DE3420600C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Kodierer mit einer Halbleiter-Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls, einer Impulsskala, einem optischen System zum Bündeln des Laserstrahls auf die Impulsskala und mit einer im Bereich der Impulsskala angeordneten Fotodetektoreinrichtung zur Erfassung des Laserstrahls.

Aus der DE-OS 32 05 544 ist ein rotierender Kodierer zum Herstellen von zwei Impulsfolgen mit einer geforderten Phasendifferenz bekannt. Es sind eine einzige Lichtquelle und ein paar lichtaufnehmende Elemente vorgesehen. Eine rotierende und eine feststehende Schlitzplatte sind so angeordnet, daß ihr Abstand entsprechend eingestellt werden kann. Mit einer solchen Anordnung kann eine Phasendifferenz zwischen den beiden durch die lichtaufnehmenden Elemente erhaltenen Signalen genau auf einen bestimmten geforderten Wert eingestellt werden.

Aus der GB-A-21 14 834 ist eine optische Kodiervorrichtung bekannt, welche eine Kodierscheibe aufweist, über die eine optische Kodierung durchgeführt wird.

Ein typisches Beispiel eines konventionellen optischen Kodierers dieser Art ist in perspektivischer Darstellung in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 1 bezeichnet das Referenzzeichen 1 ein Kugellager, 2 eine durch das Kugellager drehbar gelagerte Drehwelle, 3 eine als Impulsskala wirkende Impulsscheibe, die mit der drehbaren Welle fest verbunden ist, so daß sie mit ihr rotiert, 4 einen als Lichtquelle benutzten Halbleiterlaser, 5 einen von dem Halbleiterlaser emittierten Laserstrahl, 6 eine Kollimatorlinse zum Kollimieren des von dem Laser ausgestrahlten Laserstrahls, 7 eine Sammellinse zum Bündeln des Laserstrahls 5 auf der Scheibe 3 auf solche Weise, daß ein Laserstrahlfleck, der auf die Scheibe fokussiert wird, einen Durchmesser von ungefähr einigen Mikron hat, und 8 einen Fotodetektor zum Erfassen von Änderungen der Intensität des durch die Scheibe 3 durchgelassenen Laserstrahls. Der Fotodetektor 8 kann beispielsweise eine Fotodiode sein. Die Impulsscheibe 3 wird im allgemeinen durch eine Glasscheibe gebildet, bei der auf Umfangsteilen einer Oberfläche ein Streifenmuster mit abwechselnd angeordneten lichtundurchlässigen und transparenten Streifen vorgesehen ist durch Musterbildung auf einem Chromfilm mittels Ätzens.

Im folgenden wird der Betrieb des optischen Kodierers nach Fig. 1 beschrieben. Wenn die drehbare Welle 2 durch eine daran übertragene äußere Kraft angetrieben wird, rotiert die Impulsscheibe 3 mit dem Streifenmuster und ändert dadurch die Intensität des durch das Streifenmuster 9 der Impulsscheibe 3 durchgelassenen Laserstrahls 5 in Übereinstimmung mit der Drehung der Impulsscheibe 3. Der Drehweg der Impulsscheibe 3 kann durch Feststellen der Änderungen in der Intensität des Laserstrahls mit dem Fotodetektor 8 erfaßt werden. Der vom Halbleiterlaser 4 erzeugte Laserstrahl hat typisch eine Leistung von ungefähr 1 bis 3 Milliwatt.

Der Laserstrahl 5 wird radial, wie in Fig. 1 gezeigt, von dem Halbleiterlaser 4 emittiert, von der Kollimatorlinse 6 kollimiert und dann durch die Sammellinse 7 gebündelt, so daß er einen Laserstrahlfleck bildet mit einem Durchmesser von ungefähr 2 bis 10 Mikron auf dem Streifenmuster der Impulsscheibe 3. Der so fokussierte Laserstrahl wird, wie in Fig. 2A gezeigt, durch die Impulsscheibe 3 durchgelassen und trifft auf den Fotodetektor 8, der ein Ausgangssignal mit einer in Fig. 2B gezeigten Wellenform hat, wenn sich die Scheibe 3 dreht.

Wie in Fig. 2B gezeigt ist, ist das Ausgangssignal im wesentlichen ähnlich einem periodischen Rechtecksignal, falls die Teilung des Streifenmusters 9 relativ groß ist. Jedoch wird das Ausgangssignal nahezu sinusförmig, wie in Fig. 2D gezeigt, falls die Teilung des Streifenmusters relativ klein ist, das heißt, so klein, daß die Teilung des Streifenmusters 9 von der gleichen Ordnung ist wie der Durchmesser des Laserstrahlfleckens 10, wie in Fig. 2c gezeigt. Falls die Teilung des Streifenmusters 9 weiterhin kleiner ist als der Durchmesser des kreisförmigen Laserstrahlfleckens 10 des Laserstrahls 5, wird die Amplitude des Ausgangssignals des Fotodetektors 8 zu klein, um die lichtundurchlässigen Streifen von den lichtdurchlässigen Streifen zu unterscheiden. Um das Streifenmuster korrekt zu erfassen, ist es demzufolge erforderlich, den Durchmesser des Laserstrahlfleckens 10 zu verringern, wenn die Teilung des Streifenmusters kleiner wird. Beispielsweise ist für eine Impulsscheibe 3 mit einem Durchmesser von 50 mm, die 10 000 Impulse pro Umdrehung erzeugt, die Teilung des Streifenmusters 97 Mikron, so daß der Durchmesser des kreisförmigen Laserstrahlfleckens 10 des Laserstrahls 5 nicht größer sein darf als 7 Mikron.

Im allgemeinen werden in solch einem optischen System zwei Ausgangssignale mit ungefähr sinusförmigen Wellenformen mit einer Phasendifferenz von 90 Grad, wie in Fig. 3B gezeigt, vom optischen Detektor 8 erzeugt, wenn die zwei Halbleiterlaser 4 wie in Fig. 3A gezeigt, angeordnet sind. Die zwei in Fig. 3B und 3C gezeigten Ausgangssignale werden einer Wellenformung ausgesetzt, um sie in Rechtecksignale, wie in Fig. 3D und 3E gezeigt, zu wandeln, damit die Drehrichtung der drehbaren Welle 2 entschieden werden kann. Die Rechtecksignale werden in ein Impulssignal umgewandelt, wie in Fig. 3F gezeigt, mit einer Frequenz, die viermal so groß ist wie jene der Rechtecksignale und zwar durch Erzeugen eines Impulses bei jeder Anstiegs- und Abfallflanke beider Rechtecksignale. Deshalb werden pro Umdrehung der Impulsscheibe mit 10 000 lichtundurchlässigen Streifen 40 000 Impulse erzeugt. Weiter ist es erforderlich, ein weiteres optisches System vorzusehen zum Erzeugen eines Null-Signals, das eine Referenzwinkelposition der Impulsscheibe darstellt, wobei das Null-Signal einmal pro Umdrehung der Impulsscheibe erzeugt wird.

Wie oben beschrieben wurde, benötigt der konventionelle optische Dekodierer mit einem Halbleiterlaser drei Systeme mit drei Halbleiterlasern, um zwei Ausgangssignale mit einer Phasendifferenz von 90 Grad und ein Null-Signal, das eine Referenzwinkelposition der Impulsscheibe anzeigt, zu erzeugen. Da es weiter erforderlich ist, die drei optischen Systeme getrennt zu justieren, ist der Justiervorgang sehr mühsam, wodurch die Kosten des Kodierers auf nachteilige Weise hoch werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ausgehend von einem optischen Kodierer der eingangs genannten Art, diesen so einfach auszubilden, daß er mit sehr wenigen optischen Elementen auskommt und ein Justieren von Einzelstrahlen nicht mehr erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem optischen Kodierer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß dieser Kodierer ein Diffraktionsgitter enthält, um den Laserstrahl der Halbleiter-Laserlichtquelle in eine Mehrzahl von Laserstrahlen aufzuteilen, daß das optische System zur Bündelung jedes der Mehrzahl der Laserstrahlen in einen elliptisch gestalteten Lichtfleck auf der Impulsskala ausgebildet ist, und daß die Fotodetektoreinrichtung die Laserstrahlen erfaßt, die durch die Impulsskala hindurchgelassen oder von der Impulsskala reflektiert werden.

Dieser optische Kodierer ermöglicht einen miniaturisierten Aufbau mit niedrigen Kosten sowie eine hohe Auflösung.

Demnach ist der erfindungsgemäße optische Kodierer so aufgebaut, daß eine Vielzahl von Laserstrahlen durch das Diffraktionsgitter und ein einzelnes optisches System erzeugt werden. Jeder der drei Laserstrahlen wird so gebündelt, daß er einen elliptischen Strahlenfleck auf der Impulsskala bildet. Demzufolge erfaßt der optische Kodierer Laserstrahlen aus mehreren Kanälen mit sehr hoher Auflösung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden werden die Fig. 1 bis 8 beschrieben, von denen die Fig. 1 bis 3 einen herkömmlichen optischen Kodierer betreffen, während die Fig. 4 bis 8 erfindungsgemäße optische Kodierer darstellen. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Grundkonstruktion eines konventionellen optischen Kodierers mit einem Halbleiterlaser zum Erfassen einer Drehstrecke;

Fig. 2A bis 2D Diagramme zum Erläutern des Betriebs einer in Fig. 1 gezeigten Impulsscheibe;

Fig. 3A eine perspektivische Darstellung eines Teils des optischen Rotationskodierers nach Fig. 1 zur Erklärung seines Betriebs, wobei La­ serstrahlen mit einer Phasendifferenz von 90 Grad erzeugt werden;

Fig. 3B bis 3F verschiedene Wellenformen der von dem opti­ schen Rotationskodierer nach Fig. 3A erzeug­ ten Ausgangssignale;

Fig. 4A eine perspektivische Darstellung der Kon­ struktion eines optischen Rotationskodierers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4B eine vergrößerte Horizontalprojektion eines Teils des optischen Rotationskodierers nach Fig. 4A;

Fig. 4C eine Darstellung der Lagebeziehung zwischen elliptischen Strahlflecken, die auf einer Impulsscheibe nach Fig. 4A auftreffen;

Fig. 5A und 5B einen Seitenriß und eine Horizontalprojek­ tion eines Signalerfassungssystems des opti­ schen Rotationskodierers nach Fig. 4A;

Fig. 6A und 6B einen Seitenriß und eine Horizontalprojek­ tion eines Signalerfassungssystems eines op­ tischen Rotationskodierers gemäß einer wei­ teren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Seitenrißdarstellung eines Signalerfas­ sungssystems eines optischen Rotationsko­ dierers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8A eine perspektivische Darstellung der Kon­ struktion eines optischen Linearkodierers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8B eine vergrößerte Horizontalprojektion eines Teils des in Fig. 8A gezeigten optischen Li­ nearkodierers.

Typische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 8B beschrieben. Fig. 4A ist eine perspektivische Darstellung, die die Grund­ konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform eines optischen Rotationskodierers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 4B ist eine vergrößerte Horizontalprojektion, die einen Teil des Rotationskodierers nach Fig. 4A zeigt, und Fig. 4C ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen elliptischen Laserstrahlflecken zeigt. In diesen Figuren bedeuten gleiche Referenzzeichen gleiche Elemente wie in Fig. 1.

In Fig. 4A bis 4C bezeichnet das Referenzzeichen 10 a ellip­ tische Strahlflecken, 11 ein Diffraktionsgitter, 12 eine plan­ konkave zylindrische Linse, 13 einen Drei-Element-Fotodetek­ tor und 14 einen lichtundurchlässigen Streifen (Markierung) zur Erzeugung eines Null-Signals.

Nun wird der Betrieb dieser Ausführungsform eines Rotations­ kodierers erläutert. Wenn die drehbare Welle 2 von einer ex­ ternen Antriebskraft angetrieben wird, rotiert die Impuls­ scheibe 3 mit dem Streifenmuster 9, und die Rotationsstrecke der Impulsscheibe 3 wird erfaßt basierend auf den Änderungen der Intensität des durch die Impulsscheibe 3 hindurchgetrete­ nen Laserstrahls. Der von dem Halbleiterlaser 4 emittierte Laserstrahl 5 wird durch die Kollimatorlinse 6 kollimiert und danach durch das Diffraktionsgitter 11 in drei Strahlen be­ stehend aus einem transmittierten Strahl und positiven und negativen primären Diffraktionsstrahlen gespalten. Jeder der drei Laserstrahlen wird in einen elliptischen Strahl durch die plan-konkave Zylinderlinse 12 gewandelt, die eine Haupt­ achse (längere Achse) parallel zur radialen Richtung der Scheibe 3 hat. Die Brennweite der plan-konkaven zylindrischen Linse 12 ist so, daß die Hauptachse des elliptischen Strahls 15 bis 20mal so groß ist wie seine Nebenachse. Jeder der drei elliptischen Strahlen wird durch die Sammellinse 7 ge­ bündelt und dann auf die Impulsscheibe 3 als elliptischer Strahlfleck 10 a gelenkt, dessen Hauptachse ungefähr 50 bis 150 Mikron und dessen Nebenachse ungefähr 5 bis 10 Mikron, beispielsweise, wie in Fig. 4B und 4C gezeigt, ist.

Im Falle der Benutzung einer Impulsscheibe 3 zum Erzeugen von 10 000 Impulsen für jede ihrer Umdrehungen, wird die Neben­ achse des elliptischen Strahlfleckens so gewählt, daß sie un­ gefähr 7 Mikron ist. Die drei elliptischen Strahlflecken 10 a werden auf die Impulsscheibe 3 auf gleiche Weise wie in Fig. 4B gezeigt, gelenkt. Wenn einer der drei elliptischen Strahl­ flecken 10 a nämlich auf den Null-Signal-Streifen 14 fällt, fallen die zwei übrigbleibenden Strahlen auf das Streifen­ muster 9 in solche einer Beziehung, daß zwei Ausgangssignale mit einer Phasendifferenz von 90 Grad von dem Fotodetektor 13 erzeugt werden. Wie in Fig. 4C gezeigt ist, entspricht eine Entfernung A, die durch die Teilung des Diffraktionsgitters 11 bestimmt wird, der Entfernung, die die Mittelpunkte benach­ barter Flecken trennt, und eine Entfernung B, die durch den Rotationswinkel des Diffraktionsgitters 11 bezüglich der op­ tischen Achse des Laserstrahls bestimmt wurde, stellt den Abstand zwischen Hauptachsen benachbarter Flecken dar.

Die Form eines jeden der Strahlflecken 10 a wird elliptisch so ausgewählt, daß die Abnahme des Ausgangssignals von dem Foto­ detektor infolge von Defekten auf dem Streifenmuster 9 durch Verengen der Länge des Strahlflecks in Umfangsrichtung der Scheibe 3 und durch Ausdehnen der Länge des Strahlfleckens in der radialen Richtung der Scheibe 3 (der longitudinalen Rich­ tung des Streifens 9) minimiert wird.

Die Intensität eines jeden der drei Laserstrahlen 5, die durch die Impulsscheibe 3 hindurchtreten, ändert sich mit der Rota­ tion der Impulsscheibe 3. Die Änderungen in der Intensität der Laserstrahlen, die durch die Impulsscheibe 3 hindurchtreten, werden getrennt durch den Drei-Element-Photodetektor 13 er­ faßt, der hinter der Impulsscheibe 3 angeordnet ist. Der Drei- Element-Fotodetektor 13 ist an einer in Fig. 5A und 5B ge­ zeigten Position angeordnet. Wie aus der seitlichen Darstel­ lung des in Fig. 5A gezeigten optischen Kodierers hervorgeht, wird der in drei Strahlen aufgesplittete Laserstrahl 5 durch die plan-konkave zylindrische Linse 12 so geführt, daß die Fokussierlage des Laserstrahls an einen Ort hinter der Impuls­ scheibe 3 verschoben wird, um dadurch die drei elliptischen Strahlenflecken 10 a auf der Impulsscheibe 13 zu bilden. Der Drei-Element-Fotodetektor 13 wird nahe der Fokussierposition der Sammellinse 7, welche, wie in Fig. 5A und 5B gezeigt, hinter der Impulsscheibe 3 angeordnet ist, angeordnet. Wie aus der Darstellung des optischen Kodierers in Fig. 5B hervorgeht, splittet das Diffraktionsgitter 11 den Laserstrahl 5 in drei Laserstrahlen. Die plan-konkave zylindrische Linse 12 dient als eine Glasplatte mit parallelen Flächen in der Umfangs­ richtung der Scheibe 3 für die drei Laserstrahlen. Die Sammellinse 7 bündelt die drei Laserstrahlen. Danach werden die drei Laserstrahlen 5, die durch die Impulsscheibe 3 hindurchtreten, auf den Drei-Element-Fotodetektor 13, wie in Fig. 5A und 5B gezeigt, gelenkt, und liefern so die drei Ausgangssignale.

In der in Fig. 5A und 5B gezeigten Ausführungsform werden die Laserstrahlen 5 so erfaßt, wie sie durch die Impulsscheibe 3 durchgelassen werden. Jedoch können auch Laserstrahlen, die von der Impulsscheibe 3 reflektiert werden, erfaßt werden, wie in einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 6A und 6B, die später beschrieben wird.

Wie in Fig. 6A und 6B gezeigt ist, wird der Laserstrahl 5, der von dem Halbleiterlaser 4 emittiert wird, durch die Kolli­ matorlinse 6 kollimiert und dann in drei Laserstrahlen gespal­ ten und in drei Richtungen durch das Diffraktionsgitter 11 gerichtet. Die drei Strahlen werden durch einen Polarisierungs- Strahlteiler 14 a durchgelassen, die transmittierten Laser­ strahlen werden von linear-polarisierten Strahlen in zirkular- polarisierte Strahlen durch eine λ/4-Platte 15 konvertiert, und danach durch die Sammellinse 7 durch die plan-konkave zylindrische Linse 12 gebündelt, ehe sie auf die Impulsscheibe 3 auftreffen. Die Laserstrahlen 5, die auf die Impulsscheibe 3 gelenkt werden, werden von der Scheibe 3 reflektiert und durch die λ/4-Platte 15 von zirku­ lar polarisierten Strahlen in linear polarisierte Strahlen mit einer Polarisationsebene, die senkrecht zu jener der ein­ fallenden Laserstrahlen ist, die von dem Halbleiterlaser 4 emit­ tiert werden, konvertiert. Die linear polarisierten Strahlen werden durch den Polarisierungsstrahlteiler 14 a ab­ gelenkt und dann auf den Drei-Element-Fotodetektor 13 ge­ lenkt, nachdem sie durch eine konvexe Linse 16, die als Sammellinse wirkt, geleitet wurden, um so die Änderungen der Intensitäten der drei Laserstrahlen getrennt zu erfassen.

In jeder der in Fig. 5A, 5B, 6A und 6B gezeigten Ausführungs­ formen werden die Änderungen der Intensitäten der Laserstrah­ len, die durch die Rotation der Impulsscheibe 3 bewirkt wer­ den, direkt durch den Drei-Element-Fotodetektor 13 erfaßt. Andererseits, wie in Fig. 7 gezeigt, können die durch die Impulsscheibe 3 durchgelassenen Laserstrahlen erfaßt werden durch drei getrennte Fotodetektoren 8, nachdem die drei Strahlen über ein optisches Faserkabel 17 übertragen wur­ den. In diesem Fall werden solche Signale nur wenig durch äußeres Rauschen beeinflußt, da die die Änderungen der Inten­ sitäten der Laserstrahlen darstellenden Signale als optische Signale übertragen werden.

Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen benutzt drei Laserstrahlen mit dem übertragenen Laserstrahl und den positiven und negativen primären Diffraktionsstrahlen, die durch das Diffraktionsgitter 11 erhalten werden. Es ist jedoch möglich, einen optischen Kodierer mit hoher Auflösung zu schaffen durch Erhöhen der Zahl von Streifen auf dem während einer Umdrehung der Impulsscheibe zu erfassenden Streifen­ muster durch Benutzen von nicht nur positiven und negativen primären Diffraktionsstrahlen, sondern auch von Diffraktions­ strahlen höherer Ordnung, beispielsweise positiven und nega­ tiven sekundären Diffraktionsstrahlen, usw.

In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird der von dem Halbleiterlaser 4 emittierte Laserstrahl 5 durch die Kollimatorlinse 6 kollimiert, so daß parallele Strahlen auf die Sammellinse 7 auftreffen. Es ist jedoch möglich, die Kollimatorlinse 6 wegzulassen, falls die Sammellinse 7 durch eine Linse ersetzt wird, die die dort zugeführten Laserstrahlen nicht parallel, sondern radial bezüglich des Halbleiterlasers 4 kollimieren kann. Im Fall des Erfassens von Änderungen der Intensitäten der Laserstrahlen basierend auf den von der Impulsscheibe reflektierten Laserstrahlen (siehe Fig. 6A und 6B) ist es weiter möglich, die konvexe Linse 16 wegzulassen, da die reflektierten Laserstrahlen zum Foto­ detektor hin konvergieren.

Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen benutzt die plan-konkave zylindrische Linse 12, um die Laserstrahlen zu bündeln, um so elliptische Strahlflecken 10 a zu erhalten. Andererseits ist es möglich, die elliptischen Strahlflecken zu erhalten durch Anordnen eines Blendenelementes mit einer Öffnung im Lichtweg der Laserstrahlen 5 anstelle der plan-kon­ kaven zylindrischen Linse, damit sich die Strahlen nur in einer Richtung infolge der Diffraktionsnatur der Öffnungen ausbrei­ ten. Alternativ ist es möglich, die elliptischen Laser­ strahlflecken 10 a zu erhalten durch Benutzen einer plan-kon­ vexen zylindrischen Linse anstelle der plan-konkaven zylindri­ schen Linse 12.

In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist die plan-konkave zylindrische Linse 12 vor der Sammellinse 7 angeordnet. Sie kann aber auch hinter derselben angeordnet sein.

Die oben beschriebene Erfindung wird angewandt auf einen op­ tischen Rotationskodierer zum Erfassen einer Rotationsstrecke. Die vorliegende Erfindung ist aber auch anwendbar auf einen optischen Linearkodierer zum Erfassen einer Strecke von li­ nearer Bewegung. Dieser Fall wird im folgenden unter Bezug­ nahme auf Fig. 8A und 8B beschrieben. In Fig. 8A und 8B be­ zeichnet das Bezugszeichen 4 einen Halbleiterlaser, 5 einen Laserstrahl, 6 eine Kollimatorlinse, 7 eine Sammellinse, 9 ein Streifenmuster mit abwechselnd angeordneten lichtun­ durchlässigen und transparenten Streifen, 10 a elliptische Laserstrahlflecken, 11 ein Diffraktionsgitter, 12 eine plan- konkave zylindrische Linse, 13 einen Drei-Element-Fotodetek­ tor, 14 einen lichtundurchlässigen Streifen (Markierung) für ein Null-Signal, und 18 eine lineare Impulsskala. Das Signal­ erfassungssystem der Ausführungsform nach Fig. 8A und 8B ist dasselbe wie jenes nach Fig. 4A und 4B, außer, daß die Im­ pulsscheibe 3 durch die lineare Impulsskala 18 ersetzt ist. Ein Signal, das die lineare Bewegungsstrecke darstellt, wird erhalten durch Erfassen der Laserstrahlen, deren Intensitäten in Übereinstimmung mit der Bewegung der linearen Impulsskala 18 sich ändern. Das Signalerfassungssystem in dem optischen Rotationskodierer, der oben beschrieben wurde, kann auch hier verwendet werden. Jede der oben beschriebenen Ausführungsfor­ men eines optischen Rotationskodierers kann benutzt werden als optischer Linearkodierer, indem nur die Impulsscheibe 3 mit der linearen Impulsskala 18 ausgetauscht wird. Es gibt zwei Arten von optischen Linearkodierern. Bei einem ersten Linearkodierer ist das Si­ gnalerfassungssystem fest und die lineare Impulsskala 18 wird bewegt. Bei einem anderen Linearkodierer ist die lineare Impulsskala 18 fest und das Signalerfassungssystem wird bewegt.

Claims (19)

1. Optischer Kodierer mit einer Halbleiter-Laserlichtquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls, einer Impulsskala, einem optischen System zum Bündeln des Laserstrahls auf die Impulsskala, und mit einer im Bereich der Impulsskala angeordneten Fotodetektoreinrichtung zur Erfassung des Laserstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Kodierer ein Diffraktionsgitter (11) enthält, um den Laserstrahl der Halbleiter-Laserlichtquelle (4) in eine Mehrzahl von Laserstrahlen aufzuteilen, daß das optische System zur Bündelung jedes der Mehrzahl der Laserstrahlen in einen elliptisch gestalteten Lichtfleck auf der Impulsskala ausgebildet ist, und daß die Fotodetektoreinrichtung die Laserstrahlen erfaßt, die durch die Impulsskala hindurchgelassen oder von der Impulsskala reflektiert wurden.

2. Optischer Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsskala ein Streifenmuster mit alternierend angeordneten lichtundurchlässigen und transparenten Streifen aufweist.

3. Optischer Kodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsskala eine drehbar auf einer drehbaren Welle (2) befestigte Impulsscheibe (3) aufweist, wobei das Streifenmuster auf einem Umfangsbereich einer Fläche der Impulsskala liegt.

4. Optischer Kodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsskala aus einer linearen Impulsskala besteht.

5. Optischer Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffraktionsgiter (11) ein Gitter zum Splitten des von der Laserquelle (4) emittierten Laserstrahls in eine Mehrzahl von Laserstrahlen mit einem durchgehenden Laserstrahl und positiven und negativen Diffraktionsstrahlen N-ter Ordnung aufweist.

6. Optischer Kodierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffraktionsgitter (11) ein Gitter zum Splitten des Laserstrahls in einen durchgehenden Laserstrahl und positive und negative primäre Diffraktionsstrahlen aufweist.

7. Optischer Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsskala ein Streifenmuster mit alternierend angeordneten lichtundurchlässigen und transparenten Streifen und einem Streifen für ein Null-Signal aufweist, und daß für eine vorbestimmte Lage der Impulsskala drei Laserstrahlen auf die Impulsskala so gelenkt werden, daß ein erster Strahl auf den Streifen für das Null-Signal gelenkt wird, ein zweiter Strahl auf das Streifenmuster, und ein dritter Strahl auf eine Position des Streifenmusters gelenkt wird, die von einer Position des zweiten Strahls um ein Viertel einer Teilung des Streifenmusters entfernt ist.

8. Optischer Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System eine Einrichtung aufweist zur Bündelung eines jeden der zahlreichen gesplitteten Strahlen in einen Strahl mit einer elliptischen Querschnittsform, und eine Sammellinse (7) zum Bündeln jedes der zahlreichen gesplitteten Strahlen aufweist.

9. Optischer Kodierer nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Konvergiereinrichtung in Form einer plan-konkaven zylindrischen Linse.

10. Optischer Kodierer nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Konvergiereinrichtung in Form einer plan-konvexen zylindrischen Linse.

11. Optischer Kodierer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvergiereinrichtung ein Element mit Öffnungen zum Hindurchlassen der Strahlen aufweist.

12. Optischer Kodierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffraktionsgitter (11), die Konvergiereinrichtung (12), die Sammellinse (7) und die Impulsskala in dieser Reihenfolge der Emissionsrichtung des Laserstrahls entlang der optischen Achse des Laserstrahls angeordnet sind.

13. Optischer Kodierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffraktionsgitter (11), die Sammellinse (16), die Konvergiereinrichtung (12) und die Impulsskala in dieser Reihenfolge in der Emissionsrichtung des Laserstrahls entlang der optischen Achse des Laserstrahls angeordnet sind.

14. Optischer Kodierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvergiereinrichtung eine Einrichtung zum Konvergieren jedes der zahlreichen gesplitteten Strahlen in einen elliptischen Laserflecken aufweist, dessen Hauptachsenlänge 5 bis 10mal größer als die einer Nebenachse ist.

15. Optischer Kodierer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Haupt- und Nebenachsen jeweils im Bereich von 8 bis 10 bzw. 50 bis 150 Mikron sind.

16. Optischer Kodierer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen polarisierenden Strahlenteiler (14 a) und eine λ/4-Platte (5) zwischen dem Diffraktionsgitter (11) und dem optischen System (12, 7), wobei die Fotodetektoreinrichtung (13) die Laserstrahlen erfaßt, wie sie durch den polarisierenden Strahlenteiler (14 a) abgelenkt werden, nachdem sie von der Impulsskala reflektiert wurden.

17. Optischer Kodierer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (16) zwischen dem polarisierenden Strahlenteiler (14 a) und der Fotodetektoreinrichtung (13) angeordnet ist.

18. Optischer Kodierer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein optisches Faserkabel zum Führen der durch die Impulsskala hindurchtretenden Laserstrahlen zur Fotodetektoreinrichtung (13).

19. Optischer Kodierer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Halbleiterlaser (84) und dem Diffraktionsgitter (11) angeordneten Kollimatorlinse (6) zum Kollimieren des Laserstrahls.