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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen rotierenden
optischen Kodierer, insbesondere auf einen rotierenden
Kodierer, der eine Kodeplatte hat, die mit einem analogen Muster
ausgebildet ist, und der eine verbesserte Erfassungsauflösung
aufweist.
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Im allgemeinen wird in einem optischen Kodierer ein Lichtstrahl
von einem Photoemitter, wie einer LED, auf eine Platte
projiziert, die mit einem digitalen Kodemuster ausgebildet ist,
wobei die Platte z. B. aus Glas zusammengesetzt ist. Der
Lichtstrahl verläuft durch das digitale Kodemuster oder wird durch
dieses reflektiert und verläuft dann durch ein
Photoaufnahmefenster, um von einem Photoempfänger, wie einem
Phototransistor, aufgenommen zu werden. Das empfangene Licht wird durch
den Photoempfänger in ein elektrisches Signal umgesetzt, um
Ausgangsimpulse zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit und der
Drehposition der Platte zu erzeugen.
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Ein herkömmlicher rotierender optischer Kodierer, der die zuvor
genannte Art eines digitalen Kodemusters zur Erfassung benutzt,
hat wegen des Benutzens des digitalen Kodemusters eine
begrenzte Auflösung. Das bedeutet, daß es schwierig ist, eine
hohe Auflösung lediglich durch Verengung der Musterbreite und des
Musterintervalls einer Minimaleinheit der Teilung des
Kodemusters, d. h. durch Benutzen eines Klein-Kodemusters zu
erreichen. Ferner treten, selbst wenn das Klein-Kodemuster erzielt
werden kann, ein Verlust und eine Brechung des Lichstrahls oder
dgl. auf, was die Auflösung des Kodierers nachteilig
beeinflußt.
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Zusätzlich zu dem Herstellen des rotierenden optischen
Kodierers sind nach dem Stand der Technik Versuche unternommen
worden, analoge optische Kodierer durch Ausbilden eines analogen
Kodemusters auf einem rotierenden Kodierer zu schaffen. Es sind
dabei Versuche unternommen worden, rotierende Kodierer zu
schafffen, die eine verbesserte Auflösung verglichen mit
denjenigen haben, die das zuvor genannte herkömmliche digitale
Kodemuster verwenden.
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Ein Beispiel eines derartigen analogen Kodeinusters auf einem
rotierenden Kodierer ist durch die Druckschrift FR-A-2 522 164
bekannt, die einen rotierenden Kodierer mit einem analogen
Kodemuster gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorsieht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese besondere Form
eines analogen Kodemusters zu verbessern, um die Auflösung des
rotierenden Kodierers zu verbessern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein rotierender Kodierer
vorgesehen, der einen Photoempfänger zum Empfangen von
Lichtstrahlen aus einem Photoemitter durch ein Kodemuster hat, das
in einer Platte ausgebildet ist, um einen Wert eines Parameters
zu erfassen, der der Drehung der Platte zugeordnet ist,
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wobei das Kodemuster aus einem analogen Kode besteht, der
forlaufend auf der Platte in einer Umfangs-Richtung der Platte
ausgebildet ist,
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die radiale Breite des analogen Kodemusters auf einen Wert
gesetzt ist, der eine Funktion der Drehstellung der Platte ist,
wobei sich der Breitenwert fortlaufend in der Umfangs-Richtung
ändert,
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der Photoempfänger dazu bestimmt ist, ein Signal zu
erzeugen, das proportional zu der Lichtmenge ist, die ihm durch das
analoge Kodemuster zugeführt wird,
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das analoge Kodemuster aus einer Vielzahl von
Unter-Kodemustern besteht, die koaxial mit der Platte längs imaginärer
Kreise ausgebildet sind, die zueinander unterschiedliche Radien
haben, welche Unter-Kodemuster in Phase miteinander angeordnet
sind, und
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der Photoempfänger dazu bestimmt ist, die Summe von Signalen
zu erzeugen, die optisch durch die Vielzahl von
Unter-Kodemustern empfangen sind,
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dadurch gekennzeichnet, daß
die maximale Breite jedes der Unter-Kodemuster auf einen
Wert gesetzt ist, der kleiner als die Größe eines Bereiches
ist, in dem eine lineare Näherung einer Stärkeverteilung von
Licht, das von dem Photoemitter projiziert wird, anwendbar ist.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um
aufzuzeigen, wie sie wirksam einzusetzen ist, wird in der im
folgenden gegebenen Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen.
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Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung
allgemeiner Form der Konstruktion eines rotierenden
Kodierers, die sowohl auf den Stand der Technik als
auch auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
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Fig. 2 zeigt eine Ansicht in bezug auf eine
Photoaufnahmefenster und in einem linear vergrößerten Zustand eines
analogen Kodemusters, das wenn es in analoge Unter-
Kodemuster einer passenden Maximalbreite unterteilt
ist, ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, wie in Fig. 7 gezeigt, schaffen kann.
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Fig. 3 zeigt eine Ansicht ähnlich derjenigen gemäß Fig. 2, die
ein Kodemuster darstellt, das als ein zweites
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 8
gezeigt, angenommen werden kann.
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Fig. 4 zeigt zeigt beispielhaft die Lichtstärkeverteilung
einer LED.
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Fig. 5 zeigt ein Diagramm des Ausgangssignals eines
Photoempfängers im Falle des Benutzens eines erhöhten
Maximalbreite des in Fig. 2 gezeigten Kodemusters.
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Fig. 6 zeigt ein Diagramm ähnlich demjenigen gemäß Fig. 5, das
sich auf Fig. 3 bezieht.
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Fig. 7 zeigt eine Darstellung eine Kodemusters gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 8 zeigt eine Darstellung eines Kodemusters gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 9 zeigt ein Diagramm zur Erklärung der Berechnung einer
Lichtmenge in bezug auf einen Klein-Abschnitt.
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Fig. 10 zeigt eine Darstellung zur Erklärung der Berechnung
eines Ausgangssignals aus dem Photoempfänger gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel.
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Fig. 11 zeigt eine Darstellung ähnlich derjenigen gemäß Fig.
10, die sich auf das zweite Ausführungsbeispiel
bezieht.
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Fig. 1 zeigt einen rotierenden Kodierer gemäß einem ersten und
einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
der im wesentlichen dieselbe grundsätzliche Konstruktion wie
ein herkömmlicher rotierender optischer Kodierer des
Übertragungstyps aufweist.
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Das Bezugszeichen bezeichnet eine Kodeplatte, die z. B. aus
Glas zusammengesetzt ist und die an einer Welle 2 befestigt
ist, die mit einem Gegenstand gekuppelt ist, der zu erfassen
ist, wie z. B. eine Motorwelle. Die Kodeplatte 1 ist mit einem
Kodemuster ausgebildet, auf das weiter unten eingegangen wird
und das durch die Platte ausgebildet ist. Das Bezugszeichen 3
bezeichnet einen Photoemitter, der z. B. aus einer LED besteht
und auf einer Seite der Platte 1 angeordnet ist, und das
Bezugszeichen 4 bezeichnet eine feststehende Platte, die auf
einer anderen Seite der Platte 1 angeordnet ist und ein
Photoaufnahmefenster 4a (Fig. 2) hat, durch welches parallele
Lichtstrahlen durch das Kodemuster der Kodeplatte 1 verlaufen. Das
Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Photoempfänger an einem Ort,
bei dem der Photoempfänger in der Lage ist, Lichtstrahlen durch
das Photoaufnahmefenster 4a aufzunehmen, wobei der
Photoempfänger 5 ein Photoaufnahmeelement hat, das z. B. aus einem
Phototransistor besteht. Der Photoemitter 3, die feststehende Platte
4 und der Photoempfänger 5 sind fest an den zuvor genannten
Orten
durch einen stationären Abschnitt 6 gehalten, so daß der
Lichtstrahl, der von dem Photoemitter 3 projiziert wird,
durchdas Kodemuster der Kodeplatte 1 verläuft und dann durch das
Photoaufnahmefenster 4a der feststehenden Platte verläuft, um
durch den Photoempfänger 5 aufgenommen zu werden.
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Fig. 2 zeigt ein Basis-Kodemuster, das gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem erweiterten Zustand verwendet werden kann.
Das Muster CP ist in einer derartigen Weise ausgebildet, daß
sich gegenüberliegende Ränder CP1, CP2, die das Muster zwischen
sich definieren, symmetrisch in bezug auf einen imaginären
Kreis C in der radialen Richtung angeordnet sind und der
Abstand zwischen diesen Rändern CP1, CP2, d. h. die Musterbreite,
linear in Richtung des Umfangs ansteigt, wobei der imaginäre
Kreis C koaxial mit der Kodeplatte 1 angeordnet ist und einen
Radius r hat. In anderen Worten ausgedrückt ist das Muster CP
als ganzes in ringartiger Form ausgebildet. Der Photoemitter 3
und die feststehende Platte 4 sind an Orten angeordnet, wo der
imaginäre Kreis, der einen Radius r hat und der Mittellinie des
Kodemusters CP entspricht, mit dem Zentrum O ausgerichtet ist.
Der Kreis C ist mit dem Zentrum des Photoaufnahmefensters 4a
der feststehenden Platte 4 ausgerichtet. Als Ergebnis verläuft
der Lichtstrahl von dem Photoemitter 3 durch die Mittellinie
des Kodemusters CP und durch das Zentrum des
Photoaufnahmefensters 4a. Daher ist eine Lichtmenge, die durch den
Photoempfänger 5 empfangen wird, proportional zu einer wirksamen
Photoaufnahmefläche, die gleich dem Produkt aus der Musterbreite W
und der Breite L des Photoaufnahmefensters 4a ist, d. h. der
Übertragungsfläche W x L. Dementsprechend steigt in dem Fall,
in dem der Ursprungspunkt O des Musters CP als der Beginnpunkt
angenommen wird, die wirksame Photoaufnahmefläche entsprechend
der Photoaufnahmemenge je Zeiteinheit linear von Null an, wenn
sich die Platte 1 dreht, und die wirksame Photoaufnahmefläche
wird wiederum im wesentlichen Null, wenn die Kodeplatte 1 eine
Umdrehung beendet hat, um deren Drehposition anzunehmen, bei
der der Übertragungslichtstrahl mit dem Ursprungspunkt O
ausgerichtet ist.
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Auf diese Weise ist die wirksame Photoaufnahmefläche des
Photoempfängers 5 so angeordnet, daß sie linear mit der Drehung der
Platte 1 ansteigt. Demzufolge tritt ein linearer Anstieg auch
in dem Pegel des Ausgangssignals auf, das von dem
Photoempfänger 5 zur photoelektrischen Wandlung geliefert wird. Im
Hinblick auf diesen Punkt wird das Ausgangssignal des
Photoempfängers 5 in einem A/D-Wandler in ein digitales Signal umgesetzt,
um auf diese Weise die Drehposition der Kodeplatte 1 zu
erfassen, d. h. die Drehposition des Gegenstands, der mit der Welle
2 gekuppelt ist. Die Drehposition kann in diesem Fall mit hoher
Genauigkeit durch Benutzen des A/D-Wandlers, der eine hohe
Auflösung hat, erfaßt werden.
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Fig. 3 zeigt in einem erweiterten Zustand ein zweites Basis-
Analogkodemuster CP, das gemäß der vorliegenden Erfindung
angepaßt werden kann. Das Muster CP ist als eine Ringform durch
Ränder CP1 und CP2 definiert, wovon jeder aus einer
sinusförmigen Wellenlinie besteht, welche Ränder in der Phase einander
entgegengesetzt sind. Diese Ränder CP1 u. CP2 sind in bezug auf
den imaginären Kreis C symmetrisch zueinander, wie dies gemäß
Fig. 2 der Fall ist. Ferner ist jede sinunsförmige Welle so
angeordnet, daß eine vorbestimmte Anzahl von Perioden (zwei in
Fig. 3) derselben dem Gesamtumfang des imaginären Kreises C und
demjenigen der Platte 1 entspricht.
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In dem Kodierer gemäß diesem Ausführungsbeipiel ändert sich die
wirksame Photoaufnahmefläche des Photoempfängers 5 sinusförmig
in Übereinstimmung mit dem Kodemuster CP. Dementsprechend
ändert sich das Ausgangssignal aus dem Photoempfänger 5 in seiner
Stärke als eine Sinusfunktion der Drehposition der Platte und
wird demzufolge zur Erfassung der Drehposition der Kodeplatte 1
benutzt.
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Wie zuvor erwähnt, entspricht gemäß dem Kodierer, der die
Platte 1 hat, welche mit dem Kodemuster CP ausgebildet ist, das
beispielhaft in Fig. 2 u. Fig. 3 gezeigt ist, die Stärke des
Ausgangssignals des Photoempfängers stets der Drehposition der
Platte. Demzufolge wird z. B. das Signal aus dem Photoempfänger
5 einer A/D-Wandlung unterzogen, um es für eine hochgenaue
Erfassung der Drehposition zu benutzen.
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Indessen kann für den Fall, daß die Lichtstärkeverteilung des
Lichts, das von dem Photoemitter 3 projiziert wird,
gleichförmig ist, die Maximalbreite w des Kodemusters CP nicht zur
Ausführung einer genauen Erfassung vergrößert werden. Der Grund
für diese Aussage wird im folgenden erläutert. Fig. 4 zeigt
beispielhaft ein Meßergebnis der Lichtstärkeverteilung einer
LED, die einem Durchmesser von 4 mm hat, bei der die
Lichtstärke und der Abstand von der optischen Achse derselben in der
Ordinate bzw. der Abszisse aufgetragen sind. Wie in Fig. 4
gezeigt, steigt die Lichtstärke f an und fällt dann plötzlich ab,
wenn sich der Abstand von der optischen Achse vergrößert. Als
Ergebnis wird, wenn die Maximalbreite w des Kodemusters CP
innerhalb eines solchen Lichtstärke-Zuwachsabschnitts liegt, d.
h. wenn die Maximalbreite auf einen Wert von beispielsweise
ungefähr 1.5 mm erhöht wird, die Stärke des in den
Photoempfänger 5 bei dessen Umfangsabschnitten einfallenden Lichtstrahls
größer als diejenige bei dem zentralen Abschnitt des
Photoempfängers 5 ist. In diesem Zusammenhang wird, wenn das Kodemuster
gemäß Fig. 2, das die Musterbreite hat, welche sich linear
erhöht, benutzt wird, ein Ausgangssignal e aus dem Photoempfänger
5 nichtlinear, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, was
unterschiedlich von einem idealen Ausgangsignal e' ist. Außerdem wird,
wenn das Kodemuster gemäß Fig. 3 benutzt wird, das durch
sinusförmige Wellen definiert ist, das sich ergebende Ausgangssignal
verglichen mit einem idealen sinusförmigen Ausgangssignal e'
verformt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Dementsprechend kann,
um ein lineares Ausgangssignal zu erhalten, die Maximalbreite w
des Kodemusters für den Fall, daß die Verteilung des Lichts aus
dem Photoemitter 3 ungleichförmig ist, nicht zu groß sein.
Andererseits werden, wenn die Maximalbreite w des Kodemusters CP
auf einen zu kleinen Wert eingestellt wird, sowohl die
Auflöung als auch das Signal/Rausch-Verhältnis inkorrekt, weil das
Ausgangssignal des Photoempfängers 5 klein wird, und es wird
ein Betrag der Änderung in der Musterbreite je Einheit eines
Drehwinkels klein. Ferner können Staub und Schmutz auf dem
Kodemuster CP dieses in hohem Maße nachteilig beeinflussen.
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Fig. 7 u. Fig. 8 zeigen Kodemuster gemäß einem ersten bzw.
einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Diese Muster CP sind jeweils durch eine Vielzahl von
Unter-Kodemustern gebildet, wobei jedes die maximale Musterbreite mit
einem klein eingestellten Wert aufweist, um so die Wirkung
aufgrund der Ungleichförmigkeit der Stärkeverteilung des Lichts
aus dem Photoemitter 3 zu kompensieren, um dadurch eine
Verschlechterung der Erfassungsauflösung und des Signal/Rausch-
Verhältnisses, die durch die zuvor genannten Gründe verursacht
werden kann, zu verhindern.
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Das Kodemuster gemäß Fig. 7 ist durch vier Unter-Kodemuster SCP
gebildet, die in Phase zueinander liegen, wobei jedes
Unter-Kodemuster eine Musterbreite hat, die linear in der Drehrichtung
der Platte ansteigt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und die
Maximalmusterbreite w hat, die ungefährt ein Viertel derjenigen
des Musters gemäß Fig. 2 aufweist. Das Kodemuster CP, das in
Fig. 8 gezeigt ist, ist durch vier Unter-Kodemuster SCP
gebildet, wovon jedes durch zwei sinusförmige Kurven einer Art
definiert ist, die in Fig. 3 gezeigt ist, und eine kleine
Maximalmusterbreite w hat. Das bedeutet, daß die maximale Amplitude
der sinusförmigen Welle auf einen kleinen Wert eingestellt ist.
In diesen Kodierern gemäß dem ersten und dem zweiten
Ausführungsbeispiel werden Lichtstrahlen, die durch diese vielfachen
Unter-Kodemuster SCP verlaufen, durch einen Photoempfänger 5
durch ein Photoaufnahmefenster 4a empfangen.
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Im folgenden wird einer Erklärung für den Grund gegeben,
weshalb die Ungleichförmigkeit in der optischen Verteilung
kompensiert werden kann und weshalb ein lineares Ausgangssignal, das
proportional zu dem Kodemuster CP ist, durch Benutzung der
Kodemuster erzielt werden kann, die beispielhaft in Fig. 7 u.
Fig. 8 gezeigt sind.
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Wie in Fig. 9 gezeigt, kann die Stärkeverteilung des Lichts aus
dem Photoemitter 3 durch eine Gerade f = Ar + B (wobei A u. B
Konstanten sind) in bezug auf einen Klein-Abschnitt genähert
werden, der in Nachbarschaft zu einem bestimmten Punkt liegt,
der seinerseits an einem Ort entfernt von dem Zentrum O einer
Kodeplatte 1 um eine Distanz von r&sub1; angeordnet ist. Bei
Betrachtung des Klein-Abschnitts rund um die Punkte, die von dem
Zentrum der Kodeplatte 1 um die Distanz (Radius) r&sub1; entfernt
sind, ist festzustellen, daß die Lichtstärke f auf der Seite
des großen Radius des Klein-Abschnitts ansteigt bzw. auf der
Seite eines kleinen Radius abfällt. Wie weiter unten erwähnt
ist, ist eine Lichtmenge, die der Gesamtanordnung zugeführt
wird, angenähert proportional einem Wert, der gleich dem
Produkt der Lichtstärke f bei dem Punkt, der dem Radius r&sub1;
entspricht, und der Breite 2Δr des Klein-Abschnitts ist. In
anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die Menge von Licht,
die dem gesmaten Klein-Abschnitt zugeführt wird, proportional
der Breite 2Δr desselben Abschnitts ist. In diesem
Zusammenhang ist festzustellen, daß die Maximalbreite w jedes Unter-
Kodemusters SCP gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Wert
eingestellt ist, der kleiner als die Breite eines solchen
Bereichs ist, wo die zuvor erwähnte Näherung anwendbar ist. Als
Ergebnis wird in einer willkürlich gewählten Drehposition der
Platte 1 die Menge des Lichts, das durch die Unter-Kodemuster
SCP verläuft und dann durch den Photoempfänger 5 aufgenommen
wird, proportional zu dem Produkt aus der Breite jedes Unter-
Kodemusters SCP bei einer derartigen Drehposition und der
Anzahl von Unter-Kodemustern, die das Kodemuster CP bilden.
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Im Hinblick darauf wird eine mathematische Erklärung gegeben.
Gemäß Fig. 9 ist die Menge von Licht, die durch den
Photoempfänger bei dem Klein-Abschnitt 2Δr empfangen wird, der sein
Zentrum bei dem Radius r&sub1; hat, proportional zu einem Wert, der
durch Integration der genäherten Geraden f = Ar + B von einem
Ende (r&sub1; - Δr) des Klein-Abschnitts zu einem anderen Ende
(r&sub1; + Δr) gewonnen ist. Ferner ist das sich ergebende
Ausgangssignal V aus dem Photoempfänger 5 proportional zu diesem
Integrationswert. Dementsprechend ist das Ausgangssignal V des
Photoempfängers 5
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wobei K eine Konstante ist.
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Wenn für das Unter-Kodemuster SCP gemäß Fig. 7 angenommen wird,
daß der Radius eines imaginären Kreises C, der durch die
Mittellinie des Unter-Kodemusters SCP verläuft, r&sub1; ist, die
Maximalmusterbreite w ist und der Drehwinkel der Kodeplatte 1, der
dem Abstand zwischen dem Ursprungspunkt O des Kodemusters und
dem Zentrum des Photoaufnahmefensters 4a Θ ist, wie dies in
Fig. 10 gezeigt ist, wird ein äußerer Rand r' des
Unter-Kodemusters SCP in bezug auf den imaginären Kreis C repräsentiert
durch
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r' = (w/4π)Θ + r&sub1; ... (2),
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und ein innerer Rand r'' des Unter-Kodemusters SCP wird
repräsentiert durch
-
r'' = - (w/4π)Θ + r&sub1; ... (3)
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In diesem Fall werden, wie aus den Gleichungen (2) u. (3)
ersichtlich, die betreffenden halben Breiten Δr des
Klein-Abschnitts durch eine Gleichung Δr = (w/4π)Θ gewonnen, und
demzufolge wird unter Bezugnahme auf Gl. (1) das Ausgangssignal V
des Photoempfängers 5 durch die folgende Gleichung gewonnen:
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V = (Kw/2π) ( Ar&sub1; + B)Θ ... (4)
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In der Gleichung (4) ist K eine Konstante, w ist die
Maximalbreite (konstant) des Unter-Kodemusters, A u. B sind
Konstanten, und r&sub1; ist der Radius (konstant) eines Kreises, der durch
die Mittellinie des Unter-Kodemusters SCP verläuft.
Dementsprehend ist das Ausgangssignal V des Photoempfängers 5
proportional
zu dem Drehwinkel Θ der Kodeplatte 1, wie dies aus Gl. (4)
ersichtlich ist. Die zuvor angegebene Beziehung ist selbst im
Falle des Benutzens einer Vielzahl von Unter-Kodemustern, die
untereinander denselben Aufbau haben, wie in Fig. 7 gezeigt,
anwendbar. In diesem Fall ist das sich ergebende Ausgangssignal
des Photoempfängers 5, der den Lichtstrahl aufnimmt, welcher
durch die betreffenden Muster verläuft, proportional zu dem
Drehwinkel Θ der Platte 1 und wird größer in der Stärke, wenn
die Anzahl von Unter-Kodemustern ansteigt. Als Ergebnis gleicht
das Ausgangssignal angenähert dem idealen Ausgangssignal e',
das in Fig, 5 gezeigt ist.
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Als nächstes wird das Unter-Kodemuster SPC des Typs gemäß Fig.
8 betrachtet, das durch zwei sinusförmige Kurven definiert ist.
Wie in Fig.11 gezeigt, ist unter der Annahme, daß der Radius
eines Kreises C, der durch die Mittellinie des
Unter-Kodemusters SCP verläuft, r&sub1; ist, der Drehwinkel, der dem Abstand
zwischen dem Ursprungspunkt des Kodemusters und der Mittellinie
des Photoaufnahmefensters 4a Θ ist,
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und die Maximalbreite des Unter-Kodemusters SCP w ist, ein
äußerer Rand r' des Unter-Kodemusters in bezug auf den Kreis C
repräsentiert durch
-
r' = (w/4) (1 + sinNΘ) + r&sub1; ... (5)
-
und ein innerer Rand r'' ist repräsentiert durch
-
r'' = -(w/4) (1 + sin NΘ) + r&sub1; ... (6),
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wobei N die Anzahl von Perioden der sinusförmigen Kurven
repräsentiert, welche Anzahl einer Umdrehung (des gesamten Umfangs)
der Kodeplatte 1 entspricht.
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In diesem Beispiel wird die halbe Breite Ar des
Klein-Abschnitts um den Radius r&sub1; herum aus den Gleichungen (5) u. (6)
gewonnen.
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Δr = (w/4) (1 + sin NΘ) ... (7)
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Durch Substitution der Gleichung (7) für die Gleichung (1) wird
das Ausgangssignal V aus dem Photoempfänger 5 gewonnen.
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V = 2K(Ar&sub1; + B) (w/4) (1 + sinNΘ)
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= (Kw/2) (Ar&sub1; + B) + (Kw/2) (Ar&sub1; + B) sinNΘ ... (8).
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In der Gleichung (8) sind alle Parameter in dem rechten
Ausdruck Konstanten und hängen nicht von dem Drehwinkel Θ ab, und
demzufolge hat der erste Ausdruck einen konstanten Wert. Ferner
ist der zweite Ausdruck proportional zu der Sinusfunktion des
Drehwinkels Θ.
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Dementsprechend folgt das Ausgangssignal des Photoempfängers 5
sicher dem Unter-Kodemuster SCP und wird angenähert gleich dem
idealen Ausgangssignal e' gemäß Fig. 6. Das Ausgangssignal aus
dem Photoempfänger 5, der Lichtstrahlen aufnimmt, die durch das
Kodemuster CP verlaufen, das aus einer Vielzahl von
Unter-Kodemustern SCP besteht, ändert sich wie eine Sinusfunktion des
Drehwinkels Θ und hat einen großen Wert abhängig von der
Anzahl von Unter-Kodemustern.
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Wie zuvor erklärt, wird der Effekt aufgrund der
Ungleichförmigkeit der Stärkeverteilung des Lichts aus dem Photoemitter, der
beispielsweise aus einer LED besteht, durch Benutzen der Unter-
Kodemuster beseitigt, die ihre Maximalbreite w haben, und die
Verringerung der Änderung in dem Ausgangssignal aus dem
Photoempfänger 5, die sich aus der verringerten Musterbreite ergibt,
wird durch das Benutzen der Vielzahl von Unter-Kodemustern
kompensiert, um dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis zu verbessern
und um den Effekt aufgrund von Staub und Schmutz auf dem
Kodemuster CP zu beseitigen. Das Ausgangssignal des Photoempfängers
5, das auf diese Weise mittels des zuvor angegebenen
Kodemusters CP gewonnen wird, ist ein analoges Signal, das sich
kontinuierlich mit der Drehung der Kodeplatte 1 ändert.
Dementsprechend wird die Drehposition der Kodeplatte 1 mit hoher
Auflösung durch Benutzen eines A/D-Wandlers erfaßt.
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Obgleich das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel des
rotierenden Kodierers angeordnet ist, um das Ausgangssignal zu
erzeugen, welches bezeichnend für die Drehposition ist, kann ein
Signal erzeugt werden, das bezeichnend für die
Drehgeschwindigkeit ist. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf einen
Kodierer des Reflexionstyps angewendet werden, obwohl in den
zuvor angegebenen Ausführungsbeispielen die Anwendung auf einen
Kodierer des Übertragungstyps erklärt worden ist.