<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING ENCODER ELEMENT.
TOEPASSINGSEBIED VAN DE UITVINDING Deze uitvinding heeft betrekking op een encoder met hoge spatiale resolutie voor positie en/of snelheidsbepalingen bij rotatieve of lineaire bewegingen. Meer specifiek, heeft deze uitvinding betrekking op een encoder waarbij in een encoder element binaire informatie ingeschreven en uitleesbaar is door lasertechnieken.
ACHTERGROND VAN DE UITVINDING Encoders maken gebruik van signalen, doorgaans elektrische signalen, die representatief zijn voor de positie van een object in beweging.
Hierbij worden pulsen opgewekt waarvan het aantal een maat is voor de door het object afgelegde weg, uitgedrukt in hoekeenheden of in afstandseenheden.
Dergelijke encoders vormen een belangrijke verbinding tussen enerzijds de mechanika en anderzijds de sturingselektronika van een apparaat of een machine.
Principieel steunt dergelijke encoder steeds op aftasting van een fijn en regelmatig verdeeld rooster op een gegradueerd element, welke als meetstandaard fungeert en hierna "encoder element" genoemd wordt. Fig. 1 geeft een principetekening van een encoder voor een rotatieve beweging waarbij het encoder element 1 een cirkelvorm heeft. Fig. 2 geeft een principetekening van een encoder element voor een lineaire beweging (waarvan de richting gesymboliseerd wordt door de letter t), waarbij het encoder element 1 een langwerpige vorm heeft. Verder bevat dergelijke encoder nog een "zender" 2 zoals bij voorbeeld een lichtbron, een "ontvanger of opnemer" 3 zoals bij voorbeeld een lichtsensor en eventueel een verwerkingselektronika zoals bij voorbeeld een trigger en/of een teller (omwille van de duidelijkheid niet afzonderlijk voorgesteld in een tekening).
Een bondig overzicht van bekende encoder technieken staat ondermeer beschreven in"Die Grundlagen der Ingenieurwissenschaften", Huette, 29. Auflage, 1989, Springer Verlag (bladzijden H23 en H24), omvattende zowel translatie of lineaire encoders als rotatie *
<Desc/Clms Page number 2>
encoders ("Weg-und Winkelaufnehmer"), omvattende zowel konduktieve, induktieve, magnetische als optische aftasting, en omvattende zowel inkrementele-als absolute encoders.
In het algemeen hebben dergelijke encoders een spatiale resolutie die vooral beperkt is door de addresseerbaarheid of intrinsieke resolutie van het encoder element.
Bij resistieve encoder elementen, vaak toegepast in analoge regelsystemen, lijden draadgewonden weerstanden aan een eerder lage resolutie, terwijl niet draadgewonden potentiometrische weerstanden bovendien lijden aan slijtage op hun kontaktvlakken en aan elektrische ruis.
Bij mechanische encoder elementen (zie de perspectieftekening in Fig. 3 van een mechanisch gerealiseerd encoder element voor rotatieve bewegingen volgens de stand van de techniek) kan men, om de spatiale resolutie of het oplossend vermogen te verhogen, het aantal gleuven 4 of perforaties in het encoder element l verhogen, doch zulks is beperkt door de beschikbare diameter. Desgevallend kan men, met dezelfde doelstelling, een mechanische of elektronische vermenigvuldiging toevoegen (zie verder in de beschrijving).
Bij encoder elementen vervaardigd via chemisch etsen, metallisch opdampen of fotografisch ontwikkelen kan men vaak reeds hogere re. soluties bekomen, doch deze blijven toch nog te laag voor hoognauwkeurige toepassingen. Ter verduidelijking geeft Fig. 4 een principetekening van een chemisch gerealiseerd encoder element voor rotatieve bewegingen volgens de stand van de techniek.
Behoudens bij resistieve encoder elementen worden, zowel bij rotatieve als bij lineaire bewegingen, de patronen (gevormd door gleuven 4, streepjes of graduaties 5, perforaties e. d.) in het encoder element 1 doorgaans foto elektrisch afgetast, zoals illustratief weergegeven in Fig. 1 en 5.
Fig. 5 illustreert het principe van de opto elektronische aftasting in een perspectief zicht op een rotatieve encoder volgens de stand van de techniek. Op een kleine afstand van de graduatie 5 op het encoder element 1 staat minstens een opvangsensor 3 bestraald door een gekollimeerde lichtbundel 6, hetzij van een LED, hetzij van een miniatuurlamp met lens, hetzij van een laser 2. De door de graduatie 5 gemoduleerde lichtbundel 7 treft een fotocel of een reeks
<Desc/Clms Page number 3>
fotocellen 3 die het varierende licht omzetten in elektrische pulsen, die voor verdere bewerking beschikbaar zijn.
Fig. 6 is een schematische voorstelling van twee encoder elementen geschikt voor respectievelijk een rotatieve of een lineaire beweging en een bijbehorend pulspatroon, geldig voor elk van deze encoder elementen. Zoals Fig. 6 schematisch weergeeft, kan het binair symbool 0 bij voorbeeld toegekend worden wanneer geen lichttransmissie doorheen het encoder element optreedt ; terwijl een binaire 1 toegekend wordt wanneer wel lichtdoorgang plaatsvindt, dus wél stroom doorheen een fotocel of wél spanning gegenereerd in een fotovoltaische cel (of vice versa).
Diverse aspekten van dergelijke encoder elementen worden beschreven in verschillende oktrooien, zoals EP 0 332 244, US 3, 905, 817, US 3, 974, 379, US 4, 376, 176, US 4, 400, 443 en US 5, 217, 850.
Ook het gebruik van encoders, bij voorbeeld in kopieerapparaten, staat beschreven in verschillende oktrooien, zoals : EP 0 177 746, DO 26 40 120, GB 2 008 494, US 4, 731, 638...
Zoals uit de beschreven en de geciteerde stand van de techniek moge blijken, zijn encoders met opto-elektronische aftasting bekend in talrijke uitvoeringen.
Bij een zeer zorgvuldige uitvoering van dergelijke encoders kunnen in extreme situaties zelfs resoluties tot circa 81. 000 bits per omwenteling bereikt worden. Immers, als meest nabije stand van de techniek, met de hoogste resolutie, is ons bekend de"Canon laser rotary encoder R 10"welke 81. 000 pulsen per omwenteling oplevert, overeenstemmend met ongeveer 16 arcsec per puls.
De bekomen resolutie volgens bovenstaande stand van de techniek blijkt evenwel onvoldoende voor bepaalde hoognauwkeurige toepassingen, zoals aandrijvingen voor snelle schrijfsystemen met hoge resolutie.
<Desc/Clms Page number 4>
DOEL VAN DE UITVINDING Het is een bedoeling van deze uitvinding een encoder met hoge resolutie te realiseren.
Verdere doelstellingen en voordelen van de huidige vinding zullen duidelijk worden uit de gedetailleerde beschrijving die hieronder volgt.
SAMENVATTING VAN DE UITVINDING De doelstelling van onderhavige vinding wordt bereikt door te voorzien in een encoder-element dat een informatielaag of registratielaag bevat met optisch leesbare informatie, waarbij de informatie in de vorm is van opeenvolgende microscopische putjes (ook kuiltjes of nokjes genoemd) ingeschreven door een laserstraal en waarbij de putjes een specifieke optische eigenschap hebben welke substantieel verschilt van de omgevende oppervlakte van genoemde informatielaag ; meer specifiek, bevat het encoder element binaire informatie welke ingeschreven en uitleesbaar is door een monochromatische en coherente lichtbron, bij voorkeur middels lasertechnieken.
Een bijzondere merkwaardigheid van huidige vinding berust erin dat een spatiale resolutie van zelfs 1 miljoen bits per omwenteling kan bereikt worden, door gebruik te maken van laser-optische registratie in het encoder element.
GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING De huidige vinding wordt hieronder in detail beschreven aan de hand van konkrete uitvoeringsvormen, zonder dat de beschreven uitvoeringsvormen de vinding hiertoe zouden beperken. Het is mogelijk dat de vakman andere uitvoeringsvormen en toepassingen voorstelt die echter volledig op het principe van de huidige vinding berusten.
<Desc/Clms Page number 5>
Fig. 1 is een principetekening van een encoder voor een rotatieve beweging volgens de stand van de techniek ; Fig. 2 is een principetekening van een encoder element voor een lineaire beweging volgens de stand van de techniek ; Fig. 3 is een perspectieftekening van een mechanisch gerealiseerd encoder element voor een rotatieve beweging volgens de stand van de techniek ; Fig. 4 is een principetekening van een chemisch gerealiseerd encoder element voor een rotatieve beweging volgens de stand van de techniek ; Fig. 5 is een perspectief zicht op een rotatieve encoder met optoelektronische aftasting volgens de stand van de techniek ; Fig. 6 is een schematische voorstelling van twee gekende encoder elementen geschikt voor respectievelijk een rotatieve of een lineaire beweging en een bijbehorend pulspatroon ;
Fig. 7 is een bovenaanzicht van een encoder element voor rotatieve bewegingen en gerealiseerd volgens voorliggende uitvinding en bevattende een informatiespoor ; Fig. 8 is een dwarsdoorsnede doorheen een leeskop geschikt voor uitlezing van een encoder element volgens voorliggende uitvinding ; Fig. 9 is een bovenaanzicht van een encoder element voor rotatieve bewegingen en gerealiseerd volgens voorliggende uitvinding en bevattende een informatiespoor en een positiespoor ; Fig. 10 is een code omtrent de tangentiale positie van een absolute encoder volgens voorliggende uitvinding ; Fig. 11 is een schematische voorstelling van een encoder element geschikt voor een rotatieve beweging en bevattende drie sporen ;
Fig. 12 is een bovenaanzicht van een encoder element voor rotatieve bewegingen en gerealiseerd volgens voorliggende uitvinding en bevattende een informatiespoor en twee grenssporen ; Fig. 13 is een bovenaanzicht van een encoder element voor rotatieve bewegingen en gerealiseerd volgens voorliggende uitvinding en bevattende een informatiespoor, twee grenssporen en een positiespoor ; Fig. 14 is een bovenaanzicht van een encoder element voor lineaire bewegingen en gerealiseerd volgens voorliggende uitvinding en bevattende een informatiespoor en twee grenssporen.
<Desc/Clms Page number 6>
Ofschoon de huidige vinding zowel een rotatie als een translatie encoder element kan omvatten, zal de beschrijving vooral gericht worden op een encoder element geschikt voor rotatieve bewegingen.
In de hiernavolgende detailbeschrijving worden gelijkaardige komponenten welke een gelijke struktuur en een gelijke funktie hebben, omwille van een hogere duidelijkheid, aangeduid met eenzelfde referentie nummer.
In voorliggende tekst verstaan we onder het begrip"koncentrische kurven" alle vlakke kurven die, minstens mathematisch, een gemeenschappelijk middelpunt of pool 0 kunnen hebben, met een gelijke of een verschillende krommingsstraal of radius r. Dergelijke kurven zijn doorgaans van gelijke aard, zoals koncentrische cirkels of koncentrische spiralen of koncentrische evolventen. Evenwel worden ook ongelijknamige kurven inbegrepen, zoals bij voorbeeld een
EMI6.1
cirkel en een spiraal van Archimedes die"koncentrisch lopen", dus met gemeenschappelijk middelpunt of pool O.
De doelstelling van onderhavige vinding wordt bereikt door te voorzien in een encoder-element l dat een informatielaag bevat met optisch leesbare informatie, waarbij de informatie in de vorm is van opeenvolgende putjes of kuiltjes ingeschreven door een monochromatische en coherente lichtbundel, bij voorbeeld een laserstraal, en waarbij de putjes een specifieke optische eigenschap hebben welke substantieel verschilt van de omgevende oppervlakte van genoemde informatielaag.
Meer specifiek, bevat het encoder element 1 binaire informatie welke ingeschreven en uitleesbaar is door lasertechnieken, m. b. v. respectievelijk een schrijflaser en een leeslaser.
Hierdoor kan men een encoder vervaardigen met hoge spatiale resolutie, bij voorbeeld ten behoeve van positie en/of snelheidsbepalingen bij rotatieve of lineaire bewegingen.
Een en ander zal nu verklaard worden met verwijzing naar de figuren 7 en 8, waarbij Fig. 7 een gedeeltelijk uitvergroot bovenaanzicht geeft van een encoder element 1 voor rotatieve bewegingen en gerealiseerd volgens voorliggende uitvinding, en waarbij Fig. 8 een
<Desc/Clms Page number 7>
dwarsdoorsnede geeft doorheen een leeskop 23 geschikt voor uitlezing van een encoder element l volgens voorliggende uitvinding.
De informatie is opgeslagen in de vorm van putjes 10 die in een substraat 15, bij voorbeeld uit kunststof, van het encoder element 1 worden aangebracht. Het oppervlak wordt voorzien van een reflektielaag 16, bij voorbeeld uit aluminium, zodat de lichtstraal 6 die het encoder element aftast, wordt gereflecteerd (zie lichtstraal 7). De reflektielaag 16 wordt bedekt met een afschermlaag 17, bij voorbeeld een acryllaag, als bescherming tegen krassen en oxydatie. De putjes 10 hebben een gelijke breedte 11 in een bereik tussen 0, 1 en 5 jlm, doch bij voorkeur 0, 4 of 0, 5) im en een gelijke diepte 18, bij voorkeur gelijk aan Â/4, waarbij  de golflengte van een monochromatiche en coherente lichtbron 2 voorstelt, bij voorbeeld een laser.
De putjes 10 vormen een spiraalvormig of een cirkelvormig spoor of groef 12. De lengte 13 van de putjes 10 bedraagt bij voorbeeld tussen 0, 1 en 300 jlm, doch bij voorkeur tussen 0, 1 en 5 jim. De putjes zijn bij voorkeur substantieel cirkelvormig. Het gedeelte tussen twee opeenvolgende putjes en het gebied in de putjes worden respectievelijk bovenvlakjes 20 en benedenvlakjes 21 genoemd. Bedoelde vlakjes hebben bij voorkeur elk een individuele lengte binnen een bereik van 0, 1 tot 5pm ; zodat het totale repetitie interval ligt tussen 0, 2 pm en 10 pm. Deze intervallen zijn hetzij gelijk of equidistant, hetzij onderling verschillend, zoals eventueel toepasbaar bij encoder elementen met intentioneel niet konstante resolutie (zie verder).
De straal 6 die wordt uitgezonden door een halfgeleiderlaser 2 moet door de transparante afschermlaag 17 van het encoder element 1 om de putjes 10 te bereiken en wordt door deze transparante laag 17 gebroken.
Hierbij neemt de diameter 22 van de lichtbundel af van op het oppervlak van de transparante laag tot op het registratie vlak. Deze focussering heeft tot gevolg dat onvolkomenheden op het oppervlak, zoals krassen en vingerafdrukken, buiten het brandpunt blijven.
Hierdoor is de schaduw van onvolkomenheden op het registratie vlak slechts een fractie van de originele grootte, zodat het effect ervan wordt geminimaliseerd. Terwijl de laserstraal 6 het encoder element 1 aftast, leidt de gereflecteerde straal 7 de informatie van het encoder element 1 naar een fotodiode 3, waarvan het uitgangssignaal wordt gedemoduleerd voor verdere verwerking.
<Desc/Clms Page number 8>
Indien een tangentiale of raaklijnige intervalafstand van 1 jim aangebracht wordt in het encoder element 1, kan een resolutie bereikt worden van 1000 pulsen per mm of van 0, 5 arcsec per puls.
Dit verrassend resultaat ligt duidelijk ver boven de tot nog toe bekende stand van de techniek, zoals US 4, 400, 443 met 4, 4 pulsen per mm of zoals de"Canon laser rotary encoder R 10"met 16 arcsec per puls.
Bovendien kan deze resolutie nog met een faktor vijf verhoogd worden indien de intervalafstand op het encoder element 1 gereduceerd wordt van 1 jJL tot 0, 2 t m.
Bij toepassing van bekende multiplikatie technieken, hetzij mechanisch, hetzij elektronisch (via vermenigvuldigingscircuits), kan de "intrinsieke" resolutie nogmaals opgedreven worden. Voor een verdere beschrijving van dergelijke multiplikaties wordt verwezen naar desbetreffende literatuur.
Volgens de huidige vinding bevat de informatie in de informatielaag van het encoder-element 1 ten minste een informatiespoor 12 met binaire informatie of data 8.
Hierbij kunnen genoemde microscopische putjes 10 zich op equidistante intervallen binnen het informatiespoor 12 bevinden (bij voorbeeld 1 miljoen putjes gelijkmatig verdeeld over een cirkelomtrek of een lijnstuk) of op niet equidistante intervallen binnen het informatiespoor 12 (voorbeeld : eerst een bepaalde zone met a putjes per 0 of per mm, dan een andere zone met b putjes per of per mm, enz). In de situatie van niet equidistante intervallen binnen eenzelfde spoor 12, kan men door modulatie van de intervalafstand eventueel gewenste "bit-profielen" realiseren, bij voorbeeld een driehoekig of een sinusoidaal verloop.
De data worden van het encoder element 1 teruggelezen door middel van een optische leeskop 23, die over het oppervlak van het element 1 beweegt. De opnemer moet op het informatiespoor 12 worden gefocusseerd, dit spoor volgen en de gegevens 8 lezen. Het lenzenstelsel, bevattende ondermeer een collimatorlens 25 en een objeetieflen. s 24, de laser 2 (voorbeeld : een halfgeleiderlaser met een optisch uitgangsvermogen van ongeveer 5 mW) en de opnemer 3 moeten klein en licht genoeg zijn om snel en parallel aan het element 1 te kunnen bewegen.
<Desc/Clms Page number 9>
Hoewel de putjes 10 en de tussenliggende reflecterende bovenvlakjes 20 de binaire informatie bevatten, vertegenwoordigen deze niet direct de binaire enen en nullen ;
dit dus in verdere afwijking van de huidige vinding ten opzichte van de stand van de techniek zoals in Fig. 6 aangeduid. Het encoder element 1 wordt afgetast, waarbij de"overgang"19 van benedenvlakje 21 naar bovenvlakje 20 als een binaire 1 wordt herkend en een gelijkblijvende structuur als een binaire 0 wordt gelezen.
Iedere overgang 19, of dit nu het begin of het einde van een putje is, representeert een binaire 1 en alle daartussen gelegen vlakken, binnen of buiten een putje 10, hebben de binaire waarde 0.
In een specifieke uitvoering van onderhavige vinding wordt evenwel slechts een bepaalde overgang 19 geinterpreteerd als een binaire 1, hetzij de dalende flank (overgang van een bovenvlakje 20 naar een benedenvlakje 21), hetzij de stijgende flank ; of vice versa (zie Fig. 8).
EMI9.1
Alhoewel de spotgrootte 40 kleiner (b. ) mag zijn dan de breedte van het put m), wordt bij voorkeur met een wat grotere leesspot (b. v. 2 jlm) afgetast. Dit vooral in verband met de zgn."spoorvolging of tracking" (zie verder in de beschrijving).
Genoemd encoder element 1 kan in een voorkeursuitvoering een cirkelvormige schijf zijn, die geschikt is voor rotatie omheen een rotatie-as 34 én waarbij genoemd informatiespoor concentrisch loopt aan genoemde rotatie as, hetzij volgens een cirkel, hetzij volgens een spiraal, hetzij volgens een andere kurve, zoals bij voorbeeld een evolvente.
Gebruikmakend van een encoder element 1 zoals reeds beschreven, kan
EMI9.2
men uitbreiden tot het bekomen van een inkrementele encoder bevattende ten minste een lichtbron 2, een encoder element 1 en een sensor 3.
In een verdere uitvoering van de huidige vinding (geillustreerd in Fig. 9) bevat een encoder-element 1 tevens ten minste een positiespoor 30 met binaire informatie omtrent de tangentiale (of "raaklijnige") positie 31 van (ten minste een zone van) het encoder element 1, en waarbij deze positie informatie besloten ligt in de aanwezigheid en afwezigheid van microscopische putjes 32 op
<Desc/Clms Page number 10>
welbepaalde intervallen binnen het positiespoor. Onder tangentiale positie 31 verstaan we in voorliggende vinding, de hoekpositie van een rotatief encoder element of de lengte positie van een lineair encoder element (cf. symbool t in Figs. 2,7, 9,10, 11,14).
Fig. 10 illustreert een uitvoering van een mogelijke code omtrent de tangentiale positie 31 van een absolute encoder volgens voorliggende uitvinding. Verdere details hierover worden hier achterwege gelaten, vermits hieromtrent voldoende technische literatuur bestaat (zoals de zgn. BCD code, de Gray code, de Excess 3 code, enz).
Om dergelijke absoluut codes te kunnen detekteren, worden volgens de stand van de techniek doorgaans drie of meer sensors gebruikt die elk een positiespoor volgen, zoals afgebeeld in Fig. 11. Voor Fig.
10, met zes positiesporen, moeten principieel zelfs zes sensors ingeschakeld worden.
Evenwel kan dergelijke absoluut code ook gedetekteerd worden met slechts een enkele sensor, indien deze sensor met voldoend hoge snelheid (gesymboliseerd door vn) of frekwentie de verschillende positiesporen aftast, te weten met een snelheid of frekwentie welke ten minste een grootte orde hoger ligt dan de snelheid of frekwentie waarmede het encoder element 1 zich verplaatst (gesymboliseerd door vt). Dit kan praktisch uitgevoerd worden door deze ene sensor zeer snel heen en weer te bewegen in een richting 33 haaks of normaal ten opzichte van de positiesporen. Symbolisch kan men stellen dat moet voldaan zijn aan vn vt.
Zoals Fig. 9 aangeeft, ligt genoemd positiespoor in een voorkeursuitvoering van een encoder-element volgens de huidige vinding, op een cirkel concentrisch aan genoemde rotatie as 34, waarbij de spoorafstand 39 minder dan 5 pmbedraagt, bij voorbeeld 1, 6 pm.
In een andere uitvoering van een encoder-element volgens huidige vinding, liggen genoemd informatiespoor en genoemd positiespoor op een spiraal concentrisch aan genoemde rotatie as ; hetzij elk op een aparte, maar concentrische spiraal ; hetzij op een enkele gemeenschappelijke spiraal.
Een verdere uitvoering van de huidige vinding bevattende ten minste een lichtbron, een encoder element en een sensor, waarbij genoemd
EMI10.1
.
<Desc/Clms Page number 11>
encoder element zowel een informatiespoor als een positiespoor heeft, biedt de realisatie van een zogenaamde absolute encoder.
In nog een verdere uitvoering van de huidige vinding bevat genoemd encoder element l bovendien ten minste een grensspoor 35 met binaire informatie omtrent de normale positie, soms ook"haakse of radiale" positie genoemd, van (ten minste een zone van) het encoder-element.
In een bijzondere uitvoering van de huidige vinding, toont Fig. 12 nabij het informatiespoor 12 nog twee grenssporen 35,36 die tot doel hebben een limiet te stellen aan de eventuele excentriciteit of de eventuele niet evenwijdigheid t. o. v. de beweging. Hieruitvoortvloeiende gegevens kunnen dan verder aangewend worden in een passend korrektie systeem.
Globaal kunnen, volgens de huidige vinding dergelijke grenssporen 35,36 opgebouwd zijn uit elke vorm, of materiaal of kleur welke een optische faseverschuiving geeft van /2 tussen de intredende laserstraal 6 en de gereflecteerde laserstraal 7.
In een meer specifieke uitvoering (Fig. 13) ligt de binaire informatie in genoemde grenssporen 35,36 besloten in de aanwezigheid en afwezigheid van microscopische putjes 37, 38 ; met afmetingen of afstanden die gelijk zijn aan of verschillend zijn t. o. v. de putjes in een informatiespoor of in een positiespoor.
Principieel is een inkrementele of absolute encoder best star verbonden, zeker vrij van eventuele slip of defasering, met een te overwaken of te controleren beweging, zijnde een rotatie beweging of een translatie beweging van een object.
Bij voorkeur zal men een vaste, synchrone mechanische verhouding met een overbrengingsverhouding van 1 : 1 aanbrengen, bij voorbeeld door het encoder element 1 vast te monteren op het te controleren object.
Evenwel mag de verbinding tussen genoemde encoder en de te bewaken beweging een multiplikatiefaktor bevatten, zijnde een mechanisch overbrenging of een elektronische vermenigvuldiging.
Elk aandrijfsysteem bevattende aandrijfmiddelen voor het bewegen van een object en detectiemiddelen om de beweging van genoemd object te
<Desc/Clms Page number 12>
detecteren, kan onder deze detectiemiddelen een encoder bevatten volgens een van de hogerbeschreven uitvoeringen.
Huidige vinding biedt tevens een methode tot het vervaardigen van een encoder-element 1 bevattende ten minste een informatiespoor 12 met binaire informatie besloten in de aanwezigheid en afwezigheid van microscopische putjes 10, gekenmerkt doordat bedoelde informatie ingeschreven wordt door een gemoduleerde laserstraal. Bedoelde informatie is onder de vorm van microscopisch kleine putjes door een energierijke schrijflaser (bij voorbeeld 15 mW) in het schijfoppervlak gebrand, zodat in een informatie spoor een voortdurende afwisseling ontstaat van vlakke gedeelten en putjes. De aftasting van de putjes gebeurt door een minder energierijke leeslaser (bij voorbeeld 5 mW).
De informatie wordt van het encoder element gelezen door het detecteren van intensiteitsveranderingen in het gereflecteerde laserlicht.
Zoals reeds hoger uiteengezet, kunnen benevens genoemd informatiespoor 12 ook tenminste een positiespoor 30 en/of ten minste een grensspoor 35,36 aangebracht worden.
Zoals reeds eerder vermeld, kan de huidige vinding zowel een rotatie als een translatie encoder omvatten, alhoewel de beschrijving vooral gericht is op een rotatie. Voor alle duidelijkheid volgt hierna toch een summiere beschrijving van enkele duale uitvoeringen bij een translatie. Gerefereerd wordt naar Fig. 14, zijnde een gedeeltelijk uitvergroot bovenaanzicht van een encoder element voor lineaire bewegingen en gerealiseerd volgens voorliggende uitvinding en bevattende een informatiespoor en twee grenssporen.
Volgens huidige vinding kan genoemd encoder-element 1 een langwerpige schijf zijn die geschikt is voor een translatie beweging én bevattende ten minste een informatiespoor 12 evenwijdig aan genoemde translatie beweging.
Een dergelijk encoder-element volgens de huidige vinding kan bovendien ten minste een positiespoor met binaire informatie omtrent de tangentiale positie van (ten minste een zone van) het encoderelement bevatten (zie referentie t). Hierbij ligt deze positie
<Desc/Clms Page number 13>
informatie besloten in de aanwezigheid en afwezigheid van microscopische putjes op welbepaalde intervallen binnen het positiespoor. Bij voorkeur ligt genoemd positiespoor op een rechte evenwijdig aan genoemde translatie beweging.
In een andere uitvoering van een encoder-element volgens huidige vinding, kan genoemd element ten minste een grensspoor bevatten met binaire informatie omtrent de normale of haakse positie van (ten minste een zone van) het encoder-element (zie referentie n).
Hierbij kan de binaire informatie in genoemd grensspoor besloten liggen in de aanwezigheid en afwezigheid van microscopische putjes 37, 38.
Volgens voorliggende vinding kan ook voor een lineaire beweging zowel een incrementele als een absolute encoder opgebouwd worden, bevattende ten minste een lichtbron, een encoder element en een sensor, en waarbij genoemd encoder element l beantwoordt aan voorgaande beschrijving.
Bij voorkeur is een dergelijke encoder star verbonden met de te bewaken lineaire beweging, waarbij de verbinding tussen genoemde encoder en de te bewaken beweging desgevallend een multiplikatiefaktor bevat, zijnde een mechanisch overbrenging of een elektronische vermenigvuldiging.
Voorliggende vinding beschrijft een encoder element met een bijzonder hoge resolutie, welke bovendien erg goedkoop is én toepassingsgericht of apparaatspecifiek geprogrammeerd kan worden (naargelang de gewenste resolutie). Daarenboven treedt bij het aftasten geen mechanisch kontakt met het encoder element op, zodat hierdoor geen mechanische slijtage ontstaat, en is het optisch systeem ongevoelig voor krassen, stof en vuil op het encoder element, wat de vinding uitermate bedrijfszeker maakt.
Het is goed mogelijk dat de vakman andere uitvoeringsvormen en toepassingen voorstelt die echter volledig op het principe van de huidige vinding berusten.
Daar de sporen op een encoder element een onderlinge afstand 39 hebben van bij voorkeur 1, 6 , is. een juist centreren of een juist uitlijnen van het. encoder element ten opzichte van de bewegingvan
<Desc/Clms Page number 14>
een te bewaken object erg belangrijk. Dit is een grondige reden om de spoorvolging (zgn."tracking") met behulp van de laserstraal ernstig te verzorgen. In dit verband kan ondermeer verwezen worden naar het oktrooi EP 0 157 020"Toestel voor het nauwkeurig focusseren van een laserstraal".
Mogelijk te controleren grootheden bij de beweging van een object kunnen slaan op een relatieve positie of een absolute positie (beide reeds voorheen vermeld), of op verwante grootheden zoals de snelheid van een object of de gelijkloop van twee objecten, of de lengte van een object, enz.
Dergelijke encoder elementen kunnen toepassing vinden in fotografische toestellen (zoals kopieertoestellen en vergroters) en in de algemene apparatenbouw, maar ook in tekenapparaten, in gereedschapsmachines, in transportmiddelen, in robotika, enz.