DE3829647A1 - Bewegungssensor - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Bewegungssensor, der auf die Bewegung eines ersten Teils relativ zu einem zweiten Teil anspricht.

Es kann sich dabei beispielsweise um einen Winkelgeber oder um einen linearen Weggeber handeln. Die Erfindung ist anwendbar bei inkrementalen Winkel- oder Weggebern, bei denen eine Stellungsinformation durch Aufsummieren von Abtastimpulsen ausgehend von einer Referenzstellung erhalten wird. Die Erfindung ist aber auch anwendbar, wenn eine Codierung abgetastet wird, die unmittelbar die Stellung in digitaler Form liefert.

Der Ausdruck "zweiter Teil" ist dabei nicht so zu verstehen, daß es sich dabei notwendigerweise um einen einheitlichen Bauteil handeln muß. Der "zweite Teil" kann durchaus seinerseits aus mehreren Komponenten bestehen, die auf einer gemeinsamen Basis angeordnet oder so miteinander verbunden sind, daß sie sich gemeinsam bewegen.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Es ist bekannt, auf einem ersten Teil, z. B. einer drehbaren Scheibe, eine Spur mit einem feinen Strichmuster vorzusehen, das durch photographische Techniken aufgebracht wird. Das Strichmuster besteht aus abwechselnd dunklen und hellen Strichen. Das Strichmuster wird von einer Lichtschranke abgetastet. Es ergeben sich dadurch Inkrementimpulse, die von einem Zähler gezählt werden. Jeder Impuls entspricht einem Winkel- oder Weginkrement. Der Zählerstand liefert ein Maß für den Drehwinkel bzw. Weg des ersten Teils relativ zu dem zweiten. Um aber ein Signal zu erhalten, das die Lage des ersten Teils darstellt, wird bei einer bestimmten Referenzposition ein Referenzimpuls erzeugt, der den Zähler auf null zurücksetzt.

Das Strichmuster kann mit den photolithographischen Techniken sehr fein hergestellt werden. Es ist aber mit konventionellen optischen Mitteln nur schwer möglich, ein entsprechend feines Lichtbündel zu erzeugen, das durch ein solches Strichmuster modulierbar wäre. Es entsteht dann das Problem der Beugung am Spalt. Ein solches Lichtbündel müßte außerdem eine ausreichende Intensität und eine entsprechende Energiedichte haben, um ein brauchbares Signal an einem photoelektrischen Empfänger zu erzeugen. Bei bekannten inkrementalen Winkelgebern wird daher durch ein optisches System ein von einer Lichtquelle ausgehendes paralleles Lichtbündel mit relativ großem Querschnitt erzeugt. Ein solches Lichtbündel trifft in einem entsprechend großen Lichtfleck auf eine mit dem Strichmuster versehene drehbare Scheibe. Dieser Lichtfleck überdeckt eine Vielzahl von Strichen des Strichmusters. Im Bereich dieses Lichtflecks ist unmittelbar über dem Strichmuster der Scheibe ein feststehendes Gitter angeordnet. Dieses Gitter hat die gleiche Teilung wie das Strichmuster auf der Scheibe. Wenn die Strichmuster auf der Scheibe und auf dem feststehenden Gitter zur Deckung kommen und damit auch die durchsichtigen Flächen zwischen den dunklen Strichen, dann fällt eine maximale Intensität durch Strichmuster und Gitter hindurch. Wenn aber das Strichmuster gegenüber dem feststehenden Gitter um einen halben Gitterabstand versetzt ist, dann fällt jeweils eine durchsichtige Fläche des Strichmusters mit einem dunklen Strich des Gitters zusammen und eine durchsichtige Fläche des Gitters mit einem dunklen Strich des Strichmusters. Die Intensität des Lichtbündels ist dann ein Minimum, nahezu null. Der Wechsel erfolgt nach jedem halben Strichabstand, so daß für jeden Strich des Strichmusters ein Zählimpuls erzeugt wird, auch wenn die Striche nicht einzeln abgetastet werden sondern jeder Impuls aus einer Vielzahl von Strichen resultiert. Es wird eine hinreichend hohe Intensität des Lichtbündels ausgenutzt.

Winkel- oder Weggeber dieser Art sind beispielsweise bekannt durch die DE-B-11 53 909 oder die EP-A2-01 84 628.

Derartige Winkel- oder Weggeber erfordern eine genaue Ausrichtung des feststehenden Gitters zu dem Strichmuster der Scheibe. Lichtquelle und Detektor sitzen unmittelbar an dem Weg- oder Winkelgeber. Das bedeutet, daß elektrische Zuleitungen zu dem Abgriff des Winkel- oder Weggebers geführt werden müssen. Diese Zuleitungen beeinflussen die Geschwindigkeit der Signalübertragung. Auch können über die Zuleitungen Störungen eingestreut werden. Üblicherweise als Lichtquelle verwendete Glüh­ lampen sind störanfällig. Die EP-A2-01 84 628 offenbart besondere Maßnahmen, um mit Leuchtdioden eine hinreichend hohe Intensität des Lichtbündels zu erhalten und das feststehende Gitter dicht hinter der Scheibe unterzu­ bringen.

Bei inkrementalen Winkel- oder Weggebern muß nicht nur der Drehwinkel erfaßt werden sondern auch die Drehrichtung. Daher sind entweder zwei Spuren mit Strichmustern vorgesehen, die eine Viertelperiode gegeneinander winkelversetzt sind und durch je eine Lichtschranke abgetastet werden, oder es sind zwei Lichtschranken entsprechend versetzt angeordnet.

Es sind "integriert optische Strukturen" in Form von Wellenleitern bekannt. Diese Wellenleiter sind Bereiche längs vorgegebener Bahnen in der Nähe der Oberfläche eines Substrats, die einen höheren Brechungsindex haben als ihre Umgebung und eine solche Form besitzen, daß sie Licht­ wellen durch Totalreflexion längs dieser vorgegebenen Bahnen zu leiten vermögen. Solche integriert optischen Strukturen lassen sich im Mikrometerbereich herstellen. Es wird dazu auf ein Glassubstrat auf photolithographischem Wege eine Maske aufgebracht. Durch Ionenaustausch wird der Brechungsindex in den von der Maske freigelassenen Bereichen so erhöht oder erniedrigt, daß die gewünschten optischen Strukturen entstehen.

Beispiele für solche Verfahren sind die DE-A-28 08 457, die DE-A-28 04 457, die EP-A-01 40 431, die DE-A-30 11 160, die US-A-38 73 339, die US-A-39 34 061, die DE-A-30 47 589 und die EP-A-02 25 558.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Bewegungssensor der eingangs definierten Art bei hoher Auflösung und ausreichender Signalhöhe ein zusätzliches feststehendes Gitter und dessen Justage zu vermeiden.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, einen Bewegungssensor der eingangs definierten Art so auszubilden, daß Lichtquelle und Detektor entfernt von den gegeneinander beweglichen Teilen angeordnet werden können.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bewegungssensor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Signale des Bewegungssensors optisch, also ohne Verwendung elektrischer Kabel, von den gegeneinander beweglichen Teilen übertragen werden können.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß

• (a) an dem zweiten Teil wenigstens ein lichtquellen­ seitiger Wellenleiter und ein detektorseitiger Wellenleiter in einer einen direkten Übergang elektromagnetischer Wellen von dem lichtquellen­ seitigen Wellenleiter zum detektorseitigen Wellenleiter ausschließenden Weise angeordnet sind und
• (b) an dem ersten Teil eine Folge von Wellenleitern vorgesehen ist, durch welche bei einer Bewegung des ersten Teiles relativ zu dem zweiten Teil eine wellenleitende Verbindung zwischen dem lichtquellen­ seitigen und dem detektorseitigen Wellenleiter stellungsabhängig hergestellt oder unterbrochen wird.

Bei dem Bewegungssensor nach der Erfindung wird das Licht durch einen detektorseitigen Wellenleiter in dem z.B. stillstehenden "zweiten" Teil an den beweglichen "ersten" Teil herangeführt. Diese Wellenleiter können in integrierter Optik sehr fein ausgeführt werden und führen trotzdem eine solche Intensität des Lichts, daß an einem Detektor ein brauchbares Signal erzeugt wird. In gleicher Weise wird durch einen sehr feinen, detektorseitigen Wellenleiter eine brauchbare Intensität auf den Detektor geleitet. Es ist auf den beweglichen ersten Teil kein Strichmuster mit dunkelen Strichen und dazwischenliegenden durchsichtigen Flächenteilen vorgesehen. Vielmehr enthält der bewegliche erste Teil ebenfalls Wellenleiter, über welche eine optische Kopplung zwischen dem lichtquellen­ seitigen und dem detektorseitigen Wellenleiter herstellbar ist. Diese Wellenleiter lassen sich mit bekannter Technik in einem sehr feinen Muster herstellen.

Bei einem solchen Bewegungsgeber brauchen im Bereich des beweglichen "ersten" Teiles weder eine Lichtquelle noch ein Detektor angeordnet zu werden. Die erhaltenen Signale können optisch übertragen werden, unterliegen daher nicht störenden Einflüssen durch elektrische oder magnetische Felder.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikalschnitt eines inkrementalen Weggebers mit Wellenleitern.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Weggeber von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch in Draufsicht ähnlich Fig. 2 einen Weggeber, bei welchem eine Anzeige der Bewegungsrichtung erhalten wird.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Anordnung mit einem "Nonius".

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ähnlich Fig. 1 eine andere Ausführung eines Bewegungssensors.

Fig. 6 ist eine zugehörige Draufsicht.

Fig. 7 ist eine abgewandelte Ausführung ähnlich Fig. 2.

Fig. 8 ist eine abgewandelte Ausführung ähnlich Fig. 4.

Fig. 9 ist eine abgewandelte Ausführung ähnlich Fig. 6.

Fig. 10 zeigt eine Ausführung ähnlich Fig. 2, bei welcher eine vollständige Entkopplung der lichtquellen­ seitigen und detektorseitigen Wellenleiter des zweiten Teils gewährleistet ist.

Fig. 11 zeigt eine Ansicht von oben in Fig. 10.

Fig. 12 zeigt eine Abwandlung der Anordnung von Fig. 11.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

In Fig. 1 und 2 enthält ein erster, beweglicher Teil 10 einen Schlitten 12, der mittels einer Kugelführung 14 geradlinig beweglich an einem zweiten Teil 16 geführt ist.

Der stationäre zweite Teil 16 weist eine lichtquellen­ seitige Hälfte 18 und eine detektorseitige Hälfte 20 auf, die in nicht dargestellter Weise auf einer gemeinsamen Basis montiert sind. Die beiden Hälften sind im Abstand voneinander angeordnet und weisen zwei einander zugewandte, parallele Seitenflächen 22 bzw. 24 auf. Die Seitenflächen 22 und 24 bilden zwischen sich einen geraden Kanal, in welchem der erste Teil 10 mittels des Schlittens 12 und der Kugelführung 14 geführt ist.

Die lichtquellenseitige Hälfte 18 trägt ein Substrat 26, z. B. in Form einer Glasplatte. In dem Substrat ist in integrierter Optik ein lichtquellenseitiger Wellenleiter 28 gebildet. Der Wellenleiter 28 endet mit einer Stirnfläche 30 in der Ebene der Seitenfläche 22. Die entgegengesetzte Stirnfläche 32 des Wellenleiters 28 ist durch bekannte Klebetechnik mit einer lichtleitenden Faser 34 verbunden. Die Faser 34 ist zu einer Lichtquelle 36 geführt. Dabei kann die Faser 34 im Bedarfsfalle eine beträchtIiche Länge haben, so daß die Lichtquelle 36 nicht notwendig in unmittelbarer Nähe der Teile 10 und 16 angeordnet zu sein braucht.

Die detektorseitige Hälfte 20 trägt ein Substrat 38, das ebenfalls von einer Glasplatte gebildet sein kann. In dem Substrat 38 ist in integrierter Optik ein detektorseitiger Wellenleiter 40 gebildet. Der Wellenleiter 40 endet in einer Stirnfläche 42 in der Ebene der Seitenfläche 24. Die entgegengesetzte Stirnfläche 44 ist ebenfalls mit einer lichtleitenden Faser 46 verklebt. Die Faser 46 ist zu einem Detektor 48 geführt. Auch die Faser 46 kann eine beträchtliche Länge haben, so daß auch der Detektor im Abstand von den Teilen 10 und 16 angeordnet werden kann.

Die beiden Wellenleiter 28 und 40 fluchten miteinander.

Der Schlitten 12 des beweglichen ersten Teiles 10 trägt ein Substrat 50. In dem Substrat sind als integrierte Optik eine Vielzahl von dicht nebeneinander angeordneten Wellenleiten 52 gebildet. Die Wellenleiter 52 sind gerade und verlaufen quer zu der Bewegungsrichtung des ersten Teils 10. Die Wellenleiter 52 enden in einer lichtquellen­ seitigen Stirnfläche 54 und einer detektorseitigen Stirn­ fläche 56. Die Stirnfläche 54 liegt in der Ebene einer lichtquellenseitigen Seitenfläche 58 des ersten Teils 10. Die detektorseitige Stirnfläche 56 liegt in der Ebene einer detektorseitigen Seitenfläche 60 des ersten Teils 10. Der erste Teil 10 ist mit seinen Seitenflächen 58 und 60 so eng zwischen den Seitenflächen 22 und 24 der beiden Hälften 18 und 20 des zweiten Teils 16 geführt, daß das Licht aus dem Wellenleiter 28 in den Wellenleiter 52 und aus dem Wellenleiter 52 in den Wellenleiter 40 über­ treten kann, wenn sich ein Wellenleiter 52 zwischen den fluchtenden Wellenleitern 28 und 40 befindet. Wenn sich kein Wellenleiter 52 zwischen den Wellenleitern 28 und 40 befindet, erfolgt praktisch kein Übertritt des Lichts von dem Wellenleiter 28 in den Wellenleiter 52, weil der Brechungsindex des Substrats 50 kleiner ist als der Brechungsindex des Wellenleiters 28.

In der Technik der integrierten Optik können die Wellenleiter 52 sehr schmal und in sehr geringem Abstand nebeneinander (im Mikrometerbereich) erzeugt werden, so daß sich eine hohe Auflösung ergibt. Trotzdem wird von jedem dieser Wellenleiter 52 die gesamte über den Wellenleiter 28 zugeführte und über den Wellenleiter 40 weitergeleitete Lichtintensität gesteuert. Es ist also kein zusätzliches feststehendes Gitter erforderlich.

Zur Richtungsbestimmung sind zwei Signale erforderlich, die in zwei um eine Viertelperiode gegeneinander versetzten Punkten abgegriffen werden. Das ist in integrierter Optik leicht zu erreichen, wie in Fig. 3 angedeutet ist. Die mechanische Anordnung ist in Fig. 3 praktisch die gleiche wie in Fig. 1 und 2 und daher nicht noch einmal im einzelnen dargestellt und beschrieben. Entsprechende Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie dort.

Statt des lichtquellenseitigen Wellenleiters 28 sind zwei Wellenleiter 62 und 64 vorgesehen, die seitlich um eine Viertelperiode der Folge von Wellenleitern 52 gegeneinander versetzt sind. In der Figur ist das durch die Angabe 0° bzw. 90° angedeutet. Die beiden Wellenleiter sind durch ein Y-Stück 66 mit einer gemeinsamen lichtleitenden Faser 34 verbunden, die zu der Lichtquelle 36 führt. Der Lichtstrom von der Lichtquelle 36 wird in dem Y-Stück 66 auf die beiden Wellenleiter 62 und 64 aufgeteilt. Mit dem Wellenleiter 62 fluchtet ein Wellenleiter 68 auf der detektorseitigen Hälfte 20 des zweiten Teils 16. Mit dem Wellenleiter 64 fluchtet ein Wellenleiter 70 auf der detektorseitigen Hälfte 20 des zweiten Teils 16. Jeder Wellenleiter 52 des beweglichen ersten Teils 10 erzeugt dadurch ein erstes Signal beim Durchgang zwischen den Wellenleitern 62 und 68 und ein zweites Signal nach einer Viertelperiode Weg beim Durchgang zwischen den Wellenleitern 64 und 70. Das erste Signal wird durch den Wellenleiter 68 optisch übertragen, und das zweite Signal wird durch den Wellenleiter 70 optisch übertragen. Die Signale werden auf je einen Detektor geleitet, wobei aus der Phasenbeziehung der Signale in bekannter und daher nicht näher beschriebener Weise auf die Bewegungsrichtung des ersten Teiles 10 geschlossen werden kann.

Es können auch die beiden detektorseitige Wellen­ leiter 68 und 70 mit einer gemeinsamen, lichtleitenden Faser verbunden sein und optische Signale von den verschiedenen Wellenleitern optisch codiert über diese gemeinsame lichtleitende Faser übertragbar sein. Auch das ist eine bekannte Technik, die daher hier nicht im einzelnen beschrieben ist.

Die Verwendung integrierter Optik gestattet die Anbringung einer relativ großen Anzahl von Abgriffen, weil die Abgriffe am Ort der Teile keine aktiven Abgriffe (Detektoren) sondern zunächst passive Abgriffe (Wellenleiter) sind, die sich sehr stark miniaturisieren lassen und keine elektrischen Zuleitungen erfordern. Auch können diese passiven Abgriffe mit hoher Präzision positioniert werden. Es kann daher, wie in Fig. 4 stark schematisch angedeutet ist, ein "Nonius" vorgesehen werden, der Zwischenwerte der durch die Wellenleiter des beweglichen ersten Teiles gegebenen Stellungen liefert.

In Fig. 4 ist ein inkrementaler Winkelgeber dargestellt. Der erste Teil 72 enthält eine um eine Achse 74 drehbare Scheibe 76. Auf dem Rand der Scheibe 76 ist ein ring­ förmiges Substrat 78 angebracht. In dem Substrat 78 sind in integrierter Optik radiale Wellenleiter 80 in gleichen Winkelabständen angebracht. Der zweite Teil greift über das Substrat 78 und enthält neun Paare von radialen Wellenleitern 82 und 84. Von diesen radialen Wellenleitern ist jeweils ein lichtquellenseitiger Wellenleiter 82 jedes Paares radial außerhalb des Substrats 78 angeordnet. Ein detektorseitiger Wellenleiter 84 jedes Paares ist fluchtend mit dem zugehörigen lichtquellenseitigen Wellenleiter 82 radial innerhalb des Substrats 78 angeordnet. Die Paare von Wellenleitern 82, 84 sind gegeneinander um gleiche Winkel winkelversetzt, und zwar so, daß auf zehn Wellenleiter 80 neun Paare von Wellenleitern 82, 84 kommen. In einer Stellung werden die Wellenleiter 82 A und 84 A durch einen Wellenleiter 80 A optisch miteinander gekoppelt. Erst nach einer Winkel­ bewegung des beweglichen Teils 72, die dem Abstand zweier benachbarter Wellenleiter 80 entspricht, erfolgt eine erneute optische Kopplung der Wellenleiter 82 A und 84 A. In den Zwischenstellungen zwischen diesen beiden Positionen erfolgt aber eine optische Kopplung zweier anderer Wellenleiter, z.B. der Wellenleiter 82 B und 84 B durch einen zugehörigen Wellenleiter 80 B, wie in Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist. Aus den nacheinander auftretenden Signalen der verschiedenen Paare von Wellenleitern 82, 84 können daher die Zwischenstellungen des Teils 72 zwischen den jeweils einem vollen Abstand der Wellenleiter 80 entsprechenden Positionen erfaßt werden. Die Wellenleiter 82 sind ähnIich wie in Fig. 3 sämtlich mit einer Faser optisch gekoppelt, die zu einer einzigen gemeinsamen Lichtquelle geführt ist.

Eine andere Ausführung ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Dort sind zwei übereinanderliegende Glasplatten 86 und 88 in Richtung der Pfeile in Fig. 6 gegeneinander bewegbar. Die obere Glasplatte 86 enthält einen Wellenleiter 90 von höherem Brechungsindex und einen damit fluchtenden Wellen­ leiter 92. Die einander zugewandten Stirnflächen 94 bzw. 96 der beiden Wellenleiter 90 bzw. 92 liegen im Abstand voneinander. Dazwischen liegt eine Zone 98 von Glas mit relativ zu den Wellenleitern 90, 92 vermindertem Brechungs­ index.

Die untere Glasplatte enthält in ihrem mittleren Bereich eine Folge von Wellenleitern 100, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die Wellenleiter 100 sind zueinander parallel und haben gleiche Abstände voneinander. Ihre Länge und Lage ist so, daß sie die Enden der Wellenleiter 90 und 92 der Glasplatte 86 in Längsrichtung überlappen.

Der Abstand der Glasplatten 86 und 88 voneinander ist so, daß dann, wenn ein Wellenleiter 100 der Glasplatte 88 unter den beiden Wellenleitern 90 und 92 der Glasplatte 86 liegt, Licht von dem Wellenleiter 90 auf den Wellenleiter 100 und von dem Wellenleiter 100 auf den Wellenleiter 92 übergeht. Die beiden Wellenleiter 90 und 92 sind dann über den Wellenleiter 100 optisch miteinander gekoppelt. Wenn dagegen der Wellenleiter 100 gegenüber den Wellenleitern 90 und 92 in der Bewegungsrichtung versetzt ist, ist die optische Kopplung zwischen den Wellenleitern 90 und 92 durch den niedrigbrechenden Bereich 98 unterbrochen.

Die Glasplatte 88 weist, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ein zweites Paar von fluchtenden Wellenleitern 102 und 104 auf. Die Wellenleiter 102 und 104 sind gegenüber den Wellenleitern 90 und 92 in Bewegungsrichtung um ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Wellenleiter 100 plus einer Viertelperiode versetzt. Die Wellenleiter 102 und 104 wirken mit den Wellenleitern 100 der beweglichen Glasplatte 88 in der gleichen Weise zusammen wie die Wellenleiter 90 und 92. Es werden auf diese Weise Signale erzeugt, die eine Bestimmung der Bewegungsrichtung gestatten.

Das im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 geschilderte Prinzip läßt sich natürlich auch bei inkrementalen Winkelgebern anwenden, bei denen eine drehbare Glasscheibe und eine feststehende Glasscheibe übereinanderliegen.

In Verbindung mit dem Prinzip von Fig. 5 und 6 können auch alle Maßnahmen angewandt werden, die vorstehend in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 beschrieben sind.

In Fig. 5 ist dargestellt, daß die bewegliche Glasplatte 88 in entsprechender Weise mit einer auf der anderen Seite derselben angeordneten stillstehenden Glasplatte 108 zusammenwirkt. Die untere Glasplatte 108 weist ebenfalls fluchtende aber optisch getrennte Wellenleiter 110 und 112 auf. Diese Wellenleiter sind über Wellenleiter 114 auf der Unterseite der beweglichen Glasplatte 88 optisch koppelbar.

Die in Fig. 5 und 6 linken Wellenleiter 90, 102, 110 sind in nicht dargestellter Weise über lichtleitende Fasern mit einer Lichtquelle verbunden. Die Wellenleiter 90, 102, 110 stellen daher lichtquellenseitige Wellenleiter dar. Die in Fig. 5 und 6 rechten Wellenleiter 92, 104 und 112 sind über lichtleitende Fasern mit einem Detektor verbunden. Die Wellenleiter 92, 104 und 112 stellen daher detektorseitige Wellenleiter dar.

Bei fluchtenden lichtquellenseitigen und detektorseitigen Wellenleitern kann eine direkte Kopplung dieser Wellenleiter ohne Vermittlung der Wellenleiter des ersten Teiles stattfinden. Licht, das an der Stirnfläche des lichtquellenseitigen Wellenleiters austritt, fällt zu einem Teil direkt auf die Stirnfläche des detektorseitigen Wellenleiters, auch wenn sich dazwischen kein Wellenleiter des ersten Teiles befindet. Das kann ein u.U. störendes Grundsignal ergeben. Um diese Probleme zu vermeiden, können die zusammengehörigen lichtquellenseitigen und detektor­ seitigen Wellenleiter des zweiten Teils in Bewegungs­ richtung gegeneinander versetzt sein. Die Wellenleiter des ersten Teils können dann S-förmig so verlaufen, daß durch sie die gegeneinander versetzten lichtquellenseitigen und detektorseitigen Wellenleiter optisch koppelbar sind. In den Fig. 7 bis 12 sind einige Ausführungen dargestellt, die nach diesem Prinzip aufgebaut sind.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 2. Entsprechende Teile sind in Fig. 7 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 2. Bei der Ausführung nach Fig. 7 sind der lichtquellenseitige Wellenleiter 28 gegenüber dem detektorseitigen Wellenleiter 40 in der Bewegungsrichtung des Schlittens 12 versetzt. Die Stirnflächen 30 und 42 der beiden Wellenleiter 28 bzw. 40 liegen daher einander nicht mehr unmittelbar gegenüber. Das Licht, das innerhalb eines begrenzten Raumwinkels aus der Stirnfläche 30 des Wellen­ leiters 28 austritt, trifft daher bei Abwesenheit des Wellenleiters 52 nicht mehr auf die Stirnfläche des Wellenleiters 40. In den Zwischenräumen zwischen den Wellenleitern 52 erhält daher der Wellenleiter 40 und damit der Detektor 48 kein Licht. Eine direkte Kopplung der beiden Wellenleiter 28 und 40 ist dadurch vermieden.

Der Wellenleiter 52 ist dafür bei der Ausführung nach Fig. 7 flach S-förmig ausgebildet, so daß er in einer Stellung des Schlittens 12 mit dem Substrat 50 (Fig. 1) eine lichtleitende Verbindung zwischen dem lichtquellen­ seitigen Wellenleiter 28 und dem detektorseitigen Wellenleiter 40 herstellt. Es wird dadurch in dieser einen Stellung, die in Fig. 7 dargestellt ist, ein scharfer Impuls am Detektor 48 erzeugt, ohne daß außerhalb dieser Stellung ein Grundsignal durch direkte Kopplung entsteht. Das gilt auch, wenn die Flächen 22 und 24 in relativ geringem Abstand voneinander angeordnet, der Schlitten 12 und das Substrat 50 also sehr schmal sind.

Die Ausführung nach Fig 8 ist ähnlich aufgebaut wie die Ausführung nach Fig. 4. Entsprechende Teile sind in Fig. 8 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 4. Auch hier sind die einander zugeordneten lichtquellenseitigen und detektorseitigen Wellenleiter 82 A, 82 B bzw. 84 A, 84 B in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Dafür sind die Wellenleiter 80 S-förmig ausgebildet, so daß die beiden Enden jedes der Wellenleiter um den gleichen Betrag gegen­ einander winkelversetzt sind und in verschiedenen Stellungen jeweils ein Wellenleiter 80 ein Paar von einander zugeordneten Wellenleitern 82 und 84 verbindet. Im übrigen ist die Funktion der Anordnung von Fig. 8 die gleiche wie die Funktion der Anordnung von Fig. 4 und daher hier nicht noch einmal im einzelnen beschrieben.

Fig. 9 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 6. Entsprechende Teile sind in Fig. 9 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 6. Hier sind die Wellenleiter 90 und 100 in der Glasplatte 86 gegeneinander versetzt. Dafür sind die Wellenleiter 100 der Glasplatte 80 flach S-förmig.

Bei der Ausführung nach Fig 10 und 11 ist dafür gesorgt, daß eine direkte optische Kopplung zwischen den licht­ quellenseitigen Wellenleitern 110, 112 und den detektor­ seitigen Wellenleitern 116, 118 vollständig ausgeschlossen ist. Es ist ein beweglicher erster Teil 120 und ein die Wellenleiter 110, 112, 114 und 118 aufweisender, stationärer, zweiter Teil 122 vorgesehen. In Fig. 10 ist der erste Teil 120 ein Streifen von Glassubstrat, der ähnlich wie in Fig. 1 auf einem Schlitten angeordnet sein kann. Der zweite Teil 120 weist zwei sich parallel erstreckende Schenkel 124 und 126 auf, die durch ein unterhalb des ersten Teils 120 verlaufendes Querstück 128 miteinander verbunden sind. Der lichtquellenseitige Schenkel 124 des zweiten Teiles 120 weist die licht­ quellenseitige Wellenleiter 110, 112 auf. Der detektor­ seitige Schenkel 126 weist die detektorseitigen Wellen­ leiter auf. Das Ende 130 des lichtquellenseitigen Schenkels 124 ist gegenüber dem Ende 132 des detektor­ seitigen Schenkels 126 zurückgesetzt. Die detektorseitigen Wellenleiter 116, 118 sind in einem gegenüber dem licht­ quellenseitigen Schenkel 124 vorstehenden Bereich 134 des detektorseitigen Schenkels 126 angeordnet.

Der erste Teil 120 weist eine Vielzahl von Wellenleitern 136 auf, die S-förmig verlaufen und in den aufeinander­ folgenden Stellungen jeweils Verbindungen zwischen den lichtquellenseitigen und den detektorseitigen Wellenleitern 110, 112 bzw. 116, 118 herstellen. Mit 138, 140 und 142, 144 sind lichtleitende Fasern bezeichnet, mittels derer die Wellenleiter 110, 112 und 116, 118 mit Lichtquellen bzw. Detektoren verbunden werden.

Dadurch, daß der zweite Teil mit beiden Schenkeln 124 und 126 aus einem Stück hergestellt sind, ergibt sich eine hohe Genauigkeit bei der photolitographischen Herstellung der Wellenleiter. Der Durchmesser der Wellenleiter 136 liegt in der Größenordnung von 5 µm. Der Abstand der Wellenleiter 136 liegt bei 10 µm. Der Versatz der Wellenleiter 110, 112 und 116, 118 gegeneinander beträgt demgegenüber etwa 2 bis 5 mm. Die Breite des ersten Teils 120 liegt bei 5 bis 10 mm.

Bei der Ausführung nach Fig. 12 sind die beiden Schenkel 124 und 126 des zweiten Teils 120 mit dem Querstück 128 verklebt.

Claims (10)

1. Bewegungssensor, der auf die Bewegung eines ersten Teils (10) relativ zu einem zweiten Teil (16) anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) an dem zweiten Teil (16, 86) wenigstens ein licht­ quellenseitiger Wellenleiter (28; 62, 64; 82; 90, 102, 110) und ein detektorseitiger Wellenleiter (40; 68, 70; 84; 92, 104, 112) in einer einen direkten Übergang von Lichtwellen von dem lichtquellen­ seitigen Wellenleiter zum detektorseitigen Wellenleiter ausschließenden Weise angeordnet sind und
• (b) an dem ersten Teil (10, 88) eine Folge von Wellen­ leitern (52; 80; 100, 114) vorgesehen ist, durch welche bei einer Bewegung des ersten Teiles (10) relativ zu dem zweiten Teil (16) eine wellen­ leitende Verbindung zwischen dem lichtquellen­ seitigen und dem detektorseitigen Wellenleiter stellungsabhängig hergestellt oder unterbrochen wird.

2. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter in integrierter Optik hergestellt sind.

3. Bewegungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) jeder Wellenleiter (28, 40) des zweiten Teiles (16) mit einer lichtleitenden Faser (34, 46) verbunden ist und
• (b) eine dieser Fasern (34) zu einer Lichtquelle (36) und die andere dieser Fasern (46) zu einem Detektor (48) geführt ist.

4. Bewegungssensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Teil (16) mehrere gegeneinander versetzte detektorseitige Wellenleiter (68, 70; 84; 92, 104) vorgesehen sind.

5. Bewegungssensor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere detektorseitige Wellen­ leiter mit einer gemeinsamen, lichtleitenden Faser verbunden ist und optische Signale von den verschiedenen Wellenleitern optisch codiert über diese gemeinsame lichtleitende Faser übertragbar sind.

6. Bewegungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere detektorseitige Wellenleiter (84) des zweiten Teils nach Art eines Nonius zu den Wellenleitern (80) des ersten Teils angeordnet sind.

7. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die lichtquellenseitigen Wellenleiter (28) und die detektorseitigen Wellenleiter (40) mit ihren Stirnflächen (30, 42) im Abstand voneinander angeordnet sind und
• (b) die Wellenleiter (52) des ersten Teils (10) bei der Bewegung des ersten Teils (10) relativ zu dem zweiten Teil (16) zwischen die Stirnflächen (30, 42) der lichtquellenseitigen und der detektorseitigen Wellenleiter (28, 40) des zweiten Teils (16) bewegbar sind.

8. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die lichtquellenseitigen und die detektorseitigen Wellenleiter (90, 92) des zweiten Teils (86) im Abstand voneinander angeordnet sind und
• (b) der erste Teil (88) sich in einem eine Licht­ einkopplung bei gleichen Brechungsindizes gestattenden Abstand über die Wellenleiter (90, 92) des zweiten Teils (86) erstreckt und
• (c) die Wellenleiter (100) des ersten Teils (88) die lichtquellenseitigen und detektorseitigen Wellen­ leiter (90, 92) des zweiten Teils überlappen.

9. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die zusammengehörigen lichtquellenseitigen und die detektorseitigen Wellenleiter (110, 112 bzw. 116, 118) des zweiten Teils (120) in Bewegungs­ richtung gegeneinander versetzt sind und
• (b) die Wellenleiter (136) des ersten Teils (120) S-förmig so verlaufen, daß durch sie die gegen­ einander versetzten lichtquellenseitigen und detektorseitigen Wellenleiter (110, 112; 114, 116) optisch koppelbar sind.

10. Bewegungssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) der zweite Teil (120) einen lichtquellenseitigen Schenkel (124) aufweist, der lichtquellenseitige Wellenleiter (110, 112) aufweist, und einen detektorseitigen Schenkel (126), der detektor­ seitige Wellenleiter (116, 118) aufweist,
• (b) das Ende (130) des lichtquellenseitigen Schenkels (124) gegenüber dem Ende (132) des detektor­ seitigen Schenkels (126) zurückgesetzt ist und
• (c) die detektorseitigen Wellenleiter (116, 118) in einem gegenüber dem lichtquellenseitigen Schenkel (124) vorstehenden Bereich (134) des detektor­ seitigen Schenkels (126) angeordnet sind.