DE4340417A1 - Optischer Drehstellungscodierer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagedetektor mit einem Halbleiter, ein Verfahren zu einer Lageerfassung mit dem Detektor und einen optischen Drehstellungscodierer für das Erfassen der Stelle des Einfallens eines Lichtpunktes, der sich auf einer kreisförmigen Bahn bewegt.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Lagedetektors. Diese Figur zeigt eine Fotodiode 1 in Form einer flachen Platte und jeweils eine P-Schicht 2, eine I- Schicht 3 und eine N-Schicht 4 der Fotodiode. An den beiden Enden der P-Schicht 2, die eine Oberflächenschicht ist, sind Elektroden 5a und 5b angebracht, von denen weg sich Ausgangsanschlüsse 6a und 6b erstrecken. An der N-Schicht 4, die die Rückseite der Fotodiode bildet, ist eine Vorspannungselektrode 7 angebracht. Auf die Fotodiode 1 fällt mit 8 bezeichnetes Licht, durch das Fotoströme 9a und 9b erzeugt werden.

Es wird nun die Funktion eines solchen herkömmlichen Lagedetektors beschrieben. Durch das Einfallen des Lichtes 8 an einer bestimmten Stelle auf die flache plattenförmige Fotodiode 1 wird an der Einfallstelle eine elektrische Ladung erzeugt, die zu der Energie ,des Lichtes 8 proportional ist. Die auf diese Weise erzeugte elektrische Ladung durchläuft die P-Schicht 2 als Fotoströme 9a und 9b, die jeweils aus den Elektroden 5a und 5b ausgegeben werden. Die elektrische Ladung an der Einfallstelle des Lichtes 8 wird in die elektrischen Ströme zu den beiden Elektroden 5a und 5b umgekehrt proportional zu den Widerstandswerten der jeweiligen Abschnitte der P-Schicht 2 bis zu den Elektroden 5a und 5b aufgeteilt. Da die P-Schicht 2 derart gebildet wird, daß ihr Widerstandswert über ihre ganze Oberfläche hinweg gleichförmig ist, ist die Stromaufteilung umgekehrt proportional zu der Strecke von der Einfallstelle des Lichtes 8 bis zu den jeweiligen Elektroden 5a und 5b. Daher kann dann, wenn die aus den Elektroden 5a und 5b an die Ausgangsanschlüsse 6a und 6b abgegebenen Ströme jeweils Ta und Ib sind, der Abstand zwischen den Elektroden 5a und 5b L ist und die Einfallstelle des Lichtes 8 in bezug auf den als Nullpunkt angenommenen mittleren Punkt zwischen den beiden Elektroden X ist, die Einfallstelle des Lichtes 8 nach folgender Gleichung ermittelt werden:

(Ia - Ib)/(Ia + Ib) = 2X/L (1).

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines anderen herkömmlichen Lagedetektors, der auf Seite 125 einer Sammlung von Konzepten für das "The Third Robot Sensor Symposium" (1992) beschrieben ist. In dieser Figur ist mit 11 eine flache plattenförmige Fotodiode bezeichnet, die der Fotodiode 1 nach Fig. 1 entspricht. Parallel zu der Fotodiode 11 ist ein Widerstand 12 ausgebildet, der als Teilerwiderstand dient. Mit 13 ist eine elektrisch leitende Schicht bezeichnet, die in gleichen Abständen wie die Zähne eines Kamms auf die Fotodiode 11 vorsteht, und von dem Widerstand 12 sind Ausgangselektroden 14 in einer Vielzahl herausgeführt.

Die Funktion dieses Lagedetektors ist grundlegend die gleiche wie diejenige des in Fig. 3 dargestellten Lagedetektors mit einem Unterschied hinsichtlich des folgenden Gesichtspunkts: Ein durch das Einfallen eines Lichtpunktes erzeugter Fotostrom wird durch die auf die Fotodiode 11 ragende leitende Schicht 13 zu dem Widerstand 12 geleitet, wodurch Änderungen hinsichtlich des Widerstandswertes der Fotodiode 11 unterdrückt werden. Gemäß den an den an beiden Enden liegenden Ausgangselektroden 14 erfaßten Stromwerten wird ein der Einfallstelle des Lichtpunktes entsprechender Teilbereich gewählt und die Einfallstelle des Lichtpunktes wird aufgrund der Stromwerte in den Ausgangselektroden 14 bestimmt, die an den beiden Enden des gewählten Teilbereichs angeordnet sind.

Im folgenden wird nun ein optischer Drehmelder bzw. Drehstellungscodierer beschrieben. Fig. 5 veranschaulicht die Gestaltung eines herkömmlichen optischen Drehstellungscodierer, der beispielsweise in "Optical Application Technique, 1991, III-1" gezeigt ist (Shadan Hojin: Optomechatronics Association, veröffentlicht am 30. April 1991). Diese Figur zeigt ein Leuchtelement 21, ein dem Leuchtelement 21 gegenübergesetztes Lichtempfangselement 22 und eine an einer drehbaren Achse in einer Lage zwischen dem Leuchtelement 21 und dem Lichtempfangselement 22 befestigte drehende Schlitzscheibe 23. Zwischen dem Leuchtelement 21 und dem Lichtempfangselement 22 ist zusammen mit der drehende Schlitzscheibe 23 eine feststehende Schlitzplatte 24 angeordnet. Mit 25 ist ein Verstärker zum Verstärken eines Signals bezeichnet, welches durch das Aufnehmen und Umsetzen von Licht in dem Lichtaufnahmeelement 22 nach dem Hindurchtreten durch die drehende Schlitzscheibe 23 und die feststehende Schlitzplatte 24 erhalten wird.

Es wird nun die Funktion eines solchen herkömmlichen optischen Drehstellungscodierers beschrieben. In der drehenden Schlitzscheibe 23 sind n konzentrische Spuren aus Schlitzen ausgebildet, die den Bits eines binären Codes entsprechen, der Absolutwinkeladressen darstellt. Allgemein entspricht die Anzahl n der Spuren der Länge n des binären Codes und ist durch die Winkelauflösung des Codierers bestimmt. Bei dem dargestellten Beispiel ist n gleich "4". Die feststehende Schlitzplatte 24 ist auf dem optischen Weg zwischen dem Leuchtelement 21 und dem Lichtempfangselement 22 angeordnet. Ein Drehwinkel der drehbaren Achse wird durch das Vorliegen oder Fehlen von durchgelassenem Licht aus der drehenden Schlitzscheibe 23 und der feststehenden Schlitzplatte 24 codiert. Durch das Lichtempfangselement 22 wird dieser Code in ein elektrisches Signal umgesetzt, welches dann durch den Verstärker 25 verstärkt und ausgegeben wird.

Bei der vorangehend beschriebenen Gestaltung des herkömmlichen Lagedetektors sind die Elektroden 5a und 5b an den beiden Enden der flachen plattenförmigen Fotodiode 1 angeordnet. Wenn die Fotodiode ringförmig gestaltet wird, um eine Einfallstelle eines Lichtpunktes auf einer Ringbahn zu erfassen, ist es daher erforderlich, zwei Ausgangselektroden 5a und 5b an irgendwelchen Stellen auf der ringförmigen Fotodiode 1 anzuordnen. Wenn bei dieser Gestaltung der Lichtpunkt auf die beiden Elektroden 5a und 5b oder auf die Lücken zwischen den beiden Elektroden auftrifft, entsteht ein Problem dadurch, daß ein Ausgangssignal bei der Lageerfassung nicht eindeutig ist.

Da der herkömmliche optische Drehstellungscodierer den vorangehend beschriebenen Aufbau hat, müssen zum klaren Erfassen der durch die Öffnungen der drehenden Schlitzscheibe 23 und der feststehenden Schlitzplatte 24 durchgelassenen Lichtmenge die Schlitzscheibe 23 und die Schlitzplatte 24 eng aneinander angeordnet werden. Insbesondere im Falle eines Codierers mit hoher Auflösung ist wegen einer schmäleren Schlitzbreite die Streuung des Lichtes ausgeprägt, so daß eine Änderung des Abstands zwischen der drehenden Schlitzscheibe 23 und der feststehenden Schlitzplatte 24 eine starke Änderung der Erfassungseigenschaften verursacht. Es ist daher erforderlich, diesen Abstand genau einzuhalten. Ferner besteht auch ein Problem darin, daß eine Exzentrizität, die durch einen zufällig bei der Herstellung der drehenden Schlitzscheibe 23 oder deren Befestigung an der drehbaren Achse entstehenden Fehler verursacht ist, direkt einen Winkelmeßfehler ergibt.

Zum Ausschalten der vorstehend genannten Probleme in Verbindung mit dem Erfassen der Lage eines Lichtpunktes, der eine ringförmige Bahn beschreibt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lagedetektor zu schaffen, der dazu geeignet ist, eine Einfallstelle eines solchen Lichtpunktes auf der Kreislinie mit hoher Genauigkeit und ohne irgendeinen unbestimmten Bereich zu erfassen.

Ferner soll mit der Erfindung ein wirkungsvolles Verfahren zur Lageerfassung mit einem solchen Lagedetektor geschaffen werden.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein optischer Drehstellungscodierer geschaffen werden, bei dem keine feststehende Schlitzplatte erforderlich ist und der es ermöglicht, die Auswirkung einer Exzentrizität auszuschalten.

In dem erfindungsgemäßen Lagedetektor ist konzentrisch längs des Außenumfangs einer in Form eines Ringes gebildeten flachen plattenförmigen Fotodiode ein Widerstand angeordnet, an dem eine Vielzahl von Ausgangselektroden angebracht ist und von dem weg auf die Fotodiode radial in gleichen Winkelabständen elektrisch leitende Schichten ähnlich wie feine Drähte ragen, um den Winkelabstand zwischen benachbarten Ausgangselektroden zu unterteilen.

In diesem Lagedetektor wird ein durch das Einfallen eines Lichtpunktes erzeugter Fotostrom durch den als konzentrischer Kreis an dem Außenumfang der ringförmigen Fotodiode angeordneten Widerstand geteilt und über ein Paar bestimmter Ausgangselektroden werden die auf diese Weise geteilten Ströme entnommen, wodurch die Lage eines auf einer Kreisbahn bewegten Lichtpunktes erfaßt werden kann, ohne daß irgendein nicht eindeutiger Bereich entsteht.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lageerfassung besteht darin, daß die Anzahl von Ausgangselektroden im Lagedetektor zu einem Vielfachen von "4" gewählt wird, ein Paar von einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden und ein Paar von hierzu unter einem Winkel von 90° einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden gewählt werden, die an den Ausgangselektroden durch das Einfallen eines Lichtpunktes erzeugten Stromwerte gemessen werden, eine Differenz zwischen den an den Ausgangselektroden eines jeden Paars gemessenen Stromwerten durch deren Summe dividiert wird und aufgrund der beiden erhaltenen Divisonsergebnisse die Einfallstelle des Lichtpunktes erfaßt wird.

Somit wird gemäß diesem Lageerfassungsverfahren von den Ausgangselektroden, die in gleichen Winkelabständen in 4 n Teilen angeordnet sind, wobei n eine ganze Zahl ist, ein Paar von einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden und ein Paar von hierzu unter einem Winkel von 90° einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden gewählt und es wird eine Differenz zwischen den an den Ausgangsanschlüssen eines jeweiligen Paars gemessenen Stromwerten durch deren Summe geteilt, wodurch auf eindeutige Weise die Lage des auf den Lagedetektor fallenden Lichtpunktes bestimmt wird.

Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zur Lageerfassung besteht darin, daß die Anzahl der Ausgangselektroden in dem vorangehend beschriebenen Lagedetektor zu einem Vielfachen von "4" und mindestens "8" gewählt wird, die nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren erfaßte Lage als annähernde Lage betracht wird, ein Paar von Ausgangselektroden gewählt wird, die beiderseits einer Ausgangselektrode liegen, die der annähernden Lage am nächsten kommt, eine Differenz zwischen Stromwerten, die an den gewählten Ausgangselektroden durch das Einfallen eines Lichtpunktes entstehen, durch deren Summe dividiert wird und aufgrund des erhaltenen Divisionsergebnisses die Einfallstelle des Lichtpunktes erfaßt wird.

Somit wird nach diesem Lageerfassungsverfahren die Anzahl der Ausgangselektroden zu 4 m gewählt, wobei m eine ganze Zahl gleich "2" oder darüber ist, dann ein Paar von Ausgangselektroden gewählt, die beiderseits einer Ausgangselektrode angeordnet sind, welche der nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren erfaßten Lage am nächsten kommt, und eine Differenz zwischen den an den gewählten Ausgangselektroden gemessenen Stromwerten durch deren Summe geteilt, wodurch die Einfallstelle des Lichtpunktes mit höherer Genauigkeit erfaßt werden kann.

Ein erfindungsgemäßer optischer Drehstellungscodierer gemäß Patentanspruch 4 enthält den vorangehend genannten Lagedetektor mit einer ringförmigen Fotodiode, ein Drehteil für das Ablenken von Licht aus einer Lichtquelle und das Bewegen eines Lichtpunktes auf der Fotodiode des Lagedetektors entsprechend einem Drehwinkel des Drehteils und eine Lageerfassungseinrichtung zum Erfassen der Einfallstelle des Lichtpunktes auf dem Lagedetektor nach einem der vorangehend beschriebenen Lageerfassungsverfahren.

Somit wird in diesem optischen Drehstellungscodierer durch das drehende Teil das Licht aus der Lichtquelle abgelenkt und entsprechend dem Drehwinkel des drehenden Teils ein Lichtpunkt auf einer Ringbahn bewegt, wobei der Lichtpunkt auf der ringförmigen Fotodiode des Lagedetektors erzeugt wird und die Einfallstelle des Lichtpunktes nach einem der vorangehend beschriebenen Verfahren erfaßt wird, wodurch sich eine feststehende Schlitzplatte erübrigt und eine Exzentrizität keine Auswirkung hat.

Bei einem optischen Drehstellungscodierer in einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Drehscheiben-Muster verwendet, in welchem das Innere eines jeden von n Bereichen, die durch Unterteilen durch in gleichen Winkelabständen in bezug auf die Drehachse der Scheibe angeordnete Trennlinien erhalten werden, durch ein lineares Beugungsgitter gebildet ist, welches unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine Winkelhalbierende der Trennlinien ausgebildet ist; das durch Aufstrahlen von monochromatischem Licht auf das lineare Beugungsgitter erhaltene Beugungslicht wird zu einem Lichtpunkt einer bestimmten Größe konvergiert, aus dessen Lage ein Drehwinkel der Drehscheibe bestimmt wird.

Auf diese Weise wird in diesem optischen Drehstellungscodierer ein Drehwinkel der Drehscheibe aufgrund der Richtung des durch ein lineares Beugungsgitter in dem auf der Drehscheibe gebildeten Muster gebeugten Lichtes erfaßt, wodurch die Erfordernis entfällt, eine Indexskala zu verwenden, und wodurch ein durch Exzentrizität verursachter Winkelmeßfehler verringert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform dieses erfindungsgemäßen optischen Drehstellungscodierers ist das lineare Beugungsgitter in einem jeden Bereich parallel zu der Winkelhalbierenden der Trennlinien gebildet und konvergiert in der zur Richtung der Winkelhalbierenden senkrechten Richtung, wobei die Drehscheibe mit einem Lichtstrahl derart bestrahlt wird, daß an der Scheibe in der Richtung der Winkelhalbierenden ein linearer monochromatischer Lichtfleck gebildet wird.

Somit ist in diesem Drehstellungscodierer ein Lichtpunkt an der Drehscheibe als in der Umfangsrichtung konvergierter linearer Flecken gebildet, wodurch der Teilbereich des linearen Beugungsgitters klein bemessen werden kann, um die Anzahl n der Teilbereiche in dem Muster zu erhöhen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem erfindungsgemäßen Drehstellungscodierer ein lineares Beugungsgitter mit mindestens zwei monochromatischen Lichtpunkten bestrahlt, die hinsichtlich des Winkels in bezug auf die Drehachse der Drehscheibe um ungefähr (2m + 1) Π/n (rad) versetzt sind, wobei m eine ganze Zahl ist, wonach dann die gebeugten Lichtstrahlen jeweils zu einem Lichtflecken einer bestimmten Größe konvergiert werden und ein Drehwinkel der Drehscheibe aus den Lagen der Lichtflecken ermittelt wird.

Wenn bei diesem Drehstellungscodierer auf der Drehscheibe ein Lichtflecken auf einer Bereichtrennlinie des linearen Beugungsgitters liegt, wird der andere Lichtflecken nahezu mittig auf den Bereich des linearen Beugungsgitters aufgestrahlt, wodurch es möglich wird, einen durch eine Grenzlinie verursachten Bereich auszuscheiden, in dem eine Erfassung nicht ausführbar ist.

In einem erfindungsgemäßen optischen Drehstellungscodierer in einer weiteren Ausführungsform wird von einem linearen Beugungsgitter gebeugtes Licht reflektiert und wieder auf das gleiche lineare Beugungsgitter gerichtet, wonach dann der durch das Beugungsgitter wieder gebeugte Lichtstrahl in seiner Richtung geändert und geteilt wird und dann zu einem Lichtflecken einer bestimmten Größe konvergiert wird, aus dessen Lage der Drehwinkel der Drehscheibe ermittelt wird.

Somit wird in diesem Drehstellungscodierer zur Winkelmessung ein Lichtfleck aus zweimalig gebeugtem Licht verwendet, wodurch die Bewegung des Lichtfleckens an dem Lagedetektor bezüglich eines Drehwinkels verdoppelt ist, um die Erfassungsempfindlichkeit zu verbessern.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einem optischen Drehstellungscodierer auf der Drehscheibe ein Muster durch einen Schlitz gebildet, dessen Öffnungsbreite in radialer Richtung sich linear entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe ändert, und der Drehwinkel der Scheibe wird aus der Intensität von durchgelassenem Licht ermittelt, welches erhalten wird, wenn ein Teil des Schlitzes bestrahlt wird.

Da auf diese Weise in diesem Drehstellungscodierer das Licht direkt auf die drehende Scheibe gestrahlt wird und die Intensität des durchgelassenen Lichtes erfaßt wird, ist es nicht mehr erforderlich, eine Indexskala zu benutzen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen optischen Drehstellungscodierer sind als Muster an der Drehscheibe zweierlei Arten von Mustern vorgesehen, von denen eines das vorangehend genannte lineare Beugungsmuster ist und als zweites Muster der genannte Schlitz dient, wobei ein Drehwinkel der drehenden Scheibe aus der Lage des Lichtfleckens und der Intensität des durchgelassenen Lichtes bestimmt wird, die mittels der Muster erfaßt werden.

In diesen Drehstellungscodierer wird als Muster zur genauen Messung ein durch n Bereiche gebildetes Muster von linearen Beugungsgittern verwendet, während als Muster zu einer groben Messung ein Muster verwendet wird, das derart gestaltet ist, daß sich die durchgelassene Lichtmenge von Beleuchtungslicht linear entsprechend dem Drehwinkel der drehenden Scheibe ändert, wodurch die Auflösung bei der Absolutwinkelmessung weiter verbessert ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in einem optischen Drehstellungscodierer als Muster auf einer drehenden Scheibe ein Beugungsgitter benutzt, in welchem sich entsprechend einem Drehwinkel des Beugungsgitters die Menge des gebeugten Lichtes aus dem Beleuchtungslicht linear ändert, und es wird auf der Intensität des durch die Bestahlung eines Teils des Musters gebeugten Lichtes der Drehwinkel der drehenden Scheibe bestimmt.

Da bei diesem Drehstellungscodierer das Licht direkt auf die drehende Scheibe aufgestrahlt wird und die Intensität des daran gebeugten Lichtes erfaßt wird, muß keine Indexskala verwendet werden.

Weiterhin sind erfindungsgemäß in einem optischen Drehstellungscodierer gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel als Muster an der drehenden Scheibe zweierlei Arten von Mustern vorgesehen, von denen bei einem das vorangehend beschriebene lineare Beugungsmuster benutzt wird und bei dem anderen eine Änderung des Ausmaßes an Beugungslicht herangezogen wird, wobei ein Drehwinkel der drehenden Scheibe aus der Lage eines Lichtpunktes und aus der Intensität des Beugungslichtes ermittelt wird, die mittels der Muster erfaßt werden.

Bei diesem Drehstellungscodierer ist es durch die Nutzung von Beugungsmustern als zweierlei Arten von Mustern an der drehenden Scheibe ermöglicht, bei dem Erzeugen der Muster auf der Drehscheibe alle Muster gleichzeitig zu bilden, wodurch der Herstellungsprozeß für diese Muster vereinfacht ist.

Bei einem optischen Drehstellungscodierer gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind als Muster auf der drehenden Scheibe ein erstes Muster mit einem linearen Beugungsgitter und ein zweites Muster mit einem Schlitz vorgesehen, wobei das erste Muster mit mindestens zwei monochromatischen Lichtpunkten bestrahlt wird, die hinsichtlich des Winkels um ungefähr (2m + 1)Π/n (rad) in bezug auf die Drehachse der Drehscheibe versetzt sind, die jeweiligen Beugungslichtstrahlen zu Lichtflecken einer bestimmten Größe konvergiert werden und die Lagen dieser Lichtflecken erfaßt werden, während auf einen Teil des zweiten Musters Licht aufgestrahlt wird und die Intensität des durchgelassenen Lichtes gemessen wird, wonach dann der Drehwinkel der Drehscheibe aus derjenigen Lage des Lichtfleckens bestimmt wird, der gemäß der Durchlaßlichtintensität gewählt wird.

In diesem optischen Drehstellungscodierer wird entsprechend einem Ausgangssignal aus dem zweiten Muster, welches derart gebildet ist, daß sich die Durchlaßlichtmenge des Beleuchtungslichtes linear entsprechend einem Drehwinkel der drehenden Scheibe ändert, derjenige Teil des linearen Beugungsgitters in dem ersten Muster bestimmt, der mit dem Beleuchtungslichtpunkt beleuchtet wird, wodurch der Drehwinkel der Drehscheibe immer unter Nutzung eines Lichtpunktes, der nahezu mittig auf dem Bereich des linearen Beugungsgitters aufgestrahlt wird, von mehreren auf das lineare Beugungsgitter aufgestrahlten Lichtpunkten erfaßt wird, wodurch es ermöglicht ist, einen absoluten Winkel ohne einen durch eine Grenze verursachten Bereich zu messen, in welchem die Erfassung nicht ausführbar ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in einem optischen Drehstellungscodierer als vorstehend genanntes zweites Muster ein Beugungsgitter verwendet, das eine lineare Änderung entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe zeigt, und es wird entsprechend der Intensität des durch die Bestrahlung eines Teils des zweiten Musters erhaltenen Beugungslichtes ein in dem ersten Muster gebeugter Lichtflecken gewählt, aus dessen Lage dann der Drehwinkel der Drehscheibe bestimmt wird.

Da bei diesem Drehstellungscodierer als zweites Muster für das Wählen des Lichtpunktes in dem ersten Muster ein Beugungsmuster benutzt wird, das eine dem Drehwinkel der Drehscheibe entsprechende lineare Änderung der Beugungslichtmenge aus dem Beleuchtungslicht zeigt, kann der Prozeß zur Herstellung der Drehscheibe vereinfacht werden.

Bei einem optischen Drehstellungscodierer gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind an der Drehscheibe eine Spur, die einmalig für eine jede Umdrehung der Drehscheibe eine Sägezahnwelle abgibt, und zwei Spuren ausgebildet, die für eine jede Umdrehung der Drehscheibe m- fach Sägezahnwellen abgeben, welche jeweils eine Phasendifferenz von einem halben Zyklus haben, wobei der Drehwinkel der Drehscheibe aus den Ausgangssignalen für diese Spuren ermittelt wird.

Da somit in diesem Drehstellungscodierer der Drehwinkel der Drehscheibe aus den phasenverschobenen Kurvenformen ermittelt wird, ist es möglich, einen absoluten Winkel ohne einen Bereich zu messen, in welchem die Messung nicht ausführbar ist.

Bei einem optischen Drehstellungscodierer gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind als Muster auf der Drehscheibe zweierlei Muster vorgesehen, nämlich ein erstes Mustern bei dem das vorangehend genannte lineare Beugungsgitter benutzt wird, und ein zweites Muster, welches Licht in einer vorbestimmten Richtung ablenkt und einen Lichtpunkt bildet, der sich entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe auf einer ringförmigen Bahn bewegt, wobei der Drehwinkel der Drehscheibe aus den mittels der Muster erfaßten Lagen des Lichtpunktes ermittelt wird.

Da bei diesem Drehstellungscodierer alle Muster auf der Drehscheibe Beugungsgitter sind, können sie bei der Herstellung der Muster auf der Scheibe gleichzeitig gebildet werden, so daß auf diese Weise der Prozeß der Ausbildung der Muster vereinfacht ist.

Der vorangehend beschriebene Lagedetektor wird bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem optischen Drehstellungscodierer als zweite Lageerfassungseinrichtung benutzt.

Da auf diese Weise in diesem Drehstellungscodierer als Lagedetektor einer zweiten Lageerfassungseinrichtung der verbesserte Lagedetektor benutzt wird, ist es möglich, bei einer Grobmessung die Lage eines Lichtpunktes zu bestimmen, ohne daß irgendein nicht eindeutiger Bereich entsteht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Hauptteil des ersten Ausführungsbeispiels in einem größeren Maßstab zeigt.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Lagedetektors.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen anderen herkömmlichen Lagedetektor.

Fig. 5 ist eine Darstellung der Gestaltung eines herkömmlichen optischen Drehstellungscodierers.

Fig. 6 ist eine Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 7 ist ein Kurvenformdiagramm zum Erläutern der Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 8 ist eine Blockdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 9 ist ein Kurvenformdiagramm zum Erläutern der Funktion des dritten Ausführungsbeispiels.

Fig. 10 zeigt die Gestaltung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 11 zeigt die Gestaltung eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 12 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Gestaltung einer Drehscheibe zeigt.

Fig. 13 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand von Beugungslicht bezüglich einer Drehung eines linearen Beugungsgitters zeigt.

Fig. 14 zeigt die Gestaltung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 15 zeigt die Gestaltung eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 16 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand von zwei linearen Lichtflecken zeigt, die auf einer Drehscheibe bei dem siebenten Ausführungsbeispiel konvergiert sind.

Fig. 17 zeigt die Gestaltung eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 18 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand von Beugungslicht an einem linearen Beugungsgitter und einem Reflexionsspiegel zeigt, die beide bei dem achten Ausführungsbeispiel benutzt werden.

Fig. 19 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand von Beugungslicht in bezug auf die Drehung eines linearen Beugungsgitters bei dem achten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 20 zeigt die Gestaltung eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 21 ist eine Draufsicht, die ein auf einer Drehscheibe bei dem neunten Ausführungsbeispiel ausgebildetes Spurmuster zeigt.

Fig. 22 zeigt die Gestaltung eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 23 zeigt die Gestaltung eines elften Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 24 ist eine Draufsicht, die ein auf einer Drehscheibe bei dem elften Ausführungsbeispiel ausgebildetes Spurmuster zeigt.

Fig. 25 zeigt die Gestaltung eines zwölften Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 26 zeigt die Gestaltung eines dreizehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 27 ist eine erläuternde Darstellung, die der Drehung einer Drehscheibe bei dem dreizehnten Ausführungsbeispiel entsprechende Spurausgangssignale zeigt.

Fig. 28 zeigt die Gestaltung eines vierzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 29 zeigt die Gestaltung eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 30 ist ein erläuterndes Diagramm, das der Drehung einer Drehscheibe bei dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel entsprechende Spurausgangssignale zeigt.

Fig. 31 zeigt die Gestaltung eines sechzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

1. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Lagedetektor 31 und die Fig. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil des Lagedetektors in einem größeren Maßstab zeigt. In diesen Figuren ist mit 32 eine flache plattenförmige Fotodiode bezeichnet, die zu einem Ring geformt ist und in dieser Hinsicht von der in Fig. 4 mit 11 bezeichneten Fotodiode verschieden ist. Längs des Außenumfangs der ringförmigen Fotodiode 32 ist konzentrisch zu dieser ein Widerstand 33 angeordnet. Mit 34 sind in einer Vielzahl vorgesehene elektrisch leitende Schichten bezeichnet, die von dem Widerstand 33 weg auf die Fotodiode 32 bis zu dem Innenumfangsabschnitt der Fotodiode radial in gleichen Winkelabständen vorstehen. An dem Widerstand 33 sind in gleichen Winkelabständen in einer Vielzahl Ausgangselektroden 35 angebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in Abständen von 45° acht Ausgangselektroden 35 angeordnet, die von T0 bis T7 numeriert sind. Die Anzahl der leitenden Schichten 34 ist größer als diejenige der Ausgangselektroden 35, um die Winkeiabstände zwischen benachbarten Ausgangselektroden 35 zu unterteilen.

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Auf das Auftreffen eines Lichtpunktes auf die ringförmige Fotodiode 32 hin wird an der Einfallstelle eine zu der auftreffenden Lichtenergie proportionale, optisch angeregte elektrische Ladung erzeugt. Wenn eine der Ausgangselektroden 35 in bezug auf das Subtrast in Sperr- Richtung vorgespannt ist, wird aus dieser Ausgangselektrode 35 die erzeugte elektrische Ladung als Strom entnommen. Falls der Widerstandswert des ringförmigen Widerstands 33 ausreichend niedriger ist als der Oberflächenwiderstand der Fotodiode 32, fließt der Strom über die leitenden Schichten 34 zu dem Widerstand 33 und gelangt über diesen Widerstand zu der in Sperr-Richtung vorgespannten Ausgangselektrode 35. Wenn für die Ausgabe eines Stroms zwei Ausgangselektroden gewählt und jeweils in Gegenrichtung vorgespannt werden, gilt dann, wenn der spezifische Widerstand des Widerstands 33 in der Umfangsrichtung ρ ist, die Abstände der Einfallstelle des Lichtpunktes bis zu den beiden Ausgangselektroden 35 jeweils X und Y sind und die aus diesen Elektroden entnommenen Ströme Ix und Iy sind, die folgende Gleichung:

ρX × Ix = ρ × Iy (2).

Daher kann zum Bestimmen der Lage des Lichtpunktes zwischen den gewählten Ausgangselektroden 35 aus den Stromwerten Ix und Iy die folgende Gleichung aufgestellt werden:

(Ix - Ty)/(Ix + Iy) = (Y - X)/(X + Y) (3).

Da die Lagen der gewählten Ausgangselektroden 35 bekannt sind, wird es damit möglich, die Lage des Lichtpunktes auf dem Lagedetektor 31 zu bestimmen.

Somit ist bei der Gestaltung dieses Ausführungsbeispiels konzentrisch entlang des Außenumfangs der als Lichtempfangsfläche dienenden ringförmigen Fotodiode 32 der ringförmige Widerstand 33 für das Erfassen der Lage angeordnet und von dem Widerstand 33 weg stehen in gleichen Abständen die Ausgangselektroden 35 vor, so daß es nicht mehr erforderlich ist, Elektroden an der Lichtempfangsfläche anzuordnen, wodurch keinerlei durch die. Elektroden verursachte tote Zone vorliegt. Ferner hat der Widerstand 33 für das Erfassen der Lage keine Unstetigkeit, wodurch das Bestimmen der Einfallstelle eines Lichtpunktes an dem Umfang zuverlässiger wird.

2. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 6 ist eine Blockdarstellung, die einen Aufbau für das Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lageerfassung zeigt. In dieser Figur ist mit 42 ein Wähler bezeichnet, der aus den im Lagedetektor 31 verwendeten Ausgangselektroden 35 bestimmte Ausgangselektroden wählt und diese mit einer nachfolgend beschriebenen Meß- und Recheneinheit 43 verbindet. Mit 44 ist eine Funktionssteuereinheit bezeichnet, die entsprechend dem von der Meß- und Recheneinheit 43 abgegebenen Rechenergebnis den Wähler 42 steuert und die Lage des auf den Lagedetektor 31 auftreffenden Lichtpunktes bestimmt.

Es wird nun die Funktion dieses zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Fig. 7 ist ein Kurvenformdiagramm, das Ausgangssignale der Meß- und Recheneinheit 43 bezüglich einer Winkellage eines Lichtpunktes auf dem Umfang des Lagedetektors 31 zeigt. Zum Erfassen der Lage eines Lichtpunktes wird von der Funktionssteuereinheit 44 zuerst ein Paar von Ausgangselektroden 35 gewählt, die an dem Umfang des Lagedetektors 31 einander gegenüberliegen, z. B. die Elektroden T0 und T4 nach Fig. 1, und der Wähler 42 angesteuert, wodurch die Ausgangssignale der beiden Ausgangselektroden 35 (T0 und T4) der Meß- und Recheneinheit 43 zugeführt werden, welche ihrerseits Werte der aus den beiden Ausgangselektroden 35 ausgegebenen Ströme mißt und eine Differenz zwischen diesen durch deren Summe dividiert. Falls beispielsweise der aus T0 abgegebene Strom I0 ist und derjenige aus T4 I4 ist, wird ein Ausgangssignal OUT1 nach folgender Gleichung berechnet und der Funktionssteuereinheit 44 zugeführt:

OUT1 = (I4 - I0)/(I4 + I0) (4).

Als nächstes wird ein Paar von Ausgangselektroden 35, die einander unter einem Winkel von 90° in bezug auf die beiden Ausgangselektroden 35 gegenüberliegen, z. B. die Elektroden T2 und T6 gewählt und auf die vorstehend beschriebene Weise wird dann, wenn der Elektrode T2 abgegebener Strom 12 ist und derjenige aus T6 I6 ist, ein Ausgangssignal OUT2 in der Meß- und Recheneinheit 43 nach der folgenden Gleichung berechnet und dann der Funktionssteuereinheit 44 zugeführt:

OUT2 = (I2 - I6)/(I2 + I6) (5).

Der Zusammenhang zwischen Einfallstellen eines Lichtpunktes auf dem Umfang des Lagedetektors 31 und dem Ausgangssignal OUT1 und der Zusammenhang zwischen diesen Einfallstellen und dem Ausgangssignal OUT2 ergeben jeweils eine Dreieckwelle mit den Orten der Ausgangselektroden als Spitzenwerte. Zwischen den Ausgangssignalen OUT1 und OUT2 besteht eine Phasendifferenz von 90°. Mit einem Ausgangssignal, z. B. OUT1 sind zwei Lagen des Lichtpunktes an Drehstellungen P1 und P2 denkbar und es ist daher nicht möglich, die Lage des Lichtpunktes genau zu bestimmen. Wenn aber das Ausgangssignal OUT2 hinzugenommen wird und erfaßte Drehstellungen P3 und P4 erhalten werden, ist die wahre Einfallstelle des Lichtpunktes die erfaßte Drehstellung P1 oder P4, die miteinander übereinstimmen, und es ist damit die Lage an dem Umfang des Lagedetektors 31 eindeutig bestimmt.

Falls ein Lichtpunkt nahe an der Spitze einer jeweiligen Dreieckwelle liegt, nämlich nahe an einer der Ausgangselektroden 35, erhält man eine Dreieckwelle, die bezüglich einer idealen Dreieckwelle etwas gerundet ist. Es ist daher besser, als Ausgangssignal zur Lageermittlung ein näher an der Mitte zwischen benachbarten Ausgangselektroden 35 erfaßtes Ausgangssignal heranzuziehen, um die Messung mit höherer Genauigkeit auszuführen.

Auf diese Weise wird die Lage des Lichtpunktes auf den Umfang des Lagedetektors 31 eindeutig aus den Werten der Ströme bestimmt, die gemäß der vorstehenden Beschreibung aus den beiden zueinander senkrecht stehenden Paaren der Ausgangselektroden 35 abgegeben werden. Dabei ist eine Meßgenauigkeit sowohl durch das Nutzsignal/Störsignal- Verhältnis der Ströme in dem Elektrodenzwischenraum eines Halbkreises als auch durch die Auflösung der Meß- und Recheneinheit 43 bestimmt. Die Auflösung γ des Lagedetektors ist allgemein durch die folgende Gleichung bestimmt:

γ = L × (4kTB/R + 2qBI)^1/2 (6)

wobei L der Abstand der Ausgangselektroden 35 ist, k die Boltzmann-Konstante ist, T die absolute Temperatur ist, B die Bandbreite ist, R der Widerstand zwischen den Ausgangselektroden 35 ist, q die elektrische Ladungseinheit ist und I der Strom ist. Da der Widerstand R zwischen Ausgangselektroden zu dem Abstand L zwischen den Ausgangselektroden 35 proportional ist, ist die Auflösung umso höher, je kleiner der Abstand L ist. Andererseits ist es nicht erwünscht, die Auflösung der Meß- und Recheneinheit 43 hoch zu wählen, da dies eine Erhöhung der Kosten der Verarbeitungsschaltung verursacht. Dieser Gesichtspunkt wurde bei dem nachstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel berücksichtigt.

3. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 8 ist eine Blockdarstellung, die einen Aufbau für die praktische Ausführung des Lageerfassungsverfahrens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. In dieser Figur ist mit 45 eine Funktionssteuereinheit bezeichnet, in welcher als Grob-Lage eine Lage eingestellt wird, die durch eine Verarbeitung ähnlich der durch die in Fig. 6 gezeigte Funktionssteuereinheit 44 erfaßt wird. Die Funktionssteuereinheit 45 steuert den Wähler 42 zu einem erneuten Wählen eines Paares von Ausgangselektroden 35, welche beiderseits derjenigen Ausgangselektrode 35 liegen, die der Grob-Lage am nächsten kommt. Dabei bestimmt die Funktionssteuereinheit 45 aufgrund des Rechenergebnisses aus der Meß- und Recheneinheit 43 die genaue Einfallstelle des Lichtpunktes. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es erforderlich, daß der Lagedetektor 31 mit 4m Ausgangselektroden 35 versehen ist, wobei m eine ganze Zahl von mindestens "2" ist, und es werden gemäß Fig. 1 acht Ausgangselektroden 35 verwendet (m = 2).

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Fig. 9 ist ein Kurvenformdiagramm von Ausgangssignalen der Meß- und Recheneinheit 43 in bezug auf Winkelstellungen des Lichtpunktes auf dem Umfang des Lagedetektors 31. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist m zu "2" gewählt und auf der Abszissenachse sind Drehstellungen sowie Stellen der Ausgangselektroden 35 mit den Nummern T0 bis T7 aufgetragen. Zuerst befiehlt die Funktionssteuereinheit 45 wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel an dem Wähler 42 das Wählen von zwei zueinander senkrecht stehenden Paaren von Ausgangselektroden 35 und bestimmt aufgrund der Ausgangssignale OUT1 und OUT2 als Rechenergebnisse aus der Meß- und Recheneinheit 43 grob auf eindeutige Weise eine Stelle auf dem Umfang des Lagedetektors 31.

Als nächstes wählt die Funktionssteuereinheit 45 zwei Ausgangselektroden 35, die beiderseits derjenigen Ausgangselektrode 35 liegen, die der auf diese Weise grob bestimmten Stelle am nächsten sind, und gibt diese beiden Elektroden an den Wähler 42 weiter. Die Ströme aus den beiden Ausgangselektroden 35 werden der Meß- und Recheneinheit 43 zugeführt, welche ihrerseits der Funktionssteuereinheit 45 ein Rechenergebnis zuführt. Dieses Rechenergebnis ist ein Ausgangssignal OUT3. Die Fig. 9 zeigt ein Beispiel, bei dem aufgrund der Ausgangssignale OUT1 und OUT2 die Ausgangselektroden T2 und T4 gewählt wurden. Da der Gradient des Ausgangssignals OUT3 m-mal so groß ist wie derjenige der Ausgangssignale OUT1 und OUT2, kann eine Stelle des Lichtpunktes zwischen den Ausgangselektroden T2 und T4 mit einer Auflösung erfaßt werden, die m-mal höher ist. Da ferner die Lage einer jeden Ausgangselektrode 35 bekannt ist, kann die Stelle eines Lichtpunktes auf dem Umfang des Lagedetektors 31 bestimmt werden.

Darüberhinaus kann dadurch, daß von dem Wähler 42 gleichzeitig vier Ausgangselektroden 35 gewählt werden, dann ein Paar von diesen als den Ausgangssignalen OUT1 und OUT2 entsprechende Ausgangselektroden mit der Meß- und Recheneinheit 43 verbunden wird, während das andere Paar von Ausgangselektroden als auf einem Halbkreis liegend angenommen wird, der dem bei der Erfassung benutzten Halbkreis gegenüberliegt, und als zu den bei der Erfassung benutzten Elektroden benachbarte Elektroden angesetzt wird und dann diese Elektroden gegen eine Vorspannung kurzgeschlossen werden, die gleich der Spannung der beiden bei der Erfassung benutzten Elektroden ist, das Nutzsignal/ Störsignal-Verhältnis verbessert, weil sich ein äquivalent kurzgeschlossener Elektrodenzwischenabstand ergibt, wodurch es möglich wird, die Auflösung weiter zu verbessern.

4. Ausführungsbeispiel

Bei einem optischen Drehstellungscodierer für das Erfassen eines Drehwinkels einer drehenden Maschine sind der als erstes Ausführungsbeispiel beschriebene Lagedetektor und das als zweites oder drittes Ausführungsbeispiel erläuterte Verfahren zur Lageerfassung anwendbar. Nachstehend wird ein derartiger optischer Drehstellungscodierer beschrieben.

Die Fig. 10 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers als viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Figur zeigt eine Lichtquelle 52 zur Abgabe von Lichtstrahlen, eine Kondensorlinse 53 zum Sammeln der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen, einen Halbspiegel 54 zum Umlenken des optischen Weges der konvergierten Lichtstrahlen, ein Ablenkelement 55 wie ein drehendes Element, das das von dem Halbspiegel 54 reflektierte Licht umlenkt, und eine Drehachse 56 zum Drehen des Ablenkelements 55. Mit 51 ist der bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Lagedetektor bezeichnet und mit 57 ist eine Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln der Einfallstelle eines Lichtpunktes aus den von Ausgangselektroden 35 abgegebenen Strömen bezeichnet.

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die von der Lichtquelle 52 abgegebenen Lichtstrahlen werden durch die Kondensorlinse 53 konvergiert und treffen auf den Halbspiegel 54, der die Lichtstrahlen reflektiert. Die auf diese Weise reflektierten Lichtstrahlen treffen auf das Ablenkelement 55. Von dem Ablenkelement 55 werden die Strahlen unter Ablenkung in einer bestimmten Richtung in bezug auf das Ablenkelement reflektiert. Dann gelangen die Lichtstrahlen wieder zu dem Halbspiegel 54. Das von dem Halbspiegel 54 durchgelassene Licht trifft auf den Lagedetektor 31 und bildet auf der ringförmigen Fotodiode 32 des Lagedetektors einen Lichtflecken. Das Ablenkelement 55 ist an der Drehachse 56 befestigt und dreht zusammen mit dieser, so daß der Laufweg des reflektierten Lichtes einen Konus bildet, dessen Spitzenwinkel ein Winkel ist, der doppelt so groß wie der Ablenkwinkel des Ablenkelements 55 ist. Der Lagedetektor 31 ist senkrecht zu der Drehachse des Reflexionslichtes, nämlich zur optischen Achse des Reflexionslichtes im Falle eines Ablenkwinkels von 0° angeordnet, wobei die Mitte der ringförmigen Fotodiode 32 mit der optischen Achse übereinstimmt. Zwischen dem Ablenkelement 55 und der Fotodiode 32 ist ein geeigneter Abstand derart eingestellt, daß der Lichtpunkt auf die Fotodiode 32 gestrahlt wird. Die Kondensorlinse 53 ist derart gewählt, daß das konvergierte Licht zu einem Lichtpunkt auf der Fotodiode 32 fokussiert wird. Somit entspricht die Lage des auf der ringförmigen Fotodiode erzeugten Lichtpunktes dem Drehwinkel der Drehachse 56. Diese Lage des Lichtpunktes wird mittels der Lagemesseinrichtung 57 gemäß dem vorangehend beschriebenen zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel für das Lagemeßverfahren erfaßt und als Drehwinkel ausgegeben.

Wenn als Ablenkelement 55 beispielsweise ein Element wie ein Beugungsgitter verwendet wird, bei dem keine Abhängigkeit von der Einfallstelle besteht, ergibt sich keine Änderung der Lage des Lichtpunktes an dem Lagedetektor 31 selbst dann, wenn sich die Einfallstelle des Lichtstrahles auf das Ablenkelement 55 durch eine Exzentrizität oder dergleichen ändert, so daß es damit möglich wird, einen optischen Drehstellungscodierer zu erhalten, der nicht durch Exzentrizität beeinflußt ist.

5. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 11 zeigt die Gestaltung eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Die Figur zeigt eine monochromatische Lichtquelle, z. B. eine Laserdiode 101, Kondensorlinsen 102 und 104 und eine zwischen den Kondensorlinsen 102 und 104 angeordnete Drehscheibe 103. Mit 105 ist ein Lagedetektor als Lageermittlungsvorrichtung bezeichnet, welche die Lage eines durch die Kondensorlinse 104 gebildeten Lichtpunktes erfaßt. Der Lagedetektor 105 kann beispielsweise ein Halbleiter-Detektor sein. Mit 107 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, die aufgrund der mittels des Lagedetektors erfaßten Lage des Lichtpunktes einen Drehwinkel der Drehscheibe 103 berechnet und ausgibt. Mit 108 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet, welche die monochromatische Lichtquelle 101 und die Kondensorlinse 102 enthält.

Die Fig. 12 ist eine erläuternde Darstellung, die die Gestaltung der Drehscheibe 103 ausführlich zeigt. In dieser Figur ist mit 106 ein nachstehend als "Gittersektor" bezeichneter Bereich bezeichnet, der durch Unterteilen des Umfangs in n gleiche Teile gebildet ist. In dem Gittersektor 106 ist ein lineares Beugungsgitter mit einer Teilung P ausgebildet. Der Winkel zwischen Trennlinien 202a und 202b für den Gittersektor 106 beträgt 2Π/n rad. Das lineare Beugungsgitter in einem jeden Bereich ist derart ausgebildet, daß es in einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine Winkelhalbierende 203 der Trennlinien 202a und 202b steht. Daher ist das auf der Drehscheibe 103 ausgebildete Muster ein periodisches Muster, dessen Form sich bei jeder Umdrehung um 2Π/n rad wiederholt.

Die Fig. 13 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand von Beugungslicht im Verhältnis zu einer Drehung eines linearen Beugungsgitters zeigt. In dieser Figur ist mit 301 jeweils ein in jedem Gittersektor 106 ausgebildetes lineares Beugungsgitter bezeichnet, während mit 302 parallele Lichtstrahlen bezeichnet sind. Mit 303a und 303b ist jeweiliges Beugungslicht bezeichnet, welches durch das Auftreffen der parallelen Lichtstrahlen 302 auf das lineare Beugungsgitter 301 erzeugt wird. Die Beugungslichter 303a und 303b werden auf einer Beobachtungsfläche 304 wahrgenommen, wobei mit 305 ein Kreis bezeichnet ist, der eine Bahn von Punkten der sich auf der Beobachtungsfläche 304 bewegenden Beugungslichter 303a und 303b darstellt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 13 wird nun die Funktion des optischen Drehstellungscodierers gemäß diesem fünften Ausführungsbeispiel beschrieben. Durch das Auftreffen der parallelen Lichtstrahlen 302 auf das lineare Beugungsgitter 301 werden in einer zu dem Gitter senkrechten Ebene durch die Beugung durch dasselbe Beugungslichtstrahlen 303a und 303b erzeugt. Sobald das lineare Beugungsgitter 301 dreht, werden auch die Beugungslichtstrahlen 303a und 303b geschwenkt, so daß sich Beugungslichtpunkte auf der Beobachtungsfläche 304 auf dem Kreis 305 bewegen. Ein Drehwinkel eines jeden Punktes auf der Beobachtungsfläche 304 ist bei einem Drehwinkel e des linearen Beugungsgitters 301 gleichfalls R, und wenn der Radius des Kreises 305 r ist, ist eine lineare Bewegungsstrecke L eines jeweiligen Punktes bei der Drehung um R durch folgende Gleichung gegeben:

L = 2rsin (R/2) (7).

Wenn der Drehwinkel e ausreichend klein ist, wird die vorstehende Gleichung (7) auf die folgende Weise angenähert und es wird möglich, den Winkel direkt aus der Bewegungsstrecke zu erfassen:

L = rR (8).

Gemäß Fig. 11 treffen die von der monochromatischen Lichtquelle 101 abgegebenen Lichtstrahlen auf einen der Gittersektoren 106 auf der Drehscheibe, nachdem sie durch die Kondensorlinse 102 zu einem Strahl mit einem derartigen Format gebündelt sind, welches in dem Gittersektor 106 aufgenommen wird. Das von dem linearen Beugungsgitter in dem Gittersektor 106 gebeugte Licht trifft auf den Lagedetektor 105, nachdem es durch die Kondensorlinse 104 zu einem Punkt in einer für den Lagedetektor 105 geeigneten Form gebündelt ist. Wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichtes λ ist und die Beugungsgitterteilung P ist, kann ein Beugungswinkel Φ von primär gebeugtem Licht folgendermaßen ausgedrückt werden:

Φ = sin^-1 ( λ /P) (9).

Der Lagedetektor 105 wird derart angeordnet, daß dessen Lageerfassungsrichtung mit der Richtung der durch die Drehung der Drehscheibe verursachten Bewegung des Lichtpunktes auf dem Lagedetektor übereinstimmt. Wenn die Brennweite der Kondensorlinse 104 f ist, ist die dem Drehwinkel e des linearen Beugungsgitters entsprechende Bewegungsstrecke L des Lichtpunktes die folgende:

L = 2ftanΦsin(R/2) (10).

Wenn in diesem Fall der Drehwinkel e ausreichend gering ist, wird die Gleichung (10) auffolgende Weise angenähert und somit die Bewegungsstrecke zu dem Drehwinkel proportional:

L = fRtanR (11).

Gemäß einer Gitterdrehung, die dem Drehwinkel 2Π/n eines der Gittersektoren 106 entspricht, wird der Lagemeßbereich des Lagedetektors 105 derart gewählt, daß er einen Lichtpunkt enthält, welcher sich im Bereich von 2ΠftanΦ/n bewegt.

Wenn sich die Drehscheibe 103 um eine Umdrehung dreht, wiederholt der Lichtpunkt auf dem Lagedetektor 105 seine Bewegung n-malig, da das Muster an der Drehscheibe periodische Struktur hat, wobei sich die gleiche Form bei jeder Drehung um 2Π/n rad wiederholt. Daher ist es durch das Zählen von Lageerfassungssignalen möglich, einen Schritt- Codierer zu bilden, bei dem die Auflösung des Lagedetektors 105 eine Winkelauflösung ist. Da ferner ein Lagemeßsignal bei dem Gittersektor 106 einen absoluten Winkel in dem Bereich dieses Gittersektors darstellt, kann ein Absolutwert-Codierer für eine einzelne Umdrehung dadurch gebildet werden, daß für den Gittersektor 106 eine Erkennungsvorrichtung vorgesehen wird.

Falls infolge einer Auslenkung der Drehachse der Drehscheibe 103 eine Exzentrizität in dem Winkelmeßsystem mit einem solchen linearen Beugungsgitter auftritt, tritt deren Einwirkung als eine Parallelverschiebung in der gleichen Ebene wie die Drehscheibe in Erscheinung und verursacht keine Änderung des Drehwinkels des Beugungsgitters. Daher wird ein Winkelmeßausgangssignal durch eine solche Exzentrizität überhaupt nicht beeinflußt, falls die durch die Exzentrizität verursachte Parallelverschiebung innerhalb des Gittersektors 106 erfolgt.

6. Ausführungsbeispiel

Anhand der Zeichnung wird nun das sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 14 zeigt die Gestaltung eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Teile wie gemäß Fig. 11 und 12 zur Vermeidung der Erläuterung derselben mit den gleichen Bezugszeichen wie in diesen Figuren bezeichnet sind. In Fig. 14 ist mit 403 eine Drehscheibe bezeichnet, die nahezu gleich wie die bei dem fünften Ausführungsbeispiel verwendete Drehscheibe 103 gestaltet ist. Mit 406 ist ein Gittersektor bezeichnet, in welchem die Gitterrichtung des linearen Beugungsgitters zu der Winkelhalbierenden 203 im Gittersektor parallel ist, so daß in dieser Hinsicht der Gittersektor 406 von dem bei dem fünften Ausführungsbeispiel verwendeten Gittersektor 106 verschieden ist. Zylindrische Linsen 407 und 408 sind derart angeordnet, daß sie das Licht in der radialen Richtung der Drehscheibe 403 bündeln und der Brennpunkt auf der Drehscheibe liegt. Mit 409 ist eine Lichtkonvergiervorrichtung aus der Kondensorlinse 104 und der zylindrischen Linse 408 bezeichnet. Mit 410 ist eine Beleuchtungsvorrichtung aus der monochromatischen Lichtquelle 101, der Kondensorlinse 102 und der zylindrischen Linse 407 bezeichnet.

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die von der monochromatischen Lichtquelle 101 abgegebenen Lichtstrahlen werden durch die Kondensorlinse 102 und die zylindrische Linse 407 zu einem linearen Flecken bzw. einer Linie in dem Gittersektor 406 konvergiert. Diese Linie wird derart eingestellt, daß gemäß den vorstehenden Ausführungen die Richtung der Konzentration des Lichtes die radiale Richtung der Drehscheibe 403 ist und daß deren Länge innerhalb der radialen Breite des Gittersektors 406 liegt. Das von dem linearen Beugungsgitter in dem Gittersektor 406 gebeugte Licht wird durch die Kondensorlinse 104 und die zylindrische Linse 408 in die Form eines für den Lagedetektor 105 geeigneten Lichtpunktes konvergiert, der auf den Lagedetektor 105 fällt. In der Beleuchtungsvorrichtung 410 kann entweder die Kondensorlinse 104 oder die zylindrische Linse 408 weggelassen werden, sofern es möglich ist, einen für den Lagedetektor 105 geeigneten Lichtpunkt zu formen.

Da bei dieser Gestaltung die Lichtlinie auf dem Lagedetektor 105 fokussiert wird, hat eine Winkelabweichung des gebeugten Lichtes in bezug auf die Richtung des Konvergierens der Linie keinen Einfluß auf den Lichtpunkt an dem Lagedetektor. Da ferner das lineare Beugungsgitter derart geformt ist, daß die Gitterrichtung zu der Winkelhalbierenden in dem Gittersektor 406 parallel ist, ändert sich durch Drehung die Richtung des gebeugten Lichtes senkrecht zu der Richtung der Konvergenz der Lichtlinie. Somit ist es ohne irgendeine Auswirkung auf die Messung des Drehwinkels möglich, wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel die Lage des Lichtpunktes an dem Lagedetektor 105 zu erfassen und den Winkel zu messen.

7. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das siebente Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 15 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel, wobei die gleichen Teile wie die vorangehend erläuterten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wodurch sich die Erläuterung erübrigt. Die grundlegende Gestaltung dieses siebenten Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel. Zwischen die monochromatische Lichtquelle 101 und die Drehscheibe 403 ist ein Gitter- Strahlenteiler 508 eingefügt, und zwar gemäß Fig. 15 beispielsweise zwischen die Kondensorlinse 102 und die zylindrische Linse 407, und es sind parallel zueinander zwei Lagedetektoren 509a und 509b angeordnet. Mit 509 ist eine durch die beiden Lagedetektoren 509a und 509b gebildete Lagedetektorvorrichtung bezeichnet. Mit 510 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet, die die monochromatische Lichtquelle 101, die Kondensorlinse 102, die zylindrische Linse 407 und den vorstehend genannten Gitter-Strahlenteiler 508 enthält.

Es wird nun die Funktion dieses siebenten Ausführungsbeispiels beschrieben. Durch die monochromatische Lichtquelle 101, die Kondensorlinse 102 und die zylindrische Linse 407 wird wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel auf der Drehscheibe 403 eine Lichtlinie gebildet. In diesem Fall wird durch den dazwischen angeordneten Gitter-Strahlenteiler 508 der Lichtstrahl in mindestens zwei Richtungen aufgezweigt, so daß auf der Drehscheibe 403 mindestens zwei Linie gebildet werden. Der Verzweigungswinkel des Gitter- Strahlenteilers 508 wird derart eingestellt, daß der Abstand zwischen den mindestens zwei Linie (2m + 1)/2-mal so groß ist wie die Breite des Gittersektors 406 in der Umfangsrichtung bzw. in bezug auf einen Drehwinkel der Drehscheibe (2Πm + 1)/n rad beträgt, wobei m eine ganze Zahl ist. Die beiden Lagedetektoren 509a und 509b werden derart angeordnet, daß die Lagen der beiden Lichtpunkte erfaßt werden, welche durch die zylindrische Linse 408 und die Kondensorlinse 104 aus den durch das lineare Beugungsgitter erhaltenen Beugungslichtstrahlen der beiden Linien an der Drehscheibe 403 gebildet werden.

Die Fig. 16 ist eine erläuternde Darstellung, die die durch die beiden Lichtlinien bestrahlten Stellen an der Drehscheibe 403 im Falle von m = 0 zeigt. Die Drehscheibe 403 dreht gemäß (a), (b) und (c) in dieser Figur, aus der ersichtlich ist, daß dann, wenn eine Linie auf einer Grenze des Gittersektors 406 liegt, die andere Linie mit Sicherheit den mittigen Teil des Gittersektors 406 beleuchtet, so daß daher eine der beiden Linien mit Sicherheit in dem Gittersektor 406 liegt. Daher ist eine hierbei eingesetzte Recheneinrichtung 107 derart gestaltet, daß dann, wenn eine der Linien auf der Grenze des Gittersektors 406 liegt und durch Verzerrung der Punktform an einem der Lagedetektoren, z. B. dem Lagedetektor 509a die Fähigkeit zum Messen unzureichend ist, ein Drehwinkel aus dem Erfassungsausgangssignal des anderen Lagedetektors 509b berechnet wird. Daher entsteht durch die Grenze des Gittersektors 406 kein Bereich, in dem die Erfassung nicht möglich ist.

8. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das achte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 17 zeigt die Gestaltung eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem achten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Teile wie die zuvor beschriebenen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und die Erläuterung weggelassen ist. In dieser Figur ist mit 710 eine Trennvorrichtung zum Trennen von Beleuchtungslichtstrahlen und Reflexionslichtstrahlen bezeichnet. Die Trennvorrichtung 710 ist zwischen der monochromatischen Lichtquelle 101 und der Drehscheibe 103 angeordnet. Mit 711 ist ein Reflektor bezeichnet, der einen durch das lineare Beugungsgitter an der Drehscheibe 103 durchgelassenen Lichtstrahl reflektiert und den reflektierten Lichtstrahl wieder auf das gleiche Beugungsgitter richtet. Als Trennvorrichtung kann beispielsweise ein Halbspiegel oder ein Polarisationsstrahlenteiler verwendet werden. Wenn ein Halbspiegel verwendet wird, wird als hinter der Drehscheibe 103 angeordneter Reflektor 711 ein Spiegel verwendet, während im Falle eines Polarisationsstrahlenteilers als Reflektor 711 eine λ/4-Platte und ein Spiegel in Kombination verwendet werden müssen. Bei der Gestaltung dieses achten Ausführungsbeispiels ist der Reflektor 711 parallel zu der Drehscheibe 103 angeordnet, so daß in diesem Fall das Licht auf dem gleichen optischen Weg reflektiert wird und es erforderlich ist, den Winkel des Auftreffens des Lichtes aus der monochromatischen Lichtquelle 101 auf die Drehscheibe 103 auf den Winkel des Beugens des linearen Beugungsgitters einzustellen. Falls dagegen das Licht senkrecht auftrifft, verläuft das gebeugte und durchgelassene Licht schräg, so daß es erforderlich ist, den Reflektor 711 in bezug auf die Drehscheibe 103 schräg zu stellen.

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Fig. 18 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand von gebeugtem Licht sowohl an dem linearen Beugungsgitter als auch an dem Reflektor dieses Ausführungsbeispiels zeigt, und die Fig. 19 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand des gebeugten Lichtes im Zusammenhang mit einer Drehung des linearen Beugungsgitters zeigt. Die von der monochromatischen Lichtquelle 101 abgegebenen Lichtstrahlen werden durch die Kondensorlinse 102 auf ein in dem jeweiligen Gittersensor 106 aufgenommenes Format gebündelt und treffen dann auf einen Gittersektor 106 an der Drehscheibe 103. Gemäß den vorangehenden Ausführungen ist der Reflektor 711 parallel zu der Drehscheibe 103 angeordnet, so daß es gemäß Fig. 18 erforderlich ist, daß das gebeugte und durchgelassene Licht, nämlich das in +1-ter Ordnung gebeugte Licht in der Figur senkrecht austritt, damit das auf den Reflektor auftreffende Licht und das von diesem reflektierte Licht den gleichen optischen Weg haben. Daher wird der Einfallwinkel des auf das Beugungsgitter auftreffenden Lichtes ,auf den gleichen Winkel wie das in +1-ter Ordnung gebeugte reflektierte Licht eingestellt. Die Fig. 19 veranschaulicht, wie sich das gebeugte Licht mit einer Drehung der Drehscheibe 103 ändert. Wie daraus ersichtlich ist, dreht sich bei einer Drehung der Drehscheibe 103 um einen Winkel e auch das lineare Beugungsgitter um den gleichen Winkel, so daß das gebeugte und durchgelassene Licht von der Senkrechten um einen Winkel ß abweicht. Wie schon im Zusammenhang mit Fig. 13 usw. erläutert wurde, entspricht dieser Winkel ß einer Änderung der Beugungsrichtung des gebeugten Lichtes bei einer Drehung des Beugungsgitters um den Winkel R, d. h., einer Bewegung des Lichtpunktes an dem Lagedetektor 105. Das reflektierte Licht trifft dann wieder auf die Drehscheibe 103 auf, an der es zum zweiten mal gebeugt wird, wonach es zu der Beleuchtungsvorrichtung 108 hin zurückkehrt. Dabei erfährt das Licht eine weitere Winkeländerung ß, so daß das reflektierte Licht mit einem insgesamt um 2β geänderten Winkel zu dem Lagedetektor 105 gelangt. Somit kann eine Winkelauflösung erzielt werden, die zweimal so groß ist wie die Winkelauflösung bei einer einzigen Beugung.

9. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das neunte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 20 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel. Diese Figur zeigt eine Drehscheibe 1001, eine auf der Drehscheibe 1001 ausgebildete Spur 1002, eine Lichtquelle 1003 als Beleuchtungsvorrichtung für das Bestrahlen eines Teils der Drehscheibe 1001, Kondensorlinsen 1004 und 1005 und einen Lichtstärkedetektor 1006 zum Messen der Intensität des Lichtes, das durch die Drehscheibe 1001 hindurchgetreten ist, wobei der Lichtstärkedetektor 1006 beispielsweise eine Fotodiode ist. Mit 1007 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, die aus der mittels des Lichtstärkedetektors 1006 erfaßten Intensität des durchgelassenen Lichtes einen Drehwinkel der Drehscheibe 1001 berechnet und ausgibt.

Die Fig. 21 ist eine Draufsicht auf ein Muster der auf der Drehscheibe 1001 gebildeten Spur 1002. In dieser Figur ist mit 1101 ein Lichtdurchlaßschlitz bezeichnet, während der andere Teil der Spur undurchlässig ist. Wenn die Strecken von der mit O dargestellten Mitte bis zu dem äußeren bzw. inneren Umfang der Öffnung des Schlitzes 1101 jeweils r1 bzw. r2 sind, deren Winkel in bezug auf eine gestrichelte Linie 1102 nach Fig. 21 jeweils R1 und R2 sind und bei R2 = 0 r2 gleich r0 ist, während bei R1 = R2 = 0 (r1 - r2) gleich rG ist, dann hat die Öffnung des Schlitzes 1101 eine Form, die den folgenden Gleichungen genügt:

r1 = r0 + rG - ((1 - a) × rG)/2Π × R1 (12)

r2 = r0 + (a × rG)/2Π × R2 (13)

0 a 1.

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die von der Lichtquelle 1003 abgegebenen Lichtstrahlen treffen durch die Kondensorlinse 1004 hindurch auf die Spur 1002. In diesem Fall werden einfallende Lichtstrahlen in der radialen Richtung der Drehscheibe 1001 nicht in der Öffnung des Schlitzes 1101 der Spur 1002 aufgenommen. Das durch den Schlitz 1101 hindurch gelangende Licht wird durch die Kondensorlinse 1005 auf dem Lichtstärkedetektor 1006 gebündelt, durch den die Intensität des durchgelassenen Lichtes gemessen wird. Wenn die Drehscheibe 1001 dreht, ändert sich die mittels des Lichtstärkedetektors 1006 erfaßte Intensität des durchgelassenen Lichtes linear mit dem Drehwinkel der Drehscheibe und stellt damit einen absoluten Winkel einer Drehung der Drehscheibe dar. Auf diese Weise ist es durch das Messen der Intensität des durch den Schlitz 1101 durchgelassenen Lichtes ermöglicht, einen Absolutwert- Codierer für eine Umdrehung bzw. Absolutwert-Drehmelder zu bilden.

10. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das zehnte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 22 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel, wobei die schon vorangehend erläuterten Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Beschreibung weggelassen ist. In dieser Figur ist mit 1201 eine Drehscheibe bezeichnet und mit 1202 ist eine Spur mit einem ersten Muster bezeichnet, welches durch n Gittersektoren 1006 gebildet ist, deren Innenfläche jeweils aus einem linearen Beugungsgitter besteht. Die Spur 1202 ist derart angeordnet, daß sie nicht eine Spur 1002 stört, welche ein durch einen Schlitz 1101 gebildetes zweites Muster hat. Mit 1207 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, die aus den Ausgangssignalen des Lagedetektors 1005 und des Lichtstärkedetektors 1006 einen Drehwinkel der Drehscheibe 1201 berechnet und ausgibt.

Es wird nun die Funktion dieses zehnten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die aus der monochromatischen Lichtquelle 101 abgegebenen Lichtstrahlen werden durch die Kondensorlinse 1002 auf ein in einem jeweiligen Gittersektor 1006 aufgenommenes Format gebündelt und treffen dann auf einen der Gittersektoren 1006 auf der Spur 1202 der Drehscheibe 1201 auf. Von dem linearen Beugungsgitter in dem Gittersektor 1006 gebeugte Licht wird durch die Kondensorlinse 1004 zu einem für den Lagedetektor 1005 geeigneten Lichtpunkt konvergiert und trifft dann auf diesen. Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel stellt das Signal des Lagedetektors einen absoluten Winkel in dem Bereich des Gittersektors 106 dar.

Andererseits treffen die von der Lichtquelle 1003 abgegebenen Lichtstrahlen durch die Kondensorlinse 1004 hindurch auf die Spur 1002 an der Drehscheibe 1201. In diesem Fall ist die Einstellung derart, daß die einfallenden Lichtstrahlen nicht innerhalb der Öffnung des Schlitzes 1101 der Spur 1002 in der radialen Richtung der Drehscheibe 1201 aufgenommen werden. Das von dem Schlitz 1101 durchgelassene Licht wird durch die Kondensorlinse 1005 auf dem Lichtstärkedetektor 1006 konzentriert, durch den dessen Intensität gemessen wird. Wenn die Drehscheibe 1201 dreht, stellt wie bei dem neunten Ausführungsbeispiel die durch den Lichtstärkedetektor 1006 gemessene Lichtintensität einen absoluten Winkel einer Umdrehung der Drehscheibe dar.

Die Unterscheidung eines jeweiligen Gittersektors 106 in der Spur 1202 kann dadurch erfolgen, daß der absolute Winkel einer Umdrehung der Drehscheibe 1201 mit einer Winkelauflösung von nicht mehr als 2Π/n rad erfaßt wird. Daher ist es durch das Messen eines absoluten Winkels einer Umdrehung der Drehscheibe 1201 mit einer Winkelauflösung von nicht mehr als 2Π/n rad mittels des Lichtstärkedetektors 1006 und damit durch das Erkennen eines Gittersektors 106 ermöglicht, einen Absolutwert-Codierer für eine Umdrehung mit der Auflösung des Lagedetektors 105 als Winkelauflösung zu erhalten.

11. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das elfte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 23 zeigt den ,Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem elften Ausführungsbeispiel. Diese Figur zeigt eine Drehscheibe 1301, eine auf der Drehscheibe 1301 gebildete Spur 1302, eine monochromatische Lichtquelle 1303 als Beleuchtungsvorrichtung zum Aufstrahlen von monochromatischem Licht auf einen Teil der Drehscheibe 1301, Kondensorlinsen 1304 und 1305 und einen Lichtstärkedetektor 1306. Mit 1307 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, die aus der durch den Lichtstärkedetektor 1306 gemessenen Intensität von Beugungslicht einen Drehwinkel der Drehscheibe 1301 berechnet.

Die Fig. 24 ist eine Draufsicht, die ein Muster der auf der Drehscheibe 1301 gebildeten Spur 1302 zeigt. In dieser Figur ist mit 1401 ein Durchlaß-Beugungsgitter bezeichnet, welches beispielsweise ein Phasenmodulations-Beugungsgitter mit einem unebenen Muster ist. Der übrige Teil der Drehscheibe 1301 außerhalb des Beugungsgitters 1401 kann wahlweise durchlässig oder undurchlässig sein. Die Form des Beugungsgitters 1401 ist die gleiche wie diejenige des Schlitzes 1101 bei dem neunten Ausführungsbeispiel und das Beugungsgitters 1401 hat ein mit der Drehscheibe 1301 konzentrisches Kreisbogengitter.

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die von der Lichtquelle 1303 abgegebenen Lichtstrahlen treffen durch die Kondensorlinse 1304 hindurch auf die Spur 1302. In diesem Fall ist die Einstellung derart, daß die einfallenden Lichtstrahlen nicht alle innerhalb des Beugungsgitters 1401 der Spur 1302 in der radialen Richtung der Drehscheibe 1301 aufgenommen werden. Das durch das Beugungsgitter 1401 in erster Ordnung gebeugte Licht wird durch die Kondensorlinse 1305 auf dem Lichtstärkedetektor 1306 konzentriert, durch den dessen Intensität gemessen wird. Wenn die Drehscheibe 1301 dreht, ist die durch den Lichtstärkedetektor 1306 erfaßte Beugungslichtstärke in bezug auf den Drehwinkel der Drehscheibe 1301 linear und stellt einen absoluten Winkel einer Umdrehung der Drehscheibe dar. Daher ist es durch das Messen der Intensität des aus dem Beugungsgitter 1401 erhaltenen Beugungslichtes möglich, einen Absolutwert- Codierer für eine Umdrehung zu erhalten.

12. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das zwölfte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 25 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel, wobei die gleichen Teile wie die schon vorangehend beschriebenen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wodurch sich die Erläuterung erübrigt. In dieser Figur ist mit 1501 eine Spur mit einem ersten Muster bezeichnet, das durch n Gittersektoren 106 gebildet ist, in denen innen jeweils ein lineares Beugungsgitter ausgebildet ist. Die Spur 1502 ist derart gelegt, daß sie nicht eine Spur 1302 mit einem zweiten Muster stört, welches durch das Beugungsgitter 1401 gebildet ist. Mit 1507 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, die aus dem Ausgangssignal des Lagedetektors 105 und dem Ausgangssignal des Lichtstärkedetektors 1306 einen Drehwinkel der Drehscheibe 1501 berechnet und ausgibt.

Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die von der monochromatischen Lichtquelle 101 abgegebenen Lichtstrahlen werden durch die Kondensorlinse 102 auf ein innerhalb eines jeweiligen Gittersektors 106 aufgenommenes Format gebündelt und treffen dann auf einen Gittersektor 106 an der Drehscheibe 1501. Das durch das lineare Beugungsgitter in dem Gittersektor 1006 gebeugte Licht wird durch die Kondensorlinse 104 zu einem für den Lagedetektor 105 geeigneten Lichtpunkt konvergiert und trifft dann auf den Lagedetektor. Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel stellt das Lageerfassungssignal für den Gittersektor 106 einen absoluten Winkel in dem Bereich des Gittersektors dar.

Andererseits treffen die von der monochromatischen Lichtquelle 1303 abgegebenen Lichtstrahlen durch die Kondensorlinse 1304 hindurch auf die Spur 1302 an der Drehscheibe 1501 auf. In diesem Fall ist die Einstellung derart, daß in der radialen Richtung der Drehscheibe 1501 nicht alle einfallenden Lichtstrahlen innerhalb des Beugungsgitters 1401 der Spur 1302 aufgenommen werden. Das durch das Beugungsgitter 1401 gebeugte Licht wird durch die Kondensorlinse 1505 auf dem Lichtstärkedetektor 1306 konzentriert, durch den dessen Intensität gemessen wird. Wenn die Drehscheibe 1501 dreht, stellt die mittels des Lichtstärkedetektors 1306 erfaßte Lichtstärke wie bei dem elften Ausführungsbeispiel einen absoluten Winkel einer Umdrehung der Drehscheibe 1501 dar.

Die Unterscheidung eines jeweiligen Gittersektors 106< 20106 00070 552 001000280000000200012000285911999500040 0002004340417 00004 19987/BOL< in der Spur 1502 kann dadurch erfolgen, daß der absolute Winkel einer Umdrehung der Drehscheibe 1501 mit einer Winkelauflösung von nicht mehr als 2Π/n rad erfaßt wird. Daher ist es durch das Messen des absoluten Winkels einer Umdrehung der Drehscheibe 1501 mit einer Winkelauflösung von nicht mehr als 2Π/n rad mittels des Lichtstärkedetektors 1306 und damit durch das Erkennen eines Gittersektors 106 ermöglicht, einen Absolutwert-Codierer für eine Umdrehung mit dem Auflösungsvermögen des Lagedetektors 105 als Winkelauflösung zu bilden. 13. Ausführungsbeispiel Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das dreizehnte Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 26 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Teile wie die schon beschriebenen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Erläuterung weggelassen ist. In dieser Figur ist mit 1601 eine Drehscheibe bezeichnet und mit 1602 ist eine Spur mit einem ersten Muster bezeichnet, welches durch Gittersektoren 406 gebildet ist, innerhalb deren jeweils ein lineares Beugungsgitter ausgebildet ist, dessen Gitterlinien sich in einer zu einer Winkelhalbierenden des Gittersektors parallelen Richtung erstrecken. Die Spur 1602 ist derart angeordnet, daß sie nicht eine Spur 1002 mit einem durch einen Schlitz 1101 gebildeten zweiten Muster stört. Mit 1607 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, welche aufgrund der Intensität von durchgelassenem Licht einen Lichtpunkt wählt und dann aus der Lage des auf diese Weise gewählten Lichtpunktes einen Drehwinkel der Drehscheibe 1601 berechnet und ausgibt. Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Wie bei dem siebenten Ausführungsbeispiel werden durch die Beleuchtungsvorrichtung 510, die die monochromatische Lichtquelle 101, die Kondensorlinse 102, den Gitter-Strahlenteiler 508 und die zylindrische Linse 407 enthält, an einem der Gittersektoren 406 der Drehscheibe 1601 mindestens zwei Lichtlinien gebildet. Der Verzweigungswinkel des Gitter-Strahlenteilers 508 wird derart eingestellt, daß der Abstand zwischen den beiden Linien das (2m + 1)/2-fache der Breite des Gittersektors 406 in der Umfangsrichtung ist bzw. hinsichtlich eines Drehwinkels der Drehscheibe (2Πm + 1)/n rad beträgt, wobei m eine ganze Zahl ist. Zwei Lagedetektoren 509a und 509b einer Lagedetektorvorrichtung 509 erfassen die Lagen zweier Lichtpunkte, die durch eine zylindrische Linse 408 und eine Kondensorlinse 104 als Bestandteile einer Lichtsammelvorrichtung 409 aus den durch das lineare Beugungsgitter erhaltenen Beugungslichtstrahlen der beiden Lichtlinien auf dem Gittersektor 406 gebildet werden. Andererseits treffen die von der Lichtquelle 1003 abgegebenen Lichtstrahlen durch die Kondensorlinse 1004 hindurch- auf die Spur 1002. In diesem Fall ist die Einstellung derart, daß die einfallenden Lichtstrahlen nicht alle in dem Schlitz 1101 der Spur 1002 in der radialen Richtung der Drehscheibe 1601 aufgenommen werden. Das von dem Schlitz 1101 durchgelassene Licht wird durch die Kondensorlinse 1005 auf dem Lichtstärkedetektor 1006 konzentriert, durch den dessen Intensität gemessen wird. Wenn die Drehscheibe 1601 dreht, stellt die mittels des Lichtstärkedetektors 1006 erfaßte Lichtstärke wie bei dem neunten Ausführungsbeispiel einen absoluten Winkel einer Umdrehung der Drehscheibe 1601 dar. Die Fig. 27 veranschaulicht einen Zustand des Codierers bzw. Drehmelders bei einem Drehwinkel der Drehscheibe 1601 innerhalb eines bestimmten Bereichs, wobei die Abszisse den Drehwinkel der Drehscheibe 1601 darstellt. Diese Figur zeigt ein Ausgangssignal 1701 des Lichtstärkedetektors 1006, einen aufgrund dieses Ausgangssignals 1701 gewählten Lagedetektor 1702, ein Ausgangssignal 1703 des Lagedetektors 509a, bei 1104 die Nummer i des Gittersektors, der mit dem von dem Lagedetektor 509a erfaßten Lichtpunkt bestrahlt wird (0 i n - 1), ein Ausgangssignal 1705 des Lagedetektors 509b und bei 1706 die Nummer i₁ des Gittersektors, der mit dem durch den Lagedetektor 509b erfaßten Lichtpunkt bestrahlt wird (0 i₁ ϑ n-1). Die Ausgangssignale 1703 und 1705 der Lagedetektoren 509a und 509b haben Sägezahn-Kurvenform mit einer Periode von 2Π/n rad und einer gegenseitigen Phasendifferenz von Π/n rad bzw. einer halben Periode. Die durch ausgezogene Linien dargestellten Abschnitte dieser Ausgangssignale 1703 und 1705 zeigen an, daß mit einem Lichtpunkt der mittlere Teil des Beugungsgitters 406 bestrahlt wird und daß die Erfassungsfähigkeit der Lagedetektoren 509a und 509b ausreichend ist. Der Lichtpunkt wird derart eingestellt, daß dieser Abschnitt zumindest Π/n rad einer jeden Periode einnimmt. Andererseits zeigt ein durch eine gestrichelte Linie dargestellter Abschnitt jeweils an, daß mit einem Lichtpunkt ein Grenzteil des Gittersektors 406 oder dessen Umgebung bestrahlt wird und daß die Erfassungsfähigkeit der Lagedetektoren 509a und 509b jeweils unzureichend ist. Zum Unterdrücken eines Bereichs, in dem die Erfassung nicht möglich ist, ist es erforderlich, die bei 1702 dargestellten Lagedetektoren 509a und 509b derart zu wählen, daß immer die Erfassung in dem Abschnitt der ausgezogenen Linie ermöglicht ist. Daher ist durch die Berechnung aus dem Ausgangssignal 1701 des Lichtstärkedetektors 1006 das Wählen der Lagedetektoren 509a und 509b und das Ausschalten eines für die Erfassung ungeeigneten Bereichs ermöglicht. Da ferner aus dem Ausgangssignal 1701 des Lichtstärkedetektors 1006 die Nummern 1704 und 1706 der mit den Lichtpunkten bestrahlten Gittersektoren 406 erkannt werden können, ist es möglich, einen Absolutwert-Codierer bzw. -Drehmelder für eine Umdrehung zu bilden, bei dem die Winkelauflösung das Auflösungsvermögen der Lagedetektoren 509a und 509b ist. 14. Ausführungsbeispiel Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das vierzehnte Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 28 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dreizehnten Ausführungsbeispiel darin, daß anstelle der Spur 1002 mit dem durch den Schlitz 1101 gebildeten ersten Muster eine Spur 1302 mit einem ersten Muster verwendet ist, welches durch das Beugungsgitter 1401 gebildet ist. Zugleich wird anstelle der Lichtquelle 1003 eine monochromatische Lichtquelle 1303 verwendet und ferner sind die Kondensorlinsen durch die mit 1304 und 1305 bezeichneten Linsen ersetzt, während der Lichtstärkedetektor durch den mit 1306 bezeichneten ersetzt ist. In Fig. 28 ist mit 1801 eine Drehscheibe bezeichnet und mit 1807 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, welche aufgrund der Intensität des Beugungslichtes einen Lichtpunkt wählt und dann aus der Lage des gewählten Lichtpunktes einen Drehwinkel der Drehscheibe 1801 berechnet und ausgibt. Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels ist grundlegend die gleiche wie die bei dem dreizehnten Ausführungsbeispiel, so daß sich die Erläuterung erübrigt. 15. Ausführungsbeispiel Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das fünfzehnte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 29 zeigt den Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel. Diese Figur zeigt eine Drehscheibe 1901, eine erste Spur 1902, die je Umdrehung der Drehscheibe 1901 eine Sägezahnwelle abgibt, eine zweite Spur 1903, die je Umdrehung der Drehscheibe 1901 n-malig eine Sägezahnwelle abgibt, und eine dritte Spur 1904, die je Umdrehung der Drehscheibe 1901 n-malig eine Sägezahnwelle abgibt, welche gegenüber der von der zweiten Spur 1903 abgegebenen Sägezahnwelle eine Phasendifferenz um eine halbe Periode hat. Mit 1905 ist ein Leuchtelement bezeichnet, welches die Spuren 1902, 1903 und 1904 bestrahlt. Mit 1906 ist eine Detektorvorrichtung zum Erfassen der Ausgangssignale der Spuren 1902, 1093 und 1904 gemäß den von diesen Spuren durchgelassenen Lichtmengen bezeichnet. Mit 1907 ist eine Recheneinrichtung bezeichnet, die aus den mittels der Detektorvorrichtung 1906 erfaßten Ausgangssignalen der Spuren 1902, 1903 und 1904 einen Drehwinkel der Drehscheibe 1901 berechnet und ausgibt. Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die mit dem aus dem Leuchtelement 1905 abgegebenen Licht bestrahlte Drehscheibe 1901 gibt aus den Spuren 1902, 1903 und 1904 Ausgangssignale mit den in Fig. 30 dargestellten drei Kurvenformen ab. Diese Figur zeigt eine Sägezahnkurve 2001, die für eine Umdrehung der Drehscheibe 1901 in einem Zyklus von der ersten Spur 1902 abgegeben wird, eine Sägezahnkurve 2002, die für eine Umdrehung der Drehscheibe 1901 in n Zyklen aus der zweiten Spur 1903 abgegeben wird und die hinsichtlich der Phase der Sägezahnkurve 2001 um ein Viertel der eigenen Periode voreilt, und eine Sägezahnkurve 2003, die für eine Umdrehung der Drehscheibe 1901 in n Zyklen aus der dritten Spur 1904 abgegeben wird und die hinsichtlich der Phase gegenüber der Sägezahnkurve 2001 um ein Viertel der eigenen Periode zurückbleibt. Als Beispiel bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Fall dargestellt, daß die Phasendifferenz der Sägezahnkurven 2002 und 2003 gegenüber der Sägezahnkurve 2001 ein Viertel einer Periode beträgt. Die Phasendifferenz einer jeden Sägezahnkurve 2002 und 2003 gegenüber der Sägezahnkurve 2001 ist jedoch beliebig wählbar, sofern sie nur die Hälfte eines Zyklus derselben beträgt. Es sei hier angenommen, daß bei den Kurvenformen der Sägezahnkurven 2002 und 2003 die Abschnitte in einer Viertelperiode zu Beginn und am Ende einer jeden Periode gemäß der Darstellung durch punktierte Linien in bezug auf einen Winkel nichtlinear sind und nicht meßbar sind. Da jedoch die Sägezahnkurven 2002 und 2003 in bezug zueinander um eine halbe Periode phasenverschoben sind, ergibt eine der Sägezahnkurven 2002 oder 2003 einen linearen Bereich in bezug auf einen Drehwinkel der Drehscheibe 1901. Daher wird für das Messen eines absoluten Winkels bei einer Umdrehung der Drehscheibe 1901 entweder die Sägezahnkurve 2002 oder 2003 gewählt, so daß die Messung in einem Bereich vorgenommen werden kann, der in bezug auf einen Winkel linear ist, nämlich in dem Bereich des mittleren Teils bzw. im Halbperiodenbereich, und die Recheneinrichtung 1907 berechnet einen absoluten Winkel gemäß dem Ergebnis dieser Wahl. Da bei den Sägezahnkurven 2002 und 2003 der in bezug auf einen Winkel lineare Bereich der Kurve mit dem Winkel übereinstimmt, wird eine dieser Sägezahnkurven 2002 und 2003 entsprechend einem Wert S1 der Sägezahnkurve 2001 gewählt. Im folgenden wird die Berechnung von absoluten Winkeln beschrieben. Im Zusammenhang mit den Sägezahnkurven 2002 und 2003 werden entsprechend Ausgangssignalen S2 und S3 aus der Detektorvorrichtung 1906 an einem Winkelauflösungspunkt k in einer Sägezahnkurvenperiode absolute Winkel j und j₁ berechnet (0 j k - 1, 0 j₁ k - 1). Der gerade genannte Wert k ist ein Vielfaches von "4" und damit nicht kleiner als "4". Bei diesen Sägezahnwellen werden darüberhinaus in bezug auf einen Winkel Sägezahnwellen von einer nullten bis zu einer (n-1)-ten abgegeben und deren Aufeinanderfolge wird aus dem Ausgangssignal S1 gemäß der Sägezahnkurve 2001 berechnet. Wenn bei der i-ten Welle (0 i n-1) der Sägezahnkurve 2002 der absolute Winkel in deren Periode j ist, wird ein absoluter Winkelα bei einer Umdrehung des Codierers folgendermaßen bestimmt: α = i × k + j - k/4 (14). Wenn bei der i₁-ten Welle (0 i₁ n-1) der Sägezahnkurve 2003 der absolute Winkel in der Periode derselben j₁ ist, wird ein absoluter Winkel α₁ bei einer Umdrehung des Codierers folgendermaßen bestimmt: α = i₁ × k + j₁ - k/2 (15). Durch diese Berechnungen ist es möglich, bei beiden Sägezahnkurven 2002 und 2003 den gleichen absoluten Winkel zu erhalten. 16. Ausführungsbeispiel Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun das sechzehnte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fig. 31 zeigt einen Aufbau eines optischen Drehstellungscodierers gemäß dem sechzehnten Ausführungsbeispiel, wobei die gleichen Teile wie die schon erläuterten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und die Erläuterung weggelassen ist. In dieser Figur ist mit 1501 eine Drehscheibe bezeichnet und mit 1502 ist eine Spur mit einem ersten Muster bezeichnet, welches durch n Gittersektoren 106 gebildet ist, von denen in einem jeden ein lineares Beugungsmuster ausgebildet ist. An der Innenumfangsseite der Spur 1502 ist ein zweites Muster ausgebildet, welches eine Ablenkvorrichtung 55 bildet. Die Ablenkvorrichtung 55 lenkt aufgestrahltes Licht in einer vorbestimmten Richtung ab, um entsprechend der Drehung der Drehscheibe auf eine zu der Drehscheibe 1501 parallelen Ebene einen Lichtkreis zu bilden. Mit 52 ist eine Lichtquelle als zweite Beleuchtungsvorrichtung für das Bestrahlen der Ablenkvorrichtung 55 als zweites Muster bezeichnet, mit 53 ist eine Kondensorlinse bezeichnet, mit 54 ist ein Halbspiegel bezeichnet, mit 56 ist eine Drehachse bezeichnet und mit 31 ist ein Lagedetektor als zweite Lagedetektorvorrichtung bezeichnet. Diese Komponenten sind auf gleiche Weise wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel gestaltet. Mit 101 ist eine monochromatische Lichtquelle all erste Beleuchtungsvorrichtung bezeichnet, mit 102 und 104 sind jeweils eine Kondensorlinse als Lichtsammelvorrichtung bezeichnet und mit 105 ist ein Lagedetektor mit einem Halbleiter bezeichnet. Diese Komponenten sind auf die gleiche Weise wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel gestaltet. Ferner ist mit 2107 eine Recheneinrichtung bezeichnet, welche aufgrund der Signale aus den Lagedetektoren 105 und 31 einen Drehwinkel der Drehscheibe 1501 berechnet. Es wird nun die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die von der monochromatischen Lichtquelle 101 abgegebenen Lichtstrahlen werden durch die Kondensorlinse 102 zu einem innerhalb eines jeden Gittersektors 106 aufgenommenen Format gebündelt und treffen dann auf einen der Gittersektoren 106 an der Drehscheibe 1501 auf. Das durch das lineare Beugungsgitter in dem Gittersektor 106 gebeugte Licht wird durch die Kondensorlinse 104 zu einem für den Lagedetektor 105 geeigneten Lichtpunkt gebündelt und trifft dann auf den Lagedetektor 105 auf. Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel stellt in dem Gittersektor 106 das Lageerfassungssignal einen absoluten Winkel im Bereich dieses Sektors dar. Andererseits werden die von der Lichtquelle 52 abgegebenen Lichtstrahlen durch die Kondensorlinse 53 gebündelt und treffen auf den Halbspiegel 54 auf. Die von dem Halbspiegel 54 reflektierten Lichtstrahlen fallen auf die Ablenkvorrichtung 55, durch die sie abgelenkt und in einer bestimmten Richtung in bezug auf die Ablenkvorrichtung reflektiert werden. Die auf diese Weise reflektierten Lichtstrahlen fallen wieder in den Halbspiegel 54 ein und das durchgelassene Licht gelangt zu dem Lagedetektor 31. Wie gemäß den Ausführungen zu dem vierten Ausführungsbeispiel entspricht die Lage des an dem Lagedetektor 31 erzeugten Lichtpunktes einem Drehwinkel der Drehachse 56, so daß dieser gemäß dem als zweites oder drittes Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren zur Lageermittlung erfaßt und als absoluter Drehwinkel ausgegeben wird. Eine Erkennung eines bestimmten Gittersektors 106 in der Spur 1502 kann dadurch erfolgen, daß ein absoluter Winkel für eine Umdrehung der Drehscheibe 1501 mit einer Winkelauflösung von nicht mehr als 2Π/n rad gemessen wird. Somit ermöglicht es eine solche Unterscheidung, einen Absolutwert-Codierer für eine Umdrehung zu bilden, bei dem die Winkelauflösung das Auflösungsvermögen des Lagedetektors 105 ist. Es wird zum Erfassen einer Drehstellung auf optische Weise ein optischer Drehstellungscodierer beschrieben, in welchem ein von einem Halbspiegel reflektierter Lichtstrahl auf ein Ablenkelement trifft, von dem er unter Ablenkung in einer bestimmten Richtung reflektiert wird. Der reflektierte Lichtstrahl trifft wieder auf den Halbspiegel auf. Das von dem Halbspiegel durchgelassene Licht gelangt zu einem Lagedetektor, an welchem auf einer ringförmigen Fotodiode ein Lichtpunkt erzeugt wird. Die Bahn des reflektierten Lichtes von dem Ablenkelement bildet einen Konus mit einem Spitzenwinkel, der zweimal so groß ist wie der Winkel der Ablenkung des Ablenkelements. Der Lagedetektor ist im Falle des Ablenkwinkels von 0° senkrecht zu der optischen Achse des reflektierten Lichtes angeordnet, wobei die Mitte der ringförmigen Fotodiode mit der optischen Achse übereinstimmt. Zwischen dem Ablenkelement und der Fotodiode ist ein geeigneter Abstand derart gewählt, daß auf die Fotodiode ein Lichtpunkt aufgestrahlt wird. Die Lage des auf der ringförmigen Fotodiode erzeugten Lichtpunktes stimmt mit einem Drehwinkel einer Drehachse überein, so daß zu dessen Messung die Lage des Lichtpunktes erfaßt wird.

Claims (18)

1. Lagedetektor, gekennzeichnet durch eine in Form eines Ringes gestaltete flache plattenförmige Fotodiode (32), einen längs des Außenumfangs der Fotodiode konzentrisch zu dieser angeordneten Widerstand (33), mindestens zwei an dem Widerstand in gleichen Winkelabständen angebrachte Ausgangselektroden (35) und feine drahtförmige elektrisch leitende Schichten (34), die von dem Widerstand weg radial in gleichen Winkelabständen auf die Fotodiode ragen, um den Winkelabstand zwischen benachbarten Ausgangselektroden zu unterteilen, wobei die leitenden Schichten in einer größeren Anzahl als die Ausgangselektroden vorgesehen sind.

2. Verfahren zum Erfassen der Lage eines Lichtpunktes, der auf eine ringförmige flache plattenförmige Fotodiode eines Lagedetektors fällt, welcher die Fotodiode, einen längs des Außenumfangs der Fotodiode konzentrisch zu dieser angeordneten Widerstand, an dem Widerstand in gleichen Winkelabständen angebrachte Ausgangselektroden in einer Anzahl, die ein Vielfaches von "4" ist, und eine Vielzahl von feinen drahtförmigen elektrisch leitenden Schichten aufweist, die von dem Widerstand weg radial in gleichen Winkelabständen auf die Fotodiode ragen, dadurch gekennzeichnet, daß
von den Ausgangselektroden des Lagedetektors ein Paar von einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden und ein Paar von gegen die beiden Ausgangselektroden in einem Winkel von 90° versetzten Ausgangselektroden gewählt werden, die durch das Einfallen des Lichtpunktes an den gewählten Ausgangselektroden hervorgerufenen elektrischen Ströme gemessen werden,
eine Differenz zwischen den gemessenen Stromwerten an dem jeweiligen Paar der Ausgangselektroden durch die Summe der beiden Stromwerte dividiert wird und
aus den sich ergebenden beiden Quotienten die Einfallstelle des Lichtpunktes ermittelt wird.

3. Ein Verfahren zum Erfassen der Lage eines Lichtpunktes, der auf eine ringförmige flache plattenförmige Fotodiode eines Lagedetektors fällt, welcher die Fotodiode, einen längs des Außenumfangs der Fotodiode konzentrisch angeordneten Widerstand, an dem Widerstand in gleichen Winkelabständen angebrachte Ausgangselektroden in einer Anzahl, die einem Vielfachen von "4" und mindestens "8" entspricht, und eine Vielzahl von feinen drahtförmigen elektrisch leitenden Schichten aufweist, die von dem Widerstand weg radial in gleichen Winkelabständen auf die Fotodiode ragen, dadurch gekennzeichnet, daß
von den Ausgangselektroden des Lagedetektors ein Paar von einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden und ein Paar von gegenüber den Ausgangselektroden in einem Winkel von 90° versetzten Ausgangselektroden gewählt werden,
die durch das Einfallen des Lichtpunktes an den jeweiligen gewählten Ausgangselektroden entstehenden Ströme gemessen werden,
eine Differenz zwischen den gemessenen Stromwerten an dem jeweiligen Paar der Ausgangselektroden durch die Summe der beiden Stromwerte dividiert wird,
aufgrund der sich ergebenden beiden Quotienten die Einfallstelle des Lichtpunktes grob bestimmt wird,
ein Paar von Ausgangselektroden gewählt wird, die an den beiden Seiten derjenigen Ausgangselektrode angeordnet sind, welche der grob bestimmten Einfallstelle am nächsten liegt, die durch das Einfallen des Lichtpunktes an diesen gewählten Ausgangselektroden entstehenden Ströme gemessen werden, eine Differenz zwischen den gemessenen Stromwerten an diesen gewählten Ausgangselektroden durch die Summe der beiden Stromwerte dividiert wird und
aufgrund des sich ergebenden Quotienten die Einfallstelle des Lichtpunktes ermittelt wird.

4. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch
ein Drehteil (55), das das von einer Lichtquelle (52) abgegebene Licht ablenkt und einen Lichtpunkt bildet, der sich entsprechend einem Drehwinkel des Drehteils auf einer kreisförmigen Bahn bewegt,
einen Lagedetektor (31), der eine ringförmige flache plattenförmige Fotodiode (32), einen längs des Außenumfangs der Fotodiode konzentrisch angeordneten Widerstand (33), an dem Widerstand in gleichen Winkelabständen angebrachte Ausgangselektroden (35) in einer Anzahl, die einem Vielfachen von "4" entspricht, und eine Vielzahl von feinen drahtförmigen elektrisch leitenden Schichten (34) aufweist, die von dem Widerstand weg radial in gleichen Winkelabständen auf die Fotodiode ragen, und der derart angeordnet ist, daß der durch das Drehteil gebildete Lichtpunkt sich auf der Fotodiode bewegt, und
eine Lagemeßeinrichtung (57), die von den Ausgangselektroden des Lagedetektors zwei Paare von Ausgangselektroden wählt, die einander gegenüberliegen und gegeneinander in einem Winkel von 90° versetzt sind, die an den gewählten Ausgangselektroden durch das Einfallen des Lichtpunktes auf die Fotodiode erzeugten Ströme mißt und aus den Werten der gemessenen Ströme die Einfallstelle des Lichtpunktes ermittelt.

5. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch
eine Drehscheibe (103), die an einer drehenden Achse angebracht ist und die durch in gleichen Winkelabständen in bezug auf die drehende Achse angeordnete Teilungslinien in n Bereiche (106) unterteilt ist, in denen jeweils ein lineares Beugungsgitter ausgebildet ist,
eine Beleuchtungsvorrichtung (101, 102, 108) zum Beleuchten des linearen Beugungsgitters in dem jeweiligen Teilbereich der Drehscheibe,
eine Sammelvorrichtung (104) zum Konvergieren von Beugungslicht aus dem Beugungsgitter zu einem Lichtpunkt einer bestimmten Größe,
eine Lagedetektorvorrichtung (105) zum Ermitteln der Lage des durch die Sammelvorrichtung gebildeten Lichtpunktes und eine Recheneinrichtung (107) zum Berechnen eines Drehwinkels der Drehscheibe aus der ermittelten Lage des Lichtpunktes.

6. Drehstellungscodierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem jeweiligen Teilbereich (106) der Drehscheibe (103) ausgebildete lineare Beugungsgitter unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine Winkelhalbierende der Teilungslinien gebildet ist und daß die Beleuchtungsvorrichtung (108) das Beugungsgitter an der Drehscheibe mit monochromatischem Licht bestrahlt.

7. Drehstellungscodierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem jeweiligen Teilbereich (406) der Drehscheibe (403) ausgebildete lineare Beugungsgitter zu einer Winkelhalbierenden (203) der Teilungslinien (202) parallel gebildet ist und daß die Beleuchtungsvorrichtung (410) einen auf das Beugungsgitter gerichteten Lichtstrahl in einer zu der Winkelhalbierenden senkrechten Richtung konvergiert, um in der Richtung der Winkelhalbierenden eine Linie aus monochromatischem Licht zu bilden.

8. Drehstellungscodierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem jeweiligen Teilbereich (406) der Drehscheibe (403) ausgebildete lineare Beugungsgitter unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine Winkelhalbierende der Teilungslinien gebildet ist, daß die Beleuchtungsvorrichtung (510) irgendeines der Beugungsgitter der Drehscheibe mit mindestens zwei monochromatischen Lichtpunkten bestrahlt, die voneinander in bezug auf die drehende Achse der Drehscheibe um einen Winkel beabstandet sind, der annähernd einem ungeradzahligen Vielfachen von Π/n rad entspricht, daß die Sammelvorrichtung (409) das Beugungslicht eines jeden auf das Beugungsgitter aufgestrahlten Lichtpunktes zu einem bestimmten Lichtpunkt konvergiert, daß die Lagedetektorvorrichtung (509) die Lage eines jeden der durch die Sammelvorrichtung gebildeten Lichtpunkte ermittelt und daß die Recheneinrichtung (107) aus der ermittelten Lage eines jeweiligen Lichtpunktes einen Drehwinkel der Drehscheibe berechnet.

9. Drehstellungscodierer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Spiegelvorrichtung (711), die das Beugungslicht aus dem linearen Beugungsgitter auf im wesentlichen dem gleichen optischen Weg wie das aufgestrahlte Licht in Gegenrichtung zu der Richtung des Bestrahlens des Beugungsgitters mit dem Lichtpunkt reflektiert, wodurch das Beugungslicht wieder auf das gleiche Beugungsgitter auftrifft, und eine Trennvorrichtung (710), die den zu der Beleuchtungsvorrichtung (108) hin nach der erneuten Beugung durch das Beugungsgitter zurücklaufenden Lichtstrahl in eine andere Richtung leitet, wobei das in einem jeden Teilbereich der Drehscheibe ausgebildete Beugungsgitter ein lineares Durchlaß-Beugungsgitter ist, das unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Winkelhalbierende der Teilungslinien gebildet ist, die Beleuchtungsvorrichtung das Beugungsgitter mit monochromatischem Licht bestrahlt und die Sammelvorrichtung den von der Trennvorrichtung abgelenkten Lichtstrahl zu einem Lichtpunkt einer bestimmten Größe konvergiert.

10. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (1001), die an einer drehende Achse angebracht ist und die ein Muster (1002) hat, welches durch einen Schlitz (1101) gebildet ist, dessen Öffnungsbreite in radialer Richtung sich linear in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel der Drehscheibe ändert, eine Beleuchtungsvorrichtung (1003, 1004) zum Beleuchten eines Teils der Drehscheibe, einen Lichtstärkedetektor (1006) zum Messen der Intensität des durch die Drehscheibe durchgelassenen Lichtes und eine Recheneinrichtung (1007) zum Berechnen des Drehwinkels der Drehscheibe aus der Intensität des durchgelassenen Lichtes.

11. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe, die an einer Drehachse angebracht ist und die durch in ,gleichen Winkelabständen in bezug auf die Drehachse angeordneten Teilungslinien in n Bereiche unterteilt ist, wobei die Drehscheibe ein erstes Muster, das durch jeweils in einem jeweiligen Teilbereich unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Winkelhalbierende der Teilungslinien gebildete lineare Beugungsgitter gebildet ist, und ein zu dem ersten Muster konzentrisches zweites Muster hat, das durch einen Schlitz gebildet ist, dessen Öffnungsbreite in radialer Richtung sich linear entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe ändert, eine Beleuchtungsvorrichtung (108) zum Bestrahlen des ersten Musters der Drehscheibe mit monochromatischem Licht, eine Konvergiervorrichtung (104) zum Konvergieren des Beugungslichtes aus einem jeweiligen Beugungsgitter zu einem Lichtpunkt einer bestimmten Größe, eine Lagedetektorvorrichtung (105) zum Ermitteln der Lage des durch die Konvergiervorrichtung gebildeten Lichtpunktes, eine Beleuchtungsvorrichtung (1003, 1004) zum Bestrahlen eines Teils des zweiten Musters der Drehscheibe, einen Lichtstärkedetektor (1006) zum Messen der Intensität des von dem zweiten Muster durchgelassenen Lichtes und eine Recheneinrichtung (1207) zum Berechnen eines Drehwinkels der Drehscheibe aus sowohl der ermittelten Lage des Lichtpunktes als auch der gemessenen Intensität des durchgelassenen Lichtes.

12. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (1301), die an einer Drehachse angebracht ist und die ein Muster (1302) hat, welches durch ein Beugungsgitter gebildet ist, das aufgestrahltes Licht derart beugt, daß sich die Beugungslichtmenge linear entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe ändert, eine Beleuchtungsvorrichtung (1303, 1304) zum Aufstrahlen von monochromatischem Licht auf einen Teil der Drehscheibe, einen Lichtstärkedetektor (1306) zum Messen der Intensität des von der Drehscheibe abgegebenen Beugungslichtes und eine Recheneinrichtung (1307), die aus der gemessenen Intensität des Beugungslichtes den Drehwinkel der Drehscheibe errechnet.

13. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (1501), die an einer Drehachse angebracht ist und die durch in gleichen Winkelabständen in bezug auf die Drehachse angeordnete Teilungslinien in n Bereiche unterteilt ist, wobei die Drehscheibe ein erstes Muster aus linearen Beugungsgittern, die jeweils in einem jeweiligen Teilbereich (106) unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Winkelhalbierende der Teilungslinien ausgebildet ist, und ein zu dem ersten Muster konzentrisches zweites Muster (1302) hat, welches derart ausgebildet ist, daß sich die Beugungslichtmenge aus Bestrahlungslicht linear entsprechend einem Drehwinkel des zweiten Musters ändert, eine Beleuchtungsvorrichtung (108) zum Bestrahlen des ersten Musters der Drehscheibe mit monochromatischem Licht, eine Konvergiervorrichtung (104) zum Konvergieren von Beugungslicht aus dem jeweiligen Beugungsgitter zu einem Lichtpunkt einer bestimmten Größe, eine Lagedetektorvorrichtung (105) zum Ermitteln der Lage des durch die Konvergiervorrichtung gebildeten Lichtpunktes, eine Beleuchtungsvorrichtung (1303, 1304) zum Aufstrahlen von monochromatischem Licht auf einen Teil des zweiten Musters der Drehscheibe, einen Lichtstärkedetektor (1306) zum Messen der Intensität des Beugungslichtes aus dem zweiten Muster und eine Recheneinrichtung (1507), die sowohl aus der ermittelten Lage des Lichtpunktes als auch aus der gemessenen Intensität dieses Beugungslichtes einen Drehwinkel der Drehscheibe errechnet.

14. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (1601), die an einer Drehachse angebracht ist und die durch in gleichen Winkelabständen in bezug auf die Drehachse angeordnete Teilungslinien ihn n Bereiche unterteilt ist, wobei die Drehscheibe ein erstes Muster (1602) aus linearen Beugungsgittern, die jeweils in einem jeweiligen Teilbereich unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Winkelhalbierende der Teilungslinien gebildet sind, und ein zu dem ersten Muster konzentrisches zweites Muster (1002) hat, das durch einen Schlitz gebildet ist, dessen Öffnungsbreite sich linear entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe ändert, eine Beleuchtungsvorrichtung (510) zum Aufstrahlen von mindestens zwei monochromatischen Lichtpunkten auf eines der Beugungsgitter des ersten Musters in der Weise, daß die Lichtpunkte in bezug auf die Drehachse der Drehscheibe voneinander um einen Winkel beabstandet sind, der ungefähr einem ungeradzahligen Vielfachen von Π/n rad entspricht, eine Konvergiervorrichtung (409) zum Konvergieren von Beugungslicht von jedem der auf das Beugungsgitter aufgestrahlten Lichtpunkte zu einem bestimmten Lichtpunkt, eine Lagedetektorvorrichtung (509) zum Ermitteln der Lage eines jeden der durch die Konvergiervorrichtung gebildeten Lichtpunkte, eine Beleuchtungsvorrichtung (1003, 1004) zum Beleuchten eines Teils des zweiten Musters der Drehscheibe, einen Lichtstärkedetektor (1006) zum Messen der Intensität des von dem zweiten Muster durchgelassenen Lichtes und eine Recheneinrichtung (1607), die entsprechend der gemessenen Intensität des durchgelassenen Lichtes einen der Lichtpunkte wählt und aus der Lage des gewählten Lichtpunktes den Drehwinkel der Drehscheibe errechnet.

15. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (1801), die an einer Drehachse angebracht ist und die durch in gleichen Winkelabständen in bezug auf die Drehachse angeordnete Teilungslinien in n Bereiche (406) unterteilt ist, wobei die Drehscheibe ein erstes Muster aus linearen Beugungsgittern, die jeweils in einem jeweiligen Teilbereich unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Winkelhalbierende der Teilungslinien gebildet sind, und ein mit dem Muster konzentrisches zweites Muster hat, das durch ein Beugungsgitter gebildet ist, welches derart gestaltet ist, daß sich die Beugungslichtmenge von aufgestrahltem Licht linear entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe ändert, eine Beleuchtungsvorrichtung (510) zum Aufstrahlen von mindestens zwei monochromatischen Lichtpunkten auf eines der linearen Beugungsgitter des ersten Musters in der Weise, daß die Lichtpunkte voneinander in bezug auf die Drehachse der Drehscheibe um einen Winkel beabstandet sind, der ungefähr einem ungeradzahligen Vielfachen von Π/n rad entspricht, eine Konvergiervorrichtung (409) zum Konvergieren von Beugungslicht des auf das lineare Beugungsgitter jeweils aufgestrahlten Lichtpunktes zu einem bestimmten Lichtpunkt, eine Lagedetektorvorrichtung (509) zum Ermitteln der Lage eines jeden durch die Konvergiervorrichtung gebildeten Lichtpunktes, eine Beleuchtungsvorrichtung (1303, 1304) zum Aufstrahlen von monochromatischem Licht auf einen Teil des zweiten Musters der Drehscheibe, einen Lichtstärkedetektor (1306) zum Messen der Intensität des Beugungslichtes aus dem zweiten Muster und eine Recheneinrichtung (1807), die entsprechend der gemessenen Intensität des Beugungslichtes einen der Lichtpunkte wählt und aus der Lage des gewählten Lichtpunktes einen Drehwinkel der Drehscheibe errechnet.

16. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (1901), die an einer Drehachse angebracht ist und die eine erste Spur, die einmalig je Umdrehung eine Sägezahnwelle abgibt, eine zweite Spur, die n-malig je Umdrehung eine Sägezahnwelle abgibt, und eine dritte Spur hat, die n-malig je Umdrehung eine Sägezahnwelle abgibt, welche gegenüber der Sägezahnwelle der zweiten Spur um eine halbe Periode phasenverschoben ist, eine Detektorvorrichtung (1906) zum Erfassen der Ausgangssignale der jeweiligen Spuren der Drehscheibe und eine Recheneinrichtung (1907), die aus den erfaßten Ausgangssignalen der Spuren einen Drehwinkel der Drehscheibe errechnet.

17. Optischer Drehstellungscodierer, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (1501), die an einer Drehachse angebracht ist und die durch in gleichen Winkelabständen in bezug auf die Drehachse angeordnete Teilungslinien in n Bereiche (106) unterteilt ist, wobei die Drehscheibe ein erstes Muster aus linearen Beugungsgittern, die jeweils in dem jeweiligen Teilbereich unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Winkelhalbierende der Teilungslinien gebildet sind, und ein mit dem ersten Muster konzentrisches zweites Muster hat, welches aufgestrahltes Licht in eine vorbestimmte Richtung ablenkt und einen Lichtpunkt bildet, der sich entsprechend einem Drehwinkel der Drehscheibe längs einer Kreisbahn bewegt, eine erste Beleuchtungsvorrichtung (101, 102) zum Bestrahlen des ersten Musters der Drehscheibe mit monochromatischem Licht, eine Konvergiervorrichtung (104) zum Konvergieren von Beugungslicht aus irgendeinem der das erste Muster bildenden linearen Beugungsgitter zu einem Lichtpunkt einer bestimmten Größe, eine erste Lagedetektorvorrichtung (105) zum Ermitteln der Lage des durch die Konvergiervorrichtung gebildeten Lichtpunktes, eine zweite Beleuchtungsvorrichtung (52, 53) zum Bestrahlen des zweiten Musters der Drehscheibe mit monochromatischem Licht, eine zweite Lagedetektorvorrichtung (31) zum Ermitteln der Lage des durch die Ablenkung durch das zweite Muster gebildeten Lichtpunktes und eine Recheneinrichtung (2107), die aus den Ermittlungsergebnissen der ersten und der zweiten Lagedetektorvorrichtung einen Drehwinkel der Drehscheibe errechnet.

18. Optischer Drehstellungscodierer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lagedetektorvorrichtung (31) einen Lagedetektor aufweist, der eine zu einem Ring geformte flache plattenförmige Fotodiode (32), einen längs des Außenumfangs der Fotodiode konzentrisch zu dieser angeordneten Widerstand (33), mindestens zwei Ausgangselektroden (35), die in gleichen Winkelabständen an den Widerstand angebracht sind, und feine drahtförmige elektrisch leitende Schichten (34) enthält, die von dem Widerstand weg radial in gleichen Winkelabständen auf die Fotodiode ragen, um den Winkelabstand zwischen benachbarten Ausgangselektroden zu unterteilen, wobei die leitenden Schichten in einer größeren Anzahl als die Ausgangselektroden vorgesehen sind.