DE202012104795U1 - Transmitting and receiving unit and rotary encoder with such - Google Patents

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Abstract

Sende- und Empfangseinheit, insbesondere für die Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Lichtsender (20), der Sendelicht (32) in eine Sendelichtrichtung abstrahlt und einem Lichtempfänger (22) mit einer Lichtempfangsfläche (38), die derart angeordnet ist, dass die Sendelichtrichtung der Flächennormalen der Lichtempfangsfläche entspricht und der Lichtempfänger (22) zurückreflektiertes Sendelicht (32) als Empfangslicht (26) empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (20) auf der der Lichtempfangsfläche (38) abgewandten Seite des Lichtempfängers (22) angeordnet ist und das Sendelicht (32) durch ein Loch (42) in der Lichtempfangsfläche (38) tritt.Transmitting and receiving unit, in particular for detecting an angle of rotation, with a light transmitter (20) that emits the transmitted light (32) in a transmitted light direction and a light receiver (22) with a light-receiving surface (38) which is arranged in such a way that the transmitted light direction of the Corresponds to the surface normals of the light receiving surface and the light receiver (22) receives back-reflected transmitted light (32) as received light (26), characterized in that the light transmitter (20) is arranged on the side of the light receiver (22) facing away from the light receiving surface (38) and the transmitted light (32) passes through a hole (42) in the light receiving surface (38).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangseinheit, insbesondere für die Erfassung eines Drehwinkels sowie einen damit arbeitenden Drehgeber. The invention relates to a transmitting and receiving unit, in particular for detecting a rotation angle and a rotary encoder operating therewith.

Zur Erfassung eines Drehwinkels z. B. einer Welle werden u. a. optische Wirkprinzipien eingesetzt. Unabhängig vom jeweiligen optischen Prinzip bestehen entsprechende Sensoren aus mindestens einer Lichtquelle, einer Maßverkörperung und einem Empfänger. Die Maßverkörperung ist verdrehsteif mit einer Welle verbunden, deren Bewegung zu detektieren ist und erzeugt über eine Relativbewegung zum Empfänger eine Intensitätsmodulation des Signals auf dem Empfänger, welche als Winkelsignal dient. Zwei grundlegende Aufbauvarianten finden Verwendung: Transmittiv und Reflexiv. Insbesondere die reflexive Auslegung, bei der der Strahlengang an der Maßverkörperung reflektiert wird, hat besondere Vorteile, da nämlich dann Sender und Empfänger auf der gleichen Seite angeordnet werden können, beispielsweise auf der gleichen Elektronikkarte. Damit ist eine echte Entkopplung von Drehgeber und drehender Maßverkörperung möglich. Der Drehgeber muss die Maßverkörperung lediglich nur noch „sehen“. For detecting a rotation angle z. B. a wave u. a. used optical principles of action. Independent of the respective optical principle, corresponding sensors consist of at least one light source, a material measure and a receiver. The material measure is torsionally rigidly connected to a shaft whose movement is to be detected and, via a relative movement to the receiver, generates an intensity modulation of the signal on the receiver, which serves as an angle signal. Two basic construction variants are used: Transmittive and Reflexive. In particular, the reflective design, in which the beam path is reflected on the material measure, has particular advantages, since then transmitter and receiver can then be arranged on the same side, for example on the same electronic board. This makes a true decoupling of encoder and rotating material measure possible. The encoder only has to "see" the material measure.

Die Auslegung eines reflexiven Strahlengangs stellt je nach optischem Funktionsprinzip eine Herausforderung dar, da die einzelnen Komponenten, vor allem Sender und Empfänger, nicht entlang einer einzigen optischen Achse und orthogonal zu dieser ausgerichtet werden können. Für die meisten optischen Funktionsprinzipien bietet sich jedoch eine mittige Ausrichtung aller Komponenten vor allem aus Symmetriegründen an. The design of a reflective beam path is a challenge, depending on the optical principle of operation, since the individual components, especially transmitter and receiver, can not be aligned along a single optical axis and orthogonal to it. For most optical functional principles, however, a central alignment of all components offers above all for reasons of symmetry.

Das Bestreben beim Aufbau reflexiver optischer Funktionsprinzipien für Drehwinkelsensoren ist es, die Beleuchtung, die Maßverkörperung sowie den Empfänger zentrisch auf eine optische Achse zu bringen. Dies erfordert die zentrale Platzierung der Lichtquelle. Eine zentrale Platzierung der Lichtquelle wiederum erfordert eine Platzierung des Empfängers außerhalb der optischen Achse. Eine Symmetrie ergibt sich nur dann, wenn mehrere Empfänger um die Lichtquelle herum positioniert werden oder wenn das Licht umgelenkt wird. Dafür werden jedoch Strahlteiler, Spiegelsysteme o. Ä. benötigt, welche justiert werden müssen. In solchen Systemen sind die einzelnen Komponenten in verschiedenen nicht zueinander parallelen Aufbauebenen angeordnet. Die Positionierung bzw. die Justage der optischen Komponenten in einem System mit mehreren Aufbauebenen ist aufwändig und kostenintensiv. Ebenso ist eine Umlenkung des Beleuchtungsstrahlengangs kompliziert und meist mit erheblichem Intensitätsverlust behaftet. Darüber hinaus benötigt ein solcher Aufbau erheblichen Bauraum. The endeavor in building up reflexive optical principles of rotation angle sensors is to center the illumination, the material measure and the receiver on an optical axis. This requires the central placement of the light source. In turn, central placement of the light source requires placement of the receiver outside the optical axis. Symmetry arises only when multiple receivers are positioned around the light source or when the light is deflected. For this purpose, however, beam splitters, mirror systems o. Ä. needed, which need to be adjusted. In such systems, the individual components are arranged in different non-parallel construction planes. The positioning or adjustment of the optical components in a system with multiple construction levels is complex and costly. Likewise, a deflection of the illumination beam path is complicated and usually associated with considerable loss of intensity. In addition, such a structure requires considerable space.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues Aufbaukonzept zur Positionierung der Lichtquelle und des Empfängers vorzustellen, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden können. On this basis, it is an object of the invention to provide a new design concept for positioning the light source and the receiver, with which the aforementioned disadvantages can be avoided.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sende- und Empfangseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Drehgeber für die Erfassung eines Drehwinkels mit den Merkmalen des Anspruchs 10. This object is achieved by a transmitting and receiving unit with the features of claim 1 and a rotary encoder for detecting a rotation angle with the features of claim 10.

Die erfindungsgemäße Sende- und Empfangseinheit ist zur Erfassung eines Drehwinkels vorgesehen und weist einen Lichtsender, der Sendelicht in eine Sendelichtrichtung abstrahlt und einen Lichtempfänger mit einer Lichtempfangsfläche auf, wobei die Lichtempfangsfläche derart angeordnet ist, dass die Sendelichtrichtung der Flächennormalen der Lichtempfangsfläche entspricht und der Lichtempfänger zurückreflektiertes Sendelicht als Empfangslicht empfängt. Erfindungsgemäß ist der Lichtsender auf der der Lichtempfangsfläche abgewandten Seite des Lichtempfängers angeordnet, und das Sendelicht tritt durch ein Loch in der Lichtempfangsfläche. The transmitting and receiving unit according to the invention is provided for detecting a rotation angle and has a light emitter which emits transmitted light in a transmitted light direction and a light receiver with a light receiving surface, wherein the light receiving surface is arranged such that the transmitted light direction of the surface normal of the light receiving surface corresponds and the light receiver reflected back Send light as receiving light receives. According to the invention, the light emitter is disposed on the side of the light receiver remote from the light receiving surface, and the transmitted light passes through a hole in the light receiving surface.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist der so mögliche symmetrische Aufbau, so dass Lichtsender und Lichtempfänger im Wesentlichen kollinear angeordnet sind, so dass ein kompakter Aufbau gewährleistet ist, ohne dass mehrere Aufbauebenen notwendig sind. Es werden dafür nur wenige Komponenten benötigt. Lichtsender und Lichtempfänger sind zu einer einfach zu handhabenden Einheit integriert. Dabei kann das Licht absolut rotationssymmetrisch auf die Empfangsfläche fallen, da diese sich um das Loch herum erstreckt. Durch die Symmetrie können somit die eingangs genannten Nachteile vermieden werden. Mögliche, durch eine Asymmetrie bedingte, systematische Fehler lassen sich vermeiden. A significant advantage of the invention is the possible symmetrical structure, so that light emitter and light receiver are arranged substantially collinear, so that a compact structure is ensured without multiple construction levels are necessary. Only a few components are required for this. Light transmitters and light receivers are integrated into an easy-to-use unit. In this case, the light can fall absolutely rotationally symmetrically on the receiving surface, since it extends around the hole. Due to the symmetry thus the aforementioned disadvantages can be avoided. Possible, due to an asymmetry, systematic errors can be avoided.

Die erfindungsgemäße Sende- und Empfangseinheit mit dem Lichtempfänger bzw. Empfängerchip und dem Lichtsender ist als Optikmodul flexibel einsetzbar und für unterschiedlichste optische Funktionsprinzipien geeignet. Eine störende direkte Beleuchtung des Empfängers durch den Lichtsender ist praktisch ausgeschlossen, da die Sendelichtabstrahlrichtung mit der Flächennormalen der Lichtempfangsfläche zusammenfällt. The transmitting and receiving unit according to the invention with the light receiver or receiver chip and the light transmitter can be used flexibly as an optical module and suitable for a wide variety of optical operating principles. Disturbing direct illumination of the receiver by the light emitter is practically impossible since the transmitted light emission direction coincides with the surface normal of the light receiving surface.

Das in der Lichtempfangsfläche vorgesehene Loch kann gleichzeitig als Blende für das Sendelicht dienen, so dass extra Blenden entfallen können. The hole provided in the light-receiving surface can simultaneously serve as a diaphragm for the transmitted light, so that extra apertures can be dispensed with.

Zur Bildung einer kompakten Sende- und Empfangseinheit, in der Lichtsender und Lichtempfänger bereits justiert zueinander vormontiert sind, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen Lichtsender und Lichtempfänger eine Elektronikkarte angeordnet ist, auf der die beiden Elemente montiert sind und wobei der Lichtsender durch ein Loch in der Elektronikkarte das Sendelicht abstrahlt, das dann auch durch das Loch in der Empfangsfläche tritt. To form a compact transmitting and receiving unit in which the light emitter and light receiver are already pre-assembled to one another, it is provided in a further development of the invention that between the light transmitter and light receiver, an electronic card is arranged, on which the two elements are mounted and wherein the light emitter emits through a hole in the electronic card, the transmitted light, which then also passes through the hole in the receiving surface.

In Weiterbildung der Erfindung kann in dem Loch in der Elektronikkarte und/oder in dem Loch in der Lichtempfangsfläche ein optisches Element mit lichtbrechender, lichtbeugender und/oder lichtpolarisierender Funktion und/oder mit diffraktiven Strukturen zur Beugung, Umlenkung oder Dispersion des Sendelichts vorgesehen sein. Das optische Element kann auch als optisches Filter mit Wellenlängenselektion für das Sendelicht ausgebildet sein. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass optische Linsen- und/oder Filterfunktionen in der Sende- und Empfangseinheit integriert sein können und damit weitere separate optische Komponenten eingespart werden können. In a further development of the invention, an optical element with refractive, light-diffractive and / or light-polarizing function and / or with diffractive structures for diffraction, deflection or dispersion of the transmitted light can be provided in the hole in the electronic board and / or in the hole in the light receiving surface. The optical element can also be designed as an optical filter with wavelength selection for the transmitted light. These embodiments have the advantage that optical lens and / or filter functions can be integrated in the transmitting and receiving unit and thus additional separate optical components can be saved.

Mit Vorteil ist der Lichtsender als eine LED, ein LED-Chip, eine Laserdiode oder ein Laserchip ausgebildet. Der Lichtempfänger kann als Empfängerarray in CCD oder in CMOS Bauweise ausgebildet sein. Advantageously, the light transmitter is designed as an LED, an LED chip, a laser diode or a laser chip. The light receiver can be designed as a receiver array in CCD or in CMOS design.

Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Sende- und Empfangseinheit in einem Drehgeber zur Messung des Drehwinkels zweier relativ zueinander rotierender Objekte eingesetzt. Advantageously, the transmitting and receiving unit according to the invention is used in a rotary encoder for measuring the angle of rotation of two relatively rotating objects.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung einsetzbar in Drehwinkelsensoren, die nach dem polarisationsoptischen Prinzip den Drehwinkel bestimmen und bei denen der Strahlengang reflexiv ausgelegt ist. Dazu weist der Drehgeber einen Polarisator auf, der sich relativ zur Lichtquelle dreht und eine Maßverkörperung bildet. An dem Polarisator wird das Sendelicht reflektiert und tritt durch einen oder mehrere polarisierende Analysatoren, die jeweils vor Empfangselementen angeordnet sind. Der Empfänger weist wenigstens zwei getrennt auswertbare Empfangsbereiche auf, die den Analysatoren zugeordnet sind, wobei die Polarisationswinkel der Analysatoren einen Drehwinkelabstand zueinander haben. Der Empfänger ist vorzugsweise als Lichtempfängerarray ausgebildet. Durch Auswertung der von den beiden Empfangsbereichen erhaltenen Signale können inkremental ein Drehwinkel und eine Drehrichtung bestimmt werden. The invention can be used particularly advantageously in angle-of-rotation sensors which determine the angle of rotation according to the polarization-optical principle and in which the beam path is of a reflex design. For this purpose, the rotary encoder has a polarizer which rotates relative to the light source and forms a material measure. At the polarizer, the transmitted light is reflected and passes through one or more polarizing analyzers, which are respectively arranged in front of receiving elements. The receiver has at least two separately evaluable receiving areas, which are assigned to the analyzers, wherein the polarization angle of the analyzers have a rotational angle distance from each other. The receiver is preferably designed as a light receiver array. By evaluating the signals received from the two reception areas, an angle of rotation and a direction of rotation can be determined incrementally.

Um eine Eindeutigkeit über 360° zu erzielen, kann der Polarisator als Scheibe mit einer Normalen ausgebildet sein, wobei die Normale mit der Drehachse einen von Null verschiedenen Winkel bildet. In order to achieve a uniqueness over 360 °, the polarizer can be formed as a disc with a normal, wherein the normal with the rotation axis forms a non-zero angle.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen: In the following the invention with reference to an embodiment with reference to the drawings will be explained in detail. In the drawing show:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Drehgebers mit einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangseinheit; 1 a schematic representation of a rotary encoder according to the invention with a transmitting and receiving unit according to the invention;

2 eine Darstellung wie 1 einer anderen Ausführungsform. 2 a representation like 1 another embodiment.

Ein erfindungsgemäßer Drehgeber 10 umfasst eine erfindungsgemäße Sende- und Empfangseinheit 12 für die Erfassung eines Drehwinkels einer Welle 14, die sich um eine Drehachse 16 in Pfeilrichtung 18 dreht. Der Drehgeber 10 ist drehfest angeordnet und kann die Drehung der Welle 14 in diesem Ausführungsbeispiel nach dem polarisationsoptischen Prinzip bestimmen. An inventive rotary encoder 10 comprises a transmitting and receiving unit according to the invention 12 for detecting a rotation angle of a shaft 14 that is about a rotation axis 16 in the direction of the arrow 18 rotates. The encoder 10 is rotationally fixed and can rotate the shaft 14 determine in this embodiment according to the polarization-optical principle.

Die Sende- und Empfangseinheit 12 weist einen Lichtsender 20 und einen Lichtempfänger 22 auf. Lichtsender 20 und Lichtempfänger 22 sind symmetrisch angeordnet, was in diesem Ausführungsbeispiel bedeutet, dass sie symmetrisch zur Drehachse 16 liegen und ihre jeweiligen optischen Achsen mit der Drehachse 16 zusammenfallen. The transmitting and receiving unit 12 has a light transmitter 20 and a light receiver 22 on. light source 20 and light receiver 22 are arranged symmetrically, which means in this embodiment that they are symmetrical to the axis of rotation 16 lie and their respective optical axes with the axis of rotation 16 coincide.

Der Lichtsender 20 ist auf einer Rückseite 26 einer Elektronikkarte 24 befestigt und zwar in der Weise, dass die Licht abstrahlende Fläche 28 des Lichtsenders 20 zur Rückseite 26 hin gerichtet ist. Damit das Licht aus dem Lichtsender 20 dann auch austreten kann, weist die Elektronikkarte 24 ein Loch 30 auf, das mit der Licht abstrahlenden Fläche 28 fluchtet und so Sendelicht 32 entlang der optischen Achse 16 in Richtung auf eine Maßverkörperung 34 strahlen kann. The light transmitter 20 is on a back 26 an electronic card 24 attached in such a way that the light-emitting surface 28 the light transmitter 20 to the back 26 directed. So that the light from the light transmitter 20 then can escape, has the electronic card 24 a hole 30 on that with the light-emitting surface 28 Aligns and so transmitted light 32 along the optical axis 16 towards a material measure 34 can radiate.

Von der Maßverkörperung 34 wird das Sendelicht 32 reflektiert und fällt als Empfangslicht 36 auf eine Lichtempfangsfläche 38 des Lichtempfängers 22. Der Lichtempfänger 22 ist auf der Oberseite 40 der Elektronikkarte 24 angeordnet und die Lichtempfangsfläche 38 ist von der Elektronikkarte 24 abgewandt und der Maßverkörperung 34 zugewandt, wobei die optische Achse des Lichtempfängers 22 koaxial zur optischen Achse des Lichtsenders 20 liegt. Der Lichtempfänger 22 ist vorzugsweise als eine Anordnung mehrerer Photodioden ausgebildet und besonders bevorzugt als Lichtempfängerarray mit mehreren Empfangselementen in CCD- oder CMOS-Bauweise. From the material measure 34 becomes the transmission light 32 reflects and falls as a receiving light 36 on a light receiving surface 38 of the light receiver 22 , The light receiver 22 is on the top 40 the electronic card 24 arranged and the light receiving surface 38 is from the electronics card 24 turned away and the material measure 34 facing, wherein the optical axis of the light receiver 22 coaxial with the optical axis of the light emitter 20 lies. The light receiver 22 is preferably designed as an arrangement of a plurality of photodiodes and particularly preferred as a light receiver array with a plurality of receiving elements in CCD or CMOS design.

Damit das Sendelicht 32 bei dieser Anordnung überhaupt die Maßverkörperung erreicht, weist die Lichtempfangsfläche 38 und damit auch der Lichtempfänger 22 bevorzugt mittig ein Loch 42 auf, das mit der optischen Achse 16 und dem Loch 30 in der Elektronikkarte 24 fluchtet und durch das das Sendelicht 32 treten kann. So the transmitted light 32 in this arrangement, the measuring standard reached at all, has the light receiving surface 38 and thus also the light receiver 22 preferably a hole in the middle 42 on that with the optical axis 16 and the hole 30 in the electronics card 24 Aligns and through the transmitted light 32 can occur.

Somit ist eine Anordnung geschaffen, bei der das Sendelicht 32 in eine Sendelichtrichtung abstrahlt, die einer Flächennormalen N der Lichtempfangsfläche entspricht und somit der Lichtsender 20 und der Lichtempfänger 22 gewissermaßen „in die gleiche Richtung“ schauen. Das Sendelicht 32 des auf der der Lichtempfangsfläche 38 abgewandten Seite des Lichtempfängers 22 angeordneten Lichtsenders 20 tritt dabei mittig durch den Lichtempfänger 22 hindurch, so dass das Empfangslicht 36, das durch Reflexion an der Maßverkörperung 34 entstanden ist, rund um das Loch 42 auf die Lichtempfangsfläche 38 fallen kann und somit vom Lichtempfänger 22 nachgewiesen wird. Thus, an arrangement is provided in which the transmitted light 32 radiates in a transmission light direction, which corresponds to a surface normal N of the light-receiving surface and thus the light emitter 20 and the light receiver 22 in a sense "looking in the same direction". The transmitted light 32 of the on the light receiving surface 38 opposite side of the light receiver 22 arranged light emitter 20 occurs in the middle of the light receiver 22 through, so that the receiving light 36 that by reflection at the material measure 34 originated around the hole 42 on the light receiving surface 38 can fall and thus from the light receiver 22 is detected.

Die Elektronikkarte 36 kann weitere nicht dargestellte elektronische Komponenten, z. B. zur Ansteuerung des Lichtsenders 20 und/oder Auswertung der Signale des Lichtempfängers 22 und/oder Verarbeitung der Signale und Ausgabe von Ausgangssignalen, z. B. in Form von Winkelwerten, aufweisen. The electronic card 36 can further electronic components, not shown, for. B. for controlling the light transmitter 20 and / or evaluation of the signals of the light receiver 22 and / or processing the signals and outputting output signals, e.g. B. in the form of angle values have.

Der Lichtsender 20 kann eine LED, ein LED-Chip, eine Laserdiode oder ein Laserchip sein. The light transmitter 20 can be an LED, an LED chip, a laser diode or a laser chip.

Der wesentliche Vorteil und besondere Sinn und Zweck der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangseinheit 12 wird deutlich bei Betrachtung des damit ausgerüsteten, erfindungsgemäßen Drehgebers 10. Als Beispiel wird die Funktionsweise eines Drehgebers beschrieben, der nach dem Prinzip der Polarisation, also durch Detektion einer Polarisationsrichtung, den Drehwinkel bestimmt. The essential advantage and special purpose of the transmitting and receiving unit according to the invention 12 becomes clear when looking at the thus equipped, inventive encoder 10 , As an example, the operation of a rotary encoder is described, which determines the angle of rotation according to the principle of polarization, ie by detecting a polarization direction.

Das Licht 32 des Lichtsenders, das im Falle einer LED unpolarisiert ist, wird leicht divergent kegelförmig abgestrahlt und trifft auf die sich mit der Welle 14 drehende Maßverkörperung, die hier als Linearpolarisator 34 ausgebildet ist. Das von dem Polarisator 34 reflektierte Licht (Empfangslicht 36) weist dann eine lineare Polarisation auf, deren Richtung dem aktuellen Drehwinkel der Welle 14 entspricht. Das Empfangslicht 36 durchtritt einen Analysator 44, der nichts anderes ist als ein Linearpolarisator und wird von dem unterhalb des Analysators 44 gelegenen Empfangsbereich des Lichtempfängers 22 detektiert. Vorteilhafterweise ist der Lichtempfänger als Empfängerarray ausgebildet, wobei vor jedem Empfangselement ein Analysator angeordnet ist und die Analysatoren unterschiedliche Polarisationsrichtungen aufweisen. Die Intensität des dort gemessenen Lichts hat dann eine cos2-Abhängigkeit vom Drehwinkel. Eine analoge Messung wird in einem anderen Bereich des Lichtempfängers 22, wobei der Bereich aber einen Drehwinkelabstand zum ersten Bereich aufweist, mit gleichem oder einem anderen Analysator gemacht. Diese Messung an dem zweiten Ort liefert ein zweites cos2-Signal, das gegenüber dem ersten entsprechend der Ausrichtung des Analysators um einen entsprechenden Winkel verschoben ist. Beide cos2-Signale zusammen liefern in bekannter Weise einerseits einen Drehwinkel und andererseits eine Drehrichtung. The light 32 of the light emitter, which is unpolarized in the case of an LED, is emitted slightly divergent conical and strikes the one with the shaft 14 rotating measuring standard, here as a linear polarizer 34 is trained. That of the polarizer 34 reflected light (received light 36 ) then has a linear polarization whose direction is the current angle of rotation of the shaft 14 equivalent. The receiving light 36 passes through an analyzer 44 which is nothing more than a linear polarizer and is of the one below the analyzer 44 located reception area of the light receiver 22 detected. Advantageously, the light receiver is designed as a receiver array, wherein an analyzer is arranged in front of each receiving element and the analyzers have different polarization directions. The intensity of the light measured there then has a cos 2 dependence on the angle of rotation. An analog measurement will be in another area of the light receiver 22 However, the area has a rotational angle distance to the first area, made with the same or another analyzer. This measurement at the second location provides a second cos 2 signal shifted by a corresponding angle from the first according to the orientation of the analyzer. Both cos 2 signals together provide in a known manner on the one hand a rotation angle and on the other hand a direction of rotation.

Prinzipiell ist eine solche Erfassung des Drehwinkels zweier relativ zueinander und um eine Drehachse rotierender Objekte mit Hilfe der Polarisationseigenschaften des Lichts bekannt. Beispiele für derartige Vorrichtungen zeigen die DE 100 05 277 A1 , DE 201 02 192 U1 , EP 2 187 78 A1 , EP 1 507 137 A1 oder US 7,777,879 . Aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Polarisation weisen die drehwinkelabhängigen Signale wenigstens zwei Perioden pro Umdrehung um 360° auf. Es fehlt eine Information, die eine Eindeutigkeit über 360° liefern würde, so dass der Drehwinkel über 360° nicht absolut bestimmt werden kann. In principle, such a detection of the angle of rotation of two relative to each other and about a rotation axis rotating objects with the aid of the polarization properties of the light is known. Examples of such devices show the DE 100 05 277 A1 . DE 201 02 192 U1 . EP 2 187 78 A1 . EP 1 507 137 A1 or US 7,777,879 , Due to the physical properties of the polarization, the rotation angle-dependent signals at least two periods per revolution by 360 °. It lacks information that would provide a uniqueness over 360 °, so that the rotation angle over 360 ° can not be determined absolutely.

Um eine solche Information bereitzustellen, ist der Polarisator 34 leicht schräg zur optischen Achse 16 geneigt, also entsprechend „schief“ auf der Welle 14 montiert, wie dies in 2 dargestellt ist. Dadurch wird den gemessenen Signalen eine weitere Intensitätsmodulation, die über 360° periodisch ist, aufgeprägt, wodurch die fehlende Information zur Erlangung der Eindeutigkeit bereitgestellt ist. To provide such information, the polarizer is 34 slightly oblique to the optical axis 16 tilted, so "wrong" on the shaft 14 mounted like this in 2 is shown. As a result, the measured signals are impressed with a further intensity modulation, which is periodic over 360 °, whereby the missing information is provided for obtaining the uniqueness.

In weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen können in dem Loch 30 der Elektronikkarte und/oder in dem Loch 42 in der Lichtempfangsfläche 38 ein oder mehrere optische Elemente angeordnet sein. Diese optischen Elemente können ausgebildet sein, um das Sendelicht 32 zu beeinflussen. So kann das optische Element eine lichtbrechende, lichtbeugende und/oder lichtpolarisierende Funktion aufweisen und/oder mit diffraktiven Strukturen zur Beugung, Umlenkung oder Dispersion des Sendelichts vorsehen sein. Das optische Element kann auch als optisches Filter mit Wellenlängenselektion für das Sendelicht 32 ausgebildet sein. In further embodiments, not shown, can in the hole 30 the electronics card and / or in the hole 42 in the light receiving area 38 one or more optical elements may be arranged. These optical elements may be configured to transmit the transmitted light 32 to influence. Thus, the optical element may have a refractive, diffractive and / or lichtpolarisierende function and / or be provided with diffractive structures for diffraction, deflection or dispersion of the transmitted light. The optical element can also be used as an optical filter with wavelength selection for the transmitted light 32 be educated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10005277 A1 [0030] DE 10005277 A1 [0030]
  • DE 20102192 U1 [0030] DE 20102192 U1 [0030]
  • EP 218778 A1 [0030] EP 218778 A1 [0030]
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  • US 7777879 [0030] US 7777879 [0030]

Claims (10)

Sende- und Empfangseinheit, insbesondere für die Erfassung eines Drehwinkels, mit einem Lichtsender (20), der Sendelicht (32) in eine Sendelichtrichtung abstrahlt und einem Lichtempfänger (22) mit einer Lichtempfangsfläche (38), die derart angeordnet ist, dass die Sendelichtrichtung der Flächennormalen der Lichtempfangsfläche entspricht und der Lichtempfänger (22) zurückreflektiertes Sendelicht (32) als Empfangslicht (26) empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (20) auf der der Lichtempfangsfläche (38) abgewandten Seite des Lichtempfängers (22) angeordnet ist und das Sendelicht (32) durch ein Loch (42) in der Lichtempfangsfläche (38) tritt. Transmitting and receiving unit, in particular for detecting a rotation angle, with a light transmitter ( 20 ), the transmitted light ( 32 ) radiates in a transmitted light direction and a light receiver ( 22 ) with a light receiving surface ( 38 ) arranged such that the transmission light direction corresponds to the surface normal of the light-receiving surface, and the light receiver (FIG. 22 ) reflected transmission light ( 32 ) as received light ( 26 ), characterized in that the light transmitter ( 20 ) on the light receiving surface ( 38 ) facing away from the light receiver ( 22 ) is arranged and the transmitted light ( 32 ) through a hole ( 42 ) in the light receiving surface ( 38 ) occurs. Sende- und Empfangseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lichtsender und Lichtempfänger eine Elektronikkarte angeordnet ist und der Lichtsender durch ein Loch in der Elektronikkarte das Sendelicht abstrahlt. Transmitting and receiving unit according to claim 1, characterized in that between the light transmitter and the light receiver, an electronic card is arranged and the light emitter radiates through a hole in the electronic card, the transmitted light. Sende- und Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Loch der Elektronikkarte und/oder in dem Loch der Lichtempfangsfläche ein optisches Element mit lichtbrechender, lichtbeugender und/oder lichtpolarisierender Funktion für das Sendelicht vorgesehen ist. Transmitting and receiving unit according to one of the preceding claims, characterized in that in the hole of the electronic card and / or in the hole of the light-receiving surface, an optical element with refractive, light-diffractive and / or lichtpolarisierender function is provided for the transmitted light. Sende- und Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Loch der Elektronikkarte und/oder in dem Loch der Lichtempfangsfläche ein optisches Filter mit Wellenlängenselektion vorgesehen ist. Transmitting and receiving unit according to one of the preceding claims, characterized in that an optical filter with wavelength selection is provided in the hole of the electronic card and / or in the hole of the light-receiving surface. Sende- und Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Loch der Elektronikkarte und/oder in dem Loch der Lichtempfangsfläche ein optisches Element mit diffraktiven Strukturen vorgesehen ist zur Beugung, Umlenkung oder Dispersion des Sendelichts. Transmitting and receiving unit according to one of the preceding claims, characterized in that in the hole of the electronic card and / or in the hole of the light-receiving surface, an optical element with diffractive structures is provided for diffraction, deflection or dispersion of the transmitted light. Sende- und Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender eine LED, ein LED-Chip, eine Laserdiode oder ein Laserchip ist. Transmitting and receiving unit according to one of the preceding claims, characterized in that the light transmitter is an LED, an LED chip, a laser diode or a laser chip. Sende- und Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger als eine Anordnung mit mehreren Photodioden, insbesondere als Empfängerarray in CCD oder in CMOS Bauweise, ausgebildet ist. Transmitting and receiving unit according to one of the preceding claims, characterized in that the light receiver as an arrangement with a plurality of photodiodes, in particular as a receiver array in CCD or CMOS design is formed. Drehgeber mit einer Sende- und Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.  Rotary encoder with a transmitting and receiving unit according to one of the preceding claims. Drehgeber zur Messung des Drehwinkels zweier relativ zueinander rotierender Objekte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Polarisationsencoder (10) ausgebildet ist mit einem Polarisator (42), der sich relativ zur Lichtquelle (20) dreht und an dem das Sendelicht (28) reflektiert wird, und dass der Empfänger (22) wenigstens zwei getrennt auswertbare Empfangsbereiche aufweist, denen wenigstens ein polarisierender Analysator (44) vorgeordnet ist, wobei die Polarisationsrichtungen der Analysatoren einen Drehwinkelabstand zueinander haben. Rotary encoder for measuring the angle of rotation of two relatively rotating objects according to claim 8, characterized in that this as polarization encoder ( 10 ) is formed with a polarizer ( 42 ), which is relative to the light source ( 20 ) and where the transmitted light ( 28 ) and that the receiver ( 22 ) has at least two separately evaluable reception areas to which at least one polarizing analyzer ( 44 ), wherein the polarization directions of the analyzers have a rotational angle distance from one another. Drehgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator als Scheibe mit einer Normalen ausgebildet ist und die Normale mit der Drehachse einen von Null verschiedenen Winkel bildet. Rotary encoder according to claim 9, characterized in that the polarizer is formed as a disc with a normal and the normal forms a non-zero angle with the axis of rotation.
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