DE3902813A1

DE3902813A1 - Aufgrund einer photoelektrischen umwandlung arbeitender drehwinkel-detektor

Info

Publication number: DE3902813A1
Application number: DE3902813A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Kojima; Takao Yanase; Mitsuharu Nonami; Takao Chida
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1989-08-10
Also published as: JPH01196515A; DE3902813C2; US4902885A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehwinkel-Detektor, dem eine photoelektrische Wandlung zugrundeliegt, zur Ermittlung der Winkel position (das heißt, des Drehwinkels) eines sich drehenden Gegenstandes.

Ausgangspunkt der Erfindung

Bislang ist eine große Vielfalt von Winkelpositions-Detektoren bzw. -Anzeigern vorgeschlagen worden. Diese Detektoren können grob in zwei Gruppen eingeteilt werden. Die erste Gruppe enthält optische oder magneti sche Impulscodierer, von denen eine wahrgenommene Information über die Win kellage in Form von Impulssignalen ausgegeben wird. Die zweite Gruppe umfaßt optische oder magnetische Wandlergeräte, die die Winkelinformation in eine Sinus- oder Kosinusfunktion benutzende, analoge Signale umformen.

Bislang ist ein Drehwinkel-Detektor, der mit einer photoelektri schen Wandlung arbeitet, vorgeschlagen worden und in seinen Grundzügen in den Fig. 4a bis 4e veranschaulicht. Die Fig. 4a zeigt die wesentlichen Bestandteile des Positions-Detektors. Eine rotierende Welle 1 eines sich drehenden Körpers (nicht gezeigt) geht konzentrisch durch einen lichtemit tierenden Körper 2, z. B. eine Diode, hindurch und ist mit einer das Licht abschirmenden Scheibe 3 vereinigt. Diese Scheibe 3 enthält ein lichtdurch lässiges Fenster 31, das eine Lichtübertragung vom lichtemittierenden Körper 2 zu einem das Licht empfangenden Körper 4 mit einem Lichtaufnahmeteil 41 erlaubt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4a weist der das Licht empfan gende Körper 4 in Form einer Scheibe den z. B. halbkreisförmigen Lichtauf nahmeteil 41 auf. Der scheibenförmige Körper 4 ist feststehend angeordnet und hat einen vorbestimmten Abstand von der das Licht abschirmenden Scheibe 3, um eine gegenseitige Berührung zu vermeiden. Das lichtdurchlässige Fen ster 31 ermöglicht den Lichtdurchgang durch einen Bereich des scheibenförmi gen Körpers 4, der durch die Drehung in einem Winkel von 180° zu einer vor gegebenen Bezugsachse definiert ist, die durch die Mittelachse der rotieren den Welle 1 hindurchgeht.

Die Fig. 4b bis 4d machen verschiedene Übergänge anschaulich, die dann auftreten, wenn die das Licht abschirmende Scheibe 3 bezüglich des lichtdurchlässigen, scheibenförmigen Körpers 4 rotiert. In der Fig. 4b ist an dem das Licht empfangenden Körper 4 eine Bezugslinie α und an der das Licht abschirmenden Scheibe 3 eine Bezugslinie β gezeichnet. Zwischen den beiden Bezugslinien α und β befindet sich ein Winkel R, der sich bei der Drehung der das Licht abschirmenden Scheibe 3 somit ändert, wie in den Fig. 4b bis 4d gezeigt ist. Wenn die Drehung gegen den Uhrzeigersinn (in den Figuren durch einen Pfeil CCW angemerkt), als Vorwärtsrichtung der das Licht abschirmenden Scheibe 3 bezeichnet sei, ändern sich freigelegte Berei che 41 A, 41 B und 41 C des Lichtaufnahmeteiles 41 mit der Drehung der das Licht abschirmenden Scheibe 3. Dieser mit einem gemeinschaftlichen Symbol S bezeichnete Bereich vergrößert sich, wenn die das Licht abschirmende Scheibe 3 in der Richtung des Pfeiles CCW von dem Winkel R = 0, bei dem S = 0 ist, zum Winkel R = π umläuft, bei dem S den größten Wert annimmt. Während der Winkel R von π auf 2π zunimmt, wird der Bereich S proportional kleiner, bis dieser Bereich S = 0 wird. Diese Änderung ist graphisch in der Fig. 4e dar gestellt.

Falls der Lichtaufnahmeteil 41 aus einem photoelektrischen Wandlermaterial, z. B. aus amorphem Silicium, zur Erzeugung eines elektri schen Stromes hergestellt ist, der zu dem dem Licht ausgesetzten Bereich proportional ist, wird ein Kurzschlußstrom I _sc von einer Stärke abgegeben, die dem Bereich S des freigelegten Lichtaufnahmeteiles proportional ist. Auch dies ist in der Fig. 4e veranschaulicht. Die als Winkel gemessenen Drehlagen des rotierenden Gegenstandes können daher durch eine Messung des abgegebenen Kurzschlußstromes I _sc bestimmt werden.

Eine Ausführungsform eines derartigen Wandlergerätes ist in der Fig. 5a gezeigt. Zwei weitere Lichtaufnahmeteile 42 und 43 haben eine sol che Gestalt, daß die Größe des Bereiches S, der durch ein lichtdurchlässiges Fenster (nicht gezeigt) einer das Licht abschirmenden Scheibe erblickt wird, eine Sinusfunktion des Winkels ist. Die Lichtaufnahmeteile 42 und 43 sind jeweils so angeordnet, daß sie räumlich zueinander um 90° außer Phase sind. Dadurch werden zwei sinusförmige Ausgangssignale I _sc ₁ und I _sc ₂ erhalten, deren Phasendifferenz 90° beträgt, wie in der Fig. 5b gezeigt ist.

In der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform wiedergegeben, bei der die Lichtaufnahmeteile so gestaltet sind, daß vier sinusförmige Ausgangssignale erhalten werden, deren Phase sich je um 90° unterscheidet. Solche Lichtaufnahmeteile 44 E, 44 F, 44 G und 44 H sind durch jeweils einen Leiter 46 E, 46 F, 46 G bzw. 46 H aus demselben photoelektrischen Wandlermate rial wie der zugehörige Lichtaufnahmeteil mit einer den Kurzschlußstrom I _sc abgebenden Elektrode 45 E, 45 F, 45 G bzw. 45 H verbunden. Über die Leiter ist eine Metallblende 47 mit Fenstern 47 E, 47 F, 47 G und 47 H, die den Lichtauf nahmeteilen entsprechen, gelegt, um bei einem Lichteinfall die Erzeugung elektrischen Stromes in den Leitern zu verhindern.

Positions-Anzeiger der beschriebenen Arten weisen mehrere ihnen eigentümliche Probleme auf. Erstens benötigen sie vorherbestimmte Abstände zwischen den Lichtaufnahmeteilen, damit kein Lichtaufnahmeteil mit einem anderen verbunden wird. Daher haben alle Lichtaufnahmeteile unterschiedli che Formen und unterscheiden sich voneinander in ihrer Größe, sowie der Phase. Zweitens müssen die Abstände zu den äußeren Lichtaufnahmeteilen so groß gemacht werden, daß die Leiter (z. B. 46 G und 46 H der in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsform) hineinpassen, die von den inneren Lichtauf nahmeteilen (z. B. 44 G und 44 H) wegführen. Wenn drittens die Anzahl der Lichtaufnahmeteile vergrößert wird, um eine größere Anzahl sich bezüglich der Phase unterscheidender Ausgangssignale zu erhalten, wirken die gerade erläuterten Zwänge sogar stärker beschränkend.

Ein viertes, den zuvor beschriebenen Ausführungsformen zuge ordnetes Problem besteht aus der Winkeleinstellung der Metallblende (z. B. 47 in Fig. 6). Um die passende Ausrichtung sicherzustellen, müssen solche Einstellungen sowohl in der radialen Richtung als auch in der Umfangsrich tung ausgeführt werden.

Schließlich verfügen die Leiter (z. B. 46 E, 46 F, 46 G und 46 H in typischer Weise über verschiedene Längen. Infolgedessen unterscheiden sich die durch diese Leiter eingebrachten Impedanzen voneinander.

Diese Probleme ergeben sich aus der Schwierigkeit, Positions- Anzeiger nach Art photoelektrischer Wandler zu miniaturisieren und die Wirk samkeit solcher Geräte zu verbessern.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Winkelpositions- Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers, bei dem die Probleme nach dem bekannten Stand der Technik vermieden sind.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Winkel positions-Anzeiger nach Art eines photoelektronischen Wandlers, der ein auf einen Drehwinkel bezogenes, elektrisches Signal exakt erzeugt.

Diese und andere Ziele werden zur Anzeige der Winkelstellung eines sich drehenden Körpers von einem Winkelpositions-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers erreicht, der einen ortsfest angeordneten, lichtemittierenden Körper und einen ortsfest gegenüber dem lichtemittieren den Körper angebrachten, das Licht empfangenden Körper enthält, an dem in vorherbestimmten Abständen m × n identisch gestaltete Lichtaufnahmeteile aus einem photoelektrischen Wandlermaterial vorgesehen sind, um n sinusför mige Signale hervorzubringen, die in einem Winkel von 360°/(m × n) vonein ander außer Phase sind, wobei m eine positive, ganze Zahl (außer Null), die der Anzahl je Umdrehung eines das Licht abschirmenden Körpers erzeugter, sinusförmiger Signalzyklen entspricht, und n eine positive, ganze Zahl (au ßer Null) bedeuten, die gleich der Anzahl von den Lichtaufnahmeteilen her vorzurufender, sinusförmiger Signale mit gesonderter Phase ist, und bei dem die identisch gestalteten Lichtaufnahmeteile an dem das Licht empfangenden Körper zwischen einem ersten Satz konzentrischer Kreise mit den Radien r ₁ und r ₂ angeordnet und dabei in Umfangsrichtung geteilt sind. Der erste Satz Kreise ist zu dem das Licht empfangenden Körper koaxial. Zwischen dem licht emittierenden Körper und dem das Licht empfangenden Körper ist koaxial der das Licht abschirmende Körper angeordnet und antriebsmäßig mit dem umlau fenden Körper derart verbunden, daß der das Licht abschirmende Körper mit dem umlaufenden Körper rotiert. Bei dem dem das Licht abschirmenden Körper sind m Fenster in einem Bereich zwischen einem zweiten Satz zweier konzen trischer Kreise mit dem Radius r ₃ bzw. r ₄ angeordnet, wobei r ₁ r ₃<r ₂ r ₄ gilt. Der zweite Satz Kreise ist koaxial zum das Licht abschirmenden Körper, und, von der Mitte des das Licht abschirmenden Körpers in radiale Richtung gesehen, sind die Fenster nicht aufeinander gelegt. Jedes Fenster ist mit einer inneren und einer äußeren Kurve gestaltet, so daß der sichtba re Bereich jedes Lichtaufnahmeteiles bei jedem der Fenster sich in einer sinusförmigen Gestalt eines Zyklus ändert, während der das Licht abschir mende Körper um (360°/M) rotiert. Zur Erzielung phasengetrennter, sinus förmiger Signale sind Hilfsmittel vorgesehen, von denen n Gruppen der m Lichtaufnahmeteile parallel oder in Serie verbunden werden.

Die Art und Weise, in der die obigen und weitere Ziele erreicht werden, die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung hervor, wenn diese im Hinblick auf die Zeichnungen betrachtet wird: die

Fig. 1a bis 1c, (die gemeinsam als Fig. 1 bezeichnet seien), sind Ansichten einer Ausführungsform des Drehwinkel-Anzeigers der vorliegenden Erfindung nach Art eines photoelektrischen Wandlers, wobei die Fig. 1a eine Draufsicht auf den das Licht abschirmenden Körper ist, der dem das Licht empfangenden Körper überlagert ist, und die Fig. 1b bzw. 1c den das Licht abschirmenden Körper bzw. den das Licht empfangenden Körper alleine zeigen; die

Fig. 2a bis 2c, (die gemeinsam als Fig. 2 bezeichnet seien), sind Ansichten einer anderen Ausführungsform des Drehwinkel-Anzei gers gemäß der vorliegenden Erfindung nach Art eines photoelektrischen Wand lers, wobei die Fig. 2a eine Draufsicht mit dem das Licht abschirmenden Körper ist, der dem das Licht empfangenden Körper überlagert ist, und die Fig. 2b bzw. 2c den das Licht abschirmenden Körper bzw. den das Licht emp fangenden Körper alleine zeigt; die

Fig. 3a bis 3c, (die gemeinsam als Fig. 3 bezeichnet seien), sind Ansichten einer weiteren Ausführungsform des Drehwinkel-Anzei gers der vorliegenden Erfindung nach Art eines photoelektrischen Wandlers, wobei die Fig. 3a eine Draufsicht auf den das Licht abschirmenden Körper ist, der dem das Licht empfangenden Körper überlagert ist, und die Fig. 3b bzw. 3c den das Licht abschirmenden Körper bzw. den das Licht empfangenden Körper allein zeigt;

Fig. 4a ist eine Ansicht der wesentlichen Bestandteile eines bekannten Drehwinkel-Anzeigers nach Art eines photoelektrischen Wandlers;

die Fig. 4b bis 4d zeigen die Arbeitsweise von Bestandtei len des Drehwinkel-Anzeigers der Fig. 4a nach Art eines photoelektrischen Wandlers, während die das Licht abschirmende Scheibe gegn den Uhrzeiger sinn über einen Winkel R umläuft;

Fig. 4e ist eine graphische Auftragung des Signals I _sc, das vom Lichtaufnahmeteil der in den Fig. 4a-4d gezeigten Ausführungsfor men erzeugt wird und mit Markierungen versehen ist, die das Signal anzeigen, das entsprechend den in den Fig. 4b bis 4d angezeigten Winkellagen ausge geben wird;

Fig. 5a ist eine Ansicht einer andersartigen, bekannten Aus führungsform der das Licht empfangenden Scheibe und der Lichtaufnahmeteile;

Fig. 5b ist eine graphische Auftragung von ausgegebenen Signa len, die von der in Fig. 5a gezeigten Ausführungsform erzeugt werden, und

Fig. 6 ist eine Ansicht einer weiteren bekannten Ausführungs form der das Licht empfangenden Scheibe und von Lichtaufnahmeteilen.

Wenn nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen sei, so ist dort ein feststehender, lichtemittierender Körper, z. B. eine Diode, gegenüber einem feststehenden, das Licht empfangenden Körper 4 vorgesehen. Dieser enthält, wie in der Fig. 1c dargestellt ist, m × n identisch gestaltete Lichtauf nahmeteile 44 aus einem photoelektrischen Wandlermaterial zur Erzeugung ei nes elektrischen Stromes bzw. einer elektrischen Spannung, der bzw. die dem Bereich eines dem Licht ausgesetzten Lichtaufnahmeteiles proportional ist.

Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist das Produkt m × n = 4, während die Lichtaufnahmeteile mit 44 A, 44 B, 44 C und 44 D bezeichnet sind. Die Größe m ist eine positive, ganze Zahl (außer Null), die gleich der An zahl von sinusförmigen Signalzyklen ist, die je Umdrehung eines das Licht abschirmenden Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, wie unten erläutert sei. Die Größe n ist auch eine positive, ganze Zahl (außer Null), die der Anzahl phasengetrennter, sinusförmiger, von den Lichtaufnah meteilen 44 zu erzeugender Signale entspricht. Somit ist bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen m = 1 und n = 4.

Die Lichtaufnahmeteile 44 gemäß der vorliegenden Erfindung sind identisch gestaltet und haben eine der Winkelmessung entsprechende Größe. Bei einer Bezugnahme auf die Fig. 1c ist jeder Lichtaufnahmeteil z. B. 44 A gemäß der vorliegenden Erfindung durch gleichwinklige Bögen auf konzentri schen Kreisen mit den Radien r ₁ und r ₂ beschrieben; dabei weisen die Bögen einen gemessenen Winkel a auf. Zwischen den konzentrischen Kreisen sind die Lichtaufnahmeteile 44 ausgebildet, die voneinander längs derselben konzen trischen Kreise mit den Radien r ₁ und r ₂ durch gemessene Winkelabstände c getrennt sind. Diese Kreise sind zu dem das Licht empfangenden Körper 4 koaxial. Hieraus folgt, daß die Beziehung zwischen den Winkeln a und c durch die Formel (I) beschrieben wird:

a(360°/(m × n)) - c (I).

Die Formel (I) setzt eine Bedingung zur Anordnung der (m × n) Lichtaufnahme teile 44 identischer Gestalt am das Licht empfangenden Körper 4 fest.

Der das Licht empfangende Körper 4 weist außerdem Elektroden, (also Elektroden 45 A, 45 B, 45 C und 45 D) zur Übertragung eines Signalstromes I _sc auf, der von jedem der Lichtaufnahmeteile 44 erzeugt wird. Diese Elek troden 45 sind mit jedem Lichtaufnahmeteil 44 durch Leiter 46, (also 46 A, 46 B, 46 C und 46 D) verbunden, die aus demselben photoelektrischen Wandlerma terial wie die Lichtaufnahmeteile 44 hergestellt und in einem Muster ver drahtet sein können.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen veran schaulichen Abschnitte eines Drehwinkel-Anzeigers nach Art eines photoelek trischen Wandlers, dessen zu erreichende Ausgangssignale vier sinusförmige Signalverläufe darstellen, die um 90° außer Phase sind.

Wie obenerwähnt, wird der das Licht abschirmende Körper 3 zwi schen dem lichtemittierenden Körper (nicht gezeigt) und dem das Licht emp fangenden Körper 4 eingesetzt. In der Fig. 1b ist der das Licht abschirmende Körper 3 allein und in der Fig. 1a relativ zu dem das Licht empfangenden Körper 4 in einer Arbeitsstellung gezeigt. Der das Licht abschirmende Körper 3 ist antriebsmäßig mit einem umlaufenden Körper (nicht gezeigt) verbunden, dessen Drehwinkelstellung man zu messen wünscht.

Der das Licht abschirmende Körper 3 enthält m Fenster 32, wobei die Größe m oben bereits definiert ist. Somit ist bei den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen, wie oben festgesetzt, die Größe m = 1. Wenn eine größere Anzahl (m<1) Fenster 32 benutzt wird, sind sie auf dem das Licht abschirmenden Körper 3 zusammen so ausgebildet, daß sie, von der Mitte des das Licht abschirmenden Körpers 3 gesehen, nicht aufeinander zu liegen kommen.

Die Fenster 32 in dem das Licht abschirmenden Körper 3 lassen das Licht vom lichtemittierenden Körper (nicht gezeigt) durch den das Licht abschirmenden Körper 3 zu dem das Licht empfangenden Körper 4 unter Beleuch tung der Lichtaufnahmeteile 44 hindurchfallen. Das Material, aus dem die Licht aufnahmeteile 44 zusammengesetzt sind, erzeugt einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung, der bzw. die sich proportional zu dem Bereich jedes freigegebenen Lichtaufnahmeteiles 44 ändert. Daher sind die Fenster 32 derart geformt, daß sie einen Bereich der sich sinusförmig ändernden Licht aufnahmeteile 44 freigegeben, wodurch ein sich ebenfalls sinusförmig ändernder Signalstrom I _sc entsteht.

Wenn nunmehr auf die Fig. 1b Bezug genommen sei, so sind dort die Fenster 32 in der soeben erläuterten Gestalt ausgebildet, damit sie in nerhalb einer Fläche liegen, die von zwei konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₃ bzw. r ₄ begrenzt ist, wobei r ₁ r ₃<r ₄ r ₂ gilt. Ferner wird der Bogen jener konzentrischen Kreise mit dem Radius r ₃ bzw. r ₄, in dem je des Fenster 32 enthalten ist, durch den Winkel b gemäß den Formeln (II) und (III) bemessen:

(360°/m) - a b(360°/m) (II)

a b (III),

wobei zugleich den Formeln (I) (zuvor), (II) und (III) Genüge getan wird. Die Formeln (II) und (III) setzen die Bedingungen zur Abänderung der von den Lichtaufnahmeteilen abgegebenen Signale bei der Drehung des das Licht abschirmenden Körpers fest.

Wenn die Bedingungen der Formeln (I) bis (III) erfüllt sind, haben die von den Lichtaufnahmeteilen 44 abgegebenen Signalströme I _sc für alle n in Umfangsrichtung gezählten Lichtaufnahmeteile dieselbe Phase. So ist es wünschenswert, daß die Signalströme I _sc durch eine Parallel- oder Reihenschaltung jedes nten Lichtaufnahmeteiles 44 erhalten werden, (das ein Signal I _sc identischer Phase ausgibt). Derartige Schaltmittel können vor zugsweise, aber nicht ausschließlich aus einem leitenden Material sein, das dieselbe Zusammensetzung wie der Lichtaufnahmeteil hat, (also aus amorphem Silicium). Infolge dieser Schaltungen wird die Amplitude des Ausgangssignals m-fach verstärkt, verglichen mit dem Ausgangssignal eines einzigen Lichtauf nahmeteiles.

Der Drehwinkel-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wand lers weist mehrere Vorteile gegenüber den bislang bekannten auf. Infolge der identischen Gestalt aller Lichtaufnahmeteile sind bei ihnen allen das Niveau der Ausgangssignale und weitere elektrische Eigenschaften einander angeglichen.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, die Notwendigkeit auszuschal ten, daß die Leiter in Zwischenräumen zwischen den Lichtaufnahmeteilen ein zuführen sind. Dies führt zu einer Zunahme der wirksamen Fläche jedes Licht aufnahmeteiles des das Licht empfangenden Körpers und zu einer entsprechen den Abnahme der unwirksamen Fläche jedes Lichtaufnahmeteiles. Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung kann eine zu dieser Abnahme proportionale Minia turisierung erzielt werden.

Als Folge der gemeinsamen Gestaltung der Lichtaufnahmeteile 44 am das Licht empfangenden Körper 4 können die Längen und Ausbildungen aller Leiter 46 gleichgemacht werden. Dies führt bei allen Leitern 46 zu einer gleichförmigen Impedanz. Zusätzlich liegen die Leiter außerhalb der Flächen des das Licht empfangenden Körpers 4, die dem Licht ausgesetzt sind, das durch die Fenster 32 des das Licht abschirmenden Körpers 3 fällt, wodurch die Metallabdeckung überflüssig wird, die bei den bekannten Drehwinkel-An zeigern benutzt wird. Da sich schließlich kein Zwang bezüglich der Anord nung und Anzahl der Lichtaufnahmeteile aus der Notwendigkeit eines Abstandes ergibt, der eine Unterbringung der Leiter 46 zuläßt, kann infolgedessen die Anzahl der hinsichtlich der Phase unterschiedenen Ausgangssignale vergrö ßert werden.

Wenn die Signale, die von der in den Fig. 1a bis 1c offenbar ten Ausführungsform erzeugt werden, als zwei um 90° phasengetrennte Signale gesehen werden, können zwei sinusförmige Signalverläufe, die im Hinblick auf Null jeweils positive und negative bipolare Amplituden aufweisen, dadurch erhalten werden, daß die Differenz der Ausgangssignale zwischen den Licht aufnahmeteilen 44 A und 44 C und zwischen den Lichtaufnahmeteilen 44 B und 44 D gebildet wird. Somit können in gewünschter Weise doppelt so viele Lichtauf nahmeteile 44, wie sie zum Erhalt mehrphasiger Ausgangssignale benötigt werden, vorgesehen sein, wobei sich der sinusförmige Signalverlauf, der nach zwei positiven und negativen Polen ausschlägt, daraus ergibt, daß die Diffe renzen zwischen den Lichtaufnahmeteilen 44 gebildet werden, die symmetrisch um die Mitte des das Licht empfangenden Körpers angeordnet sind. Die Zahl der Phasen, die für eine spezielle Anwendung gebraucht werden, sei p, und daher ist im vorliegenden Fall die Anzahl phasengetrennter Signale n = 2p. Darüber hinaus wird beobachtet, daß eine beliebige Phasenverschiebung der Ausgangssignale, von denen die Differenzen erhalten werden, keine nutzbare Wirkung zeigt, da jene Verschiebungen bei dem Vorgang, die Differenz zu ge winnen, kompensiert werden. Ausführungsformen dieser Art sind in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht.

Die Lichtaufnahmeteile der Fig. 2 und 3 sind wie in der Fig. 1 gestaltet. In der Fig. 2 ist ein Fenster 33 des das Licht abschir menden Körpers 3 gemäß den Formeln (I) bis (III) gestaltet. Außerdem liegt die äußere Kurve des Fensters 33, (von der Mitte des das Licht abschirmenden Körpers 3 aus gesehen), auf einen Kreis mit dem Radius r ₃, der zu dem das Licht abschirmenden Körper 3 konzentrisch ist, wobei für die Radien r ₃ r ₁ gilt. Die innere Kurve des Fensters 33 überlappt teilweise einen zweiten konzentrischen Kreis mit dem Radius r ₅, (der in der Fig. 2b durch die ge strichelte Linie gezeigt ist), während der Rest der Kurve in Richtung auf die Mitte des das Licht abschirmenden Körpers 3 hin abweicht. Die Gestalt des Fensters 33 ist derart gewählt, daß die Fläche jedes Lichtaufnahmeteiles 44, die durch das Fenster 33 freigegeben wird, sich sinusförmig ändert, wenn der das Licht abschirmende Körper 3 über einen Winkel von (360°/(m × n)) um läuft. Bei dieser Ausführungsform sei beobachtet, daß der Bereich, der von den konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₃ bzw. r ₅ begrenzt wird, gänzlich innerhalb des Fensters 33 liegt.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist ein Fenster 34 derart angeordnet, daß seine innere Kurve längs eines Kreises verläuft, der zu dem das Licht abschirmenden Körper 3 konzentrisch ist und einen Radius r ₆ aufweist, wobei für die Radien r ₆ r ₂ gilt. Die äußere Kur ve des Fensters 34 ist so gelegt, daß sie teilweise auf dem zweiten konzen trischen Kreis mit dem Radius r ₄ liegt, (wie durch die gestrichelte Linie in der Fig. 3b gezeigt ist), und der Rest der Kurve nach außen zum Umfang des das Licht abschirmenden Körpers 3 hin abweicht. Die Gestalt des Fensters 34 ist so gewählt, daß die durch das Fenster 34 freigelegte Fläche jedes Lichtaufnahmeteiles 44 sich sinusförmig ändert, wenn der das Licht abschir mende Körper 3 um (360°/(m × n)) rotiert. Auch bei dieser Ausführungsform sei beobachtet, daß der Bereich, der von den konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₄ bzw. r ₆ begrenzt wird, gänzlich innerhalb des Fensters 34 liegt.

Bei den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen wird zu den Ausgangssignalen der betreffenden Lichtaufnahmeteile ein Signal von bekannter Verschiebung aus dem sinusförmigen Signalverlauf hinzugefügt, der von der Ausführungsform der Fig. 1 erzeugt wird. Dieses Signal ist das Ergebnis des Abschnittes des Fensters, der zwischen den Radien r ₃ und r ₅ (in der Fig. 2) oder r ₄ und r ₆ (in der Fig. 3) liegt. Der Effekt dieser zusätzlichen Verschiebung kann dadurch unwirksam gemacht werden, daß, wie oben erläutert, die Differenz zwischen den Signalen gewonnen wird, die von den symmetrisch angeordneten Lichtaufnahmeteilen erzeugt werden. Der Vorteil der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen ist der, daß im Fen ster kein spitzer Winkel ausgebildet wird, was zu einer genaueren Gestaltung es Fensters Anlaß gibt und zu Ausgangssignalen führt, die dichter an die wahren sinusförmigen Signalverläufe herankommen, als es nach dem be kannten Stand der Technik möglich ist. Diese Differenz kann auch nutzbrin gend bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform erhalten werden.

Obgleich die vorliegende Erfindung hinsichtlich spezieller Aus führungsformen und Beispiele erläutert worden ist, ist es für einen Fachmann doch einleuchtend, daß an jenen Ausführungsformen verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der angehängten Ansprüche und ihrer Äquivalente abzuweichen. Dementsprechend sollte die vorliegende Erfin dung nicht so ausgelegt werden, daß sie auf die speziellen, hier offenbar ten Ausführungsformen und Beispiele beschränkt ist.

Claims

1. Drehwinkel-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers zur Anzeige der Winkelposition eines sich drehenden Körpers, wobei das Licht gemessen wird, das von einem feststehend angeordneten, lichtemittierenden Körper empfangen wird, enthaltend:

1. einen feststehend gegenüber dem lichtemittierenden Körper an geordneten, das Licht empfangenden Körper, der m × n identisch gestaltete Lichtaufnahmeteile aus einem photoelektrischen Wandler material aufweist, das sich in vorherbestimmten Abständen auf dem das Licht empfangenden Körper befindet, um n sinusförmige Signale zu erzeugen, die voneinander um (360°/(m × n)) außer Phase sind, wobei m eine positive, ganze Zahl (außer Null), die gleich der Anzahl sinusförmiger Signalzyklen ist, die je Umdrehung eines das Licht abschirmenden Körpers erzeugt werden, und n eine positive, ganze Zahl (außer Null) ist, die der Anzahl von den Lichtaufnahme teilen zu erzeugender, phasengetrennter, sinusförmiger Signale entspricht, und wobei die identisch gestalteten Lichtaufnahmeteile zwischen einem ersten Satz aus zwei konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₁ bzw. r ₂ auf dem das Licht empfangenden Körper angeordnet und in diesen Kreisen in Umfangsrichtung unterteilt sind und der erste Satz Kreise koaxial zu dem das Licht empfangenden Körper ist,
2. den das Licht abschirmenden Körper, der koaxial zwischen dem lichtemittierenden Körper und dem das Licht empfangenden Körper angeordnet ist, und der antriebsmäßig derart mit dem sich drehen den Körper verbunden ist, daß er mit dem sich drehenden Körper umläuft,
3. m Fenster des das Licht abschirmenden Körpers, die in einem Bereich zwischen einem zweiten Satz aus zwei konzentrischen Krei sen mit dem Radius r ₃ bzw. r ₄ angeordnet sind, wobei für die Radi en r ₁ r ₃<r ₂ r ₄ gilt, der zweite Satz Kreise zu dem das Licht abschirmenden Körper koaxial ist und die Fenster nicht übereinan derliegen, gesehen von der Mitte des das Licht abschirmenden Kör pers aus in radialer Richtung,
4. eine derartige Fenstergestalt mit einer inneren Kurve und einer äußeren Kurve, daß der durch jedes Fenster sichtbare Bereich jedes Lichtaufnahmeteiles sich bei einer Drehung des das Licht abschirmenden Körpers in einem Winkel von (360°/M) in einer Sinus form eines Zyklus ändert, und
5. Hilfsmittel zum Erhalt der phasengetrennten, sinusförmigen Signale in der Weise, daß n Gruppen der m Lichtaufnahmeteile par allel oder in Reihe verbunden sind.

2. Drehwinkel-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers des Anspruches 1, bei dem p als positive, ganze Zahl (außer Null) gleich der Anzahl hinsichtlich der Phase getrennter, sinusförmiger Signale ist, die von den Lichtaufnahmeteilen erzeugt werden müssen, und die Anzahl n = 2p ist, und bei dem ein Differenzsignal zwischen dem von einem Lichtaufnahmeteil erzeugten, sinusförmigen Signal und dem sinusförmigen Signal erhalten wird, das von einem anderen Lichtaufnahmeteil erzeugt wird, der symmetrisch an dem das Licht empfangenden Körper angeordnet ist.

3. Drehwinkel-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers des Anspruches 1, bei dem eine äußere Kurve eines Fensters, das in dem das Licht abschirmenden Körper ausgebildet ist, ein Kreis mit einem Radius r ₃ ist und ein Bereich, der von zwei konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₃ bzw. r ₅ eingeschlossen ist, gänzlich innerhalb des Fensters liegt, und bei dem der Radius r ₃ größer als der Radius r ₅ und der Radius r ₅ kleiner als der Radius r ₁ oder diesem Radius r ₁ gleich ist.

4. Drehwinkel-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers des Anspruches 2, bei dem die äußere Kurve eines Fensters, das in dem das Licht abschirmenden Körper ausgebildet ist, ein Kreis mit dem Radius r ₃ ist und ein Bereich, der von zwei konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₃ bzw. r ₅ umschlossen ist, innerhalb des Fensters liegt, und bei dem der Radius r ₃ größer als der Radius r ₅ und der Radius r ₅ kleiner als der Radius r ₁ oder gleich dem Radius r ₁ ist.

5. Drehwinkel-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers des Anspruches 1, bei dem die innere Kurve eines Fensters, das in dem das Licht abschirmenden Körper ausgebildet ist, ein Kreis mit einem Radius r ₄ ist und ein Bereich, der von zwei konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₄ bzw. r ₆ umschlossen ist, gänzlich innerhalb des Fensters liegt, und bei dem der Ra dius r ₄ größer als der Radius r ₆ und der Radius r ₆ größer als der Radius r ₂ oder gleich dem Radius r ₂ ist.

6. Drehwinkel-Anzeiger nach Art eines photoelektrischen Wandlers des Anspruches 2, bei dem die innere Kurve eines Fensters, das in dem das Licht abschirmenden Körper ausgebildet ist, ein Kreis mit dem Radius r ₄ ist und ein Bereich, der von zwei konzentrischen Kreisen mit dem Radius r ₄ bzw. r ₆ umschlossen ist, gänzlich innerhalb des Fensters liegt, und bei dem der Ra dius r ₄ größer als der Radius r ₆ und der Radius r ₆ größer als der Radius r ₂ oder gleich dem Radius r ₂ ist.