DE102004011146A1 - High resolution angle sensor has housing with optical sensor reading two component plastic disc with sealed angle markings - Google Patents

High resolution angle sensor has housing with optical sensor reading two component plastic disc with sealed angle markings Download PDF

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Abstract

A high resolution angle sensor has a housing (3) containing a moulded plastic disc (1), made of two different plastics with a structured side containing sealed metallisation or different plastic angle markings that is rigidly fixed to a test object (2) whose position is measured by an optical detector (4).

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:

1 eine Explosionsdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Drehgebers mit geöffneten Gehäusehälften; 1 an exploded view of a preferred embodiment of the encoder with open housing halves;

2 eine Darstellung eines Drehgebers mit Masse beaufschlagter Scheibe für eine Detektion des Drehwinkels bezüglich der Horizontalen; 2 a representation of a rotary encoder with mass acted disk for detection of the angle of rotation with respect to the horizontal;

3 eine schematische Darstellung eines Strahlverlaufes bei Durchlichtmessverfahren; 3 a schematic representation of a beam path in transmitted light measuring method;

4 eine Darstellung eines beispielsweise auf Photodioden projizierten Helligkeitsprofils bei Durchleuchten des abgebildeten Scheibenausschnitts; 4 a representation of a projected example on photodiodes brightness profile when illuminated by the imaged pane section;

5 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs beim Durchleuchten der Scheibe im Durchlichtverfahren; 5 a schematic representation of a beam path when the illumination of the disc in the transmitted light process;

6 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs bei einem Verfahren mit reflektiertem Licht; 6 a schematic representation of a beam path in a method with reflected light;

7 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs in der Scheibe bei einem Verfahren mit reflektiertem Licht; 7 a schematic representation of a beam path in the disc in a method with reflected light;

8 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs beim Durchlichtverfahren ohne Kollimation des Lichts durch eine Linse; 8th a schematic representation of a beam path in the transmitted light method without collimation of the light through a lens;

9 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs bei Verfahren mit reflektiertem Licht ohne Kollimation des Lichts durch eine Linse; 9 a schematic representation of a beam path in a method with reflected light without collimation of the light through a lens;

10 eine beispielhafte Darstellung einer Codierungsmöglichkeit für eine Winkelposition auf der Scheibe; 10 an exemplary representation of a coding option for an angular position on the disc;

11 eine Darstellung von verschiedenen Strukturierungsmöglichkeiten auf der Scheibe. 11 a representation of different structuring options on the disc.

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.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehgebers mit geöffneten Gehäusehälften. Eine Scheibe 1 (Informationsträger) wird in einem Gehäuse 3 mit mindestens einer Durchführung für eine Welle 2 geführt. In dem Gehäuse 3 ist beispielsweise eine optische-elektronische Auswerteeinheit 4, die sich beispielsweise aus einer oder mehreren Lichtquellen und einer geeigneten Detektionseinrichtung z. B. einer Photodiode, mehreren Photodioden oder einer Photodiodenzeile mit den entsprechenden optischen Elementen zusammensetzt und derart angeordnet ist, dass ein definierter Bereich der (vorzugsweise strukturierten) Scheibe 1 entsprechend einer Winkelposition ausgelesen wird. Als Lichtquelle können beispielsweise eine oder mehrere Laserdioden mit einer vordefinierten Wellenlänge genutzt werden. Die Detektion kann beispielsweise über Photodioden oder Photodioden-Arrays oder mit Hilfe von 1D- und 2D-Mikro-Scanner-Spiegeln erfolgen. Ebenfalls kann der Strahl einer Laserdiode durch geeignete optische Komponenten wie beispielsweise Gitter in mehrere Strahlen unterteilt werden. Neben der Lichtquelle und der Detektionseinrichtung sind beispielsweise noch weitere optische Bauelemente wie z. B. Linsen, Prismen und Spiegel für die Strahlführung erforderlich. Die Winkelverkörperung kann durch reflektiertes Licht oder mit Durchlicht abgetastet werden. Eine Information auf der Scheibe kann derart gegliedert werden, dass an der abgetasteten Stelle die aktuelle Position als digitales Muster (d.h. Winkelverkörperung) hinterlegt ist. 1 shows an exploded view of an embodiment of a rotary encoder according to the invention with open housing halves. A disk 1 (Information carrier) is in a housing 3 with at least one bushing for a shaft 2 guided. In the case 3 is, for example, an optical-electronic evaluation unit 4 , for example, from one or more light sources and a suitable detection device z. B. a photodiode, a plurality of photodiodes or a photodiode array with the corresponding optical elements and is arranged such that a defined region of the (preferably structured) disc 1 is read out according to an angular position. As the light source, for example, one or more laser diodes can be used with a predefined wavelength. The detection can be done for example via photodiodes or photodiode arrays or with the aid of 1D and 2D micro-scanner mirrors. Also, the beam of a laser diode can be divided into a plurality of beams by suitable optical components such as gratings. In addition to the light source and the detection device, for example, other optical components such. As lenses, prisms and mirrors for beam guidance required. The angular embodiment can be scanned by reflected light or transmitted light. Information on the disk can be arranged such that the current position is stored as a digital pattern (ie, angular embodiment) at the scanned location.

Für eine Messung des Drehwinkels des Gehäuses 3 des Drehgebers bezüglich der Horizontalen lässt das nachfolgend beschriebene Verfahren ebenfalls nutzen. Dabei richtet sich die Scheibe 1 aufgrund der Gravitationskraft stets in einer Position aus. Dafür wird beispielsweise eine gespritzte und strukturierte Kunststoffscheibe 1 entsprechend der schema tischen Darstellung in 2 drehbar im Gehäuse 3 des Drehgebers gelagert. Dabei wird die Scheibe 1 derart hergestellt, dass der Massenschwerpunkt 5 außerhalb der Drehachse 2' liegt. Die Verlagerung des Masseschwerpunktes 5 der Scheibe 1 kann beispielsweise durch Umspritzen eines exzentrisch liegenden Metallstücks erreicht oder vergrößert werden.For a measurement of the rotation angle of the housing 3 the encoder with respect to the horizontal can also use the method described below. This is the target of the disc 1 due to the gravitational force always in one position. This is for example a sprayed and structured plastic disc 1 according to the schematic representation in 2 rotatable in the housing 3 the encoder stored. This is the disc 1 made such that the center of mass 5 outside the axis of rotation 2 ' lies. The shift of the center of mass 5 the disc 1 can be achieved or enlarged, for example, by encapsulation of an eccentric metal piece.

Die drehbar im Gehäuse 3 gelagerte Scheibe 1 richtet sich bezüglich des Gravitationsfeldes immer in einer Lage aus. Wird das Gehäuse 3 gedreht, lässt sich der Drehwinkel des Gehäuses 3 durch die Winkelverkörperung der Scheibe 1 und die optische-elektronische Auswerteeinheit 4 auslesen.The rotatable in the housing 3 stored disc 1 always aligns with the gravitational field in one position. Will the housing 3 rotated, the angle of rotation of the housing can be 3 through the angularity of the disc 1 and the optical-electronic evaluation unit 4 read.

Die Winkelerfassung mittels Laser- und Photodiode beim Durchlichtverfahren ist beispielhaft in 3 dargestellt. Das von der Laserdiode 41 ausgestrahlte Licht 46 wird in einer Optik 42 kollimiert und trifft mit parallelem Strahlengang durch eine Blende 43 auf die strukturierte Scheibe 1. Beim Durchleuchten der strukturierten Scheibe 1 ergeben sich aufgrund der Strukturierung in Form von Ausnehmungen 11 oder Erhebungen 12 der Scheibe 1 Phasenverschiebungen der einzelnen Lichtstrahlen bzw. -wellen, welche zu Interferenz der Lichtwellen führen. Nach der Fokussierung durch die zweite Linse 44 wird die Lichtintensität entsprechend dem Strukturmuster moduliert. Dabei kann die Intensität des Lichtstrahls durch Interferenz lokal ausgelöscht bzw. stark gemindert werden. Alternativ kann auch eine unterschiedliche Abstufung der Interferenz erzeugt werden, indem die Tiefe der Ausnehmungen 11 oder die Höhe der Erhöhungen 12 variiert wird. Durch diese variable Modulation bzw. verschieden starke Interferenz können daher verschiedene Helligkeitsmuster erzeugt und diese mit unterschiedlichen Informationen belegt werden. Diese Intensitätsmaxima und -minima, beispielhaft in 4 schematisch dargestellt, können von einer oder mehreren Photodioden 45 detektiert werden. Alternativ zu der vertieften Struktur 11 in 3 kann die Mikrostruktur auch Erhebungen 12 aufweisen und diese in ähnlicher Weise wie Ausnehmungen 11 verwendet werden.The angle detection by means of laser and photodiode in the transmitted light method is exemplary in 3 shown. That of the laser diode 41 emitted light 46 will be in a look 42 collimated and hits with parallel beam through a diaphragm 43 on the textured disk 1 , When examining the structured pane 1 arise due to the structuring in the form of recesses 11 or surveys 12 the disc 1 Phase shifts of the individual light beams or waves, which lead to interference of the light waves. After focusing through the second lens 44 the light intensity is modulated according to the structure pattern. In this case, the intensity of the light beam can be extinguished locally by interference or greatly reduced. Alternatively, a different gradation of the interference can be generated by the depth of the recesses 11 or the height of the elevations 12 is varied. By means of this variable modulation or interference of different intensity, therefore, different brightness patterns can be generated and these can be assigned different information. These intensity maxima and minima, exemplified in 4 shown schematically, can by one or more photodiodes 45 be detected. Alternative to the recessed structure 11 in 3 The microstructure can also surveys 12 and these in a similar way as recesses 11 be used.

Sind die einzelnen Strukturen durch eine Mehrzahl von Vertiefungen 11 oder Erhöhungen 12 ausgebildet, kann auch eine unterschiedliche Stärke der Intensität der einzelnen Interferenzen durch einen unterschiedlichen Anteil von Vertiefungen 11 oder Erhöhungen 12 gegenüber nicht-vertieften oder nicht-erhöhten Bereichen erfolgen. Je nach Anteil der vertieften 11 oder erhöhten 12 Bereiche kann somit ein Anteil von Licht mit der durch die Vertiefung 11 oder die Erhöhung 12 verursachten Phasenverschiebung erzeugt werden, was in einem dementsprechenden Gewicht des phasenverschobenen Lichts am Gesamtanteil des interferierenden Lichts resultiert.Are the individual structures through a plurality of wells 11 or raises 12 may also have a different intensity of intensity of each interference by a different proportion of wells 11 or raises 12 towards non-deepening or non-elevated areas. Depending on the proportion of recessed 11 or raised 12 Areas can thus have a share of light with the through the depression 11 or the increase 12 caused phase shift, which results in a corresponding weight of the phase-shifted light in the total amount of interfering light.

Der Strahlenverlauf des Lichts 46 in der Scheibe 1 bei Durchlicht ist schematisch in 5 dargestellt. Zur Auslöschung des Lichts 46 durch Interferenz muss die Phasenverschiebung der einzelnen Lichtwellen die Hälfte der Wellenlänge des Lasers ausgehend von der Laserdiode 41 betragen. Dies wird dadurch realisiert, dass in der Scheibe 1 an der jeweiligen Stelle Vertiefungen 11' (siehe 4) bzw. auch Erhöhungen 12' (siehe 4) eingebracht werden, ähnlich denen einer CD. Die notwendige Dicke d der Vertiefungen 11' oder der Erhöhungen 12' berechnet sich gemäß der optischen Gesetze aus der Wellenlänge des Laserstrahls und dem Brechungsindex nS der planaren Scheibe 1 und dem Kennzeichen. Daher ergibt sich die Dicke d beispielsweise für eine wie in 5 dargestellte senkrecht durchstrahlte planare Scheibe 1 mit x = 1,3,5,...., nS = Brechungszahl des Kunststoffs und λ = Wellenlänge des Lasers zu

Figure 00170001
The ray path of the light 46 in the disk 1 in transmitted light is schematically in 5 shown. To extinguish the light 46 due to interference, the phase shift of the individual light waves must be half the wavelength of the laser starting from the laser diode 41 be. This is realized by having in the disc 1 at the respective place recesses 11 ' (please refer 4 ) or increases 12 ' (please refer 4 ), similar to those of a CD. The necessary thickness d of the depressions 11 ' or raises 12 ' is calculated according to the optical laws from the wavelength of the laser beam and the refractive index n S of the planar disk 1 and the license plate. Therefore, the thickness d results, for example, for a like in 5 illustrated vertically irradiated planar disk 1 with x = 1,3,5, ...., n S = refractive index of the plastic and λ = wavelength of the laser too
Figure 00170001

Da durch Interferenz ein Intensitätsminimum entsteht ist darauf zu achten, dass ein gewisser Bereich durch planare und vertiefte 11' bzw. erhabene 12' Bereiche der Scheibe 1 ausgebildet wird, wie in 4 dargestellt ist. Diese sollten innerhalb der Struktur (d.h. dem Kennzeichen oder Teilkennzeichen) flächenmäßig etwa gleich verteilt sein.Because interference creates an intensity minimum, it must be ensured that a certain area is covered by planar and recessed 11 ' or sublime 12 ' Areas of the disc 1 is trained as in 4 is shown. These should be roughly evenly distributed within the structure (that is, the indicator or partial indicator).

Die Winkelerfassung mittels reflektiertem Licht ist in 6 dargestellt. Dabei wird die Rückseite der Strukturierung (d.h. der Ausnehmung 11 oder Erhebung 12) mit einer dünnen reflektierenden Metallbeschichtung 13 z. B. Aluminium, die beispielsweise durch PVD-Beschichtung aufgebracht wird, versehen. Das Licht 46 der Diode 41 wird durch die Linse 42 kollimiert. Das parallele Licht trifft durch einen halbdurchlässigen Spiegel 47 und eine Blende 43 auf die Scheibe 1 und wird durch die Metallbeschichtung 13 auf der strukturierten Seite reflektiert. Das reflektierte Licht wird durch eine geeignete Vorrichtung 47, wie beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel, abgelenkt und wieder durch eine Linse 44 gebündelt und interferiert in deren Brennpunkt, indem ein Photosensor 45 angeordnet ist.The angle detection by means of reflected light is in 6 shown. In this case, the back of the structuring (ie the recess 11 or survey 12 ) with a thin reflective metal coating 13 z. As aluminum, which is applied for example by PVD coating provided. The light 46 the diode 41 is through the lens 42 collimated. The parallel light hits through a semitransparent mirror 47 and a panel 43 on the disc 1 and gets through the metal coating 13 reflected on the structured side. The reflected light is passed through a suitable device 47 , such as a semitransparent mirror, deflected and again through a lens 44 bundles and interferes in their focal point by using a photosensor 45 is arranged.

Der Strahlenverlauf des Lichts in der Scheibe beim Verfahren mit reflektiertem Licht und senkrechten Lichteinfall ist schematisch in 7 dargestellt. Wie schon beim Durchlichtverfahren beschrieben, wird die Phasenverschiebung des Lichts durch einen längeren optischen Weg im dichteren Medium realisiert. Da das Licht 46 an der Metallbeschichtung 13 reflektiert wird, durchläuft es die Kunststoffscheibe 1 zweimal. Dadurch ergibt sich beispielsweise für die Dicke d der Ausnehmungen 11' bzw. Erhöhungen 12' bei senkrecht einfallendem Lichtstrahl mit x = 1,3,5,...., nS = Brechungszahl des Kunststoffs und λ = Wellenlänge des Lasers folgende Abhängigkeit:

Figure 00180001
The beam path of the light in the disk in the method with reflected light and vertical light incidence is schematically in 7 shown. As already described in the transmitted light method, the phase shift of the light is realized by a longer optical path in the denser medium. Because the light 46 on the metal coating 13 is reflected, it passes through the plastic disc 1 twice. This results, for example, for the thickness d of the recesses 11 ' or increases 12 ' with a vertically incident light beam with x = 1.3.5, ...., n S = refractive index of the plastic and λ = wavelength of the laser the following dependence:
Figure 00180001

Sowohl bei Durchlicht als auch mit reflektiertem Licht kann ebenfalls auf die Kollimation des Lichts 46 der Laserdiode 41 durch die erste Linse 42 verzichtet werden. Dabei trifft das Licht nicht mehr mit einem konstanten mittleren Winkel α auf die Scheibe 1. Bei Durchleuchten der Scheibe 1 ergeben sich trotzdem aufgrund der Strukturierung 11 oder 12 Phasenverschiebungen der einzelnen Lichtwellen, welche zu Interferenz führen. Dadurch wird nach Fokussierung des Lichtstrahls in der Linse 44 die Lichtintensität entsprechend dem Strukturmuster durch die Ausnehmungen 11 und Erhebungen 12 moduliert. Der Strahlengang beim Durchlicht ist hierfür schematisch in 8 dargestellt. Bei reflektiertem Licht verläuft das Licht entsprechend dem Strahlengang in 9. Zur Erfassung der Winkelposition mittels reflektiertem Licht kann das Licht 46 der Laserdiode 41 sowohl unter einem Winkel α bezüglich der Scheibe 1, als auch mit dem Winkel α = 0° senkrecht auf die Scheibe 1 einfallen.Both transmitted light and reflected light can also affect the collimation of the light 46 the laser diode 41 through the first lens 42 be waived. The light no longer hits the disc at a constant mean angle α 1 , When the lens is illuminated 1 arise nevertheless due to the structuring 11 or 12 Phase shifts of the individual light waves, which lead to interference. This will after focusing the light beam in the lens 44 the light intensity corresponding to the pattern of structure through the recesses 11 and surveys 12 modulated. The beam path in transmitted light is schematically shown in FIG 8th shown. When reflected light, the light passes in accordance with the beam path in 9 , To detect the angular position by means of reflected light, the light 46 the laser diode 41 both at an angle α with respect to the disk 1 , as well as with the angle α = 0 ° perpendicular to the disk 1 come to mind.

Der Vorteil der beschriebenen Erfindung gegenüber herkömmlichen Verfahren liegt in der mit feinsten höchstauflösenden Strukturen extrem kostengünstigen Herstellung der Scheibe 1 als Winkelverkörperung durch beispielsweise Mikrospritzguss und PVD-Metallbeschichtung in ähnlicher Weise, wie es bei den CDs bekannt ist. Durch die hohe Packungsdichte der Informationen auf der Scheibe 1 kann eine sehr hohe Winkelgenauigkeit bei kleinem Bauvolumen erreicht werden. Darüber hinaus können beim Spritzguss weitere Elemente hergestellt werden, wie die Achse, Lager, Verzahnungen, etc., die mit der Scheibe als Informationsträger dann eine integrale Einheit bilden können.The advantage of the invention described over conventional methods is in the finest super-resolution structures extremely cost-effective production of the disc 1 as an angular embodiment by, for example, micro injection molding and PVD metal coating in a similar manner as is known in the CDs. Due to the high packing density of the information on the disc 1 a very high angular accuracy can be achieved with a small construction volume. In addition, other elements can be produced during injection molding, such as the axle, bearings, gears, etc., which can then form an integral unit with the disc as an information carrier.

Neben den beschriebenen Fertigungsverfahren kann die Scheibe 1 ebenfalls mit dem 2-Komponenten-Spritzguss hergestellt werden. Dabei wird der optische Kontrast der Winkelverkörperung durch Kombination zweier verschiedener Brechungsindices, beispielsweise durch das Aufbringen einer Abdeckschicht, die einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist als das Material der Scheibe, oder eines transparenten oder eines absorbierenden Kunststoffs erzeugt.In addition to the described manufacturing process, the disc 1 also be made with the 2-component injection molding. In this case, the optical contrast of the angular embodiment is produced by combining two different refractive indices, for example by the application of a cover layer which has a different refractive index than the material of the disc, or a transparent or absorbent plastic.

Die Winkelinformation auf der Scheibe 1 kann derart angeordnet werden, dass jede messbare Position durch eine ein deutige Codierung bestimmt ist. Als Beispiel kann die Codierung entsprechend 10A auf der Kunststoffscheibe 1 angeordnet sein. Dabei wird für jeden messbaren Winkel eine eindeutige Information bestehend aus mehreren Bits radial auf der Scheibe hinterlegt. In 10A ist jede der möglichen 64 Positionen durch eine 6bit-Zahl codiert. Die dunklen und hellen Felder symbolisieren die strukturierten und unstrukturierten Bereiche der Scheibe. Dabei werden auf der Scheibe 1 die Positionen an denen Intensitätsminima entstehen sollen, mit diffraktiven optischen Strukturen versehen, die Bereiche mit Intensitätsmaxima bleiben unstrukturiert. Diese Möglichkeit der Strukturierung wird ebenfalls bei CDs unter dem Begriff "Pit and Land"-Strukturierung angewandt. Je nach Auflösung des Drehgebers kann die Bitbreite der Information beliebig gewählt werden.The angle information on the disk 1 can be arranged such that each measurable position is determined by a clear coding. As an example, the coding may be appropriate 10A on the plastic disc 1 be arranged. In this case, a unique information consisting of several bits is stored radially on the disc for each measurable angle. In 10A Each of the possible 64 positions is coded by a 6bit number. The dark and bright fields symbolize the structured and unstructured areas of the disc. This will be on the disc 1 the positions at which intensity minima are to be created are provided with diffractive optical structures, the areas with intensity maxima remain unstructured. This structuring option is also applied to CDs under the term "pit and land" structuring. Depending on the resolution of the encoder, the bit width of the information ge arbitrary ge be chosen.

Alternativ kann die Information auf dem Informationsträger auch durch eine Kennzeichnung auf die Scheibe aufgebracht werden, wie es in 10B durch die Strukturen 1002 und 1004 dargestellt ist. Hierbei ist durch das Bezugszeichen 1002 beispielsweise eine binär codierte Information über eine Absolutlage des Informationsträgers auf der zweit-äußersten Spur 1006 angeordnet. Diese Information ist vorzugsweise so auf der zweit-äußersten Spur 1006 des Informationsträgers angeordnet, dass sie beispielsweise durch eine einzelne, fest angeordnete Photodiode ausgelesen wird, die die zweit-äußerste Spur 1006 abtastet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Information seriell, d.h. in Richtung des Umfangs der zweit-äußeren Spur 1006 angeordnet. Die Kennzeichnung der Lage des Informationsträgers ist dann durch das Auslesen einer Sequenz von zusammenhängende Teilkennzeichen (d.h. beispielsweise Ausnehmungen oder Erhöhungen, die durch dunkle Flächen in 10B markiert sind) gekennzeichnet. Dagegen ist durch das Bezugszeichen 1004 eine Mehrzahl von nicht-unterscheidbaren Merkmalen, wie beispielsweise eine Abfolge von gleichartigen Erhöhungen oder Ausnehmungen in der äußersten Spur 1008 gekennzeichnet, die in der Darstellung der 10A dem geringstwerti gen Bit des binären Codes entsprechen. Im Unterschied sind hierbei die einzelnen Merkmale auf der äußersten Spur 1008 voneinander räumlich getrennt, wie die durch die Struktur 1004 mit zwei Merkmalen in Form der dunklen Flächen gegenüber zwei Trennfeldern in Form der hellen Flächen verdeutlicht ist. Diese Merkmale lassen sich für eine inkrementelle Winkelerfassung verwenden. Es lässt sich somit sagen, dass die Struktur 1002, die die Absolutlage des Informationsträgers kennzeichnet, kürzer, d.h. kompakter, ausgestaltet werden kann, als die Struktur 1004, über die die inkrementelle Winkeländerung des Informationsträgers erkennbar ist.Alternatively, the information on the information carrier can also be applied to the disc by means of a marking, as shown in FIG 10B through the structures 1002 and 1004 is shown. Here, by the reference numeral 1002 For example, a binary coded information about an absolute position of the information carrier on the second-extreme track 1006 arranged. This information is preferably on the second outermost track 1006 of the information carrier arranged to be read, for example, by a single, fixed photodiode, which is the second outermost track 1006 scans. In other words, the information is serial, that is, in the direction of the circumference of the second outer track 1006 arranged. The identification of the position of the information carrier is then by reading a sequence of contiguous sub-marks (ie, for example, recesses or elevations, which are indicated by dark areas in 10B are marked). In contrast, by the reference numeral 1004 a plurality of indistinguishable features, such as a series of similar protrusions or recesses in the outermost track 1008 marked in the illustration of the 10A correspond to the least significant bit of the binary code. In contrast, here are the individual features on the extreme track 1008 spatially separated, like those through the structure 1004 is illustrated with two features in the form of dark areas compared to two separation fields in the form of bright areas. These features can be used for incremental angle detection. It can thus be said that the structure 1002 , which characterizes the absolute position of the information carrier, shorter, ie more compact, can be designed as the structure 1004 , via which the incremental angle change of the information carrier can be recognized.

Im Gegensatz zu der in 10A dargestellten radialen Ausrichtung ist die Information der Struktur 1002 jedoch in Richtung des Umfanges eines konzentrischen Kreises um die Drehachse der Scheibe angeordnet, wobei durch jede einzelne der Strukturen 1002 eine Absolutlage kennzeichenbar ist. Diese Struktur 1002 kann beispielsweise auf die gleiche Weise ausgebildet sein, wie die radialen Strukturen auf der in 10A dargestellten Scheibe, d.h. sie können als Erhebungen und Ausnehmungen ausgebildet sein. Hierbei ist die Information jedoch nicht mehr radial auf der Scheine angeordnet, sondern in Richtung des Umfangs des konzentrischen Kreises 1006.Unlike the in 10A illustrated radial orientation is the information of the structure 1002 however, disposed in the direction of the circumference of a concentric circle about the axis of rotation of the disk, passing through each one of the structures 1002 an absolute position is identifiable. This structure 1002 may for example be formed in the same way as the radial structures on the in 10A shown disc, ie they can be formed as elevations and recesses. In this case, however, the information is no longer arranged radially on the bill, but in the direction of the circumference of the concentric circle 1006 ,

Wird nun die Scheibe, d.h. der Informationsträger gedreht, lassen sich durch den Detektor die Struktur 1002 und die Merkmale 1004 auslesen. Für eine feine Winkelunterteilung kann die Information aus den Merkmalen auf der äußersten Spur 1008 ausgelesen werden, indem beispielsweise gezählt wird, wie oft ein solches Merkmal den Detektor passiert. Ein solcher Ansatz zur Winkelmessung bietet den Vorteil, dass nicht nur ein hochgenaues und fein granuliertes Winkelauflösungsvermögen durch die inkrementelle Winkelmessung realisierbar ist, sondern dass vielmehr auch noch eine Information über die Absolutlage der Scheibe erkennbar ist und somit keine Fehler bei der Winkelmessung auftreten, wenn beispielsweise der Detektor abgeschaltet ist und sich die Scheibe dann dreht. Die Vorteile der inkrementellen Winkelmessung lassen sich daher mit den Vorteilen der absoluten Winkelmessung kombinieren. Dies ist technisch auch realisierbar, da auf bekannte Verfahren zurückgegriffen werden kann, wie sie beispielsweise zur Herstellung von CDs verwendet werden. Als weiteren Aspekt lässt sich bei dem vorstehenden Ansatz nennen, dass hier vorzugsweise nur zwei benachbart angeordnete Lichtquellen und zwei benachbart angeordnete Photodioden verwendet werden brauchen und keine kostenintensive Vorrichtung zur Laserstrahlablenkungen oder sechs Laserdioden mit sechs Photodioden (d.h. einer Photodiodenzeile) zum Auslesen der radial angeordneten Information benötigt werden. Als geringfügigen Nachteil wäre hier zwar zu nennen, dass die Scheibe relativ zum Detektor um zumindest eine Distanz auf der zweit-äußersten Spur 1006 bewegt werden sollte, der einer Länge einer vollständigen Struktur 1002 entspricht, um die Information der in der Struktur 1002 codierten Absolutlage vollständig entschlüsseln zu können. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass eine solche Drehung als unkritisch zu betrachten ist, da bei derzeit realisierbaren Bauteilabmessungen und Strukturierungsgrenzen fast immer (beispielsweise durch Vibrationen) eine ausreichende Relativdrehung der Scheibe zum Detektor vor einer aktuellen Messung sichergestellt werden kann damit eine vollständige Struktur ausgelesen wird.Now, if the disc, ie the information carrier rotated, can be through the detector, the structure 1002 and the features 1004 read. For a fine angle subdivision, the information from the features on the outermost track 1008 for example, by counting how often such a feature passes the detector. Such an approach to angle measurement has the advantage that not only a highly accurate and finely granulated angular resolution through the incremental angle measurement can be realized, but that even more information about the absolute position of the disc is recognizable and thus no errors in the angle measurement occur, for example the detector is turned off and the disc then rotates. The advantages of incremental angle measurement can therefore be combined with the advantages of absolute angle measurement. This is technically feasible, since it can be used on known methods, such as those used for the production of CDs. As a further aspect can be mentioned in the above approach that here preferably only two adjacent light sources and two adjacently arranged photodiodes need be used and no cost-intensive device for Laserstrahlablenkungen or six laser diodes with six photodiodes (ie, a photodiode array) for reading the radially arranged information needed. A slight disadvantage here would be to mention that the disc relative to the detector by at least a distance on the second-outermost track 1006 should be moved, the length of a complete structure 1002 corresponds to the information in the structure 1002 completely decoded coded absolute position. It should be noted, however, that such a rotation is to be regarded as uncritical, since at present feasible component dimensions and structuring limits almost always (for example, by vibrations) sufficient relative rotation of the disc to the detector can be ensured before a current measurement so that a complete structure is read.

Als diffraktive Struktur 11 oder 12 können beispielsweise einzelne vertiefte 11' bzw. erhabene 12' Punkte oder Balken verwendet werden, wie in den Abbildungen von 11 schematisch dargestellt ist. Dabei lassen sich als verschiedene Möglichkeiten Punkte in Arrays 11' und 12' oder parallele Balken entlang des Umfangs 11'' und 12'' oder Balken radial 11''' und 12''' anordnen. Weiterhin besteht die Möglichkeit die diffraktive Struktur beispielsweise durch ein- oder mehrdimensionale Gitter zu realisieren.As a diffractive structure 11 or 12 for example, individual recessed 11 ' or sublime 12 ' Points or bars are used, as in the pictures of 11 is shown schematically. In the process different points can be points in arrays 11 ' and 12 ' or parallel bars along the circumference 11 '' and 12 '' or beams radially 11 ''' and 12 ''' Arrange. Furthermore, it is possible to realize the diffractive structure, for example, by one-dimensional or multidimensional grids.

Für die Messung des Drehwinkels des Gehäuses 3 des Drehgebers bezüglich der Horizontalen mittels Gravitation lässt sich beschriebenes Verfahren ebenfalls nutzen. Dafür wird die gespritzte und strukturierte Kunststoffscheibe 1 drehbar im Gehäuse 3 des Drehgebers gelagert. Dabei wird die Scheibe derart hergestellt, dass ein Massenschwerpunkt 5 außerhalb der Drehachse 2' liegt. Die Scheibe 1 kann beispielsweise durch Umspritzen eines exzentrisch angeordneten Metallstücks oder eines anderen Gewichts hergestellt werden.For measuring the angle of rotation of the housing 3 the encoder with respect to the horizontal by means of gravity can be described method also use. This is the sprayed and structured plastic disc 1 rotatable in the housing 3 the encoder stored. In this case, the disc is made such that a center of mass 5 outside the axis of rotation 2 ' lies. The disc 1 can be made for example by molding an eccentrically arranged piece of metal or another weight.

Die drehbar im Gehäuse 3 gelagerte Scheibe 1 richtet sich bezüglich des Gravitationsfelds immer in einer Lage aus. Wird zunächst das Gehäuse 3 gedreht, lässt sich nachfolgend der Drehwinkel mittels der Winkelverkörperung direkt durch die Optik auslesen.The rotatable in the housing 3 stored disc 1 always aligns with the gravitational field in one position. First, the housing 3 rotated, the angle of rotation can be read by the angle directly through the optics.

Zum Schutz gegen Verschmutzung sollten die Scheibe 1 und die optischen Bauelemente 41 bis 45, 47 in einem dichten Gehäuse untergebracht werden. Hierfür kann beispielsweise durch 2-Komponentenspritzguss eine Dichtung direkt in die Gehäusehälften 3 integriert werden.To protect against contamination should the disc 1 and the optical components 41 to 45 . 47 be housed in a tight housing. For this purpose, for example, by 2-component injection molding a seal directly into the housing halves 3 to get integrated.

Zusammenfassend ist somit zu sagen, dass als zentrales Element der beschriebenen Erfindung vorzugsweise eine transparente Kunststoffscheibe 1 verwendet wird, welche ähnlich wie bei einer Compact Disc (CD) einseitig mit einer Mikrostruktur 11, 12 und ggf. mit einer Metallbeschichtung 13 versehen ist. Die Scheibe 1 mit der Strukturierung 11 oder 12 stellt die Maßverkörperung bezüglich des Drehwinkels dar. Die Kunststoffscheibe 1 und die Strukturierung 11 oder 12 werden beispielsweise durch Mikrospritzgießen oder Spritzprägen in einem Prozessschritt hergestellt, wodurch die Strukturierung bereits mit dem Spritzgusswerkzeug ausgeführt werden kann. Anschließend kann die strukturierte Seite auch mit einer Metallschicht 13 versehen werden. Der Aufbau der Scheibe 1 ähnelt somit einer herkömmlichen CD. Durch den Mikrospritzguss können darüber hinaus weitere konstruktive Elemente wie beispielsweise eine Achse oder eine Verzahnung für den Einsatz in einem Getriebe als integrale Elemente direkt mit der Scheibe 1 hergestellt werden.In summary, therefore, to say that as a central element of the described invention preferably a transparent plastic disc 1 which is similar to a compact disc (CD) one-sided with a microstructure 11 . 12 and optionally with a metal coating 13 is provided. The disc 1 with the structuring 11 or 12 represents the material measure with respect to the angle of rotation. The plastic disc 1 and the structuring 11 or 12 are produced, for example, by micro injection molding or injection compression molding in one process step, whereby the structuring can already be carried out with the injection molding tool. Subsequently, the structured side can also be covered with a metal layer 13 be provided. The construction of the disc 1 thus resembles a conventional CD. In addition, by means of micro injection molding, further structural elements such as an axle or a gearing for use in a transmission can be used as integral elements directly with the disk 1 getting produced.

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.

Claims (26)

Drehgeber mit folgenden Merkmalen: einem Informationsträger (1), der eine Mehrzahl von Kennzeichen (11, 12) aufweist, wobei ein Material des Informationsträgers (1) einem Material eines Kennzeichens (11, 12) entspricht und wobei ein Kennzeichen (11, 12) eine optisch erfassbare Verkörperung einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers (1) ableitbar ist und einem optischen Detektor (4) zum Detektieren des Kennzeichens (11, 12), wobei der Informationsträger (1) und der optische Detektor (4) relativ zueinander drehbar angeordnet sind, und wobei ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger (1) und dem Detektor (4) durch ein Detektionssignal ermittelbar ist.Rotary encoder with the following features: an information carrier ( 1 ) containing a plurality of license plates ( 11 . 12 ), wherein a material of the information carrier ( 1 ) a material of a mark ( 11 . 12 ) and where a mark ( 11 . 12 ) is an optically detectable embodiment of an information from which a position of the information carrier ( 1 ) and an optical detector ( 4 ) for detecting the license plate ( 11 . 12 ), the information carrier ( 1 ) and the optical detector ( 4 ) are rotatably arranged relative to each other, and wherein a rotation angle of a relative rotation between the information carrier ( 1 ) and the detector ( 4 ) can be determined by a detection signal. Drehgeber gemäß Anspruch 1, bei dem der Informationsträger (1) eine Scheibe ist.Rotary encoder according to Claim 1, in which the information carrier ( 1 ) is a disk. Drehgeber gemäß Anspruch 2, bei dem die Scheibe (1) ein optisch transparentes Kunststoffmaterial umfasst.Rotary encoder according to Claim 2, in which the disc ( 1 ) comprises an optically transparent plastic material. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Informationsträger (1) eine Informationsträgeroberfläche umfasst, wobei ein Kennzeichen eine Ausnehmung (11) in der Informationsträgeroberfläche umfasst.Rotary encoder according to one of Claims 1 to 3, in which the information carrier ( 1 ) comprises an information carrier surface, wherein a mark is a recess ( 11 ) in the information carrier surface. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Informationsträger (1) eine Informationsträgeroberfläche umfasst, wobei ein Kennzeichen eine Erhebung (12) von der Informationsträgeroberfläche umfasst.Rotary encoder according to one of Claims 1 to 4, in which the information carrier ( 1 ) comprises an information carrier surface, wherein a flag is a survey ( 12 ) from the information carrier surface. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Informationsträgeroberfläche und das Kennzeichen (11, 12) durch eine Abdeckschicht (13) bedeckt sind.Rotary encoder according to one of Claims 4 or 5, in which the information carrier surface and the identifier ( 11 . 12 ) through a cover layer ( 13 ) are covered. Drehgeber gemäß Anspruch 6, bei dem die Abdeckschicht (13) ein reflektierendes Material umfasst.Rotary encoder according to Claim 6, in which the covering layer ( 13 ) comprises a reflective material. Drehgeber gemäß Anspruch 6, bei dem der Informationsträger (1) ein Material mit einem ersten optischen Brechindex (nS) und die Abdeckschicht (13) ein Material mit einem zweiten optischen Brechindex umfasst, wobei der erste optische Brechindex von dem zweiten optischen Brechindex verschieden ist.Rotary encoder according to Claim 6, in which the information carrier ( 1 ) a material with a first optical refractive index (n S ) and the cover layer ( 13 ) comprises a material having a second optical refractive index, wherein the first optical refractive index is different from the second optical refractive index. Drehgeber gemäß Anspruch 8 bei dem sich der erste optische Brechindex und der zweite optischen Brechindex um weniger als fünfzig Prozent voneinander unterscheiden.Rotary encoder according to claim 8 in which the first optical refractive index and the second optical refractive index Refractive index less than fifty Percent differ from each other. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Kennzeichen eine Mehrzahl von Teilkennzeichen umfasst.Rotary encoder according to a the claims 1 to 9, in which a license plate is a plurality of partial license plates includes. Drehgeber gemäß Anspruch 10, bei dem die Mehrzahl der Teilkennzeichen des Kennzeichens (11, 12), ausgehend von einer Drehachse (2) des Informationsträgers (1) auf demselben in Radialrichtung angeordnet sind.A rotary encoder according to claim 10, wherein the plurality of partial identifiers of the license plate ( 11 . 12 ), starting from a rotation axis ( 2 ) of the information carrier ( 1 ) on the same in Radialrich are arranged. Drehgeber gemäß Anspruch 11, bei dem ein erstes Kennzeichen (11, 12) eine erste Anzahl von Teilkennzeichen umfasst, und ein zweites Kennzeichen (11, 12) eine zweite Anzahl von Teilkennzeichen umfasst, wobei die erste Anzahl von Teilkennzeichen der zweiten Anzahl von Teilkennzeichen entspricht.Rotary encoder according to Claim 11, in which a first identifier ( 11 . 12 ) comprises a first number of sub-codes, and a second code ( 11 . 12 ) comprises a second number of sub-flags, wherein the first number of sub-flags corresponds to the second number of sub-flags. Drehgeber gemäß Anspruch 12, bei dem ein erstes Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens eine höhere Wertigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens aufweist und ein erstes Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens eine höhere Wertigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des zweitens Kennzeichens aufweist, wobei das erste Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens einen im wesentlichen gleichen Abstand von der Drehachse des Informationsträgers (1) aufweisen und das zweite Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das zweite Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens einen im wesentlichen gleichen Abstand von der Drehachse des Informationsträgers (1) aufweisen.A rotary encoder according to claim 12, wherein a first sub-tag of the first tag has a higher significance than a second sub-tag of the first tag and a first sub-tag of the second tag has a higher significance than a second sub-tag of the second tag, the first sub-tag of the first tag and the first part mark of the second mark a substantially equal distance from the axis of rotation of the information carrier ( 1 ) and the second part identifier of the first identifier and the second part identifier of the second identifier a substantially equal distance from the axis of rotation of the information carrier ( 1 ) exhibit. Drehgeber gemäß Anspruch 13, bei dem das erste Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens durch eine Ausnehmung (11) oder eine Erhebung (12) miteinander verbunden sind.A rotary encoder according to claim 13, wherein the first part identifier of the first number plate and the first part number plate of the second code number are represented by a recess (Fig. 11 ) or a survey ( 12 ) are interconnected. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Information eine binär-codierte Lageinformation ist und ein Teilkennzeichen eines Kennzeichens (11, 12) einem Bit der binär-codierten Lageinformation entspricht.A rotary encoder according to any one of claims 11 to 14, wherein the information is a binary coded position information and a part identifier of a tag ( 11 . 12 ) corresponds to one bit of the binary coded position information. Drehgeber gemäß Anspruch 15, bei dem der Informationsträger (1) eine Anzahl von Kennzeichen (11, 12) aufweist, die einer maximalen Anzahl von untereinander unterscheidbaren binär-codierten Lageinformationen entspricht.Rotary encoder according to Claim 15, in which the information carrier ( 1 ) a number of identifiers ( 11 . 12 ) corresponding to a maximum number of mutually distinguishable binary coded position information. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem der optische Detektor (4) zumindest eine Lichtquelle (41) zum Ausgeben von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge (λ), eine Linse (42, 44;) und ein Sensorelement (45) umfasst.Rotary encoder according to one of Claims 1 to 16, in which the optical detector ( 4 ) at least one light source ( 41 ) for outputting light of a predetermined wavelength (λ), a lens ( 42 . 44 ;) and a sensor element ( 45 ). Drehgeber gemäß Anspruch 17 in Verbindung mit Anspruch 4, bei dem die Ausnehmung eine Tiefe (d) aufweist, die einen vorbestimmten Zusammenhang zu der vorbestimmten Wellenlänge (λ) des Lichts der Lichtquelle (41) aufweist.A rotary encoder according to claim 17 when appended to claim 4, wherein the recess has a depth (d) having a predetermined relationship to the predetermined wavelength (λ) of the light of the light source ( 41 ) having. Drehgeber gemäß Anspruch 17 in Verbindung mit Anspruch 5, bei dem die Erhöhung eine Höhe (d) aufweist, die einen vorbestimmten Zusammenhang zu der vorbestimmten Wellenlänge (λ) des Lichts der Lichtquelle (41) aufweist.A rotary encoder according to claim 17 when appended to claim 5, wherein the elevation has a height (d) which is a predetermined relationship to the predetermined wavelength (λ) of the light of the light source ( 41 ) having. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem der optische Detektor (4) ausgebildet ist, um ein Interferenzmuster zu detektieren und ausgehend von dem detektierten Interferenzmuster auf der Basis von einem ersten und einem zweiten Schwellwert zumindest drei unterschiedliche Informationswerte aus dem Interferenzmuster detektieren zu können.Rotary encoder according to one of Claims 17 to 19, in which the optical detector ( 4 ) is configured to detect an interference pattern and, based on the detected interference pattern, to be able to detect at least three different information values from the interference pattern on the basis of a first and a second threshold value. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem ein Kennzeichen ein erstes Teilkennzeichen und ein zweites Teilkennzeichen umfasst, wobei das erste Teilkennzeichen eine Information über eine absolute Lage des Informationsträgers (1) wiedergibt und aus dem zweiten Teilkennzeichen eine Information über eine inkrementelle Lageänderung des Informationsträgers (1) ermittelbar ist.Rotary encoder according to one of claims 1 to 11, in which a tag comprises a first part identifier and a second part identifier, the first part identifier having information about an absolute position of the information carrier ( 1 ) and from the second part identifier information about an incremental change in position of the information carrier ( 1 ) can be determined. Drehgeber gemäß Anspruch 21, bei dem das erste Teilkennzeichen eine binär-codierte Information umfasst, die auf einem im wesentlichen konzentrischen ersten Kreis um eine Drehachse (2) des Informationsträgers (1) angeordnet ist und das zweite Teilkennzeichen eine Mehrzahl von nicht-unterscheidbaren Merkmalen umfasst, die auf einem im wesentlichen konzentrischen zweiten Kreis um die Drehachse (2) des Informationsträgers (1) angeordnet sind.A rotary encoder according to claim 21, wherein the first sub-tag comprises binary-coded information formed on a substantially concentric first circle about an axis of rotation ( 2 ) of the information carrier ( 1 ) and the second sub-tag comprises a plurality of indistinguishable features disposed on a substantially concentric second circle about the axis of rotation (Fig. 2 ) of the information carrier ( 1 ) are arranged. Drehgeber gemäß Anspruch 22, bei dem das erste Teilkennzeichen und das zweite Teilkennzeichen derart angeordnet, dass ein radialer Abstand des ersten Kreises von dem radialen Abstand des zweiten Kreises verschieden ist.Rotary encoder according to claim 22, in which the first part identifier and the second part identifier arranged such that a radial distance of the first circle is different from the radial distance of the second circle. Drehgeber gemäß Anspruch 23, bei dem das zweite Teilkennzeichen eine größeren Länge aufweist als das erste Teilkennzeichen.Rotary encoder according to claim 23, in which the second part identifier has a greater length than the first one Partial tag. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem der Informationsträger (1) eine exzentrisch zu einer Drehachse (2) des Informationsträgers (1) angeordneten Masseeinheit (5) umfasst.Rotary encoder according to one of Claims 1 to 24, in which the information carrier ( 1 ) an eccentric to a rotation axis ( 2 ) of the information carrier ( 1 ) arranged mass unit ( 5 ). Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers, wobei der Drehgeber einen Informationsträger (1), der eine Mehrzahl von Kennzeichen (11, 12) aufweist, wobei ein Material des Informationsträgers (1) einem Material eines Kennzeichens (11, 12) entspricht und wobei ein Kennzeichen (11, 12) eine optisch erfassbare Verkörperung einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers ableitbar ist und einen optischen Detektor (4) zum Detektieren des Kennzeichens (11, 12) umfasst, wobei der Informationsträger (1) und der Detektor (4) relativ zueinander drehbar angeordnet sind, und wobei ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger (1) und dem Detektor (4) durch ein Detektionssignal ermittelbar ist, mit folgenden Schritten: Drehen des Informationsträgers (1); und Erfassen eines Kennzeichens (11, 12) mit dem optischen Detektor (4).Method for operating a rotary encoder, wherein the rotary encoder comprises an information carrier ( 1 ) containing a plurality of license plates ( 11 . 12 ), wherein a material of the information carrier ( 1 ) a material of a mark ( 11 . 12 ) and where a mark ( 11 . 12 ) is an optically detectable embodiment of information from which a position of the information carrier can be derived and an optical detector ( 4 ) for detecting the license plate ( 11 . 12 ), the information carrier ( 1 ) and the detector ( 4 ) are rotatably arranged relative to each other, and wherein a rotation angle of a relative rotation between the information carrier ( 1 ) and the detector ( 4 ) by a detek tion signal can be determined, with the following steps: turning the information carrier ( 1 ); and capturing a flag ( 11 . 12 ) with the optical detector ( 4 ).
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