DE102012202138B4

DE102012202138B4 - Drei-Kanal-Encoder, welcher eine einzelne optische Spur benutzt

Info

Publication number: DE102012202138B4
Application number: DE102012202138.8A
Authority: DE
Inventors: Marcin Augustyniak; Weng Fei Wong; Cheng Kwong Cheang
Original assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: DE102012202138A1; US8525102B2; JP5611998B2; US20120205528A1; JP2012168177A

Abstract

Encoder zur Benutzung in einem optischen Encoder-System, aufweisend:einen Emitter, welcher konfiguriert ist, Licht zu emittieren;einen Detektor, welcher konfiguriert ist, zumindest einen Teil des Lichts, welches mittels des Emitters emittiert ist, zu empfangen und das empfangene Licht in eines oder mehrere elektrische Signale zu konvertieren, welche benutzt werden, um drei Ausgabe-Kanäle zu erzeugen, wobei das Licht, welches benutzt wird, um die drei Ausgabe-Kanäle zu erzeugen, durch eine einzelne optische Spur hindurch passierte und/oder mittels einer einzelnen optischen Spur reflektiert wurde,wobei der Detektor einen Sensorbereich aufweist, welcher ein Feld von inkrementellen Fotodioden eine Index-Fotodiode umfasst,wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden einen ersten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode einer ersten Höhe umfasst, einen zweiten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode der ersten Höhe umfasst, und einen mittleren Abschnitt aufweist, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Übergangs-Abschnitt positioniert ist, wobei der mittlere Abschnitt zumindest eine Fotodiode einer zweiten Höhe umfasst, welche größer ist als die erste Höhe, wobei der erste Übergangs-Abschnitt und/oder der zweite Übergangs-Abschnitt näher an der Index-Fotodiode ist als der mittlere Abschnitt.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung ist im Allgemeinen auf Encoder oder Kodierer (encoder) und insbesondere auf optische Encoder gerichtet.
HINTERGRUND
Ein Dreh-Encoder oder Drehkodierer oder Drehgeber (rotary encoder), auch Schaft-Encoder genannt, ist ein elektromechanisches Gerät, welches die Winkelposition eines Schaftes oder einer Achse in einen analogen oder digitalen Code konvertiert, was es zu einem Winkel-Wandler macht. Dreh-Encoder werden in vielen Anwendungen benutzt, welche eine präzise unbeschränkte Schaft-Drehung erfordern - einschließlich industrielle Steuerungen, Roboter, fotografische Linsen zum Spezialzweck, Computer-Eingabegeräte (wie etwa optomechanische Mäuse und Trackballs), Drucker und rotierende Radar-Plattformen. Es gibt zwei Haupttypen von Dreh-Encodern: Absolute und Inkrementelle (Relative).
Ein inkrementeller Dreh-Encoder, auch als Quadratur-Encoder oder als ein relativer Dreh-Encoder bekannt, hat traditioneller Weise zwei Ausgaben oder Ausgänge, welche Quadratur-Ausgaben genannt werden. Diese beiden Ausgaben können entweder mechanisch oder optisch sein. In dem optischen Typ gibt es traditioneller Weise zwei Strich-Fenster- (bar-window) -kodierte Spuren oder Bahnen (tracks), während der mechanische Typ zwei Kontakte hat, welche mittels Nocken (cams) auf dem Drehschaft betätigt werden. Optische inkrementelle Encoder setzen traditionell zwei Ausgaben ein, welche A & B genannt werden, welche Quadratur-Ausgaben genannt werden, da sie 90° außer Phase sind.
Eine Variation des inkrementellen Encoders ist ein Sinuswellen-Encoder. Anstatt zwei Quadratur-Quadratwellen zu erzeugen, sind die Ausgaben Quadratur-Sinuswellen (ein Sinus und ein Kosinus). Dadurch, dass die Arkus-Tangens-Funktion durchgeführt wird, können beliebige Auflösungsgrade erreicht werden.
Ein typischer Zwei-Kanal-inkrementeller-Encoder erzeugt bei seinen Ausgängen oder Ausgaben zwei Ketten von Pulsen, welche um 90° verschoben sind. Dadurch, dass Pulse gezählt werden und die Phase zwischen den Pulsen (der erste Kanal eilt dem zweiten voraus oder umgekehrt) überprüft wird, ist es möglich, die inkrementelle Position des Kodierrades (code wheel) sowie die Geschwindigkeit und die Richtung der Drehung zu bestimmen. Eine signifikante Verbesserung für einen Zwei-Kanal-inkrementellen-Encoder ist ein Drei-Kanal-inkrementeller-Encoder. Der Extrakanal ist ein Index: einmal pro Umdrehung wird ein Puls erzeugt, so kann eine absolute Winkelposition kalibriert werden.
Das optische System für einen Zwei-Kanal-inkrementellen-Encoder ist aufgrund der Tatsache vereinfacht, dass nur eine Spur (Muster von Stäben oder Strichen und Fenstern) auf dem Kodierrad ausreichend ist. Eine einfache Implementierung eines Drei-Kanal-Encoders würde eine zweite Spur auf dem Kodierrad erfordern, welche den Index anzeigt. Unglücklicherweise verkompliziert und beschränkt ein Einfügen der zweiten Spur ein optisches-System-Projektion-Kodierrad-Muster auf der Sensorfläche. Dies ist insbesondere in einem reflektiven Encoder ein Problem.
US 2009/0206 244 A1 offenbart einen reflektierenden optischen Encoder mit mindestens drei Kanälen - zwei Datenkanälen und einem Indexkanal -, die entlang einer gemeinsamen Achse oder einer einzigen Spur angeordnet sind. Die hierin offenbarte einspurige Konfiguration ermöglicht es, sehr hochauflösende reflektierende optische Encoder in kleinen Gehäusen bereitzustellen.
JP 2008 014 806 A betrifft einen photoelektrischen Encoder und eine Vorrichtung zur Erfassung von Bewegungsinformationen, wie z.B. einer Bewegungsgeschwindigkeit, einer Bewegungsrichtung und dergleichen eines sich bewegenden Körpers unter Verwendung eines photoelektrischen Encoders.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird in Verbindung mit den anhängten Figuren beschrieben:

1 ist ein Blockdiagramm, welches Komponenten eines reflektiven optischen Encoder-Systems in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist ein teilweises schematisches Diagramm eines Kodierrads (code wheel) in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein erstes schematisches Layout eines Fotodiode-Feldes relativ zu der Kodierradspur in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt ein Wellendiagramm von analogen Ausgabesignalen, welche mittels des Fotodiode-Feldes der 3 erzeugt sind;
5 ist ein zweites schematisches Layout eines Fotodiode-Feldes relativ zu der Kodierradspur in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt ein Wellendiagramm von Analog-Ausgabesignalen, welche mittels des Fotodiode-Feldes der 5 erzeugt sind;
7 ist ein drittes schematisches Layout eines Fotodiode-Feldes relativ zu der Kodierradspur in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt ein Wellendiagramm von Analog-Ausgabesignalen, welche mittels des Fotodiode-Feldes der 7 erzeugt sind;
9 ist ein viertes schematisches Layout eines Fotodiode-Feldes relativ zu der Kodierradspur in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
10 zeigt ein Wellendiagramm einer normalisierten Analog-Index-Ausgabe und ihrer entsprechenden digitalen Ausgabe, welche mittels des Fotodiode-Feldes der 9 erzeugt ist;
11 zeigt ein Wellendiagramm von Analog-Ausgabesignalen, welche mittels des Fotodiode-Feldes der 9 erzeugt sind;
12 zeigt eine erste alternative Kodierradspur-Konfiguration in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
13 zeigt eine zweite alternative Kodierradspur-Konfiguration in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
14 zeigt ein erstes alternatives Fotodiode-Feld in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
15 zeigt ein zweites alternatives Fotodiode-Feld in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
16 zeigt ein drittes alternatives Fotodiode-Feld in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
17 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betreiben eines Drei-Kanal-Encoders in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung stellt nur Ausführungsformen bereit und ist nicht beabsichtigt den Geltungsbereich, die Anwendbarkeit oder Konfiguration der Ansprüche zu begrenzen. Vielmehr wird die folgende Beschreibung die Fachleute in der Technik mit einer befähigenden Beschreibung zum Implementieren der beschriebenen Ausführungsformen bereitstellen. Es wird verstanden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung von Elementen gemacht werden können, ohne von dem Geist und dem Geltungsbereich der angehängten Ansprüche abzuweichen.
Mit Bezug nun auf 1 werden Komponenten eines reflektiven optischen Kodiersystems oder Encoder-Systems (encoding system) 100 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Das illustrierte reflektive optische Kodiersystem 100 umfasst ein reflektives Material 102, ein Kodierrad (code wheel) 104, einen Encoder 106, einen Decoder 108 und einen Mikroprozessor 110. In einer Ausführungsform ist das reflektive Material 102 eine Beschichtung (coating) oder ein Substrat, welches physikalisch mit dem Kodierrad 104 gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen ist die reflektive Oberfläche des reflektiven Materials 102 mit dem Kodierrad 104 gegenüber dem Encoder 106 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen ist das reflektive Material 102 auf dem Kodierrad 104 unter Benutzung irgendeines Typs einer bekannten Material-Depositionstechnik deponiert.
Obwohl eine detaillierte Illustration des Kodierrades 104 in 2 bereitgestellt ist, wird hier eine kurze Erläuterung als Kontext für den Betrieb des reflektiven optischen Kodiersystems 100 bereitgestellt, welches in 1 gezeigt ist. Im Allgemeinen umfasst das Kodierrad 104 eine optische Spur (track) 140 von nicht-reflektiven Abschnitten 142 (welche auch als Stäbe (bars) 142 bezeichnet werden können) und reflektiven Abschnitten 144 (welche auch als Fenster 144 bezeichnet werden können). Die optische Spur 140 kann ferner einen Index-Abschnitt 146 aufweisen, welcher auch nicht-reflektiv sein kann, welcher aber flächenmäßig größer ist als die nicht-reflektiven Abschnitte 142.
Ein Emitter 120 in dem Encoder 106 erzeugt Licht, welches auf die Kodierradspur 140 einfällt (is incident). Wenn das Kodierrad 104 rotiert, z.B. mittels eines Motorschafts (nicht gezeigt), wird das einfallende Licht mittels der reflektiven Abschnitte 142, 146 der Spur 140 reflektiert, wird jedoch nicht mittels der nicht-reflektiven Abschnitte 144 der Spur 140 reflektiert. Somit wird das Licht mittels der Spur 140 in einem modulierten Muster (d.h. an-ausan-aus ... etc.) reflektiert. Ein Detektor 130 in dem Encoder 106 detektiert das modulierte, reflektierte Lichtsignal und erzeugt in Antwort darauf eines oder mehrere periodische Kanalsignale (z.B. CH_A und CH_B) sowie ein Indexsignal (CH_I), wenn der Index-Abschnitt 146 über den Encoder 106 passiert. In einer Ausführungsform werden diese Kanalsignale und das Index-Signal zu dem Decoder 108 übermittelt, welcher ein Zählsignal erzeugt und möglicherweise ein Index-Signal und die erzeugten Signale an den Mikroprozessor 110 übermittelt.
Der Mikroprozessor 110 benutzt das Zählsignal, um die inkrementelle Bewegung von z.B. dem Motorschaft oder einem anderen sich bewegenden Teil, mit welchem das Kodierrad 104 gekoppelt ist, auszuwerten. Das Indexsignal wird benutzt, um vollständige Drehungen des Motorschafts oder des sich bewegenden Teils, mit dem das Kodierrad 104 gekoppelt ist, auszuwerten. Benutzung von inkrementellen Signal-Ausgaben und einer Index-Ausgabe ermöglicht, dass ein genaueres optisches Kodierungssystem 100 erreicht wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Encoder 106 den Emitter 120 und den Detektor 130. Der Emitter 120 umfasst eine Lichtquelle 122, wie etwa eine Licht emittierende Diode (LED). Aus Bequemlichkeit ist die Lichtquelle 122 hierin als eine LED beschrieben, obwohl andere Lichtquellen, oder mehrere Lichtquellen implementiert werden können. In einer Ausführungsform wird die LED 122 mittels eines Treibersignals, V_LED, durch einen Strom begrenzenden Widerstand, R_L, betrieben. Die Details solch einer Treiberschaltung sind wohl bekannt. Einige Ausführungsformen des Emitters 120 können auch eine Linse 124 umfassen, welche auf die LED 122 ausgerichtet ist, um das projizierte Licht in einen bestimmten Pfad oder Muster zu lenken. Zum Beispiel kann die Linse 124 das Licht auf die Kodierradspur 140 fokussieren.
In einer Ausführungsform umfasst der Detektor 130 einen oder mehrere Fotodetektoren 132, wie etwa Fotodioden. Die Fotodetektoren können z.B. in einer integrierten Schaltung (IC) implementiert sein. Aus Bequemlichkeit sind die Fotodetektoren 132 hierin als Fotodioden beschrieben, obwohl andere Typen von Fotodetektoren implementiert werden können. In einer Ausführungsform sind die Fotodioden 132 spezifisch konfiguriert, ein spezifisches Muster oder Wellenlänge von reflektiertem Licht zu detektieren. Auch können die Fotodioden 132 in einem Muster angeordnet sein, welches dem Radius und dem Design des Kodierrades 104 entspricht. Die verschiedenen Muster von Fotodioden 132 werden hierin als Fotodiode-Felder bezeichnet.
Die mittels der Fotodioden 132 erzeugten Signale werden mittels einer SignalVerarbeitungsschaltung 134 verarbeitet, welche die Kanalsignale, CH_A, CH_B, und CH_I erzeugt. In einer Ausführungsform umfasst der Detektor 130 auch einen oder mehrere Komparatoren (nicht gezeigt), um die Kanalsignale und das Indexsignal zu erzeugen. Zum Beispiel können Analogsignale von den Fotodioden 132 mittels der Komparatoren in Transistor-Transistor-Logik- (TTL) -kompatible, digitale Ausgabe-Signale konvertiert werden. In einer Ausführungsform können diese Ausgabe-Kanalsignale Zähl- und Richtungsinformation für das modulierte, reflektierte Lichtsignal anzeigen. Zusätzlich kann der Detektor 130 eine Linse 136 umfassen, um das reflektierte Lichtsignal zu den Fotodioden 132 hin zu richten.
Zusätzliche Details von Emittern, Detektoren und optischen Encodern können im Allgemeinen in US-Patent Nr. 4,451,731 , 4,691,101 , 5,241,172 und 7,400,269 referenziert werden, von denen alle durch Bezugnahme in ihrer Gänze hierin inkorporiert sind.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung insbesondere auf einen reflektiven optischen Encoder gerichtet sind, sollte geschätzt werden, dass ähnliche Fotodiode-Feld- und/oder Kodierrad-Konfigurationen in einem transmissiven optischen Kodiersystem benutzt werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
2 zeigt ein teilweises, schematisches Diagramm von einer Ausführungsform eines Kodierrades 104. Insbesondere illustriert 2 einen Teil eines kreisförmigen Kodierrades 104 in der Form einer Platte. In einigen Ausführungsformen kann das Kodierrad 104 in der Form eines Ringes anstatt einer Platte sein. Das illustrierte Kodierrad 104 umfasst eine Spur 140, welche eine kreisförmige Spur sein kann, welche konzentrisch mit dem Kodierrad 104 ist. In einer Ausführungsform umfasst die Spur 140 ein kontinuierliches Wiederholungsmuster von Stäben/Strichen (bars) 142 und Fenstern 144, welche ganz um das Kodierrad 104 verlaufen, welches mittels eines einzelnen Indexstriches (index bar) 146 unterbrochen ist. Das gezeigte Muster umfasst alternierende Striche 142 und Fenster 144, wobei ein Indexstrich 146 in der Position lokalisiert ist, wo normalerweise ein Strich 142 oder ein Fenster 144 positioniert wäre, wenn ein wirkliches alternierendes Muster von Strichen 142 und Fenstern 144 benutzt würde. In einigen Ausführungsformen besetzt der Index-Strich 146 die Menge an Raum, welche normalerweise von zwei Strichen 142 und einem Fenster 144 besetzt wäre. In einigen Ausführungsformen tritt der Index-Strich 146 zumindest einmal um die Kodierplatte herum auf. Wenn der Index-Strich 146 mehr als einmal auf einer Kodierplatte (oder -streifen) auftritt, agiert der Encoder als ein pseudoabsoluter Encoder.
Die nicht-reflektiven Abschnitte 142 und die reflektiven Abschnitte 144 können auch als Positionsabschnitte bezeichnet werden. In einer Ausführungsform sind die nicht-reflektiven Abschnitte 142 transparente Abschnitte des Kodierrades 104 oder sind alternativ Aussparungen (z.B. Löcher oder Öffnungen) in dem Kodierrad 104. Die reflektiven Abschnitte 144 sind z.B. opake oder undurchlässige (opaque) Abschnitte (welche reflektiv sind) in dem Kodierrad 104. In einer Ausführungsform sind die Oberflächenbereiche, welche den reflektiven Abschnitten 144 entsprechen, mit einem reflektiven Material belegt oder bedeckt (coated). In einer anderen Ausführungsform, welche ähnlich der in 1 gezeigten Implementierung ist, können die reflektiven Abschnitte 144 des Kodierrades 104 transparent sein mit einer reflektiven Beschichtung 102 auf der entgegen gesetzten Seite des Kodierrades 104. In dieser Ausführungsform können die nicht reflektiven Abschnitte 142 opak sein, so dass sie das Licht von der LED 122 absorbieren.
In einigen Ausführungsformen ist ein transmissives Kodierelement anstatt eines reflektiven Kodierelementes implementiert. Ein transmissives Kodierelement, wie etwa ein Kodierrad oder Kodierstreifen, umfasst eine Spur 140 von transmissiven und nicht-transmissiven Abschnitten anstatt von reflektiven und nicht-reflektiven Abschnitten 144 und 142. In einer Ausführungsform ist das transmissive Kodierelement im Wesentlichen ähnlich zu dem reflektiven Kodierelement außer, dass das transmissive Kodierelement nicht ein reflektives Material 102 umfasst. Auf diese Weise transmittieren die transparenten Abschnitte 144 Licht durch das Kodierrad 104 und die opaken Abschnitte 142 transmittieren nicht Licht durch das Kodierrad 104.
Es sollte auch bemerkt werden, dass in einigen Ausführungsformen das kreisförmige Kodierrad 104 durch ein Kodierelement ersetzt werden könnte, welches nicht kreisförmig ist. Zum Beispiel kann ein lineares Kodierelement, wie etwa ein Kodierstreifen (strip) 180 benutzt werden. Auch kann ein Bildgebungs-Kodierelement (imaging coding element) anstatt eines reflektiven oder transmissiven Kodierelements 104 benutzt werden.
Wie oben beschrieben, führt Rotation des Kodierrades 104 und somit der Spur 140 zu einer Modulation des reflektierten Lichtsignals bei dem Detektor 130, um Positionsänderungen des Kodierrades 104 zu messen. Während Kodierräder des Standes der Technik eine separate Index-Spur umfassen, inkorporieren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung den Indexstreifen 146 in der optischen Spur 140, um einen Drei-Kanal-Encoder zu erreichen, welcher nur eine einzelne Spur 140 benutzt. Dies reduziert im großen Maße die Größe und Komplexität des Encoders 106.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform haben die Positions-Spur-Abschnitte 142 und 144 dieselben Umfangs-Dimensionen (auch als die Breitenausdehnung/-dimension, wie mittels der Strecke „X“ angezeigt, bezeichnet). Mit anderen Worten haben die intermediären nicht-reflektiven Spur-Abschnitte 142 dieselbe Breitenausdehnung wie die Spur-Abschnitte 144. Die Auflösung des Kodierrades 104 ist eine Funktion der Breitenausdehnungen der Positions-Spur-Abschnitte 142 und 144. In einer Ausführungsform sind die Breitenausdehnungen der nicht-reflektiven Spur-Abschnitte 142 eine Funktion der Größe der Fläche, welche erfordert ist, um einen detektierbaren Spalt zwischen aufeinander folgenden reflektierten Lichtpulsen zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen hat der Index-Streifen 146 eine größere Breitenausdehnung (wie mittels der Strecke „X'‟ angezeigt ist) als die Positions-Spuren 142 und 144. In einigen Ausführungsformen hat der Index-Streifen 146 eine Breite, welche ein ganzteiliges Vielfaches der Breite der Positions-Spur-Abschnitte 142 und 144 ist. Zum Beispiel kann der Index-Streifen 144 eine Breite haben, welche ein Vielfaches von 0,5 Abstand (P) (z.B. 1,5P, 2,5P, 3,5P, 4,5P, etc.) ist, wobei P der Breite eines Streifens 142 oder eines Fensters 144 entspricht. Mit anderen Worten sollte die Breite des Index-Streifens 146 zumindest eineinhalb Mal größer sein als „X“ und sie kann irgendein ganzzahliger Wert plus eineinhalb Mal „X“ sein. Andere Ausführungsformen können andere Breiten für den Index-Strich 146 implementieren. Obwohl das gezeigte Kodierrad 104 einen einzelnen Index-Strich 146 umfasst, sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zusätzlich nicht so begrenzt. Außerdem sollte geschätzt werden, obwohl der Index-Strich 146 dargestellt ist, als ein nicht-reflektiver Abschnitt verkörpert zu sein, dass der „Index-Strich“ 146 tatsächlich als ein Fenster implementiert sein kann, welches Breiteausdehnungen hat, welche ähnlich zu dem hierin beschriebenen Index-Strich 146 sind.
Die Höhe „Y“ der optischen Spur 140 kann gleichförmig oder nicht gleichförmig über das gesamte Kodierrad 104 hinweg sein. Demgemäß können die Höhe „Y“ jedes Striches 142, des Fensters 144 und des Index-Striches 146 in der optischen Spur 140 im Wesentlichen dieselbe sein und kann im Wesentlichen mit derselben optischen Spur 140 ausgerichtet sein, derart, dass die Striche 142, Fenster 144 und der Index-Strich 146 alle über dieselben Fotodioden 132 passieren.
3 zeigt eine erste Konfiguration von Fotodioden 132 in einem Sensorbereich 148 des Encoders 106. Insbesondere zeigt 3 eine relativ einfache Implementierung eines Drei-Kanal-Encoders unter Benutzung einer einzelnen optischen Spur 140. Der Sensorbereich 148 kann relativ zu der optischen Spur 140 derart ausgerichtet sein, dass die Streifen 142, Fenster 144 und Index-Streifen 146 alle über die Fotodioden 132 in dem Sensorbereich 148 passieren, wenn sich das Kodierrad 104 in der Richtung von Pfeil 150 (oder in der entgegen gesetzten Richtung) dreht.
Der Sensorbereich 148 kann ein Feld von inkrementellen Fotodioden 152 und einer Index-Fotodiode 154 aufweisen. Obwohl die Index-Fotodiode 154 als eine einzelne Fotodiode dargestellt ist, welche einen bestimmten Bereich in dem Sensorbereich oder in der Sensorfläche 148 bedeckt, wird ein gewöhnlicher Fachmann in der Technik schätzen, dass die Index-Fotodiode 154 als ein Feld von Fotodioden implementiert sein kann. Zur Einfachheit der Diskussion wird die Index-Fotodiode 154 jedoch als eine einzelne Fotodiode bezeichnet, obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht so begrenzt sind. Das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 wird benutzt, um Ausgabesignale CH_A und CH_B (oder Sinus- und Kosinus-Ausgabesignale) zu erzeugen, wogegen die Index-Fotodiode 154 benutzt wird, um das Ausgabesignal CH_I zu erzeugen.
3 zeigt auch eine schematische Schicht des Sensorbereichs 148 relativ zu der Kodierradspur 140. Die Repräsentation der Kodierradspur 140 ist überlagert mit dem Sensorbereich 148, um mögliche Ausdehnungen von individuellen Fotodiode-Feld-Elementen bezüglich der Abschnitte der Kodierradspur 140 darzustellen. Obwohl der Sensorbereich 148 einer kreisförmigen Kodierradspur 140 entspricht, können andere Ausführungsformen einen Sensorbereich 148 und Fotodiode-Felder 152, 154 implementieren, welche angeordnet sind, auf eine lineare Kodierstreifen-Spur auszurichten.
Das illustrierte Feld von inkrementellen Fotodioden 152 umfasst mehrere individuelle Fotodioden, einschließlich eine A-Signal-Fotodiode, um ein A-Signal zu erzeugen, eine B-Signal-Fotodiode, um ein B-Signal zu erzeugen, eine AB-Signal-Fotodiode, um ein AB-Signal zu erzeugen, und eine BB-Signal-Fotodiode, um ein BB-Signal zu erzeugen. Zur Klarheit wird „AB“ als „A-Strich“ und „BB“ als „B-Strich“ gelesen. Diese Bezeichnung der Positions-Fotodioden A, B, AB, und BB und den entsprechenden elektrischen Signalen, welche mittels der Positions-Fotodioden erzeugt sind, ist wohl bekannt in der Technik. Die Umfangs-Ausdehnungen (auch als die Breitenausdehnungen bezeichnet) der Positions-Fotodioden A, B, AB und BB sind auf die Breiten-Dimensionen der Positions-Spur-Abschnitte 142, 144 und 146 der entsprechenden Kodierradspur 140 bezogen. In der Ausführungsform der 3 hat jede Fotodiode A, B, AB und BB in dem Feld von inkrementellen Fotodioden 152 eine Breite, welche die Hälfte der Breite eines Streifens oder eines Fensters 142 und 144 in der entsprechenden Positions-Spur 140 ist (d.h. Breite jeder Fotodiode ist gleich „X/2“).
In der Ausführungsform der 3 hat zusätzlich die Breite des Index-Streifens 146 eine Breite, welche zweimal die Breite eines Streifens oder eines Fensters 142 und 144 ist. Mit anderen Worten gleicht die Breite des Index-Strichs 146 zweimal „X“. Das heißt auch, dass die Breite des Index-Strichs 146 ungefähr viermal die Breite einer einzelnen Fotodiode in dem Feld von inkrementellen Fotodioden 152 ist, aber dass die Gesamtbreite des Feldes von inkrementellen Fotodioden 152 im Wesentlichen gleich der Breite des Index-Striches 146 ist.
Signale von Fotodioden können in einer Strom oder in einer Spannungs-Domäne repräsentiert sein und können von der einen in die andere konvertiert werden. Auch können lineare Kombinationen von Signalen einschließlich Skalierung und Summation oder Subtraktion implementiert werden. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf irgendeine bestimmte physikalische Repräsentation dieser Signale begrenzt und daher werden die Signale in einer abstrakten Weise behandelt unter der Annahme, dass unabhängig von der Implementierung eine Weise existiert, um diese Signale in einer linearen Weise zu kombinieren und Vergleiche durchzuführen.
Während die Implementierung der 3 das Ziel erreicht, einen Drei-Kanal-Encoder mit einer einzelnen optischen Spur 140 zu erhalten, sollten auch einige Implementations-Aspekte adressiert werden.
Zunächst und wie in 4 ersichtlich ist, werden, wenn der Index-Strich 146 (oder Fenster) über die Fotodioden A, B, AB und BB passiert, die inkrementellen Signale, welche davon erzeugt sind, gestört. Insbesondere können CH_A und CH_B beim Passieren des Index-Striches 146 über das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 verzerrt werden. Diese Verzerrung (distortion) kann die Genauigkeit von Winkelposition, welche mittels des Encoders gemessen ist, negativ beeinflussen.
Zweitens, um einen digitalen Index-Puls zu erzeugen, wird ein Referenz-Signal Ref benötigt, damit so das Vorzeichen von I-Ref mittels eines Komparators detektiert werden kann, dessen Ausgabe der digitale Index-Puls ist. Die Erzeugung von Ref ist nicht einfach erhältlich, nachdem bemerkt ist, dass das Signal von CH_I aufgrund von Streulicht deutlich verschoben sein kann und dass seine absolute Amplitude abhängig von anderen Parametern des optischen System 100 ist, wie etwa Stärke der Lichtquelle, optischer Spalt etc. sein kann. Streulicht ist ein halb-gleichförmiges (nicht abhängig von Position des Kodierrades) Licht, welches auf die Sensorfläche aufgrund von Unvollkommenheiten des optischen Systems projiziert wird.
Demgemäß können eine oder mehrere Modifikationen an der Sensorfläche 148, welche in 3 dargestellt ist, implementiert werden, um die Größe der Verzerrung zu reduzieren, welche dadurch entsteht, dass der Index-Strich 146 über das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 passiert wird. 5 zeigt eine erstes Modifikation des Sensorbereichs 148, welche die Verzerrung, welche durch den Index-Strich 146 hervorgerufen ist, vermindern kann. Insbesondere kann dem Feld von inkrementellen Fotodioden 152 eine Mehrzahl von wiederholten A-, B-, AB-, BB-Fotodioden-Abschnitten 156a-N hinzugefügt werden. Jeder Fotodiode-Abschnitt 156a-N kann eine A-Fotodiode, eine B-Fotodiode, eine AB-Fotodiode und eine BB-Fotodiode aufweisen.
Wie in 6 ersichtlich ist, kann die Verzerrung von Signalen CH_A und CH_B deutlich vermindert werden, wenn eine relativ große Anzahl von Abschnitten (z.B. vier oder mehr) in das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 inkorporiert wird. Die Anzahl von Abschnitten ist jedoch durch die Gesamtbreite des Sensorbereichs 148, durch die erforderlichen Ausdehnungen des Encoders 106 und durch die Möglichkeit eines optischen Teils des Encoders eingeschränkt, um das Kodierrad-Muster über den gesamten Sensorbereich 148 zu projizieren. Aufgrund dieser Einschränkungen kann eine Benutzung eines Mehr-Abschnitt-Feldes von inkrementellen Fotodioden 152 allein nicht ausreichend sein, um das Verzerrungs-Problem zu adressieren, welches durch den Index-Streifen 146 verursacht ist.
Demgemäß kann es wünschenswert sein, die Form der Fotodioden in dem Feld von inkrementellen Fotodioden 152 zu ändern, um dadurch den Übergang des Index-Streifens 146 zu erleichtern, wenn er über das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 passiert. In einigen Ausführungsformen kann die Form des Feldes von inkrementellen Fotodioden 152 geändert werden, um einen hexagonalen Umriss (outline) zu haben, welcher einen mittleren Teil/Abschnitt 160 umfasst, welcher symmetrisch umgeben ist durch einen ersten und einen zweiten Übergangsteil 158a bzw. 158b.
Es sollte jedoch geschätzt werden, dass der erste Übergangs-Abschnitt 158a nicht ein Spiegel gegenüber dem zweiten Übergangs-Bereich 158b sein muss. Vielmehr können die Größe, Kontur und/oder Anzahl von Fotodioden in den Übergangs-Abschnitten 158a, 158b in dem ersten Übergangs-Abschnitt 158a verglichen mit dem zweiten Übergangs-Abschnitt 158b verschieden sein.
Es sollte auch geschätzt werden, dass, während der erste Übergangs-Abschnitt 158a und der zweite Übergangsabschnitt 158b dargestellt sind, zwei Sätze von wiederholten A-, B-, AB-, BB-Fotodiode-Abschnitten zu haben, eine größere oder kleinere Anzahl von wiederholten A-, B-, AB-, BB-Fotodiode-Abschnitten in den Übergangs-Abschnitten 158a, 158b inkorporiert sein können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Ähnlich kann, obwohl der mittlere Abschnitt 160 dargestellt ist, nur einen einzelnen Satz von A-, B-, AB-, BB-Fotodioden zu haben, der mittlere Abschnitt 160 konfiguriert sein kann, eine Mehrzahl von wiederholten A-, B-, AB-, BB-Fotodiode-Abschnitten zu haben. Ferner noch braucht der mittlere Abschnitt 160 und/oder die Übergangs-Abschnitte 158a, 158b nicht notwendiger Weise volle Sätze von A-, B-, AB-, BB-Fotodioden zu haben. Vielmehr können der mittlere Abschnitt 160 und/oder die Übergangs-Abschnitte 158a, 158b nur eine Untermenge der A-, B-, AB- und BB-Fotodioden haben. Als ein nicht begrenzendes Beispiel kann der erste Übergangs-Abschnitt 158a nur A- und B-Fotodioden haben, während der zweite Übergangs-Abschnitt 158b nur AB- und BB-Fotodioden haben kann.
Die in 7 dargestellte Modifikation wird ersichtlich, wenn bemerkt wird, dass der Kern der Winkelpositions-Messverzerrung von abrupten Änderungen von Signal-Amplituden herrührt, welche nicht zu derselben Zeit stattfinden. Wenn sich z.B. der Index-Strich 146 dem Feld von inkrementellen Fotodioden 152 von der rechten Seite her nähert und sich nach links bewegt, stört der Index-Streifen 146 zuerst die Fotodiode BB, dann Fotodiode AB, dann Fotodiode B, dann Fotodiode A. Dieses Phänomen ist in 8 klarer dargestellt. Der präsentierte hexagonale Umriss macht die Abruptheit der Verzerrung, welche durch den Index-Streifen 146 verursacht ist, verglichen mit der Verzerrung, welche in 6 dargestellt ist, geringer.
9 zeigt eine andere mögliche Modifikation des Sensorbereichs 148. Insbesondere kann der Sensorbereich 148 verändert werden, um eine Replikat-Index-Fotodiode 162 auf der entgegen gesetzten Seite des Feldes von inkrementellen Fotodioden 152 von der Index-Fotodiode 154 zu inkorporieren. Mit anderen Worten kann es wünschenswert sein, das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 mit Index-Fotodioden zu umgeben. Die Hinzufügung der Replikat-Index-Fotodiode 162 stellt eine Lösung für das Streulicht-Problem, welches oben skizziert wurde, bereit. Wenn die Replikat-Index-Fotodiode 162 symmetrisch um das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 bezüglich der Index-Fotodiode 154 lokalisiert ist und wenn die Streulicht-Intensität auch symmetrisch relativ zu der zentralen vertikalen Achse des Sensorbereichs 148 ist, sollte die Differenz zwischen dem Signal, welches mittels der Index-Fotodiode 154 und der Replikat-Index-Fotodiode 162 erzeugt ist (d.h. I minus M), ungefähr Null sein, außer, wenn der Index-Streifen 146 oberhalb von entweder der Index-Fotodiode 154 oder der Replikat-Index-Fotodiode 162 passiert.
Wie in 10 ersichtlich ist, ist der Wert von I minus M im Wesentlichen Null (oder zumindest normalisiert), es sei denn, der Index-Strich 146 passiert über eine der Index-Fotodioden 154, 162. Die Passage des Index-Streifens 146 über die Index-Fotodiode 154 kann jedoch von der Passage des Index-Streifens 146 über die Replikat-Index-Fotodiode 162 unterschieden werden, weil ein Ereignis dazu führt, dass sich der Wert von I minus M dramatisch vermindert (d.h. auf eine relativ große negative Zahl), während das andere Ereignis dazu führt, dass sich der Wert von I minus M dramatisch erhöht (d.h. auf eine relativ große positive Zahl).
Demgemäß kann ein Schwellwert TH errechnet werden und mit dem Wert von I minus M verglichen werden, um den Index-Puls zu erzeugen, welcher einer vollständigen Rotation des Kodierrades 104 entspricht und nicht dem Vorkommen/Ereignis, dass der Index-Strich 146 über entweder (either) Index-Fotodiode 154, 162 passiert.
11 zeigt ein Verfahren zum Errechnen eines nützlichen Schwellwertes TH zum Vergleichen der Differenz zwischen den Ausgaben der Index-Fotodioden 154, 162. Bezüglich des Schwellwertes TH sollte zunächst bemerkt werden, dass, falls TH zu klein ist, ein mehrfacher Index auftreten könnte oder der Index zu groß wird, während, wenn TH zu groß ist, es zu keinem Index führen könnte. Daher sollte der Schwellwert TH idealer Weise ungefähr 0,5 x Amplitude von I sein (d.h. die Amplitude des Signal, was mittels der Index-Fotodiode 154 ausgeben ist). Um dieses Ziel zu erreichen, sollte das TH-Signal proportional zu der Amplitude der Beleuchtung des Sensorbereichs 148 skalieren. Zu diesem Zweck können A-, B-, AB-, BB-Signale sowie interpolierte Signale (z.B. 0,7 A + 0,7 B) - bezeichnet als S1, S2, ...., nach Passieren durch einen Maximum- und Minimum-Selektor als ein Indikator für Licht-Intensität benutzt werden.
Insbesondere kann das Design von Maximum- und Minimum-Selektoren vereinfacht werden, wenn das Folgende bemerkt wird: Wenn der Encoder 106 digitale Signale basierend auf A, B, AB, BB erzeugt und deren Kombinationen zur Interpolation benutzt werden, dann sollten diese digitalen Signale benutzt werden, um für jeden Zeitpunkt zu bestimmen, welches Signal (A, B, AB, BB oder Kombination) für Maximum oder Minimum gewählt werden muss. Auf diese Weise beinhalten max/min-Selektoren Schalter, welche mittels einer Kombination von digitalen Ausgaben von Komparatoren gesteuert sind. Der Schwellwert TH kann daher als das Maximum von A, B, AB und BB minus dem Minimum von A, B, AB und BB ausgewählt werden. Der Wert von I minus M kann dann mit dem Schwellwert TH verglichen werden und, wenn der Wert von I minus M kleiner ist als der Schwellwert TH, dann kann ein digitaler Index-Ausgabe-Puls erzeugt werden. Andererseits wird kein digitaler Index-Ausgabe-Puls erzeugt.
Wie geschätzt werden kann, können die Maximum- und Minimum-Selektoren sowie die Komparator-Funktionen in der Signal-Verarbeitungs-Schaltung 134 und/oder dem Mikroprozessor 110 durchgeführt werden. Es gibt kein Erfordernis, dass irgendeine dieser Komponenten sämtliche Prozessierungs-Schritte durchführt, welche beim Erzeugen einer Index-Ausgabe, wie hierin beschrieben ist, involviert sind.
Mit Bezug nun auf 12 wird eine erste alternative optische Spur- 140 - Konfiguration in Übereinstimmung mit zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Wie oben diskutiert ist, können die Ausdehnungen des Index-Streifens 146 geändert werden, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Hier ist die Breite „X'‟ des Index-Striches 146 ungefähr 2,5 P (d.h. 2,5 x die Breite eines Streifens 142 oder eines Fensters 144).
13 zeigt eine zweite alternative optische Spur- 140 -Konfiguration in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere kann, anstatt einen ausgedehnten Streifen als den Index-Streifen 146 zu benutzen, ein ausgedehntes Fenster 164 benutzt werden, um als der Index-Streifen 146 zu fungieren. Hier resultiert die Passage des ausgedehnten Fensters (extended window) 164 über den Sensorbereich 148 wird detektiert mittels einer oder beider der Index-Fotodioden 164, 162 mittels der nicht-symmetrischen Abwesenheit von Lichtdetektion. Das ausgedehnte Fenster 164 kann in der Größe ähnlich wie der Index-Streifen 146 bemessen sein, indem es irgendein Vielfaches von 0,5 P ist (z.B. 1,5 mal „X“, 2,5 mal „X“, 3,5 mal „x“, etc.).
Es sollte auch geschätzt werden, dass halbe Größen der Streifen 142 und der Fenster 144 für den Index-Streifen 146 oder seine Äquivalenz nicht benutzt zu werden brauchen. Vielmehr kann der Index-Streifen 146 (oder ein äquivalentes ausgedehntes Fenster 164) größenmäßig als ein Anteil von Abstand (pitch) P bemessen sein (z.B. 2,1 P, 1,2 P, etc.).
14 zeigt eine erste alternative Konfiguration für das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die erste alternative Konfiguration implementiert Übergangs-Abschnitte 158a, 158b, welche gleichförmig in der Dicke sind anstatt abgeschrägt (tapered). Der mittlere Abschnitt 160 ist auch mit einer Mehrzahl von wiederholenden A-, B-, AB-, BB-Fotodiode-Abschnitten konfiguriert.
Die größte Dicke „H“ des Feldes von inkrementellen Fotodioden 152 kann ausgebildet sein, um die Unterbrechung (interruption) auf einem inkrementellen Signal während eines Index-Übergangs zu minimieren. Außerdem kann die Dicke der Übergangs-Abschnitte 158a, 158b eine Bruchteil-Höhe α von H sein. Geeignete Werte von α umfassen irgendeinen Wert zwischen 0 und 1, nicht inklusive. Als ein Beispiel kann der Wert von α gleich 0,5 sein.
15 zeigt eine zweite alternative Konfiguration für das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die zweite alternative Konfiguration dividiert die Übergangs-Abschnitte 148a, 148b in mehrere Segmente 164a, 164b von verschiedenen Höhen. Obwohl nur zwei Segemente 164a, 164b dargestellt sind, in den Übergangs-Abschnitten 158a, 158b umfasst zu sein, sollte geschätzt werden, dass zwei, drei, vier oder mehr Segmente benutzt werden können. Jedes Segment kann einen vollen Satz von A-, B-, AB- und BB-Fotodioden, mehrere Sätze solcher Fotodioden oder nur eine Untermenge dieser Fotodioden umfassen. In einigen Ausführungsformen entspricht das erste Segment 164a dem äußersten Teil des Übergangs-Abschnitts, während das zweite Segment 164b dem innersten Teil des Übergangs-Abschnitts entspricht. In einigen Ausführungsformen weist das erste Segment 164a eine Höhe auf, welche ein erster Bruchteil-Wert α von „H“ ist, wogegen das zweite Segment 164b eine Höhe aufweist, welche ein zweiter Bruchteil-Wert β von „H“ ist. Als ein nicht-begrenzendes Beispiel kann der erste Bruchteil-Wert α gleich 0,5 sein und der zweite Bruchteil-Wert β kann 0,75 sein.
Eine andere mögliche Konfiguration, obwohl nicht dargestellt, kann den mittleren Abschnitt 160 vollständig eliminieren. Stattdessen kann das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 nur Übergangs-Abschnitte 158a, 158b aufweisen.
Mit Bezug nun auf 16 wird eine andere alternative Konfiguration für das Feld von inkrementellen Fotodioden 152 in Übereinstimmung mit zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Hier sind die Übergangs-Abschnitte durch einen ersten und einen zweiten gekrümmten Übergangs-Abschnitt 166a bzw. 166b ersetzt. Das Profil der Abschnitte 166a, 166b folgt einer Polynom-Linie oder -Kurve im Gegensatz zu den linearem Profil, welches in 9 dargestellt ist. Zusätzlich weisen die gekrümmten Übergangs-Abschnitte 166a, 166b zwei Sätze von A-, B-, AB- und BB-Fotodioden auf und der mittlere Abschnitt 160 weist drei Sätze von A-, B-, AB- und BB-Fotodioden auf. Wieder kann die Anzahl von A-, B-, AB- und BB-Fotodioden in jedem Abschnitt des Feldes von inkrementellen Fotodioden 152 variieren, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Während eine Anzahl von möglichen Modifikationen an der optischen Spur 140 und dem Sensorbereich 148 hierin diskutiert worden ist, sollte geschätzt werden, dass Kombinationen dieser möglichen Modifikationen implementiert werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher fällt irgendein optisches Encoder-System oder Kodiersystem 100, welches eines oder mehrere der Merkmale der optischen Spur des Sensorbereichs 148, hierin beschrieben, inkorporiert, innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Offenbarung.
Zusätzlich können die Dimensionen des Sensorbereichs 148 und der Fotodioden darin abhängig von der Anwendung variieren, in welcher das optische Kodiersystem 100 eingesetzt wird. Als ein nicht-begrenzendes Beispiel kann die Höhe des Sensorbereichs 148 in der Größenordnung von ungefähr 300 bis 400 µm sein. Die Länge des Sensorbereichs 148 kann in der Größenordnung von ungefähr 1200 µm sein. Die Breite von jeder A-, B-, AB- und BB-Fotodiode kann in der Größenordnung von ungefähr 40 µm sein. Die Breite der Index-Fotodiode 154 oder Replikat-Index-Fotodiode 162 kann in der Größenordnung von ungefähr 160 µm sein. Wie geschätzt werden kann, können jedoch die Größen der hierin beschriebenen Komponenten variieren, um irgendeiner Anzahl von Anwendungen zu entsprechen.
Spezifische Details wurden in der Beschreibung gegeben, um ein durchgängiges Verständnis der Ausführungsformen bereitzustellen. Es sollte jedoch von einem gewöhnlichen Fachmann in der Technik verstanden werden, dass die Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. Zum Beispiel können Schaltungen in Blockdiagrammen gezeigt werden, um die Ausführungsformen nicht in unnötigem Detail zu vernebeln. In anderen Fällen können wohl bekannte Schaltungen, Prozesse, Algorithmen, Strukturen und Techniken ohne unnötiges Detail gezeigt werden, um ein Vernebeln der Ausführungsformen zu vermeiden.
Während illustrative Ausführungsformen der Offenbarung hierin im Detail beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass die erfinderischen Konzepte in anderer Weise verschiedentlich verkörpert und eingesetzt werden können, und dass die angehängten Ansprüche beabsichtigt sind, solche Variationen zu umfassen, außer mittels des Standes der Technik begrenzt.

Claims

Encoder zur Benutzung in einem optischen Encoder-System, aufweisend: einen Emitter, welcher konfiguriert ist, Licht zu emittieren; einen Detektor, welcher konfiguriert ist, zumindest einen Teil des Lichts, welches mittels des Emitters emittiert ist, zu empfangen und das empfangene Licht in eines oder mehrere elektrische Signale zu konvertieren, welche benutzt werden, um drei Ausgabe-Kanäle zu erzeugen, wobei das Licht, welches benutzt wird, um die drei Ausgabe-Kanäle zu erzeugen, durch eine einzelne optische Spur hindurch passierte und/oder mittels einer einzelnen optischen Spur reflektiert wurde, wobei der Detektor einen Sensorbereich aufweist, welcher ein Feld von inkrementellen Fotodioden eine Index-Fotodiode umfasst, wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden einen ersten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode einer ersten Höhe umfasst, einen zweiten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode der ersten Höhe umfasst, und einen mittleren Abschnitt aufweist, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Übergangs-Abschnitt positioniert ist, wobei der mittlere Abschnitt zumindest eine Fotodiode einer zweiten Höhe umfasst, welche größer ist als die erste Höhe, wobei der erste Übergangs-Abschnitt und/oder der zweite Übergangs-Abschnitt näher an der Index-Fotodiode ist als der mittlere Abschnitt.
Encoder gemäß Anspruch 1, wobei der Sensorbereich ferner eine Replikat-Index-Fotodiode umfasst, wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden insbesondere zwischen der Index-Fotodiode und der Replikat-Index-Fotodiode positioniert ist.
Encoder gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Index-Fotodiode ungefähr viermal so breit ist wie eine einzelne Fotodiode in dem Feld von inkrementellen Fotodioden.
Encoder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die drei Ausgabe-Kanäle einen ersten und einen zweiten Kanal, welche benutzt werden, um eine inkrementelle Winkelposition zu bestimmen, und einen dritten Kanal umfassen, welcher benutzt wird, um eine absolute Winkelposition zu bestimmen, wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden die elektrischen Signale erzeugt, welche benutzt werden, um die erste und die zweite Kanal-Ausgabe zu erzeugen, und wobei die Index-Fotodiode das elektrische Signal erzeugt, welches benutzt wird, um die dritte Kanal-Ausgabe zu erzeugen.
Encoder gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Detektor einen Sensorbereich aufweist, welcher ein Feld von inkrementellen Fotodioden umfasst, welche in einem hexagonalen Umriss konfiguriert sind, wobei der Emitter insbesondere eine LED aufweist.
Encoder gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die einzelne optische Spur auf einem Kodierelement bereitgestellt ist, welches eine Spur mit einem Spurmuster hat, wobei das Spurmuster eine Mehrzahl von optisch unterscheidbaren Abschnitten aufweist und wobei die Mehrzahl von optisch unterscheidbaren Abschnitten zumindest einem Index-Strich und/oder ein ausgedehntes Fenster aufweist.
System zum Translatieren einer physikalischen Bewegung eines Geräts in ein elektrisches Signal, wobei das System aufweist: einen Encoder, welcher einen Sensorbereich aufweist, welcher ein Feld von inkrementellen Fotodioden und eine Index-Fotodiode umfasst, wobei der Sensorbereich konfiguriert ist, um nächst einer einzelnen optischen Spur eines Kodierelements positioniert zu werden, welches mechanisch mit dem Gerät gekoppelt ist, wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden benutzt wird, um elektrische Signale zu erzeugen, welche benutzt werden können, um eine inkrementelle Position des Kodierelements zu bestimmen, und wobei die Index-Fotodiode benutzt wird, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches benutzt werden kann, um eine Zielposition des Kodierelements zu bestimmen, wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden einen ersten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode einer ersten Höhe umfasst, einen zweiten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode der ersten Höhe umfasst, und einen mittleren Abschnitt aufweist, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Übergangs-Abschnitt positioniert ist, wobei der mittlere Abschnitt zumindest eine Fotodiode einer zweiten Höhe umfasst, welche größer ist als die erste Höhe, wobei der erste Übergangs-Abschnitt und/oder der zweite Übergangs-Abschnitt näher an der Index-Fotodiode ist als der mittlere Abschnitt.
System gemäß Anspruch 7, wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden einen ersten und einen zweiten Übergangs-Abschnitt aufweist, welche voneinander mittels eines mittleren Abschnitt separiert sind, und/oder wobei der erste und der zweite Übergangs-Abschnitt linear angeschrägt sind, und/oder wobei der erste und der zweite Übergangs-Abschnitt gekrümmt sind.
System gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, ferner aufweisend eine Signal-Verarbeitungs-Schaltung, welche konfiguriert ist, elektrische Signale, welche von dem Feld von inkrementellen Fotodioden empfangen sind, in Signale zu konvertieren, welche bei einem ersten und einem zweiten Kanal ausgegeben werden, und wobei die Signal-Verarbeitungs-Schaltung ferner konfiguriert ist, elektrische Signale, welche von der Index-Fotodiode empfangen sind, in ein Signal zu konvertieren, welche bei einem dritten Kanal ausgegeben wird.
System gemäß Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Kanal benutzt werden, um die inkrementelle Position des Kodierelements zu bestimmen und wobei der dritte Kanal benutzt wird, um die Zielposition des Kodierelements zu bestimmen, und/oder wobei der Sensorbereich ferner eine Replikat-Index-Fotodiode umfasst, wobei das elektrische Signal, welches von der Index-Fotodiode empfangen ist, von dem elektrischen Signal, welches von der Replikat-Index-Fotodiode empfangen ist, abgezogen wird und mit einem Schwellwert verglichen wird, welcher basierend auf den Signalen bestimmt ist, welche von dem Feld von inkrementellen Fotodioden empfangen sind, und wobei der Vergleich mit dem Schwellwert benutzt wird, um zu bestimmen, ob ein Index-Puls zu erzeugen ist.
Optisches Encoder-System, aufweisend: ein Kodierelement, welches eine Spur mit einem Spurmuster hat, wobei das Spurmuster eine Mehrzahl von wiederholenden optisch unterscheidbaren Abschnitten aufweist, welche mittels eines Absolutposition-Indikators unterbrochen sind; einen Emitter, welcher konfiguriert ist, ein Licht-Signal zu erzeugen, welches auf die Spur des Kodierelements einfällt; und einen Detektor, welcher einen optischen Sensorbereich aufweist, welcher eine Mehrzahl von Fotodioden hat, welche positioniert sind, um das Licht-Signal von dem Emitter zu detektieren, wobei die Mehrzahl von Fotodioden ein Feld von inkrementellen Fotodioden und zumindest eine Index-Fotodiode umfasst wobei das Feld von inkrementellen Fotodioden einen ersten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode einer ersten Höhe umfasst, einen zweiten Übergangs-Abschnitt, welcher zumindest eine Fotodiode der ersten Höhe umfasst, und einen mittleren Abschnitt aufweist, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Übergangs-Abschnitt positioniert ist, wobei der mittlere Abschnitt zumindest eine Fotodiode einer zweiten Höhe umfasst, welche größer ist als die erste Höhe, wobei der erste Übergangs-Abschnitt und/oder der zweite Übergangs-Abschnitt näher an der Index-Fotodiode ist als der mittlere Abschnitt.
System gemäß Anspruch 11, wobei die Mehrzahl von wiederholenden optisch unterscheidbaren Abschnitten alternierende reflektive und nichtreflektive Abschnitte aufweist, welche mittels eines ausgedehnten reflektiven Abschnitts und/oder eines ausgedehnten nicht-reflektiven Abschnitts unterbrochen sind.
System gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die zumindest eine Index-Fotodiode eine Index-Fotodiode und eine Replikat-Index-Fotodiode aufweist, wobei die Index-Fotodiode ein erstes Index-Ausgabe-Signal erzeugt, wobei die Replikat-Index-Fotodiode ein zweites Index-Ausgabe-Signal erzeugt, wobei eine Differenz zwischen dem ersten Index-Ausgabe-Signal und dem zweiten Index-Ausgabe-Signal mit einem Schwellwert verglichen wird, um zu bestimmen, ob ein Index-Puls zu erzeugen ist, und wobei der Schwellwert dadurch errechnet wird, dass eine Maximum- und Minimum-Intensität von Signalen bestimmt wird, welche mittels des Feldes von inkrementellen Fotodioden erzeugt sind.