CH643944A5

CH643944A5 - Lichtelektrische laengen- oder winkelmesseinrichtung mit photoelementschaltung.

Info

Publication number: CH643944A5
Application number: CH989779A
Authority: CH
Inventors: Walter Schmitt
Original assignee: Heidenhain Gmbh Dr Johannes
Priority date: 1978-12-05
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1984-06-29
Also published as: DE2852530A1; DE2852530C3; AT380953B; ATA747679A; FR2443764A1; GB2036961B; FR2443764B1; JPS639167B2; IT7912854A0; US4302668A; GB2036961A; DE2852530B2; JPS5582010A; IT1124369B

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Längen- oder Beleuchtung der Teilungen des Massstabes und der Abtast-

Winkelmesseinrichtung mit einer Photoelement-Schaltung, platte aufweist. Üblicherweise besitzt die Abtastplatte vier ge-

bei der die Photoelemente den durch die Teilungen eines 40 geneinander um jeweils 90° phasenversetzte Gitterfelder, de-

Massstabes und einer Abtasteinheit modulierten Lichtstrom ren Teilungen mit der Teilung des Massstabes identisch sind in elektrische Signale umwandeln, die der Ermittlung von und denen jeweils ein Photoelement zugeordnet ist. Die vier

Weginformationen dienen, und bei der an jeden der beiden Photoelemente liefern dementsprechend bei der Relativbewe-

Eingänge wenigstens eines Differenzverstärkers eine Reihen- gung der Teilungen des Massstabes und der Abtastplatte vier

Schaltung eines ersten bzw. zweiten Photoelementes und eines 45 gegeneinander um 90° phasenversetzte, periodische elektri-

ersten bzw. zweiten Eingangs-Widerstandes mit ihrem ge- sehe Abtastsignale (Messen und Prüfen/Automatik «Neuere meinsamen Anschlusspunkt angeschaltet ist. Entwicklungen bei photoelektrischen Längenmessgeräten»,

Aus der Siemens-Druckschrift «Technische Mitteilungen: Teil 1, Juni 1974).

Halbleiter: Neue fotoelektrische Bauelemente in Anwen- Da das erste und zweite Photoelement 3,4 jeweils Gitterdungsschaltungen», Best.-Nr. B 114/1062/47120 ist auf den 50 feldern auf der Abtastplatte zugeordnet sind, die um 180° geSeiten 11 und 12 ein Weg-Spannungswandler bekannt, bei geneinander phasenversetzt sind, werden sie von der Beleuch-dem an jeden der beiden Eingänge eines rückgekoppelten Dif- tungseinheit im Gegentakt beleuchtet, während das dritte ferenzverstärkers eine Reihenschaltung eines Photoelementes Photoelement 8 ausserhalb der Teilungen des Massstabes und und eines Widerstandes mit ihrem gemeinsamen Anschluss- der Abtastplatte von der Beleuchtungseinheit mit Gleichlicht punkt angeschaltet ist. Diese Anordnung eignet sich zwar für 55 beaufschlagt wird; die drei Photoelemente 3,4,8 sind einzeln eine monolithische Anordnung von Photoelementen, da diese abgleichbar.

eine gemeinsame Elektrode aufweisen, weist aber einen gros- Die vorgeschlagene Photoelemente-Anordnung arbeitet sen Dunkelstrom wegen der Vorspannung an den Photoele- wie folgt:

mentenauf. Die durch die Gegentaktbeleuchtung in dem ersten und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer 60 zweiten Photoelement 3,4 erzeugten Photoströme bewirken Messeinrichtung der oben erwähnten Gattung eine Photoele- an dem ersten und zweiten Eingangs-Widerstand 5 und 6 mente-Schaltung anzugeben, die einen geringen Dunkelstrom Spannungsabfälle U5, U6, die an den Eingängen des Diffe-aufweist, eine monolithische Anordnung der Photoelemente renzverstärkers 2 anliegen. In Fig. 2a sind der Spannungsver-erlaubt und zusätzlich für wechselnde Beleuchtungsstärken lauf U5 als Funktion des Messweges X am invertierenden Eingeeignet ist. 65 gang und in Fig. 2b der Spannungsverlauf U6 als Funktion

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, des Messweges X am nichtinvertierenden Eingang des Diffe-

dass ein rückgekoppelter Verstärker mit einer Verstärkung renzverstärkers 2 dargestellt. Diese Spannungen U5, U6 sind

+1 vorgesehen ist, an dessen Eingang eine Reihenschaltung um 180° phasenverschoben und gelten für den Fall idealer

Photoelemente. Die Triggerschwellenspannung TS bestimmt sich durch die Gleichheit der Spannungen U5, U6 und ist in den Fig. 2a, b durch die horizontalen Geraden TS dargestellt.

Da handelsübliche Photoelemente wegen ihrer unterschiedlichen Leckströme kein ideales Verhalten zeigen, verschieben sich die Spannungsverläufe U5, U6 gegeneinander und damit auch die Triggerspannung TS. Bei der Messeinrichtung nach der Erfindung ist dieser Nachteil dadurch beseitigt, dass der durch die Gleichlichtbeleuchtung im dritten Photoelement 8 erzeugte Photostrom am dritten Eingangs-Widerstand 9 einen Spannungsabfall U9 bewirkt, der am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 7 und über seinen Ausgang und die Leitung 10 an den Anoden der drei Photoelemente 3,4,8 anliegt und in Fig. 2c dargestellt ist. Die Photoströme der genannten drei Photoelemente 3,4,8 werden nun so abgeglichen, dass die Spannungen U9 an den Anoden des ersten und zweiten Photoelementes 3 und 4 gleich den mittleren Spannungen U5, U6 bei der Triggerschwellen-

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Spannung TS sind. Dadurch weisen das erste und zweite Photoelement 3 und 4 vorteilhafterweise sehr geringe Dunkelströme auf. Dieser Abgleich kann in nicht dargestellter Weise dadurch erfolgen, dass die Querschnitt der auf die drei Photo-5 elemente 3,4,8 fallenden Lichtstrahlen durch geeignete Mittel variiert werden oder dass variable Eingangs-Widerstände 5,6,9 vorgesehen werden.

Weiterhin weist die vorgeschlagene Schaltungsanordnung den Vorteil einer grossen Bandbreite und einer Kompensa-io tion unterschiedlicher Beleuchtungsverhältnisse auf. Zusätzlich ist sie für eine Anordnung der genannten drei Photoelemente 3,4,8 auf einem monolithischen Substrat geeignet, da die drei Photoelemente 3,4,8 eine gemeinsame Elektrode aufweisen.

15 Als Verstärker 7 mit einer Verstärkung +1 kann ein Differenzverstärker oder ein Impedanzwandler verwendet werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE eines dritten Photoelementes und eines dritten Eingangs-Wi-

1. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmesseinrichtung derstandes mit ihrem gemeinsamen Anschlusspunkt ange-mit einer Photoelemente-Schaltung, bei der die Photoele- schaltet ist, und dass die an den Eingängen des Differenzver-mente den durch die Teilungen eines Massstabes und einer stärkers angeschlossenen Photoelemente und das dritte Pho-Abtasteinheit modulierten Lichtstrom in elektrische Signale 5 toelement mit dem Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers umwandeln, die der Ermittlung von Weginformationen die- mit einer Verstärkung +1 verbunden sind.

nen, und bei der an jeden der beiden Eingänge eines Diffe- Weitere Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den renzverstärkers eine Reihenschaltung eines ersten bzw. zwei- abhängigen Ansprüchen.

ten Photoelementes und eines ersten bzw. zweiten Eingangs- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich-

Widerstandes mit ihrem gemeinsamen Anschlusspunkt ange- io nung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert,

schaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein rückgekoppel- Es zeigen:

ter Verstärker (7) mit einer Verstärkung +1 vorgesehen ist, Fig. 1 eine Photoelemente-Schaltung nach der Erfindung an dessen Eingang eine Reihenschaltung eines dritten Photo- und dementes (8) und eines dritten Eingangs-Widerstandes (9) mit Fig. 2a, b, c die Spannungsverläufe an den Eingängen der ihrem gemeinsamen Anschlusspunkt angeschaltet ist, und 15 Verstärker.

dass die an den Eingängen des Differenzverstärkers (2) ange- Bei der in Fig. 1 gezeigten Photoelemente-Schaltung ist an schlossenen Photoelemente (3,4) und das dritte Photoelement jeden der beiden Eingänge eines über einen Widerstand 1 mit-

(8) mit dem Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers (7) mit gekoppelten Differenzverstärkers 2 eine Reihenschaltung ei-

einer Verstärkung +1 verbunden sind. nes ersten bzw. zweiten Photoelementes 3 bzw. 4 und eines er-
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 sten bzw. zweiten Eingangs-Widerstandes 5 bzw. 6 mit ihrem zeichnet, dass das erste und das zweite Photoelement (3,4) im gemeinsamen Anschlusspunkt angeschaltet. An den nichtin-Gegentakt beleuchtet sind und dass das dritte Photoelement vertierenden Eingang eines Verstärkers 7 mit einer Verstär-(8) mit Gleichlicht beaufschlagt ist. kung +1 ist eine Reihenschaltung eines dritten Photoelemen-
3. Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- tes 8 und eines dritten Eingangs-Widerstandes 9 mit ihrem gezeichnet, dass alle drei Photoelemente (3,4,8) gemeinsam von 25 meinsamen Anschlusspunkt angeschaltet. Der Ausgang des der Beleuchtungseinheit beleuchtet sind. Verstärkers 7 ist dabei einmal über eine Leitung 10 mit den
4. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- drei genannten Photoelementen 3,4,8 und zum anderen di-zeichnet, dass der Differenzverstärker (2) über einen Wider- rekt mit senem invertierenden Eingang verbunden. Die drei stand (1) mit seinem nichtinvertierenden Eingang und der Eingangs-Widerstände 5,6,9 sind weiterhin über eine Lei-Verstärker (7) mit einer Verstärkung +1 direkt mit einem in- 30 tung 11 mit einem Potential verbunden, das zwischen den vertierenden Eingang rückgekoppelt ist. Versorgungsspannungen + U, - U für die Verstärker 2,7
5. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch liegt und beispielsweise Null Volt betragen kann, gekennzeichnet, dass die drei Photoelemente (3,4,8) einzeln . Eine derartige Photoelemente-Schaltung wird bei einer abgleichbar sind. lichtelektrischen digitalen Längen- oder Winkelmesseinrich-

35 tung eingesetzt, bei der die Teilung eines Massstabes von einer Abtasteinheit abgetastet wird, die eine Abtastplatte mit zugeordneten Photoelementen und eine Beleuchtungseinheit zur