DE19963809C2 - Optischer Encoder mit dreifacher Photodiode - Google Patents
Optischer Encoder mit dreifacher PhotodiodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine auch als optischer Encoder be
zeichnete optische Einrichtung zur quantitativen Erfassung
von Linear- und Drehbewegungen nach dem Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung einen
optischen Encoder, bei welchem die Detektionseinrichtung
durch eine lineare Anordnung von drei Photoempfängern gebil
det ist.
Optische Encoder dienen dazu, den Drehwinkel bzw. die Länge
und die Richtung einer Dreh- bzw. Linearbewegung von bewegten
Körpern zu erfassen. Die wesentlichen Bestandteile einer der
artigen Einrichtung sind das Emittersystem, eine Rasterplat
te, üblicherweise eine Rasterscheibe oder ein Rasterlineal,
und eine Detektionseinrichtung. Das Emittersystem besteht üb
licherweise aus einer Lichtemissions- oder Laserdiode, an de
ren Lichtaustrittseite eine Linse angekoppelt ist. Das von
der Lichtemissionsdiode abgestrahlte Lichtbündel wird von der
Rasterplatte moduliert. Diese ist mit dem bewegten Körper
verbunden und weist ein periodisches Öffnungsmuster auf. Die
Detektionseinrichtung erfaßt das von der Rasterplatte modu
lierte Sendesignal der Lichtemissionsdiode und liefert am
Ausgang die Information über Geschwindigkeit und Richtung der
Bewegung.
Bisherige Versionen der optischen Encoder bestehen aus einer
Leuchtdiode mit zusätzlicher Optik, der Rasterplatte und ei
nem Detektorarray mit Auswertelogik. Emitterseitig wird ein
Lichtbündel erzeugt, das das Detektorarray möglichst gleich
mäßig beleuchtet. Das Detektorarray besteht aus einer linea
ren Anordnung von vier Photodioden, die in Richtung einer Li
nearbewegung oder tangential in Bezug auf eine Drehbewegung
angeordnet sind. Der Abstand der Photodioden beträgt 1/4 der
Rasterscheibenperiode und die Signale zweier benachbarter
Photodioden sind zueinander um 90° phasenverschoben. Die Aus
gangssignale der Photodioden werden in einer Auswerteschal
tung geeignet aufbereitet, um die Geschwindigkeit, d. h. Line
argeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit, und die
Richtung der Bewegung zu liefern.
In der US 4,654,525 wird beispielsweise eine derartige An
ordnung für die Verwendung als optischer Encoder für Drehbe
wegungen beschrieben, bei welchem um eine Drehachse eine
kreisförmige Rasterplatte zentrisch angeordnet ist, deren pe
riodisches Öffnungsraster zwischen einer Lichtquelle und ei
nem linearen Array aus vier Photodioden während der zu mes
senden Drehbewegung vorbeifährt und damit das auf die Photo
dioden auftreffende Licht moduliert. Das Öffnungsraster der
Rasterplatte ist derart geformt, daß sowohl die Breite eines
lichtdurchlässigen als auch die Breite eines lichtundurchläs
sigen Bereichs der Rasterplatte der Breite zweier nebeneinan
der liegender Photodioden entspricht. Dadurch werden vier
identische, jedoch um sukzessive 90° gegeneinander verschobe
ne Ausgangssignale (Quadratursignale) der Photodioden gene
riert. Aus diesen werden wiederum mit Hilfe einer geeigneten
Zusammenschaltung von Addierern und Komparatoren zwei um 90°
gegeneinander verschobene Quadratursignale erzeugt, deren Ab
tastrate und Phasenverhältnis Aufschluß über Drehrichtung und
Drehgeschwindigkeit geben. Durch diese Art der Zusammenschal
tung ist sichergestellt, daß Variationen in der Lichtintensi
tät kompensiert werden können.
Eine vergleichbare Anordnung wird auch in der US 4,691,101
vorgeschlagen. Zusätzlich wird darin die Anregung gegeben,
zur Erhöhung der Photodioden-Ausgangssignale mehrere Gruppen
der linearen Vierfacharrays der Photodetektoren hintereinan
der anzuordnen und die Ausgänge der zueinander phasengleichen
Photodioden elektrisch miteinander zu koppeln. Außerdem wer
den alternative Ausführungsformen vorgeschlagen, bei denen
jeweils eine andere Anzahl von Photodetektoren in Gruppen zu
sammengefaßt werden können.
Diesem Stand der Technik ist gemeinsam, daß eine totale Pho
todetektorfläche vorgesehen sein muß, die mindestens vier
Photodetektoren - üblicherweise Photodioden aus Halbleiterma
terial - enthält, die jeweils flächenmäßig halb so groß wie
eine Schlitzöffnung der Rasterplatte sind und elektrisch ge
trennt vorgespannt werden müssen. Dies ist mit relativ großem
Herstellungsaufwand und Verbrauch an Halbleiterchipfläche
verbunden.
Ein optischer Encoder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist
in der DE 43 18 386 A1 beschrieben.
Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung darin, einen gattungsgemäßen optischen
Encoder zu schaffen, der mit geringem Aufwand herstellbar ist
und unabhängig von den Schwankungen der Lichtintensität der
Lichtemissionseinrichtung ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst.
Dementsprechend beschreibt die vorliegende Erfindung einen
optischen Encoder zur quantitativen Erfassung von Linear-
oder Drehbewegungen, mit einer Rastereinrichtung enthaltend
eine periodische Anordnung lichtdurchlässiger und lichtun
durchlässiger Bereiche gleicher Länge, einer Lichtemissions
einrichtung zur Emission eines Lichtbündels in Richtung auf
die Rastereinrichtung, einer Detektionseinrichtung zur Detek
tion des Lichtbündels, nachdem es durch die Rastereinrichtung
hindurchgetreten und von ihr in Folge ihrer Bewegung modu
liert worden ist, und einer mit der Detektionseinrichtung ge
koppelten Auswerteschaltung zur Bestimmung von Geschwindig
keit und Richtung der Bewegung, wobei die Detektionseinrich
tung drei Lichtempfänger aufweist, deren Lichtempfangsberei
che nebeneinander parallel zu der Richtung des Rasters der
Rastereinrichtung angeordnet sind und die Ausdehnung der Detektionseinrichtung
in dieser Richtung bevorzugt eine Länge
im Bereich von einer halben bis einer ganzen Periode der Ra
stereinrichtung aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung weist die Ausdehnung der Detektionseinrichtung eine Län
ge von 3/4 der Periode der Rastereinrichtung auf.
Der erfindungsgemäße optische Encoder wird somit aus nur drei
linear angeordneten Lichtempfängern gebildet, wodurch der
Herstellungsaufwand gegenüber den bekannten Anordnungen ge
senkt wird. Dies kann erreicht werden, ohne daß die Vorteile
der bekannten Anordnungen, nämlich insbesondere die Unemp
findlichkeit gegen Lichtintensitätsschwankungen verloren ge
hen. Dies beruht im Wesentlichen darauf, daß in der erfin
dungsgemäßen Anordnung der Detektionseinrichtung durch eine
geeignete Schaltung ein Referenzsignal erzeugt und zur Kom
pensation von Lichtintensitätsschwankungen verwendet wird.
Insbesondere weist zu diesem Zweck die Auswerteschaltung ei
nen Addierer auf, welchem das Ausgangssignal eines ersten
Photoempfängers und ein Ausgangssignal eines dritten Pho
toempfängers zugeführt wird und die Auswerteschaltung enthält
ferner ein dem Addierer nachgeschaltetes Pegelverminderungs-
Bauelement, welches den Pegel des von dem Addierer abgegebe
nen Signals herabsetzt und solchermaßen an seinem Ausgang ein
Referenzsignal bereitstellt und die Auswerteschaltung enthält
ferner einen ersten Komparator und einen zweiten Komparator
und dem ersten Komparator wird das Ausgangssignal des ersten
Photoempfängers und das Referenzsignal zugeführt, woraufhin
dieser an seinem Ausgang ein erstes Quadratursignal bereit
stellt, und dem zweiten Komparator wird das Ausgangssignal
des zweiten Photoempfängers und das Referenzsignal zugeführt,
worauf dieser an seinem Ausgang ein zweites Quadratursignal
bereitstellt. Die beiden solchermaßen gewonnenen Quadratursi
gnale sind gegeneinander um 90° phasenverschoben und ihre Im
pulsfolge und ihre relative Phasenlage
geben Aufschluß über Geschwindigkeit und Richtung der Bewe
gung.
Das Pegelverminderungs-Bauelement ist vorzugsweise ein Tei
ler, insbesondere ein Teiler, durch den der Pegel des von dem
Addierer abgegebenen konstanten Signals um den Faktor zwei
herabgesetzt wird.
Bei Schwankungen in der Lichtintensität variieren somit nicht
nur die Ausgangssignale aller drei Photoempfänger sondern in
gleichem Maße auch das Referenzsignal. In den Komparatoren
werden diese Schwankungen aufgehoben, so daß die von den Kom
paratoren abgegebenen Quadratursignale von den Lichtintensi
tätsschwankungen unbeeinflußt bleiben.
In dem Fall des bereits genannten bevorzugten Ausführungsbei
spiels, in welchem die Länge der Detektionseinrichtung 3/4
der Periode der Rastereinrichtung aufweist, wird anhand der
Kurvenform der Ausgangssignale der Photodetektoren und der
nachgeordneten Bauelemente unmittelbar ersichtlich, daß der
angestrebte Erfolg erreicht werden kann. In dem übrigen für
die Länge der Detektionseinrichtung vorgesehenen Bereich ha
ben Simulationsrechnungen ergeben, daß die erfindungsgemäße
Anordnung auch dort zufriedenstellende bis gute Ergebnisse
liefert. Das Referenzsignal ist zwar dort nicht konstant,
sondert variiert periodisch, die resultierenden Quadratursig
nale lassen aber gleichwohl einen eindeutigen Rückschluß auf
die Geschwindigkeit und die Richtung der Bewegung zu.
Vorzugsweise sind die Lichtempfänger als Halbleiterphoto
dioden ausgebildet und auf einem gemeinsamen Halbleitersub
strat geformt. Weiterhin vorzugsweise ist auch die Auswerte
schaltung integral mit den Photoempfängern auf ein und dem
selben Halbleitersubstrat geformt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand des be
reits genannten bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbin
dung mit den Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Rastereinrichtung
und der Detektionseinrichtung in einer bestimmten re
lativen Position zueinander;
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Auswerteschal
tung;
Fig. 3 die Ausgangssignale der drei Photoempfänger der De
tektionseinrichtung;
Fig. 4 das Referenzsignal und die durch die Auswerteschal
tung gewonnenen Quadratursignale.
Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1 wird ein mög
lichst paralleles und homogenes Strahlungsbündel 10 einer
nicht dargestellten Lichtemissionseinrichtung, vorzugsweise
einer Halbleiter-LED, deren Emissionslicht durch eine Linse
parallelisiert wurde, auf eine ebene Rastereinrichtung 1, al
so eine Rasterscheibe oder ein Rasterlineal gerichtet. Die
Rastereinrichtung 1 enthält ein periodisches, lineares Raster
aus lichtdurchlässigen Bereichen 11 und lichtundurchlässigen
Bereichen 12, die entlang der Richtung des Rasters die glei
che Länge aufweisen und vorzugsweise auch in lateraler Rich
tung gleich groß sind. Die Rastereinrichtung 1 ist mit einem
sich linear bewegenden oder sich drehenden Gegenstand verbun
den, dessen Bewegung durch den erfindungsgemäßen optischen
Encoder systematisch erfaßt werden soll.
Durch die Bewegung der Rastereinrichtung 1 wird somit das
Lichtbündel 10 räumlich und zeitlich moduliert und fällt auf
eine Detektionseinrichtung 2, bestehend aus einer linearen
Anordnung von Photoempfängern, insbesondere Photodioden 21
(PD A), 22 (PD B) und 23 (PD C). Die Photodioden 21-23 werden
unabhängig voneinander betrieben, ihre Lichtempfangsflächen
sind jedoch unmittelbar nebeneinander parallel zu der Rich
tung des Rasters der Rastereinrichtung 1 angeordnet. Ein
wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin,
daß die Ausdehnung der Detektionseinrichtung 2 eine Länge von
3/4 der Periode der Rastereinrichtung 1 aufweist. Anders aus
gedrückt, ist die Ausdehnung zweier nebeneinander liegender
Photodioden so groß wie die Länge eines lichtdurchlässigen
Bereichs 11 oder eines lichtundurchlässigen Bereichs 12 der
Rastereinrichtung 1. In der in der Fig. 1 dargestellten Mo
mentaufnahme liegen somit die Photodioden 21 und 22 vollstän
dig unterhalb eines lichtundurchlässigen Bereichs 12, während
die Photodiode 23 vollständig unter dem lichtdurchlässigen
Bereich 11 liegt.
In Fig. 3 sind die Ausgangssignale der Photodioden 21-23
übereinander in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, wobei
der Nullpunkt durch die relative Position der Rastereinrich
tung 1 und der Detektionseinrichtung 2 gemäß Fig. 1 gegeben
ist und die Rastereinrichtung 1 sich danach in einer durch
den Pfeil A angedeuteten Richtung fortbewegt. Dementsprechend
zeigt die Photodiode 23 (PD C) am Nullpunkt noch ihr maxima
les Signal, da sie noch nicht durch den lichtundurchlässigen
Bereich 12 abgedeckt wird. In der ersten Viertelperiode geht
das Ausgangssignal der Photodiode 23 linear auf Null zurück,
da sich der lichtundurchlässige Bereich 12 der Rastereinrich
tung 1 kontinuierlich über die Photodiode 23 schiebt. Glei
chermaßen steigt das Signal der Photodiode 21 linear bis auf
den Maximalwert an, da sich in dieser Zeitspanne der lichtun
durchlässige Bereich 12 oberhalb der Photodiode 21 von dieser
wegbewegt. Das Ausgangssignal der Photodiode 22 bleibt vor
erst auf Null, da sie sich in dieser Zeitspanne unterhalb des
lichtundurchlässigen Bereichs 12 befindet. In der darauffol
genden Viertelperiode steigt jedoch das Signal der Photodiode
22 linear auf den Maximalwert an, da sich nunmehr der licht-
undurchlässige Bereich 12 auch oberhalb der Photodiode 22 von
dieser wegbewegt. Das Ausgangssignal der Photodiode 21 bleibt
in dieser Zeitspanne noch auf maximalem Pegel, da sich die
Photodiode 21 noch unterhalb eines lichtdurchlässigen Be
reichs befindet. Im Gegensatz dazu bleibt das Signal der Pho
todiode 23 in dieser Zeitspanne auf Null, da sich die Photo
diode 23 noch unterhalb des lichtundurchlässigen Bereichs 12
befindet. In der dritten Viertelperiode geht das Ausgangs
signal der Photodiode 21 wiederum linear auf Null zurück, da
sich ein lichtundurchlässiger Bereich über die Photodiode 21
schiebt. Die Photodiode 22 befindet sich in dieser Zeitspanne
noch unterhalb eines lichtdurchlässigen Bereichs, so daß ihr
Ausgangssignal auf maximalem Pegel verharrt. Dieser licht
durchlässige Bereich tritt gleichermaßen in dieser Zeitspanne
in den Bereich oberhalb der Photodiode 23 ein, so daß ihr
Ausgangssignal linear bis auf den maximalen Pegel ansteigt.
In der letzten Viertelperiode verharrt das Ausgangssignal der
Photodiode 21 auf Null, das Ausgangssignal der Photodiode 23
auf maximalem Pegel, während das Ausgangssignal der Photo
diode 22 linear auf Null zurückgeht
Die vorliegende Erfindung macht nun Gebrauch davon, daß die
Ausgangssignale zweier Photodioden, nämlich der Photodioden
21 und 23 einen zueinander inversen Verlauf aufweisen. Dies
wird dazu ausgenutzt, ein Referenzsignal zu generieren, durch
dessen Verwendung innerhalb der Auswerteschaltung eine Kom
pensation von Lichtintensitätsschwankungen ermöglicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Auswerteschaltung in dem er
findungsgemäßen optischen Encoder ist in Fig. 2 schematisch
dargestellt. Die dargestellte Auswerteschaltung weist einen
Addierer 31 auf, dessen zwei Eingängen die Ausgangssignale A
und C der beiden Photodioden 21 und 23 zugeführt werden. Die
Addition dieser beiden Signale liefert ein zeitlich konstan
tes Signal mit einem Pegel, der doppelt so groß ist wie der
maximale Ausgangspegel jeder der drei Photodioden. Dieses
zeitlich konstante Signal wird einem Teiler 34 zugeführt, der
den Pegel des Signals um den Faktor 2 herabsetzt. Dadurch
wird ein Referenzsignal (A + C)/2 erzeugt. Dieses Referenzsignal
wird auf je einen Eingang von Komparatoren 32 und 33 ge
geben. Dem jeweils anderen Eingang der Komparatoren 32 und 33
werden die Ausgangssignale A und B der Photodioden 21 und 22
zugeführt. An den Ausgängen der Komparatoren 32 und 33 werden
Quadratursignale QS1 und QS2 bereitgestellt. Der Zähl- impuls
dieser Quadratursignale sowie deren relative Phasenlage geben
schließlich Aufschluß über Geschwindigkeit und Richtung der
zu messenden Bewegung.
In Fig. 4 sind schließlich noch das Referenzsignal (A + C)/2
und die Quadratursignale QS1 und QS2 in Abhängigkeit von der
Zeit dargestellt. Das erste Quadratursignal QS1 befindet sich
solange auf dem Pegel Null wie das Ausgangssignal A der Pho
todiode 21 kleiner als der konstante Pegel des Referenzsi
gnals ist. Sobald das Ausgangssignal A größer als dieser Pe
gel wird, erhält das Quadratursignal QS1 durch den Komparator
32 den binären Wert 1. Dieser Fall tritt im Zeitpunkt der
Mitte der ersten Viertelperiode ein. Im Zeitpunkt der Mitte
der dritten Viertelperiode fällt das Ausgangssignal A der
Photodiode 21 wieder auf einen Wert unterhalb des Pegels des
Referenzsignals, so daß das Quadratursignal QS1 wieder den
Pegel Null einnimmt. Gleichermaßen liegt der Pegel des Qua
dratursignals QS2 solange auf Null, wie das Ausgangssignal B
der Photodiode 22 kleiner als der konstante Pegel des Refe
renzsignals (A + C)/2 ist. In der Mitte der zweiten Viertel
periode jedoch überschreitet das Ausgangssignal B diesen Pe
gel, so daß das Quadratursignal QS2 durch den Komparator 33
den binären Wert 1 erhält. Erst im Zeitpunkt der Mitte der
vierten Viertelperiode fällt das Ausgangssignal B der Photo
diode 22 wieder unter den Pegel des Referenzsignals, so daß
der binäre Wert des Quadratursignals QS2 wieder auf Null ab
fällt.
Die Zählimpulse der Quadratursignale QS1 und QS2 geben Auf
schluß über die Geschwindigkeit der Linear- oder Drehbewe
gung, während ihre relative Phasenlage die Richtung der Bewe
gung anzeigt. Die um 90° nachlaufende Phase des Quadratursignals
QS2 in der Relation zu dem Quadratursignal QS1 ist so
mit ein Hinweis auf die in dem vorliegendem Ausführungsbei
spiel gewählte Bewegungsrichtung gemäß dem Pfeil A in Fig. 1.
Wenn die Richtung umgekehrt wird, so verschiebt sich auch die
Phasenlage der Quadratursignale QS1 und QS2, so daß nunmehr
das Quadratursignal QS1 dem Quadratursignal QS2 um 90° nach
läuft.
Wenn sich die Lichtleistung verringert, beispielsweise um ei
nen Faktor zwei, so ist auch der Verlauf der Ausgangssignale
A-C der Photodioden 21-23 um den Faktor 2 in der Intensität
abgesenkt. Gleichermaßen wird jedoch auch das Referenzsignal
in seinem Pegel um den Faktor 2 kleiner. Dies bedeutet, daß
die Umschlagpunkte zwischen den den Komparatoren zugeführten
Signalen an unveränderten Zeitpunkten zu liegen kommen, so
daß die Quadratursignale QS1 und QS2 an unveränderten Zeit
punkten ihre Pegel von 0 auf 1 oder von 1 auf 0 ändern. Die
Quadratursignale QS1 und QS2 sind somit von jeglichen Schwan
kungen der Lichtintensität der Lichtemissionseinrichtung des
optischen Encoders unabhängig.
Anstelle eines das Ausgangssignal des Addierers 31 um den
Faktor 2 herabsetzenden Teilers kann auch ein anderes Pegel
verminderungs-Bauelement 34 verwendet werden, durch welches
der Pegel genügend abgesenkt wird, so daß er von den Aus
gangssignalen A und B der Photodioden 21 und 22 während einer
genügend langen Zeitspanne überschritten werden kann.
Als Lichtemissionseinrichtung kann eine konventionelle Halb
leiter-LED in Verbindung mit einer auf die LED aufgesetzten
Linse aus Kunststoffmaterial verwendet werden. Als besonders
vorteilhaft kann jedoch die Verwendung von Vertikalresonator-
Lichtemissionseinrichtungen, insbesondere von sogenannten
VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) angesehen
werden, da diese sich durch besonders niedrige Divergenz und
hohe Leuchtdichte auszeichnen. Es kann jedoch als Lichtemissionseinrichtung
auch ein kantenemittierender Halbleiterlaser
eingesetzt werden.
Im einfachsten Fall besteht die Detektionseinrichtung aus
drei nebeneinander angeordneten Lichtempfängern. Sie kann
jedoch auch zwei oder mehr hintereinander angeordnete 3-fach
Lichtempfänger aufweisen.
Claims (7)
1. Optischer Encoder zur quantitativen Erfassung von Linear-
oder Drehbewegungen, mit
einer Rastereinrichtung (1) enthaltend eine periodische Anordnung lichtdurchlässiger (11) und lichtundurchlässiger Bereiche (12) gleicher Länge,
einer Lichtemissionseinrichtung zur Emission eines Lichtbündels in Richtung auf die Rastereinrichtung (1),
einer Detektionseinrichtung (2) zur Detektion des Lichtbün dels, nachdem es durch die Rastereinrichtung (1) hindurch getreten und von ihr infolge ihrer Bewegung moduliert wor den ist, wobei die Detektionseinrichtung (2) drei Lichtem pfänger (21-23) aufweist, deren Lichtempfangsbereiche ne beneinander parallel zu der Richtung des Rasters der Ra stereinrichtung (1) angeordnet sind, und
einer mit der Detektionseinrichtung (2) gekoppelten Auswer teschaltung (30) zur Bestimmung von Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswerteschaltung (30) einen Addierer (31) enthält, welchem das Ausgangssignal (A) eines ersten Photoempfängers (21) und ein dazu inverses Ausgangssignal (C) eines dritten Photoempfängers (23) zugeführt wird,
die Auswerteschaltung (30) ferner ein dem Addierer (31) nachgeschaltetes Pegelverminderungs-Bauelement (34) ent hält, welches den Pegel des von dem Addierer (31) abgegebe nen Signals herabsetzt und solchermaßen an seinen Ausgang ein Referenzsignal ((A + C)/2) bereitstellt,
die Auswerteschaltung (30) ferner einen ersten Komparator (32) und einen zweiten Komparator (33) aufweist und dem er sten Komparator (32) das Ausgangssignal (A) des ersten Pho toempfängers (21) und das Referenzsignal zugeführt wird, woraufhin er an seinem Ausgang ein erstes Quadratursignal (QS1) bereitstellt, und dem zweiten Komparator (33) das Ausgangssignal (B) des zweiten Photoempfängers (22) und das Referenzsignal zugeführt wird, woraufhin er an seinem Aus gang ein zweites Quadratursignal (QS2) bereitstellt.
einer Rastereinrichtung (1) enthaltend eine periodische Anordnung lichtdurchlässiger (11) und lichtundurchlässiger Bereiche (12) gleicher Länge,
einer Lichtemissionseinrichtung zur Emission eines Lichtbündels in Richtung auf die Rastereinrichtung (1),
einer Detektionseinrichtung (2) zur Detektion des Lichtbün dels, nachdem es durch die Rastereinrichtung (1) hindurch getreten und von ihr infolge ihrer Bewegung moduliert wor den ist, wobei die Detektionseinrichtung (2) drei Lichtem pfänger (21-23) aufweist, deren Lichtempfangsbereiche ne beneinander parallel zu der Richtung des Rasters der Ra stereinrichtung (1) angeordnet sind, und
einer mit der Detektionseinrichtung (2) gekoppelten Auswer teschaltung (30) zur Bestimmung von Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswerteschaltung (30) einen Addierer (31) enthält, welchem das Ausgangssignal (A) eines ersten Photoempfängers (21) und ein dazu inverses Ausgangssignal (C) eines dritten Photoempfängers (23) zugeführt wird,
die Auswerteschaltung (30) ferner ein dem Addierer (31) nachgeschaltetes Pegelverminderungs-Bauelement (34) ent hält, welches den Pegel des von dem Addierer (31) abgegebe nen Signals herabsetzt und solchermaßen an seinen Ausgang ein Referenzsignal ((A + C)/2) bereitstellt,
die Auswerteschaltung (30) ferner einen ersten Komparator (32) und einen zweiten Komparator (33) aufweist und dem er sten Komparator (32) das Ausgangssignal (A) des ersten Pho toempfängers (21) und das Referenzsignal zugeführt wird, woraufhin er an seinem Ausgang ein erstes Quadratursignal (QS1) bereitstellt, und dem zweiten Komparator (33) das Ausgangssignal (B) des zweiten Photoempfängers (22) und das Referenzsignal zugeführt wird, woraufhin er an seinem Aus gang ein zweites Quadratursignal (QS2) bereitstellt.
2. Optischer Encoder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausdehnung der Detektionseinrichtung (2) in einer Rich
tung parallel zur Richtung des Rasters eine Länge im Be
reich von einer halben bis einer ganzen Periode der Ra
stereinrichtung (1) aufweist.
3. Optischer Encoder nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausdehnung der Detektionseinrichtung eine Länge von
3/4 der Periode der Rastereinrichtung (1) aufweist.
4. Optischer Encoder nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Pegelverminderungs-Bauelement (34) ein Teiler, insbe
sondere ein Teiler um den Faktor 2 ist.
5. Optischer Encoder nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtempfänger (21-23) auf einem gemeinsamen Halblei
tersubstrat geformt sind.
6. Optischer Encoder nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswerteschaltung (30) ebenfalls auf dem gemeinsamen
Halbleitersubstrat geformt ist.
7. Optischer Encoder nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtemissionseinrichtung (2) eine Halbleiter-LED, ins
besondere eine Vertikalresonator-Lichtemissionsdiode
(VCSEL) ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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