DE4034028C2 - Optischer Winkelgeber - Google Patents

Optischer Winkelgeber

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Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Winkelgeber zur Erfassung des Drehwinkels einer Lochscheibe aufgrund eines dem Drehwinkel entsprechenden Winkelsignals und eines den 0°-Winkel angebenden Bezugssignals.
Ein optischer Winkelgeber der genannten Art ist dazu verwendet worden, um den Kurbelwellenwinkel eines Kraft­ fahrzeugmotors zu bestimmen, z. B. im Falle der Steuerung der Zündpunkteinstellung einer Zündkerze oder im Falle einer Änderung der Zündpunkteinstellung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors.
Ein bekannter optischer Winkelgeber der genannten Art ist in Fig. 4 der Zeichnung dargestellt. Er weist ein Code-Muster C₁ zur Bestimmung des Drehwinkels und ein Code-Muster C₂ zur Bestimmung einer Bezugslage auf, wobei die beiden Code-Muster in zwei konzentrischen Reihen auf einer Lochscheibe 1 angeordnet sind, so daß zwei Arten von optischen Impulssignalen entsprechend erzeugt werden.
Bei dem bekannten Mittelgeber wird Licht von zwei Lichtquellen 51 und 52 über zwei lichtemittierende Lichtleiter 53 und 54 zu dem Code-Muster C₁ bzw. C₂ geleitet. Die von den Code-Mustern herausgegebenen optischen Impulssignale werden dann über zwei lichtempfangende Lichtleiter 55 und 56 gesandt und dann opto­ elektronisch durch zugehörige Lichtempfänger 57 und 58 umge­ wandelt, wobei ein Winkelsignal S₁ und ein Bezugssignal S₂ erfaßt werden.
In der Druckschrift DE 36 23 449 A1 ist ein optischer Winkel­ geber offenbart, bei dem das Winkelsignal und das Bezugssignal durch eine unterschiedliche Impulsamplitude unterschieden wird.
So wird z. B. in einem Sechs-Zylinder-Motor ein Code-Muster C₂ zur Beurteilung zugehöriger Zylinder gebildet, so daß das Be­ zugssignal S₂ bei jeder 60°-Drehung der Lochscheibe 1 heraus­ gegeben wird. Die Zündpunkteinstellung wird in Abhängigkeit von der Anzahl der in dem Winkelsignal S₁ enthaltenen Impulse nach der Eingabe des Impulses des Bezugssignals S₂ gesteuert.
Die Welle der Lochscheibe 1 ist mit einer Kurbelwelle des Mo­ tors verbunden, während eine Steuervorrichtung 59, die mit elektronischen Einheiten, die wärme- oder vibrationsempfind­ lich sind, wie z. B. Lichtquellen 51, 52 und Lichtempfänger 57, 58, ausgerüstet ist, in einem Armaturenbrett des Fahrzeug­ führersitzes in genügendem Abstand vom Motor angeordnet ist, so daß sie vor direkter Beeinträchtigung durch Wärme oder Vi­ brationen vom Motor geschützt ist.
Wenn jedoch die Lichtquellen 51, 52 und die Lichtempfänger 57, 58 jeweils zu zweit angeordnet werden, müssen entsprechende optische Verbinder relativ großen Ausmaßes zur Verbindung der lichtemittierenden Lichtleiter 53, 54 und der lichtempfangen­ den Lichtleiter 55, 56 vorgesehen sein. Dies führt zu Schwie­ rigkeiten bei der Unterbringung der Steuervorrichtung 59 in einem engen Armaturenbrett.
Da die vom Winkelgeber herausgegebenen optischen Impuls­ signale nur aus "1"- und "0"-Signalen bestehen, ist die Ausbildung von zwei Reihen von Code-Mustern auf der Lochscheibe 1 erforderlich. Entsprechend müssen zwei Serien von optischen Systemen zum Erhalt der beiden Arten von Informationen, d. h. des Winkelsignals und des Bezugssignals, vorgesehen sein. Dies erfordert eine doppelte Anordnung von Lichtquellen 51, 52 und Licht­ empfängern 57, 58, die eine Verringerung der Größe des Verbindungsbereiches unmöglich macht.
Mit Zunahme der Anzahl der erforderlichen Vorrichtungen nimmt auch die Anzahl der benötigten Bauteile entspre­ chend zu, so daß die Zusammensetzung des Winkelgebers aufwendiger wird und die Herstellungskosten zunehmen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen Winkelgeber zu schaffen, mit dem zwei Arten von Informationen durch ein Winkelsignal und ein Bezugs­ signal durch Anordnung einer Reihe von Code-Mustern auf einer Lochscheibe erhalten werden können, wobei die Anzahl der benötigten Vorrichtungen reduziert und die Kosten vermindert werden und wobei die Größe des Ver­ bindungsbereichs zwischen den Lichtleitern und einer Steuervorrichtung reduziert wird.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung kann das vorgenannte Ziel durch einen optischen Winkelgeber erreicht werden, bei dem ein Winkelsignal und ein den 0°-Winkel festlegendes Bezugssignal als optische Impuls­ signale in Abhängigkeit vom Drehwinkel einer Lochscheibe herausgegeben werden und der Drehwinkel der Lochscheibe aufgrund des Winkelsignals und des Bezugssignals erfaßt wird, wobei der optische Winkelgeber folgende Teile aufweist:
eine Lochscheibe mit einer längs ihres Umfangs angeordneten Reihe von Code-Mustern und einem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich zur Herausgabe optischer Signale mit einem höheren Spitzenniveau, die das optische Winkel­ signal und das optische Bezugssignal zusammen ent­ halten und einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich mit vermindertem Transmissions- oder Reflektionsgrad zur Herausgabe optischer Signale mit einem niedrigeren Spitzen­ niveau, die nur das optische Winkelsignal enthal­ ten, und
einen Signalverarbeitungsbereich, der elektrischen Impulssignalen, die durch optoelektronische Umwand­ lung der optischen Signale und Wellenformgebung der erzeugten elektrischen Signale aufgrund einer ersten Schwellenspannung für das Winkelsignal , die niedriger als das niedrigere Spitzenniveau einge­ stellt ist, und einer zweiten Schwellenspannung für das Bezugssignal, die zwischen dem höheren und dem niedrigeren Spitzenniveau eingestellt ist, erhalten werden, eine binäre "1" oder "0" zuordnet, wobei
die Breite des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in Umfangsrichtung enger als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in den Code- Mustern der Lochscheibe ausgebildet ist, so daß die Breite des durch die Wellenformgebung enthaltenen elektrischen Impulssignals bei dem höheren Spitzen­ niveau mit der Breite des durch die Wellenform­ gebung erhaltenen elektrischen Impulssignals bei dem höheren Spitzenniveau in Übereinstimmung gebracht ist, wobei beide auf der ersten Schwellen­ spannung basieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein in Umfangs­ richtung der Lochscheibe angeordnetes Code-Muster einen ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich und einen zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich mit vermindertem Trans­ missions- oder Reflektionsgrad auf. Entsprechend wird ein optisches Signal, das ein Winkelsignal und ein mit diesem überlagertes Bezugssignal aufweist, als ein optisches Signal bei einem höheren Spitzenniveau von dem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich herausgegeben, während ein optisches Signal bei einem niedrigeren Spitzenniveau als Winkelsignal von dem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich herausgegeben wird.
Die optischen Signale, die zwei Arten von Informationen bezüglich des Winkelsignals und des mit diesem überla­ gerten Bezugssignals enthalten, werden dann optoelek­ tronisch umgewandelt, wobei das resultierende elektri­ sche Signal anschließend durch Vergleich mit der ersten und der zweiten Schwellenspannung in eine Impuls-Wellen­ form gebracht wird.
Da die erste Schwellenspannung für das Winkelsignal auf einen bestimmten Wert eingestellt ist, der niedriger ist als das niedrigere Spitzenniveau, werden alle elek­ trischen Impulse als Winkelsignal erfaßt.
Andererseits wird, da die zweite Schwellenspannung für das Bezugssignal zwischen dem höheren Spitzenniveau und dem niedrigeren Spitzenniveau eingestellt ist, nur der bei dem höheren Spitzenniveau von dem ersten licht­ durchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich im Code- Muster der Lochscheibe herausgebene Impuls als das Bezugssignal erfaßt.
Damit wird durch Zuführung des von einer Lichtquelle emittierten Lichtes zu einem Code-Muster der Lochscheibe eine Serie von optischen Impulssignalen erzeugt, die zwei Arten von Informationen mit einem Anteil bei einem höheren Spitzenniveau und einem anderen Anteil bei einem niedrigen Spitzenniveau enthalten. Das von einem Licht­ empfänger erfaßte Signal kann in das Winkelsignal und das Bezugssignal getrennt werden.
Entsprechend kann die erforderliche Anzahl der Licht­ quellen und der Lichtempfänger auf jeweils eine Licht­ quelle und einen Lichtempfänger reduziert werden, wodurch die Anzahl der Bauteile und damit der Aufwand der Zusammensetzung und die Herstellungskosten reduziert werden. Weiterhin kann die Größe des Verbindungsbereichs zur Verbindung der lichtemittierenden und der licht­ empfangenden Lichtleiter mit der Verbindungsvorrichtung verringert werden.
Insbesondere ist aufgrund der Maßnahme, daß die Umfangs­ breite des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in dem auf der Lochscheibe angeord­ neten Code-Muster enger ausgebildet ist als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs, so daß die Breite des bei einem höheren Spitzenniveau durch Wellenformgebung erhaltenen elektri­ schen Signals mit der Breite des bei einem niedrigeren Spitzenniveau durch die Wellenformgebung ebenfalls auf­ grund der ersten Schwellenspannung erhaltenen elektri­ schen Signals in Übereinstimmung gebracht wird, die Impulsbreite des Winkelsignals immer gleich in bezug auf jeden der beiden Bereiche in den Code-Mustern, so daß der Drehwinkel mit einer hohen Genauigkeit erfaßt werden kann.
In einer zweiten und spezifischeren Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung weist der optische Winkelgeber der obengenannten Art folgende Teile auf:
  • (A) Eine drehbare Lochscheibe mit einer Reihe von längs ihres Umfangs angeordneten Code-Mustern und einem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflek­ tierenden Bereich zur Erzeugung optischer Signale bei einem höheren Spitzenniveau, die ein opti­ sches Winkelsignal und ein mit diesem überlager­ tes optisches Bezugssignal enthalten, sowie einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektie­ renden Bereich mit vermindertem Transmissions- oder Reflektionsgrad zur Erzeugung optischer Sig­ nale bei einem niedrigeren Spitzenniveau, die nur das optische Winkelsignal enthalten, und
  • (B) eine Steuervorrichtung mit
    einer Lichtquelle zur Bestrahlung der Code-Muster mit Licht und einem Lichtempfänger zum Empfang von zwei Arten von optischen Signalen, die von den Code-Mustern in gegenseitiger Überlagerung herausgegeben werden, und zur Umwandlung der optischen Signale in elektrische Signale,
    zwei Schwellenspannungserzeugern, von denen einer eine erste Schwellenspannung erzeugt, die kleiner ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkelsignal eingegeben wird, und der andere eine zweite Schwellenspan­ nung erzeugt, die höher ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkel­ signal eingegeben wird, und niedriger ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn sowohl das Winkelsignal als auch das Bezugssignal gleichzeitig eingegeben werden, und
    zwei Signalverarbeitern, von denen einer das von dem Lichtempfänger herausgegebene elektrische Signal mit der ersten Schwellenspannung ver­ gleicht, um der Abwesenheit oder Anwesenheit des Winkelsignals eine binäre "0" bzw. "1" zuzuord­ nen, und der andere das von dem Lichtempfänger herausgegebene elektrische Signal mit der zweiten Schwellenspannung vergleicht, um der Abwesenheit oder Anwesenheit des Bezugssignals eine binäre "0" bzw. "1" zuzuordnen, so daß das von dem Lichtempfänger herausgegebene Impulssignal in das Winkelsignal und das Bezugssignal getrennt wird, wobei
    die Umfangsbreite des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs enger als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs der Code-Muster ausgebildet ist, so daß die Breite des bei einem höheren Spitzenniveau durch die Wellenformgebung erhaltenen elektrischen Signals mit der Breite des bei einem geringeren Spitzenniveau durch die Wellenformgebung erhaltenen elektrischen Signals, wobei die erste Schwellenspannung in beiden Fällen zugrundegelegt wird, in Übereinstimmung gebracht wird.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrie­ ben, wobei die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe sowie die Vorteile der vorliegenden Erfindung in Erscheinung treten. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausfüh­ rungsbeispiels eines optischen Winkelgebers,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils einer im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendeten Lochscheibe,
Fig. 3 eine Darstellung der Relation zwischen der Wellenform des Signals und der Impulsbreite und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines optischen Winkel­ gebers.
Fig. 1 erläutert zeichnerisch den Aufbau eines Ausfüh­ rungsbeispiels eines optischen Winkelgebers, wobei Fig. 2 einen Teil des in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendeten drehbaren Lochscheibe zeigt und Fig. 3 die Relation zwischen der Wellenform und der Impulsbreite des Signals graphisch darstellt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen optischen Winkelgeber vom Transmissionstyp, bei dem eine Reihe von Code-Mustern C₀ mit einer Vielzahl von Schlitzen 2, 2- - - als lichtdurchlässiger Bereich in Umfangsrichtung auf der Lochscheibe 1 ausgebildet ist. Jeder der Schlitze ist in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet.
Wenn der Winkelgeber zur Bestimmung des Kurbelwellen­ winkels z. B. bei einem 6-Zylinder-Motor verwendet wird, ist jeder der Schlitze 2, 2 - - - mit einem optischen Dämpfungsfilm versehen, um die Lichttransmission durch die Schlitze zu verringern, bis auf spezielle Schlitze 2a, 2a, - - - (die in den Schlitzen 2, 2, - - - eingeschlos­ sen sind), wobei diese Schlitze in Winkelintervallen von jeweils 60° zur Herausgabe eines Bezugssignals S₂ angeordnet sind.
Das Code-Muster C₀ kann insbesondere durch Aufdampfen einer Chromschicht auf die Oberfläche der Lochscheibe 1, die als ringförmige Glasplatte ausgebildet ist, gebildet sein, um eine nicht transparente Oberfläche zu errei­ chen, die nur an den Stellen der Schlitze durchlässig ist. Die Dicke der aufgedampften Chromschicht ist an den Stellen der Schlitze 2, 2, - - - reduziert, so daß ein semi-transparenter optischer Dämpfungsfilm gebildet wird, wobei die Stellen der speziellen Schlitze 2a, 2a, - - - gänzlich von der Chrombeschichtung ausgespart werden und die Scheibe an diesen Stellen transparent bleibt.
Auf diese Weise wird ein optisches Impulssignal mit einem niedrigeren Spitzenniveau P₁, das dem Winkelsignal S₁ entspricht, durch jeden der Schlitze 2, 2, - - - heraus­ gegeben. Währenddessen wird ein optisches Impulssignal mit einem höheren Spitzenniveau P₂, daß einer Kombina­ tion des Winkelsignals und des Bezugssignals S₂ ent­ spricht, durch jeden der speziellen Schlitze 2a, 2a, - - ­ mit einer vorbestimmten Periode herausgegeben. Auf diese Weise wird eine Serie von optischen Impulssignalen, die Signale verschiedener Niveaus enthalten, erzeugt.
Die Umfangsbreite Wa eines speziellen Schlitzes 2a ist enger als die Umfangsbreite W eines anderen Schlitzes 2 ausgebildet. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Breite einer durch den Schlitz 2a herausgegebenen Signalwelle im Bodenbereich der Wellenform enger als diejenige der durch den anderen Schlitz 2 herausgegebenen Signalwelle und in mittlerer Höhe gleich derjenigen der durch den anderen Schlitz 2 herausgegebenen Wellenform.
Die Schlitze sind so ausgebildet, daß der Winkel zwischen den Mittellinien benachbarter Schlitze gleich ist und daher die Lage der Spitze der Wellenform in Umfangsrichtung nicht verändert wird, wenn die Breite des speziellen Schlitzes 2a verringert wird.
Wenn das erzeugte optische Signal optoelektronisch umge­ wandelt ist, hat auch das erhaltene elektrische Signal eine ähnliche Wellenform. Wenn eine Bezugsspannung V₁ als Schwellenwert für das Winkelsignal S₁ auf ein Niveau eingestellt ist, bei dem die Breite ta der aus dem speziellen Schlitz 2a herausgegebenen Signal-Wellenform gleich der Breite t der aus dem anderen Schlitz 2 herausgegebenen Wellenform ist, so ist die Impulsbreite jedes den Drehwinkel der Lochscheibe 1 angebenden Impulssignals immer gleich und konstant.
Eine Steuervorrichtung 3 weist eine Lichtquelle 4 und einen Lichtempfänger 5 auf. Ein lichtemittierender Lichtleiter 6 und ein lichtempfangender Lichtleiter 7 sind an einem ihrer Enden mit der Lichtquelle 4 bzw. dem Lichtempfänger 5 verbunden und liegen sich an ihren anderen Enden an beiden Seiten des Code-Musters C₀ gegenüber.
Der Lichtempfänger 5 ist mit einem Signalverarbeitungs­ bereich 8, der dem elektrischen Winkelsignal S₁ eine binäre "0" oder "1" zuordnet, und einem Signalverarbei­ tungsbereich 9, der dem Bezugssignal S₂ eine binäre "0" oder "1" zuordnet, verbunden.
Die Signalverarbeitungsbereich 8 und 9 sind ihrerseits mit Bezugsspannungs-Erzeugerschaltkreisen 8a bzw. 9a verbunden.
Die Bezugs(Schwellen)-Spannung V₁ in dem Signalverar­ beitungsbereich 8 für das Winkelsignal S₁ wird durch den Bezugsspannungs-Erzeugerschaltkreis 8a auf einen Wert eingestellt, der niedriger ist als das niedrigere Spitzenniveau P₁, wenn ausschließlich das Winkelsignal S₁ eingegeben wird, wobei einem Signal mit einem höheren Niveau als dem der Bezugsspannung V₁ eine "1" zugeordnet wird.
Weiterhin ist die Bezugs (Schwellen)-Spannung V₂ in dem Signalverarbeitungsbereich 9 für das Winkelsignal S₂ durch den Bezugsspannungs-Erzeugerschaltkreis 9a auf ein Niveau eingestellt, das niedriger ist als das niedrigere Spitzenniveau P₁, wenn das Winkelsignal S₁ und das Bezugssignal S₂ gleichzeitig eingegeben werden, und höher ist als das Spitzenniveau P₁, wenn ausschließlich das Winkelsignal S₁ eingegeben wird, wobei einem Signal mit einem Niveau, das höher ist als das der Bezugs­ spannung V₂, eine "1" zugeordnet wird.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird eine optische Signal­ wellenform, die das Winkelsignal S₁ und das damit über­ lagerte Bezugssignal S₂ enthält, in den Lichtempfänger eingegeben und darin optoelektronisch umgewandelt. Danach kann das umgewandelte Signal durch die beiden Signalverarbeitungsbereiche 8 und 9 in das Winkelsignal S₁ und das Bezugssignal S₂ getrennt werden.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein mathema­ tischer Prozessor zur Berechnung des Drehwinkels durch Zählung der Impulse des Winkelsignals S₁ unter Bezugnah­ me auf das Bezugssignal S₂ bezeichnet.
Im folgenden wird die Funktion und Arbeitsweise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Der lichtemittierende Lichtleiter 6, der das von der Lichtquelle 4 emittierte Licht zu dem Code-Muster C₀ leitet, und der lichtempfangende Lichtleiter 7, der das von dem Code-Muster C₀ herausgegebene optische Impuls­ signal zum Lichtempfänger 5 leitet, sind kollektiv über einen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Verbinder mit der Steuervorrichtung 3 verbunden.
Da in dem Ausführungsbeispiel nur eine Lichtquelle und ein Lichtempfänger 5 erforderlich sind, kann die Größe des Verbinders, mit dem die Lichtleiter 6 und 7 und die Lichtquelle 4 sowie der Lichtempfänger 5 verbunden sind, reduziert werden. Die Steuervorrichtung 3 kann daher auf einfache Weise in einem engen Armaturenbrett installiert werden. Außerdem kann der Schritt der Verbindung der Steuervorrichtung 3 mit den Leichtleitern 6 und 7 vereinfacht werden.
Da das Code-Muster C0 zur Herausgabe der optischen Signalwellenform, die das Winkelsignal S₁ und das damit überlagerte Bezugssignal S₂ enthält, an der Lochscheibe 1 angeordnet ist, wird eine optische Signalwellenform bei einem niedrigeren Spitzenniveau als Winkelsignal S₁ herausgegeben, während ein Bereich, in dem das Bezugs­ signal S₂ überlagert ist, durch den speziellen Schlitz 2a als optische Signalwellenform bei einem höheren Spitzenniveau herausgegeben wird.
Die durch optoelektronische Umwandlung der die beiden Arten von Informationen enthaltenden optischen Signal­ wellenform in dem Lichtempfänger 5 erhaltenen Impuls­ signale werden in den Signalverarbeitungsbereich 8 zur Entscheidung über das Winkelsignal S₁ durch eine binäre "1" oder "0" und in den Signalverarbeitungsbereich 9 zur Entscheidung über das Bezugssignal S₂ durch eine "1" oder "0" eingegeben.
Da die Bezugsspannung V₁ niedriger eingestellt ist als das niedrigere Spitzenniveau P₁, kann in dem Signalver­ arbeitungsbereich 8 die von allen Schlitzen in dem Code-Muster herausgegebenen Signalwellenform in eine Impulswellenform gebracht und als Winkelsignal erfaßt werden.
Würde die Breite aller Schlitze gleich sein, so würde die Impulsbreite ta für das durch den speziellen Schlitz 2a herausgegebene Winkelsignal S₁ sich vergrößern (wie dies durch die mit zwei Punkten strichpunktierte Linie in Fig. 3 gezeigt ist), so daß die Impulsbreite in diesem Bereich sich von derjenigen in anderen Bereichen in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Lochscheibe unterscheiden würde. Dies würde möglicherweise die Genauigkeit, mit der der Drehwinkel erfaßt wird, ver­ ringern. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dieser Nachteil wie im folgenden beschrieben überwunden.
In dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist die Breite des speziellen Schlitzes 2a enger als diejenige der anderen Schlitze ausgebildet, so daß die Breite des durch die Wellenformgebung des Signals, das durch den speziellen Schlitz 2a aufgrund der Bezugsspannung V₁ für das Winkelsignal S₁ ausgegeben wird, erhaltenen Impulses in Übereinstimmung mit der Breite des durch Wellen­ formgebung des Signals, das durch die anderen Schlitze 2, 2 herausgegeben wird, erhaltenen Impulses gebracht wird. Dabei ist die Bezugsspannung V₁ auf ein solches Niveau eingestellt, bei dem die Breite der Wellenform des bei dem höheren Spitzenniveau durch den speziellen Schlitz 2a herausgegebenen Signals mit der Breite der Wellenform des bei dem niedrigeren Spitzenniveau durch die anderen Schlitze 2 herausgegebenen Signals über­ einstimmt.
Folglich werden die Winkelsignale, deren Wellenform durch das Bezugssignal V₁ bestimmt ist, alle mit einer gleichen Impulsbreite, die unabhängig von der Höhe des Spitzenniveaus ist, herausgegeben. Da weiterhin der Winkelabstand zwischen den Mittellinien zweier benach­ barter Schlitze 2 und 2 gleich ist, ist die Impulsbreite des Winkelsignals S₁ in bezug auf den Drehwinkel der Lochscheibe 1 immer gleich. Die Anzahl der Impulse des Winkelsignals entspricht dem Drehwinkel, wobei der 360°-Winkel einer vollen Umdrehung der Lochscheibe 1 genau aufgrund der Impulsperiode des Winkelsignals S₁ erfaßt werden kann.
Da der Wert der Bezugsspannung V₂ als Schwellenwert für das Bezugssignal S₂ zwischen dem höheren Spitzenniveau P₂ und dem niedrigeren Spitzenniveau P₁ so eingestellt ist, daß nur die Wellenform des durch den speziellen Schlitz 2a herausgegebenen Signals erfaßt werden kann, kann in dem Signalverarbeitungsbereich 9 ausschließlich das Signal bei einem höheren Spitzenniveau als Bezugs­ signal S₂ erfaßt werden.
Die Wellenform des Winkelsignals S₁ und des Bezugssig­ nals S₂ wird in den Signalverarbeitungsbereichen 8 und 9 aufgrund der Bezugsspannungen V₁ und V₂ gebildet, die entsprechend dem Unterschied zu den Spitzenniveaus P₁ bzw. P₂ eingestellt sind, und dann als Impulssignal in den mathematischen Prozessor 10 eingegeben.
Der mathematische Prozessor 10 ordnet eine "1" zwei Bezugssignalen zu, die hintereinander als das den 0°-Winkel festlegende Signal eingegeben worden sind, und ordnet weiterhin eine "1" dem Bezugssignal zu, das als einzelnes, eine 60°-Drehung angebendes Signal herausgegeben wird. Der mathematische Prozessor 10 ermittelt den Drehwinkel der Lochscheibe 1 durch Zählung der in dem Winkelsignal S₁ enthaltenen Impulse unter Bezugnahme auf das Bezugssignal S₂ und Akkumulierung des Drehwinkels für eine Impulsperiode.
Da das Winkelsignal S₁ und das Bezugssignal S₂ aus einer Serie von Signalen herausgenommen werden können, sind lediglich eine einzige Lichtquelle 4, ein einziger Lichtempfänger 5 sowie ein einziger lichtemittierender und lichtempfangender Lichtleiter 6 und 7 erforderlich, so daß die Anzahl der Teile reduziert werden kann, um die Kosten herabzusetzen und die Abmessungen des Verbin­ ders zu verkleinern.
Obwohl das oben beschriebene Ausführungsbeispiel sich auf einen optischen Winkelgeber vom Transmissionstyp bezieht, beschränkt sich die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf, sondern erstreckt sich ebenfalls auf optische Winkelgeber vom Reflektionstyp. Im letzte­ ren Fall ist in dem ersten lichtreflektierenden Bereich zur Herausgabe des Bezugssignals ein höherer Reflek­ tionsgrad vorgesehen, während in dem zweiten lichtre­ flektierenden Bereich mit Ausnahme des ersten lichtre­ flektierenden Bereichs ein geringerer Reflektionsgrad vorgesehen ist. Die Umfangsbreite des ersten lichtre­ flektierenden Bereichs ist kleiner als die des zweiten lichtreflektierenden Bereichs ausgebildet.
Zur Verringerung des Reflektionsgrades können alle dazu geeigneten optischen Mittel angewandt werden. Z.B. kann die Intensität des reflektierten Lichtes durch Auf­ rauhung der Oberfläche des lichtreflektierenden Bereichs oder durch Verkleinerung der Fläche des mit der Lichtbestrahlungsfläche ausgerichteten lichtreflektie­ renden Bereichs abgeschwächt werden.
Da, wie oben näher beschrieben, zwei Arten von Informa­ tionen, die das Winkelsignal und das Bezugssignal betreffen, durch das auf der drehbaren Lochscheibe angeordnete Code-Muster als eine Serie von Signalen mit unterschiedlicher Lichtintensität herausgegeben werden, ist die Verwendung nur einer Lichtquelle zur Bestrahlung des Code-Musters und nur eines Lichtempfängers zur Erfassung der durch diese herausgegebenen optischen Impulssignale erforderlich, wodurch die Anzahl der Teile verringert werden kann, um die Kosten zu reduzieren und den Zusammenbau und die Verbindung der Lichtleiter zu vereinfachen. Da die Anzahl der zum Zusammenbau des Winkelgebers erforderlichen Vorrichtungen verringert ist, kann die Größe des Verbindungsbereichs zwischen den Lichtleitern und der Steuervorrichtung so reduziert werden, daß die Steuervorrichtung sogar in einem engen Raum leicht installiert werden kann.
Da insbesondere das Winkelsignal immer mit gleicher Impulsbreite relativ zum Drehwinkel erzeugt werden kann, wird der Drehwinkel mit hoher Genauigkeit erfaßt.
Bezugszeichenliste
1 Lochscheibe
2 Schlitz
2a Schlitz
3 Steuervorrichtung
4 Lichtquelle
5 Lichtempfänger
6 lichtemittierender Lichtleiter
7 lichtempfangender Lichtleiter
8 Signalverarbeitungsbereich
8a Schwellenspannungs- Erzeugerschaltkreis
9 Signalverarbeitungsbereich
9a Schwellenspannungs- Erzeugerschaltkreis
10 mathematischer Prozessor
51 Lichtquelle
52 Lichtquelle
53 lichtemittierender Lichtleiter
54 lichtemittierender Lichtleiter
55 lichtempfangender Lichtleiter
56 lichtempfangender Lichtleiter
57 Lichtempfänger
58 Lichtempfänger
59 Steuervorrichtung
C₀ Code-Muster
C₁ Code-Muster
C₂ Code-Muster
P₁ niedrigeres Spitzen­ niveau
P₂ höheres Spitzen­ niveau
S₁ Winkelsignal
S₂ Bezugssignal
t Breite des elektri­ schen Impulssignals beim niedrigeren Spitzenniveau
ta Breite des elektr. Impulssignals beim höheren Spitzen­ niveau
V₁ erste Schwellenspannung
V₂ zweite Schwellenspannung
W Umfangsbreite der Schlitze 2
Wa Umfangsbreite der Schlitze 2a

Claims (2)

1. Optischer Winkelgeber, bei dem ein Winkelsignal (S₁) und ein den 0°-Winkel festlegendes Bezugssignal (S₂) als optische Signale in Abhängigkeit vom Drehwinkel einer Lochscheibe (1) erzeugt werden und der Drehwin­ kel der Lochscheibe (1) aufgrund des Winkelsignals (S₁) und des Bezugssignals (S₂) erfaßt wird, wobei folgende Teile vorgesehen sind:
eine drehbare Lochscheibe (1) mit einer in Umfangs­ richtung darauf angeordneten Reihe von Code-Mustern (C₀) und einem ersten lichtdurchlässigen oder licht­ reflektierenden Bereich zur Herausgabe optischer Signale bei einem höheren Spitzenniveau (P₂), die sowohl das optische Winkelsignal (S₁) als auch das optische Bezugssignal (S₂) enthalten, sowie einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich, in dem der Transmissions- oder Reflektions­ grad verringert ist, zur Herausgabe optischer Signale bei einem niedrigeren Spitzenniveau (P₁), die nur das optische Winkelsignal S₁) enthalten, und
ein Signalverarbeitungsbereich (8, 9), in dem durch eine binäre "1" oder "0" über die Anwesenheit bzw. Abwesenheit elektrischer Impulssignale entschieden wird, die durch optoelektronische Umwandlung der optischen Signale und Wellenformgebung der resultie­ renden elektrischen Signale erhalten werden aufgrund einer ersten Schwellenspannung (V₁) für das Winkel­ signal (S₁), die niedriger als das niedrigere Spitzenniveau (P₁) eingestellt ist, und einer zweiten Schwellenspannung (V₂) für das Bezugssignal (S₂), die zwischen dem höheren Spitzenniveau (P₂) und dem niedrigeren Spitzenniveau (P₁) eingestellt ist, wobei
die Umfangsbreite (Wa) des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs kleiner als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder licht­ reflektierenden Bereichs in dem Code-Muster (C₀) der Lochscheibe (1) ausgebildet ist, so daß die Breite (ta) des durch die Wellenformgebung erhaltenen elek­ trischen Impulssignals bei dem höheren Spitzenniveau (P₂) gleich der Breite (t) des durch die Wellenform­ gebung aufgrund der ersten Schwellenspannung (V₁) erhaltenen elektrischen Impulssignals bei dem niedri­ geren Spitzenniveau (P₁) ist.
2. Optischer Winkelgeber, bei dem ein Winkelsignal (S₁) und ein den 0°-Winkel festlegendes Bezugssignal (S₂) als optische Impulssignale in Abhängigkeit vom Dreh­ winkel einer Lochscheibe (1) erzeugt werden und der Drehwinkel der Lochscheibe (1) aufgrund des Winkel­ signals (S₁) und des Bezugssignals (S₂) bestimmt wird, wobei folgende Teile vorgesehen sind:
  • (A) eine drehbare Lochscheibe (1) mit einer längs ihres Umfangs angeordneten Reihe von Code-Mustern (C₀) und einem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich zur Herausgabe opti­ scher Signale bei einem höheren Spitzenniveau (P₂), die sowohl ein optisches Winkelsignal (S₁) als auch ein optisches Bezugssignal (S₂) enthal­ ten, sowie einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich, in dem der Trans­ missions- oder Reflexionsgrad verringert ist, zur Herausgabe optischer Signale bei einem niedrigeren Spitzenniveau (P₁), die nur das opti­ sche Winkelsignal (S₁) enthalten, und
  • (B) eine Steuervorrichtung (3) mit
    einer Lichtquelle (4) zur Bestrahlung des Code- Musters (C₀) und einem Lichtempfänger (5) zum Empfang von zwei Arten von optischen Signalen, die in Überlagerung durch das Code-Muster (C₀) herausgegeben werden, und zur Umwandlung dieser Signale in elektrische Signale,
    zwei Schwellenspannungs-Erzeugern (8a und 9a), von denen einer eine erste Schwellenspannung (V₁), die kleiner ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkelsignal (S₁) eingegeben wird, und der andere eine zweite Schwellenspannung (V₂) erzeugt, die höher ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkelsignal (S₁) eingegeben wird, und kleiner ist als das Spitzenniveau des elek­ trischen Signals, wenn sowohl das Winkelsignal als auch das Bezugssignal (S₂) gleichzeitig eingegeben werden,
    und zwei Signalverarbeitern (8, 9), von denen einer das von dem Lichtempfänger (5) herausgege­ bene elektrische Signal mit der ersten Schwel­ lenspannung (V₁) vergleicht und der Abwesenheit oder Anwesenheit des Winkelsignals (S₁) eine binäre "0" bzw. "1" zuordnet, und der andere das von dem Lichtempfänger (5) herausgegebene elek­ trische Signal mit der zweiten Schwellenspannung (V₂) vergleicht und der Abwesenheit oder Anwe­ senheit des Bezugssignals (S₂) eine binäre "0" bzw. "1" zuordnet, so daß das von dem Licht­ empfänger (5) erzeugte Impulssignal in das Winkelsignal (S₁) und das Bezugssignal (S₂) getrennt wird, wobei
    die Umfangsbreite (Wa) des ersten lichtdurchläs­ sigen oder lichtreflektierenden Bereichs kleiner als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in dem Code- Muster (C₀) der Lochscheibe (1) ausgebildet ist, so daß die Breite (ta) des durch die Wellen­ formgebung erhaltenen elektrischen Signals bei dem höheren Spitzenniveau (P₂) gleich der Breite des durch die Wellenformgebung aufgrund der ersten Schwellenspannung (V₁) erhaltenen elek­ trischen Signals bei dem niedrigeren Spitzen­ niveau (P₁) ist.
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