DE19512258C2 - Optical encoder with a photodiode array that serves both as a light detector and as an index scale - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Codierer zur Verwen­ dung als Linearcodierer und als Drehcodierer, insbesondere auf einen optischen Co­ dierer mit einem Photodiodenfeld, das als Lichtdetektor und als Indexskala dient.The present invention relates to an optical encoder for use tion as a linear encoder and as a rotary encoder, in particular on an optical co with a photodiode array that serves as a light detector and as an index scale.

Ein optischer Codierer, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, ist bekannt. Eine LED 81 sendet einen Lichtstrahl an einen Konkavspiegel 82. Der Konkavspiegel 82 reflek­ tiert einen kollimierten Lichtstrahl 83 auf eine Hauptskala 84. Die Hauptskala 84 hat eine Skalierung, die aus einem optischen Gitter besteht. Das optische Gitter weist Schlitze auf, die in vorbestimmten Teilungsabständen gebildet sind. Parallel zur Hauptskala 84 ist eine Indexskala 85 mit einem optischen Gitter angeordnet, das das gleiche ist wie das optische Gitter der Hauptskala 84. Hinter der Indexskala 85 ist ein Lichtdetektor angeordnet.An optical encoder as shown in Fig. 10 is known. An LED 81 sends a light beam to a concave mirror 82 . The concave mirror 82 reflects a collimated light beam 83 on a main scale 84 . The main scale 84 has a scale consisting of an optical grating. The optical grating has slits formed at predetermined pitches. Arranged parallel to the main scale 84 is an index scale 85 with an optical grating that is the same as the optical grating of the main scale 84 . A light detector is arranged behind the index scale 85 .

Wenn die Hauptskala 84 relativ in den Richtungen der Fig. 10 gegen die Indexskala 85 bewegt wird, kann der Lichtdetektor 85 ein helles/dunkles Muster erfassen, das aufgrund einer Überdeckung bzw. Überlappung der optischen Gitter der Hauptskala 84 und der Indexskala 85 entsteht. Durch Verarbeiten des Ausgangsstromes des Lichtdetektors 86 kann die Verschiebung der Hauptskala gemessen werden.When the main scale 84 is relatively moved in the directions of FIG. 10 against the index scale 85 , the light detector 85 can detect a light / dark pattern that arises due to an overlap of the optical grids of the main scale 84 and the index scale 85 . By processing the output current of the light detector 86 , the displacement of the main scale can be measured.

Bei dem optischen Codierer, wie er in Fig. 11 dargestellt ist, sind zur Erzielung eines Nullpunktsignals Nullpunkt-Erfassungsmuster P1 und P2 auf der Hauptskala 84 und der Indexskala 85 gebildet, wie dies jeweils entsprechend in Fig. 11 dargestellt ist. Die Nullpunkt-Erfassungsmuster P1 und P2 sind durch eine Vielzahl von Schlitzen gebildet, die unregelmäßig ausgerichtet sind. Um die Überlappung der Nullpunkt- Erfassungsmuster P1 und P2 zu erfassen, ist zusätzlich zu dem in Fig. 10 dargestell­ ten Lichtdetektor 86 ein Nullpunkt-Lichtdetektor 86b angeordnet. Wenn sich die beiden Nullpunkt-Erfassungsmuster P1 und P2 vollständig überlappen wird, weil der Nullpunkt-Erfassungslichtdetektor 86b einen Spitzenstrom erfasst, die Position, an der der Spitzenstrom erfasst wird, als eine Nullpunktposition definiert (Messbezugs­ punkt).In the optical encoder as shown in FIG. 11, zero point detection patterns P1 and P2 are formed on the main scale 84 and the index scale 85 to achieve a zero point signal, as shown in FIG. 11, respectively. The zero point detection patterns P1 and P2 are formed by a plurality of slits that are irregularly aligned. In order to detect the overlap of the zero point detection patterns P1 and P2, a zero point light detector 86 b is arranged in addition to the light detector 86 shown in FIG. 10. If the two zero point detection patterns P1 and P2 will completely overlap because the zero point detection light detector 86 b detects a peak current, the position where the peak current is detected is defined as a zero point position (measurement reference point).

Die Vorteile der Nullpunkt-Erfassungsmuster, welche von einer Vielzahl von unre­ gelmäßig ausgerichteten Schlitzen gebildet werden, sind in US-Patent Nr. 4,451,731 beschrieben.The advantages of zero point detection patterns, which come from a variety of unre Aligned slots are formed in U.S. Patent No. 4,451,731 described.

Die Nullpunkt-Erfassungsschaltung ist in der in Fig. 12 dargestellten Weise aufge­ baut. Bezug nehmend auf Fig. 12 wird der Ausgangsstrom des Nullpunkt- Erfassungslichtdetektors 86b an einem Strom/Spannungs-Umsetzer 101 geliefert, der einen Operationsverstärker OP31 aufweist. Der Strom/Spannungs-Umsetzer 101 wandelt den Ausgangsstrom des Nullpunkt-Erfassungslichtdetektors 86b in einen Spannungswert um. Der Spannungswert wird an eine Vergleichsschaltung 102 ge­ liefert, die einen Operationsverstärker OP32 aufweist. Die Vergleichsschaltung 102 vergleicht den Spannungswert mit einer vorbestimmten Bezugsspannung VREF und gibt ein Nullpunktsignal Z aus.The zero point detection circuit is constructed in the manner shown in FIG. 12. Referring to FIG. 12, the output current of the zero point detection light detector 86 is supplied b at a current / voltage converter 101 comprises an operational amplifier OP31. The current / voltage converter 101 converts the output current of the zero-point detection light detector 86 b into a voltage value. The voltage value is supplied to a comparison circuit 102 which has an operational amplifier OP32. The comparison circuit 102 compares the voltage value with a predetermined reference voltage VREF and outputs a zero point signal Z.

Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine Ausgabe FZ-AUS des Strom/Spannungs- Umsetzers 101 der in Fig. 12 dargestellten Erfassungsschaltung sowie die Wellen­ form des Nullpunktsignals z darstellt. Im Diagramm stellt die waagerechte Achse die Verschiebung X dar. Da eine Spitzenspannung P, wie in Fig. 13 gezeigt, an einer Position erhalten wird, an der das Nullpunkt-Erfassungsmuster P1 der Hauptskala 84 mit dem Nullpunkt-Erfassungsmuster P2 der Indexskala 85 zusammenfällt, wird die Spitzenspannung P mit einer Vergleichsspannung VC verglichen, so dass das Null­ punktsignal Z erhalten wird. Fig. 13 is a diagram showing an output FZ-AUS of the current / voltage converter 101 of the detection circuit shown in Fig. 12 and the waveform of the zero point signal z. In the diagram, the horizontal axis represents the displacement X. Since a peak voltage P, as shown in FIG. 13, is obtained at a position where the zero point detection pattern P1 of the main scale 84 coincides with the zero point detection pattern P2 of the index scale 85 , the peak voltage P is compared with a comparison voltage VC, so that the zero point signal Z is obtained.

Bei der Druckschrift des Standes der Technik wird, wie in Fig. 13 dargestellt, als Ausgabe FZ-AUS des Strom/Spannungs-Umsetzers eine spitzenfreie Spannung NP2, mit der gleichen Polarität wie der Spitzenspannung P, vor und nach der Null­ punktposition hervorgerufen. Dies rührt daher, dass, selbst wenn die Position des Nullpunkt-Erfassungsmusters P1 auf der Hauptskala 84 und die Position des Null­ punkt-Erfasssungsmusters P2 auf der Indexskala 85 von der vollständigen Überlap­ pungsposition abweichen, sich ein Teil der Schlitze überlappen. Da die spitzenfreie Spannung NP2 beim Erhalten der Spitzenspannung P zu einer Störung wird, sollte die Vergleichsspannung VC der Vergleichsschaltung 102 in dem in Fig. 13 darge­ stellten Bereich von V2 eingestellt werden, um zu vermeiden, dass die spitzenfreie Spannung NP2 fälschlicherweise als das Nullpunktsignal Z ausgegeben wird.In the prior art document, as shown in FIG. 13, a peak-free voltage NP2, with the same polarity as the peak voltage P, is produced before and after the zero point position as output FZ-OFF of the current / voltage converter. This is because even if the position of the zero point detection pattern P1 on the main scale 84 and the position of the zero point detection pattern P2 on the index scale 85 deviate from the full overlap position, part of the slits overlap. Since the peak free voltage NP2 is a fault in obtaining the peak voltage P, the comparison voltage VC should the comparison circuit are set in the set in Fig. 13 Darge range of V2 102 to prevent the pointed free voltage NP2 incorrectly as the zero signal Z is issued.

Bei der Druckschrift des in Betracht gezogenen Standes der Technik wird der Auf­ bau der Nullpunkt-Erfassungsschaltung kompliziert, um das Nullpunktsignal sicher auszugeben. Wenn die Lichtstärke der Lichtquelle, die Empfindlichkeit des Licht­ detektors, usw., fluktuieren, werden die in Fig. 13 gezeigten Absolutwerte der Spit­ zenspannung P und der spitzenfreien Spannung NP2 nicht bestimmt. Um zu verhin­ dern, dass die spitzenfreie Spannung als das Nullpunktsignal erfasst wird, sollten also der Pegel der Erfassungsschaltung und die Lichtstärke genau eingestellt werden. Speziell wird gemäß Fig. 12 der Pegel der spitzenfreien Spannung durch einen ver­ änderlichen Widerstand VR1 des Strom/Spannungs-Umsetzers 101 abgestimmt. Die Vergleichsspannung VC wird durch einen veränderlichen Widerstand VR2 der Ver­ gleichsschaltung 102 abgestimmt.In the prior art under consideration, the construction of the zero point detection circuit is complicated to safely output the zero point signal. When the light intensity of the light source, the sensitivity of the light detector, etc. fluctuate, the absolute values of the peak voltage P and the peak-free voltage NP2 shown in FIG. 13 are not determined. In order to prevent the peak-free voltage from being detected as the zero point signal, the level of the detection circuit and the light intensity should be set precisely. Specifically, according to FIG. 12, the level of the peak-free voltage is adjusted by a variable resistor VR1 of the current / voltage converter 101 . The comparison voltage VC is tuned by a variable resistor VR2 of the comparison circuit 102 .

Methoden zur Verhinderung einer gestörten Nullpunkt-Erfassung aufgrund eines Ausgangssignals, das in einer Position erhalten wird, in der zwei Nullpunkt- Erfassungsmuster von der vollständigen Überlappungsposition abweichen, sind bei­ spielsweise in den US-Patenten Nr. 4,451,731 und 4,691,101 offenbart. Beispiels­ weise besitzt eine Index-Impulserzeugungsvorrichtung gemäß dem US-Patent Nr. 4,691,101 eine Doppelkammstruktur, bei der Lichtdetektoren an Plätzen einer Viel­ zahl von Lichtpunkt-Erfassungslichtdetektoren entsprechend einer Vielzahl von Schlitzmustern angeordnet sind, um den Nullpunkt auf einem Codierrad zu erfassen. Durch Erhalten des Unterschiedes zwischen Gegentaktausgaben I und_, die von den Doppelkamm-Lichtdetektoren erzeugt werden, kann der Indeximpuls (nämlich das Nullpunktsignal) erzeugt werden.Methods to prevent disturbed zero point detection due to a Output signal obtained in a position in which two zero point Detection patterns deviate from the complete overlap position are at for example, disclosed in U.S. Patent Nos. 4,451,731 and 4,691,101. example Weise has an index pulse generating device according to US Patent No. 4,691,101 a double-comb structure, with light detectors in places of a lot number of light spot detection light detectors corresponding to a variety of  Slit patterns are arranged to detect the zero point on a coding wheel. By obtaining the difference between push-pull outputs I and_, those of the Double comb light detectors can be generated, the index pulse (namely that Zero point signal) are generated.

Da aber die Lichtdetektoren zusätzlich nur an den Plätzen der Nullpunkt- Erfassungslichtdektoren angeordnet sind, kann bei den Doppelkamm- Lichtdetektoren des US-Patentes Nr. 4,691,101 die Störkomponente nicht vollstän­ dig unterdrückt werden. Um die Störkomponente zu unterdrücken ist bei den US- Patenten Nr. 4,691,101 und 4,451,731 in der gesamten Skala ein Dummy- Übertragungsabschnitt gebildet, so dass der Strom I der Gegentaktausgaben I und_ stets einen vorbestimmten Pegel in einer anderen Position als der Nullpunktposition überschreitet.However, since the light detectors are only located at the zero Detection light detectors are arranged in the double comb Light detectors of U.S. Patent No. 4,691,101 do not completely complete the interference component dig be suppressed. In order to suppress the interference component in the US Patents Nos. 4,691,101 and 4,451,731 across the scale a dummy Transmission section formed so that the current I of the push-pull outputs I and_ always a predetermined level in a position other than the zero position exceeds.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines optischen Codie­ rers, der den Nullpunkt sicher erfasst, ohne die Abstimmung der Lichtstärke und der Nullpunkt-Erfassungsschaltung zu benötigen.An object of the present invention is to provide an optical code rers, which detects the zero point safely, without having to adjust the light intensity and the Need zero point detection circuit.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines opti­ schen Codierers, der das Auftreten einer spitzenfreien Spannung mit der gleichen Polarität wie derjenigen der Spitzenspannung in der Nähe des Nullpunktes verhin­ dert, so dass der Nullpunkt mit Sicherheit erfasst wird.Another object of the present invention is to provide an opti coder that detects the occurrence of a peak-free voltage with the same Polarity such as that of the peak voltage near the zero point changes so that the zero point is detected with certainty.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Codierer mit einem Photodioden­ feld, das als Lichtdetektor und als Indexskala dient, aufweisend: Lichtemissonsvor­ richtungen zum Aussenden eines kollimierten Lichtstrahls; ein Photodiodenfeld mit einer Vielzahl von Photodioden, die gegenüber der Lichtemissionsvorrichtung in vorbestimmten Teilungsabständen angeordnet und zum Empfangen des von der Lichtemissionsvorrichtung kommenden kollimierten Lichtes angepasst ist und als Indexskala dient; eine Hauptskala, die zwischen dem Photodiodenfeld und der Lichtemissionsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Skala relativ in den Richtungen einer Anordnung von Photodioden bewegbar ist und Übertragungsabschnitte in Form von Schlitzen in vorbestimmten Teilungsabständen aufweist; und eine Signal­ verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten eines Ausgangssignals des Photodioden­ feldes, um den Betrag der Verschiebung zu erhalten; wobei die Hauptskala ein erstes Nullpunkt-Erfassungsmuster aufweist, bei dem eine Vielzahl von Übertragungsab­ schnitten unregelmäßig ausgebildet ist; das Photodiodenfeld eine Vielzahl von Pho­ todioden einer ersten Gruppe aufweist, die ein zweites Nullpunkt-Erfassungsmuster aufbaut, das das gleiche wie das erste Nullpunkt-Erfassungsmuster ist;
das Photodiodenfeld weiter eine Vielzahl von Photodioden einer zweiten Gruppe aufweist, die innerhalb von Plätzen und außerhalb der beiden Ränder der Photodio­ den der ersten Gruppe angeordnet ist; und die Signalverarbeitungsvorrichtung Null­ punkt-Erfassungsvorrichtungen zum Ermitteln des Unterschiedes zwischen allen Ausgaben der Photodioden der ersten Gruppe und allen Ausgaben der Photodioden der zweiten Gruppe zum Erzeugen eines Nullpunktsignals in einem Skalenabschnitt aufweist, in welchem das erste Nullpunkt-Erfassungsmuster das zweite Nullpunkt- Erfassungsmuster überlappt.The present invention relates to an optical encoder with a photodiode field, which serves as a light detector and as an index scale, comprising: Lichtemissonsvor devices for emitting a collimated light beam; a photodiode array with a plurality of photodiodes, which are arranged in relation to the light emitting device at predetermined pitch intervals and which is adapted to receive the collimated light coming from the light emitting device and serves as an index scale; a main scale disposed between the photodiode array and the light emitting device, the scale being relatively movable in the directions of an array of photodiodes and having transmission portions in the form of slits at predetermined pitches; and a signal processing device for processing an output signal of the photodiode array to obtain the amount of the shift; wherein the main scale has a first zero-point detection pattern in which a plurality of transmission sections are irregular; the photodiode array has a plurality of photodiodes of a first group that builds a second zero-point detection pattern that is the same as the first zero-point detection pattern;
the photodiode array further comprises a plurality of photodiodes of a second group, which is arranged within places and outside the two edges of the photodiodes of the first group; and the signal processing device comprises zero point detection means for determining the difference between all outputs of the photodiodes of the first group and all outputs of the photodiodes of the second group for generating a zero point signal in a scale section in which the first zero point detection pattern overlaps the second zero point detection pattern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in der Position, in der das erste Nullpunkt- Erfassungsmuster der Hauptskala das zweite Nullpunkt-Erfassungsmuster des Pho­ todiodenfeldes, welches auch als Indexskala dient, überlappt, das Nullpunktsignal erhalten. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Photodioden der zweiten Gruppe nicht nur an Plätzen angeordnet, die den Photodioden der ersten Gruppe benachbart sind, sondern auch an der Außenseite der beiden Ränder der Anordnung der Photo­ dioden der ersten Gruppe.According to the present invention, in the position in which the first zero point Main scale detection pattern is the second zero point detection pattern of the Pho todiodenfeldes, which also serves as an index scale, overlaps the zero point signal receive. In the present invention, the photodiodes are of the second group not only located in places adjacent to the photodiodes of the first group are, but also on the outside of the two edges of the arrangement of the photo first group diodes.

Vorzugsweise wird die Breite der den Nullpunkt nicht erfassenden Photodioden der zweiten Gruppe größer als die Breite jeder der Photodioden der ersten Gruppe be­ messen. Die Polarität der Spitzenspannung (Strom), die in der Skalenposition er­ halten wird, in der das erste Nullpunkt-Erfassungsmuster der Hauptskala das zweite Nullpunkt-Erfassungsmuster der Indexskala vollständig überlappt, kann also umge­ kehrt wie die Polarität der spitzenfreien Spannung (Strom) sein, die in einer überlap­ pungsfreien Position erhalten wird. Mit anderen Worten werden also in der Null­ punkt-Position nur die Ausgaben der Photodioden der ersten Gruppe erhalten. Wenn der Unterschied zwischen der Gesamtausgabe der Photodioden der ersten Gruppe und der Gesamtausgabe der Photodioden der zweiten Gruppe erhalten wird, ist also im Falle, dass die Spitzenspannung des Nullpunktsignals negativ ist, die spitzenfreie Spannung in anderen Positionen als der Nullpunktposition stets positiv.The width of the photodiodes not detecting the zero point is preferably the second group be larger than the width of each of the photodiodes of the first group measure up. The polarity of the peak voltage (current) in the scale position he in which the first zero point detection pattern of the main scale holds the second The zero point detection pattern of the index scale completely overlaps, so it can be reversed returns to be like the polarity of the peak-free voltage (current) that overlap in an  position is obtained. In other words, it will be at zero point position only get the outputs of the photodiodes of the first group. If the difference between the total output of the photodiodes of the first group and the total output of the photodiodes of the second group is obtained in the event that the peak voltage of the zero-point signal is negative, the peak-free one Tension in positions other than the zero point position is always positive.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht nötig, die Vergleichsspannung der Vergleichsschaltung zu justieren, welche das Nullpunktsignal entsprechend der Fluktuation der Lichtstärke der Lichtquelle und der Empfindlichkeit der Lichtdetek­ toren empfängt. Mit anderen Worten kann die Vergleichsspannung fest eingestellt werden. Infolgedessen können die veränderlichen Widerstände zum Abstimmen der Lichtstärke und des Pegels der Vergleichsschaltung fortgelassen werden. Darüber hinaus können die Photodioden der ersten und der zweiten Gruppe integral auf dem Halbleiterchip angeordnet werden, das dass Photodiodenfeld aufbaut, welches als Indexskala dient. Die Gesamtgröße des Codierers kann verkleinert werden.According to the present invention, it is not necessary to use the reference voltage Adjust comparison circuit, which the zero point signal corresponding to the Fluctuation of the light intensity of the light source and the sensitivity of the light detector gates receives. In other words, the reference voltage can be fixed become. As a result, the variable resistors for tuning the Luminous intensity and the level of the comparison circuit are omitted. About that in addition, the photodiodes of the first and second groups can be integrally formed on the Arranged semiconductor chip that builds up the photodiode field, which as Index scale serves. The total size of the encoder can be reduced.

Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten deutlicher anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausfüh­ rungsformen der Erfindung hervor, wie sie in den beigefügten Zeichnungen darge­ stellt sind. In der Zeichnung zeigen:These and other objects, features and advantages of the present invention occur more clearly with the following detailed description of the best execution tion forms of the invention, as set forth in the accompanying drawings represents are. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die einen Aufbau des optischen Systems eines optischen Codierers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 1 is a schematic diagram of an optical encoder showing a structure of the optical system according to an embodiment of the present invention;

Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen, die ein Nullpunkt-Erfassungsmuster einer Hauptskala gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; 2A and 2B are schematic diagrams showing a zero point detection pattern showing a main scale according to the embodiment of the present invention.

Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen, die ein Nullpunkt-Erfassungsmuster eines Indexes gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen; Figs. 3A and 3B are schematic diagrams illustrating a zero point detection pattern of an index according to the embodiment of the present invention;

Fig. 4 ein Schaltbild, das einen Aufbau der Nullpunkt-Erfassungsschaltung ge­ mäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 4 Mäss the embodiment of the present invention shows a diagram ge a configuration of the zero-detection circuit;

Fig. 5 ein Diagramm, das eine Ausgangsspannungswellenform der Nullpunkt- Erfassungsschaltung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung zeigt; Fig. 5 is a diagram showing an output voltage waveform of the zero detection circuit according to the embodiment of the present OF INVENTION dung;

Fig. 6A, 6B und 6C schematische Darstellungen, die Überlappungen der Nullpunkt- Erfassungsmuster der Hauptskala und der Nullpunkt-Erfasssungsmuster des Indexes gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zei­ gen; Fig. 6A, 6B and 6C are schematic diagrams showing the overlaps of the embodiment of the present invention zei gene of the zero point detection pattern of the main scale, and the zero point of the index in accordance with Erfasssungsmuster;

Fig. 7 eine Darstellung, die die Überlappung des Nullpunkt-Erfassungsmusters der Hauptskala und des Nullpunkt-Erfassungsmusters des Indexes gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 7 is a diagram showing the overlap of the zero-point detection pattern of the main scale and the zero-point detection pattern of the index according to the embodiment of the present invention;

Fig. 8 ein Diagramm, das den Unterschied zwischen spitzenfreien Spannungs­ wellenformen bei einem den Nullpunkt nicht erfassenden Muster zeigt; Fig. 8 is a graph showing the difference between peak-free voltage waveforms in a non-zero pattern;

Fig. 9 ein Schaltbild, das den Aufbau einer Nullpunkt-Erfassungsschaltung ge­ mäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 9 is a circuit diagram showing the construction of a zero point detection circuit accelerator as another embodiment of the present invention;

Fig. 10 eine Darstellung, die den Aufbau des optischen Systems eines optischen Codierers in einer Bezugsdruckschrift des in Betracht gezogenen Standes der Technik zeigt; Fig. 10 is a diagram showing the structure of the optical system of an optical encoder in a reference document of the prior art under consideration;

Fig. 11 eine Darstellung, die ein Nullpunkt-Erfassungsmuster der Bezugsdruck­ schrift des in Betracht gezogenen Standes der Technik zeigt; Fig. 11 is an illustration showing a zero point detection pattern of the reference lettering of the prior art under consideration;

Fig. 12 ein Schaltbild, das den Aufbau einer Nullpunkt-Erfassungsschaltung der Bezugsdruckschrift des in Betracht gezogenen Standes der Technik zeigt; und Fig. 12 is a circuit diagram showing the construction of a zero point detection circuit of the reference document of the prior art under consideration; and

Fig. 13 ein Diagramm, das eine Betriebswellenform der Nullpunkt- Erfassungsschaltung der Bezugsdruckschrift des in Betracht gezogenen Standes der Technik zeigt. Fig. 13 is a diagram showing an operating waveform of the zero point detection circuit of the reference document of the prior art under consideration.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Next, an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings tion form of the present invention.  

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines optischen Systems eines optischen Codierers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 besteht eine lichtemittierende Vorrichtung aus einer LED 11 und einem Konkavspiegel 12. Die LED 11 sendet einen Lichtstrahl auf den Konkavspiegel 12. Der Konkavspiegel 12 liefert einen kollimierten Lichtstrahl 13. Der kollimierte Lichtstrahl 13 wird auf eine Hauptskala 14 gestrahlt. Die Hauptskala 14 weist eine Skala bestehend aus einem optischen Gitter auf, das aus Schlitzen mit vorbestimmten Teilungsabständen gebil­ det ist. Der Lichtstrahl, der die Hauptskala 14 durchquert, wird auf ein Photodioden­ feld 15 übertragen. Das Photodiodenfeld 15 besteht aus einem Siliziumsubstrat und einer Vielzahl von Photodioden, die integral auf dem Substrat entsprechend der Schlitzanordnung der Hauptskala 14 angeordnet sind. Das Photodiodenfeld 15 wirkt als Indexskala. Die Ausgabe des Photodiodenfeldes 15 wird an eine Signalverar­ beitungsschaltung 16 geliefert. Die Signalverarbeitungsschaltung 16 berechnet die Größe der Verschiebung bzw. Versetzung entsprechend dem ausgegebenen Strom, der sich mit der Bewegung der Skala ändert. Fig. 1 shows the structure of an optical system of an optical encoder according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a light-emitting device of an LED 11 and a concave mirror 12th The LED 11 sends a light beam onto the concave mirror 12 . The concave mirror 12 provides a collimated light beam 13 . The collimated light beam 13 is radiated onto a main scale 14 . The main scale 14 has a scale consisting of an optical grating, which is formed from slots with predetermined spacing intervals. The light beam that crosses the main scale 14 is transferred to a photodiode field 15 . The photodiode array 15 consists of a silicon substrate and a multiplicity of photodiodes which are arranged integrally on the substrate in accordance with the slot arrangement of the main scale 14 . The photodiode field 15 acts as an index scale. The output of the photodiode array 15 is supplied to a signal processing circuit 16 . The signal processing circuit 16 calculates the amount of displacement according to the output current, which changes with the movement of the scale.

Die Fig. 2A und 2B stellen jeweils entsprechend eine Seitenansicht und eine Drauf­ sicht auf ein erstes Nullpunkt-Erfassungsmuster dar, das in einer vorbestimmten Po­ sition der Hauptskala 14 gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform sind vier Schlitze S1 bis S4, wie Fig. 2B zeigt, unregelmäßig als Übertragungsbereiche ausge­ richtet. Die Breite jedes der Schlitze S1 bis S4 beträgt 45 µm. Figs. 2A and 2B illustrate respectively a side view and a plan view of a first zero-point detecting patterns are, that is in a predetermined Po sition of the main scale 14 is formed. In this embodiment, four slots S1 to S4, as shown in FIG. 2B, are irregularly aligned as transmission areas. The width of each of the slits S1 to S4 is 45 µm.

Die Fig. 3A und 3B stellen jeweils entsprechend eine Seitenansicht und eine Drauf­ sicht dar, die ein zweites Nullpunkt-Erfassungsmuster (im folgenden als Z- Phasenmuster angesprochen) und ein den Nullpunkt nicht erfassendes Muster (im folgenden als ZB-Phasenmuster angesprochen) zeigen, das auf dem Photodiodenfeld 15 entsprechend dem ersten Nullpunkt-Erfassungsmuster der in Fig. 2 dargestellten Hauptskala gebildet wird. Die Photodioden ZPD1, ZPD2, ZPD3 und ZPD4 einer ersten Gruppe bilden das Z-Phasenmuster. Die Anordnung der Photodioden ZPD1, ZPD2, ZPD3 und ZPD4 stimmt mit der Anordnung der Schlitze S1, S2, S3 und S4 entsprechend überein, die das Nullpunkt-Erfassungsmuster der Hauptskala bilden. FIGS. 3A and 3B show respectively a side view and a top view, the (referred to below as the Z-phase pattern) a second zero-point detecting patterns and exhibit a zero not be detected pattern (hereinafter referred to as ZB-phase pattern addressed), that is formed on the photodiode array 15 in accordance with the first zero point detection pattern of the main scale shown in FIG. 2. The photodiodes ZPD1, ZPD2, ZPD3 and ZPD4 of a first group form the Z phase pattern. The arrangement of the photodiodes ZPD1, ZPD2, ZPD3 and ZPD4 corresponds to the arrangement of the slots S1, S2, S3 and S4, which form the zero point detection pattern of the main scale.

In den weiten Plätzen neben den Photodioden ZPD1 bis ZPD4 der ersten Gruppe sind die Photodioden ZBPD1, ZBPD2, ZBPD3 und ZBPD4 der zweiten Gruppe, die das 2B-Muster aufbauen, angeordnet. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Photodioden ZBPD1 und ZBPD4 nicht nur in den Plätzen der ersten Gruppe angeordnet sind, sondern auch an beiden Rändern der Anordnung derselben. Die Ausgangsströme der Photodioden ZPD1 bis ZPD4 der ersten Gruppe werden addiert und bilden einen Z-Phasenausgangsstrom. In gleicher Weise werden die Ausgangsströme der Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4 der zweiten Gruppe addiert und bilden einen ZB-Phasenausgangsstrom.In the wide spaces next to the photodiodes ZPD1 to ZPD4 of the first group are the photodiodes ZBPD1, ZBPD2, ZBPD3 and ZBPD4 of the second group that build the 2B pattern. An important feature of the present Invention is that the photodiodes ZBPD1 and ZBPD4 not only in the Places of the first group are arranged, but also on both edges of the Arrangement of the same. The output currents of the photodiodes ZPD1 to ZPD4 first group are added and form a Z-phase output current. In the same The output currents of the photodiodes ZBPD1 to ZBPD4 become the second Group adds and forms an EG phase output current.

Im Einzelnen besitzt bei dieser Ausführungsform jede der Photodioden ZPD1 bis ZPD4, die das Z-Phasenmuster bilden, wie in Fig. 3B dargestellt, eine Lichterfas­ sungsoberfläche mit einer Breite von 45 µm, was die gleiche Breite wie die Breite jedes Schlitzes des Nullpunkt-Erfassungsmusters auf der Hauptskala ist. In den den Photodioden ZPD1 bis ZPD4 benachbarten Plätzen, die größer als 45 µm sind und sich außerhalb der beiden Ränder der Anordnung befinden, sind die Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4 so angeordnet, dass keine Plätze mit einer größeren Breite als 45 µm bestehen bleiben.Specifically, in this embodiment, each of the photodiodes ZPD1 to ZPD4 constituting the Z phase pattern as shown in Fig. 3B has a light detection surface 45 µm in width, which is the same width as the width of each slit of the zero point detection pattern is on the main scale. In the places adjacent to the photodiodes ZPD1 to ZPD4, which are larger than 45 μm and are located outside the two edges of the arrangement, the photodiodes ZBPD1 to ZBPD4 are arranged in such a way that no spaces with a width greater than 45 μm remain.

Die Breite jeder Photodiode, mindestens der Photodioden ZBPD1 und ZBPD4, die an beiden Rändern in der Zeile der Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4 platziert sind, welche das ZB-Phasenmuster bilden, ist breiter als die Breite der Photodioden ZPD1 bis ZPD4, die das Z-Phasenmuster bilden. Im Einzelnen ist ein Teilungsabstand a1 der Photodiode ZBPD1 am linken Rand der zweiten Gruppe, wie in Fig. 3B darge­ stellt, größer als ein Teilungsabstand a2 der Photodiode ZPD4 am rechten Rand der ersten Gruppe. Ein Teilungsabstand b1 der Photodiode ZBPD4 am rechten Rand der zweiten Gruppe ist breiter als ein Teilungsabstand b2 der Photodiode ZBPD1 am linken Rand der ersten Gruppe. Wie später beschrieben wird, wird also eine spitzen­ freie Spannung, die sich in einer von der Nullpunktposition beabstandeten Position ergibt, daran gehindert, die gleiche Polarität anzunehmen wie eine Spitzenspannung, die in der Nullpunktposition entsteht. The width of each photodiode, at least the photodiodes ZBPD1 and ZBPD4, which are placed on both edges in the row of photodiodes ZBPD1 to ZBPD4, which form the ZB phase pattern, is wider than the width of the photodiodes ZPD1 to ZPD4, which form the Z phase pattern form. In detail, a pitch a1 of the photodiode ZBPD1 on the left edge of the second group, as shown in FIG. 3B, is greater than a pitch a2 of the photodiode ZPD4 on the right edge of the first group. A pitch b1 of the photodiode ZBPD4 on the right edge of the second group is wider than a pitch b2 of the photodiode ZBPD1 on the left edge of the first group. Thus, as will be described later, a peak free voltage that results in a position distant from the zero point position is prevented from assuming the same polarity as a peak voltage that arises in the zero point position.

Fig. 4 zeigt den Aufbau einer Nullpunkt-Erfassungsschaltung der Signalverarbei­ tungsschaltung 16. Die Nullpunkt-Erfassungsschaltung besitzt den Z- Phasenausgang sowie den ZB-Phasenausgang der Photodiodengruppen, welche je­ weils entsprechend das Z-Phasenmuster und das ZB-Phasenmuster aufbauen, so dass der Nullpunkt erfasst wird. Die Nullpunkt-Erfassungsschaltung umfasst zwei Strom/Spannungs-Umsetzer 41 und 42, einen Differenzialverstärker 43 und eine Vergleichsschaltung 44. Der Differenzialverstärker 43 bildet den Unterschied zwi­ schen den Ausgaben der Strom/Spannungs-Umsetzer 41 und 42. Die Vergleichs­ schaltung 44 vergleicht die Ausgabe des Differenzialverstärkers 43 mit einer vorbe­ stimmten Vergleichsspannung und gibt das Nullpunktsignal Z aus. Fig. 4 shows the construction of a zero-detection circuit of the processing circuit 16 Signalverarbei. The zero point detection circuit has the Z phase output and the ZB phase output of the photodiode groups, which each build the Z phase pattern and the ZB phase pattern accordingly, so that the zero point is detected. The zero point detection circuit comprises two current / voltage converters 41 and 42 , a differential amplifier 43 and a comparison circuit 44 . The differential amplifier 43 forms the difference between the outputs of the current / voltage converters 41 and 42 . The comparison circuit 44 compares the output of the differential amplifier 43 with a predetermined comparison voltage and outputs the zero point signal Z.

Die durch Lichterfassung erzeugten Ströme der Photodioden ZPD1 bis ZPD4, wel­ che das Z-Phasenmuster bilden, werden als die Z-Phasenausgabe erhalten. Die Z- Phasenausgabe wird an den Strom/Spannungs-Umsetzer 42 geliefert, der einen Ope­ rationsverstärker OP2 aufweist. Die durch Lichterfassung erzeugten Ströme der Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4, welche das ZB-Phasenmuster bilden, werden als die ZB-Phasenausgabe erhalten. Die ZB-Phasenausgabe wird an den Strom/Spannungs-Umsetzer 41 geliefert, der einen Operationsverstärker OP1 auf­ weist. Der Strom/Spannungs-Umsetzer 41 wandelt die ZB-Ausgabe in einen Span­ nungswert um. Die Ausgaben der beiden Strom/Spannungs-Umsetzer 41 und 42 werden an den Differenzialverstärker 43 geliefert. Der Differenzialverstärker 43 umfast einen Operationsverstärker OP3 und Widerstände R3, R4, R5 und R6. Der Differenzialverstärker 43 ermittelt den Unterschied zwischen den Ausgängen der beiden Strom/Spannungs-Umsetzer 41 und 42 und liefert eine Differenzausgabe FZ- AUS. Das Differenzausgabesignal FZ-AUS ändert sich im Vergleich zur Bezugs­ spannung der Erfassungsschaltung von positiv nach negativ, wie in Fig. 5 gezeigt ist, entsprechend der Bewegung der Hauptskala. Wie später beschrieben, wird aller­ dings nur die Polarität der Spitzenspannung P, die die Nullpunktposition darstellt, negativ. The currents of the photodiodes ZPD1 to ZPD4 generated by light detection, which form the Z-phase pattern, are obtained as the Z-phase output. The Z-phase output is supplied to the current / voltage converter 42 , which has an operational amplifier OP2. The currents of the photodiodes ZBPD1 to ZBPD4 generated by light detection, which form the ZB phase pattern, are obtained as the ZB phase output. The ZB phase output is supplied to the current / voltage converter 41 , which has an operational amplifier OP1. The current / voltage converter 41 converts the ZB output into a voltage value. The outputs of the two current / voltage converters 41 and 42 are supplied to the differential amplifier 43 . The differential amplifier 43 comprises an operational amplifier OP3 and resistors R3, R4, R5 and R6. The differential amplifier 43 determines the difference between the outputs of the two current / voltage converters 41 and 42 and supplies a differential output FZ-AUS. The differential output signal FZ-AUS changes from positive to negative, as shown in Fig. 5, according to the movement of the main scale in comparison with the reference voltage of the detection circuit. However, as described later, only the polarity of the peak voltage P, which represents the zero point position, becomes negative.

Das Differenzausgabesignal FZ-AUS wird an die Vergleichsschaltung 44 geliefert. Die Vergleichsschaltung 44 umfasst einen Operationsverstärker OP4 und Widerstän­ de R7, R8 und R9. Die Vergleichsschaltung 44 vergleicht das Differenzausgangs­ signal FZ-AUS mit einer vorbestimmten, festen Vergleichsspannung VC entspre­ chend dem Verhältnis der Widerstände R7 und R8 zueinander; sie erfasst nur die Spitzenspannung P, wie in Fig. 5 dargestellt; und sie gibt die Spitzenspannung P als das Nullpunktsignal Z aus.The differential output signal FZ-AUS is supplied to the comparison circuit 44 . The comparison circuit 44 comprises an operational amplifier OP4 and resistors R7, R8 and R9. The comparison circuit 44 compares the differential output signal FZ-AUS with a predetermined, fixed comparison voltage VC accordingly, the ratio of the resistors R7 and R8 to each other; it only detects the peak voltage P, as shown in Fig. 5; and it outputs the peak voltage P as the zero point signal Z.

Die Fig. 6A, 6B und 6C zeigen Überlappungen der Nullpunkt-Erfassungsmuster der Hauptskala 14 und des Z-Phasenmusters sowie des ZB-Phasenmusters des Photodi­ odenfeldes 15 im Falle, dass die Hauptskala 14 des Codierers gemäß der vorliegen­ den Ausführungsform relativ zum Photodiodenfeld 15 bewegt wird. In den Fig. 6A, 6B und 6C stellen die schraffierten Abschnitte Lichtmuster dar, welche die Schlitze S1 bis S4 übertragen, die das Nullpunkt-Erfassungsmuster der Hauptskala bilden und die auf dem Photodiodenfeld 15 erzeugt werden.Moves the Fig. 6A, 6B and 6C illustrate overlap of the zero point detection pattern of the main scale 14 and the Z-phase pattern and the ZB-phase pattern of Photodi odenfeldes 15 in the case that the main scale 14 of the encoder according to the present the embodiment, in relation to the photodiode array 15 becomes. In FIGS. 6A, 6B and 6C, the hatched portions represent light pattern represents which transmit the slots S1 to S4 constituting the zero point detection pattern of the main scale, and which are formed on the photodiode array 15.

Fig. 6A zeigt eine totale Überlappung der Schlitze S1 bis S4 und der Photodioden ZPD1 bis ZPD4, die das Z-Phasenmuster auf dem Photodiodenfeld 15 in der Null­ punktposition erzeugen. In diesem Falle fließen durch Lichterfassung erzeugte Ströme in allen Photodioden ZPD1 bis ZPD4. Diese Ströme werden addiert, und eine große Z-Phasenausgabe wird erhalten. Da kein Lichtstrahl auf die Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4 gerichtet wird, welche das ZB-Phasenmuster bilden, ist in die­ sem Punkte die ZB-Phasenausgabe Null. Fig. 6A shows a total overlap of the slots S1 to S4 and the photodiodes ZPD1 to ZPD4, which generate the Z-phase pattern on the photodiode array 15 in the zero point position. In this case, currents generated by light detection flow in all photodiodes ZPD1 to ZPD4. These currents are added and a large Z phase output is obtained. Since no light beam is directed onto the photodiodes ZBPD1 to ZBPD4, which form the ZB phase pattern, the ZB phase output is zero in this point.

Fig. 6B zeigt eine Überlappung des Schlitzes S2 und der Photodiode ZPD1 der Z- Phase im Falle, dass sich die Hauptskala 14 etwas nach links gegen die in Fig. 6A dargestellte Position bewegt. Obwohl ein durch Lichterfassung erzeugter Strom von der Photodiode ZPD1 geliefert wird, wird in diesem Falle eine ZB-Phasenausgabe erhalten, die größer als die Z-Phasenausgabe ist, weil die Schlitze S1, S3 und S4 die Photodioden ZBPD1, ZBPD2 und ZBPD3 der ZB-Phase überlappen. FIG. 6B shows an overlap of the slot S2 and the photodiode ZPD1 of the Z phase in the event that the main scale 14 moves somewhat to the left against the position shown in FIG. 6A. In this case, although a current generated by light detection is supplied from the photodiode ZPD1, an ZB phase output is obtained which is larger than the Z phase output because the slots S1, S3 and S4 the photodiodes ZBPD1, ZBPD2 and ZBPD3 of the ZB- Phase overlap.

Fig. 6C zeigt eine Überlappung des Schlitzes S4 und der Photodiode ZPD3 der Z- Phase im Falle, dass sich die Hauptskala 14 weiter nach links bewegt. In diesem Falle ist die ZB-Phasenausgabe größer als die Z-Phasenausgabe, wie aus Fig. 6C klar hervorgeht. Fig. 6C is an overlap of the slot S4 and the photodiode ZPD3 the Z phase in case that the main scale 14 is moved further to the left. In this case, the ZB phase output is larger than the Z phase output, as is clear from Fig. 6C.

Die Fig. 6B und 6C zeigen zwei Überlappungsfälle, bei denen sich die Hauptskala von der Nullpunktposition entfernt. Die Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4, die das ZB-Phasenmuster bilden und die Photodioden ZPD1 bis ZPD4, die das Z- Phasenmuster bilden, sind durch Simulation so ausgelegt, dass die ZB- Phasenausgabe stets größer als die Z-Phasenausgabe in einer anderen Position als der in Fig. 6A dargestellten Nullpunktposition ist. Figs. 6B and 6C show two overlapping cases in which the main scale away from the zero point position. The photodiodes ZBPD1 to ZBPD4 which form the ZB phase pattern and the photodiodes ZPD1 to ZPD4 which form the Z phase pattern are designed by simulation so that the ZB phase output is always larger than the Z phase output in a position other than that 6A is shown in Fig. 6A.

Wenn die Ausgabe des in Fig. 4 dargestellten Strom/Spannungs-Umsetzers 41 der Z- Phase mit der Ausgabe des Strom/Spannungs-Umsetzers der ZB-Phase verglichen wird, ist die erstere Ausgabe stets kleiner als die letztere Ausgabe in einer anderen Position als der Nullpunktposition. Wie in Fig. 5 dargestellt ist also die Ausgabe FZ- AUS des Differenzialverstärkers 43 eine negative große Spitzenspannung P einzig in der Nullpunktposition. Die spitzenfreie Spannung NP1, die sich in einer anderen Position als der Nullpunktposition herausbildet, ist stets positiv.When the output of the Z-phase current-to-voltage converter 41 shown in FIG. 4 is compared with the output of the Z-phase current-to-voltage converter, the former output is always smaller than the latter output in a position other than the zero point position. Thus, as shown in Fig. 5, the output FZ-AUS of the differential amplifier 43 is a negative large peak voltage P only in the zero position. The peak-free voltage NP1, which develops in a position other than the zero point position, is always positive.

Im Falle der in Fig. 13 dargestellten Situation des Bezugsdokumentes des in Betracht gezogenen Standes der Technik weist der selektive Bereich der Vergleichsspannung VC den Wert V2 zwischen der Spitzenspannung P und der spitzenfreien Spannung NP2 auf, die die gleiche Polarität besitzt. Andererseits kann bei dieser Ausführungs­ form, wie aus Fig. 5 hervorgeht, die Vergleichsspannung VC in einem weiten Be­ reich der Spannung V1 zwischen der Bezugsspannung VREF und dem Spitzenwert der Spitzenspannung P gewählt werden. Die Vergleichsspannung VC kann also fest eingestellt werden, und das Nullpunktsignal Z kann sicher erhalten werden. Infolge­ dessen kann die Justierung der Lichtstärke entfallen. Darüber hinaus können verän­ derliche Widerstände zum Einstellen des Pegels und dergleichen fortgelassen wer­ den. In the case of the situation in the reference document of the considered prior art shown in FIG. 13, the selective range of the comparison voltage VC has the value V2 between the peak voltage P and the peak-free voltage NP2, which has the same polarity. On the other hand, in this embodiment, as can be seen from FIG. 5, the comparison voltage VC can be selected in a wide range of the voltage V1 between the reference voltage VREF and the peak value of the peak voltage P. The comparison voltage VC can therefore be set permanently, and the zero point signal Z can be reliably obtained. As a result, the adjustment of the light intensity can be omitted. In addition, variable resistances for adjusting the level and the like can be omitted.

Speziell ist bei dieser Ausführungsform, wie in Fig. 3B dargestellt, die Polarität der spitzenfreien Spannung NP1 stets der Polarität der Spitzenspannung P entgegenge­ setzt, weil die Photodioden ZBPD1 und ZBPD4, welche die ZB-Phasenausgabe er­ halten, außerhalb der Photodioden PD1 bis PD4 angeordnet sind, welche die Z- Phasenausgabe erhalten.Specifically, in this embodiment, as shown in Fig. 3B, the polarity of the peak-free voltage NP1 is always opposite to the polarity of the peak voltage P because the photodiodes ZBPD1 and ZBPD4, which hold the ZB phase output, are arranged outside the photodiodes PD1 to PD4 which receive the Z phase output.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 die umgekehrte Beziehung der Polaritäten der spitzenfreien Spannung NP1 und der Spitzenspannung P näher im Einzelnen beschrieben.Next, referring to FIGS. 7 and 8, the reverse relationship of the polarities of the peak free voltage NP1 and the peak voltage P will be described in more detail.

Die Fig. 6A, 6B und 6C zeigen die Beziehung zwischen der Hauptskala 14 und dem Photodiodenfeld 15 in einer Position, die dicht an der Nullpunktposition liegt. Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Hauptskala 14 und dem Photodiodenfeld 15 in einer Position, die im Abstand zur Nullpunktposition liegt. Mit anderen Worten zeigt Fig. 7 den Fall, dass sich die Hauptskala 14 in X-Richtung nach rechts bewegt, und dass der Schlitz S4 am rechten Rand der Hauptskala die Photodiode ZBPD1 am linken Rand des Nullpunkt-Erfassungsmusters auf dem Photodiodenfeld 15 über­ lappt. Ehe diese Situation eintritt, überlappt der Schlitz S3 in der zweiten rechten Position der Hauptskala 14 die den Nullpunkt nicht erfassende Diode ZBPD1 links von der Photodiode ZPD1. Wie Fig. 8 zeigt wird also die positive spitzenfreie Spannung NP2 erhalten, wenn die beiden Nullpunkt-Erfassungsmuster beginnen, sich zu überlappen. FIGS. 6A, 6B and 6C show the relationship between the main scale 14 and the photodiode array 15 in a position which is close to the zero point position. Fig. 7 shows the relationship between the main scale 14 and the photodiode array 15 in a position which is at a distance from the zero point position. In other words, FIG. 7 shows the case that the main scale 14 moves to the right in the X direction and that the slot S4 on the right edge of the main scale overlaps the photodiode ZBPD1 on the left edge of the zero point detection pattern on the photodiode array 15 . Before this situation occurs, the slot S3 in the second right position of the main scale 14 overlaps the zero-detection diode ZBPD1 to the left of the photodiode ZPD1. Thus, as shown in Fig. 8, the positive peak-free voltage NP2 is obtained when the two zero point detection patterns start to overlap.

Wenn keine den Nicht-Nullpunkt erfassende Photodiode ZBPD1 vorgesehen ist, wird in der in Fig. 7 dargestellten Situation nur die Z-Phasenausgabe erhalten. Wenn sich die Skala weiterbewegt, überlappt der Schlitz S4 die zweite Photodiode ZPD2, wodurch die nächste Z-Phasenausgabe erzeugt wird. Wie durch eine punktierte Li­ nie in Fig. 8 dargestellt ist, entsteht also eine negative spitzenfreie Spannung NP3. Wie bei der Bezugsdruckschrift des in Betracht gezogenen Standes der Technik wird die negative spitzenfreie Spannung NP3 zu einer Störkomponente, die der Erfassung der negativen Spitzenspannung P entgegenwirkt.If no photodiode ZBPD1 detecting the non-zero point is provided, only the Z-phase output is obtained in the situation shown in FIG. 7. As the scale continues to move, slot S4 overlaps the second photodiode ZPD2, producing the next Z-phase output. As is never shown by a dotted Li in FIG. 8, a negative peak-free voltage NP3 arises. As with the reference of the prior art under consideration, the negative peak-free voltage NP3 becomes an interfering component that counteracts the detection of the negative peak voltage P.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 7 dargestellten Fall ergibt sich die gleiche Situation, wenn sich die Hauptskala 14 nach links zum Photodiodenfeld 15 bewegt und sich beide Nullpunkt-Erfassungsmuster derselben überlappen. In diesem Falle kann das Entstehen einer negativen spitzenfreien Spannung verhindert werden, da die den Nullpunkt nicht erfassende Photodiode ZBPD4 rechts von der Photodiode ZPD4 angeordnet ist.In contrast to the case shown in FIG. 7, the same situation arises when the main scale 14 moves to the left to the photodiode array 15 and the two zero point detection patterns overlap the same. In this case, the generation of a negative peak-free voltage can be prevented since the zero-detection photodiode ZBPD4 is arranged to the right of the photodiode ZPD4.

Die Bedingung dafür, dass die spitzenfreie Spannung gehindert wird, die gleiche Polarität wie die Spitzenspannung anzunehmen, besteht darin, dass die Anordnung der Teilungsabstände a1, a2, b1 und b2 an beiden Rändern aller Photodioden des Z- Phasenmusters und des ZB-Phasenmusters die Beziehungen a1 < a2 und b1 < b2 erfüllen.The condition that the peak-free voltage is prevented is the same Assuming polarity like the peak voltage is that the arrangement of the spacing a1, a2, b1 and b2 on both edges of all photodiodes of the Z- Phase pattern and the ZB phase pattern the relationships a1 <a2 and b1 <b2 fulfill.

Fig. 9 zeigt den Aufbau einer Nullpunkt-Erfassungsschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau des optischen Systems der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform. Bei der ersten Ausführungsform werden der Z-Phasenausgangsstrom und der ZB- Phasenausgangsstrom individuell in Spannungswerte umgewandelt, und der Unter­ schied derselben wird ermittelt. Andererseits wird bei der zweiten Ausführungsform der Unterschied der Strompegel ermittelt. Mit anderen Worten werden eine Parallel­ schaltung der Photodioden ZPD1 bis ZPD4 der Z-Phase und eine Parallelschaltung der Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4 in Reihe geschaltet. Fig. 9 shows the structure of a zero point detection circuit according to another embodiment of the present invention. The structure of the optical system of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. In the first embodiment, the Z-phase output current and the ZB-phase output current are individually converted into voltage values, and the difference thereof is determined. On the other hand, the difference in current levels is determined in the second embodiment. In other words, a parallel connection of the photodiodes ZPD1 to ZPD4 of the Z phase and a parallel connection of the photodiodes ZBPD1 to ZBPD4 are connected in series.

Wenn die Photodioden ZPD1 bis ZPD4 der Z-Phase an die Photodioden ZBPD1 bis ZBPD4 der ZB-Phase angeschlossen sind, wird der Unterschied zwischen dem Z- Phasenausgangsstrom und dem ZB-Phasenausgangsstrom am Verbindungsknoten erhalten. Der Stromunterschied wird durch einen Strom/Spannungs-Umsetzer 45, der einen Operationsverstärker OP5 aufweist, in einen Spannungswert umgewandelt. When the Z-phase photodiodes ZPD1 to ZPD4 are connected to the ZB-phase photodiodes ZBPD1 to ZBPD4, the difference between the Z-phase output current and the ZB-phase output current is obtained at the connection node. The current difference is converted into a voltage value by a current / voltage converter 45 , which has an operational amplifier OP5.

Der Strom/Spannungs-Umsetzer 45 gibt ein Signal FZ-AUS aus, das der Ausgabe FZ-AUS der ersten Ausführungsform äquivalent ist. Durch eine Vergleichsschal­ tung 44 ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform kann also das Nullpunktsig­ nal Z erhalten werden.The current-voltage converter 45 outputs a signal FZ-AUS, which is equivalent to the output FZ-AUS of the first embodiment. By means of a comparison circuit 44 similar to that of the first embodiment, the zero point signal Z can be obtained.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben be­ schriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Bei den oben beschriebenen Aus­ führungsformen wird ein Konkavspiegel als Kollimiervorrichtung benutzt. Die vor­ liegende Erfindung kann aber auch bei einem optischen Codierer angewandt werden, der eine Konvexlinse benutzt, die einen Lichtstrahl kollimiert.It should be noted that the present invention is not limited to the above described embodiments is limited. With the above described a concave mirror is used as a collimating device. The before lying invention can also be applied to an optical encoder, who uses a convex lens that collimates a beam of light.

Wie oben beschrieben ist eine Vielzahl von Photodioden, die ein ZB-Phasenmuster bilden, in Plätzen neben einer Vielzahl von Photodioden angeordnet, die ein Z- Phasenmuster eines Photodiodenfeldes aufbauen. Durch den Unterschied zwischen der Z-Phasenausgabe und der B-Phasenausgabe wird der Nullpunkt erfasst. Bis der Nullpunkt erfasst ist, kann also ein Nullpunkt-Erfassungssignal, das die Bezugs­ spannung einer Nullpunkt-Erfassungsschaltung überschreitet, an seiner Erzeugung gehindert werden. Infolgedessen kann die Vergleichsspannung einer Vergleichs­ schaltung, die das Nullpunktsignal ermittelt, fest eingestellt werden, und variable Widerstände zum Einstellen der Lichtstärke und des Pegels können fortgelassen werden. Darüber hinaus können die Photodioden der Z-Phase sowie die Photodio­ den der ZB-Phase integral auf einem Halbleiterchip gebildet werden, das ein Photo­ diodenfeld bildet, welches auch als Indexskala dient. Infolgedessen kann die Ge­ samtgröße des Codierers verringert werden.As described above is a variety of photodiodes that have an ZB phase pattern form, arranged in places next to a large number of photodiodes which form a Z- Build phase pattern of a photodiode array. By the difference between the Z-phase output and the B-phase output, the zero point is recorded. Until the Zero point is detected, so can be a zero point detection signal that the reference voltage of a zero point detection circuit exceeds at its generation be prevented. As a result, the comparison voltage can be compared circuit that determines the zero point signal, can be fixed, and variable Resistors for adjusting the light intensity and the level can be omitted become. In addition, the photodiodes of the Z phase and the photodio the ZB phase are integrally formed on a semiconductor chip which is a photo diode field, which also serves as an index scale. As a result, the Ge total size of the encoder can be reduced.

Wenngleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beste Ausführungs­ formen derselben beschrieben und dargestellt worden ist, ist für Fachleute klar, dass die oben beschriebenen sowie weitere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügun­ gen nach Form und Detail derselben durchgeführt werden können, ohne von der Konzeption und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Although the present invention is best practiced forms has been described and illustrated, it is clear to those skilled in the art that the above and other changes, omissions, and additions can be carried out according to the shape and detail of the same, without the Deviate the concept and scope of the present invention.

Claims (5)

1. Optischer Codierer mit einem Photodiodenfeld, das als Lichtdetektor und als Indexskala dient,
aufweisend:
Lichtemissonsvorrichtungen zum Aussenden eines kollimierten Lichtstrahls;
ein Photodiodenfeld mit einer Vielzahl von Photodioden, die gegenüber der Lichtemissionsvorrichtung in vorbestimmten Teilungsabständen angeordnet und zum Empfang des von der Lichtemissionsvorrichtung kommenden kolli­ mierten Lichtes angepasst ist und als Indexskala dient;
eine Hauptskala, die zwischen dem Photodiodenfeld und der Lichtemissions­ vorrichtung angeordnet ist, wobei die Skala relativ in den Richtungen einer An­ ordnung von Photodioden bewegbar ist und Übertragungsabschnitte in Form von Schlitzen in vorbestimmten Teilungsabständen aufweist; und
eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten eines Ausgangssignals des Photodiodenfeldes, um den Betrag der Verschiebung zu erhalten;
wobei:
die Hauptskala ein erstes Nullpunkt-Erfassungsmuster aufweist, bei dem eine Vielzahl von Übertragungsabschnitten unregelmäßig ausgebildet sind;
das Photodiodenfeld eine Vielzahl von Photodioden einer ersten Gruppe auf­ weist, die ein zweites Nullpunkt-Erfassungsmuster aufbaut, das das gleiche wie das erste Nullpunkt-Erfassungsmuster ist;
das Photodiodenfeld weiter eine Vielzahl von Photodioden einer zweiten Grup­ pe aufweist, die innerhalb von Plätzen und außerhalb der beiden Ränder der Photodioden der ersten Gruppe angeordnet sind; und
die Signalverarbeitungsvorrichtung Nullpunkt-Erfassungsvorrichtungen zum Ermitteln des Unterschiedes zwischen allen Ausgaben der Photodioden der ersten Gruppe und allen Ausgaben der Photodioden der zweiten Gruppe zum Erzeugen eines Nullpunktsignals in einem Skalenabschnitt aufweist, in wel­ chem das erste Nullpunkt-Erfassungsmuster das zweite Nullpunkt- Erfassungsmuster überlappt.1. Optical encoder with a photodiode field, which serves as a light detector and as an index scale,
comprising:
Light emitting devices for emitting a collimated light beam;
a photodiode array with a plurality of photodiodes, which are arranged with respect to the light emitting device at predetermined intervals and is adapted to receive the colli mated light coming from the light emitting device and serves as an index scale;
a main scale disposed between the photodiode array and the light emitting device, the scale being relatively movable in the directions of an arrangement of photodiodes and having transmission portions in the form of slots at predetermined pitches; and
a signal processing device for processing an output signal of the photodiode array to obtain the amount of the shift;
in which:
the main scale has a first zero-point detection pattern in which a plurality of transmission sections are irregular;
the photodiode array includes a plurality of photodiodes of a first group that builds a second zero detection pattern that is the same as the first zero detection pattern;
the photodiode array further comprises a plurality of photodiodes of a second group, which are arranged within places and outside the two edges of the photodiodes of the first group; and
the signal processing device comprises zero point detection means for determining the difference between all outputs of the photodiodes of the first group and all outputs of the photodiodes of the second group for generating a zero point signal in a scale section in which the first zero point detection pattern overlaps the second zero point detection pattern. 2. Optischer Codierer nach Anspruch 1, bei dem:
die Breite jedes der Übertragungsabschnitte, die das erste Nullpunkt- Erfassungsmuster aufbauen, konstant ist;
die Breite jeder der Photodioden der ersten Gruppe, die das zweite Nullpunkt- Erfassungsmuster aufbauen, im wesentlichen die gleiche Breite wie diejenige der Übertragungsabschnitte ist; und
die Breite mindestens zweier Photodioden der zweiten Gruppe, von denen jede an der Außenseite jedes Randes der Photodioden der ersten Gruppe platziert ist, breiter als die Breite jeder der Photodioden der ersten Gruppe ist.2. The optical encoder of claim 1, wherein:
the width of each of the transmission sections constituting the first zero-point detection pattern is constant;
the width of each of the photodiodes of the first group constituting the second zero-point detection pattern is substantially the same width as that of the transmission sections; and
the width of at least two photodiodes of the second group, each placed on the outside of each edge of the photodiodes of the first group, is wider than the width of each of the photodiodes of the first group. 3. Optischer Codierer nach Anspruch 1, bei dem:
ein Teilungsabstand a1 der Photodiode am linken Rand der zweiten Gruppe größer als ein Teilungsabstand a2 der Photodiode am rechten Rand der ersten Gruppe ist; und
ein Teilungsabstand b1 der Photodiode am rechten Rand der zweiten Gruppe größer als ein Teilungsabstand b2 der Photodiode am linken Rand der ersten Gruppe ist.3. The optical encoder of claim 1, wherein:
a pitch a1 of the photodiode on the left edge of the second group is greater than a pitch a2 of the photodiode on the right edge of the first group; and
a pitch b1 of the photodiode on the right edge of the second group is greater than a pitch b2 of the photodiode on the left edge of the first group. 4. Optischer Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Nullpunkt-Erfassungs­ vorrichtung aufweist:
eine erste Strom/Spannungs-Umsetzungsvorrichtung zum Eingeben von Aus­ gangsströmen der Photodioden der ersten Gruppe und zum Umwandeln der Ströme in einen Spannungswert;
eine zweite Strom/Spannungs-Umsetzungsvorrichtung zum Eingeben von Aus­ gangsströmen der Photodiode der zweiten Gruppe und zum Umwandeln der Ströme in einen Spannungswert;
eine Differenzschaltungsvorrichtung zum Ermitteln des Unterschiedes zwi­ schen Ausgaben der ersten Strom/Spannungs-Umsetzungsvorrichtung und der zweiten Strom/Spannungs-Umsetzungsvorrichtung; und
eine Vergleichsschaltungsvorrichtung zum Vergleichen der Ausgabe der Diffe­ renzschaltungsvorrichtung mit einer vorbestimmten Vergleichsspannung sowie zum Ausgeben des Nullpunktsignals.4. An optical encoder according to claim 1, wherein the zero point detection device comprises:
a first current / voltage converting device for inputting output currents from the photodiodes of the first group and converting the currents into a voltage value;
a second current / voltage conversion device for inputting output currents from the photodiode of the second group and for converting the currents into a voltage value;
a differential circuit device for determining the difference between the outputs of the first current / voltage conversion device and the second current / voltage conversion device; and
a comparison circuit device for comparing the output of the differential circuit device with a predetermined comparison voltage and for outputting the zero point signal. 5. Optischer Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Nullpunkt-Erfassungs­ vorrichtung aufweist:
eine erste Parallelschaltung, die Photodioden der ersten Gruppe aufweist, wel­ che parallelgeschaltet sind;
eine zweite Parallelschaltung, die Photodioden der zweiten Gruppe aufweist, die parallelgeschaltet sind, wobei die zweite Parallelschaltung in Reihe an die erste Parallelschaltung angeschlossen ist;
eine Strom/Spannungs-Umsetzungsvorrichtung, die an den Verbindungsknoten zwischen der ersten Parallelschaltung und der zweiten Parallelschaltung ange­ schlossen ist und zum Umsetzen des Unterschiedes der Ausgangsströme der ersten Parallelschaltung und der zweiten Parallelschaltung in einen Span­ nungswert angepasst ist; und
eine Vergleichsschaltungsvorrichtung zum Vergleichen der Ausgabe der Strom/Spannungs-Umsetzungsvorrichtung mit einer vorbestimmten Vergleichs­ spannung, zwecks Ausgabe des Nullpunktsignals.5. An optical encoder according to claim 1, wherein the zero point detection device comprises:
a first parallel circuit having photodiodes of the first group which are connected in parallel;
a second parallel circuit having photodiodes of the second group connected in parallel, the second parallel circuit connected in series to the first parallel circuit;
a current / voltage conversion device connected to the connection node between the first parallel connection and the second parallel connection and adapted to convert the difference in the output currents of the first parallel connection and the second parallel connection into a voltage value; and
a comparison circuit device for comparing the output of the current / voltage conversion device with a predetermined comparison voltage for the purpose of outputting the zero point signal.