DE19810282A1

DE19810282A1 - Optische Codiereinrichtung

Info

Publication number: DE19810282A1
Application number: DE19810282A
Authority: DE
Inventors: Hajime Nakajima; Masahiro Shikai; Toru Oka; Toshiro Nakashima; Kazuo Takashima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1999-02-11
Also published as: JPH1137801A; US6054938A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Codiereinrichtung zur Erfassung einer Position eines zu erfassenden Objekts, das sich entlang einer geraden Linie bewegt, oder eines Drehwinkels eines rotierenden Glieds.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer herkömmlichen Lichtleiter-Codiereinrichtung bzw. eines Lichtleiter-Codeumsetzers zeigt. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 801 eine Lichtquelle, 802 und 807 bezeichnen jeweils eine Sendeseite (Übertragungsseite) eines Lichtleiters und eine Empfangsseite eines Lichtleiters, 803 und 806 bezeichnen jeweils eine Kollimatorlinse auf der Übertragungsseite und eine Kollimatorlinse auf der Empfangsseite, 804 eine stationäre Spaltplatte, und 805 eine rotierende Spaltplatte, die an einer rotierenden Welle angebracht ist, die ein zu erfassendes Objekt ist. Des weiteren bezeichnet eine Bezugsziffer 808 eine lichtempfindliche Zelle bzw. einen Fotoempfänger.

Nun wird der Betrieb einer solchen herkömmlichen Lichtleiter- Codiereinrichtung beschrieben. Ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 801 ausgestrahlt wird, fließt durch den Lichtleiter auf der Übertragungsseite 802 und wird mittels der Kollimatorlinse auf der Übertragungsseite 803 in paralleles Raumlicht umgewandelt. Das Raumlicht, das von der Kollimatorlinse ausgestrahlt wird, strahlt einen Spalt an, der in der stationären Spaltplatte 804 gebildet ist. Die Spalte der rotierenden Spaltplatte 805 sind mit einem Zwischenabstand dergestalt angeordnet, daß die Spalte den äußeren Umfang der rotierenden Spaltplatte mit gleichen Intervallen aufteilen, so daß das Licht diskontinuierlich hindurch übertragen wird. Die Spalte in der stationären Spaltplatte 804 weisen nur in dem von Licht angestrahlten Bereich die gleiche Konfiguration auf wie die in der rotierenden Spaltplatte 805. Gemäß solch einer Anordnung weist das Licht, das durch die stationäre Spaltplatte 804 übertragen wird, eine Lichtintensitätsverteilung gemäß der Konfiguration des Spalts auf und wird dann auf die rotierende Spaltplatte 805 eingestrahlt. Die rotierende Spaltplatte 805 weist ebenso Spalte mit der gleichen Konfiguration wie die der stationären Spaltplatte auf. Wenn sich die rotierende Spaltplatte dreht, wird eine Lichtmenge des Lichts, das durch die rotierende Spaltplatte 805 hindurchtritt, maximal, wenn der Spalt an der Drehposition angeordnet ist, die mit dem hellen Abschnitt des Lichts, das durch die stationäre Spaltplatte 804 hindurchtritt, übereinstimmt, wird jedoch minimal, wenn diese mit dem dunklen Abschnitt des Lichts, das durch die stationäre Spaltplatte hindurchgetreten ist, übereinstimmt. Das Licht, das durch die rotierende Spaltplatte 805 hindurchgetreten ist, wird durch die empfangsseitige Kollimatorlinse 806 in den Lichtleiter auf der Empfangsseite 807 geleitet und dann zu dem Fotoempfänger 808 übertragen, der wiederum das Licht in ein elektrisches Signal umwandelt und dieses ausgibt. In dieser Art und Weise kann, da das zu dem Fotoempfänger 808 übertragene Licht ein Signal wird, das wiederholt in Übereinstimmung mit der Rotation der rotierenden Spaltplatte 805 blinkt, die Drehposition bzw. Rotationsposition der rotierenden Spaltplatte 805 mittels Zählen des Blinkens erfaßt werden. Die Drehrichtung der rotierenden Spaltplatte kann jedoch nicht mittels des einzelnen blinkenden Signals erfaßt werden. In anderen Worten ist es erforderlich, um die Drehrichtung bzw. Rotationsrichtung der rotierenden Spaltplatte zu erfassen, ein anderes optisches System zur Verfügung zu stellen, das ein Signal ausgibt, dessen Phase sich um 90° von dem Signal unterscheidet, das von dem Fotoempfänger ausgegeben wird. Des weiteren ist es erforderlich, noch ein anderes System zur Korrektur der Anfangsposition der rotierenden Spaltplatte anzuordnen, das bei jeder Umdrehung der rotierenden Spaltplatte einen Impuls ausgibt. Somit sind für die herkömmliche Lichtleiter-Codiereinrichtung insgesamt drei optische Systeme notwendig. Die zuvor genannte Codiereinrichtung ist eine inkrementierende Codiereinrichtung, die den Anstieg oder den Abfall des Blinkens des Lichts zählt. Solch eine Codiereinrichtung benötigt, um die absolute Position der Drehung der rotierenden Spaltplatte zu erfassen, eine Vielzahl von Spaltbahnen, die ausgestaltet sind, um ein binäres Blinksignal in Übereinstimmung mit der Drehposition der rotierenden Spaltplatte zu liefern und die gleiche Anzahl von optischen Systemen zur Erfassung des Blinkens des Signals.

Da der herkömmliche Lichtleiter in dieser Art und Weise aufgebaut ist, ist ein Problem, daß der Aufbau der Codiereinrichtung kompliziert, die Herstellung davon schwer und die Kosten des Umsetzers hoch sind, da eine Vielzahl von optischen Fasern (Lichtleitern) für die Signalübertragung erforderlich sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung möchte den zuvor angesprochenen Problemen des Standes der Technik begegnen, und so ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine billige Erfassungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die mittels eines einzelnen Lichtleiters oder einer geringen Anzahl von Lichtleitern zur Signalübertragung absolute Positionsinformationen erfaßt.

Eine optische Codiereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einer Art und Weise ausgestaltet, daß in einer optischen Codiereinrichtung zur Erfassung einer Position auf einer geraden Linie oder eines Drehwinkels eines zu erfassenden Objekts, die optische Codiereinrichtung eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung eines ersten intensitätsmodulierten Lichts umfaßt, das erhalten wird, indem das zu erfassende Objekt einer Intensitätsmodulation mittels Verwendung einer sinusförmigen Welle unterzogen wird, eine Verzweigungseinrichtung zum Aufteilen des ersten intensitätsmodulierten Lichts in eine Vielzahl von verzweigten ersten intensitätsmodulierten Lichtzweigen, eine Phasenmodulationseinrichtung zur Phasenmodulation der Vielzahl der ersten verzweigten intensitätsmodulierten Lichtzweige in einer Art und Weise, daß die Vielzahl von ersten verzweigten intensitätsmodulierten Licht Zweigen 1/4 Periode um 1/4 Periode voneinander verschoben werden, eine Intensitätsmodulationseinrichtung, um jeweils die Vielzahl von ersten verzweigten intensitätsmodulierten Lichtzweigen einer Intensitätsmodulation mittels sinusförmigen Wellen zu unterziehen, deren Phasen 1/4 Periode um 1/4 Periode voneinander verschoben sind und die mit einer Position auf einer geraden Linie oder einem Rotationswinkel des zu erfassenden Objekts übereinstimmen, um eine Vielzahl von zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen zu erhalten, eine Koppeleinrichtung zum Zusammenfügen der Vielzahl von zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen zu einem einzelnen optischen Übertragungspfad, und eine Phasenerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Phasenunterschieds zwischen den zusammengefügten zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen und den ersten intensitätsmodulierten Lichtzweigen, wodurch eine Position auf einer geraden Linie oder ein Drehwinkel von dem erfaßten Phasenunterschied erhalten wird.

Eine optische Codiereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dergestalt aufgebaut, daß die Phasenmodulationseinrichtung mittels einer Vielzahl von Lichtleitern gebildet wird, deren optische Längen voneinander in einer Art und Weise unterschiedlich sind, daß sie voneinander 1/4 Periode um 1/4 Periode bezüglich den ersten intensitätsmodulierten Lichtzweigen verschoben sind.

Eine optische Codiereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dergestalt aufgebaut, daß die Phasenmodulationseinrichtung mittels einer Vielzahl von Lichtleitern, deren optische Längen aufeinanderfolgend voneinander um eine optische Länge verschoben sind, die halb so groß wie der optische Längenunterschied ist, und einer Reflexionseinrichtung zur Reflexion von Licht gebildet wird, das durch die Vielzahl von Lichtleitern hindurchgetreten ist und um das reflektierte Licht wieder in den gleichen Lichtleiter zurückzuführen.

Eine optische Codiereinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dergestalt aufgebaut, daß die Verzweigungseinrichtung das erste intensitätsmodulierte Licht in vier erste verzweigte intensitätsmodulierte Lichtzweige aufteilt.

Eine optische Codiereinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dergestalt aufgebaut, daß die Verzweigungseinrichtung das erste intensitätsmodulierte Licht in zwei erste verzweigte intensitätsmodulierte Lichtzweige aufteilt, wobei die optische Codiereinrichtung des weiteren eine Kompensationseinrichtung zum Löschen der ersten intensitätsmodulierten Lichtkomponente aufweist, die in den kombinierten zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen enthalten ist, mittels eines Kompensationssignals mit einer Amplitude und einer Phase, die gleich denen der ersten intensitätsmodulierten Lichtkomponente sind.

Eine optische Codiereinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dergestalt aufgebaut, daß die optische Codiereinrichtung des weiteren einen lokalen Oszillator zur Oszillation mit einer Frequenz umfaßt, die sich von der des ersten intensitätsmodulierten Lichts unterscheidet, und Frequenzwandler, um das erste intensitätsmodulierte Lichtsignal und das zusammengefügte zweite intensitätsmodulierte Lichtsignal mittels des Oszillationssignals von dem lokalen Oszillator einer Frequenzwandlung zu unterziehen, wobei ein Phasenunterschied zwischen den Signalen, die der Frequenzwandlung mittels der Frequenzwandler unterzogen werden, erfaßt wird, wodurch ein Überlagerungsempfang (Heterodyneempfang) ausgeführt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer optischen Codiereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer optischen Codiereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Intensitätsmodulationseinrichtung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer optischen Codiereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung der Steuereinrichtung in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltungsanordnung zur Anwendung der Anordnung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltungsanordnung zur Anwendung der Anordnung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer herkömmlichen Lichtleiter-Codiereinrichtung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Erste Ausführungsform

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Verweis auf die begleitenden Figuren beschrieben. Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Anordnung bzw. einen Aufbau der optischen Codiereinrichtung (Codeumsetzeinrichtung) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 101 eine Übertragungs- bzw. Sendeeinrichtung, 102 bezeichnet eine Empfangseinrichtung, 103 und 104 bezeichnen jeweils einen nach außen weisenden Übertragungslichtleiter und einen heimwärts bzw. nach innen weisenden Übertragungslichtleiter, und 111 bezeichnet eine Verzweigungseinrichtung zum Aufteilen der Lichtwelle von dem Übertragungslichtleiter in zwei oder mehrere optische Pfade. In dieser Ausführungsform wird die Lichtwelle in vier optische Pfade (Zweige) aufgeteilt. Die Bezugsziffern 112 bis 115 bezeichnen Phasenmodulationseinrichtungen, die jeweils unterschiedliche Phasenmodulationsbeträge D1, D2, D3 und D4 bezüglich den in Beziehung stehenden verzweigten optischen Pfaden aufweisen, 116 eine Intensitätsmodulationseinrichtung, die sich zusammen mit einem zu erfassenden Objekt bewegt, 117 eine Koppeleinrichtung zum Koppeln der Lichtwellen von den verzweigten optischen Pfaden zu dem heimwärts weisenden Lichtleiter, 105 eine Phasenerfassungseinrichtung, 106 eine Berechnungseinrichtung, 110 eine Erfassungseinrichtung der Codiereinrichtung und 100 eine Steuereinrichtung.

Nun wird der Betrieb der optischen Codiereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die Übertragungseinrichtung 101 sendet eine Trägerlichtwelle, die durch den folgenden Ausdruck 1 dargestellt wird, die mit einer bestimmten Frequenz f und einem Modulationsgrad m₁ intensitätsmoduliert worden ist, zu dem nach außen weisenden Übertragungslichtleiter 103, um somit zu der Erfassungseinrichtung 110, die von der Steuereinrichtung 100 entfernt angeordnet ist, zu senden. Die Lichtwelle von dem auswärts weisenden Übertragungslichtleiter wird gleich in die vier optischen Pfade mittels der Verzweigungseinrichtung 111 aufgeteilt und die verzweigten Lichtwellen werden phasenmoduliert, wenn diese durch die Phasenmodulationseinrichtungen 112-115, die jeweils mittels den folgenden Ausdrücken 2 bis 5 beschrieben werden, hindurchlaufen.

Pin0 = 4P0{1 + m₁ sin(2πft)} (1)

Pin1 = P0{1 + m₁ sin(2πft + D1)} (2)

Pin2 = P0{1 + m₁ sin(2πft + D2)} (3)

Pin3 = P0{1 + m₁ sin(2πft + D3)} (4)

Pin4 = P0{1 + m₁ sin(2πft + D4)} (5).

Tatsächlich gibt es durch die Übertragungslichtleiter 103, 104, zusätzlich zu den Verzögerungen durch diese Phasenmodulationen, Verzögerungen. Jedoch können solche Verzögerungen vernachlässigt werden, da diese ein fester Phasenausdruck sind, der in allen Ausdrücken 2 bis 5 gleich ist. Die Intensitätsmodulationseinrichtung 116 führt die Intensitätsmodulation bezüglich den Lichtwellen von den entsprechenden verzweigten Lichtpfaden mit Modulationsgraden aus, die sich in Phase π/2 um π/2 sequentiell voneinander bezüglich einer Position oder eines Drehwinkels θ des Objekts unterscheiden, wie mittels den folgenden Ausdrücken 6 bis 9 dargestellt wird.

e1 = 1 + m₂ cosθ (6)

e2 = 1 + m₂ cos(θ + π/2) = 1 - m₂ sinθ (7)

e3 = 1 + m₂ cos(θ + π) = 1 - m₂ cosθ (8)

e4 = 1 + m₂ cosθ + 3π/2) = 1 + m₂ sinθ (9).

Dementsprechend können die entsprechenden Lichtwellen, die durch die Intensitätsmodulationseinrichtung 116 gelaufen sind, mittels den folgenden Ausdrücken 10 bis 13 dargestellt werden.

Pout1 = P0{1 + m₁sin(2πft + D1)} (1 + m₂ cosθ) (10)

Pout2 = P0{1 + m₁sin(2πft + D2)} (1 - m₂ sinθ) (11)

Pout3 = P0{1 + m₁sin(2πft + D3)} (1 - m₂ cosθ) (12)

Pout4 = P0{1 + m₁sin(2πft + D4)} (1 + m₂ sinθ) (13).

Wenn die Phasenmodulationsbeträge D1-D4 dergestalt eingestellt sind, daß sie in Phase π/2 um π/2 sequentiell oder nacheinander voneinander unterschiedlich sind, z. B. sind D1, D2, D3 und D4 jeweils 0, π/2 und π, 3π/2, können die zuvor genannten Ausdrücke 10 bis 13 wie folgt verändert werden.

Pout1 = P0{1 + m₁sin(2πft)} (1 + m₂ cosθ) (14)

Pout2 = P0{1 + m₁sin(2πft + π/2} (1 - m₂ sinθ)
= p0{1 + m₁cos 2πft) (1 - m₂ sinθ) (15)

Pout3 = P0{1 + m₁sin(2πft + π)} ( 1 - m₂ cosθ)
= p0{1 - m₁sin2πft) (1 - m₂ cosθ) (16)

Pout4 = P0{1 + m₁sin(2πft + 3π/2)} (1 + m₂ sinθ)
= P0(1 - m₁cos2πft)(1 + m₂ sinθ) (17).

Des weiteren kann die Intensität Pout des Lichts, das mittels der Koppeleinrichtung 117 zusammengesetzt wird, wie folgt dargestellt werden.

Ps1 = Pout1 + Pout3
= P0(1 + m₁sin2πft)(1 + m₂ cosθ)
+ P0(1 - m₁sin2πft)(1 - m₂ cosθ)
= P0(2 + 2m₁m₂sin2πft cosθ) (18)

Ps2 = Pout2 + Pout4
= P0(1 + m₁cos 2πft)(1 - m₂ sinθ)
+ P0(1 - m₁cos2πft)(1 + m₂ sinθ)
= P0(2 - 2m₁m₂cos2πftsinθ) (19)

Pout = Ps1 + Ps2
= P0(4 + 2m₁m₂ sin2πft cosθ - 2m₁m₂ cos2πftsinθ)
= P0{4 + 2 m₁m₂ sin(2πft - θ) (20).

Somit wird eine Position oder ein Drehwinkel θ als der Phasenausdruck der Trägerlichtwelle durch den heimwärts weisenden Übertragungslichtleiter 104 zu der Empfangseinrichtung 102 übertragen. Die Phasenerfassungseinrichtung 105 erfaßt den Phasenunterschied zwischen dem phasenmodulierten Erfassungssignal mittels der Empfangseinrichtung 102 und der Referenzwelle mit der gleichen Frequenz und der gleichen Phase wie die der Übertragungswelle, die mittels der Übertragungseinrichtung 101 erzeugt worden ist, um somit den Phasenunterschied als einen Phasenmodulationsbetrag θ aus zugeben. Der Phasenmodulationsbetrag θ wird mittels der Berechnungseinrichtung 106 in eine Position oder einen Winkel umgewandelt und dann als eine Endausgabe ausgegeben.

Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Auswärts- (nach außen weisende) Übertragungslichtleiter 103 und der Einwärts- (nach innen weisende) Übertragungslichtleiter 104 getrennt angeordnet sind, kann der Ausgang der Koppeleinrichtung 117 mit dem Auswärts- Übertragungslichtleiter 103 mittels eines Halbspiegels oder ähnlichem verbunden werden. In diesem Fall ist es möglich, die Anzahl der Übertragungslichtleiter auf eins zu verringern. Des weiteren ist es möglich, die vorliegende Ausführungsform in einer Art und Weise anzuordnen, daß die Intensitätsmodulationseinrichtung 116 die Lichtwellen reflektiert und zurückführt und die Verzweigungseinrichtung 111 ebenso als eine Koppeleinrichtung dient, um somit die Lichtwellen wieder in den Auswärts-Übertragungslichtleiter 103 einzukoppeln. In diesem Fall ist es ebenso möglich, die Anzahl der Übertragungslichtleiter auf eins zu reduzieren. Jedoch werden in den letzteren Fall, da die Lichtwellen die Phasenmodulationseinrichtung zweimal durchlaufen, die Lichtwellen einer Phasenmodulation unterzogen, deren Betrag zweimal der des vorhergehenden Falls ist, so daß der Phasenmodulationsbetrag von jeder der Phasenmodulationseinrichtungen 112 bis 115 1/2 mal so groß ist wie in der zuvorgenannten Ausführungsform, d. h. π/4.

Der gleiche Betrieb wie in der ersten Ausführungsform kann in einem Fall realisiert werden, in dem die Lichtübertragungseinrichtung 101 und die Lichtempfangseinrichtung 102 in der Erfassungseinrichtung 110 angeordnet sind und die Übertragungslichtleiter 103, 104 durch elektrische Kabel ersetzt sind.

Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, da eine Position oder ein Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts in eine Phase der Trägerlichtwelle umgewandelt und dann übertragen wird, die erfaßte Position oder der erfaßte Drehwinkel nicht durch Intensitätsschwankungen beeinflußt, wie z. B. der Amplitudenänderung der Ausgabe der Lichtquelle oder der Übertragungsverluständerung der Übertragungslichtleiter, so daß es möglich wird, eine stabile analoge Erfassung auszuführen. Dementsprechend kann eine große Menge von absoluten Positionsinformationen, sogar unter Verwendung einer geringen Anzahl von Übertragungslichtleitern, übertragen werden. Das heißt, die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mittels einer kostengünstigen Anordnung realisiert werden, da im Gegensatz zu der herkömmlichen digitalen Lichtleiter-Codiereinrichtung nicht viele Übertragungsfasern benötigt werden.

Zweite Ausführungsform

Nun wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die begleitenden Figuren beschrieben. Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Aufbau der optischen Codiereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 201 einen übertragungsseitigen verzweigten Lichtleiter, 202 einen steuereinrichtungsseitigen Multiplex/Verzweigungsfilter, 203 einen Übertragungslichtleiter, 211 einen erfassungseinrichtungsseitigen Multiplex/Verzweigungsfilter zum Aufteilen der Lichtwellen von dem Übertragungslichtleiter in zwei oder mehrere optische Pfade. In dieser Ausführungsform wird die Lichtwelle in vier optische Pfade aufgeteilt.

Die Bezugsziffern 212 bis 215 bezeichnen Phasenmodulationseinrichtungen, die durch Lichtleiter gebildet werden, deren Längen jeweils so eingestellt sind, daß sie die Lichtwellen sequentiell 1/8 Periode um 1/8 Periode voneinander verzögern. Die Bezugsziffern 216 bis 219 bezeichnen Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen zur jeweiligen Kopplung der Lichtwelle von dem Lichtleiter zu Raumlicht, 220 bezeichnet eine Intensitätsmodulationseinrichtung, 221 bis 224 Reflexionseinrichtungen zur Reflexion der Lichtwellen, und 204 einen empfangsseitigen verzweigten Lichtleiter. Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Intensitätsmodulationseinrichtung zeigt. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 301 eine kreisförmige Platte, die aus einem transparenten Material, wie z. B. Glas, gebildet ist, 302 einen Licht-Abschirmungsabschnitt, 303 einen Öffnungsabschnitt und 304 einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung der Intensitätsmodulationseinrichtung an der Drehwelle.

Nun wird der Betrieb der optischen Codiereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die Übertragungseinrichtung 101 sendet eine Trägerlichtwelle, die mit einer bestimmten Frequenz f und einem Modulationsgrad m₁ wie in der ersten Ausführungsform intensitätsmoduliert worden ist, zu dem übertragungsseitigen verzweigten Lichtleiter 201. Dann wird die Trägerlichtwelle mittels des steuereinrichtungsseitigen Multiplex/Verzweigungsfilters 202 in den Übertragungslichtleiter 203 eingegeben, wodurch die Lichtwelle zu der Erfassungseinrichtung 110 der Codiereinrichtung übertragen wird. In der Erfassungseinrichtung 110 wird die so übertragene Lichtwelle mittels des erfassungseinrichtungsseitigen Multiplex/Verzweigungsfilters 211 in vier Lichtwellen aufgeteilt (verzweigt) und die vier verzweigten Lichtwellen werden in die Phasenmodulationseinrichtungen 212 bis 215, die mittels der Lichtleiter mit jeweils unterschiedlichen Längen gebildet werden, eingegeben. Wie bekannt ist, wird, da die Lichtwelle eine inhärente Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist, die durch den Lichtleiter gelaufene Lichtwelle um eine Zeit verzögert, die der Länge des Lichtleiters entspricht. Unter der Annahme, daß z. B. die Lichtgeschwindigkeit in dem Vakuum C ist, der effektive Brechungsindex des Lichtleiters n ist und die Länge des Lichtleiters L ist, beträgt die Zeitverzögerung der durch den Lichtleiter gelaufenen Welle L/nC. Somit kann, da eine gewünschte Zeitverzögerung willkürlich mittels Einstellung eines L-Werts erzielt werden kann, die Phasenmodulationseinrichtung als eine Phasenmodulationseinrichtung für eine intensitätsmodulierte Trägerlichtwelle verwendet werden.

In dieser Ausführungsform sind die Verzögerungszeiten der Phasenmodulationseinrichtungen 212 bis 215 dergestalt eingestellt, daß diese um einen Betrag, der einer 1/8 Periode der Frequenz f der Trägerlichtwelle entspricht, sequentiell von der Phasenmodulationseinrichtung 212 zu der Phasenmodulationseinrichtung 215 ansteigen. Dann werden die Lichtwellen, die die Phasenmodulationseinrichtungen 212 bis 215 passiert haben, mittels der Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen 216 bis 219 in Raumlicht (Raumlichtzweige) umgewandelt, dann durch die Intensitätsmodulationseinrichtung 220 hindurchgeführt und dann jeweils mit der Reflexionseinrichtung 221 bis 224 reflektiert. Die reflektierten Lichtwellen passieren wieder die Intensitätsmodulationseinrichtung 220 und kommen dann an den Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen 216 bis 219 an. Die Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen 216 bis 219 und die Reflexionseinrichtungen 221 bis 224 sind in einer Art und Weise ausgestaltet, daß die Lichtwellen, die die Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen zweimal durchstrahlt haben, wieder in die Lichtleiter 212 bis 215 eingekoppelt und übertragen werden. Solch eine Anordnung ist z. B. in einem Fall möglich, in dem jede der Lichtwellen, die von den Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen 216 bis 219 ausgestrahlt werden, zu einem parallelen Lichtfluß gemacht wird, oder in einem Fall, in dem diese zu einem konvergierenden Lichtfluß gemacht wird, der auf die Reflexionseinrichtungen fokussiert ist. Die Lichtwellen, die durch die jeweiligen verzweigten optischen Pfade zu dem erfassungseinrichtungsseitigen Multiplex/Verzweigungsfilter 211 zurückgeführt worden sind, sind sequentiell 1/4 Periode (πt/2) um 1/4 Periode phasenverschoben, da die Lichtwellen die Lichtleiter 211 bis 215 zweimal durchlaufen, die die Lichtwellen sequentiell 1/8 Periode um 1/8 Periode verzögern. Die Intensitätsmodulationseinrichtung 220 führt wie in der ersten Ausführungsform die Intensitätsmodulation bezüglich der Lichtwellen von den entsprechenden verzweigten Lichtpfaden mit Modulationsgraden aus, die sich in Phase π/2 um π/2 sequentiell bezüglich einer Position oder eines Drehwinkels θ des Objekts unterscheiden, wie mittels den folgenden Ausdrücken 6 bis 9 dargestellt wird.

e1 = 1 + m₂ cosθ (6)

e2 = 1 + m₂ cos(θ + π/2) = 1 - m₂ sinθ (7)

e3 = 1 + m₂ cos(θ + π) = 1 - m₂ cosθ (8)

e4 = 1 + m₂ cos(θ + 3π/2) = 1 + m₂ sinθ (9).

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Intensitätsmodulationseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die vorliegende Erfindung auf eine Drehcodiereinrichtung angewendet wird, zur Messung eines Drehwinkels der Welle der rotierenden Maschine. Die Intensitätsmodulationseinrichtung kann mittels einer transparenten kreisförmigen Platte gebildet sein, die an der Drehwelle angebracht ist. Die kreisförmige Platte wird mittels des Lichtabschirmungsglieds 302 gebildet, auf dem ein dünner Film, der aus Metall, wie z. B. Cr, gebildet worden ist, durch z. B. den Musterungs- Prozeß (Pattering process) zur Verfügung gestellt ist. Die Intensitätsmodulation kann ausgeführt werden, indem an dem Lichtabschirmungsglied der Öffnungsabschnitt 303 in solch einer Art und Weise gebildet wird, daß sich der Bereich des lichtübertragenden Bereichs davon sinusförmig in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel θ ändert. Wenn die Position von dem Licht, das auf den Öffnungsabschnitt der kreisförmigen Platte eingestrahlt wird, verändert wird, kann die phasenverschobene Modulation hinsichtlich des Drehwinkels θ erhalten werden. Wenn des weiteren die Lichtauftreffposition bei jeder 1/4 Umdrehung der kreisförmigen Platte zur Verfügung gestellt wird, kann jede der verzweigten Lichtwellen in der gleichen Art und Weise intensitätsmoduliert werden, wie mittels den Ausdrücken 6 bis 9 dargestellt ist. Die Intensitätsmodulationseinrichtung ist nicht auf die Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, beschränkt, sondern kann irgendeinen Aufbau aufweisen, solange die Intensität der verzweigten Lichtwellen sinusförmig in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel θ geändert wird. Zum Beispiel ist es denkbar, verschiedene Typen von Intensitätsmodulationseinrichtungen zu verwenden, wie z. B. eine, in der der Öffnungsabschnitt mittels einer Vielzahl von Öffnungen gebildet wird, oder eine andere, in der die kreisförmige Platte mittels eines durchlässigen bzw. transparenten Films gebildet wird, dessen Übertragungsrate sich in Übereinstimmung mit einer Position oder einem Drehwinkel θ ändert, oder noch einer weiteren, in der ein Beugungsgitter auf der kreisförmigen Platte durch den Musterungs-Prozeß (patterning process) ausgebildet ist. Des weiteren ist es möglich, die Intensitätsmodulationseinrichtung 220 so auszugestalten, daß diese ebenso als die Reflexionseinrichtungen 221 bis 224 dient, und den Öffnungsabschnitt als einen stark reflektierenden Abschnitt auszubilden. In diesem Fall ändert sich der Winkel des reflektierten Lichts in Übereinstimmung mit der Änderung des Winkels des reflektierenden Abschnitts in Übereinstimmung mit der Bewegung der Intensitätsmodulationseinrichtung, so daß sich die Wirkung der Lichtwellen, die von den Lichtprojektions/Empfangs einrichtungen 216 bis 219 in die Lichtleiter eintreten, ändern kann. Dementsprechend ist es notwendig, auf die relative Beziehung zwischen der Intensitätsmodulationseinrichtung und der Lichtprojektions/ Empfangseinrichtung hinzuweisen und auf die Möglichkeit, daß sich der Wirkungsgrad der Lichtprojektions/Emp fangseinrichtung hinsichtlich des Einfallswinkels ändern kann. Die Lichtwellen, die zweimal in die Lichtprojektions/Empfangs einrichtungen 216 bis 219 eingestrahlt worden sind, passieren die Phasenmodulationseinrichtungen 212 bis 215 und werden so insgesamt zweimal zeitverzögert. Folglich werden die Lichtwellen von den Phasenmodulationseinrichtungen als die Modulationswellen, die durch die Ausdrücke 14 bis 17 dargestellt werden, auf den erfassungseinrichtungsseitigen Multiplex/Verzweigungsfilter 211 angewendet, der diese Modulationswellen wiederum bündelt und zu der Steuereinrichtung 100 durch den einzelnen Übertragungslichtleiter 203 überträgt. Der steuereinrichtungsseitige Multiplex/Verzweigungsfilter 202 teilt die durch den Lichtleiter übertragene Lichtwelle in den empfangsseitigen verzweigten Lichtleiter 204 auf, und die Intensität der Lichtwelle, die in den Lichtleiter aufgezweigt wird, wird mittels der Empfangseinrichtung 102 erfaßt. Die mittels der Empfangseinrichtung 102 erfaßte Modulationswelle ist die gleiche wie die, die durch den Ausdruck 20 dargestellt ist, und somit wird ein Drehwinkel θ ähnlich wie in der ersten Ausführungsform erfaßt.

Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann, da die Phasenmodulationseinrichtung unter Verwendung der Verzögerungseigenschaften der Lichtleiter realisiert wird, sogar wenn ein optischer Verzögerungspfad von einigen Metern oder einigen zehn Metern durch die niedrige Frequenz der Trägerlichtwelle erforderlich ist, die optische Codiereinrichtung einfach verkleinert bzw. miniaturisiert werden, indem ein Lichtleiter in der Form einer Wicklung als Phasenmodulationseinrichtung verwendet wird. Des weiteren können, da sowohl die Annäherung als auch der Rückweg der Lichtwelle unter Verwendung eines einzelnen Lichtleiters in einer Art und Weise realisiert wird, daß die mittels den Intensitätsmodulationseinrichtungen modulierte Lichtwelle wieder in den gleichen Lichtleiter zurückgeführt wird, die Übertragungspfade in einer einfachen Konfiguration und billig realisiert werden, wodurch eine sehr stabile optische Codiereinrichtung realisiert werden kann.

Dritte Ausführungsform

Nun wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die begleitenden Figuren beschrieben. Fig. 4 ist ein Diagramm, das einen Aufbau der optischen Codiereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Figur bezeichnen die Bezugsziffern 411 und 412 Phasenmodulationseinrichtungen, die durch Lichtleiter gebildet werden, deren Längen in einer Art und Weise eingestellt sind, daß die Phasenmodulationseinrichtung 412 das Trägerlicht um 1/8 Periode, verglichen mit der Phasenmodulationseinrichtung 411, verzögert. Die Bezugsziffern 413 und 414 bezeichnen Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen zum jeweiligen Koppeln der Lichtwelle von dem Lichtleiter zu Raumlicht. 415 und 416 bezeichnen Reflexionseinrichtungen zur Reflexion der Lichtwellen, und 401 bezeichnet eine Phasenerfassungseinrichtung mit einer Kompensationseinrichtung. Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des inneren Aufbaus der Steuereinrichtung 100 zeigt. Eine Bezugsziffer. 501 bezeichnet einen Oszillator, wie z. B. einen Synthesizer, 502 eine Lichtquellen- Ansteuerungsschaltung, 503 eine Lichtquelle, 504 eine Kompensationsschaltung, die sinusförmige Wellen erzeugt, 505 einen Subtrahierer, 506 eine lichtempfindliche Zelle und 507 eine Filter/Verstärkungsschaltung.

Nun wird der Betrieb der optischen Codiereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die Übertragungseinrichtung 101 sendet eine Trägerlichtwelle, die mit einer Frequenz f und einem Modulationsgrad m₁, ähnlich wie in der ersten und zweiten Ausführungsform, intensitätsmoduliert worden ist, zu dem verzweigten optischen Leiter 201 auf der Übertragungsseite. Dann wird die Trägerlichtwelle mittels des Multiplex/Verzweigungsfilters 202 auf der Seite der Steuereinrichtung in den Übertragungslichtleiter 203 gekoppelt, wodurch die Lichtwelle zu der Erfassungseinrichtung 110 der Codiereinrichtung übertragen wird. In der Erfassungseinrichtung 110 wird die übertragene Lichtwelle mittels des Multiplex/Ver zweigungsfilters 411 auf der Seite der Erfassungseinrichtung in zwei Lichtwellen aufgeteilt und die zwei verzweigten bzw. aufgeteilten Lichtwellen werden in die Phasenmodulationseinrichtungen 411 und 412 eingegeben, die jeweils mittels den Lichtleitern mit unterschiedlichen Längen gebildet worden sind. Die Längen der Lichtleiter sind dergestalt eingestellt, daß die Verzögerungszeit der Phasenmodulationseinrichtung 412 um einen Betrag, der einer 1/8 Periode der Frequenz f der Trägerlichtwelle entspricht, größer ist als der der Phasenmodulationseinrichtung 411. Die Lichtwellen, die durch Phasenmodulationseinrichtungen 411 und 412 hindurchgetreten sind, werden mittels den Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen 413 und 414 in Raumlicht umgewandelt und dann durch die Intensitätsmodulationseinrichtung 420 hindurchgeführt und dann jeweils mittels den Reflexionseinrichtungen 415 und 416 reflektiert. Das reflektierte Licht wird wieder durch die Intensitätsmodulationseinrichtung 220 hindurchgeführt und kommt dann an den Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen 413 und 414 an. Die Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen 413, 414 und die Reflexionseinrichtungen 415, 416 sind dergestalt ausgestaltet, daß die Lichtwellen, die zum zweiten Mal in die Lichtprojektions/Empfangseinrichtungen eintreten sind, wieder in den Lichtleiter eingekoppelt und dann übertragen werden. Die Intensitätsmodulationseinrichtung 220 führt die Intensitätsmodulation dergestalt aus, daß das Licht der entsprechenden verzweigten optischen Pfade mit Modulationsgraden intensitätsmoduliert wird, die sich voneinander in Phase π/2 bezüglich einer Position oder eines Drehwinkels θ eines Objekts unterscheiden, wie jeweils in den folgenden Gleichungen 6 und 7 dargestellt.

e1 = 1 + m₂ cos θ (6)

e2 = 1 + m₂ cos(θ + π/2) = 1 - m₂ sinθ (7).

Dann wird das Licht, das zweimal in die Lichtprojektions/Empfangs einrichtungen 413 und 414 eingetreten ist, wieder jeweils durch die Phasenmodulationseinrichtungen 411 und 412 hindurchgeführt und so insgesamt zweimal zeitverzögert. Folglich werden die Lichtwellen von den Phasenmodulationseinrichtungen als die Modulationswellen, die mittels den Gleichungen 14 und 15 dargestellt werden, auf den Multiplex/Verzweigungsfilter 211 auf der Seite der Erfassungseinrichtung angewendet, der wiederum diese Modulationswellen zu einer einzelnen Lichtwelle bündelt und diese zu der Steuereinrichtung durch den einzelnen Übertragungslichtieiter 203 überträgt. Der Multiplex/Verzweigungsfilter 202 auf der Seite der Steuereinrichtung teilt die Lichtwelle, die durch den Lichtleiter übertragen worden ist, in den verzweigten Lichtleiter 204 auf der Empfangsseite auf und die Intensität der Lichtwelle, die in den Lichtleiter aufgeteilt worden ist, wird mittels der Empfangseinrichtung 102 erfaßt. Die mittels der Empfangseinrichtung 102 erfaßte Modulationswelle wird durch die folgende Gleichung 21 dargestellt.

Pout = Pout1 + Pout2
= P0(1 + m₁sin2πft)(1 + m₂ cosθ)
+ P0(1 + m₁cos2πft)(1 - m₂ sinθ)
= P0(2 + m₁m₂sin(2πft - θ)
+ SQR(2)m₁sin(2πft + π/4) - m₂(sinθ - cosθ) (21).

Das heißt, zusätzlich zu dem Ausdruck der Phasenmodulationswelle in dem zweiten Ausdruck tritt des weiteren der Ausdruck der Trägerfrequenz der festen Phase in den dritten Ausdruck und der Ausdruck aufgrund einer Position oder eines Drehwinkels θ der Intensitätsmodulationseinrichtung 220 in dem vierten Ausdruck der Gleichung auf. Jedoch kann, da es möglich ist, die Frequenz der Trägerlichtwelle ausreichend hoch bezüglich der Änderungsgeschwindigkeit der Intensitätsmodulationseinrichtung 220 einzustellen, in solch einem Fall der vierte Ausdruck gestrichen werden, wenn die Empfangseinrichtung 102 Hochfrequenzbandfilter-Eigenschaften aufweist. Der dritte Ausdruck kann nicht durch eine Filterung eliminiert werden, da die Frequenz davon die gleiche wie die der Trägerlichtwelle ist. Jedoch kann, da es die Welle der festen Phase ist, die nicht durch eine Modulation durch eine Position oder einen Drehwinkel θ der Intensitätsmodulationseinrichtung 220 beeinflußt wird, der dritte Ausdruck eliminiert werden, indem die Welle dergestalt erzeugt wird, daß diese die gleiche Amplitude und die gleiche Phase aufweist und diese von dem dritten Ausdruck abgezogen wird. Die Amplitude wird als der Wert SQR (2) P0m₁ mittels der Übertragungseinrichtung 101 in der Gleichung 21 dargestellt. Tatsächlich ist die Amplitude ein einrichtungsspezifischer Wert, da Verluste auf dem Übertragungslichtleiter auftreten, übermäßige Verluste in dem Multiplex/Verzweigungsfilter oder ähnliches. Die Phase ist ein fester Wert, da sich die Phase durch den Übertragungslichtleiter ändert, wobei sie aber einen bestimmten Wert für die Einrichtung annimmt, wodurch es erforderlich ist, diesen in Übereinstimmung mit der entsprechenden Einrichtung einzustellen.

Die Schaltung zur Ausführung des vorgenannten Verfahrens kann z. B. durch den in Fig. 5 gezeigten Aufbau realisiert werden. In der Übertragungseinrichtung 101 treibt die Lichtquellenantriebsschaltung 502 die Lichtquelle 503 in der in Gleichung 1 gezeigten Art und Weise mittels der Referenzwelle mit der Frequenz f von dem Oszillator 501 an. Die Referenzwelle wird zu der Kompensationsschaltung zur Erzeugung einer sinusförmigen Welle 504 und der Phasenerfassungseinrichtung 105 ausgegeben. Die Kompensationsschaltung zur Erzeugung einer sinusförmigen Welle 504 erzeugt, basierend auf der Referenzwelle, die Welle mit einer Phase und einer Amplitude des zuvor genannten festen Phasenausdrucks und gibt die Welle zu dem Subtrahierer 505 aus. In der Empfangseinrichtung 102 wandelt die lichtempfindliche Zelle 506 die modulierte Lichtwelle, die von der Erfassungseinrichtung 110 zurückkommt, in ein elektrisches Signal um, und die Filter/Verstärkungsschaltung 507 läßt wahlweise die Hochfrequenzbandkomponente des elektrischen Signals durch, d. h. entfernt den vierten Ausdruck des Ausdrucks 21 von dem elektrischen Signal und gibt aus. Der Subtrahierer 505 subtrahiert das kompensierende sinusförmige Signal von dem Ausgangssignal von der Filter/ Verstärkungsschaltung, wodurch ein Signal ausgegeben wird, das nur mittels des Phasenmodulationssignals gebildet worden ist. Die Ausgabe von dem Subtrahierer wird mittels der Phasenerfassungseinrichtung 105 als ein Signal ausgegeben, das einen Phasenmodulationsbetrag θ darstellt, und gibt dann mittels der Berechnungseinrichtung 106 ein Signal aus, das einen Winkel oder eine Position darstellt.

Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann, da die verzweigten optischen Pfade innerhalb der Erfassungseinrichtung der Codiereinrichtung mit nur zwei optischen Pfaden gebildet werden können, der Aufbau der Erfassungseinrichtung vereinfacht und verbilligt werden. Des weiteren können, da sowohl die Auswärts- als auch die Einwärtsübertragung unter Verwendung eines einzelnen Übertragungslichtleiters in einer Art und Weise realisiert werden kann, daß die Lichtwelle, die mittels der Intensitätsmodulationseinrichtung moduliert worden ist, wieder in dem gleichen Lichtleiter zurückgeführt wird, die Übertragungspfade mit einem einfachen Aufbau und billig gebildet werden, wodurch eine sehr stabile optische Codiereinrichtung realisiert werden kann.

Vierte Ausführungsform

Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Verweis auf die begleitenden Figuren beschrieben. Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltungsanordnung zur Anwendung der vierten Ausführungsform auf die zweite Anordnung der vorliegenden Erfindung darstellt. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 601 einen lokalen Oszillator, 602 einen Rückwandler und 603 einen Referenzwellengenerator, der einen Rückwandler gleich der Einrichtung 602 verwendet. Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltungsanordnung zur Anwendung der vierten Ausführungsform auf die dritte Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt.

Nun wird der Betrieb der optischen Codiereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. In Fig. 7 erzeugt, ähnlich wie in den zuvor genannten Ausführungsformen, der Oszillator 501 die Referenzwelle mit einer Frequenz f und legt diese an den lokalen Oszillator 601 und den Referenzwellengenerator 603 an. Der lokale Oszillator 601 erzeugt eine sinusförmige Welle mit einer Frequenz, die sich von der Referenzfrequenz f um einen kleinen Betrag δ unterscheidet, und gibt diese an den Rückwandler 602 aus. Der Rückwandler 602 synthetisiert das Ausgangssignal mit der Frequenz f von der Empfangseinrichtung 102 und dem Signal von dem lokalen Oszillator 601, wodurch ein Signal mit einer Frequenz δ gefiltert und aufgenommen wird, wird das den Frequenzunterschied dazwischen darstellt, wodurch eine sogenannte Überlagerungserfassungsschaltung (Heterodyne- Erfassungsschaltung) gebildet wird. Der Referenzwellengenerator 603 erzeugt eine Welle mit fester Phase mit einer Frequenz δ und gibt diese zu der Phasenerfassungseinrichtung 105 aus. Das Ausgangssignal von dem Rückwandler 602 wird in seiner Frequenz in δ umgewandelt, seine Phase jedoch aufrechterhalten. Dementsprechend kann ein Betrag der Phasenmodulation θ in der Erfassungseinrichtung 110 der Codiereinrichtung erfaßt werden, indem der Phasenvergleich in der Phasenerfassungseinrichtung 105 zwischen der Welle mit fester Phase von dem Referenzwellengenerator 603 und dem Ausgangssignal von dem Rückwandler 602 ausgeführt wird.

In dem Fall, in dem die Überlagerungserfassung in der Anordnung der dritten Ausführungsform ausgeführt wird, ist es erforderlich, eine übermäßige feste Phasenwelle (excessive fixed phase wave) und eine übermäßige Welle (excessive wave) gemäß einer Position oder einem Drehwinkel θ von der Intensitätsmodulationseinrichtung zu eliminieren. In Fig. 7 wird die modulierte Lichtwelle, die von der Erfassungseinrichtung 110 zurückkehrt, mittels der fotoempfindlichen Zelle 506 in ein elektrisches Signal umgewandelt, und eine übermäßige Welle davon gemäß einer Position oder einem Drehwinkel θ wird mittels der Filter/Verstärkungsschaltung 507 hochpass-gefiltert und dann zu dem Rückwandler 602 ausgegeben. Der Referenzwellengenerator 603 erzeugt die Welle mit fester Phase mit einer Frequenz δ und gibt diese zu der Kompensationsschaltung zur Erzeugung einer sinusförmigen Welle 504 und zu der Phasenerfassungseinrichtung 105 aus. Die Kompensationsschaltung zur Erzeugung einer sinusförmigen Welle 504 erzeugt eine Welle, deren Phase und Amplitude gleich denen der zuvor genannten übermäßigen Welle mit fester Phase sind, basierend auf der Welle mit fester Phase der Frequenz δ von dem Referenzwellengenerator 603 und gibt die Welle zu dem Subtrahierer 505 aus. Von dem Ausgangssignal, das mittels des Rückwandlers 602 frequenzgewandelt worden ist, so daß es die Frequenz δ aufweist, wird das sinusförmige Kompensationssignal in dem Subtrahierer 505 subtrahiert und dann als ein Signal ausgegeben, das nur die phasenmodulierte Welle aufweist. Dann wird die Ausgabe des Subtrahierers mittels der Phasenerfassungseinrichtung 105 als ein Signal ausgegeben, das einen Phasenmodulationsbetrag θ darstellt, und dann mittels der Berechnungseinrichtung 106 als ein Signal ausgegeben, das einen Winkel oder eine Position darstellt.

Gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Frequenz der erfaßten Lichtwelle in eine willkürlich niedrige Frequenz mittels der Überlagerungserfassungsschaltung umgewandelt werden. Folglich kann der Zeitversatz (time shaft) verlängert werden und somit der Fehlereinfluß durch die Änderung der Übertragungsverzögerungszeit verringert werden. Des weiteren kann die Auflösung der Phasenerfassung ohne eine Beschränkung durch die Taktfrequenz der Phasenerfassungseinrichtung verbessert werden, so daß es möglich ist, die Auflösung einer Position oder eines Drehwinkels eines zu erfassenden Objekts zu verbessern.

Wie obenstehend anhand der ersten bis vierten Ausführungsform der optischen Codiereinrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist, da eine Position oder ein Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts in eine Phase der Trägerlichtwelle umgewandelt und dann übertragen wird, die erfaßte Position oder der erfaßte Winkel nicht von Intensitätsschwankungen, wie z. B. der Amplitudenänderung der Ausgabe der Lichtquelle oder einer Änderung der Übertragungsverluste des Übertragungslichtleiters, beeinflußt, so daß es möglich wird, eine stabile analoge Erfassung auszuführen. Dementsprechend kann eine große Menge von absoluten Positionsinformationen, sogar unter Verwendung einer geringen Anzahl von Übertragungslichtleitern, erhalten werden. Das heißt, die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mittels einer kostengünstigen Anordnung gebildet werden, da im Gegensatz zu der herkömmlichen digitalen Lichtleiter-Codiereinrichtung nur wenige Übertragungsfasern (Lichtleiter) notwendig sind.

Gemäß der optischen Codiereinrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann, da die Phasenmodulationseinrichtungen unter Verwendung der Verzögerungseigenschaft der Lichtleiter realisiert werden, sogar wenn durch die niedrige Frequenz der Trägerlichtwelle ein optischer Verzögerungspfad mit mehreren Metern oder einigen zehn Metern erforderlich ist, der optische Codiereinrichtung einfach miniaturisiert werden, indem die optische Faser in Form einer Wicklung als die Phasenmodulationseinrichtung verwendet wird.

Gemäß der optischen Codiereinrichtung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann, da nur zwei Verzweigungseinrichtungen als die Verzweigungseinrichtungen eines optischen Pfades in der Erfassungseinrichtung erforderlich sind, die Anordnung der Einrichtung vereinfacht werden.

Gemäß der optischen Codiereinrichtung der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Frequenz der erfaßten Lichtwelle in eine willkürlich niedrige Frequenz mittels der Überlagerungserfassungsschaltung konvertiert werden. Folglich kann ein Zeitversatz verlängert werden, und somit kann der Einfluß eines Fehlers durch die Änderung der Übertragungsverzögerungszeit verringert werden. Des weiteren kann die Auflösung der Phasenerfassung verbessert werden, ohne daß diese durch die Taktfrequenz der Phasenerfassungseinrichtung eingeschränkt ist, so daß es möglich ist, die Auflösung einer Position oder eines Drehwinkels eines zu erfassenden Objekts zu verbessern.

Claims

1. Optische Codiereinrichtung zur Erfassung einer Position auf einer geraden Linie oder eines Drehwinkels eines zu erfassenden Objekts, gekennzeichnet durch
eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung eines ersten intensitätsmodulierten Lichts, das erhalten wird, indem das zu erfassende Objekt einer Intensitätsmodulation unter Verwendung einer sinusförmigen Welle unterzogen wird;
eine Verzweigungseinrichtung zum Verzweigen des ersten intensitätsmodulierten Lichts in eine Vielzahl von ersten verzweigten intensitätsmodulierten Lichtzweigen;
eine Phasenmodulationseinrichtung zur Phasenmodulation der Vielzahl von ersten verzweigten intensitätsmodulierten Lichtzweigen in einer Art und Weise, daß die Vielzahl von ersten verzweigten intensitätsmodulierten Lichtzweigen 1/4 Periode um 1/4 Periode voneinander phasenverschoben werden;
eine Intensitätsmodulationseinrichtung zur Intensitätsmodulation der Vielzahl von ersten verzweigten intensitätsmodulierten Lichtzweigen mittels sinusförmigen Wellen, deren Phasen 1/4 Periode um 1/4 Periode voneinander verschoben sind und die mit einer Position auf-einer geraden Linie oder einem Drehwinkel des zu erfassenden Objekts übereinstimmen, wodurch eine Vielzahl von zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen erhalten wird;
eine Koppeleinrichtung zum Zusammenfügen der Vielzahl von zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen zu einem einzelnen optischen Übertragungspfad; und
eine Phasenerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Phasenunterschieds zwischen den zusammengefügten zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen und den ersten intensitätsmodulierten Lichtzweigen;
wobei eine Position auf einer geraden Linie oder ein Drehwinkel des Objekts von dem erfaßten Phasenunterschied erhalten wird.

2. Optische Codiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulationseinrichtung mittels einer Vielzahl von Lichtleitern gebildet wird, deren optische Längen voneinander in einer Art und Weise unterschiedlich gemacht worden sind, daß sie voneinander 1/4 Periode um 1/4 Periode bezüglich den ersten intensitätsmodulierten Lichtzweigen verschoben sind.

3. Optische Codiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulationseinrichtung mittels einer Vielzahl von Lichtleitern, deren optische Längen sequentiell voneinander um eine optische Länge verschoben sind, die halb so groß ist wie der optische Längenunterschied, und einer Reflexionseinrichtung zur Reflexion von Lichtzweigen gebildet wird, die durch die Vielzahl von Lichtleitern hindurchgetreten sind, und um die reflektierten Lichtzweige in die gleichen Lichtleiter zurückzuführen.

4. Optische Codiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungseinrichtung das erste intensitätsmodulierte Licht in vier erste verzweigte intensitätsmodulierte Lichtzweige aufteilt.

5. Optische Codiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungseinrichtung das erste intensitätsmodulierte Licht in zwei erste verzweigte intensitätsmodulierte Lichtzweige aufteilt, und die optische Codiereinrichtung des weiteren eine Kompensationseinrichtung zum Löschen der ersten intensitätsmodulierten Lichtkomponente umfaßt, die in den zusammengefügten zweiten intensitätsmodulierten Lichtzweigen enthalten ist, mittels eines Kompensationssignals mit einer Amplitude und einer Phase, die gleich denen der ersten intensitätsmodulierten Lichtkomponente sind.

6. Optische Codiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Codiereinrichtung des weiteren einen lokalen Oszillator umfaßt, zur Oszillation mit einer Frequenz, die sich von der des ersten intensitätsmodulierten Lichts unterscheidet, und Frequenzwandler, um das erste intensitätsmodulierte Lichtsignal und das zusammengefügte zweite intensitätsmodulierte Lichtsignal mittels des Oszillationssignals von dem lokalen Oszillator einer Frequenzwandlung zu unterziehen, wobei ein Phasenunterschied zwischen den Signalen, die der Frequenzwandlung mittels den Frequenzwandlern unterzogen werden, erfaßt wird, wodurch ein Überlagerungsempfang ausgeführt wird.