DE102017107833B4 - Abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung - Google Patents

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Abstract

Abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung (E), umfassend:- ein lichtleitendes Gitterrad (1),- ein Leuchtmodul (2), das von dem lichtleitenden Gitterrad (1) umringt ist, und- ein Lichtsensormodul (3), das mehrere benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad (1) angeordnete Sensorelemente (31', 32', 33', 34') umfasst, wobei jedes der Sensorelemente (31', 32', 33', 34') einen freiliegenden Erfassungsbereich (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) aufweist und die mehreren freiliegenden Erfassungsbereiche (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) der mehreren Sensorelemente (31', 32', 33', 34') lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie (H1, H2, H3, H4) erstrecken, welche Horizontlinien (H1, H2, H3, H4) parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden, wobei ein vom Leuchtmodul (2) erzeugter einfallender Lichtstrahl (L) durch das lichtleitende Gitterrad (1) hindurchtritt, um auf das Lichtsensormodul (3) auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen (P) zu erzeugen, wobei der freiliegende Erfassungsbereich (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) jedes der Sensorelemente (31', 32', 33', 34') in mehrere Codierzonen aufgeteilt ist, wobei die Strahlbreite der parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen (P) kleiner oder gleich der Breite einer Codierzone ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Encoder, insbesondere einen abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung.
  • Bei heutigen Computerbildschirmen (monitor) wird eine Maus (Mouse) benutzt, um die zu verarbeitenden Daten in eine bestimmte Datenposition auf dem Bildschirm zu verlagern. Gewöhnliche Mäuse umfassen als Hauptteile zwei Encoder, nämlich einen X-Achse-Encoder und einen Y-Achse-Encoder, welche jeweils ein logisches Folgesignal, wie z.B. 11,10,00,01, ausgeben können, wobei die Maus derart mit ihrer Unterseite gegen die Tischfläche oder eine andere ebene Fläche gedrückt und zugleich in eine bestimmte Richtung bzw. Position bewegt wird, dass eine entsprechende Verlagerung der jeweils auf dem Bildschirm zu verarbeitenden Daten stattfindet. Dies resultiert im Wesentlichen aus einer gleichzeitigen Bedienung des X-Achse- und Y-Achse-Encoders, die eine Punktbewegung in einer Ebene bewirkt. Anders formuliert: Durch die Bedienung entweder des X-Achse-Encoders oder des Y-Achse-Encoders lässt sich lediglich eine Punktbewegung auf einer Linie realisieren. Ein Encoder besteht in der Regel aus einem Leuchtmodul, wie beispielsweise einer Leuchtdiode, einem Schaufel-Gitterrad und einem Lichtsensormodul. Das Schaufel-Gitterrad ist wie ein mechanisches Zahnrad aufgebaut und kann sich beim Betrieb drehen, was dazu führt, dass ein von dem Leuchtmodul emittierter Lichtstrahl durch das Schaufel-Gitterrad abgesperrt wird oder nicht. Dabei kann der abgesperrte Lichtstrahl nicht zu dem Lichtsensormodul gelangen, so dass dieses ein Signal OFF(0) erzeugt. Hingegen wird der nicht abgesperrte Lichtstrahl von dem Lichtsensormodul empfangen, so dass der Sensor ein Signal ON(1) erzeugt. Mit der sequentiellen Erzeugung der Signale OFF(0) und ON(1) entsteht ein Folgesignal. So erzeugt der Sensor z.B. bei sich im Uhrzeigersinn drehendem Schaufel-Gitterrad ein Folgesignal in Form eines kontinuierlichen Wiederholungssignals 11,10,00,01,11,10,00,01... und bei einer Drehung des Schaufel-Gitterrads entgegen dem Uhrzeigersinn ein kontinuierliches Wiederholungssignal 01,00,10,11,01,00,10,11,10.... Solche Folgesignale werden dann zur Schaltungscodierung eingesetzt.
  • Im Allgemeinen ist eine umso höhere Auflösung (auch als Count per Round (CPR) bekannt) zu erwarten, je mehr Schaufeln das Schaufel-Gitterrad umfasst und je geringer der Abstand zwischen zwei Sensoren ist. Wenn man aber den zwischen zwei benachbarten Schaufeln eines Schaufel-Gitterrads eingeschlossenen Winkel reduziert, d.h. die Schaufelanzahl erhöht, kann es zur Zunahme des Außendurchmessers des Gitterrads kommen. Ist dies nicht erwünscht, so muss die Schaufelbreite verringert werden, was jedoch durch die Lichtbeugung eingeschränkt wird. Im Einzelnen ist beim Durchgang eines Lichtstrahls durch die Schaufeln eines Gitterrads, die in einer zu großen Anzahl vorhanden sind, eine Lichtbeugung zu erwarten, was dazu führt, dass der Lichtstrahl nicht durch die Schaufeln des Gitterrads abgesperrt würde. Daraus ergibt sich, dass beide Sensoren kontinuierlich und wiederholt das Signal ON(1) erzeugen, egal ob sich das Gitterrad im oder gegen den Uhrzeigersinn dreht. Insofern ist es nicht mehr möglich, dass durch unterschiedliche Bewegungsrichtungen einer Maus unterschiedliche Folgesignale erzeugt werden.
  • Es wird auf 1A und 1B verwiesen, wobei 1A den schematischen Aufbau eines bekannten Lichtleitencoders und 1B in schematischer Teilansicht die Schaufeln eines lichtleitenden Gitterrads 1a und ein Lichtsensormodul 3 eines bekannten Lichtleitencoders zeigt. Ein derartiger bekannter Lichtleitencoder umfasst ein lichtleitendes Gitterrad 1a, ein Leuchtmodul 2a und ein Lichtsensormodul 3a. Um das Problem der Lichtbeugung zu überwinden, ist aus dem Stand der Technik bekannt, das lichtleitende Gitterrad 1a mit einer aus mehreren aneinandergereihten sphärischen Flächen S bestehenden Lichtaustrittsfläche zu versehen, damit die emittierten Lichtstrahlen durch die sphärische Fläche fokussiert werden. Wie in 1B dargestellt ist, umfasst das Lichtsensormodul 3a auf derselben Längsachse angeordnete lichtempfindliche Chips S1, S2, auf welche die aus dem lichtleitenden Gitterrad 1a heraustretenden Lichtstrahlen fokussiert werden. Konkret kann bei einem bekannten Lichtleitencoder durch das Drehen des lichtleitenden Gitterrads 1a in eine erste (1), eine zweite (2), eine dritte (3) und eine vierte Position (4) jeweils ein Signal [1,1], [1,0], [0,1] bzw. [0,0] erzeugt werden. Aus 1B ergibt sich jedoch, dass bei diesem bekannten lichtleitenden Gitterrad 1a zwei Schaufeln verwendet werden müssen, um eine die vier oben erwähnten Signale enthaltende codierte Sequenz zu ermöglichen.
  • Der oben beschriebene bezogene Stand der Technik lässt sich wie folgt zusammenfassen: Da sich die Breite der vom Innenraum des lichtleitenden Gitterrads 1a ausgehenden Lichtstrahlen aufgrund deren Fokussierung durch die sphärische Fläche mit der Laufstrecke verringert, ist eine genaue Regelung des Abstands zwischen dem Lichtsensormodul 3a und dem lichtleitenden Gitterrad 1a notwendig, um sicherzustellen, dass das Lichtsensormodul 3a die vom lichtleitenden Gitterrad 1a stammenden Lichtstrahlen empfangen und daraufhin ein entsprechendes Signal erzeugen kann. Zudem sind die lichtempfindlichen Chips S1, S2 eines bekannten Lichtsensormoduls 3a entlang einer und derselben Längsachse angeordnet, so dass für das lichtleitende Gitterrad 1a zwei Schaufeln benötigt werden, um die codierte Zeitabfolge oder Sequenz [1,1], [1,0], [0,1] und [0,0] zu vollenden. Dies schließt eine erhebliche Erhöhung der Auflösung eines Lichtleitencoders aus.
  • Die US 6 194 708 B1 offenbart einen abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung, umfassend: ein lichtleitendes Gitterrad, ein Leuchtmodul, das von dem lichtleitenden Gitterrad umringt ist, und ein Lichtsensormodul, das mehrere benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad angeordnete Sensorelemente umfasst, wobei jedes der Sensorelemente einen freiliegenden Erfassungsbereich aufweist und die mehreren freiliegenden Erfassungsbereiche der mehreren Sensorelemente lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie erstrecken, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden.
  • Die DE 23 12 729 A offenbart einen abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung, umfassend: ein lichtleitendes Gitterrad, ein Leuchtmodul, das von dem lichtleitenden Gitterrad umringt ist, und ein Lichtsensormodul, das mehrere benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad angeordnete Sensorelemente umfasst, wobei jedes der Sensorelemente einen freiliegenden Erfassungsbereich aufweist und die mehreren freiliegenden Erfassungsbereiche der mehreren Sensorelemente lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie erstrecken, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden.
  • Die US 6 703 602 B1 offenbart einen abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung, umfassend: ein lichtleitendes Gitterrad, ein Leuchtmodul, das von dem lichtleitenden Gitterrad umringt ist, und ein Lichtsensormodul, das mehrere benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad angeordnete Sensorelemente umfasst, wobei jedes der Sensorelemente einen freiliegenden Erfassungsbereich aufweist.
  • Die US 2013 / 0 206 970 A1 offenbart einen abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung, umfassend: ein Leuchtmodul, und ein Lichtsensormodul, das mehrere Sensorelemente umfasst, wobei jedes der Sensorelemente einen freiliegenden Erfassungsbereich aufweist und die mehreren freiliegenden Erfassungsbereiche der mehreren Sensorelemente lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie erstrecken, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden.
  • Die US 5 251 012 A offenbart einen abtastenden Lichtleitencoder, umfassend: ein Leuchtmodul, und ein Lichtsensormodul.
  • Daher stellt es immer noch ein zu lösendes Problem auf diesem Gebiet dar, wie sich die Auflösung eines Lichtleitencoders verbessern lässt, ohne dafür die Abmessungen und die Schaufelanzahl eines Gitterrads erhöhen zu müssen.
  • Erfindungsgemäß ist ein abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Andererseits ist erfindungsgemäß ein abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung gemäß Anspruch 11 vorgesehen. Bevorzugte Weiterbildungen eines solchen abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Um das oben genannte Problem zu beseitigen, wird gemäß einem Konzept der Erfindung ein abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung vorgeschlagen, der ein lichtleitendes Gitterrad, ein Leuchtmodul und ein Lichtsensormodul umfasst. Hierbei ist das Leuchtmodul von dem lichtleitenden Gitterrad umringt. Das Lichtsensormodul umfasst mehrere benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad angeordnete Sensorelemente, wobei jedes der Sensorelemente einen freiliegenden Erfassungsbereich aufweist und die mehreren freiliegenden Erfassungsbereiche der mehreren Sensorelemente lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie erstrecken, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung vorgeschlagen, der ein lichtleitendes Gitterrad, ein Leuchtmodul und ein Lichtsensormodul umfasst. Das lichtleitende Gitterrad umfasst einen lichtleitenden Grundkörper und eine zahnradförmige Struktur, wobei die zahnradförmige Struktur mehrere asphärische Vorsprünge aufweist. Das Leuchtmodul ist von dem lichtleitenden Gitterrad umringt. Ein vom Leuchtmodul erzeugter einfallender Lichtstrahl tritt durch das lichtleitende Gitterrad hindurch, um auf das Lichtsensormodul auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen zu erzeugen. Hierbei wird die Strahlbreite der parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen über die Krümmung der Scheitelfläche des asphärischen Vorsprungs eingestellt.
  • Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung vorgeschlagen, der ein lichtleitendes Gitterrad, ein Leuchtmodul und ein Lichtsensormodul umfasst. Das lichtleitende Gitterrad umfasst einen lichtleitenden Grundkörper und eine zahnradförmige Struktur, wobei die zahnradförmige Struktur mehrere Vorsprünge aufweist. Das Leuchtmodul ist von dem lichtleitenden Gitterrad umringt, während das Lichtsensormodul benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad angeordnet ist. Hierbei entspricht die Breite jedes der Vorsprünge der zahnradförmigen Struktur der Breite des Lichtsensormoduls.
  • Die vorliegende Erfindung bietet folgende Vorteile: Bei dem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung kann durch die Ausgestaltung, dass jedes Sensorelement einen freiliegenden Erfassungsbereich aufweist und mehrere freiliegende Erfassungsbereiche mehrerer Sensorelemente lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie erstrecken, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden, erreicht werden, dass die auf das Lichtsensormodul auftreffenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen mit den freiliegenden Erfassungsbereichen der mehreren Sensorelemente zusammenwirken, um dadurch die Auflösung des Lichtleitencoders zu erhöhen, ohne dafür die Abmessungen des lichtleitenden Gitterrads und die Schaufelanzahl erhöhen zu müssen. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich bei dem erfindungsgemäßen abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung weiterhin eine Lichtbeugung vermeiden.
  • Zum besseren Verständnis der Merkmale und technischen Ausgestaltungen der Erfindung wird diese nachfolgend anhand der beiliegenden Abbildungen näher beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen stellen keine Einschränkung der Erfindung dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung.
  • Es zeigen
    • 1A den schematischen Aufbau eines bekannten Lichtleitencoders;
    • 1 B schematische Ansichten zur Darstellung der Erzeugung einer codierten Sequenz durch einen bekannten Lichtleitencoder;
    • 2 den schematischen Aufbau eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 3 den schematischen Aufbau eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 4 den schematischen Aufbau eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 5 ein weiteres Laufdiagramm paralleler oder subparalleler Lichtstrahlen bei einem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 6 in schematischer räumlicher Darstellung ein lichtleitendes Gitterrad eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 7 eine Herausvergrößerung des mit A bezeichneten Bereiches in 6;
    • 8 eine schematische Teilansicht einer zahnförmigen Struktur bei einem gewöhnlichen Lichtleitencoder;
    • 9 eine schematische Teilansicht einer zahnförmigen Struktur bei einem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 10 eine schematische aufgeschnittene Teilansicht der in 7 gezeigten Struktur;
    • 11 eine weitere schematische aufgeschnittene Teilansicht der in 7 gezeigten Struktur;
    • 12 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine erste Position;
    • 13 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine zweite Position;
    • 14 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine dritte Position;
    • 15 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine vierte Position;
    • 16 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem zweiten konkreten Ausführungsbeispiels der Erfindung in eine erste Position;
    • 17 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem zweiten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine zweite Position;
    • 18 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem zweiten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine dritte Position;
    • 19 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem zweiten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine vierte Position;
    • 20 eine schematische Darstellung der Signalerzeugung bei einem Gitter und einem Lichtsensormodul eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem zweiten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem Empfang eines Lichtstrahls;
    • 21 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem dritten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine erste Position;
    • 22 eine schematische Darstellung der Signalerzeugung bei dem in 21 zur Verwendung kommenden Lichtsensormodul nach dem Empfang eines Lichtstrahls;
    • 23 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen und dem Lichtsensormodul bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung gemäß einem vierten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine erste Position und
    • 24 eine schematische Darstellung der Signalerzeugung bei dem in 23 zur Verwendung kommenden Lichtsensormodul nach dem Empfang eines Lichtstrahls.
  • Im Folgenden werden anhand bestimmter konkreter Beispiele die Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung beschrieben. Den Fachleuten auf diesem Gebiet wird klar sein, dass aus der Offenbarung der Erfindung Vorteile und Funktionen der Erfindung ableitbar sind. Die Erfindung kann auch in anderen konkreten Beispielen ausgeführt werden oder zur Anwendung kommen, wobei an den in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Einzelheiten je nach Bedarf und Anwendungsfall verschiedene Modifikationen bzw. Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dabei die Grundideen der Erfindung zu verlassen. Ferner sei angemerkt, dass die einzelnen Bauteile der Erfindung nicht in ihrer tatsächlichen Größe, sondern nur schematisch dargestellt sind. Die nachstehenden Ausführungsformen dienen der näheren Erläuterung der Ausgestaltungen der Erfindung und schränken keineswegs den Rahmen der Erfindung ein.
  • Aus 2 bis 4 geht ein abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E hervor, der ein lichtleitendes Gitterrad 1, ein Leuchtmodul 2 und ein Lichtsensormodul 3 umfasst, wobei das lichtleitende Gitterrad 1 in einer einzigen Lage oder in mehreren Lagen angeordnet sein kann. Das heißt, bei der Erfindung können auch mehrere übereinander angeordnete lichtleitende Gitterräder 1 eingesetzt werden. Dabei ist das Leuchtmodul 2, wie in 2 dargestellt, z.B. von dem lichtleitenden Gitterrad 1 umringt und auf der gleichen Gerade wie das Lichtsensormodul 3 angeordnet. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße abtastende Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E ein Gitter 4 gemäß 2 bis 4 umfassen, das sich zwischen dem lichtleitenden Gitterrad 1 und dem Lichtsensormodul 3 befindet und als optionales Bauteil vorhanden ist. Die Darstellungen in 2, 3 und 4 unterscheiden sich in dem Aufbau des lichtleitenden Gitterrads 1, auf den weiter unten noch näher eingegangen wird.
  • Anschließend wird auf 5 Bezug genommen. Der erfindungsgemäße abtastende Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E kann zusätzlich einen Reflektor 5 umfassen, der sich auf einer Seite des lichtleitenden Gitterrads 1 befindet und zur Reflexion vom lichtleitenden Gitterrad 1 stammender paralleler oder subparalleler Lichtstrahlen P dient, damit diese durch das Gitter 4 hindurchtreten und dann auf das Lichtsensormodul 3 auftreffen.
  • Anschließend wird auch auf 6 und 7 verwiesen, wobei 6 in schematischer räumlicher Darstellung ein lichtleitendes Gitterrad 1 eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 7 eine Herausvergrößerung des mit A bezeichneten Bereiches in 6 zeigt. Das lichtleitende Gitterrad 1 besteht aus einem lichtleitenden Material. So kann das lichtleitende Gitterrad 1 beispielsweise aus Glas, Acryl oder Polycarbonat (PC) oder einer beliebigen Kombination davon angefertigt sein. Dies stellt jedoch keine Einschränkung des erfindungsgemäßen lichtleitenden Gitterrads 1 hinsichtlich seiner Materialauswahl dar.
  • Des Weiteren umfasst das lichtleitende Gitterrad 1 einen lichtleitenden Grundkörper 101 und eine an einer umlaufenden Außenfläche des lichtleitenden Grundkörpers 101 ausgebildete äußere zahnradförmige Struktur 102, wobei die umlaufende Innenfläche des lichtleitenden Grundkörpers 101 eine ringförmige Lichteintrittsfläche 11 bildet. Die zahnradförmige Struktur 102 weist eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, kreismittelpunktfreien, jedoch Hauptachse-behafteten, asphärischen Flächen (oder sphärischen Flächen) 130 bestehende ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 auf. Überdies ist die äußere zahnradförmige Struktur 102 durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge 1020 gebildet. Bei der Erfindung kann anstatt eines asphärischen Vorsprungs 1020 auch ein sphärischer Vorsprung vorgesehen sein. Insbesondere ist die ringförmige Lichteintrittsfläche 11 dem Leuchtmodul 2 zugewandt angeordnet, um das vom Leuchtmodul 2 abgestrahltes Licht zu empfangen.
  • Wie aus 7 zu ersehen ist, besteht die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen asphärischen Flächen 130. Hierbei setzt sich die asphärische Fläche 130 ihrerseits aus zwei brechenden Flächen 13a und einer zwischen den beiden brechenden Flächen 13a geschalteten Lichtaustrittsfläche 13b zusammen. Dabei kann es sich bei der brechenden Fläche 13a um eine ebene brechende Fläche und bei der Lichtaustrittsfläche 13b um eine asphärische, wie etwa hyperboloidale, paraboloidale oder ellipsoidale, Lichtaustrittsfläche handeln.
  • Anschließend wird auf 8 Bezug genommen. Wie dargestellt, wird bei gewöhnlichen Lichtleitencodern oft eine sphärische Struktur S mit einem Kugelmittelpunkt benutzt, um eine Lichtaustrittsfläche des Schaufel-Gitterrads des jeweiligen Encoders auszubilden, wobei das Licht aus der sphärischen Struktur S heraustritt und auf einen Sensor auftrifft. Allerdings kann eine sphärische Fläche selbst eine Fokussierung der aus der sphärischen Struktur S heraustretenden Lichtstrahlen bewirken, was dazu führt, dass die Lichtstrahlen an verschiedenen Positionen verschiedene Breiten haben.
  • Im Gegensatz zu einer gebräuchlichen sphärischen Struktur weist eine asphärische Struktur A gemäß 9 keinen Kugelmittelpunkt, sondern eine Hauptachse auf, so dass aus der asphärischen Struktur A, z.B. einem Paraboloid, parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen heraustreten. Im Ausführungsbeispiel der Erfindung kommt eine derartige asphärische Struktur A, wie beispielsweise ein Hyperboloid oder Paraboloid, zum Einsatz, um die Lichtaustrittsfläche 13b auszubilden. Somit kann durch die Ausbildung der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 mittels asphärischer Flächen 130 gewährleistet werden, dass die durch die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 das lichtleitende Gitterrad 1 verlassenden Lichtstrahlen eine gleichbleibende Breite W haben. Diese eine gleichbleibende Breite W besitzenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen können dann mit Lichtsensorelementen bzw. lichtexponierten Erfassungsbereichen, welche eine bestimmte Breite haben und in einer bestimmten Weise angeordnet sind, zusammenwirken, um ein codiertes Signal mit einer relativ hohen Auslösung zu erzeugen. Für die vorliegende Erfindung, bei der die das lichtleitende Gitterrad 1 verlassenden Lichtstrahlen eine gleichbleibende Breite W besitzen, bedeutet dies insbesondere, dass sich durch eine Regelung der Abmessungen und der Anordnung der freiliegenden Erfassungsbereiche der Lichtsensorelemente des Lichtsensormoduls 3 sowie durch eine Regelung der Abmessungen der asphärischen Fläche 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 eine ausreichende Erhöhung der Auflösung des abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E erreichen lässt. Nachstehend wird noch näher auf die Zusammenwirkung der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 mit den freiliegenden Erfassungsbereichen der Lichtsensorelemente im Lichtsensormodul 3 eingegangen.
  • Wie in 10 erkennbar ist, kann jede der asphärischen Flächen 130 aus einer ersten Oberfläche a1 , einer zweiten Oberfläche a2 , einer dritten Oberfläche a3 und einer vierten Oberfläche a4 , welche in der genannten Reihe miteinander verbunden sind, bestehen. Bei der ersten Oberfläche a1 und der vierten Oberfläche a4 handelt es jeweils um eine brechende Fläche 13a, während die zwischen der ersten Oberfläche a1 und der vierten Oberfläche a4 geschaltete zweite Oberfläche a2 und dritte Oberfläche a3 gemeinsam eine Lichtaustrittsfläche 13b bilden. Da bei der Erfindung ein gebrochener Lichtstrahl R mit einem Einfallswinkel auf die brechende Fläche 13a auftrifft, welcher Einfallswinkel dem jeweiligen Brechungswinkel entspricht, wird der gebrochene Lichtstrahl R ins Innere des einlagigen lichtleitenden Gitterrads 1 gebrochen. Dies hat zur Folge, dass die Lichtaustrittsfläche 13b (die zweite Oberfläche a2 und die dritte Oberfläche a3 ) denjenigen Abschnitt der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 darstellt, welcher von dem gebrochenen Lichtstrahl R durchdrungen werden kann, wobei aus den durch die Lichtaustrittsfläche 13b hindurchtretenden gebrochenen Lichtstrahlen R parallele oder subparallele Lichtstrahlen P entstehen. Andererseits kann ein auf die brechende Fläche 13a (die erste Oberfläche a1 und die vierte Oberfläche a4 ) der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 auftreffender gebrochener Lichtstrahl R nicht unmittelbar aus dem lichtleitenden Gitterrad 1 heraustreten. Es ist anzumerken, dass die durch die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 hindurchtretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P eine der Breite des oben beschriebenen asphärischen Vorsprungs 1020 entsprechende Strahlbreite haben können. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Weiter können die erste Oberfläche a1 , die zweite Oberfläche a2 , die dritte Oberfläche a3 und die vierte Oberfläche a4 die gleiche Projektionsfläche aufweisen. Mit anderen Worten können die erste Oberfläche a1 , die zweite Oberfläche a2 , die dritte Oberfläche a3 und die vierte Oberfläche a4 , wie in 10 gezeigt, die gleiche Projektionsbreite d haben. In diesem Fall nimmt die Projektionsbreite der die Lichtaustrittsfläche 13b ausbildenden zweiten Oberfläche a2 und dritten Oberfläche a3 eine Hälfte der gesamten Projektionsbreite ein. Allerdings lässt sich die Ausbildung der ersten Oberfläche a1 , der zweiten Oberfläche a2 , der dritten Oberfläche a3 und der vierten Oberfläche a4 an tatsächliche Bedürfnisse anpassen. Durch Einstellen der Krümmung der Lichtaustrittsfläche 13b kann die Breite der das lichtleitende Gitterrad 1 verlassenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P eingestellt werden. Mit anderen Worten lässt sich die Strahlbreite der parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P über die Krümmung der Scheitelfläche des asphärischen Vorsprungs 1020 einstellen.
  • Aus 11 geht ein möglicher Lichtaustrittspfad eines zur asphärischen Fläche 130 hin laufenden gebrochenen Lichtstrahls R hervor. Dabei trifft der gebrochene Lichtstrahl R auf eine brechende Fläche 13a (entsprechend der ersten Oberfläche a1 in 10) auf, wird in Richtung der Lichtaustrittsfläche 13b (entsprechend der zweiten Oberfläche a2 und der dritten Oberfläche a3 in 10) gebrochen und treten dann als parallele oder subparallele Lichtstrahlen P über die Lichtaustrittsfläche 13b aus der asphärischen Fläche 130 heraus.
  • Mit dieser Ausgestaltung kann erreicht werden, dass im Ausführungsbeispiel der Erfindung der gebrochene Lichtstrahl R durch Drehen des lichtleitenden Gitterrads 1 am übrigen Abschnitt (brechender Fläche 13a) der zugeordneten asphärischen Fläche 130 gebrochen wird oder durch einen Abschnitt (Lichtaustrittsfläche 13b) der zugeordneten asphärischen Fläche 130 hindurchtritt und dann als parallele oder subparallele Lichtstrahlen P durch das Gitter 4 hindurch auf das Lichtsensormodul 3 auftrifft, um somit Signale für Schaltungscodierung mit einer hohen Auslösung zu erzeugen.
  • Es ist zu erwähnen, dass das lichtleitende Gitterrad 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung unterschiedlich aufgebaut sein kann. Hier wird nochmals auf 3 und 4 verwiesen. Wie 3 zu entnehmen ist, kann das lichtleitende Gitterrad 1 einen lichtleitenden Grundkörper 101 und eine an einer umlaufenden Innenfläche des lichtleitenden Grundkörpers 101 ausgebildete innere zahnradförmige Struktur 103 umfassen, wobei die umlaufende Außenfläche des lichtleitenden Grundkörpers 101 eine ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 bildet. Die innere zahnradförmige Struktur 103 weist eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, Hauptachse-behafteten asphärischen Flächen 110 bestehende ringförmige Lichteintrittsfläche 11 auf. Überdies ist die innere zahnradförmige Struktur 103 durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge 1030 gebildet. Hierbei gelangt ein vom Leuchtmodul 2 erzeugter einfallender Lichtstrahl L über die ringförmige Lichteintrittsfläche 11 der inneren zahnradförmigen Struktur 103 in das lichtleitende Gitterrad 1 und durchdringt die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13, um auf das Lichtsensormodul 3 auftreffende (nämlich „frontfokussierte“) parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen zu erzeugen.
  • Alternativ dazu kann das lichtleitende Gitterrad 1, wie in 4 dargestellt, einen lichtleitenden Grundkörper 101, eine an einer umlaufenden Außenfläche des lichtleitenden Grundkörpers 101 ausgebildete äußere zahnradförmige Struktur 102 und eine an einer umlaufenden Innenfläche des lichtleitenden Grundkörpers 101 ausgebildete innere zahnradförmige Struktur 103 umfassen. Dabei weist die äußere zahnradförmige Struktur 102 eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, Hauptachse-behafteten asphärischen Flächen 130 bestehende ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 auf und ist durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge 1020 gebildet. Hingegen weist die innere zahnradförmige Struktur 103 eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, Hauptachse-behafteten asphärischen Flächen 110 bestehende ringförmige Lichteintrittsfläche 11 auf und ist durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge 1030 gebildet. Hierbei gelangt ein vom Leuchtmodul 2 erzeugter einfallender Lichtstrahl L über die ringförmige Lichteintrittsfläche 11 der inneren zahnradförmigen Struktur 103 in das lichtleitende Gitterrad 1 und durchdringt die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 der äußeren zahnradförmigen Struktur 102, um auf das Lichtsensormodul 3 auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen zu erzeugen.
  • Bei dem in 3 und 4 gezeigten lichtleitenden Gitterrad 1 kann die die ringförmige Lichteintrittsfläche 11 ausbildende asphärische Fläche 110 ähnlich wie die die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 ausbildende asphärische Fläche 130 aus zwei brechenden Flächen (nicht dargestellt) und einer zwischen den beiden brechenden Flächen geschalteten Lichtaustrittsfläche (nicht dargestellt) bestehen. Weiterhin kann es sich bei dieser brechenden Fläche um eine ebene brechende Fläche und bei dieser Lichtaustrittsfläche um eine asphärische, wie etwa hyperboloidale, paraboloidale oder ellipsoidale, Lichtaustrittsfläche handeln. Daher lassen sich mit der ringförmigen Lichteintrittsfläche 11 ähnliche optische Wirkungen wie mit der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 erzielen.
  • Anschließend wird nochmals auf 2 Bezug genommen. Das Leuchtmodul 2 ist von der ringförmigen Lichteintrittsfläche 11 umgeben und dient zur Erzeugung eines zur ringförmigen Lichteintrittsfläche 11 hin laufenden einfallenden Lichtstrahls L. Bei dem Leuchtmodul 2 kann es sich z.B. um zumindest eine Leuchtdiode handeln, was jedoch keine Einschränkung des Leuchtmoduls 2 in Hinsicht auf seine konkreten Ausführungen darstellt. Wie sich aus 2 ergibt, kann das Lichtsensormodul 3 neben der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 angeordnet sein und dient zum Empfang über die Lichtaustrittsfläche 13b der asphärischen Fläche 130 der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 austretender paralleler oder subparalleler Lichtstrahlen P. Alternativ dazu können die aus der Lichtaustrittsfläche 13b der asphärischen Fläche 130 der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P auch durch eine Brechung an dem Reflektor 5 zu dem Lichtsensormodul 3 gelangen.
  • Das Lichtsensormodul 3 ist je nachdem, ob ein Gitter 4 vorhanden ist oder nicht, unterschiedlich ausgeführt. So umfasst das Lichtsensormodul 3 z.B. für den Fall, dass der abtastende Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E kein Gitter 4 enthält, mehrere zum Empfang aus der asphärischen Fläche 130 heraustretender paralleler oder subparalleler Lichtstrahlen P dienende Sensorelemente. Insbesondere besitzen die Sensorelemente des Lichtsensormoduls 3 bestimmte Abmessungen und sind in einer bestimmten Weise an einer Oberfläche des Lichtsensormoduls 3 angeordnet, um in Zusammenarbeit mit der asphärischen Fläche 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 ein Signal zu erzeugen. In Ausführungsbeispielen ohne Gitter 4 sind die mehreren Sensorelemente lateral zueinander versetzt angeordnet und erstrecken sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden.
  • Umfasst der abtastende Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E hingegen ein Gitter 4, so befindet sich das Gitter 4 zwischen dem lichtleitenden Gitterrad 1 und dem Lichtsensormodul 3 und enthält mehrere schlitzförmige Öffnungen. In diesem Fall besteht das Lichtsensormodul 3 aus mehreren länglichen Sensorelementen, wobei die schlitzförmigen Öffnungen dem Freilegen bestimmter Bereiche der Sensorelemente dienen, damit das Lichtsensormodul 3 mehrere freiliegende Erfassungsbereiche aufweist.
  • Es ist zu erwähnen, dass zum Verbessern der Auflösung des abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E die Breite der obenstehenden mehreren Sensorelemente und des freiliegenden Erfassungsbereiches der einzelnen Sensorelemente an die Breite des asphärischen Vorsprungs 1020 bzw. 1030 des lichtleitenden Gitterrads 1 und der Lichtaustrittsfläche 13b angepasst werden muss. Bei dem erfindungsgemäßen abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E kann somit durch Verwendung lediglich eines einzigen asphärischen Vorsprungs 1020 bzw. 1030 die Erzeugung einer vollständigen codierten Sequenz durch das Lichtsensormodul 3 ermöglicht werden (Es werden jeweils nur über einen einzigen asphärischen Vorsprung 1020 bzw. 1030 beispielsweise die Signale [0,0], [0,1], [1,0] und [1,1] erzeugt). Auf diese Anpassung einschließlich ausführlicher Mittel und Parameter wird in den nachstehenden konkreten Ausführungen näher eingegangen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung lässt sich die Anzahl der vom Lichtsensormodul 3 enthaltenen Sensorelemente und deren freiliegender Erfassungsbereiche an die jeweilige praktische Anwendung anpassen. So umfasst das Lichtsensormodul 3, wie aus 12 bis 15 ersichtlich, z.B. ein erstes Sensorelement 31' und ein zweites Sensorelement 32', welche parallel zueinander angeordnet sind und zum Empfang aus der ringförmigen Lichtaustrittsfläche 13 heraustretender paralleler oder subparalleler Lichtstrahlen P dienen. In Abhängigkeit von dem Zustand der empfangenen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P kann das Lichtsensormodul 3 die Signale [0,0], [0,1], [1,1] und [1,0] erzeugen. Mit anderen Worten können durch Verwendung zweier Sensorelemente 22 Signale erzeugt werden. Darüber hinaus kann das Lichtsensormodul 3 auch drei oder vier Sensorelemente umfassen, wie dies in 21 und 23 dargestellt ist, wobei diese Sensorelemente jeweils einen oder mehrere durch die jeweils zugeordnete Öffnung des Gitters 4 freigelegte freiliegende Erfassungsbereiche aufweisen.
  • Wenn nun ein vom Leuchtmodul 2 erzeugter einfallender Lichtstrahl L über die ringförmige Lichteintrittsfläche 11 in das lichtleitende Gitterrad 1 gelangt, kann es vorkommen, dass der einfallende Lichtstrahl L durch Drehen des lichtleitenden Gitterrads 1 durch einen Abschnitt (nämlich Lichtaustrittsfläche 13b) der zugeordneten asphärischen Fläche 130 (bzw. 110) hindurchtritt und dann die ringförmige Lichtaustrittsfläche 13 durchdringt, um parallele oder subparallele Lichtstrahlen P zu erzeugen, oder am übrigen Abschnitt (nämlich der brechenden Fläche 13a) der zugeordneten asphärischen Fläche 130 (bzw. 110) gebrochen wird. Somit können die aus dem lichtleitenden Gitterrad 1 heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P durch das Lichtsensormodul 3 empfangen werden, um ein Folgesignal zur Schaltungscodierung zu erzeugen.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E bei der Erzeugung eines Folgesignals näher beschrieben und erläutert. In den nachstehenden konkreten Ausführungsbeispielen liegt der entsprechenden Beschreibung der in 2 gezeigte abtastende Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E zugrunde. Überdies erfolgt die Folgesignalerzeugung bei dem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E gemäß 3 bzw. 4 ähnlich wie bei dem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E gemäß 2, worauf im Detail nicht mehr eingegangen wird.
  • [Erstes konkretes Ausführungsbeispiel]
  • Es wird auf die 12 bis 15 verwiesen, welche jeweils in schematischer Teilansicht die Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P und dem Lichtsensormodul 3 bei Drehen des lichtleitenden Gitterrads 1 eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E gemäß einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine erste, eine zweite, eine dritte bzw. eine vierte Position zeigen.
  • Im Einzelnen umfasst das Lichtsensormodul 3, wie aus 12 erkennbar, ein erstes längliches Sensorelement 31' und ein zweites längliches Sensorelement 32', welche die gleiche Breite D1 haben und an beiden Enden miteinander fluchtend angeordnet sind, so dass auch das Lichtsensormodul 3 die Breite D1 besitzt. Zwischen dem Lichtsensormodul 3 und dem lichtleitenden Gitterrad 1 ist zusätzlich ein Gitter 4 mit einer Breite größer als D1 angeordnet, um bestimmte Bereiche des ersten Sensorelements 31' und des zweiten Sensorelements 32' abzudecken und andere nicht abgedeckte Bereiche freizulegen. So werden durch eine erste Öffnung 41 und eine zweite Öffnung 42 des Gitters 4 jeweils ein erster freiliegender Erfassungsbereich 31 des ersten Sensorelements 31' und ein zweiter freiliegender Erfassungsbereich 32 des zweiten Sensorelements 32' freigelegt. In diesem konkreten Ausführungsbeispiel haben die erste Öffnung 41 und die zweite Öffnung 42 jeweils eine Breite von 1/4D1, so dass auch der dadurch freigelegte erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 jeweils eine Breite von 1/4D1 besitzen. Hierbei sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 lateral zueinander versetzt angeordnet und erstrecken sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie H1 bzw. H2, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden.
  • Im Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der asphärische Vorsprung 1020 eine der Breite D1 des Lichtsensormoduls 3 entsprechende Breite, so dass die asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 aufeinanderfolgend dem aus dem ersten Sensorelement 31' und dem zweiten Sensorelement 32' bestehenden Lichtsensormodul 3 zugeordnet sein können, um dadurch die Erzeugung einer vollständigen codierten Sequenz jeweils nur über eine einzige asphärische Fläche 130 zu ermöglichen. Im ersten konkreten Ausführungsbeispiel ist die Breite W1 der aus der Lichtaustrittsfläche 13b heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P größer oder gleich der Hälfte der Breite D1 des Lichtsensormoduls 3, nämlich W1 ≥ 1/2D1. Der Darstellung in 11 bis 15 liegt das Verhältnis W1=1/2D1 zugrunde. Somit können die parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P, wenn die Lichtaustrittsfläche 13b einer asphärischen Fläche 130 durch Drehen des lichtleitenden Gitterrads 1 in eine dem ersten lichtexponierten Erfassungsbereich 31 und dem zweiten lichtexponierten Erfassungsbereich 32 zugeordnete Position (entsprechend dem in 13 dargestellten Zustand) gebracht wird, gleichzeitig auf den ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 und den zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 auftreffen. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 12 bis 15 die Signalerzeugung beim Drehen des lichtleitenden Gitterrads 1 in verschiedene Positionen näher beschrieben.
  • In der Darstellung gemäß 12 befindet sich das lichtleitende Gitterrad 1 zunächst in einer ersten Position, in welcher der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite lichtexponierte Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 jeweils der vierten Oberfläche a4 einer der asphärischen Flächen 130 bzw. der ersten Oberfläche a1 der nächsten asphärischen Fläche 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 zugeordnet sind. Da es sich sowohl bei der ersten Oberfläche a1 als auch bei der vierten Oberfläche a4 um eine brechende Fläche 13a handelt, werden die auf die erste Oberfläche a1 und die vierte Oberfläche a4 auftreffenden gebrochenen Lichtstrahlen R an der jeweiligen brechenden Fläche 13a gebrochen, so dass weder der der vierten Oberfläche a4 zugeordnete erste freiliegende Erfassungsbereich 31 noch der der ersten Oberfläche a1 zugeordnete zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 ein Lichtstrahlsignal empfängt. Dies bewirkt, dass durch das Lichtsensormodul 3 ein Signal [0,0] erzeugt wird.
  • Im Anschluss daran dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in eine zweite Position gemäß 13, in welcher der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite lichtexponierte Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 jeweils der ersten Oberfläche a1 und der zweiten Oberfläche a2 einer der asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 zugeordnet sind. Da es sich bei der ersten Oberfläche a1 um eine brechende Fläche 13a handelt, wird der auf die erste Oberfläche a1 auftreffende gebrochene Lichtstrahl R ins Innere des lichtleitenden Gitterrads 1 gebrochen und kann daher nicht unmittelbar über die brechende Fläche 13a das lichtleitende Gitterrad 1 verlassen. Hingegen tritt der auf die zweite Oberfläche a2 auftreffende gebrochene Lichtstrahl R durch die asphärische Fläche 130 hindurch und trifft als parallele oder subparallele Lichtstrahlen P auf den der zweiten Oberfläche a2 zugeordneten zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 auf. Daraufhin erzeugt das Lichtsensormodul 3 ein Signal [0,1]. Des Weiteren kann der gebrochene Lichtstrahl R zwar auch die dritte Oberfläche a3 durchdringen und als parallele oder subparallele Lichtstrahlen P aus der asphärischen Fläche 130 heraustreten. Da aber die dritte Oberfläche a3 keinem freiliegenden Erfassungsbereich des Lichtsensormoduls 3 zugeordnet bzw. durch das Gitter 4 abgedeckt ist, üben diese parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P keinen Einfluss auf die Signalerzeugung bei dem Lichtsensormodul aus.
  • Danach dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 weiter in eine dritte Position gemäß 14, in welcher der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite lichtexponierte Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 jeweils der zweiten Oberfläche a2 und der dritten Oberfläche a3 einer der asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 zugeordnet sind. Dabei tritt der zur asphärischen Fläche 130 hin laufende gebrochene Lichtstrahl R durch die aus der zweiten Oberfläche a2 und der dritten Oberfläche a3 bestehende Lichtaustrittsfläche 13b hindurch und verlässt als parallele oder subparallele Lichtstrahlen P das lichtleitende Gitterrad 1. Die das lichtleitende Gitterrad 1 verlassenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P treffen gleichzeitig auf den ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 und den zweiten lichtexponierten Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 auf, so dass das Lichtsensormodul 3 ein Signal [1,1] erzeugt.
  • Schließlich dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 weiter in eine vierte Position gemäß 15, in welcher der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite lichtexponierte Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 jeweils der dritten Oberfläche a3 und der vierten Oberfläche a4 einer der asphärischen Flächen 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 zugeordnet sind. Dabei tritt der zur dritten Oberfläche a3 hin laufende gebrochene Lichtstrahl R durch die dritte Oberfläche a3 hindurch und wird als parallele oder subparallele Lichtstrahlen P von dem ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 empfangen. Da aber es sich bei der vierten Oberfläche a4 um eine brechende Fläche 13a handelt, wird der unmittelbar zur vierten Oberfläche a4 hin laufende gebrochene Lichtstrahl R an der vierten Oberfläche a4 gebrochen und kann daher nicht über die vierte Oberfläche a4 das lichtleitende Gitterrad 1 verlassen. Deswegen empfängt der der vierten Oberfläche a4 zugeordnete zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 keine parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P. Dementsprechend erzeugt das Lichtsensormodul 3 in der vierten Position des lichtleitenden Gitterrads 1 ein Signal [1,0].
  • Somit kann einerseits durch eine sequentielle Drehung des lichtleitenden Gitterrads 1 in verschiedene Positionen, andererseits durch die Ausbildung der asphärischen Fläche 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 bezüglich ihrer brechenden Fläche 13a und Lichtaustrittsfläche 13b in Kombination mit dem ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 und dem zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 sowie mit der Dimensionierung der asphärischen Fläche 130 erreicht werden, dass nur über eine einzige asphärische Fläche 130 22=4 Erfassungssignale erzeugt werden, was zur wesentlichen Erhöhung der Auflösung des Lichtleitencoders E beiträgt.
  • [Zweites konkretes Ausführungsbeispiel]
  • Nun wird auf 16 bis 20 Bezug genommen, wobei 16 bis 19 jeweils in schematischer Teilansicht die Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P und dem Lichtsensormodul 3 in verschiedenen Positionen, d.h. in der ersten Position (1) bis der vierten Position (4), des lichtleitenden Gitterrads 1 eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E gemäß einem zweiten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, während 20 eine schematische Darstellung der Signalerzeugung bei einem Lichtsensormodul 3 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nach dem Empfang eines Lichtstrahls zeigt.
  • In 16 bis 19 werden durch eine erste Öffnung 41 und eine zweite Öffnung 42 des Gitters 4 jeweils ein erster freiliegender Erfassungsbereich 31 des ersten Sensorelements 31' und ein zweiter freiliegender Erfassungsbereich 32 des zweiten Sensorelements 32' des Lichtsensormoduls 3 freigelegt. Hierbei sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 jeweils in mehrere Codierzonen aufgeteilt, wobei die Breite W2 von parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P kleiner oder gleich der Breite einer Codierzone ist. Aus 16 wird ersichtlich, dass der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 jeweils zwei Codierzonen mit je einer Breite von 1/4D2 enthalten.
  • Mit anderen Worten sieht das zweite konkrete Ausführungsbeispiel vor, dass die Breite W2 der aus der Lichtaustrittsfläche 13b heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P kleiner oder gleich einem Viertel der Breite D2 des aus dem ersten Sensorelement 31' und dem zweiten Sensorelement 32' bestehenden Lichtsensormoduls 3 ist, nämlich W2≤1/4D2. Der Darstellung in 16 bis 19 liegt das Verhältnis W2=1/4D2 zugrunde. Hinzu kommt, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Breite des ersten freiliegenden Erfassungsbereiches 31 und des zweiten freiliegenden Erfassungsbereiches 32 doppelt so groß wie die Breite W2 von parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P ist. Das heißt, der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 haben jeweils eine Breite von 1/2D2. Zudem sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31 und der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32 insbesondere in der Richtung zweier verschiedener Horizontlinien H1 und H2 zueinander um einen Betrag von 1/4D2 versetzt angeordnet.
  • Zunächst befindet sich das lichtleitende Gitterrad 1 in einer ersten Position (1) gemäß 16, in der weder der erste lichtexponierte Erfassungsbereich 31 noch der zweite lichtexponierte Erfassungsbereich 32 einer Oberfläche als Lichtaustrittsfläche 13b (nämlich der zweiten Oberfläche a2 und der dritten Oberfläche a3 ), aus der parallele oder subparallele Lichtstrahlen P heraustreten, zugeordnet ist. In der ersten Position (1) empfängt das Lichtsensormodul 3 daher kein Lichtstrahlsignal und erzeugt demnach ein Signal [0,0], vgl. auch 20.
  • Danach dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in eine zweite Position (2) gemäß 17, in welcher der erste lichtexponierte Erfassungsbereich 31 einer als brechende Fläche 13a vorhandenen ersten Oberfläche a1 des lichtleitenden Gitterrads 1 und der vierten Oberfläche a4 der vorigen asphärischen Fläche 130 zugeordnet ist, so dass kein Lichtstrahlsignal empfangen wird. Ferner laufen die aus der zweiten Oberfläche a2 und der dritten Oberfläche a3 des lichtleitenden Gitterrads 1 heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P zum Lichtsensormodul 3 hin und treffen auf einen Teil des durch den zweiten Schlitz 42 freigelegten zweiten lichtexponierten Erfassungsbereiches 32 auf, so dass das Lichtsensormodul 3 in der zweiten Position (2) des lichtleitenden Gitterrads 1 ein Signal [0,1] erzeugt, siehe hierzu 20.
  • Anschließend dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 in eine dritte Position (3) gemäß 18, in der die aus der zweiten Oberfläche a2 und der dritten Oberfläche a3 des lichtleitenden Gitterrads 1 heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P zum Lichtsensormodul 3 hin laufen und auf den durch den ersten Schlitz 41 freigelegten ersten lichtexponierten Erfassungsbereich 31 und einen Teil des durch den zweiten Schlitz 42 freigelegten zweiten lichtexponierten Erfassungsbereiches 32 auftreffen, so dass das Lichtsensormodul 3 in der dritten Position (3) des lichtleitenden Gitterrads 1 ein Signal [1,1] erzeugt, wie dies in 20 dargestellt ist.
  • Schließlich dreht sich das lichtleitende Gitterrad 1 weiter in eine vierte Position (4) gemäß 19, in der die aus der zweiten Oberfläche a2 und der dritten Oberfläche a3 des lichtleitenden Gitterrads 1 heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P zum Lichtsensormodul 3 hin laufen und auf einen Teil des durch den ersten Schlitz 41 freigelegten ersten lichtexponierten Erfassungsbereiches 31 auftreffen. Dabei ist der zweite lichtexponierte Erfassungsbereich 32 einer als brechende Fläche 13a vorhandenen vierten Oberfläche a4 des lichtleitenden Gitterrads 1 und der ersten Oberfläche a1 der nächsten asphärischen Fläche 130 zugeordnet und empfängt daher kein Lichtstrahlsignal. Demzufolge erzeugt das Lichtsensormodul 3, wie in 20 erkennbar, in der vierten Position (4) des lichtleitenden Gitterrads 1 ein Signal [1,0].
  • Somit können einerseits durch eine sequentielle Drehung des lichtleitenden Gitterrads 1 in verschiedene Positionen, andererseits durch die Ausbildung der asphärischen Fläche 130 des lichtleitenden Gitterrads 1 bezüglich ihrer brechenden Fläche 13a und Lichtaustrittsfläche 13b in Kombination mit dem ersten freiliegenden Erfassungsbereich 31 und dem zweiten freiliegenden Erfassungsbereich 32 des Lichtsensormoduls 3 gleichzeitig 22=4 Erfassungssignale erzeugt werden. Im Einzelnen kann durch Einstellen der Breite W2 von parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P auf einen Wert, der kleiner oder gleich einem Viertel der Breite D2 (entsprechend der Breite des asphärischen Vorsprungs 1020) des aus dem ersten Sensorelement 31' und dem zweiten Sensorelement 32' bestehenden Lichtsensormoduls 3 ist (W2≤1/4D2), die Auflösung des Lichtleitencoders E verbessert werden.
  • [Drittes konkretes Ausführungsbeispiel]
  • Aus 21 und 22 gehen weitere schematische Ansichten zur beispielhaften Darstellung der Erzeugung codierter Signale durch einen abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E gemäß einem dritten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung hervor, wobei insbesondere 21 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P und dem Lichtsensormodul 3 in einer ersten Position (1) des lichtleitenden Gitterrads 1 eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E gemäß einem dritten konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 22 eine schematische Darstellung der Signalerzeugung bei dem in 21 zur Verwendung kommenden Lichtsensormodul 3 nach dem Empfang eines Lichtstrahls zeigt.
  • Im Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen besteht das Lichtsensormodul 3 in diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten Sensorelement 31', einem zweiten Sensorelement 32', einem dritten Sensorelement 33' und einem vierten Sensorelement 34', welche die gleiche Breite D3 haben. Durch eine erste Öffnung 41, eine zweite Öffnung 42, eine dritte Öffnung 43 und eine vierte Öffnung 44 des Gitters 4 können jeweils ein erster freiliegender Erfassungsbereich 31, ein zweiter freiliegender Erfassungsbereich 32, ein dritter freiliegender Erfassungsbereich 33 und ein vierter freiliegender Erfassungsbereich 34 freigelegt werden, welche zueinander versetzt angeordnet sind. Hierbei sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32, der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33 und der vierte freiliegende Erfassungsbereich 34 jeweils in mehrere Codierzonen aufgeteilt, wobei die Breite W3 von parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P kleiner oder gleich der Breite einer Codierzone ist. Wie sich aus 21 ergibt, enthalten die vorgenannten freiliegenden Erfassungsbereiche jeweils vier Codierzonen mit je einer Breite von 1/8D3.
  • Anders formuliert: In diesem konkreten Ausführungsbeispiel besitzen der erste freiliegende Erfassungsbereich 31, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32, der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33 und der vierte freiliegende Erfassungsbereich 34 jeweils eine Breite von 1/2D3. Weiter sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32, der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33 und der vierte freiliegende Erfassungsbereich 34 in der Richtung verschiedener Horizontlinien H1, H2, H3 und H4 zueinander um einen Betrag von 1/8D3 versetzt angeordnet.
  • Zusätzlich hierzu ist die Breite W3 der aus der asphärischen Fläche 130 heraustretenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P kleiner oder gleich einem Achtel der Breite D3 des Lichtsensormoduls 3, nämlich W3≤1/8D3. Der Darstellung in 21 liegt das Verhältnis W3=1/8D3 zugrunde. Wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen hat der asphärische Vorsprung 1020 auch hier eine der Breite D3 des Lichtsensormoduls 3 entsprechende Breite. In der in 21 beispielhaft dargestellten Situation treffen parallele oder subparallele Lichtstrahlen P derart auf das Lichtsensormodul 3 auf, dass von diesem ein Signal [0,0,0,0] erzeugt wird. Die im dritten konkreten Ausführungsbeispiel vom Lichtsensormodul 3 anhand der einzelnen Drehpositionen des lichtleitenden Gitterrads 1 erzeugten Signale sind der 22 zu entnehmen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel lassen sich also mit dem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E 23=8 Signale erzeugen.
  • [Viertes konkretes Ausführungsbeispiel]
  • Abschließend wird auf 23 und 24 verwiesen, wobei 23 eine schematische Teilansicht der Wechselbeziehung zwischen einem gebrochenen Lichtstrahl und dem Lichtsensormodul bei einem ersten Drehwinkel des lichtleitenden Gitterrads 1 eines abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung und 24 eine schematische Darstellung der Signalerzeugung bei dem in 23 zur Verwendung kommenden Lichtsensormodul nach dem Empfang eines Lichtstrahls zeigt.
  • In diesem konkreten Ausführungsbeispiel umfasst das Lichtsensormodul 3 des abtastenden Lichtleitencoders mit Vorwärtsfokussierung E, wie aus 23 ersichtlich, ein erstes Sensorelement 31', ein zweites Sensorelement 32' und ein drittes Sensorelement 33', welche jeweils länglich ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind, wobei das aus diesen Sensorelementen bestehende Lichtsensormodul 3 eine Breite D4 besitzt. Durch eine erste Öffnung 41a-41d des Gitters 4 wird ein bestimmter Bereich des ersten Sensorelements 31' freigelegt, so dass ein erster freiliegender Erfassungsbereiche 31a-31d entsteht. Durch eine zweite Öffnung 42a, 42b wird ein bestimmter Bereich des zweiten Sensorelements 32' freigelegt, so dass ein zweiter freiliegender Erfassungsbereich 32a, 32b entsteht. Durch eine dritte Öffnung 43 wird ein bestimmter Bereich des dritten Sensorelements 33' freigelegt, so dass ein dritter freiliegender Erfassungsbereich 33 entsteht. Die Größen der einzelnen freiliegenden Erfassungsbereiche sind der Zeichnung entnehmbar.
  • Insbesondere sind der erste freiliegende Erfassungsbereich 31a-31d, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32a, 32b und der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33 jeweils in mehrere Codierzonen aufgeteilt, wobei die Breite W4 von parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P kleiner oder gleich der Breite einer Codierzone ist. Wie in 23 gezeigt ist, enthalten der erste freiliegende Erfassungsbereich 31a-31d, der zweite freiliegende Erfassungsbereich 32a, 32b und der dritte freiliegende Erfassungsbereich 33 jeweils vier, zwei bzw. eine Codierzone(n) mit je einer Breite von 1/8D4.
  • In diesem konkreten Ausführungsbeispiel ist die Breite W4 von parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P kleiner oder gleich einem Achtel der Breite D4 des Lichtsensormoduls 3, nämlich W4≤1/8D4. Wie in den vorangehenden konkreten Ausführungsbeispielen hat der asphärische Vorsprung 1020 auch hier eine der Breite D4 des Lichtsensormoduls 3 entsprechende Breite. In der in 23 beispielhaft dargestellten Situation treffen parallele oder subparallele Lichtstrahlen P derart auf das Lichtsensormodul 3 auf, dass von diesem ein Signal [0,0,0] erzeugt wird. Die im vierten konkreten Ausführungsbeispiel vom Lichtsensormodul 3 anhand der einzelnen Drehpositionen des lichtleitenden Gitterrads 1 erzeugten Signale sind der 24 zu entnehmen. Im vorliegenden konkreten Ausführungsbeispiel lassen sich also mit dem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E 23=8 Signale erzeugen.
  • Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung folgende Vorteile: Bei dem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung kann durch die Ausgestaltung, dass jedes Sensorelement einen freiliegenden Erfassungsbereich aufweist und mehrere freiliegende Erfassungsbereiche mehrerer Sensorelemente lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie erstrecken, welche Horizontlinien parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden, erreicht werden, dass die auf das Lichtsensormodul 3 auftreffenden parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P mit den freiliegenden Erfassungsbereichen der mehreren Sensorelemente zusammenwirken, um dadurch die Auflösung des Lichtleitencoders E zu verbessern, ohne dafür die Abmessungen des lichtleitenden Gitterrads 1 und die Anzahl von asphärischen Vorsprüngen 1020 erhöhen zu müssen. Bei dem abtastenden Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung E gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ferner durch Einstellen der Krümmung der Scheitelfläche des asphärischen Vorsprungs 1020 die Strahlbreite von parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen P eingestellt oder jeder asphärische Vorsprung 1020 der zahnradförmigen Struktur 102 so breit wie das Lichtsensormodul 3 ausgeführt sein, um somit eine gewünschte Auflösung zu erreichen.
  • Das oben Beschriebene stellt keine Einschränkung der Patentansprüche der Erfindung dar, sondern dient lediglich der Darstellung möglicher bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Jede gleichwertige Abänderung, die aus der Beschreibung bzw. den Zeichnungen der Erfindung ableitbar ist, fällt daher in den Schutzumfang der Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • E
    Lichtleitencoder
    1a, 1
    Lichtleitendes Gitterrad
    101
    Lichtleitender Grundkörper
    102
    Äußere zahnradförmige Struktur
    1020
    Asphärischer Vorsprung
    103
    Innere zahnradförmige Struktur
    1030
    Asphärischer Vorsprung
    11
    Ringförmige Lichteintrittsfläche
    110
    Asphärische Fläche
    13
    Ringförmige Lichtaustrittsfläche
    130
    Asphärische Fläche
    13a
    Brechende Fläche
    13b
    Lichtaustrittsfläche
    2a, 2
    Leuchtmodul
    3a, 3
    Lichtsensormodul
    31'
    Erstes Sensorelement
    32'
    Zweites Sensorelement
    33'
    Drittes Sensorelement
    34'
    Viertes Sensorelement
    31, 31a-31d
    Erster freiliegender Erfassungsbereich
    32, 32a, 32b
    Zweiter freiliegender Erfassungsbereich
    33
    Dritter freiliegender Erfassungsbereich
    34
    Vierter freiliegender Erfassungsbereich
    4
    Gitter
    41, 41a-41d
    Erste Öffnung
    42, 42a, 42b
    Zweite Öffnung
    43
    Dritte Öffnung
    44
    Vierte Öffnung
    5
    Reflektor
    S1, S2
    Lichtempfindlicher Chip
    a1
    Erste Oberfläche
    a2
    Zweite Oberfläche
    a3
    Dritte Oberfläche
    a4
    Vierte Oberfläche
    d
    Projektionsbreite
    A
    Asphärische Struktur
    S
    Sphärische Struktur
    L
    Einfallender Lichtstrahl
    P
    Parallele Lichtstrahlen
    H1, H2, H3, H4
    Horizontlinie
    W, W1, W2, W3, W4, D1, D2, D3, D4
    Breite

Claims (11)

  1. Abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung (E), umfassend: - ein lichtleitendes Gitterrad (1), - ein Leuchtmodul (2), das von dem lichtleitenden Gitterrad (1) umringt ist, und - ein Lichtsensormodul (3), das mehrere benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad (1) angeordnete Sensorelemente (31', 32', 33', 34') umfasst, wobei jedes der Sensorelemente (31', 32', 33', 34') einen freiliegenden Erfassungsbereich (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) aufweist und die mehreren freiliegenden Erfassungsbereiche (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) der mehreren Sensorelemente (31', 32', 33', 34') lateral zueinander versetzt angeordnet sind und sich in Querrichtung jeweils entlang einer Horizontlinie (H1, H2, H3, H4) erstrecken, welche Horizontlinien (H1, H2, H3, H4) parallel zueinander ausgerichtet sind und sich voneinander unterscheiden, wobei ein vom Leuchtmodul (2) erzeugter einfallender Lichtstrahl (L) durch das lichtleitende Gitterrad (1) hindurchtritt, um auf das Lichtsensormodul (3) auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen (P) zu erzeugen, wobei der freiliegende Erfassungsbereich (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) jedes der Sensorelemente (31', 32', 33', 34') in mehrere Codierzonen aufgeteilt ist, wobei die Strahlbreite der parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen (P) kleiner oder gleich der Breite einer Codierzone ist.
  2. Der Lichtleitencoder nach Anspruch 1, umfassend ferner ein Gitter (4), das sich zwischen dem lichtleitenden Gitterrad (1) und dem Lichtsensormodul (3) befindet und mehrere zum Freilegen der mehreren freiliegenden Erfassungsbereiche (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) dienende Schlitze umfasst.
  3. Der Lichtleitencoder nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das lichtleitende Gitterrad (1) einen lichtleitenden Grundkörper (101) und eine an einer umlaufenden Außenfläche des lichtleitenden Grundkörpers (101) ausgebildete äußere zahnradförmige Struktur (102) umfasst, wobei die umlaufende Innenfläche des lichtleitenden Grundkörpers (101) eine ringförmige Lichteintrittsfläche (11) bildet, wobei die äußere zahnradförmige Struktur (102) eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, Hauptachse-behafteten sphärischen oder asphärischen Flächen (130) bestehende ringförmige Lichtaustrittsfläche (13) aufweist und durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge (1020) gebildet ist, wobei der vom Leuchtmodul (2) erzeugte einfallende Lichtstrahl (L) über die ringförmige Lichteintrittsfläche (11) in das lichtleitende Gitterrad (1) gelangt und die ringförmige Lichtaustrittsfläche (13) der äußeren zahnradförmigen Struktur (102) durchdringt, um auf das Lichtsensormodul (3) auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen (P) zu erzeugen.
  4. Der Lichtleitencoder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das lichtleitende Gitterrad (1) einen lichtleitenden Grundkörper (101) und eine an einer umlaufenden Innenfläche des lichtleitenden Grundkörpers (101) ausgebildete innere zahnradförmige Struktur (103) umfasst, wobei die umlaufende Außenfläche des lichtleitenden Grundkörpers (101) eine ringförmige Lichtaustrittsfläche (13) bildet, wobei die innere zahnradförmige Struktur (103) eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, Hauptachse-behafteten sphärischen oder asphärischen Flächen (110) bestehende ringförmige Lichteintrittsfläche (11) aufweist und durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge (1030) gebildet ist, wobei der vom Leuchtmodul (2) erzeugte einfallende Lichtstrahl (L) über die ringförmige Lichteintrittsfläche (11) der inneren zahnradförmigen Struktur (103) in das lichtleitende Gitterrad (1) gelangt und die ringförmige Lichtaustrittsfläche (13) durchdringt, um auf das Lichtsensormodul (3) auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen (P) zu erzeugen.
  5. Der Lichtleitencoder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das lichtleitende Gitterrad (1) einen lichtleitenden Grundkörper (101), eine an einer umlaufenden Außenfläche des lichtleitenden Grundkörpers (101) ausgebildete äußere zahnradförmige Struktur (102) und eine an einer umlaufenden Innenfläche des lichtleitenden Grundkörpers (101) ausgebildete innere zahnradförmige Struktur (103) umfasst, wobei die äußere zahnradförmige Struktur (102) eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, Hauptachse-behafteten sphärischen oder asphärischen Flächen (130) bestehende ringförmige Lichtaustrittsfläche (13) aufweist und durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge (1020) gebildet ist, während die innere zahnradförmige Struktur (103) eine aus mehreren sequentiell miteinander verbundenen, Hauptachse-behafteten sphärischen oder asphärischen Flächen (110) bestehende ringförmige Lichteintrittsfläche (11) aufweist und durch mehrere über den ganzen Umfang sequentiell miteinander verbundene asphärische Vorsprünge (1030) gebildet ist, wobei ein vom Leuchtmodul (2) erzeugter einfallender Lichtstrahl (L) über die ringförmige Lichteintrittsfläche (11) der inneren zahnradförmigen Struktur (103) in das lichtleitende Gitterrad (1) gelangt und die ringförmige Lichtaustrittsfläche (13) der äußeren zahnradförmigen Struktur (102) durchdringt, um auf das Lichtsensormodul (3) auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen (P) zu erzeugen.
  6. Der Lichtleitencoder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das lichtleitende Gitterrad (1) mehrere asphärische Vorsprünge (1020, 1030) aufweist, wobei jeder der asphärischen Vorsprünge (1020, 1030) über eine asphärische Fläche (130, 110) verfügt, wobei der vom Leuchtmodul (2) erzeugte einfallende Lichtstrahl (L) durch Drehen des lichtleitenden Gitterrads (1) durch einen Abschnitt der zugeordneten asphärischen Fläche (130, 110) hindurchtritt oder am übrigen Abschnitt der zugeordneten asphärischen Fläche (130, 110) gebrochen wird.
  7. Der Lichtleitencoder nach Anspruch 6, bei dem die asphärische Fläche (130, 110) des lichtleitenden Gitterrads (1) aus zwei brechenden Flächen (13a) und einer zwischen den beiden brechenden Flächen (13a) geschalteten Lichtaustrittsfläche (13b) besteht.
  8. Der Lichtleitencoder nach Anspruch 6 oder 7, bei dem ein Anteil des einfallenden Lichtstrahls (L) durch Drehen des lichtleitenden Gitterrads (1) durch die zugeordnete Lichtaustrittsfläche (13b) hindurchtritt.
  9. Der Lichtleitencoder nach Anspruch 7, bei dem ein Anteil des einfallenden Lichtstrahls (L) an der brechenden Fläche (13a) gebrochen wird.
  10. Der Lichtleitencoder nach Anspruch 7, bei dem die parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen (P) eine der Breite der Lichtaustrittsfläche (13b) entsprechende Strahlbreite haben.
  11. Abtastender Lichtleitencoder mit Vorwärtsfokussierung (E), umfassend: - ein lichtleitendes Gitterrad (1), das einen lichtleitenden Grundkörper (101) und eine zahnradförmige Struktur (102, 103) umfasst, wobei die zahnradförmige Struktur (102, 103) mehrere asphärische Vorsprünge (1020, 1030) aufweist, - ein Leuchtmodul (2), das von dem lichtleitenden Gitterrad (1) umringt ist, und - ein Lichtsensormodul (3), das benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad (1) angeordnet ist, wobei ein vom Leuchtmodul (2) erzeugter einfallender Lichtstrahl (L) durch das lichtleitende Gitterrad (1) hindurchtritt, um auf das Lichtsensormodul (3) auftreffende parallele oder subparallele, d.h. annähernd parallel verlaufende, Lichtstrahlen (P) zu erzeugen, wobei die Strahlbreite der parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen (P) über die Krümmung der Scheitelfläche des asphärischen Vorsprungs (1020, 1030) eingestellt wird, wobei das Lichtsensormodul (3) mehrere benachbart zu dem lichtleitenden Gitterrad (1) angeordnete Sensorelemente (31', 32', 33', 34') umfasst, wobei jedes der Sensorelemente (31', 32', 33', 34') einen freiliegenden Erfassungsbereich (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) aufweist, wobei der freiliegende Erfassungsbereich (31, 31a-31d, 32, 32a, 32b, 33, 34) jedes der Sensorelemente (31', 32', 33', 34') in mehrere Codierzonen aufgeteilt ist, wobei die Strahlbreite der parallelen oder subparallelen Lichtstrahlen (P) kleiner oder gleich der Breite einer Codierzone ist.
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