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Optische
Codierer werden in einer breiten Vielzahl von Kontexten verwendet,
um eine Bewegung und/oder eine Position eines Objekts in Bezug auf
einen bestimmten Bezugspunkt zu bestimmen. Optisches Codieren wird
oft in mechanischen Systemen als eine billige und zuverlässige Weise
zur Messung und Verfolgung einer Bewegung unter sich bewegenden
Komponenten verwendet. Drucker, Scanner, Photokopierer, Faxgeräte, Plotter
und andere Bilderzeugungssysteme z. B. verwenden oft optische Codierung,
um die Bewegung eines Bildmediums, wie z. B. von Papier, zu verfolgen,
wenn ein Bild auf das Medium gedruckt wird oder ein Bild von dem
Medium gescannt wird.
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Eine
häufige
Technik zum optischen Codieren verwendet einen optischen Sensor
und ein optisches Codierermuster (oder Codiermedium). Der optische
Sensor fokussiert auf eine Oberfläche des optischen Codierermusters.
Wenn sich der Sensor in Bezug auf das optische Codierermuster (oder
das Codiermedium) bewegt, oder sich das Codierermuster in Bezug
auf den optischen Sensor bewegt, liest der optische Sensor ein Muster
von Licht, das entweder durch das optische Codierermuster durchgelassen
oder reflektiert wird, um die Bewegung zu erfassen.
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Ein
typisches optisches Codierermuster ist eine abwechselnde Serie heller
und dunkler Elemente. Wenn sich der Codierer und der Sensor relativ
zueinander bewegen, werden Übergänge von
einem Element zu dem nächsten
in dem Muster optisch erfasst. Ein Codierermuster könnte z.
B. ein abwechselndes Muster von Löchern oder optisch durchlässigen Fenstern
in einem undurchsichtigen Material sein. In diesem Fall kann ein
optischer Sensor Übergänge von
Dunkelheit zu Licht, das durch die Löcher oder Fester durchläuft, erfassen.
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1 stellt einen grundlegenden
optischen Codierer 100 dar, der eine optische Einheit 103,
die einen optischen Emitter 101 und einen optischen Sensor 102 umfasst,
und ein Lichtsteuerbauteil (optisches Codierermuster) 105,
das zwischen dem optischen Emitter 101 und dem optischen
Sensor 102 angeordnet ist, aufweist. Der optische Emitter 101 ist eine
Lichtquelle, die z. B. eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist.
Allgemein weist der optische Sensor 102 einen oder mehrere
Photodetektoren auf, wie z. B. Photodioden oder ladungsgekoppelte
Bauelemente (CCDs; CCD = charge coupled device). Die optische Einheit 103 und
das optische Codierermuster 105 können sich relativ zueinander
in einer linearen Weise längs
des optischen Codierermusters 105 bewegen.
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Bei
einer gängigen
Anwendung ist die optische Einheit 103 an dem Druckkopf
eines Druckers befestigt, das optische Codierermuster 105 ist
an einem Gehäuse
des Druckers fixiert und die optische Einheit 103 bewegt
sich entlang der Länge
des Codierermusters 105, wenn sich der Druckkopf bewegt. Wenn
sich die optische Einheit 103 entlang der Länge des
optischen Codierermusters 105 bewegt, wird Licht aus dem
optischen Emitter 101, das durch das optische Codierermuster 105 gelangt
(oder von demselben reflektiert wird), durch einen oder mehrere Photodetektoren
des optischen Sensors 102 erfasst, um eines oder mehrere
Signale zu erzeugen, die die relative Bewegung zwischen der optischen
Einheit 103 und dem optischen Codierermuster 105 anzeigen.
Das Ausgangssignal oder -signale aus dem optischen Sensor 102 werden
dann durch den Drucker verwendet, um eine Steuerung der Bewegung
des Druckkopfs und/oder Papiers in dem Druckvorgang zu unterstützen.
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Die 2A–B stellen die Beziehung zwischen
einem optischen Codierermuster 105, der auf einem Codestreifen 210 gebildet
ist, einem Photodetektor 220 eines optischen Sensors 102 und
einem Ausgangssignal, das durch den Photodetektor 220 erzeugt
wird, wenn sich das optische Codierermuster 105 und die
optische Einheit 103 (einschließlich des Photodetektors 220)
relativ zueinander bewegen, dar.
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Wie
in 2A zu sehen ist,
ist das optische Codierermuster 105 ein abwechselndes Muster rechteckig
geformter „heller" Elemente 230 und „dunkler" Elemente 240 und
der Photodetektor 220 besitzt auch eine rechteckige Form.
In vielen Fällen weisen
die hellen Elemente 230 Lichtdurchlassregionen auf, die
transparente Regionen oder Öffnungen in
dem Codestreifen 210 sein können, so dass Licht von dem
optischen Emitter 101 durch helle Elemente 230 des
Codestreifens 210 zu dem optischen Sensor 102 gelangt,
jedoch durch dunkle Elemente 210 blockiert wird und dann
den optischen Sensor 102 nicht erreicht. Bei einer weiteren
alternativen Anordnung weisen helle Elemente 230 lichtreflektierende
Regionen auf, die weiß oder
glänzend
sein könnten,
so dass Licht von dem optischen Emitter 101 von hellen Elementen 230 des
Codestreifens 210 zu dem optischen Sensor 102 zurückreflektiert
wird, Licht jedoch durch dunkle Elemente 240 absorbiert
und nicht zu dem optischen Sensor 102 reflektiert wird.
Die folgende Erläuterung
ist gleichermaßen
auf jede dieser Konfigurationen anwendbar.
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Der
Photodetektor 220 erzeugt ein Ausgangssignal, das von der
Menge von Licht abhängt, die
derselbe von dem optischen Muster 105 empfängt. Wenn
sich das optische Codierermuster 105 und die optische Einheit 103 (einschließlich des
Photodetektors 220) relativ zueinander bewegen, variiert die
Menge an Licht, die durch den Photodetektor 220 empfangen
wird, von praktisch keinem Licht, wenn der Photodetektor 220 mit
einem dunklen Element 240 des optischen Codierermusters 105 ausgerichtet ist,
bis zu einer maximalen Menge an Licht, wenn der Photodetektor 220 mit
einem hellen Element 230 des optischen Musters 105 ausgerichtet
ist. Unter der Annahme, dass sich das optische Codierermuster 105 und
die optische Einheit 103 relativ zueinander mit einer konstanten
Rate bewegen, zeigt 2B das Ausgangssignal
des Photodetektors 220.
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Wie
in 2B zu sehen ist,
ist das Ausgangssignal des Photodetektors 220 ein trapezförmiges Signal
mit einer flachen Oberseite, einer flachen Unterseite und einer
konstanten Steigung zwischen der Oberseite und der Unterseite. Die
Anordnung der 2A bis
B bezieht sich insbesondere auf einen linearen Codestreifen 210.
In einigen Fällen
wird ein kreisförmiges
Coderad anstelle des Codestreifens 210 verwendet, wobei
in diesem Fall entweder die hellen Elemente 230 und die
dunklen Elemente 240 oder der Photodetektor 220 eine
trapezförmige
Form anstelle der rechteckigen Form aufweisen. In beiden Fällen erzeugt
der Photodetektor 220 das in 2B gezeigte
trapezförmige
Ausgangssignal.
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Es
gibt jedoch einige Nachteile an der in den 2A bis B dargestellten Anordnung. Insbesondere ist
von einem Rückkopplungs-
oder Steuersystemstandpunkt aus das trapezförmige Ausgangssignal des Photodetektors
nicht sehr wünschenswert.
Während
der „flachen
Stellen" an der
Oberseite und der Unterseite gibt der Photodetektor keine nützlichen
Informationen in Bezug auf die relative Bewegung zwischen dem optischen
Sensor und dem optischen Codierermuster aus. Ferner ist das trapezförmige Ausgangssignal
tatsächlich
eine Serie von Rampenfunktionen und es ist gut bekannt, dass eine
Rampenfunktion nicht differenzierbar ist. So kann keine Beschleunigung
erhalten werden. Von einem Rückkopplungs-
oder Steuersystemstandpunkt aus wäre es vorzuziehen, wenn das
Ausgangssignal des Photodetektors stattdessen allgemein sinusförmiger Natur
wäre.
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Deshalb
wird ein optischer Codierer benötigt, dessen
Photodetektor/en ein allgemein sinusförmiges Ausgangssignal ansprechend
auf eine relative Bewegung zwischen dem optischen Codierermuster und
dem optischen Sensor erzeugt/en.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Codierer
mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen optischen Codierer gemäß Anspruch 1 oder 5 gelöst.
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Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
weist ein optischer Codierer folgende Merkmale auf: ein optisches
Codierermuster, das ein abwechselndes Muster heller Elemente und
dunkler Elemente aufweist; und eine optische Einheit, die einen
optischen Emitter, der Licht an das Codierermuster bereitstellt,
und einen optischen Sensor aufweist, der einen Photodetektor umfasst,
der das Licht von dem optischen Codierermuster empfängt und
ansprechend darauf ein sinusförmiges
Signal ausgibt, das eine relative Bewegung zwischen dem optischen Sensor
und dem Codierermuster anzeigt, wobei der Photodetektor entweder
eine Rauten- bzw. Diamantform oder eine modifizierte Rautenform
aufweist.
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Bei
einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist ein optischer
Codierer folgende Merkmale auf: ein optisches Codierermuster, das
ein abwechselndes Muster heller Elemente und dunkler Elemente aufweist;
und eine optische Einheit, die einen optischen Emitter, der Licht
an das Codierermuster bereitstellt, und einen optischen Sensor aufweist, der
einen Photodetektor umfasst, der das Licht von dem optischen Codierermuster
empfängt
und ansprechend darauf ein sinusförmiges Signal ausgibt, das
eine relative Bewegung zwischen dem optischen Sensor und dem Codierermuster
anzeigt, wobei zumindest eines der hellen Elemente und der dunklen Elemente
eine Rautenform, eine modifizierte Rautenform oder eine Sanduhrform
aufweist.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert,
wobei hervorgehoben wird, dass die verschiedenen Merkmale nicht
notwendigerweise maßstabsgetreu
sind, wobei stattdessen die Abmessungen zur Klarheit der Beschreibung
willkürlich
erhöht
oder gesenkt sein könnten,
und wobei sich, wo immer dies zutrifft und praktisch ist, gleiche
Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen. Es zeigen:
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1 einen
grundlegenden optischen Codierer;
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2A Elemente
eines optischen Codierers, der ein optisches Codierermuster und
einen Photodetektor umfasst;
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2B ein
Ausgangssignal, das durch den Photodetektor erzeugt wird, wenn das
optische Codierermuster und eine optische Einheit, einschließlich des
Photodetektors aus 2A, sich relativ zueinander
bewegen;
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3 mehrere
Beispiele einer Rautenform;
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4 mehrere
Beispiele einer modifizierten Rautenform;
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5 mehrere
Beispiele einer Sanduhrform;
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6A und 6B Elemente
eines optischen Codierers, der ein Re tikel umfasst, das an einem
Photodetektor angeordnet ist;
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6C ein
Ausgangssignal, das durch den Photodetektor erzeugt wird, wenn das
optische Codierermuster und eine optische Einheit, einschließlich des
Photodetektors der 6A bis B, sich relativ zueinander
bewegen;
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7 Elemente
eines optischen Codierers, der einen rautenförmigen Photodetektor umfasst;
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8A bis 8D verschiedene
rautenförmige
Photodetektoranord nungen für
optische Ein-, Zwei- und Drei-Kanal-Codierer;
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9 Elemente
eines optischen Codierers, der ein rautenförmiges optisches Codierermusterelement
umfasst;
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10A bis 10D Codierermuster
für einen
Codestreifen, bei dem die hellen und dunklen Elemente verschiedene
Formen aufweisen; und
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11A bis 11D Codierermuster
für ein Coderad,
bei dem die hel len und dunklen Elemente verschiedene Formen aufweisen.
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung sind zu Erklärungszwecken
und nicht als Einschränkung
exemplarische Ausführungsbeispiele,
die spezifische Details offenbaren, dargelegt, um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Lehren zu schaffen. Es wird für einen durchschnittlichen
Fachmann auf dem Gebiet, der in den Vorzug der vorliegenden Beschreibung
gekommen ist, jedoch zu erkennen sein, dass weitere Ausführungsbeispiele
gemäß den vorliegenden
Lehren, die von den hierin offenbarten spezifischen Details abweichen,
innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche verbleiben. Ferner könnten Beschreibungen
bekannter Vorrichtungen und Verfahren weggelassen werden, um so
die Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele nicht zu verschleiern.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind klar innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Lehren.
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Ferner
bezieht sich der Ausdruck „Rautenform", wie er hierin verwendet
wird, auf die Form einer Raute, die keinen rechten Winkel aufweist,
wobei Beispiele hierfür
in 3 gezeigt sind. Außerdem bezieht sich der Ausdruck „modifizierte
Rautenform", wie
er hierin verwendet wird, auf die Form eines Sechsecks, das vier
längere
Seiten („A-Seiten"), die im Wesentlichen
alle die gleiche Länge
(A) aufweisen und Paare von denen miteinander verbunden sind, um
stumpfe Winkel zu bilden, sowie zwei kürzere Seiten („B-Seiten"), die sich parallel
zueinander erstrecken und jeweils eine Länge (B) aufweisen, die kürzer ist
als die Länge
A, wobei jede der B-Seiten mit einem Paar der A-Seiten verbunden
ist, um einen spitzen Winkel zu bilden, aufweist. Beispiele der
modifizierten Rautenform sind in 4 gezeigt.
Die modifizierte Rautenform könnte
durch ein Nehmen der Rautenform und ein Abschneiden jedes der Scheitel der
beiden Spitzen Winkel der Rautenform mit einer geraden Linie, die
im Wesentlichen parallel zu einer Linie ist, die zwischen den beiden
verbleibenden stumpfen Scheiteln der Rautenform verläuft, erhalten werden.
Außerdem
bezieht sich der Ausdruck „Sanduhrform", wie er hierin verwendet
wird, auf die Form eines Sechsecks, das vier Seiten („A-Seiten"), die alle im Wesentlichen
die gleiche Länge
(A) aufweisen und Paare von denen miteinander verbunden sind, um überstumpfe
Winkel zu bilden, sowie zwei Seiten („B-Seiten"), die sich parallel zueinander erstrecken und
jeweils eine gleiche Länge
(B) aufweisen, wobei jede der B-Seiten mit einem Paar der A-Seiten
verbunden ist, um spitze Winkel zu bilden, aufweist. Beispiel der
Sanduhrform sind in 5 gezeigt. Es ist zu erkennen,
dass bei einer tatsächlichen
Anwendung keine idealen Formen erzeugt werden können – z. B. sind Winkel allgemein
abgerundet, und nicht perfekt scharf, Seiten sind nicht exakt gleich
lang, usw. Derartige Äquivalente
fallen natürlich
in den Schutzbereich einer Bedeutung der oben definierten Ausdrücke.
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Die 6A bis
B zeigen zugehörige
Teile eines optischen Sensors 602, der verwendet wird,
um eines oder mehrere Prinzipien darzustellen, die hilfreich für ein Verständnis der
Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung, die unten erläutert werden, sind. Der optische
Sensor 602 umfasst ein Retikel 650, das auf einem
Photodetektor 620 angeordnet ist. Wie in 6A zu
sehen ist, umfasst der Photodetektor 620 einen rechteckig
geformten photoempfind lichen Bereich 651, während das
Retikel 650 eine rautenförmige Öffnung in derselben aufweist, damit
Licht aus einem optischen Codierermuster an den Photodetektor 620 geliefert
werden kann.
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6C stellt
ein Ausgangssignal dar, das durch den Photodetektor 620 erzeugt
wird, wenn der optische Sensor 602 in einem optischen Codierer
arbeitet, bei dem sich der optische Sensor 620 relativ zu
einem optischen Codierermuster bewegt. Wie aus 6C zu
sehen ist, ist das Ausgangssignal des Photodetektors 602 ein
sinusförmiges
Signal. Wie zuvor erklärt
wurde, ist ein derartiges sinusförmiges Ausgangssignal
wünschenswert.
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Der
optische Sensor 602 der 6A bis 6B leidet
jedoch an Nachteilen. Insbesondere benötigt er eine zusätzliche
Komponente, nämlich das
Retikel 650, verglichen mit einem typischen optischen Sensor,
der in einem typischen existierenden optischen Codierer aus 1 verwendet
wird. Dies erfordert die vollständige
Ersetzung eines beliebigen existierenden optischen Codierers und
die Kosten des optischen Codierers mit dem Retikel sind natürlich höher als
die Kosten einer ähnlichen
Vorrichtung ohne Retikel. Außerdem
erfordert ein Hinzufügen des
Retikels Entwurfs- und Herstellungsveränderungen an der existierenden
Häusung,
die für
optische Codierer verwendet wird, was zusätzliche Konstruktionskosten
mit sich bringt.
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Entsprechend
zeigt 7 zugehörige
Teile eines optischen Codierers 700, der ein sinusförmiges Ausgangssignal
erzeugen kann, während
einige der Nachteile der oben erläuterten Anordnung der 6A bis
B beseitigt werden. Der optische Codierer 700 umfasst eine
optische Einheit (siehe 1) und ein optisches Codierermuster 705 auf
einem Codestreifen 710. Die optische Einheit umfasst einen
optischen Emitter und einen optischen Sensor. Der optische Emitter
könnte
der gleiche wie der optische Codierer 101 aus 1 sein,
während
der optische Sensor einen rautenförmigen Photode tektor 720 umfasst.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel weist
der Photodetektor 720 die Form einer modifizierten Raute
auf. Das optische Codierermuster 705 ist ein abwechselndes
Muster rechteckig geformter heller Elemente 730 und dunkler
Elemente 740.
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In
vielen Fällen
weisen die hellen Elemente 730 Lichtdurchlassregionen auf,
die transparente Regionen oder Öffnungen
in dem Codestreifen 710 sein könnten, so dass Licht aus dem
optischen Emitter durch helle Elemente 730 des Codestreifens 710 zu dem
optischen Sensor gelangt, jedoch durch dunkle Elemente 740 blockiert
wird und dann den optischen Sensor nicht erreicht. Bei einer weiteren
alternativen Anordnung weisen die hellen Elemente 730 Lichtreflexionsregionen
auf, die weiß oder
glänzend
sein könnten,
so dass Licht aus dem optischen Emitter von hellen Elementen 730 des
Codestreifens 710 zurück
zu dem optischen Sensor reflektiert wird, jedoch Licht durch dunkle
Elemente 740 absorbiert und nicht zu dem optischen Sensor
reflektiert wird. Die folgende Erläuterung ist gleichermaßen auf
jede dieser Konfigurationen anwendbar.
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Der
Photodetektor 720 erzeugt ein Ausgangssignal, das von der
Menge an Licht, die derselbe von dem optischen Muster 795 empfängt, abhängt. Wenn
sich das optische Muster 705 und die optische Einheit (einschließlich des
Photodetektors 720) relativ zueinander bewegen, variiert
die Menge an Licht, die durch den Photodetektor 720 empfangen
wird, von sehr wenig Licht, wenn der Photodetektor 720 mit
einem dunklen Element 740 des optischen Musters 705 ausgerichtet
ist, bis zu einer maximalen Menge an Licht, wenn der Photodetektor 720 mit
einem hellen Element 730 des optischen Codierermusters 705 ausgerichtet
ist. Unter der Annahme, dass sich das optische Codierermuster 705 und
die optische Einheit 703 relativ zueinander mit einer konstanten
Rate bewegen, ist das Ausgangssignal des Photodetektors 720 das
gleiche wie das, das in 6C gezeigt
ist. Wie in 6C zu sehen ist, ist das Ausgangssignal
des Photodetektors 720 ein sinusförmiges Signal.
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Die 8A bis
D zeigen verschiedene diamantförmige
Photodetektoranordnungen für
optische Sensoren 802A, 802B, 802C und 802D für optische Ein-,
Zwei- und Drei-Kanal-Codierer. Jeder der optischen Sensoren 802A, 802B, 802C und 802D umfasst
mehrere Photodetektoren 720 mit modifizierter Rautenform.
Wie in den 7 und 8A bis
D zu sehen ist, ist in jedem der optischen Sensoren 802A, 802B, 802C und 802D die
Teilung von Photodetektoren 720, die in einer gleichen
Reihe ausgerichtet sind, die gleiche wie die Teilung von hellen
Elementen 730 des Codestreifens 710 (p = w).
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Obwohl
die oben Bezug nehmend auf die 7 und 8A bis
D dargestellten Ausführungsbeispiele
sich insbesondere auf den Fall beziehen, bei dem ein linearer Codestreifen
verwendet wird, wird in einigen Fällen ein kreisförmiges Coderad
anstelle des Codestreifens 710 verwendet, wobei in diesem
Fall helle Elemente 730 und dunkle Elemente 740 eine
Trapezform anstelle der rechteckigen Form aufweisen, so dass der
Photodetektor 720 ein sinusförmiges Ausgangssignal, das
in 6C gezeigt ist, erzeugt.
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Die
Anordnungen der 7 und 8A bis D
haben verglichen mit der Anordnung der 6A bis
B den Vorteil, dass kein separates Retikel erforderlich ist, und
diese erfordern keine Entwurfs- und Herstellungsveränderungen
an einer existierenden Häusung,
die für
optische Codierer verwendet wird.
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Bei
einer alternativen Anordnung sind anstelle eines Bereitstellens
einer Progression rechteckig geformter Lichtstrahlen von einem optischen
Codierermuster auf einen rautenförmigen
Photodetektor stattdessen eine oder mehrere rautenförmige (oder modifiziert
rautenförmige
oder sanduhrförmige) Öffnungen
in einem optischen Codierermuster auf einem Codestreifen oder Coderad
vorgesehen, um rautenförmi ges
(oder modifiziert rautenförmiges
oder sanduhrförmiges)
Licht auf einen rechteckig geformten Photodetektor bereitzustellen.
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Entsprechend
zeigt 9 zugehörige
Teile eines weiteren optischen Codierers 900, der ein sinusförmiges Ausgangssignal
erzeugen kann. Der optische Codierer 900 umfasst eine optische
Einheit (siehe 1) und ein optisches Codierermuster 905 auf
einem Codestreifen 910. Die optische Einheit umfasst einen
optischen Emitter und einen optischen Sensor. Der optische Emitter
könnte
der gleiche wie der optische Codierer 101 aus 1 sein.
Der optische Sensor umfasst einen oder mehrere rechteckig geformte
Photodetektoren 920. Das optische Codierermuster 905 ist
ein abwechselndes Muster modifiziert rautenförmiger heller Elemente 930 und
sanduhrförmiger
dunkler Elemente 940. Bei alternativen Ausführungsbeispielen
weisen die hellen Elemente 930 eine Rautenform oder eine
Sanduhrform auf.
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In
vielen Fällen
weisen helle Elemente 930 Lichtdurchlassregionen auf, die
transparente Regionen oder Öffnungen
in dem Codestreifen 910 sein könnten, so dass Licht von dem
optischen Emitter durch helle Elemente 930 des Codestreifens 910 zu dem
optischen Sensor gelangt, jedoch durch dunkle Elemente 940 blockiert
wird und dann den optischen Sensor nicht erreicht. Bei einer weiteren
alternativen Anordnung weisen helle Elemente 930 Lichtreflexionselemente
auf, die weiß oder
glänzend
sein könnten,
so dass Licht von dem optischen Emitter von hellen Elementen 930 des
Codestreifens 910 zu dem optischen Sensor zurückreflektiert
wird, jedoch Licht durch dunkle Elemente 940 absorbiert
und nicht zu dem optischen Sensor reflektiert wird. Die folgende Beschreibung
ist gleichermaßen
auf jede dieser Konfigurationen anwendbar.
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Der
Photodetektor 920 erzeugt ein Ausgangssignal, das von der
Menge an Licht, die derselbe von dem optischen Codierermuster 905 empfängt, abhängt. Wenn
sich das optische Codierermuster 905 und die optische Einheit
(einschließlich
des Photodetektors 920) relativ zueinander bewegen, variiert die
Menge an Licht, die durch den Photodetektor 920 empfangen
wird, von sehr wenig Licht, wenn der Photodetektor 920 mit
einem dunklen Element 940 des optischen Codierermusters 905 ausgerichtet
ist, bis zu einer maximalen Menge an Licht, wenn der Photodetektor 920 mit
einem hellen Element 930 des optischen Codierermusters 905 ausgerichtet
ist. Unter der Annahme, dass sich das optische Codierermuster 905 und
die optische Einheit relativ zueinander mit einer konstanten Rate
bewegen, ist das Ausgangssignal des Photodetektors 920 das
gleiche wie das, das in 6C gezeigt
ist. Wie in 6C zu sehen ist, ist das Ausgangssignal
des Photodetektors 920 ein sinusförmiges Signal.
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Die 10A bis D stellen optische Codierermuster 1005A, 1005B, 1005C und 1005D für einen Codestreifen 910 dar,
bei dem die hellen und dunklen Elemente 930, 940 rautenförmig (oder
modifiziert rautenförmig
oder sanduhrförmig)
sind. Jedes der optischen Codierermuster 1005A, 1005B, 1005C und 1005D umfasst
mehrere helle Elemente 930 mit einer Rautenform, einer
modifizierten Rautenform und/oder einer Sanduhrform. Insbesondere
weisen in 10A die hellen Elemente 930 eine
modifizierte Rautenform auf, während
dunkle Elemente 940 eine Sanduhrform aufweisen. In 10B weisen die hellen Elemente 930 eine
Sanduhrform auf, während
die dunklen Elemente 940 eine modifizierte Rautenform aufweisen.
In 10C umfasst das optische Codierermuster 1005C ein
abwechselndes Muster modifiziert rautenförmiger heller Elemente 930 und
sanduhrförmiger
heller Elemente 930 und ein abwechselndes Muster sanduhrförmiger dunkler
Elemente 940 und modifiziert rautenförmiger dunkler Elemente 940.
In 10D weisen die hellen Elemente 930 alle eine
modifizierte Rautenform auf. In den optischen Codierermustern 1005A bis 1005C der 10A bis C ist die Codestreifenspurhöhe = 1h,
während
in dem optischen Codierermuster 1005D aus Fig. D die Codestreifenspurhöhe = 2h
ist, wobei H/h ein ganzzahliger Wert ist, wobei H die Höhe des Photo detektors 920 ist
und h die Höhe
einer Rauten-, modifizierten Rauten- oder Sanduhrform ist.
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Wie
in den 10A bis 10D zu
sehen ist, ist in jedem der optischen Codierermuster 1005A, 1005B, 1005C und 1005D die
Teilung heller Elemente 930 die gleiche wie die Teilung
von Photodetektoren 920 des Codestreifens 910.
Außerdem
beträgt ein
Verhältnis
einer Breite jedes der hellen Elemente 930 an ihrem breitesten
Abschnitt zu einer Teilung zwischen benachbarten hellen Elementen 930 etwa 0,84.
Ferner beträgt
ein Verhältnis
einer Breite jedes der hellen Elemente 930 an ihrem schmalsten
Abschnitt zu einer Teilung zwischen benachbarten hellen Elementen 930 etwa
0,16.
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Obwohl
die oben in Bezug auf die 9 und 10A bis D dargestellten Ausführungsbeispiele sich insbesondere
auf den Fall beziehen, bei dem ein linearer Codestreifen verwendet
wird, wird in einigen Fällen
ein kreisförmiges
Coderad anstelle des Codestreifens 910 verwendet, wobei
in diesem Fall der Photodetektor 920 eine Trapezform anstelle
der rechteckigen Form aufweist, so dass der Photodetektor 920 das
sinusförmige
Ausgangssignal, das in 6C gezeigt ist, erzeugt.
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Die 11A bis 11D stellen
Codierermuster für
ein Coderad 1110 dar, bei dem die hellen und dunklen Elemente 1130, 1140 rautenförmig (oder modifiziert
rautenförmig
oder sanduhrförmig)
sind. Jedes der optischen Codierermuster 1105A, 1105B, 1105C und 1105D umfasst
mehrere helle Elemente 1130 mit einer modifizierten Rautenform.
Insbesondere weisen in 11A die
hellen Elemente 1130 eine modifizierte Rautenform auf,
während
in 11B die dunklen Elemente 1140 eine modifizierte
Rautenform aufweisen. Die 11C und 11D zeigen die optischen Codierermuster 1105C und 1105D mit
den gleichen Mustern wie die optischen Codierermuster 1105A bzw. 1105B,
mit der Ausnahme, dass die 11C und 11D sich auf ein Drei-Kanal-Coderad beziehen,
das einen separaten Indexkanal zum Erzeugen eines Indexpositionssignals aufweist.
In den optischen Codierermustern 1105A bis 1105D der 11A bis D ist die Codestreifenspurhöhe = 2h,
wobei H/h ein ganzzahliger Wert ist, wobei H die Höhe des Photodetektors 920 ist
und h die Höhe
einer Rauten-, modifizierten Rauten- oder Sanduhrform.
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Die
Anordnungen der 9 bis 11D haben
verglichen mit der Anordnung der 6A bis
B den Vorteil, dass kein separates Retikel erforderlich ist, und
sie erfordern keine Entwurfs- und Herstellungsveränderungen
an einer existierenden Häusung,
die für
optische Codierer verwendet wird. Ferner können in vielen Fällen existierende
optische Codierer auf dem Gebiet ohne Weiteres mit einem neuen Codestreifen
oder Coderad nachgerüstet
werden, wie oben beschrieben wurde, um das erwünschte sinusförmige Ausgangssignal
zu erzeugen.
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Gemäß den oben
beschriebenen Ausführungsbeispielen,
bei denen entweder der lichtempfindliche Bereich des Photodetektors
eine Rauten-(oder modifizierte Rauten-)Form aufweist oder zumindest
eines der hellen und dunklen Elemente des optischen Codierermusters
eine Rautenform (oder modifizierte Rautenform oder Sanduhrform) aufweist,
gibt der Photodetektor ein sinusförmiges Signal aus, ohne ein
Retikel oder eine weitere zusätzliche
Komponente zu dem optischen Codierer hinzuzufügen oder Veränderungen
an der Häusung
des optischen Codierers erforderlich zu machen. Unterdessen ist
von einem Rückkopplungs-
oder Steuersystemstandpunkt aus das sinusförmige Ausgangssignal des Photodetektors
sehr wünschenswert.
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Während hierin
exemplarische Ausführungsbeispiele
beschrieben sind, ist für
einen durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet zu erkennen, dass viele
Variationen, die gemäß den vorliegenden
Lehren sind, möglich
sind und innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche bleiben. Die Ausführungsbeispiele
sollen deshalb nicht eingeschränkt sein, mit
Ausnahme innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche.