DE3833115A1

DE3833115A1 - Optischer codierer

Info

Publication number: DE3833115A1
Application number: DE3833115A
Authority: DE
Inventors: Keiji Matsui
Original assignee: Okuma Tekkosho KK; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1989-04-20
Also published as: DE3833115C2; GB8823120D0; GB2210525B; US4956553A; GB2210525A; US4950891A; US4948968A; DE3844705C2; DE3844704C2

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Codierer zur Positions messung bei Werkzeugmaschinen, z. B. Drehmaschinen, Walzanlagen, aber auch bei Anlagen zum Herstellen von Halbleiterbauelementen.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für einen herkömmlichen optischen Absolutwert-Codierer. Dieser Codierer besitzt eine Lichtquelle 11, z. B. eine Leuchtdiode, eine Lampe oder dergl., welche zur Messung dienendes Licht La aussendet, eine Kollimator linse 12, die das von der Lichtquelle 11 kommende Licht in paralleles Licht Lb umsetzt, eine erste Skala 13 mit auf der Oberfläche der Skala angeordneten, n (n ist eine natürliche Zahl) Codierspuren t₁, t₂, . . . t _n, von denen jede 13 A (hier als durchlässige oder transparente Abschnitte bezeichnet), die das parallele Licht Lb von der Kollimatorlinse 12 durchlassen, sowie Abschnitte 13 B (hier als nicht-durchlässige Abschnitte oder opake Abschnitte bezeichnet), die das parallele Licht Lb nicht durchlassen, abwechselnd jeweils mit bestimmter Länge (hier auch als Gitterkonstante bezeichnet) enthält. Eine zweite Skala 14 enthält Durchlaßfenster 14 A₁, 14 A₂, . . . 14 A _n, die durch transparente Abschnitte 13 A hindurchgelassenes Licht passieren lassen. Die Fenster sind den einzelnen Codiererspuren t₁, t₂ . . . t _n der ersten Skala zugeordnet. Fotoelektrische Wandlerelemente 15-1, 15-2 . . . 15- n sind den jeweiligen Durchlaßfenstern 14 A₁, 14 A₂ . . . 14 A _n derart zugeordnet, daß sie Lichtstrahlen L _C₁, L _C₂ . . . L _Cn, die die Durchlaßfenster 14 A₁ . . . 14 A _n in Signale umsetzen, die den Intensitäten der Lichtstrahlen entsprechen.

Die in der Optik 10 des bekannten optischen Codierers verwendete erste Skala 13 ist mit einem Binärcode (Gray-Code) ausgestattet, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Gitterkonstanten P₁, P₂, P₃ . . . P _n-1, P _n zwischen benachbarten Spuren t₁ und t₂; t₂ und t₃ . . .; t _n _-1 und t _n stehen im Verhältnis von 1 : 2. Die durch die transparenten Abschnitte 13 A der jeweiligen Spuren t₁, t₂ . . . t _n der ersten Skala 13 hindurchgelangten Lichtstrahlen L _C₁, L _C₂ . . . L _Cn, die auch durch die Durchlaßfenster 14 A₁, 14 A₂ . . . 14 A _n der zweiten Skala 14, die den Spuren t₁ . . . t _n der ersten Skala 13 zugeordnet sind, hindurchgetreten sind, fallen auf die den entsprechenden Durchlaßfenstern 14 A₁ . . . 14 A _n entsprechenden fotoelektrischen Wandlerelemente 15-1, 15-2 . . . 15- n und die Intensitäten der Lichtstrahlen ändern sich periodisch, da sich die erste Skala 13 in Längsrichtung (in Richtung des Pfeils m) bewegt. Ansprechend auf die Änderungen der Lichtintensitäten ändern sich die durch die fotoelektrischen Wandlerelemente 15-1 . . . 15- n gebildeten elektrischen Signale.

Fig. 3 zeigt diese periodischen Änderungen der elektrischen Signale S₁, S₂ . . . S _n in einer graphischen Darstellung, wobei auf der horizontalen Achse eine Verschiebung ml der ersten Skala 13 aufgezeichnet ist, während auf der vertikalen Achse die von den fotoelektrischen Wandlerelementen 15-1 . . . 15- n erhaltenen Signale S₁ . . . S _n aufgetragen sind.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm des optischen Absolut-Codierers, bei dem die elektrischen Signale S₁, S₂ . . . S _n von jeweiligen Vergleichern 20 in digitale Signale d₁, d₂ . . . d _n umgesetzt werden, und diese digitalen Signale, die Binärcodes darstellen, von einem Decoder 30 in Absolut-Positionsdaten D gewünschter Form, beispielsweise in einen BCD-Code umgesetzt werden.

Es gibt Bemühungen, das Auflösungsvermögen eines solchen optischen Absolut-Codierers zu erhöhen, um sehr feine Lage veränderungen erfassen und Absolutwerte für Stellungen innerhalb eines großen Hubbereiches feststellen zu können. Allerdings ist bei den herkömmlichen optischen Absolut- Codierern das Auflösungsvermögen dahingehend beschränkt, daß eine feinere Feststellung von Positionen, als sie der die kleinste Teilung aufweisende Gitterkonstante P _n der Spur t _n aufweist, unmöglich ist, während der für die Messung insgesamt verfügbare Hub größenordnungsmäßig der Gitterkonstanten P₁ der Spur t₁ entspricht, wo die Unterteilung am gröbsten ist. Machte man den Versuch, das Auflösungsvermögen zu erhöhen und den Meßhub zu erweitern, so müßte unvermeidlich die Anzahl der Spuren zunehmen, so daß die Geräte des Codierers ebenfalls zunähme, und dann müßte eine größere Anzahl von Bauteilen, beispielsweise fotoelektrischen Wandlern und Vergleichern, vorsehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Codierers, der kompakt aufgebaut ist und ein höheres Auflösungs vermögen sowie einen vergrößerten Meßhub bei der Absolut-Positionserfassung aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Optik eines herkömmlichen optischen Codierers,

Fig. 2 eine Detailansicht einer Gitterspur des Codierers,

Fig. 3 eine graphische Darstellung von durch den Codierer erzeugten elektrischen Signalen,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Detektorschaltung des Codierers,

Fig. 5 bis 7 Darstellungen, die eine erste Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik,

Fig. 9 eine Ansicht einer Ausführungsform einer Gitterspur eines erfindungsgemäßen Codierers,

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Detektorschaltung des erfindungsgemäßen Codierers,

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausgestaltung einer Gitterspur,

Fig. 12 und 13 Skizzen, die ein Grundprinzip einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen,

Fig. 14 eine Ansicht einer Ausführungsform einer Optik der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Codierers,

Fig. 15 eine Ausführungsform einer Gitterspur des Codierers,

Fig. 16 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Detektorschaltung des Codierers,

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Gitterspur,

Fig. 18 eine Skizze, die das Grundprinzip einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Optik des Codierers,

Fig. 20 eine Skizze einer Ausführungsform einer Gitterspur des Codierers,

Fig. 21 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Detektorschaltung des Codierers,

Fig. 22 und 23 Skizzen, die jeweils ein Detektorverfahren veranschaulichen, und

Fig. 24 eine perspektivische Skizze einer anderen Ausgestaltung einer Gitterspur des Codierers.

Zunächst soll das Grundprinzip der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert werden:

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird kohärentes Licht L, z. B. ein Laserstrahl, das auf eine Skala 1 auftrifft, auf deren Oberfläche eine Gitterspur T mit transparenten Abschnitten und mit opaken Abschnitten, die sich mit einer vorbestimmten "Gitterkonstanten" abwechseln, ausgebildet ist, soweit es die transparenten Abschnitte passiert hat, gebeugt, so daß sich mehrere Beugungslichtstreifen L₀, L _±1, L _±2 . . . L _±n (im folgenden auch als Beugungslichtstreifen n-ter Ordnung bezeichnet; n ist eine natürliche Zahl) entstehen. Fig. 6 zeigt die Gitterspur T im Detail. P ist die Gitterkonstante des Gitters ℓ_a ist die Länge eines transparenten Abschnitts 1 A und ℓ_b ist die Länge eines opaken Abschnitts 1 B. Dann läßt sich das im folgenden als Öffnungsverhältnis bezeichnete Verhältnis Q durch folgende Gleichtung (1) angeben:

Ein Verhältnis I der Intensität des Beugungslichtstreifens n-ter Ordnung gegenüber dem Beugungslichtstreifen 0-ter Ordnung L₀, wird durch folgende Formel (2) beschrieben:

Fig. 7 zeigt anhand einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Öffnungsverhältnis Q und den jeweiligen Intensitätsverhältnissen I des Beugungslichts erster Ordnung L _±1, zweiter Ordnung L _±2 und dritter Ordnung L _±3. Wie aus der Darstellung ersichtlich, ändert sich das Intensitätsverhältnis zwischen den Beugungslichtstreifen L _±1, L _±2 und L _±3, wenn sich das Öffnungsverhältnis Q ändert. Deshalb lassen sich Positionen der Skala dadurch erfassen, daß man das Intensitätsverhältnis I zweier willkürlich herausgegriffener Beugungslichtstreifen unterschiedlicher Ordnung erfaßt, welche entstehen, indem kohärentes Licht L in die Skala eintritt, die eine Gitterspur mit verschiedenen Öffnungsverhältnissen Q auf ihrer Oberfläche besitzt.

Im folgenden soll die erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht wesentlicher Teile einer Ausführungsform einer Optik und eines optischen Absolutwert-Codierers gemäß der Erfindung. Eine Lichtquelle 101, z. B. eine Laserdiode (LD) gibt kohärentes Licht LA ab, eine Kollimatorlinse 102 kollimiert das kohärente Licht LA zu parallelem Licht LB, ein Schlitz 103 ermöglicht es dem parallelen LB, teilweise durch den Schlitz hindurchzutreten, um dabei zu einem Lichtstrahl vorbestimmter Breite (nicht näher dargestellt) zu werden, eine längliche Skala 104 besitzt auf ihrer Oberfläche eine Gitterspur T _A, bei der Abschnitte, die das Lichtbündel durchlassen (transparente Abschnitte) und nicht-durchlässige (opake) Abschnitte mit einer vorbestimmten Gitterkonstanten (Schrittweite) abwechselnd angeordnet sind, eine Fokussierlinse 105 fokussiert mehrere Beugungslichtstreifen oder -strahlen (nicht dargestellt) nach der Beugung durch die Gitterspur T _A und fotoelektrische Wandlerelemente PL₀, PL _±1 . . . PL _±n sind entsprechend den Beugungslichtstreifen LC₀, LC _±1 . . . LC _±n hinter der Fokussierlinse 105 angeordnet und wandeln die Beugungslichtstreifen LC₀ . . . LC _±n entsprechend deren Intensitäten in elektrische Signale um. Die Lichtquelle 101, die Linse 102, der Schlitz 103 und die Fokussierlinse 105 sind auf einer Linse angeordnet und relativ zu der Skala 104 beweglich. In der Figur ist zum Veranschaulichen dieser Relativbewegung jedoch die Skala 104 als in Pfeilrichtung A oder B beweglich dargestellt.

Die Skala 104 wird in Verbindung mit der Optik 100 des optischen Absolutwert-Codierers mit dem oben beschriebenen Aufbau mit einer Gitterspur T _A ausgestattet, in der die Gitterkonstante Pa (einige µm bis zu einigen zehn µm) über die gesamte Länge der Skala 104 konstant ist, jedoch das Öffnungsverhältnis Q in einem Abschnitt ℓ_ab gemäß Fig. 9 sich allmählich ändert (z. B. beträgt an einem Punkt a das Öffnungsverhältnis 0,5, an einem Punkt b beträgt es 0,75, an einem Punkt c 0,5, an einem Punkt d 0,25 und an einem Punkt e beträgt es 0,5). Die Intensitäten der Beugungslichtstreifen LC₀, LC _±1 . . . LC _±n, die auf die fotoelektrischen Wandler elemente PL₀, PL _±1 . . . PL _±n auftreffen, ändern sich periodisch, da sich das Öffnungsverhältnis Q ändert, wenn sich die Skala 104 in Längsrichtung A oder B bewegt. Ansprechend auf solche Änderungen ändern sich auch die entsprechenden elektrischen Signale periodisch, welche von den fotoelektrischen Wandlerelementen PL₀, PL _±1 . . . PL _±n erzeugt werden.

Da das Öffnungsverhältnis in einfacher Weise dazu herangezogen wird, das Intensitätsverhältnis der Beugungslichtstrahlen zu ermitteln, läßt sich das Öffnungsverhältnis in dem Abschnitt ℓ_ab willkürlich ändern, um so elektrische Signale zu erhalten, die mit einer gewissen Geschwindigkeit stärker werden, wenn sich die Skala 104 bewegt, oder die zu Sinus wellen oder Dreieckwellen werden. Durch Verwenden des Intensitäts verhältnisses zwei willkürlich herausgegriffener Beugungslicht strahlen unterschiedlicher Ordnung oder durch Heranziehen des Verhältnisses der entsprechenden elektrischen Signale läßt sich auf einfache Weise die Lage der Skala erfassen.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Leseeinrichtung, die Positionsdaten aus den von den fotoelektrischen Wandlerelementen stammenden elektrischen Signalen ermittelt. Wie erwähnt, werden willkürlich zwei Beugungs lichtstrahlen verschiedener Ordnung herausgegriffen. Beispielsweise handelt es sich um elektrische Signale Sa und Sb von den fotoelektrischen Wandlerelementen PL₀ und PL ₊₁, die die Beugungslichtstrahlen nullter Ordnung, LC₀, und erster Ordnung, LC ₊₁ in elektrische Signale umsetzen, durch Abtast- und Halteschaltungen 111 a und 111 b sowie durch Analog/ Digital-Umsetzer (ADU) 112 a und 112 b in digitale Daten d _a und d _b umgesetzt. Die digitalen Datenwerte d _a und d _b werden von einem Teiler 113 geteilt, so daß man digitale Datenwerte d _ab erhält, die ein Verhältnis darstellen und auf einen Vergleicher 114 gegeben werden. In einem Speicher 115 werden vorab Verhältnisse von elektrischen Signalen bezüglich der Intensitäten zweier Beugungslichtstrahlen LC₀ und LC ₊₁ verschiedener Ordnung entsprechend den Gitterspurmustern abgespeichert, wobei die Positionsdaten den Datenverhältnissen entsprechen. Das aus dem Speicher 115 ausgelesene Verhältnis dm der elektrischen Signale wird in Beziehung gesetzt zu dem Verhältnis d _ab der von dem Teiler 113 kommenden Signale, und es wird ein Positionsdatenwert d _ab für die Skala ausgegeben.

Bei der ersten Ausführungsform wird das von der Lichtquelle ausgesendete kohärente Licht durch die Skala geleitet, um die Beugungslichtstrahlen zu erhalten, man kann das Licht jedoch auch an der Skala reflektieren lassen, um auf diese Weise Beugungslichtstrahlen zu erhalten; denn Transmissionslicht und reflektiertes Licht haben die gleichen Eigenschaften. Wird das Licht reflektiert, so befinden sich Lichtquelle, Kollimatorlinse, Schlitz, Fokussierlinse und fotoelektrische Wandlerelemente auf der gleichen Seite der Skala, und die Skala umfaßt Abschnitte, die Licht reflektieren, und Abschnitte, die kein Licht reflektieren.

Wenn gemäß Fig. 11 die Skala aus einer Scheibe 106 besteht, wird auf der Scheibe die Gitterspur T _A ringförmig angeordnet, und die Scheibe 106 kann sich um ihren Mittelpunkt drehen, so daß die Winkelstellungen der Scheibe in Absolutwertdaten erfaßt werden können. Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Lichtquelle und fotoelektrische Wandlerelemente bezüglich der Skala feststehen und sich die Skala bewegt, kann die Skala feststehen, während Lichtquelle und fotoelektrische Wandlerelemente bewegt werden. Auf diese Weise wird die gleiche Stellungsmessung durchgeführt.

Beim ersten Ausführungsbeispiel besitzt die Gitterspur unter schiedliche Verhältnisse von lichtsperrenden Abschnitten und nicht-sperrenden Abschnitten, besitzt jedoch gleiche Gitterkonstante und gleiche Gitterlinienrichtung über die gesamte Skalenlänge. Die Positionen werden erfaßt über die Intensitätsverhältnisse der Beugungslichtstrahlen verschiedener Ordnung. Den gleichen Effekt bei der Stellungsmessung kann man bei dem im folgenden beschriebenen zweiten Ausführungs beispiel erreichen.

Wie Fig. 12 zeigt, gelangt von einer Lichtquelle kommendes kohärentes Licht L, z. B. ein Laserstrahl, in eine Skala 1, auf der eine Gitterspur T ausgebildet ist, die transparente und opake Abschnitte enthält, die mit einer vorbestimmten Gitterkonstanten abwechseln. Das durch die transparenten Abschnitte hindurchgelangende kohärente Licht L wird zu mehreren Beugungslichtstrahlen L₀, L _±1 . . . L _±n (im folgenden als Beugungslichtstrahlen n-ter Ordnung bezeichnet; n ist eine natürliche Zahl) gebeugt. Winkel ±R _n (als Beugungswinkel bezeichnet) werden definiert durch positive und negative Beugungslichtstrahlen n-ter Ordnung, L _+n, L _-n. Das kohärente Licht L läßt sich durch folgende Gleichung (3) beschreiben, wobei λ die Wellenlänge des kohärenten Lichts L und P die Gitterkonstante der Gitterspur T ist.

Ein Abstand d _n zwischen positiven und negativen Beugungs lichtstrahlen L _+n und L _-n, die auf einen Schirm projiziert werden, der sich in einem Abstand S gegenüber der Skala 1 befindet, läßt sich durch folgende Formel (4) beschreiben:

Fig. 13 zeigt anhand einer graphischen Darstellung die Beziehung des Abstands d₁ zwischen positivem und negativem Beugungslichtstrahl erster Ordnung, L ₊₁ bzw. L _-1, und der Gitterkonstanten P, wenn die Wellenlänge λ des kohärenten Lichts L auf 1 µm und der Abstand S zwischen der Skala 1 und dem Schirm 2 auf 10 mm eingestellt ist. Wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich, schwankt der Abstand d₁ mit sich ändernder Gitterkonstante P. Wenn das kohärente Licht L in eine Skala eintritt, deren Gitterspur unterschiedliche Gitterkonstanten P abhängig von der Lage aufweist, um gezielt positive und negative Beugungslichtstrahlen L _+n, L _-n gleicher Ordnung zu erhalten, läßt sich die Lagemessung der Skala unter Zugrundelegung des Abstands d _n zwischen zwei Beugungslichtstrahlen oder -streifen durchführen.

Im folgenden wird das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 14 ist eine Prinzip-Darstellung einer Ausführungsform einer Optik eines optischen Absolutwert-Codierers nach der Erfindung. Eine Lichtquelle 201, z. B. eine Laserdiode LD, gibt kohärentes Licht LD ab, eine Kollimatorlinse 202 kollimiert das kohärente Licht LD und liefert paralleles Licht LE, ein Schlitz 203 läßt das parallele Licht LE als Lichtstrahl LF vorbestimmter Breite durch, eine gestreckte Skala 204 besitzt auf ihrer Oberfläche eine Gitterspur T _B mit Abschnitten, die den Lichtstrahl LF durchlassen, und damit abwechselnden Abschnitten, die das Licht nicht durchlassen, wobei das Verhältnis dieser Abschnitte gleich ist, jedoch verschiedene Gitterkonstanten vorliegen, eine Fokussierlinse 205 fokussiert mehrere Beugungslichtstrahlen LG nach Beugung durch die Gitterspur T _B, und ein Lichtfleckpositions-Detektor element 206, z. B. ein Bildsensor, erfaßt die Lage von Lichtflecken der zugehörigen Beugungslichtstrahlen LH₀, LH _±1 . . . LH _±n, die von der Fokussierlinse 205 kommen, und wandelt sie in elektrische Signale um. Die Lichtquelle 201, die Kollimatorlinse 202, der Schlitz 203 und die Fokussierlinse 205 sind auf einer Linie angeordnet und können relativ zu der Skala 204 bewegt werden. Nach der Figur ist die Skala in Längsrichtung C oder D linear bewegbar.

Die in Verbindung mit der Optik 200 des optischen Codierers verwendete Skala 204 besitzt eine Gitterspur T _B, bei der sich die Gitterkonstanten glatt und allmählich innerhalb eines Abstands L _ab ändern, wie es in Fig. 15 gezeigt ist (z. B. beträgt an einem Punkt s die Gitterkonstante P _b, an einem Punkt g beträgt die P _c, an einem Punkt h beträgt sie P _d, an einem Punkt i beträgt sie P _c, und an einem Punkt j beträgt sie P _b. Die Beugungswinkel der einzelnen Beugungslicht strahlen LH _±1 . . . LH _±n, die auf das Lichtfleckpositions- Detektorelement 206 fallen, ändern sich periodisch, wenn sich die Skala 204 in Längsrichtung bewegt und sich dabei die maßgebliche Gitterkonstanten ändern. Die Licht fleckpositionen der jeweiligen Beugungslichtstrahlen LH _±1 . . . LH _±n, die auf den Detektor 206 fokussiert werden, ändern sich ansprechend auf die oben genannten periodischen Änderungen. Genauer gesagt: je kleiner die Gitterkonstante, desto größer der Beugungswinkel zur Aufweitung des Abstands zwischen positivem und negativem Beugungslichtstrahl gleicher Ordnung. Andererseits: je größer die Gitterkonstante, desto kleiner wird der Beugungswinkel unter Verkleinerung des Abstands zwischen positivem und negativem Beugungslichtstrahl gleicher Ordnung.

Es wird also einfach die Gitterkonstante dazu herangezogen, den Beugungswinkel zu variieren, und somit ist es möglich, die Gitterkonstanten in dem Abschnitt L _ab nach Belieben zu ändern, um dadurch elektrische Signale zu erhalten, die mit einer gewissen Geschwindigkeit stärker werden, wenn sich die Skala 204 bewegt, oder die sich als Sinuswellen oder Dreieckwellen ausformen. Die Lage der Skala läßt sich deshalb ermitteln anhand des Abstands zwischen willkürlich gewählten positiven und negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung.

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Leseeinrichtung, mit deren Hilfe Positionsdaten aus den von dem Lichtfleckpositions-Detektorelement 206 erhaltenen elektrischen Signalen ermittelt werden können. Positive und negative Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung werden willkürlich ausgewählt, um den genannten Zweck zu erreichen. Beispielsweise werden die Positionen der beiden Lichtflecken der Beugungslichtstrahlen erster Ordnung LH _±1 von dem Licht fleckpositions-Detektorelement 206 umgesetzt in elektrische Signale S+c bzw. S-c. Die elektrischen Signale S±c werden von einem Subtrahierer 211 umgesetzt in ein Signal S _cc, welches den Abstand zwischen den Beugungslichtstrahlen LH _±1 erster Ordnung darstellt, das elektrische Signal S _cc wird von einer Abtast- und Halteschaltung 212 und einem ADU 213 umgesetzt in einen digitalen Datenwert d _cc, und dieser Wert wird auf einen Vergleicher 214 gegeben. In einem Speicher 215 wurden vorab die Abstände zwischen den positiven und negativen Beugungslichtstrahlen erster Ordnung entsprechend den Gitterspurmustern ebenso wie die diesen Abständen entsprechenden Positionsdaten gespeichert. Der Abstand dm zwischen jedem Satz von Beugungslichtstrahlen wird aus dem Speicher 215 ausgelesen und in Beziehung gesetzt zu dem digitalisierten Abstandswert d _cc des jeweils anstehenden Satzes von Beugungslichtstrahlen, und es wird ein dazugehöriger Positionsdatenwert D _cc für die Skala ausgegeben.

Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel das von der Lichtquelle ausgegebene Licht durch die Skala durchtritt, um Beugungslichtstrahlen zu erzeugen, kann das Licht auch von der Skala reflektiert werden, da sich reflektiertes Licht und Durchlaßlicht gleich verhalten. Wird das Licht reflektiert, so befinden sich die Lichtquelle, die Kollimatorlinse, der Schlitz, die Fokussierlinse und das Lichtpositions-Detektorelement auf der gleichen Seite der Skala, und die Skala umfaßt Abschnitte, die Licht reflektieren, und Abschnitte, die kein Licht reflektieren.

Bildet man die Skala als Scheibe 207 aus, wie sie in Fig. 17 gezeigt ist, hat die Gitterspur T _B Ringform, und die Drehung der Scheibe 207 um deren Mitte liefert Daten über die Winkel in Absolutbeträgen. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Lichtquelle und Lichtfleckpositions-Detektorelement festgelegt, während sich die Skala bewegt, jedoch kann auch umgekehrt die Skala festliegen, während sich Lichtquelle und Detektorelement bewegen, um eine ähnliche Messung zu erreichen.

Bei der zweiten Ausführungsform besitzt die Gitterspur unterschiedliche Gitterkonstanten bei den lichtsperrenden und den lichtdurchlässigen Abschnitten, jedoch über die gesamte Länge gleiche Gitterkonstante und Gitterlinienrichtung. Die Positionen werden erfaßt aufgrund der Abstände zwischen mehreren Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung. Der gleiche Effekt kann erreicht werden bei der Positionsmessung nach der dritten Ausführungsform, die im folgenden erläutert wird. Nach Fig. 18 trifft kohärentes Licht L, z. B. ein Laserstrahl, auf eine Skala 1 auf, deren Oberfläche mit einer Gitterspur T versehen ist, in der sich transparente Abschnitte und opake Abschnitte mit vorbestimmter Gitterkonstante abwechseln. Das kohärente Licht L tritt durch die transparenten Abschnitte hindurch und wird zu mehreren Beugungslichtstrahlen L₀, L _±1 . . . L _±n gebeugt (im folgenden werden diese Lichtstrahlen als Beugungslichtstrahlen oder -streifen n-ter Ordnung bezeichnet; n ist eine natürliche Zahl). Von den Beugungslichtstrahlen n-ter Ordnung, L _+n und L _-n definierte (im folgenden als Beugungswinkel bezeichnete) Winkel ±R _n bezüglich des kohärenten Lichts L lassen sich durch nachstehende Formel (5) ausdrücken, bei der λ die Wellenlänge des kohärenten Lichts L und P die Gitterkonstante der Gitterspur T ist:

Deshalb befinden sich Lichtflecken der positiven und negativen Beugungslichtstreifen L ₊₁ und L _-1, die auf einen Schirm 2, der von der Skala 1 einen Abstand S aufweist, projiziert werden, auf eine Linie, die zu der Gitterlinie senkrecht verläuft, und die Lichtflecken haben einen Abstand d₁. Allgemein läßt sich der Abstand d _n durch folgende Gleichung (6) ausdrücken:

Wenn das kohärente Licht L in eine Skala eintritt, die mit einer Gitterspur ausgestattet ist, die ortsabhängig unter schiedliche Gitterlinienrichtungen besitzt, erhält man aus willkürlich gewählten positiven und negativen Beugungslichtstrahlen L _+n und L _-2 gleicher Ordnung Lichtflecken, anhand derer sich die Lagemessung auf der Skala durchführen läßt aufgrund der Winkelbewegung (Drehung) der Lichtflecken.

Im folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Fig. 19 ist eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Optik eines optischen Absolutwert-Codierers nach der Erfindung. Eine Lichtquelle 301, z. B. eine Laserdiode (LD) gibt kohärentes Licht LI ab, eine Kollimatorlinse 302 bündelt das Licht LI zu einem parallelen Lichtstrahl LJ, ein Schlitz 303 läßt dieses parallele Licht LJ teilweise als Lichtstrahl LK vorbestimmter Breite durch, eine langgestreckte Skala 304 besitzt auf ihrer Oberfläche eine Gitterspur T _C mit Abschnitten, die den Lichtstrahl LK durchlassen, und opaken Abschnitten, die mit den transparenten Abschnitten abwechseln, wobei das gleiche Öffnungsverhältnis und die gleiche Gitterkonstante gegeben sind, jedoch unterschiedliche Richtungen vorliegen; eine Fokussierlinse 305 fokussiert mehrere Beugungslichtstrahlen (nicht gezeigt) nach der Beugung durch die Gitterspur T _C, eine Sperrplatte 306 blockiert von den Beugungslichtstrahlen lediglich den Beugungslichtstrahl LL₀ erster Ordnung, und ein Lichtfleck positions-Detektorelement 307, z. B. ein Bildsensor, erfaßt die Positionen der Lichtflecke LP _±1 des positiven und negativen Beugungslichtstrahls gleicher Ordnung (in der Figur handelt es sich um die Lichtstrahlen LM _±1 erster Ordnung), die durch die Sperrplatte 306 hindurchgelangt sind, und wandelt die Positionen der Lichtflecken in elektrische Signale um. Lichtquelle 301, Linse 302, Schlitz 303, Fokussierlinse 305 und Sperrplatte 306 sind auf einer Linie ortsfest angeordnet und sind relativ zu der Skala 304 beweglich. In der Zeichnung ist es jedoch so dargestellt, daß die Skala 304 sich linear in Längsrichtung E oder F bewegt.

Wie Fig. 20 zeigt, besitzt die in der Optik 300 des Codierers verwendete Skala 304 eine Gitterspur T _C mit gleichem Öffnungsverhältnis und gleicher Gitterkonstante, jedoch mit unterschiedlichen Richtungen der transparenten und opaken Abschnitte in einem Abschnitt ℓ_ab. Wenn sich die Stelle der Messung in der Reihenfolge k, ℓ, m, n entsprechend der Bewegung der Gitterspur T _C bewegt, dreht sich die Orientierung der Gitterlinien im Uhrzeigersinn und kehrt am Punkt o in die gleiche Richtung zurück, die auch beim Punkt k vorliegt. Die Lichtflecke LP ₊₁ und LP _-1 der Beugungslichtstrahlen LM _±1 erster Ordnung auf dem Detektor 307 drehen sich auf dem Umfang mit dem Durchmesser d₁ des Detektors 307 konstant in einem Intervallwinkel von 180°, wenn sich die Skala 304 in Richtung E oder F bewegt (in Fig. 20 bedeutet die Drehung die Reihenfolge k′, ℓ′, m′, n′, o′). Unter Heranziehung des Drehungswinkels läßt sich die Stellung der Skala 304 ermitteln.

Da die Richtung der Gitterlinien zum Drehen der Lichtflecke verwendet wird, kann man die Richtungsänderung der Gitterlinien in dem Abschnitt ℓ_ab frei ändern. Die Lage der Skala kann man feststellen unter Verwendung des Drehungswinkels der Lichtflecke irgendwelcher positiver und negativer Beugungs lichtstrahler gleicher Ordnung.

Fig. 21 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Leseeinrichtung, mit deren Hilfe Positionsdaten aus den von dem Lichtfleckpositions-Detektorelement 307 ausgegebenen elektrischen Signalen erhalten werden können. Positive und negative Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung werden herausgegriffen, um diesen Zweck zu erreichen. Z. B. werden die Positionen zweier Lichtflecke LP ₊₁ und LP _-1 aus den Beugungs lichtstrahlen LM _±1 erster Ordnung von dem Lichtfleckpositions- Detektorelement 307 in elektrische Signale (X ₊₁, Y ₊₁) und (X _-1, X _-1) umgesetzt, welche die Koordinaten (X, Y) gemäß Fig. 22 darstellen. Subtrahierer 311 A und 311 B ermitteln die Strecke für die X-Achse (X ₊₁, X _-1), sowie die Strecke für die Y-Richtung (Y ₊₁ - Y _-1) zwischen den Licht flecken, um die Ergebnisse auf einen Vergleicher 312 und einen Teiler 313 zu geben. Der Vergleicher 312 vergleicht die Strecke und die Strecke (| | ≧ | | oder | | < | |), und gibt das Ergebnis auf den Teiler 313. Gilt | | ≧ | |, so berechnet der Teiler 313 / , gilt hingegen | | < | |, so berechnet er / , und das Ergebnis wird auf einen Datennumsetzer 314 gegeben.

Fig. 13 zeigt Beispiele für die Beziehung zwischen dem Quotienten / oder / und der Position auf der Skala 304, den Positionen der Lichtflecke auf dem Detektor 307 und das Vergleichsergebnis CR, das von dem Vergleicher 312 ermittelt wird. Die Skala 304 ist hier mit einer Gitterspur T _C ausgestattet, gemäß der die Position der Skala 304 proportional ist zu Änderungen der Gitterlinienrichtung. Wenn die Skala 304 ihre Lage ändert, definiert der Quotient / innerhalb des Bereichs | | ≧ | | eine Tangens-Funktion, während der Quotient / innerhalb des Bereichs | | < | | eine Contangens- Funktion definiert. Der Datenumsetzer 314 berechnet tan^-1 ( / ), wenn das vom Vergleicher 312 gelieferte Ergebnis | | ≧ | | ist, und berechnet cot^-1 ( / ), wenn das Ergebnis | | ≦ωτ | | ist, um den Gradienten Φ der die Flecke LP ₊₁ und LP_-1 verbindenden geraden Linie zu ermitteln, und er gibt entsprechende Positionsdaten D _p aus, die kennzeichnend sind für die Positionen der Skala 304, und die vorab gespeichert werden. Selbst wenn die Skala 304 mit einer Gitterspur T _C ausgestattet ist, bei der die Skala 304 nicht proportional zu Änderungen der Gitterlinienrichtung ist, lassen sich Positionsdaten D _p in einfacher Weise dadurch erhalten, daß vorab solche Positionsdaten für die Skala 304 gespeichert werden, die dem Quotienten / oder / in dem Umsetzer 314 entsprechen.

Anstatt mit Durchlaßlicht kann man auch mit reflektiertem Licht arbeiten. Das an der Skala reflektierte Licht bildet Beugungslichtstrahlen, da Transmissionslicht und reflektiertes Licht sich gleich verhalten. Wird mit reflektiertem Licht gearbeitet, befinden sich Lichtquelle, Kollimatorlinse, Schlitz, Fokussierlinse, Sperrplatte und Lichtfleckpositions- Detektorelement auf der gleichen Seite der Skala, und die Skala enthält Abschnitte, die Licht reflektieren, und Abschnitte, die kein Licht reflektieren. Hat die Skala gemäß Fig. 24 die Form einer Scheibe, so ist die Gitterspur T _C ringförmig auf der Oberfläche der Scheibe angeordnet, und wenn sich die Scheibe 308 um ihren Mittelpunkt dreht, lassen sich die Winkel als Absolutwerte feststellen. Während beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Lichtquelle und Lichtfleckpositions-Detektorelement fest angeordnet sind, während sich die Skala zur Positionsmessung bewegt, kann auch die Skala ortsfest sein, wohingegen Lichtquelle und Detektorelement bewegt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen optischen Codierers läßt sich ein Absolutwert der Lage innerhalb eines großen Meßbereichs in einfacher Weise dadurch erfassen, daß man anstelle mehrerer Codierspuren bei herkömmlichen Codierern lediglich eine Gitterspur vorsieht. Dies minimiert die Größe des Codierers und der zugehörigen Bauteile und reduziert die Herstellungskosten erheblich.

Speziell beim ersten Ausführungsbeispiel läßt sich die Anzahl der fotoelektrischen Wandler gegenüber dem Stand der Technik auf lediglich zwei Elemente reduzieren. Es ist klar, daß durch eine solche drastische Reduzierung der Anzahl von Bauteilen die Kosten weiter gesenkt werden.

Claims

1. Optischer Codierer, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (101, 102, 103), die kohärentes, paralleles Licht aussendet, eine Skala (104) mit einer Gitterspur (T _A) einheitlicher Gitterkonstante, jedoch mit unterschiedlichem Verhältnis von lichtsperrenden und nicht-lichtsperrenden Abschnitten, die das von der Lichtquelle kommende Licht beugt, und eine fotoelektrische Wandlereinrichtung (PLn), die mehrere Beugungslichtstrahlen verschiedener Ordnung der von der Skala durch Beugung erzeugten Lichtstrahlen empfängt und sie entsprechend ihren Intensitäten in elektrische Signale umsetzt.

2. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Lichtquelle eine, kohärentes Licht emittierende Lichtquelle, eine Kollimator linse (102), die das von der Lichtquelle kommende kohärente Licht zu parallelem Licht bündelt, und eine Schlitzblende (103), die das von der Kollimatorlinse (102) kollimierte, parallele Licht auf eine bestimmte Breite beschränkt, aufweist.

3. Codierer nach Anspruch 2, bei dem die Lichtquelle eine Laserstrahlquelle ist.

4. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Lichtquelle und die fotoelektrische Wandlereinheit auf entgegengesetzten Seiten der Skala (104) angeordnet sind und die nicht-licht blockierenden Abschnitte der Skala (104) von der Lichtquelle ausgesandtes paralleles Licht zur Beugung durchlassen.

5. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Lichtquelle (101) und die fotoelektrische Wandlereinrichtung auf der gleichen Skalenseite angeordnet ist und die nicht-lichtblockierenden Abschnitte der Skala das von der Lichtquelle kommende parallele Licht zur Beugung reflektieren.

6. Codierer nach Anspruch 1, bei dem eine Relativbewegung der Skala gegenüber der Lichtquelle und der fotoelektrischen Wandlereinheit durch Bewegen der Skala erreicht wird.

7. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Relativbewegung der Skala gegenüber der Lichtquelle und der fotoelektrischen Wandlereinheit durch Bewegen der Lichtquelle und der Wandlereinheit erfolgt.

8. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Skala eine gestreckte Platte mit der Gitterspur (T _A) ist, und daß die Relativbewegung eine geradlinige Bewegung ist.

9. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Skala eine Scheibe (106) mit einer ringförmigen Gitterspur ist, wobei die Relativbewegung eine Drehbewegung ist.

10. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die fotoelektrische Wandlereinrichtung ein Fokussierlinse (105) aufweist, die von der Skala (104) gebeugte Lichtstrahlen fokussiert, sowie fotoelektrische Wandlerelemente (PLn) enthält, die von der Fokussierlinse (105) fokussierte Lichtstrahlen nach Maßgabe deren Intensitäten in elektrische Signale umsetzt.

11. Optischer Codierer gekennzeichnet durch eine Optik (100) mit einer Lichtquelle (101, 102), die kohärentes, paralleles Licht aussendet, einer Skala (104) mit einer Gitterspur (T _A) gleicher Gitterkonstante, jedoch mit unterschiedlichem Verhältnis von lichtdurchlässigen und nicht lichtdurchlässigen Abschnitten, die das von der Lichtquelle kommende Licht beugt, und mit einer fotoelektrischen Wandlereinheit, die mehrere Beugungslichtstrahlen verschiedener Ordnung der von der Skala durch Beugung erzeugten Lichtstrahlen empfängt und sie entsprechend ihren Intensitäten in elektrische Signale umsetzt, und eine Leseeinrichtung, die die Verhältnisse der von der fotoelektrischen Wandlereinheit ausgegebenen elektrischen Signale nach Maßgabe der Muster der Gitterspur, die sich mit der Relativbewegung zwischen Skala einerseits und Lichtquelle und fotoelektrischer Wandlereinheit andererseits ändern, ermittelt und die Verhältnisse mit Hilfe einer Umsetzeinrichtung (114) für die Ausgabe umsetzt in Positionsdaten für die Skala.

12. Codierer nach Anspruch 11, bei dem die Leseeinrichtung aufweist: eine Halteschaltung (111 a, 111 b), die die von der fotoelektrischen Wandlereinheit ausgegebenen elektrischen Signale hält, einen Analog/Digital-Umsetzer (112 a, 112 b), der die Analogsignale in digitale Signale umsetzt, einen Teiler (113), der ein Werteverhältnis der von dem Analog/ Digital-Wandler ausgegebenen digitalen Signale berechnet, und eine Umsetzeinrichtung (114), die ein Ausgangssignal des Teilers umsetzt in einen Positionsdatenwert auf der Skala.

13. Codierer nach Anspruch 12, bei dem die Umsetzeinrichtung aufweist: einen Speicher (115), in welchem vorab Intensitäten mehrere Beugungslichtstrahlen verschiedener Ordnung entsprechend den Mustern auf der Gitterspur, die sich mit der Relativbewegung zwischen Skala einerseits und Lichtquelle sowie fotoelektrischer Wandlereinheit andererseits ändern, gespeichert sind, und einen Vergleicher (114), der das von dem Teiler (113) ermittelte Verhältnis in Beziehung setzt zu dem im Speicher (115) abgespeicherten Verhältniswert, um Positionsdaten der Skala auszugeben.

14. Codierer nach Anspruch 12, bei dem die Umsetzeinrichtung einen Betriebsabschnitt besitzt, der das von dem Teiler erhaltene Verhältnis eingibt, eine voreingestellte Formel berechnet, um das Verhältnis in einen Positionsdatenwert auf der Skala umzusetzen, und den Positionsdatenwert ausgibt.

15. Optischer Codierer, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (201), die kohärentes, paralleles Licht aussendet, eine Skala (204), die mit einer Gitterspur (T _B) aus lichtsperrenden Abschnitten und nicht-lichtsperrenden Abschnitten gleichen Öffnungsverhältnisses, jedoch unterschiedlicher Gitterkonstante ausgestattet ist, und die das kohärente parallele Licht aus der Lichtquelle beugt, und eine Lichtfleckpositions-Detektoreinheit (206), die von den durch die Skala (204) gebeugten Lichtstrahlen positive und negative Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung empfängt, die Lichtfleckpositionen der positiven und negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung erfaßt und die Lichtfleckpositionen in elektrische Signale umsetzt.

16. Codierer nach Anspruch 15, bei dem die Lichtquelle eine kohärentes Licht abgebende Lichtquelle (210), eine Kollimatorlinse (202), die das von der Lichtquelle (201) ausgesandte Licht zu parallelem Licht kollimiert, und eine Schlitzblende (203), die das von der Kollimatorlinse kollimierte, parallele Licht zu einem Lichtstrahl vorbestimmter Breite eingrenzt, aufweist.

17. Codierer nach Anspruch 16, bei dem die Lichtquelle eine Laserstrahlquelle ist.

18. Codierer nach Anspruch 15, bei dem die Lichtquelle (201, 202, 203) einerseits und die Lichtfleckpositions- Detektoreinheit (206) auf entgegengesetzten Seiten der Skala (204) angeordnet sind, und daß die nicht-lichtblockierenden Abschnitte der Skala das von der Lichtquelle kommende parallele Licht durchlassen, um es zu beugen.

19. Codierer nach Anspruch 15, bei dem die Lichtquelle und die Lichtfleckpositions-Detektoreinrichtung auf der gleichen Seite der Skala (204) angeordnet sind, und daß die nicht lichtblockierenden Abschnitte der Skala das von der Lichtquelle kommende parallele Licht reflektieren, um es zu beugen.

20. Codierer nach Anspruch 15, bei dem eine Relativbewegung der Skala gegenüber der Lichtquelle und der Detektoreinheit durch Bewegen der Skala (204) erfolgt.

21. Codierer nach Anspruch 15, bei dem die Relativbewegung der Skala gegenüber der Lichtquelle und der Detektoreinheit durch Bewegen von Detektoreinheit und Lichtquelleneinheit erfolgt.

22. Codierer nach Anspruch 15, bei dem die Skala eine gestreckte Platte mit einer Gitterspur (T _B) ist, und daß die Relativbewegung eine lineare Bewegung ist.

23. Codierer nach Anspruch 15, bei dem die Skala eine mit einer ringförmigen Gitterspur versehene Scheibe (206) ist, und daß die Relativbewegung eine Drehbewegung ist.

24. Codierer nach Anspruch 15, bei dem die Lichtfleckpositions- Detektoreinheit aufweist: eine Fokussierlinse (205), die von der Skala durch Beugung gebildete Lichtstrahlen fokussiert, und ein Lichtfleckpositions-Detektorelement (206), das Lichtfleckpositionen von durch die Fokussierlinse fokussierten Lichtstrahlen erfaßt und die Lichtfleckposition in elektrische Signale umsetzt.

25. Codierer nach Anspruch 24, bei dem das Lichtfleckpositions- Detektorelement ein Bildsensor ist, der Lichtfleckpositionen in elektrische Signale umsetzt.

26. Optischer Codierer, gekennzeichnet durch: eine Optik mit einer Lichtquelle (201, 202, 203), die kohärentes, paralleles Licht aussendet, eine Skala, die mit einer Gitterspur (T _B) aus lichtblockierenden und nichtlichtblockierenden Abschnitten gleichen Öffnungsverhältnisses, jedoch verschiedener Gitterkonstanten ausgestattet ist, und die das von der Lichtquelle kommende parallele Licht beugt, und eine Lichtfleckpositions-Detektoreinheit, die positive und negative Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung von den von der Skala durch Beugung gebildeten Lichtstrahlen empfängt, Lichtfleckpositionen der positiven und negativen Beugungslichtstrahlen erfaßt und die Lichtfleckpositionen in elektrische Signale umsetzt, und eine Leseeinrichtung (211, 212, 213, 214, 215), die einen Abstand zwischen einem positiven Beugungslichtfleck und einem negativen Beugungslichtfleck gleicher Ordnung aus den von der Detektoreinheit ausgegebenen elektrischen Signalen, die mit der Relativbewegung der Skala gegenüber Lichtquelle und Detektoreinheit variieren, berechnet und den Abstand durch eine Umsetzeinrichtung (201, 215) in Positionsdaten der Skala (204) umsetzt.

27. Codierer nach Anspruch 26, bei dem die Leseeinrichtung aufweist: einen Subtrahierer (211), der eine Differenz berechnet zwischen elektrischen Signalen, die Positionen von positiven und negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung, welche von der Detektoreinheit (206) ausgegeben werden, repräsentieren, und der Abstand in Form eines elektrischen Signals ausgibt, und eine Halteschaltung (212), die das von dem Subtrahierer (211) kommende Signal hält, sowie einen Analog/Digital-Umsetzer (213), der das von der Halteschaltung kommende Analogsignal in ein digitales Signal umsetzt, und eine Umsetzungseinrichtung (214, 215), die das von dem Analog/Digital-Umsetzer gelieferte Signal in einen Positions datenwert der Skala umsetzt.

28. Codierer nach Anspruch 27, bei dem die Umsetzeinrichtung aufweist: einen Speicher (215), in welchem vorab Werte für Abstände zwischen den positiven Beugungslichtstrahlen und den negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung entsprechend den Mustern der Gitterspur, die mit der Relativbewegung der Skala gegenüber Lichtquelle und Detektoreinheit variieren, gespeichert sind, und einen Vergleicher, der den von dem Analog/Digital-Umsetzer ermittelten Abstand in Beziehung setzt zu dem im Speicher abgespeicherten Abstandswert, und der entsprechende Positionsdaten der Skala ausgibt.

29. Codierer nach Anspruch 27, bei dem die Umsetzeinrichtung einen Arbeitsabschnitt aufweist, der den von dem Analog/ Digital-Umsetzer ermittelten Abstandswert eingibt, eine voreingestellte Formel berechnet, um den Abstandswert in Positionsdaten der Skala umzusetzen, und der die Positionsdaten ausgibt.

30. Optischer Codierer, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle, die kohärentes, paralleles Licht aussendet, eine Skala (304), die mit einer Gitterspur (T _C) aus lichtblockierenden und nicht-lichtblockierenden Abschnitten gleichen Öffnungsverhältnisses und gleicher Gitterkonstante jedoch, unterschiedlichen Gitterlinienrichtungen ausgestattet ist, und die das von der Lichtquelle kommende kohärente, parallele Licht beugt, und eine Lichtfleckpositions- Detektoreinheit, die positive und negative Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung aus den von der Skala durch Beugung gebildeten Lichtstrahlen empfängt, die Licht fleckpositionen der positiven und negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung erfaßt und die Lichtfleckpositionen in elektrische Signale umsetzt.

31. Codierer nach Anspruch 30, bei dem die Lichtquelle aufweist: eine kohärentes Licht aussendende Lichtquelle (301), eine das kohärente Licht zu parallelem Licht bündelnde Kollimatorlinse (302), und eine Schlitzblende (303), die das parallele Licht auf eine bestimmte Breite begrenzt.

32. Codierer nach Anspruch 31, bei dem die Lichtquelle eine Laserstrahlquelle ist.

33. Codierer nach Anspruch 30, bei dem die Lichtquelle und die Detektoreinheit (307) auf gegenüberliegenden Seiten der Skala (304) liegen, während die nicht-lichtblockierenden Abschnitte der Skala das von der Lichtquelle kommende, parallele Licht zur Beugung durchlassen.

34. Codierer nach Anspruch 30, bei dem die Lichtquelle und die Detektoreinheit auf der gleichen Seite der Skala angeordnet sind, und daß die nicht-lichtblockierenden Abschnitte der Skala das von der Lichtquelle kommende, parallele Licht zur Beugung reflektieren.

35. Codierer nach Anspruch 18, bei dem die Relativbewegung der Skala gegenüber Lichtquelle und Detektoreinheit durch Bewegen der Skala erfolgt.

36. Codierer nach Anspruch 30, bei dem die Relativbewegung der Skala gegenüber Lichtquelle und Detektoreinheit durch Bewegen von Lichtquelle und Detektoreinheit erfolgt.

37. Codierer nach Anspruch 30, bei dem die Skala eine mit der Gitterspur (T _C) ausgestattete längliche Platte ist, während die Relativbewegung linear ist.

38. Codierer nach Anspruch 30 mit einer als Scheibe ausgebildeten Skala, wobei die Relativbewegung eine Drehbewegung ist.

39. Codierer nach Anspruch 30, bei dem die Lichtfleckpositions- Detektoreinheit (307) aufweist: eine Fokussierlinse (305), die die durch die Skala durch Beugung gebildeten Lichtstrahlen fokussiert, eine Sperrplatte (306), die lediglich Beugungslicht nullter Ordnung aus der Fokussierlinse (305) sperrt, und ein Lichtfleckpositions-Detektorelement (307), welches Lichtfleckpositionen von Beugungslichtstrahlen erfaßt, die durch die Sperrplatte (306) hindurchgelangt sind, und die die Lichtfleckpositionen umsetzt in elektrische Signale.

40. Codierer nach Anspruch 39, bei dem das Lichtfleckpositions- Detektorelement ein Bildsensor ist, der Lichtfleckpositionen in elektrische Signale umsetzt.

41. Optischer Codierer, gekennzeichnet durch: eine Optik, umfassend: eine Lichtquelle (301, 302, 303), die kohärentes, paralleles Licht aussendet, eine Skala (304), die mit einer Gitterspur (T _C) aus lichtblockierenden und nicht-lichtblockierenden Abschnitten gleichen Öffnungsverhältnisses und gleicher Gitterkonstante, jedoch unterschiedlichen Gitterlinienrichtungen ausgestattet ist, und die das von der Lichtquelle kommende, parallele Licht beugt, und eine Lichtfleckpositions-Detektoreinheit, die positive und negative Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung aus den von der Skala durch Beugung gebildeten Lichtstrahlen empfängt, Lichtfleckpositionen der positiven und negativen Beugungslichtstrahlen erfaßt und die Lichtfleckpositionen umsetzt in elektrische Signale, und eine Leseeinrichtung (310), die einen Drehwinkel der Lichtflecke der positiven und der negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung aus der von der Detektoreinheit (307) ausgegebenen Signalen, die sich mit der Relativbewegung der Skala gegenüber der Detektoreinheit ändern, ermittelt, und die den Drehwinkel mit Hilfe einer Umsetzeinrichtung (314) in Positionsdaten der Skala (304) umsetzt.

42. Codierer nach Anspruch 41, bei dem die Leseeinrichtung aufweist: einen Subtrahierer (311 A, 311 B), der eine Differenz ermittelt zwischen von der Detektoreinheit (307) ausgegebenen Lichtflecken zwischen positiven und negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung auf orthogonalen Koordinaten; um orthogonale Komponenten einer die Lichtflecke verbindenden Linie zu berechnen, einen Vergleicher (312), der die von dem Subtrahierer ermittelten orthogonalen Komponenten vergleicht, einen Teiler (313), der die von dem Subtrahierer kommenden orthogonalen Komponenten und das von dem Vergleicher gelieferte Vergleichsergebnis dividiert, und eine Umsetzeinrichtung (314), die die von dem Teiler (313) gebildeten Quotienten in Positionsdaten der Skala umsetzt.

43. Codierer nach Anspruch 42, bei dem die Umsetzeinrichtung aufweist: einen Speicher, in welchem vorab Drehwinkel der Lichtflecke der positiven und der negativen Beugungslichtstrahlen gleicher Ordnung entsprechend den Mustern der Gitterspur, die sich mit der Relativbewegung der Skala gegenüber Lichtquelle und Detektoreinheit ändern, gespeichert sind, und einen Vergleicher, der die Drehwinkel aus den von dem Teiler gebildeten Quotienten ermittelt, die Drehwinkel in Beziehung setzt zu den in dem Speicher abgespeicherten Drehwinkeln, und entsprechende Positionsdaten der Skala ausgibt.

44. Codierer nach Anspruch 42, bei dem die Umsetzeinrichtung aufweist: einen Speicher, in welchem vorab die Quotienten nach Maßgabe des Musters der Gitterspur, das sich mit der Relativbewegung der Skala gegenüber Lichtquelle und Detektoreinheit ändert, gespeichert sind, und einen Vergleicher, der die von dem Teiler berechneten Quotienten in Beziehung setzt zu in dem Speicher gespeicherten Quotienten, und der entsprechende Positionsdaten der Skala ausgibt.