DE102017102152A1

DE102017102152A1 - Abtastoptik-Lichtleitkodierer

Info

Publication number: DE102017102152A1
Application number: DE102017102152.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2037-02-04
Also published as: TW201728878A; DE102017102152B4; CN107044863B; US20170227383A1; TWI585372B; KR101929493B1; CN107044863A; US10386208B2; KR20170093757A

Abstract

Abtastoptik-Lichtleitkodierer mit einem lichtleitenden Gitterrad (1), einem Leuchtmodul (2) und einem Lichtsensormodul (3). Das Lichtsensormodul 3 umfasst mehrere an das Lichtleit-Gitterrad (1) angrenzende Erfassungselemente (31', 32', 33' 34'). Eine Mehrzahl von freiliegenden Erfassungsbereichen (31, 32, 33, 34) der mehreren Erfassungselemente (31', 32', 33', 34') sind in Querrichtung zueinander versetzt und entlang einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, unterschiedlichen horizontalen Linien (H1, H2, H3, H4) angeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierer wirken die Lichtstrahlen, die auf das Lichtsensormodul 3 geworfen werden, mit den mehreren freiliegenden Erfassungsbereichen (31, 32, 33, 34) der Erfassungselemente (31', 32', 33' 34') so zusammen, dass das Auflösungsvermögen des Kodierers ohne Erhöhung der Größe und der Anzahl der Flügel des lichtleitenden Gitterrad (1) gesteigert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kodierer, insbesondere einen Abtastoptik-Lichtleitkodierer.
Bei herkömmlichen Bildschirmen wird häufig eine Maus verwendet, mit der sich ein (meist) pfeilförmiger Mauszeiger oder auch eine Einfügemarke an beliebige Positionen des Bildschirms bewegen lässt. Die herkömmliche Maus weist strukturmäßig hauptsächlich zwei Kodierer auf, die logische Folgesignale, wie z. B. 11, 10, 00, 01, ausgibt. Die Kodierer enthalten einen Kodierer in Richtung der X-Achse und einen Kodierer in Richtung der Y-Achse. Eine Maus ist ein Peripheriegerät, das sich in die Hand nehmen lässt und das auf einer Unterlage hin und her bewegt wird, wodurch sich der Mauszeiger auf dem Bildschirm mitbewegt. Das Prinzip der Bewegung des Mauszeigers auf dem Bildschirm basiert darauf, dass die Punktbewegung auf einer Fläche durch Bedienung der Kodierer in Richtung der X- und der Y-Achse stattfindet. Das heißt, die Bedienung der Kodierer in Richtung der X- und der Y-Achse kann lediglich die Punktbewegung auf einer Linie bewirken. Der Kodierer besteht aus Leuchtmodul [z. B. Leuchtdiode], Gitterrad und Lichtsensormodul. Das Gitterrad weist eine dem mechanischen Zahnrad ähnliche Struktur auf. Bei Drehung des Gitterrads werden die vom Leuchtmodul ausgesendeten Lichtstrahlen vom Gitterrad blockiert oder nicht blockiert. Der blockierte Lichtstrahl gelangt nicht an das Lichtsensormodul, sodass das Lichtsensormodul 3 das Aus-(0)-Signal erzeugt. Der nicht blockierte Lichtstrahl wird vom Lichtsensormodul 3 empfangen, sodass das Lichtsensormodul 3 das Ein-(1)-Signal erzeugt. Das Aus-(0)-Signal und das Ein-(1)-Signal sind sequenziell erzeugt, wodurch sich ein Folgesignal ergibt. Dreht sich das Gitterrad im Uhrzeigersinn, lauten die vom Lichtsensormodul erzeugten, kontinuierlich wiederholten Folgesignale wie folgt: 11, 10, 00, 01, 11, 10, 00, 019 Dreht sich das Gitterrad entgegen dem Uhrzeigersinn, lauten die vom Lichtsensormodul erzeugten, kontinuierlich wiederholten Folgesignale wie folgt: 01, 00, 10, 11, 01, 00, 10, 11, 109 Die Folgesignale werden in der Schaltungskodierung verwendet.
Normalerweise ist der Abstand zwischen den beiden Lichtsensormodulen umso kleiner und die Auflösung [Zählung pro Runde] umso höher, je mehr die Zähne beim Gitterrad vorhanden sind. Jedoch erhöht sich der Außendurchmesser des Gitterrads, wenn der Winkel zwischen den beiden benachbarten Zähnen des Gitterrads reduziert wird oder sich die Anzahl der Zähne erhöht. Wird der Außendurchmesser des Gitterrads nicht erhöht, muss die Breite der Zähne verringert werden. Aufgrund der Lichtbeugung kann die Breite der Zähne nur beschränkt verringert werden. Mit anderen Worten findet die Beugung statt, wenn der Lichtstrahl die übermäßigen Zähne des Gitterrads passiert. In diesem Fall kann der Lichtstrahl nicht von den Zähnen des Gitterrads blockiert werden. Daher sind die von den beiden Lichtsensormodulen 3 erzeugten Signale immer kontinuierlich wiederholte Ein-(1)-Signale, ganz egal, ob sich das Gitterrad im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Aus diesem Grund können keine unterschiedlichen Folgesignale in Anpassung an die unterschiedlichen Bewegungsrichtungen der Maus erzeugt werden.
Nachfolgend wird auf 1A und 1B Bezug genommen. 1A zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines herkömmlichen lichtleitenden Kodierers. 1B zeigt eine Teildarstellung eines lichtleitenden Gitterrads 1 und eines Lichtsensormoduls 3 gemäß dem herkömmlichen lichtleitenden Kodierer. Um die Lichtbeugung zu verhindern, wird bei der herkömmlichen Lösung versucht, ein lichtleitendes Gitterrad 1 mit mehreren als Lichtaustrittsfläche dienenden, kontinuierlich angeordneten, sphärischen Flächen zu verwenden, sodass die abgestrahlten Lichtstrahlen durch die sphärischen Flächen fokussiert werden. Wie in 1B gezeigt, enthält das Lichtsensormodul 3 zwei lichtempfindliche Chips S1, S2 auf der gleichen Längsachse. Die vom lichtleitenden Gitterrad 1 abgestrahlten Lichtstrahlen werden auf dem ersten und dem zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 31, 32 des Lichtsensormoduls 3 fokussiert. Konkret gesagt werden Signale von [1,1], [0,1], [1,0] und [0,0] erzeugt, wenn sich das lichtleitende Gitterrad 1 des herkömmlichen lichtleitenden Kodierers in eine erste Position (1), eine zweite Position (2), eine dritte Position (3) sowie eine vierte Position (4) dreht. Aus 1B ist ersichtlich, dass das herkömmliche lichtleitende Gitterrad 1 zwei Zähne besitzen muss, um die vier Signale enthaltende Kodiersequenz herzustellen.
Die Breite der Lichtstrahlen wird bei der Fokussierung mit dem zunehmenden Bewegungsabstand verringert, nachdem die im Inneren des lichtleitenden Gitterrads 1 befindlichen Lichtstrahlen die sphärische Struktur passieren. Daher muss der Abstand zwischen dem Lichtsensormodul 3 und dem lichtleitenden Gitterrad 1 genau kontrolliert werden, derart, dass das Lichtsensormodul 3 die vom lichtleitenden Gitterrad 1 kommenden Lichtstrahlen empfängt, wodurch Signale erzeugt werden. Außerdem sind die lichtempfindliche Chips S1, S2 des Lichtsensormoduls 3 entlang derselben Längsachse angeordnet. Daher braucht das lichtleitende Gitterrad 1 zwei Zähne, um eine Kodierfolge oder eine Sequenz von [1,1], [1,0], [0,1] und [0,0] herzustellen. Auf diese Weise kann die Auflösung des lichtleitenden Kodierers nicht deutlich erhöht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abtastoptik-Lichtleitkodierer zu schaffen, der die Auflösung des lichtleitenden Kodierers verbessert, ohne die Abmessungen des Gitterrads sowie die Anzahl von dessen Zähnen zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen 0, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gemäß der Erfindung wird ein Abtastoptik-Lichtleitkodierer bereitgestellt, der aufweist:
ein lichtleitendes Gitterrad;
ein Leuchtmodul, das dem lichtleitenden Gitterrad benachbart angeordnet ist; und
ein Lichtsensormodul, das mehrere an das Lichtleit-Gitterrad angrenzende Erfassungselemente aufweist, denen je ein erster freiliegender Erfassungsbereich zugeordnet ist, und wobei die freiliegenden Erfassungsbereiche der mehreren Erfassungselemente in Querrichtung zueinander versetzt und entlang einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, unterschiedlichen horizontalen Linien angeordnet sind.
Gemäß der Erfindung wird ferner ein Abtastoptik-Lichtleitkodierer bereitgestellt, der aufweist:
ein lichtleitendes Gitterrad, das einen Lichtleit-Hauptkörper und einen Zahnkranz aufweist, wobei der Zahnkranz mit einer Mehrzahl von asphärischen Vorsprungabschnitten versehen ist;
ein Leuchtmodul, das dem lichtleitenden Gitterrad benachbart angeordnet ist; und
ein Lichtsensormodul, das dem lichtleitenden Gitterrad benachbart angeordnet ist,
wobei die vom Leuchtmodul erzeugten Einfallsstrahlen durch das lichtleitende Gitterrad in Parallelstrahlen oder [den Parallelstrahlen annähernde] Quasi-Parallelstrahlen umwandelbar sind, die auf das Lichtsensormodul fallen,
wobei die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen gleich groß ist wie die Breite der Lichtaustrittsfläche; und
wobei die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen durch die Krümmung des Scheitelpunkts des asphärischen Vorsprungabschnitts eingestellt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird wiederum ein Abtastoptik-Lichtleitkodierer bereitgestellt, der aufweist:
ein lichtleitendes Gitterrad, das einen Lichtleit-Hauptkörper und einen Zahnkranz aufweist, wobei der Zahnkranz mit einer Mehrzahl von Vorsprungabschnitten versehen ist;
ein Leuchtmodul, das dem lichtleitenden Gitterrad benachbart angeordnet ist; und
ein Lichtsensormodul, das dem lichtleitenden Gitterrad benachbart angeordnet ist,
wobei die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts des Zahnkranzes der Breite des Lichtsensormoduls entspricht.
Zusammengefasst lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierer beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
Den Erfassungselementen ist je ein erster freiliegender Erfassungsbereich zugeordnet. Die freiliegenden Erfassungsbereiche der Erfassungselemente sind in Querrichtung zueinander versetzt und verlaufen entlang einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, unterschiedlichen horizontalen Linien angeordnet. Durch die oben erwähnte Gestaltung wirken die auf das Lichtsensormodul geworfenen Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen mit den freiliegenden Erfassungsbereichen der Erfassungselemente zusammen, um die Auflösung des Abtastoptik-Lichtleitkodierers zu verbessern, ohne die Abmessungen des lichtleitenden Gitterrads und die Anzahl der asphärischen Vorsprungabschnitte zu erhöhen. Außerdem kann die Lichtbeugung im Gebrauch des erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers verhindert werden.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1A eine perspektivische Explosionsdarstellung eines herkömmlichen lichtleitenden Kodierers;
1B eine schematische Darstellung des herkömmlichen lichtleitenden Kodierers bei Erzeugung einer Kodierfolge in unterschiedlichen Drehpositionen (1) bis (4) des lichtleitenden Gitterrads;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers;
4 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers;
5 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers;
6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 5;
7 einen vergrößerten Ausschnitt A aus 4;
8 eine Teilansicht der sphärischen Struktur eines herkömmlichen lichtleitenden Kodierers;
9 eine Teilansicht der asphärischen Struktur eines erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers;
10 einen Teilschnitt durch die Konstruktion gemäß 7;
11 einen weiteren Teilschnitt durch die Konstruktion gemäß 7;
12 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die erste Position dreht;
13 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die zweite Position dreht;
14 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die dritte Position dreht;
15 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die vierte Position dreht;
16 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die erste Position dreht;
17 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die zweite Position dreht;
18 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die dritte Position dreht;
19 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die vierte Position dreht;
20 die schematische Darstellung der Signalerzeugung, nachdem das Gitter und das Lichtsensormodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers Lichtstrahlen empfangen;
21 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die erste Position dreht;
22 die schematische Darstellung der Signalerzeugung des in 21 eingesetzten Lichtsensormoduls nach dem Empfang von Lichtstrahlen;
23 eine Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen und dem Lichtsensormodul gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des Abtastoptik-Lichtleitkodierers, wenn sich das lichtleitende Gitterrad des Abtastoptik-Lichtleitkodierers in die erste Position dreht; und
24 die schematische Darstellung der Signalerzeugung des in 23 eingesetzten Lichtsensormoduls nach dem Empfang von Lichtstrahlen.
Wie aus 2 und 3 ersichtlich, weist ein erfindungsgemäßer Abtastoptik-Lichtleitkodierer E ein lichtleitendes Gitterrad 1 1, ein Leuchtmodul 2 und ein Lichtsensormodul 3 auf. Wie in 2 gezeigt, sind das lichtleitende Gitterrad 1, das Leuchtmodul 2 und das Lichtsensormodul 3 senkrecht zueinander angeordnet. Das heißt, das Leuchtmodul 2 und das Lichtsensormodul 3 stehen um einen Winkel von 90° senkrecht zum lichtleitenden Gitterrad 1. Wie in 2 gezeigt, können das Leuchtmodul 2 und das Lichtsensormodul 3 ebenfalls an derselben Seite des lichtleitenden Gitterrads 1 angeordnet. Das heißt, das Leuchtmodul 2 und das Lichtsensormodul 3 können gleichzeitig an einem Tragelement angeordnet sein. Wie in 3 gezeigt, weist der erfindungsgemäße Abtastoptik-Lichtleitkodierer E ferner einen Reflexionsspiegel 5 auf, der an einer Seite des lichtleitenden Gitterrads 1 angeordnet und der Reflexion von aus dem lichtleitenden Gitterrad 1 kommenden Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen zum Lichtsensormodul 3 dient. Der erfindungsgemäße Abtastoptik-Lichtleitkodierer E weist ferner ein Gitter 4 zwischen dem lichtleitenden Gitterrad 1 und dem Lichtsensormodul 3 auf. Das Gitter 4 ist eine optionale Komponente.
Im Folgenden wird Bezug auf 4 bis 6 genommen. Das lichtleitende Gitterrad 1 ist aus einem lichtleitenden Material, wie z. B. Glas, Acryl oder Polycarbonat oder Kombination der oben erwähnten Materialien hergestellt, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll. Das lichtleitende Gitterrad 1 weist einen Lichtleit-Hauptkörper 101 und einen Zahnkranz 102 auf. Der Lichtleit-Hauptkörper 101 weist eine ringförmige Einfallfläche 11 und eine dieser entgegengesetzte, ringförmige Reflexionsfläche 12 auf. Der Zahnkranz 102 ist mit einer ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 versehen, die aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgend verbundenen, asphärischen Flächen 130 besteht, die ohne Kreismittelpunkt jedoch eine Hauptachse besitzt. Der Zahnkranz 102 ist dadurch ausgebildet, dass mehrere asphärische Vorsprungabschnitte 1020 miteinander verbunden sind. Denkbar wäre auch, dass die asphärischen Vorsprungabschnitte 1020 von sphärischen Vorsprungabschnitten ersetzt werden. Konkret gesagt ist die ringförmige Einfallfläche 11 entlang dem Außenrand des lichtleitenden Gitterrads 1 an der dem Leuchtmodul 2 zugewandten Oberfläche des lichtleitenden Gitterrads 1 angeordnet. Die ringförmige Einfallfläche 11 weist eine konvexe Linsenstruktur auf, die für die Fokussierung der vom Leuchtmodul 2 erzeugten Einfallsstrahlen L sorgt. Die ringförmige Reflexionsfläche 12 dient der Reflexion der vom Leuchtmodul 2 erzeugten, durch die ringförmige Einfallfläche 11 fokussierten Einfallsstrahlen L und erzeugt somit die auf die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 geworfenen Reflexionsstrahlen R. Mit anderen Worten handelt es sich bei der ringförmigen Reflexionsfläche 12 um eine Schräge, die gegenüber der Achse X des lichtleitenden Gitterrads 1 unter einem Winkel von beispielsweise 45° geneigt ist. Wie in 5 gezeigt, ist die ringförmige Reflexionsfläche 12 so ausgebildet, dass die Oberfläche des lichtleitenden Gitterrads 1 zu einer Nut im dreieckigen Querschnitt ausgehöhlt ist, wobei sich die Tiefe der Nut ausgehend vom Mittelpunkt des lichtleitenden Gitterrads 1 nach außen hin verringert.
Gemäß 7 besteht die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 aus mehreren, aufeinanderfolgend verbundenen asphärischen Flächen 130, denen jeweils zwei Reflexionsflächen 13a und eine zwischen den beiden Reflexionsflächen 13a befindliche Lichtaustrittsfläche 13b zugeordnet sind. Bei der Reflexionsfläche 13a handelt es sich um eine Fläche zur Reflexion. Die Lichtaustrittsfläche 13b kann z. B. als Hyperboloid, Paraboloid oder Ellipsoid asphärisch ausgebildet sein.
Wie aus 8 ersichtlich, wird bei dem herkömmlichen Lichtleitkodierer typischerweise eine mit dem Kugelmittelpunkt versehene, sphärische Struktur S verwendet, die sich die Lichtaustrittsfläche des Gitterrads im Kodierer befindet. Damit wird Licht von der sphärischen Struktur S abgestrahlt und auf einen Sensor geworfen. Da die sphärische Fläche die Fokussierfunktion erfüllt, das heißt, die aus der sphärischen Struktur S austretenden Lichtstrahlen werden fokussiert, weist der Lichtstrahl an unterschiedlichen Stellen eine unterschiedliche Breite auf.
Im Gegensatz zur herkömmlichen sphärischen Struktur weist die asphärische Struktur A keinen Kugelmittelpunkt, jedoch die Hauptachse auf. Die von der asphärischen Struktur A wie von dem Paraboloid abgestrahlten Lichtstrahlen verlaufen parallel zueinander [Parallelstrahl] oder annähernd parallel zueinander [Quasi-Parallelstrahl]. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kommt die asphärische Struktur A zum Einsatz, um die wie z. B. als Hyperboloid oder Paraboloid ausgebildete Lichtaustrittsfläche 13b zu bilden. Dadurch, dass die asphärischen Flächen 130 die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 bilden, wird gewährleistet, dass die Lichtstrahlen, die von der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 das lichtleitende Gitterrad 1 verlassen, eine stabile Breite W aufweisen. Die Parallelstrahlen oder die Quasi-Parallelstrahlen, die die stabile Breite W aufweisen, wirken mit dem Lichterfassungselement und dem freiliegenden Erfassungsbereich zusammen. Damit werden die codierten Signale mit der höheren Auflösung erzeugt. Konkret gesagt weisen die das lichtleitende Gitterrad 1 verlassenden Lichtstrahlen die stabile Breite W auf. Durch die Steuerung der Abmessungen und der Anordnung der freiliegenden Erfassungsbereiche sowie durch die Steuerung der Abmessungen der asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 kann die Auflösung des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E effektiv erhöht werden. Im Folgenden wird das Zusammenwirken der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 mit den freiliegenden Erfassungsbereichen des Lichterfassungselements des Lichtsensormoduls 3 näher erläutert.
Wie in 10 gezeigt, besteht jede der asphärischen Flächen 130 aus vier Flächen a1, a2, a3, a4. Die erste Fläche a1 und die vierte Fläche a4 sind Reflexionsflächen 13a, wobei die zwischen den Flächen a1, a4 befindlichen Flächen a2, a3 gemeinsam die Lichtaustrittsfläche 13b bilden. Da der Einfallswinkel gleich groß wie der Reflexionswinkel der auf die Reflexionsflächen 13a geworfenen Reflexionsstrahlen R, können die Reflexionsstrahlen R durch Reflexion an das Innere des einschichtigen lichtleitenden Gitterrads 1 gelangen, wobei die Lichtaustrittsfläche 13b einen Bereich der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 darstellt, durch den die Reflexionsstrahlen R hindurch verlaufen. Die Reflexionsstrahlen R, die durch die Lichtaustrittsfläche 13b hindurch verlaufen, wird in Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P umgewandelt. Treffen die Reflexionsstrahlen R auf die Reflexionsflächen 13a [auf die Fläche a1 oder a4], können diese nicht direkt durch Passieren des lichtleitenden Gitterrads 1 abgestrahlt werden.
Die Flächen a1, a2, a3, a4 haben die gleiche vertikale Projektionsfläche. Wie in 10 gezeigt, können die Flächen a1, a2, a3, a4 die gleiche Projektionsbreite d aufweisen. In diesem Fall nimmt die Projektionsbreite d der Flächen a2, a3 der Lichtaustrittsfläche 13b die Hälfte der gesamten Projektionsbreite ein. Jedoch können die Flächen a1, a2, a3, a4 je nach Bedarf eingestellt werden. Durch Einstellung der Krümmung der Lichtaustrittsfläche 13b lässt sich die Breite der das lichtleitende Gitterrad 1 verlassenden Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P verändern. Das heißt, die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P kann durch die Krümmung des Scheitelpunkts des asphärischen Vorsprungabschnitts 1020 eingestellt werden.
11 zeigt einen möglichen Lichtaustrittspfad beim Treffen des Reflexionsstrahls R auf die asphärische Fläche 130. Der Reflexionsstrahl R wird beim Treffen auf die Reflexionsfläche 13a [bzw. die Fläche a1 in 10] reflektiert, trifft dann auf die Lichtaustrittsfläche 13b [bzw. die Flächen a2, a3 in 10] und als Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P von der asphärischen Fläche 130 abgestrahlt.
Durch die oben erwähnte Gestaltung werden die Reflexionsstrahlen R durch Drehung des lichtleitenden Gitterrads 1 von dem Restbereich bzw. der Reflexionsfläche 13a der asphärischen Flächen 130 reflektiert oder verlaufen durch einen Teil der asphärischen Fläche 130 bzw. die Lichtaustrittsfläche 13b, wodurch sich diese in Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P wandeln, die das Gitter 4 passieren und auf das Lichtsensormodul 3 fallen. Auf diese Weise werden codierte Schaltungssignale hoher Auflösung erzeugt.
Anschließend wird auf 2 und 3 Bezug genommen. Das Leuchtmodul 2 befindet sich unterhalb der ringförmigen Einfallfläche 11 und erzeugt die auf die ringförmige Einfallfläche 11 geworfenen Einfallsstrahlen L. Bei dem Leuchtmodul 2 handelt es sich beispielsweise um wenigstens eine Leuchtdiode, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, kann das Lichtsensormodul 3 neben der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 angeordnet sein. Das Lichtsensormodul 3 sorgt für die Aufnahme von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P, die durch die Lichtaustrittsfläche 13b der asphärischen Fläche 130 der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 hindurch verlaufen. Als Alternative dazu kann das Lichtsensormodul 3 an einer Seite der ringförmigen Einfallfläche 11 des lichtleitenden Gitterrads 1 angeordnet sein [siehe 3], wobei das Lichtsensormodul 3 durch den Reflexionsspiegel 5 die Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P empfängt, die von der Lichtaustrittsfläche 13b der asphärischen Fläche 130 der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 abgestrahlt werden.
Die Bauart des Lichtsensormoduls 3 variiert je nachdem, ob das Gitter 4 vorhanden ist. Weist der Abtastoptik-Lichtleitkodierer E beispielsweise kein Gitter 4 auf, ist das Lichtsensormodul 3 mit mehreren Erfassungselementen versehen, die die von der asphärischen Fläche 130 abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P empfangen. Konkret gesagt weisen die Erfassungselemente gewisse Abmessungen auf und sind an der Oberfläche des Lichtsensormoduls 3 angeordnet. Die Erfassungselemente sind an die asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 angepasst und sorgen für die Erzeugung von Signalen. Bei dem Ausführungsbeispiel ohne Gitter 4 sind die Erfassungselemente quer zueinander versetzt und entlang mehreren in Querrichtung parallel zueinander verlaufenden, unterschiedlichen Horizontallinien angeordnet.
Besitzt der Abtastoptik-Lichtleitkodierer E das Gitter 4, befindet sich das Gitter 4 zwischen dem lichtleitenden Gitterrad 1 und dem Lichtsensormodul 3. Das Gitter 4 weist eine Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen auf. In diesem Fall besteht das Lichtsensormodul 3 aus einer Mehrzahl von streifenförmigen Erfassungselementen. Durch die schlitzförmigen Öffnungen sind gewisse Bereiche der Erfassungselemente freigelegt, sodass das Lichtsensormodul 3 mehrere freiliegende Erfassungsbereiche aufweist.
Anzumerken ist, dass die Breite der Erfassungselemente und die Breite der freiliegenden Erfassungsbereiche der Erfassungselemente so gesteuert werden müssen, dass die Breite der asphärischen Vorsprungabschnitte 1020 des lichtleitenden Gitterrads 1 und die Breite der Lichtaustrittsfläche 13b aneinander angepasst sind, um die technische Auflösungswirkung des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E zu erhöhen. Auf diese Weise kann nur ein einziger asphärischer Vorsprungabschnitt 1020 im Abtastoptik-Lichtleitkodierer E eingesetzt werden, damit das Lichtsensormodul 3 eine vollständige Kodiersequenz herstellt. Zum Beispiel können Signale von [0,0], [0,1], [1,0] und [1,1] durch nur einen asphärischen Vorsprungabschnitt 1020 hergestellt werden. Einzelheiten der Kontrollmethode und der Parameter werden im Folgenden durch konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Anzahl der Erfassungselemente und der freiliegenden Erfassungsbereiche der Erfassungselemente kann je nach Bedarf gesteuert werden. Wie aus 12 bis 15 ersichtlich, weist das Lichtsensormodul 3 ein erstes Erfassungselement 31’ und ein zweites Erfassungselement 32’ auf, die beide parallel zueinander verlaufen und für den Empfang der von der asphärischen Fläche 130 abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P sorgen. Gemäß dem Zustand der empfangenen Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P kann das Lichtsensormodul 3 die Signale von [0,0], [0,1], [1,0] und [1,1]. Mit anderen Worten können zwei Erfassungselemente 2² Signale herstellen. Wie in 21 bis 23 gezeigt, kann das Lichtsensormodul 3 jedoch auch drei oder vier Erfassungselemente aufweisen, denen je ein oder mehrere freiliegende Erfassungsbereiche zugeordnet sind, die durch die Öffnungen des Gitters 4 ausgebildet sind.
Tritt der vom Leuchtmodul 2 erzeugte Einfallsstrahl L ausgehend von der ringförmigen Einfallfläche 11 in das lichtleitende Gitterrad 1 ein, wird der Einfallsstrahl L von der ringförmige Reflexionsfläche 12 reflektiert, wodurch sich der Reflexionsstrahl R ergibt. Der Reflexionsstrahl R verläuft mittels der Drehung des lichtleitenden Gitterrads 1 durch einen Teil der entsprechenden asphärischen Fläche 130 bzw. durch die Lichtaustrittsfläche 13b hindurch, um die Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P herzustellen. Sonst wird der Reflexionsstrahl R vom Restteil der asphärischen Fläche 130 bzw. von der Reflexionsfläche 13a reflektiert. Daher können die vom lichtleitenden Gitterrad 1 abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P durch das Lichtsensormodul 3 empfangen werden. Auf diese Weise werden die Folgesignale zum Schaltungskodieren erzeugt.
Im Folgenden wird die Funktionsweise zur Erzeugung von Folgesignalen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers näher erläutert.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
12 bis 15 zeigen die Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P und dem Lichtsensormodul 3, wenn sich das lichtleitende Gitterrad 1 des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E in die erste, die zweite, die dritte sowie die vierte Position dreht.
Wie in 12 gezeigt, weist das Lichtsensormodul 3 zwei streifenförmig ausgebildete Erfassungselemente 31’, 32’ auf, die dieselbe Breite D1 besitzen und beidseitig miteinander fluchten, sodass das Lichtsensormodul 3 ebenfalls die Breite D1 aufweist.
Zwischen dem Lichtsensormodul 3 und dem lichtleitenden Gitterrad 1 ist das Gitter 4 vorgesehen, dessen Breite größer als D1 ist und das der Abdeckung der gewissen Bereiche der Erfassungselemente 31’, 32’ dient, sodass die nicht abgedeckten Bereiche freigelegt sind. Durch die erste Öffnung 41 und die zweite Öffnung 42 des Gitters 4 sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 des ersten Erfassungselements 31' und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 des zweiten Erfassungselements 32' freigelegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben die erste Öffnung 41 und die zweite Öffnung 42 eine Breite, die einem Viertel der Breite D1 entspricht. Daher weisen die freiliegenden Erfassungsbereiche 31, 32 ebenfalls die Breite auf, die einem Viertel der Breite D1 entspricht. Der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 sind in Querrichtung versetzt zueinander angeordnet und erstrecken sich entlang zwei parallel zueinander verlaufenden horizontalen Linien H1, H2.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts 1020 der Breite D1 des Lichtsensormoduls 3. Daher kann jede der asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 nach dem aus den Erfassungselementen 31', 32' bestehenden Lichtsensormodul 3 so ausgerichtet sein, dass sich ein vollständiger Satz der Kodierfolge ergibt. Im ersten Ausführungsbeispiel weisen die von der Lichtaustrittsfläche 13b abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P eine Breite W1 auf, die größer als oder gleich groß wie die Hälfte der Breite D1 des Lichtsensormoduls 3. Dies ist als W1 ≥ 1/2 D1 darstellbar. 11 bis 15 sind im Verhältnis von W1 ≥ 1/2 D1 eingezeichnet. Nimmt die Lichtaustrittsfläche 13b der asphärischen Fläche 130 mit der Drehung des lichtleitenden Gitterrads 1 so teil, dass sich diese in die Position des ersten und des zweiten freiliegenden Erfassungsbereiches 31, 32 dreht, wie in 14 gezeigt, können die Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P gleichzeitig auf den ersten und den zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 31, 32 geworfen werden. Unter Bezugnahme auf 12 bis 15 wird die Funktionsweise zur Signalerzeugung beim Drehen des lichtleitenden Gitterrads 1 in unterschiedliche Positionen näher erläutert.
Gemäß 12 befindet sich das lichtleitende Gitterrad 1 in der ersten Position. In diesem Fall sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 nach der vierten Fläche a4 der asphärischen Fläche 130 sowie nach der ersten Fläche a1 der nachfolgenden asphärischen Fläche 130 ausgerichtet. Da die Flächen a1, a4 gleichzeitig als Reflexionsfläche 13a dienen, werden die auf die Flächen a1, a4 geworfenen Reflexionsstrahlen R von den Reflexionsflächen 13a reflektiert, sodass kein Lichtstrahl in den der vierten Fläche a4 zugeordneten, ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 und in den der ersten Fläche a1 zugeordneten, zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 gelangt. In diesem Fall erzeugt das Lichtsensormodul 3 das Signal von [0, 0].
Gemäß 13 dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in die zweite Position. In diesem Fall sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 nach der ersten Fläche a1 sowie der zweiten Fläche a2 der asphärischen Fläche 130 ausgerichtet. Da die Fläche a1 als Reflexionsfläche 13a dient, gelangt der auf die Fläche a1 geworfene Reflexionsstrahl R durch Reflexion in das Innere des lichtleitenden Gitterrads 1, sodass es nicht möglich ist, dass die Lichtstrahlen unmittelbar durch die Reflexionsfläche 13a das lichtleitende Gitterrad 1 verlassen. Hingegen verläuft der auf die zweite Fläche a2 geworfene Reflexionsstrahl R durch die asphärische Fläche 130 hindurch und wird in Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P umgewandelt, die dann auf den der zweiten Fläche a2 zugeordneten, zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 geworfen werden. In diesem Fall erzeugt das Lichtsensormodul 3 das Signal von [0, 1]. Der Reflexionsstrahl R kann auch durch die dritte Fläche a3 hindurch verlaufen und in Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P umgewandelt werden, die ausgehend von der asphärischen Fläche 130 abgestrahlt werden. Da die dritte Fläche a3 auf keine freiliegenden Erfassungsbereiche 31 ausgerichtet und vom Gitter 4 blockiert ist, wirken die hier genannten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P nicht auf das vom Lichtsensormodul 3 erzeugte Signal aus.
Gemäß 14 dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in die dritte Position. In diesem Fall sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 nach der zweiten Fläche a2 sowie der dritten Fläche a3 der asphärischen Fläche 130 ausgerichtet. Der Reflexionsstrahl R wird auf die asphärische Fläche 130 geworfen, verläuft durch die aus den Flächen a2, a3 bestehende Lichtaustrittsfläche 13b und wird dann in Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P umgewandelt, die schließlich das lichtleitende Gitterrad 1 verlassen. Die Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P, die das lichtleitende Gitterrad 1 verlassen, fallen gleichzeitig auf den ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 und den zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3. Damit erzeugt das Lichtsensormodul 3 das Signal von [1, 1].
Gemäß 15 dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in die vierte Position. In diesem Fall sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 nach der dritten Fläche a3 sowie der vierten Fläche a4 der asphärischen Fläche 130 ausgerichtet. Der auf die dritte Fläche a3 fallende Reflexionsstrahl R verläuft durch die dritte Fläche a3 hindurch und wird dann in Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P umgewandelt, die vom ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 empfangen werden. Die vierte Fläche a4 dient als Reflexionsfläche 13a. Fällt der Reflexionsstrahl R auf die vierte Fläche a4, wird dieser von der vierten Fläche a4 reflektiert. Damit kann dieser nicht ausgehend von der vierten Fläche a4 das lichtleitende Gitterrad 1 verlassen. In diesem Fall fallen keine Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P auf den der vierten Fläche a4 zugeordneten, zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32. Auf diese Weise erzeugt das Lichtsensormodul 3 das Signal von [1, 0].
Durch die oben erwähnte Gestaltung der Reflexionsflächen 13a und der Lichtaustrittsfläche 13b auf den asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 sowie durch die Abmessungsanpassung der freiliegenden Erfassungsbereiche 31, 32 des Lichtsensormoduls 3 an die asphärischen Flächen 130 ergibt sich 2² = 4 Erfassungssignale unter Verwendung einer einzigen asphärischen Fläche 130. Damit wird die Auflösung des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E in erheblichem Maße erhöht.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
16 bis 20 zeigen die Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P und Lichtsensormodul 3, wenn sich das lichtleitende Gitterrad 1 des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E in unterschiedlichen Positionen (1) bis (4) bzw. in der ersten bis vierten Position befindet. 20 zeigt die schematische Darstellung der Signalerzeugung des Lichtsensormoduls 3 in Positionen (1) bis (4) nach dem Empfang von Lichtstrahlen.
Wie in 16 bis 19 gezeigt, ist das Lichtsensormodul 3 durch die erste Öffnung 41 und die zweite Öffnung 42 des Gitters 4 mit einem dem ersten Erfassungselement 31' zugeordneten, ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 und einem dem zweiten Erfassungselement 32’ zugeordneten, zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 versehen. Der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 sind in mehrere Kodierabschnitte unterteilt. Die Breite W2 der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P ist kleiner als oder gleich groß wie die Breite der Kodierabschnitte. Wie in 16 gezeigt, weisen der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 jeweils zwei Kodierabschnitte auf, die eine Breite besitzen, die einem Viertel der D2 entspricht.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die Breite W2 der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P kleiner als oder gleich groß wie ein Viertel der Breite D2 des aus dem ersten Erfassungselement 31' und dem zweiten Erfassungselement 32’ bestehenden Lichtsensormoduls 3. Dies ist als W2 ≤ 1/4 D2 darstellbar. 16 bis 19 sind im Verhältnis von W2 = 1/4 D2 eingezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Breite des ersten freiliegenden Erfassungsbereichs 31 zweifach größer als die Breite W2 der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P. Das heißt, der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 weisen jeweils die Breite auf, die der Hälfte von D2 entspricht. Außerdem sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 zueinander versetzt angeordnet. Das heißt, der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 sind in Richtung der unterschiedlichen horizontalen Linien H1, H2 um eine Breite von ¼ D2 zueinander versetzt angeordnet.
Gemäß 16 befindet sich das lichtleitende Gitterrad 1 in der ersten Position (1). Der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 beide sind nicht nach den als für die Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P vorgesehene Lichtaustrittsfläche 13b dienenden Flächen a2, a3 ausgerichtet. Gemäß 16 in Verbindung mit 20 empfängt das Lichtsensormodul 3 in der ersten Position (1) keine Lichtstrahlen. In diesem Fall erzeugt das Lichtsensormodul 3 in der ersten Position (1) des lichtleitenden Gitterrads 1 das Signal von [0, 0].
Gemäß 17 dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in die zweite Position (2). In diesem Fall ist der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 nach der als Reflexionsfläche 13a des lichtleitenden Gitterrads 1 dienenden, ersten Fläche a1 und der vierten Fläche a4 der vorigen asphärischen Fläche 130 ausgerichtet. Daher werden keine Lichtstrahlsignale empfangen. Außerdem gelangen die von der zweiten und der dritten Fläche a2, a3 des lichtleitenden Gitterrads 1 abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P an das Lichtsensormodul 3 und fallen somit auf einen durch die zweite Öffnung 42 freigelegten Abschnitt des zweiten freiliegenden Erfassungsbereichs 32. Gemäß 17 in Verbindung mit 20 erzeugt das Lichtsensormodul 3 in der zweiten Position (2) des lichtleitenden Gitterrads 1 das Signal von [0, 1].
Gemäß 18 dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in die dritte Position (3). Die von der der zweiten Fläche a2 sowie der dritten Fläche a3 des lichtleitenden Gitterrads 1 abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P werden auf das Lichtsensormodul 3 geworfen und fallen auf den durch die erste Öffnung 41 freigelegten Abschnitt des ersten freiliegenden Erfassungsbereichs 31 und den durch die zweite Öffnung 42 freigelegten Abschnitt des zweiten freiliegenden Erfassungsbereichs 32. Gemäß 18 in Verbindung mit 20 erzeugt das Lichtsensormodul 3 in der dritten Position (3) des lichtleitenden Gitterrads 1 das Signal von [1, 1].
Gemäß 19 dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in die vierte Position (4). In diesem Fall gelangen die von der zweiten und der dritten Fläche a2, a3 des lichtleitenden Gitterrads 1 abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P an das Lichtsensormodul 3 und fallen somit auf einen durch die erste Öffnung 41 freigelegten Abschnitt des ersten freiliegenden Erfassungsbereichs 31. Außerdem ist der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 nach der als Reflexionsfläche 13a des lichtleitenden Gitterrads 1 dienenden, vierten Fläche a4 und der ersten Fläche a1 der nächsten asphärischen Fläche 130 ausgerichtet. Daher werden keine Lichtstrahlsignale empfangen. Gemäß 18 in Verbindung mit 20 erzeugt das Lichtsensormodul 3 in der vierten Position (4) des lichtleitenden Gitterrads 1 das Signal von [1, 0].
Durch die oben erwähnte Gestaltung der Reflexionsflächen 13a und der Lichtaustrittsfläche 13b auf den asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 sowie durch die freiliegenden Erfassungsbereiche 31, 32 des Lichtsensormoduls 3 ergibt sich 2² = 4 Erfassungssignale, ganz egal, in welche Position sich das lichtleitende Gitterrad 1 dreht. Konkret gesagt wird die Auflösung des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E in erheblichem Maße erhöht, indem die Breite W2 der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P kleiner als oder gleich wie das Viertel der Breite D2 des aus dem ersten und dem zweiten Erfassungselement 31', 32' bestehenden Lichtsensormoduls 3 ausgeführt ist. Dies ist als W2 ≤ ¼ D2 darstellbar. Die Breite D2 stellt gleichzeitig die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts 1020 dar.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
21 und 22 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers zur Signalerzeugung. Konkret gesagt handelt es sich bei 21 um die Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P und Lichtsensormodul 3, wenn sich das lichtleitende Gitterrad 1 des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E in der ersten Position (1) befindet. 22 zeigt die schematische Darstellung der Signalerzeugung des in 21 eingesetzten Lichtsensormoduls 3 nach dem Empfang von Lichtstrahlen.
21 und 22 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers, das vom Grundsatz her das gleiche Ausführungsbeispiel ist wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen, jedoch mit dem Unterschied, dass das Lichtsensormodul 3 aus den Erfassungselementen 31', 32', 33', 34' besteht, die dieselbe Breite D3 aufweist. Durch die Öffnungen 41, 42, 43, 44 des Gitters 4 sind die zueinander versetzt angeordneten Erfassungsbereiche 31, 32, 33, 34 freigelegt. Der erste freiliegende Erfassungsbereich 31, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32, der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33, der vierte freiliegende Erfassungsbereich 34 sind in mehrere Kodierabschnitte unterteilt. Die Breite W3 der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P ist kleiner als oder gleich groß wie die Breite der Kodierabschnitte. Wie in 21 gezeigt, weisen die Erfassungsbereiche 31, 32, 33, 34 jeweils vier Kodierabschnitte auf, die eine Breite besitzen, die einem Achtel der D2 entspricht.
Mit anderen Worten weisen die Erfassungsbereiche 31, 32, 33, 34 eine Breite auf, die der Hälfte von D3 entspricht. Außerdem sind die Erfassungsbereiche 31, 32, 33, 34 in Richtung der unterschiedlichen horizontalen Linien H1, H2, H3, H4 um eine Breite von 1/8 D3 zueinander versetzt angeordnet.
Die Breite W3 der von der asphärischen Fläche 130 abgestrahlten Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P ist kleiner als oder gleich groß wie ein Achtel der Breite D3 des Lichtsensormoduls 3. Dies ist als W3 ≤ 1/8 D3 darstellbar. 21 ist im Verhältnis von W3 = 1/8 D3 eingezeichnet. Gleich wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen entspricht die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts 1020 der Breite D3 des Lichtsensormoduls 3. Im Zustand gemäß 21 erzeugt das Lichtsensormodul 3 ein Signal von [0, 0, 0, 0], wenn die Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P auf das Lichtsensormodul 3 geworfen werden. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erzeugt das Lichtsensormodul 3 in Anpassung an die Drehposition des lichtleitenden Gitterrads 1 Signale, wie in 22 gezeigt. Daher kann der Abtastoptik-Lichtleitkodierer E in diesem Ausführungsbeispiel 2³ = 8 Signale erzeugen.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
23 und 24 zeigen das vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierers zur Signalerzeugung. Konkret gesagt handelt es sich bei 23 um die Teildarstellung des Wechselverhältnisses von Reflexionsstrahlen R und Lichtsensormodul 3, wenn sich das lichtleitende Gitterrad 1 des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E im ersten Drehwinkel befindet. 24 zeigt die schematische Darstellung der Signalerzeugung des in 23 eingesetzten Lichtsensormoduls 3 nach dem Empfang von Lichtstrahlen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 23 weist das Lichtsensormodul 3 des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E parallel zueinander verlaufende, streifenförmig ausgebildete Erfassungselemente 31’, 32’, 33’ auf. Das von den Erfassungselementen 31’, 32’, 33’ bestehende Lichtsensormodul 3 weist eine Breite D4 auf. Ein erster freiliegender Erfassungsbereich 31a bis 31d ist derart ausgebildet, dass ein gewisser Bereich des ersten Erfassungselements 31' durch die erste Öffnung 41a bis 41d des Gitters 4 freigelegt ist. Ein zweiter freiliegender Erfassungsbereich 32a, 32b ist derart ausgebildet, dass ein gewisser Bereich des zweiten Erfassungselements 32' durch die zweite Öffnung 42a, 42b freigelegt ist. Ein dritter freiliegender Erfassungsbereich 33 ist derart ausgebildet, dass ein gewisser Bereich des dritten Erfassungselements 33' durch die dritte Öffnung 43 freigelegt ist. Die Abmessungen der freiliegenden Erfassungsbereiche 31 sind in der Zeichnung dargestellt.
Konkret gesagt sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31a bis 31d, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32a, 32b und der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33 in mehrere Kodierabschnitte unterteilt. Die Breite W4 der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P ist kleiner als oder gleich groß wie die Breite der Kodierabschnitte. Wie in 23 gezeigt, weisen der erste freiliegende Erfassungsbereich 31a bis 31d, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32a, 32b und der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33 vier, zwei Kodierabschnitte sowie einen Kodierabschnitt mit der Breite von 1/8 D2 auf. Wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts 1020 gleich groß wie die Breite D4 des Lichtsensormoduls 3. Im Zustand gemäß 23 erzeugt das Lichtsensormodul 3 ein Signal von [0, 0, 0], wenn die Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P auf das Lichtsensormodul 3 geworfen werden. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel erzeugt das Lichtsensormodul 3 in Anpassung an die Drehposition des lichtleitenden Gitterrads 1 Signale, wie in 24 gezeigt. Daher kann der Abtastoptik-Lichtleitkodierer E in diesem Ausführungsbeispiel 2³ = 8 Signale erzeugen.
Zusammengefasst lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Abtastoptik-Lichtleitkodierer beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
Den Erfassungselementen ist je ein erster freiliegender Erfassungsbereich 31 zugeordnet. Die freiliegenden Erfassungsbereiche 31 der Erfassungselemente 31', 32', 33', 34' sind in Querrichtung zueinander versetzt und verlaufen entlang einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, unterschiedlichen horizontalen Linien H1, H2, H3, H4 angeordnet. Durch die oben erwähnte Gestaltung wirken die auf das Lichtsensormodul 3 geworfenen Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P mit den freiliegenden Erfassungsbereichen 31 der Erfassungselemente 31', 32', 33', 34' zusammen, um die Auflösung des Abtastoptik-Lichtleitkodierers E zu verbessern, ohne die Abmessungen des lichtleitenden Gitterrads 1 und die Anzahl der asphärischen Vorsprungabschnitte 1020 zu erhöhen. Durch Einstellung der Krümmung des Scheitelpunkts des asphärischen Vorsprungabschnitts 1020 lässt sich die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen P verändern. Durch die Gestaltung, dass die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts 1020 des Zahnkranzes 102 der Breite des Lichtsensormoduls 3 entspricht, kann die erwünschte Auflösung erzielt werden.
Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

E: Abtastoptik-Lichtleitkodierer
1: lichtleitendes Gitterrad
101: Lichtleit-Hauptkörper
102: Zahnkranz
1020: asphärischer Vorsprungabschnitt
11: ringförmige Einfallfläche
12: ringförmige Reflexionsfläche
13: ringförmigen Lichtaustrittsfläche
130: asphärische Fläche
13a: Reflexionsfläche
13b: Lichtaustrittsfläche
2: Leuchtmodul
3: Lichtsensormodul
31’: erstes Erfassungselement
32’: zweites Erfassungselement
33’: drittes Erfassungselement
34’: viertes Erfassungselement
31, 31a bis 31d: erster freiliegender Erfassungsbereich
32, 32a, 32b: zweiter freiliegender Erfassungsbereich
33: dritter freiliegender Erfassungsbereich
34: vierter freiliegender Erfassungsbereich
4: Gitter
41, 41a bis 41d: erste Öffnung
42, 42a bis 42b: zweite Öffnung
43: dritte Öffnung
44: vierte Öffnung
5: Reflexionsspiegel
S1, S2: lichtempfindlicher Chip
a1: erste Fläche
a2: zweite Fläche
a3: dritte Fläche
a4: vierte Fläche
d: Projektionsbreite
A: asphärische Struktur
S: sphärische Struktur
L: Einfallsstrahl
R: Reflexionsstrahl
P: Parallelstrahl oder Quasi-Parallelstrahl
H1, H2, H3, H4: horizontale Linie
W, W1, W2, W3, W4, D1, D2, D3, D4: Breite
X: Achse

Claims

Abtastoptik-Lichtleitkodierer, aufweisend: ein lichtleitendes Gitterrad (1); ein Leuchtmodul (2), das dem lichtleitenden Gitterrad (1) benachbart angeordnet ist; und ein Lichtsensormodul (3), das mehrere an das Lichtleit-Gitterrad (1) angrenzende Erfassungselemente (31', 32', 33' 34') aufweist, denen je ein erster freiliegender Erfassungsbereich (31, 32, 33, 34) zugeordnet ist, und wobei die freiliegenden Erfassungsbereiche (31, 32, 33, 34) der mehreren Erfassungselemente (31', 32', 33', 34') in Querrichtung zueinander versetzt und entlang einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, unterschiedlichen horizontalen Linien (H1, H2, H3, H4) angeordnet sind.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 1, ferner mit einem Gitter (4), das sich zwischen dem lichtleitenden Gitterrad (1) und dem Lichtsensormodul (3) befindet und eine Mehrzahl von schlitzförmigen Öffnungen aufweist.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Gitterrad (1) eine ringförmige Einfallfläche (11), eine dieser entgegengesetzte, ringförmige Reflexionsfläche (12) und eine ringförmige Lichtaustrittsfläche (13) aufweist, wobei die ringförmigen Lichtaustrittsfläche (13) aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgend verbundenen, asphärischen Flächen (130) besteht.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Gitterrad (1) einen Lichtleit-Hauptkörper (101) und einen Zahnkranz (102) aufweist, wobei der Lichtleit-Hauptkörper (101) eine ringförmige Einfallfläche (11) und eine dieser entgegengesetzte, ringförmige Reflexionsfläche (12) aufweist, wobei der Zahnkranz (102) mit einer ringförmigen Lichtaustrittsfläche (13) versehen ist, die aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgend verbundenen, asphärischen Flächen (130) besteht, die ohne Kreismittelpunkt jedoch eine Hauptachse besitzt, und wobei die Zahnkranz (102) dadurch ausgebildet ist, dass mehrere asphärische Vorsprungabschnitte (1020) miteinander verbunden sind.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Leuchtmodul (2) erzeugten Einfallsstrahlen (L) durch die ringförmige Einfallfläche (11) in das lichtleitende Gitterrad (1) gelangt, wobei die Einfallsstrahlen (L) durch Reflexion auf die ringförmige Reflexionsfläche (12) in Parallelstrahlen oder [den Parallelstrahlen annähernde] Quasi-Parallelstrahlen (P) umwandelbar sind, die auf das Lichtsensormodul (3) fallen.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsstrahlen (R) bei Drehung des lichtleitenden Gitterrads (1) von einem Teil der asphärischen Fläche (130) oder deren Restteil reflektiert sind.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die asphärische Fläche (130) aus zwei Reflexionsflächen (13a) und einer die Reflexionsflächen (13a) verbindenden Lichtaustrittsfläche (13b) besteht.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsstrahlen (R) bei Drehung des lichtleitenden Gitterrads (1) teilweise die Lichtaustrittsfläche (13b) passieren.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsstrahlen (R) teilweise von der Reflexionsfläche (13a) reflektiert sind.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen (P) gleich groß ist wie die Breite der Lichtaustrittsfläche (13b).
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen (P) durch die Krümmung des Scheitelpunkts des asphärischen Vorsprungabschnitts (1020) eingestellt werden kann.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die freiliegende Erfassungsbereiche (31, 32, 33, 34) der mehreren Erfassungselemente (31', 32', 33', 34') in mehrere Kodierabschnitte unterteilt sind, wobei die Breite (W2) der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen (P) kleiner als oder gleich groß wie die Breite der Kodierabschnitte ist.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts (1020) des Zahnkranzes (102) der Breite des Lichtsensormoduls (3) entspricht.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer, aufweisend: ein lichtleitendes Gitterrad (1), das einen Lichtleit-Hauptkörper (101) und einen Zahnkranz (102) aufweist, wobei der Zahnkranz (102) mit einer Mehrzahl von asphärischen Vorsprungabschnitten (1020) versehen ist; ein Leuchtmodul (2), das dem lichtleitenden Gitterrad (1) benachbart angeordnet ist; und ein Lichtsensormodul (3), das dem lichtleitenden Gitterrad (1) benachbart angeordnet ist, wobei die vom Leuchtmodul (2) erzeugten Einfallsstrahlen (L) durch das lichtleitende Gitterrad (1) in Parallelstrahlen oder [den Parallelstrahlen annähernde] Quasi-Parallelstrahlen (P) umwandelbar sind, die auf das Lichtsensormodul (3) fallen, wobei die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen (P) gleich groß ist wie die Breite der Lichtaustrittsfläche (13b); und wobei die Breite der Parallelstrahlen oder Quasi-Parallelstrahlen (P) durch die Krümmung des Scheitelpunkts des asphärischen Vorsprungabschnitts (1020) eingestellt werden kann.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer, aufweisend: ein lichtleitendes Gitterrad (1), das einen Lichtleit-Hauptkörper (101) und einen Zahnkranz (102) aufweist, wobei der Zahnkranz (102) mit einer Mehrzahl von Vorsprungabschnitten (1020) versehen ist; ein Leuchtmodul (2), das dem lichtleitenden Gitterrad (1) benachbart angeordnet ist; und ein Lichtsensormodul (3), das dem lichtleitenden Gitterrad (1) benachbart angeordnet ist, wobei die Breite des asphärischen Vorsprungabschnitts (1020) des Zahnkranzes (102) der Breite des Lichtsensormoduls (3) entspricht.
Abtastoptik-Lichtleitkodierer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprungabschnitt (1020) asphärisch oder sphärisch ausgebildet ist.