DE19826009A1

DE19826009A1 - Rechner mit Fokussiereinrichtung

Info

Publication number: DE19826009A1
Application number: DE19826009A
Authority: DE
Inventors: Ching Shun Wang; Cheng-Liang Hsieh; Shu Fang Lu
Original assignee: Liu Yu Shian
Current assignee: Liu Yu Shian
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: DE19826009C2; CA2236772C; GB2338549A; CA2236772A1; FR2779815A1; GB9812912D0

Abstract

Ein Rechner mit Fokussiereinrichtung weist eine Lichtquelle, einen Chopper und einen Fotodetektor auf, wobei das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die Eintrittsfläche des Choppers trifft und der Fotodetektor eine Anordnung lichtempfindlicher Chips zum Erfassen der von dem Chopper emittierten Arbeitsstrahlen aufweist. Die Eintrittsfläche des Choppers weist eine ringförmige Linse zum Fokussieren des von der Lichtquelle emittierten Lichts auf. Die Austrittsfläche des Choppers weist eine Mehrzahl zahnförmiger Linsen auf, die jeweils rechtwinklig zur ringförmigen Linse angeordnet und zum Fokussieren des Arbeitsstrahls in der Lage sind, nachdem dieser die Austrittsfläche passiert hat. Dadurch wird das Problem der Interferenz minimiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rechner mit Fokussier einrichtung, und insbesondere einen Kodierer, mit dem Interferenzen vermeidbar sind, wenn Licht durch einen Chopper hindurch auf einen Fotodetektor emittiert wird.

Herkömmliche optische Kodierer sind vom Typ eines Sperr- Kodierers, wie er aus Fig. 1 ersichtlich ist. Der Kodierer weist einen Chopper 60, eine Lichtquelle 70 und einen Fotodetektor 80 auf. Die Lichtquelle 70 ist nahe an dem Chopper 60 angeordnet und emittiert Licht auf den Chopper 60. Der Chopper 60 ist auf einer Achse 50 mittig ausgerichtet und wird von einem Antrieb (nicht dargestellt) in Drehung versetzt. Der Chopper 60 weist entlang ihres distalen Abschnitts eine Mehrzahl Spalte 61 auf. Darüber hinaus ist zwischen zwei benachbarten Spalten 61 jeweils ein lichtundurchlässiger Teil 62 angeordnet. Der Fotodetektor 80 ist nahe des Choppers 60 angeordnet und weist einen lichtempfindlichen Chip 81 auf, der das von den Spalten 61 emittierte Licht auffängt.

Das von der Lichtquelle 70 emittierte Licht wird bei Drehung des Choppers 60 von den Spalten 61 und dem lichtundurchlässigen Teil 62 des Choppers 60 zerhackt und bildet einen Arbeitsstrahl. Der Arbeitsstrahl wird vom Fotodetektor 80 erfaßt und in ein Sinussignal eines Oszilloskops umgewandelt. Das Signal wird von einem Gleichrichter zu den vier Signalen (0,0), (0,1), (1,1) und (1,0) verarbeitet.

Nach den Gesetzen der Wellenoptik kann es jedoch zur Interferenz des von zwei Spalten emittierten Lichts kommen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Interferenz bewirkt außerdem eine Störung des Fotodetektors 80.

Eine Herangehensweise zum Verhindern der Interferenz an zwei benachbarten Spalten ist das Anordnen des lichtempfindlichen Chips 81 des Fotodetektors 80 nahe am Spalt 61. Eine weitere Herangehensweise besteht darin, die Fläche des Spalts größer als die des lichtempfindlichen Chips 81 auszubilden (um ca. 1/3 größer). Die erste Möglichkeit verkompliziert jedoch die Herstellung, und bei der zweiten wird die Auflösung verschlechtert.

Wie aus Fig. 3A ersichtlich ist, stellt D die Lichtquelle dar, C den Chopper, A und B sind die Spalte, und S ist der Fotodetektor, der in die Richtung T beweglich ist. Fig. 3B zeigt die Verteilung der Lichtstärke, wobei N die durchschnitt liche Wahrscheinlichkeit (Lichtamplitude) und H die Wahrschein lichkeit ist. Wie aus Fig. 3B ersichtlich ist, ist N₁=(H₁)² die durchschnittliche Verteilung der bei Sperrung des Spalts B von einem Fotodetektor S erfaßten Lichtstärke. N₂=(H₂)² ist die durchschnittliche Verteilung der von einem Fotodetektor S bei gesperrtem Spalt A erfaßten Lichtstärke.

Kommt es zu keiner Interferenz des durch Spalt A und B fallenden Lichts, ist die Verteilung der vom Fotodetektor S erfaßten Lichtstärke N₁₂=N₁+N₂, wie aus Fig. 3C ersichtlich ist.

Nach den Gesetzen der Wellenoptik entspricht die Verteilung der vom Fotodetektor S erfaßten Lichtstärke aufgrund der Interferenz an den beiden Spalten jedoch der in Fig. 4 gezeigten. Eine Möglichkeit zum Vermeiden der Interferenz besteht darin, das Licht nicht durch die Spalte auf den Fotodetektor fallen zu lassen. Eine weitere Möglichkeit ist das Fokussieren des Lichts vor dessen Auftreffen auf den Fotodetektor. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, läßt sich der Fotodetektor zur Vermeidung der Interferenz zwischen der Linse und dem Brennpunkt der Linse anordnen.

Durch die Erfindung wird ein Rechner mit Fokussier einrichtung geschaffen, bei dem eine ringförmige Linse auf der Eintrittsfläche des Choppers angeordnet ist, die das von der Lichtquelle emittierte Licht fokussiert, und eine Mehrzahl von zahnförmigen Linsen jeweils rechtwinklig zu der ringförmigen Linse auf der Austrittsfläche des Choppers angeordnet ist, die den Arbeitsstrahl nach dessen Austritt an der Austrittsfläche fokussieren, wodurch das Problem der Interferenz minimiert wird.

Durch die Erfindung wird ferner ein Rechner mit Fokussiereinrichtung geschaffen, bei dem der lichtempfindliche Chip entfernt von der Austrittsfläche des Choppers anordenbar ist, ohne daß die Herstellung verkompliziert oder die Auflösung geringer wird.

Zum besseren Verständnis der verschiedenen Ziele und Vorteile der Erfindung dient die nachfolgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 den herkömmlichen Sperr-Kodierer,

Fig. 2 die von der Interferenz an zwei Spalten erzeugte Verteilung der Lichtstärke,

Fig. 3A die Anordnung für die Interferenz an zwei Spalten,

Fig. 3B die an der in Fig. 3A gezeigten Anordnung gemessene Verteilung der Lichtstärke,

Fig. 3C eine fiktive Verteilungskurve der Lichtstärke, gemessen an der in Fig. 3A gezeigten Anordnung bei geöffneter Stellung beider Spalte,

Fig. 4 die reale Verteilungskurve der Lichtstärke, gemessen an der in Fig. 3A gezeigten Anordnung bei geöffneter Stellung beider Spalte,

Fig. 5 das erfindungsgemäße Fokussieren des Arbeitsstrahls,

Fig. 6 die Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 7 die Erfindung von vorn und von der Seite,

Fig. 8 die vier bei Drehung des erfindungsgemäßen Choppers auf einem Oszilloskop erscheinenden Signale (0,0), (0,1), (1,1), (1,0),

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung von vorn und von der Seite,

Fig. 10 eine ebenfalls weitere Ausführungsform der Erfindung von vorn und von beiden Seiten,

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung von vorn und von der Seite,

Fig. 12 eine schematische Darstellung mit einer konvexen zahnförmigen Linse anstelle der zahnförmigen Linse,

Fig. 13 eine schematische Darstellung mit einer streifenförmigen Linse anstelle der zahnförmigen Linse,

Fig. 14 eine schematische Darstellung mit einer kegelförmigen Linse anstelle der zahnförmigen Linse.

Die Bezugsziffern bezeichnen folgende Komponenten:

Bezugszeichenliste

1

Lichtquelle

2

Chopper

21

Achse

22

Eintrittsfläche

23

Austrittsfläche

24

ringförmige Linse

25

zahnförmige Linse

251

konvexer Abschnitt

252

konkaver Abschnitt

3

Fotodetektor

31

lichtempfindlicher Chip

Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, weist der erfin dungsgemäße Rechner mit Fokussiereinrichtung eine Lichtquelle 1, einen Chopper 2 und einen Fotodetektor 3 auf. Die Lichtquelle 1 ist nahe an dem Chopper 2 angeordnet, so daß das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht auf die Eintrittsfläche 21 des Choppers 2 auftrifft.

Der Chopper 2 ist auf einer Achse 21 mittig und drehbar angeordnet und wird von einem Antrieb (Tracing Ball) in Drehung versetzt. Der Chopper 2 dreht sich bei Bewegung der Abtast kugel. Eine ringförmige Linse 24 mit einem Krümmungsradius Rl ist an der Eintrittsfläche 22 angeordnet und fokussiert das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht. Eine Mehrzahl zahnförmiger Linsen 25 mit jeweils einem Krümmungsradius R2 sind an der Austrittsfläche 23 des Choppers 2 angeordnet. Die zahnförmigen Linsen 25 haben einen Totalreflexions-Winkel von weniger als 41,8° und sind rechtwinklig zur ringförmigen Linse 24 angeordnet. Nach der Formel zur Linsenberechnung 1/f=(1/R1+1/R2) (n-1) wird die Brennweite f von R1 und R2 bestimmt.

Der Fotodetektor 3 besteht aus durchsichtigen Materialien und ist zwischen den zahnförmigen Linsen 25 und dem Brennpunkt der zahnförmigen Linsen 25 angeordnet, sowie gegenüber der Lichtquelle 1. Der Fotodetektor 3 weist einen oberen licht empfindlichen Chip 31 und einen unteren lichtempfindlichen Chip 31 zum Erfassen der Arbeitsstrahlen auf, die von der Austrittsfläche 23 emittiert werden.

Der Arbeitsstrahl wird bei seinem Auftreffen auf die Eintrittsfläche 22 des Choppers 2 von der ringförmigen Linse 24 fokussiert. Nach dem Passieren der Austrittsfläche 23 wird der Strahl von den zahnförmigen Linsen 25 nochmals fokussiert. Dadurch kommt es beim Auftreffen des Arbeitsstrahls auf den lichtempfindlichen Chip 31 des Fotodetektors 3 nur noch zu minimalen Interferenzerscheinungen.

Bei Drehung des Choppers 2 wird das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht von dem Chopper 2 zerhackt und es entsteht ein Arbeitsstrahl. Der Arbeitsstrahl wird von dem Fotodetektor 30 erfaßt und in ein Sinussignal eines Oszilloskops umgewandelt. Das Signal wird von einem Gleichrichter zu den vier in Fig. 8 gezeigten Signalen (0,0), (0,1), (1,1) und (1,0) verarbeitet.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, läßt sich die Eintrittsfläche auch als ebene Fläche ausbilden, wobei die Fokussierung mittels der zahnförmigen Linsen 25 erzielt wird.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, läßt sich die Austrittsebene 23 mit einer Mehrzahl zahnförmiger Flächen versehen, wobei das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht von der ringförmigen Linse 24 fokussiert wird.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, läßt sich sowohl die Eintrittsfläche eben ausbilden als auch die Austrittsfläche 23 mit einer Mehrzahl zahnförmiger Flächen versehen.

Wie aus Fig. 12-14 ersichtlich ist, ist die Zahnform der Linse 25 auch durch eine konvexe Zahnform (Fig. 12), eine Streifenform (Fig. 13) oder eine Kegelform (Fig. 14) ersetzbar, um den Arbeitsstrahl nach dem Passieren der Austrittsfläche zu fokussieren, so daß die Interferenzerscheinungen minimiert werden.

Der konvexe Abschnitt 251 oder der konkave Abschnitt 252 der streifenförmigen Linse bzw. der kegelförmigen Linse können mit einem Reflexionsmedium oder einem lichtundurchlässigen Medium beschichtet sein oder sind mit einem Mattschliff versehen, so daß beim Betrieb des Arbeitsstrahls unerwünschtes Licht reflektiert bzw. abgeblockt wird.

Durch die Erfindung läßt sich also das beim Auftreffen des Arbeitsstrahls auf den lichtempfindlichen Chip des Fotodetektors - auftretende Interferenzproblem minimieren, indem der Strahl vorher fokussiert wird.

Claims

1. Rechner mit Fokussiereinrichtung mit einer Lichtquelle, einem Chopper und einem Fotodetektor, wobei das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die Eintrittsfläche des Choppers trifft, der Fotodetektor eine Anordnung lichtempfindlicher Chips zum Erfassen der von dem Chopper emittierten Arbeitsstrahlen aufweist, und wobei der Rechner mit Fokussiereinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eintrittsfläche des Choppers eine ringförmige Linse zum Fokussieren des von der Lichtquelle emittierten Lichts aufweist, die Austrittsfläche des Choppers eine Mehrzahl zahnförmiger Linsen aufweist, die jeweils rechtwinklig zur ringförmigen Linse angeordnet und zum Fokussieren des Arbeitsstrahls in der Lage sind, nachdem dieser die Austrittsfläche passiert hat, so daß das Problem der Interferenz minimiert wird.

2. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fotodetektor zwischen der zahnförmigen Linse und deren Brennpunkt angeordnet ist.

3. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Totalreflexions-Winkel der zahnförmigen Linse weniger als 41,8° beträgt.

4. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eintrittsfläche des Choppers eben ist.

5. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Austrittsfläche des Choppers mit einer Mehrzahl zahnförmiger Flächen versehen ist.

6. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl die Eintrittsfläche des Choppers mit einer ebenen Form als auch die Austrittsfläche des Choppers mit einer Mehrzahl von zahnförmigen Flächen ausgebildet ist.

7. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zahnform der Linse konvex ist.

8. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zahnform der Linse streifenförmig ist.

9. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der konvexe oder der konkave Abschnitt der streifenförmigen Linse teilweise mit einem lichtreflektierenden Medium oder einem lichtundurchlässigen Medium beschichtet oder mit einem Mattschliff versehen ist.

10. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zahnform der Linse kegelförmig ist.

11. Rechner mit Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der konvexe oder der konkave Abschnitt der kegelförmigen Linse teilweise mit einem lichtreflektierenden Medium oder einem lichtundurchlässigen Medium beschichtet oder mit einem Mattschliff versehen ist.