WO2005071363A1 - Drehgeber und verfahren zum betreiben eines drehgebers - Google Patents

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WO2005071363A1
WO2005071363A1 PCT/EP2005/000714 EP2005000714W WO2005071363A1 WO 2005071363 A1 WO2005071363 A1 WO 2005071363A1 EP 2005000714 W EP2005000714 W EP 2005000714W WO 2005071363 A1 WO2005071363 A1 WO 2005071363A1
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information carrier
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encoder according
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PCT/EP2005/000714
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French (fr)
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Heinz KÜCK
Daniel Warkentin
Daniel Benz
Hans Jörg SEIFERT
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Hahn-Schickard- Gesellschaft Für Angewandte Forschune E.V.
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Publication date
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Application filed by Hahn-Schickard- Gesellschaft Für Angewandte Forschune E.V. filed Critical Hahn-Schickard- Gesellschaft Für Angewandte Forschune E.V.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/3473—Circular or rotary encoders
    • G—PHYSICS
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    • G01D5/3473—Circular or rotary encoders
    • G01D5/34738—Axles; Driving or coupling means

Definitions

  • the present invention relates to a measurement sensor and in particular the present invention relates to an opto-electronic rotation angle sensor.
  • Rotation angle sensors also called rotary encoders, are used in a large number of applications in automotive engineering, industry and research to detect the angular position during rotary movements. Examples of this are the steering angle detection in the motor vehicle for driving stability systems, the position detection of rotating elements in machines or the measurement of the angle of inclination of a pendulum.
  • mainly transparent panes are used, which are for example provided with a structured masking layer made of metal.
  • the measurement of a relative change in position is achieved by dividing a structure on a circular disk into a large number of lines.
  • absolutely measuring sensors are realized with structured disks, which record an absolute position, which is stored as coding on several parallel tracks. Reflective light or transmitted light methods are used to evaluate both options.
  • the solver method and the inductive pulse generator are known as inductive methods.
  • Resolvers are transformers with a rotor winding and two stator windings offset by 90 degrees. When the rotor rotates, the current absolute position can be inferred from the induced voltages in the two stator windings.
  • a permanent magnet wrapped in a coil is approximated to a rotating metal disk (for example a gearwheel) structured on a lateral surface.
  • the distance from the disc to the magnet changes periodically, a voltage with an amplitude dependent on the rotational speed being induced in the coil.
  • field plates or Hall elements are arranged between the permanent magnet and the toothed disk, which detect the change in the magnetic flux density acting.
  • the conventional rotary encoders in particular the optical rotary encoders with absolute or incremental angle detection, have the disadvantage that the requirement for a necessary high resolution of the angle with a small construction volume of the rotary encoders and at the same time very low manufacturing costs cannot currently be realized.
  • the present invention has for its object to provide a simple, inexpensive and high-resolution encoder and a method for operating the same. This object is achieved by a rotary encoder according to claim 1 or a method for operating a rotary encoder according to claim 30.
  • the present invention provides a rotary encoder with an information carrier, which has a plurality of identifiers, wherein a material of the information carrier corresponds to a material of an identifier and wherein an identifier is an optically detectable embodiment of information from which a position of the information carrier can be derived; and an optical detector for detecting the number plate, the information carrier and the detector being arranged such that they can be rotated relative to one another and wherein a rotation angle of a relative rotation between the information carrier and the detector can be determined by a detection signal.
  • the present invention provides a method for operating a rotary encoder, the rotary encoder being an information carrier having a plurality of identifiers, a material of the information carrier corresponding to a material of an identifier, and an identifier being an optically detectable embodiment of information from which one
  • the position of the information carrier can be derived and comprises an optical detector for detecting the number plate, the information carrier and the detector being arranged so as to be rotatable relative to one another, and wherein an angle of rotation of a relative rotation between the information carrier and the detector can be determined by a detection signal, with one step rotating the information carrier and a step of detecting a label with the optical detector.
  • an information carrier can be formed from a material that corresponds to the material of the identification.
  • the information carrier is a transparent one Plastic pane, the marks also correspond to the material of the plastic pane and are therefore easy to manufacture.
  • each identifier corresponds to an optically detectable embodiment of information from which a position of the information carrier can be derived. If, for example, the identifier is in the form of a depression or a protrusion over a surface of the information carrier, an absolute position value of the identifier on the information carrier, or information about a, can preferably be coded by means of a suitable pattern of (several) such depressions or elevations incremental rotation of the information carrier can be derived.
  • a coding method known from DVD technology can also be used, which, compared to the coding method for CDs, has a higher information density due to several functional layers in DVDs. If the information to be coded, from which the position of the information carrier can be derived, is preferably stored in radial form on the information carrier, information can thus be arranged on the information carrier in a space-saving manner, from which the position of the information carrier can be derived very easily.
  • the individual identifiers can preferably be applied in a distinguishable manner on the information carrier, for example in a binary-coded form.
  • the position of the information carrier can then only be determined by detecting one of the identifiers and decoding the preferably binary-coded information, from which the position of the information carrier can be derived directly if the individual binary-coded identifiers can be distinguished from one another.
  • To derive the position for example, only an evaluation of the detection signal is necessary, which, for example, consists of an interference pattern electronically detected by the detector.
  • the identifiers can also be indistinguishable, which, however, makes it possible to calculate a rotation angle or the rotational speed by which the information carrier was rotated relative to the optical detector by counting runs of indistinguishable identifiers and knowing the distance between the individual identifiers ,
  • the approach according to the invention offers the advantage of providing an encoder in a cost-effective and easy to implement manner.
  • a preferred manufacturing method is already mature and is already used in mass production means that the approach proposed here can be used to produce information carriers very cost-effectively, which at the same time offer the possibility of a high degree of miniaturization and a high information density compared to conventional encoders to provide a high-precision angular resolution on the information carrier.
  • the already known and often tried and tested or optimized manufacturing method for manufacturing the rotary encoder can be used, a simple, inexpensive to produce and also a high-precision resolving rotary encoder can be realized.
  • optical detector can also be implemented inexpensively, since it can be based on the principle of operation of the detector which is widely used and optimized for reading out CDs or similar methods. This also results in a simple, quickly available, highly accurate and inexpensive method for operating the rotary encoder.
  • the information carrier comprises an information carrier surface, an identifier comprising a recess in the information carrier surface or an elevation from the information carrier surface. If, for example, the information carrier is now made of an optically transparent material, the recesses or elevations lead to differences in the transit times of the individual light beams when irradiated with light, which results in a phase shift of the different light beams, which in turn results in a detectable interference of the individual light beams.
  • Such an embodiment of the information carrier offers the advantage of being able to produce the information carrier inexpensively, for example by means of an injection molding or an injection-stamping method, since these methods are already used in the production of CDs and are therefore technically sophisticated and inexpensive.
  • the information carrier surface and the identifier are covered by a cover layer.
  • the cover layer can comprise, for example, a metallic or reflective material.
  • Such an information carrier can be used, for example, to use the technically sophisticated CD manufacturing process, in which the side of the information carrier into which the information is physically embossed is also covered by the reflective material.
  • the reflecting material can preferably comprise good optical mirror properties, which has an advantageous effect through the use of a simple optical detector when evaluating the information on the information carrier.
  • the information carrier comprises a material with a nem a first optical refractive index and the cover layer a material with a second optical refractive index, wherein the first optical refractive index is different from the second optical refractive index.
  • Refractive indices to achieve an optical behavior of the information carrier which has similarly favorable mirror properties to that of an information carrier provided with a metal layer. This is particularly the case when the information carrier is irradiated with light at an oblique angle of incidence and the information carrier has a higher optical refractive index than the cover layer. If the light then shines through the information carrier first, it is almost totally reflected due to the refractive index level between the information carrier and the cover layer, which thus has the effect of a reflection from a metallic or reflective cover layer.
  • the cover layer is formed using the further material (preferably plastic material) with a different refractive index, this offers the further advantage that such an information carrier is easier to recycle, since there is no need to separate metallic components and plastic components of such an coated information carrier ,
  • an identifier comprises a plurality of partial identifiers.
  • Each of the partial identifiers can comprise one or more elevations or recesses.
  • This plurality of the partial identifiers of the identifier can preferably be arranged on the same in the radial direction starting from an axis of rotation of the information carrier.
  • Such an arrangement of the plurality of partial identifiers of the identifiers offers the advantage that only a narrow segment of the information carrier can be identified with the identifier.
  • the spatial space consumption of the license plate can be significantly reduced, for example, compared to an arrangement of the individual partial license plates of a license plate on a concentric circle around the axis of rotation.
  • a first identifier comprises a first number of sub-identifiers and a second identifier a second number of sub-identifiers, the first number of sub-identifiers corresponding to the second number of sub-identifiers.
  • a first sub-identifier of the first identifier has a higher value than a second sub-identifier of the first identifier and a first sub-identifier of the second identifier has a higher significance than a second sub-identifier of the second identifier
  • the first sub-identifier of the first identifier Identifier and the first partial identifier of the second identifier have an essentially equal distance from the axis of rotation of the information carrier, for example the center of the disk.
  • the first partial identifier of the first identifier and the first partial identifier of the second identifier are connected to one another by an elevation or a recess.
  • adjacent partial identifiers or elevations and recesses of the individual partial structures can be connected to one another by means of a longer bar or a longer trench, whereby a coarser and thus simpler manufacturing process can be used since no longer each individual identifier can be used, but instead taking into account the expression of the Part marks adjacent part marks can be produced.
  • partial identifiers of a single identifier can also be connected to one another in this way.
  • the information is a binary-coded position information and a Partial identifier of an identifier is a bit of the binary-coded position information.
  • a Partial identifier of an identifier is a bit of the binary-coded position information.
  • the information carrier has a number of identifiers which corresponds to a maximum number of binary-coded position information that can be distinguished from one another.
  • This offers the advantage that a number of identifiers corresponds exactly to a number that can be represented by the binary-coded structure of the identifiers. If, for example, the position information is represented in binary form by six bits, distinguishable identifiers can be provided on the information carrier 64, which can be optimized by a relationship between the resolving power of the identifier and the spatial space requirement of the identifier.
  • the optical detector almost comprises at least one light source for emitting light of a predetermined wavelength, a lens and a sensor element.
  • a recess has a depth or an elevation has a height which is in a predetermined relationship to the predetermined wavelength of the light from the light source. This offers the advantage of achieving a spectral interference pattern between the individual partial identifiers by varying the depth of the recess or the height of the elevation.
  • an interference can be generated which, for example, makes it possible to generate different interference patterns using the predetermined wavelength.
  • different shades or shades of color eg light, gray, dark
  • these can in turn be used advantageously for coding information.
  • This can be used, for example, to assign different information values to the different color gradations, as a result of which the information density per unit area can be increased again. For example, with such a multi-level coding, more than one binary information can be assigned if each of the color levels is assigned its own information value.
  • a first and a second threshold value for assigning the detected color level to at least three different assigned information values in the optical detector can advantageously be selected such that a detected interference pattern can be evaluated more than just in a binary manner (for example 3-stage).
  • the detector should be designed to carry out a so-called interpolation of the individual detected interference levels (ie the different detected gray levels).
  • it is usually necessary to include an analog component in the detector since a purely digital evaluation is now usually no longer possible, and digitization of the detected information is only possible via the analog evaluation of the brightness level of the interference pattern.
  • an identifier comprises a first partial identifier, which represents information about an absolute position of the information carrier, and a second partial identifier, from which information about an incremental change in position of the information carrier can be determined.
  • the first sub-identifier comprises binary-coded information which is arranged on an essentially concentric circle around the axis of rotation of the information carrier and the second sub-identifier comprises a plurality of indistinguishable features which are based on an essentially concentric circle around the axis of rotation of the information carrier are arranged.
  • the first partial identifier and the second partial identifier are advantageously arranged such that the radial distance of the first circle from the axis of rotation is different from the radial distance of the second circle from the axis of rotation.
  • varying the depth of the recess or the height of the elevation makes different color shades or gradations (e.g. light, gray, dark) possible.
  • a first and a second threshold value for assigning the detected color level to at least three different assigned information values in the optical detector will be selected in such a way that a detected interference pattern can be evaluated more than just in a binary manner (e.g. 3-stage). If the characteristics of two similar color gradations (eg gray and dark) and a third color gradation (eg light) are arranged alternately on the information carrier concentrically to the axis of rotation in an initial evaluation, an incorrect reading can be done by binary readout Angle information can be read out.
  • the two similar color gradations e.g. gray and dark
  • the information carrier comprises a mass unit arranged eccentrically to an axis of rotation of the information carrier.
  • the information carrier can be aligned in one direction, for example by gravity, and can thereby be used, for example, as a simple tilt or rotation angle sensor with a freely movable information carrier and a detector firmly connected to a device.
  • two or more optical detectors can be arranged in such a way that they detect the labels on the disk in a spatially offset manner or the labels on the disk are arranged in such a way that they are spatially offset from one another, for example by a quarter of one Label in the direction of the circumference.
  • the resolution of the rotary encoder can be increased further by the above-mentioned offset.
  • optical components used for beam guidance when a plurality of optical components used for beam guidance are used, these can be integrated in a single component by injection molding, which reduces the number of components and simplifies the assembly and adjustment of the optical components.
  • a further optical element with reflecting properties can also be arranged, which deflects part of the beam from a laser diode onto a further photodiode, as a result of which the power of the light source can be determined and also by means of a suitable control device Temperature fluctuations or signs of aging can be kept constant.
  • Figure 1 is an exploded view of a preferred embodiment of the encoder with the housing halves open.
  • FIG. 2 shows an illustration of a rotary encoder with a mass applied to it for detection of the angle of rotation with respect to the horizontal;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a beam profile in transmitted light measuring methods
  • FIG. 4 shows an illustration of a brightness profile projected onto photodiodes, for example, when the pane section shown is illuminated
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a beam path when the pane is illuminated by the transmitted light method
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a beam path in a method with reflected light
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a beam path in the pane in a method with reflected light
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a beam path in the transmitted light method without collimation of the light by a lens
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a beam path in methods with reflected light without collimation of the light by a lens
  • 10 shows an exemplary representation of a coding possibility for an angular position on the disk; 11 shows a representation of various structuring options on the pane;
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of a beam path in the case of methods using reflected light with two light sources and a photodiode
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of a beam path in the case of methods with reflected light with two optics which are embodied as a lens system integrated in an injection molded component;
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a beam profile in the case of methods with reflected light additionally with a mirror and a further photodiode;
  • Fig. 1 shows an exploded view of an embodiment of a rotary encoder according to the invention with the housing halves open.
  • a disk 1 (information carrier) is guided in a housing 3 with at least one bushing for a shaft 2.
  • an optical-electronic evaluation unit 4 which for example consists of one or more light sources and a suitable detection device, for.
  • One or more laser diodes with a predefined wavelength can be used as the light source, for example.
  • the detection can be carried out, for example, via photodiodes or photodiode arrays or with the aid of 1D and 2D micro scanner mirrors.
  • the beam of a laser diode can also be divided into several beams by suitable optical components such as gratings.
  • suitable optical components such as gratings.
  • other optical components such as, for. B. lenses, prisms and mirrors required for beam guidance.
  • the angle embodiment can be scanned by reflected light or by transmitted light.
  • Information on the disk can be structured in such a way that the current position is stored as a digital pattern (ie angular embodiment) at the scanned location.
  • the method described below can also be used to measure the angle of rotation of the housing 3 of the rotary encoder with respect to the horizontal.
  • the disc 1 is always aligned in one position due to the gravitational force.
  • an injection-molded and structured plastic disk 1 is rotatably mounted in the housing 3 of the rotary encoder in accordance with the schematic illustration in FIG. 2.
  • the disc 1 is manufactured in such a way that the center of gravity 5 lies outside the axis of rotation 2 '.
  • the shift in the center of gravity 5 of the disk 1 can be achieved or increased, for example, by extrusion coating an eccentrically located piece of metal.
  • the disc 1, which is rotatably mounted in the housing 3, is always aligned in one position with respect to the gravitational field. If the housing 3 is rotated, the angle of rotation of the Read out the housing 3 through the angular embodiment of the pane 1 and the optical-electronic evaluation unit 4.
  • the angle detection by means of laser and photodiode in the transmitted light method is shown as an example in FIG. 3.
  • the light 46 emitted by the laser diode 41 is collimated in an optical system 42 and strikes the structured pane with a parallel beam path through an aperture 43
  • the microstructure can also have elevations 12 and these can be used in a similar manner to recesses 11.
  • the intensity of the individual interferences can also have a different intensity due to a different proportion of depressions 11 or elevations 12 compared to non-recessed or non-raised regions.
  • the proportion of recessed 11 or raised 12 areas can thus generate a proportion of light with the phase shift caused by the recess 11 or the elevation 12, which results in a corresponding weight of the phase-shifted light in the total proportion of the interfering light.
  • the beam path of the light 46 in the pane 1 in transmitted light is shown schematically in FIG. 5.
  • the phase shift of the individual light waves must be half the wavelength of the laser starting from the laser diode 41.
  • indentations 11 '(see FIG. 4) or also elevations 12' (see FIG. 4) are introduced into the disk 1 at the respective location, similar to that of a CD.
  • the necessary thickness d of the depressions 11 'or the elevations 12' is calculated in accordance with the optical laws from the wavelength of the laser beam and the refractive index n s of the planar disk 1 and the characteristic.
  • the angle detection using reflected light is shown in Figure 6.
  • the back of the structure ie the recess 11 or elevation 12
  • a thin reflective metal coating 13 for example.
  • the light 46 of the diode 41 is through lens 42 collimates or shapes.
  • the parallel light hits the pane 1 through a semi-transparent mirror 47 and a diaphragm 43 and is reflected by the metal coating 13 on the structured side.
  • the reflected light is deflected by a suitable device 47, such as a semitransparent mirror, and again focused by a lens 44 and interferes in its focal point by arranging a photosensor 45.
  • the collimation of the light 46 of the laser diode 41 by the first lens 42 can also be dispensed with both with transmitted light and with reflected light.
  • the light no longer strikes the pane 1 at a constant mean angle ⁇ .
  • 11 or 12 phase shifts of the individual light waves nevertheless result due to the structuring, which lead to interference.
  • the light intensity is modulated by the recesses 11 and elevations 12 in accordance with the structure pattern.
  • the beam path in transmitted light is shown schematically in FIG. 8. With reflected light, the light runs according to the beam path in FIG. 9.
  • the advantage of the described invention compared to conventional methods lies in the extremely cost-effective manufacture of the pane 1 as an angular embodiment, using micro-injection molding and PVD metal coating, in an extremely cost-effective manner with the finest high-resolution structures, in a manner similar to that known from CDs. Due to the high packing density of the information on the disc 1, a very high angular accuracy can be achieved with a small construction volume. In addition, other elements can be produced during injection molding, such as the axis, bearings, gears, etc., which can then form an integral unit with the disc as an information carrier.
  • pane 1 can also be produced using two-component injection molding.
  • the optical contrast of the angular embodiment is generated by combining two different refractive indices, for example by applying a cover layer that has a different refractive index than the material of the pane, or a transparent or an absorbent plastic.
  • the angle information on the disk 1 can be arranged such that each measurable position is determined by a unique coding.
  • the coding according to FIG. 10A can be arranged on the plastic pane 1. Clear information consisting of several bits is stored radially on the disk for each measurable angle. 10A, each of the possible 64 positions is encoded by a 6-bit number. The dark and light fields symbolize the structured and unstructured areas of the pane. The positions at which intensity minima occur are should be provided with diffractive optical structures, the areas with intensity maxima remain unstructured. This structuring option is also used for CDs under the term "pit and land" structuring. Depending on the resolution of the encoder, the bit width of the information can be selected as desired.
  • individual recessed 11 'or raised 12' points or bars can be used as the diffractive structure 11 or 12, as is shown schematically in the illustrations in FIG. 11. Points in arrays 11 'and 12' or parallel bars along the circumference 11 '' and 12 '' or bars radially 11 '' 'and 12' '' can be arranged as different possibilities. There is also the possibility of realizing the diffractive structure, for example, by means of one-dimensional or multi-dimensional gratings.
  • the described method can also be used for measuring the angle of rotation of the housing 3 of the rotary encoder with respect to the horizontal by means of gravitation.
  • the molded and structured plastic disk 1 is rotatably mounted in the housing 3 of the encoder.
  • the disk is manufactured in such a way that a center of gravity 5 lies outside the axis of rotation 2 '.
  • the disk 1 can be produced, for example, by extrusion coating an eccentrically arranged piece of metal or another weight.
  • the disc 1, which is rotatably mounted in the housing 3, is always aligned in one position with respect to the gravitational field. If the housing 3 is first rotated, the angle of rotation can subsequently be read out directly through the optics by means of the angle embodiment.
  • the information on the information carrier can also be applied to the disk by means of a marking, as is represented by the structures 1002 and 1004 in FIG. 10B.
  • a marking as is represented by the structures 1002 and 1004 in FIG. 10B.
  • binary-coded information about an absolute position of the information carrier is arranged on the second outermost track 1006.
  • This information is preferably arranged on the second outermost track 1006 of the information carrier in such a way that it is read out, for example, by a single, fixedly arranged photodiode which scans the second outermost track 1006.
  • the information is arranged in series, ie in the direction of the circumference of the second outer track 1006.
  • the reference symbol 1004 denotes a plurality of indistinguishable features, such as, for example, a sequence of similar increases or recesses in the outermost track 1008, which correspond to the least significant bit of the binary code in the illustration in FIG. 10A.
  • These features can be used for incremental angle detection. It can thus be said that structure 1002, which characterizes the absolute position of the information carrier, can be made shorter, ie more compact, than structure 1004, by means of which the incremental change in angle of the information carrier can be recognized.
  • the information of the structure 1002 is, however, arranged in the direction of the circumference of a concentric circle around the axis of rotation of the disk, an absolute position being identifiable by each of the structures 1002.
  • This structure 1002 can, for example, be formed in the same way as the radial structures on the disk shown in FIG. 10A, i.e. they can be designed as elevations and recesses.
  • the information is no longer arranged radially on the banknotes, but in the direction of the circumference of the concentric circle 1006.
  • the structure 1002 and the features 1004 can be read out by the detector.
  • the information can be read from the features on the outermost lane 1008, for example by counting the number of times such a feature passes the detector.
  • Such an approach to angle measurement offers the advantage that not only a highly precise and finely granulated angular resolution can be achieved with the incremental angle measurement, but also that information about the absolute position of the disk is recognizable and therefore no errors occur in the angle measurement if, for example the detector is switched off and the disk then turns.
  • the advantages of incremental angle measurement can therefore be combined with the advantages of absolute angle measurement. This is also technically feasible, since known methods can be used, such as those used for the production of CDs.
  • the disk should be moved relative to the detector by at least a distance on the second-outermost track 1006, which corresponds to a length of a complete structure 1002, in order to completely convey the information of the absolute position coded in structure 1002 to be able to decrypt.
  • FIG. 12 An angle detection by means of reflecting light is shown in FIG. 12, two laser diodes compared to FIG. 9 are arranged offset, so that the respective steels of the laser diodes are reflected from two different positions on the disk, and then reach the photodiode 45 through an optical system 44.
  • a further optical system 44 can also be attached between the pane 1 and the photodiode (s) 45, which bundles the light reflected from the pane 1 onto the photodiode (s) 45 and, if appropriate, also focuses it.
  • identifiers can be detected at different locations on the pane and the identifiers can be read out with only one photodiode 45. This results in a further reduction in the necessary components and thus further cost savings. If the laser diodes are produced by semiconductor technology, the distance between the laser diodes is thus also known very precisely, and thus the distance between the license plates read out.
  • FIG. 13 shows an angle detection by means of reflecting light, in which the system has a plurality of optics 44 which have a specific position with respect to one another.
  • the optics are implemented in a lens composite system 48, which simultaneously takes over the function of positioning and holding.
  • the alignment of the optics with each other can be achieved with constant quality while reducing the number of components.
  • the lens system can be produced, for example, by injection molding from polymer materials.
  • a further optical element 49 with reflecting properties according to FIG. 14 can be used, which deflects part of the beam from a laser diode 41 onto a further photodiode 45 '.
  • the photodiode 45 ' this enables the measurement of the power of the laser diode 41, a suitable control device being able to compensate for power fluctuations caused by temperature fluctuations or aging processes.
  • FIG. 15 shows a section of the disk 1, in which the absolute and the incremental angle information are produced in coded form with the same characteristics in an arrangement.
  • the incremental angle information is shown via the alternating first (11 'and 11' ') and second (14) indicators.
  • the absolute information regarding the angle of rotation is represented by the variance of the interference intensity of the first identifiers (11 'and 11' '). In this case, for example, the identifiers 11 'correspond to a logical “1” and the identifiers 11 ′′ correspond to a logical “0”.
  • the second indicators 14 are not taken into account for the absolute angle information.
  • the pane 1 and the optical components 41 to 45, 47 should be accommodated in a sealed housing.
  • a seal can be integrated directly into the housing halves 3, for example using 2-component injection molding.
  • a transparent plastic disc 1 is preferably used as the central element of the described invention, which, similarly to a compact disc (CD), is provided on one side with a microstructure 11, 12 and possibly with a metal coating 13.
  • the disk 1 with the structuring 11 or 12 represents the material measure with respect to the angle of rotation.
  • the plastic disk 1 and the structuring 11 or 12 are produced, for example, by micro-injection molding or injection molding in one process step, as a result of which the structuring can already be carried out with the injection molding tool.
  • the structured side can then also be provided with a metal layer 13.
  • the structure of the disc 1 thus resembles a conventional CD.
  • the micro-injection molding can also be used to produce further structural elements, such as an axle or a toothing for use in a transmission, as integral elements directly with the disk 1.
  • the shaping of the structuring via injection molding enables the high structural resolution in the micrometer and submicron range known from CDs with a low ratio of height to width (aspect ratio). This enables the application of absolute angle marks on the smallest area. Digital encodings can also be produced. For example, for each measurable position, 16-bit information can be stored on an area, the length of which corresponds to the circumference, based on an angular resolution of 0.01 °, as is required today, for example, with steering angle sensors.

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Abstract

Ein Drehgeber umfasst einen Informationsträger (1), der ei-ne Mehrzahl von Kennzeichen (11, 12) aufweist, wobei ein Material des Informationsträgers (1) einem Material eines Kennzeichens (11, 12) entspricht und wobei ein Kennzeichen (11, 12) eine optisch erfassbare Verkörperung einer Infor-mation ist, aus der eine Lage des Informationsträgers (1) ableitbar ist. Ferner umfasst der Drehgeber einen optischen Detektor (4) zum Detektieren des Kennzeichens (11, 12), wo-bei der Informationsträger (1) und der Detektor (4) relativ zueinander drehbar angeordnet sind und wobei ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger (1) und dem Detektor (4) durch ein Detektionssignal ermittelbar ist. Hierdurch ist es möglich, auf einfache und kostengüns-tige Weise einen hoch-präzisen Drehgeber bereitstellen zu können.

Description

Drehgeber und Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Messsensor und insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen opto-elektronischen Drehwinkelsensor.
Drehwinkelsensoren, auch Drehgeber genannt, werden in einer Vielzahl von Anwendungen aus Automobilbau, Industrie und Forschung eingesetzt, um die Winkelstellung bei Drehbewegungen zu erfassen. Beispiele dafür sind die Lenkwinkelerfassung im Kraftfahrzeug für Fahrstabilitätssysteme, die Positionserfassung von rotierenden Elementen in Maschinen oder die Messung des Neigungswinkels eines Pendels.
Aus der Literatur (beispielsweise Hoffmann, Jörg: Handbuch der Messtechnik, Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1999, S. 306 ff.) sind eine Reihe von möglichen Wirkprinzipien von Drehgebern bekannt. Dabei werden hauptsächlich optische und induktive Prinzipien verfolgt.
Für die optischen Prinzipien werden hauptsächlich transpa- rente Scheiben (zumeist aus Glas) eingesetzt, welche beispielsweise mit einer strukturierten Maskierschicht aus Metall versehen sind.
Dabei lassen sich zwei Arten von Sensoren realisieren: In- kremental-Drehgeber und absolut messende Sensoren.
Bei Inkremental-Drehgebern wird die Messung einer relativen Positionsänderung durch Unterteilung einer Struktur auf einer Kreisscheibe in eine Vielzahl von Strichen erreicht. Absolut messende Sensoren werden mit strukturierten Scheiben realisiert, welche eine absolute Position erfassen, die als Codierung auf mehreren parallelen Spuren hinterlegt ist. Zur Auswertung beider Möglichkeiten werden Reflexlichtoder Durchlichtverfahren eingesetzt.
Als induktive Verfahren sind im Stand der Technik das Re- solververfahren und der induktive Impulsgeber bekannt.
Resolver sind Transformatoren mit einer Rotorwicklung und zwei um 90 Grad versetzten Statorwicklungen. Bei Rotation des Rotors kann anhand der induzierten Spannungen in den beiden Statorwicklungen auf die aktuelle absolute Position geschlossen werden.
Bei induktiven Impulsgebern ist ein mit einer Spule umwi- ckelter Permanentmagnet an eine an einer Mantelfläche strukturierten rotierenden Scheibe aus Metall (beispielsweise ein Zahnrad) angenähert. Dabei ändert sich periodisch der Abstand von Scheibe zu Magnet, wobei in der Spule eine Spannung mit drehgeschwindigkeitsabhängiger Amplitude indu- ziert wird.
Ebenfalls existieren Anordnungen, bei denen zwischen Permanentmagnet und Zahnscheibe Feldplatten oder Hall-Elemente angeordnet sind, welche die Änderung der einwirkenden mag- netischen Flussdichte detektieren.
Die herkömmlichen Drehgeber, insbesondere die optischen Drehgeber mit absoluter oder inkrementeller Winkelerfassung, weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Anforderung nach einer notwendigen hohen Auflösung des Winkels bei zugleich kleinem Bauvolumen der Drehgeber und gleichzeitig sehr günstigen Fertigungskosten derzeit nicht realisiert werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, kostengünstigen und zugleich hoch auflösenden Drehgeber und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Drehgeber gemäß Anspruch 1 oder ein Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers gemäß Anspruch 30 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Drehgeber mit einem Informationsträger, der eine Mehrzahl von Kennzeichen aufweist, wobei ein Material des Informationsträgers einem Material eines Kennzeichens entspricht und wobei ein Kennzei- chen eine optisch erfassbare Verkörperung einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers ableitbar ist; und einem optischen Detektor zum Detektieren des Kennzeichens, wobei der Informationsträger und der Detektor relativ zueinander drehbar angeordnet sind und wobei ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger und dem Detektor durch ein Detektionssignal ermittelbar ist.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers, wobei der Drehgeber einen Informationsträger, der eine Mehrzahl von Kennzeichen aufweist, wobei ein Material des Informationsträgers einem Material eines Kennzeichens entspricht und wobei ein Kennzeichen eine optisch erfassbare Verkörperung einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers ableitbar ist und einen optischen Detektor zum Detektieren des Kennzeichens umfasst, wobei der Informationsträger und der Detektor relativ zueinander drehbar angeordnet sind, und wobei ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Infor- mationsträger und dem Detektor durch ein Detektionssignal ermittelbar ist, mit einem Schritt des Drehens des Informationsträgers und einem Schritt des Erfassens eines Kennzeichens mit dem optischen Detektor.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Informationsträger aus einem Material gebildet werden kann, das dem Material der Kennzeichen entspricht. Ist beispielsweise der Informationsträger eine transparente KunststoffScheibe, entsprechen die Kennzeichen auch dem Material der Kunststoffscheibe und sind somit herstellungstechnisch einfach realisierbar. Ferner entspricht jedes Kennzeichen einer optisch erfassbaren Verkörperung einer Information, aus der eine Lage des Informationsträgers ableitbar ist. Ist beispielsweise das Kennzeichen in Form von einer Vertiefung oder einer Erhöhung über eine Oberfläche des Informationsträgers ausgebildet, kann vorzugsweise durch ein geeignetes Muster von (mehreren) solchen Vertie- fungen oder Erhöhungen ein absoluter Lagewert des Kennzeichens auf dem Informationsträger codiert werden oder eine Information über eine inkrementelle Drehung des Informationsträgers abgeleitet werden.
Ein solches Codieren ist vergleichbar beispielsweise mit dem Codieren von Information auf einer CD (CD = Compact Disc) , bei der ebenfalls Informationen durch Erhöhungen o- der Vertiefungen auf einer Oberfläche der CD einspeicherbar sind. Ähnlich kann auch ein aus der DVD-Technik bekanntes Codierungsverfahren verwendet werden, das gegenüber dem Codierungsverfahren bei CDs eine höhere Informationsdichte aufgrund mehrerer funktionaler Schichten bei DVDs hat. Wird nun die zu codierende Information, aus der die Lage des Informationsträgers ableitbar ist, vorzugsweise in radialer Form auf dem Informationsträger gespeichert, kann somit in platzsparender Weise eine Information auf dem Informationsträger angeordnet werden, aus der die Lage des Informationsträgers sehr einfach ableitbar ist. Vorzugsweise können die einzelnen Kennzeichen unterscheidbar auf dem Informati- onsträger aufgebracht werden, beispielsweise in einer bi- när-codierten Form. Hierbei kann die Lage des Informationsträgers dann lediglich dadurch bestimmt werden, indem eines der Kennzeichen detektiert und die vorzugsweise binärcodierte Information decodiert wird, woraus dann unmittel- bar die Lage des Informationsträgers ableitbar ist, wenn die einzelnen binär-codierten Kennzeichen voneinander unterscheidbar sind. Zum Ableiten der Lage ist beispielsweise lediglich ein Auswerten des Detektionssignals notwendig, das beispielsweise in einem durch den Detektor elektronisch erfassten Interferenzmuster besteht. Alternativ können auch die Kennzeichen nicht unterscheidbar sein, woraus sich jedoch durch ein Zählen von Durchläufen von nicht- unterscheidbaren Kennzeichen und der Kenntnis des Abstandes der einzelnen Kennzeichen eine Berechnung eines Drehwinkels oder der Drehgeschwindigkeit möglich ist, um den der Informationsträger relativ zum optischen Detektor gedreht wurde.
Der erfindungsgemäße Ansatz bietet den Vorteil, kostengünstig und einfach zu realisierenden einen Drehgeber bereitzustellen. Dadurch, dass ein vorzugsweise einzusetzendes Herstellungsverfahren bereits ausgereift ist und bereits in der Massenfertigung verwendet wird, lassen sich mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz sehr kostengünstig Informationsträger herstellen, die zugleich die Möglichkeit bieten, bei einer hochgradigen Miniaturisierung und bei einer im Vergleich zu herkömmlichen Drehgebern hohen Informationsdichte auf dem Informationsträger auch ein hoch-genaues Winkelauflösungsvermögen bereitzustellen. Dadurch, das bereits bekannte und vielfach erprobte bzw. optimierte Herstellungsverfahren zur Herstellung des Drehgebers anwendbar sind, lässt sich somit ein einfacher, kostengünstig herstellbarer sowie auch ein hoch-genau auflösender Drehgeber realisieren. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass der optische Detektor ebenfalls kostengünstig realisierbar ist, da er auf dem Wirkprinzip des vielfach angewandten und optimierten Detektors für das Ausleseverfahren von CDs oder ähnlichen Verfahren basieren kann. Hierdurch resultiert e- benfalls ein einfaches, schnell-verfügbares, hoch-genaues sowie kostengünstiges Verfahren zum Betreiben des Drehgebers möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Informationsträger eine Scheibe, die ein optisch transparentes Kunststoffmaterial umfasst. Dies bietet den Vorteil, analog zu dem Basismaterial von CDs einen kostengüns- tigen und im Vergleich zu herkömmlichen Drehgebern hochgenauen Informationsträger bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um- fasst der Informationsträger eine Informationsträgeroberfläche, wobei ein Kennzeichen eine Ausnehmung in der Informationsträgeroberfläche oder eine Erhebung von der Informationsträgeroberfläche umfasst. Ist nun beispielsweise der Informationsträger aus einem optisch transparenten Material hergestellt, führen die Ausnehmungen oder Erhebungen bei einer Durchstrahlung mit einem Licht zu Laufzeitunterschieden der einzelnen Lichtstrahlen woraus eine Phasenverschiebung der verschiedenen Lichtstrahlen resultiert und dies wiederum in einer detektierbaren Interferenz der einzelnen Lichtstrahlen resultiert. Eine solche Ausgestaltung des Informationsträgers bietet den Vorteil, den Informationsträger beispielsweise durch ein Spritzguss- oder ein Spritz- präge-Verfahren kostengünstig herzustellen, da diese Verfahren bereits bei der Herstellung von CDs verwendet wer- den, und somit technisch ausgereift und kostengünstig verfügbar sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Informationsträgeroberfläche und das Kennzeichen durch eine Abdeckschicht bedeckt. Dabei kann die Abdeckschicht beispielsweise ein metallisches oder reflektierendes Material umfassen. Durch einen derartigen Informationsträger kann beispielsweise wiederum auf das technisch ausgereifte Herstellungsverfahren von CDs zurückgegriffen werden, bei dem ebenfalls diejenige Seite des Informationsträgers, in die die Information physikalisch eingeprägt ist, durch das reflektierende Material bedeckt sind. Weiterhin kann das reflektierende Material vorzugsweise gute optische Spiegel- Eigenschaften umfassen, was sich vorteilhaft durch die ög- liehe Verwendung eines einfachen optischen Detektors bei der Auswertung der Informationen auf dem Informationsträger auswirkt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Informationsträger ein Material mit ei- nem ersten optischen Brechindex und die Abdeckschicht ein Material mit einem zweiten optischen Brechindex, wobei der erste optische Brechindex von dem zweiten optischen Brechindex verschieden ist.
Dies bietet den Vorteil, lediglich durch die Verwendung von zwei Materialien mit verschiedenen optischen Brechindices
(beispielsweise zwei Kunststoffschichten mit verschiedenen
Brechindices) ein optisches Verhalten des Informationsträ- gers zu erreichen, das ähnlich günstige Spiegel- Eigenschaften wie die eines mit einer Metallschicht versehenen Informationsträgers aufweist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Informationsträger unter einem schrägen Einfallswinkel mit Licht bestrahlt wird, und der Informationsträger einen höheren optischen Brechindex aufweist als die Abdeckschicht. Durchstrahlt dann nämlich das Licht zuerst den Informationsträger, wird es aufgrund der Brechindexstufe zwischen dem Informationsträger und der Abdeckschicht nahezu total reflektiert, was sich somit wie eine Reflexion an einer metallischen oder reflektierenden Abdeckschicht auswirkt. Wird die Abdeckschicht jedoch unter Verwendung von dem weiteren Material (vorzugsweise Kunststoffmaterial) mit anderem Brechindex gebildet, bietet dies den weiteren Vorteil, dass ein derartiger Informationsträ- ger besser zu recyceln ist, da eine Trennung von metallischen Anteilen und Kunststoffanteilen eines derartig beschichteten Informationsträgers entfallen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung un- terscheiden sich der erste optische Brechungsindex und der zweite optische Brechungsindex um weniger als 20 Prozent. Hierdurch lässt sich sicherstellen, dass zwar einerseits eine ausreichende optische Wirkung des Unterschiedes zwischen den optischen Brechindices des Informationsträgers und der Abdeckschicht erreichbar ist, jedoch andererseits auch die Verarbeitung der zu verwendenden Materialien für die Abdeckschicht und den Informationsträger einfach zu handhaben ist. Außerdem kann durch eine derartige Wahl der optischen Brechindices ein Unterschied einer optischen Länge zwischen Lichtstrahlen, die eine Erhöhung oder Ausnehmung durchlaufen, und Lichtstrahlen, die dieselben nicht durchlaufen feiner eingestellt werden, da bei einem gerin- geren Brechzahlunterschied eine geringere optische Laufzeitdifferenzen ausgebildet werden können. Alternativ könne auch die Höhen der Erhebungen oder die Tiefen der Ausnehmungen vergrößert werden, was sich ein einer Vereinfachung der Herstellbarkeit auswirkt, da eine gröbere Strukturie- rung der Erhebungen und Ausnehmungen eingesetzt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kennzeichen eine Mehrzahl von Teilkennzeichen. Jedes der Teilkennzeichen kann dabei eine oder mehrere Erhebungen oder Ausnehmungen umfassen. Diese Mehrzahl der Teilkennzeichen des Kennzeichens können vorzugsweise ausgehend von einer Drehachse des Informationsträgers auf denselben in Radialrichtung angeordnet sein. Eine derartige Anordnung der Mehrzahl der Teilkennzeichen der Kennzeichen bietet den Vorteil, dass lediglich ein schmales Segment des Informationsträgers mit dem Kennzeichen zu kennzeichnen ist. Hierdurch lässt sich der räumlichen Platzverbrauch des Kennzeichens beispielsweise gegenüber einer Anordnung der einzelnen Teilkennzeichen eines Kennzeichens auf einem konzentrischen Kreis um die Drehachse deutlich reduzieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Kennzeichen eine erste Anzahl von Teil- kennzeichen und ein zweites Kennzeichen eine zweite Anzahl von Teilkennzeichen, wobei die erste Anzahl von Teilkennzeichen der zweiten Anzahl von Teilkennzeichen entspricht. Hierdurch ist es möglich, durch eine einheitliche Anzahl von Teilkennzeichen jedes der unterschiedlichen Kennzeichen eine deutliche Vereinfachung der Auswertung von detektier- ten Kennzeichen zu ermöglichen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein erstes Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens eine höhere Wertigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens auf und ein erstes Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens eine höhere Wertigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens auf, wobei das erste Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens einen im wesentlichen gleichen Abstand von der Drehachse des Informations- trägers, beispielsweise dem Zentrum der Scheibe, aufweisen. Hierdurch ist eine einfache Anordnung des optischen Detektors möglich, so dass der Detektor alle Teilkennzeichen der einzelnen Kennzeichen erfasst, die einen im wesentlichen gleichen Abstand von dem Zentrum der Scheibe aufweisen. Ei- ne Beweglichkeit des Detektors oder einer Lichtquelle zum Auslesen bzw. eine zum Auslesen der Information des Informationsträgers notwendigen Anzahl von Lichtquellen und Detektoren kann daher reduziert werden, was sich in der Herstellung des Drehgebers kostensparend auswirkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens durch eine Erhebung oder eine Ausnehmung miteinander verbunden. Hier- durch können beispielsweise benachbart angeordnete Teilkennzeichen oder Erhebungen und Ausnehmungen der einzelnen Teilstrukturen durch einen längeren Balken oder einen längeren Graben miteinander verbunden werden, wobei ein gröberes und damit einfacheres Herstellverfahren anwendbar ist da nicht mehr jedes Teilkennzeichen einzeln, sondern unter Berücksichtigung der Ausprägung der zum Teilkennzeichen benachbart angeordneten Teilkennzeichen hergestellt werden kann. Alternativ können auf diese Weise auch Teilkennzeichen eines einzigen Kennzeichens miteinander verbunden wer- den.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Information eine binär-codierte Lageinformation und ein Teilkennzeichen eines Kennzeichens ein Bit der binärcodierten Lageinformation. Dies bietet den Vorteil, auf eine einfache Art und Weise unterscheidbare Kennzeichen zu schaffen, aus denen die Lage des Informationsträgers ab- leitbar ist. Zusätzlich kann bei der Auswertung der detek- tierten Lageinformation auf eine analog-digital-Wandlung (A/D-Wandlung) der detektierten Lageinformationen verzichtet werden, da diese bereits in digitaler Form erfasst werden bzw. das Signal diskrete Zustände aufweist, die einfach unterschieden werden können. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass sich durch einen derartigen Drehgeber nochmals deutlich Herstellungskosten einsparen lassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Informationsträger eine Anzahl von Kennzeichen auf, die einer maximalen Anzahl von untereinander unterscheidbaren binär-codierten Lageinformationen entspricht. Dies bietet den Vorteil, dass eine Anzahl von Kennzeichen genau einer Anzahl entspricht, die durch die binär-codierte Struktur der Kennzeichen darstellbar ist. Wird beispielsweise die Lageinformation durch sechs Bit binär dargestellt, können auf dem Informationsträger 64 unterscheidbare Kennzeichen bereitgestellt werden, wodurch sich durch ein Verhältnis zwischen Auflösungsvermögen des Kennzeichens und räumlichem Platzbedarf des Kennzeichens optimieren lässt .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um- fast der optische Detektor zumindest eine Lichtquelle zum Ausgeben von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, eine Linse und ein Sensorelement. Dies bietet den Vorteil, auf einfache Art und Weise die Information, die auf dem Informationsträger enthalten ist, mit einem technisch einfach optischen Detektor auslesen zu können, wobei auf die aus der Ausleseeinheit von CDs verwendete Technologie zurückgegriffen werden kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Ausnehmung eine Tiefe auf oder weist eine Erhöhung eine Höhe auf, die in einem vorbestimmten Zusammenhang zu der vorbestimmten Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle steht. Dies bietet den Vorteil, durch eine Variation der Tiefe der Ausnehmung bzw. der Höhe der Erhöhung ein spektrales Interferenzmuster zwischen den einzelnen Teilkennzeichen zu erreichen. Weiterhin kann durch eine Variation der Tiefe der Ausnehmung oder der Höhe der Erhöhung eine Inter- ferenz erzeugt werden, die es beispielsweise ermöglicht, unter Verwendung der vorbestimmten Wellenlänge verschiedene Interferenzmuster zu erzeugen. Sind beispielsweise durch eine Variation der Tiefe der Ausnehmung oder der Höhe der Erhöhung verschiedene Farbschattierungen oder -abstufungen (z.B. hell, grau, dunkel) möglich, können diese wiederum vorteilhaft zur Codierung von Information eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, dass den verschiedenen Farbabstufungen verschiedene Informationswerte zugeordnet werden, wodurch sich die Informations- dichte pro Flächeneinheit nochmals erhöhen lässt. Beispielsweise können mit einer solchen mehrstufigen Codierung mehr als eine binäre Information zugeordnet werden, wenn jeder der Farbstufen ein eigener Informationswert zugeordnet wird. Hierzu können vorteilhaft ein erster und zweiter Schwellwert zur Zuordnung der detektierten Farbstufe zu zumindest drei unterschiedlichen zugeordneten Informationswerten in dem optischen Detektor derart gewählt werden, das ein detektiertes Interferenzmuster mehr als nur binär (z.B. 3-stufig) ausgewertet werden kann. In einem derartigen An- wendungsfall sollte jedoch der Detektor ausgebildet sein, eine sogenannte Interpolation der einzelnen detektierten Interferenzstufen (d.h. der verschiedenen detektierten Grau-Stufen) auszuführen. Hierzu ist es jedoch zumeist notwendig, einen analoge Komponente mit in den Detektor aufzu- nehmen, da nunmehr eine rein digitale Auswertung zumeist nicht mehr realisierbar ist und erst über die analoge Auswertung des Helligkeitsstufe des Interferenzmusters eine Digitalisierung der detektierten Information möglich ist. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kennzeichen ein erstes Teilkennzeichen, das eine Information über eine absolute Lage des Informationsträgers wiedergibt und ein zweites Teilkennzeichen, aus dem eine Information über eine inkrementelle Lageänderung des Informationsträgers ermittelbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass die aktuelle Lage dem Detektor bei Inbetriebnahme des Drehgebers nicht bekannt sein braucht,, zugleich aber auch die Auswertung im Betrieb nicht immer eine Absolutlage des Informationsträgers neu zu erfassen braucht. Ein derartiger Informationsträger bietet somit eine günstige und schnelle Auslesbarkeit, da sowohl eine Information über die Absolutlage als auch eine Information über eine Relativdrehung des Informationsträgers auf demselben vorhanden oder ableitbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das erste Teilkennzeichen eine binär-codierte Infor- mation, die auf einem im wesentlichen konzentrischen Kreis um die Drehachse des Informationsträgers angeordnet sind und das zweite Teilkennzeichen eine Mehrzahl von ununter- scheidbaren Merkmalen, die auf einem im wesentlichen konzentrischen Kreis um die Drehachse des Informationsträgers angeordnet sind. Vorteilhaft ist das erste Teilkennzeichen und das zweite Teilkennzeichen derart angeordnet, dass der radiale Abstand des ersten Kreises von der Drehachse von dem radialen Abstand des zweiten Kreises von der Drehachse verschieden ist. Durch eine derartige Anordnung lässt sich somit eine deutliche Vereinfachung des Auslesens des Informationsträgers realisieren, da nunmehr zum Auslesen der Information über die Absolutlage des Informationsträgers lediglich eine Lichtquelle verwendet werden kann, mit deren Hilfe das erste Teilkennzeichen seriell ausgelesen werden kann, während vorzugsweise nicht-unterscheidbare Merkmale des zweiten Teilkennzeichens beispielsweise mit einer zweiten Lichtquelle ausgelesen werden können. Gegenüber einer radialen Anordnung der binären Informationen der einzelnen Teilkennzeichen erspart eine derartige Anordnung somit die radiale Bewegung eines Lichtstrahls über das Teilkennzeichen oder die Verwendung einer Mehrzahl von Lichtquellen und Detektoren, um jedes Bit des Teilkennzeichens zu erfas- sen. Dies resultiert daher in einer Reduktion der erforderlichen Herstellungskosten für den Drehgeber.
Gemäß einem weiteren Anspruch werden durch eine Variation der Tiefe der Ausnehmung oder der Höhe der Erhöhung ver- schiedene Farbschattierungen oder -abstufungen (z.B. hell, grau, dunkel) möglich. Dabei wird ein erster und ein zweiter Schwellwert zur Zuordnung der detektierten Farbstufe zu zumindest drei unterschiedlichen zugeordneten Informationswerten in dem optischen Detektor derart gewählt werden, dass ein detektiertes Interferenzmuster mehr als nur binär (z.B. 3-stufig) ausgewertet werden kann. Werden nun in einer ersten Auswertung die Kennzeichen von zwei ähnlichen Farbabstufungen (z. B. grau und dunkel) und eine dritte Farbabstufung (z. B. hell) alternierend auf dem Informati- onsträger konzentrisch zur Drehachse angeordnet, kann durch binäre Auslese eine inkre entelle Winkelinformation ausgelesen werden. Durch eine weitere analoge Auswertung können darüber hinaus die beiden ähnlichen Farbabstufungen (z. B. grau und dunkel) unterschieden werden. Dadurch können durch die beiden ähnlichen Farbabstufungen eine Information bezüglich des absoluten Position kodiert darstellen ohne dabei die weitere Farbabstufung zu berücksichtigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um- fasst der Informationsträger eine exzentrisch zu einer Drehachse des Informationsträgers angeordneten Masseeinheit. Durch diese zusätzliche exzentrisch angeordnete Masseeinheit kann sich der Informationsträger beispielsweise durch die Schwerkraft in eine Richtung ausrichten und hier- durch beispielsweise als einfacher Kipp- oder Drehwinkelsensor bei frei beweglichem Informationsträger und fest mit einer Vorrichtung verbundenen Detektor verwenden lassen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können zwei oder mehr optische Detektoren so angeordnet werden, dass sie die Kennzeichen auf der Scheibe örtlich versetzt detektieren bzw. die Kennzeichen auf der Scheibe so angeordnet sind, dass sie örtlich versetzt zueinander sind, z.B. um ein Viertel eines Kennzeichens in Richtung des Um- fangs. Durch diese Anordnung kann eine Information über die Drehrichtung der Scheibe gewonnen werden, da bei einer Drehung der Scheibe wegen des Versatzes zuerst ein Kennzeichen detektiert wird und dann zeitlich versetzt das nächste. Bei umgekehrter Drehrichtung werden die Kennzeichen auch in umgekehrter Reihenfolge detektiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch den oben genannten Versatz die Auflösung des Drehgebers weiter erhöht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können bei Einsatz mehrerer zur Strahlführung eingesetzter op- tischer Bauelemente, diese durch Spritzgießen in einem einzigen Bauelement integriert ausgeführt werden, wodurch sich die Anzahl der Bauteile verringert und die Montage sowie die Justierung der optischen Bauelemente vereinfacht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt vorliegender Erfindung kann e- benfalls ein weiteres optisches Element mit spiegelnden Eigenschaften angeordnet werden, welches einen Teil des Strahls einer Laserdiode auf eine weitere Photodiode umlenkt, wodurch die Leistung der Lichtquelle ermittelt wer- den kann und durch eine geeignete Regeleinrichtung auch bei Temperaturschwankungen oder Alterungserscheinungen konstant gehalten werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Drehgebers mit geöffneten Gehäusehälften;
Fig. 2 eine Darstellung eines Drehgebers mit Masse beaufschlagter Scheibe für eine Detektion des Drehwinkels bezüglich der Horizontalen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Strahlverlau- fes bei Durchlichtmessverfahren;
Fig. 4 eine Darstellung eines beispielsweise auf Photodioden projizierten Helligkeitsprofils bei Durchleuchten des abgebildeten Scheibenausschnitts;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs beim Durchleuchten der Scheibe im Durchlichtverfahren;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs bei einem Verfahren mit reflektiertem Licht;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Strahlenver- laufs in der Scheibe bei einem Verfahren mit reflektiertem Licht;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs beim Durchlichtverfahren ohne Kollimation des Lichts durch eine Linse;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs bei Verfahren mit reflektiertem Licht ohne Kollimation des Lichts durch eine Linse;
Fig. 10 eine beispielhafte Darstellung einer Codierungsmöglichkeit für eine Winkelposition auf der Scheibe; Fig. 11 eine Darstellung von verschiedenen Strukturie- rungsmöglichkeiten auf der Scheibe;
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs bei Verfahren mit reflektiertem Licht mit zwei Lichtquellen und einer Fotodiode;
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Strahlenver- laufs bei Verfahren mit reflektiertem Licht mit zwei Optiken, welche als Linsensystem integriert in einem Spritzgussbauteil ausgeführt sind;
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Strahlenver- laufs bei Verfahren mit reflektiertem Licht zusätzlich mit einem Spiegel und einer weiteren Photodiode; und
Fig. 15 eine schematische Darstellung der kombinierten Kodierung von inkrementeller und absoluter Winkelinformation mit denselben Kennzeichen.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehgebers mit geöffneten Gehäusehälften. Eine Scheibe 1 (Informationsträger) wird in einem Gehäuse 3 mit mindestens einer Durchführung für eine Welle 2 geführt. In dem Gehäuse 3 ist beispielsweise eine optische-elektronische Auswerteeinheit 4, die sich beispielsweise aus einer oder mehreren Lichtquellen und einer geeigneten Detektionseinrichtung z. B. einer Photodiode, mehreren Photodioden oder einer Photodiodenzeile mit den entsprechenden optischen Elementen zusammensetzt und derart angeordnet ist, dass ein definierter Bereich der (vorzugsweise strukturierten) Scheibe 1 entsprechend einer Winkelposition ausgelesen wird. Als Lichtquelle können beispiels- weise eine oder mehrere Laserdioden mit einer vordefinierten Wellenlänge genutzt werden. Die Detektion kann beispielsweise über Photodioden oder Photodioden-Arrays oder mit Hilfe von 1D- und 2D-Mikro-Scanner-Spiegeln erfolgen. Ebenfalls kann der Strahl einer Laserdiode durch geeignete optische Komponenten wie beispielsweise Gitter in mehrere Strahlen unterteilt werden. Neben der Lichtquelle und der Detektionseinrichtung sind beispielsweise noch weitere optische Bauelemente wie z. B. Linsen, Prismen und Spiegel für die Strahlführung erforderlich. Die Winkelverkörperung kann durch reflektiertes Licht oder mit Durchlicht abgetastet werden. Eine Information auf der Scheibe kann derart gegliedert werden, dass an der abgetasteten Stelle die aktuelle Position als digitales Muster (d.h. Winkelverkörperung) hinterlegt ist.
Für eine Messung des Drehwinkels des Gehäuses 3 des Drehgebers bezüglich der Horizontalen lässt das nachfolgend beschriebene Verfahren ebenfalls nutzen. Dabei richtet sich die Scheibe 1 aufgrund der Gravitationskraft stets in einer Position aus. Dafür wird beispielsweise eine gespritzte und strukturierte KunststoffScheibe 1 entsprechend der schematischen Darstellung in Fig. 2 drehbar im Gehäuse 3 des Drehgebers gelagert. Dabei wird die Scheibe 1 derart hergestellt, dass der Massenschwerpunkt 5 außerhalb der Drehach- se 2' liegt. Die Verlagerung des Masseschwerpunktes 5 der Scheibe 1 kann beispielsweise durch Umspritzen eines exzentrisch liegenden Metallstücks erreicht oder vergrößert werden.
Die drehbar im Gehäuse 3 gelagerte Scheibe 1 richtet sich bezüglich des Gravitationsfeldes immer in einer Lage aus. Wird das Gehäuse 3 gedreht, lässt sich der Drehwinkel des Gehäuses 3 durch die Winkelverkörperung der Scheibe 1 und die optische-elektronische Auswerteeinheit 4 auslesen.
Die Winkelerfassung mittels Laser- und Photodiode beim Durchlichtverfahren ist beispielhaft in Fig. 3 dargestellt. Das von der Laserdiode 41 ausgestrahlte Licht 46 wird in einer Optik 42 kollimiert und trifft mit parallelem Strahlengang durch eine Blende 43 auf die strukturierte Scheibe
I bzw. wird in einer Optik 42 und gegebenenfalls einer Blende 43 geformt und trifft auf die strukturierte Scheibe
1. Beim Durchleuchten der strukturierten Scheibe 1 ergeben sich aufgrund der Strukturierung in Form von Ausnehmungen
II oder Erhebungen 12 der Scheibe 1 Phasenverschiebungen der einzelnen Lichtstrahlen bzw. -wellen, welche zu Inter- ferenz der Lichtwellen führen. Nach der Fokussierung durch die zweite Linse 44 wird die Lichtintensität entsprechend dem Strukturmuster moduliert. Dabei kann die Intensität des Lichtstrahls durch Interferenz lokal ausgelöscht bzw. stark gemindert werden. Alternativ kann auch eine unterschiedli- ehe Abstufung der Interferenz erzeugt werden, indem die Tiefe der Ausnehmungen 11 oder die Höhe der Erhöhungen 12 variiert wird. Durch diese variable Modulation bw. Verschieden starke Interferenz können daher verschiedene Helligkeitsmuster erzeugt und diese mit unterschiedlichen In- formationen belegt werden. Diese Intensitätsmaxima und - minima, beispielhaft in Fig. 4 schematisch dargestellt, können von einer oder mehreren Photodioden 45 detektiert werden. Alternativ zu der vertieften Struktur 11 in Fig. 3 kann die Mikrostruktur auch Erhebungen 12 aufweisen und diese in ähnlicher Weise wie Ausnehmungen 11 verwendet werden.
Sind die einzelnen Strukturen durch eine Mehrzahl von Vertiefungen 11 oder Erhöhungen 12 ausgebildet, kann auch eine unterschiedliche Stärke der Intensität der einzelnen Interferenzen durch einen unterschiedlichen Anteil von Vertiefungen 11 oder Erhöhungen 12 gegenüber nicht-vertieften o- der nicht-erhöhten Bereichen erfolgen. Je nach Anteil der vertieften 11 oder erhöhten 12 Bereiche kann somit ein Anteil von Licht mit der durch die Vertiefung 11 oder die Erhöhung 12 verursachten Phasenverschiebung erzeugt werden, was in einem dementsprechenden Gewicht des phasenverschobe- nen Lichts am Gesamtanteil des interferierenden Lichts resultiert.
Der Strahlenverlauf des Lichts 46 in der Scheibe 1 bei Durchlicht ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Zur Auslöschung des Lichts 46 durch Interferenz muss die Phasen- Verschiebung der einzelnen Lichtwellen die Hälfte der Wellenlänge des Lasers ausgehend von der Laserdiode 41 betragen. Dies wird dadurch realisiert, dass in der Scheibe 1 an der jeweiligen Stelle Vertiefungen 11' (siehe Fig. 4) bzw. auch Erhöhungen 12' (siehe Fig. 4) eingebracht werden, ähn- lieh denen einer CD. Die notwendige Dicke d der Vertiefungen 11' oder der Erhöhungen 12' berechnet sich gemäß der optischen Gesetze aus der Wellenlänge des Laserstrahls und dem Brechungsindex ns der planaren Scheibe 1 und dem Kennzeichen. Daher ergibt sich die Dicke d beispielsweise für eine wie in Fig. 5 dargestellte senkrecht durchstrahlte planare Scheibe 1 mit x = 1,3,5, ...., ns = Brechungszahl des Kunststoffs und λ = Wellenlänge des Lasers zu x • λ d =
2 • (ns ~ l)
Da durch Interferenz ein Intensitätsminimum entsteht ist darauf zu achten, dass ein gewisser Bereich durch planare und vertiefte 11' bzw. erhabene 12' Bereiche der Scheibe 1 ausgebildet wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Diese sollten innerhalb der Struktur (d.h. dem Kennzeichen oder Teilkennzeichen) flächenmäßig etwa gleich verteilt sein.
Die Winkelerfassung mittels reflektiertem Licht ist in Abbildung 6 dargestellt. Dabei wird die Rückseite der Struk- turierung (d.h. der Ausnehmung 11 oder Erhebung 12) mit einer dünnen reflektierenden Metallbeschichtung 13 z. B. Aluminium, die beispielsweise durch PVD-Beschichtung aufgebracht wird, versehen..Das Licht 46 der Diode 41 wird durch die Linse 42 kollimiert bzw. geformt. Das parallele Licht trifft durch einen halbdurchlässigen Spiegel 47 und eine Blende 43 auf die Scheibe 1 und wird durch die Metallbe- schichtung 13 auf der strukturierten Seite reflektiert. Das reflektierte Licht wird durch eine geeignete Vorrichtung 47, wie beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel, abgelenkt und wieder durch eine Linse 44 gebündelt und interferiert in deren Brennpunkt, indem ein Photosensor 45 angeordnet ist.
Der Strahlenverlauf des Lichts in der Scheibe beim Verfahren mit reflektiertem Licht und senkrechten Lichteinfall ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. Wie schon beim Durchlichtverfahren beschrieben, wird die Phasenverschie- bung des Lichts durch einen längeren optischen Weg im dichteren Medium realisiert. Da das Licht 46 an der Metallbe- schichtung 13 reflektiert wird, durchläuft es die KunststoffScheibe 1 zweimal. Dadurch ergibt sich beispielsweise für die Dicke d der Ausnehmungen 11' bzw. Erhöhungen 12' bei senkrecht einfallendem Lichtstrahl mit x = 1,3,5, ns = Brechungszahl des Kunststoffs und λ = Wellenlänge des Lasers folgende Abhängigkeit:
x • λ
4 • (ns - l)
Sowohl bei Durchlicht als auch mit reflektiertem Licht kann ebenfalls auf die Kollimation des Lichts 46 der Laserdiode 41 durch die erste Linse 42 verzichtet werden. Dabei trifft das Licht nicht mehr mit einem konstanten mittleren Winkel α auf die Scheibe 1. Bei Durchleuchten der Scheibe 1 ergeben sich trotzdem aufgrund der Strukturierung 11 oder 12 Phasenverschiebungen der einzelnen Lichtwellen, welche zu Interferenz führen. Dadurch wird nach Fokussierung des Lichtstrahls in der Linse 44 die Lichtintensität entspre- chend dem Strukturmuster durch die Ausnehmungen 11 und Erhebungen 12 moduliert. Der Strahlengang beim Durchlicht ist hierfür schematisch in Fig. 8 dargestellt. Bei reflektiertem Licht verläuft das Licht entsprechend dem Strahlengang in Fig. 9. Zur Erfassung der Winkelposition mittels reflektiertem Licht kann das Licht 46 der Laserdiode 41 sowohl unter einem Winkel α bezüglich der Scheibe 1, als auch mit dem Winkel α = 0° senkrecht auf die Scheibe 1 einfallen.
Der Vorteil der beschriebenen Erfindung gegenüber herkömmlichen Verfahren liegt in der mit feinsten höchstauflösenden Strukturen extrem kostengünstigen Herstellung der Scheibe 1 als Winkelverkörperung durch beispielsweise Mikrospritzguss und PVD-Metallbeschichtung in ähnlicher Weise, wie es bei den CDs bekannt ist. Durch die hohe Packungsdichte der Informationen auf der Scheibe 1 kann eine sehr hohe Winkelgenauigkeit bei kleinem Bauvolumen erreicht werden. Darüber hinaus können beim Spritzguss weitere Ele- mente hergestellt werden, wie die Achse, Lager, Verzahnungen, etc., die mit der Scheibe als Informationsträger dann eine integrale Einheit bilden können.
Neben den beschriebenen Fertigungsverfahren kann die Schei- be 1 ebenfalls mit dem 2-Komponenten-Spritzguss hergestellt werden. Dabei wird der optische Kontrast der Winkelverkörperung durch Kombination zweier verschiedener Brechungsin- dices, beispielsweise durch das Aufbringen einer Abdeckschicht, die einen unterschiedlichen Brechungsindex auf- weist als das Material der Scheibe, oder eines transparenten oder eines absorbierenden Kunststoffs erzeugt.
Die Winkelinformation auf der Scheibe 1 kann derart angeordnet werden, dass jede messbare Position durch eine ein- deutige Codierung bestimmt ist. Als Beispiel kann die Codierung entsprechend Fig. 10A auf der KunststoffScheibe 1 angeordnet sein. Dabei wird für jeden messbaren Winkel eine eindeutige Information bestehend aus mehreren Bits radial auf der Scheibe hinterlegt. In Fig. 10A ist jede der mögli- chen 64 Positionen durch eine 6bit-Zahl codiert. Die dunklen und hellen Felder symbolisieren die strukturierten und unstrukturierten Bereiche der Scheibe. Dabei werden auf der Scheibe 1 die Positionen an denen Intensitätsminima entste- hen sollen, mit diffraktiven optischen Strukturen versehen, die Bereiche mit Intensitätsmaxima bleiben unstrukturiert. Diese Möglichkeit der Strukturierung wird ebenfalls bei CDs unter dem Begriff "Pit and Land"-Strukturierung angewandt. Je nach Auflösung des Drehgebers kann die Bitbreite der Information beliebig gewählt werden.
Als diffraktive Struktur 11 oder 12 können beispielsweise einzelne vertiefte 11' bzw. erhabene 12' Punkte oder Balken verwendet werden, wie in den Abbildungen von Fig. 11 schematisch dargestellt ist. Dabei lassen sich als verschiedene Möglichkeiten Punkte in Arrays 11' und 12' oder parallele Balken entlang des Umfangs 11'' und 12'' oder Balken radial 11''' und 12''' anordnen. Weiterhin besteht die Möglichkeit die diffraktive Struktur beispielsweise durch ein- oder mehrdimensionale Gitter zu realisieren.
Für die Messung des Drehwinkels des Gehäuses 3 des Drehgebers bezüglich der Horizontalen mittels Gravitation lässt sich beschriebenes Verfahren ebenfalls nutzen. Dafür wird die gespritzte und strukturierte KunststoffScheibe 1 drehbar im Gehäuse 3 des Drehgebers gelagert. Dabei wird die Scheibe derart hergestellt, dass ein Massenschwerpunkt 5 außerhalb der Drehachse 2' liegt. Die Scheibe 1 kann bei- spielsweise durch Umspritzen eines exzentrisch angeordneten Metallstücks oder eines anderen Gewichts hergestellt werden.
Die drehbar im Gehäuse 3 gelagerte Scheibe 1 richtet sich bezüglich des Gravitationsfelds immer in einer Lage aus. Wird zunächst das Gehäuse 3 gedreht, lässt sich nachfolgend der Drehwinkel mittels der Winkelverkörperung direkt durch die Optik auslesen.
Alternativ kann die Information auf dem Informationsträger auch durch eine Kennzeichnung auf die Scheibe aufgebracht werden, wie es in Fig. 10B durch die Strukturen 1002 und 1004 dargestellt ist. Hierbei ist durch das Bezugszeichen 1002 beispielsweise eine binär codierte Information über eine Absolutlage des Informationsträgers auf der zweitäußersten Spur 1006 angeordnet. Diese Information ist vorzugsweise so auf der zweit-äußersten Spur 1006 des Informa- tionsträgers angeordnet, dass sie beispielsweise durch eine einzelne, fest angeordnete Photodiode ausgelesen wird, die die zweit-äußerste Spur 1006 abtastet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Information seriell, d.h. in Richtung des Umfangs der zweit-äußeren Spur 1006 angeordnet. Dagegen ist durch das Bezugszeichen 1004 eine Mehrzahl von nicht- unterscheidbaren Merkmalen, wie beispielsweise eine Abfolge von gleichartigen Erhöhungen oder Ausnehmungen in der äußersten Spur 1008 gekennzeichnet, die in der Darstellung der Fig. 10A dem geringstwertigen Bit des binären Codes entsprechen. Diese Merkmale lassen sich für eine inkremen- telle Winkelerfassung verwenden. Es lässt sich somit sagen, dass die Struktur 1002, die die Absolutlage des Informationsträgers kennzeichnet, kürzer, d.h. kompakter, ausgestaltet werden kann, als die Struktur 1004, über die die inkre- mentelle Winkeländerung des Informationsträgers erkennbar ist.
Im Gegensatz zu der in Fig. 10A dargestellten radialen Ausrichtung ist die Information der Struktur 1002 jedoch in Richtung des Umfanges eines konzentrischen Kreises um die Drehachse der Scheibe angeordnet, wobei durch jede einzelne der Strukturen 1002 eine Absolutlage kennzeichenbar ist. Diese Struktur 1002 kann beispielsweise auf die gleiche Weise ausgebildet sein, wie die radialen Strukturen auf der in Fig. 10A dargestellten Scheibe, d.h. sie können als Erhebungen und Ausnehmungen ausgebildet sein. Hierbei ist die Information jedoch nicht mehr radial auf der Scheine angeordnet, sondern in Richtung des Umfangs des konzentrischen Kreises 1006.
Wird nun die Scheibe, d.h. der Informationsträger gedreht, lassen sich durch den Detektor die Struktur 1002 und die Merkmale 1004 auslesen. Für eine feine Winkelunterteilung kann die Information aus den Merkmalen auf der äußersten Spur 1008 ausgelesen werden, indem beispielsweise gezählt wird, wie oft ein solches Merkmal den Detektor passiert. Ein solcher Ansatz zur Winkelmessung bietet den Vorteil, dass nicht nur ein hochgenaues und fein granuliertes Winkelauflösungsvermögen durch die inkrementelle Winkelmessung realisierbar ist, sondern dass vielmehr auch noch eine Information über die Absolutlage der Scheibe erkennbar ist und somit keine Fehler bei der Winkelmessung auftreten, wenn beispielsweise der Detektor abgeschaltet ist und sich die Scheibe dann dreht. Die Vorteile der inkrementellen Winkelmessung lassen sich daher mit den Vorteilen der absoluten Winkelmessung kombinieren. Dies ist technisch auch realisierbar, da auf bekannte Verfahren zurückgegriffen werden kann, wie sie beispielsweise zur Herstellung von CDs verwendet werden. Als weiteren Aspekt lässt sich bei dem vorstehenden Ansatz nennen, dass hier vorzugsweise nur zwei benachbart angeordnete Lichtquellen und zwei benachbart angeordnete Photodioden verwendet werden brauchen und keine kostenintensive Vorrichtung zur Laserstrahlablenkungen oder sechs Laserdioden mit sechs Photodioden (d.h. einer Photodiodenzeile) zum Auslesen der radial angeordneten Information benötigt werden. Als geringfügigen Nachteil wäre hier zwar zu nennen, dass die Scheibe relativ zum Detektor um zumindest eine Distanz auf der zweit-äußersten Spur 1006 bewegt werden sollte, der einer Länge einer vollständigen Struktur 1002 entspricht, um die Information der in der Struktur 1002 codierten Absolutlage vollständig entschlüsseln zu können. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass eine solche Drehung als unkritisch zu betrachten ist, da bei derzeit realisierbaren Bauteilabmessungen und Strukturie- rungsgrenzen fast immer (beispielsweise durch Vibrationen) eine ausreichende Relativdrehung der Scheibe zum Detektor vor einer aktuellen Messung sichergestellt werden kann da- mit eine vollständige Struktur ausgelesen wird.
In Fig. 12 ist eine Winkelerfassung mittels reflektierendem Licht dargestellt, wobei gegenüber Fig. 9 zwei Laserdioden versetzt angeordnet sind, sodass die jeweiligen Stahlen der Laserdioden von zwei verschiedenen Positionen auf der Scheibe reflektiert werden, und anschließend durch eine Optik 44 in die Fotodiode 45 gelangen. Die zwei Laserdioden 41 und 41' sind so nebeneinander angeordnet, dass die Lichtstrahlen nur durch eine Optik 44 auf bzw. durch die Scheibe gelenkt werden und anschließend auf mindestens eine Fotodiode 45 treffen. Zwischen der Scheibe 1 und der bzw. den Fotodioden 45 kann ebenfalls noch eine weitere Optik 44 angebracht sein, die das von der Scheibe 1 reflektierte Licht auf die Photodiode (n) 45 bündelt und gegebenenfalls auch fokussiert. Durch ein wechselndes An- und Ausschalten der Laserdioden und durch eine Kenntnis über den Schaltzustand der Laserdioden können so Kennzeichen an verschiedenen Orten der Scheibe detektiert werden und die Kennzeichen mit nur einer Fotodiode 45 ausgelesen werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Reduzierung der notwendigen Bauteile und somit eine weitere Kostenersparnis. Wenn die Laserdioden durch Halbleitertechniken hergestellt wer- den, ist so im Weiteren der Abstand der Laserdioden sehr genau bekannt und somit der abstand der ausgelesenen Kennzeichen.
In Fig. 13 ist eine Winkelerfassung mittels reflektierendem Licht dargestellt, bei dem das System mehrere Optiken 44 aufweist, die eine bestimmte Lage zueinander aufweisen. Dabei werden die Optiken in einem Linsenverbundsystem 48 ausgeführt, welches gleichzeitig die Funktion der Positionierung und Halterung übernimmt. Dabei lässt sich die Ausrich- tung der Optiken zueinander mit gleichbleibender Qualität bei gleichzeitiger Reduktion der Zahl an Bauteilen erreichen. Die Herstellung des Linsensystems kann beispielweise durch Spritzgießen aus Polymerwerkstoffen erfolgen.
Weiterhin kann ein weiteres optisches Element 49 mit spiegelnden Eigenschaften entsprechend Fig. 14 verwendet werden, welches einen Teil des Strahl einer Laserdiode 41 auf eine weiter Photodiode 45' umlenkt. Die Photodiode 45' er- möglicht dadurch die Messung der Leistung der Laserdiode 41, wobei eine geeignete Regeleinrichtung Leistungsschwankungen bedingt durch Temperaturschwankungen oder Alterungsprozesse ausgleichen kann.
In Fig. 15 ist ein Ausschnitt der Scheibe 1 dargestellt, bei der die absolute und die inkrementelle Winkelinformation mit denselben Kennzeichen in einer Anordnung kodiert hergestellt ist. Dabei wird die inkrementelle Winkelinfor- mation über die alternierenden ersten (11' und 11'') und zweiten (14) Kennzeichen dargestellt. Die absolute Information bezüglich des Drehwinkels ist dabei durch die Varianz der Interferenzintensität der ersten Kennzeichen (11' und 11'') dargestellt. Dabei entsprechen beispielsweise die Kennzeichen 11' einer logischen „1" und die Kennzeichen 11'' einer logischen „0". Für die absolute Winkelinformation werden die zweiten Kennzeichen 14 nicht berücksichtigt.
Zum Schutz gegen Verschmutzung sollten die Scheibe 1 und die optischen Bauelemente 41 bis 45, 47 in einem dichten Gehäuse untergebracht werden. Hierfür kann beispielsweise durch 2-Komponentenspritzguss eine Dichtung direkt in die Gehäusehälften 3 integriert werden.
Zusammenfassend ist somit zu sagen, dass als zentrales Element der beschriebenen Erfindung vorzugsweise eine transparente Kunststoffscheibe 1 verwendet wird, welche ähnlich wie bei einer Compact Disc (CD) einseitig mit einer Mikro- struktur 11, 12 und ggf. mit einer Metallbeschichtung 13 versehen ist. Die Scheibe 1 mit der Strukturierung 11 oder 12 stellt die Maßverkörperung bezüglich des Drehwinkels dar. Die Kunststoffscheibe 1 und die Strukturierung 11 oder 12 werden beispielsweise durch Mikrospritzgießen oder Spritzprägen in einem Prozessschritt hergestellt, wodurch die Strukturierung bereits mit dem Spritzgusswerkzeug ausgeführt werden kann. Anschließend kann die strukturierte Seite auch mit einer Metallschicht 13 versehen werden. Der Aufbau der Scheibe 1 ähnelt somit einer herkömmlichen CD. Durch den Mikrospritzguss können darüber hinaus weitere konstruktive Elemente wie beispielsweise eine Achse oder eine Verzahnung für den Einsatz in einem Getriebe als integrale Elemente direkt mit der Scheibe 1 hergestellt wer- den.
Die Formgebung der Strukturierung über Spritzguss ermöglicht bei geringem Verhältnis der Höhe zur Breite (Aspektverhältnis) die von CDs bekannten hohen Strukturauflösung im Mikrometer- und Submikrometerbereich. Dadurch wird das Aufbringen von absoluten Winkelmarken auf kleinster Fläche ermöglicht. Dabei sind auch digitale Codierungen herstellbar. Beispielsweise kann für jede messbare Position eine 16bit-Information auf einer Fläche hinterlegt werden, deren Länge auf den Umfang, bezogen einer Winkelauflösung von 0,01° entspricht, wie es beispielsweise heute bei Lenkwinkelsensoren gefordert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Drehgeber mit folgenden Merkmalen:
einem Informationsträger (1) , der ein erstes und ein zweites Kennzeichen aufweist, wobei das erste und zweite Kennzeichen an verschiedenen Positionen auf dem Informationsträger angeordnet sind, wobei ein Material des Informationsträgers (1) einem Material des ersten und zweiten Kennzeichens entspricht, wobei ein Kennzeichen eine optisch erfassbare Verkörperung einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers (1) ableitbar ist und wobei das erste Kennzeichen eine Mehrzahl von Bereichen mit je einer Ausnehmung (11) in einer Informationsträgeroberfläche und einen Bereich der Informationsträgeroberfläche umfasst und das zweite Kennzeichen sich von dem ersten Kennzeichen unterscheidet;
einem optischen Detektor (4) zum Detektieren des Kennzeichens (11, 12), wobei der Informationsträger (1) und der optische Detektor (4) relativ zueinander drehbar angeordnet sind, und wobei der optische Detektor (4) ausgebildet ist, um je einen Lichtstrahl (46) in ein Material jedes Bereichs mit einer Ausnehmung mit einem Lichtstrahl (46) in das Material im Bereich der Informationsträgeroberfläche zu interferieren, um eine erste Interferenzintensität für das erste Kennzeichen zu erhalten und um einen ersten Lichtstrahl (46) in einen Bereich des zweiten Kennzeichens mit einem zweiten Lichtstrahl (46) in einen weiteren Bereich des zweiten Kennzeichens zu interferieren, um eine zweite Interferenzintensität für das zweite Kennzeichen zu erhalten, die sich von der ersten Interferenzintensität unterscheidet, wobei die erste Interferenzintensität von einer Wellenlänge der Lichtstrahlen (46) in ein Material jedes Bereichs mit einer Ausnehmung und des Lichtstrahles (46) in das Material im Bereich der Informationsträgeroberfläche durch das erste Kennzeichen, einer Tiefe der Ausnehmung und einem Brechungsindex des Materials des Informationsträgers abhängig ist; und
einer Detektorauswerteeinheit, die ausgebildet ist, um aus der erhaltenen Interferenzintensität ein Vorliegen der ersten oder zweiten Interferenzintensität zu er- kennen und hieraus ein Vorliegen des ersten oder zweiten Kennzeichens zu erkennen, wobei die Detektorauswerteeinheit ferner ausgebildet ist, um auf der Basis einer Kenntnis des Vorliegens des ersten oder zweiten Kennzeichens ein Detektionssignal zu bestimmen, aus dem ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger (1) und dem Detektor (4) ermittelbar ist.
Drehgeber mit folgenden Merkmalen:
einem Informationsträger (1) , der ein erstes und ein zweites Kennzeichen aufweist, wobei das erste und zweite Kennzeichen an verschiedenen Positionen auf dem Informationsträger angeordnet sind, wobei ein Material des Informationsträgers (1) einem Material des ersten und zweiten Kennzeichens entspricht, wobei ein Kennzeichen eine optisch erfassbare Verkörperung einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers (1) ableitbar ist und wobei das erste Kennzeichen eine Mehrzahl von Bereichen mit je einer Erhebung (12) in einer Informationsträgeroberfläche und einen Bereich der Informationsträgeroberfläche umfasst und das zweite Kennzeichen sich von dem ersten Kennzeichen unterscheidet;
einem optischen Detektor (4) zum Detektieren des Kennzeichens (11, 12) , wobei der Informationsträger (1) und der optische Detektor (4) relativ zueinander dreh- bar angeordnet sind, und wobei der optische Detektor (4) ausgebildet ist, um je einen Lichtstrahl (46) in ein Material jedes Bereichs mit einer Erhebung (12) mit einem Lichtstrahl (46) in das Material im Bereich der Informationsträgeroberfläche zu interferieren, um eine erste Interferenzintensität für das erste Kennzeichen zu erhalten und um einen ersten Lichtstrahl (46) in einen Bereich des zweiten Kennzeichens mit einem zweiten Lichtstrahl (46) in einen weiteren Bereich des zweiten Kennzeichens zu interferieren, um eine zweite Interferenzintensität für das zweite Kennzeichen zu erhalten, die sich von der ersten Interferenzintensität unterscheidet, wobei die erste Interferenzintensität von einer Wellenlänge der Lichtstrahlen (46) in ein Material jedes Bereichs mit einer Erhebung (12) und des Lichtstrahles (46) in das Material im Bereich der Informationsträgeroberfläche durch das erste Kennzeichen, einer Tiefe der Erhebung (12) und einem Brechungsindex des Materials des Informationsträgers abhängig ist; und
einer Detektorauswerteeinheit, die ausgebildet ist, um aus der erhaltenen Interferenzintensität ein Vorliegen der ersten oder zweiten Interferenzintensität zu er- kennen und hieraus ein Vorliegen des ersten oder zweiten Kennzeichens zu erkennen, wobei die Detektorauswerteeinheit ferner ausgebildet ist, um auf der Basis einer Kenntnis des Vorliegens des ersten oder zweiten Kennzeichens ein Detektionssignal zu bestimmen, aus dem ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger (1) und dem Detektor (4) ermittelbar ist.
3. Drehgeber gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Infor- mationsträger (1) eine Scheibe ist.
4. Drehgeber gemäß Anspruch 3, bei dem die Scheibe (1) ein optisch transparentes Kunststoffmaterial umfasst.
5. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Informationsträgeroberfläche und ein Kennzeichen (11, 12) durch eine Abdeckschicht (13) bedeckt sind.
6. Drehgeber gemäß Anspruch 5, bei dem die Abdeckschicht (13) ein reflektierendes Material umfasst.
7. Drehgeber gemäß Anspruch 5, bei dem der Informations- träger (1) ein Material mit einem ersten optischen
Brechindex (ns) und die Abdeckschicht (13) ein Material mit einem zweiten optischen Brechindex umfasst, wobei der erste optische Brechindex von dem zweiten optischen Brechindex verschieden ist.
8. Drehgeber gemäß Anspruch 7 bei dem sich der erste optische Brechindex und der zweite optischen Brechindex um weniger als fünfzig Prozent voneinander unterscheiden.
9. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Kennzeichen eine Mehrzahl von Teilkennzeichen umfasst.
10. Drehgeber gemäß Anspruch 9, bei dem die Mehrzahl der Teilkennzeichen des Kennzeichens (11, 12), ausgehend von einer Drehachse (2) des Informationsträgers (1) auf demselben in Radialrichtung angeordnet sind.
11. Drehgeber gemäß Anspruch 10, bei dem ein erstes Kennzeichen (11, 12) eine erste Anzahl von Teilkennzeichen umfasst, und ein zweites Kennzeichen (11, 12) eine zweite Anzahl von Teilkennzeichen umfasst, wobei die erste Anzahl von Teilkennzeichen der zweiten Anzahl von Teilkennzeichen entspricht.
12. Drehgeber gemäß Anspruch 11, bei dem ein erstes Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens eine höhere Wer- tigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens aufweist und ein erstes Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens eine höhere Wertigkeit als ein zweites Teilkennzeichen des zweitens Kennzeichens aufweist, wobei das erste Teilkennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens einen im wesentlichen gleichen Abstand von der Drehachse des Informationsträgers (1) aufweisen und das zweite Teil.kennzeich.en des ersten Kennzei- chens und das zweite Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens einen im wesentlichen gleichen Abstand von der Drehachse des Informationsträgers (1) aufweisen.
13. Drehgeber gemäß Anspruch 12, bei dem das erste Teil- kennzeichen des ersten Kennzeichens und das erste
Teilkennzeichen des zweiten Kennzeichens durch eine
Ausnehmung (11) oder eine Erhebung (12) miteinander verbunden sind.
14. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Information eine binär-codierte Lageinformation ist und ein Teilkennzeichen eines Kennzeichens (11, 12) einem Bit der binär-codierten Lageinformation entspricht.
15. Drehgeber gemäß Anspruch 14, bei dem der Informationsträger (1) eine Anzahl von Kennzeichen (11, 12) aufweist, die einer maximalen Anzahl von untereinander unterscheidbaren binär-codierten Lageinformationen entspricht.
16. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem der optische Detektor (4) zumindest eine Lichtquelle (41) zum Ausgeben von Licht einer vorbestimmten Wel- lenlänge (λ) , eine Linse (42, 44;) und ein Sensorelement (45) umfasst.
17. Drehgeber gemäß Anspruch 16 in Verbindung mit Anspruch
4, bei dem die Ausnehmung eine Tiefe (d) aufweist, die einen vorbestimmten Zusammenhang zu der vorbestimmten Wellenlänge (λ) des Lichts der Lichtquelle (41) auf- weist.
18. Drehgeber gemäß Anspruch 16 in Verbindung mit Anspruch
5, bei dem die Erhöhung eine Höhe (d) aufweist, die einen vorbestimmten Zusammenhang zu der vorbestimmten Wellenlänge (λ) des Lichts der Lichtquelle (41) aufweist.
19. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der optische Detektor (4) ausgebildet ist, um ein In- terferenzmuster zu detektieren und ausgehend von dem detektierten Interferenzmuster auf der Basis von einem ersten und einem zweiten Schwellwert zumindest drei unterschiedliche Informationswerte aus dem Interferenzmuster detektieren zu können.
20. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem ein Kennzeichen ein erstes Teilkennzeichen und ein zweites Teilkennzeichen umfasst, wobei das erste Teilkennzeichen eine Information über eine absolute Lage des Informationsträgers (1) wiedergibt und aus dem zweiten Teilkennzeichen eine Information über eine inkrementelle Lageänderung des Informationsträgers (1) ermittelbar ist.
21. Drehgeber gemäß Anspruch 20, bei dem das erste Teilkennzeichen eine binär-codierte Information umfasst, die auf einem im wesentlichen konzentrischen ersten Kreis um eine Drehachse (2) des Informationsträgers (1) angeordnet ist und das zweite Teilkennzeichen eine Mehrzahl von nicht-unterscheidbaren Merkmalen' umfasst, die auf einem im wesentlichen konzentrischen zweiten Kreis um die Drehachse (2) des Informationsträgers (1) angeordnet sind.
22. Drehgeber gemäß Anspruch 21, bei dem das erste Teilkennzeichen und das zweite Teilkennzeichen derart angeordnet, dass ein radialer Abstand des ersten Kreises von dem radialen Abstand des zweiten Kreises verschieden ist.
23. Drehgeber gemäß Anspruch 22, bei dem das zweite Teilkennzeichen eine größeren Länge aufweist als das erste Teilkennzeichen.
24. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem der Informationsträger (1) eine exzentrisch zu einer Drehachse (2) des Informationsträgers (1) angeordneten Masseeinheit (5) umfasst.
25. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem das erste Teilkennzeichen und das zweite Teilkennzeichen derart angeordnet sind, dass ein Versatz in Rich- tung des Umfangs zwischen den Teilkennzeichen vorliegt.
26. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, bei dem zwei Laserdioden (41 und 41') auf einem durch Halblei- tertechniken hergestellten Chip derart ausgeführt sind, dass sie eine bestimmte Position zueinander aufweisen und durch eine Optik 44 derart geführt werden, dass sie die Kennzeichen (11,12) einer Spur mit einem Versatz in Richtung des Umfangs abtasten.
27. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26, bei dem eine oder mehrere optische Bauelemente 44 einstückig (48) in ein spritzgegossenes Bauteil integriert werden.
28. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27, bei dem ein weiteres optisches Element ( 49 ) und eine weitere Photodiode (45') zur Messung und Regelung der Leistung einer oder mehrer Laserdioden (41, 41') integriert werden.
29. Drehgeber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, bei dem erste in Bezug auf ihr Farbmuster variierende Kennzeichen (11' und 11'') und zweite Kennzeichen (14) alternierend entlang des Umfangs eines Informationsträgers aufgebracht werden, wobei aus der Unterscheidung zwischen Kennzeichen 11 und 14 eine inkrementelle Winkel- information ausgelesen werden kann und wobei durch Unterscheidung des Farbmusters der ersten Kennzeichen (11' und 11'') durch eine geeignete Elektronik eine absolute Information bezüglich des Winkels ausgelesen werden kann.
30. Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers, wobei der Drehgeber einen Informationsträger (1) umfasst, der ein erstes und ein zweites Kennzeichen aufweist, wobei das erste und zweite Kennzeichen an verschiedenen Po- sitionen auf dem Informationsträger angeordnet sind, wobei ein Material des Informationsträgers (1) einem Material des ersten und zweiten Kennzeichens entspricht, wobei ein Kennzeichen eine optisch erfassbare Verkörperung einer Information ist, aus der eine Lage des Informationsträgers (1) ableitbar ist und wobei das erste Kennzeichen eine Mehrzahl von Bereichen mit je einer Ausnehmung (11) oder je einer Erhebung (12) in einer Informationsträgeroberfläche und einen Bereich der Informationsträgeroberfläche umfasst und das zweite Kennzeichen sich von dem ersten Kennzeichen unterscheidet, wobei der Drehgeber ferner einen optischen Detektor (4) zum Detektieren des Kennzeichens (11, 12) umfasst, wobei der Informationsträger (1) und der optische Detektor (4) relativ zueinander drehbar angeordnet sind, und wobei der optische Detektor (4) ausgebildet ist, um je einen Lichtstrahl (46) in ein Material jedes Bereichs mit einer Ausnehmung oder mit einer Erhebung (12) mit einem Lichtstrahl (46) in das Material im Bereich der Informationsträgeroberfläche zu interferieren, um eine erste Interferenzintensität für das erste Kennzeichen zu erhalten und um einen ersten Lichtstrahl (46) in einen Bereich des zweiten Kennzeichens mit einem zweiten Lichtstrahl (46) in einen weiteren Bereich des zweiten Kennzeichens zu interferieren, um eine zweite Interferenzintensität für das zweite Kennzeichen zu erhalten, die sich von der ersten Interferenzintensität unterscheidet, wobei die erste Interferenzintensität von einer Wellenlänge der Lichtstrahlen (46) in ein Material jedes Bereichs mit einer Ausnehmung (11) oder einer Erhebung (12) und des Lichtstrahles (46) in das Material im Bereich der Informationsträgeroberfläche durch das erste Kennzei- chen, einer Tiefe der Ausnehmung (11) oder der Erhebung (12) und einem Brechungsindex des Materials des Informationsträgers abhängig ist, und wobei ferner der Drehgeber eine Detektorauswerteeinheit umfasst, die ausgebildet ist, um aus der erhaltenen Interferenzin- tensität ein Vorliegen der ersten oder zweiten Interferenzintensität zu erkennen und hieraus ein Vorliegen des ersten oder zweiten Kennzeichens zu erkennen, wobei die Detektorauswerteeinheit ferner ausgebildet ist, um auf der Basis einer Kenntnis des Vorliegens des ersten oder zweiten Kennzeichens ein Detektionssignal zu bestimmen, aus dem ein Drehwinkel einer Relativdrehung zwischen dem Informationsträger (1) und dem Detektor (4) ermittelbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Drehen des Informationsträgers (1); und
Erfassen einer Interferenzintensität um ein Vorliegen des ersten oder zweiten Kennzeichens (11, 12) zu er- kennen.
PCT/EP2005/000714 2004-01-26 2005-01-25 Drehgeber und verfahren zum betreiben eines drehgebers WO2005071363A1 (de)

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