DE3942625A1

DE3942625A1 - Absolutkodierer

Info

Publication number: DE3942625A1
Application number: DE3942625A
Authority: DE
Inventors: Kou Ohno; Tetsuo Hattori; Tsuyoshi Matsumoto
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1990-06-28
Also published as: US5068529A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kodierer und insbesondere auf einen Kodierer zur Erfassung einer Ab solutposition, der allgemein als "Absolutkodierer" bezeichnet wird, zum Ablesen einer Relativposition zwischen einem Kodier element und einem Detektor unter Verwendung eines als Stufen einteilung des Kodierelements ausgebildeten absoluten Zeichen musters, wobei die Relativposition in Form einer Absolutposi- tion angegeben wird.

Kodierer vom linearen oder rotierenden Typ werden in ausgedehn tem Maße als Detektoren zur Steuerung von Vorschüben und zum Anhalten der Positionen verschiedener Stellglieder verwendet. Wenn man sie in anderer Weise klassifiziert, fallen diese Ko dierer unter zwei breite Kategorien: den inkrementalen Typ und den absoluten Typ. Der Kodierer vom inkrementalen Typ erfaßt und liefert Zunahmewerte und Abnahmewerte bei einer Relativbe wegung zwischen einem Kodierelement und einem Detektor. Der Ko dierer vom absoluten Typ liest die Relativposition zwischen einem Kodierelement und einem Detektor ab, indem er eine voll ständig periodische Anordnung einer Musterfolge (absolutes Zeichenmuster) auf dem Kodierelement verwendet. Nach einer ge eigneten Weiterverarbeitung wird die Relativposition als eine Absolutposition ausgegeben.

Ein üblicher Absolutkodierer ist beispielsweise in der japa nischen Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer 57- 1 75 211 und ein anderer in dem japanischen Gebrauchsmuster mit der Offenlegungsnummer 60-1 52 916 beschrieben. Kodierer dieser Bauart arbeiten in der folgenden Weise. In einer Kodiereinrich tung ist ein absolutes Zeichenmuster auf einem Kodierelement als einzelne Spur ausgebildet. Entlang dieser Spur ist eine Mehrzahl von Detektoren in festen Intervallen angeordnet. Ein binärer Kombinationskode von Ablesungen, die von den Detektoren magnetisch oder optisch relativ zum Zeichenmuster bewirkt wer den, wird in eine Absolutposition umgesetzt.

Diese üblichen Absolutkodierer benötigen, ob sie magnetisch oder optisch betrieben werden, das Vorhandensein von so vielen kontaktlosen Detektoren wie die Anzahl der Bits in dem vorer wähnten Kombinationskode ist. Die Ausgangssignale von den De tektoren müssen in binäre Zahlen umgewandelt werden nach einer Wellenumformung in Rechteck-Wellen durch eine elektrische Schaltung. Wenn jedoch die Ausgangssignale der Detektoren durch Umformung in Rechteck-Signale umgewandelt worden sind, stellt die Signal-Anstiegszeit und Abfallzeit ein endliches Zeitinter vall dar, so daß eine zeitliche Verschiebung hinsichtlich der Zeitsteuerung in unvermeidbarer Weise an jedem Detektor be wirkt wird.

Aus diesem Grunde kann die Synchronisierung der Zeitsteuerung mit der Anstiegszeit und der Abfallzeit der Ausgangs-Impulse der Detektoren mit Schwierigkeiten verbunden sein, wenn ein feineres absolutes Zeichenmuster verwendet wird, um das Auf lösungsvermögen des Kodierers zu vergrößern, so daß im Ver lauf der vorwärts und rückwärts erfolgenden relativen Bewe gungen zwischen Detektor und Kodierer die resultierende Zif feranzeige der Detektor-Ausgangssignale bei den Anstiegs- und Abfallpositionen keine korrekten Positionskodes angeben und Fehler in den Kodiererausgangssignalen hervorrufen.

Andererseits hängt das Mindestauflösevermögen im vorerwähnten Absolutkodierer von der Länge der Mindestableseeinheit in der Spurrichtung ab, die das absolute Zeichenmuster bildet. Wenn es gewünscht wird, das Auflösungsvermögen bis zum Äußersten zu steigern, kann die Menge des in den Detektor einfallenden Lichtes bei einem ein optisches System aufweisenden Kodierer wegen der reduzierten Schlitzbreite des Kodierers verringert sein, während das erfaßte magnetische Feld aufgrund der ver ringerten Magnetisierungslängen des Kodierelements bei einem Kodierer des magnetischen Typs geschwächt sein kann. Mithin sind in beiden Fällen Beschränkungen hinsichtlich der Verbes serung des Auflösevermögens innerhalb des zulässigen Größenbe reiches des Kodierelementes vorhanden.

Weiterhin ist bei dieser Art des Absolutkodierers die kleinste Ableseeinheit des absoluten Zeichenmusters oder des inkrementa len Zeichenmusters auf dem Kodierelement durch magnetisierte und nicht-magnetisierte Abschnitte im Falle des magnetischen Kodierers und durch transparente und nicht-transparente Ab schnitte im Falle des optischen Kodierers entsprechend den binären Signalen gegeben. Im allgemeinen ist ein Signal-Iden tifizierungsabschnitt, der den Signalinhalt der kleinsten Able seeinheit im Muster als "0" oder "1" identifiziert, von der gleichen Länge wie die Gesamtlänge der kleinsten Ableseeinheit in Spurrichtung, so daß der Grenzbereich zwischen den Teilen Rauschen verursacht, welches die Ablese-Genauigkeit verringert. Deshalb muß bei einem magnetischen Kodierer der magnetisierte Bereich, der den Signal-Identifizierungsabschnitt darstellt, mit großer dimensionaler Genauigkeit ausgebildet sein. Bei einem optischen Kodierer wird, wenn die kleinste Ableseein heit, die eines der binären Signale darstellt, von einem durch gehenden Loch im Kodierelement gebildet wird, die mechanische Festigkeit des Kodierelementes verringert, wenn mehrere derar tige Einheiten aneinander anschließend gebildet werden, so daß es erforderlich wird, das Kodierelement mit Verstärkungen zu versehen. Darüber hinaus müssen sowohl bei magnetischen als auch bei optischen Kodierern kontinuierliche Einheiten einer Länge von bis zu N-mal der Länge der kleinsten Ableseeinheit in dem absoluten Zeichenmuster mit dem Kodeinhalt von N-Bits des absoluten Positionssignals gebildet werden, so daß, je größer die Anzahl N der Bits des absoluten Signalkodes ist, desto größer die dimensionale Genauigkeit sein muß, mit wel cher das Zeichenmuster gebildet wird.

Demzufolge ist es eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen und einen Ab solutkodierer mit großer Präzision und Stabilität verfügbar zu machen, der frei von Ablesefehlern ist.

Gemäß der Erfindung wird auf einem Kodierelement parallel zum absoluten Zeichenmuster einer Spur eine andere Spur mit einem inkrementalen Zeichenmuster angeordnet, wobei signalverar beitende Mittel, z. B. eine Latch-Schaltung, unter Verwendung von getakteten Signalen, die unter durch Verwendung der inkre mentalen Spur als Abtastsignal erzeugt werden, betätigt werden und Ausgangsimpulse der Detektoren gleichzeitig mit optimaler Zeitsteuerung ausgelesen werden, um ein absolutes Ausgangs signal zu erhalten. Obwohl es mit einem solchen System möglich ist, das Auftreten von Fehlern im Ausgangssignal des Kodierers zu vermeiden, da das absolute Signal unter Verwendung eines Taktimpulses, der von einem inkrementalen Signal einer anderen Spur verursacht wird, als Abtastsignal ausgewählt wird, wird der als Abtastsignal verwendete Taktimpuls nicht vor dem Er fassen des Anstiegs oder des Abfalls des inkrementalen Signals erzeugt, wie z. B. zum Zeitpunkt des Einschaltens der Energie quelle, so daß kein korrektes absolutes Signal am Ausgang er scheint und es somit erforderlich wird, das Kodierelement um eine Distanz zu bewegen, die der kleinsten Ableseeinheit des absoluten Signals entspricht, um Anstieg oder Abfall des inkre mentalen Signals und damit die erste Auswahl durch den Ab tastimpuls zu bewirken.

Es ist demzufolge eine zweite Zielsetzung der Erfindung, einen Absolutkodierer der vorbeschriebenen Art verfügbar zu machen, bei welchem ein genaues Ausgangssignal bezüglich der Erfassung der absoluten Position in dem Augenblick des Einschaltens der Energiequelle bewirkt werden kann.

Es ist eine dritte Zielsetzung der Erfindung, einen Absolutko dierer der vorbeschriebenen Art verfügbar zu machen, bei wel chem das Auflösevermögen durch Signalverarbeitung um ein ganz zahliges Vielfaches verbessert werden kann und bei welchem Ablesefehler kaum vorkommen können.

Es ist eine vierte Zielsetzung der Erfindung, einen Absolutko dierer der vorbeschriebenen Art verfügbar zu machen, in welchem kaum Rauschen in den Grenzbereichen zwischen zwei unterschied lichen kleinsten Ableseeinheiten, die das Zeichenmuster bilden, auftritt, wodurch die Ablesegenauigkeit kaum verringert wird.

Die Aufgaben der Erfindung können gelöst werden durch einen Kodierer zur Erfassung einer Absolutposition, wie er in den An sprüchen beansprucht wird.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Ko dierer zur Erfassung einer Absolutposition vorgesehen, der ein Kodierelement aufweist, welches mit einer Spur versehen ist, auf der ein absolutes Zeichenmuster vorhanden ist, mit einem Kodeinhalt von mehreren bzw. einer Vielzahl von Bits, wobei dieses Zeichenmuster durch Folgen einer ersten Stufeneinteilung verwirklicht ist, sowie Detektormittel, die gegenüber dem Ko dierelement relativ bewegbar und so ausgebildet sind, daß sie die erste Stufeneinteilung ablesen, um mehrere Erfassungs-Im pulsfolgen zu erzeugen mit einer Phasendifferenz, welche einer Länge entspricht, die ein ganzzahliges Vielfaches der kleinsten Ableseeinheit der ersten Stufeneinteilung darstellt, wobei Mittel zur Signalverarbeitung vorgesehen sind, um die Er fassungs-Impulsfolgen, die durch Ablesen der ersten Stufenein teilung durch das Detektionsmittel erhalten wurden, mit Takt signalen zu verarbeiten, die auf Zeitpunkte synchronisiert sind, welche im wesentlichen der Zwischenposition der kleinsten Ableseeinheit der ersten Stufeneinteilung ent sprechen, um parallele Ausgangssignale für den Signalkode- Inhalt zu erzeugen, die der absoluten Position der Detektoren relativ zum Kodierelement entsprechen. In diesem Fall kann eine zweite Stufeneinteilung auf der Spur parallel zur ersten Stufeneinteilung wahlweise vorgesehen sein, wobei diese zweite Stufeneinteilung ein inkrementales Zeichenmuster bildet, wel ches aus sich wiederholenden binären Stufenelemenen mit kon stantem Rastermaß besteht. Das Detektormittel liest diese zweite Stufeneinteilung gleichzeitig, um periodische recht eckige Signale zu erzeugen, die zeitgesteuert auf den Ein heitsimpuls sind, welcher der kleinsten Ableseeinheit in der Erfassungsimpulsfolge entspricht, gemäß dem Fortschreiten der vorerwähnten relativen Bewegung. Das Signal-Verarbeitungsmittel ist mit diesen rechteckigen Signalen synchronisiert, um die Signalverarbeitung zu bewirken.

Zwecks Lösung der zweiten vorgenannten Aufgabe sieht die Erfin dung auch das Vorhandensein eines Kodierers zur Erfassung einer Absolutposition vor, wobei das Detektormittel mehrere Absolut- Signaldetektoreinrichtungen zum Ablesen des absoluten Zeichen musters aufweist, um für jede der Einrichtungen ein erstes Signal einer entsprechenden Impulsfolge zu erzeugen und ein zweites Signal mit einer Phasendifferenz, die gleich der Hälfte der Impulsbreite des Einheitsimpulses ist, welcher der kleinsten Ableseeinheit in der Impulsfolge entspricht, und einem Inkremental-Signaldetektor zum Ablesen des inkrementalen Signals, um ein binäres Signal zu erzeugen, das eine sich wie derholende Periode aufweist, die im wesentlichen gleich der kleinsten Impulsbreite ist bei einer Phasendifferenz von etwa einem Viertel der sich wiederholenden Periode relativ zum Ein heitsimpuls entsprechend der kleinsten Ableseeinheit in der Im pulsfolge, wobei das Signal-Verarbeitungsmittel ein Signal-Aus wahlmittel aufweist, welches lediglich das erste Signal von je der Absolut-Signaldetektoreinrichtung herausnimmt, wenn das binäre Signal den einen Wert annimmt, und nur jenes zweite Signal herausnimmt, wenn das binäre Signal den anderen Wert an nimmt.

Mit diesem Typ eines Absolutkodierers werden, wenn das absolute Zeichenmuster auf der Spur auf dem Kodierelement von mehreren Detektoreinrichtungen zur Erfassung von absoluten Signalen ge lesen wird, erste und zweite Signale von Impulsserien, die dem absoluten Zeichenmuster entsprechen, von den jeweiligen Detek toreinrichtungen abgegeben. Diese ersten und zweiten Signale haben eine Phasendifferenz, die einer Hälfte der Impulsbreite des kleinsten Ableseeinheitsimpulses in der Impulsserie in je der Einrichtung entspricht.

In zeitlicher Beziehung dazu erzeugt der Detektor für das in krementale Signal binäre Signale mit einer sich wiederholenden Periode, die ungefähr gleich der Impulsbreite der kleinsten Ableseeinheit ist und mit einer Phasendifferenz gleich etwa einem Viertel der vorerwähnten sich wiederholenden Periode.

Die ersten und zweiten Signale bestehen aus Datenfolgen glei cher Inhalte mit der Phasendifferenz entsprechend der Hälfte der absoluten Einheitsimpulsbreite. Das binäre Signal hat eine sich wiederholende Periode, die etwa gleich der absoluten Ein heitsimpulsbreite ist, und hat eine Phasen-Voreilung oder Pha sen-Nacheilung in Bezug auf das erste und zweite Signal mit einer Phasendifferenz, die etwa einem Viertel der Einheitsim pulsbreite entspricht. Somit werden Anstieg und Abfall in der Impulsreihe der ersten und zweiten Signale auf Mittel-Zeit punkte der binären Signalimpulse synchronisiert. Hinzu kommt, daß, wenn Anstieg und Abfall in der Impulsreihe des ersten Signals z. B. mit dem hohen Niveau des binären Signals synchro nisiert werden, Anstieg und Abfall der Impulsserie des zweiten Signals mit dem niedrigeren Niveau des zweiten Signals sychro nisiert werden. Umgekehrt werden Anstieg und Abfall in der Im pulsfolge des zweiten Signals mit dem hohen Niveau des binären Signals synchronisiert, wenn Anstieg und Abfall in der Impuls serie des ersten Signals mit dem niedrigeren Niveau des binären Signals synchronisiert werden.

Wenn das erste Signal oder das zweite Signal des Detektors für das absolute Signal jeder Einrichtung gewählt und hohes oder tiefes Niveau gleichzeitig erfaßt werden, wird der Ausgangswert der absoluten Position erfaßt. In diesem Fall wählt die Signal- Auswahleinrichtung das erste Signal oder das zweite Signal als eine Funktion des Zustandes des binären Signals, so daß, wenn das binäre Signal einen ersten Wert oder einen zweiten Wert an nimmt, nur das erste Signal oder nur das zweite Signal vom De tektor als absolutes Signal jeder Einrichtung genommen wird.

Auf diese Weise wird unabhängig von der Richtung der relativen Bewegung zwischen Kodierelement und Detektor das erste oder das zweite Signal von einer n-Anzahl von Einrichtungen der absolu ten Signaldetektoren, wobei jede Einrichtung aus zwei absoluten Signaldetektoren besteht, ausgewählt und als eine Funktion des Zustandes des binären Signals von dem inkrementalen Signalwäh ler abgegeben und durch Signal-Verarbeitungsmittel in paral lele Daten einer vorherbestimmten Anzahl N (=n) von Bits um gewandelt, um das Ausgangssignal für die absolute Position zu erzeugen.

Wenn z. B. das absolute Zeichenmuster auf dem Kodierelement aus dem 4-Bit-Absolut-Kode besteht, werden vier Absolutsignal-De tektoreinrichtungen verwendet, von denen jede Einrichtung aus zwei Absolutsignal-Detektoren und einem Inkrementalsignal-De tektor besteht.

Die vier Absolutsignal-Detektoreinrichtungen sind entlang der Spur derart angeordnet, daß der Abstand zwischen den Einrich tungen gleich der Länge der kleinsten Ableseeinheit des absolu ten Zeichensmusters ist. Dies bedeutet, daß in diesem Fall jede Einrichtung aus zwei Detektoren besteht, die einen Abstand un gefähr gleich einer Hälfte der Länge der Mustereinheit ist, wo bei vier derartige Detektoren angeordnet sind.

Im allgemeinen erfüllt die Anzahl n der Absolutsignal-Detekto ren die Beziehung

1) 2^n-1 < x 2ⁿ,

wobei x die Anzahl der Stufenelemente des absoluten Zeichen musters auf dem Kodierelement ist und die Gesamtanzahl der Ab solutsignal-Detektoren = 2n ist.

Wenn die vier Detektoreinrichtungen, von denen jede aus zwei Detektoren besteht, an der Spur des 4-Bit-Absolut-Zeichen musters angeordnet sind, werden erste und zweite Signale beste hend aus Impulsserien mit einer Phasendifferenz entsprechend einer Hälfte der absoluten Einheitsimpulsbreite aufeinanderfol gend von den vier Detektoreinrichtungen gemäß dem Fortschreiten der relativen Bewegung abgegeben. Die vier Sätze des ersten Signals und die vier Sätze des zweiten Signals sind 4-Bit- Paralleldaten mit denselben Inhalten. Sie sind jedoch phasen verschoben mit einer Phasendifferenz, die einer Hälfte der ab soluten Einheitsimpulsbreite entspricht. Während dieses Zeitin tervalls erzeugt der inkrementale Signaldetektor synchron ein binäres Signal, das eine sich wiederholende Periode aufweist, die etwa gleich der absoluten Einheitsimpulsbreite ist, wobei dieses binäre Signal eine Phasendifferenz von etwa einem Vier tel der sich wiederholenden Periode in Bezug auf den Ein heitsimpuls des ersten und zweiten Signals aufweist. D.h., daß die relative Anordnung und Position des inkrementalen Zeichen musters auf dem Kodierelement und die Anordnung des inkremen talen Signaldetektors in bezug auf das absolute Zeichenmuster und die Absolutsignal-Detektoreinrichtungen so gewählt sind, daß die vorerwähnten binären Signale erzeugt werden.

Das Signal-Auswahlmittel kann von einer Art Auswahl-Latch- Schaltung gebildet sein, die das erste Signal jeder Einrichtung (oder jedes Satzes) auswählt, während es das zweite Signal sperrt, wenn das binäre Signal auf dem hohen Niveau ist und welches umgekehrt das zweite Signal jeder Einrichtung (oder je des Satzes) wählt und das erste Signal sperrt, wenn das binäre Signal auf seinem niedrigeren Niveau ist. Auf diese Weise wer den die ausgewählten Signale vom Signal-Verarbeitungsmittel als 4-Bit-Parallel-Daten-Ausgangssignal (Absolutposition-Signal) abgegeben.

Gemäß der Erfindung wird das Signal-Auswahlmittel auf der Basis von hohem und niedrigem Niveau des binären Signals betrieben. Das binäre Signal wird vorzugsweise aus dem Erfassungssignal eines inkrementalen Zeichenmusters mit konstanter Zeichen dichte, welches auf dem Kodierelement vorgesehen ist, erzeugt. Dieses Verfahren ist gleichartig einer Handhabung, bei welcher die sogenannten Phase-A- und Phase-B-Ausgangssignale, die um 90° relativ zueinander phasenversetzt sind, als die Erfassungs signale genommen werden, wobei die Selektion durch das vorer wähnte Signal-Auswahlmittel an diesen Phase-A- und Phase-B- Ausgangssignalen durchgeführt wird.

Bei diesem Aspekt der Erfindung können korrekte Absolutposi tion-Signale aufgrund der Signal-Auswahlfunktion durch das vorerwähnte binäre Signal erzeugt werden, sobald die Energie quelle eingeschaltet ist. Wenn das absolute Zeichenmuster auf dem Kodierelement durch mehrere Detektoreinrichtungen an der Spur gelesen wird, werden unbestimmte Bereiche in der Nachbar schaft von Anstieg und Abfall des absoluten Signals an jeder Einrichtung abwechselnd komplementär durch das inkrementale Signal zur gleichen Zeit verborgen, so daß ein Absolutkodierer mit einem großen Auflösungsvermögen verfügbar gemacht wird, in welchem die Erzeugung von falschen Anzeigen vermieden wird und der eine Genauigkeit besitzt, die mit der Genauigkeit eines inkrementalen Kodierers vergleichbar ist.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Absolutkodierer auch mit einem eine Untereinteilung erzeugenden Mittel zum Er zeugen eines Untereinteilungs-Signals auf der Basis der Ergeb nisse des Auslesens des inkrementalen Zeichenmusters versehen. Dieses Untereinteilungssignal hat eine Periode, die dem ganz zahligen Bruchteil eines Einheitsimpulses in der Pulsserie ent sprechend der kleinsten Ableseeinheit im absoluten Zeichen muster entspricht. Bezüglich dieses Aspektes des Absolutkodie rers werden mit dem Fortschreiten der relativen Bewegung zwischen Kodierer und Detektor Taktsignale aus dem inkrementa len Signal erzeugt, welches erhalten wird durch Lesen des in krementalen Zeichenmusters. Diese Taktsignale haben die Funk tion von Synchronisationssignalen, die der vorerwähnten relati ven Bewegung entsprechen. Das hohe oder niedrige Niveau der Im pulsserie, die durch Lesen des absoluten Zeichenmusters erhal ten wird, wird durch die Taktsignale an dem Zeitpunkt diskrimi niert, der dem Mittelpunkt der Einheitsimpuls-Breite in der Im pulsserie entsprechend der kleinsten Ableseeinheit in dem abso luten Zeichenmuster entspricht. Ein Ausgangssignal entsprechend der absoluten Position des Detektors relativ zum Kodierelement wird durch Signalverarbeitung, welche durch Signalverarbeitungs mittel bewirkt wird, erzeugt. Die kleinste Teilungsbreite des die absolute Position betreffenden Ausgangsignals wird in diesem Fall bestimmt durch die Einheitsimpuls-Breite in der Im pulsserie, die der Länge entlang der Spur der kleinsten Able seeinheit in dem absoluten Zeichenmuster entspricht. Es be stimmt das Auflösevermögen des Kodierers.

Bei diesem Aspekt der Erfindung werden im Hinblick darauf, daß das inkrementale Signal, welches durch Lesen des inkrementalen Zeichenmusters in zeitlicher Relation zum Lesen des absoluten Zeichenmusters erhalten wird, Positionsdaten in der Einheitsim puls-Breite enthält, die Positionsdaten als Untereinteilungs signal entnommen, d.h. als ein Untereinteilungssignal, welches einer feineren Stufeneinteilung entspricht, wodurch die kleinste Ableseeinheitsbreite in mehrere gleiche Abschnitte un terteilt wird. Dies bedeutet, daß das Erzeugungsmittel für das Untereinteilungssignal aus dem inkrementalen Signal ein Im pulsausgangssignal erzeugt mit einer Periode entsprechend einem ganzzahligen Bruchteil der Periode des Einheits-Impulses in der Impulsfolge, entsprechend der kleinsten Ableseeinheit in dem absoluten Zeichenmuster, wobei das Impulssignal als das Untereinteilungssignal abgegeben wird. Somit wird bei dem Ab solutkodierer der Erfindung, wenn das Absolutposition-Signal, welches vom Absolutsignal-Detektor erzeugt wird, eine binäre Zahl mit 4 Bit bedeutet, das parallele Kodesignal der Endaus gabe der absoluten Position als 5-Bit-Binärsignal darge stellt, wobei das Ablesen des Untereinteilungssignals an der Untereinteilung genutzt wird zur Erzeugung des kleinsten oder am meisten bedeutsamen Bits, um das Auflösungsvermögen der absoluten Position in einem Ausmaß zu verbessern, welches der Anzahl der Teilungen des Untereinteilungssignals ent spricht.

Es wird nunmehr angenommen, daß eine erste Spur mit einem abso luten Zeichenmuster und eine zweite Spur mit einem inkrementa len Zeichenmuster bestehend aus einer Wiederholung von Stufen einheiten entsprechend der kleinsten Ableseeinheit des absolu ten Zeichenmusters (entsprechend 1/2 Rastermaß) parallel auf einem Kodierelement vorgesehen sind, und daß ein Phase-A-Aus gangssignal und ein Phase-B-Ausgangssignal, bestehend aus rechteckigen Signalen, die um 90° relativ zueinander phasenver schoben sind und ein Impulsbreitenverhältnis von 50% haben, abgegeben werden können als inkrementale Zeichenmuster-Signale von dem Detektor, der entlang der Spur bewegbar ist, zusammen mit den absoluten Signalen, als Anzeige-Resultate des absoluten Zeichenmusters, wobei das vorerwähnte Phase-B-Ausgangssignal mit dem Absolutsignal synchronisiert wird, das vom Detektor ab genommen wird. In diesem Fall besitzt, wenn das hohe oder nie drige Niveau des Absolutsignal-Impulses abgelesen wird, wobei Anstieg und Abfall des Phase-A-Ausgangssignals als Taktgeber- Signal verwendet werden sowie eine Schaltung zum Erzeugen eines Impulssignales entsprechend einer Exklusiv-ODER-Funktion für die Phase-A- und Phase-B-Ausgangssignale als Mittel zum Erzeugen des Untereinteilungssignals vorgesehen ist, dieses Impulssignal eine Periode gleich einer Hälfte der Periode eines Einheitsimpulses in der Impulsserie entsprechend der kleinsten Ableseeinheit in dem absoluten Zeichenmuster. Wenn dieses Im pulssignal zusätzlich als Untereinteilungssignal als das am kleinsten oder am meisten bedeutsame Bit des Absolut-Position- Ausgabesignals verwendet wird, wird somit ein 1-Bit-Unterein teilungssignal der Absolutposition-Abgabe vom Absolutsignal-De tektor hinzugefügt, so daß das Auflösungsvermögen verdoppelt wird.

Die Anzahl der Untereinteilungssignal-Bits ist nicht auf 1 be grenzt. Wenn z. B. die inkrementale Signalausgabe aus den Phase-A- und Phase-B-Ausgangssignalen besteht, die um 90° ge geneinander phasenversetzt sind, und die Länge der Stufenein heiten des inkrementalen Zeichenmusters entlang der Spurrich tung die Hälfte der kleinsten Ableseeinheit des absoluten Zeichenmuster ist, wird die Anzahl der Bits des Unterein teilungssignals 2 betragen, wobei das Auflösungsvermögen ver vierfacht ist. Ferner ist die Anzahl der Phasen der inkrementa len Signale nicht auf zwei (A und B) begrenzt; vielmehr können inkrementale Signale mit irgendeiner anderen Phasenanzahl ver wendet werden, um das Auflösungsvermögen entsprechend zu ver bessern, z. B. drei Phasen (A, B und C) mit einer Phasenver schiebung von 120° oder 60° oder vier Phasen (A, B, C und D) mit einer Phasenverschiebung von 90° oder 45°.

Im allgemeinen kann eine Impuls-Ausgabe mit einer Periodenlänge entsprechend einem der Zahl k entsprechenden Teil einer Periode eines Einheit-Impulses in der Impulsserie entsprechend der kleinsten Ableseeinheit in dem absoluten Zeichenmuster, die eine ganze Zahl darstellt, aus dem inkrementalen Signal er zeugt werden unter Verwendung des Unterskala-Signals durch dieses Impulssignal. In diesem Fall wird das Auflösungsvermögen um einen Bruchteil von k verbessert.

Bei diesem Aspekt der Erfindung werden, wenn das absolute Zeichenmuster auf dem Kodierelement durch mehrere Detektoren auf der Spur gelesen wird, die rechteckigen Signale von den De tektoren im wesentlichen an den mittleren Punkten der Impuls breite der kleinsten Ableseeinheit gelesen; ein Untereintei lungssignal wird synchron ausgegeben, welches die Impulsbreite entsprechend der kleinsten Ableseeinheit der abgelesenen Abso lutsignal-Folge in mehrere gleiche Abschnitte unterteilt. Somit können nicht nur die Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren ohne Fehler gelesen und ausgegeben werden; vielmehr kann auch das Auflösungsvermögen durch elektrische Signalverarbeitung in Übereinstimmung mit der Teilungsnummer ohne Verwendung eines feineren absoluten Zeichenmusters des Kodierelementes verdop pelt werden. Auf diese Weise kann ein Absolutkodierer verfügbar gemacht werden, der schließlich die Absolutpositions-Ausgabe mit großem Auflösungsvermögen erzeugt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Lösung der vorerwähnten vierten Aufgabe ein Signal-Identifi zierungs-Abschnitt jeweils in einem Bereich einer Ableseein heit gebildet, der kürzer ist als die Gesamtlänge entlang der Spur der Ableseeinheit. Dieser Signal-Identifizierungs-Ab schnitt dient als ein Bereich zur Identifizierung des Binär signals wenigstens einer von zwei kleinsten Ableseeinheiten, die die ersten Stufeneinteilungen bilden.

Der Signal-Identifizierungs-Abschnitt bedeutet einen Bereich zur Identifikation, ob die Ableseeinheit ein Signal "0" oder ein Signal "1" angibt. Als Beispiel sei auf einen magnetischen Kodierer verwiesen. Ein magnetisierter Bereich existiert in einer Position einer Ableseeinheit ein Signal "1" anzeigend, wo hingegen ein nicht-magnetisierter Bereich in der anderen Able seeinheit vorhanden ist und das Signal "0" angibt. Dieser teil weise magnetisierte Bereich in der einen Ableseeinheit reprä sentiert den Signal-Identifizierungs-Abschnitt, den die Able seeinheit mit dem Signal "1" identifiziert. Abweichend davon wird in einem üblichen Kodierer die Gesamtheit des Bereichs der einen Einheit, das Signal "1" angebend, von dem magnetisierten Teil belegt, so daß die Einheit in ihrer Gesamtheit den Signal- Identifizierungs-Abschnitt darstellt.

In dieser Hinsicht ist es beim Kodierer gemäß der Erfindung er forderlich, das Ablesen innerhalb des magnetisierten Teiles durchzuführen, da der Signal-Identifizierungs-Abschnitt nur in einem Teilbereich der Einheit vorhanden ist. Aus diesem Grunde wird es nicht als vorteilhaft angesehen, daß die Signal-Identi fizierungs-Abschnitte von Einheit zu Einheit an verschiedenen Stellen angeordnet sind, solange derselbe Typ von Ableseein heit in Betracht kommt. Vielmehr ist es vorzuziehen, daß die Signal-Identifizierungs-Abschnitte ungefähr an den mittleren Stellen der Einheit-Bereiche aller Ableseeinheiten vorhanden sind.

In dieser Hinsicht sind bei dem Kodierer getrennte Taktsignale zum Aufnehmen der Auslesezeit erforderlich, da die Leseeinheit im Signal-Identifizierungs-Abschnitt gelesen wird. Obwohl diese Taktsignale von einem besonderen Zeitglied erhalten werden kön nen, ist es ratsamer, ein inkrementales Zeichenmuster auf dem selben oder einem besonderen Kodierelement vorzusehen und das Zeichenmuster von einem besonderen Detektor lesen zu lassen, um die Taktsignale zu erzeugen. In diesem Fall ist es, da die Taktsignale bezüglich der Synchronisation in gewissem Ausmaß fluktuieren, ratsam, den Bereich der Fluktuationen durch Be rechnung auf der Basis der relativen Geschwindigkeit zwischen Kodierelement und dem Lesekopf zu ermitteln, um den Bereich der Fluktuationen in der Leseposition in jeder Einheit entlang der Spur vorher zu finden und die kleinste Längserstreckung des Signal-Identifizierungs-Abschnitts über den Bereich der Fluk tuationen zu verbreitern, so daß der Bereich der Fluktuationen in die kleinste Längserstreckung des Signal-Identifizierungs- Abschnitts einbezogen werden kann.

Im Prinzip kann das vorerwähnte Kodierelement vorzugsweise mit einem System zum gleichzeitigen Lesen der Ausgabeimpulse der Detektoren kombiniert sein, die das absolute Zeichenmuster durch die Signal-Verarbeitungsschaltung zum optimalen Zeitpunkt ablesen, um eine Absolutausgabe zu erzeugen durch Betätigen der Signal-Verarbeitungsschaltung unter Verwendung der Taktsignale, die vom Auslesen der Resultate der inkrementalen Spur erhalten werden, als Abtastsignal. Jedoch kann das Kodierelement selbst verwendet werden in einem System zur Erzeugung einer Absolut ausgabe durch Erfassen von Datenreihen von Absolutsignalen von den Detektoren zu optimalen Zeiten und Einbringen derselben in z. B. Schieberegister durch Taktsignale und Bewirken einer Serien-Parallel-Umsetzung dieser Absolutsignale.

Bei einem Absolutkodierer, der den vorstehend beschriebenen Ko dierer benutzt, wird, wenn das hohe oder das niedrige Niveau des Impulses des Absolutsignals von mehreren Detektoren, die entlang der Spur relativ zum Kodierelement bewegbar sind, gele sen wird, nur der Signal-Identifikations-Abschnitt, der eine kürzere Länge aufweist als die kleinste Ableseeinheit, mit einem getrennten Takt-Impulssignal synchronisiert, um so inner halb der entsprechenden Impulsbreite gelesen zu werden. Beim Absolutkodierer, der den Kodierer gemäß der Erfindung benutzt, sind, wenn das absolute Zeichenmuster der Spur auf dem Kodier element bei jedem Detektor gelesen wird, die Impulsserien, die aus den Detektoren erhalten werden, in Form von Seriendaten, die dem digitalen Kodemuster entsprechen, in Übereinstimmung mit dem konstanten Einheits-Rastermaß des absoluten Zeichen musters. Somit wird das hohe oder niedrige Niveau der Einheit- Impulse, die die Impulsserien bilden, synchron mit getrennten Takt-Impulssignalen für jede Leseeinheit gelesen. Auf diese Weise können die Detektorausgaben in festliegenden oder kon stanten Zeitverknüpfungen verschieden vom Anstieg und Abfall der Einheit-Impulse der Impulsserien auf der Basis der Takt signale gelesen werden, so daß es möglich wird, die Anzahl der Anlässe, bei denen Fehler in der Kodiererausgabe auftreten, auf einen außerordentlich kleinen Wert zu reduzieren. In diesem Fall kann ein bestimmtes Intervall von dem benachbarten Signal- Identifikationsabschnitt vorgesehen sein, da der Signal-Identi fizierungs-Abschnitt, der dazu dient, die kleinste Ableseein heit in dem absoluten Zeichenmuster als "0" oder "1" zu identi fizieren, eine kürzere Länge besitzt als die Ableseeinheit.

Obwohl die Takt-Impulse vorzugsweise aus den Ableseergebnissen des inkrementalen Zeichenmusters erzeugt werden, daß auf dem Kodierelement mit dem absoluten Zeichenmuster aufgebracht ist, können die Takt-Impulse auch von einem inkrementalen Zeichen muster erzeugt werden, das auf einem besonderen Kodierelement vorhanden ist, welches über eine Welle mit dem ersterwähnten Kodierelement verbunden ist. In einem solchen Fall wird die Länge des Signal-Identifizierungs-Abschnitts entlang der Spur derart bestimmt, daß die Wellentorsion gleichzeitig mit berück sichtigt wird.

Da bei der vorstehend beschriebenen Ausführung der Erfindung der Signal-Identifizierungs-Abschnitt in dem absoluten Zeichen muster auf dem Kodierelement kürzer ist als die kleinste Able seeinheit, kann das Auslesen in einem geringeren Ausmaß von den benachbarten Ablese-Einheiten bewirkt werden, so daß die Ausle segenauigkeit verbessert wird. Andererseits werden die Bildung des absoluten Zeichenmusters auf dem Kodierelement sowie der Zusammenbau und das Einstellen desselben erleichtert. Insbeson dere können das hohe oder das niedrige Niveau der Impulse der Erfassungssignale von den getrennten Detektoren gleichzeitig mit konstanten Zeitverknüpfungen erfaßt werden, da die rechteckigen Signale, die die Ausleseresultate darstellen, in nerhalb der Impulsbreite gelesen werden, die kürzer ist als die kleinste Ableseeinheit auf der Basis separater Taktsignale. Mithin kann ein Absolutkodierer mit größerem Auflösungsvermögen verfügbar gemacht werden, der frei ist von dem Risiko der Feh lerbildung in den Ausgangssignalen.

Die vorstehend beschriebenen und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht, noch klarer hervor. Es zeigt

Fig. 1 im Schema den Aufbau eines optischen Absolutkodierers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Beispiel eines signalverarbeitenden Schaltkreises zur Verarbeitung des Erfassungs-Ausgangssignals eines Detektors,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm der Wellenform in verschiedenen Ab schnitten zur Darstellung der Wirkungsweise,

Fig. 4 mehrere Beispiele der absoluten Kodierung, um absolute Signale mit unterschiedlichen Bits zu erhalten,

Fig. 5 die absolute Kodierung zum Lesen mit einem Intervall vorgegebener Länge,

Fig. 6 eine absolute Kodierung mit der Stufenzahl gleich 360,

Fig. 7 eine absolute Kodierung mit der Stufenzahl gleich 1000,

Fig. 8 eine absolute Kodierung mit der Stufenzahl gleich 2000,

Fig. 9 eine absolute Kodierung mit der Stufenzahl gleich 5000,

Fig. 10 eine Verknüpfungsordnung der Fig. 10A-10C,

Fig. 10A-10C eine absolute Kodierung mit der Stufenzahl gleich 10 000,

Fig. 11 eine Verknüpfungsordnung der Fig. 11A-11F,

Fig. 11A-11F eine absolute Kodierung mit der Stufenzahl gleich 21 600,

Fig. 12A im Schema ein scheibenförmiges Kodierelement eines optischen Absolutkodierers gemäß einer zweiten Aus führungsform der Erfindung,

Fig. 12B ein Beispiel eines signalverarbeitenden Schaltkreises zur Verarbeitung des Erfassungs-Ausgangssignals des Detektors, der dem Kodierelement der Fig. 12A zuge ordnet ist,

Fig. 13 die Halteoperation einer Wechsel-Halteschaltung der Fig. 12B während der Richtungsumkehrung und dem Zu stand des Signals der Nebenskalisierung,

Fig. 14 den Zustand der Kodierungsumwandlung der Ablesedaten eines Absolutkodierers gemäß der zweiten Ausführungs form,

Fig. 15 im Schema einen Abschnitt des Kodierelementes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 16 im Schema einen Abschnitt eines konventionellen Kodie relementes zum Vergleich mit dem der Fig. 15,

Fig. 17A im Schema ein Kodierelement gemäß der dritten Ausfüh rungsform für einen magnetischen Absolutkodierer,

Fig. 17B im Schema einen Detektor aus MR-Elementen zum Ablesen des Zeichenmusters bei magnetisierten Abschnitten des Kodierelements der Fig. 17A,

Fig. 17C im Schema den Aufbau des magnetisierten Abschnitts 11 der Fig. 17A,

Fig. 18 im Schema den Aufbau eines individuellen MR-Sensors,

Fig. 19 ein Beispiel eines signalverarbeitenden Schaltkreises zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Detektors,

Fig. 20 die Wellenformen an verschiedenen Abschnitten des signalverarbeitenden Schaltkreises und das horizon tale Magnetfeldmuster bei magnetisierten Abstufungen des inkrementalen Zeichenmusters und das absolute Zeichenmuster auf der Spur des Kodierelementes,

Fig. 21 die Wellenform des End-Ausgangssignals des Absolutko dierers gemäß der dritten Ausführungsform,

Fig. 22A im Schema das Kodierelement für einen optischen Abso lutkodierer gemäß einer Modifizierung der dritten Ausführungsform,

Fig. 22B im Schema die Kombination des Kodierelementes mit je dem Sensor gemäß Ansicht A der Fig. 22A,

Fig. 23 ein Beispiel eines signalverarbeitenden Schaltkreises zur Verarbeitung eines Ausgangssignals eines photo elektrischen Sensors der Fig. 22B.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung für einen optischen 4-Bit-Absolutkodierer, der zur Erfassung ein photo elektrisches Umwandlungselement aufweist. Der Absolutkodierer in Fig. 1 weist ein Kodierelement (eine Skala) 11, einen Detek tor 20 zum Lesen des inkrementalen Signals und des absoluten Signals, die auf dem Kodierelement aufgezeichnet sind, und einen signalverarbeitenden Schaltkreis 30 auf, der die Signale von dem Detektor verarbeitet und in parallele 4-Bit-Daten um wandelt, die die absolute Position angeben.

Das Kodierelement (die Skala) 11 besteht aus einer transparen ten Grundplatte, deren Oberfläche mit zwei parallelen Spuren versehen ist. Die erste Spur 13 weist ein absolutes Muster von "0"- und "1"-Bits auf, das durch undurchsichtige Teilabschnitte mittels aufgebrachtem Metall (schraffierte Bereiche) und trans parente Teilabschnitte (freie Bereiche) gebildet wird. Die zweite Spur 15 weist regelmäßig abwechselnde Wiederholungen von 32 gleichlangen Abschnitten mit undurchsichtigen und transpa renten Teilabschnitten auf, um ein inkrementales Muster zu bil den.

Das absolute Zeichenmuster auf der ersten Spur 13 ist eine ab solute 4-Bit-Kodierung (N = 4), die durch Teilung der Gesamtskala in 16 minimale Unter-Leseeinheiten gebildet wird, um eine Stu feneinteilung von 16 zu erhalten. Das absolute Zeichenmuster weist das Muster
(0000101100111101)
auf.

Dieses absolute Muster ist auf der ersten Spur 13 der Fig. 1 gezeigt, welche Spur 13 von links nach rechts gelesen, vier aufeinanderfolgende, durch transparente Teilabschnitte gebil dete "0"-Stufenteile, ein durch einen undurchsichtigen Teilab schnitt gebildetes "1"-Stufenteil, ein durch einen transparen ten Teilabschnitt gebildetes "0"-Stufenteil, zwei aufeinander folgende, durch undurchsichtige Teilabschnitte gebildete "1"- Stufenteile, zwei aufeinanderfolgende, durch transparente Teil abschnitte gebildete "0"-Stufenteile, vier aufeinanderfolgende, durch transparente Teilabschnitte gebildete "1"-Stufenteile und ein durch einen undurchsichtigen Teilabschnitt gebildetes "0"- Stufenteil aufweist.

Die zweite Spur 15 weist ein inkrementales Muster auf, um das binäre Signal zur Signalauswahl zu bilden. Auf dieser Spur 15 sind, regelmäßig zwischen undurchsichtig und transparent wech selnd, 32 Teilabschnitte angeordnet, die alle eine Länge auf weisen, die der Hälfte der feinsten Ableseeinheit der Stufen einteilung des absoluten Zeichenmusters entspricht. Dieses in krementale Muster ist mit einer Phasendifferenz zum absoluten Muster angeordnet, welche einem Viertel der Länge der Stufen einteilungs-Einheit entspricht.

Der Detektor 20 ist mit 8 Photodioden 21 a, 21 b-24 a, 24 b, die ein Photodiodenfeld bilden, um die absoluten Signale zu erfas sen, und einer einzelnen Photodiode 25 versehen, die die inkre mentalen Signale erfaßt.

Das Kodierelement 11 wird von oben mit Licht bestrahlt, um das absolute Zeichenmuster auf der Spur 13 mit den Photodioden 21 a, 21 b-24 a, 24 b auf der Unterseite des Kodierelements zu erfas sen. Das inkrementale Muster auf der Spur 15 wird mit der Pho todiode 25 erfaßt. Das durchgelassene Licht entspricht einer "0", das unterbrochene Licht einer "1".

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Schaltkreises eines signalver arbeitenden Abschnitts 30 zur Verarbeitung der Erfassungsaus gangssignale der Photodioden 21 a-24 b und 25. Somit werden die Erfassungsausgangssignale der Photodioden 21 a, 21 b-24 a, 24 b, die als Absolutsignaldetektoren wirken, mit Verstärkern 31 a, 31 b-34 a, 34 b verstärkt und durch Vergleicher 41 a, 41 b-44 a, 44 b geformt, so daß sie in Form von Impulsfolgen 71 a, 71 b- 74 a, 74 b, die alle als Rechteckwellensignale ausgebildet sind, Eingangssignale von Dreistufen-Pufferschaltungen 51 a, 51 b-54 a, 54 b sind, die als Signalauswahl-Schaltkreis 50 wirken.

Das Erfassungsausgangssignal der Photodiode 25, die als Inkre mentdetektor wirkt, wird ebenfalls in ähnlicher Weise durch einen Verstärker 35 und einen Vergleicher 45 geformt, bevor es als binäres Signal 75 Eingangssignal für die Kontrolleingangs anschlüsse des Dreistufen-Pufferschaltkreises 51 a, 51 b-54 a, 54 b des Signalauswahl-Schaltkreises 50 ist.

Auf diese Weise werden, wenn das binäre Signal 75 vom Ver gleicher 45 auf niedrigem Niveau ist, von den Dreistufen-Puf ferschaltkreisen 51 a, 52 a, 53 a, 54 a Impulsfolgen an die Aus gangsanschlüsse 61, 62, 63, 64 abgegeben, die aus den Erfas sungssignalen der Photodioden 21 a, 22 a, 23 a, 24 a hervorgehen. Andererseits werden, wenn das binäre Signal 75 vom Vergleicher 45 auf hohem Niveau ist, von den Dreistufen-Pufferschaltkreisen 51 b, 52 b, 53 b, 54 b Impulsfolgen an die Ausgangsanschlüsse 61, 62, 63, 64 abgegeben, die aus den Erfassungssignalen der Photo dioden 21 b, 22 b, 23 b, 24 b hervorgehen.

In Fig. 3 ist die Wellenform dargestellt, um die Beziehung zwischen der Wellenform des Ausgangssignals von jedem Ver gleicher und dem endgültigen Ausgangssignal zu verdeutlichen. In dieser Figur bedeuten die Sensorenauswahlsignale a, b, daß, wenn das binäre Signal 75 auf niedrigem Niveau ist, die Im pulsfolgen 71 a, 72 a, 73 a, 74 a, die aus den Erfassungsausgangs signalen der Photodioden 21 a, 22 a, 23 a, 24 a hervorgehen und von den Vergleichern 41 a, 42 a, 43 a, 44 a abgegeben werden, als end gültige Ausgangssignale ausgewählt werden, wogegen, wenn das binäre Signal 75 auf hohem Niveau ist, die Pulsfolgen 71 b, 72 b, 73 b, 74 b, die aus den Erfassungsausgangssignalen der Pho todioden 21 b, 22 b, 23 b, 24 b hervorgehen und von den Ver gleichern 41 b, 42 b, 43 b, 44 b abgegeben werden, als endgültige Signale ausgewählt werden. Die parallele Signalkodierung der ausgewählten Impulsfolge wird im endgültigen Ausgangssignal als Hexadezimalzahl dargestellt.

Die Phasenbeziehung zwischen dem absoluten Signal und dem in krementalen Signal ist so gewählt, daß die Anstiegs- und Ab fallzeitpunkte der Impulsfolgen 71 a, 72 a, 73 a, 74 a, die aus dem Erfassungsausgangssignal des einen Photodiodensatzes 21 a, 22 a, 23 a, 24 a hervorgehen, näherungsweise in der Mitte der Impuls länge auf dem niedrigen Niveau des binären Signals liegen. Die Anstiegs- und Abfallzeitpunkte der Impulsfolgen 71 b, 72 b, 73 b, 74 b, die aus dem Erfassungsausgangssignal des anderen Pho todiodensatzes 21 b, 122 b, 23 b, 24 b hervorgehen, liegen nähe rungsweise in der Mitte der Impulslänge auf dem hohen Niveau des binären Signals 75. Auf diese Weise ist das ausgewählte Ausgangssignal frei von undefinierten Bereichen in der Nähe der Anstiegs- und Abfallbereiche der Rechteckwelle der absolu ten Signalimpulsfolge, so daß ein Ablesen mit falschem Inhalt verhindert wird. Eine derartige Auswahl der Phasenverschie bungszeitsteuerung kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Kombination der das inkrementale Zeichenmuster aufweisenden Spur 15 mit der für dessen Erfassung zugeordneten Photodiode 25 und die Kombination der das absolute Zeichen muster aufweisenden Spur 13 mit dem für dessen Erfassung zuge ordneten Photodiodenfeld 21 a-24 b zur Erzielung einer ge eigneten Phasenverschiebung angeordnet werden.

Im folgenden wird das absolute Zeichenmuster erläutert. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 mit N = 4 ist die Anzahl der Grada tionen gleich 16 (= 2^N) wie oben beschrieben. Wie aus Fig. 1A zu ersehen, ist das absolute Zeichenmuster auf der Spur 2 so angeordnet, daß immer dann, wenn vier aneinander angrenzende Stufenteile entlang dem Umfang der kodierten Scheibe 1 schritt weise verschoben werden, für die gesamte Rotation der kodierten Scheibe 1 niemals die gleiche 0-1-Kombination für das Kode signal durch diese vier Stufenteile gebildet wird. Auf diese Weise erhält man für das oben beschriebene absolute Zeichen muster:
0000110101111001.

Wenn der Ausgang 20 a der Ziffer 2⁰, der Ausgang 20 der Ziffer 2¹, der Ausgang 20 c der Ziffer 2² und der Ausgang 20 d der Zif fer 2³ zugeordnet werden, wird ein 4-Bit Absolutsignal als parallele Signalangabe erhalten. In Fig. 3 ist ein jedem ab soluten Signal zugeordneter Ausgangswert als Hexadezimalzahl rechts dargestellt.

In dieser Ausführungsform werden die undefinierten Bereiche in der Nähe der Anstiegs- und Abfallflanken der wechselnden Abso lutsignale abwechselnd und komplementär mit dem binären inkre mentalen Signal vor der Ausgabe unterdrückt, um eine stabile Dauerentnahme der Absolutpositionsausgangssignale und eine Er fassung der momentanen Ausgabe beim Einschalten der Energie quelle zu ermöglichen.

Auch wenn die Zahlenzeichen des endgültigen Ausgangssignals in Fig. 3 nicht regelmäßig angeordnet sind, können sie in eine ge wünschte Reihenfolge von Zahlen durch geeignete Umformein heiten, z.B. ROM′s, umgewandelt werden.

Es können auch unterschiedliche Musteranordnungen als die Ein teilung in 16 gleiche Bereiche verwendet werden. Derartige An ordnungen werden in der folgenden Weise bestimmt.

Ein absolutes Zeichenmuster kann wie folgt gefunden werden. Wenn die Anzahl der Bits und der Stufenteile der absoluten Ko dierung hinreichend klein ist, kann das absolute Zeichenmuster durch Trial and Error gefunden werden. Bei einer größeren An zahl kann die Benutzung eines Computers zum Bestimmen des Musters notwendig sein.

Wenn ein 4-Bit-Absolut-Kode-Signal gewünscht wird, kann das Ver fahren zur Anordnung des absoluten Zeichenmusters in der fol genden Weise ausgeführt werden. Es gibt notwendigerweise einen Fall, bei dem alle vier aneinander angrenzenden Bits 0-Werte darstellen. Deshalb erscheint immer die Kombination von vier aneinander angrenzenden 0-Werten. Sollte eine fünfte "0" er scheinen würde die gleiche Kombination kodiert werden. Aus diesem Grunde muß auf die vier aneinander angrenzenden 0-Werte eine "1" folgen. In dieser Weise wird fortlaufend eine "0" oder eine "1" einer jeder einzelnen Gradationsverschiebung folgenden 4-Bit-Kombination hinzugefügt, ohne daß die gleiche Bit-Kombi nation erzeugt wird.

Das Ergebnis der mit einem Computer durchgeführten oben be schriebenen Berechnung ist in den Unterfiguren (a) bis (d) von Fig. 4 dargestellt.

Unterfigur (a) von Fig. 4 zeigt einen Fall, bei dem die binären Gradationen einen 5-Bit-Absolut-Kode mit N =5 zusammensetzen. Unterfigur (b) von Fig. 4 stellt einen 6-Bit-Absolut-Kode dar, der aus binären Gradationen mit N =6 gebildet ist. Unterfigur (c) von Fig. 4 zeigt einen 8-Bit-Absolut-Kode gebildet aus binären Gradationen mit N =8. Unterfigur (d) von Fig. 4 zeigt einen 10-Bit-Absolut-Kode, der aus binären Gradationen mit N =10 hergestellt ist.

Die Unterfiguren (b), (c) und (d) von Fig. 4 zeigen jeweils eine Gradationsanordnung, in welcher die letzte Gradation jeder Zeile ohne Unterbrechung an den ersten Bit der nächsten Zeile anschließt, so daß ein einziger Absolut-Kode gebildet wird.

Wenn jede dieser Gradationsanordnungen in Fig. 4 auf einen ro tierenden Kodierer angewendet wird, schließt sich an die letzte Gradation der letzten Zeile ohne Unterbrechung die erste Grada tion der ersten Zeile an, so daß eine Schleife gebildet wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 stellt eine Feldkodierung dar, wenn jeder Photodiodensatz des Absolutsignaldetektors fort laufend mit einem Abstand angeordnet ist, der der Hälfte der kleinsten Ableseeinheit des absoluten Zeichenmusters ent spricht. Wenn das Zeichenmuster so eng wird, daß der Anord nungszwischenraum des Photodiodenfeldes aufgrund der Dimen sionsgrenzen nicht mehr enger gewählt werden kann, ist es mög lich, die Photodioden durch eine erfinderisch ausgebildete Ko dierungsanordnung des absoluten Zeichenmusters mit einem Ab stand von einem Stufenteil der Kodierungsanordnung anzuordnen. Fig. 5 stellt z. B. eine Anordnung von binären Stufenteilen dar, die für eine Absolutkodierung mit N =10 erforderlich ist. Da N =10 ist, können 10 Sätze, bestehend aus jeweils zwei Pho todioden, mit einem Abstand von einem Stufenteil für jeden Satz angeordnet werden.

Die absolute Kodierung kann auch für andere Abstände geeignet festgesetzt werden. Im allgemeinen kann die absolute Kodierung mit einem ganzzahligen Vielfachen des Anordnungsabstandes zwi schen den Photodiodensätzen des Absolutkodedetektors erzeugt werden. Die Anzahl der Stufenteile für jede Absolutkodierung in Fig. 4 ist 32 für (a) mit N =5, 64 für (b) mit N = 6, 256 für (c) mit N =8 und 1024 für (d) mit N =10. Für gegenwärtige An wendung ist eine angenehmere Anzahl von Stufenteilen häufig er wünscht.

In den Fig. 6-11 sind Beispiele für Absolutkodierungen ge zeigt, die jeweils diese praktische und gewünschte Anzahl von Stufenteilen aufweisen. Fig. 6 zeigt ein Beispiel mit 360 Stufenteilen, das zum Ablesen des Winkels in Graden mit einem rotierenden Kodierer geeignet ist. Fig. 7 zeigt ein Beispiel mit 1000 Stufenteilen, Fig. 8 ein Beispiel mit 2000 Stufenteilen und Fig. 9 ein Beispiel mit 5000 Stufenteilen.

Die Fig. 10a-10c zeigen ein Beispiel mit 10 000 Stufenteilen und die Fig. 11A-11F ein Beispiel mit 216 000 Stufenteilen, das zum Ablesen des Winkels in Minuten geeignet ist.

Bei jeder der oben beschriebenen Stufenteile-Anordnungen ist es möglich, das absolute Zeichenmuster auf einer einzelnen Spur anzuordnen. Dies bedeutet, daß ein Absolutkodierer gemäß der Erfindung die gleiche Größe aufweist wie ein vergleichbarer Inkrementkodierer.

Zusätzlich zu dem rotierenden Kodierer, dessen bevorzugte Aus führungsform oben beschrieben ist, kann die vorliegende Erfin dung auch bei linearen Kodierern angewendet werden, um Posi tionen entlang einer gradlinigen Anordnung abzulesen. In diesem Fall weist ein Kodierelement, das sich relativ zu den Detekto ren bewegt, ein absolutes Zeichenmuster auf, das linear zu der relativen Bewegungsrichtung ausgebildet ist. Weiterhin kann die Erfindung nicht nur, wie oben beschrieben, bei optischen Kodierern, sondern auch bei magnetischen Absolutkodierern sowie anderen Kodierern, die nach unterschiedlichen Detektionsmetho den arbeiten, angewendet werden.

In den Fig. 12A und 12B ist eine zweite Ausführungsform der Er findung dargestellt, bei welcher ein optischer Absolutkodierer unter Verwendung von photoelektrischen Umwandlungselementen als Detektoren arbeitet. Eine kodierte Scheibe 101 gemäß Fig. 12A weist eine erste kreisförmige Spur 102 und eine konzentrisch angeordnete Spur 103 auf. Die erste kreisförmige Spur hat ein absolutes Zeichenmuster, das Stufenteile mit "0"-Werten und "1"-Werten aufweist, die aus transparenten bzw. opaken Teilab schnitten gebildet werden. Die zweite kreisförmige Spur 103 hat ein inkrementales Zeichenmuster, das gleichmäßig unterteilt aus 16 Abschnitten gebildet wird, wobei opake und transparente Ab schnitte abwechselnd angeordnet sind.

Das absolute Zeichenmuster auf der ersten Spur 102 weist ein absolutes 4-Bit-Kode-Signal in einer vollen periodischen Anord nung auf.

Das Kodesignal setzt sich aus 16 Abschnitten zusammen, die den Umfang der Spur gleichmäßig unterteilen (1 Teilung entspricht π/8 rad.). Die erste kreisförmige Spur 102 in Fig. 1a hat, im Uhrzeigersinn von der 12-Uhr-Position gelesen, vier benachbarte "0"- bzw. transparente Stufenteile, zwei benachbarte "1"- bzw. opake Stufenteile, ein "0"- bzw. transparentes Stufenteil, ein "1"- bzw. opakes Skalenteil, ein "0"- bzw. transparentes Stuf enteil, vier benachbarte "1"- bzw. opake Stufenteile, zwei be nachbarte "0"- bzw. transparente Stufenteile und ein "1"- bzw. opakes Stufenteil. Demnach lautet die Skalierung dieses Musters:
0000110101111001.

In Fig. 12A bezeichnet λ die Länge eines einzelnen Stufenteils in der Skalierung der Spur 102. Da die Anzahl der Stufenteile in der Ausführungsform gemäß Fig. 12A gleich 16 ist, entspricht ein Stufenteil 22,5° (= 360/16 od. π/8 rad.).

Die zweite, innen liegende Spur 103 weist ein inkrementales Zeichenmuster auf, um ein Taktsignal für die Synchronisation zwischen dem Auswertesignal und dem oben beschriebenen Seriell- Parallel-Datenumwandlungsprozeß zu erhalten. Die Spur 103 ist in 16 Abschnitte gleichmäßig unterteilt, wobei opake und trans parente Abschnitte abwechselnd angeordnet sind. Jeder Abschnitt weist die Länge eines einzelnen Stufenteils λ (Winkelbereich) auf. Somit bilden die 16 Skalenteile das inkrementale Zeichen muster.

Die kodierte Scheibe 101 weist optische Sensoren 141, 142, 143, 144, 145, 105 A, 105 B auf, die jeweils eine Lichtquelle und ein photoelektrisches Umwandlungselement aufweisen, die auf einan der entgegengesetzten Seiten der Scheibe angeordnet sind. Die kodierte Scheibe 101 und die Detektoren können relativ zueinan der um die Drehachse 106 rotieren. Die Detektoren bestehen aus fünf Photosensoren 141, 142, 143, 144, 145, die zum Ablesen des absoluten Zeichenmusters entlang der ersten Spur 102 mit einem Abstand von λ angeordnet sind, und aus einem Paar Pho tosensoren 105 A, 105 B, die zum Ablesen des inkrementalen Zeichenmusters entlang der zweiten Spur 103 mit einem Abstand von λ/2 angeordnet sind. Die Ablesesensoren für das absolute Zeichenmuster können auch mit einem Abstand angeordnet werden, der das C-fache der Dimensionseinheit λ ent spricht, wobei C eine ganze Zahl ist. In gleicher Weise können die Ablesesensoren für das inkrementale Zeichenmuster mit einem Abstand entsprechend (C · λ : λ/2) angeordnet werden.

Fig. 12B zeigt ein Beispiel eines signalverarbeitenden Schalt kreises zur Verarbeitung der Erfassungsausgangssignale der Pho tosensoren 141-145 und 105 A, 105 B. Die Erfassungsausgangs signale der Photosensoren 141-145 werden mittels Impulsformer stufen 111-115 in wellenförmige Impulsfolgen, die als Rechteck wellensignale ausgebildet sind, gebracht, bevor sie in die je weiligen Eingänge 121-125 eines Wechselhalteschaltkreises ge leitet werden.

Zwischenzeitlich werden ein Signal mit der Phase A, das Aus gangssignal des optischen Sensors 105 A, und ein Signal mit der Phase B, das Ausgangssignal des optische Sensors 105 B, in glei cher Weise mittels einer Impulsformerstufe 110 A bzw. einer Im pulsformerstufe 110 B geformt. Das Signal gelangt in einen Rich tungsauswerte-Schaltkreis 180. Dieser Auswerteschaltkreis lie fert eine "1" an dem Wechselhalteschaltkreis 120, wenn das Signal mit der Phase A dem Signal mit der Phase B voreilt. Der Schaltkreis 180 liefert eine "0" an dem Schaltkreis 120, wenn das Signal mit der Phase B dem Signal mit der Phase A voreilt.

Der Positionsunterscheidungsschaltkreis 130 weist Mittel zum Erzeugen von Untereinteilungen auf, um die oben erwähnten Un tereinteilungen des Signals mit der Phase A und des Signals mit der Phase B zu erzeugen. Somit liefert dieser Schaltkreis eine "0", falls der logische Zustand des Signals mit der Phase A dem des Signals mit der Phase B entspricht und eine "1" im anderen Fall. Dieses Ausgangssignal wird als Untereinteilungs signal dem Ausgang 160 entnommen. Derartige Schaltkreisfunk tionen können z.B. durch einen Exclusiv-ODER-Schaltkreis erhal ten werden.

Weiterhin ist eine monostabile Kippstufe 150 vorgesehen, um Taktsignale aus den inkrementalen Signalen mit der Phase A oder B zu erzeugen. Wenn die monostabile Kippstufe sowohl durch die Anstiegsflanke als auch durch die Abfallflanke des Signals mit der Phase A getriggert wird, erzeugt sie Impulse mit einer engen Impulsbreite zur zugeordneten Triggerzeiteinstellung. Diese Impulse werden als Taktimpulse, die der jeweiligen Able seeinheit entsprechen, welche durch Aufteilung des Umfanges des Kodierelements in 16 gleiche Abschnitte erhalten werden, dem Wechselhalteschaltkreis 120 eingegeben. In diesem Fall wird die Zeiteinstellung für das Triggersignal der Kippstufe (Signal mit der Phase A) zum Anstieg und Abfall vorzugsweise in etwa syn chronisiert mit der Mitte einer Impulsbreite einer Impulsein heit, die der kleinsten Ableseeinheit der Impulsfolge ent spricht, die das Eingangssignal für jeden Eingang des Hal teschaltkreises 120 ist. Auf diese Weise wird die Ablese zeiteinstellung des hohen oder niedrigen Niveaus der Eingabeim pulsfolge des Wechselhalteschaltkreises 120 so festgelegt, daß bei einer stabilen Verknüpfungszeit der Mittelpunkt der Impuls breite mit einem Abstand zum Anstieg oder Abfall der Rechteck welle der Impulsfolge angeordnet ist, um Ablesefehler zu ver hindern. Die geignete Zeiteinstellung kann in einfacher Weise durch angepaßte Bestimmung der Phasendifferenz der Anordnung zwischen zwei Spur-Detektor-Kombinationen erhalten werden. Die eine Kombination weist die Spur 102 mit dem absoluten Zeichen muster und die Detektoren 141-145 auf, die andere die Spur 103 mit dem inkrementalen Zeichenmuster und den Detektoren 105 A und 105 B.

Immer wenn der oben beschriebene Taktimpuls am Wechselhal teschaltkreis ankommt, hält und gibt letzterer die hohen und niedrigen Niveaus des Rechteckwellensignals an die Eingänge 121-125 ab. Zu dieser Zeit werden in Abhängigkeit vom Signal des Richtungsauswerteschaltkreises 180 vier der fünf Eingänge se lektiv entsprechend den durchgezogenen und den unterbrochenen Linien in Fig. 12B geschaltet und so mit den Ausgängen verbun den. Somit sind, wenn das Richtungsauswertesignal "1" ist, die Eingänge 121, 122, 123, 124, 125 mit den Ausgängen 161, 162, 163, 164 verbunden, um die Impulsfolgen der Sensoren 141, 142, 143, 144 mit der Taktzeit zu halten und abzugeben. Wenn die Bewegungsrichtung umgekehrt ist und demnach das Richtungsauswer tesignal "0" ist, werden die Impulsfolgen 142-145 nach dem Hal ten mit der Taktzeit abgegeben. An den Ausgängen 161, 162, 163, 164 wird ein 4-Bit-Parallelausgangssignal mit der Taktimpuls zeiteinstellung des oben beschriebenen absoluten Signals erhal ten. Am Ausgang 160, der einen niedrigeren Bit als dem letzten, durch den Ausgang 161 wiedergegeben, signifikanten Bit ent spricht, wird das Untereinteilungssignal des Positionsunter scheidungs-Schaltkreises 130 erhalten. Auf diese Weise wird ein binäres 5-Bit-Kodesignal an den fünf Ausgängen 160-164 erhal ten, das unterschiedliche "0"-"1"-Kombinationen bei jeder Drehung um π/16 rad. des Kodierelementes aufweist.

Fig. 13 zeigt den Zustand der Wechselhalteoperation des Wech selhalteschaltkreises 120 und die ausgegebenen Pulsfolgen der Sensoren zum Zeitpunkt der Richtungsumkehr. Wenn die Spur 102 des Kodierelementes 101 sich in der Zeichnung bezüglich des stationären Sensors (Fig. 12A) nach links bewegt, entspricht eine Drehung des Kodierelementes entgegen dem Uhrzeigersinn der positiven (+)-Richtung, die entgegengesetzte Drehung der nega tiven (-)-Richtung.

Es wird angenommen, daß in Fig. 13A, B, C-I auf der absolu ten Spur 102 die "0"- und "1"-Werte der letzten Ableseeinheit des absoluten Zeichenmusters wiedergeben. Wie auf der unteren Seite der absoluten Spur 102 dargestellt, kommen während einer Bewegung des Kodierelementes in positiver Richtung die Taktim pulse der monostabilen Kippstufe 150, wie gezeigt, als a, b, c -f zu einem solchen Zeitpunkt an, daß deren Anstieg der Mittenposition der kleinsten Ableseeinheit des absoluten Zei chenmusters entspricht. Während einer Bewegung des Kodierele mentes in die entgegengesetzte Richtung kommen die Taktpulse, wie gezeigt, als f′, e′, d′- a′ an.

Während der Bewegung des Kodierelementes in positiver Richtung hält der Wechselhalteschaltkreis 120 die Impulsfolgen der Sen soren 141-144 durch die Taktpulse a, b, c-f, bevor die gehaltenen Impulsfolgen ausgegeben werden. Während der Bewegung des Kodierelementes in die entgegengesetzte Richtung werden die Impulsfolgen der Sensoren 142-1435, jede von einem Sensor ab geleitet, von den Taktpulsen f′, e′, d′-a′ gehalten, be vor sie an die Ausgänge 161-164 abgegeben werden. Zwischen zeitlich gibt der Positionsunterscheidungsschaltkreis 130 ab wechselnd, in Zeitrelation zu den Taktimpulsen, Exclusiv-ODER- Ausgangssignale "1" und "0" der Signale mit den Phasen A und B ab, um die Pulsbreiteneinheit, die an dem Ausgang 161 er scheint, in zwei Bereiche zu teilen. Dieser Zustand ist eben falls in Fig. 13 gezeigt.

Es wird angenommen daß die Spur 102 in der Fig. 13 bezüglich des Sensors sich nach links bewegt. Wenn der Sensor 145 die Po sition A auf der Spur 102 erreicht, werden die erfaßten Werte B, C, D und E der Sensoren 144, 143, 142, 141, die mit dem Takt a durch den Wechselhalteschaltkreis gehalten werden, an die Ausgänge 164, 163, 162, 161 ausgegeben, während das Unter einteilungssignal "1" von dem Positionsunterscheidungsschalt kreis 130 an den Ausgang 160 abgeben wird. Dies ist in (1) der Fig. 13 gezeigt. In (1a) der Fig. 13 ist der Inhalt der Aus gänge gezeigt, wenn das Untereinteilungssignal des Ausgangs 160 gleich "0", durch die Bewegung der Spur 102, ausgehend von diesem Zustand, in positiver Richtung, wird. Der Inhalt der Ausgänge bei dem Haltevorgang im nächsten Takt b, durch die Be wegung der Spur 102 in positiver Richtung ist in (2) der Fig. 13 gezeigt. Der Adressierungskode, der der Sensorposition zu dieser Zeit entspricht, ist "CDEF1".

Der Endsensor 145 erfaßt B auf der Spur 102 entsprechend den Daten, die Sensor 144 weitergeleitet hat, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist und gibt die Daten B aus. Wenn der Kodierer in diesem Zustand, der bei (2) gezeigt ist, umgekehrt wird und in der umgekehrten (negativen) Richtung bewegt wird, wird der Wechsel-Halteschaltkreis 120 in den Verbindungszustand ge schaltet, der durch die gestrichelte Linie in Fig. 12B dar gestellt ist. Dies geschieht durch ein Auswertesignal von dem Richtungs-Auswerte-Schaltkreis 180. Die Werte B, C, D, und E der Impulse von den Sensoren 142-145 werden durch Takt-Im pulse b′, die direkt nach der Richtungsumkehr eintreffen, ge halten. Die Ausgabe des Schaltkreises 130 wird von "1" zu "0" geändert. Die jeweiligen Ausgänge nehmen den Zustand "BCDE0", der bei (3) gezeigt ist, an. Wenn das Untereinteilungs-Signal vom Schaltkreis 130 "1" wird mit der Bewegung in der negativen Richtung, werden die Ausgänge "BCDE1", wie dies bei (3a) in Fig. 13 gezeigt ist. Dann wird mit dem Takt "a" "ABCD0" sequen ziell ausgegeben, wie dies bei (4) dargestellt ist. Auf diese Weise können korrekte Kodierer-Ausgaben fortlaufend an den Aus gängen 160-164 erzeugt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12A ist das absolute Zeichenmuster auf der ersten Kreisspur 102 des Kodierelementes 101 für N =4, so daß der absolute Kode eine 2^N=16-Unter teilung ist. Wie in Fig. 12A dargestellt, ist die Anordnung des absoluten Zeichenmusters (absoluter Kode) auf der Spur 102 so, daß, wenn die vier benachbarten Stufen in Umfangsrichtung des Kodierelementes 101 jeweils um eine Stufe verschoben werden, die Kodesignale derselben "0,1"-Kombination nicht in den be nachbarten Stufen während einer Umdrehung des Kodierelementes erzeugt werden, so daß der absolute Kode ausgelegt werden kann als
0000110101111001,
wie dies vorstehend erwähnt ist.

Somit werden, wenn die Ausgänge 161, 162, 163, 164 jeweils 2¹, 2², 2³ und 2⁴ zugeordnet sind, absolute Signale erhalten, die durch 4-Bit-Binär-Zahlen dargestellt sind, die unteschiedliche Inhalte pro π/8 rad. des Winkels der relativen Rotation auf weisen. In Fig. 14 werden hexadezimale Zahlen, die den jewei ligen absoluten Zahlen entsprechen, als Ausgabewerte auf der rechten Seite angehängt. Es ist erkennbar, daß, wenn die 4-Bit- Binärkode-Signale für die benachbarten vier Stufen der Fig. 14 direkt als Ziffern ausgedrückt werden, sie 16 hexadezimale Zah len sind, für die die Auflösung 360/16° beträgt. Wenn die Signale "0", "1" vom Schaltkreis 130 an der Seite der niedrige ren Stelle der vier benachbarten Bits des absoluten Signals hinzugefügt werden, werden an den fünf Ausgängen 160-164 ab solute Signale erzeugt, die durch die fünf-Bit-Binär-Zahlen ausgedrückt werden, welche unterschiedliche Inhalte pro π/16 rad. des Winkels der relativen Rotation aufweisen. Die Gesamt anzahl der möglichen Werte der Ausgangssignale wird verdoppelt, so daß 32 hexadezimale Zahlen erzeugt werden mit dem Ergebnis einer Verdoppelung der Auflösung auf 360/32°. Dieselbe Anzahl wird nicht erreicht bei irgendeiner Position, wenn das Kodier element 101 eine komplette Umdrehung ausführt, so daß sich die Bildung eines Absolutkodierers ergibt.

Wenngleich die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform im wesentlichen auf einen Rotations-Kodierer zum Ablesen der Drehposition gerichtet ist, kann die Erfindung auch auf lineare Kodierer angewandt werden, um die lineare Position zu lesen, in welchem Fall das absolute Zeichenmuster linear entlang der Richtung der relativen Bewegung ausgebildet bzw. angeordnet ist. Die Erfindung kann nicht nur auf das optische System, das im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben ist, son dern auch bei magnetischen Absolutkodierern angewendet werden. Das Verfahren zum Erfassen des absoluten Signals kann auch durch ein Seriell/Parallel-Wandlersystem neben dem Haltesystem durchgeführt werden.

Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform erläutert, in der ein magnetoresistentes Element, das als MR-Element bezeichnet wird, als der Detektor benutzt wird, der dem Kodierelement zu geordnet ist. Der Signal-Identifizierungs-Abschnitt jeder binären Leseeinheit, der das absolute Zeichenmuster auf dem Ko dierelement bildet, ist der Bereich zur Feststellung, welches der "0"- und "1"-Signale von der Leseeinheit angenommen wird. In dem magnetischen Kodierer ist ein magnetisierter Bereich M vorgesehen, der schraffiert dargestellt ist und ein Signal "1" anzeigt, wohingegen die andere Leseeinheit R₀ einen solchen magnetisierten Bereich nicht aufweist. Diese Einheiten R₀ und R₁ sind in einer konstanten Teilung auf der Spur 202 angeord net, wie dies in Fig. 15 dargestellt ist. Dieser teilweise magnetisierte Bereich M in einer der Einheiten ist der Signal- Identifizierungs-Abschnitt, der die Einheit als das "1"-Signal identifiziert. Bei einem - in Fig. 16 dargestellten - üblichen Kodierelement ist der gesamte Bereich der Einheit R₁, der das "1"-Signal anzeigt, durch den magnetisierten Bereich M gesetzt, so daß die Einheit in ihrer Gesamtheit den Signal-Identifizie rungs-Abschnitt darstellt.

Die Fig. 17A, 17B zeigen die dritte Ausführungsform der Er findung für den magnetischen Absolutkodierer, der das MR-Ele ment verwendet. Fig. 17A ist eine schematische Draufsicht des scheibenförmigen Kodierelementes. Fig. 17B ist eine schemati sche Draufsicht, die den MR-Element-Sensor zum Auslesen des ab soluten Zeichenmusters, das auf dem Kodierelement magnetisiert ist, zeigt.

Fig. 17A läßt erkennen, daß drei kreisförmige Spuren 202 a, 202 b, 202 c konzentrisch auf einem Kodierelement 201 angeordnet sind, wobei die Rotationsachse 203 sich in der Mitte befindet. Jede der Spuren 202 a, 202 b ist eine Spur mit einem absoluten Zeichenmuster. In der vorliegenden Ausführungsform ist das S/N- Verhältnis bezüglich des Detektorlesens durch Verwendung einer zusätzlichen Doppelspur verbessert. Jedoch kann auch eine ein zelne Spur für ein absolutes Zeichenmuster verwendet werden.

Auf der ersten kreisförmigen Spur 202 a ist ein in 16 Felder un terteiltes absolutes Zeichenmuster (N = 4 Bits) vorhanden, wel ches durch Teilen des Umfangs in 16 gleiche Abschnitte entstan den ist, wobei jeder Teilungsabschnitt von π/8 rad. durch magnetisierte Abschnitte 206 a-206 d gebildet wird, die aus Teilungseinheiten (kleinste Ableseeinheiten) bestehen, die magnetisierte Abschnitte (Signal-Identifizierungs-Abschnitte) M aufweisen, wobei die Richtung der Magnetisierung durch die Pfeile angedeutet ist, und nicht-magnetisierte Abschnitte 207 a-207 b, die von Abschnittseinheiten ohne die magnetisierten Be reiche M gebildet sind. Fig. 17C zeigt den konkreten Zustand des magnetisierten Abschnittes 106 a des magnetisierten Be reiches M.

Auf der ersten kreisförmigen Spur 202 a, die in Fig. 17A darge stellt ist, sind die Abschnitte so angeordnet, daß bei Betrach tung im Uhrzeigersinn aus der 12-Uhr-Position der unmagneti sierte Bereich 207 a durch vier aufeinanderfolgende "0"-Ab schnitte ausgedrückt wird, der magnetisierte Bereich 206 a durch zwei aufeinanderfolgende "1"-Abschnitte, der unmagnetisierte Bereich 207 durch einen einzelnen "0"-Abschnitt, der magneti sierte Bereich 206 b durch einen einzigen "1"-Abschnitt, der un magnetisierte Bereich 207 c durch einen einzigen "0"-Abschnitt, der magnetisierte Bereich 206 c durch vier aufeinanderfolgende "1"-Abschnitte, der unmagnetisierte Bereich 297 d durch zwei aufeinanderfolgende "0"-Abschnitte und der magnetisierte Be reich 206 d durch einen einzigen "0"-Abschnitt ausgedrückt. So mit ist der absolute Kode des Zeichenmusters
0000110101111001.

Auf der zweiten kreisförmigen Spur 202 b ist ein absolutes Zei chenmuster von 16 Abschnitten (N = 4 Bits) vorhanden, das durch Teilung des Umfanges in 16 gleiche Abschnitte entstanden ist, so daß eine Abschnittseinheit π/8 rad. ausmacht. Dieses abso lute Zeichenmuster wird durch magnetisierte Bereiche 206 e- 206 h und unmagnetisierte Bereiche 207 e-207 h gebildet. Dieses absolute Zeichenmuster ist das Gegenstück zu dem absoluten Zei chenmuster der ersten Spur, so daß der absolute Kode dieses Zeichenmusters
1111001010000110
ist.

Jede der Abschnittseinheiten, die die vorerwähnten magnetisier ten Abschnitte bilden, hat eine Länge oder einen Winkel λ für jeden Abschnitt und hat einen zentralen magnetisierten Bereich N mit einer Länge α < λ in Längsrichtung der Spur.

Wobei λ die Länge jeder Abschnittseinheit ist und die Tei lungsanordnung der Abschnittseinheiten bedeutet und N=4 in Fig. 17A ist, so daß λ das Äquivalent von 360/16 = 22.5° oder π/8 rad. des Winkelumfanges auf der kreisförmigen Spur des Kodierelementes 201 ist.

Der magnetisierte Bereich M ist der Signal-Identifizierungs-Ab schnitt. Er hat die Länge α in Längsrichtung der Spur. Dies ist weniger als die Länge λ für eine Abschnittseinheit. Wie später noch zu beschreiben ist, wird die Länge α so gewählt, daß sie den relativen Fehler mit dem Taktsignal überdeckt, so daß das Taktsignal als Synchronisations-Signal immer innerhalb der Ein heits-Pulsbreite des Absolutsignals entsprechend der Länge α des magnetisierten Bereiches M vorhanden ist.

Die innerste dritte Spur 202 c trägt das inkrementale Zeichen muster zum Erzeugen der vorerwähnten Taktsignale. Auf dieser Spur 202 c sind 16 magnetisierte Bereiche N, S mit alternieren den Polaritäten angeordnet entsprechend der Teilungslänge λ, so daß das Muster eines inkrementalen Zeichenmusters dadurch erhalten wird, daß der Umfang in 16 gleiche Abschnitte unter teilt wird.

Ein in Fig. 17B dargestellter Detektor 210 hat n =4 MR-Ele ment-Sensoren 211 a-214 a und 211 b-214 b für jede der abso luten Zeichenmuster-Spuren 202 a, 202 b des Kodierelementes 201 und einen MR-Element-Sensor 230 zum Auslesen der inkrementalen Zeichenmuster-Spur 202 c. Dieser Detektor 210 ist gegenüber dem Kodierelement 201 angebracht, wie dies durch die strichpunk tierte Linie dargestellt ist, und mit relativer Rotation zwischen dem Detektor und dem Kodierelement mit der Rotations achse 203 als Zentrum der Rotation. Die Sensoren 211 a-214 a lesen das absolute Zeichenmuster durch magnetisierte Abschnitte auf der ersten kreisförmigen Spur 202 a, während die Sensoren 211 b-214 b das umgekehrte absolute Zeichenmuster auf der zweiten kreisförmigen Spur 202 b lesen und der Sensor 230 das inkrementale Zeichenmuster 230 auf der dritten kreisförmigen Spur 202 c liest, um zeitweilig synchroniserte Taktsignale zu erzeugen.

Im Zusammenhang mit dem Lesen des absoluten Zeichenmusters ist es ausreichend, daß die Anordnung der Intervalle der MR-Ele ment-Sensoren auf derselben Spur ist gleich λ oder einem ganz zahligen Vielfachen, so daß es diesem gleich ist, wobei dieser Abstand oder Intervall in Fig. 12B λ ist. Wenn der Intervall oder Abstand ein ganzes Vielfaches von λ ist, unterscheidet sich das absolute Zeichenmuster von dem vorstehend beschriebe nen.

In Verbindung mit den einzelnen MR-Element-Sensoren zeigt Fig. 18 den Aufbau der das absolute Zeichenmuster lesenden Sensoren 211 a, 211 b und den dazu korrelierenden Aufbau des das inkremen tale Zeichenmuster lesenden Sensors 230. Konstruktion oder Auf bau der anderen ein absolutes Zeichenmuster lesenden Sensoren 212 a, 212 b, 214 a, 214 b wird nicht beschrieben, da die Konstruk tion dieser Sensoren mit der der Sensoren 211 a, 211 b überein stimmt.

Fig. 18 zeigt, daß das MR-Element 215 a, welches den MR-Element- Sensor 211 a für die erste Spur 202 a bildet, und das MR-Element 215 b, das dem MR-Element-Sensor 211 b für die zweite Spur 202 b bildet, in einer Richtung senkrecht zu den Spuren 202 a, 202 b miteinander fluchten in einer Ebene parallel zur Spurebene des Kodierelementes. Der MR-Element-Sensor 230 für die dritte Spur 202 c besteht aus zwei MR-Elementen 215 c, 215 d, die einen Ab stand voneinander aufweisen, der gleich λ/2 in Längsrichtung der Spur ist. In diesem Fall sind die MR-Elemente des Sensors miteinander fluchtend angeordnet, ohne daß eine Positionsab weichung in Längsrichtung der Spur vorhanden ist. Dies ist des halb der Fall, weil die Spuren seitlich nebeneinander ohne Pha senverschiebung entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, wie dies in Fig. 17A dargestellt ist. Wenn die Spuren in Um fangsrichtung mit einer gewissen Phasenlücke angeordnet sind, ist es erforderlich, die Position der MR-Elemente 215 a, 215 b des Sensors 211 a, 211 b mit einer entsprechenden Phasenverschie bung gegeneinander zu verschieben.

Fig. 18 zeigt, daß das MR-Element 215 a zum Lesen des absoluten Zeichenmusters in Reihe mit einem Widerstand 232 a verbunden ist. Das MR-Element 250 b zum Lesen des absoluten Zeichenmusters ist in Reihe mit einem Widerstand 232 b verbunden. Zwischen den Gleichstrom-Anschlüssen 217 und 220 ist eine Brückenschaltung vorhanden, so daß die Stromrichtung zwischen den beiden in Serie verbundenen Wegen umgekehrt wird. Eine Erfassungsausgabe wird zwischen den Signal-Ausgangsanschlüssen 218, 219 erzeugt. Magnetisierte Abschnitte 206 a, 206 f für die Spuren sind also beispielsweise in Fig. 18 gezeigt.

MR-Elemente 215 c, 215 d des Sensors 230 zum Lesen des inkremen talen Zeichenmusters sind in Serie zwischen den Gleichstroman schlüssen 217, 220, wie in Fig. 18 dargestellt, verbunden. Sie bilden eine Brückenschaltung mit Fixwiderständen 232 c, 232 d, die in gleicher Weise in Reihe zwischen den Anschlußklemmen verbunden sind, wobei die mittleren Verbindungspunkte der in Reihe geschalteten Wege mit den Signalausgabe-Verbindungen 233, 234 verbunden sind. Wenn ein horizontales magnetisches Feld auf jedes MR-Element zur Einwirkung gebracht wird, wird sein elek trischer Widerstand verringert, und zwar in Abhängigkeit von der Stärke und unabhängig von der Polarität des magnetischen Feldes. Somit wird durch die relative Bewegung zwischen Detek tor 210 und Kodierelement 201 das Signal in der im folgenden beschriebenen Weise an den Ausgabeverbindungen 218, 219 der Sensoren zum Lesen des absoluten Zeichenmusters gemäß Fig. 18 erzeugt.

Wenn ein horizontales magnetisches Feld von den magnetisierten Abschnitten auf das MR-Element 215 a zur Einwirkung gebracht wird, wird der Widerstand des MR-Elementes 215 a verringert, um das Potential am Ausgabe-Terminal zu erhöhen. Wenn das magne tische Feld auf das MR-Element 215 b zur Einwirkung gebracht wird, wird das Potential am Ausgabe-Terminal 218 verringert. Das Potential am Ausgabe-Terminal 219 ist auf einem vorher be stimmten Niveau zwischen den Anschlüssen 217, 220 für die Gleichstromquelle festgelegt. Da die Zeichenmuster auf den Spuren einander ergänzen und die MR-Elemente beider Sensoren entlang der Spurrichtung nicht verschoben werden, ist die Am plituden-Wellenform der Spannung über die Ausgabe-Terminals 218, 219 vertikal symmetrisch, wobei die Phasenverschiebung zwischen den beiden Ausgaben der Phasendifferenz von 90° für λ = 360° entspricht. Andererseits werden Signale auf folgende Weise an den Ausgabe-Terminals 233, 234 des Sensors 230 für das Lesen des inkrementalen Zeichenmusters erzeugt. Wenn ein hori zontales magnetisches Feld auf das MR-Element 215 c zur Einwir kung gebracht wird, verringert sich sein Widerstand, so daß das Potential am Ausgabe-Terminal 233 sich erhöht. Wenn das hori zontale magnetische Feld auf das andere MR-Element 215 d zur Einwirkung gebracht wird, erfährt sein Widerstand eine Ver ringerung, so daß das Potential am Ausgabe-Terminal 233 niedri ger wird. Auf der anderen Seite ist das Potential am Ausgabe- Terminal 234 auf einen vorbestimmten Wert festgelegt zwischen den Gleichstromanschlüssen 217, 220 durch Festwiderstände 232 c, 232 d.

Der Abstand zwischen den MR-Elementen 215 c, 215 d ist die Hälfte der Länge λ jeder magnetisierten Abschnitteinheit des inkre mentalen Zeichenmusters, oder λ/2, so daß, wenn eines der MR- Elemente 215 c, 215 d einen maximalen Widerstand aufweist, das jeweils andere einen minimalen Widerstand aufweist. Somit wird bei relativer Bewegung zwischen dem Kodierelement 201 und dem Detektor 210 eine Signalausgabe zwischen den Ausgabeterminals 233, 234 erzeugt, die in Abhängigkeit von der horizontalen Feldverteilung entlang der Spur 202 c für das inkrementale Zeichenmuster sich ändert.

Fig. 19 zeigt das Beispiel einer Schaltung für die Verarbeitung von Signalen, nämlich zur Verarbeitung des Erfassungsausgangs signals des Detektors 210. Fig. 20 zeigt Beispiele von Wellen formen von verschiedenen Teilen der Schaltung für die Signal verarbeitung und das horizontale Feldmuster entlang der Spur durch jeden magnetisierten Bereich des inkrementalen Zeichen musters der Spur 202 c, wie auch das komplementäre Zeichen muster, das auf den Spuren 202 a, 202 b des Kodierelementes 1 aufgetragen ist.

Bei dem Detektor 210 ist eines (218) der Ausgabe-Terminals des das absolute Zeichenmuster lesenden MR-Element-Sensors 211 a, 212 b mit einem Eingabe-Terminal 222 der Signal-Verarbeitungs schaltung 221 verbunden, während das andere Ausgabe-Terminal 219 mit einem Eingabe-Terminal 223 verbunden ist. Da das gleiche für die anderen ein absolutes Zeichenmuster lesenden MR-Element-Sensoren 212 a, 212 b bis 214 b gilt, wird nur die Ein richtung der MR-Element-Sensoren 211 a, 212 b erläutert.

Das Muster des magnetischen Feldes durch die magnetisierten Ab schnitte des absoluten Zeichenmusters, die sich auf der Spur 202 a des Kodierelementes 201 befinden, ist durch eine Wellen form unter (a) in Fig. 20 gezeigt, während das Muster des magnetischen Feldes durch die magnetisierten Abschnitte des um gekehrten Musters, welches auf die komplementäre Spur 202 b auf getragen ist, durch einen Wellenverlauf unter (b) in Fig. 20 dargestellt ist. Wenn diese Muster durch die MR-Element-Senso ren 211 a, 211 b relativ abgetastet werden, werden Impulssignale am Ausgabe-Terminal 218 erzeugt, die als Wellenform unter (d) in Fig. 20 dargestellt sind, während ein Spannungssignal von im wesentlichem konstantem Niveau, wie es unter (e) in Fig. 20 dargestellt ist, am anderen Ausgabe-Terminal erzeugt wird. Wenn die an den Ausgabe-Terminals 218, 219 erzeugten Signale an einem Differentialverstärker 224 der Signal-Verarbeitungsschal tung 221 angelegt und differentialverstärkt werden, wird ein im wesentlichen rechteckiges Signal, welches durch die Wellenform unter (f) in Fig. 20 dargestellt ist, an einem Ausgabe-Terminal des Differentialverstärker 224 er 12311 00070 552 001000280000000200012000285911220000040 0002003942625 00004 12192zeugt. Die aufsteigenden und abfallenden Kanten dieses Signals sind konstant und scharf un abhängig von der Impulsbreite. Wenn das Signal durch einen Kom parator 225 bei einem vorbestimmten Vergleichsniveau in eine rechteckige Welle umgewandelt wird, wird ein rechteckiges Signal, welches durch die Wellenform (g) in Fig. 20 dargestellt ist, am Ausgabe-Terminal 225 a des Komparators 225 erzeugt und an eines der Eingabe-Terminals des Latch-Kreises 229 angelegt. In gleicher Weise werden Wellensignale durch die Erfassungs signale von den Sensor-Sätzen 212 a-212 b, 213 a-213 b und 214 a -214 b an entsprechende Eingabe-Terminals des Latch-Kreises an gelegt.

Das Muster des horizontalen magnetischen Feldes des inkrementa len Zeichenmusters, welches auf der Spur 202 c des Kodierele ments 201 gebildet ist, wird durch die Wellenform (c) in Fig. 20 dargestellt. Wenn diese Spur 202 c durch den Sensor 230 abge tastet wird, der durch zwei MR-Elemene 215 c, 215 d, die einen Abstand von λ/2 voneinander aufweisen, gebildet wird, wird ein Impulssignal mit einer Wellenform entsprechend dem Muster des horizontalen magnetischen Feldes zwischen den Ausgabe-Terminals 233, 234 des Sensors 230 erzeugt. Dieses Signal wird durch einen Verstärker 226 und eine Schmitt-Trigger-Schaltung 227 in der Signal-Verarbeitungsschaltung 221 umgeformt und an eine mo nostabile Kippstufe 228 angelegt. Diese Schaltung 228 wird durch sowohl Anstieg als auch Abfall der Rechteckwelle getrig gert, um ein Strobsignal zu erzeugen wie das vorerwähnte Takt signal, wobei das Signal an dem Latch- bzw. Haltekreis 229 an gelegt wird.

Im Zusammenhang mit (g) und (h) in Fig. 20 sei darauf hinge wiesen, daß der Strobimpuls synchron mit dem im wesentlichen zentralen Zeit-Verknüpfungspunkt der Impulsbreite der kleinsten Einheit der Stufeneinteilung des rechteckigen Wellensignals er zeugt wird, welches das Ergebnis des Auslesens des absoluten Zeichenmusters darstellt, wodurch die Pegel-Auslesezeit des Rechtecksignals von jedem Komparator 225 durch den Haltekreis 229 mit dem Zeitpunkt des Strobimpulses übereinstimmt. Somit können die Rechtecksignale gleichzeitig zu den stabilen Zeit punkten etwa in der Mitte der Impulsbreite in einem Abstand von der Anstiegskante und der Abfallkante der Rechteckwelle gemäß (g) in Fig. 20 abgelesen werden, um das Auslesen von falschen Angaben zu verhindern. Die binären Nummern der Auslese-Ergeb nisse sind unter (i) in Fig. 20 dargestellt.

Bei der vorliegenden Ausführung wird die Wahl der Auslese-Zeit durch geeignete Wahl der Phasenverschiebung der Kombination der Spur 202 c des inkrementalen Zeichenmusters und des Detektors 230 in Bezug auf die Kombination der Spuren 202 a, 202 b der ab soluten Zeichenmuster und der Detektoren 211 a, 211 b-214 a, 214 b realisiert.

Jedesmal, wenn der Strobimpuls, wie das vorerwähnte Taktsignal, am Haltekreis 229 ankommt, hält letzterer den hohen oder niedrigen Signalpegel der Rechteckwelle an den Eingabeenden und gibt ihn an die Ausgabe-Terminals 227 a-227 d. Auf diese Weise werden 4-Bit-binäre Kodesignale mit unterschiedlichen "0, 1"- Kombinationen an den vier Ausgabe-Terminals 227 a-227 d für jede Teilrotation von π/8 rad. des Kodierelementes 201 erhal ten.

Die Rechtecksignale, die an den Ausgabe-Terminals 225 a-225 d der Signal-Verarbeitungsschaltung 225 durch die Erfassungs signale von den vier Sensor-Einrichtungen erscheinen, werden in Übereinstimmung mit den Fig. 17A, 17B unter (a), (b), (c) und (d) in Fig. 21 gezeigt. In Fig. 21 ist unter (e) ein Rechtecksignal gezeigt, welches den Auslese-Ergebnissen der Ausgabe des inkrementalen Zeichenmusters von der Schmitt-Trig ger-Schaltung 227 entspricht. Strobimpulse, welche die Aus lese-Zeit bewirken, werden sowohl an der Aufstiegskante als auch an der Abfallkante dieses Signals erzeugt. Es wird ange nommen, daß der Detektor 210 feststeht, wohingegen das Kodier element 201 entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, wie dies durch einen Pfeil in Fig. 17E gezeigt ist. Bei der vorliegenden Aus führung ist der absolute Kode, da N =4, derart, daß 2^N=16 Abschnitte oder Stufen entstehen. Wie Fig. 17B erkennen läßt, ist die Anordnung des absoluten Zeichenmusters auf der Spur 202 a oder der absolute Kode so festgelegt bzw. angeordnet, daß keine Kodesignale mit derselben "0, 1"-Kombination von den Aus gabeterminals 227 a-227 d während einer kompletten Umdrehung des Kodierelementes 201 erzeugt werden durch Erfassungssignale, die durch die vier Sätze oder Einrichtungen von MR-Element-Sen soren 211 a-211 b, 212 a-212 b, 213 a-213 b und 214 a-214 b ab gegeben werden, wobei die Anordnung eine Entfernung λ entlang dem Umfang des Kodierelementes 201 aufweist. Eine derartige An ordnung kann als
0000110101111001
ausgedrückt werden, wie das vorstehend erwähnt ist.

Mithin werden durch Zuordnung der Ausgabe-Terminals 227 a, 227 b, 227 c und 227 d zu jeweils 2⁰, 2¹, 2², und 2³ 4-Bit-Absolut signale erzeugt, die für jedes π/8 rad. des Winkels der rela tiven Rotation unterschiedliche Inhalte haben. In Fig. 21 sind hexadezimale Zahlen, die den jeweiligen Absolutsignalen ent sprechen, unter (f) dargestellt. Es ist klar, daß die in Fig. 21 dargestellten Rechtecksignale, wenn direkt in Ziffern ausge drückt, sich als 16 hexadezimale Zahlen ergeben und das es nicht denselben Inhalt am selben Ort gibt, wenn das Kodierele ment 21 rotiert, so daß eine Absolutkodierer-Konstruktion er zielt wird.

Während vorstehend das Beispiel des magnetischen Absolutko dierers abgehandelt wird, zeigen die Fig. 22A, B und Fig. 23 eine Ausführung eines optischen Absolutkodierers.

In Fig. 22A ist das Kodierelement 304 mit einer Spur 305 A ver sehen, die ein absolutes Zeichenmuster aufweist, welches gleich ist dem vorstehend beschriebenen und aus "0"-Stufeneinheiten, die aus nichttransparenten Abschnitten gebildet sind, und aus "1"-Stufeneinheiten besteht, die transparente Abschnitte T auf weisen. Ferner ist das Kodierelement 304 mit einer Spur 305 b versehen, die ein inkrementales Zeichenmuster aufweist, welches durch alternierende Wiederholungen von nichttransparenten und transparenten Abschnitten in 16 Umfangsunterteilungen gebildet ist. Wie bei dem zuvor beschriebenen magnetischen System stel len die transparenten Abschnitte T in der Spur 305 a des absolu ten Zeichenmusters einen Signal-Identifizierungs-Abschnitt dar, wobei die Entfernung α in Richtung der Spur kürzer ist als die Länge λ der Stufeneinheit.

Auf beiden Seiten des Kodierelementes 304 sind, wie in Fig. 22B dargestellt, Sätze von Lichtquellen 381 a-384 a, Sätze von pho toelektrischen Sensoren 381 b-384 und ein Satz einer Licht quelle 380 a und ein photoelektrischer Sensor 380 b angeordnet, wobei diese Sensoren und das Kodierelement 304 eine relative Rotation ausführen mit der Rotationsachse 309 als Rotationsmit telpunkt.

Diese Sensoren bestehen aus vier photoelektrischen Sensoren 381 a, 382 a, 383 a, 384 a, die in Längsrichtung der Spur mit einem relativen Intervall λ angeordnet sind, und einem einzelnen pho toelektrischen Sensor 380 b, um die Spur 305 b auszulesen. Wie im Fall der vorstehend beschriebenen Ausführung eines magnetischen Absolutkodierers sind die photoelektrischen Sensoren 381 b- 384 b entlang der Spur 305 a mit einem relativen Abstand λ ange ordnet; der photoelektrische Sensor 380 b ist auf der Spur 305 b in einer Winkelposition angeordnet, die demgegenüber um g/2 verschoben ist.

Fig. 23 zeigt das Beispiel einer Signal-Verarbeitungs-Schaltung zum Verarbeiten von Erfassungsausgaben der Sensoren 380 b- 384 b. In der Signal-Verarbeitungs-Schaltung der Fig. 23 werden diese Erfassungsausgaben der photoelektrischen Sensoren durch Impulsformungsschaltungen 390-394 so geformt, daß Rechteck signale entstehen, die in Fig. 21 gezeigt sind, wie beim magne tischen Kodierer. In Fig. 21 entsprechen (a)-(d) den Ausgabe Wellenformen der Impulsformerstufen 391-394, wohingegen (e) den Ausgabewellenformen der Impulsformerstufe 390 entspricht. Wie in Fig. 21 dargestellt, sind die Anstiegs- und Abfallzeiten des Rechteck-Wellensignals (e), die von dem Erfassungssignal des photoelektrischen Sensors 380 b erhalten werden, entspre chend dem Ausleseergebnis des inkrementalen Zeichenmusters, im wesentlichen in der Mitte der Impulsbreite der kleinsten Able seeinheiten des Rechteck-Signals (a) bis (d) angeordnet. Das Rechtecksignal (e) wird als Trigger-Signal einer monostabilen Kippstufe 395 zugeführt, die Impulsausgaben sowohl beim Anstieg als auch beim Abfall der Trigger-Impulse erzeugt. Das Bezugs zeichen 396 bezeichnet einen Haltekreis, der die Ausgabe der Rechtecksignale (a) bis (d) aus der Impulsformerstufe 391-394 hält bis zur Ankunftzeit der Signalausgabe (Strobimpulse) von der monostabilen Kippstufe 395. Diese Signale erscheinen an den Ausgabe-Terminals 397 a-397 d. Es sei darauf hingewiesen, daß die 4-Bit-binär-Kodesignale ähnlich den vorbeschriebenen an den Ausgabe-Terminals 397 a-397 b erzeugt werden können.

Obwohl der Rotationskodierer zum Auslesen der Rotations-Winkel positionen vorstehend im Zusammenhang mit der dritten Ausfüh rung erläutert worden ist, kann die vorliegende Ausführung auch auf lineare Kodierer angewendet werden, um die lineare Position auszulesen. In diesem Fall kann das vorbeschriebene absolute Zeichenmuster linear auf dem Kodierelement ausgeführt sein, welches die Form einer Streifenplatte hat.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsformen und ihre Modifikationen in Kombination mit dem System der ersten Ausführungsform ver wendet oder ausgeführt werden können.

Claims

1. Kodierer zur Erfassung einer Absolutposition mit Kodierungs mitteln, die mit mindestens einer Spur versehen sind, auf der ein absolutes Zeichenmuster mit einem Kodeinhalt von einer Vielzahl von Bits durch Folgen einer ersten Stufeneinteilung verwirklicht ist, und relativ zu den Kodierungsmitteln be wegbaren Detektoren zur Ablesung der ersten Stufeneinteilung und zur Erzeugung von mehreren Erfassungsimpulsfolgen, die eine gegenseitige Phasendifferenz besitzen, welche einer Länge ent spricht, die ein ganzzahliges Vielfaches der kleinsten Ab leseeinheit der ersten Stufeneinteilung ist, gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungsvorrichtung (30, 120, 229, 396) zur Verarbeitung der durch Ablesen der ersten Stufeneinteilung mittels der Detektoren (21 a, 21 b, 141, 142, 211 a, 211 b, 381 a, 382 a) erhaltenen Erfassungsimpulsfolgen mit Takt signalen, die auf Zeitpunkte synchronisiert sind, welche im wesentlichen dem Mittelbereich der kleinsten Ableseeinheit der ersten Stufeneinteilung entsprechen zur Erzeugung paralleler Ausgangssignale des Signalkodeinhalts, die der Absolutpostion der Detektoren in Bezug auf die Kodierungsmittel (111, 101, 201, 304) entsprechen.

2. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufeneinteilung auf einer der Spuren als absolutes Zeichenmuster mit einem binären Kodeinhalt von n-Bits ausgebil det ist, wobei n eine ganze Zahl ist, gegeben durch eine An zahl von X Stufenelementen, wobei X eine ganze Zahl ist, die der Beziehung 2^n-1<X 2ⁿ gehorcht, und daß die Detektoren eine Anzahl von n Sätzen von Erfassungsimpulsen erzeugen.

3. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kodierungsmitteln mindestens eine Spur angeordnet ist, die eine zweite Stufeneinteilung besitzt, welche ein inkrementales Zeichenmuster darstellt, das durch sich wiederholende binäre Stufenelemente mit konstantem Rastermaß gebildet wird, wobei die zweite Stufeneinteilung parallel zur ersten Stufenein teilung liegt, daß die Detektoren auf die Relativbewegung ge genüber den Kodierungsmitteln durch Ablesen der zweiten Stufen einteilung reagieren zur Erzeugung periodischer Rechteck- Signale, die auf einen Einheitsimpuls synchronisiert sind, wel cher der kleinsten Ableseeinheit in der Erfassungsimpulsfolge entspricht, und daß die Signalverarbeitungsvorrichtung die Signalverarbeitung synchron mit dem Rechteck-Signal durchführt.

4. Kodierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren aus mehreren Sätzen von Absolutsignaldetektoren be stehen zur Ablesung des absoluten Zeichenmusters und zur Erzeu gung eines jeweils als Impulsfolge ausgebildeten ersten und zweiten Signals für jeden der Sätze, wobei die beiden Signale eine Phasendifferenz besitzen, die gleich der Hälfte der Im pulsbreite des Einheitsimpulses ist, welcher der kleinsten Ab leseeinheit in dieser Impulsfolge entspricht, sowie einem Inkre mentalsignaldetektor zur Ablesung des inkrementalen Zeichen musters und zur Erzeugung eines binären Signals mit einer sich wiederholenden Periode, die im wesentlichen gleich der kleinsten Impulsbreite ist bei einer Phasendifferenz von etwa einem Viertel der sich wiederholenden Periode relativ zu dem Einheitsimpuls, welcher der kleinsten Ableseeinheit in dieser Impulsfolge entspricht, und daß die Signalverarbeitungsvorrich tung Mittel zur Signalauswahl aufweist, die von jedem Satz der Absolutsignaldetektoren nur das erste Signal übernehmen, wenn das binäre Signal den einen Wert annimmt und die nur das zweite Signal übernehmen, wenn das binäre Signal den anderen Wert an nimmt.

5. Kodierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufeneinteilung auf einer der Spuren als absolutes Zeichenmuster mit einem binären Kodeinhalt von n-Bits ausgebil det ist, wobei n eine ganze Zahl ist, gegeben durch eine Anzahl von X Stufenelementen, wobei X eine ganze Zahl ist, die der Beziehung 2^n-1<X 2ⁿ gehorcht, und daß die Detektoren eine Anzahl von n Sätzen von Absolutsignaldetektoren aufweisen zur Erzeugung einer Anzahl von n Sätzen der ersten Signale und von n Sätzen der zweiten Signale für jeden Satz von Detektoren.

6. Kodierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kodierer eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Untereinteilungs- Signals auf der Basis der Ableseergebnisse des inkrementalen Zeichenmusters aufweist, wobei das Untereinteilungs-Impuls signal eine Periode besitzt, die gleich einem ganzzahligen Bruchteil der Periode des Einheitsimpulses in der Impulsfolge ist, welcher der kleinsten Ableseeinheit in dem absoluten Zei chenmuster entspricht.

7. Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung das parallele Ausgangssignal für die Absolutposition erzeugt, dem das Untereinteilungs-Signal am kleinsten oder bedeutsamsten Bit hinzugefügt wird.

8. Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren auf der Basis der Ergebnisse der Ablesung des inkre mentalen Zeichenmusters ein Rechteck-Signal mit der Phase A und ein Rechteck-Signal mit der Phase B erzeugen, die um 90° gegen einander phasenverschoben sind und jeweils ein Impulsbreiten verhältnis von 50% besitzen, und daß die Vorrichtung zur Erzeu gung des Untereinteilungs-Signals ein Untereinteilungs-Impuls signal auf der Basis der Rechteck-Signale mit der Phase A und der Phase B erzeugt.

9. Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung die Signalverarbeitung durch führt, indem sie sowohl den Anstieg als auch den Abfall des Rechteck-Signals mit der Phase A oder des Rechteck-Signals mit der Phase B verwendet.

10. Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des Untereinteilungs-Signals Schalt kreise zur Erzeugung von Impulssignalen aufweist, die einer Exclusiv-ODER-Funktion für das Rechteck-Signal mit der Phase A und das Rechteck-Signal mit der Phase B entsprechen.

11. Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren auf der Basis der Ergebnisse der Ablesung des inkre mentalen Zeichenmusters ein Rechteck-Signal mit der Phase A und ein Rechteck-Signal mit der Phase B erzeugen, die um 90° gegen einander phasenverschoben sind und jeweils ein Impulsbreitenver hältnis von 50% besitzen, und daß das Einheitsteilungselement des inkrementalen Zeichenmusters entlang der Richtung der Spur der Hälfte der kleinsten Ableseeinheit des absoluten Zeichen musters entspricht.

12. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalidentifizierungsabschnitt als Bereich, der das binäre Signal von mindestens einer von zwei kleinsten Ableseeinheiten, die die erste Stufeneinteilung bilden, identifiziert, einge schränkt in einem Bereich der kleinsten Ableseeinheit gebildet wird, welcher kürzer ist als die Gesamtlänge dieser Ableseein heit entlang der Richtung der Spur.

13. Kodierer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalidentifizierungsabschnitt eine Lage angenähert in der Mitte der kleinsten Ableseeinheit der ersten Stufeneinteilung besitzt.