DE4240803A1 - Detecting position of moving print- or read-head esp. in office machine - providing head with light source, which directs focussed light into waveguide for total internal reflection towards photodetectors located at both ends of waveguide, and sensing changes in detectors signals - Google Patents

Detecting position of moving print- or read-head esp. in office machine - providing head with light source, which directs focussed light into waveguide for total internal reflection towards photodetectors located at both ends of waveguide, and sensing changes in detectors signals

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Abstract

Measurement signals generated from an optically-scanned scale are used to trigger a printing or reading process. A light source (1) is moved with the print head (2), and the focused light from the source is optically deflected by total reflection along the motion axis (10) to at least one photodetector (7,9). The position of the print or read head is evaluated from the changes in signal of light pulses. The speed and acceleration of the head can also be determined using a time measurement simultaneously with the position measurement. USE/ADVANTAGE - Esp. for use in office machines. Accurate measurement result is achieved in digitally processable form using small number of inexpensive components in simple, low-cost design.

Description

Es ist bekannt, zum Bestimmen der Position eines bewegten Druckkopfes oder Lesekopfes, insbesondere in einem Bürogerät, innerhalb einer Druckzeile Meßsignale zu erzeugen, die zur Auslösung eines Druck- oder Lesevorganges verwendet werden. Hierbei bewegt sich ein mit dem Druckkopfschlitten fest verbundener optischer Positionsgeber entlang eines Lineals, das zwischen den Seitenwänden des Druckers parallel zur Schreibwalze gespannt ist. Das Lineal hat eine engtolerierte Teilung von 0,2 mm. Die digitalisierten Signale des optischen Positionsgebers sind gegeneinander um 90 Grad phasenverschoben, um Positionsinkremente und Richtungsumkehrungen ableiten zu können.It is known to determine the position of a moving printhead or reading head, especially in an office device, within a Print line to generate measurement signals that trigger a print or Read process can be used. Here one moves with the Printhead carriage along permanently connected optical position encoder a ruler that runs parallel to the side walls of the printer Platen is cocked. The ruler has a narrow tolerance division of 0.2 mm. The digitized signals from the optical position transmitter are 90 degrees out of phase with each other by position increments and To be able to derive reversals of direction.

Diese Signale der linearen Abtastung werden in einem applikationsspezifischen Schaltkreis der Steuerelektronik zur Druckbefehlssteuerung, Positionierung und Geschwindigkeitsregelung aufbereitet (PKI Technische Mitteilung 3/1989, Seiten 28 bis 30). These linear scanning signals are combined in one application-specific control electronics circuit Print command control, positioning and speed control processed (PKI Technical Notice 3/1989, pages 28 to 30).  

Zur Steuerung der Position eines Druckkopfes wird außerdem bisher über eine Taktscheibe die Position des antreibenden Elektromotors erfaßt, womit Nachteile der mechanischen Spiele in den Antriebssystemen von Zahnriemen, Spindel oder Getriebe verbunden sind. Bei Zahnriemen, die ein schwingungsempfindliches Masse-Feder-System bilden, entstehen nachteilige Schwingungen. Über die Taktscheiben-Geber wird außerdem in einem Drucker die Position des Druckkopfes nur indirekt erfaßt und gesteuert, wobei eine einfache Verbesserung der Genauigkeit und der Auflösung nur begrenzt möglich ist und bei Verwirklichung sehr aufwendig wäre.To control the position of a printhead has also been used up to now a clock disc detects the position of the driving electric motor, with disadvantages of the mechanical games in the drive systems of Toothed belt, spindle or gear are connected. For timing belts that form a vibration-sensitive mass-spring system adverse vibrations. The timing disk encoder is also used in a printer only indirectly detects the position of the print head and controlled, with a simple improvement in accuracy and Resolution is only possible to a limited extent and is very time-consuming to achieve would.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die sich aus schwingungsempfindlichen Bauteilen und Leerspielen ergebenden Nachteile zu vermeiden und ein System zu schaffen, das mit einer möglichst geringen, kostensparenden Anzahl von Bauelementen und einer unkomplizierten Konstruktion auskommt.The invention specified in claim 1 addresses the problem that resulting from vibration-sensitive components and empty games Avoid disadvantages and create a system that works with one the smallest possible, cost-saving number of components and one uncomplicated construction.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein genaues Ergebnis in digital verarbeitbarer Form erzielt wird, wobei eine geringe Anzahl von kostensparenden Bauteilen und eine unkomplizierte Konstruktion mit erheblicher Platzersparnis und geringen Herstellkosten erzielt werden kann.The advantages achieved with the invention are in particular that an exact result is achieved in digitally processable form, being a small number of cost-saving components and a uncomplicated construction with considerable space saving and low Manufacturing costs can be achieved.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. Hiernach wird ermöglicht, daß bei Auswertung der Impulse für die jeweilige Position des Druck- oder Lesekopfes in Verbindung mit einer gleichzeitigen Zeitaufnahme auch die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des jeweiligen Druck- oder Lesevorganges aufgenommen wird.An advantageous embodiment of the invention is in claim 2 specified. After this it is possible that when evaluating the pulses for the respective position of the print or read head in connection with a simultaneous time recording also the speed and the Acceleration of the respective printing or reading process added becomes.

Die Verarbeitungseigenschaft auf der Basis der Lichtquelle wird außerdem dadurch gesteigert, daß das von der Lichtquelle ausgesandte Licht durch Eintritt in einen Lichtwellenleiter in Licht einer anderen Wellenlänge geändert wird.The processing property based on the light source is also  thereby increased that the light emitted by the light source through Entry into an optical fiber in light of a different wavelength will be changed.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zur Steuerung eines hin- und herbewegbaren Schlittens, der einen Druckkopf und/oder einen Lesekopf trägt mit einem optisch abgetasteten Maßstab und einem Empfänger für das Meßsignal, das in eine Auswerte-Elektronik für die Steuerung der Antriebsbewegung eines Schlittenmotors und/oder der Betätigung der Druckelemente eingebbar ist.The invention further relates to a device for controlling a back and forth movable carriage, a print head and / or a read head carries with an optically scanned scale and a receiver for that Measurement signal, which is in an evaluation electronics for controlling the Drive movement of a sled motor and / or the actuation of Printing elements can be entered.

Das eingangs erläuterte Verfahren zur Bestimmung der Position wird insbsondere auch durch eine geringe Masse der benötigten Einzelteile beeinflußt, so daß es vorteilhaft ist, wenn eine Lichtquelle zusammen mit dem Schlitten für den Druckkopf bzw. den Lesekopf bewegbar ist, wenn die Lichtquelle senkrecht zu der Bewegungsachse des Schlittens gerichtet ist und wenn fokussierte Lichtstrahlen durch Umlenkmittel entlang der Bewegungsachse auf zumindest einen Fotodetektor reflektierbar sind, dessen Ausgangssignale auf eine Auswerte-Elektronik schaltbar sind.The above-described method for determining the position is especially due to the low mass of the individual parts required influenced, so that it is advantageous if a light source together is movable with the carriage for the print head or the read head if the light source is directed perpendicular to the axis of movement of the carriage is and when focused light rays by deflecting means along the Axis of movement can be reflected on at least one photodetector, whose output signals can be switched to evaluation electronics.

Das Ziel der Erfindung wird außerdem dadurch erreicht, daß auf dem Bewegungsweg eine Teilereinrichtung, bestehend aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Teilbereichen, angeordnet ist. Eine solche Teilereinrichtung kann in verschiedenen Modifikationen verwirklicht werden.The aim of the invention is also achieved in that on the Movement path a divider device consisting of translucent and opaque sections. Such Divider device can be implemented in various modifications become.

Ferner ist vorteilhaft, daß die Lichtquelle aus einer Leuchtdiode, einer Laserdiode oder aus einer kleinen Glühlampe gebildet ist.It is also advantageous that the light source consists of a light emitting diode, a Laser diode or a small incandescent lamp is formed.

Die Verwirklichung der Teilereinrichtung erfolgt dahingehend, daß die Teilereinrichtung eine Maske aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen in Richtung der Bewegungsachse angeordnete Abschnitte aufweist und parallel zu einem sich in Richtung der Bewegungsachse erstreckenden Lichtwellenleiter angeordnet ist.The division device is implemented in such a way that the Divider means a mask made of translucent and  opaque arranged in the direction of the axis of movement Has sections and parallel to one another in the direction of Optical fiber extending axis of movement is arranged.

Die Lenkung der Lichtwellen von einem augenblicklichen Standort der Lichtquelle in einen Fotodetektor wird vorteilhafterweise dahingehend gestaltet, daß die Umlenkmittel aus einem fluroreszierenden Lichtwellenleiter entlang der Bewegungsachse des Druckkopfes besteht, wobei in dem Lichtwellenleiter typisch fluoreszierende Farbstoffmoleküle geringer, gleichmäßiger Konzentration in einem optisch klaren Kunststoff oder Glas verteilt enthalten sind.The steering of the light waves from a current location of the Light source in a photodetector is advantageously used for this purpose designed that the deflecting means from a fluorescent There is an optical waveguide along the axis of movement of the print head, wherein typically fluorescent dye molecules in the optical waveguide low, even concentration in an optically clear plastic or distributed in glass.

Es wird ferner vorgeschlagen, daß einem Fotodetektor ein schmalbandiges optisches Filter zugeordnet ist, das im Bereich der Fluoreszenzwellenlänge durchlässig und direkt auf die Endflächen des Lichtwellenleiters aufgebracht ist.It is also proposed that a narrow-band photodetector optical filter is assigned, which is in the range of Fluorescence wavelength transmissive and directly on the end faces of the Optical fiber is applied.

Die Umlenkung der Lichtwellen kann auch derart gestaltet sein, daß ein Ende des Lichtwellenleiters mittels eines Spiegels abgeschlossen ist.The deflection of the light waves can also be designed such that a End of the optical fiber is completed by means of a mirror.

Weitere Erfindungsmerkmale bestehen darin, daß die Teilereinrichtung unmittelbar auf mechanischem, chemischem oder fotografischem Wege auf den Lichtwellenleiter in Richtung der Bewegungsachse aufgebracht ist.Other features of the invention are that the divider directly by mechanical, chemical or photographic means the optical fiber is applied in the direction of the axis of movement.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß der fluoreszierende Lichtwellenleiter aus zwei konzentrischen Querschnittsbereichen unterschiedlicher Brechungs-Indizes gebildet ist, derart, daß der radial innere Brechungs-Index größer als der radial äußere Brechungs-Index ist.Further advantages result from the fact that the fluorescent Optical fiber from two concentric cross-sectional areas different refractive indices is formed, such that the radial inner refractive index larger than the radially outer refractive index is.

Die Herstellung des Lichtwellenleiters und der Teilereinrichtung wird darüber hinaus dadurch verbunden, indem der Lichtwellenleiter einen polygonalen Querschnitt aufweist, wobei die Teilereinrichtung auf einer der Polygonflächen aufgebracht ist.The manufacture of the optical waveguide and the divider device will  moreover connected by the optical waveguide Has polygonal cross section, the divider on a the polygon surface is applied.

Die Weiterleitung der Meßsignale kann außerdem dadurch vorteilhaft gestaltet werden, indem an dem Lichtwellenleiter zumindest an einem Ende ein weiterer biegsamer Lichtwellenleiter oder ein Faserbündel von weiteren Lichtwellenleitern angeschlossen ist.The forwarding of the measurement signals can also be advantageous be designed by at least one on the optical waveguide Another flexible optical fiber or a fiber bundle from further optical fibers is connected.

Unterschiedliche Signalformen für zusätzlich zu ermittelnde Meßgrößen können weiterhin dadurch erzielt werden, daß die aus einer Maske bestehende Teilereinrichtung eine mit einer oder mehreren Stufen versehene Schlitzform aufweist, der ein die Schlitzbreite überragendes Lichtquellenprofil gegenüberliegt, so daß das Ausgangssignal ebenfalls stufenförmig vorliegt.Different signal forms for additional measurands to be determined can also be achieved by the fact that from a mask existing divider device one with one or more stages Provided slot shape, which has a slot width projecting Light source profile is opposite, so that the output signal also is present in stages.

Die Herstellung der wenigen Einzelteile wird hinsichtlich des Lichtwellenleiters dadurch vorteilhaft gestaltet, indem der Lichtwellenleiter abwechselnd aufeinanderfolgend aus dotierten Scheiben aus fluoreszierendem Werkstoff und nichtdotierten Scheiben, d. h. aus glasklarem Werkstoff, zusammengesetzt ist.The production of the few individual parts is with regard to the Optical fiber advantageously designed by the Optical fibers alternating successively from doped wafers made of fluorescent material and undoped discs, d. H. out crystal-clear material, is composed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it

Fig. 1 das Erfindungs-Prinzip in Verbindung mit einem Druckkopf, Fig. 1, the Inventive principle in conjunction with a print head,

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit einem optischen Sensor, Fig. 2 is a block diagram of an optical sensor,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Lichtquellen-Lichtwellenleiter- Druckkopf-Anordnung, Fig. 3 is a side view of the light source optical fiber print head unit,

Fig. 4 eine vereinfachte Draufsicht auf den Lichtwellenleiter, Fig. 4 is a simplified plan view of the optical waveguide,

Fig. 5a eine als Maske ausgebildete Teilereinrichtung im Detail, FIG. 5a is a formed as a mask, dividing means in detail,

Fig. 5b das zu Fig. 5a gehörende Zeit-Strom-Diagramm, Fig. 5b to the Fig. 5a associated time-current diagram,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen kreisförmigen Lichtwellenleiter mit einer integrierten Teilereinrichtung, Fig. 5 shows a cross section through a circular light waveguide with an integrated splitter means,

Fig. 7a einen Längsschnitt durch dieselbe Anordnung mit zwei Fotodetektoren, Fig. 7a shows a longitudinal section through the same arrangement with two photodetectors,

Fig. 7b ein Diagramm der resultierenden gemittelten Ausgangsströme, FIG. 7b is a graph of the resultant average output currents,

Fig. 8a eine alternative Ausführungsform der Lichtwellenleiter- Teilereinrichtung und Fig. 8a is an alternative embodiment of the fiber optic splitter means and

Fig. 8b den gemäß Fig. 8a resultierenden Ausgangsstrom-Verlauf. FIG. 8b to FIG. 8a resulting output current history.

Die perspektivische Ansicht gemäß Fig. 1 zeigt das optische Positionierungssystem gemäß der Erfindung. Eine Lichtquelle 1 besteht beispielsweise aus einer Leuchtdiode, einer Laserdiode oder aus einer kleinen Glühlampe, deren Licht - geeignet fokussiert, neben einem Druckkopf 2 (Lesekopf), der einen Beleg 3 bedruckt, über einen Lichtstrahl 4 auf einen Lichtwellenleiter 5 geworfen wird. Es versteht sich von selbst, daß der Lichtstrahl 4 auch über Spiegel oder Prismen umgelenkt oder durch einen (mehr oder weniger langen) Lichtwellenleiter an den Lichtwellenleiter 5 herangebracht werden kann. Ferner ist eine Teilereinrichtung 6 dem Lichtwellenleiter 5 zugeordnet, die aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Teilbereichen besteht, die in der Regel äquidistant, entweder direkt auf den Lichtwellenleiter 5 aufgebracht, was z. B. durch Siebdruck erfolgen kann oder als eigenes Bauelement unmittelbar vor dem Lichtwellenleiter 5 parallel zu dem Lichtwellenleiter 5 angeordnet ist. Der Lichtwellenleiter 5 ist mit fluoreszierenden Farbstoffmolekülen geeignet dotiert, die die auszuwertenden optischen Meßsignale erzeugen und diese durch Totalreflexion vorzugsweise entlang einer Bewegungsachse 10 in Richtung auf zwei Fotodetektoren 7 und 9 weiterleitet. Gegen Störquellen sind die Fotodetektoren 7 und 9 mit geeigneten optischen Filtern 8, die schmalbandig im Bereich der Fluoreszenzwellenlänge durchlässig, aber insbesondere im Bereich der anregenden Lichtquelle undurchlässig sind, versehen und ggf. direkt auf die Enden 5a der Lichtwellenleiter 5 aufgebracht.The perspective view according to FIG. 1 shows the optical positioning system according to the invention. A light source 1 consists, for example, of a light-emitting diode, a laser diode or a small incandescent lamp, the light of which - suitably focussed - is thrown via a light beam 4 onto an optical waveguide 5 in addition to a print head 2 (reading head) which prints a receipt 3 . It goes without saying that the light beam 4 can also be deflected via mirrors or prisms or can be brought to the optical waveguide 5 by means of a (more or less long) optical waveguide. Furthermore, a divider device 6 is assigned to the optical waveguide 5 , which consists of translucent and opaque subregions, which are usually equidistant, either applied directly to the optical waveguide 5 , which, for. B. can be done by screen printing or is arranged as a separate component directly in front of the optical fiber 5 parallel to the optical fiber 5 . The optical waveguide 5 is suitably doped with fluorescent dye molecules, which generate the optical measurement signals to be evaluated and transmit them by total reflection, preferably along a movement axis 10 in the direction of two photodetectors 7 and 9 . Against sources of interference are the photodetectors 7 and 9 with suitable optical filters 8, the narrow-permeable in the regions of the fluorescence wavelength, but particularly in the region of the exciting light source impermeable, is provided and a is the optical waveguide 5 is applied, if necessary directly on the ends. 5

Die in Fig. 1 angedeutete Teilereinrichtung 6 ist gemäß Fig. 5a in einer Ausführungsform als Maske 6a vor dem Lichtwellenleiter 5 dargestellt, in der eine Anzahl lichtdurchlässiger Bereiche durch Schlitze 22, die den Durchgang des anregenden Lichtes gestatten, sowie eine Anzahl lichtundurchlässiger Bereiche mittels Stege 23 zwischen den Schlitzen 22 zum Blockieren des Lichtstrahls 4 angebracht sind. Geeignete Breiten von Schlitz-Steg-Anordnungen ergeben sich auch aus Fig. 8a. Sie gestatten die detaillierte Bestimmung nicht nur der Position des Druckkopfes 2 sondern auch die Festlegung der Bewegungsrichtung der Druckkopf- Lichtquellen-Anordnung bis hin zur Erkennung von Rand- bzw. Anfangsbedingungen.The indicated in Fig. 1 divider means 6 is shown in FIG. 5a, in one embodiment as a mask 6 a in front of the optical fiber 5, in which a number of light-transmitting areas by slots 22 which allow the passage of the excitation light, and a plurality of opaque areas by means of Web 23 are attached between the slots 22 for blocking the light beam 4 . Suitable widths of slot-bar arrangements also result from FIG. 8a. They allow the detailed determination not only of the position of the printhead 2 but also of the direction of movement of the printhead-light source arrangement up to the detection of boundary or initial conditions.

Die Anordnung des Lichtstrahls 4 kann, wie in Fig. 1 gezeigt, entgegengesetzt zur Wirkungsrichtung der Druckelemente des Druckkopfes 2 auf der Belegebene 11 des Beleges 3 erfolgen.As shown in FIG. 1, the arrangement of the light beam 4 can take place opposite to the direction of action of the printing elements of the print head 2 on the surface 11 of the document 3 .

Gemäß Fig. 2 ist in Form eines Blockschaltbildes der Lichtwellenleiter 5 der Lichtquelle 1 gegenüberliegend und letztere zusammen mit dem Druckkopf 2 bewegbar dargestellt, wobei dem Lichtwellenleiter 5 das optische Filter 8 sowie der Fotodetektor 7 zugeordnet sind. An den Druckkopf 2 ist eine Antriebselektronik 17 und an die Lichtquelle 1 eine Versorgung 19 für die Lichtquelle und eine Auswertungselektronik 20 angeschlossen. Der Fotodetektor 7 arbeitet hier zur Intensitätserhöhung mit einen Spiegel 21. Zwischen den Lichtstrahl 4 und den Lichtwellenleiter 5 ist die Teilereinrichtung 6 geschaltet.According to FIG. 2, a block diagram of the optical fibers 5 of the light source 1 is in the form of opposite and the latter, together with the printing head 2 shown movable, wherein the optical fiber 5, the optical filter 8 and the photodetector are assigned. 7 Drive electronics 17 are connected to the print head 2 and a supply 19 for the light source and evaluation electronics 20 are connected to the light source 1 . The photodetector 7 works here with a mirror 21 to increase the intensity. The dividing device 6 is connected between the light beam 4 and the optical waveguide 5 .

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann das eine Ende 5a durch den Spiegel 21 abgeschlossen sein, der entweder ein eigenes Bauteil bildet oder direkt auf das Ende 5a des Lichtwellenleiters 5 aufgebracht wird. Dieser ebene Spiegel wirft das Fluoreszenzlicht unter dem gleichen Reflexionswinkel in den Lichtwellenleiter 5 zurück, wie der Einfallswinkel der auf ihn fallenden Fluoreszenz; somit wird dieses Licht effektiv innerhalb zulässiger Winkel für die Totalreflexion innerhalb des Lichtwellenleiters 5 geführt, zum Fotodetektor 7 gebracht und trägt so zur Intensitätserhöhung des auszuwertenden Meßsignals bei - bei vernachlässigbarer Dämpfung innerhalb des Lichtwellenleiters 5 bis zu einem Faktor 2.As shown in FIG. 2, one end 5 a can be closed off by mirror 21 , which either forms its own component or is applied directly to end 5 a of optical waveguide 5 . This plane mirror reflects the fluorescent light back into the optical waveguide 5 at the same angle of reflection as the angle of incidence of the fluorescence falling on it; Thus, this light is effectively guided within the permissible angle for total reflection within the optical waveguide 5 , brought to the photodetector 7 and thus contributes to increasing the intensity of the measurement signal to be evaluated - with negligible attenuation within the optical waveguide 5 up to a factor of 2.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht mit einem Schnitt durch die Lichtquelle 1, die Teilereinrichtung 6, hier als Maske 6a vor dem Lichtwellenleiter 5 und stellt somit ein selbständiges Bauteil dar. Ferner sind ein Antrieb 12 des Druckkopfes 2 über der Belegebene 11 gezeigt. FIG. 3 shows a side view with a section through the light source 1 , the divider device 6 , here as a mask 6 a in front of the optical waveguide 5 and thus represents an independent component. Furthermore, a drive 12 of the print head 2 is shown above the line 11 .

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist die Teilereinrichtung 6 eine Anzahl von lichtdurchlässigen Bereichen auf, nämlich die Schlitze 22, die den Durchgang des Lichtstrahls 4 zur Anregung der Fluoreszenz gestatten sowie dazwischen eine Anzahl lichtundurchlässiger Bereiche, nämlich die Stege 23 zwischen den Schlitzen 22, die den Lichtstrahl 4 blockieren.As can be seen from FIG. 4, the divider device 6 has a number of translucent areas, namely the slits 22 , which allow the passage of the light beam 4 to excite the fluorescence, and between them a number of opaque areas, namely the webs 23 between the slits 22 that block the light beam 4 .

Gemäß Fig. 5a ist eine lineare Teilereinrichtung 6 mit einer regelmäßigen, hier äquidistanten Struktur von rechteckigen Schlitzen 22 und Stegen 23 mit gleicher Breite gebildet. In Fig. 5b ist das zugehörige Ausgangssignal 24 an dem Fotodetektor 7 bzw. 9 gezeigt.Referring to FIG. 5a is a linear dividing means 6 with a regular, equidistant here structure of rectangular slots 22 and ridges 23 is formed with the same width. In Fig. 5b, the associated output signal 24 is shown at the photodetector 7 and 9 respectively.

Gemäß Fig. 6 ist eine weitere Alternative einer Teilereinrichtung 6 als Teil des Lichtwellenleiters 5 selbst dargestellt, d. h. in denselben integriert. Diese Anordnung besteht aus zwei Teilbereichen, einem inneren Kern 5b, dem Fluoreszenz-Lichtwellenleiter 5 aus Glas oder Kunststoff mit geeignetem Brechungs-Index n1, der so gewählt ist, daß dieser Brechungs-Index größer als ein Brechungs-Index n2 der umgebenden rohrförmigen Trägersubstanz (äußerer Lichtwellenleiter 5c) für die Teilereinrichtung 6 ist. Die Teilereinrichtung 6 kann ebenfalls aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein, wobei die eigentliche Teilereinrichtung 6 mechanisch, z. B. durch Ritzen, Schneiden, Fräsen etc. eingebracht werden kann. Weitere Methoden zur Herstellung der Teilereinrichtung 6 sind Drucken, insbesondere Siebdrucken, wobei sich eher ein rechteckförmiger Querschnitt der Lichtwellenleiter-Teilereinrichtung 6 anbietet. Thermische Verfahren sowie Laserbearbeitung lassen besonders feine Strukturen zu, vergleichbar denen durch Ätzen oder fotografische Methoden, vorausgesetzt es wird das geeignete Material benutzt, wobei durch Belichten, Entwickeln und Fixieren auf der äußeren Teilereinrichtung 6 direkt ausgeführt oder als Filmstreifen oder auf einer Folie aufgedruckte Skalen nachträglich aufgebracht werden können. Dazu wird das Material jeweils entsprechend gewählt, wobei lediglich durch den Brechungs-Index Einschränkungen auferlegt sind.Referring to FIG. 6 shows a further alternative of a dividing means 6 is shown as part of the optical fiber 5 itself, that is integrated in the same. This arrangement consists of two sections, an inner core 5 b, the fluorescent optical waveguide 5 made of glass or plastic with a suitable refractive index n1, which is chosen so that this refractive index is greater than a refractive index n2 of the surrounding tubular carrier substance (outer optical fiber 5 c) for the divider device 6 . The divider 6 can also be made of glass or plastic, the actual divider 6 mechanically, for. B. can be introduced by scoring, cutting, milling, etc. Other methods for producing the divider device 6 are printing, in particular screen printing, with a rectangular cross section of the optical waveguide divider device 6 being more suitable. Thermal processes and laser processing allow particularly fine structures, comparable to those by etching or photographic methods, provided that the appropriate material is used, being carried out directly by exposure, development and fixing on the outer divider device 6 or subsequently as a film strip or scales printed on a film can be applied. For this purpose, the material is selected accordingly, restrictions being imposed only by the refractive index.

Für die Serienfertigung insbesonders geeignet erscheinen Teilereinrichtungen 6, die als Negativ in einer Matrix vorliegen, d. h. mit erhabener Struktur dort, wo in der Teilereinrichtung 6 selbst eine Vertiefung sein soll. Die Fig. 7a zeigt eine solche Ausführungsform. Hier wird in die Negativform z. B. durch Spritzgießverfahren zunächst Material mit dem Brechungsindex n2, etwa PMMA (Polymethylmethacrylat), für die Teilereinrichtung 6 eingebracht, sodann die in geeignetem Kunststoff mit n1 größer n2 gleichmäßig vorliegenden Farbstoffmoleküle 28. Dabei kann die Anordnung nicht nur runde, wie in Fig. 6 gezeigt, sondern auch andere Querschnitte, insbesondere rechteckige (polygonale) aufweisen.Divider devices 6 , which are present as a negative in a matrix, ie with a raised structure, appear particularly suitable for series production where there is supposed to be a recess in the divider device 6 itself. Fig. 7a shows such an embodiment. Here is in the negative form z. B. by injection molding process, material with the refractive index n2, for example PMMA (polymethyl methacrylate), is first introduced for the dividing device 6 , then the dye molecules 28, which are uniformly present in suitable plastic with n1 greater than n2. The arrangement can not only have round, as shown in Fig. 6, but also other cross sections, in particular rectangular (polygonal).

Fig. 7a zeigt eine lineare Teilereinrichtung 6 gemäß der Erfindung mit einer Struktur, bei der die Oberfläche mit einer solchen Teilereinrichtung 6 und der fluoreszierende Lichtwellenleiter 5 gemäß der oben beschriebenen Form als ein einziges Bauteil vorliegt. Fig. 7a shows a linear dividing means 6 according to the invention having a structure in which the surface with such a dividing means 6 and the fluorescent optical fiber 5 is present according to the shape described above as a single component.

Die Wirkungsweise der so aufgebauten linearen Teilereinrichtung 6 ist im Detail in Fig. 7a eingezeichnet und wird nachstehend genauer beschrieben: Sobald das Licht aus der Lichtquelle 1, das entsprechend fokussiert ist, auf die Teilereinrichtung 6 trifft, tritt es immer dann in den Kern 5b des Lichtwellenleiters 5 ein, wenn es nahezu ungestört durch die Schlitze 22 fällt. Hier fällt das Licht durch die erhabene Oberfläche des äußeren Mantels. Dieses eintretende Licht wird von den Farbstoffmolekülen 28 im Lichtwellenleiter 5 absorbiert, wodurch die Farbstoffmoleküle ihrerseits unverzüglich fluoreszieren.The operation of the thus constructed linear portions device 6 is shown in detail in Figure 7a, and will be described in more detail below. Once the light from the light source 1, which is focused in accordance with incident on the dividing means 6, it always occurs in the core 5 b of the optical fiber 5 when it falls through the slots 22 almost undisturbed. Here the light falls through the raised surface of the outer jacket. This incoming light is absorbed by the dye molecules 28 in the optical waveguide 5 , as a result of which the dye molecules in turn fluoresce immediately.

Verzögerungen aufgrund der Lebensdauer der angeregten Farbstoffmoleküle (typisch im Bereich von Nanosekunden), Streuung im Lichtwellenleiter 5 (weniger als Nanosekunden) und durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichtes (ebenfalls im Nanosekundenbereich) können in den hier vorliegenden Anwendungen (typische Zeitauflösung im Mikrosekundenbereich) vernachlässigt werden.Delays due to the lifespan of the excited dye molecules (typically in the nanosecond range), scattering in the optical waveguide 5 (less than nanoseconds) and due to the propagation speed of the light (also in the nanosecond range) can be neglected in the applications here (typical time resolution in the microsecond range).

Allerdings kann bei starker Dämpfung eines Kunststoff-Lichtwellenleiters 5 die Abhängigkeit der am Fotodetektor 7 registrierten Lichtmenge vom Abstand des eingestrahlten Lichtes bzw. der Lichtquellen-Druckkopf-Anordnung, auf der Koordinate X in der Fig. 7b, erheblich sein. Daher ist es in solchen Fällen besser, die Fotodetektoren 7 und 9 an beiden Enden des Lichtwellenleiters 5 anzubringen, obgleich in den meisten Anwendungsfällen ein Fotodetektor 7 ausreicht.However, with strong attenuation of a plastic optical waveguide 5, the dependence of the amount of light registered on the photodetector 7 on the distance of the incident light or the light source / printhead arrangement, on the coordinate X in FIG. 7b, can be considerable. It is therefore better in such cases to mount the photodetectors 7 and 9 on both ends of the optical waveguide 5 , although in most applications a photodetector 7 is sufficient.

Dabei können selbstverständlich die Lichtsignale an beiden Enden durch weitere biegsame Lichtwellenleiter oder Faserbündel zu einem gemeinsamen Fotodetektor 7 geführt werden.The light signals can of course be guided at both ends through further flexible optical fibers or fiber bundles to a common photodetector 7 .

Wird jedoch die in Fig. 7a abgebildete Anordnung gewählt, so ergibt sich gemäß Fig. 7b nach Addition 25 der gemittelten Ausgangssignale 26 und 27 beider Fotodetektoren 7 und 9 ein angenähert konstantes Signal 25 unabhängig von der jeweiligen Abtastposition X.However, if the arrangement shown in FIG. 7a is selected, then according to FIG. 7b, after addition 25 of the averaged output signals 26 and 27 of both photodetectors 7 and 9, an approximately constant signal 25 results regardless of the respective scanning position X.

Es versteht sich für den Fachmann von selbst, daß sich natürlich bei hinreichend großer Dämpfung des Lichtwellenleiters 5 aus der Differenz der beiden Fotodetektor-Signale und/oder den Ausgangssignalen 26 und 27 selbst die Abtastposition bestimmen läßt, was im Prinzip unabhängig von einer Teilereinrichtung 6 ist. Auf letztere kann in einem solchen Fall verzichtet werden.It goes without saying for the person skilled in the art that, of course, with sufficiently large attenuation of the optical waveguide 5, the scanning position itself can be determined from the difference between the two photodetector signals and / or the output signals 26 and 27 , which is in principle independent of a dividing device 6 . In such a case, the latter can be dispensed with.

Aus der Zu- bzw. Abnahme der Ausgangssignale 26 und 27 schließlich kann auf eine Bewegung in eine der beiden möglichen Bewegungsrichtungen des Druckkopfes 2 geschlossen werden.Finally, from the increase or decrease in the output signals 26 and 27, a conclusion can be drawn about a movement in one of the two possible directions of movement of the print head 2 .

Demselben Zweck dient eine Teilereinrichtung 6 gemäß den Fig. 8a und 8b. Hier sind die Schlitze 22 der aufgezeigten Form in die Teilereinrichtung 6 eingebracht. In einem solchen Fall hat das Abtastlichtprofil 29 der Lichtquelle 1 die gestrichelt eingezeichnete Profilform in der Ebene der Teilereinrichtung 6. Eine einfache Blende sowie eine Zylinderlinse 31 vor der Lichtquelle 1 dienen diesem Zweck. In einem solchen Fall verläuft ein Ausgangssignal 30 der Fotodetektoren 7 bzw. 9 mit dem im unteren Teil der Fig. 8b aufgezeigten Ausgangssignalpegel 30a, wobei der Ausgangspegel 6c zunächst maximal ist und dann etwa auf den halben Wert (Stufe 6b) abfällt, wenn der Druckkopf 2 mit der Lichtquelle 1 von links nach rechts über die Teilereinrichtung 6 läuft - und erst die halbe Amplitude gefolgt von der vollen Amplitude, tritt auf, wenn der Druckkopf 2 mit der Lichtquelle 1 sich von rechts nach links entlang der Teilereinrichtung 6 bewegen.A divider device 6 according to FIGS. 8a and 8b serves the same purpose. Here, the slots 22 of the shape shown are introduced into the dividing device 6 . In such a case, the scanning light profile 29 of the light source 1 has the profile shape shown in broken lines in the plane of the dividing device 6 . A simple diaphragm and a cylindrical lens 31 in front of the light source 1 serve this purpose. In such a case, an output signal 30 of the photodetectors 7 and 9 runs at the output signal level 30 a shown in the lower part of FIG. 8 b, the output level 6 c initially being maximum and then falling approximately to half the value (stage 6 b), if the printhead 2 with the light source 1 runs from left to right over the divider device 6 - and only half the amplitude followed by the full amplitude, occurs when the printhead 2 with the light source 1 moves from right to left along the divider device 6 .

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß durch Verwendung einfachster linearer Teilereinrichtungen 6 gemäß der Erfindung die Positionsbestimmung und Steuerung von Druckköpfen bzw. Lese-Schreib- Köpfen in Druckern oder ähnlichen Bürogeräten mit einfacher Konstruktion, wenig Bauteilen und niedrigen Herstellungskosten gefertigt werden können mit den geschilderten Vorteilen gegenüber den bekannten Einrichtungen.In summary, it can be stated that by using the simplest linear divider devices 6 according to the invention, the position determination and control of print heads or read / write heads in printers or similar office equipment can be manufactured with a simple construction, few components and low manufacturing costs compared to the advantages described the known facilities.

BezugszeichenlisteReference list

 1 Lichtquelle
 2 Druckkopf
 3 Beleg
 4 Lichtstrahl
 4a Lichtquellenprofil
 5 Lichtwellenteiter (LWL)
 5a Ende des LWL
 5b Kern des LWL
 5c äußerer LWL
 6 Teilereinrichtung
 6a Maske
 6b Stufe
 6c Ausgangspegel
 6d halber Wert
 7 Fotodetektor
 8 optisches Filter
 9 Fotodetektor
10 Bewegungsachse
11 Belegebene
12 Antrieb des Druckkopfes
13
14
15
16
17 Antriebselektronik
18
19 Versorgung Lichtquelle
20 Auswertungselektronik
21 Spiegel
22 Schlitz
23 Steg
24 Ausgangssignal Fotodetektor
25 Summe der gemittelten Detektorsignale
26 Gemitteltes Ausgangssignal des Fotodetektors 7, 27 26a Gemitteltes Ausgangssignal des Fototdetektors 9
28 Farbstoffmolekül
29 Abtastlichtprofil
30 Ausgangssignal
30a Ausgangssignalpegel
31 Linse
1 light source
2 printhead
3 voucher
4 light beam
4 a light source profile
5 fiber optic cables
5 a end of fiber optic
5 b core of the FO
5 c outer fiber
6 divider device
6 a mask
6 b level
6 c output level
6 d half value
7 photo detector
8 optical filters
9 photo detector
10 axis of movement
11 assigned
12 Print head drive
13
14
15
16
17 Drive electronics
18th
19 Light source supply
20 evaluation electronics
21 mirrors
22 slot
23 footbridge
24 output signal photodetector
25 Sum of the average detector signals
26 Averaged output signal of the photodetector 7, 27 26 a Averaged output signal of the phototector 9
28 dye molecule
29 scanning light profile
30 output signal
30 a output signal level
31 lens

Claims (16)

1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines bewegten Druckkopfes oder Lesekopfes, insbesondere in einem Bürogerät, innerhalb einer Druck- oder Lesezeile, bei dem über einen optisch abgetasteten Maßstab Meßsignale erzeugt werden, die zur Auslösung eines Druck- oder Lesevorganges verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (1) zusammen mit dem Druckkopf (2) bewegt wird, daß das fokussierte Licht der Lichtquelle (1) über eine optische Umlenkung durch Totalreflexion entlang der Bewegungsachse (10) auf zumindest einen Fotodetektor (7; 9) gelenkt wird und daß durch Signaländerung der Licht-Impulse die jeweilige Position des Druck- oder Lesekopfes in einer Auswerteelektronik ermittelt wird.1. A method for determining the position of a moving print head or read head, in particular in an office device, within a print or read line, in which measurement signals are generated on an optically scanned scale and used to trigger a print or read process, characterized in that that a light source ( 1 ) is moved together with the print head ( 2 ), that the focused light of the light source ( 1 ) is directed via an optical deflection by total reflection along the movement axis ( 10 ) onto at least one photodetector ( 7 ; 9 ) and that the respective position of the print or read head is determined in evaluation electronics by changing the signal of the light pulses. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auswertung der Impulse für die jeweilige Position des Druck- oder Lesekopfes in Verbindung mit einer gleichzeitigen Zeitaufnahme auch die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des jeweiligen Druck- oder Lesevorganges aufgenommen wird.2. The method according to claim 1, characterized, that when evaluating the pulses for the respective position of the Print or read head in connection with a simultaneous Time recording also the speed and acceleration of the respective printing or reading process is recorded. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Lichtquelle (1) ausgesandte Licht durch Eintritt in einen Lichtwellenleiter (5) in Licht einer anderen Wellenlänge geändert wird. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the light emitted by the light source ( 1 ) is changed into light of a different wavelength by entering an optical waveguide ( 5 ). 4. Gerät zur Steuerung eines hin- und herbewegbaren Schlittens, der einen Druckkopf und/oder einen Lesekopf trägt, mit einem optisch abgetasteten Maßstab und einem Empfänger für das Meßsignal, das in eine Auswerte-Elektronik für die Steuerung der Antriebsbewegung eines Schlittenmotors und/oder der Betätigung der Druckelemente eingebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (1) zusammen mit dem Schlitten für den Druckkopf (2) bzw. den Lesekopf bewegbar ist, daß die Lichtquelle (1) senkrecht zu der Bewegungsachse (10) des Schlittens gerichtet ist und daß fokussierte Lichtstrahlen (3) durch Umlenkmittel entlang der Bewegungsachse (10) auf zumindest einen Fotodetektor (7; 9) reflektierbar sind, dessen Ausgangssignale (30) auf eine Auswerte-Elektronik schaltbar sind.4. Device for controlling a reciprocable carriage, which carries a printhead and / or a reading head, with an optically scanned scale and a receiver for the measurement signal, which in an evaluation electronics for controlling the drive movement of a carriage motor and / or the actuation of the printing elements can be input, characterized in that a light source ( 1 ) can be moved together with the slide for the print head ( 2 ) or the read head, that the light source ( 1 ) is directed perpendicular to the axis of movement ( 10 ) of the slide and that focused light beams ( 3 ) can be reflected by deflecting means along the movement axis ( 10 ) onto at least one photodetector ( 7 ; 9 ), the output signals ( 30 ) of which can be switched to evaluation electronics. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Bewegungsweg eine Teilereinrichtung (6), bestehend aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Teilbereichen, angeordnet ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that a dividing device ( 6 ) consisting of translucent and opaque sub-areas is arranged on the path of movement. 6. Gerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) aus einer Leuchtdiode (LED), einer Laserdiode (LD) oder aus einer kleinen Glühlampe gebildet ist. 6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the light source ( 1 ) from a light-emitting diode (LED), a laser diode (LD) or a small incandescent lamp is formed. 7. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilereinrichtung (5) eine Maske aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen, in Richtung der Bewegungsachse (10) angeordnete Abschnitte aufweist und parallel zu einem sich in Richtung der Bewegungsachse (10) erstreckenden Lichtwellenleiter (5) angeordnet ist.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the divider device ( 5 ) has a mask made of translucent and opaque, arranged in the direction of the axis of movement ( 10 ) and parallel to one extending in the direction of the axis of movement ( 10 ) Optical fiber ( 5 ) is arranged. 8. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkmittel aus einem fluoreszierenden Lichtwellenleiter (5) entlang der Bewegungsachse (10) des Druckkopfes (2) besteht, wobei in dem Lichtwellenleiter (5) typisch fluoreszierende Farbstoffmoleküle geringer, gleichmäßiger Konzentration in einem optisch klaren Kunststoff oder Glas verteilt enthalten sind.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the deflecting means consists of a fluorescent optical waveguide ( 5 ) along the movement axis ( 10 ) of the print head ( 2 ), wherein typically fluorescent dye molecules in the optical waveguide ( 5 ) less, more uniform Concentration contained in an optically clear plastic or glass. 9. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einem Fotodetektor (7) ein schmalbandiges optisches Filter (8) zugeordnet ist, das im Bereich der Fluoreszenzwellenlänge durchlässig und direkt auf die Enden (5a) des Lichtwellenleiters (5) aufgebracht ist.9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that a photodetector ( 7 ) is assigned a narrow-band optical filter ( 8 ) which is transparent in the region of the fluorescence wavelength and directly on the ends ( 5 a) of the optical waveguide ( 5 ) is applied. 10. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (5a) des Lichtwellenleiters (5) mittels eines Spiegels (8) abgeschlossen ist. 10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that one end ( 5 a) of the optical waveguide ( 5 ) by means of a mirror ( 8 ) is completed. 11. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilereinrichtung (6) unmittelbar auf mechanischem, chemischem oder fotografischem Wege auf den Lichtwellenleiter (5) in Richtung der Bewegungsachse (10) aufgebracht ist.11. Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that the dividing device ( 6 ) is applied directly by mechanical, chemical or photographic means to the optical waveguide ( 5 ) in the direction of the axis of movement ( 10 ). 12. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der fluoreszierende Lichtwellenleiter (5) aus zwei konzentrischen Querschnittsbereichen unterschiedlicher Brechungs- Indizes (n1, n2) gebildet ist, derart, daß der radial innere Brechungsindex (n1) größer als der radial äußere Brechungsindex (n2) ist.12. Device according to one of claims 4 to 11, characterized in that the fluorescent optical waveguide ( 5 ) is formed from two concentric cross-sectional areas of different refractive indices (n1, n2), such that the radially inner refractive index (n1) is greater than that radially outer refractive index (n2). 13. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (5) einen polygonalen Querschnitt aufweist, wobei die Teilereinrichtung (6) auf einer der Polygonflächen aufgebracht ist.13. Device according to one of claims 4 to 12, characterized in that the optical waveguide ( 5 ) has a polygonal cross section, the divider device ( 6 ) being applied to one of the polygon surfaces. 14. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Lichtwellenleiter (5) zumindest an einem Ende (5a) ein weiterer biegsamer Lichtwellenleiter oder ein Faserbündel von weiteren Lichtwellenleitern angeschlossen ist. 14. Device according to one of claims 4 to 13, characterized in that on the optical waveguide ( 5 ) at least at one end ( 5 a) a further flexible optical waveguide or a fiber bundle of further optical waveguides is connected. 15. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Maske (6a) bestehende Teilereinrichtung (6) eine mit einer oder mehreren Stufen (6b) versehene Schlitzform aufweist, der ein die Schlitzbreite (6d) überragendes Lichtquellenprofil (4a) gegenüberliegt, so daß das Ausgangssignal (30) ebenfalls stufenförmig vorliegt.15. An apparatus according to any one of claims 4 to 14, characterized in that one has made a mask (6 a) existing dividing means (6) having one or more stages (6 b) provided with a slit shape having a slit width (6 d) outstanding light source profile ( 4 a) is opposite, so that the output signal ( 30 ) is also present in steps. 16. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (5) abwechselnd aufeinanderfolgend aus dotierten Scheiben aus fluoreszierendem Werkstoff und nichtdotierten Scheiben, d. h. aus glasklarem Werkstoff axial zusammengesetzt ist.16. Device according to one of claims 4 to 15, characterized in that the optical waveguide ( 5 ) is alternately axially composed of doped disks made of fluorescent material and undoped sheets, that is to say of crystal-clear material.
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