DE112005000685T5

DE112005000685T5 - Drehbarer optischer Codierer

Info

Publication number: DE112005000685T5
Application number: DE112005000685T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Musha; Toru Oka; Yoichi Ohmura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP4531750B2; KR100818018B1; KR20060130687A; US20070272840A1; CN1938565A; WO2005095898A1; TW200600831A; CN100451560C; TWI297081B; US7405392B2; DE112005000685B4; JPWO2005095898A1

Abstract

Optischer Codierer, der folgendes aufweist:
– eine drehbare Schlitzplatte mit einer Drehwinkel-Abtastspur, die von optischen Schlitzen gebildet ist;
– eine Lichtquelle, um die optischen Schlitze mit Licht zu beaufschlagen;
– Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung, die in entsprechender Relation an Positionen angeordnet sind, auf die Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, zu den optischen Schlitzen aufgebracht wird, so daß sie Licht empfangen, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird; und
– Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, die an mehreren Orten auf einem Umfang in entsprechender Relation in Positionen angeordnet sind, auf die Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, zu den optischen Schlitzen aufgebracht wird, so daß sie das Licht empfangen, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird,
wobei die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung eine Winkelbreite haben, die ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung, auf...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen drehbaren optischen Codierer. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Stabilisierung eines Lichtmengen-Überwachungssignals bei einem derartigen drehbaren optischen Codierer.
Stand der Technik
Ein drehbarer optischer Codierer weist im allgemeinen folgendes auf: eine Lichtquelle; eine drehbare Schlitzplatte, die an einem Motor angebracht und mit Drehwinkel-Abtastspuren versehen ist, welche von optischen Schlitzen gebildet sind, um das von der Lichtquelle emittierte Licht in impulsförmiges Licht umzuwandeln; und Drehwinkelabtastungs-Lichtempfänger, die für die photoelektrische Umwandlung des darauf gebildeten impulsförmigen Lichtes verantwortlich sind.
Die Drehwinkelabtastungs-Lichtempfänger haben Lichtempfängermuster mit einem Abstand, der dem Abstand der optischen Schlitze entspricht. Die Drehwinkelabtastungs-Lichtempfänger wandeln das von der Lichtquelle emittierte und von den optischen Schlitzen modulierte Licht in elektrische Signale um, und die auf diese Weise umgewandelten elektrischen Signale werden beobachtet, um den Drehwinkel des Motors abzutasten.
Mit diesem Typ von drehbarem optischen Codierer ist beabsichtigt, Schwankungen der Lichtmenge der Lichtquelle zu überwachen, ohne die äußeren Dimensionen der dreh baren Schlitzplatte zu vergrößern und ohne Verluste bei der Ausgabe eines Drehwinkel-Abtastsignals hinzunehmen.
Beispielsweise ist in der Patentveröffentlichung (1) mit dem Titel "Absoluter Codierer" in den Ansprüchen ein absoluter optischer Codierer angegeben, der folgendes aufweist: eine drehbare Schlitzplatte mit Drehpositions-Abtastspuren (Drehwinkel-Abtastspuren) aus optischen Schlitzen; Licht-emittierende Elemente (Lichtquellen), um Licht zu emittieren; eine feste Schlitzplatte mit Drehpositions-Abtastschlitzen, die den Drehpositions-Abtastspuren entsprechen, und mit Lichtmengen-Überwachungsschlitzen zur Überwachung der Lichtmengen von den Licht-emittierenden Elementen; Lichtempfängerelemente für die Drehpositionsabtastung, die in entsprechenden Relationen zu den Drehpositions-Abtastschlitzen angeordnet sind; und Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, die in entsprechenden Relationen mit den Lichtmengen-Überwachungsschlitzen angeordnet sind.
Bei diesem absoluten optischen Codierer sind die Lichtmengen-Überwachungsschlitze der festen Schlitzplatte in einer Umfangsrichtung in entsprechenden Relationen mit den Drehpositions-Abtastspuren der drehbaren Schlitzplatte angeordnet, und einige der Drehpositions-Abtastspuren sind auch wirksam, daß sie als Lichtmengen-Überwachungsspuren fungieren.
Es ist auch angegeben, daß die Breite (Winkelbreite) der Lichtmengen-Überwachungsschlitze in der Umfangsrichtung ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes (Winkelintervalls) der optischen Schlitze ist, welche die Drehpositions-Abtastspuren bilden, welche auch als Lichtmengen-Überwachungsspuren dienen.
Patentveröffentlichung (1):

Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 6-294 666

Erläuterung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Wenn bei dem oben beschriebenen Aufbau des herkömmlichen drehbaren optischen Codierers die relative Position einer Motorachse und der drehbaren Schlitzplatte sowie die relative Position der optischen Schlitze auf der drehbaren Schlitzplatte und ein Lichtmengen-Überwachungsmuster der Lichtempfänger geeignet eingestellt sind, dann wird die Breite der Lichtmengen-Überwachungsschlitze in der Umfangsrichtung so gesteuert, daß es ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes der optischen Schlitze ist, welche die Drehpositions-Abtastspuren bilden. In diesem Falle tritt keine Schwankung bei dem Lichtmengen-Überwachungssignal auf, so daß eine konstante Signalstärke bezüglich der Drehung der drehbaren Schlitzplatte kontinuierlich geliefert wird.
Wenn jedoch ein Fehler im Stadium der Montage, der Einstellung usw. beispielsweise als Abweichung der relativen Position der Motorachse und der drehbaren Schlitzplatte (Auslenkung der drehbaren Schlitzplatte) oder eine Abweichung der relativen Position des Musters der optischen Schlitze auf der drehbaren Schlitzplatte und des Lichtmengen-Überwachungsmusters der Lichtempfänger auftritt, so weicht die Breite der Lichtmengen-Überwachungsschlitze in der Umfangsrichtung von einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes der optischen Schlitze ab, welche die Drehpositions-Abtastspuren bilden.
In diesem Falle tritt eine sinusförmige Schwankung des Lichtmengen-Überwachungssignals bei der Drehung der drehbaren Schlitzplatte auf, mit der Folge, daß kein stabiles Signal geliefert wird. Es ist daher unmöglich festzustellen, ob die Schwankung des Lichtmengen-Überwachungssignals aus einem Fehler resultiert, der im Stadium der Montage, der Einstellung oder dergleichen hervorgerufen wird, oder von einer Schwankung der Lichtemissionsintensität der Lichtquelle stammt. Infolgedessen ist das Lichtmengen-Überwachungssignal nicht in der Lage, seine Funktion zu erfüllen.
Die oben beschriebene Abweichung von einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes hängt ab von dem Verhältnis des Abweichungsbetrages (Fehlergröße) der jeweiligen relativen Position zu einem Abstand von der Drehachse der drehbaren Schlitzplatte zu dem Lichtmengen-Überwachungsmuster (Radius der Drehwinkel-Abtastspuren). Somit nimmt der Wert der Abweichung von einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes zu, insbesondere dann, wenn dieser Radius der Drehwinkel-Abtastspuren reduziert worden ist, um den Codierer mit kleinen Abmessungen zu bauen.
In diesem Falle hat die sinusförmige Schwankung einen wachsenden Einfluß. Sogar wenn die Drehwinkel-Abtastspuren auch wirksam sind, um als Lichtmengen-Überwachungsspuren zu dienen, um die drehbare Schlitzplatte sowie den gesamten Aufbau der Vorrichtung bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik auf kleinere Abmessungen zu bringen, ist es daher so, daß eine konstante Signalstärke nicht kontinu ierlich geliefert werden kann, ohne Vorkehrungen für den oben erwähnten Fehler zu treffen, der im Stadium der Montage hervorgerufen wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die oben beschriebenen Probleme beim Stand der Technik zu lösen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen drehbaren optischen Codierer mit geringeren Abmessungen anzugeben, der einen hohen Grad an Abtastgenauigkeit besitzt und in der Lage ist, ein Lichtmengen-Überwachungssignal auch dann zu stabilisieren, wenn eine Fehler im Stadium der Montage, der Einstellung oder dergleichen auftreten sollte.
Mittel zum Lösen der Probleme
Ein optischer Codierer gemäß der Erfindung weist folgendes auf: eine drehbare Schlitzplatte mit einer Drehwinkel-Abtastspur, die von einem optischen Schlitz gebildet ist; eine Lichtquelle, um Licht auf den optischen Schlitz aufzubringen; Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung, die in entsprechenden Relationen in Positionen angeordnet sind, auf welche von der Lichtquelle emittiertes Licht zu dem optischen Schlitz aufgebracht wird, so daß sie das Licht empfangen, das von der Lichtquelle emittiert und durch den optischen Schlitz durchgelassen wird; und Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, die an mehreren Orten auf einem Umkreis oder Umfang in entsprechenden Relationen in Positionen angeordnet sind, auf die von der Lichtquelle emittiertes Licht zu dem optischen Schlitz aufgebracht wird, so daß sie das von der Lichtquelle emittierte und durch den optischen Schlitz hindurchgelassene Licht empfangen.
Bei diesem drehbaren optischen Codierer haben die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung eine Winkelbreite, die ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung, auf den Oberflächen der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, von Licht ist, das von der Lichtquelle emittiert und durch den optischen Schlitz durchgelassen wird.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist die Drehwinkel-Abtastspur auch wirksam, um als Lichtmengen-Überwachungsspur zu dienen, so daß eine dimensionsmäßige Verkleinerung der Vorrichtung realisiert wird. Weiterhin haben die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung eine Winkelbreite in Umfangsrichtung, die so gesteuert ist, daß sie ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung von Licht ist, das von der Lichtquelle emittiert und durch den optischen Schlitz auf die Oberflächen der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung durchgelassen wird. Mit anderen Worten, die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung sind so konzipiert, daß sie eine Winkelbreite besitzen, die einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes des optischen Schlitzes besitzen. Dies ermöglicht eine Unterdrückung von pulsierenden Schwankungen eines Lichtmengen-Überwachungssignals.
Ein Fehler, der im Stadium der Montage, der Einstellung und dergleichen erzeugt wird, übt einen größeren Einfluß infolge der geringeren Abmessungen der gesamten Struktur der Vorrichtung aus, was zu größeren sinusförmigen Schwankungen der Stärke des Lichtmengen-Überwachungssignals führt. Dementsprechend sind Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung an mehreren Orten auf einem Umkreis oder Umfang angeordnet. Dies reduziert den oben erwähnten Einfluß eines Fehlers, der im Stadium der Montage, der Einstellung oder dergleichen hervorgerufen wird.
Somit kann ein drehbarer optischer Codierer mit reduzierten Abmessungen mit einem hohen Grad an Abtastgenauigkeit zur Verfügung gestellt werden, der in der Lage ist, ein stabiles Lichtmengen-Überwachungssignal zu liefern, auch wenn ein Fehler auftritt, der im Stadium der Montage, der Einstellung oder dergleichen hervorgerufen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung der Gesamtstruktur eines drehbaren optischen Codierers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt die Struktur einer drehbaren Schlitzplatte gemäß 1, die eine Draufsicht gemäß 2(a), welche diese drehbare Schlitzplatte in ihrer Gesamtheit zeigt, und eine Draufsicht gemäß 2(b) umfaßt, die einen Teil der Struktur gemäß 2(a) in vergrößerter Darstellung zeigt;
3 zeigt die Struktur einer Gruppe von Lichtempfängerelementen und umfaßt eine Draufsicht gemäß 3(a), die die Gruppe von Lichtempfängerelementen in ihrer Gesamtheit zeigt, sowie eine Draufsicht gemäß 3(b), die einen Teil der Struktur gemäß 3(a) in vergrößerter Darstellung zeigt;
4 ist ein charakteristischer Graph gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, der den Einfluß des Radius von einer Drehwinkel-Abtastspur auf die sinusförmige Änderung eines Lichtmengen-Überwachungssignals zeigt;
5 ist ein charakteristischer Graph gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, der Lichtmengen-Überwachungssignale zeigt, die von zwei Lichtempfängerelementen für die Lichtmengenüberwachung gesendet werden;
6 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung der Struktur einer Gruppe von Lichtempfängerelementen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung des Gesamtaufbaus eines drehbaren optischen Codierers gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Alternative des Gesamtaufbaus für den drehbaren optischen Codierer gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung der Struktur einer Gruppe von Lichtempfängerelementen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung einer Alternative der Struktur einer Gruppe von Lichtempfängerelementen gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
11 zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Gesamtaufbaus eines drehbaren optischen Codierers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
12 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung der Struktur einer Gruppe von Lichtempfängerelementen gemäß 11;
13 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung der Struktur einer Gruppe von Lichtempfängerelementen gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und
14 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung des Gesamtaufbaus eines drehbaren optischen Codierers gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Erläuterung der Bezugszeichen

1, 1a bis 1d: Lichtquelle
2: Gruppe von Lichtempfängerelementen
2a bis 2d: Lichtempfängerelementeinheit
3: Lichtempfänger
4: drehbare Schlitzplatte
5: Drehwinkel-Abtastspur
51: Schlitz (optisch transparenter Bereich)
52: optisch nicht-transparenter Bereich
53: reflektierender Bereich
6: Motorachse
7: konkaver Spiegel
10: Drehachse der drehbaren Schlitzplatte
11: Mittelpunkt der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung
12: Mittellinie der Drehwinkel-Abtastspur
20: Mittelpunkt der Abtastspur vom Lichtempfängerelement
21a bis 21d: Lichtempfängerelement für die Positionsüberwachung
22a bis 22d: Drehwinkel-Abtastbereich
23a bis 23d: Lichtempfängerelement für Lichtmengenüberwachung
24: Mittellinie der Lichtempfängerelementspur
31: Lichtempfängerelement für die Drehwinkelabtastung

Beste Ausführungsformen zur Realisierung der Erfindung
Erste Ausführunsgform
Die 1, 2 und 3 zeigen den Aufbau eines drehbaren optischen Codierers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 1 zeigt eine Schnittansicht des Gesamtaufbaus. 2(a) ist eine Draufsicht einer drehbaren Schlitzplatte, und 2(b) ist eine Draufsicht zur Erläuterung eines Teiles (kreisförmigen Teiles) der Struktur gemäß 2(a) in einer vergrößerten Darstellung. 3(a) zeigt eine Draufsicht einer Gruppe von Lichtempfängerelementen, und 3(b) zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung eines Teiles (kreisförmigen Teiles) der Struktur gemäß 3(a) in einer vergrößerten Darstellung.
Eine drehbare Schlitzplatte 4 ist an einer Motorachse 6 angebracht. Die drehbare Schlitzplatte 4 hat eine Drehwinkel-Abtastspur 5, die in 2(a) mit einer Schraffierung dargestellt ist und optische Schlitze aufweist, wobei eine Vielzahl von optisch transparenten Bereichen 51 und optisch nicht-transparenten Bereichen 52 längs des Umfanges angeordnet sind.
Von einer Lichtquelle 1 emittiertes Licht 8 wird von einem konkaven Spiegel 7 in im wesentlichen parallele Lichtstrahlen 9 umgewandelt. Die im wesentlichen parallelen Lichtstrahlen 9 werden zu dem gesamten Umfang der optischen Schlitze der Drehwinkel-Abtastspur 5 geführt, die auf der drehbaren Schlitzplatte 4 vorgesehen sind. Das Licht, das durch diese optischen Schlitze hindurchgegangen ist, also das Licht, das durch die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgegangen ist, wird von einer Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen empfangen, die auf einem Lichtempfänger 3 vorgesehen sind, und dann einer photoelektrischen Umwandlung unterzogen.
Zu diesem Zeitpunkt wird eine periodische Lichtintensitätsverteilung, die dem Winkelintervall des optischen Schlitzes entspricht, auf der Oberfläche des Lichtempfängers 3 gebildet. Die Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen ist gemäß dem Winkelintervall dieser Lichtintensitätsverteilung angeordnet, wie es nachstehend im einzelnen erläutert ist.
Wie in der teilweise vergrößerten Darstellung gemäß 2(b) gezeigt, wird angenommen, daß eine Mittellinie 12 der Drehwinkel-Abtastspur 5 in einem Abstand von einem Mittelpunkt 11 einer Abtastspur für die Drehwinkelabtastung der drehbaren Schlitzplatte 4 vorgesehen ist, und zwar in einem Abstand von einem Radius R1; die optisch transparenten Bereiche 51 haben jeweils eine Breite W1 in einer Radiusrichtung, wobei die Mittellinie 12 das Zentrum der Spur ist.
Die optisch transparenten Bereiche 51 und die optisch nicht-transparenten Bereiche 52, die in 2(b) mit einer Schraffierung dargestellt sind, sind periodisch längs des Umfanges angeordnet, und zwar um die Mittellinie 12 der Drehwinkel-Abtastspur 5 und mit einem Winkelintervall oder Winkelabstand P. Das bedeutet, daß das Winkelintervall oder der Winkelabstand der optischen Schlitze mit P bezeichnet ist.
Der Lichtempfänger 3 weist beispielsweise die Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen sowie die Lichtquelle 1 auf, die der einen Hauptoberfläche der drehbaren Schlitzplatte 4 gegenüberliegt. Die Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen weist Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung, Lichtempfängerelemente 23a, 23b für die Lichtmengenüberwachung, sowie Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung auf. Die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung sind in Drehwinkel-Abtastbereichen 22a bis 22d vorgesehen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung in den Drehwinkel-Abtastbereichen 22a bis 22d, die zwei Lichtempfängerelemente 23a, 23b für die Lichtmengenüberwachung sowie die vier Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung in derselben Ebene und längs desselben Umfanges angeordnet; sie bilden zusammen eine Lichtempfängerelementspur.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet die Anordnung längs desselben Umfanges beispielsweise für den optisch transparenten Bereich 51 und den optisch nicht-transparenten Bereich 52, daß das Zentrum (Mittelpunkt) des optisch transparenten Bereiches 51 in der Radiusrichtung und das Zentrum (Mittelpunkt) des optisch nicht-transparenten Bereiches 52 in der Radiusrichtung längs desselben Umfanges angeordnet sind.
Wenn die Zentren der optisch transparenten Bereiche 51 in der Radiusrichtung und die Zentren der optisch nicht-transparenten Bereiche 52 in der Radiusrichtung nicht auf demselben Umfang liegen, so sind doch einige der optisch transparenten Bereiche 51 und einige der optisch nicht-transparenten Bereiche 52 längs desselben Umfanges angeordnet, und man sagt, daß die optisch transparenten Bereiche 51 und die optisch nicht-transparenten Bereiche 52 längs des Umfanges angeordnet sind. Dies gilt für jedes der Lichtempfängerelemente.
Im folgenden wird auf 3 Bezug genommen. Es wird angenommen, daß eine Mittellinie 24 der Lichtempfängerelementspur in einem Abstand von einem Mittelpunkt 20 der Abtastspur von Lichtempfängerelementen ausgebildet ist, und zwar in einem Abstand vom Radius R1'. Die Lichtempfängerelemente in der Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen sind auf demselben Umfang ausgebildet, wobei die Mittellinie 24 der Lichtempfängerelementspur das Zentrum (Mittelpunkt) in der Radiusrichtung ist.
Die Struktur der Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen ist so ausgebildet, daß die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung in den Drehwinkel-Abtastbereichen 22a bis 22d mit einem bestimmten Winkelintervall oder Winkelabstand P' angeordnet sind, und zwar entsprechend dem Winkelintervall oder Winkelabstand P der optischen Schlitze bzw. der optisch transparenten Bereiche 51.
Mit anderen Worten, die periodische Lichtintensitätsverteilung, entsprechend dem Winkelabstand der optischen Schlitze, wird auf den Oberflächen der Lichtempfänger elemente 31 für die Drehwinkelabtastung gebildet, und die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung sind gemäß dem Winkelintervall P' dieser Lichtintensitätsverteilung angeordnet. Bei dieser Ausführungsform werden parallele Lichtstrahlen auf die drehbare Schlitzplatte 4 aufgebracht, und die vier Drehwinkel-Abtastbereiche 22a bis 22d sind längs desselben Umfanges angeordnet.
Die beiden Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung haben die gleiche Struktur und sind gleichmäßig beabstandet längs desselben Umfanges wie die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung angeordnet, wobei die Mittellinie 24 der Lichtempfängerelementspur als Zentrum fungiert.
Das bedeutet, die beiden Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung sind um 180° versetzt zueinander bezüglich des Mittelpunktes 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente angeordnet. Mit anderen Worten, die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung bilden einen Winkel von 180° zwischeneinander bezüglich des Mittelpunktes 20.
Der Mittelpunkt 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente fällt mit dem Mittelpunkt des Umfanges zusammen, längs dessen die Lichtempfängerelemente 23a und 23b angeordnet sind.
Die vier Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung haben die gleiche Struktur, und sie sind gleichmäßig beabstandet längs desselben Umfanges wie die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung angeordnet, wobei die Mittellinie 24 der Lichtempfängerelementspur als Zentrum fungiert.
Das bedeutet, die vier Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung sind um 90° voneinander versetzt angeordnet, wobei der Mittelpunkt 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente als Zentrum fungiert. Der Mittelpunkt 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente fällt mit dem Zentrum eines Kreises zusammen, der einen Umfang bildet, längs dessen die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d angeordnet sind.
Die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung haben jeweils eine Breite W2 in der Radiusrichtung mit der Mittellinie 24 der Lichtempfängerelementspur als Zentrum. Das Bezugszeichen W1' gemäß 3 gibt die Breite der Radiusrichtung eines Bereiches der Oberflächen der Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung an, auf welche von der Lichtquelle 1 emittiertes und durch die optischen Schlitze, also die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgelassenes Licht aufgebracht wird.
In 3 bezeichnen die Schraffierungen den Bereich der Oberflächen der Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung, auf welche von der Lichtquelle 1 emittiertes und durch die optischen Schlitze bzw. die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgelassenes Licht aufgebracht wird. Die Breite W1' ist in einer entsprechenden Relation mit der Breite W1 der optisch transparenten Bereiche 51 in der Radiusrichtung bestimmt, wie es in 2 dargestellt ist.
Es wird eine Relation W1 = W1' verwendet, wenn parallele Lichtstrahlen auf die drehbare Schlitzplatte 4 aufgebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Breite W2 und W1' so vorgegeben, daß eine Relation W1' > W2 gilt. Dies verhindert die Reduzierung der Signalstärke der Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung, auch wenn ein Fehler im Stadium der Montage, Einstellung oder dergleichen auftreten sollte.
Eine Relation R1 = R1' wird ausgebildet, wenn parallele Lichtstrahlen 9 auf die drehbare Schlitzplatte 4 aufgebracht werden.
Um kontinuierlich ein Signal mit konstanter Stärke unabhängig von der Drehung der drehbaren Schlitzplatte 4 zu erhalten, ist gemäß 3 vorgesehen, daß jede Winkelbreite in der Umfangsrichtung der Lichtempfängerelemente 23a, 23b für die Lichtmengenüberwachung und der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung so vorgegeben ist, daß die folgende Relation erfüllt ist: Winkelbreite = P' × ganze Zahl.
Dabei ist P' das Winkelintervall der Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung.
Mit anderen Worten, die Winkelbreite der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung (die Winkelbreite in der Umfangsrichtung ist in 3(b) beispielsweise mit Wθ dargestellt) ist ein ganzzahliges Vielfaches des Win kelintervalls der Intensitätsverteilung des von der Lichtquelle 1 emittierten und durch die optischen Schlitze bzw. die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgelassenen Lichtes auf den Oberflächen der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung.
Die Winkelbreite der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung (Winkelbreite in der Umfangsrichtung) ist ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung von Licht, das von der Lichtquelle 1 emittiert und durch die optischen Schlitze bzw. die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgegangen ist, auf den Oberflächen der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung.
Die ideale Anordnung für die drehbare Schlitzplatte 4 ist derart, daß der Mittelpunkt 11 der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung auf der drehbaren Schlitzplatte 4 und der Mittelpunkt 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente beide auf der Drehachse 10 der drehbaren Schlitzplatte 4 liegen.
Aufgrund von Fehlern im Stadium der Montage, der Einstellung und dergleichen können aber Abweichungen des Mittelpunktes 11 der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung von der Drehachse 10 der drehbaren Schlitzplatte 4, sowie positionsmäßige Abweichungen zwischen dem Mittelpunkt 11 der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung und dem Mittelpunkt 20 der Abtastspur für die Lichtempfängerelemente auftreten.
In diesem Falle besteht keine Koinzidenz zwischen der Mittellinie 12 der Drehwinkel-Abtastspur 5 und der Mittellinie 24 der Lichtempfängerelementspur, mit der Folge, daß die Bedingung eines ganzzahligen Vielfachen von P' nicht erfüllt ist. Somit werden die Signale von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung (Überwachungssignale) nicht immer in Bezug auf die Drehung der drehbaren Schlitzplatte 4 konstantgehalten, sondern ändern sich sinusförmig bezüglich des Drehwinkels.
4 und 5 geben spezielle Beispiele von solchen sinusförmigen Änderungen und zeigen Überwachungssignale, die erhalten werden, wenn der Mittelpunkt 11 der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung auf der drehbaren Schlitzplatte 4 von dem Mittelpunkt 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente beispielsweise um 50 μm abweicht. In 4 und 5 gibt die horizontale Achse jeweils die Drehwinkel der drehbaren Schlitzplatte an, während die vertikale Achse jeweils die Stärke der Überwachungssignale zeigt.
Im folgenden wird auf 4 Bezug genommen. Die gestrichelten und ausgezogenen Linien zeigen Überwachungssignale, die von dem Lichtempfängerelement 23a für die Lichtmengenüberwachung abgegeben werden, wenn der Radius R1 = R1' = 20 mm bzw. wenn der Radius R1 = R1' = 3 mm ist. Wie in 4 dargestellt, ist die sinusförmige Schwankung des Lichtmengen-Überwachungssignals beim Auftreten eines Auslenkungs- oder Einstellungsfehlers beträchtlich bei der Reduzierung des Radius der Mittellinie 12 der Drehwinkel-Abtastspur der drehbaren Schlitzplatte 4, nämlich bei der Reduzierung des Radius der drehbaren Schlitzplatte 4 insgesamt.
5 zeigt Überwachungssignale, die von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung abgegeben werden, wenn der Radius R1 = R1' = 3 mm beträgt. Bei der Darstellung in 5 gibt eine durchgezogene Linie ein Überwachungssignal von einem Lichtempfängerelement 23a für die Lichtmengenüberwachung an, und eine andere strichpunktierte Linie gibt ein Überwachungssignal von dem anderen Lichtempfängerelement 23b für die Lichtmengenüberwachung an.
Gemäß 5 gilt folgendes. Beim Auftreten eines Ablenkungs- oder Einstellungsfehlers bilden Signale von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung, die um 180° versetzt zueinander bezüglich des Mittelpunktes 20 der Abtastspur für die Lichtempfängerelemente angeordnet sind, sinusförmige Wellen, die phasenmäßig um 180° verschoben sind. Das bedeutet, durch das Aufsummieren dieser beiden Signale wird ein Überwachungssignal erhalten, das in 5 mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist und das eine reduzierte sinusförmige Schwankung besitzt.
Gemäß 3 gilt folgendes. Die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung haben jeweils eine Breite W3 in der Radiusrichtung mit der Mittellinie 4 der Lichtempfängerelementspur als Zentrum. Die folgende Relation gilt zwischen den Breiten W3 und W1': W1' > W3.
Das bedeutet, beide Enden der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung in der Radiusrichtung sind so angeordnet, daß sie innerhalb der Breitendimension in der Radiusrichtung des Bereiches der Oberflächen der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung liegen, auf welche Licht, das von der Lichtquelle 1 emittiert und durch die optischen Schlitze bzw. die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgelassen wird, aufgebracht wird. Dies ist mit einer Schraffierung in 3 angedeutet.
Auch beim Auftreten eines Fehlers im Stadium der Montage, der Einstellung und dergleichen kann somit ein Überwachungssignal mit einer konstanten Stärke abgetastet werden, ohne daß dies beeinflußt wird durch die optisch nicht-transparenten Bereiche 52, die zwischen den optisch transparenten Bereichen 51 und an beiden Enden in der Radiusrichtung der optisch transparenten Bereiche 51 der Drehwinkel-Abtastspur 5 gebildet sind.
Aufgrund eines Fehlers, der im Stadium der Montage, der Einstellung oder dergleichen auftritt, kann eine Abweichung bzw. Auslenkung des Mittelpunktes der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung von der Drehachse 10 der drehbaren Schlitzplatte 4 auftreten, und es kann eine positionsmäßige Abweichung zwischen dem Mittelpunkt 11 der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung und dem Mittelpunkt 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente und dergleichen auftreten. Ein Gesamtwert des Fehlers ε, der aus diesen Abweichungen resultiert, läßt sich folgendermaßen ausdrücken: ε > (W1' – W3)/2.
Dann wird ein Überwachungssignal durch die oben angegebenen Positionen der optisch nicht-transparenten Bereiche 52 der Drehwinkel-Abtastspur 5 beeinflußt. Dieser Gesamtwert des Fehlers ε im Stadium der Montage, Einstellung und dergleichen erfüllt in wünschenswerter Weise die folgende Bedingung: ε ≤ (W1' – W3)/2,damit die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung sich stets innerhalb des mit Licht bestrahlten Bereiches befinden.
Wie oben erläutert, sind die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung so angeordnet, daß sie einen Winkel von 180° zwischeneinander bilden, und zwar bezüglich des Mittelpunktes 20 des Umfanges, längs dessen die Licht empfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung angeordnet sind. In diesem Falle werden sinusförmige Schwankungen des Lichtmengen-Überwachungssignals, das durch einen Fehler im Stadium der Montage, Einstellung und dergleichen hervorgerufen wird, sehr wirksam reduziert.
Somit sind mindestens zwei Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung erforderlich, die unter einem Winkel von 180° zueinander angeordnet sind. Wie sich aus dem Graph ergibt, der mit einer gestrichelten Linie in 5 dargestellt ist und der durch die Aufsummierung von Überwachungssignalen von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung gebildet ist, bleiben immer noch geringfügige sinusförmige Komponenten, auch wenn die sinusförmigen Schwankungen erheblich reduziert sind.
Bei dem Beispiel gemäß 5 ist die Abweichung zwischen der drehbaren Schlitzplatte 4 (Drehwinkel-Abtastspur 5) und dem Lichtempfänger 3 (Lichtempfängerelementspur) mit 50 μm vorgegeben. Ein größerer Abweichungswert führt zu größeren sinusförmigen Komponenten in dem Graphen, der gebildet wird durch die Aufsummierung von Überwachungssignalen von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung (mit einer gestrichelten Linie in 5 angegeben). In diesem Falle können zwei oder mehr Paare von Lichtempfängerelementen für die Lichtmengenüberwachung vorgesehen sein, die jeweils unter 180° einander gegenüberliegen, um damit einen höheren Grad der Effektivität bei der Reduzierung von sinusförmigen Schwankungen zu realisieren.
Unter Bezugnahme auf 3 gilt folgendes. Die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung haben jeweils eine Breite W1' in der Radiusrichtung, wobei die Mittellinie 24 der Lichtempfängerelementspur als Zentrum fungiert. Es wird eine Relation W1 = W1' ausgebildet, wenn parallele Lichtstrahlen 9 auf die drehbare Schlitzplatte 4 aufgebracht werden. Die Breite in der Radiusrichtung der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung wird so vorgegeben, daß sie die gleiche ist wie die Breite W1' in der Radiusrichtung der Verteilung von Licht, das von der Lichtquelle 1 emittiert und durch die optischen Schlitze bzw. optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgelassen wird, auf den Oberflächen der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung.
Wenn daher die Abweichung zwischen der drehbaren Schlitzplatte 4 und den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung (Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen) vorliegt, so überlappen die optisch nicht-transparenten Bereiche 52 der Drehwinkelabtastspur 5 die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung, was zu einer Reduzierung der Signalstärke führt.
Wenn man in diesem Falle eine Positionseinstellung derart vornimmt, daß die Summe von Ausgangssignalen von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung ihr Maximum erreicht, so kann die positionsmäßige Relation zwischen der drehbaren Schlitzplatte 4 (Drehwinkel-Abtastspur 5) und dem Lichtempfänger 3 (Lichtempfängerelementspur) mit einem hohen Grad an Genauigkeit gesteuert werden.
Die Ausgangssignale von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung, die an vier Stellen angeordnet sind, die bezüglich des Mittelpunktes 20 um 90° zueinander versetzt sind, brauchen nicht aufsummiert zu werden. Alternativ können die Ausgangssignale von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung unabhängig abgetastet werden. In diesem Falle ist es möglich, festzustellen, ob die drehbare Schlitzplatte 4 in X-Richtung oder in Y-Richtung von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d (Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen) abweicht, so daß man leichter eine Positionseinstellung mit einem hohen Genauigkeitsgrad realisieren kann.
Als spezielleres Beispiel gilt folgendes. Im Hinblick auf die jeweiligen Signale von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung gemäß 3 erkennt man, daß die drehbare Schlitzplatte 4 von dem Lichtempfänger 3 in der X-Richtung abweicht, wenn die Signalstärken der Lichtempfängerelemente 21b und 21d für die Positionsüberwachung geringer sind als die Signalstärken der Lichtempfängerelemente 21a und 21c für die Positionsüberwachung.
Die Einstellung in der X-Richtung und der Y-Richtung wird dann allmählich fortgesetzt, bis die jeweiligen Ausgangssignale von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung ihre Maxima erreichen, welche die gleichen Werte haben. Dann ist die Einstellung der Positionsrelation zwischen der drehbaren Schlitzplatte 4 und dem Lichtempfänger 3 abgeschlossen.
Bei der obigen Beschreibung sind die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung an vier Stellen angeordnet, die bezüglich des Mittelpunktes 20 um 90° zueinander versetzt sind. Mit anderen Worten, die Lichtempfängerelemente 21a und 21c für die Positionsüberwachung sind einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich des Mittelpunktes 20 angeordnet, und die Lichtempfängerelemente 21b und 21d für die Positionsüberwachung sind einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich des Mittelpunktes 20 angeordnet.
Dann sind die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich des Mittelpunktes 20 des Umfanges angeordnet, längs dessen die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung angeordnet sind, so daß der gleiche Effekt realisiert wird, wie er für die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung erläutert ist.
Das bedeutet, wenn die positionsmäßige Relation zwischen der drehbaren Schlitzplatte 4 und dem Lichtempfänger 3 eingestellt ist, so variiert die Stärke eines Positionsüberwachungssignals in Abhängigkeit von der rotationsmäßigen Position der drehbaren Schlitzplatte 4 aufgrund der Tatsache, daß die Drehwinkel-Abtastspur so fungiert, daß sie sowohl als Spur für die die Lichtmengenüberwachung oder Positionsüberwachung und als Spur für die Drehwinkelabtastung dient. Eine derartige Schwankung kann reduziert werden, um auf diese Weise ein stabiles Signal zu erhalten, während zugleich die Größe der Vorrichtung reduziert wird.
Wenn eine positionsmäßige Abweichung zwischen dem Mittelpunkt 11 der Abtastspur für die Drehwinkelabtastung und dem Mittelpunkt 20 der Abtastspur für die Lichtempfängerelemente vorhanden ist, so wird die Positionsrelation zwischen der drehbaren Schlitzplatte 4 und dem Lichtempfänger 3 eingestellt. Insbesondere in diesem Falle sollten die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung so angeordnet werden, daß sie einen Winkel von 180° zwischeneinander bilden.
Wie sich aus 2 ergibt, werden die optischen Schlitze der drehbaren Schlitzplatte 4 durch rechteckige, genauer gesagt fächerförmige optisch transparente Bereiche 51 und optisch nicht-transparente Bereiche 52 gebildet, die abwechselnd längs desselben Umfanges angeordnet sind. Die Gestalt dieser optischen Schlitze ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, daß die optisch nicht-transparenten Bereiche 52 vollständig lichtabschirmend sind.
In diesem Falle können die Schlitze eine solche Gestalt haben, daß die optisch transparenten Bereiche 51 und die optisch nicht-transparenten Bereiche 52 einer Stärkenmodulation mit einem bestimmten Verhältnis und mit bestimmen Intervallen ausgesetzt werden. Beispielsweise kann ein Schlitz gebildet werden durch eine Reihe von Öffnungen mit einer sinusförmigen Gestalt. Obwohl dies im folgenden nicht weiter erläutert wird, gilt dies auch für jede der anderen Ausführungsformen, die nachstehend angegeben sind.
Zweite Ausführunsfgorm
6 zeigt den Aufbau eines optischen Codierers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere zeigt 6 einen Draufsicht auf die Lichtempfängerelemente. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so daß bei der nachstehenden Beschreibung im wesentlichen die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform erläutert werden.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung gleichmäßig beabstandet and zwei Stellen längs desselben Umfanges angeordnet wie die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung. Die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung sind gleichmäßig beabstandet an vier Stellen längs desselben Umfanges angeordnet wie die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Lichtempfängerelemente 23a bis 23d für die Lichtmengenüberwachung und die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung beide an vier Orten längs desselben Umfanges angeordnet wie die Lichtempfängerelemente 31 für die Drehwinkelabtastung. Außerdem sind die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung und die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung nicht gleichmäßig beabstandet.
Beispielsweise sind die Lichtempfängerelemente 23a und 23c für die Lichtmengenüberwachung, sowie die Lichtempfängerelemente 23b und 23d für die Lichtmengenüberwachung jeweils einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich des Mittelpunktes 20 der Abtastspur für die Lichtempfängerelemente angeordnet.
Die Lichtempfängerelemente 23a und 23b sowie die Lichtempfängerelemente 23c und 23d sind aber nicht um 90° zueinander versetzt, sondern jeweils beabstandet mit einem Intervall von (m + ½) P', wobei m eine ganze Zahl ist. Damit sind die Lichtempfängerelemente 23a und 23b sowie die Lichtempfängerelemente 23c und 23d jeweils mit einem Intervall von (ungerade Zahl/2) P' beabstandet.
In gleicher Weise sind die Lichtempfängerelemente 21a und 21c für die Positionsüberwachung sowie die Lichtempfängerelemente 21b und 21d für die Positionsüberwachung jeweils einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich des Mittelpunktes 20 der Abtastspur für die Lichtempfängerelemente angeordnet.
Die Lichtempfängerelemente 21a und 21b sowie die Lichtempfängerelemente 21c und 21d sind aber nicht um 90° zueinander versetzt, sondern sie sind jeweils mit einem Intervall von (n + ½) P' beabstandet, wobei n eine ganze Zahl ist. Die Lichtempfängerelemente 21a und 21b sowie die Lichtempfängerelemente 21c und 21d sind somit jeweils mit einem Intervall von (ungerade Zahl/2) P' beabstandet.
Als nächstes wird die Wirkungsweise dieser Ausführungsform erläutert. Wie sich aus 1 ergibt, die den Gesamtaufbau des drehbaren optischen Codierers zeigt, werden die Lichtstrahlen 9, die von dem konkaven Spiegel 7 reflektiert werden, auf die drehbare Schlitzplatte 4 in Form von im wesentlichen parallelen Lichtstrahlen aufgebracht. Wenn bei diesem Aufbau die drehbare Schlitzplatte 4 und der Lichtempfänger 3 ordnungsgemäß montiert sind, so erfüllt jede Winkelbreite in der Umfangsrichtung der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung und die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung die nachstehende Bedingung: Winkelbreite = P' × ganze Zahl.
Dabei ist P' das Winkelintervall der Lichtempfängerelemente für die Rotationswinkelabtastung.
Dann kann ein Überwachungssignal ohne sinusförmige Schwankung abgegeben werden. Wenn aber die drehbare Schlitzplatte 4 und der Lichtempfänger 3 nicht ordnungsgemäß montiert sind, dann kann ein Überwachungssignal mit einer reduzierten sinusförmigen Schwankung abgegeben werden, wie es im Zusammenhang mit der Beschreibung der ersten Ausführungsform erläutert ist.
Wenn jedoch die Positionsrelation zwischen der Lichtquelle 1 und dem konkaven Spiegel 7 nicht ordnungsgemäß eingestellt ist, so werden die Lichtstrahlen 9 von dem konkaven Spiegel 7 nicht in Form von im wesentlichen parallelen Lichtstrahlen reflektiert, sondern divergieren nach außen, wie es in 7 angedeutet ist. In diesem Falle wird das gleiche Winkelintervall der Intensitätsverteilung des Lichtes auf der Oberfläche der Gruppe von Lichtempfängerelementen gebildet, während die Breite der Intensitätsverteilung des Lichtes in der Umfangsrichtung entsprechend dem Winkelintervall verbreitert wird.
Andererseits wird der Abtastbereich der Gruppe von Lichtempfängerelementen nicht ausgedehnt, so daß fehlerhafte Bereiche erzeugt werden, welche keine Signale abtasten. Signalkomponenten dieser fehlerhaften Bereiche ändern sich mit der Zeit durch die Drehung, und somit erhält das Überwachungssignal Komponenten mit sinusförmigen Schwankungen.
Dies gilt auch für die Anordnung von Lichtempfängerelementen der ersten Ausführungsform gemäß 3. Die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung sind einander gegenüberliegend unter 180° angeordnet, und die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung sind voneinander um 90° versetzt angeordnet und liefern sinusförmige Komponenten in derselben Phase. Somit können die sinusförmigen Komponenten des Überwachungssignals nicht reduziert werden, auch wenn die Signale von einer Vielzahl von Lichtempfängerelementen aufsummiert werden.
Gemäß der Anordnung der Lichtempfängerelemente dieser Ausführungsform sind die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung beispielsweise mit einem Intervall von (m + ½) P' beabstandet, also voneinander um einen halben Zyklus versetzt. Auch wenn somit die Positionsrelation zwischen der Lichtquelle 1 und dem konkaven Spiegel 7 nicht ordnungsgemäß eingestellt ist, so daß die von dem konkaven Spiegel 7 reflektierten Lichtstrahlen 9 nach außen divergieren, haben die von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung abgegebenen Signale eine entgegengesetzte Phase mit einer Phasendifferenz von 180° zwischeneinander. Dann wird ein Überwachungssignal, das durch die Aufsummierung der Signale von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung gebildet wird, stabilisiert und hinsichtlich der sinusförmigen Komponente reduziert.
Die Lichtempfängerelemente 23a und 23c sind einander gegenüberliegend unter 180° angeordnet. Somit kann mit dem gleichen Effekt, der bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform erläutert ist, ein stabiles Überwachungssignal abgegeben werden, auch wenn die drehbare Schlitzplatte 4 und der Lichtempfänger 3 nicht ordnungsgemäß montiert sind.
In gleicher Weise sind die Lichtempfängerelemente 21a und 21c für die Positionsüberwachung sowie die Lichtempfängerelemente 21b und 21d für die Positionsüberwachung jeweils einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich des Mittelpunktes 20 der Abtastspur der Lichtempfängerelemente angeordnet. Die Lichtempfängerelemente 21a und 21b sowie die Lichtempfängerelemente 21c und 21d sind jeweils mit einem Intervall von (n + ½) P' beabstandet, wobei n eine ganze Zahl ist. Damit kann ein stabiles Überwachungssignal abgegeben werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind zwei Paare von Lichtempfängerelementen für die Lichtmengenüberwachung vorgesehen, die in einem Intervall von 180° vorgesehen sind, und diese Paare sind mit einem Intervall von (m + ½) P' beabstandet. Wenn diese beiden Paare von Lichtempfängerelementen für die Lichtmengenüberwachung als ein Satz angesehen werden, so können mehrere Sätze von Lichtempfängerelementen für die Lichtmengenüberwachung gebildet werden. In gleicher Weise können mehrere Sätze von Lichtempfängerelementen für die Positionsüberwachung vorgesehen sein. In beiden Fällen können die Lichtempfängerelemente zwischen den Sätzen mit einem willkürlich gewählten Intervall beabstandet sein.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die von dem konkaven Spiegel 7 reflektierten Lichtstrahlen 9 als nach außen divergierend dargestellt. Wenn die reflektierten Lichtstrahlen 9 nach innen divergieren, so erhalten Lichtempfängerelemente in nachteiliger Weise unnötige Signale, so daß ein Überwachungssignal Komponenten mit sinusförmigen Schwankungen erhält.
Wenn man in diesem Falle die gleiche Struktur wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet, so haben die Signale, die von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung abgegeben werden, auch eine entgegengesetzte Phase mit einer Phasendifferenz von 180° zwischeneinander. Dann wird ein Überwachungssignal, das gebildet wird durch die Aufsummierung der Signale von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung, stabilisiert und hinsichtlich der sinusförmigen Komponente reduziert. Damit läßt sich der gleiche Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform realisieren.
Wenn die Lichtstrahlen von dem konkaven Spiegel 7 nicht in Form von im wesentlichen parallelen Lichtstrahlen in einem Konzeptionsstadium reflektiert werden, so können die reflektierten Lichtstrahlen 9 dazu gebracht werden, daß sie gemäß der Darstellung in 8 nach innen wandern, und zwar mit der Absicht, die Fläche oder den Bereich der Lichtempfängerelemente zu reduzieren. In diesem Falle unterscheiden sich die Signale, die an die Lichtempfängerelemente abgegeben werden, nicht nur beim Auftreten einer nicht ordnungsgemäßen Montage der Lichtquelle 1 und des konkaven Spiegels 7, sondern auch beim Auftreten einer Abweichung des Intervalls zwischen dem konkaven Spiegel 7 und der drehbaren Schlitzplatte 4. Die vorliegende Ausführungsform ist auch effektiv anwendbar auf diesen Fall.
Dritte Ausführunsgform
9 zeigt den Aufbau eines drehbaren optischen Codierers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Genauer gesagt, 9 zeigt eine Draufsicht der Lichtempfängerelemente. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, so daß in der nachstehenden Beschreibung im wesentlichen die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform erläutert werden.
Bei der ersten Ausführungsform sind beide Enden der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung in der Radiusrichtung so angeordnet, daß sie innerhalb der Breitendimension der Lichtverteilung auf den Oberflächen der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung liegen, auf die Licht trifft, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird und durch die optischen Schlitze hindurchgegangen ist (W1' > W3).
Im Gegensatz dazu sind bei der vorliegenden Ausführungsform beide Enden der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung in der Radiusrichtung außerhalb der Breitendimension in der Radiusrichtung der Lichtverteilung auf den Oberflächen der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung angeordnet, auf die Licht trifft, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird und durch die optischen Schlitze hindurchgegangen ist (W1' < W3).
Wie bei der ersten Ausführungsform ist auch die vorliegende Ausführungsform in der Lage, ein Überwachungssignal zu liefern, ohne daß es von den optisch nicht-transparenten Bereichen 52 der Rotationswinkel-Abtastspur 5 beeinflußt wird. Wenn eine Ungleichmäßigkeit in der Intensität des Lichtes erzeugt wird, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird, so variiert ein Überwachungssignal aufgrund dieser Ungleichmäßigkeit beim Auftreten einer Auslenkung der drehbaren Schlitzplatte 4.
Somit ist die dritte Ausführungsform in der Lage, ein Überwachungssignal mit einer höheren Stabilität zu liefern. Wenn andererseits eine Vielzahl von Spuren mit gleicher Struktur außerhalb angeordnet ist, so ist die Struktur der ersten Ausführungsform in der Lage, ein Überwachungssignal mit höherer Stabilität zu liefern, und zwar infolge des Einflusses dieser Spuren.
Die Breite der Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung in der Radiusrichtung und in der Umfangsrichtung kann in Abhängigkeit von den Orten auf unterschiedliche Werte gesetzt werden, so daß die Lichtempfängerelemente 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung unterschiedliche Breiten haben können. In diesem Falle wird ein abgetastetes Überwachungssignal in Abhängigkeit von einem Flächenverhältnis korrigiert, wenn es einer Berechnung unterzogen wird, um auf diese Weise die gleiche Wirkung zu erzielen, wie sie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erzielt wird.
Wie bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform erläutert, können die Ausgangssignale von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung unabhängig abgetastet werden. In diesem Falle kann eine Breite W4 für jedes der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung in der Radiusrichtung größer sein als die Breite W1', wie es in 9 angedeutet ist.
Beispielsweise gilt die folgende Relation gemäß 9: W4 > W1'.
Ferner sind die Innenumfangsseiten der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung längs eines Innenumfanges 25 angeordnet, nämlich eines Kreises, der mit einer gestrichelten Linie in 9 dargestellt ist, und zwar im Bereich der Oberflächen der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung, auf welche Licht fällt, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird und durch die optischen Schlitze bzw. die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgegangen ist. Dies ist mit Schraffierungen in 9 dargestellt.
Das bedeutet, die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung sind längs desselben Umfanges angeordnet, während die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d und die Lichtempfängerelemente für die Rotationswinkelabtastung, also die Rotationswinkel-Abtastbereiche 22a bis 22d, nicht auf demselben Umfang angeordnet sind.
Wenn bei diesem Aufbau beispielsweise die drehbare Schlitzplatte 4 in der Richtung der Y-Achse von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung abweicht (Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen), so hat ein Signal von dem Lichtempfängerelement 21c für die Positionsüberwachung eine geringere Stärke als ein Signal von dem Lichtempfängerelement 21a für die Positionsüberwachung. Dann ist es möglich, zu erkennen, daß die drehbare Schlitzplatte 4 in der Richtung der Y-Achse abweicht, um auf diese Weise eine Positionseinstellung durchzuführen.
Bei dem Ausführungsbeispiels gemäß 9 sind die Innenumfangsseiten der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung längs des Innenumfanges 25 angeordnet. Während die Relation W4 > W1' beibehalten wird, können alternativ die Außenumfangsseiten der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung längs eines Außenumfanges 26 angeordnet werden, also eines Kreises, der mit einer gestrichelten Linie in 9 angedeutet ist, und zwar im Bereich der Oberflächen der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung, auf welche Licht fällt, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird und durch die optischen Schlitze bzw. die optisch transparenten Bereiche 51 hindurchgegangen ist. Dies ist mit Schraffierungen in 9 dargestellt. In diesem Falle kann die gleiche Wirkung erzielt werden.
Die Breite W4 von jedem der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung in der Radiusrichtung kann kleiner sein als die Breite W1'. In diesem Falle können, wie in den oben diskutierten Fällen, die Außenumfangsseiten oder die Innenumfangsseiten der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung auch längs des Außenumfanges 26 oder längs des Innenumfanges 25 von dem Bereich der Oberflächen der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positions überwachung angeordnet werden, auf welche Licht fällt, das von der Lichtquelle emittiert wird und durch die optischen Schlitze hindurchgegangen ist, um dadurch die gleiche Wirkung zu erzielen.
Ferner können die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung, die an verschiedenen Orten angeordnet sind, verschiedene Breiten in der Radiusrichtung und in der Umfangsrichtung besitzen. In diesem Falle werden die Signale, die von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung abgetastet werden, in Abhängigkeit von einem Flächenverhältnis korrigiert, wenn sie einer Berechnung unterzogen werden, um auf diese Weise den gleichen Effekt zu realisieren, wie es im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläutert ist.
Gemäß 9 sind die Außenumfangsseiten oder die Innenumfangsseiten der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung so angeordnet, daß sie längs des Außenumfanges 26 oder längs des Innenumfanges 25 angeordnet sind. Alternativ dazu ist es möglich, daß sowohl die Außenumfangsseiten als auch die Innenumfangsseiten der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung weder längs des Außenumfanges 26 noch längs des Innenumfanges 25 angeordnet sind, wie es die 10 zeigt.
Das bedeutet, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9, daß die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung längs desselben Umfanges angeordnet sind, während die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung und die Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung, also die Drehwinkel-Abtastbereiche 22a bis 22d nicht auf demselben Umfang angeordnete sind.
In diesem Falle wird der drehbare optische Codierer gemäß der dritten Ausführungsform so eingestellt, daß ein Verhältnis zwischen den Stärken der Signale von den Lichtempfängerelementen 23a und 23b für die Lichtmengenüberwachung und den Stärken der Signale von den Lichtempfängerelementen 21a bis 21d für die Positionsüberwachung beispielsweise auf einen bestimmten Wert gesetzt wird.
Damit wird im wesentlichen der gleiche Effekt realisiert wie bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform, und zwar mit einem etwas geringeren Empfindlichkeitspegel, wenn man es mit der Anordnung vergleicht, bei der die Außenumfangsseiten oder die Innenumfangsseiten der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung längs des Außenumfanges 26 oder längs des Innenumfanges 25 angeordnet sind.
Vierte Ausführungsform
11 und 12 zeigen den Aufbau eines rotierenden optischen Codierers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. 11 zeigt eine perspektivische Darstellung des Gesamtaufbaus, während 12 eine Draufsicht auf eine Gruppe von Lichtempfängerelementen zeigt. Im übrigen ist der Aufbau der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, so daß bei der nachstehenden Beschreibung im wesentlichen die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform erläutert werden.
Licht, das auf die optischen Schlitze der drehbaren Schlitzplatte 4 trifft, erreicht nicht notwendigerweise den gesamten Umfang der optischen Schlitze. Beispielsweise kann Licht gemäß den Bezugszeichen 8a bis 8d, das von den Lichtquellen 1a bis 1d emittiert wird, welche sich an unterschiedlichen Orten befinden, jeweils auf einen Teil der optischen Schlitze der drehbaren Schlitzplatte 4 treffen, wobei gemäß 11 vier Lichtquellen an verschiedenen Orten vorhanden sind. Dann wird das Licht, das durch die optischen Schlitze hindurchgegangen ist, von der Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen beim Lichtempfänger 3 abgetastet, um die gleichen Effekte zu erzielen, wie es im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläutert ist.
Wie sich aus der beispielhaften Anordnung der Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen gemäß 12 ergibt, sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Lichtempfängerelementeinheiten 2a bis 2d so vorgesehen, daß sie jeweils Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung (dargestellt mit den Drehwinkel-Abtastbereichen 22a bis 22d in 12), Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung sowie Lichtempfängerelemente 23a bis 23d für die Lichtmengenüberwachung aufweisen.
Die Lichtempfängerelementeinheiten 2a bis 2d sind an verschiedenen Orten angeordnet (in 12 an vier gleichmäßig beabstandeten Orten), und zwar auf einem Umfang in entsprechender Relation zu den Positionen, auf die Licht trifft, das von den Lichtquellen 1a, 1b, 1c und 1d emittiert wird, also in den Bereichen 102a, 102b, 102c und 102d. Wenn die Einheiten 2a bis 2d Lichtempfängerelemente der gleichen Struktur besitzen, so kann eine Gruppe von Lichtempfängerelementen in geeigneter Weise in einer Massenherstellung produziert werden.
Die Lichtempfängerelementeinheiten 2a bis 2d werden in wünschenswerter Weise innerhalb der Bereiche 102a bis 102d angeordnet, auf die Licht trifft, das von den Lichtquellen 1a bis 1d emittiert wird. Es ist weiterhin wünschenswert, daß die Lichtquellen 1a bis 1d die gleichen Lichtmengen emittieren.
Wenn bei den Lichtmengen, die von den Lichtquellen 1a bis 1d emittiert werden, Ungleichmäßigkeiten erzeugt werden, so können die Ausgangssignale von den Lichtempfängerelementen 23a bis 23d für die Lichtmengenüberwachung, die jeweils an mehr als einem Ort in den Bereichen 102a bis 102d angeordnet sind, in unabhängiger Weise detektiert werden. In 12 sind diese jeweils an einem Ort innerhalb der Bereiche 102a bis 102d vorgesehen. Dann können die Lichtmengen, die von den Lichtquellen 1a bis 1d emittiert werden, so gesteuert werden, daß sie gleichmäßig sind, um ein stabiles Signal zu liefern.
Wie bei der ersten Ausführungsform sind die Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung an vier Orten auf demselben Umfang gemäß 12 angeordnet. Die Lichtempfängerelemente sind wünschenswerterweise an mehreren Orten in entsprechender Relation zu den Bereichen angeordnet, auf die Licht von den Lichtquellen 1a bis 1d trifft.
Die Breite und die Orte in der Radiusrichtung von jedem der Lichtempfängerelemente 21a bis 21d für die Positionsüberwachung und der Lichtempfängerelemente 23a bis 23d für die Lichtmengenüberwachung sind nicht auf die in 12 dargestellten Angaben begrenzt. Vielmehr können auch die Breiten und die Orte verwendet werden, die bei der Beschreibung der dritten Ausführungsform erläutert sind.
Fünfte Ausführungsform
13 zeigt den Aufbau eines rotierenden optischen Codierers gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Genauer gesagt, 13 zeigt eine Draufsicht auf eine Gruppe von Lichtempfängerelementen. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, so daß in der nachstehenden Beschreibung im wesentlichen auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform abgestellt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind Lichtempfängerelementeinheiten 2a bis 2c vorgesehen, die jeweils Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung (dargestellt mit Drehwinkel-Abtastbereichen 22a bis 22c in 13), Lichtempfängerele mente 21a bis 21c für die Positionsüberwachung sowie Lichtempfängerelemente 23a bis 23c für die Lichtmengenüberwachung aufweist.
Die Lichtempfängerelementeinheiten 2a bis 2c sind an unterschiedlichen Orten angeordnet, und zwar in 13 an drei gleichmäßig beabstandeten Orten, und zwar auf einem Umfang in entsprechender Relation bezüglich der Positionen, auf welche Licht trifft, das von der Lichtquelle emittiert wird.
Die Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung (Drehwinkel-Abtastbereiche 22a bis 22c) sind gleichmäßig beabstandet an drei Orten längs desselben Umfanges angeordnet, und zwar um 120° versetzt zueinander bezüglich des Mittelpunktes 20 eines Umfanges längs dessen die Rotationswinkel-Abtastbereiche 22a bis 22c angeordnet sind.
Die Lichtempfängerelemente 21a bis 21c für die Positionsüberwachung sind gleichmäßig beabstandet an drei Orten längs desselben Umfanges angeordnet, und zwar um 120° versetzt zueinander bezüglich des Mittelpunktes 20 eines Umfanges, längs dessen die Lichtempfängerelemente 21a bis 21c für die Positionsüberwachung angeordnet sind.
Die Lichtempfängerelemente 23a bis 23c für die Lichtmengenüberwachung sind gleichmäßig beabstandet an drei Orten längs desselben Umfanges angeordnet, und zwar um 120° versetzt zueinander bezüglich des Mittelpunktes 20 eines Umfanges, längs dessen die Lichtempfängerelemente 23a bis 23c für die Lichtmengenüberwachung angeordnet sind.
Bei dieser Anordnung, bei der die Lichtempfängerelemente 23a bis 23c an verschiedenen Orten angeordnet sind, die nicht unter 180° einander gegenüberliegen, wird im Gegensatz zu dem Fall, in welchem die Überwachung an einem Ort durchgeführt wird, die sinusförmige Schwankung eines Lichtmengen-Überwachungssignals reduziert, die durch einen Fehler im Stadium der Montage, Einstellung oder dergleichen hervorgerufen wird.
Die Lichtempfängerelemente 21a bis 21c für die Positionsüberwachung werden an verschiedenen Orten auf dem Umfang angeordnet, so daß die gleiche Wirkung erzielt wird. Das bedeutet, die Positionseinstellung der drehbaren Schlitzplatte 4 wird leicht realisiert, und zwar nicht nur in der Radiusrichtung (in der Richtung der Y-Achse in 3), sondern auch in der Umfangsrichtung (in der Richtung der X-Achse in 3) der drehbaren Schlitzplatte 4. Somit kann die Positionsabweichung zwischen der drehbaren Schlitzplatte und den Lichtempfängerelementen im Stadium der Montage minimal gemacht werden, um dadurch einen drehbaren optischen Codierer mit geringeren Abmessungen zu bieten, der einen hohen Grad an Abtastgenauigkeit besitzt.
Verglichen mit einer Anordnung, bei der die Lichtempfängerelemente an Orten dicht beieinander auf einem Umfang angeordnet sind, ist hier die Anordnung so vorgesehen, daß die Lichtempfängerelemente in wünschenswerter Weise gleichmäßig beabstandet längs des Umfanges angeordnet sind, beispielsweise an drei Orten, die um 120° voneinander versetzt vorgesehen sind, wie es 13 zeigt. Dies deswegen, weil die Abweichung in jeder Richtung zwischen der drehbaren Schlitzplatte 4 (Drehwinkel-Abtastspur 5) und dem Lichtempfänger 3 (Lichtempfängerelementspur) leicht mit einem hohen Grad an Genauigkeit abgetastet werden kann.
Die Breiten und die Orte in der Radiusrichtung von jedem der Lichtempfängerelemente 21a bis 21c für die Positionsüberwachung und der Lichtempfängerelemente 23a bis 23c für die Lichtmengenüberwachung sind nicht auf diejenigen gemäß 13 beschränkt. Die Breiten und die Orte, die in der Beschreibung für die dritte Ausführungsform angegeben sind, sind auch hier anwendbar.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung an unterschiedlichen Orten angeordnet. Alternativ dazu kann die Position der drehbaren Schlitzplatte mit einem Lichtempfängerelement für die Positionsüberwachung überwacht werden, das an mindestens einem Ort angeordnet ist.
Sechste Ausführungsform
14 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung des Gesamtaufbaus eines drehbaren optischen Codierers gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Bei der ersten Ausführungsform wird ein optisches System vom Rückführungstyp verwendet, das optische Schlitze vom optisch transparenten Typ verwendet, wie es in 1 dargestellt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein optisches System vom Rückführungstyp verwendet, bei dem reflektierende optische Schlitze verwendet werden, wobei von der Lichtquelle 1 emittiertes Licht 8 von einem reflektierenden Bereich 53 auf der drehbaren Schlitzplatte 4 reflektiert wird. Auf diese Weise gebildetes reflektiertes Licht 201 wird von der Gruppe 2 von Lichtempfängerelementen empfangen und einer photoelektrischen Umwandlung unterzogen.
Bei dem drehbaren optischen Codierer, der ein optisches System mit einem solchen Aufbau verwendet, sind die Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung, die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung sowie die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung in gleicher Weise angeordnet, wie es bei den oben beschriebenen Ausführungsformen angegeben ist, um die gleichen Wirkungen zu erzielen.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung sowie die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung in gleicher Weise angeordnet, wie es bei den oben beschriebenen Ausführungsformen angegeben ist, um die gleichen Wirkungen zu erzielen.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung in entsprechender Relation zu den Positionen angeordnet, auf die Licht trifft, das von einer Lichtquelle emittiert wird und durch optische Schlitze durchgegangen ist, so daß das Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, durch die optischen Schlitze von den Lichtempfängerelementen für die Positionsüberwachung empfangen wird. Außerdem ist eine Drehwinkel-Abtastspur auch in der Weise wirksam, daß sie als Positionsüberwachungsspur wirkt.
Alternativ dazu können optische Schlitze für die Positionsüberwachung und die Drehwinkel-Überwachungsspur auch unabhängig voneinander vorgesehen sein. Bei einer anderen Alternative kann die Positionsrelation zwischen einer drehbaren Schlitzplatte und einem Lichtempfänger optisch eingestellt werden, indem man ein Mikroskop verwendet, ohne daß Lichtempfängerelemente für die Positionsüberwachung vorhanden sind.
Zusammenfassung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen drehbaren optischen Codierer mit einem hohen Grad an Abtastgenauigkeit bei geringen Abmessungen anzugeben, der in der Lage ist, ein Lichtmengen-Überwachungssignal zu stabilisieren, auch wenn Fehler auftreten, die im Stadium der Montage, der Einstellung und dergleichen hervorgerufen werden.
Der optische Codierer gemäß der Erfindung weist folgendes auf: eine drehbare Schlitzplatte (4) mit einer Drehwinkel-Abtastspur (5), die von optischen Schlitzen (51) gebildet ist; eine Lichtquelle (1), um die optischen Schlitze mit Licht zu beaufschlagen; Lichtempfängerelemente (22a bis 22d) für die Drehwinkelabtastung, die in entsprechender Relation in Positionen angeordnet sind, auf die Licht aufgebracht wird, das von der Lichtquelle (1) zu den optischen Schlitzen aufgebracht wird, so daß sie Licht empfangen, das von der Lichtquelle (1) emittiert und durch die optischen Schlitze (51) durchgelassen wird; und Lichtempfängerelemente (23a bis 23d) für die Lichtmengenüberwachung, die an mehreren Orten auf einem Umfang in einer entsprechenden Relation an Positionen angeordnet sind, auf die Licht aufgebracht wird, das von der Lichtquelle (1) auf die optischen Schlitze aufgebracht wird, so daß sie Licht (8) empfangen, das von der Lichtquelle (1) emittiert und durch die optischen Schlitze (51) hindurchgelassen wird. Bei diesem drehbaren optischen Codierer haben die Lichtempfängerelemente (23a bis 23d) für die Lichtmengenüberwachung eine Winkelbreite, die ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung, auf Oberflächen der Lichtempfängerelemente (23a bis 23d) für die Lichtmengenüberwachung, von Licht ist, das von der Lichtquelle (1) emittiert und durch die optischen Schlitze (51) durchgelassen wird.

Claims

Optischer Codierer, der folgendes aufweist: – eine drehbare Schlitzplatte mit einer Drehwinkel-Abtastspur, die von optischen Schlitzen gebildet ist; – eine Lichtquelle, um die optischen Schlitze mit Licht zu beaufschlagen; – Lichtempfängerelemente für die Drehwinkelabtastung, die in entsprechender Relation an Positionen angeordnet sind, auf die Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, zu den optischen Schlitzen aufgebracht wird, so daß sie Licht empfangen, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird; und – Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, die an mehreren Orten auf einem Umfang in entsprechender Relation in Positionen angeordnet sind, auf die Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, zu den optischen Schlitzen aufgebracht wird, so daß sie das Licht empfangen, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird, wobei die Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung eine Winkelbreite haben, die ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung, auf Oberflächen der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, von Licht ist, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird.
Optischer Codierer nach Anspruch 1, wobei zwei von den Lichtempfängerelementen für die Lichtmengenüberwachung auf einem Umfang in entsprechender Relation in Positionen angeordnet sind, auf die Licht aufgebracht wird, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird, und wobei die zwei Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich eines Mittelpunktes des Umfanges angeordnet sind.
Optischer Codierer nach Anspruch 1, wobei zwei Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung auf einem Umfang in entsprechender Relation in Positionen angeordnet sind, auf die Licht aufgebracht wird, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird, und wobei die zwei Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung in einem Intervall von (ungerade Zahl/2) des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung, auf Oberflächen der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, von Licht beabstandet sind, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze durchgelassen wird.
Optischer Codierer nach Anspruch 1, wobei zwei Paare von Lichtempfängerelementen für die Lichtmengenüberwachung auf einem Umfang in entsprechender Relation in Positionen angeordnet sind, auf die Licht aufgebracht wird, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze hindurchgelassen wird, wobei, in jedem der zwei Paare, zwei der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung einander gegenüberliegend unter 180° bezüglich eines Mittelpunktes des Umfanges angeordnet sind, und wobei zwei Paare der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung in einem Intervall von (ungerade Zahl/2) des Winkelintervalls der Intensitätsverteilung, auf Oberflächen der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung, des Lichtes beabstandet sind, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze hindurchgelassen wird.
Optischer Codierer nach Anspruch 1, wobei beide Enden der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung in einer Radiusrichtung innerhalb oder außerhalb der Breitendimension angeordnet sind, und zwar in der Radiusrichtung von Licht, das von der Lichtquelle emittiert und durch die optischen Schlitze hindurchgelassen wird, in einer Verteilung des Lichtes, das auf den Oberflächen der Lichtempfängerelemente für die Lichtmengenüberwachung gebildet wird.