DE19702511C2 - Codierer zum Erfassen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsdrehung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Codierer zum Erfassen der Ge­ schwindigkeit und der Richtung der Drehung eines rotierenden Gegenstandes.

Üblicherweise wird ein solcher Codierer zum Erfassen des Betrages, der Geschwindigkeit und der Richtung einer Drehung verwendet, wenn ein Gegenstand z. B. mit einem Motor angetrieben wird. Der Betrieb dieses Mechanismus kann dann abhängig von den er­ faßten Werten gesteuert werden (siehe z. B. DE 39 37 572 A1 und DE 40 34 028 A1).

Fig. 8 zeigt einen aus JP 07-218 961 A2, entspricht der US 572 46 16 bekannten Codierer mit einer Drehscheibe 80, die in konstanten Winkelabständen radiale Schlitze S hat, und an der zwei Lichtschranken 81a und 81b angeordnet sind. Diese enthalten jeweils eine Lichtquelle und einen Lichtemp­ fänger, und die Drehscheibe 80 befindet sich in einem Spalt d zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger. Die Licht­ schranken 81a und 81b sind so angeordnet, daß sie über die Schlitze S Ausgangsimpulse mit einem vorbestimmten Phasenun­ terschied abgeben.

Wenn die Lichtschranken 81a und 81b bei­ spielsweise unter einem Teilungswinkel von 94,5° gegeneinan­ der versetzt werden und der Winkel zwischen benachbarten Schlitzen S 18° beträgt, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, so haben die Ausgangssignale der Lichtschranken 81a und 81b ei­ nen Phasenunterschied von 4,5° entsprechend 1/4 Teilungswin­ kel (1/2).

Mit einem konventionellen Codierer ist es aber schwierig, die Lichtschranken genau einzustellen, um Ausgangsimpulse mit ei­ nem genauen Phasenunterschied zu erzeugen. Wird die Konstruk­ tion so geändert, daß die Breite oder die Zahl der Schlitze auf der Drehscheibe 80 verändert ist, so muß auch der Monta­ gewinkel der Lichtschranken 81a und 81b geändert werden, was eine komplizierte Neukonstruktion vieler Teile erfordert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Codierer zum Erfassen einer Vorwärts/Rückwärtsdrehung anzugeben, der eine leichte Plazierung der Lichtschranken ermöglicht und gleich­ zeitig eine genaue Phasendifferenz der Ausgangssignale der Lichtschranken beibehält.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Codierer zum Erfas­ sen einer Vorwärts/Rückwärtsdrehung eine Drehachse haben, die auf einem Grundkörper gelagert ist und sich entsprechend der Bewegung des Gegenstandes dreht, wobei zwei Drehscheiben auf der Drehachse befestigt sind. Zwei Lichtschranken sind auf dem Grundkörper befestigt und auf einer geraden Linie paral­ lel zur Drehachse derart ausgerichtet, daß sie den beiden Drehscheiben zugeordnet sind.

Die Drehachse dreht sich mit den Drehscheiben entsprechend der Drehung des Gegenstandes. Jede Drehscheibe hat ein Licht­ modulationsmuster, mit dem die Lichtintensität zyklisch in Umfangsrichtung verändert wird. Jede Lichtschranke gibt Licht zur Drehscheibe hin ab und erfaßt das mit dem Muster auf der Drehscheibe modulierte Licht.

Die Winkelbeziehung zwischen den Drehscheiben ist so be­ stimmt, daß die Ausgangssignale der Lichtschranken bei Dre­ hung der Drehachse eine vorbestimmte Phasendifferenz haben, die nicht gleich einer halben Periode der Lichtimpulse ist.

Da die beiden Lichtschranken auf einer geraden Linie ausge­ richtet sind, ist die Konstruktion und die Verbindung mit ei­ ner Schaltung zum Übertragen der Ausgangssignale vereinfacht. Ferner muß die Montage der beiden Lichtschranken nicht geän­ dert werden, wenn die Zahl und die Breite der Schlitze in den beiden Drehscheiben geändert wird, da diese Änderungen nur die beiden Drehscheiben betreffen.

In einer Weiterbildung kann das Lichtmodulationsmuster die Form mehrerer lichtdurchlässiger Teile in konstanten Winkel­ abständen auf der undurchsichtigen Oberfläche der Drehscheibe haben. In diesem Fall erfassen die Lichtschranken das durch die durchlässigen Teile übertragene Licht.

In einer anderen Weiterbildung kann das Lichtmodulationsmu­ ster aus mehreren reflektierenden Teilen bestehen, die in konstanten Winkelabständen auf der Oberfläche der Drehscheibe angeordnet sind. In diesem Fall sind die Lichtschranken Re­ flexlichtschranken und erfassen das an den reflektierenden Teilen reflektierte Licht.

Die Erfindung wird im folgenden für die Anwendung in einer fotographischen Kamera an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Hauptteile der AF/AE-Verschlußeinheit im Varioobjektiv einer fotographischen Kamera,

Fig. 2 die perspektivische Darstellung eines Codierers in dem Varioobjektiv,

Fig. 3 die Vorderansicht des Codierers,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 das Zeitdiagramm der Ausgangssignale von Licht­ schranken,

Fig. 6 eine andere Anordnung einer Drehscheibe und einer Lichtschranke,

Fig. 7 die Anordnung der Drehscheibe und der Lichtschranke in einem gegenüber Fig. 6 unterschiedlichen Zu­ stand,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Drehscheibe und zweier Lichtschranken eines bekannten Codie­ rers, und

Fig. 9 die Vorderansicht der Drehscheibe und der Licht­ schranke eines Codierers nach Fig. 8 bei einem bestimmten Winkelversatz seiner Lichtschranken.

Das Varioobjektiv der hier betrachteten Kamera hat ein dreistufiges Getriebe mit drei beweglichen Tuben, die kon­ zentrisch auf einer optischen Achse angeordnet sind. Das Objektiv hat eine vordere Linsengruppe L1 mit positiver Brechkraft und eine hintere Linsengruppe L2 mit negativer Brechkraft und enthält einen Objektivverschluß 27.

Im Kameragehäuse befinden sich eine Gesamtmotorsteuerung, eine Antriebsmotorsteuerung für die hintere Linsengruppe L2, eine Varioeinrichtung, eine Fokussierbetätigung, eine Entfernungsmeßeinrichtung, eine Lichtmeßeinrichtung und eine AE-Motorsteuerung für einen AE-Motor 29 (automatische Belichtung).

Durch Betätigen der Varioeinrichtung wird ein Gesamtan­ triebsmotor 25 aktiviert, und die vordere Linsengruppe L1 und die hintere Linsengruppe L2 werden gemeinsam in Richtung der optischen Achse bewegt. Gleichzeitig mit dieser Bewegung kann der Antriebsmotor 30 für die hintere Linsengruppe L2 auch über seine Antriebsmotorsteuerung so aktiviert werden, daß die hintere Linsengruppe L2 relativ zu der vorderen Linsengruppe L1 bewegt wird. Dies erfolgt jedoch nicht nach dem konventio­ nellen Konzept des sequentiellen Brennweitenänderung ohne Verlagerung des Scharfstellpunktes. Bei Betätigen der Va­ rioeinrichtung bewegen sich die vordere Linsengruppe L1 und die hintere Linsengruppe L2 bei gleichbleibendem gegen­ seitigen Abstand in Richtung der optischen Achse, indem nur der Gesamtantriebsmotor 25 angesteuert wird.

Während der Brennweitenänderung ist eine Scharfeinstellung bezüglich eines Objektes nicht in jedem Zustand erreichbar. Dies ist jedoch bei einer Kamera mit Objektivverschluß unpro­ blematisch, da das Bild nicht durch das Aufnahmesystem be­ trachtet wird, sondern durch ein von diesem getrenntes Su­ chersystem, so daß es ausreicht, die Scharfeinstellung beim Auslösen vorzunehmen. Durch Drücken einer Auslö­ setaste wird mindestens der Gesamtantriebsmotor 25 oder der Antriebsmotor 30 für die hintere Linsengruppe L2 bewegt, so daß die Brennweitenänderung durchgeführt wird. Auf diese Weise können die Positionen der beiden Linsengruppen L1, L2 durch Betätigen der Variobetätigung unabhängig voneinander kon­ trolliert werden.

Wie Fig. 1 zeigt, hat eine AF/AE-Verschlußeinheit 21 einen Montageflansch 40, an dessen Hinterseite ein Tragring 46 für Verschlußlamellen 27a befestigt ist. Eine Fassung 50 der hinteren Linsengruppe L2 ist an der Verschlußeinheit 21 relativ zu dem Montageflansch 40 bewegbar gehalten. Der Mon­ tageflansch 40 trägt die vordere Linsengruppe L1, den AE-Motor 29 und den Antriebsmotor 30 der hinteren Linsen­ gruppe L2. Er hat ein Ringelement 40f mit einer Lichtdurch­ trittsöffnung 40d sowie drei nach hinten abstehende Schenkel 40b. Zwischen diesen sind drei Schlitze gebildet, von denen zwei Geradführungen 40c sind, die mit dem entsprechenden Paar Führungsschenkel eines Geradführungsteils in gleitendem Eingriff stehen, wodurch dessen Bewegung geführt wird.

Der Montageflansch 40 trägt ein AE-Getriebe, das die Dre­ hung des AE-Motors 29 auf den Verschluß 27 überträgt, ein Linsenantriebsgetriebe, das die Drehung des Antriebsmotors 30 der hinteren Linsengruppe L2 auf eine Gewindespindel 43 überträgt, Lichtschranken 56, 57a und 57b, die mit einer flexiblen gedruckten Schaltung 6 verbunden sind, und Drehscheiben 58, 59a und 59b, die in Umfangsrichtung mehrere radiale Schlitze haben. Ein Codierer zum Erfassen einer Dre­ hung des Antriebsmotors 30 der hinteren Linsengruppe L2 be­ steht aus den Lichtschranken 56 und der Drehscheibe 58, und ein Codierer zum Erfassen der Drehung des AE-Motors 29 besteht aus den Lichtschranken 57a und 57b und den Drehscheiben 59a und 59b.

Der in Fig. 2 gezeigte Codierer 90 des Antriebsmotors 30 der hinteren Linsen­ gruppe L2 hat die vordere Drehscheibe 59a mit der vorderen Lichtschranke 57a, die hintere Drehscheibe 59b und die hin­ tere Lichtschranke 57b. Die Bezeichnung vorn bzw. hinten ent­ spricht der Vorder- bzw. Rückseite einer Kamera. Der Codierer 90 hat ferner eine Drehachse A. Diese wird entsprechend der Drehung des Antriebsmotors 30 über das Getriebe gedreht.

Die vordere und die hintere Drehscheibe 59a und 59b sind auf der Drehachse A befestigt. Sie haben jeweils Schlitze (lichtdurchlässige Teile) S in vorbestimmten Winkelabständen. Beispielsweise ist die Mitte eines jeden Schlitzes S gegen­ über den beiden benachbarten Schlitzen um einen Winkel von 18° versetzt. Die Anzahl und der Winkelabstand der Schlitze S stimmen für beide Drehscheiben überein.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Lichtmodulationsmuster als mehrere Schlitze S auf den undurchsichtigen Flächen der Drehscheiben 59a und 59b ausgebildet sind, erfassen die Lichtschranken 57a und 57b das durch die Schlitze S fallende Licht.

Jede Lichtschranke 57a und 57b hat eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger, die einander gegenüberstehen und zwischen de­ nen ein Schlitz d ausgebildet ist. Die vordere und die hinte­ re Drehscheibe 59a, 59b sind jeweils in einen Schlitz d der vorderen und der hinteren Lichtschranke 57a, 57b eingesetzt.

Der Lichtempfänger der jeweiligen Lichtschranke erfaßt das von der Lichtquelle abgegebene und durch den jeweiligen Schlitz S fallende Licht. Wenn die Drehscheibe sich dreht, gibt der Lichtempfänger also Impulssignale ab.

Die Anschlüsse t der Lichtschranken 57a und 57b sind mit der flexiblen gedruckten Schaltung 6 verbunden, wie es Fig. 1 zeigt. Diese Anschlüsse dienen zum Zuführen des Speisestroms an die jeweilige Lichtquelle und zum Erfassen des von dem Lichtempfänger abgegebenen Ausgangssignals.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die vordere und die hintere Licht­ schranke 57a und 57b längs einer geraden Linie ausgerichtet, die parallel zur Drehscheibe A liegt. Die Lichtschranken 57a und 57b sind also auf einer gemeinsamen ebenen Fläche 88 be­ festigt, wie Fig. 1 zeigt.

Die Winkelbeziehung zwischen den Drehscheiben 59a und 59b ist so bestimmt, daß die Ausgangssignale bei Drehung der Dreh­ achse A eine vorbestimmte Phasendifferenz haben, die von der halben Periode verschieden ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schlitze der hinteren Drehscheibe 59b gegenüber den­ jenigen der vorderen Drehscheibe 59a um 4,5° versetzt, wie es Fig. 3 und 4 zeigen. Da der Teilungswinkel der Schlitze 18° ist, ist die Phasendifferenz der Impulse eine Viertelperiode (1/4).

Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird beim Drehen der Drehscheiben 59a und 59b das von der jeweiligen Licht­ quelle abgegebene Licht intermittierend unterbrochen. Somit geben die beiden Lichtschranken 57a und 57b Ausgangsimpulse ab, die in Fig. 5a und 5b gezeigt sind. Dreht sich der An­ triebsmotor 30 der hinteren Linsengruppe L2 vorwärts, so wer­ den die in Fig. 15a gezeigten Impulssignale abgegeben. Dreht sich der Antriebsmotor 30 rückwärts, so werden die in Fig. 5b gezeigten Impulssignale abgegeben.

Die Drehgeschwindigkeit wird durch Analysieren des Zyklus oder der Phase der Impulse in noch zu beschreibender Weise bestimmt. Die Drehrichtung wird durch Vergleich des Inter­ valls T1 von der ansteigenden Flanke des Impulssignals der vorderen Lichtschranke 57a bis zur ansteigenden Flanke des Impulssignals der hinteren Lichtschranke 57b mit dem Inter­ vall T2 von der abfallenden Flanke des Impulssignals der hin­ teren Lichtschranke 57b bis zur abfallenden Flanke des Im­ pulssignals der vorderen Lichtschranke 57a bestimmt. Ist das Intervall T1 kürzer als das Intervall T2, so ergibt dies, daß die Drehachse A sich in Vorwärtsrichtung dreht. Ist das In­ tervall T1 länger als das Intervall T2, so ergibt dies, daß die Drehachse A sich in Rückwärtsrichtung dreht.

Sind die Drehscheiben 59a und 59b so eingestellt, daß der Phasenunterschied der Ausgangssignale gleich der halben Peri­ ode ist, wie es Fig. 5c zeigt, so ist das Intervall T1 immer gleich dem Intervall T2 während der Drehung mit konstanter Drehzahl, und daher kann die Drehrichtung nicht bestimmt wer­ den.

Die während der Vorwärts/Rückwärtsdrehung abgegebenen Impuls­ signale werden über die flexible gedruckte Schaltung 6 der Steuerung des Antriebsmotors 30 der hinteren Linsengruppe L2 zugeführt, die sich in einer Steuereinheit (nicht darge­ stellt) im Kameragehäuse befindet. Die Steuereinheit enthält z. B. eine CPU, die AE-Motorsteuerung, die Steuerung des Gesamtantriebsmotors 25, die Steuerung des Antriebsmotors 30 der hinteren Linsengruppe L2, die Entfernungsmeßeinrichtung und die Lichtmeßeinrichtung. Ferner ist die Steuerein­ heit auch z. B. mit der Varioeinrichtung und der Fokussier­ betätigung verbunden.

In der Steuerung des Antriebsmotors 30 der hinteren Lin­ sengruppe L2 werden der Betrag, die Geschwindigkeit und die Richtung der Bewegung des Antriebsmotors 30 der hinteren Lin­ sengruppe L2 aus den Impulssignalen der Lichtschranken 57a und 57b bestimmt, um die Bewegung der hinteren Linsengruppe L2 in Richtung der optischen Achse genau zu steuern.

Da bei dem Codierer 90 die Lichtschranken 57a und 57b auf derselben Montagefläche 88 (Fig. 1) an dem Montageflansch 40 montiert sind, ist diese Montagefläche leichter auszubilden als bei bisherigen Codierern, bei denen zwei derartige Flä­ chen in vorbestimmten Winkelabständen auszubilden sind. Da Lichtschranken 57a und 57b auf einer geraden Linie sitzen, ergibt sich ein einfacherer Aufbau der flexiblen gedruckten Schaltung 6. Die Montage der Lichtschranken 57a und 57b muß nicht geändert werden, wenn die Zahl und die Breite der Schlitze der Drehscheiben 59a und 59b eingestellt wird. Sol­ che Änderungen betreffen nur die Drehscheiben 59a und 59b. Da die Drehscheiben 59a und 59b und die Drehachse A einstückig aus Kunstharz gefertigt werden können, ist eine Änderung des Winkelversatzes der Schlitze der beiden Drehscheiben leicht, indem nur der Winkel der Formen für die Drehscheiben geändert wird.

Mit dem vorstehend beschriebenen Codierer 90 können der Be­ trag, die Geschwindigkeit und die Richtung der Drehung des Antriebsmotors 30 der hinteren Linsengruppe L2 genau und ein­ fach erfaßt werden, und außerdem kann der Codierer 90 leicht eingestellt werden.

Eine andere Anordnung des Codierers 90' ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Hierbei besteht das Lichtmodulationsmuster aus mehreren reflektierenden Teilen S', die mit konstanten Winkelabständen auf der Oberfläche der Drehscheiben 59a' und 59b' angeordnet sind. In diesem Fall werden Reflexlicht­ schranken 57a' und 57b' verwendet, um das an den reflektie­ renden Teilen S' reflektierte Licht zu erfassen. Jede Re­ flexlichtschranke 57a' und 57b' hat eine Lichtquelle und ei­ nen Lichtempfänger, die auf ein und derselben Seite der Dreh­ scheibe angeordnet sind, so daß das von der Lichtquelle abge­ gebene und an der Drehscheibe reflektierte Licht mit dem Lichtempfänger erfaßt werden kann.

Die Ausgangssignale der Reflexlichtschranken 57a' und 57b' sind ähnlich den in Fig. 5a und 5b gezeigten Signalen. Au­ ßerdem sind der Winkelversatz der Drehscheiben und die Anord­ nung der Reflexlichtschranken identisch mit den zuvor be­ schriebenen Anordnungen.

Claims (7)

1. Codierer zum Erfassen der Vorwärts-Rückwärtsbewegung ei­ nes bewegten Gegenstandes durch zwei Lichtschranken, die jeweils durch das Lichtmodulationsmuster einer entspre­ chend der Bewegung des Gegenstandes gedrehten Drehscheibe zyklisch gesteuert werden und gegeneinander phasenver­ setzte Ausgangssignale abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehscheiben (59a, 59b) auf einer gemeinsamen Drehachse (A) unter einem gegenseitigen Winkelversatz an­ geordnet sind, der so eingestellt ist, daß die Ausgangs­ signale der auf einer geraden Linie parallel zur Dreh­ achse (A) montierten Lichtschranken (57a, 57b) bei Dre­ hung der Drehachse (A) eine vorbestimmte Phasendifferenz ungleich einer halben Periode haben.

2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtmodulationsmuster aus mehreren lichtdurchlässigen Teilen (S) mit konstanten Winkelintervallen auf einer Drehscheibe (59a, 59b) besteht, und daß jede Licht­ schranke (57a, 57b) das durch die durchlässigen Teile (S) fallende Licht erfaßt.

3. Codierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Teile (S) aus mehreren radialen Schlitzen bestehen.

4. Codierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze so ausgebildet sind, daß die Lichtschranken (57a, 57b) Impulssignale durch Drehung der Drehachse (A) erzeugen.

5. Codierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranken (57a, 57b) auf ei­ ner flachen Montagefläche parallel zur Drehachse (A) an­ geordnet sind.

6. Codierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelversatz der Drehscheiben (59a, 59b) gegeneinander so eingestellt ist, daß die Aus­ gangssignale der Lichtschranken (57a, 57b) einen Phasen­ unterschied von 1/4 Periode haben.

7. Codierer nach einem der Ansprüche 1, 5 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lichtmodulationsmuster aus mehreren reflektierenden Teilen (S') mit konstanten Winkelabstän­ den auf der jeweiligen Drehscheibe (59a', 59b') besteht, und daß jede Lichtschranke (57a', 57b') eine Reflexlicht­ schranke ist, mit der das an den reflektierenden Teilen (S') reflektierte Licht erfaßt wird.