DE3632084A1 - Optischer encoder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Encoder zur optoelektronischen Erfassung von Bewegungsabläufen ei­ ner Anordnung mit periodischen, optisch wirksamen Strukturen, mit einer nichtparallele Strahlung aussen­ denden Strahlenquelle mit mindestens zwei Empfangsele­ menten.

Ein optischer Encoder, der zur Aufnahme von Bewegungs­ abläufen dient, weist gemäß der Fig. 1 eine Strahlen­ quelle B auf, mit der Empfangselemente E starr verbun­ den sind. Als Strahlenquelle wird beispielsweise eine LED verwendet. Weiterhin ist gemäß der Fig. 1 eine Anordnung A vorhanden, die eine periodische Struktur S mit Bereichen hoher und niedriger Absorption auf­ weist. Die Anordnung A bewegt sich im Bewegungsfall gegenüber dem aus der Strahlenquelle B und den Empfangs­ elementen E bestehenden System, so daß die einzelnen Bereiche der periodischen Struktur von A nacheinander von den von der Strahlenquelle B ausgehenden Strahlen erfaßt werden. Die Empfangselemente E detektieren im Bewegungsfall die durch die Strukturen von A erzeugte Intensitätsmodulation der von der Strahlenquelle B aus­ gehenden Strahlung. Die Anordnung A ist, wie beispiels­ weise in der Fig. 1 gezeigt, geradlinig (für Trans­ lationsmessung) oder gebogen (für Winkelmessung). Die Empfangselemente E sind beim optischen Encoder der Fig. 1 parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet.

Zur Gewinnung einer Richtungsinformation ist es erfor­ derlich, mit mindestens zwei Empfangselementen E die Modulation zu detektieren, wobei die Phasenverschie­ bung der Signale - bezogen auf die Periode P von A - vorteilhafterweise 1/4 ist und unter diesen Umständen der Abstand der Empfangselemente (N/2+1/4) · P beträgt (N = ganze Zahl).

In den üblicherweise zur Anwendung kommenden Encodern ist N<O, so daß sich z. T. ein nicht unbeträchtlicher Abstand zwischen den Empfangselementen ergibt. Um exak­ te Phasenbeziehungen zwischen den Signalen der beiden Empfangselemente zu erhalten, wäre es erforderlich, die strukturierte Anordnung mit paralleler Strahlung zu beleuchten. Eine Beleuchtung mit paralleler Strah­ lung ist jedoch mit üblicherweise als Beleuchtungsquel­ len verwendeten LEDs nur angenähert möglich, und außer­ dem führen Abweichungen infolge von Parallaxe in Ver­ bindung mit Streuungen von Abständen zwischen optischem Sender B und strukturierter Anordnung A einerseits und strukturierter Anordnung A und Empfängern E ande­ rerseits zu Problemen in der Reproduzierbarkeit der Bewegungsauflösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen opti­ schen Encoder anzugeben, der keine Strahlenquelle mit paralleler Strahlung erfordert und Fehler, die durch Parallaxe auftreten, weitgehend vermeidet. Diese Auf­ gabe wird bei einem optischen Encoder der eingangs er­ wähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Empfangselemente senkrecht oder nahezu senkrecht zur Bewegungsrichtung der Anordnung mit den periodischen Strukturen angeordnet sind.

Die Empfangselemente sind dabei in einer Linie ange­ ordnet, die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Bewe­ gungsrichtung verläuft.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Empfangsele­ mente E genau senkrecht zur Bewegungsrichtung der An­ ordnung A angeordnet sind. Bei genau senkrechter An­ ordnung der Empfangselemente E ist es gemäß der Fig. 2 erforderlich, daß die strukturierte Anordnung A zwei Strukturen S aufweist, die um 1/4 der Periode gegen­ einander versetzt sind. Die Empfängeranordnung empfängt dann in Richtung der Bewegung im wesentlichen nur pa­ rallele Strahlung. Die Parallaxe wirkt sich dann nur noch über die Breite der Empfangselemente E aus, so daß der Einfluß auf die Bewegungsanalyse verschwindet.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind gemäß der Fig. 3 die Empfangselemente E ebenfalls im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung, jedoch mit einer Phasenverschiebung von 1/4 der Periode P der Struktur angeordnet. In diesem Fall erfordert die strukturierte Anordnung A nur eine (ausreichend breite) Struktur. Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung gemäß der Fig. 3 ist der Einfluß der Parallaxe zwar nicht völlig zum Verschwinden gebracht, aber trotz­ dem gegenüber bekannten Encodern sehr wesentlich redu­ ziert.

Die Fig. 4 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel, bei dem als Empfangselemente E Photodioden vorgesehen sind, die auf einem Halbleiterbauteil monolithisch integriert sind. In allen Fällen muß natürlich die Empfangsseite der Empfangselemente in Richtung Strahlenquelle zeigen.

Claims (6)

1. Optischer Encoder zur optoelektronischen Erfassung von Bewegungsabläufen einer Anordnung mit periodischen, optisch wirksamen Strukturen, mit einer nichtparalle­ le Strahlung aussendenden Strahlenquelle sowie mit ei­ nem mit der Strahlenquelle starr verbundenen Strahlen­ empfänger mit mindestens zwei Empfangselementen, da­ durch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente senk­ recht oder nahezu senkrecht zur Bewegungsrichtung der Anordnung mit den periodischen Strukturen angeordnet sind.

2. Optischer Encoder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Empfängerelemente entlang einer Linie angeordnet sind, die senkrecht oder nahezu senk­ recht zur Bewegungsrichtung verläuft.

3. Optischer Encoder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente genau senk­ recht zur Bewegungsrichtung angeordnet sind, daß die Anordnung mit den periodischen Strukturen zwei peri­ odische Strukturen aufweist und daß die periodischen Strukturen um 1/4 der Periode versetzt sind.

4. Optischer Encoder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente nahezu senk­ recht zur Bewegungsrichtung angeordnet, jedoch um 1/4 der Periode gegeneinander verschoben sind, und daß die Anordnung mit der periodischen Struktur nur eine peri­ odische Struktur aufweist.

5. Optischer Encoder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle eine Leuchtdiode ist.

6. Optischer Encoder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente Pho­ todioden sind.