Die Erfindung betrifft einen optischen Encoder zur
optoelektronischen Erfassung von Bewegungsabläufen ei
ner Anordnung mit periodischen, optisch wirksamen
Strukturen, mit einer nichtparallele Strahlung aussen
denden Strahlenquelle mit mindestens zwei Empfangsele
menten.The invention relates to an optical encoder for
optoelectronic detection of motion sequences ei
ner arrangement with periodic, optically effective
Structures with non-parallel radiation on the outside
the radiation source with at least two receiving elements
ment.
Ein optischer Encoder, der zur Aufnahme von Bewegungs
abläufen dient, weist gemäß der Fig. 1 eine Strahlen
quelle B auf, mit der Empfangselemente E starr verbun
den sind. Als Strahlenquelle wird beispielsweise eine
LED verwendet. Weiterhin ist gemäß der Fig. 1 eine
Anordnung A vorhanden, die eine periodische Struktur
S mit Bereichen hoher und niedriger Absorption auf
weist. Die Anordnung A bewegt sich im Bewegungsfall
gegenüber dem aus der Strahlenquelle B und den Empfangs
elementen E bestehenden System, so daß die einzelnen
Bereiche der periodischen Struktur von A nacheinander
von den von der Strahlenquelle B ausgehenden Strahlen
erfaßt werden. Die Empfangselemente E detektieren im
Bewegungsfall die durch die Strukturen von A erzeugte
Intensitätsmodulation der von der Strahlenquelle B aus
gehenden Strahlung. Die Anordnung A ist, wie beispiels
weise in der Fig. 1 gezeigt, geradlinig (für Trans
lationsmessung) oder gebogen (für Winkelmessung). Die
Empfangselemente E sind beim optischen Encoder der
Fig. 1 parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet.
An optical encoder, which is used to record motion sequences, has a radiation source B according to FIG. 1, with which receiving elements E are rigidly connected. For example, an LED is used as the radiation source. Furthermore, according to FIG. 1 there is an arrangement A which has a periodic structure S with areas of high and low absorption. The arrangement A moves in the event of movement relative to the system consisting of the radiation source B and the receiving elements E , so that the individual areas of the periodic structure of A are successively detected by the rays emanating from the radiation source B. In the event of movement, the receiving elements E detect the intensity modulation, generated by the structures of A , of the radiation emanating from the radiation source B. The arrangement A is, as example shown in Fig. 1, straight (for translation measurement) or curved (for angle measurement). In the optical encoder of FIG. 1, the receiving elements E are arranged parallel to the direction of movement.
Zur Gewinnung einer Richtungsinformation ist es erfor
derlich, mit mindestens zwei Empfangselementen E die
Modulation zu detektieren, wobei die Phasenverschie
bung der Signale - bezogen auf die Periode P von A -
vorteilhafterweise 1/4 ist und unter diesen Umständen
der Abstand der Empfangselemente (N/2+1/4) · P beträgt
(N = ganze Zahl).To obtain directional information, it is necessary to detect the modulation with at least two receiving elements E , the phase shift of the signals - based on the period P of A - advantageously being 1/4 and the spacing of the receiving elements ( N / 2 +1/4) · P is (N = integer).
In den üblicherweise zur Anwendung kommenden Encodern
ist N<O, so daß sich z. T. ein nicht unbeträchtlicher
Abstand zwischen den Empfangselementen ergibt. Um exak
te Phasenbeziehungen zwischen den Signalen der beiden
Empfangselemente zu erhalten, wäre es erforderlich,
die strukturierte Anordnung mit paralleler Strahlung
zu beleuchten. Eine Beleuchtung mit paralleler Strah
lung ist jedoch mit üblicherweise als Beleuchtungsquel
len verwendeten LEDs nur angenähert möglich, und außer
dem führen Abweichungen infolge von Parallaxe in Ver
bindung mit Streuungen von Abständen zwischen optischem
Sender B und strukturierter Anordnung A einerseits
und strukturierter Anordnung A und Empfängern E ande
rerseits zu Problemen in der Reproduzierbarkeit der
Bewegungsauflösung.In the encoders usually used, N < O, so that z. T. results in a not inconsiderable distance between the receiving elements. In order to obtain exact phase relationships between the signals of the two receiving elements, it would be necessary to illuminate the structured arrangement with parallel radiation. However, lighting with parallel radiation is only approximately possible with LEDs usually used as lighting sources, and in addition there are deviations due to parallax in connection with scattering of distances between optical transmitter B and structured arrangement A on the one hand and structured arrangement A and receivers E. on the other hand to problems in the reproducibility of motion resolution.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen opti
schen Encoder anzugeben, der keine Strahlenquelle mit
paralleler Strahlung erfordert und Fehler, die durch
Parallaxe auftreten, weitgehend vermeidet. Diese Auf
gabe wird bei einem optischen Encoder der eingangs er
wähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die
Empfangselemente senkrecht oder nahezu senkrecht zur
Bewegungsrichtung der Anordnung mit den periodischen
Strukturen angeordnet sind.
The invention has for its object an opti
to specify the encoder that has no radiation source
parallel radiation requires and errors caused by
Parallax occur, largely avoided. This on
The input is given with an optical encoder
mentioned type according to the invention in that the
Receiving elements perpendicular or almost perpendicular to
Direction of movement of the arrangement with the periodic
Structures are arranged.
Die Empfangselemente sind dabei in einer Linie ange
ordnet, die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Bewe
gungsrichtung verläuft.The receiving elements are arranged in a line
arranges that perpendicular or almost perpendicular to the movement
direction.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Empfangsele
mente E genau senkrecht zur Bewegungsrichtung der An
ordnung A angeordnet sind. Bei genau senkrechter An
ordnung der Empfangselemente E ist es gemäß der Fig. 2
erforderlich, daß die strukturierte Anordnung A zwei
Strukturen S aufweist, die um 1/4 der Periode gegen
einander versetzt sind. Die Empfängeranordnung empfängt
dann in Richtung der Bewegung im wesentlichen nur pa
rallele Strahlung. Die Parallaxe wirkt sich dann nur
noch über die Breite der Empfangselemente E aus, so
daß der Einfluß auf die Bewegungsanalyse verschwindet. Fig. 2 shows an exemplary embodiment of the invention, in which the receiving elements E are arranged exactly perpendicular to the direction of movement of the arrangement A. At exactly vertical arrangement of the receiving elements E , it is necessary according to FIG. 2 that the structured arrangement A has two structures S which are offset from each other by 1/4 of the period. The receiver arrangement then receives essentially only parallel radiation in the direction of movement. The parallax then only has an effect on the width of the receiving elements E , so that the influence on the movement analysis disappears.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind
gemäß der Fig. 3 die Empfangselemente E ebenfalls im
wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung, jedoch
mit einer Phasenverschiebung von 1/4 der Periode P der
Struktur angeordnet. In diesem Fall erfordert die
strukturierte Anordnung A nur eine (ausreichend breite)
Struktur. Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung gemäß der Fig. 3 ist der Einfluß der Parallaxe
zwar nicht völlig zum Verschwinden gebracht, aber trotz
dem gegenüber bekannten Encodern sehr wesentlich redu
ziert.In a second embodiment of the invention, according to FIG. 3, the receiving elements E are also arranged essentially perpendicular to the direction of movement, but with a phase shift of 1/4 of the period P of the structure. In this case, the structured arrangement A requires only one (sufficiently wide) structure. In the second embodiment of the inven tion according to FIG. 3, the influence of the parallax is not completely made to disappear, but in spite of the known encoders, it is significantly reduced.
Die Fig. 4 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel, bei
dem als Empfangselemente E Photodioden vorgesehen sind,
die auf einem Halbleiterbauteil monolithisch integriert
sind. In allen Fällen muß natürlich die Empfangsseite
der Empfangselemente in Richtung Strahlenquelle zeigen. FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which photodiodes are provided as receiving elements E, which are monolithically integrated on a semiconductor component. In all cases, of course, the receiving side of the receiving elements must point in the direction of the radiation source.