DE9317838U1

DE9317838U1 - Optischer Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung

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Publication number: DE9317838U1
Application number: DE9317838U
Authority: DE
Original assignee: Primax Electronics Ltd
Current assignee: Primax Electronics Ltd
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2003-11-23

Description

Optischer Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft generell einen optischen Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung und betrifft insbesondere einen optischen Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung mit einer relativ hohen Auflösung.

Einer der herkömmlichen optischen Drehkodierer für eine Koordinaten- bzw. X-Y-Richtungs-Eingabeeinrichtung umfaßt eine fotoelektrische Vorrichtung für die X-Richtung und eine fotoelektrische Vorrichtung für die Y-Richtung. Jede fotoelektrische Vorrichtung umfaßt ein kreisförmiges Coderad mit einer Vielzahl von winkelmäßig gleich verteilten Öffnungen, zwei lichtemittierenden Dioden, welche getrennt neben einer Seite des kreisförmigen Coderades montiert sind, und zwei lichtempfindliche bzw. auf Licht ansprechende EIe-

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mente, welche getrennt neben der anderen Seite des kreisförmigen Coderades montiert sind. Daher kann das von den lichtemittierenden Dioden emittierte Licht durch die Öffnungen zu den lichtempfindlichen Elementen gehen, wenn sich das kreisförmige Rad dreht, so daß die lichtempfindlichen Elemente absatzweise bzw. intermetierend das Licht empfangen können, und dann wird eine Reihe von Impulssignalen erzeugt. Wenn die Eingabeeinrichtung entlang einer Oberfläche versetzt wird, berührt eine Kugel der Eingabeeinrichtung die Fläche und wird dann gerollt bzw. in Rotation versetzt, so daß das Coderad, dessen Welle die Kugel berührt, synchron hierzu gedreht wird und Impulssignale entsprechend der winkelmäßigen Bewegung der Kugel in X- und Y-Richtung und weiter entsprechend der gewünschten Cursorbewegung auf einem Computermonitor erhalten werden.

Der Hauptnachteil der zuvor genannten optischen Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung besteht darin, daß sein Zusammenbau relativ kompliziert ist, und zwar aufgrund der relativ großen Zahl von involvierten Komponenten. Darüberhinaus sollten die Entfernungen zwischen den lichtemittierenden Dioden und den lichtempfindlichen Elementen sorgfältig berücksichtigt werden durch eine präzise Berechnung, um einen genauen Betrieb des optischen Drehkodierers bzw. Rotationskodierers zu gewährleisten.

Es gibt einen weiteren herkömmlichen optischen Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung, dessen fotoelektrische Vorrichtung ein kreisförmiges Coderad mit einer Vielzahl von winkelmäßig gleich verteilten Öffnungen umfaßt, eine ebene Lichtquelle wie eine lichtemittierende Diode, welche neben einer Seite des kreisförmigen Coderades montiert ist, und ein Paar von vertikal ausgerichteten lichtempfindlichen Elementen (z.B. ein Paar von vertikal ausgerichteten Fototransistoren). Deren Grundprinzip und Operation sind ähnlich zu jenen des zuvor beschriebenen optischen Drehkodierers, diese herkömmliche Technik wendet jedoch ein Paar von vertikal ausgerichteten lichtempfindlichen Elementen anstelle von zwei separat angeordneten üchtemittierenden Dioden an. Zusätzlich ist die Zahl der involvierten Komponenten vermindert und deren Zusammenbau und Installation sind relativ leicht auf-

• ·

grund der Verwendung des Paars von vertikal ausgerichteten lichtempfindlichen Elementen. Die lichtempfindlichen Elemente können "00", "01", "10" und "11 "-Impulssignale erzeugen, z.B. wenn beide der lichtempfindlichen Elemente durch das Coderad abgeschirmt werden und das von der Lichtquelle emittierte Licht nicht empfangen können, wird das Impulssignal "00" erzeugt; und wenn beide der lichtempfindlichen Elemente richtigerweise den Öffnungen entsprechen und das von der Lichtquelle emittierte Licht empfangen können, wird das Impulssignal "11" erzeugt. Wenn die kombinierte Weite bzw. Breite des Paars von lichtempfindlichen Elementen 2W ist, muß die Größe der Öffnungen des Coderades etwas größer sein als 2W. Aufgrund der Tatsache, daß dessen Auflösung direkt durch die Größe der Öffnungen beeinflußt ist und daß die Größe der lichtempfindlichen Elemente nicht reduziert werden kann (d.h. eine reduzierte Größe der lichtempfindlichen Elemente wird zu einem fehlerhaften Betrieb der Eingabeeinrichtung führen), sollte, wenn die Auflösung der Eingabeeinrichtung zu erhöhen ist, die Größe des Coderades erhöht werden, um ein Anwachsen der Zahl der Öffnungen zu gestatten. Die Zunahme in der Größe des Coderades wird jedoch entsprechend die Größe der Koordinateneingabeeinrichtung erhöhen. Somit kann diese herkömmliche Eingabeeinrichtung nicht die Anforderungen einer erhöhten Auflösung und einer verminderten Größe erfüllen.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht demgemäß darin, einen optischen Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung mit einer relativ hohen Auflösung zu schaffen.
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Ein weiteres der vorliegenden Erfindung zugrundeliegendes Problem besteht darin, einen optischen Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung unter Anwendung einer Punktlichtquelle zu schaffen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein optischer Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung eine Lichtquelle, um Licht hiervon zu emittieren, ein Paar von im wesentlichen vertikal ausgerichteten

lichtempfindlichen Elementen zum Empfangen des Lichtes, und ein kreisförmiges Coderad, welches zwischen der Lichtquelle und den lichtempfindlichen Elementen montiert ist, wobei daran eine Vielzahl von winkelmäßig gleich verteilten Öffnungen vorgesehen ist, wobei jeweils zwei benachbarte Öffnungen eine Schirmsektorfläche bzw. einen Abschirmsektorbereich haben, und mit einer ersten gewünschten Entfernung bezüglich der Lichtquelle und einer zweiten gewünschten Entfernung bezüglich der lichtempfindlichen Elemente zum Erhalten eines X-Y-Versatzes der Eingabeeinrichtung, und zwar durch eine Vielzahl von Impulsen, welche sich aus dem Licht ergeben, welches von den lichtempfindlichen Elementen empfangen ist und durch die Öffnungen verläuft, um absatzweise bzw. intermittierend auf die lichtempfindlichen Elemente projeziert zu werden, wenn sich das kreisförmige Coderad in einer Drehbewegung befindet, wobei die Verbesserung darin besteht, daß die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist und daß entweder die Öffnung oder die Schirmsektorfläche eine Breite hat, welche kleiner ist als jene des Paares von lichtempfindlichen Elementen, und zwar um leicht eine relativ hohe Auflösung für die Eingabeeinrichtung zu erhalten.

Vorzugsweise sind die gewünschten Entfernungen einstellbar, um leicht eine gewünschte Auflösung zu erhalten durch Einstellen der gewünschten Entfernung. Die Punktlichtquelle ist vorzugsweise auf einem Lichtquellensitz montiert. Vorzugsweise sind die lichtempfindlichen Elemente auf einem Sitz hierfür montiert. Die Punktlichtquelle, die lichtempfindlichen Elemente, der Lichtquellensitz und der Sitz für die lichtempfindlichen Elemente können kooperativ bzw. gemeinsam einen fotoelektrischen Wandler bilden. Die Punktlichtquelle kann eine konkave lichtemittierende Fläche haben. Die Punktlichtquelle hat vorzugsweise eine Breite von nicht mehr als 0,3 mm. Vorzugsweise umfaßt die Eingabeeinrichtung weiterhin eine integrierte Steuerschaltung, welche elektrisch mit den lichtempfindlichen Elementen zur Steuerung der Impulssignale verbunden ist.

Vorzugsweise können ein hoher und ein niedriger Logikentscheidungspegei für

die integrierte Steuerschaltung eingestellt werden, um zu verhindern, daß die Impulssignale verzerrt erzeugt werden.

Vorzugsweise kann die vorliegende Eingabeschaltung weiterhin eine Kompensationssteuerschaltung umfassen, welche elektrisch mit der integrierten Steuerschaltung verbunden ist, und zwar um zu verhindern, daß die Impulssignale verzerrt erzeugt werden. Die Kompensationssteuerschaltung umfaßt vorzugsweise einen Pull-down-Widerstand.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines optischen Drehkodierers für eine Koordinateneingabeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 bis 5 zeigen schematisch, wie die lichtempfindlichen Elemente eines optischen Drehkodierers für eine Koordinateneingabeeinrichtung gemäß der Rotation des Coderades die Impulssignale "00", "01", "10" und "11" erfindungsgemäß erzeugen;

Fig. 6 ist ein Signaldiagramm, welches verzerrte bzw. versetzte Impulssignale zeigt, die von einem der lichtempfindlichen Elemente einer bevorzugten Ausführungsform eines optischen Drehkodierers gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden; und

Fig. 7 zeigt schematisch eine Signalkompensationsschaltung für einen optischen Drehkodierer gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Drehkodierers für eine Koordinateneingabeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den

Fig. 1 bis 5 gezeigt. Der vorliegende Kodierer ist in der Eingabeeinrichtung installiert und umfaßt einen fotoelektrischen Wandler mit einer Lichtquelle 51, welche Licht abstrahlt, einem Lichtquellensitz bzw. eine Lichtquellenbefestigung 41, um hieran die Punktlichtquelle 51 zu montieren, einem Paar von im wesentlichen vertikal ausgerichteten lichtempfindlichen Elementen 53, 55, welche ein Paar von im wesentlichen vertikal ausgerichteten Fototransistoren sind zum Empfangen des Lichtes, und einem Sitz 43 für die lichtempfindlichen Elemente bzw. eine Befestigung 43 für die lichtempfindlichen Elemente, um hieran die lichtempfindlichen Elemente 53, 55 festzulegen bzw. zu montieren, und einem kreisförmigen Coderad 42, welches zwischen der Punktlichtquelle 51 und den lichtempfindlichen Elementen 53, 55 montiert ist und welches hieran versehen ist mit einer Vielzahl von winkelmäßig gleich verteilten Öffnungen 47, wobei jeweils zwei benachbarte von den Öffnungen einen abschirmenden Sektorbereich bzw. eine Abschirmsektorfläche 46 haben, wobei die Lichtquelle 51 eine Punktlichtquelle ist und wobei entweder die Öffnung 47 oder die Abschirmsektorfiäche 46 eine Breite Y oder X haben, die kleiner ist als jene des Paares von im wesentlichen vertikal ausgerichteten lichtempfindlichen Elementen 53, 55, und zwar um leicht eine relativ hohe Auflösung für die Eingabeeinrichtung zu erhalten.

Es ist anzumerken, daß die Punktlichtquelle 51 eine konkave lichtemittierende Fläche hat und eine Breite von nicht mehr als 0,3 mm. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2, wenn die zusammengenommene bzw. kombinierte Breite bzw. Weite der lichtempfindlichen Elemente 53, 55 den Wert 2W hat, die Entfernung zwischen dem Coderad 42 und der Lichtquelle 51 D1 ist und die Entfernung zwischen dem Coderad 42 und den lichtempfindlichen Elementen 53, 55 den Wert D2 einnimmt, wird die Weite bzw. Breite Y der Öffnungen 47 den Wert (2W) * D1/{D1 +D2) haben.

Obwohl die Gesamtbreite der lichtempfindlichen Elemente 53, 55 festgelegt ist, kann die Öffnungsbreite Y dennoch eingestellt werden durch Verändern der Entfernungen D1, D2 ohne Erhöhen der Größe des Coderades 42. Das

Coderacl 42 unterbricht absatzweise das von der Punktlichtqueile 51 an die lichtempfindlichen Elemente 53, 55 emittierte Licht, so daß Impulssignale erzeugt werden können, wenn sich das Coderad 42 dreht.

Wenn die Entfernung zwischen der Lichtquelle 51 und dem Coderad 42 nicht genau gesteuert werden kann, wird ein Lecken bzw. ein Streuen von Licht bzw. ein Lichtverlust zu den lichtempfindlichen Elementen 53, 55 leicht auftreten und dann werden die Ausgangsimpulssignale der lichtempfindlichen Elemente 53, 55 verzerrt bzw. vorgespannt {wie es in Fig. 6 gezeigt ist). Es gibt zwei Verfahren, um die Signalverzerrung der Ausgangsimpulssignale zu kompensieren, nämlich:

1) Die lichtempfindlichen Elemente werden elektrisch mit einer integrierten Steuerschaltung zum Steuern der Ausgangsimpuls-Signale verbunden. Nur durch Einstellen der Logikentscheidungs

pegel hoch und niedrig für die integrierte Steuerschaltung kann verhindert werden, daß die Ausgangsimpulssignale, welche in die integrierte Steuerschaltung zu übertragen sind, verzerrt erzeugt werden, und daher kann das oben erwähnte Problem gelöst werden.

2) Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, kann eine Signalkompensationsschaltung mit dem Eingangsstift einer integrierten Steuerschaltung 7 verbunden werden. Die Signalkompensationsschaltung ist ein vorspannender Pull-down-Widerstand R1, welcher dazu

dient, die Eingangsgatespannung für die integrierte Steuerschaltung 7 einzustellen.

&igr;
Der vorliegende optische Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung

hat die folgenden Vorteile:

A) Durch Einstellen der Entfernung zwischen dem Coderad 42 und

der Lichtquelle 51 und der Entfernung zwischen dem Coderad 42 und den lichtempfindlichen Elementen 53, 55 kann die Zahl der Öffnungen 47 erhöht werden (da Y = (2W) * D1/(D1 +D2)), und somit kann die Auflösung der vorliegenden Koordinateneingabeeinrichtung entsprechend erhöht werden, in welcher der

vorliegende Kodierer eingebaut ist.

B) Die Signalverzerrung des Impulsausganges der lichtempfindlichen Elemente 53, 55 kann leicht kompensiert werden durch Einstellen der Logikentscheidungspegel hoch und niedrig für die

integrierte Steuerschaltung, oder, indem hiermit eine Signalkompensationsschaltung mit dem Eingangsstift der integrierten Schaltung elektrisch verbunden wird.

Claims

* · · *1• ·Electronics Ltd.• ·P 2837PrimaxNovember 1993Ansprüche22.

1. Optischer Drehkodierer für eine Koordinateneingabeeinrichtung mit einer Lichtquelle (51), von welcher Licht emittiert, einem Paar von im wesentlichen vertikal ausgerichteten lichtempfindlichen Elementen (53, 55), um das Licht zu empfangen, und einem kreisförmigen Coderad (42), welches zwischen der Lichtquelle (51) und den lichtempfindlichen Elementen (53, 55) montiert ist und an welchem eine Vielzahl von winkelmäßig gleich verteilten Öffnungen (47) vorgesehen ist, wobei jeweils zwei benachbarte Öffnungen einen abschirmenden Sektorbereich (46) haben, und mit einer ersten gewünschten Entfernung (D1) bezüglich der Lichtquelle (51] und einer zweiten gewünschten Entfernung (D2) bezüglich der lichtempfindlichen Elemente (53, 55), und

0 zwar um einen X-Y-Versatz der Eingabeeinrichtung zu erhalten durch

eine Vielzahl von Impulssignalen, welche sich aus dem Licht ergeben, welches von den lichtempfindlichen Elementen (53, 55) zu empfangen ist und durch die Öffnungen (47) geht, um absatzweise auf die lichtempfindlichen Elemente (53, 55) projeziert zu werden, wenn sich das kreisförmige Coderad (42) in einer Drehbewegung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (51) eine Punktlichtqueiie ist und daß entweder die Öffnung (47) oder der abschirmende Sektorbereich (46) eine Breite (Y oder X) hat, welche kleiner ist als eine kombinierte bzw. zusammengelegte Breite des Paars von im wesentlichen vertikal

0 ausgerichteten lichtempfindlichen Elementen (53, 55), und zwar um

leicht eine relativ hohe Auflösung für die Eingabeeinrichtung zu erhalten.

2. Optischer Drehkodierer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet.

daß die gewünschten Entfernungen (D1, D2) einstellbar sind, um leicht eine gewünschte Auflösung zu erhalten durch Einstellen der gewünschten Entfernungen (D1, D2).

3. Optischer Drehkodierer gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtqueile (51) auf einem Lichtquellensitz (41) montiert ist.

4. Optischer Drehkodierer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (53, 55) auf einem Sitz

(43) für die lichtempfindlichen Elemente montiert sind.

5. Optischer Drehkodierer gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (51), die lichtempfindlichen Elemente (53, 55), der Lichtquellensitz (41) und der Sitz (43) für die lichtempfindlichen Elemente gemeinsam bzw. zusammenwirkend einen fotoelektrischen Wandler bilden.

6. Optischer Drehkodierer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

0 gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (51) eine konkave lichtemittierende Fläche aufweist.

7. Optischer Drehkodierer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (51) eine Weite bzw. Breite von nicht mehr als 0,3 mm hat.

8. Optischer Drehkodierer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine integrierte Steuerschaltung (7) gibt, welche elektrisch mit den lichtempfindlichen Elementen (53, 55) verbun-

0 den ist, und zwar um die Impulssignale zu steuern.

9. Optischer Drehkodierer gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet.

daß ein hoher und ein niedriger Logikentscheidungspegel für die integrierte Steuerschaltung (7) eingestellt werden, um zu verhindern, daß die Impulssignale verzerrt bzw. vorgespannt erzeugt werden.

10. Optischer Drehkodierer gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kompensationssteuerschaltung gibt, welche elektrisch mit der integrierten Steuerschaltung verbunden ist, und zwar um zu verhindern, daß die Impulssignale verzerrt bzw. vorgespannt erzeugt werden.

11. Optischer Drehkodierer gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationssteuerschaltung einen Pull-down-Widerstand (R1) aufweist.