DE3112525A1 - Optical position sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Optischer PositionssensorOptical position sensor
Die Erfindung betrifft einen optischen Positionssensor, welcher optische Bauelemente zum Senden und Empfangen von elektromagnetischer Strahlung besitzt und mit einer Codescheibe, die zwischen Sender und Empfänger angeordnet ist.The invention relates to an optical position sensor, which optical Has components for sending and receiving electromagnetic radiation and with a code disk, which is arranged between the transmitter and receiver.
Für die eindeutige Erkennung von 2n Schritten werden bei Bositionssensoren üblicherweise n Lichtschranken und n Codespunen benötigt. Die Lichtschranken, die im allgemeinen aus einer Lumineszenzdiode, einem Fototransistor und einer dazwischen angeordneten Blende bestehen, sind entweder in einer Reihe oder um eine oder mehrere Perioden des Codiermusters in Bewegungsrichtung versetzt angeordnet. Zur eindeutigen Identifizierung beim Übergang von einer Position zur nächsten wird ein "einschrittiger" Code wie beispielsweise der Gray-Code verwendet, wobei beil Übergang zum benachbarten Zustand sich immer nur ein Bit (eine Spur) ändern darf.Bosition sensors usually n light barriers and n code points required. The light barriers that generally composed of a light emitting diode, a phototransistor and one in between arranged diaphragm are either in a row or around one or more Periods of the coding pattern arranged offset in the direction of movement. To the unambiguous Identification when moving from one position to the next is a "one-step" Code such as the Gray code is used, with the transition to the neighboring State is only allowed to change one bit (one track).
Bei der Verwendung einer Codescheibe mit n Spuren, sowie n Schranken, beträgt die Auflösung 2n Schritte po Umdrehung der Codescheibe. Somit sind für die Auflösung von beispielsweise 512 (29) Schritten eine Codescheibe mit neun Spuren und dementsprechend neun radial angeordnete Lichtschranken erforderlich.When using a code disk with n tracks and n barriers, the resolution is 2n steps po revolution of the code disk. Thus, for the Resolution of, for example, 512 (29) steps a code disk with nine tracks and accordingly nine radially arranged light barriers are required.
Auch bei versetzter Anordnung, d. h. um ganzzahlige Vielfache einer Periode versetzt, werden bei einer Codescheibe mit n Spuren n Lichtschranken benötigt.Even with a staggered arrangement, i. H. by integer multiples of one Period offset, n light barriers are required for a code disk with n tracks.
Im Interesse einer einwandfreien Auflösung und einer eindeutigen Zuordnung darf der Durchmesser der verwendeten Codescheibe nicht zu klein gewählt werden, d. h.In the interest of a perfect resolution and a clear assignment the diameter of the code disk used must not be too small, d. H.
daß die Abmessungen des Positionssensors stark ansteigen Je mehr Einzelschritte aufgelöst werden sollen.that the dimensions of the position sensor increase sharply the more individual steps should be resolved.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen optischen Positionssensor anzugeben, welcher weniger Codierspuren benötigt, d. h. einen Posistionssensor mit geringeren Abmessungen, und der weiterhin eine größere Posiioniergenauigkeit aufweist.The object of the invention is therefore an optical position sensor indicate which one needs fewer coding tracks, d. H. a position sensor with smaller dimensions, and which furthermore has a greater posiioning accuracy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem optischen Positionssensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die optischen Bauelemente auf beiden'Seiten eines U-förmigen Trägers matrixförmig angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved with an optical position sensor of the type mentioned above is achieved in that the optical components on both sides a U-shaped carrier are arranged in a matrix.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Positionssensors sehen vor, daß die optischen Bauelemente für Sender und Empfänger in einer 3x3-Matrix und der Code auf der-Codescheibe in sich dberlappenden Neunergruppen angeordnet sind.Advantageous embodiments of the position sensor according to the invention provide that the optical components for the transmitter and receiver in a 3x3 matrix and the code is arranged on the code disk in overlapping groups of nine are.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Sender LED-Dioden und als Empfänger Fototransistoren verwendet.According to a preferred embodiment of the invention, the transmitter LED diodes and phototransistors used as receivers.
Eine besonders preisgünstige Ausfübrungsform sieht vor, daß Sendedioden mit mehreren Lichtaustrittsöffnungen verwendet werden.A particularly inexpensive embodiment provides that transmitting diodes can be used with several light exit openings.
Der Gegenstand der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. So zeichnet er sich durch eine rationellere Herstellungsweise der LED- bzw. Fototransistoren-Ma- trizen im Vergleich zur Einzel-Montage aus. Die Anordnung bietet ferner eine größere Positioniergenauigkeit, wobei Sender- und Empfangsgruppen starr verbunden als einzelnes Bauteil hergestellt werden können. Weiterhin ist eine stärkere Miniaturisierung möglich, da zum einen weniger Code spuren und zum anderen die Opto-Bauelemente mit geringerem Rastermaß hergestellt werden können.The subject matter of the invention has a number of advantages. So it is characterized by a more rational production method of the LED or phototransistor ma- trizzle compared to single assembly. The arrangement also offers greater positioning accuracy, where transmitter and receiver groups are rigidly connected and manufactured as a single component can be. Furthermore, greater miniaturization is possible because, on the one hand, fewer code tracks and, on the other hand, the opto-components with a smaller pitch can be produced.
Bei einer 3x3-Matrix für Sender und Empfänger werden anstelle von n = 9 Code spuren nur noch drei Spuren benötigt. Diese werden vorzugsweise in einem Codemuster mit partieller Überschneidung angeordnet, so daß beispielsweise bei einer 3x3-Matrix jede der möglichen 512 Ein-Aus-Kombinationen beim Durchdrehen bzw. Durchschieben des Codemusters genau einmal vorkommt.With a 3x3 matrix for sender and receiver, instead of n = 9 code tracks only three tracks are required. These are preferably in one Code pattern arranged with partial overlap, so that for example in a 3x3 matrix each of the possible 512 on-off combinations when turning or pushing through of the code pattern occurs exactly once.
Für n=3 existieren Codemuster, die bei sequentieller Abtastung mit einer 3x3-Matrix stets neue Code-Konfigurationen liefern, bis alle 2 Möglichkeiten erschöpft sind und die auch ohne Störung in sich zurücklaufen (d.h.For n = 3 there are code patterns which, in the case of sequential scanning, with a 3x3 matrix always deliver new code configurations, up to all 2 possibilities are exhausted and which return to themselves without disturbance (i.e.
ringschlüssigft sind).are ring-locked).
Die erforderlichen Codierer sind vorzugsweise für den Betrieb mit einem Microprozesser bestimmt, wobei die nötige Umcodierung (z.B. für die Darstellung der Meßgröße als Dezimalzahl) in einem ROM oder PROM erfolgen kann, Bei dieser Ausführung ist besonders vorteilhaft, daß bei deratigen Codierern die Forderung nach einschrittigen" Codes entfallen kann, da der Microprozesser die Möglichkeit hat, irreguläre Kombinationen (z. B. beim Übergang von einer Stellung zur nächsten) auszuschalten. Ausgehend von einer regulären Kombination kann somit die nächste gültige Kombi- nation nur um einen Stellenwert von man + 1 von der vorhergehenden verschieden sein.The required encoders are preferably designed to operate with determined by a microprocessor, with the necessary recoding (e.g. for the representation the measured variable as a decimal number) in a ROM or PROM, in this version it is particularly advantageous that with such coders the requirement for one-step " Codes can be dispensed with, since the microprocessor has the option of creating irregular combinations (e.g. when changing from one position to the next). Starting from of a regular combination, the next valid combination can nation only differ from the previous one by a position of one + 1.
Weitere Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.Further advantages of the subject matter of the invention are based on a Embodiment explained.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Positionssensors, Fig. 2 einen Teilschnitt mit Blick auf die Empfängerseite und Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Codescheibe.The accompanying drawings show: FIG. 1 a side view of a position sensor, FIG. 2 shows a partial section with a view of the receiver side and FIG. 3 shows a detail from a code disk.
In der Fig. 1 ist die Seitenansicht eines optischen Positionssensors dargestellt, bei dem die pptischen Bauelemente für den Sender und den Empfänger auf einem U-förmigen Träger 1 angeordnet sind. Auf der Innenseite des U-förmigen Trägers 1 ist die Codescheibe 2 angeordnet. Auf der linken Seite sind dabei die Bauelemente zum Senden 3, 4, 5 und auf der rechten Seite die Empfängerbauelemente 6, 7, 8 angeordnet.In Fig. 1 is the side view of an optical position sensor shown in which the pptischen components for the transmitter and the receiver are arranged on a U-shaped carrier 1. On the inside of the U-shaped The code disk 2 is arranged on the carrier 1. On the left are those Components for sending 3, 4, 5 and on the right side the receiver components 6, 7, 8 arranged.
Die Code scheibe 2 ist um ihre Achse 9 drehbar angeordnet und weist das entsprechende Codemuster mit drei Spuren für die Sende- bzw. Empfangselemente 3, 6; 4, 7; 5,8 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist dargestellt, daß die optischen Bauelemente 3, 4, 5 durch Anwendung des Lichtleiterprinzips mit einer Sendediode 10 betrieben werden können. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß senderseitig nur eine einzige Sendediode, z. B. für eine 3x3-Sendematrix erforderlich ist.The code disk 2 is rotatably arranged about its axis 9 and has the corresponding code pattern with three tracks for the transmitting and receiving elements 3, 6; 4, 7; 5.8 on. In the embodiment according to FIG. 1 it is shown that the optical components 3, 4, 5 by using the light guide principle with a transmitting diode 10 can be operated. The arrangement can also be made in this way be that the transmitter side only a single transmitter diode, z. B. for a 3x3 transmission matrix is required.
In der Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Darstellung mit Aufsicht auf die Empfängerseite des Positionssensors dargestellt. Dabei ist zu erkenne.l, daß auf dem Träger 1 insgesamt neun Empfängerbauelemente 6 bis 8 und 11 bis 14 in einer 3x3-Empfängermatrix angeordnet sind. Diese Bauelemente 6 bis 8 und 11 bis 14 können beispielsweise als Fototransistoren ausgebildet sein.In Fig. 2 is a partially sectioned illustration with a plan view shown on the receiver side of the position sensor. It can be seen here. L, that on the carrier 1 a total of nine receiver components 6 to 8 and 11 to 14 in a 3x3 receiver matrix are arranged. These components 6 to 8 and 11 to 14 can be designed as phototransistors, for example.
Bei dem dargestellten Positionssensor ergibt sich somit der Vorteil, daß ein sehr genaues Raster eingehalten werden kann und für den Anwender keine Justierprobleme auftreten. Die ganze Anordnung ist integrationsfreundlich, so daß Winkelcodierer mit hoher Auflösung bei kleinem Durchmesser möglich sind. Neben einer sehr kleinen Bauform ist somit eine Verbilligung des erfindungsgemäßen Positionssensors gegenüber den herkömmlichen Sensoren erreicht.In the case of the position sensor shown, there is thus the advantage that that a very precise grid can be maintained and no adjustment problems for the user appear. The whole arrangement is easy to integrate, so that angle encoder with high resolution with a small diameter are possible. In addition to a very small one The design is therefore cheaper than the position sensor according to the invention achieved with conventional sensors.
Mit der dargestellten 3x3-Matrix wird eine Auflösung von 29 = 512 Schritten je Umdrehung bei nur drei Spuren erreicht.With the 3x3 matrix shown, a resolution of 29 = 512 Steps per revolution achieved with only three tracks.
In der Fig. 3 ist ausschnittsweise die erforderliche Codescheibe 2
für die erfindungsgemäße Matrix-Schlitzlichtschranke dargestellt. Der besseren Ubersichtlichkeit
wegen ist die Darstellung der Fig. 2 und 3 mit der Anordnung der Bauelemente bzw.
Blenden nicht maßstabgerecht dargestellt. Auf der Codescheibe 2 nach der Fig. 3
sind somit insgesamt 512 Neunergruppen angeordnet, von denen in der Fig. 3 die ersten
4 und die 512te dargestellt sind. Die Anordnung (O steht für
Blende
und 1 für Öffnung) ist dabei folgendermaßen:
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung befinden sich die Code spuren am Außenrand der Code scheibe in relativ kleinem Abstand woneinander. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine sehr dünne Codescheibe verwendet werden kann, die im zentralen Bereich durch Stützscheiben verstärkt ist. Die Dtlrinheit der Scheibe an der Peripherie ermöglicht einen aus Energiegründen erwünschten sihr geringen Abstand zwischen Sender und Empfänger.In another advantageous embodiment, the codes are located traces on the outer edge of the code disc at a relatively small distance from each other. These Arrangement has the advantage that a very thin code disk can be used, which is reinforced in the central area by supporting disks. The thinness of the disc at the periphery allows a very low level, which is desirable for energy reasons Distance between transmitter and receiver.
Die Anordnung der erfindungsgemäßen Matrix-Schlitzlichtschranke ist dabei nicht auf die Form quadratischer Matrizen beschränkt. Es sind in gleicher Weise auch rechteckige Matrizen (z. B. 2x3) möglich. Bei 1. n-Matrizen erfolgt die Abtastung einer einzigen Spur mit n miteinander angeordneten Lichtschranken.The arrangement of the matrix slit light barrier according to the invention is not limited to the shape of square matrices. There are in the same Rectangular matrices (e.g. 2x3) are also possible. In the case of 1. n-matrices, the Scanning of a single track with n light barriers arranged together.
Besonders vorteilhaft sind integrierte Mehrfachlichtschranken, wenn eine hohe Auflösegenauigkeit gefordert wird. Bei der Präzesion der heutigen Halbleitertechnik sind äußerst geringe Rastermaße erreichbar. Damit können rotatorische oder translatorische Bewegungen sehr genau berührungslos erfaßt werden (z. B. kontaktloses elektronisches Potentiometer).Integrated multiple light barriers are particularly advantageous if a high resolution accuracy is required. With the precision of today's semiconductor technology extremely small grid dimensions can be achieved. In order to can be rotatory or translational movements can be detected very precisely without contact (e.g. contactless electronic potentiometer).
Der erfindungsgemäße Positionssensor signet sich somit zur Positionsmessung von mechanischen Stellgliedern und kann allgemein in der industriellen Blektronik eingesetzt werden. Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist in der Kraftfahrzeugtechnik gegeben, wobei beispielsweise eine genaue Gaspedal-Positionserfassung ermöglicht wird.The position sensor according to the invention is therefore used for position measurement of mechanical actuators and can generally be used in industrial sheet electronics can be used. Another possible use is in automotive engineering given, which enables, for example, an accurate gas pedal position detection will.
7 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite7 claims 3 figures Blank page
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813112525 DE3112525A1 (en) | 1981-03-30 | 1981-03-30 | Optical position sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| DE3112525A1 true DE3112525A1 (en) | 1982-11-04 |
Family
ID=6128705
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19813112525 Withdrawn DE3112525A1 (en) | 1981-03-30 | 1981-03-30 | Optical position sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3112525A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3520482A1 (en) * | 1985-06-07 | 1986-12-11 | Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik Gmbh & Co, 5600 Wuppertal | Device for the digital determination of the displacement of the piston stroke of a working cylinder of a hydraulic self-advancing support |
| DE3609211A1 (en) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Rudolf Epple | Optical angle sensor (transmitter) |
| EP3098572A1 (en) * | 2015-05-19 | 2016-11-30 | Mitutoyo Corporation | Light source array used in an illumination portion of an optical encoder |
-
1981
- 1981-03-30 DE DE19813112525 patent/DE3112525A1/en not_active Withdrawn
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| US9689715B2 (en) | 2015-05-19 | 2017-06-27 | Mitutoyo Corporation | Light source array used in an illumination portion of an optical encoder |
| CN106168492B (en) * | 2015-05-19 | 2018-05-01 | 株式会社三丰 | Array of source in the lighting part of optical encoder |
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Legal Events
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