DE3436138C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Kodierer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiger optischer Kodierer ist bereits aus der US-PS 42 24 514 bekannt. Dieser bekannte optische Kodierer ent­ hält

• - ein lichtemittierendes Element,
• - einen Fotosensor mit vier Fotoelementen auf einem einzi­ gen Halbleiterchip, die in einem Rechteck angeordnet sind, wobei das erste Fotoelement und das zweite Fotoelement in einer ersten radialen Richtung, das erste Fotoelement und das dritte Fotoelement in einer zweiten Richtung rechtwink­ lig zur ersten Richtung sowie das dritte Fotoelement und das vierte Fotoelement in der ersten Richtung angeordnet sind,
• - eine rotierende Schlitzplatte zwischen dem lichtemittie­ renden Element und dem Fotosensor, die radial verlaufende Schlitze aufweist, welche sich über die radiale Ausdehnung des Fotosensors erstrecken,
• - eine zwischen dem Fotosensor und der rotierenden Schlitz­ platte angeordnete stationäre Maske, die vier Sätze von Schlitzen aufweist, nämlich
  • -- einen ersten Satz Schlitze, der dem ersten Fotoelement gegenüberliegt,
  • -- einen zweiten Satz Schlitze, der dem zweiten Fotoelement gegenüberliegt, wobei der zweite Satz Schlitze gegenüber dem ersten Satz Schlitze um 90° phasenverschoben ist,
  • -- einen dritten Satz Schlitze, der dem dritten Fotoelement gegenüberliegt und der gegenüber dem zweiten Satz Schlitze um 180° phasenverschoben ist, sowie
  • -- einen vierten Satz Schlitze, der dem vierten Fotoelement gegenüberliegt und gegenüber dem ersten Satz Schlitze um 180° phasenverschoben ist, und
• - eine mit dem Fotosensor verbundene Steuerschaltung, die einen ersten Komparator zur Verarbeitung der Ausgangssigna­ le vom ersten und vierten Fotoelement über invertierte Kom­ paratoreingänge sowie einen zweiten Komparator zur Ver­ arbeitung der Ausgangssignale vom zweiten und dritten Fo­ toelement über invertierte Komparatoreingänge enthält.

Die Steuerschaltung des optischen Kodierers nach der US-PS 42 24 514 weist einen relativ komplizierten Aufbau auf und enthält unter anderem eine Regelstufe für das lichtemittie­ rende Element. Ferner sind zwischen den Ausgängen der Foto­ elemente und den Eingängen der Komparatoren Verstärker­ schaltungen vorgesehen, durch die der gesamte Aufbau der Steuerschaltung groß und teuer wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten op­ tischen Kodierer so weiterzubilden, daß seine Ausgangssig­ nale auch mit einer einfacher aufgebauten und kostengün­ stiger herzustellenden Steuerschaltung stabilisiert werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß

• - die Fotoelemente als Fototransistoren ausgebildet sind,
• - die Fototransistoren paarweise parallel zwischen einem Anschluß einer Spannungsquelle und einem Erdpotentialan­ schluß liegen, und
• - nur die Ausgänge der Fototransistoren direkt mit den Ein­ gängen der Komparatoren verbunden sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein wesentliches Bauteil des optischen Kodierers in Explosionsdarstellung,

Fig. 2 und 3 Querschnitte durch das Bauteil gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Fotosensor des optischen Kodierers,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den optischen Kodierer,

Fig. 6 eine Schaltung zum Auswerten der Signale von vier Fotoelementen des optischen Kodie­ rers,

Fig. 7A-D Signalzüge von Signalen innerhalb der Schal­ tung von Fig. 6 und

Fig. 8A-B Signalzüge zum Erläutern der Wirkung des Ver­ schiebens der stationären Maske bei dem optischen Kodierer.

Der optische Kodierer weist ein erstes Gehäuseteil 11 mit einer Öffnung 12 zum Aufnehmen einer lichtemittierenden Diode auf, die als Lichtquelle dient. Vertiefungen 13 und 14 im ersten Gehäuseteil 11 die­ nen zum Aufnehmen von Zuleitungen zur lichtemittierenden Diode. Ein zweites Gehäuseteil 15 ist mit dem ersten Gehäuse­ teil 11 so verbunden, daß ein Zwischenraum zum Aufnehmen einer Schlitzplatte freibleibt. Eine stationäre Maske 16, ein Fotosensor 17 und eine Schaltungsplatte 18 sind am zwei­ ten Gehäuseteil 15 befestigt.

Der Fotosensor 17 weist ein einziges Halbleiterchip 19 auf, das mit einer Leiterplatte 20 verbunden ist, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Der Chip 19 ist mit der Leiterplat­ te 20 über ein Preßbondverfahren oder ein Wirebondverfahren verbunden. Er ist durch ein durchsichtiges Epoxy-Gußharz abgedeckt. Der so gebildete Fotosensor 17 ist in einer Öff­ nung 21 im zweiten Gehäuseteil 15 angeordnet und mit diesem durch einen Kleber verbunden. Seine Lage ist so eingerichtet, daß die Kanten der Leiterplatte 20 an vorgegebenen Stellen des zweiten Gehäuseteils 15 liegen. Die stationäre Maske 16 besteht aus einem transparenten Polyesterfilm, auf den licht­ undurchlässige Tinte an allen Stellen außer denen der Schlitze aufgedruckt ist. Ein rechteckförmiger transparenter Rahmen 22 umgibt auf der stationären Maske 16 den Schlitzbereich. Die Kanten des Leiterrahmens des Fotosensors 17 sind auf dem durchsichtigen Rahmen 22 angeordnet. Die stationäre Maske 16 ist mit dem zweiten Gehäuseteil 15 verklebt. Der Kleber ist auf der Rückseite der stationären Maske 16 durch Öffnungen 23 und 24 in der Rückseite des zweiten Gehäuseteils 15 aufge­ bracht. Dadurch tritt kein Kleber auf die Frontfläche der stationären Maske 16 durch.

Der Fotosensor 17 weist ein N-Siliziumsubstrat 19 auf, in das P-Verunreinigungsgebiete einduffundiert sind. Dadurch sind vier Fotoelemente 31, 32, 33 und 34 (NPN-Fototransistoren) in rechteckförmiger Anordnung hergestellt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Schlitze 35 in der stationären Maske 16 stehen dem ersten Fotoelement 31 gegenüber, das das Signal A abgibt. Schlitze 36 in der stationären Maske sind um ein Viertel des Schlitzabstandes nach links ver­ setzt und stehen dem zweiten Fotoelement 32 gegenüber, das das Signal abgibt. Schlitze 37 in der stationären Maske sind um einen halben Abstand gegenüber den zweiten Schlitzen 36 versetzt und stehen dem dritten Fotoelement 33 gegenüber, das das Signal B abgibt. Schlitze 38 sind gegenüber den ersten Schlitzen 35 um einen halben Schlitzabstand nach rechts ver­ setzt und stehen dem vierten Fotoelement 34 gegenüber, das das Signal abgibt. Schlitze 39 in der rotierenden Schlitz­ platte 40 erstrecken sich über die Schlitze 35 und 36 bzw. 37 und 38. Wenn sich die rotierende Schlitzplatte 40 dreht, tritt der Lichtstrahl von der Lichtquelle durch die Schlitze 39 in der rotierenden Schlitzplatte und die Schlitze 35, 36, 37 und 38 in der stationären Maske hindurch und trifft auf die Fotoele­ mente 31-34. Die diagonal angeordneten Fotoelemente 31 und 34 geben Signale mit zueinander umgekehrter Phasenbeziehung ab. Entsprechend geben die beiden anderen, diagonal zueinan­ der angeordneten Fotoelemente 32 und 33 Signale mit zueinander umgekehrter Phasenlage ab.

Die vier Fotoelemente (Fototransistoren) 31-34 sind parallel zwischen den Anschluß einer Spannungsquelle Vcc und Erde ge­ legt, wie dies in der Schaltung gemäß Fig. 6 dargestellt ist. Das Ausgangssignal A des ersten Fotoelements 31 liegt am positiven Eingang eines Komparators 41. Am nega­ tiven Eingang liegt das Ausgangssignal des vierten Foto­ elements 34. Das Ausgangssignal B des zweiten Fotoelements 32 liegt am positiven Eingang eines anderen Komparators 42. An dessen negativem Eingang liegt das Signal des dritten Foto­ elements 33. Dementsprechend weist das Ausgangssignal VA des Komparators 41 eine Phasenverschiebung von 90° zum Ausgangs­ signal VB des Komparators 42 auf, wie dies in den Fig. 7C und 7D dargestellt ist. Die Ausgangssignale VA und VB sind binäre Signale, was es ermöglicht, eine digitale Steuerung auszuführen.

Wenn die stationäre Maske 16 auf ihrer Sollposition verscho­ ben wird, z. B. wenn sie entgegen dem Uhrzeigersinn beim Be­ festigen am zweiten Gehäuseteil 15 verdreht wird, eilt die Phase des Signals A vom Fotoelement 31 vor, wie dies durch das Signal A′ in Fig. 8A dargestellt ist. Dagegen ist die Phase des Ausgangssignals verzögert . Dementsprechend weisen die beiden Ausgangssignale A′ und an einem Punkt denselben Pegel auf, an dem auch die Signale A und denselben Pegel aufweisen würden. Das Ausgangssignal VA vom Kompara­ tor 41 ändert sich also auch dann nicht, wenn die stationäre Platte 16 abweichend von der Sollage angeordnet ist. Dasselbe gilt für die Ausgangssignale B und . Das Ausgangssignal VB des Komparators 42 ist also ebenfalls nicht durch die Lage der stationären Maske 16 beeinflußt.

Claims (2)

1. Optischer Kodierer, mit

   • - einem lichtemittierenden Element,
   • - einem Fotosensor (17) mit vier Fotoelementen (31-34) auf einem einzigen Halbleiterchip (19), die in einem Rechteck angeordnet sind, wobei das erste Fotoelement (31) und das zweite Fotoelement (32) in einer ersten radialen Richtung, das erste Fotoelement (31) und das dritte Fotoelement (33) in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung sowie das dritte Fotoelement (33) und das vierte Fotoelement (34) in der ersten Richtung angeordnet sind,
   • - einer rotierenden Schlitzplatte (40) zwischen dem lichtemittierenden Element und dem Fotosensor (17), die radial verlaufende Schlitze (39) aufweist, welche sich über die radiale Ausdehnung des Fotosensors (17) erstrecken,
   • - einer zwischen dem Fotosensor (17) und der rotierenden Schlitzplatte (40) angeordneten stationären Maske (16), die vier Sätze von Schlitzen (35-38) aufweist, nämlich
     • -- einen ersten Satz Schlitze (35), der dem ersten Fotoelement (31) gegenüberliegt,
     • -- einen zweiten Satz Schlitze (36), der dem zweiten Fotoelement (32) gegenüberliegt, wobei der zweite Satz Schlitze (36) gegenüber dem ersten Satz Schlitze (35) um 90° phasenverschoben ist,
     • -- einen dritten Satz Schlitze (37), der dem dritten Fotoelement (33) gegenüberliegt, und der gegenüber dem zweiten Satz Schlitze (36) um 180° phasenver­ schoben ist sowie
     • -- einen vierten Satz Schlitze (38), der dem vierten Fotoelement (34) gegenüberliegt und gegenüber dem ersten Satz Schlitze (35) um 180° phasenverschoben ist, und
   • - einer mit dem Fotosensor (17) verbundenen Steuerschal­ tung, die einen ersten Komparator (41) zur Verarbeitung der Ausgangssignale vom ersten und vierten Fotoelement (31, 34) über invertierte Komparatoreingänge sowie einen zweiten Komparator (42) zur Verarbeitung der Ausgangs­ signale vom zweiten und dritten Fotoelement (32, 33) über invertierte Komparatoreingänge enthält,
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • - die Fotoelemente (31-34) als Fototransistoren ausgebil­ det sind,
   • - die Fototransistoren paarweise parallel zwischen einem Anschluß einer Spannungsquelle (Vcc) und einem Erdpo­ tentialanschluß liegen, und
   • - nur die Ausgänge der Fototransistoren direkt mit den Eingängen der Komparatoren (41, 42) verbunden sind.