträger
und der Detektor relativ zueinander drehbar angeordnet sind und
wobei ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger und
dem Detektor durch ein Detektionssignal ermittelbar ist.The present invention provides a rotary encoder having the following features:
an information carrier having a plurality of tags, wherein a material of the information carrier corresponds to a material of a tag, and wherein a tag is an optically detectable embodiment of information from which a position of the information carrier is derivable; and
an optical detector for detecting the mark, wherein the information carrier and the detector are arranged rotatably relative to each other and wherein a rotation angle of a relative rotation between the information carrier and the detector can be determined by a detection signal.
Ferner
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines
Drehgebers, wobei der Drehgeber einen Informationsträger, der
eine Mehrzahl von Kennzeichen aufweist, wobei ein Material des Informationsträgers einem
Material eines Kennzeichens entspricht und wobei ein Kennzeichen eine
optisch erfassbare Verkörperung
einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers ableitbar
ist und einen optischen Detektor zum Detektieren des Kennzeichens
umfasst, wobei der Informationsträger und der Detektor relativ
zueinander drehbar angeordnet sind, und wobei ein Drehwinkel einer
Relativdrehung zwischen dem Informationsträger und dem Detektor durch
ein Detektionssignal ermittelbar ist, mit folgenden Schritten:
Drehen
des Informationsträgers;
und
Erfassen eines Kennzeichens mit dem optischen Detektor.Furthermore, the present invention provides a method of operating a rotary encoder, wherein the rotary encoder comprises an information carrier having a plurality of license plates, wherein a material of the information carrier corresponds to a material of a license plate and wherein a flag is an optically detectable embodiment of an information from the one Location of the information carrier is derivable and comprises an optical detector for detecting the flag, wherein the Infor mation carrier and the detector are rotatably arranged relative to each other, and wherein a rotation angle of a relative rotation between the information carrier and the detector can be determined by a detection signal, comprising the following steps:
Turning the information carrier; and
Detecting a mark with the optical detector.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Informationsträger aus einem Material gebildet werden kann, das dem Material der Kennzeichen entspricht. Ist beispielsweise der Informationsträger eine transparente Kunststoffscheibe, entsprechen die Kennzeichen auch dem Material der Kunststoffscheibe und sind somit herstellungstechnisch einfach realisierbar. Ferner entspricht jedes Kennzeichen einer optisch erfassbaren Verkörperung einer Information, aus der eine Lage des Informationsträgers ableitbar ist. Ist beispielsweise das Kennzeichen in Form von einer Vertiefung oder einer Erhöhung über eine Oberfläche des Informationsträgers ausgebildet, kann vorzugsweise durch ein geeignetes Muster von (mehreren) solchen Vertiefungen oder Erhöhungen ein absoluter Lagewert des Kennzeichens auf dem Informationsträger codiert werden oder eine Information über eine inkrementelle Drehung des Informationsträgers abgeleitet werden.Of the The present invention is based on the finding that an information carrier a material can be formed, the material of the license plate equivalent. For example, is the information carrier one transparent plastic disc, the license plates also match the material of the plastic disc and are thus manufacturing technology easy to implement. Furthermore, each number plate corresponds to one optically detectable embodiment an information from which a position of the information carrier can be derived is. For example, is the mark in the form of a depression or an increase over one surface of the information carrier may preferably be formed by a suitable pattern of (several) such depressions or elevations an absolute positional value of the tag is encoded on the information carrier or information about an incremental rotation of the information carrier are derived.
Ein solches Codieren ist vergleichbar beispielsweise mit dem Codieren von Information auf einer CD (CD = Compact Disc), bei der ebenfalls Informationen durch Erhöhungen oder Vertiefungen auf einer Oberfläche der CD einspeicherbar sind. Ähnlich kann auch ein aus der DVD-Technik bekanntes Codierungsverfahren verwendet werden, das gegenüber dem Codierungsverfahren bei CDs eine höhere Informationsdichte aufgrund mehrerer funktionaler Schichten bei DVDs hat. Wird nun die zu codierende Information, aus der die Lage des Informationsträgers ableitbar ist, vorzugsweise in radialer Form auf dem Informationsträger gespeichert, kann somit in platzsparender Weise eine Information auf dem Informationsträger angeordnet werden, aus der die Lage des Informationsträgers sehr einfach ableitbar ist. Vorzugsweise können die einzelnen Kennzeichen unterscheidbar auf dem Informationsträger aufgebracht werden, beispielsweise in einer binär-codierten Form. Hierbei kann die Lage des Informationsträgers dann lediglich dadurch bestimmt werden, indem eines der Kennzeichen detektiert und die vorzugsweise binär-codierte Information decodiert wird, woraus dann unmittel bar die Lage des Informationsträgers ableitbar ist, wenn die einzelnen binär-codierten Kennzeichen voneinander unterscheidbar sind. Zum Ableiten der Lage ist beispielsweise lediglich ein Auswerten des Detektionssignals notwendig, das beispielsweise in einem durch den Detektor elektronisch erfassten Interferenzmuster besteht. Alternativ können auch die Kennzeichen nicht unterscheidbar sein, woraus sich jedoch durch ein Zählen von Durchläufen von nicht-unterscheidbaren Kennzeichen und der Kenntnis des Abstandes der einzelnen Kennzeichen eine Berechnung eines Drehwinkels oder der Drehgeschwindigkeit möglich ist, um den der Informationsträger relativ zum optischen Detektor gedreht wurde.One such coding is comparable to coding, for example of information on a CD (CD = Compact Disc), in which as well Information through raises or depressions can be stored on a surface of the CD. Similarly also uses a coding technique known from DVD technology be that opposite the coding process for CDs a higher information density due has multiple functional layers on DVDs. Will now be the information to be encoded, from which the position of the information carrier is derivable, preferably thus stored in radial form on the information carrier space-saving information arranged on the information carrier from which the position of the information carrier can be derived very easily is. Preferably the individual license plates distinguishable applied to the information carrier be, for example in a binary-coded form. Here can the location of the information carrier then merely determined by one of the flags detected and the preferably binary-coded information is decoded, from which then immediacy the position of the information carrier derivable is when the individual binary-coded identifier distinguishable from each other. To derive the situation is, for example only an evaluation of the detection signal necessary, for example in an interference pattern electronically detected by the detector consists. Alternatively you can the license plates are indistinguishable, but from that by counting of runs from indistinguishable License plate and the knowledge of the distance of the individual license plate one Calculating a rotation angle or the rotation speed is possible around the information carrier was rotated relative to the optical detector.
Der erfindungsgemäße Ansatz bietet den Vorteil, eine kostengünstig und einfach zu realisierenden Drehgeber bereitzustellen. Dadurch, dass ein vorzugsweise einzusetzendes Herstellungsverfahren bereits ausgereift ist und bereits in der Massenfertigung verwendet wird, lassen sich mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz sehr kostengünstig Informationsträger herstellen, die zugleich die Möglichkeit bieten, bei einer hochgradigen Miniaturisierung und bei einer im Vergleich zu herkömmlichen Drehgebern hohen Informationsdichte auf dem Informationsträger auch ein hoch-genaues Winkelauflösungsvermögen bereitzustellen. Dadurch, das bereits bekannte und vielfach erprobte bzw. optimierte Herstellungsverfahren zur Herstellung des Drehgebers anwendbar sind, lässt sich somit ein einfacher, kostengünstig herstellbarer sowie auch ein hoch-genau auflösender Drehgeber realisieren. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass der optische Detektor ebenfalls kostengünstig realisierbar ist, da er auf dem Wirkprinzip des vielfach angewandten und optimierten Detektors für das Ausleseverfahren von CDs oder ähnlichen Verfahren basieren kann. Hierdurch resultiert ebenfalls ein einfaches, schnell-verfügbares, hoch-genaues sowie kostengünstiges Verfahren zum Betreiben des Drehgebers möglich.Of the inventive approach offers the advantage of a cost-effective and easy-to-implement rotary encoder. Thereby, that a preferably used manufacturing process already mature and already used in mass production, can be produced with the approach proposed here very cost-effective information carrier, the same time the possibility offer, with a high degree of miniaturization and an im Compared to conventional Encoders high information density on the information carrier too to provide highly accurate angular resolution. As a result, the already known and tested and / or optimized Manufacturing methods for producing the rotary encoder are applicable, can be thus a simple, inexpensive can be produced as well as a high-resolution encoder. Another advantage is that the optical detector also cost feasible is because he is on the working principle of the widely applied and optimized Detector for the selection method of CDs or similar methods are based can. This also results in a simple, fast-available, high-precision and cost-effective Method of operating the rotary encoder possible.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Informationsträger eine Scheibe, die ein optisch transparentes Kunststoffmaterial umfasst. Dies bietet den Vorteil, analog zu dem Basismaterial von CDs einen kostengünstigen und im Vergleich zu herkömmlichen Drehgebern hochgenauen Informationsträger bereitzustellen.According to one Another aspect of the present invention is the information carrier a disc, which comprises an optically transparent plastic material. This offers the advantage, analogous to the base material of CDs a cost-effective and compared to conventional ones Encoders highly accurate information carrier provide.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Informationsträger eine Informationsträgeroberfläche, wobei ein Kennzeichen eine Ausnehmung in der Informationsträgeroberfläche oder eine Erhebung von der Informationsträgeroberfläche umfasst. Ist nun beispielsweise der Informationsträger aus einem optisch transparenten Material hergestellt, führen die Ausnehmungen oder Erhebungen bei einer Durchstrahlung mit einem Licht zu Laufzeitunterschieden der einzelnen Lichtstrahlen woraus eine Phasenverschiebung der verschiedenen Lichtstrahlen resultiert und dies wiederum in einer detektierbaren Interferenz der einzelnen Lichtstrahlen resultiert. Eine solche Ausgestaltung des Informationsträgers bietet den Vorteil, den Informationsträger beispielsweise durch ein Spritzguss- oder ein Spritzpräge-Verfahren kostengünstig herzustellen, da diese Verfahren bereits bei der Herstellung von CDs verwendet werden, und somit technisch ausgereift und kostengünstig verfügbar sind.According to another aspect of the present invention, the information carrier comprises an information carrier surface, wherein a label comprises a recess in the information carrier surface or a projection from the information carrier surface. If, for example, the information carrier is made of an optically transparent material, the recesses or elevations result in a transmission with a light to runtime differences of the individual light beams resulting in a phase shift of the different light beams and this in turn results in a detectable interference of the individual light beams. Such an embodiment of the information carrier offers the advantage of, for example, the information carrier by an injection molding or inexpensively to produce an injection compression molding process, since these methods are already used in the production of CDs, and thus are technically mature and cost-effective.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Informationsträgeroberfläche und das Kennzeichen durch eine Abdeckschicht bedeckt. Dabei kann die Abdeckschicht beispielsweise ein metallisches oder reflektierendes Material umfassen. Durch einen derartigen Informationsträger kann beispielsweise wiederum auf das technisch ausgereifte Herstellungsverfahren von CDs zurückgegriffen werden, bei dem ebenfalls diejenige Seite des Informationsträgers, in die die Information physikalisch eingeprägt ist, durch das reflektierende Material bedeckt sind. Weiterhin kann das reflektierende Material vorzugsweise gute optische Spiegel-Eigenschaften umfassen, was sich vorteilhaft durch die mög liche Verwendung eines einfachen optischen Detektors bei der Auswertung der Informationen auf dem Informationsträger auswirkt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Informationsträger ein Material mit einem ersten optischen Brechindex und die Abdeckschicht ein Material mit einem zweiten optischen Brechindex, wobei der erste optische Brechindex von dem zweiten optischen Brechindex verschieden ist.According to one Another aspect of the present invention is the information carrier surface and the mark covered by a cover layer. It can the Covering layer, for example, a metallic or reflective Include material. By such an information carrier can For example, again on the technically mature manufacturing process used by CDs in which also that side of the information carrier, in the information is physically imprinted by the reflective Material are covered. Furthermore, the reflective material preferably good optical mirror properties, which is advantageous through the possible Use of a simple optical detector in the evaluation the information on the information carrier. According to one Another aspect of the present invention includes the information carrier Material having a first optical refractive index and the cover layer a material having a second optical refractive index, wherein the first optical refractive index different from the second optical refractive index is.
Dies bietet den Vorteil, lediglich durch die Verwendung von zwei Materialien mit verschiedenen optischen Brechindices (beispielsweise zwei Kunststoffschichten mit verschiedenen Brechindices) ein optisches Verhalten des Informationsträgers zu erreichen, das ähnlich günstige Spiegel-Eigenschaften wie die eines mit einer Metallschicht versehenen Informationsträgers aufweist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Informationsträger unter einem schrägen Einfallswinkel mit Licht bestrahlt wird, und der Informationsträger einen höheren optischen Brechindex aufweist als die Abdeckschicht. Durchstrahlt dann nämlich das Licht zuerst den Informationsträger, wird es aufgrund der Brechindexstufe zwischen dem Informationsträger und der Abdeckschicht teilweise oder nahezu total reflektiert, was sich somit wie eine Reflexion an einer metallischen oder reflektierenden Abdeckschicht auswirkt. Wird die Abdeckschicht jedoch unter Verwendung von dem weiteren Material (vorzugsweise Kunststoffmaterial) mit anderem Brechindex gebildet, bietet dies den weiteren Vorteil, dass ein derartiger Informationsträger besser zu recyceln ist, da eine Trennung von metallischen Anteilen und Kunststoffanteilen eines derartig beschichteten Informationsträgers entfallen kann.This offers the advantage only by the use of two materials with different optical refractive indices (for example two plastic layers with different Brechindices) to an optical behavior of the information carrier achieve that, similar favorable Mirror properties like comprising an information carrier provided with a metal layer. This is the case in particular when the information carrier is under a weird one Incident angle is irradiated with light, and the information carrier one higher optical refractive index has as the cover layer. through beam then namely the light first the information carrier, it is due to the refractive index stage between the information carrier and the cover layer partially or almost totally reflected, resulting in thus like a reflection on a metallic or reflective Covering layer affects. However, if the cover layer is being used from the other material (preferably plastic material) with formed another refractive index, this offers the further advantage that such an information carrier is better to recycle, because a separation of metallic parts and plastic components of such coated information carrier omitted can.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich der erste optische Brechungsindex und der zweite optische Brechungsindex um weniger als 50 Prozent, vorzugsweise unterscheiden sich der erste optische Brechungsindex und der zweite optische Brechungsindex um weni ger als 20 Prozent. Hierdurch lässt sich sicherstellen, dass zwar einerseits eine ausreichende optische Wirkung des Unterschiedes zwischen den optischen Brechindices des Informationsträgers und der Abdeckschicht erreichbar ist, jedoch andererseits auch die Verarbeitung der zu verwendenden Materialien für die Abdeckschicht und den Informationsträger einfach zu handhaben ist. Außerdem kann durch eine derartige Wahl der optischen Brechindices ein Unterschied einer optischen Länge zwischen Lichtstrahlen, die eine Erhöhung oder Ausnehmung durchlaufen, und Lichtstrahlen, die dieselben nicht durchlaufen feiner eingestellt werden, da bei einem geringeren Brechzahlunterschied eine geringere optische Laufzeitdifferenzen ausgebildet werden können. In einer Vereinfachung können auch die Höhen der Erhebungen oder die Tiefen der Ausnehmungen vergrößert werden, was sich ein einer Vereinfachung der Herstellbarkeit auswirkt, da eine gröbere Strukturierung der Erhebungen und Ausnehmungen eingesetzt werden kann.According to one Another aspect of the present invention differs first optical refractive index and the second optical refractive index by less than 50 percent, preferably the first differ optical refractive index and the second optical refractive index to LESS than 20 percent. This leaves make sure that, on the one hand, a sufficient optical Effect of the difference between the optical refractive indices of the information carrier and the cover layer is accessible, but on the other hand, the Processing of the materials to be used for the cover layer and the information carrier easy to handle. Furthermore can make a difference by such a choice of optical refractive indices an optical length between light rays that pass through an elevation or recess, and rays of light that do not go through the same finer tuned be, since with a smaller difference in refractive index a smaller optical delay differences can be formed. In a simplification also the heights of Elevations or the depths of the recesses are magnified, which has a simplification of manufacturability, since a coarser one Structuring the surveys and recesses are used can.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kennzeichen eine Mehrzahl von Teilkennzeichen. Jedes der Teilkennzeichen kann dabei eine oder mehrere Erhebungen oder Ausnehmungen umfassen. Diese Mehrzahl der Teilkennzeichen des Kennzeichens können vorzugsweise ausgehend von einer Drehachse des Informationsträgers auf denselben in Radialrichtung angeordnet sein. Eine derartige Anordnung der Mehrzahl der Teilkennzeichen der Kennzeichen bietet den Vorteil, dass lediglich ein schmales Segment des Informationsträgers mit dem Kennzeichen zu kennzeichnen ist. Hierdurch lässt sich der räumlichen Platzverbrauch des Kennzeichens beispielsweise gegenüber einer Anordnung der einzelnen Teilkennzeichen eines Kennzeichens auf einem konzentrischen Kreis um die Drehachse deutlich reduzieren.According to one Another aspect of the present invention includes a tag a plurality of part marks. Each of the sub-flags can thereby include one or more surveys or recesses. These Most of the partial identifiers of the license plate may be based on preference from a rotational axis of the information carrier on the same in the radial direction be arranged. Such an arrangement of the plurality of sub-flags the mark offers the advantage that only a narrow Segment of the information carrier is to be marked with the indicator. This is possible the spatial Space consumption of the plate, for example, compared to one Arrangement of the individual partial identifiers of a license plate on one significantly reduce the concentric circle around the axis of rotation.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Kennzeichen eine erste Anzahl von Teilkennzeichen und ein zweites Kennzeichen eine zweite Anzahl von Teilkennzeichen, wobei die erste Anzahl von Teilkenn zeichen der zweiten Anzahl von Teilkennzeichen entspricht. Hierdurch ist es möglich, durch eine einheitliche Anzahl von Teilkennzeichen jedes der unterschiedlichen Kennzeichen eine deutliche Vereinfachung der Auswertung von detektierten Kennzeichen zu ermöglichen.According to one Another aspect of the present invention includes a first identifier first number of sub-codes and a second code one second number of sub-flags, wherein the first number of sub-characters of the second number of sub-flags. This is it possible, by a uniform number of sub-flags of each of the different tags a significant simplification of the evaluation of detected characteristics to enable.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein erstes Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens eine höhere Wertigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens auf und ein erstes Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens eine höhere Wertigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens auf, wobei das erste Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens einen im wesentlichen gleichen Abstand von der Drehachse des Informationsträgers, beispielsweise dem Zentrum der Scheibe, aufweisen. Hierdurch ist eine einfache Anordnung des optischen Detektors möglich, so dass der Detektor alle Teilkennzeichen der einzelnen Kennzeichen erfasst, die einen im wesentlichen gleichen Abstand von dem Zentrum der Scheibe aufweisen. Eine Beweglichkeit des Detektors oder einer Lichtquelle zum Auslesen bzw. eine zum Auslesen der Information des Informationsträgers notwendigen Anzahl von Lichtquellen und Detektoren kann daher reduziert werden, was sich in der Herstellung des Drehgebers kostensparend auswirkt.According to another aspect of the present invention, a first partial identifier of the first license plate has a higher priority than a second partial license plate of the first license plate, and a first partial license plate of the second license plate has a higher priority than one second partial identifier of the second license plate, wherein the first partial identifier of the first license plate and the first partial license plate of the second license plate have a substantially equal distance from the axis of rotation of the information carrier, for example the center of the disc. As a result, a simple arrangement of the optical detector is possible, so that the detector detects all the sub-characteristics of the individual license plates, which have a substantially equal distance from the center of the disc. A mobility of the detector or a light source for reading or for reading the information of the information carrier necessary number of light sources and detectors can therefore be reduced, which has a cost-saving effect in the production of the encoder.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens durch eine Erhebung oder eine Ausnehmung miteinander verbunden. Hierdurch können beispielsweise benachbart angeordnete Teilkennzeichen oder Erhebungen und Ausnehmungen der einzelnen Teilstrukturen durch einen längeren Balken oder einen längeren Graben miteinander verbunden werden, wobei ein gröberes und damit einfacheres Herstellverfahren anwendbar ist da nicht mehr jedes Teilkennzeichen einzeln, sondern unter Berücksichtigung der Ausprägung der zum Teilkennzeichen benachbart angeordneten Teilkennzeichen hergestellt werden kann. Alternativ können auf diese Weise auch Teilkennzeichen eines einzigen Kennzeichens miteinander verbunden werden.According to one Another aspect of the present invention is the first part identifier of the first license plate and the first partial license plate of the second license plate Characterized by a survey or a recess with each other connected. This allows for example, adjacently arranged part identifiers or elevations and recesses of the individual substructures by a longer bar or a longer one Digging together, being a coarser and more thus simpler manufacturing process is applicable because not more each submarkion individually, but taking into account the expression of Partial license plate arranged adjacent subparagraph produced can be. Alternatively you can in this way, also partial identifier of a single license plate be connected to each other.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Information eine binär-codierte Lageinformation und ein Teilkennzeichen eines Kennzeichens ein Bit der binär-codierten Lageinformation. Dies bietet den Vorteil, auf eine einfache Art und Weise unterscheidbare Kennzeichen zu schaffen, aus denen die Lage des Informationsträgers ableitbar ist. Zusätzlich kann bei der Auswertung der detektierten Lageinformation auf eine analog-digital-Wandlung (A/D-Wandlung) der detektierten Lageinformationen verzichtet werden, da diese bereits in digitaler Form erfasst werden. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass sich durch einen derartigen Drehgeber nochmals deutlich Herstellungskosten einsparen lassen.According to one Another aspect of the present invention is the information a binary coded Location information and a partial identifier of a license plate one bit the binary-coded position information. This offers the advantage of being distinguishable in a simple manner To provide characteristics from which the location of the information carrier derivable is. additionally can in the evaluation of the detected position information to a analog-to-digital conversion (A / D conversion) of the detected position information be omitted, since these are already recorded in digital form. This offers the further advantage that by such Rotary encoder again significantly save manufacturing costs.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Informationsträger eine Anzahl von Kennzeichen auf, die einer maximalen Anzahl von untereinander unterscheidbaren binär-codierten Lageinformationen entspricht. Dies bietet den Vorteil, dass eine Anzahl von Kennzeichen genau einer Anzahl entspricht, die durch die binär-codierte Struktur der Kennzeichen darstellbar ist. Wird beispielsweise die Lageinformation durch sechs Bit binär dargestellt, können auf dem Informationsträger 64 unterscheidbare Kennzeichen bereitgestellt werden, wodurch sich durch ein Verhältnis zwischen Auflösungsvermögen des Kennzeichens und räumlichem Platzbedarf des Kennzeichens optimieren lässt.According to one In another aspect of the present invention, the information carrier has a number of marks on which a maximum number of each other distinguishable binary-coded Location information corresponds. This offers the advantage of having a Number of identifiers exactly matches a number, which by the binary-coded Structure of the license plate can be displayed. For example, the Location information represented by six bits in binary, can open the information carrier 64 distinguishable markers are provided, which through a relationship between resolving power of the Marking and spatial Optimizing the space requirement of the license plate.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfast der optische Detektor zumindest eine Lichtquelle zum Ausgeben von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, eine Linse und ein Sensorelement. Dies bietet den Vorteil, auf einfache Art und Weise die Information, die auf dem Informationsträger enthalten ist, mit einem technisch einfach optischen Detektor auslesen zu können, wobei auf die aus der Ausleseeinheit von CDs verwendete Technologie zurückgegriffen werden kann.According to one Another aspect of the present invention includes the optical detector at least one light source for outputting light of a predetermined one Wavelength, a lens and a sensor element. This offers the advantage, in a simple way and the information contained on the information carrier is to read out with a technically simple optical detector too can, wherein the technology used from the read-out unit of CDs resorted can be.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Ausnehmung eine Tiefe auf oder weist eine Erhöhung eine Höhe auf, die in einem vorbestimmten Zusammenhang zu der vorbestimmten Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle steht. Dies bietet den Vorteil, je nach Tiefe der Ausnehmung bzw. Höhe der Erhöhung ein spektrales Interferenzmuster zwischen den einzelnen Teilkennzeichen zu erreichen. Weiterhin kann durch eine Variation der Tiefe der Ausnehmung oder der Höhe der Erhöhung eine Interferenz erzeugt werden, die es beispielsweise ermöglicht, unter Verwendung der vorbestimmten Wellenlänge verschiedene Interferenzmuster zu erzeugen. Sind beispielsweise durch eine Variation der Tiefe der Ausnehmung oder der Höhe der Erhöhung verschiedene Farbschattierungen oder -abstufungen (z.B. hell, grau, dunkel) möglich, können diese wiederum vorteilhaft zur Codierung von Information eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, dass den verschiedenen Farbabstufungen verschiedene Informationswerte zugeordnet werden, wodurch sich die Informationsdichte pro Flächeneinheit nochmals erhöhen lässt. Beispielsweise können mit einer solchen mehrstufigen Codierung mehr als eine binäre Information zugeordnet werden, wenn jeder der Farbstufen ein eigener Informationswert zugeordnet wird. Hierzu können vorteilhaft ein erster und zweiter Schwellwert zur Zuordnung der detektierten Farbstufe zu zumindest drei unterschiedlichen zugeordneten Informationswerten in dem optischen Detektor derart gewählt werden, das ein detektiertes Interferenzmuster mehr als nur binär (z.B. 3-stufig) ausgewertet werden kann. In einem derartigen Anwendungsfall sollte jedoch der Detektor ausgebildet sein, eine sogenannte Interpolation der einzelnen detektierten Interferenzstufen (d.h. der verschiedenen detektierten Grau-Stufen) auszuführen. Hierzu ist es jedoch zumeist notwendig, einen analoge Komponente mit in den Detektor aufzunehmen, da nun mehr eine rein digitale Auswertung zumeist nicht mehr realisierbar ist und erst über die analoge Auswertung des Helligkeitsstufe des Interferenzmusters eine Digitalisierung der detektierten Information möglich ist. Analog kann jedoch auch bei einem einfachen Hell-Dunkel-Interferenzmuster ohne die Graustufen eine Interpolation erfolgen, um beispielsweise Störungen beim Ausleseverfahren besser kompensieren zu können.According to another aspect of the present invention, a recess has a depth or an elevation has a height that is in a predetermined relationship to the predetermined wavelength of the light of the light source. This offers the advantage, depending on the depth of the recess or the height of the elevation, of achieving a spectral interference pattern between the individual partial identifiers. Furthermore, by varying the depth of the recess or the height of the elevation, an interference may be generated which, for example, enables different interference patterns to be generated using the predetermined wavelength. If, for example, by varying the depth of the recess or the height of the elevation, different color shades or graduations (eg light, gray, dark) are possible, these in turn can advantageously be used to encode information. This can be used, for example, to assign different information values to the different color gradations, whereby the information density per unit area can be further increased. For example, more than one binary information may be associated with such multi-level coding if each color level is assigned its own information value. For this purpose, advantageously a first and second threshold value for the assignment of the detected color level to at least three different associated information values in the optical detector can be chosen such that a detected interference pattern can be evaluated more than just binary (eg 3-level). In such an application, however, the detector should be designed to perform a so-called interpolation of the individual detected interference levels (ie the different detected gray levels). For this, however, it is usually necessary to include an analog component in the detector, since now more a purely digital evaluation is usually no longer feasible and only about the analogous evaluation of the brightness level of the interference pattern a digitization of the detected information is possible. Analogously, however, interpolation can take place even in the case of a simple light-dark interference pattern without the gray levels in order, for example, to be able to better compensate for interference in the readout method.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kennzeichen ein erstes Teilkennzeichen, das eine Information über eine absolute Lage des Informationsträgers wiedergibt und ein zweites Teilkennzeichen, aus dem eine Information über eine inkrementelle Lageänderung des Informationsträgers ermittelbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass die aktuelle Lage dem Detektor bei Inbetriebnahme des Drehgebers nicht bekannt sein braucht, zugleich aber auch die Auswertung im Betrieb nicht immer eine Absolutlage des Informationsträgers neu zu erfassen braucht. Ein derartiger Informationsträger bietet somit eine günstige und schnelle Auslesbarkeit, da sowohl eine Information über die Absolutlage als auch eine Information über eine Relativdrehung des Informationsträgers auf demselben vorhanden oder ableitbar ist.According to one Another aspect of the present invention includes a tag a first part identifier that contains information about an absolute part Location of the information carrier and a second part identifier from which information about a incremental change of position of the information carrier can be determined. This offers the advantage of being the current location the detector does not need to be known when commissioning the encoder, At the same time, however, the evaluation in operation is not always an absolute position of the information carrier needs to recapture. Such an information carrier offers thus a favorable one and quick readability, since both information about the absolute position as well as information about a relative rotation of the information carrier present on the same or derivable.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das erste Teilkennzeichen eine binär-codierte Information, die auf einem im wesentlichen konzentrischen Kreis um die Drehachse des Informationsträgers angeordnet sind und das zweite Teilkennzeichen eine Mehrzahl von ununterscheidbaren Merkmalen, die auf einem im wesentlichen konzentrischen Kreis um die Drehachse des Informationsträgers angeordnet sind. Vorteilhaft ist das erste Teilkennzeichen und das zweite Teilkennzeichen derart angeordnet, dass der radiale Abstand des ersten Kreises von der Drehachse von dem radialen Abstand des zweiten Kreises von der Drehachse verschieden ist. Durch eine derartige Anordnung lässt sich somit eine deutliche Vereinfachung des Auslesens des Infor mationsträgers realisieren, da nunmehr zum Auslesen der Information über die Absolutlage des Informationsträgers lediglich eine Lichtquelle verwendet werden kann, mit deren Hilfe das erste Teilkennzeichen seriell ausgelesen werden kann, während vorzugsweise nicht-unterscheidbare Merkmale des zweiten Teilkennzeichens beispielsweise mit einer zweiten Lichtquelle ausgelesen werden können. Gegenüber einer radialen Anordnung der binären Informationen der einzelnen Teilkennzeichen erspart eine derartige Anordnung somit die radiale Bewegung eines Lichtstrahls über das Teilkennzeichen oder die Verwendung einer Mehrzahl von Lichtquellen und Detektoren, um jedes Bit des Teilkennzeichens zu erfassen. Dies resultiert daher in einer Reduktion der erforderlichen Herstellungskosten für den Drehgeber.According to one Another aspect of the present invention includes the first part identifier binary coded Information on a substantially concentric circle are arranged about the axis of rotation of the information carrier and the second Part identifier a plurality of indistinguishable characteristics, on a substantially concentric circle about the axis of rotation of the information carrier are arranged. Advantageously, the first part identifier and the second part identifier arranged such that the radial distance of the first circle from the axis of rotation of the radial distance of the second Circle is different from the axis of rotation. By such Arrangement leaves thus realize a significant simplification of the reading of the information carrier, because now to read the information about the absolute position of the information carrier only a light source can be used, with the help of which the first Part identifier can be read serially, while preferably indistinguishable features of the second part identifier, for example can be read with a second light source. Opposite one radial arrangement of the binary Information of the individual part marks saves such Arrangement thus the radial movement of a light beam over the Part identifier or the use of a plurality of light sources and detectors to detect each bit of the sub-tag. This therefore results in a reduction of the required manufacturing costs for the encoder.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Informationsträger eine exzentrisch zu einer Drehachse des Informationsträgers angeordneten Masseeinheit. Durch diese zusätzliche exzentrisch angeordnete Masseeinheit kann sich der Informationsträger beispielsweise durch die Schwerkraft in eine Richtung ausrichten und hierdurch beispielsweise als einfacher Kipp- oder Drehwinkelsensor bei frei beweglichem Informationsträger und fest mit einer Vorrichtung verbundenen Detektor verwenden lassen.According to one Another aspect of the present invention comprises the information carrier a arranged eccentrically to a rotational axis of the information carrier Mass unit. Through this additional eccentrically arranged mass unit, the information carrier, for example, by align gravity in one direction and thereby, for example as a simple tilt or rotation angle sensor with freely movable information carrier and use a detector connected to a device.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to the accompanying Drawings closer explained. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen ver wendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.In the following description of the preferred embodiments of the present invention are for those in the various Drawings shown and similar acting elements same or similar Reference numeral ver applies, with a repeated description of this Elements is omitted.
Für eine Messung
des Drehwinkels des Gehäuses
Die
drehbar im Gehäuse
Die
Winkelerfassung mittels Laser- und Photodiode beim Durchlichtverfahren
ist beispielhaft in
Sind
die einzelnen Strukturen durch eine Mehrzahl von Vertiefungen
Der
Strahlenverlauf des Lichts
Da
durch Interferenz ein Intensitätsminimum entsteht
ist darauf zu achten, dass ein gewisser Bereich durch planare und
vertiefte
Die
Winkelerfassung mittels reflektiertem Licht ist in
Der
Strahlenverlauf des Lichts in der Scheibe beim Verfahren mit reflektiertem
Licht und senkrechten Lichteinfall ist schematisch in
Sowohl
bei Durchlicht als auch mit reflektiertem Licht kann ebenfalls auf
die Kollimation des Lichts
Der
Vorteil der beschriebenen Erfindung gegenüber herkömmlichen Verfahren liegt in
der mit feinsten höchstauflösenden Strukturen
extrem kostengünstigen
Herstellung der Scheibe
Neben
den beschriebenen Fertigungsverfahren kann die Scheibe
Die
Winkelinformation auf der Scheibe
Alternativ
kann die Information auf dem Informationsträger auch durch eine Kennzeichnung
auf die Scheibe aufgebracht werden, wie es in
Im
Gegensatz zu der in
Wird
nun die Scheibe, d.h. der Informationsträger gedreht, lassen sich durch
den Detektor die Struktur
Als
diffraktive Struktur
Für die Messung
des Drehwinkels des Gehäuses
Die
drehbar im Gehäuse
Zum
Schutz gegen Verschmutzung sollten die Scheibe
Zusammenfassend
ist somit zu sagen, dass als zentrales Element der beschriebenen
Erfindung vorzugsweise eine transparente Kunststoffscheibe
Die Formgebung der Strukturierung über Spritzguss ermöglicht bei geringem Verhältnis der Höhe zur Breite (Aspektverhältnis) die von CDs bekannten hohen Strukturauflösung im Mikrometer- und Submikrometerbereich. Dadurch wird das Aufbringen von absoluten Winkelmarken auf kleinster Fläche ermöglicht. Dabei sind auch digitale Codierungen herstellbar. Beispielsweise kann für jede messbare Position eine 16bit-Information auf einer Fläche hinterlegt werden, deren Länge auf den Umfang, bezogen einer Winkelauflösung von 0,01° entspricht, wie es beispielsweise heute bei Lenkwinkelsensoren gefordert wird.The Shaping the structuring by injection molding allows at low ratio the height to the width (aspect ratio) the high resolution of the micrometre and submicrometer range known from CDs. This allows the application of absolute angle marks on the smallest area possible. In this case, digital encodings can be produced. For example can for every measurable position stores 16bit information on a surface be whose length on the circumference, based on an angular resolution of 0.01 °, as it is required today for steering angle sensors, for example.
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