DE10013813A1 - Optischer Kodierer - Google Patents

Abstract

Ein optischer Kodierer umfasst einen Hauptmaßstab mit einem optischen Gitter und einem Indexmaßstab mit einem optischen Gitter, um damit MoirE-Muster zu erzeugen. Der Kodierer umfasst ebenfalls ein fotosensitives Bauteilarray mit Fotodioden, die in Arrayform angeordnet sind, um die MoirE-Figuren zu erfassen. Die MoirE-Figuren sind parallel zu einer Messachse x unter einer Bedingung L = P1/tanTHETA und P2 = P1cosTHETA festgelegt. P1 bezeichnet einen Abstand des optischen Gitters, P2 einen Abstand des optischen Gitters, THETA einen Winkel zwischen diesen optischen Gittern und L eine Periode der MoirE-Figuren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Kodierer und betrifft insbesondere einen Kodierer, der in der Lage ist, ein hochaufgelöstes Signal unter Verwendung eines fotosen­ sitiven Bauteilarrays zu erzeugen.

Stand der Technik

Im Stand der Technik ist ein optischer Kodierer mit einem fotosensitiven Bauteilarray als ein System bekannt, das eine hohe Auflösung mit einer vergleichsweise einfacheren Jus­ tierung zum Ausrichten erzielen kann. Das System umfasst ein Array aus fotosensitiven Bauteilen, wie etwa Fotodioden, um Unstabilitäten, wie etwa Variationen und Verschmut­ zungen von Maßstäben und Schwankungen in der Lichtintensität einer Lichtquelle, her­ auszumitteln. Somit kann der Kodierer ein gleichmäßiges Ausgangssignal erzeugen.

Eine Beschränkung besteht jedoch darin, den Teilungsabstand des fotosensitiven Bauteil­ arrays auf einem Maßstab in Abhängigkeit eines reduzierten Gitterabstands zu verklei­ nern. Demgegenüber hat die Anmelderin früher ein Kodiersystem zum Erfassen von Schwankungen von Moiré-Figuren bzw. Muster vorgeschlagen, die aufgrund der Interfe­ renz zweier, zueinander geneigter optischer Gitter erzeugt werden (JP 9-196706 A). Die­ ses Moiré-System kann Figuren erzeugen, die unterschiedlich zur Richtung einer Mess­ achse des Maßstabs mit einer größeren Periode bzw. räumlichen Periodenlänge als der Teilungsabstand des Maßstabs variieren. Daher ist es nicht erforderlich, die Periode des fotosensitiven Bauteilarrays zu verkleinern, selbst wenn der Teilungsabstand des Maß­ stabs verringert wird.

Die Moiré-Figuren, die durch einen Neigungswinkel zwischen einem Maßstabsgitter und einem Indexgitter bestimmt sind, weisen nicht immer eine Richtung auf, die im Allgemei­ nen mit der Messachse des Maßstabs übereinstimmt. Wenn die Moiré-Figuren zur Mess­ achse des Maßstabs geneigt sind, sollte das fotosensitive Bauteilarray so hergestellt sein, dass die sich darauf befindlichen fotosensitiven Elemente zu einer Maßstabsachse geneigt sind. Die Herstellung des fotosensitiven Bauteilarrays mit einer Neigung zum Maßstab erfordert ein hohes Maß an mechanischer Präzision, da es wichtige Einflussfaktoren bei der Anordnung der fotosensitiven Elemente auf einem Substrat angeordnet werden; d. h. die Justierung ihrer Drehwinkel als auch ihre Befestigungspositionen, gibt.

Wenn ferner der Gitterabstand des Maßstabs geändert wird, variiert die Periode der Moiré- Figuren ebenfalls. Folglich ist es notwendig, den Winkel des Indexgitters auf dem fotosen­ sitiven Bauteilarray einzustellen, die Periode der Moiré-Figuren auf eine Periode zu justie­ ren, die von dem fotosensitiven Bauteilarray erfasst werden kann, und den Montagewinkel des fotosensitiven Arrays zu ändern. Um daher Kodierer mit unterschiedlichen Signalperi­ oden unter Verwendung des gleichen fotosensitiven Bauteilarrays zu entwerfen und her­ zustellen, ist es ebenfalls erforderlich, ein neues Substrat zum Aufbringen des fotosensiti­ ven Bauteilarrays zusätzlich zur Änderung des Maßstabs zu entwerfen und herzustellen.

Wenn ferner ein Intervall zwischen den Moiré-Figuren und dem fotosensitiven Bauteilarray verhältnismäßig größer ist, d. h. wenn ein großer Abstand zwischen dem Indexgitter und dem fotosensitiven Bauteilarray vorliegt, wird der Kontrast der Moiré-Figuren kleiner und ein S/R-Verhältnis (Signal-zu-Rauschen) des Ausgangssignals verringert sich in nachteili­ ger Weise.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Im Hinblick auf die oben aufgezeigte Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, einen optischen Kodierer bereitzustellen, der in der Lage ist, ein Signal mit fein auf­ gelöster Periode mittels einer einfachen Ausgestaltung und Herstellungsweise sowie einer einfachen Umgestaltungsmöglichkeit zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung stellt einen optischen Kodierer bereit, der einen Maßstab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflektierenden Bereichen, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse als Array angeord­ net sind, umfasst. Der Kodierer umfasst ebenfalls einen Sensorkopf, der gegenüber dem Maßstab angeordnet und relativ zu diesem in der Richtung der Messachse bewegbar ist, zum Erzeugen eines Verschiebesignals, das der relativen Bewegung entspricht. Der Sen­ sorkopf umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zum Maßstab. Er umfasst e­ benfalls ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter ange­ ordnet ist und transmittierende Bereiche, die als Array mit einem zweiten Teilungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung zum Modulieren eines durch das erste opti­ sche Gitter transmittierten oder davon reflektierten Lichts zur Erzeugung von Moiré- Figuren angeordnet sind, aufweist. Ferner umfasst der Sensorkopf ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen eines Variierens der Moiré-Figuren. Die Moiré-Figuren sind parallel zur Messachse mit der Bedingung festgelegt: L = P1/tanθ und P2 = P1cosθ, wobei P1 den ersten Teilungsabstand, P2 den zweiten Teilungsabstand, θ einen Neigungswinkel des ersten optischen Gitters zum zweiten optischen Gitter, und L eine Periode der besag­ ten Moiré-Figuren kennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird eine Kombination optischer Gitter verwendet, die es erlaubt, dass die Messachse parallel zu den Moiré-Figuren ist. Somit kann das fotosensitive Bauteilar­ ray aus mehreren fotosensitiven Elementen gebildet werden, die als Array in einer Rich­ tung senkrecht zur Messachse angeordnet sind, um Licht unterschiedlicher Phase in den Moiré-Figuren zu erfassen. Daher können die fotosensitiven Elemente einfach hergestellt und montiert werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen optischen Kodierer bereit, der einen Maß­ stab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflektierenden Berei­ chen aufweist, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse angeordnet sind, umfasst. Der Kodierer umfasst ebenfalls einen Sensorkopf, der gegen­ über dem Maßstab angeordnet und relativ zu diesem in Richtung der Messachse beweg­ bar ist, zum Erzeugen eines Schiebesignals entsprechend der relativen Bewegung. Der Sensorkopf umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zum Maßstab. Ferner um­ fasst dieser ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter an­ geordnet ist und transmittierende Bereiche aufweist, die als Array mit einem zweiten Tei­ lungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung zum Modulieren eines durch das erste optische Gitter transmittierten oder von diesem reflektierten Lichts zur Erzeugung von Moiré-Figuren angeordnet sind. Ferner umfasst dieser ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen des Variierens der Moiré-Figuren. Das fotosensitive Bauteilarray umfasst mehrere fotosensitive Elemente, die in einer Richtung senkrecht zur Messachse als Array angeordnet sind, wobei jedes Elements ausgebildet ist, Licht mit einer unterschiedlichen Phase von den Moiré-Figuren zu erfassen. Das zweite optische Gitter ist mit Dünnfilm­ strukturen auf den fotosensitiven Elementen gebildet. Die Dünnfilmstrukturen weisen transmittierende und undurchsichtige Bereiche auf, die abwechselnd als Array mit dem ersten Teilungsabstand in Richtung der Messachse und mit aufeinanderfolgend unter­ schiedlichen Phasen in benachbarten fotosensitiven Elementen angeordnet sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die transmittierenden Bereiche, die auf den fotosensitiven Elementen des fotosensitiven Bauteilarrays angeordnet sind, optimal ges­ taltet werden. Es folgt: (a) das fotosensitive Bauteilarray kann parallel zur Messachse des Maßstabs angeordnet werden, so dass die Moiré-Figuren parallel zur Messachse entste­ hen können. (b) Wenn das fotosensitive Bauteilarray zur Messachse geneigt ist, können die Moiré-Figuren parallel zum fotosensitiven Bauteilarray sein. Ferner ist es nicht erfor­ derlich, einen Montagewinkel des fotosensitiven Bauteilarrays einzustellen. Selbst wenn der Teilungsabstand des Maßstabgitters geändert wird, ist für das fotosensitive Bauteilar­ ray eine Änderung im Aufbau nicht erforderlich, sondern lediglich für die Dünnfilmstruktu­ ren, die auf dem Maßstab ausgebildet sind.

Insbesondere können in der vorliegenden Erfindung die transmittierenden Bereiche, die auf den fotosensitiven Elementen angeordnet sind, in individuellen Mustern, die von dem auf benachbarten fotosensitiven Elementen angeordneten Dünnfilmstrukturen separiert sind, gebildet werden. Alternativ können diese auch in stufenartigen Strukturen, die mit den auf benachbarten fotosensitiven Elementen angeordneten Dünnfilmstrukturen gekop­ pelt sind, gebildet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung lässt sich aus der folgenden detail­ lierten Beschreibung gewinnen, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genom­ men wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufbau eines optischen Kodierers des transmittierenden Typs, auf den die vorliegende Erfindung angewendet ist;

Fig. 2 einen Aufbau eines optischen Kodierers des reflektierenden Typs, auf den die vorliegenden Erfindung angewendet ist;

Fig. 3A-3C jeweils spezielle Anordnungen von Teilen in einer Ausführungsform;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Moiré-Figuren und einem foto­ sensitiven Bauteilarray in der Ausführungsform darstellt;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Verhältnisses zwischen zwei optischen Git­ tern in der Ausführungsform;

Fig. 6 ein Diagramm, das einen Aufbau eines fotosensitiven Bauteilarrays gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, das einen Aufbau eines fotosensitiven Arrays gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt;

Fig. 8 einen Aufbau eines fotosensitiven Bauteilarrays gemäß einer weiteren Aus­ führungsform;

Fig. 9 einen Aufbau eines fotosensitiven Bauteilarrays gemäß einer weiteren Aus­ führungsform; und

Fig. 10 das Verhältnis zwischen zwei optischen Gittern gemäß der Ausführungsform aus Fig. 9 im Zusammenhang mit Fig. 5.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen grundsätzlichen Aufbau von optischen Kodierern, die jeweils vom Transmissionstyp und Reflexionstyp sind und auf die die vorliegende Erfin­ dung angewendet ist.

Der Transmissionskodierer umfasst, wie in Fig. 1 gezeigt ist, einen Hauptmaßstab 1 und eine Lichtquelle 2 zum Aussenden von Licht zu dem Hauptmaßstab 1. Ferner umfasst der Kodierer einen Indexmaßstab 3 zum Erzeugen von Moiré-Figuren, wenn Interferenz mit Licht stattfindet, das durch den Hauptmaßstab 1 geleitet wurde. Ferner umfasst der Kodie­ rer ein fotosensitives Bauteilarray 4 zum Erfassen der erzeugten Moiré-Figuren. Die Licht­ quelle 2, der Indexmaßstab 3 und das fotosensitive Bauteilarray 4 sind in integraler Weise auf einem einzelnen Sensorkopf 5 gebildet, der gegenüber dem Hauptmaßstab angeord­ net und relativ dazu in einer Richtung einer Messachse X bewegbar ist, wie dies durch einen Pfeil gezeigt ist, und der ein Verschiebesignal entsprechend der relativen Bewegung erzeugt.

Der Hauptmaßstab 1 umfasst ein transparentes Substrat 10, auf dem ein optisches Gitter 11 gebildet ist, das transmittierende Bereiche in Arrayform mit einem gegebenen Tei­ lungsabstand in der Messachse X aufweist. Der Indexmaßstab 3 umfasst ein ähnliches transparentes Substrat 13, auf dem ein optisches Gitter 31 gebildet ist, das zum optischen Gitter 11 auf dem Hauptmaßstab 1 geneigt ist.

Im Falle des Kodierers des reflektierenden Typs ist der Hauptmaßstab 1 so aufgebaut, dass dieser ein optisches Gitter 11 umfasst, das Licht reflektierende Bereiche in Arrayform mit einem gegebenen Teilungsabstand auf dem Substrat 10 aufweist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Indexmaßstab 3 umfasst einen Lichtquellen-Seitenindexmaßstab 3a und einen Lichtempfangs-Seitenindexmaßstab 3b, die beide in diesem Falle auf einem einzel­ nen Substrat 30 angeordnet sind. Diese Indexmaßstäbe 3a und 3b weisen jeweils trans­ mittierende optische Gitter 31a und 31b auf. Das optische Gitter 11 auf dem Hauptmaß­ stab 1 besitzt in der Messachse X ein Array an Gittern. Die optischen Gitter 31b an der Lichtempfangsseite des Indexmaßstabs 3 sind in Arrayform unter einem gewissen Winkel zum optischen Gitter 11 geneigt angeordnet, so dass aufgrund der Interferenz zwischen diesen Gittern 11 und 31b Moiré-Figuren erzeugt werden können.

Die Fig. 3A-3C sind Draufsichten, die die Beziehung zwischen dem optischen Gitter 11 auf dem Hauptmaßstab 1, dem optischen Gitter 31 auf dem Indexmaßstab 3 (entspre­ chend dem optischen Gitter 31b im Falle des Reflexionstyps in Fig. 2), und dem fotosen­ sitiven Bauteilarray 4 zeigen. Im fotosensitiven Bauteilarray 4 sind mehrere Fotodioden 41 so angeordnet, um ein Vierfach-Phasensignal zu erhalten. Somit sind in diesem speziellen dargestellten Falle lediglich vier Fotodioden 41 (41a-41d), die mindestens notwendig sind, um die Vierfach-Phasensignale zu erhalten, dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die optischen Gitter 11 und 13 so gestaltet, um ein optimales Verhältnis in den Teilungs­ abständen und dergleichen aufzuweisen, so dass die Moiré-Figuren parallel zur Messach­ se X gebildet werden. Folglich verursachen die Moiré-Figuren Hell- und Dunkelvariationen in einer Richtung senkrecht zur Messachse X in Abhängigkeit der Bewegung des Maß­ stabs. Folglich sind die Fotodioden 41 zum Erfassen der Moiré-Figuren auf dem fotosensi­ tiven Bauteilarray 4 in der Richtung senkrecht zur Messachse X als rechteckförmige Mus­ ter angeordnet, wobei jeweils deren längere Seite parallel zur Messachse X ist.

Mit Bezug zu Fig. 4 wird eine Möglichkeit zur Bildung der oben genannten Moiré-Figuren beschrieben. Dabei ist das optische Gitter 11 auf dem Hauptmaßstab 1 so gebildet, dass es einen Teilungsabstand P1 aufweist, und das optische Gitter 31 auf dem Indexmaßstab 3 ist so gebildet, dass es gegenüber dem optischen Gitter 11 unter einem Winkel A geneigt ist und einen Teilungsabstand P2 aufweist. Der hierin erwähnte Teilungsabstand P2 ist ein Gitterabstand in einer Richtung, die zur Messachse X unter einem Winkel A geneigt ist. Wenn angenommen wird, dass die zu erzeugende Moiré-Figuren eine Periode L aufwei­ sen, wie aus der vergrößerten Ansicht aus Fig. 4 zu entnehmen ist, können sich die Moi­ ré-Figuren in der Richtung der Messachse X unter der Bedingung anordnen, die durch die folgenden zwei Gleichungen gegeben ist.

L = P1/tanθ (1)

P2 = P1cosθ (2)

Unter Erfüllung der obigen Bedingungen und wie in Fig. 4 gezeigt ist, werden die Fotodi­ oden 41 mit einer Periode 3L/4, im Gegensatz zur Periode L der Moiré-Figuren, in Array­ form angeordnet. Somit können aus den Fotodioden 41 Vierfach-Phasensinuswellen- Ausgangssignale mit einer Phasenverschiebung von 270° zueinander, d. h. Ausgangssig­ nale der Phasen A, BB, AB und B, erhalten werden. In diesem Zeitpunkt können die Foto­ dioden 41 in der Richtung der Messachse X ausgerichtet werden.

Im Gegensatz zur Periode L der Moiré-Figuren werden die Fotodioden 41 mit der Periode 3L/4 (= 270°) in Fig. 4 angeordnet, obwohl sie auch im Allgemeinen mit einem Teilungs­ abstand gleich einem ungeraden Vielfachen von L/4 (= 90°) angeordnet werden können. Ferner können die Fotodioden 41 mit einem Teilungsabstand angeordnet werden, der gleich einem ganzzahligen Vielfachen von L/3 (mit Ausnahme von Vielfachen von 3) ist, um Dreifach-Phasenausgangssignale zu erhalten.

Wenn der Teilungsabstand des optischen Gitters 11 speziell zu P1 = 10 µm und der Tei­ lungsabstand der notwendigen Moiré-Figuren zu L = 100 µm festgelegt ist, dann wird der relative Neigungswinkel θ zwischen den optischen Gittern 11 und 31 zu θ = tan^-1 (P1/L) = 5.71°. In diesem Falle wird der Teilungsabstand P2 des optischen Gitters 31 zu P2 = P1cosθ = 9.95 µm.

Um den Teilungsabstand des optischen Gitters 11 auf P1 = 20 µm unter Beibehaltung des Abstandes der Moiré-Figuren und folglich ohne Änderung des Teilungsabstands des foto­ sensitiven Bauteilarrays zu ändern, ist es erforderlich, θ = 11.31° und P2 19.61 µm zu set­ zen. Dies ist nämlich hilfreich bei der Änderung des Maßstabgitters ohne Änderung der Position und des Teilungsabstands des fotosensitiven Bauteilarrays.

Eine praktische Ausgestaltung für einen Kodierer kann durch Berechnung lediglich von L = P1/tanθ, eine der oben genannten beiden Bedingungsgleichungen (1) und (2), erzielt wer­ den. Und zwar ist der Teilungsabstand des optischen Gitters 31 gleich P1 in der Richtung der Moiré-Figuren, der die Richtung senkrecht zum optischen Gitter 11 auf dem Haupt­ maßstab 1 darstellt. Daher kann das optische Gitter 31 erhalten werden, indem eine ge­ wisse Referenzachse auf dem optischen Gitter 11 in der Richtung der Messachse festge­ legt und jedes Gitter des optischen Gitters 11 um den Winkel 8 an einem Kreuzungspunkt zwischen der Referenzachse jedes der Gitter gedreht wird.

Obwohl in der obigen Erläuterung der Indexmaßstab 3 und das fotosensitive Bauteilarray 4 als voneinander unabhängig hergestellt beschrieben wurden, können diese als Einheit ausgebildet sein. Wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt ist, kann ein optisches Gitter 31 hergestellt werden, indem ein dünner Film 62 auf einem Metall strukturiert und weiter an der Oberfläche des fotosensitiven Bauteilarrays 4 mittels eines isolierenden Films 61 ge­ bildet wird, um undurchsichtige Bereiche 63 und transmittierende Bereiche 64 zu bilden. Somit kann ein Indexsubstrat weggelassen werden.

Diese Ausführungsform stellt ein System zur Erfassung der Moiré-Figuren mittels des fo­ tosensitiven Bauteilarrays bereit. Daher kann selbst bei Verkleinerung des Teilungsab­ stands des Maßstabs ein äußerst gleichmäßiges Ausgangssignal mit einer feinaufgelösten Periode erhalten werden, ohne dass der Teilungsabstand des fotosensitiven Bauteilarrays stark verringert wird. Ferner ist es nicht notwendig, das fotosensitive Bauteilarray geneigt zum Maßstab herzustellen. Somit kann der Einfluss eines mechanischen Fehlers bei der Herstellung verringert werden. Selbst wenn der Gitterabstand des Hauptmaßstabs geän­ dert wird, ist es nicht erforderlich, den Teilungsabstand des fotosensitiven Bauteilarrays zu ändern und die Position und den Winkel zum Montieren desselben einzustellen. Somit können eine Vielzahl diverser Kodierer mit verschiedenen Signalperioden in einfacher Weise gestaltet und hergestellt werden, wobei sich die Kosten und die Arbeitszeit reduzie­ ren.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, die aus einer Weiterentwicklung der Ausfüh­ rungsform aus Fig. 6 hervorgeht. Ein fotosensitives Bauteilarray 4 umfasst rechteckige Fotodioden 41, deren jeweils längere Seite parallel zur Messachse X ist, ähnlich wie bei dem entsprechenden Gesichtspunkt in der vorhergehenden Ausführungsform. Die jeweils an den Fotodioden 41 angeordneten rechteckigen Muster 71 bilden ein optisches Gitter 31 an der Indexseite zum Modulieren des Lichts vom Hauptmaßstab 1. Die rechteckigen Muster 71 sind beispielsweise Dünnfilmstrukturen, die als undurchsichtige Bereiche die­ nen. Andere Strukturen sind im Gegensatz zu den rechteckigen Musters 71 transmittie­ rende Bereiche, die abwechselnd mit den undurchsichtigen Bereichen angeordnet sind. Alternativ können die rechteckigen Muster 71 transmittierende Fenster sein, und die ande­ ren Strukturen können als die Dünnfilmstrukturen ausgebildet sein.

Die rechteckigen Muster 71, die in der Richtung der Messachse X in Arrayform auf den Fotodioden 41 angeordnet sind, besitzen einen Teilungsabstand, der gleich einem Tei­ lungsabstand eines daraus projizierten Hell-/Dunkel-Musters, d. h. gleich dem Teilungsab­ stand P1 des optischen Gitters 11 auf dem Hauptmaßstab 1 ist. Ferner sind die rechtecki­ gen Muster 71 so angeordnet, dass diese aufeinanderfolgend an benachbarten Fotodio­ den um P1/4 verschoben sind. Dies ist äquivalent dazu, dass das optische Gitter 31 an der Indexseite so gebildet ist, um zum optischen Gitter 31 auf dem Hauptmaßstab 1 ge­ neigt zu sein, was im Wesentlichen ähnlich zur vorhergehenden Ausführungsform ist. Wenn dann das optische Gitter 31 in einer zur Richtung der Messachse X um einen Win­ kel 6 geneigten Richtung betrachtet wird, ist der Arrayteilungsabstand P2 kleiner als der Teilungsabstand P1, mit P2 = P1cosθ in der gleiche Weise wie in der vorhergehenden Ausführungsform. Ferner sind die Moiré-Figuren in ähnlicher Weise wie in der vorherge­ henden Ausführungsform parallel zu dem fotosensitiven Bauteilarray 4. In der Ausfüh­ rungsform aus Fig. 7 können Vierfach-Phasenausgangssignale A, B, AB und BB mit ei­ ner aufeinanderfolgenden Phasendifferenz von 90° zueinander an den Fotodioden 41 er­ halten werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, die durch Modifizierung der Ausführungsform aus Fig. 7 hervorgeht. In dieser modifizierten Ausführungsform ist ein auf jeder der Foto­ dioden 41 gebildetes rechteckförmiges Muster 71 mit einem weiteren, auf einer benach­ barten Fotodiode gebildeten Muster gekoppelt, um ein Stufenmuster zu bilden. Durch dies Ausführungsform ist es möglich, dass das rechteckige Muster 71 eine ausgezeichnete Haftung auf dem Substrat aufweist, besser als in Fig. 7, wenn das rechteckige Muster 71 aus einer Dünnfilmstruktur aus Metall oder dergleichen gebildet ist. Die weiteren Merkmale sind identisch zur Ausführungsform in Fig. 7.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, die durch Modifizierung der Ausführungsform in Fig. 7 hervorgeht. In dieser modifizierten Ausführungsform umfasst ein fotosensitives Bauteilarray rechteckige Fotodioden 41, die so angeordnet sind, dass deren längere Seite unter einem Winkel α zur Messachse X geneigt sind. In diesem Falle besitzen die in Richtung der Messachse X auf den Fotodioden 41 in Arrayform angeordneten rechtecki­ gen Muster 71 einen Teilungsabstand, der gleich dem Teilungsabstand P1 des optischen Gitters 11 auf dem Hauptmaßstab 1 ist. Ferner sind die rechteckigen Muster 71 so ausge­ bildet, dass sie nacheinander um P1/4 auf benachbarten Fotodioden verschoben sind.

In diesem Fall ist ein Teilungsabstand P2 in einer Richtung parallel zu den fotosensitiven Elementen 41 der rechteckigen Muster 71, die das optische Gitter 31 bilden, größer als P1 in Fig. 10 und zeigt eine Abhängigkeit, die durch die folgende Gleichung (3) dargestellt wird:

P1 = P2cosα (3)

Andererseits sind die Moiré-Figuren parallel zu den fotosensitiven Elementen 41, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, und deren Periode L wird durch die folgende Gleichung (4) wieder­ gegeben:

L = P2/tanα (4)

Diese Bedingungen (3) und (4) unterscheiden sich von den Bedingungen (1) und (2) der vorhergehenden Ausführungsform bezüglich P1 und P2, die gegeneinander ausgetauscht sind. Diese Bedingungen sind jedoch hinsichtlich der Bildung de Moiré-Figuren parallel zum fotosensitiven Bauteilarray 4 zueinander äquivalent. Und zwar ist in der vorhergehen­ den Ausführungsform das fotosensitive Bauteilarray 4 parallel zur Messachse X, so dass die Moiré-Figuren parallel zur Messachse X sein können. Im Gegensatz dazu ist in der Ausführungsform aus Fig. 9 das fotosensitive Bauteilarray 4 zur Messachse X geneigt. In diesem Falle werden die Moiré-Figuren hinsichtlich des fotosensitiven Bauteilarrays 4 in einem geneigten Zustand gebildet.

Gemäß dieser Ausführungsform können Vierfach-Phasenausgangssignale in ähnlicher Weise wie in der Ausführungsform aus Fig. 7 erhalten werden. Die Ausführungsformen der Fig. 7 bis 9 stellen Mittel zur Bildung des optischen Gitters 3 an der Indexseite be­ reit, die dem fotosensitiven Bauteilarray 4 entspricht. Daher ergibt sich in dieser Ausfüh­ rungsform bei der Herstellung des fotosensitiven Bauteilarrays ebenfalls kein Problem.

In der Ausführungsform der Fig. 9 können die rechteckigen Muster 71 ebenfalls ein stu­ fenartiges Muster bilden, indem diese nacheinander auf benachbarten Fotodioden anei­ nandergekoppelt sind, ähnlich wie in der Ausführungsform aus Fig. 8.

Die in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsformen können ebenso die gleiche Wir­ kung wie die vorhergehende Ausführungsform erzielen.

Die in den Ausführungsformen der Fig. 7 bis 9 gezeigten rechteckigen Muster 71 müs­ sen nicht immer rechteckig, sondern können oval oder kreisförmige sein.

Ferner kann das fotosensitive Bauteilarray in einem Dünnfilmhalbleiter auf einem Glas­ substrat ausgebildet sein und muss nicht in einem Halbleitersubstrat integriert sein, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Wie zuvor beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung einen optischen Kodierer bereitstellen, der in der Lage ist, ein Signal mit einer feinaufgelösten Periode mit einer einfachen Ausgestaltung und Herstellungsweise sowie einfachen Gestaltungsänderungen zu erhalten.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den obigen Ausführungsformen beschrie­ ben wurde, sind für den Fachmann andere Ausführungsformen und Variationen im Bereich der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Die vorliegende Erfindung sollte daher nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern sollte vielmehr als durch den Grundgedanken und den Schutzbereich der angefügten Ansprüche abgegrenzt gesehen werden.

Claims (12)

1. Optischer Kodierer mit:
einem Maßstab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflek­ tierenden Bereichen, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse in Arrayform angeordnet sind; und
einem gegenüber dem Maßstab angeordneten Sensorkopf, der in Richtung der Messachse relativ bewegbar ist, zum Erzeugen eines Verschiebesignals entspre­ chend der Relativbewegung, wobei der Sensorkopf umfasst:
eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zu dem Maßstab;
ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter angeordnet ist und transmittierende Bereiche aufweist, die mit einem zweiten Teilungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung in Arrayform angeordnet sind zum Modulie­ ren eines von dem ersten optischen Gitter transmittierten oder von diesem reflek­ tierten Lichts, um Moiré-Figuren zu bilden; und
ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen einer Änderung der Moiré-Figuren, da­ durch gekennzeichnet, dass
die Moiré-Figuren parallel zur Messachse unter einer Bedingung L = P1/tanθ und P2 = P1cosθ festgelegt sind, wobei P1 den ersten Teilungsabstand, P2 den zweiten Teilungsabstand, A einen Neigungswinkel des ersten optischen Gitters zum zweiten optischen Gitter, und L eine Periode der Moiré-Figuren kennzeichnet.

2. Der optische Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fotosen­ sitive Bauteilarray mehrere fotosensitive Elemente umfasst, die in einer Richtung senkrecht zur Messachse in Arrayform angeordnet sind, wobei jedes Element aus­ gebildet ist, Licht der Moiré-Figuren mit unterschiedlicher Phase zu erfassen.

3. Der optische Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehre­ ren fotosensitiven Elemente in rechteckigen Mustern mit jeweils einer längeren Seite parallel zur Messachse ausgebildet sind.

4. Der optische Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Gitter als Dünnfilmstrukturen auf dem fotosensitiven Bauteilarray gebildet ist.

5. Der optische Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehre­ ren fotosensitiven Elemente in rechteckigen Mustern mit jeweils einer längeren Seite parallel zur Messachse gebildet sind, und das zweite optische Gitter mit auf dem fotosensitiven Bauteilarray gebildeten Dünn­ filmstrukturen gebildet ist, wobei die Dünnfilmstrukturen transmittierende Bereiche und undurchsichtige Bereiche aufweisen, die abwechselnd mit dem gleichen Tei­ lungsabstand wie der erste Teilungsabstand in der Richtung der Messachse und mit aufeinanderfolgenden verschiedenen Phasen in benachbarten fotosensitiven Ele­ menten abwechselnd in Arrayform angeordnet sind.

6. Der optische Kodierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünn­ filmstrukturen auf den fotosensitiven Elemente als individuelle Muster getrennt von­ einander in benachbarten fotosensitiven Elementen ausgebildet sind.

7. Der optische Kodierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünn­ filmmuster auf den fotosensitiven Elementen in Stufenmustern, die jeweils in be­ nachbarten fotosensitiven Elementen aneinandergekoppelt sind, gebildet sind.

8. Optischer Kodierer mit:
einem Maßstab mit einem ersten optischen Gitter mit transmittierenden oder reflek­ tierenden Bereichen, die mit einem ersten Teilungsabstand in einer Richtung einer Messachse in Arrayform angeordnet sind, und
einem über dem Maßstab angeordneten Sensorkopf, der in der Richtung der Mess­ achse relativ bewegbar ist, zum Erzeugen eines Verschiebesignals, das der Relativ­ bewegung entspricht, wobei der Sensorkopf umfasst:
eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zu dem Maßstab;
ein zweites optisches Gitter, das gegenüber dem ersten optischen Gitter angeordnet ist und transmittierende Bereiche aufweist, die mit einem zweiten Teilungsabstand in einer zur Messachse geneigten Richtung in Arrayform zum Modulieren eines durch das erste optische Gitter transmittierten oder von diesem reflektierten Lichts zur Bil­ dung von Moiré-Figuren angeordnet sind; und
ein fotosensitives Bauteilarray zum Erfassen einer Änderung der Moiré-Figuren, da­ durch gekennzeichnet, dass
das fotosensitive Bauteilarray mehrere fotosensitive Elemente umfasst, die in einer Richtung senkrecht zur Messachse in Arrayform angeordnet sind, und die jeweils zum Erfassen eines Lichts der Moiré-Figuren mit unterschiedlicher Phase dienen, und
das zweite optische Gitter mit auf den fotosensitiven Elementen gebildeten Dünn­ filmstrukturen gebildet ist, wobei die Dünnfilmstrukturen transmittierende Bereiche und undurchsichtige Bereiche aufweisen, die abwechselnd mit dem ersten Teilungs­ abstand in der Richtung der Messachse und mit aufeinanderfolgend unterschiedli­ chen Phasen in benachbarten fotosensitiven Elementen in Arrayform angeordnet sind.

9. Der optische Kodierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünn­ filmstrukturen auf den fotosensitiven Elementen in individuellen Mustern ausgebildet sind, die voneinander in benachbarten fotosensitiven Elementen getrennt sind.

10. Der optische Kodierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünn­ filmstrukturen auf den fotosensitiven Elementen in stufenartigen Mustern, die in be­ nachbarten fotosensitiven Elementen aneinandergekoppelt sind, gebildet sind.

11. Der optische Kodierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehre­ ren fotosensitiven Elemente in rechteckigen Mustern mit jeweils einer längeren Seite parallel zur Messachse gebildet sind,
der zweite Teilungsabstand kleiner als der erste Teilungsabstand ist, und
die Moiré-Figuren parallel zu dem fotosensitiven Bauteilarray ausgebildet sind.

12. Der optische Kodierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehre­ ren fotosensitiven Elemente in rechteckigen Mustern mit jeweils einer längeren Seite geneigt zur Messachse ausgebildet sind,
der zweite Teilungsabstand größer als der erste Teilungsabstand ist, und
die Moiré-Figuren parallel zu dem fotosensitiven Bauteilarray ausgebildet sind.