DE4318386A1 - Verschiebesensor für ein bewegliches Element - Google Patents
Verschiebesensor für ein bewegliches ElementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Verschiebesensor für ein be
wegliches Element, und insbesondere ein Verschiebesensor-
Gerät zum Gebrauch in einem optischen Kodierer oder einer
Maus.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen bekannten Verschiebesensor
für ein bewegliches Element zum Gebrauch in einem Kodierer
oder einer Maus. Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Verschiebesensor einschließ
lich seines Schaltungsaufbaus. Diese Struktur ist in der
japanischen offengelegten Gebrauchsmusteranmeldung H2-89314
beschrieben. Der Verschiebesensor umfaßt einen lichtemit
tierenden Teil 61 mit einer lichtemittierenden Diode (LED)
60, eine Drehscheibe 63, in der entlang ihres Umfangs eine
Anzahl von Schlitzen 62 ausgebildet sind, einen Lichtempfangsteil
66 mit zwei Fotodioden 64 und 65 und Komparatoren
67 und 68 zum Vergleich der Ausgangssignale der beiden Fo
todioden 64 und 65 des Lichtempfangsteils 66 mit einer Be
zugsspannung Vref.
Vom lichtemittierenden Teil 61 emittiertes Licht dringt
durch die Schlitze 62 der sich drehenden Drehscheibe 63 und
erreicht den Lichtempfangsteil 66. Ausgangssignale der Fo
todioden 64 und 65, die Stromwerte sind, werden durch
Strom-Spannungs-Konverter 69 und 70 in Spannungswerte ge
wandelt und durch die Komparatoren 67 bzw. 68 mit der Be
zugsspannung Vref verglichen.
Fig. 3 zeigt die Ausgangssignale (Spannungswerte) 64a und
65a der Fotodioden 64 und 65. Fig. 4 zeigt die Ausgangssig
nale 67a und 68a der Komparatoren 67 und 68. In Fig. 3 ist
die Bezugsspannung Vref durch eine kurz-lang-gestrichelte
Linie dargestellt. Wenn erforderlich ist, daß die Phasen
differenz zwischen den Ausgangssignalen 64a und 65a der
beiden Fotodioden 64 und 65 der Lichtempfangsvorrichtung
90° beträgt, werden die Positionen der Fotodioden 64 und 65
vorher derart eingestellt, daß die Phasendifferenz 90° be
trägt, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
Es ergeben sich jedoch manchmal Ungleichförmigkeiten in der
Lichtquantität der LED 60 des lichtemittierenden Teils 61.
Diese Ungleichförmigkeit wird bei der Herstellung erzeugt
oder wenn der Lichtanteil während der Gebrauchszeit allmäh
lich abnimmt. Wenn beispielsweise der Lichtanteil der LED
60 abnimmt, nehmen die Ausgangssignale 64a und 65b der Fo
todioden 64 und 65 wie in Fig. 5 dargestellt ab, so daß,
falls die Bezugsspannung Vref konstant ist, die Phasendif
ferenz sich von den gewünschten 90° unterscheidet, wie in
Fig. 6 dargestellt ist.
Die Abweichung der Phasendifferenz aufgrund der Nicht
gleichförmigkeit der Lichtquantität der LED 60 kann durch
Ändern der Bezugsspannung Vref in Übereinstimmung mit der
Lichtquantität korrigiert werden. Dies erfordert jedoch
einen hohen Aufwand, da es erforderlich ist, individuell
eine Einstellung bezüglich aller Lichtempfangsvorrichtungen
vorzunehmen, und es ist vollständig unmöglich, die Abnahme
der Lichtquantität zu berücksichtigen, während die Vorrich
tung betrieben wird.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer
Verschiebesensoreinrichtung, bei der die Abweichung der
Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen selbst dann
nie auftritt, wenn eine Ungleichförmigkeit der Lichtquanti
tät des lichtemittierenden Teils auftritt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung mit einer licht
emittierenden Vorrichtung und einer lichtempfangenden Vor
richtung versehen, die mit einem vorgegebenen Abstand zwi
schen sich gegenüberliegend angeordnet sind, einem bewegba
ren Element, das zwischen der lichtemittierenden Vorrich
tung und der lichtempfangenden Vorrichtung so vorgesehen
ist, daß es in einer Richtung rechtwinklig zur optischen
Achse eines von der lichtemittierenden Vorrichtung emit
tierten und auf die lichtempfangende Vorrichtung einfallen
den Lichtstrahls bewegbar ist, und einer Anzahl von Schlit
zen, die in dem bewegbaren Element vorgesehen sind, die ein
Durchtritt des von der lichtemittierenden Vorrichtung emit
tierten Lichtes gestattet, wenn die Schlitze in die Posi
tion der optischen Achse kommen. Zumindest drei lichtemit
tierende Vorrichtungen sind vorgesehen. Unter Verwendung
eines Ausgangssignals von einer der drei lichtemittierenden
Vorrichtungen als Bezugswert und durch Vergleichen der Aus
gangssignale der anderen lichtemittierenden Vorrichtungen
mit dem Bezugswert werden erste und zweite gepulste Aus
gangssignale erhalten.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung bevor
zugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Verschie
besensoreinrichtung für ein bewegliches Element;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines bekannten Verschie
besensors, wobei ein Teil als Schaltdiagramm dargestellt
ist;
Fig. 3 die Ausgangssignalverläufe von lichtempfangenden
Vorrichtungen, die bei dem bekannten Verschiebesensor ver
wendet werden;
Fig. 4 Ausgangssignalverläufe von Komparatoren, die in der
bekannten Verschiebesensoreinrichtung verwendet werden;
Fig. 5 Ausgangssignalverläufe von lichtempfangenden Vor
richtungen, die in der bekannten Verschiebesensoreinrich
tung verwendet werden, wobei die Lichtquantitäten der
lichtempfangenden Vorrichtungen abnehmen;
Fig. 6 Ausgangssignalverläufe der Komparatoren, die bei der
bekannten Verschiebesensoreinrichtung verwendet werden, wo
bei die Lichtquantitäten der lichtempfangenden Vorrichtun
gen vermindert sind;
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Verschiebesensorein
richtung für ein bewegliches Element gemäß der Erfindung;
Fig. 8 einen Lichtempfangsteil und eine Schaltung zur Ver
arbeitung dessen Ausgangssignals für einen Verschiebesensor
gemäß der Erfindung;
Fig. 9 Ausgangssignalverläufe der lichtempfangenden Vor
richtungen, die in der Verschiebesensoreinrichtung gemäß
der Erfindung verwendet werden;
Fig. 10 Ausgangssignalverläufe von Komparatoren, die in der
Verschiebesensoreinrichtung gemäß der Erfindung verwendet
werden;
Fig. 11 eine schematische Ansicht für den Fall, daß die Er
findung für eine Maus verwendet wird; und
Fig. 12 eine Schnittdarstellung eines Teils des Aufbaus ge
mäß Fig. 11.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit
Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 7 zeigt einen Teil einer Verschiebesensoreinrichtung
in der Ausführungsform der Erfindung. Bezugsziffer 11 be
zeichnet eine lichtemittierenden Teil einschließlich einer
lichtemittierenden Vorrichtung 10 wie einer LED. Bezugszif
fer 23 bezeichnet einen Lichtempfangsteil mit einer ersten,
einer zweiten und einer dritten Fotodiode 20, 21 und 22.
Der Lichtemissionsteil 11 und der Lichtempfangsteil 23 sind
so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen, wobei ein
vorgegebener Abstand zwischen ihnen liegt. Bezugsziffer 13
bezeichnet eine Drehscheibe, die ein bewegliches Element
ist. Die Drehscheibe 13 ist zwischen dem Lichtemissionsteil
11 und der Lichtempfangsvorrichtung 23 derart angeordnet,
daß sie in einer Richtung senkrecht zu einer optischen
Achse eines von der lichtemittierenden Vorrichtung 10 emit
tierten und auf die Fotodioden 20, 21 und 22 auftreffenden
Lichtstrahls schwenkbar ist, d. h. in der Richtung gemäß dem
Pfeil 9. In der Drehscheibe 13 sind eine große Anzahl von
Schlitzen 12 entlang ihres Umfangs mit gleichen Abständen
zwischen sich angeordnet. In der Realität sind der Lichte
missionsteil 11 und der Lichtempfangsteil 23 näher an der
Drehscheibe 13 als in der Figur.
Fig. 8 zeigt den Lichtempfangsteil 23 und eine Schaltung
zur Verarbeitung seines Ausgangssignals. Ausgangsströme der
ersten, der zweiten und der dritten Fotodiode 20, 21 und 22
werden durch Strom-Spannungs-Konverter 24, 25 und 26 in
Spannungswerte gewandelt. Das gewandelte Ausgangssignal der
zweiten Fotodiode 21 wird den invertierenden Eingangsan
schlüssen (-) der Komparatoren 17 und 18 als Bezugsspannung
zugeführt. Das gewandelte Ausgangssignal der ersten Foto
diode 20 wird einem nichtinvertierenden Eingang (+) des er
sten Komparators 17 zugeführt. Das gewandelte Ausgangssi
gnal der dritten Fotodiode 22 wird dem nichtinvertierenden
Eingang (+) des zweiten Komparators 18 zugeführt. Die oben
genannten zwei Ausgangssignale werden mit dem Ausgangssi
gnal der zweiten Diode 21 verglichen, das als Bezugsspan
nung verwendet wird. Die Ausgangssignale des ersten und des
zweiten Komparators 17 und 18 werden an Ausgangsanschlüsse
27 bzw. 28 zugeführt.
Fig. 9 zeigt die Ausgangssignalverläufe 20a, 21a und 22a
der Fotodioden 20, 21 und 22. Fig. 10 zeigt die Ausgangs
signalverläufe 17a und 18a der Komparatoren 17 und 18. In
Fig. 9 ist das Ausgangssignal der zweiten Fotodiode 21, das
als Bezugswert verwendet wird, durch eine lang-kurz-gestri
chelte Linie bezeichnet.
Falls das Ausgangssignal 21a der zweiten Fotodiode 21 als
Bezugswert verwendet wird, tritt eine Abweichung der Pha
sendifferenz nie auf, da die Ausgangssignale 21a der zwei
ten Fotodiode 21 in entsprechender Weise abnehmen, wenn die
Ausgangssignale 21a und 22a der ersten und der dritten Fo
todiode 20 und 22 des Lichtempfangsteils aufgrund der Ab
nahme der Lichtquantität des Lichtemissionsteils 11 abneh
men.
Obwohl in dieser Ausführungsform die Lichtemissionsvorrich
tung eine LED und die Lichtempfangsvorrichtungen Fotodioden
sind, sind sie nicht darauf beschränkt. Desweiteren, obwohl
in dieser Ausführungsform das bewegliche Element eine Dreh
scheibe mit Schlitzen ist, ist es nicht darauf beschränkt;
es kann eine rechteckige Platte mit Schlitzen sein.
Fig. 11 und 12 zeigen eine "Maus", bei der ein Verschiebe
sensor gemäß der obenbeschriebenen Struktur eingebracht
ist. Diese Maus wird als Koordinateneingangsgerät für einen
Computer verwendet. In der Maus sind zwei Drehwellen 13x
und 13y senkrecht zueinander angeordnet, und der Umfang je
der der Drehwellen 13x und 13y liegt an einer Antriebskugel
34 derart an, daß ein Drehen der Antriebskugel 34 die Wel
len 13x und 13y dreht. Bezugsziffern 35 bezeichnen
Trägerwalzen, die verhindern, daß die Anlagebeziehung zwi
schen der Antriebskugel 34 und den Drehwellen 13x und 13y
unterbrochen wird. Wenn die Antriebskugel 34 auf einer
Bedienungsfläche bei dem Betrieb der Maus gerollt wird,
werden ihre Bewegungen in X- und Y-Richtung den entspre
chenden Drehwellen 13x und 13y übertragen, so daß die Wel
len 13x und 13y gedreht werden. An jeder der Drehwellen 13x
und 13y ist die vorher beschriebene Drehscheibe 13 einstüc
kig, schwenkbar angebracht. Der Lichtemissionsteil 11 und
der Lichtempfangsteil 23 sind an der Oberwandung des Kör
pers der Maus befestigt.
Wenn bei der obenbeschriebenen Anordnung ein Verschiebesen
sorgerät in einer Maus vorgesehen ist, die als Eingangsge
rät für ein Computerterminal verwendet wird, wird die Dreh
scheibe 13 durch die Drehung der Drehwellen 13x und 13y ge
dreht, so daß Licht vom Lichtemissionsteil 11 intermittie
rend auf den Lichtempfangsteil 23 fällt. Folglich wird ein
pulsförmiger Signalverlauf mit hoher Auflösung von dem
Lichtempfangsteil 23 abgegeben. Das Ausgangssignal des
Lichtempfangteils wird durch eine Signalverarbeitungsschal
tung stromspannungs-gewandelt, die auf einem Drehsubstrat
(nicht dargestellt) vorgesehen ist, die in der Maus vorge
sehen ist, und anschließend in einen pulsförmigen Signal
verlauf gewandelt.
Claims (5)
1. Verschiebesensor-Einrichtung für ein bewegliches Element
mit
einer Lichtemissionsvorrichtung und einer Lichtempfangsvor richtung, die einander gegenüberliegend mit vorgegebenem Abstand zwischen sich angeordnet sind,
einem beweglichen Element, das zwischen der Lichtemissions vorrichtung und der Lichtempfangsvorrichtung vorgesehen ist und in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse eines von der Lichtemissionsvorrichtung emittierten und auf die Lichtempfangsvorrichtung einfallenden Lichtstrahls beweg lich ist, und
einer Anzahl von Schlitzen, die im beweglichen Element aus gebildet sind, durch die das Licht von der Lichtemissions vorrichtung durchtritt, wenn die Schlitze in eine Position der optischen Achse gelangen, gekennzeichnet durch zumindest drei Lichtempfangsvorrichtungen und einen ersten und einen zweiten Komparator vorgesehen sind, die gepulste erste und zweite Ausgangssignale erzeugen, unter Verwendung eines Ausgangssignals einer der drei Lichtemp fangsvorrichtungen als Bezugswert und zum Vergleichen der Ausgangssignale der anderen Lichtempfangsvorrichtungen mit dem Bezugswert.
einer Lichtemissionsvorrichtung und einer Lichtempfangsvor richtung, die einander gegenüberliegend mit vorgegebenem Abstand zwischen sich angeordnet sind,
einem beweglichen Element, das zwischen der Lichtemissions vorrichtung und der Lichtempfangsvorrichtung vorgesehen ist und in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse eines von der Lichtemissionsvorrichtung emittierten und auf die Lichtempfangsvorrichtung einfallenden Lichtstrahls beweg lich ist, und
einer Anzahl von Schlitzen, die im beweglichen Element aus gebildet sind, durch die das Licht von der Lichtemissions vorrichtung durchtritt, wenn die Schlitze in eine Position der optischen Achse gelangen, gekennzeichnet durch zumindest drei Lichtempfangsvorrichtungen und einen ersten und einen zweiten Komparator vorgesehen sind, die gepulste erste und zweite Ausgangssignale erzeugen, unter Verwendung eines Ausgangssignals einer der drei Lichtemp fangsvorrichtungen als Bezugswert und zum Vergleichen der Ausgangssignale der anderen Lichtempfangsvorrichtungen mit dem Bezugswert.
2. Verschiebesensoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei das
bewegliche Element eine Drehscheibe ist, in der eine Anzahl
von Schlitzen entlang ihres Umfangs mit gleichen Abständen
zwischen sich ausgebildet sind.
3. Verschiebesensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die
drei Lichtempfangsvorrichtungen in der Reihenfolge der er
sten, der zweiten und der dritten Lichtempfangsvorrichtung
angeordnet sind, wobei das Ausgangssignal der zweiten
Lichtempfangsvorrichtung, die den Bezugswert ausgibt, um
90° hinter dem Ausgangssignal der ersten Lichtempfangsvor
richtung und um 90° vor dem Ausgang der dritten Empfangs
vorrichtung liegt.
4. Verschiebesensorvorrichtung nach Anspruch 3,
wobei zum Eingeben der Bewegung einer Maus in einen Compu
ter als Koordinateninformation die Drehscheibe auf einer
Welle vorgesehen ist, die durch Rollen einer Antriebskugel
der Maus gedreht wird.
5. Verschiebesensorvorrichtung nach Anspruch 4,
wobei zwei Wellen vorgesehen sind, die senkrecht zueinander
derart angeordnet sind, daß sie unabhängig voneinander
durch die Antriebskugel gedreht werden, und wobei eine
Drehscheibe auf einer der Wellen und die Ausgangssignale
des ersten und des zweiten Komparators aufgrund der
Ausgangssignale der drei Lichtempfangsvorrichtungen, die
gegenüberliegend der Drehscheibe angeordnet sind, zur An
gabe des Bewegungsanteils der Maus in X-Richtung verwendet
werden, und wobei eine Drehscheibe, die auf der anderen
Welle angeordnet ist und die Ausgangssignale des ersten und
des zweiten Komparators aufgrund der Ausgangssignale der
drei Lichtempfangsvorrichtungen, die gegenüberliegend der
Drehscheibe angeordnet sind, zur Angabe des Bewegungsan
teils der Maus in Y-Richtung verwendet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934318386 DE4318386C2 (de) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | Optische Encodervorrichtung zum Erfassen der Bewegung eines beweglichen Elements |
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