WO2007048611A1 - Codierungselement für einen positionsgeber - Google Patents

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WO2007048611A1
WO2007048611A1 PCT/EP2006/010337 EP2006010337W WO2007048611A1 WO 2007048611 A1 WO2007048611 A1 WO 2007048611A1 EP 2006010337 W EP2006010337 W EP 2006010337W WO 2007048611 A1 WO2007048611 A1 WO 2007048611A1
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WO
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coding
subfields
movement
track
fields
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/010337
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English (en)
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Heinz KÜCK
Volker Mayer
Daniel Warkentin
Tim Botzelmann
Original Assignee
Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
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Priority claimed from DE202005017263U external-priority patent/DE202005017263U1/de
Priority claimed from DE102006009747A external-priority patent/DE102006009747A1/de
Application filed by Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. filed Critical Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G02B27/4255—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application for alignment or positioning purposes
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings

Definitions

  • the present invention relates to a coding element for a position sensor and to a position sensor with such a coding element.
  • the present invention relates to a coding element for an absolute coded or an incrementally coded position sensor, preferably an optical rotary encoder.
  • the present invention relates to an arrangement for coding and reading dimensional structures of an absolute measuring optical encoder or an incrementally measuring optical encoder with direction of rotation detection, which uses one or more diffraction orders for signal generation.
  • Positioners are used in a variety of applications.
  • so-called rotary encoders are used to detect the angular position during rotational movements. Examples include the steering angle detection in the motor vehicle for driving stability systems and the position detection of rotating elements in machines.
  • two types of sensors can be realized, namely incrementally coded rotary encoders and absolutely encoded rotary encoders.
  • incrementally coded encoders the measurement of the relative angular change is achieved by dividing a structure on a coding disk into a plurality of bars or segments.
  • An incrementally encoded rotary encoder gives to the periphery just borrowed a direction of rotation-dependent pulse signal, which then z. B. can be converted by counting the pulses in a relative angle change.
  • absolutely encoded rotary encoders are realized with structured coding slices which detect an absolute position, which is deposited as coding on several parallel tracks or as a sequential sequence as gray scale coding.
  • An absolutely encoded rotary encoder gives z. For example, at the peripherals at its n outputs, it outputs an n-bit long binary or gray code value representing the angular position.
  • Optical rotary encoders which work with microstructured coding discs as a geometrical measuring standard, which are similar to compact discs (CD) or digital versatile discs (DVD) or produced with the aid of the process techniques of CD or DVD technology, and methods for operating such encoders z. As described in WO 2005/071363 Al and in EP 0 637 730 Al.
  • the coding disc 100 rotates in operation about its center, the axis of rotation 102 of the sensor, which is mounted in a housing of the sensor.
  • the encoder disk 100 includes an encoding track 104 disposed on a surface of the encoder disk 100.
  • the coding track 104 comprises a plurality of structured coding fields 106 and a plurality of unstructured coding fields 108.
  • the structured and unstructured coding fields 106, 108 alternate and surround the circumference of the coding disc 100.
  • a laser spot 110 scanning the coding track 104 is, for example, in diameter - As about as large as a coding field 106 and 108. In principle, however, the laser spot 110 may be larger or significantly smaller.
  • Each coding field 106, 108 occupies a certain angle segment 112, so that z. B. by directional adding up the coding fields 106, 108, an angle change can be determined.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a possible structuring pattern for the structured coding fields 106 for a microstructured coding disk 100 for an incrementally coded rotary encoder according to the prior art. Shown is a short excerpt from the encircling encoding track 104 of FIG. 1.
  • the encoding track 104 consists of the structured encoding fields 106 and the unstructured encoding fields 108 that alternate constantly.
  • the unstructured coding fields 108 do not include any microstructures on the surface 114 of the coding disc.
  • the structured coding fields 106 comprise microstructures 116 consist of depressions or elevations.
  • the depth or height with respect to the surface 114 of the coding disk 100 is defined such that within a structured coding field 106 upon irradiation with the laser light 110 a destructive optical interference takes place, ie a partial or complete extinction of the zeroth diffraction order.
  • the intensity of the optical interference in the zeroth diffraction order is determined not only by the depth or height of the microstructures 116 but also by the area ratio of the microstructures 116 to the actual surface 114 within the structured coding field 106.
  • the microstructures 116 of the structured coding panels 106 may be composed of elongate, adjacent trenches, circular bores, as shown in FIG. 2, or other suitable geometric shapes.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a possible arrangement for signal readout for an incrementally coded rotary encoder with a microstructured and mirrored coding disk 100 according to the prior art.
  • the coding disc 100 with the coding track 104 rotates about the axis of rotation 102 of the sensor, which is mounted in a housing of the sensor.
  • the coding track 104 is illuminated with a laser beam 118 for generating the laser spot 110 on the coding track 104, wherein the laser beam 118 is generated and output by a laser beam source 120.
  • Optical elements 122 such. As lenses or diaphragms can be integrated into the beam path.
  • the laser beam 118 is deflected by the reflecting side of the coding disk 100 onto a photodetector 124, wherein the photodetector 124 detects the zeroth diffraction order 126 and thus detects an intensity modulation when the structured coding fields 106 or the unstructured coding fields 108 are passed over.
  • a high intensity is measured at the photodetector 124, and for a structured encoding field 106, a reduced intensity at the Photodetector 124 measured.
  • an output signal 128a is produced which alternates between the states "high" and "low".
  • Fig. 4 shows the usual digital output signals 128a and 128b of incrementally coded encoders. These are the two phase-shifted digital output signals 128a and 128b.
  • a digitized signal waveform results from alternating "high" signals 130 and "low” signals 132.
  • the phase offset 134 of ⁇ / 2 of the output channels is the direction of rotation and the angular position, z. B. by adding up the pulses to uniquely identify a peripheral system. For one direction of rotation 13 ⁇ a, the output channel 128b is leading, for the other, opposite direction 136b, the output channel 128a is leading.
  • a second phase-shifted arrangement must be set up for reading one or more coding tracks 104.
  • at least one further laser beam source 120 or special beam-splitting optical elements 122 and a further photodetector 124 or a correspondingly pulsed control and readout of the optoelectronic elements is required, which means a considerable effort for components and electronics.
  • the present invention seeks to provide an improved coding element for a position sensor, which allows detection of a change in position with reduced component and electronic complexity.
  • the present invention provides a coding element for a position encoder with a coding track having a plurality of coding fields, each coding field having a plurality of structured subfields, each of the structured subfields causing a deflection of an incident beam having a predetermined diffraction angle, and wherein the subfields are patterned to deflect an incident beam at a different diffraction angle, respectively.
  • the present invention provides a position transmitter which, in addition to a radiation source, a plurality of photodetectors and an evaluation unit, additionally has the coding element according to the invention.
  • the present invention teaches a novel approach in which the laser beam deflection into the diffraction orders is used to detect the encoding or for signal acquisition / signal processing and detection of a rotation angle can be used. More specifically, the present invention is the principle of operation on the basis that a diffraction order, for example, the first order of diffraction, is read, which can be detected by different lattice parameters at different locations.
  • the coding element is provided for an incrementally coded position sensor which detects a position along a direction of movement.
  • the plurality of sub-fields of a coding field are arranged along the direction of movement, and further preferably the coding track comprises alternately coding fields without structuring and coding fields with structuring, wherein the subfields of a structured coding field are arranged side by side or partially overlapping along the direction of movement.
  • the present invention provides an encoding element for an absolute coded position sensor which detects a movement along a direction of movement.
  • the plurality of subfields are arranged transversely to the direction of movement, preferably at least partially adjacent to one another.
  • each coding field comprises at least one structured subfield.
  • the movement is either a linear movement or a rotational movement, in the latter case the coding element is preferably disc-shaped, the coding track is circular, the coding fields are circular segments and the position is an angular position.
  • the position sensor is an optical position sensor, wherein the incident beam by an optical beam, for. As a laser beam is provided.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a microstructured coding disk for an incrementally coded rotary encoder according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a structuring pattern for an incrementally coded rotary encoder with a microstructured coding disk according to the prior art
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a signal read-out arrangement for an incrementally or absolutely coded rotary encoder with a microstructured and mirrored coding disk according to FIG.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a structuring pattern for the coding element according to the invention according to a first, preferred embodiment for use in an incrementally coded rotary encoder, wherein the microstructured coding disk uses one or more diffraction orders for detecting the increments and for generating the output signals;
  • FIG. 6 is a schematic representation of a signal extraction arrangement for an incrementally coded
  • Rotary encoder with a microstructured coding disk according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of the intensities at two photodetectors as a function of the position on the coding track in the case of an incrementally coded rotary encoder with a microstructured coding disk according to FIG. 5, which uses one or more diffraction orders for signal detection;
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a coding field for the coding element according to the invention, according to a second preferred embodiment of the present invention, for an absolutely coded rotary encoder, wherein the microstructured coding disk uses one or more diffraction orders for signal generation;
  • FIG. 9 is a schematic representation of the arrangement of the coding fields on the coding disc according to the invention according to a preferred embodiment. example for an absolutely coded encoder.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a signal read-out arrangement for an absolutely coded rotary encoder with a microstructured coding disk according to FIG. 8 or FIG. 9.
  • the coding element according to the invention for coding and reading dimensional structures of an incrementally measuring position sensor according to a first exemplary embodiment will now be described in more detail.
  • the first exemplary embodiment according to the invention will be described below with reference to FIGS. 5-7 with reference to an incrementally measuring optical rotary encoder with a microstructured coding disk and direction of rotation detection, which uses one or more diffraction orders for signal generation. 'In the following description of the preferred embodiments of the present invention same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a structuring pattern for an incrementally coded rotary encoder according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • the patterning pattern by reading a higher order of diffraction, enables the detection of the direction of movement and, in a simple manner, the generation of phase-shifted output signals on two output channels, as explained above with reference to FIG.
  • each structured coding field 106 comprises a first subfield 106a and a second subfield 106b.
  • the subfields 106a and 106b are preferably arranged side by side in the circumferential direction.
  • the subfields 106a and 106b are different from each other in that, when irradiated with the laser spot 110, they cause different diffraction patterns for the respective diffraction orders.
  • the microstructures 116 of the structured coding fields 106 consist of elevations or depressions having a defined depth or height with respect to the surface 114 of the coding disk 100 and are designed, for example, as elongated, adjacent trenches. This form is preferred, since this gives well-detectable diffraction patterns and diffraction orders. However, equally well-detectable diffraction orders may also be generated with other trench shapes and trench layouts, such as using the layouts shown in FIG. 2.
  • the laser spot 110 for reading out the coding track 104 has on the structure side of the coding disk 100 a diameter which is preferably smaller than approximately 5 times the coding field width.
  • the depth or height of the micro- Structure 116 relative to the wafer surface 114 is defined such that within a structured coding field 106 upon irradiation with the laser spot 110, a destructive optical interference occurs, ie at least partial or complete extinction of the zeroth diffraction order takes place.
  • the intensity of the optical interference in the zeroth diffraction order is determined not only by the depth or the height of the microstructures but also by the area ratio of the microstructures 116 to the actual wafer surface 114 within a structured coding field 106.
  • the microstructures 116 of the structured coding fields 106 are also optimized in terms of their depth / height, shape and dimensions to the extent that in the read diffraction order, for. B. the first diffraction order, a high intensity and a good beam quality is obtained.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment for reading out the coding track 104 described in FIG. 5 using a mirrored coding disk 100.
  • the coding disk 100 with the coding track 104 rotates about the axis of rotation 102 of the sensor which is mounted in a housing of the sensor.
  • the coding track 104 is illuminated by a laser beam 118 from a laser beam source 120.
  • Optical elements 122 such. As lenses, apertures, prisms, grids, mirrors, movable mirrors or the like, may be integrated into the beam path.
  • the laser beam 118 is reflected by the reflecting side of the coding disk 100 and follows the direction of the zeroth diffraction order 140 if an unstructured coding field 108 is illuminated by the laser spot 110.
  • the microstructures 116 of the structured coding field 106 act as an optical phase grating and a diffraction image is formed.
  • the laser beam 118 is partially or completely deflected into higher diffraction orders.
  • a first photodetector 142a detects the first or a higher diffraction order of the subfield 106a of the structured encoding field 106.
  • Another photodetector 142b detects, for example, the first or a higher diffraction order of the subfield 106b.
  • the diffraction angles 144a for the subfield 106a are larger than the diffraction angles 144b for the lower field 106b with the larger grating constant 138b because of the smaller lattice constant 138a. This also results in a geometrically different position for the photodetectors 142a and 142b.
  • the photodetector 142a detects the highest intensity when passing over the subfield 106a
  • the photodetector 142b detects the highest intensity when passing over the subfield 106b.
  • both sensors 142a and 142b detect an intensity minimum.
  • reference numerals 146a and 146b respectively, show the laser beams diffracted by the subfield 106a and the subfield 106b, respectively, with a diffraction order higher than the zeroth diffraction order.
  • the reading out of the intensities at the photodetectors 142a and 142b thus results in passing over the coding track 104 with the laser spot 110 two output signals that have a phase offset to each other, or occur consecutively unique.
  • the overlap of the output signals is large or small.
  • FIG. 7 schematically shows the intensity profile 148a, 148b determined at the photodetectors 142a, 142b, as well as the corresponding digitized signal 150a, 150b for a laser spot 110 whose diameter is greater than the width of the coding field 106, 108.
  • the signals are here recorded above the corresponding position on the encoding track 104.
  • the digitization of the photodetector signals 148a, 148b can be done in a downstream electronics, for example via simple hardware thresholds.
  • the maximum intensities and the offset of the Intensity signals may be different between the photodetector 142a and the photodetector 142b. However, this can be achieved by suitable digitization, e.g. B. different hardware thresholds for the photodetectors 142a, 142b, are compensated.
  • the phase offset 134 can be set to exactly ⁇ / 2 or else to other values.
  • phase offset 134 and thus the direction of rotation detection are realized in contrast to encoders with microstructured coding disk according to the prior art without further optical elements and without further laser beam source in a simple manner.
  • the digitized output signals 150a and 150b in a subsequent signal processing circuit may serve as a basis for interpolation over which the resolution of the incrementally encoded encoder can be further increased.
  • the structured and unstructured coding fields 106, 108 do not necessarily have the same width, as indicated in FIGS. 5 and 7. Also, the subfields 106a and 106b need not necessarily be made the same width. If the unstructured and the structured coding field 106, 108 are not the same width, the result may be an asymmetrical ratio of the length of the "high" signal to the "low” signal after the digitization, or a phase offset deviating from ⁇ / 2. For some applications, however, this is not relevant or even desired.
  • the arrangement described with reference to FIG. 6 can also be used with a non-mirrored coding disk 100, ie in the Transmitted light can be operated.
  • the photodetectors are then arranged correspondingly above the coding disc 100.
  • FIGS. 8-10 A second, preferred exemplary embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 8-10.
  • An exemplary embodiment for coding and reading dimensional structures of an absolute measuring optical rotary encoder which uses one or more diffraction orders for signal generation will be described with reference to FIGS. 8-9.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an encoding field 106 for an absolutely coded rotary encoder with a microstructured coding disk 100 which uses one or more diffraction orders for signal generation.
  • 9 shows a schematic representation of the coding arrangement on the coding disk 100 for an absolutely coded rotary encoder with a microstructured coding disk 100, which uses one or more diffraction orders for signal generation.
  • FIG. 8 shows the structured coding field provided with the reference symbol 152 in FIG. 9, which occupies an angular segment 112 on the coding track 104 and consists of a plurality of radially arranged subfields 152a-152f, which in turn, unlike FIG. 2, comprise different microstructures 116 in the form of elevations and / or depressions.
  • the microstructures 116 of the subfields 152a-152f consist of ridges or depressions having a defined height or depth opposite the wafer surface 114.
  • the depth of the microstructures 116 to the wafer surface 114 is defined to be within a Subfield 152a-152f upon irradiation with a laser spot 110, a destructive optical interference occurs, ie an at least partial or complete extinction of the zeroth order of diffraction occurs.
  • the intensity of the optical interference in the zeroth diffraction order is determined not only by the depth or height of the microstructures but also by the area ratio of the microstructures to the actual wafer surface 114 within a structured coding field 152.
  • the microstructures 116 of the structured subfields 152a-152f are also optimized in depth / height, shape and dimensions to the extent that in the diffraction order to be read, for. B. the first diffraction order, a high intensity and a good beam quality is obtained.
  • FIGS. 8 and 9 show by way of example six radially arranged subfields 152a-152f. However, more or fewer subfields may be used.
  • the microstructures 116 may, as shown, for. B. be designed as elongated juxtaposed trenches.
  • the microstructures 156 of subfields 152a-152f are uniquely different in their diffraction patterns. So z.
  • the microstructures 116 of the subfields 152a-152f may have different lattice constants 154a-154f, ie trench spacings, staggered. When illuminated with a laser beam, the different lattice constants 154a-154b cause different diffraction patterns or diffraction angles for the diffraction orders of the subfields 152a-152f.
  • the coding fields 152 with the subfields 152a-152f are arranged on the coding track 104 and are illuminated with a laser beam 110 which detects at least all the subfields 152a-152f of an encoding field 152 simultaneously, ie simultaneously.
  • the subfields 152a-152f of the respective encoding field 152 may be provided with the microstructure 116, as shown at 156 in FIG. 9, or the subfields may be unstructured, such as this is shown in Fig. 9 at 158, ie without microstructure.
  • the encoding fields 152 are distinguished by the combination of structured and unstructured subfields 156, 158. Each subfield 152a-152f of an encoding field 152 represents one bit of a z.
  • Each coding field 152 thus represents a unique angular position, an absolute angular position.
  • the resolution of the absolute position of the sensor is directly related to the number of encoder fields 152 on the circumference.
  • the maximum possible number of different coding fields 152 in turn depends on the number of subfields 152a-152f of the coding field 152.
  • the order of arrangement of the sub-fields 152a-152f with each other on a coding field 152 is not fixed.
  • the area of a subfield within an encoding field can be composed of several subareas which, like the subfields, can occupy an arbitrary position on the coding field.
  • the illumination of the coding field 152 by the laser spot 110 is at least as wide in the radial direction as the measuring track and a preferably homogeneous intensity distribution is advantageous.
  • the laser spot 110 on the coding track 104 should be as narrow as possible, optimally narrower than the segment 112 of the coding field 152 in order to achieve the highest possible resolution and operating reliability of the sensor.
  • 10 shows the schematic representation of an arrangement for signal generation for an absolutely coded rotary encoder with a microstructured and mirrored coding disk, as described with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the coding disc 100 with the coding track 104 rotates about the axis of rotation 102 of the sensor, which is mounted in the housing of the sensor.
  • the coding track 104 is illuminated by a laser beam 118 from a laser beam source 120.
  • Optical elements 122 such as lenses, screens, grids, prisms, mirrors, movable mirrors or the like, may be integrated into the beam path for beam shaping. From the reflective side of the encoder disk 100, the laser beam 118 is reflected and follows the course 140, ie the direction of the zeroth diffraction order, when no microstructured subfields 152a-152f are illuminated.
  • any optical elements 122 such. As lenses or diaphragms are used.
  • a plurality of photodetectors 160a-16Of or a corresponding photodetector array or an OPTO ASIC can be used for the signal detection.
  • the photodetector array 160 has at least as many elements 160a-16Of as the encoding field 152 has subfields 152a-152f. If microstructured sub-fields 152a-152f are illuminated by the laser spot 110 on the coding disk 100, the laser beam is subsequently partially diffracted. The diffraction angles depend on the lattice constants 154a-154f of the respective existing and illuminated subfields.
  • each subfield Since each of the subfields has a different lattice constant, each subfield also has a specific diffraction angle, e.g. B. the first order, on.
  • the individual elements 160a-16Of of the photodetector array 160 are arranged so that each element z. B. detects the first diffraction order of an associated subfield. To capture z.
  • element 160a may be the first diffraction order 162a of subfield 152a.
  • a corresponding assignment is also made for all others Photodetector elements 160b-16Of, subfields 152b-152f and eg first diffraction orders 162b-162f.
  • the photodetectors detect an intensity for the structured subfields on the respectively assigned element.
  • For non-microstructured ünterfeiders 158 detects the associated photodetector element no intensity, since no corresponding diffraction takes place and the laser beam in the direction of the zeroth diffraction order 140 runs.
  • the pattern of the coding field 152 which z. B. can represent a gray code value or a binary value, are completely detected and detected.
  • the detected by the photodetectors 160 intensities are further processed in a downstream electronics and z. B. digitized via hardware thresholds.
  • the respective value of a subfield which may be a digital "high” or “low”, is output at an output.
  • the pattern of the coding field changes, so that the representative gray code value or binary value and thus also the associated angle value.
  • the coding track would consist of alternating coding fields and separating fields.
  • the separation fields could z. B. be realized as a completely unstructured field or as a field with a further diffraction pattern and an associated photodiode.
  • the arrangement described in FIG. 6 can also be operated with a non-mirrored coding disk, ie as an arrangement in transmitted light.
  • the photodetectors are arranged in FIG. 6 correspondingly above the coding disc.
  • a further photodetector for detecting zeroth diffraction order light may be provided in the circuit arrangements shown.
  • the signal obtained thereby can e.g. be used for the referencing of the laser, e.g. for controlling the output power to a substantially constant value over a wide temperature range.
  • information about the coding can be obtained from the obtained signal, e.g. to get redundancy in the system.
  • the coding track comprises an encoding field having only non-structured subfields.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Codierungselement für einen Positionsgeber mit einer Codierungsspur (104), die eine Mehrzahl von Codierungsfeldern (106) aufweist, wobei jedes Codierungsfeld (106) eine Mehrzahl von strukturierten Unterfeldern (106a, 106b) aufweist, wobei jedes der strukturierten Unterfelder (106a, 106b) eine Ablenkung eines auftreffenden Strahls (110) mit einem vorbestimmten Beugungswinkel bewirkt, und wobei die Unterfelder (106a, 106b) strukturiert sind, um einen auftreffenden Strahl (110) mit einem jeweils unterschiedlichen Beugungswinkel.

Description

Codierungselement für einen Positionsgeber
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Codierungselement für einen Positionsgeber und auf einen Positionsgeber mit einem solchen Codierungselement. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Codierungs- element für einen absolut codierten oder einen inkrementell codierten Positionsgeber, vorzugsweise einen optischen Drehgeber. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung zur Codierung und Auslesung von Maßstrukturen eines absolut messenden optischen Drehgebers bzw. eines inkrementell messenden optischen Drehgebers mit Drehrichtungserfassung, der eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Signalerzeugung nutzt.
Positionsgeber werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Insbesondere zur Erfassung von Rotationsbewegungen werden sogenannte Drehgeber verwendet, um die Winkelstellung bei Drehbewegungen zu erfassen. Beispiele hierfür sind die Lenkwinkelerfassung im Kraftfahrzeug für Fahrstabilitätssysteme und die Positionserfassung von rotierenden Elementen in Maschinen. Durch die Messung des Drehwinkels eines Pendels bzw. durch Vergleich von zwei Drehwinkeln an einer Torsionswelle können weitere Messgrößen, wie Neigungswinkel und Drehmomente, abgeleitet werden.
Im Stand der Technik ist eine Reihe von möglichen Wirkprinzipien von Drehgebern bekannt. Beispielsweise werden poten- tiometrische, optische, magnetisch-induktive und kapazitive Funktionsprinzipien eingesetzt. Bei den optischen Prinzipien werden für hochauflösende Systeme derzeit hauptsäch- lieh transparente Codierscheiben, meistens aus Glas, eingesetzt. Solche Codierscheiben sind beispielsweise mit einer strukturierten Maskierungsschicht aus Metall beschichtet. Zur Auswertung werden Reflexlicht- und Durchlichtverfahren eingesetzt. In jüngerer Zeit wird aus Kostengründen über den Einsatz von mikrostrukturierten Codierscheiben, die zu einer Compactdisc (CD) oder einer Digital Versatile Disc (DVD) ähnlich sind, nachgedacht. Bei solchen Anwendungen erfolgt die Detektion der Codierung über eine destruktive optische Interferenz.
Prinzipiell lassen sich zwei Arten von Sensoren realisieren, nämlich inkrementell codierte Drehgeber und absolut codierte Drehgeber. Bei inkrementell codierten Drehgebern wird die Messung der relativen Winkeländerung durch Unterteilung einer Struktur auf einer Codierungsscheibe in eine Vielzahl von Strichen bzw. Segmenten erreicht. Ein inkrementell codierter Drehgeber gibt an die Peripherie ledig- lieh ein drehrichtungsabhängiges Impulssignal weiter, das dann z. B. durch Zählen der Impulse in eine relative Winkeländerung umgerechnet werden kann. Absolut codierte Drehgeber werden mit strukturierten Codierungsscheiben realisiert, welche eine absolute Position erfassen, die als Codierung auf mehreren parallelen Spuren oder als sequentielle Abfolge als Graustufencodierung hinterlegt ist. Ein absolut codierter Drehgeber gibt z. B. an die Peripherie an seinen n Ausgängen einen n-Bit langen Binär- oder Gray- Codewert aus, der die Winkelstellung repräsentiert.
Optische Drehgeber, die mit mikrostrukturierten Codierungsscheiben als geometrische Maßverkörperung arbeiten, welche zu Compactdiscs (CD) oder Digital Versatile Discs (DVD) ähnlich sind oder mit Hilfe der Prozesstechniken der CD- bzw. DVD-Technologie hergestellt werden, sowie Verfahren zum Betreiben solcher Drehgeber sind z. B. in der WO 2005/071363 Al und in der EP 0 637 730 Al beschrieben.
Bei diesen bekannten Anordnungen wird die Signalauslöschung durch destruktive Interferenz der Detektion der Codierung zugrundegelegt . Nachfolgend werden bekannte Anordnungen zur Codierung und Auslegung von Maßstrukturen eines inkrementell messenden optischen Drehgebers beschrieben, die auf den Veröffentlichungen WO 2005/071363 Al und EP 0 637 730 Al basieren.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrostrukturierten Codierungsscheibe für einen inkrementell codierten Drehgeber nach dem Stand der Technik. Die Codierungsscheibe 100 rotiert im Betrieb um ihren Mittelpunkt, die Drehachse 102 des Sensors, welche in einem Gehäuse des Sensors gelagert ist. Die Codierungsscheibe 100 umfasst eine Codierungsspur 104, die auf einer Oberfläche der Codierungsscheibe 100 angeordnet ist. Die Codierungsspur 104 umfasst eine Mehrzahl von strukturierten Codierungsfel- dem 106 sowie eine Mehrzahl von unstrukturierten Codierungsfeldern 108. Die strukturierten und unstrukturierten Codierungsfelder 106, 108 wechseln sich ab und umlaufen den Umfang der Codierungsscheibe 100. Ein die Codierungsspur 104 abtastender Laserspot 110 ist im Durchmesser beispiels- weise etwa so groß wie ein Codierungsfeld 106 bzw. 108. Prinzipiell kann der Laserspot 110 jedoch auch größer oder deutlich kleiner sein. Jedes Codierungsfeld 106, 108 nimmt ein bestimmtes Winkelsegment 112 ein, so dass z. B. durch richtungsabhängiges Aufaddieren der Codierungsfelder 106, 108 eine Winkeländerung bestimmt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Strukturierungsmusters für die strukturierten Codierungsfelder 106 für eine mikrostrukturierte Codierungsscheibe 100 für einen inkrementell codierten Drehgeber nach dem Stand der Technik. Dargestellt ist ein kurzer Ausschnitt der umlaufenden Codierungsspur 104 aus Fig. 1. Die Codierungsspur 104 besteht aus den strukturierten Codierungsfeldern 106 und aus den unstrukturierten Codierungsfeldern 108, die sich ständig abwechseln. Die unstrukturierten Codierungsfelder 108 umfassen keinerlei Mikrostrukturen auf der Oberfläche 114 der Codierungsscheibe. Die strukturierten Codierungsfelder 106 umfassen Mikrostrukturen 116 die aus Vertiefungen oder Erhöhungen bestehen. Die Tiefe bzw. Höhe gegenüber der Oberfläche 114 der Codierungsscheibe 100 ist derart definiert, dass innerhalb eines strukturierten Codierungsfeldes 106 bei Bestrahlung mit dem Laserlicht 110 eine destruktive optische Interferenz erfolgt, also eine teilweise oder vollständige Auslöschung der nullten Beugungsordnung. Die Intensität der optischen Interferenz in der nullten Beugungsordnung wird außer durch die Tiefe bzw. Höhe der Mikrostrukturen 116 auch durch das Flächenverhält- nis der Mikrostrukturen 116 zur eigentlichen Oberfläche 114 innerhalb des strukturierten Codierungsfeldes 106 festgelegt. Die Mikrostrukturen 116 der strukturierten Codierungsfelder 106 können sich beispielsweise aus länglichen, nebeneinanderliegenden Gräben, aus runden Bohrungen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, oder aus anderen, geeigneten geometrischen Formen zusammensetzen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Anordnung zur Signalauslesung für einen inkrementell co- dierten Drehgeber mit mikrostrukturierter und verspiegelter Codierungsscheibe 100 nach dem Stand der Technik. Die Codierungsscheibe 100 mit der Codierungsspur 104 rotiert um die Drehachse 102 des Sensors, welche in einem Gehäuse des Sensors gelagert ist. Die Codierungsspur 104 wird mit einem Laserstrahl 118 zur Erzeugung des Laserspots 110 auf der Codierungsspur 104 beleuchtet, wobei der Laserstrahl 118 durch eine Laserstrahlquelle 120 erzeugt und ausgegeben wird. Optische Elemente 122, wie z. B. Linsen oder Blenden, können in den Strahlengang integriert sein. Von der reflek- tierenden Seite der Codierungsscheibe 100 wird der Laserstrahl 118 auf einen Photodetektor 124 abgelenkt, wobei der Photodetektor 124 die nullte Beugungsordnung 126 detektiert und damit eine Intensitätsmodulation beim Überfahren der strukturierten Codierungsfelder 106 bzw. der unstrukturier- ten Codierungsfelder 108 detektiert. Bei einem unstrukturierten Codierungsfeld 108 wird eine hohe Intensität an dem Photodetektor 124 gemessen, und bei einem strukturierten Codierungsfeld 106 wird eine verringerte Intensität an dem Photodetektor 124 gemessen. Nach der Digitalisierung des von dem Photodetektor 124 gemessenen Signals entsteht, wie in Fig. 4 gezeigt ist, bei konstanter Drehung der Codierungsscheibe 100 ein Ausgangssignal 128a, welches zwischen den Zuständen „high" und „low" alterniert.
Fig. 4 zeigt die üblichen digitalen Ausgangssignale 128a und 128b von inkrementell codierten Drehgebern. Es handelt sich hierbei um die zwei phasenversetzten digitalen Aus- gangssignale 128a und 128b. Beim Überfahren einer inkremen- tellen Codierungsspur 104, wie sie anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, ergibt sich ein digitalisierter Signalverlauf aus alternierenden „High"-Signalen 130 und „Low"- Signalen 132. Durch den Phasenversatz 134 von π/2 der Ausgangskanäle ist die Drehrichtung und die Winkelstellung, z. B. durch Aufaddieren der Impulse, über ein peripheres System eindeutig zu identifizieren. Für eine Drehrichtung 13βa ist der Ausgangskanal 128b vorlaufend, für die andere, entgegengesetzte Richtung 136b ist der Ausgangskanal 128a vorlaufend.
Um mit der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ein zweites Ausgangssignal 128b zu gewinnen, welches einen Phasenversatz 134 und damit die Möglichkeit zur Drehrichtungserken- nung aufweist, muss eine zweite phasenversetzte Anordnung zum Auslesen von einer oder mehreren Codierungsspuren 104 aufgebaut werden. Hierzu ist zumindest eine weitere Laserstrahlquelle 120 oder spezielle strahlteilende optische Elemente 122 sowie ein weiterer Photodetektor 124 bzw. eine entsprechend gepulste Ansteuerung und Auslesung der optoelektronischen Elemente erforderlich, was einen erheblichen Aufwand für Bauteile und Elektronik bedeutet.
Ein ähnlicher Aufwand ergibt sich bei der Realisierung eines absolut codierten optischen Drehgebers, der ebenfalls mehrere parallele Spuren erfordert, abhängig von der Winkelauflösung. Mithin sind noch aufwändigere Einrichtungen als bei der Erfassung von nur zwei phasenversetzten Aus- gangssignalen, wie beim inkrementell codierten Drehgeber, der oben beschrieben wurde, bei absolut codierten Drehgebern erforderlich.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Codierungselement für einen Positionsgeber zu schaffen, das eine Detektion einer Positionsänderung mit reduziertem Bauteile- und Elektronikaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Codierungselement nach Anspruch 1 gelöst .
Die vorliegende Erfindung schafft ein Codierungselement für einen Positionsgeber mit einer Codierungsspur, die eine Mehrzahl von Codierungsfeldern aufweist, wobei jedes Codierungsfeld eine Mehrzahl von strukturierten Unterfeldern aufweist, wobei jedes der strukturierten Unterfelder eine Ablenkung eines auftreffenden Strahls mit einem vorbestimm- ten Beugungswinkel bewirkt, und wobei die Unterfelder strukturiert sind, um einen auftreffenden Strahl mit einem jeweils unterschiedlichen Beugungswinkel abzulenken.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfin- düng einen Positionsgeber, der neben einer Strahlungsquelle, einer Mehrzahl von Photodetektoren und einer Auswertungseinheit zusätzlich das erfindungsgemäße Codierungselement aufweist.
Anders als die oben beschriebenen, im Stand der Technik bekannten Codierungselemente für Positionsgeber, die basierend auf einer Signalauslöschung durch destruktive Interferenz eine Positionserfassung ermöglichen, lehrt die vorliegende Erfindung einen neuartigen Ansatz, bei dem die Laser- strahl-Ablenkung in die Beugungsordnungen zur Detektion der Codierung bzw. zur Signalgewinnung/Signalverarbeitung und Erfassung eines Drehwinkels genutzt werden. Genauer gesagt liegt der vorliegenden Erfindung das Funktionsprinzip zugrunde, dass eine Beugungsordnung, beispielsweise die erste Beugungsordnung, ausgelesen wird, die durch verschiedene Gitterparameter an verschiedenen Orten detektiert werden können.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Codierungselement für einen inkrementell codierten Positionsgeber vorgesehen, der eine Position entlang einer Bewegungsrichtung erfasst. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Mehrzahl der Unterfelder eines Codierungsfeldes entlang der Bewegungsrichtung angeordnet, und weiterhin vorzugsweise umfasst die Codierungsspur alternierend Codierungsfelder ohne Strukturierung und Codierungsfelder mit Strukturierung, wobei die Unter- felder eines strukturierten Codierungsfeldes nebeneinander oder teilweise überlappend entlang der Bewegungsrichtung angeordnet sind.
Gemäß einem anderen, bevorzugten Ausführungsbeispiel schafft die vorliegende Erfindung ein Codierungselement für einen absolut codierten Positionsgeber, der eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung erfasst. In diesem Fall sind die Mehrzahl der Unterfelder quer zu der Bewegungsrichtung angeordnet, vorzugsweise zumindest teilweise aneinander angrenzend. Weiterhin vorzugsweise umfasst jedes Codierungsfeld zumindest ein strukturiertes Unterfeld.
Bei der Bewegung handelt es sich entweder um eine lineare Bewegung oder um eine Drehbewegung, wobei im letzteren Fall das Codierungselement vorzugsweise scheibenförmig gebildet ist, die Codierungsspur kreisförmig ist, die Codierungsfelder Kreissegmente sind und die Position eine Winkelposition ist. Weiterhin vorzugsweise handelt es sich bei dem Positionsgeber um einen optischen Positionsgeber, wobei der auftreffende Strahl durch einen optischen Strahl, z. B. einen Laserstrahl, bereitgestellt wird. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Codierungsscheibe gegenüber herkömmlichen Codierungsscheiben besteht darin, dass nunmehr ohne erhöhten Aufwand für Bauteile und Elektronik eine Mehrzahl von Signalen von einer einzelnen Codierungs- spur unter Verwendung von nur einem Strahl ausgelesen werden kann, um entweder für den inkrementell codierten Positionsgeber die phasenversetzten Ausgangssignale bzw. für den absolut codierten Positionsgeber die positionsco- dierten Ausgangssignale direkt zu erzeugen. Der reduzierte Aufwand geht auch mit einer deutlichen Reduzierung des Platzbedarfes einer solchen Anordnung einher, so dass Positionsgeber auch in Anordnungen Anwendung finden, die bisher aufgrund von Beschränkungen des verfügbaren Raums für solche Anwendungen nicht geeignet waren.
Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Codierungsscheibe und des Positionsgebers, der eine solche verwendet, sind in den Unteransprüchen definiert.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer mikrostruktu- rierten Codierungsscheibe für einen inkrementell codierten Drehgeber nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Strukturie- rungsmuster für einen inkrementell codierten Drehgeber mit mikrostrukturierter Codierungsscheibe nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Signalausle- sungsanordnung für einen inkrementell oder abso- lut codierten Drehgeber mit mikrostrukturierter und verspiegelter Codierungsscheibe nach dem
Stand der Technik; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Ausgangssignale eines inkrementell codierten Drehgebers mit Drehrichtungserkennung nach dem Stand der Technik;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Strukturie- rungsmusters für das erfindungsgemäße Codierungselement gemäß einem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Verwendung für einen inkrementell codierten Drehgeber, wobei die mikrostruktu- rierte Codierungsscheibe eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Detektion der Inkremente und zur Erzeugung der Ausgangssignale nutzt;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Signalausle- sungsanordnung für einen inkrementell codierten
Drehgeber mit einer mikrostrukturierten Codierungsscheibe gemäß Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Intensitäten an zwei Photodetektoren in Abhängigkeit von der Position auf der Codierungsspur bei einem inkrementell codierten Drehgeber mit einer mikrostrukturierten Codierungsscheibe gemäß Fig. 5, der eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Signalerfas- sung nutzt;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Codierungsfeldes für das erfindungsgemäße Codierungselement gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbei- spiel der vorliegenden Erfindung, für einen absolut codierten Drehgeber, wobei die mikrostrukturierte Codierungsscheibe eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Signalerzeugung nutzt;
Fig. 9 eine schematische Darstellung der Anordnung der Codierungsfelder auf der erfindungsgemäßen Codierungsscheibe gemäß einem bevorzugten Ausführungs- beispiel für einen absolut codierten Drehgeber; und
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Signalausle- sungsanordnung für einen absolut codierten Drehgeber mit mikrostrukturierter Codierungsscheibe gemäß Fig. 8 oder Fig. 9.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Codierungselement zur Codierung und Auslesung von Maßstrukturen eines inkremen- tell messenden Positionsgebers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Das erste, erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Fig. 5 - 7 anhand eines inkrementell messenden optischen Drehgebers mit mikrostrukturierter Codierungsscheibe und Drehrichtungserkennung, der eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Signalerzeugung nutzt, beschrieben.' Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Struktu- rierungsmusters für einen inkrementell codierten Drehgeber gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Strukturierungsmuster ermöglicht durch Auslesung einer höheren Beugungsordnung die Detektion der Bewegungsrichtung und, auf einfache Art und Weise, die Erzeugung von phasenversetzten Ausgangssignalen auf zwei Ausgangskanälen, wie dies oben anhand der Fig. 4 erläutert wurde.
Der grundsätzliche Aufbau der Codierungsscheibe entspricht dem Aufbau, der anhand der Fig. 1 beschrieben wurde. Für einen inkrementell codierten Drehgeber umfasst die Codie- rungsscheibe 100 die Codierungsspur 104 bestehend aus alternierend angeordneten strukturierten Codierungsfeldern 106 und unstrukturierten Codierungsfeldern 108, wobei Fig. 5 einen Ausschnitt der kreisförmig um die Drehachse 102 angeordneten Codierungsspur 104 zeigt. Bei einem Vergleich der Fig. 2 und 5 ist der erfindungsgemäße Ansatz gemäß dem anhand der Fig. 5 - 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel ohne weiteres ersichtlich. Erfindungsgemäß umfasst jedes strukturierte Codierungsfeld 106 ein erstes Unterfeld 106a und ein zweites Unterfeld 106b. Die Unterfelder 106a und 106b sind vorzugsweise in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet. Die Unterfelder 106a und 106b unterscheiden sich dahingehend voneinander, dass sie bei Bestrahlung mit dem Laserspot 110 unterschiedliche Beugungsbilder bzw. Beugungswinkel für die -jeweiligen Beugungsordnungen hervorrufen.
Die Mikrostrukturen 116 der strukturierten Codierungsfelder 106 bestehen aus Erhöhungen oder Vertiefungen mit einer definierten Tiefe bzw. Höhe gegenüber der Oberfläche 114 der Codierungsscheibe 100 und sind dabei beispielsweise als langgezogene, nebeneinanderliegende Gräben ausgeführt. Diese Form wird bevorzugt, da hierdurch gut erfassbare Beugungsbilder und Beugungsordnungen erhalten werden. Ebenfalls gut erfassbare Beugungsordnungen können jedoch auch mit anderen Grabenformen und Grabenlayouts, wie beispielsweise unter Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Layouts, erzeugt werden.
Im Falle von nebeneinanderliegenden, langgezogenen Gräben weisen die beiden Unterfelder 106a und 106b z. B. unterschiedliche Gitterkonstanten 138a und 138b auf, d. h. verschiedene Grabenabstände, und damit verschiedene Beu- gungswinkel für die erste Beugungsordnung bzw. für höhere Beugungsordnungen. Große Gitterkonstanten rufen hierbei kleine Beugungswinkel für die jeweiligen Beugungsordnungen hervor und kleine Gitterkonstanten große Beugungsordnungen für die jeweiligen Beugungsordnungen hervor. Der Laserspot 110 zum Auslesen der Codierungsspur 104 weist auf der Strukturseite der Codierungsscheibe 100 einen Durchmesser auf, der vorzugsweise kleiner ist als die ca. 5-fache Codierungsfeldbreite. Die Tiefe bzw. die Höhe der Mikro- strukturen 116 gegenüber der Scheibenoberfläche 114 ist so definiert, dass innerhalb eines strukturierten Codierungsfeldes 106 bei Bestrahlung mit dem Laserspot 110 eine destruktive optische Interferenz auftritt, also eine zumin- dest teilweise oder vollständige Auslöschung der nullten Beugungsordnung erfolgt. Die Intensität der optischen Interferenz in der nullten Beugungsordnung wird außer durch die Tiefe bzw. die Höhe der Mikrostrukturen auch noch durch das Flächenverhältnis der Mikrostrukturen 116 zur eigentli- chen Scheibenoberfläche 114 innerhalb eines strukturierten Codierungsfeldes 106 festgelegt. Die Mikrostrukturen 116 der strukturierten Codierungsfelder 106 sind im Hinblick auf deren Tiefe/Höhe, Form und Abmessungen zudem dahingehend optimiert, dass in der ausgelesenen Beugungsordnung, z. B. der ersten Beugungsordnung, eine hohe Intensität und eine gute Strahlqualität erhalten wird.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel zum Auslesen der in Fig. 5 beschriebenen Codierungsspur 104 unter Verwendung einer verspiegelten Codierungsscheibe 100. Die Codierungsscheibe 100 mit der Codierungsspur 104 rotiert um die Drehachse 102 des Sensors, welche in einem Gehäuse des Sensors gelagert ist. Die Codierungsspur 104 wird mit einem Laserstrahl 118 aus einer Laserstrahlquelle 120 beleuchtet. Optische Elemente 122, wie z. B. Linsen, Blenden, Prismen, Gitter, Spiegel, bewegliche Spiegel oder ähnliches, können in den Strahlengang integriert sein. Von der reflektierenden Seite der Codierungsscheibe 100 wird der Laserstrahl 118 reflektiert und folgt der Richtung der nullten Beu- gungsordnung 140, falls ein unstrukturiertes Codierungsfeld 108 von dem Laserspot 110 beleuchtet wird. Trifft der Laserstrahl 118 jedoch auf ein strukturiertes Codierungsfeld 106, so wirken die Mikrostrukturen 116 des strukturierten Codierungsfeldes 106 als optisches Phasengitter und es entsteht ein Beugungsbild. Der Laserstrahl 118 wird teilweise oder vollständig in höhere Beugungsordnungen abgelenkt . Ein erster Photodetektor 142a detektiert beispielsweise die erste oder eine höhere Beugungsordnung des Unterfeldes 106a des strukturierten Codierungsfeldes 106. Ein weiterer Photodetektor 142b detektiert beispielsweise die erste oder eine höhere Beugungsordnung des Unterfeldes 106b. Die Beugungswinkel 144a für das Unterfeld 106a sind wegen der kleineren Gitterkonstante 138a größer als die Beugungswinkel 144b für das Unterfeld 106b mit der größeren Gitterkonstante 138b. Dadurch ergibt sich auch eine geometrisch verschiedene Lage für die Photodetektoren 142a und 142b. Der Photodetektor 142a erfasst die höchste Intensität beim Überfahren des Unterfeldes 106a, und der Photodetektor 142b erfasst die höchste Intensität beim Überfahren des Unterfeldes 106b. Beim Überfahren eines unstrukturierten Codie- rungsfeldes 108 erfassen beide Sensoren 142a und 142b ein Intensitätsminimum. In Fig. 6 sind mit dem Bezugszeichen 146a bzw. 146b die durch das Unterfeld 106a bzw. das Unterfeld 106b gebeugten Laserstrahlen mit einer Beugungsordnung höher als der nullten Beugungsordnung gezeigt.
Das Auslesen der Intensitäten an den Photodetektoren 142a und 142b ergibt damit beim Überfahren der Codierungsspur 104 mit dem Laserspot 110 zwei Ausgangssignale, die zueinander einen Phasenversatz aufweisen, bzw. nacheinander eindeutig auftreten. Je nachdem, wie groß der Laserspot 110 gegenüber der Strukturbreite ist, ist die Überlappung der Ausgangssignale groß oder klein.
Fig. 7 zeigt schematisch den an den Photodetektoren 142a, 142b ermittelten Intensitätsverlauf 148a, 148b, ebenso wie das entsprechende digitalisierte Signal 150a, 150b für einen Laserspot 110, dessen Durchmesser größer ist als die Breite des Codierungsfeldes 106 bzw. 108. Die Signale sind hierbei über der entsprechenden Position auf der Codie- rungsspur 104 aufgezeichnet. Die Digitalisierung der Photodetektor-Signale 148a, 148b kann in einer nachgeschalteten Elektronik beispielsweise über einfache Hardwareschwellen erfolgen. Die maximalen Intensitäten und der Offset der Intensitätssignale können zwischen dem Photodetektor 142a und dem Photodetektor 142b abweichend sein. Jedoch kann dies durch eine geeignete Digitalisierung, z. B. verschiedene Hardwareschwellen für die Photodetektoren 142a, 142b, kompensiert werden. Durch geeignete Einstellung der Hardwareschwellen lässt sich der Phasenversatz 134 auf genau π/2 oder auch auf andere Werte einstellen.
Der Phasenversatz 134 und damit die Drehrichtungserkennung sind im Gegensatz zu Drehgebern mit mikrostrukturierter Codierungsscheibe nach dem Stand der Technik ohne weitere optische Elemente und ohne weitere Laserstrahlquelle auf einfache Weise realisiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die digitalisierten Ausgangssignale 150a und 150b in einer nachfolgenden Signalverarbeitungsschaltung als Grundlage für eine Interpolation dienen, über die die Auflösung des inkrementell codierten Drehgebers weiter erhöht werden kann.
Anhand der Fig. 4 - 7 wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in den genannten Figuren gezeigte Darstellung beschränkt ist. Die strukturierten und unstrukturierten Codierungsfelder 106, 108 müssen nicht, wie in Fig. 5 und 7 angedeutet ist, zwangsläufig dieselbe Breite aufweisen. Auch müssen die Unterfelder 106a und 106b nicht zwangsläufig gleich breit ausgeführt sein. Sind das unstrukturierte und das strukturierte Codierungsfeld 106, 108 nicht gleich breit, so ergibt sich eventuell ein asymmetrisches Verhältnis der Länge des „High"-Signals zum „Low"-Signal nach der Digitalisierung, oder ein von π/2 abweichender Phasenversatz. Für manche Anwendungen ist dies jedoch nicht relevant bzw. eventuell sogar gewünscht.
Die anhand der Fig. 6 beschriebene Anordnung kann auch mit einer nichtverspiegelten Codierungsscheibe 100, also im Durchlicht betrieben werden. Die Photodetektoren werden dann entsprechend oberhalb der Codierungsscheibe 100 angeordnet .
Anhand der Fig. 8 - 10 wird nachfolgend ein zweites, bevorzugtes Ausfϋhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Anhand der Fig. 8 - 9 wird ein Ausführungsbeispiel zur Codierung und Auslesung von Maßstrukturen eines absolut messenden optischen Drehgebers, der eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Signalerzeugung nutzt, beschrieben.
Der grundsätzliche Aufbau der Codierungsscheibe entspricht dem anhand der Fig. 1, jedoch sind die dort gezeigten Winkelsegmente 112 jeweils unterschiedlich gestaltet, und zwar auf die nachfolgend beschriebene, erfindungsgemäße Art und Weise, um für jedes Winkelsegment einen eindeutig codierten Wert zu erzeugen. Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Codierungsfeldes 106 für einen absolut codierten Drehgeber mit mikrostrukturierter Codierungsscheibe 100, der eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Signalerzeugung nutzt. Entsprechend zeigt Fig. 9 eine schematische Darstellung der Codierungsanordnung auf der Codierungsscheibe 100 für einen absolut codierten Drehgeber mit mikrostrukturierter Codierungsscheibe 100, der eine oder mehrere Beugungsordnungen zur Signalerzeugung nutzt.
Fig. 8 zeigt das in Fig. 9 mit dem Bezugszeichen 152 versehene, strukturierte Codierungsfeld, das auf der Codierungs- spur 104 ein Winkelsegment 112 einnimmt und aus mehreren radial angeordneten Unterfeldern 152a - 152f besteht, die vergleichbar zu Fig. 2 wiederum verschiedene Mikrostrukturen 116 in Form von Erhöhungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Die Mikrostrukturen 116 der Unterfelder 152a - 152f bestehen aus Erhöhungen oder Vertiefungen mit einer definierten Höhe bzw. Tiefe gegenüber der Scheibenoberfläche 114. Die Tiefe bzw. Höhe der Mikrostrukturen 116 zur Scheibenoberfläche 114 ist so definiert, dass innerhalb eines Unterfeldes 152a - 152f bei Bestrahlung mit einem Laserspot 110 eine destruktive optische Interferenz auftritt, also eine zumindest teilweise oder vollständige Auslöschung der nullten Beugungsordnung erfolgt. Die Intensität der opti- sehen Interferenz in der nullten Beugungsordnung wird außer durch die Tiefe bzw. Höhe der Mikrostrukturen auch durch das Flächenverhältnis der Mikrostrukturen zur eigentlichen Scheibenoberfläche 114 innerhalb eines strukturierten Codierungsfeldes 152 festgelegt. Die Mikrostrukturen 116 der strukturierten Unterfelder 152a - 152f sind in Tiefe/Höhe, Form und Abmessungen zudem dahingehend optimiert, dass in der auszulesenden Beugungsordnung, z. B. der ersten Beugungsordnung, eine hohe Intensität und eine gute Strahlqualität erhalten wird.
In Fig. 8 und 9 sind beispielhaft sechs radial angeordnete Unterfelder 152a - 152f gezeigt. Es können jedoch auch mehr oder weniger Unterfelder verwendet werden. Die Mikrostrukturen 116 können, wie dargestellt, z. B. als längliche nebeneinander angeordnete Gräben ausgeführt sein. Die Mikrostrukturen 156 der Unterfelder 152a - 152f unterscheiden sich eindeutig durch ihre Beugungsbilder. So können z. B. im Fall von länglichen Gräben die Mikrostrukturen 116 der Unterfelder 152a - 152f gestaffelt unterschiedliche Gitterkonstanten 154a - 154f, also Grabenabstände, aufweisen. Die unterschiedlichen Gitterkonstanten 154a - 154b rufen bei Beleuchtung mit einem Laserstrahl unterschiedliche Beugungsbilder bzw. Beugungswinkel für die Beugungsordnungen der Unterfelder 152a - 152f hervor.
Die Codierungsfelder 152 mit den Unterfeldern 152a - 152f sind auf der Codierungsspur 104 angeordnet und werden mit einem Laserstrahl 110 beleuchtet, der zumindest alle Unterfelder 152a - 152f eines Codierungsfeldes 152 simultan, also gleichzeitig, erfasst. Die Unterfelder 152a - 152f des jeweiligen Codierungsfeldes 152 können mit der Mikrostruktur 116 versehen sein, wie dies in Fig. 9 bei 156 gezeigt ist, oder die Unterfelder können unstrukturiert sein, wie dies in Fig. 9 bei 158 gezeigt ist, d. h. ohne Mikrostruktur. Die Codierungsfelder 152 unterscheiden sich durch die Kombination aus strukturierten und unstrukturierten Unterfeldern 156, 158. Jedes Unterfeld 152a - 152f eines Codie- rungsfeldes 152 repräsentiert ein Bit eines z. B. 6-Bit- Wertes der z. B. sechs Unterfelder 152a - 152f auf dem Codierungsfeld 152. Jedes Codierungsfeld 152 ist durch die Kombination aus strukturierten und unstrukturierten Unterfeldern 156, 158 mit den jeweils zugehörigen Gitterkonstan- ten bzw. Beugungsbildern der Unterfelder einzigartig auf der Codierungsspur 104. Dabei können für die Anordnung der Codierungsfelder 152 zueinander gängige Verfahren, wie z. B. Binärcodierungen oder Gray-Codierungen zur Unterscheidung und Detektion eingesetzt werden.
Jedes Codierungsfeld 152 repräsentiert somit eine eindeutige Winkelstellung, eine absolute Winkelposition. Die Auflösung der Absolutposition des Sensors hängt direkt mit der Anzahl der Codierungsfelder 152 auf dem Umfang zusammen. Die maximal mögliche Anzahl verschiedener Codierungsfelder 152 ist wiederum von der Anzahl der Unterfelder 152a - 152f des Codierungsfeldes 152 abhängig. Die Reihenfolge der Anordnung der Unterfelder 152a - 152f untereinander auf einem Codierungsfeld 152 ist nicht festgelegt. Ebenso kann sich die Fläche eines Unterfeldes innerhalb eines Codierungsfeldes aus mehreren Teilflächen zusammensetzen, die ebenso wie die Unterfelder eine beliebige Position auf dem Codierungsfeld einnehmen können. Für die Unterfelder 152a - 152f eines Codierungsfeldes 152 sind gleich große Flächen vorteilhaft, aber nicht zwangsläufig erforderlich. Die Beleuchtung des Codierungsfeldes 152 durch den Laserspot 110 ist in radialer Richtung mindestens so breit wie die Maßspur und eine möglichst homogene Intensitätsverteilung ist vorteilhaft. In tangentialer Richtung sollte der Laser- spot 110 auf der Codierungsspur 104 möglichst schmal sein, optimalerweise schmaler als das Segment 112 des Codierungsfeldes 152, um eine möglichst hohe Auflösung und Betriebssicherheit des Sensors zu erreichen. Fig. 10 zeigt die schematische Darstellung einer Anordnung zur Signalerzeugung für einen absolut codierten Drehgeber mit mikrostrukturierter und verspiegelter Codierungsschei- be, wie sie anhand der Fig. 8 und 9 beschrieben wurde. Die Codierungsscheibe 100 mit der Codierungsspur 104 rotiert um die Drehachse 102 des Sensors, die in dem Gehäuse des Sensors gelagert ist. Die Codierungsspur 104 wird durch einen Laserstrahl 118 aus einer Laserstrahlquelle 120 beleuchtet. Optische Elemente 122, wie z. B. Linsen, Blenden, Gitter, Prismen, Spiegel, bewegliche Spiegel oder ähnliches, können in den Strahlengang zur Strahlformung integriert sein. Von der reflektierenden Seite der Codierungsscheibe 100 wird der Laserstrahl 118 reflektiert und folgt dem Verlauf 140, d. h. der Richtung der nullten Beugungsordnung, wenn keine mikrostrukturierten Unterfelder 152a - 152f beleuchtet werden.
Auch nach der Reflexion können eventuell optische Elemente 122, wie z. B. Linsen oder Blenden, eingesetzt werden. Mehrere Photodetektoren 160a - 16Of bzw. ein entsprechendes Photodetektorarray oder ein OPTO ASIC kann für die Signalerfassung eingesetzt werden. Das Photodetektorarray 160 hat mindestens so viele Elemente 160a - 16Of, wie das Codie- rungsfeld 152 Unterfelder 152a - 152f hat. Werden mikrostrukturierte Unterfelder 152a - 152f von dem Laserspot 110 auf der Codierungsscheibe 100 beleuchtet, so wird der Laserstrahl im Weiteren zum Teil gebeugt. Die Beugungswinkel hängen von den Gitterkonstanten 154a - 154f der jeweils vorhandenen und beleuchteten Unterfelder ab. Da jedes der Unterfelder eine andere Gitterkonstante aufweist, weist auch jedes Unterfeld einen speziellen Beugungswinkel, z. B. der ersten Ordnung, auf. Die einzelnen Elemente 160a - 16Of des Photodetektorarrays 160 sind so angeordnet, dass jedes Element z. B. die erste Beugungsordnung eines zugeordneten Unterfeldes erfasst. So erfasst z. B. das Element 160a die erste Beugungsordnung 162a des Unterfeldes 152a. Eine entsprechende Zuordnung erfolgt auch für alle weiteren Photodetektorelemente 160b - 16Of, Unterfelder 152b - 152f und z.B. ersten Beugungsordnungen 162b - 162f.
Die Photodetektoren erfassen für die strukturierten Unter- felder auf dem jeweils zugeordneten Element eine Intensität. Bei nicht mikrostrukturierten ünterfeidern 158 erfasst das zugeordnete Photodetektorelement keine Intensität, da keine entsprechende Beugung erfolgt und der Laserstrahl in Richtung der nullten Beugungsordnung 140 verläuft. Damit kann das Muster des Codierungsfeldes 152, welches z. B. einen Graycodewert oder einen Binärwert darstellen kann, vollständig erfasst und detektiert werden.
Die von den Photodetektoren 160 erfassten Intensitäten werden in einer nachgeschalteten Elektronik weiterverarbeitet und z. B. über Hardwareschwellen digitalisiert. Der jeweilige Wert eines ünterfeldes, welcher ein digitales „High" oder „Low" sein kann, wird an einem Ausgang ausgegeben. Es gibt folglich mindestens so viele elektrische Signalausgänge an dem Sensor, die an die Peripherie weitergegeben werden, wie Unterfelder 152a - 152f auf dem Codierungsfeld 152. Bei einem Wechsel von einem Codierungsfeld 152 zu einem nebenliegenden Codierungsfeld ändert sich das Muster des Codierungsfeldes, damit auch der repräsentieren- de Graycodewert oder Binärwert und damit auch der zugeordnete Winkelwert.
Je nach Codierungsschema kann es erforderlich sein, Trennfelder zwischen benachbarte Codierungsfelder auf der Codie- rungsspur 104 einzufügen, um die einzelnen Winkelwerte eindeutig voneinander abzugrenzen. Dann würde die Codierungsspur aus alternierenden Codierungsfeldern und Trennfeldern bestehen. Die Trennfelder könnten z. B. als vollständig unstrukturiertes Feld oder als ein Feld mit einem weiteren Beugungsbild und einer zugehörigen Photodiode realisiert werden. Die in Fig. 6 beschriebene Anordnung kann auch mit einer nichtverspiegelten Codierungsscheibe, d. h. als Anordnung im Durchlicht betrieben werden. Die Photodetektoren werden in Fig. 6 entsprechend oberhalb der Codierungsscheibe angeordnet.
Obwohl die oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele jeweils anhand optischer Drehgeber beschrieben wurden, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfin- düng nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Anstelle der optischen Erfassung kann auch jede andere geeignete Erfassung gewählt werden. Ferner können auch Positionsgeber zur Erfassung anderer Bewegungen, beispielsweise linearer Bewegungen, mit den erfindungsgemäßen Codie- rungselementen ausgestattet werden, so dass auch bei solchen Sensoren mit reduziertem Aufwand eine inkrementelle oder absolute Positionserfassung ermöglicht wird, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zusätzlich zu den Photodetektoren, die oben anhand der Fig. 6 und 10 beschrieben wurden, kann in den gezeigten Schaltungsanordnungen ein weiterer Photodetektor zum Erfassen von Licht der nullten Beugungsordnung vorgesehen sein. Das hierdurch gewonnene Signal kann z.B. für die Referenzierung des Lasers verwendet werden, z.B. für eine Steuerung der Ausgangsleistung auf einen im wesentlichen konstanten Wert über einen breiten Temperaturbereich. Alternativ oder zusätzlich können aus dem gewonnenen Signal Informationen über die Codierung erhalten werden, z.B. um eine Redundanz in dem System zu erhalten.
Gemäß einem Beispiel eines absolut codierten Positionsgebers umfasst die Codierungsspur ein Codierungsfeld, das nur nicht-strukturierte Unterfelder aufweist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Codierungselement (100) für einen Positionsgeber mit einer Codierungsspur (104), die eine Mehrzahl von Codierungsfeldern (106; 152) aufweist,
wobei jedes Codierungsfeld (106; 152) eine Mehrzahl von strukturierten Unterfeldern (106a, 106b; 152a - 152f) aufweist,
wobei jedes der strukturierten Unterfelder (106a, 106b; 152a - 152f) eine Ablenkung eines auftreffenden Strahls (118) mit einem vorbestimmten Beugungswinkel (144a, 144b; 162a - 162f) bewirkt, und
wobei die Unterfelder (106a, 106b; 152a - 152f) strukturiert sind, um einen auftreffenden Strahl (118) mit einem jeweils unterschiedlichen Beugungswinkel (144a, 144b; 162a - 162f) abzulenken.
2. Codierungselement nach Anspruch 1, bei dem die Codierungsspur (104) ein Codierungsfeld umfasst, das nur nicht-strukturierte Unterfelder aufweist.
3. Codierungselement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die strukturierten Unterfelder (106a, 106b; 152a - 152f) mikrostrukturierte Erhöhungen oder Vertiefungen (116) aufweisen, um Phasengitter mit unterschiedlichen Git- terkonstanten (138a, 138b; 154a - 154f) für jedes Unterfeld (106a, 106b; 152a - 152f) zu definieren.
4. Codierungselement nach Anspruch 3, bei dem die Abmessungen der Erhöhungen oder Vertiefungen (116) bezüg- lieh der Oberfläche (114) des Codierungselements (100) derart gewählt sind, dass eine Bestrahlung eine zumindest teilweise Auslöschung der nullten Beugungsordnung und eine konstruktive Interferenz einer höheren Beugungsordnung bewirkt.
5. Codierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Positionsgeber ein optischer Positionsgeber ist, wobei der auftreffende Strahl (118) ein optischer Strahl ist.
6. Codierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Positionsgeber zur Erfassung einer Position bei einer Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung vorgesehen ist, wobei die Mehrzahl der Unterfelder (106a, 106b) eines Codierungsfeldes (106) entlang der Bewegungsrichtung angeordnet sind.
7. Codierungselement nach Anspruch 6, bei dem die Codierungsspur (104) alternierend Codierungsfelder (108) ohne Strukturierung und die Codierungsfelder (106) mit den strukturierten Unterfeldern (106a, 106b) aufweist, und bei dem die Unterfelder (106a, 106b) eines Codierungsfeldes (106) nebeneinander oder teilweise überlappend entlang der Bewegungsrichtung angeordnet sind.
8. Codierungselement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Bewegung eine lineare Bewegung ist.
9. Codierungselement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Bewegung eine Drehbewegung ist.
10. Codierungselement nach Anspruch 9, das scheibenförmig gebildet ist, wobei die Codierungsspur (104) kreisförmig ist, wobei die Codierungsfelder (106, 108; 152) Kreissegmente (112) sind, und wobei die Position eine Winkelposition ist.
11. Codierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Positionsgeber zur Erfassung einer Position bei einer Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung vorgesehen ist, wobei die Mehrzahl der Unterfelder (152a - 152f) eines Codierungsfeldes (152) quer zu der Bewegungsrichtung angeordnet sind.
12. Codierungselement nach Anspruch 11, bei dem die Mehrzahl der Unterfelder (152a - 152f) eines Codierungsfeldes (152) quer zu der Bewegungsrichtung zumindest teilweise aneinander angrenzend angeordnet sind.
13. Codierungselement nach Anspruch 11 oder 12, bei dem jedes Codierungsfeld (152) eine einzigartige Kombination von unterschiedlich strukturierten Unterfeldern (152a - 152f) bzw. von unterschiedlich strukturierten und unstrukturierten Unterfeldern (152a - 152f, 156, 158) umfasst.
14. Codierungselement nach Anspruch 13, bei dem jede einzigartige Kombination einen codierten Wert definiert, der einer eindeutigen Position entlang der Co- dierungsspur (104) entlang der Bewegungsrichtung zugeordnet ist.
15. Codierungselement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Codierungsspur (104) zwischen benachbarten Codierungsfeldern (152) einen Trennabschnitt aufweist, der von den Codierungsfeldern (152) unterscheidbar ist .
16. Codierungselement nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Bewegung eine lineare Bewegung ist.
17. Codierungselement nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Bewegung eine Drehbewegung ist.
18. Codierungselement nach Anspruch 17, das scheibenförmig gebildet ist, wobei die Codierungsspur (104) kreisförmig ist, wobei die Codierungsfelder (106, 108; 152) Kreissegmente (112) sind, und wobei die Position eine Winkelposition ist.
19. Positionsgeber, mit
einem Codierungselement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10;
einer Strahlungsquelle (120) zum Bestrahlen der Codie- rungsspur (104); und
einer Mehrzahl von Detektoren (142a, 142b; 160a - 16Of) zum Erfassen des von den Unterfeldern (106a, 106b; 152a - 152f) abgelenkten Strahls, wobei die An- zahl der Detektoren mindestens gleich der Anzahl von Unterfeldern in einem Codierungsfeld (106; 152) ist,
wobei das Codierungselement (100) und die Strahlungsquelle (120) mit den Detektoren relativ zueinander be- wegbar angeordnet ist.
20. Positionsgeber nach Anspruch 19 mit einem weiteren Detektor zum Erfassen eines Beugungsbildes der nullten Beugungsordnung .
21. Positionsgeber nach Anspruch 19 oder 20, der als inkrementell codierter Positionsgeber wirksam ist, mit
einer Signalverarbeitungsschaltung, die basierend auf den Ausgangssignalen der Mehrzahl von Detektoren (142a, 142b) eine Mehrzahl von phasenversetzten Ausgangssignalfolgen (128a, 128b) erzeugt,
wobei aus dem Phasenversatz (134) der Ausgangssignal- folgen (128a, 128b) eine Bewegungsrichtung bestimmbar ist, und wobei aus der Summe der Ausgangssignale einer Ausgangssignalfolge (128a, 128b) eine Positionsänderung bestimmbar ist.
22. Positionsgeber, mit
einem Codierungselement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 11 bis 18;
einer Strahlungsquelle (120) zum Bestrahlen der Codierungsspur (104); und
einer Mehrzahl von Detektoren (142a, 142b; 160a - 16Of) zum Erfassen des von den Unterfeldern (106a, 106b; 152a - 152f) abgelenkten Strahls, wobei die Anzahl der Detektoren mindestens gleich der Anzahl von ünterfeldern in einem Codierungsfeld (106; 152) ist,
wobei das Codierungselement (100) und die Strahlungs- quelle (120) mit den Detektoren relativ zueinander bewegbar angeordnet ist.
23. Positionsgeber nach Anspruch 19 mit einem weiteren Detektor zum Erfassen eines Beugungsbildes der nullten Beugungsordnung.
24. Positionsgeber nach Anspruch 22 oder 23, der als absolut codierter Positionsgeber wirksam ist, mit
einer Signalverarbeitungsschaltung, die basierend auf den Ausgangssignalen von den Detektoren (160a - 16Of) einen Positionscodewert erzeugt, der eine absolute Position angibt.
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