Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Positions-Detektor.The
The present invention relates to an optical position detector.
Um
Positionsverschiebungen und Rotationswinkel physikalischer Körper sehr
dauerhaft und zuverlässig
zu bestimmen, nehmen jetzt optische Detektoren die Stelle von elektrischen
kontaktbasierenden Detektoren, welche einen variablen Widerstand aufweisen,
ein. Die optischen Positionsdetektoren sind entworfen, um eine Positionsverschiebung
eines bewegten Körpers
ohne Kontakt durch Empfangen von ausgesandtem Licht oder reflektiertem
Licht oder transmittiertem Licht durch den bewegten Körper unter
Benutzung eines optischen Erfassungselements, welches eine Widerstandsschicht
hat, und durch Beurteilen der Lichtempfangsposition auf dem optischen
Positionselement zu erfassen. Die optischen Rotationswinkeldetektoren
sind entworfen, einen Rotationswinkel eines rotierenden Körpers ohne
Kontakt durch Empfangen von ausgesandtem Licht, reflektiertem Licht
oder transmittiertem Licht durch den rotierenden Körper unter
Benutzung eines optischen Erfassungselements, welches eine Widerstandsschicht
hat, und durch Beurteilen der Lichtempfangsposition auf dem optischen
Positionserfassungselement zu erfassen.Around
Position shifts and rotation angles of physical bodies very much
durable and reliable
Now, optical detectors take the place of electrical
contact-based detectors having a variable resistance,
one. The optical position detectors are designed to provide a positional shift
a moving body
without contact by receiving emitted light or reflected light
Light or transmitted light through the moving body below
Use of an optical detection element, which is a resistance layer
has, and by judging the light receiving position on the optical
Capture item item. The optical rotation angle detectors
are designed to have a rotation angle of a rotating body without
Contact by receiving emitted light, reflected light
or transmitted light through the rotating body below
Use of an optical detection element, which is a resistance layer
has, and by judging the light receiving position on the optical
Capture position detection element.
Exemplarisch
sind optische Positionsdetektoren dieser Art offenbart in den ungeprüften japanischen
Patentveröffentlichungen
Nr. 274217/1986 und 221811/1990. Exemplarisch sind optische Rotationswinkeldetektoren
dieser Art offenbart in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen
Nr. 246620/1986 und 124821/1986.exemplary
Optical position detectors of this type are disclosed in Japanese Unexamined
Patent Publications
Nos. 274217/1986 and 221811/1990. Exemplary are optical rotation angle detectors
This type disclosed in Japanese Unexamined Patent Publications
Nos. 246620/1986 and 124821/1986.
Diese
herkömmlichen
optischen Positionsdetektoren werden beschrieben mit Bezug auf die Zeichnung.These
usual
Optical position detectors will be described with reference to the drawings.
26 ist ein Diagramm, das
eine Konfiguration des in der obigen Veröffentlichung Nr. 274217/1986
vorgeschlagenen herkömmlichen
optischen Positionsdetektors und 27 ein
Diagramm, das eine Konfiguration des in der obigen Veröffentlichung
Nr. 221811/1990 vorgeschlagenen herkömmlichen optischen Positionsdetektors
zeigt. Diese zwei herkömmlichen
Beispiele werden beschrieben. 26 FIG. 15 is a diagram showing a configuration of the conventional optical position detector proposed in the above publication No. 274217/1986 and FIG 27 Fig. 12 is a diagram showing a configuration of the conventional optical position detector proposed in the above Publication No. 221811/1990. These two conventional examples will be described.
Es
sei zunächst
ein Blick auf 26 geworfen.
In 26 bezeichnet Bezugszeichen 202 eine Lichtquelle;
und 207 ein eindimensionales optisches Positionserfassungselement.
Zwischen dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 207 und
der Lichtquelle 202 ist eine bewegte Schlitzplatte 230.
Die bewegte Schlitzplatte 230 ist in Richtungen, wie angedeutet
durch den Pfeil Y1, in 26 beweglich
und hat einen Z-förmigen
bewegten Schlitz 231.Let's take a look first 26 thrown. In 26 denotes reference numeral 202 a light source; and 207 a one-dimensional optical position sensing element. Between the one-dimensional optical position sensing element 207 and the light source 202 is a moving slotted plate 230 , The moving slotted plate 230 is in directions as indicated by the arrow Y1 in FIG 26 movable and has a Z-shaped moving slot 231 ,
Eine
feststehende Schlitzplatte 232 ist auf die bewegte Schlitzplatte 230 gesetzt.
Die feststehende Schlitzplatte 232 beinhaltet die optische
Achse der Lichtquelle 202 und einen feststehenden Schlitz 233,
der sich parallel mit dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 207 erstreckt.
Der feststehende Schlitz 233 und der bewegte Schlitz 231 sind
so angeordnet, daß sie
sich gegenseitig schneiden.A fixed slotted plate 232 is on the moving slotted plate 230 set. The fixed slotted plate 232 includes the optical axis of the light source 202 and a fixed slot 233 parallel to the one-dimensional optical position sensing element 207 extends. The fixed slot 233 and the moving slot 231 are arranged so that they intersect each other.
Bezugszeichen 210 bezeichnet
einen Erfassungsschaltkreis; 301, 302 Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltkreise,
die Stromausgaben i1, i2 angelegt von Zuführungen 271, 272 des
eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 207, in
jeweilige Spannungen V1, V2 umwandeln.reference numeral 210 denotes a detection circuit; 301 . 302 Current-voltage conversion circuits, the current outputs i1, i2 applied by feeders 271 . 272 of the one-dimensional optical position detecting element 207 to convert into respective voltages V1, V2.
Die
Ausgangsspannungen V1, V2 von dem Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltkreisen 301, 302 werden
nicht nur an einem Addierschaltkreis 303, sondern auch
an einen Subtrahierschaltkreis 304 angelegt. Ein Ausgang
des Addierschaltkreises 303 wird an einen Teilerschaltkreis 306 über einen Verstärkerschaltkreis 305 angelegt.The output voltages V1, V2 from the current-to-voltage conversion circuits 301 . 302 not just on an adder circuit 303 but also to a subtractor circuit 304 created. An output of the adder circuit 303 is sent to a divider circuit 306 via an amplifier circuit 305 created.
Der
Teilerschaltkreis 306 ist entworfen, um eine Ausgabe des
Subtrahierschaltkreises 304 zu empfangen, so daß die Ausgabe
des Subtrahierschaltkreises 304 und eine Ausgabe des Addierschaltkreises 303 im
Teilerschaltkreis 306 geteilt werden. Bezugszeichen 307 bezeichnet
einen Lichtquellenschaltkreis, der vorgesehen ist, um die Lichtquelle 202 anzutreiben.The divider circuit 306 is designed to be an output of the subtractor circuit 304 so that the output of the subtractor circuit 304 and an output of the adder circuit 303 in the divider circuit 306 to be shared. reference numeral 307 denotes a light source circuit provided to the light source 202 drive.
Nun
wird der Betrieb beschrieben. Die Lichtquelle 202 wird
durch den Lichtquelenschaltkreis 307 angetrieben, Licht
zu emittieren. Wenn Licht von der Lichtquelle 202 auf die
feststehende Schlitzplatte 232 projiziert wird, empfängt das
eindimensionale optische Positionserfassungselement 207 nur
Lichtstrahlen, welche durch einen Bereich hindurchgehen, in dem
der feststehende Schlitz 233 der feststehenden Schlitzplatte 232 und
der bewegte Schlitz 231 der bewegten Schlitzplatte 230 sich
schneiden, aus den projizierten Lichtstrahlen.Now the operation will be described. The light source 202 is through the light source circuit 307 driven to emit light. When light from the light source 202 on the fixed slotted plate 232 is projected receives the one-dimensional optical position detection element 207 only light rays passing through an area in which the fixed slot 233 the fixed slotted plate 232 and the moving slot 231 the moving slotted plate 230 intersect, from the projected light rays.
Deshalb
bewegt sich, wenn die bewegte Schlitzplatte sich bewegt, der Bereich,
in dem der bewegte Schlitz 231 und der feststehende Schlitz 233 sich
schneiden, wodurch bewirkt wird, daß sich die Lichtempfangsposition
auf dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 207 aufgrund der
Verschiebung der bewegten Schlitzplatte 230 ändert.Therefore, when the moving slit plate moves, the area in which the moving slit moves 231 and the fixed slot 233 intersect causing the light-receiving position to be on the one-dimensional optical position sensing element 207 due to the displacement of the moving slit plate 230 changes.
Das
eindimensionale optische Positionserfassungselement 207 ist
eine Fotodiode mit einer Widerstandsschicht auf einer Oberfläche davon
und mit Erfassungselektroden auf beiden Enden der Widerstandsschicht.
Die Lichtempfangsposition X auf dem Erfassungselement 207 ist
gegeben als X = L × (i1 – i2)/(i1
+ i2) (1)aus
den Ausgabeströmen
i1, i2 von den Zuführungen 271, 272,
die mit diesen Elektroden an beiden Enden verbunden sind. In Gleichung
(1) ist L die Lichtempfangslänge
des eindimensionalen optischen Positionserfassungsselements 207.The one-dimensional optical position detecting element 207 is a photodiode with a Wi Resist layer on a surface thereof and with detection electrodes on both ends of the resistive layer. The light-receiving position X on the detection element 207 is given as X = L × (i1-i2) / (i1 + i2) (1) from the output streams i1, i2 from the feeders 271 . 272 which are connected to these electrodes at both ends. In Equation (1), L is the light receiving length of the one-dimensional optical position detecting element 207 ,
Nunmehr
werden die Ströme
i1, i2 in die Spannungen V1, V2 in den Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltkreisen 301, 302 jeweils
umgewandelt und es wird nicht nur (V1 + V2) im Addierschaltkreis 303 berechnet,
sondern auch (V1 – V2)
im Subtrahierschaltkreis 304. Dann wird eine vorbestimmte Verstärkung 1/G
multipliziert mit der Summe (V1 + V2) im Multiplizierschaltkreis 305 und
das Produkt wird angelegt an den Teilerschaltkreis 306.
Die Differenz (V1 – V2)
wird ebenfalls an den Teilerschaltkreis 306 von dem Subtrahierschaltkreis 304 angelegt.
Somit führt
der Teilerschaltkreis 306 die folgende Operation durch: VX = G × (V1 – V2)/(V1 + V2) (2) Now, the currents i1, i2 become the voltages V1, V2 in the current-voltage conversion circuits 301 . 302 each converted and it will not only (V1 + V2) in the adder circuit 303 but also (V1-V2) in the subtractor circuit 304 , Then, a predetermined gain 1 / G multiplied by the sum (V1 + V2) in the multiplying circuit 305 and the product is applied to the divider circuit 306 , The difference (V1 - V2) is also sent to the divider circuit 306 from the subtractor circuit 304 created. Thus, the divider circuit performs 306 the following operation by: VX = G × (V1-V2) / (V1 + V2) (2)
Daraus
resultierend wird eine Positionsausgabe VX nicht nur entsprechend
der Position der bewegten Schlitzplatte 230, sondern auch
der Lichtempfangsposition X des eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 207 erhalten.As a result, a position output VX becomes not only according to the position of the moving slit plate 230 but also the light-receiving position X of the one-dimensional optical position detecting element 207 receive.
Nun
sei ein Blick auf 27 geworfen. 27 ist ein Diagramm, das
die Konfiguration des Erfassungsabschnitts eines weiteren herkömmlichen optischen
Positionsdetektors zeigt. In 27 bezeichnet
Bezugszeichen 208 ein bewegtes Element, welches einheitlich
mit einer bewegten Welle 209 ausgebildet ist und welches
einen reflektierenden Spiegel 212 als Teil davon hat.Now take a look 27 thrown. 27 Fig. 16 is a diagram showing the configuration of the detecting portion of another conventional optical position detector. In 27 denotes reference numeral 208 a moving element which is unitary with a moving shaft 209 is formed and which a reflecting mirror 212 as part of it.
Zwischen
dem reflektierenden Spiegel 212 und einer Lichtquelle 202 ist
eine konvexe Projektionslinse 234. Eine konvexe Ablenkungslinse 235 ist auf
einer Bildoberfläche
der Lichtquelle 202 gebildet durch die konvexe Projektionslinse 234 angeordnet. Das
eindimensionale optische Positionserfassungselement 207 ist
auf der Bildoberfläche
gebildet durch eine konvexe Objektivlinse 236 für eine virtuelle Lichtquelle 202,
welche auf der konvexen Ablenkungslinse 232 gelegen ist,
angeordnet.Between the reflecting mirror 212 and a light source 202 is a convex projection lens 234 , A convex deflection lens 235 is on a picture surface of the light source 202 formed by the convex projection lens 234 arranged. The one-dimensional optical position detecting element 207 is formed on the image surface by a convex objective lens 236 for a virtual light source 202 which are on the convex deflection lens 232 located, arranged.
Das
bewegte Element 208 ist gleitfähig unterstützt durch ein feststehendes
Element 237. Eine Feder 238 ist an dem feststehenden
Element 237 befestigt, die vorgesehen ist, um dem bewegten
Element 208 eine Reaktion aufzuerlegen.The moving element 208 is slidably supported by a fixed element 237 , A feather 238 is on the stationary element 237 attached, which is provided to the moving element 208 to impose a reaction.
Der
Betrieb des in 27 gezeigten
Beispiels wird als nächstes
beschrieben werden. Licht wird von der Lichtquelle 202 auf
den reflektierenden Spiegel 212 auf dem bewegten Element 208 durch die
konvexe Projektionslinse 234 projiziert und wird in der
orthogonalen Richtung durch den Refelexionsspiegel 212 abgelenkt,
um ein Bild in der Hauptebenenposition der konvexen Ablenklinse 235 zu
bilden.Operation of in 27 The example shown will be described next. Light is from the light source 202 on the reflecting mirror 212 on the moving element 208 through the convex projection lens 234 projects and becomes in the orthogonal direction through the Refelexionsspiegel 212 deflected to form an image in the major plane position of the convex deflection lens 235 to build.
Wenn
das bewegte Element 208 seine Position ändert, ändert sich die reflektierte
Position ebenfalls in der Bewegungsrichtung des bewegten Elements 208.
Daraus resultierend variiert die Bildposition in der Hauptebene
der konvexen Ablenklinse 235 von der optischen Achse der
Linse, abhängig
von der Position des bewegten Elements 208. Ein Bild der Lichtquelle 202 auf
der Hauptebene der konvexen Ablenklinse 235 wird auf dem
eindimensionalen optischen Erfassungselement 207 durch
die konvexe Objektivllinse 236 gebildet.When the moving element 208 changes its position, the reflected position also changes in the direction of movement of the moving element 208 , As a result, the image position in the main plane of the convex deflection lens varies 235 from the optical axis of the lens, depending on the position of the moving element 208 , An image of the light source 202 on the main plane of the convex diverticulum 235 becomes on the one-dimensional optical detection element 207 through the convex objective lens 236 educated.
Daher
wird die Position des Bildes der Lichtqelle 202 auf der
Hauptebene der konvexen Ablenklinse 235 in vergrößerter Form
auf das eindimensionale optische Positonserfassungselement 207 projiziert.
Somit ist die Änderung
in der Position des Bildes der Lichtquelle auf dem eindimensionalen
optischen Positionserfassungselement 207 eine vergrößerte Positionsverschiebung
des bewegten Elements 208.Therefore, the position of the image becomes the light source 202 on the main plane of the convex diverticulum 235 in an enlarged form on the one-dimensional optical Positonserfassungselement 207 projected. Thus, the change in the position of the image of the light source is on the one-dimensional optical position detecting element 207 an enlarged positional shift of the moving element 208 ,
Da
jedoch die herkömmlichen
optischen Positionsdetektoren das optische Schlitzsystem, welches
in 26 gezeigt ist, und
das bilderstellende optische System, welches in 27 gezeigt ist, anwenden, steht man den
folgenden Problemen gegenüber:
Das
in 26 gezeigte optische
Schlitzsystem ist entworfen, nur Licht, das durch den Bereich, an
dem der feststehende Schlitz 233 und der bewegte Schlitz 231 sich
schneiden, auf das eindimensionale optische Positionserfassungselement 207 aus
von der Lichtquelle 202 projizierten Lichtstrahlen zu injizieren.
Daraus resultierend ist nicht nur die Rate der Benutzung des Lichtflusses
von der Lichtquelle 202 sehr niedrig, sondern auch die
Beleuchtung am eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 207 ist
genauso niedrig. Das macht die Stromsignale i1, i2 sehr klein und
erlaubt somit nicht, daß Dunkelstromkomponenten
aufgrund von Temperaturänderungen
im eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 207 vernachlässigt werden. Daher
ist das Signal-Rauschverhältnis
(S/N = signal/noise) bei der Positionserfassung mit dem eindimensionalen
optischen Erfassungselement 207 sehr gering und wenn die
Projektionsintensität
der Lichtquelle 202 andererseits erhöht wird, um die Beleuchtung
zu verbessern, wird die Lebensdauer der Lichtquelle 202 nachteiligerweise
verkürzt.However, since the conventional optical position detectors, the optical slot system, which in 26 and the image forming optical system shown in FIG 27 shown, one faces the following problems:
This in 26 The optical slot system shown is designed to light only through the area where the fixed slot 233 and the moving slot 231 intersect, on the one-dimensional optical position sensing element 207 from the light source 202 to inject projected light rays. As a result, not only is the rate of using the light flux from the light source 202 very low, but also the illumination at the one-dimensional optical position sensing element 207 is just as low. This makes the current signals i1, i2 very small and thus does not allow dark current components due to temperature changes in the one-dimensional optical position sensing element 207 be ignored. Therefore, the signal-to-noise ratio (S / N = signal / noise) is in the position detection with the one-dimensional optical detection element 207 very low and if the projection intensity of the light source 202 On the other hand, in order to improve the lighting, the life of the light source becomes high 202 disadvantageously shortened.
Andererseits
ist bei dem bilderstellenden optischen System von 27, obwohl die Rate der Benutzung des
Lichtflusses besser als im Fall des optischen Schlitzsystems ist,
das auf dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 207 erstellte
Bild groß.
Daraus resultierend kann die Lichtempfangslänge des eindimensionalen optischen
Positionserfassungselements nicht effektiv genutzt werden. Zusätzlich ist
die Bildoberfläche
der Lichtquelle 202 nicht mit der Hauptebene der konvexen
Ablenklinse 235 ausgerichtet, wenn der Bewegungsabstand
des bewegten Elements 208 erhöht wird, wodurch das Bild auf
dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 207 unscharf
wird.On the other hand, in the image-forming optical system of 27 although the rate of using the light flux is better than in the case of the optical slit system, that on the one-dimensional optical position sensing element 207 created picture big. As a result, the light receiving length of the one-dimensional optical position detecting element can not be effectively utilized. In addition, the image surface is the light source 202 not with the main plane of the convex diverticulum 235 aligned when the moving distance of the moving element 208 is increased, whereby the image on the one-dimensional optical position sensing element 207 becomes blurred.
Weiterhin
wird der Einfallswinkel relativ zur konvexen Objektivlinse 236 groß, was die
Aberration der konvexen Objektivlinse 236 zu einem nicht
vernachlässigbaren
Faktor macht. Daraus resultierend werden die auf dem eindimensionalen
optischen Positionserfassungselement 207 erstellten Bilder
verzerrt, wodurch nachteiligerweise Positionserfassungsfehler verschlimmert
werden.Furthermore, the angle of incidence becomes relative to the convex objective lens 236 big, what the aberration of the convex objective lens 236 to a non-negligible factor. As a result, those on the one-dimensional optical position detecting element 207 created images distorted, which disadvantageously worse position detection errors.
Zudem
macht ein erhöhter
Bewegungsabstand den Abstand zwischen der konvexen Ablenklinse 235 und
dem eindimensionalen Positionserfassungselement 207 groß, was wiederum
die Benutzung einer Linse mit großem Durchmesser als konvexe
Ablenklinse 235 erfordert. Daraus resultierend wird der
Detektor nicht nur groß in
seiner Struktur, sondern auch teuer, und solch ein Detektor ist
nicht geeignet zum Messen großer
Verschiebungen.In addition, an increased movement distance makes the distance between the convex Ablenklinse 235 and the one-dimensional position detection element 207 which in turn makes use of a large diameter lens as a convex deflection lens 235 requires. As a result, the detector becomes not only large in structure but also expensive, and such a detector is not suitable for measuring large displacements.
28 ist ein Diagramm, das
eine Konfiguration des herkömmlichen
optischen Rotationswinkeldetektors zeigt, welcher in der obigen
Publikation Nr. 246620/1986 vorgeschlagen wurde; 29 ist ein Diagramm, das ein optisches
Positionserfassungselement illustriert; 30 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration
eines weiteren herkömmlichen
optischen Rotationswinkeldetektors zeigt, welcher in der obigen
Veröffentlichung
Nr. 124821/1986 vorgeschlagen worden ist; und 31 ist eine ebene Ansicht eines optischen
Positionserfassungselements davon. 28 Fig. 15 is a diagram showing a configuration of the conventional optical rotation angle detector proposed in the above publication No. 246620/1986; 29 Fig. 16 is a diagram illustrating an optical position detecting element; 30 Fig. 15 is a diagram showing a configuration of another conventional optical rotation angle detector proposed in the above publication No. 124821/1986; and 31 Fig. 10 is a plan view of an optical position detecting element thereof.
Diese
zwei herkömmlichen
Beispiele werden im folgenden beschrieben. Es sei zunächst ein
Blick auf das in 28 gezeigte
Beispiel geworfen. In 28 bezeichnet
Bezugszeichen 402 eine rotierende Welle, welche mit einem
rotierenden Körper
(nicht gezeigt) verbunden ist; 403 eine Lichtquelle; und 408 ein
optisches Positionserfassungselement, dessen Lichtempfangsachse
sich in einer radialen Richtung erstreckt.These two conventional examples will be described below. Let's take a look at the in 28 thrown example shown. In 28 denotes reference numeral 402 a rotating shaft connected to a rotating body (not shown); 403 a light source; and 408 an optical position detecting element whose light receiving axis extends in a radial direction.
Zuführungen 481, 483, 482 des
optischen Positionserfassungsselements 408 sind jeweils
verbunden mit Eingangsanschlüssen
T1, T2, T3 eines Erfassungsschaltkreises 410, wobei der
Eingangsanschluß T2
auf Massepotential liegt.additions 481 . 483 . 482 the optical position detection element 408 are each connected to input terminals T1, T2, T3 of a detection circuit 410 , wherein the input terminal T2 is at ground potential.
Bezugszeichen 420 bezeichnet
eine rotierende Schlitzplatte, welches einen spiralförmigen Schlitz 421 hat,
dessen Radius abhängig
vom Rotationswinkel variiert. Die rotierende Schlitzplatte 420 rotiert
konzentrisch mit der rotierenden Welle 402.reference numeral 420 denotes a rotating slit plate which has a spiral slot 421 has, whose radius varies depending on the rotation angle. The rotating slotted plate 420 rotates concentrically with the rotating shaft 402 ,
Bezugszeichen 422 bezeichnet
eine feststehende Schlitzplatte, welche die optische Achse der Lichtquelle 403 beinhaltet
und einen feststehenden Schlitz 423 hat, der sich parallel
zu dem optischen Positionserfassungselement 408 erstreckt.
Der feststehende Schlitz 423 und der spiralförmige Schlitz 421 sind
so angeordnet, daß sie
einander überschneiden.reference numeral 422 denotes a fixed slit plate which represents the optical axis of the light source 403 includes and a fixed slot 423 has, which is parallel to the optical position sensing element 408 extends. The fixed slot 423 and the spiral slot 421 are arranged so that they overlap each other.
Die
Eingangsanschlüsse
T1, T3 des erfaßten
Schaltkreises 410 sind entworfen, um Ausgabeströme i1, i2
von den Zuführungen 481, 482 des
optischen Positionserfassungselements 408 zu empfangen.
Diese Ausgabeströme
i1, i2 werden angelegt an Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltkreise 501, 502,
um jeweils Spannungen V1, V2 zu erhalten.The input terminals T1, T3 of the detected circuit 410 are designed to handle output currents i1, i2 from the feeders 481 . 482 the optical position detecting element 408 to recieve. These output currents i1, i2 are applied to current-voltage conversion circuits 501 . 502 to obtain voltages V1, V2, respectively.
Die
in den Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltkreisen 501, 502 erhaltenen
Spannungen V1, V2 werden in einem Addierschaltkreis 503 addiert und
die Spannung V2 wird in einem Verstärkerschaltkreis 506 verstärkt, so
daß die
verstärkte
Spannung Vθ von
einem Ausgangsanschluß T4
ausgegeben wird.Those in the current-to-voltage conversion circuits 501 . 502 obtained voltages V1, V2 are in an adding circuit 503 added and the voltage V2 is in an amplifier circuit 506 amplified, so that the amplified voltage Vθ is output from an output terminal T4.
Eine
Ausgabe von dem Addierschaltkreis 503 wird angelegt an
einen invertierenden Eingangsanschluß eines Vergleichsintegratorschaltkreises 504.
Eine Bezugsspannung wird angelegt an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Vergleichsintegratorschaltkreises 504.
Die Referenzspannung und die Ausgabe des Addierschaltkreises 503 werden
durch den Vergleichsintegratorschaltkreis 504 verglichen
und in Übereinstimmung
mit dem Vergleichsresultat wird die Lichtquellenintensität der Lichtquelle 403 durch
einen Lichtquellenschaltkreis 505 so gesteuert, daß die Summe
einen vorbestimmten Wert einnimmt.An output from the adder circuit 503 is applied to an inverting input terminal of a comparison integrator circuit 504 , A reference voltage is applied to the noninverting input terminal of the comparison integrator circuit 504 , The reference voltage and the output of the adder circuit 503 are determined by the comparison integrator circuit 504 compared and in accordance with the comparison result, the light source intensity of the light source 403 by a light source circuit 505 controlled so that the sum takes a predetermined value.
Der
Betrieb des optischen Rotationsregeldetektors von 28 wird als nächstes beschrieben werden.
Wenn Licht von der Lichtquelle 403 auf die rotierende Schlitzplatte 420 durch
den Lichtquellenschaltkreis 505 projiziert wird, empfängt das
optische Positionserfassungselement 408 nur Lichtstrahlen, welche
durch einen Bereich, in dem sich der spiralförmige Schlitz 421 der
rotierenden Schlitzplatte 420 und der feststehende Schlitz 423 der
feststehenden Schlitzplatte 422 schneiden, aus den projizierten Lichtstrahlen.The operation of the optical rotation control detector of 28 will be described next. When light from the light source 403 on the rotating slotted plate 420 through the light source circuit 505 is projected receives the optical position detection element 408 only light rays passing through an area in which the spiral slot 421 the rotating slotted plate 420 and the fixed slot 423 the fixed slotted plate 422 cut, from the projected light rays.
Deshalb
bewegt sich, wenn die rotierende Schlitzplatte 420 zusammen
mit der rotiertenden Welle 402 rotiert, der Bereich, in
dem der spiralförmige
Schlitz 421 und der feststehende Schlitz 423 sich schneiden,
ebenfalls in der radialen Richtung, was wiederum bewirkt, daß die Lichtempfangsposition
auf dem optischen Positionserfassungselement 408 sich in
radialer Richtung bewegt und sich dadurch die Position in Übereinstimmung
mit dem Rotationswinkel der rotierenden Schlitzplatte 420 verändert. Somit wird
der Rotationswinkel der rotierenden Welle 402 erfaßt durch
Erfassen von solch einer Lichtempfangsposition.Therefore, when the rotating slit plate moves 420 together with the rotating shaft 402 rotates, the area where the spiral slot 421 and the fixed slot 423 intersect, also in the radial direction, which in turn causes the light receiving position on the optical position sensing element 408 moves in the radial direction and thereby the position in accordance with the rotation angle of the rotary slit plate 420 changed. Thus, the rotation angle of the rotating shaft becomes 402 detected by detecting such a light receiving position.
Wie
in 29 gezeigt, ist das
optische Positionserfassungselement 408 ein halbleiteroptisches Positionserfassungselement
mit einem fotoelektrischen Umwandlungselement 408a, welches
zwischengesetzt ist zwischen eine transparente Widerstandsschicht 408b und
eine Spannungselektrode 408c und Anordnungserfassungselektroden 408d1 , 408d2 auf
beiden Enden der transparenten Widerstandsschicht 408b.
Die Zuführungen 481, 482 sind verbunden
mit den Erfassungselektroden 408d1 , 408d2 , wohingegen ein vorbestimmtes Potential
von der Zuführung 483 an
die Spannungselektrode 408c angelegt ist (die Spannungselektrode 408c ist
in 29 mit Massepotential
verbunden).As in 29 is shown, the optical position detecting element 408 a semiconductor optical position detecting element having a photoelectric conversion element 408a which is interposed between a transparent resistance layer 408b and a voltage electrode 408c and arrangement detection electrodes 408d 1 . 408d 2 on both ends of the transparent resistance layer 408b , The feeders 481 . 482 are connected to the detection electrodes 408d 1 . 408d 2 whereas a predetermined potential from the feeder 483 to the voltage electrode 408c is applied (the voltage electrode 408c is in 29 connected to ground potential).
Wenn
ein Lichtfluß auf
das so konstruierte optische Positionserfassungselement 408 auftrifft, tritt
der einfallende Lichtfluß durch
die transparente Widerstandsschicht 408b durch und wird
fotoelektrisch umgewandelt in Fotoströmie i1,
i2 in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 408a.
Die Fotoströme i1, i2 fließen dann über die
Erfassungselektroden 408d, die an beiden Enden gelegen
sind, durch die transparentere Widerstandsschicht 408b.When a light flux on the thus constructed optical position detecting element 408 incident, the incident light flux passes through the transparent resistance layer 408b and is photoelectrically converted into photocurrent i 1 , i 2 in the photoelectric conversion layer 408a , The photocurrents i 1 , i 2 then flow across the detection electrodes 408d which are located at both ends, by the more transparent resistance layer 408b ,
An
diesem Punkt ist, da die Größen der
Fotoströme
i1, i2 sich in Abhängigkeit
von den Abständen
zu jeweiligen Erfassungselektroden 408d1 , 408d2 sich unterscheiden, die Lichterfassungsposition
X von der Erfassungselektrode 408d1 an
der Zuführungsseite 481 aus
den Fotoströmen
i1, i2 wie folgt gegeben: X = L × i2/(i1 + i2) (3) At this point, since the magnitudes of the photocurrents i 1 , i 2 are dependent on the distances to respective detection electrodes 408d 1 . 408d 2 differ, the light detection position X from the detection electrode 408d 1 at the feed side 481 from the photocurrents i 1 , i 2 are given as follows: X = L × i 2 / (I 1 + i 2 ) (3)
In
Gleichung (3) ist L die Lichtempfangslänge des optischen Positionserfassungselements 408.
In dem Erfassungsschaltkreis von 28 werden
diese Fotoströme
i1, i2 in die Spannungen
V1, V2 durch die Strom-Spannungs-Umwandungsschaltkreise 501, 502 jeweils
umgewandelt. Dann wird eine Summe (V1 bis
V2) im Addierschaltkreis 503 berechnet
und die Lichtquellenintensität
der Lichtquelle 403 wird durch den Vergleichsintegrator 504 durch
den Lichtquellenschaltkreis 505 so gesteuert, daß die Summe
(V1 bis V2) einen
vorbestimmten Wert einnimmt. In der Zwischenzeit wird die Spannung
V2 entsprechend dem Fotostrom i2 ausgegeben
unter Multiplizieren mit einer vorbestimmten Verstärkung im
Verstärkerschaltkreis 506,
so daß eine
Rotationswinkelausgabe Vθ entsprechend
sowohl der Lichtempfangsposition X des optischen Positionserfassungselements 408 als auch
dem Rotationswinkel θ der
rotierenden Schlitzplatte 420 vom Ausgabeanschluß T4 erhalten werden können.In Equation (3), L is the light receiving length of the optical position detecting element 408 , In the detection circuit of 28 These photocurrents i 1 , i 2 are converted into the voltages V 1 , V 2 by the current-voltage conversion circuits 501 . 502 each converted. Then, a sum (V 1 to V 2 ) in the adder circuit 503 calculated and the light source intensity of the light source 403 is by the comparison integrator 504 through the light source circuit 505 controlled so that the sum (V 1 to V 2 ) assumes a predetermined value. In the meantime, the voltage V 2 corresponding to the photocurrent i 2 is output by multiplying by a predetermined gain in the amplifier circuit 506 such that a rotational angle output Vθ corresponding to both the light-receiving position X of the optical position detecting element 408 and the rotation angle θ of the rotary slit plate 420 can be obtained from the output terminal T 4 .
Ein
weiterer herkömmlicher
optischer Rotationswinkeldetektor, wie gezeigt in 30, wird als nächstes beschrieben werden. 30 zeigt den Detektor in
Querschnittsform, bei dem ein Drehlager 411 in einem Gehäuse 401 vorgesehen
ist und eine rotierende Welle 402 drehbar in dem Drehlager 411 gelagert
ist.Another conventional optical rotation angle detector as shown in FIG 30 will be described next. 30 shows the detector in cross-sectional shape, in which a pivot bearing 411 in a housing 401 is provided and a rotating shaft 402 rotatable in the pivot bearing 411 is stored.
Ein
rotierender Schlitzabschnitt 430 ist an einem Ende der
rotierenden Welle 402 gehaltert. Der rotierende Schlitzabschnitt 430 rotiert
einheitlich mit der rotierenden Welle 402 und ist aus einem
transparenten Material gebildet. Die Peripherie des rotierenden
Schlitzabschnitts 430 ist bedeckt mit einer lichtreflektierenden
Schicht 431. Ein Lichtquellenseitenschlitz 432 und
ein Lichtempangsseitenschlitz 433 sind jeweils angeordnet
in dem rotierenden Schlitzbereich 430 durch Entfernen der
lichtreflektierenden Schicht 431 sowohl an einem Abschnitt
gegenüber der
Lichtquelle 403 als auch an einem Abschnitt gegenüber dem
optischen Positionserfassungselement 408.A rotating slot section 430 is at one end of the rotating shaft 402 supported. The rotating slot section 430 rotates uniformly with the rotating shaft 402 and is formed of a transparent material. The periphery of the rotating slot section 430 is covered with a light reflecting layer 431 , A light source side slot 432 and a light-emitting-page slot 433 are each arranged in the rotating slot area 430 by removing the light-reflecting layer 431 both at a section opposite the light source 403 as well as at a portion opposite to the optical position sensing element 408 ,
Die
Lichtquelle 403 ist fest angebracht an das Gehäuse 401,
um so einem Ende der rotierenden Welle 402 koaxial gegenüberzustehen.
Das optische Positionserfassungselement 408 mit einer ringförmigen Lichtempfangsoberfläche um die
rotierende Welle 402 herum ist auf eine Elementunterstützungsplatte 409 montiert.
Wie in 31 gezeigt, ist
das optische Positionserfassungselement 408 auf einer Oberfläche des
Gehäuses 401 gebildet,
wobei diese Oberfläche
sich orthogonal mit der rotierenden Welle 402 schneidet
und entgegengesetzt der Oberfläche mit
der Lichtquelle 403 liegt, wobei dazwischen der rotierende
Schlitzabschnitt 430 liegt.The light source 403 is firmly attached to the housing 401 around one end of the rotating shaft 402 coaxially facing. The optical position detection element 408 with an annular light receiving surface around the rotating shaft 402 around is on an element support plate 409 assembled. As in 31 is shown, the optical position detecting element 408 on a surface of the housing 401 formed, this surface is orthogonal to the rotating shaft 402 cuts and opposes the surface with the light source 403 is located, with the rotating slot section between them 430 lies.
Der
Betrieb wird beschrieben. In 30 wird,
wenn Licht von der Lichtquelle 403 auf die rotierende Welle 402 projiziert
wird, ein Teil des Lichts in den transparenten Körper durch den Lichtquellenseitenschlitz 432 des
rotierenden Schlitzbereichs 430 eingelassen. Das eingelassene
Licht wird dann abgelenkt in radialer Richtung durch eine erste
Relexionsoberfläche,
ausgebildet auf der lichtreflektierenden Schicht 431.The operation will be described. In 30 will when light from the light source 403 on the rotating shaft 402 a part of the light is projected into the transparent body through the light source side slit 432 of the rotating slot area 430 admitted. The recessed light is then deflected in the radial direction through a first reflection surface formed on the light-reflecting layer 431 ,
Weiterhin
wird das Licht durch den transparenten Körper geleitet und dann zum
optischen Positionserfassungselement 408 abgelenkt, welches
in der entgegengesetzten Richtung zu der Lichtquelle 403 angeordnet
ist, wobei der rotierende Schlitzbereich 430 dazwischenliegt,
durch eine zweite Reflexionsoberfläche, die ähnlich auf der lichtreflektierenden
Schicht 431 gebildet ist. Das durch den Lichtempfangsseitenschlitz 433 durchgelassene
Licht vom durchgelassenen Licht wird auf das optische Positionserfassungselement 408 gerichtet.Further, the light is passed through the transparent body and then to the optical position detecting element 408 distracted, which in the opposite direction to the light source 403 is arranged, wherein the rotating slot area 430 interposed, by a second reflection surface, similar to the light-reflecting layer 431 is formed. That through the light receiving side slot 433 transmitted light from the transmitted light is applied to the optical position detecting element 408 directed.
Deshalb ändert sich,
wenn der rotierende Schlitzabschnitt 430 rotiert, die Einfallsposition
des Lichts auf das optische Positionserfassungselement 408.
Die Rotationswinkelausgabe Vθ der
rotierenden Welle 402 wird erhalten durch Erfassen solche
einer Variation durch den Erfassungsschaltkreis 410, der
in 28 gezeigt ist.Therefore, when the rotating slot portion changes 430 rotates, the incidence position of the light on the optical position detection element 408 , The rotational angle output Vθ of the rotating shaft 402 is obtained by detecting such a variation by the detection circuit 410 who in 28 is shown.
Da
die so konstruierten herkömmlichen
optischen Rotationswinkeldetektoren das optische Schlitzsystem in
dem Rotationswinkelerfassungsabschnitt umfassen, steht man den folgenden
Problemen gegenüber.There
the so constructed conventional
optical rotation angle detectors the optical slot system in
the rotation angle detection section, the following one stands
Facing problems.
Das
optische Schlitzsystem ist entworfen, nur das Licht, welches durch
den Bereich durchgelassen worden ist, an dem der rotierende Schlitz 421 und
der feststehendes Schlitz 423 sich schneiden, auf das optische
Positionserfassungselement 408 aus Lichtstrahlen, die von
der Lichtquelle 403 projiziert werden, einfallen zu lassen.
Deshalb ist nicht nur die Rate der Benutzung des Lichtflusses von
der Lichtquelle 403 sehr niedrig, sondern ist auch die
Beleuchtung am optischen Positionserfassungselement 408 genauso
niedrig. Das macht die Fotoströme
i1, i2 sehr klein.The optical slit system is designed only the light that has passed through the area where the rotating slit passes 421 and the fixed slot 423 intersect on the optical position sensing element 408 from light rays coming from the light source 403 be projected to come up with ideas. Therefore, not only is the rate of using the light flux from the light source 403 very low, but is also the lighting on the optical position sensing element 408 just as low. This makes the photocurrents i 1 , i 2 very small.
Daraus
resultierend können
Dunkelstromkomponenten aufgrund von Temperaturänderungen am optischen Positionserfassungselement 408 nicht vernachlässigt werden.
Das Signal-Rauschverhältnis (S/N
= signal noise) bei der Positionserfassung durch das optische Positionserfassungslement 408 ist
sehr gering und wenn die Projektionsintensität der Lichtquelle 403 andererseits
erhöht
wird, um die Beleuchtung zu verbessern, wird die Lebensdauer der
Lichtquelle 403 verkürzt,
welches ein Nachteil ist.As a result, dark current components may be due to temperature changes on the optical position sensing element 408 not be neglected. The signal-to-noise ratio (S / N = signal noise) in the position detection by the optical position detection element 408 is very low and if the projection intensity of the light source 403 On the other hand, in order to improve the lighting, the life of the light source becomes high 403 shortened, which is a disadvantage.
Weiterhin
werden Rotationswinkelverschiebungen erfaßt in einer Lichtempfangsposition
in radialer Richtung des optischen Positionserfassungselements 408.
Deshalb muß,
falls die Beleuchtung ohne Verengung des Schlitzes vergrößert werden
muß, der
Erfassungsabstand in radialer Richtung erhöht werden, wodurch der Detektor
groß in
der Struktur gemacht wird, welches ein weiterer Nachteil ist.Furthermore, rotational angular displacements are detected in a light receiving position in the radial direction of the optical position detecting element 408 , Therefore, if the lighting must be increased without narrowing the slit, the detection distance in the radial direction must be increased, thereby making the detector large in the structure, which is another disadvantage.
Obwohl
die in 30 und 31 gezeigten optischen Schlitzsysteme
bessere Raten der Benutzung des Lichtflusses als das in 29 gezeigte optische Schlitzsystem
vorweisen, haben die letzteren Systeme ähnliche Erfassungsgenauigkeitsprobleme.
Zusätzlich
wird, da der Fleckdurchmesser auf der lichtempfangenden Oberfläche auf
dem optischen Positionselement 408 viel größer als
auf dem Lichtempfangsseitenschlitz 433 wird, die Lichtempfangslänge des
optischen Positionserfassungselementes 408 nicht effektiv
genutzt. Daraus resultierend sind diese optischen Schlitzsysteme
nicht geeignet zur Erfassung kleiner Winkel oder großer Winkel
wie 2π.Although the in 30 and 31 shown optical slit systems better rates of use of the light flux than that in 29 As shown, the latter systems have similar detection accuracy problems. In addition, since the spot diameter on the light-receiving surface on the optical position element 408 much larger than on the light receiving side slot 433 is the light receiving length of the optical position detecting element 408 not used effectively. As a result, these optical slit systems are not suitable for detecting small angles or large angles such as 2π.
Aus
der DE 39 39 905 A1 ist
ein Winkelgeber bekannt, bei welchem Licht, welches von einer Quelle
ausgesendet wird, über
eine Fokussierlinse auf eine Spiegelanordnung gerichtet wird. Die
Spiegelanordnung befindet sich auf einem rotierenden Körper, wobei
der von der Lichtquelle ausgehende Strahl parallel zur Drehachse
des Drehkörpers
verläuft.
Die reflektierende Oberfläche
der Spiegelanordnung ist gegenüber
der zur Drehachse senkrechten Ebene gekippt, so daß der einfallende
Lichtstrahl in Abhängigkeit
vom Drehwinkel des Drehkörpers
reflektiert wird. Ein um die Lichtquelle ringförmig angeordneter Sensor dient
dann zur Winkelbestimmung aus der Position des reflektierten Lichtstrahls.
Die beschriebene Vorrichtung hat jedoch Nachteile, da die Leistungsfähigkeit
stark vom möglichen
Spiel des Drehkörpers um
die Achse abhängt.
Dies schränkt
die Zuverlässigkeit
ein.From the DE 39 39 905 A1 For example, an angle transducer is known in which light emitted from a source is directed to a mirror assembly via a focusing lens. The mirror arrangement is located on a rotating body, wherein the beam emanating from the light source runs parallel to the axis of rotation of the rotary body. The reflecting surface of the mirror assembly is tilted with respect to the plane perpendicular to the axis of rotation, so that the incident light beam is reflected as a function of the rotational angle of the rotating body. An annularly arranged around the light source sensor is then used to determine the angle of the position of the reflected light beam. However, the device described has disadvantages, since the performance depends strongly on the possible play of the rotary body about the axis. This limits the reliability.
Aus DE 37 09 614 A1 ist
eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung bekannt, bei welcher ein
drehbarer Reflektor mit zwei Reflektionsflächen, welche einen Winkel von
45° einschließen verwendet
wird. Das Licht einer auf der Rotationsachse befindlichen Lichtquelle
wird an der ersten Reflektionsfläche
gespiegelt, um zu der zweiten Reflektionsfläche umgelenkt zu werden, worauf
das Licht von der zweiten Fläche
reflektiert wird, um in Richtung eines Sensors abgelenkt zu werden.
Dieser Sensor ist ringförmig um
die Lichtquelle angebracht.Out DE 37 09 614 A1 For example, a device for determining position is known, in which a rotatable reflector with two reflection surfaces which enclose an angle of 45 ° is used. The light of a light source located on the rotation axis is mirrored on the first reflection surface to be deflected toward the second reflection surface, whereupon the light is reflected by the second surface to be deflected toward a sensor. This sensor is mounted in a ring around the light source.
Aus DE 39 01 876 A1 ist
eine Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln bekannt, bei welcher das
Licht einer Lichtquelle von einem ersten Spiegel abgelenkt, dann
von einer Linse kollimiert wird, um danach auf ein sich drehendes,
reflektierendes Objekt zu fallen, welches das Licht zurückwirft
auf eine zweite Linse, die ihrerseits das Licht auf einen Spiegel
wirft und gleichzeitig bündelt,
so daß das
Licht zu einem Sensor gelangt. Die Lichtquelle, der Sensor und die
Spiegel und Linsen sind in einem festen Gehäuse untergebracht, getrennt
von dem rotierenden Körper.
Dadurch ist der Aufbau insgesamt unförmig.Out DE 39 01 876 A1 For example, there is known an apparatus for measuring angles of rotation in which the light from a light source is deflected by a first mirror, then collimated by a lens, and then dropped onto a rotating reflective object which reflects the light back onto a second lens In turn, the light is thrown on a mirror and at the same time focused, so that the light reaches a sensor. The light source, the sensor and the mirrors and lenses are housed in a solid housing, separate from the rotating body. As a result, the structure is overall misshapen.
Aus DE 36 09 211 A1 ist
ein optischer Winkelgeber bekannt, bei welchem Licht einer Lichtquelle
durch eine Codierscheibe gestrahlt wird, worauf ein Lichtsensor
das durch die Codierscheibe modulierte Licht empfängt und
daraus einen Winkel bestimmt. Um einen möglichst kompakten Aufbau zu
erzielen, lehrt die DE
36 09 211 A1 das Vorsehen einer festen prismenartigen Umlenkvorrichtung
auf einer Seite der Codierscheibe und die Anbringung sowohl der
Lichtquelle als auch des Sensors auf der anderen Seite der Codierscheibe.
Der Teil des Umlenkprismas, welcher das Licht der Lichtquelle empfängt, ist konkav
ausgebildet, um das Lichtbündel
möglichst stark
zu verbreitern. Dieses verbreiterte Lichtbündel wird dann im Prisma zweimal
reflektiert, um somit zurück
zur Codierscheibe geworfen zu werden, wobei die Lichtausgangsfläche des
Prismas konvex ausgebildet ist, um das Licht am Ausgang zu kollimieren. Dadurch
tritt ein breites, paralleles Lichtbündel durch die Codierscheibe
und fällt
danach auf den Sensor auf.Out DE 36 09 211 A1 An optical angle sensor is known in which light from a light source is radiated through a coding disk, whereupon a light sensor receives the light modulated by the coding disk and determines therefrom an angle. To be as compact as possible aim, teaches DE 36 09 211 A1 the provision of a fixed prismatic deflection device on one side of the coding disc and the attachment of both the light source and the sensor on the other side of the coding disc. The part of the deflection prism, which receives the light from the light source, is concave in order to widen the light bundle as much as possible. This widened light beam is then reflected twice in the prism so as to be thrown back to the code disk, the light output surface of the prism being convex to collimate the light at the output. As a result, a wide, parallel light beam passes through the encoder and then falls on the sensor.
Aus DE 37 38 977 C1 ist
eine lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung bekannt, die eine
stationäre Abtasteinheit
und eine bewegliche Abtasteinheit umfaßt. Die bewegliche Abtasteinheit
ist mit einem beweglichen Objekt verbunden, während die stationäre Abtasteinheit
mit einem stationären
Objekt verbunden ist, dessen Relativposition zum beweglichen Objekt
festgestellt werden soll. Die stationäre Abtasteinheit enthält eine
Beleuchtungseinheit sowie zwei Fotoelemente, und die bewegliche
Abtasteinheit optische Elemente. Diese optischen Elemente umfassen Kondenstoren,
eine Abtastplatte, Umlenkspiegel und Polarisationsfolien.Out DE 37 38 977 C1 a photoelectric position measuring device is known which comprises a stationary scanning unit and a movable scanning unit. The movable scanning unit is connected to a moving object, while the stationary scanning unit is connected to a stationary object whose relative position to the moving object is to be detected. The stationary scanning unit includes a lighting unit and two photo elements, and the movable scanning optical elements. These optical elements include condensers, a scanning plate, deflecting mirrors and polarizing films.
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Sensor zu
schaffen, welcher kompakt, zuverlässig, genau und einfach im
Aufbau ist. Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1.It
It is an object of the present invention to provide an optical sensor
which is compact, reliable, accurate and easy to use
Construction is. Solved
This object is achieved by a device with the characteristics of
Patent claim 1.
Vorteilhafte
Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen.advantageous
Further developments can be found in the dependent subclaims.
Der
optische Positions-Detektor kann ein optischer Positionsdetektor
sein, der in der Lage ist, sowohl kleine als auch große Verschiebungen
mit verbesserter Genauigkeit und einer langen Lebensdauer zu erfassen
und kann andererseits ein optischer Rotationswinkeldetektor sein,
der in der Lage ist, Rotationswinkel genau unabhängig von der Größe der zu
erfassenden Winkel zu erfassen.Of the
Optical position detector can be an optical position detector
which is capable of both small and large displacements
to capture with improved accuracy and a long life
and on the other hand, may be an optical rotation angle detector,
which is able to rotate exactly regardless of the size of the rotation angle
capture the capturing angle.
Bei
dem optischen Positions-Detektor kann der zweite Element linear
beweglich relativ zum ersten Element sein. In diesem Fall kann das
parallele Strahlenbündel
von der Kollimatoreinrichtung vorzugsweise parallel zu einer Richtung
der linearen Bewegung des zweiten Elements sein oder andererseits
rechtwinklig relativ zu einer Richtung der linearen Bewegung des
zweiten Elements sein.at
the optical position detector, the second element linear
be movable relative to the first element. In this case, that can
parallel beams
from the collimator device, preferably parallel to one direction
be the linear movement of the second element or otherwise
perpendicular to a direction of linear motion of the
be the second element.
In ähnlicher
Weise kann das zweite Element drehbar sein relativ zum ersten Element.
In diesem Fall kann die Lichtquelle vorzugsweise koaxial mit einer
rotierenden Welle des zweiten Elements angeordnet sein.In similar
Way, the second element may be rotatable relative to the first element.
In this case, the light source may preferably be coaxial with a
be arranged rotating shaft of the second element.
Für die Ablenkungseinrichtung
sind verschiedene Anordnungen anwendbar für den optischen Detektor in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung.For the deflection device
For example, various arrangements are applicable for the optical detector in accordance
with the present invention.
Gemäß einer
Ausführung
wandelt die erfindungsgemäße Vorrichtung
nicht nur von der Lichtquelle projiziertes Licht in ein paralleles
Strahlenbündel
durch die Kollimatoreinrichtung und lenkt das parallele Strahlenbündel im
wesentlichen orthogonal durch die auf dem bewegten Element vorgesehene Ablenkungskondensoreinrichtung
ab, sondern bündelt
auch die abgelenkten Strahlen auf dem eindimensionalen optischen
Positioserfassungselement und erfaßt dadurch die Position des
bewegten Elements relativ zum feststehenden Element an einer Einfallsposition
von Licht auf das eindimensionale optische Positionserfassungselement.According to one
execution
converts the device according to the invention
not just light projected from the light source into a parallel one
ray beam
through the Kollimatoreinrichtung and directs the parallel beam in
substantially orthogonal by the deflecting condenser provided on the moving element
but bundles
also the deflected rays on the one-dimensional optical
Positioserfassungselement and thereby detects the position of
moving element relative to the stationary element at an incident position
of light on the one-dimensional optical position sensing element.
Gemäß einer
weiteren Ausführung
der Erfindung wird Licht, das von der Lichtquelle in die Richtung
einer rotierenden Welle gestrahlt wird, in ein paralleles Strahlenbündel durch
die Kollimatoreinrichtung umgewandelt und das parallele Strahlenbündel, welches
durch eine 180° Ablenkungseinrichtung,
die gemeinsam mit der rotierenden Welle rotiert, abgelenkt wird,
wird auf dem optischen Positionserfassungselement durch die Bündelungseinrichtung
gebündelt,
wodurch der Rotationswinkel der rotierenden Welle von der Lichtbündelungsposition
auf dem optischen Positionserfassungselement erfaßt wird.According to one
further execution
The invention uses light coming from the light source in the direction
a rotating shaft is irradiated, in a parallel beam through
the collimator device converted and the parallel beam, which
by a 180 ° deflection device,
which is rotated together with the rotating shaft, is deflected,
is on the optical position detecting element by the bundling device
bundled,
whereby the rotation angle of the rotating shaft from the light condensing position
is detected on the optical position detecting element.
Die
Figuren zeigen im einzelnen:The
Figures show in detail:
1 eine
Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines optischen Positionsdetektors zeigt; 1 a cross-sectional view showing a configuration of an optical position detector;
2 eine
perspektivische Ansicht, die ein erstes Beispiel einer Ablenkungskondensoreinrichtung
zeigt, die anwendbar auf die Anordnung in 1; 2 FIG. 4 is a perspective view showing a first example of a deflection condenser applicable to the arrangement in FIG 1 ;
3 eine
perspektivische Ansicht, die ein zweites Beispiel einer Ablenkungskondensoreinrichtung
zeigt, die anwendbar ist auf die Anordnung in 1; 3 a perspective view showing a second example of a deflection condenser, which is applicable to the arrangement in 1 ;
4 einer
perspektivische Ansicht, die ein drittes Beispiel einer Ablenkungskondensoreinrichtung
zeigt, die anwendbar ist auf die Anordnung in 1; 4 a perspective view showing a third example of a deflection condenser, which is applicable to the arrangement in 1 ;
5 eine
perspektivische Ansicht, die erfindungsgemäßes Beispiel einer Ablenkungskondensoreinrichtung
zeigt, die anwendbar ist auf die Anordnung in 1; 5 a perspective view, the inventive example of a deflection Kondenso Reinrichtung shows, which is applicable to the arrangement in 1 ;
6 eine
perspektivische Ansicht, die ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel
einer Ablenkungskondensoreinrichtung zeigt, die anwendbar ist auf
die Anordnung in 1; 6 a perspective view showing a further inventive example of a deflection condenser, which is applicable to the arrangement in 1 ;
7 eine
Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration eines optischen
Positionsdetektors zeigt; 7 a cross-sectional view showing another configuration of an optical position detector;
8 eine
Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration eines optischen
Positionsdetektors zeigt; 8th a cross-sectional view showing another configuration of an optical position detector;
9 eine
Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration eines optischen
Rotationswinkeldetektors zeigt; 9 a cross-sectional view showing another configuration of an optical rotation angle detector;
10 eine
ebene Ansicht eines optischen Positionserfassungselementsabschnitts
in dem Beispiel der 9; 10 a planar view of an optical position detection element portion in the example of 9 ;
11 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche anwendbar ist auf das Beispiel der 9; 11 a perspective view showing a configuration of an optical system which is applicable to the example of 9 ;
12 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, die anwendbar ist auf das Beispiel der 9; 12 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system applicable to the example of FIG 9 ;
13 eine
perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäße Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, die auf das Beispiel der 9 anwendbar
ist; 13 a perspective view showing an inventive configuration of an optical system, based on the example of 9 is applicable;
14 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche auf das Beispiel der 9 anwendbar
ist; 14 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system based on the example of FIG 9 is applicable;
15 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche auf das Beispiel der 9 anwendbar
ist; 15 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system based on the example of FIG 9 is applicable;
16 eine
perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäße Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche auf das Beispiel der 9 anwendbar
ist; 16 a perspective view showing an inventive configuration of an optical system, based on the example of 9 is applicable;
17 eine
ebene Ansicht, die einen weiteren exemplarischen optischen Positionserfassungselementabschnitt
zeigt, der auf das Beispiel der 9 anwendbar
ist; 17 10 is a plan view showing another exemplary optical position detecting element section based on the example of FIG 9 is applicable;
18 eine
Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration eines optischen
Positionserfassungselementabschnitts zeigt; 18 a cross-sectional view showing another configuration of an optical position detecting element portion;
19 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche auf das Beispiel der 18 anwendbar
ist; 19 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system based on the example of FIG 18 is applicable;
20 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche auf das Beispiel der 18 anwendbar
ist; 20 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system based on the example of FIG 18 is applicable;
21 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche auf das Beispiel der 18 anwendbar
ist; 21 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system based on the example of FIG 18 is applicable;
22 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, welche auf einen optischen Rotationswinkeldetektor anwendbar
ist; 22 Fig. 12 is a perspective view showing a configuration of an optical system applicable to a rotation angle optical detector;
23 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, die auf das Beispiel der 22 anwendbar
ist; 23 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system based on the example of FIG 22 is applicable;
24 eine
perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäße Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, die auf das Beispiel der 22 anwendbar
ist; 24 a perspective view showing an inventive configuration of an optical system, based on the example of 22 is applicable;
25 eine
perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines optischen
Systems zeigt, die auf das Beispiel der 22 anwendbar
ist; 25 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical system based on the example of FIG 22 is applicable;
26 ein
Diagramm, das eine Konfiguration eines herkömmlichen optischen Positionsdetektors
zeigt; 26 a diagram showing a configuration of a conventional optical position detector;
27 ein
Diagramm, das eine Konfiguration eines Erfassungsabschnitts eines
weiteren herkömmlichen
optischen Positionsdetektors zeigt; 27 Fig. 10 is a diagram showing a configuration of a detection section of another conventional optical position detector;
28 ein
Diagramm, das eine Konfiguration eines herkömmmlichen optischen Rotationswinkeldetektors
zeigt; 28 Fig. 12 is a diagram showing a configuration of a conventional optical rotation angle detector;
29 ein
Diagramm, das eine Konfiguration eines optischen Positionserfassungselements, welches
im herkömmlichen
optischen Rotationswinkeldetektor benutzt wird, zeigt; 29 Fig. 12 is a diagram showing a configuration of an optical position detecting element used in the conventional optical rotation angle detector;
30 eine
Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines weiteren herkömmlichen
optischen Rotationswinkeldetektors zeigt; und 30 Fig. 15 is a cross-sectional view showing a configuration of another conventional optical rotation angle detector; and
31 eine
ebene Ansicht eines optischen Positionserfassungselementsabschnitts
im optischen Rotationswinkeldetektor, der in 30 gezeigt ist. 31 a planar view of an optical position detecting element portion in the optical rotation angle detector, which in 30 is shown.
Optische
Positionsdetektoren, welche Ausführungsformen
der Erfindung sind werden im Folgenden, insbes. anhand der 5, 6, 13, 16, 21 und 27 beschrieben.
Die 6 bis 31 betreffen herkömmliche
optische Positionsdetektoren, die übrigen Figuren zeigen optische Detektoren,
bei denen die Ausführungsformen
der Erfindung nach dem 5, 6, 13, 21 und 27 anwendbar
sind. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration
eines Detektors zeigt. 1 zeigt ein Gehäuse, in
dem ein optischer Positionsdetektor angewendet wird auf einen Verschiebungssensor
mit einer einzelnen Welle. 2 bis 6 sind
jeweilige perspektivische Ansichten, wobei jede einen Teil eines
optischen Systems des Verschiebungssensors zeigt, der in 1 gezeigt
ist. In 1 bis 6 bezeichnen
die gleichen Bezugszeichen gleiche Teile und Komponenten wie die
in 26 und 27.Optical position detectors which are embodiments of the invention are described below, in particular with reference to FIG 5 . 6 . 13 . 16 . 21 and 27 described. The 6 to 31 relate to conventional optical position detectors, the remaining figures show optical detectors in which the embodiments of the invention according to the 5 . 6 . 13 . 21 and 27 are applicable. 1 FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a detector. FIG. 1 FIG. 12 shows a housing in which an optical position detector is applied to a single shaft displacement sensor. FIG. 2 to 6 are respective perspective views, each showing a part of an optical system of the displacement sensor incorporated in FIG 1 is shown. In 1 to 6 The same reference numerals denote like parts and components as those in FIG 26 and 27 ,
Die
Konfiguration eines Erfassungsschaltkreises, welcher als Mittel
zum Erfassen der Position eines beweglichen Elements relativ zu
einem feststehenden Element von einer Einfallsposition von Licht auf
ein eindimensionales optisches Positionserfassungselementes dient,
ist gemäß der Erfindung äquivalent
zum herkömmlichen
Beispiel, das in der 26 gezeigt ist, ist aber davon
verschieden in der Struktur des Positionserfassungsabschnitts.The configuration of a detection circuit serving as a means for detecting the position of a movable element relative to a stationary element from an incident position of light to a one-dimensional optical position detection element is equivalent to the conventional example according to the invention as shown in FIG 26 is shown, but is different in the structure of the position detecting section.
In 1 bezeichnet
Bezugszeichen 1 ein Gehäuse,
das als feststehendes Element dient; und 2 eine Lichtquelle.
Ein Fall, in dem eine LED (light-emitting-diode = lichtemittierende
Diode) als Lichtquelle 2 benutzt wird, ist gezeigt. Die
Lichtquelle 2 ist auf einer Schaltkreisplatte 10b montiert.
Die Schaltkreisplatte 10b ist an dem Gehäuse 1 befestigt.In 1 denotes reference numeral 1 a housing serving as a fixed member; and 2 a light source. A case in which a LED (light-emitting diode) as a light source 2 is used is shown. The light source 2 is on a circuit board 10b assembled. The circuit board 10b is on the case 1 attached.
Eine
Kollimatorlinse 3 ist so angeordnet, daß der Brennpunkt davon auf
die Lichtquelle 2 fällt.
Die Kollimatorlinse 3 wird getragen und fixiert auf einem Schlitzelement 4.
Das Schlitzelement 4 ist fixiert durch Einpassen mit der
externen peripheren Oberfläche
der Lichtquelle 2, so daß die optische Achse des Schlitzelements 4 ausgerichtet
ist mit der der Lichtquelle 2. Das Schlitzelement 4 ist
fixiert auf der Schaltkreisplatte 10b, zusammen mit der
Lichtquelle 2.A collimator lens 3 is arranged so that the focus thereof on the light source 2 falls. The collimator lens 3 is carried and fixed on a slot element 4 , The slot element 4 is fixed by fitting with the external peripheral surface of the light source 2 such that the optical axis of the slot element 4 aligned with that of the light source 2 , The slot element 4 is fixed on the circuit board 10b , along with the light source 2 ,
Weiterhin
bezeichnet Bezugszeichen 5 ein paralleles Strahlenbündel, in
welches Licht, das von der Lichtquelle 2 projiziert wird,
durch die Kollimatorlinse 3 gebündelt wird. Dieses parallele
Strahlenbündel
ist darauf ausgelegt, in einem rechten Winkel durch eine Ablenkungskondensoreinrichtung 6 abgelenkt
zu werden.Furthermore, reference numeral designates 5 a parallel bundle of rays, into which light coming from the light source 2 is projected through the collimator lens 3 is bundled. This parallel beam is designed to be at a right angle through a baffle condenser 6 to be distracted.
In 1 ist
die Ablenkungskondensoreinrichtung 6 angedeutet als Prismalinse,
bei der ein rechtwinkliger Prismaabschnitt 61 einheitlich
ausgebildet ist mit dem ebenen konvexen Linsenabschnitt 62,
angeordnet auf einer Oberfläche
ausschließlich der
geneigten Oberfläche
des rechtwinkligen Prismaabschnitts 61. Diese Ablenkungskondensoreinrichtung 6 und
eine Kollimatorlinse 3 können unter niedrigen Kosten
hergestellt werden, falls ein optisches Plastikmaterial, wie z.B.
Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat benutzt wird.In 1 is the deflection condenser 6 indicated as Prismalinse, in which a right-angled prism section 61 is uniformly formed with the flat convex lens portion 62 , disposed on a surface excluding the inclined surface of the rectangular prism section 61 , This deflection condenser 6 and a collimator lens 3 can be produced at low cost if an optical plastic material such as polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate is used.
Das
eindimensionale optische Positionserfassungselement 7 wird
auf einer Schaltkreisplatte 10a so montiert, daß nicht
nur das Element 7 sich parallel mit der Bewegungsrichtung
eines bewegten Elements 8 (später beschrieben) erstreckt,
sondern auch die lichtempfangende Oberfläche davon im Brennpunkt der
plankonvexen Linse 62 gelegen ist. Die Schaltkreisplatte 10a ist ähnlich befestigt
am Gehäuse 1 wie
die Schaltkreisplatte 10b. The one-dimensional optical position detecting element 7 is on a circuit board 10a mounted so that not only the element 7 parallel to the direction of movement of a moving element 8th (described later), but also the light-receiving surface thereof at the focal point of the plano-convex lens 62 is located. The circuit board 10a is similarly attached to the housing 1 like the circuit board 10b ,
Das
eindimensionale optische Positionserfassungsselement 7 kann
vorzugsweise aus amorphem Silizium bestehen, aus dem Elemente 7 mit
einer großen
Lichtempfangslänge
billig hergestellt werden können.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, eine grüne oder rote LED im sichtbaren
Lichtbereich als Lichtquelle 2 unter dem Gesichtspunkt
der Lichtempfangsempfindlichkeit und Lichtquelleneffizienz zu benutzen.The one-dimensional optical position detection element 7 may preferably consist of amorphous silicon, from the elements 7 can be produced cheaply with a large light reception length. In this case, it is preferable to use a green or red LED in the visible light range as the light source 2 from the viewpoint of light receiving sensitivity and light source efficiency.
Weiterhin
bezeichnet Bezugszeichen 8 das bewegte Element, dessen
Bewegungswelle 9 damit verbunden ist und welches die Ablenkungskondensoreinrichtung 6 darauf
befestigt. Die bewegte Welle 9 ist gleitfähig unterstützt durch
ein Gleitlager 11 und das Gleitlager 11 ist am
Gehäuse 1 befestigt.
Zusammen mit der bewegten Welle 9 ist das bewegte Element 8 darauf
ausgelegt, in den Richtungen der optischen Achse des parallelen
Strahlenbündels
innerhalb des Gehäuses 1 zu
gleiten.Furthermore, reference numeral designates 8th the moving element, whose motion wave 9 associated with it and which is the deflection condenser 6 attached to it. The moving wave 9 is slidably supported by a plain bearing 11 and the sliding bearing 11 is on the case 1 attached. Together with the moving wave 9 is the moving element 8th designed in the directions of the optical axis of the parallel beam within the housing 1 to glide.
Wenn
eine Verschiebung von einen Punkt P zu einem Punkt P1 gemessen wird,
während
ein Ende der beweglichen Welle 9 an ein zu messendes Objekt
gelegt wird (nicht gezeigt), wird eine Feder gewöhnlicherweise zwischen das
Gehäuse 1 und
das bewegliche Element 8 dazwischengesetzt, um der beweglichen
Welle 9 eine Reaktion zu verleihen, was nicht im besonderen
in 1 gezeigt ist.When a displacement from a point P to a point P1 is measured while one end of the movable shaft 9 is placed on an object to be measured (not shown), a spring is usually between the housing 1 and the movable element 8th interposed to the movable shaft 9 to give a reaction, which is not in particular in 1 is shown.
Der
Betrieb wird als nächstes
beschrieben. In 1 wird Licht, welches von der
Lichtquelle 2 ausgestrahlt wird, durch die Kollimatorlinse 3 und
das Schlitzelement 4 übertragen,
um ein paralleles Strahlenbündel
vorbestimmten Durchmessers zu bilden. Das parallele Strahlenbündel wird
dann auf die Ablenkungskondensoreinrichtung 6 gerichtet,
die feststehend auf der einzelnen Oberfläche des beweglichen Elements 8 ist.The operation will be described next. In 1 becomes light, which is from the light source 2 is emitted through the collimator lens 3 and the slot member 4 transmitted to form a parallel beam of predetermined diameter. The parallel beam is then applied to the deflection condenser 6 directed, which are fixed on the single surface of the movable element 8th is.
Das
auf die Ablenkkondensoreinrichtung 6 gerichtete Licht wird
zunächst
im rechten Winkel durch die geneigte Oberfläche des rechtwinkligen Prismaabschnitts 61 abgelenkt
und dann auf der lichtempfangenden Oberfläche des eindimensionalen optischen
Positionserfassungselements 7 gebündelt. Deshalb stimmt die Einfallsposition
des Lichts auf dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 7 mit
einer Verschiebung des bewegten Elements 8 überein,
wodurch verursacht wird, daß das
Licht von XP auf XP1 gebündelt
wird. Wie im herkömmlichen
Beispiel, werden die Stromausgaben i1, i2 angelegt an einen Erfassungsschaltkreis 10 (nicht
gezeigt in 1) jeweils auf den Schaltkreisplatten 10a, 10b und
die Positionsausgabe VX äquivalent
zur Einfallsposition von Licht X wird nach Gleichung (2) berechnet
und ausgegeben.That on the Ablenkkondensoreinrichtung 6 directed light is initially at right angles through the inclined surface of the right-angled prism section 61 distracted and then on the light-receiving surface of the one-dimensional optical position detecting element 7 bundled. Therefore, the incident position of the light on the one-dimensional optical position detecting element is correct 7 with a displacement of the moving element 8th which causes the light from XP to be focused on XP1. As in the conventional example, the current outputs i1, i2 are applied to a detection circuit 10 (not shown in 1 ) each on the circuit boards 10a . 10b and the position output VX equivalent to the incident position of light X is calculated and outputted according to equation (2).
Bei
diesem Beispiel ist der Bündelungsdurchmesser
des eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 7 gegeben
durch ein Verhältnis
fcn/fcl der Brennweiten fcn/fcl des plankonvexen Linsen(Kondensorlinsen)abschnitts 62 und
der Kollimatorlinse 3. Zum Beispiel ist, falls fcn/fcl
= 1, die Lebensgröße der Lichtquelle 2 projiziert
auf das eindimensionale optische Positionserfassungselement 7.
Somit wird fast sämtliches
Licht, das von der Lichtquelle 2 ausgestrahlt wird, auf
das eindimensionale optische Positionserfassungselement 7 gerichtet.In this example, the bundling diameter of the one-dimensional optical position detecting element is 7 given by a ratio fcn / fcl of the focal lengths fcn / fcl of the plano-convex lens (condenser lens) section 62 and the collimator lens 3 , For example, if fcn / fcl = 1, the life size of the light source 2 projected onto the one-dimensional optical position detecting element 7 , Thus, almost all the light that comes from the light source 2 is emitted to the one-dimensional optical position detecting element 7 directed.
Deshalb
ist die Lichtausnutzung exzellent und die Beleuchtung des eindimensionalen
optischen Positionserfassungselements ist ausreichend groß, sogar
wenn der Strom zum Betreiben der Lichtquelle 2 nicht auf
einen großen
Wert erhöht
wird. Daraus resultierend können
Fehler, wie z.B. der Dunkelstrom des eindimensionalen optischen
Positionserfassungselements 7, vernachlässigt werden und das S/N-Verhältnis bei
der Positionserfassung durch das eindimensionale optische Positionserfassungselement 7 wird
verbessert. Zusätzlich
kann der Lichtbündelungsdurchmesser
des eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 7 reduziert
werden, was ermöglicht,
daß die
Lichtempfangslänge davon
effektiv von einem Ende zum anderen benutzt wird. Diese Vorteile
tragen zum Verbessern der Positionserfassungsgenauigkeit und Verlängern der
Lebensdauer der Lichtquelle 2 bei. Daher kann eine genaue
Positionserfassung über
eine Zange Zeitspanne hin gewährleistet
werden.Therefore, the light utilization is excellent, and the illumination of the one-dimensional optical position detecting element is sufficiently large even when the power for driving the light source 2 is not increased to a large value. As a result, errors such as the dark current of the one-dimensional optical position detecting element 7 , are neglected and the S / N ratio in the position detection by the one-dimensional optical position detecting element 7 will be improved. In addition, the light condensing diameter of the one-dimensional optical position detecting element 7 can be reduced, allowing the light receiving length thereof to be effectively used from one end to the other. These advantages contribute to improving the position detection accuracy and extending the life of the light source 2 at. Therefore, accurate position detection can be ensured over a pair of pliers.
Da
das optische System einfach ist und N-Typ-Linsen mit kurzem Brennpunktabstand
benutzt werden können
als Kollimatorlinse 3 und Ablenkkondensoreinrichtung 6,
kann der Detektor kompakt sein und billig hergestellt werden.Since the optical system is simple and short focal length N-type lenses can be used as the collimator lens 3 and deflection condenser means 6 , the detector can be compact and cheaply manufactured.
Manche
optischen Systeme, d.h. eine Ablenkkondensatoreinrichtung 6,
die angewendet werden kann auf das Beispiel der 1 werden
nun mit Bezug auf 2 bis 6 beschriebe.
Eine in 2 gezeigte Ablenkkondensoreinrichtung 6 ist
eine Prismenlinse mit einem rechteckigen Prismenabschnitt 61 und
einem plankonvexen Linsenabschnitt 62, welche einheitlich
miteinander ausgebildet sind. Wenn ein reflektierender Spiegel über der
geneigten Oberfläche
des rechtwinkligen Prismaabschnitts 61 gebildet wird, ist
kein Platz mehr erforderlich hinter der geneigten Oberfläche.Some optical systems, ie a deflection capacitor device 6 that can be applied to the example of 1 are now referring to 2 to 6 -described. An in 2 shown Ablenkkondensoreinrichtung 6 is a prism lens with a rectangular prism section 61 and a plano-convex lens portion 62 which are uniformly formed with each other. When a reflecting mirror over the inclined surface of the rectangular prism section 61 is formed, no space is required behind the inclined surface.
Eine
Ablenkkondensoreinrichtung, wie sie in 3, gezeigt
ist wird als nächstes
beschrieben. In 3 ist ein zylindrischer plankorvexer
Linsenabschnitt 63 geformt anstelle des plankonvexen Linsenabschnitts 62 in 2.
Ein streifenartiger Fleck, dessen Länge gleich dem Durchmesser
des einfallenden parallelen Strahlenbündels ist, kann auf einem eindimensionalen
optischen Positionserfassungselement 7 erhalten werden,
wo die lichtempfangende Achse des Elements 7 und die optische
Einfallsachse sich orthogonal schneiden.A deflection condenser device, as in 3 is shown next. In 3 is a cylindrical plano-convex lens portion 63 shaped in place of the plano-convex lens portion 62 in 2 , A stripe-like spot whose length is equal to the diameter of the incident parallel beam may be formed on a one-dimensional optical position sensing element 7 be obtained where the light-receiving axis of the element 7 and the optical axis of incidence intersect orthogonally.
In
dem in 3 gezeigten Beispiel wird verhindert sogar wenn
die Parallelität
der lichtempfangenden Achse des eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 7 elativ
zur bewegten Welle eines bewegten Elements 8 schlecht ist
oder sogar wenn es Spiel gibt zwischen der Bewegungsrichtung des
bewegten Elements 8 und der orthogonalen Richtung, daß der Fleck
aus der lichtempfangenden Oberfläche
des eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 7 heraustreten
wird.In the in 3 The example shown prevents even if the parallelism of the light-receiving axis of the one-dimensional optical position detecting element 7 relative to the moving wave of a moving element 8th is bad or even if there is play between the moving direction of the moving element 8th and the orthogonal direction that the spot is out of the light-receiving surface of the one-dimensional optical position detecting element 7 will emerge.
Eine
Ablenkkondensoreinrichtung, wie sie in 4 gezeigt
ist, wird nun beschrieben. In 4 gibt es
eine Kombination eines reflektierenden Spiegels 12 mit
einer plankonvexen Linse 13. Der reflektierende Spiegel 12 ist
so positioniert, daß er
um 45° geneigt
ist relativ zur optischen Einfallsachse. Der reflektierende Spiegel 12 lenkt
ein paralleles Strahlenbündel 5 um
90° ab und
die abgelenkten Lichtstrahlen werden dann auf einem eindimensionalen
optischen Positionserfassungselement 7 durch die plankonvexe
Linse 13 gebündelt.A deflection condenser device, as in 4 will now be described. In 4 There is a combination of a reflective mirror 12 with a plano-convex lens 13 , The reflecting mirror 12 is positioned so that it is inclined by 45 ° relative to the optical axis of incidence. The reflecting mirror 12 directs a parallel beam 5 by 90 ° and the deflected light rays are then on a one-dimensional optical position sensing element 7 through the plano-convex lens 13 bundled.
Wenn
der reflektierende Spiegel 12 zum Beispiel durch Beschichten
der Oberfläche
eines beweglichen Elements 8 gebildet wird, kann das optische
System zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Weiterhin kann eine
zylindrische plankonvexe Linse benutzt werden anstatt der plankovexen
Linse 13.When the reflecting mirror 12 for example, by coating the surface of a movable element 8th is formed, the optical system can be manufactured at a low cost. Furthermore, a cylindrical plano-convex lens may be used instead of the plano-convex lens 13 ,
Eine
in 5 gezeigte Ablenkkondensoreinrichtung gemäß der Erfindung
wird als nächstes
beschrieben. In 5 wird ein Parabolspiegel 14 mit
einem Brennpunkt auf einem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 7 benutzt.
Der Parabolspiegel 14 ist entworfen, um ein paralleles Strahlenbündel 5 im
rechten Winkel abzulenken und zu bewirken, daß die abgelenkten Strahlen
auf dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 7 gebündelt werden.
Wenn der Parabolspiegel 14 über einer Oberfläche eines
bewegten Elements 8 gebildet ist, wie oben beschrieben,
können
die Herstellungskosten des optischen Systems weiter reduziert werden.An in 5 Bending condenser device according to the invention will be described next. In 5 becomes a parabolic mirror 14 with a focal point on a one-dimensional optical position sensing element 7 used. The parabolic mirror 14 is designed to be a parallel beam 5 deflect at right angles and cause the deflected beams on the one-dimensional optical position sensing element 7 be bundled. If the parabolic mirror 14 over a surface of a moving element 8th is formed, as described above, the Her setting costs of the optical system can be further reduced.
Eine
Ablenkkondensoreinrichtung nach der Erfindung, wie sie in 6 gezeigt
ist, verwendet einen Parabolspiegel 15 mit einer einzelnen
Oberfläche
und ist entworfen, um einen streifenförmigen Fleck, wie im Fall von 3,
zu schaffen.A deflection condenser device according to the invention, as shown in FIG 6 shown uses a parabolic mirror 15 with a single surface and is designed to be a strip-like spot, as in the case of 3 , to accomplish.
Ein
weiterer optischer Positionsdetektor wird als nächstes beschrieben 7 ist
ein Querschnitt, der eine Konfiguration dieses Beispiels zeigt.
In 7 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen
oder ähnliche
Teile und Komponenten wie die in 1. Bei dem 7 gezeigten
Beispiel ist der optischen Positionsdetektor auf einen biaxialen
Verschiebungssensor angewandt. Ein paralleles Strahlenbündel 5 ist
so angeordnet, daß es
versetzt ist gegenüber
der bewegten Welle eines bewegten Elements 8. Die bewegte
Welle ist durch das bewegte Element 8 in solch einer Art
und Weise fixiert, daß Verschiebungen
sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite erfaßt werden
können.Another optical position detector will be described next 7 Fig. 12 is a cross section showing a configuration of this example. In 7 The same reference numerals denote the same or similar parts and components as those in FIG 1 , In which 7 As shown, the optical position detector is applied to a biaxial displacement sensor. A parallel beam 5 is arranged so that it is offset from the moving shaft of a moving element 8th , The moving wave is through the moving element 8th fixed in such a manner that displacements on both the right and left sides can be detected.
Weiterhin
wird von einer Lichtquelle 2 ausgestrahltes Licht übertragen
durch ein Schlitzelement 4 und eingestrahlt von einer plankonvexen
Linse 62 einer Ablenkkondensoreinrichtung 6, welche
auf einem Gehäuse 1 so
befestigt ist, daß die
Ablenkkondensoreinrichtung 6 als Kollimatorlinse dient,
um ein paralleles Strahlenbündel 5 zu
erzeugen. Das parallele Strahlenbündel 5 wird dann orthogonal
abgelenkt, so daß die
optische Achse dazu parallel verläuft mit einer bewegten Welle 9,
durch einen rechteckigen Prismaabschnitt 61 und die abgelenkten
Strahlen werden dann auf die Ablenkkondensoreinrichtung 6 gerichtet,
die auf dem bewegten Element 8 fixiert ist.Furthermore, it is powered by a light source 2 emitted light transmitted through a slot element 4 and irradiated by a plano-convex lens 62 a deflection condenser 6 which on a housing 1 is fixed so that the Ablenkkondensoreinrichtung 6 serves as a collimator lens to a parallel beam 5 to create. The parallel beam 5 is then deflected orthogonally, so that the optical axis parallel to a moving shaft 9 , through a rectangular prism section 61 and the deflected beams are then applied to the deflection condenser 6 directed, on the moving element 8th is fixed.
Das
Beispiel der 7 bietet den Vorteil, daß nicht
nur die gleichen optischen Komponenten als Kollimatoreinrichtung
und Kondensoreinrichtung benutzt werden, sondern auch daß die Lichtquelle 2 und
das optische Positionserfassungselement 7 auf einer einzelnen
Schaltkreisplatte 10a befestigt sind, was dazu beiträgt, eine
Schaltkreisplatte zu sparen.The example of 7 offers the advantage that not only the same optical components are used as Kollimatoreinrichtung and condenser, but also that the light source 2 and the optical position detecting element 7 on a single circuit board 10a attached, which helps to save a circuit board.
8 ist
eine Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration eines optischen
Positionsdetektors zeigt. Des ist ein Beispiel, bei dem der optische
Positionsdetektor angewendet wird auf das Erfassen von Verschiebungen
eines Stoßdämpfers eines
Motorfahrzeuges. 8th Fig. 16 is a cross-sectional view showing another configuration of an optical position detector. Des is an example in which the optical position detector is applied to detecting shifts of a shock absorber of a motor vehicle.
In 8 bezeichnet
Bezugszeichen 16 einen inneren Zylinder; und 17 einen äußeren Zylinder. Beide
Enden der Zylinder 16 und 17 sind befestigt an einem
Zylinderfußelement 18,
so daß eine
Zylinderkammer gebildet ist. Bezugszeichen 19 bezeichnet eine
ringförmige
Prismalinse, in der eine Linse einheitlich geformt ist mit der äußeren peripherischen Oberfläche eines
ringförmigen
Prismas, dessen Schnittflächen
ein rechtwinkliges Prisma bilden. Diese Prismenlinse 19 ist
befestigt an einem Ende des Zylinderfußelements 18. Bezugszeichen 20 bezeichnet
Montageringe, welche an einen Fahrzeugkörper und ein Chassis jeweils
zu montieren sind.In 8th denotes reference numeral 16 an inner cylinder; and 17 an outer cylinder. Both ends of the cylinder 16 and 17 are attached to a cylinder foot element 18 , so that a cylinder chamber is formed. reference numeral 19 denotes an annular prism lens in which a lens is integrally formed with the outer peripheral surface of an annular prism whose sectional surfaces form a right-angled prism. This prism lens 19 is attached to one end of the cylinder foot element 18 , reference numeral 20 refers to mounting rings, which are to be mounted on a vehicle body and a chassis respectively.
Weiterhin
bezeichnet Bezugszeichen 21 einen Kolben, an dem eine Kolbenwelle 22 verbunden ist.
Die Kolbenwelle 22 ist abgesichert mit einer Schutzbüchse 23.
Unter Versiegelung der Kolbenwelle 22 durch eine Dichtung 24 und
Gleiten entlang eines Gleitlagers 11, befestigt auf einem
Ende des Zylinderfußelements 18 des
Zylinders, verschiebt sich der Kolben 21 innerhalb des
inneren Zylinders 16, wodurch Vibrationen des Motorfahrzeuges
absorbiert werden, Im oberen Fußbereich
der Schutzbüchse 23 ist
eine parallele Lichtquelle 2, die integriert ist mit einer
Kollimatorlinse und fest montiert auf der Schaltkreisplatte 10b,
so daß die
Kolbenwelle 21 parallel mit der optischen Achse verläuft. Auf
der inneren Oberfläche
der Schutzbüchse 23 ist
ein eindimensionales optisches Positionserfassungselement 7,
das fest auf der Schaltkreisplatte 10 montiert ist, so daß die lichtempfangende
Achse davon parallel mit der Zylinderbewegungsrichtung verläuft. Bezugszeichen 25 bezeichnet
eine Zuführung
von den Schaltkreisplatten 10a, 10b.Furthermore, reference numeral designates 21 a piston on which a piston shaft 22 connected is. The piston shaft 22 is secured with a protective sleeve 23 , Under sealing of the piston shaft 22 through a seal 24 and sliding along a sliding bearing 11 attached to one end of the cylinder foot element 18 of the cylinder, the piston shifts 21 inside the inner cylinder 16 , whereby vibrations of the motor vehicle are absorbed, in the upper foot of the protective sleeve 23 is a parallel light source 2 which is integrated with a collimator lens and firmly mounted on the circuit board 10b so that the piston shaft 21 runs parallel to the optical axis. On the inner surface of the protective sleeve 23 is a one-dimensional optical position sensing element 7 that stuck on the circuit board 10 is mounted so that the light-receiving axis thereof is parallel to the cylinder movement direction. reference numeral 25 denotes a supply from the circuit boards 10a . 10b ,
Der
Betrieb der Anordnung, die in 8. gezeigt
ist, wird als nächstes
beschrieben. Die Lichtquelle 2 projiziert ein paralleles
Strahlenbündel 5 kleinen
Durchmessers auf die ringförmige
Prismenlinse 19 durch ein Schlitzelement 4, das
auf dem Zylinderfußelement 18 befestigt
ist, wobei sich die Prismenlinse 19 in Richtung der optischen
Achse bewegt. Das parallele Strahlenbündel 5, das auf die
ringförmige
Prismenlinse 19 gerichtet ist, wird um 90° auf der geneigten
Oberfläche
der Prismenlinse 19 abgelenkt und dann gebündelt durch
den Linsenabschnitt der Prismenlinse 19, der teilweise
als zylindrische Linse arbeitet, so daß bewirkt wird, daß die optische
Achse sich unter einem rechten Winkel mit der lichtempfangenden
Achse des eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 7 schneidet,
welches in der Nähe
davon angeordnet ist. Daraus resultierend wird ein streifenförmiger Fleck
erzeugt, dessen Länge
im wesentlichen gleich dem Durchmesser des parallelen Strahlenbündels 5 ist.The operation of the arrangement, which in 8th , is shown next will be described. The light source 2 projects a parallel beam 5 small diameter on the ring-shaped prism lens 19 through a slot element 4 on the cylinder base element 18 is attached, with the prism lens 19 moved in the direction of the optical axis. The parallel beam 5 pointing to the ring-shaped prism lens 19 is directed 90 ° on the inclined surface of the prism lens 19 deflected and then bundled by the lens portion of the prism lens 19 partially operating as a cylindrical lens so as to cause the optical axis to be at right angles with the light-receiving axis of the one-dimensional optical position detecting element 7 cuts, which is located near it. As a result, a stripe-shaped spot is produced whose length is substantially equal to the diameter of the parallel beam 5 is.
Wenn
daher der Zylinder sich relativ zum Kolben verschiebt, tut die Lichtempfangsposition
auf dem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement 7 das
gleiche auf einer 1:1-Basis relativ zur Verschiebung des Zylinders.
Das bewirkt, daß Signale
des eindimensionalen optischen Positionserfassungselements 7 in
einem Erfassungsschaltkreis 10 verarbeitet werden (dem
gleichen wie dem Erfassungsschaltkreis von 9) auf Schaltkreisplatten 10a, 10b.
Daraus resultierend wird die Positionsspannung VX an einen externen
Schaltkreis von der Zuführung 25 ausgegeben.Therefore, when the cylinder shifts relative to the piston, the light receiving position on the one-dimensional optical position detecting element does 7 the same on a 1: 1 basis relative to the displacement of the cylinder. This causes signals of the one-dimensional optical position sensing element 7 in a detection circuit 10 be processed (the same as the detection circuit of 9 ) on circuit boards 10a . 10b , As a result, the position Voltage VX to an external circuit from the feeder 25 output.
Obwohl
die Fälle,
wo die Beispiele nicht nur auf einem linearen Verschiebungssensor
zum Messen von Verschiebungen durch Verbinden einer beweglichen
Welle mit einem zu messenden Objekt, sondern auch zum Erfassen von
Verschiebungen des Stoßdämpfers eines
Motorfahrzeugs veranschaulicht worden sind muß nicht betont werden, daß die Beispielewirksam
genutzt werden können,
um gewöhnliche
lineare Verschiebungen zu erfassen.Even though
the cases
where the examples are not just on a linear displacement sensor
for measuring displacements by connecting a movable one
Wave with an object to be measured, but also to capture
Shifts of the shock absorber one
It does not need to be emphasized that the examples are effective
can be used
ordinary
to detect linear shifts.
Wie
auf den vorherigen Seiten beschrieben, sind die Beispiele dadurch
gekennzeichnet, daß sie nicht
nur Licht, das von einer Lichtquelle ausgestrahlt wird, in ein paralleles
Strahlenbündel
durch eine Kollimatoreinrichtung umwandeln und das parallele Strahlenbündel im
wesentlichen senkrecht durch eine Ablenkkondensoreinrichtung, die
an einem bewegten Element vorgesehen ist, ablenken, sondern auch
die abgelenkten Strahlen auf einem eindimensionalen optischen Positionserfassungselement
bündeln,
wodurch die Position eines bewegten Elements relativ zu einem feststehenden
Element aus der Einfallsposition von Licht auf das eindimensionale
optische Positionserfassungselement erfaßt wird. Deshalb können die
Beispiele einen kleinen billigen Detektor schaffen mit den Merkmalen
einer langen Lebensdauer und einer hohen Positionserfassungsgenauigkeit,
sogar für
große
Verschiebungen.As
described on the previous pages, the examples are by
characterized in that they are not
only light that is emitted by a light source, in a parallel
ray beam
by a Kollimatoreinrichtung convert and the parallel beam in the
substantially perpendicular through a deflection condenser device
is provided on a moving element, distract, but also
the deflected rays on a one-dimensional optical position sensing element
bundle up,
whereby the position of a moving element relative to a fixed
Element from the incidence position of light on the one-dimensional
optical position detection element is detected. That is why the
Examples create a small cheap detector with the features
a long life and a high position detection accuracy,
even for
size
Shifts.
9 ist
eine Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration zeigt. 10 ist
eine Draufsicht des optischen Positionserfassungselements in 9.
In 9 und 10 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen
wie in 28 bis 31 ähnliche Teile
und Komponenten wie bei den herkömmlichen Beispielen.
Bezugszeichen 101 in 9 bezeichnet ein
Gehäuse,
das als feststehendes Element dient. Ein Drehlager 111 ist
an dem Gehäuse 101 befestigt. Eine
rotierende Welle 102 ist in Eingriff bringbar und rotierbar
gelagert durch das Drehlager 111. 9 is a cross-sectional view showing another configuration. 10 FIG. 11 is a plan view of the optical position detecting element in FIG 9 , In 9 and 10 denote the same reference numerals as in FIG 28 to 31 similar parts and components as in the conventional examples. reference numeral 101 in 9 denotes a housing which serves as a fixed element. A pivot bearing 111 is on the case 101 attached. A rotating shaft 102 is engageable and rotatably supported by the pivot bearing 111 ,
Auf
der Seite eines Endes der rotierenden Welle 102 ist eine
Lichtquelle 103 Die Lichtquelle 103 ist vorgesehen
auf der inneren peripherien Oberfläche des Gehäuses 101, so daß die Lichtquelle 103 koaxial
mit der rotierenden Welle 102 liegt. Der Fall des Implementierens
einer LED in die Lichtquelle 103 (LED = light-emitting
diode lichtemittierende Diode) wird gezeigt. Eine Kollimatorlinse 104,
welche als Kollimatoreinrichtung dient, ist so angeordnet, daß der Brennpunkt
der Kollimatorlinse 104 auf die Lichtquelle 103 fällt.On the side of one end of the rotating shaft 102 is a light source 103 The light source 103 is provided on the inner peripheral surface of the housing 101 so that the light source 103 coaxial with the rotating shaft 102 lies. The case of implementing an LED in the light source 103 (LED = light-emitting diode emitting diode) is shown. A collimator lens 104 , which serves as a collimator, is arranged so that the focal point of the collimator lens 104 on the light source 103 falls.
Die
Kollimatorlinse 104 wird unterstützt durch ein Diaphragmaelement 105 und
dieses Diaphragmaelement 105 ist in Eingriff bringbar auf
der äußeren peripherien
Oberfläche
der Lichtquelle 103 fixiert, so daß die optische Achse des Diaphragmaelementes 105 ausgerichtet
ist mit der der Lichtquelle 103. Das Diaphragmaelement 105 ist
auf einer Erfassungsschaltkreisplatte 110a eines Erfassungsschaltkreises 110 (dergleiche
wie 410 in 28) zusammen mit der Lichtquelle 103 montiert.
Die Erfassungsschaltkreisplatte 110a ist auf der Fußoberfläche des
Gehäuses 101 fixiert.The collimator lens 104 is supported by a diaphragm element 105 and this diaphragm element 105 is engageable on the outer peripheral surface of the light source 103 fixed so that the optical axis of the diaphragm element 105 aligned with that of the light source 103 , The diaphragm element 105 is on a detection circuit board 110a a detection circuit 110 (the same as 410 in 28 ) together with the light source 103 assembled. The detection circuit board 110a is on the foot surface of the case 101 fixed.
Bezugszeichen 106 bezeichnet
eine Prismenlinse und die Prismenlinse besteht einheitlich aus:
einem 180° Ablenkungsabschnitt
mit einer ersten Reflexionsoberfläche 161 und einer
zweiten Reflexionsoberfläche 162;
und einem Kondensorlinsenabschnitt 163. Die erste reflektierende
Oberfläche 161 reflektiert
auftreffende Lichtstrahlen durch Totalreflexion und die zweite reflektierende
Oberfläche 162,
welche einen Winkel von 90° bezüglich der
ersten reflektierenden Oberfläche 161 aufweist,
reflektiert die Lichtstrahlen, die durch die erste reflektierende
Oberfläche 161 reflektiert
werden, wieder durch Totalreflektion und lenkt dann die so reflektierten Lichtstrahlen
in der Einfallsrichtung des Lichts ab. Der Kondensorlinsenabschnitt 163 bündelt die
Lichtstrahlen, die durch die zweite reflektierende Oberfläche 162 reflektiert
werden, auf einem optischen Positionserfassungselement 108.
Die so aufgebaute Prismenlinse 106 und die Kollimatorlinse 103 können billig
geschaffen werden unter Benutzung von Plastikformteilprodukten aus
optischen Plastikmaterialien, wie z.B. Polymethylmethactrolat (PMA)
oder Polykarbonat (PC).reference numeral 106 denotes a prism lens and the prism lens is uniformly composed of: a 180 ° deflection portion having a first reflection surface 161 and a second reflection surface 162 ; and a condenser lens section 163 , The first reflective surface 161 reflects incident light rays by total reflection and the second reflective surface 162 which makes an angle of 90 ° with respect to the first reflecting surface 161 which reflects the light rays passing through the first reflective surface 161 be reflected, again by total reflection and then deflects the thus reflected light rays in the direction of incidence of light. The condenser lens section 163 focuses the rays of light through the second reflective surface 162 reflected on an optical position detecting element 108 , The thus constructed prism lens 106 and the collimator lens 103 can be inexpensively using plastic molded products of optical plastic materials such as polymethylmethactrolate (PMA) or polycarbonate (PC).
Weiterhin
bezeichnet Bezugszeichen 108 das optische Positionserfassungselement,
welches, wie gezeigt in 10, eine
Spannungselektrode 108c, eine optische Umwandlungsschicht 108a,
die etwa 1 bis 2 mm breit ist, und eine transparente Elektrodenschicht 108b,
die ringförmig
gebildet ist auf einer Unterstützungsplatte 109 auf
einer ringförmigen Elementunterstützungsplatte 10j durch
Polymerisation, beinhaltet, so daß die lichtempfangende Oberfläche des
optischen Positionserfassungselements 108 sich radial um
die Lichtquelle 103, i.e. die rotierende Welle 102,
erstreckt. Das Element 108 hat Erfassungselektroden 108d an
beiden Enden davon. Die Elementunterstützungsplatte 109 ist
fixiert auf der Erfassungsschaltkreisplatte 110a.Furthermore, reference numeral designates 108 the optical position detecting element which, as shown in FIG 10 , a voltage electrode 108c , an optical conversion layer 108a , which is about 1 to 2 mm wide, and a transparent electrode layer 108b which is annularly formed on a support plate 109 on an annular element support plate 10j by polymerization, so that the light-receiving surface of the optical position detecting element 108 radially around the light source 103 ie the rotating shaft 102 , extends. The element 108 has detection electrodes 108d at both ends of it. The element support plate 109 is fixed on the detection circuit board 110a ,
Ein
optisches Positionserfassungselement 108, dessen fotoelektrische
Umwandlungsschicht 108a aus amorphem Silizium besteht,
ist geeignet zum Herstellen des Elements mit der ringförmigen lichtempfangenden
Oberfläche
zu niedrigen Kosten. In diesem Fall besteht die Lichtquelle 103 vorzugsweise
aus einer LED für
grünes
oder rotes sichtbares Licht unter den Gesichtspunkten der Lichtempfangsempfindlichkeit
und Lichtquelleneffizienz.An optical position detection element 108 , its photoelectric conversion layer 108a is made of amorphous silicon, is suitable for producing the element with the annular light-receiving surface at a low cost. In this case, the light source exists 103 preferably, an LED for green or red visible light from the viewpoints of light receiving sensitivity and light source efficiency.
Bezugszeichen 107 bezeichnet
ein rotierendes Element, welches mit einem Ende der rotierenden
Welle 102 verbunden ist. Das rotierende Element 107 rotiert
einheitlich mit der rotierenden Welle 102, wobei es die
Prismenlinse 106 so unterstützt und fixiert, daß die Einfallsoberfläche der
Prismenlinse 106 im wesentlichen senkrecht bezüglich der
optischen Achse der Lichtquelle 103 ist, und so daß das optische
Positionserfassungselement 108 im Brennpunkt des Kondensorlinsenabschnitts 163 ist.reference numeral 107 denotes a rotate of the element which coincides with one end of the rotating shaft 102 connected is. The rotating element 107 rotates uniformly with the rotating shaft 102 , where it is the prism lens 106 so supported and fixed that the incidence surface of the prism lens 106 substantially perpendicular to the optical axis of the light source 103 is, and so that the optical position detection element 108 at the focal point of the condenser lens section 163 is.
Obwohl
ein Beispiel, in dem die Lichtquelle 103 getrennt ist von
der Kollimatorlinse 104 in 9 und 10 gezeigt
ist, kann eine parallele Licht-LED mit einer eingebauten Kollimatorlinse 104 als
Lichtquelle 103 benutzt werden. Weiterhin muß, obwohl der
Fall, in der 180° Ablenkungsabschnitt
einen Einfallswinkel von 45° auf
der ersten reflektierenden Oberfläche 160 hat, gezeigt
ist, der Einfallswinkel nicht notwendigerweise 45° sein, solange
die reflektierenden Oberflächen 161, 162 einen
Winkel von 90° dazwischen
haben.Although an example in which the light source 103 is separated from the collimator lens 104 in 9 and 10 Shown is a parallel light LED with a built-in collimator lens 104 as a light source 103 to be used. Further, though the case, in the 180 ° deflection section, must have an angle of incidence of 45 ° on the first reflecting surface 160 has shown, the angle of incidence is not necessarily 45 °, as long as the reflective surfaces 161 . 162 have an angle of 90 ° in between.
Das
von der Lichtquelle 103 ausgestrahlte Licht tritt durch
die Kollimatorlinse 104 und das Diaphragmaelement 105,
um ein paralleles Strahlenbündel
vorbestimmten Durchmessers zu bilden, und das Strahlenbündel wird
dann auf die Prismenlinse 106, welche auf dem rotierenden
Element 107 fixiert ist, gerichtet. Das parallele Strahlenbündel, das
auf die Prismenlinse 106 geworfen wird, wird durch die
erste reflektierende Oberfläche 161 in
radialer Richtung der rotierenden Welle 102 reflektiert
und die so reflektierten Strahlen werden wieder reflektiert durch die
zweite reflektierende Oberfläche 162,
die einen Winkel von 90° bezüglich der
ersten reflektierenden Oberfläche 161 bildet,
um um 180° in
die Einfallsrichtung des Lichts abgelenkt zu werden. Die abgelenkten
Strahlen werden dann in einen Fleck 102a auf der lichtempfangenden
Oberfläche
des optischen Positionserfassungselements durch den Kondensorlinsenabschnitt 163 gebündelt.That from the light source 103 emitted light passes through the collimator lens 104 and the diaphragm element 105 to form a parallel beam of predetermined diameter, and the beam is then applied to the prism lens 106 which are on the rotating element 107 is fixed, directed. The parallel beam pointing at the prism lens 106 is thrown by the first reflective surface 161 in the radial direction of the rotating shaft 102 reflected and the rays thus reflected are reflected again by the second reflective surface 162 at an angle of 90 ° with respect to the first reflecting surface 161 forms to be deflected by 180 ° in the direction of incidence of the light. The deflected rays then become a spot 102 on the light-receiving surface of the optical position detecting element through the condenser lens section 163 bundled.
Wenn
die rotierende Welle 102 rotiert, bewegt sich der Fleck 112a über die
lichtempfindliche Oberfläche
des optischen Positionserfassungselements 108. Deshalb
fällt die
Einfallsposition des Lichts auf dem optischen Positionserfassungselement
mit dem Rotationswinkel des rotierenden Elements 107 zusammen,
i.e. der rotierenden Welle 102. Wie bei herkömmlichen
Detektoren werden die Stromausgaben, i.e. Fotoströme i1, i2 angelegt an
den Erfassungsschaltkreis 110, der auf der Erfassungsschaltkreisplatte 110a montiert
ist. Daraus resultierend wird die Rotationswinkelausgabe Vθ entsprechend
der Einfallsposition von Licht X ausgegeben.When the rotating shaft 102 rotates, the stain moves 112a via the photosensitive surface of the optical position detecting element 108 , Therefore, the incident position of the light on the optical position detecting element coincides with the rotation angle of the rotating element 107 together, ie the rotating shaft 102 , As with conventional detectors, the current outputs, ie photocurrents i 1 , i 2 are applied to the detection circuit 110 on the detection circuit board 110a is mounted. As a result, the rotational angle output Vθ corresponding to the incident position of light X is output.
Bei
dem Beispiel der 1 ist der Durchmesser des Flecks
auf dem optischen Positionserfassungselement gegeben durch fcn/fcl, welches ein Verhältnis zwischen
den jeweiligen Brennpunktabständen
fcn, fcl der Kondensorlinse 163 und
der Kollimatorlinse 104 ist. Wenn z.B. fcn/fcl = 1 ist, wird die Lebensgröße der Lichtquelle 103,
welche eine gewöhnliche
LED von einigen hundert Mikrometern Durchmesser ist, auf das optische
Positionserfassungselement 108 projiziert, wodurch bewirkt
wird, daß fast alle
Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 103 ausgestrahlt
werden, in einem kleinen Fleck auf dem optischen Positionserfassungselement 108 gebündelt werden.In the example of 1 is the diameter of the spot on the optical position detecting element given by f cn / f cl , which is a ratio between the respective focal distances f cn , f cl of the condenser lens 163 and the collimator lens 104 is. For example, if f cn / f cl = 1, the life size becomes the light source 103 , which is an ordinary LED several hundred micrometers in diameter, on the optical position detecting element 108 projected, thereby causing almost all light rays emitted by the light source 103 are emitted in a small spot on the optical position detecting element 108 be bundled.
Deshalb
ist die Lichtausnutzung so exzellent, daß ein großer Fleck gebildet werden kann,
ohne Anwenden eines hohen Antriebsstroms. Das ermöglicht,
daß Fehler
wie z.B. der Dunkelstrom des optischen Positionserfassungselements 108 vernachlässigt werden
können
und ermöglicht,
daß des S/N-Verhältnis bei
der Positionerfassung genauso verbessert wird. Daraus resultierend
kann nicht nur die Positionserfassungsgenauigkeit, sondern auch die
Lebensdauer der Lichtquelle 103 verbessert werden, was
zum Erhalten einer genauen Positionserfassung über eine lange Zeitspanne hinweg
beiträgt. Therefore, the light utilization is so excellent that a large spot can be formed without applying a high drive current. This allows errors such as the dark current of the optical position sensing element 108 can be neglected and allows the S / N ratio to be improved in position detection as well. As a result, not only the position detection accuracy but also the life of the light source can be improved 103 be improved, which contributes to obtaining accurate position detection over a long period of time.
Weiterhin
kann der Durchmesser des Flecks sehr klein gemacht werden durch
Setzen des Brennpunktsabstandsverhältnisses fcn/fcl auf einen Wert gleich oder kleiner 1.
Das heißt,
bei dem Beispiel der 1 kann der Durchmesser des Flecks
auf dem optischen Positionserfassungselement 108 reduziert werden
und die lichtempfangende Oberfläche
kann dadurch effektiv von einem zum anderen Ende erfaßt werden.
Daraus resultierend wird eine genaue Erfassung gewährleistet,
sogar wenn der Bereich von zu erfassenden Winkeln sehr eng ist.
Winkel nahe 2π können genauso
erfaßt
werden. Ebenfalls ist genaue Erfassung gewährleistet, sogar wenn das optische Positionserfassungselement 108 eine
lichtempfangende Oberfläche
eines kleinen Durchmessers hat: Somit kann ein kleiner Detektor
erhalten werden.Furthermore, the diameter of the spot can be made very small by setting the focus pitch ratio f cn / f cl to a value equal to or smaller than 1. That is, in the example of FIG 1 may be the diameter of the spot on the optical position sensing element 108 can be reduced and the light-receiving surface can thereby be effectively detected from one end to the other. As a result, accurate detection is ensured even if the range of angles to be detected is very narrow. Angles near 2π can also be detected. Also, accurate detection is ensured even if the optical position detecting element 108 has a light-receiving surface of a small diameter: Thus, a small detector can be obtained.
11 bis 16 sind
perspektivische Ansichten, die jeweils Konfigurationen optischer
Systeme zeigen, die anwendbar auf das Beispiel der 9 und 10 sind. 11 wird
zunächst
beschrieben. Ein in 11 gezeigtes optisches System
ist entworfen, um einen kleinen Fleck 112a auf dem optischen Positionserfassungselement 108 zu
bündeln.
Das optische System ist eine Prismenlinse 106, in dem ein
trapezförmiges
Prisma und ein Kondensorlinsenabschnitt 163 ineinander
integriert sind. Das trapezförmige
Prisma hat zwei reflektierende Oberflächen 161, 162,
welche einen Winkel von 90° zueinander aufweisen
und der Kondensorlinsenabschnitt 163 besteht aus einer
plankonvexen Linse. Wenn reflektierende Spiegel ausgebildet werden
durch Dampfphasenabscheidung der reflektierenden Oberflächen 161, 162 mit
einem Metall, wie z.B. Aluminium, werden die Reflektanzen weiterhin
verbessert und die Beleuchtung auf dem optischen Positionserfassungselement
wird ebenso angehoben. 11 to 16 FIG. 15 are perspective views each showing configurations of optical systems applicable to the example of FIG 9 and 10 are. 11 will be described first. An in 11 The optical system shown is designed to be a small spot 112a on the optical position detecting element 108 to bundle. The optical system is a prism lens 106 in which a trapezoidal prism and a condenser lens section 163 are integrated into each other. The trapezoidal prism has two reflective surfaces 161 . 162 , which have an angle of 90 ° to each other and the condenser lens section 163 consists of a plano-convex lens. When reflecting mirrors are formed by vapor deposition of the reflective surfaces 161 . 162 With a metal, such as aluminum, the reflectances are further improved and the illumination on the optical position sensing element is raised as well.
Ein
in 12 gezeigtes optisches System wird als nächstes beschrieben.
Dieses optische System wird gebildet durch Unterstützen und
Fixieren zweier flacher reflektierender Spiegel 113a, 113b und einer
Kondensorlinse 114 auf einem rotierenden Element 107.
Die zwei Spiegel 113a, 113b haben einen Winkel
von 90° dazwischen.
Dieses optische System ist das gleiche wie das von 11.An in 12 The illustrated optical system will be described next. This optical system is formed by supporting and fixing two flat reflecting mirrors 113a . 113b and a condenser lens 114 on a rotating element 107 , The two mirrors 113a . 113b have an angle of 90 ° in between. This optical system is the same as that of 11 ,
Ein
in 13 gezeigtes optisches System nach der Erfindung
beinhaltet einen flachen reflektierenden Spiegel 71 und
einen Parabolspiegel 172. Diese Spiegel 171, 172 werden
geschaffen durch Beschichten oder Dampfphasenabscheiden der Oberflächen des
rotierenden Elements 107. Der Parabolspiegel 172 lenkt
nicht nur Lichtstrahlen in der Richtung des optischen Positionserfassungselements 108 ab,
sondern bündelt
auch die abgelenkten Lichtstrahlen auf der lichtempfangenden Oberfläche des optischen
Positionserfassungselements 108. Der Gebrauch eines solchen
optischen Systems erlaubt, daß der
Detektor zu geringeren Kosten hergestellt wird.An in 13 The illustrated optical system of the invention includes a flat reflective mirror 71 and a parabolic mirror 172 , These mirrors 171 . 172 are created by coating or vapor depositing the surfaces of the rotating element 107 , The parabolic mirror 172 Not only deflects light rays in the direction of the optical position detecting element 108 but also focuses the deflected light beams on the light-receiving surface of the optical position sensing element 108 , The use of such an optical system allows the detector to be manufactured at a lower cost.
Ein
in 14 gezeigtes optisches System wird als nächstes beschrieben.
Hier ist eine Prismenlinse, gebildet durch Integrieren eines trapezförmigen Prismas,
mit einem zylindrischen Konvexlinsenabschnitt 164. Das
trapezförmige
Prisma hat zwei reflektierende Oberflächen 161, 162,
die einen Winkel von 90° dazwischen
haben. Streifenförmiges
gebündeltes
Licht 112b, dessen lange Achse sich in radialer Richtung
des optischen Positionserfassungselements 108 erstreckt
und dessen Länge
länger
ist als die Breite eines optischen Positionserfassungselements 108,
wird auf dem optischen Positionserfassungselement 108 gebildet.An in 14 The illustrated optical system will be described next. Here is a prism lens formed by integrating a trapezoidal prism with a cylindrical convex lens portion 164 , The trapezoidal prism has two reflective surfaces 161 . 162 that have an angle of 90 ° in between. Strip-shaped focused light 112b whose long axis is in the radial direction of the optical position detecting element 108 and whose length is longer than the width of an optical position detecting element 108 , becomes on the optical position detecting element 108 educated.
Das
in 14 gezeigte optische System schafft den Vorteil,
daß das
gebündelte
Licht 112b nicht vom optischen Positionserfassungselement 108 weggeht,
sogar wenn das Zentrum des optischen Positionserfassungselements 108 leicht
unausgerichtet bezüglich
der Montageposition der Lichtquelle 103 ist, oder sogar
wenn die rotierende Welle 102 aufgrund von einigem Spiel
oszilliert.This in 14 shown optical system provides the advantage that the collimated light 112b not from the optical position detecting element 108 goes away, even if the center of the optical position sensing element 108 slightly unaligned with respect to the mounting position of the light source 103 is, or even if the rotating shaft 102 oscillated due to some game.
Ein
in 15 gezeigtes optisches System ist genauso wie
das in 14 gezeigte optische System aufgebaut,
durch Fixieren zweier flacher refeltierender Spiegel 113a und 113b und
einer zylindrischen Kondensorlinse 115, um durch das rotierende
Element 107 getragen zu werden. Die zwei flachen reflektierenden
Spiegel 113a, 113b haben einen Winkel von 90° zwischen
sich.An in 15 shown optical system is the same as that in 14 shown optical system by fixing two flat refeltierender mirror 113a and 113b and a cylindrical condenser lens 115 to move through the rotating element 107 to be worn. The two flat reflective mirrors 113a . 113b have an angle of 90 ° between them.
Weiterhin
wird ein in 16 gezeigtes optisches System
nach der Erfindung gebildet durch Schaffen eines flachen reflektierenden
Spiegels 171 und eines Parabolspiegels 173 mit
einer einzelnen Oberfläche
durch Beschichten oder Dampfphasenabscheiden der Oberflächen des
rotierenden Elements 107. Lichtstrahlen werden abgelenkt
in der Richtung eines optischen Positionserfassungselements 108 durch
den Parabolspiegel 173 mit der einzelnen Oberfläche und
die abgelenkten Lichtstrahlen werden dann auf der lichtempfangenden
Oberfläche des
optischen Positionserfassungselements 108 fokussiert, so
daß die
Lichtstrahlen in streifenförmiges Licht 112b gebündelt werden
können.
Wie bei dem in 13 gezeigten optischen System
kann der Detektor zu geringeren Kosten mit einem einfachen optischen
System hergestellt werden.Furthermore, an in 16 shown optical system according to the invention formed by providing a flat reflective mirror 171 and a parabolic mirror 173 with a single surface by coating or vapor depositing the surfaces of the rotating element 107 , Light rays are deflected in the direction of an optical position detecting element 108 through the parabolic mirror 173 with the single surface and the deflected light rays are then on the light-receiving surface of the optical position sensing element 108 focused, so that the light rays in strip light 112b can be bundled. As with the in 13 As shown, the detector can be manufactured at a lower cost with a simple optical system.
17 ist
eine ebene Ansicht, die einen weiteren exemplarischen optischen
Positionserfassungselementabschnitt zeigt, der auf das Beispiel der 9 und 10 angewendet
wird. Das in 17 gezeigte optische Positionserfassungselement
wird gebildet durch Vorsehen eines spiralförmigen optischen Positionserfassungselements 108, dessen
Radius mit einem veränderten
Rotationswinkel auf eine ringförmige
Unterstützungsplatte 109 variiert.
Die in 11 bis 16 gezeigten
optischen Systeme, durch die streifenförmiges gebündeltes Licht 112b produziert
wird, werden als optisches System für dieses optische Positionserfassungselement benutzt.
Die Benutzung dieses Abschnitts für ein optisches Positionserfassungselement
erlaubt, daß 2π Rotationswinkel
erfaßt
werden. 17 FIG. 11 is a plan view showing another exemplary optical position detecting element section based on the example of FIG 9 and 10 is applied. This in 17 The optical position detecting element shown is formed by providing a spiral optical position detecting element 108 whose radius changes with an angle of rotation to an annular support plate 109 varied. In the 11 to 16 shown optical systems, through the strip-shaped focused light 112b is used as the optical system for this optical position detecting element. The use of this optical position detecting element section allows 2π rotation angles to be detected.
Ein
weiterer optischer Rotationswinkeldetektor wird als nächstes beschrieben. 18 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration zeigt. In 18 ist
die Kollimatoreinrichtung vorgesehen auf der Seite des rotierenden
Elements 107, im Unterschied zu 9.Another optical rotation angle detector will be described next. 18 FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration. FIG. In 18 the collimator device is provided on the side of the rotating element 107 , in contrast to 9 ,
In 18 wird
von einer Lichtquelle 103 ausgestrahltes Licht durch ein
Diaphragmaelement 151, welches ausgerichtet ist, wobei
es im Eingriff mit der äußeren Peripherie
der Lichtquelle 103 steht, auf eine Prismalinse 106 übertragen,
die auf einem rotierenden Element 107 befestigt ist, umgewandelt,
in eine paralleles Strahlenbündel
durch einen Kollimatorlinsenabschnitt 165, dessen Brennpunkt
auf die Lichtquelle 103 fällt, total reflektiert durch
die zwei reflektierenden Spiegel 161 und 162 mit
einem Winkel von 90° dazwischen,
dann um 180° abgelenkt
in die Lichteinfallsrichtung und schließlich in einen Fleck 112a auf
dem optischen Positionserfassungselement 108 durch einen
Kondensorlinsenabschnitt 163 gebündelt.In 18 is from a light source 103 emitted light through a diaphragm element 151 which is aligned, engaging with the outer periphery of the light source 103 stands on a prism line 106 transferred on a rotating element 107 is fixed, converted into a parallel beam through a collimator lens section 165 whose focus is on the light source 103 falls, totally reflected by the two reflecting mirrors 161 and 162 with an angle of 90 ° in between, then deflected by 180 ° in the light incidence direction and finally into a spot 112a on the optical position detecting element 108 through a condenser lens section 163 bundled.
Nach
der in 18 gezeigten Konfiguration ist
nicht nur das optische System von einfacherer Struktur, da der Kollimatorlinsenabschnitt 165 in
die Prismalinse 106 integriert ist, sondern können auch die
Lichtquelle 103 und das optische Positionserfassungselement 108 nahe
der Prismenlinse 106 lokalisiert sein, wodurch es ermöglicht wird,
einen Detektor einer dünnen
Struktur zu erhalten.After the in 18 The configuration shown is not only the optical system of simpler structure since the collimator lens section 165 into the prism line 106 is integrated, but you can too the light source 103 and the optical position detecting element 108 near the prism lens 106 be located, thereby making it possible to obtain a detector of a thin structure.
19 bis 25 sind
perspektivische Ansichten, die Konfigurationen optischer Systeme
zeigen, die auf die obigen Beispiele angewendet werden können. 19 to 25 Fig. 15 are perspective views showing configurations of optical systems that can be applied to the above examples.
Ein
in 19 gezeigtes optisches System ist das gleiche
wie das optische System des Beispiels welches in 18 gezeigt
ist, und ist deshalb entworfen, um einen schmalen Fleck 112a auf
dem optischen Positionserfassungselement 108 zu bündeln. Dieses
optische System ist eine Prismenlinse 106 mit einem Kollimatorlinsenbereich 165 und
einem Kondensorlinsenbereich 163. Die Prismenlinse 106 wird gebildet
durch Vorsehen von zwei plankonvexen Linsenabschnitten auf einer
Oberfläche
eines trapezförmigen
Prismas einschließend
zwei reflektierende Oberflächen 161 und 162,
die einen Winkel von 90° dazwischen
haben. Wenn metallische Spiegel auf diesen zwei reflektierenden
Oberflächen 161, 162 jeweils
gebildet werden, werden nicht nur ihre Reflektanzen, sondern auch
die Beleuchtung des optischen Positionserfassungselements 108 weiter
verbessert.An in 19 The optical system shown is the same as the optical system of the example shown in FIG 18 is shown, and is therefore designed to be a narrow spot 112a on the optical position detecting element 108 to bundle. This optical system is a prism lens 106 with a collimator lens area 165 and a condenser lens area 163 , The prism lens 106 is formed by providing two plano-convex lens portions on a surface of a trapezoidal prism including two reflective surfaces 161 and 162 that have an angle of 90 ° in between. If metallic mirrors on these two reflective surfaces 161 . 162 are formed, not only their reflectances, but also the illumination of the optical position detecting element 108 further improved.
Ein
in 20 gezeigtes optisches System wird gebildet durch
Schaffen eines zylindrischen Kondensorlinsenabschnittes 164 anstatt
des Kondensorlinsenabschnittes 163 von 19.
Streifenförmig
gebündeltes
Licht 112b wird auf dem optischen Positionserfassungselement 108 gebildet.An in 20 The illustrated optical system is formed by providing a cylindrical condenser lens section 164 instead of the condenser lens section 163 from 19 , Striped bundled light 112b becomes on the optical position detecting element 108 educated.
Ein
in 21 gezeigtes optisches System nach der Erfindung
wird aus einem Parabolspiegel 174 und einem Parabolspiegel 173 mit
einer einzelnen Oberfläche
gebildet. Die Oberflächen
eines rotierenden Elements 107 werden zu Spiegeloberflächen durch
Beschichten oder Dampfphasenabscheidung gemacht, so daß die optischen
Achsen des Parabolspiegels 174 und des Parabolspiegels 173 mit
einer einzelnen Oberfläche
sich parallel erstrecken und die Brennpunkte davon auf eine Lichtquelle 103 und
ein optisches Positionserfassungselement 108 jeweils fallen.
Von der Lichtquelle 103 ausgestrahlte Lichtstrahlen werden
nicht nur in radialer Richtung reflektiert, sondern auch in ein
paralleles Strahlenbündel gebündelt durch
den Parabolspiegel 174 und solche Lichtstrahlen werden
dann wieder reflektiert in der Einfallsrichtung und in streifenförmiges gebündeltes Licht 112b auf
dem optischen Positionserfassungselement 108 gebündelt durch
den Parabolspiegel 173 mit der einzelnen Oberfläche.An in 21 shown optical system according to the invention is made of a parabolic mirror 174 and a parabolic mirror 173 formed with a single surface. The surfaces of a rotating element 107 are made into mirror surfaces by coating or vapor deposition so that the optical axes of the parabolic mirror 174 and the parabolic mirror 173 with a single surface extending in parallel and the foci thereof on a light source 103 and an optical position detecting element 108 each fall. From the light source 103 emitted light rays are reflected not only in the radial direction, but also in a parallel beam bundled by the parabolic mirror 174 and such light rays are then reflected again in the direction of incidence and in stripe-shaped focused light 112b on the optical position detecting element 108 bundled by the parabolic mirror 173 with the single surface.
Ein
kleiner Fleck 112a kann auf dem optischen Positionserfassungselement 108 unter
Benutzung eines Parabolspiegels 172 anstelle des Parabolspiegels 173 mit
der einzelnen Oberfläche
gebündelt
werden. Die Benutzung eines solchen optischen Systems erlaubt in ähnlicher
Weise, daß der
herzustellende Detektor billig ist.A small spot 112a can on the optical position sensing element 108 using a parabolic mirror 172 instead of the parabolic mirror 173 be bundled with the single surface. The use of such an optical system similarly allows the manufactured detector to be cheap.
22 bis 25 sind
perspektivische Ansichten, die jeweils Teile von optischen Systemen
zeigen, die angewendet werden auf das optische System eines weiteren
optischen Rotationswinkeldetektors. 22 to 25 Fig. 3 are perspective views respectively showing parts of optical systems applied to the optical system of another optical rotation angle detector.
Hierbei
ist anstelle des Diaphragmaelements 105 der vorigen Beispiele
in Diaphragmaelement 117, wie gezeigt in den 22 bis 25,
ausgebildet auf einem Abschnitt mit Ausnahme des 180° Ablenkungsabschnitts,
des Kollimatorlinsenabschnitts, und des Kondensorlinsenabschnitts
auf der rotierenden Seite des optischen Systems.Here, instead of the diaphragm element 105 the previous examples in diaphragm element 117 , as shown in the 22 to 25 formed on a portion except for the 180 ° deflection portion, the collimator lens portion, and the condenser lens portion on the rotating side of the optical system.
Ein
in 22 gezeigtes optisches System beinhaltet ein Diaphragmaelement 117 vorbestimmten
Durchmessers, um die optische Einfallsachse auf der Einfallsoberfläche einer
Prismenlinse 106. Der andere Abschnitt der Einfallsoberfläche ist
mit einer nicht reflektierenden Schicht 116 bedeckt. Dieses
optische System entfernt Streulicht, welches entfernt wird auf dem
optischen Positionserfassungselement durch die Reflexion von peripherischen
Lichtstrahlen einer Lichtquelle 103 auf der Einfallsoberfläche.An in 22 shown optical system includes a diaphragm element 117 predetermined diameter to the optical axis of incidence on the incident surface of a prism lens 106 , The other portion of the incidence surface is with a non-reflective layer 116 covered. This optical system removes stray light which is removed on the optical position detecting element by the reflection of peripheral light rays of a light source 103 on the incident surface.
Ein
in 23 gezeigtes optisches System wird als nächstes beschrieben.
In 23 ist ein Diaphragmaelement 117 vorbestimmten
Durchmessers ausgebildet, um die optische Einfallsachse auf der Einfallsoberfläche einer
Prismenlinse 106 und von den zwei reflektierenden Oberflächen 161 und 162 und
einem Kondensorlinsenabschnitt 163 verschiedene Oberflächen sind
bedeckt mit einer nicht reflektierenden Schicht 116. Dieses
optische System kann nicht nur Streulicht entfernen, das extern
auf die Prismenlinse 106 gestrahlt wird, sondern auch intern
erzeugtes Streulicht.An in 23 The illustrated optical system will be described next. In 23 is a diaphragm element 117 predetermined diameter formed around the optical axis of incidence on the incident surface of a prism lens 106 and from the two reflective surfaces 161 and 162 and a condenser lens section 163 different surfaces are covered with a non-reflective layer 116 , This optical system can not only remove stray light externally on the prism lens 106 is blasted, but also internally generated stray light.
Ein
in 24 gezeigtes optisches System nach der Erfindung
ist entworfen, um Lichtstrahlen durch einen flachen refelktierenden
Spiegel 171, der auf einem rotierenden Element 7 lokalisiert
ist, zu reflektieren. An in 24 The illustrated optical system according to the invention is designed to transmit light rays through a flat reflecting mirror 171 standing on a rotating element 7 is localized to reflect.
Ebenfalls
ist ein in 25 gezeigtes optisches System
von solch einer Konstruktion, daß Diaphragmalemente 117 ebenfalls
gebildet sind auf Oberflächen
eines Kollimatorlinsenabschnitts 167 und eines Kondensorlinsenabschnitts 163 einer
Prismalinse 106 und daß die
Oberflächen,
die verschieden sind von zwei reflektierenden Oberflächen 161, 162,
bedeckt sind mit einer nicht reflektierenden Schicht 160.
Dieses optische System zeigt den Effekt des Entfernens von Streulicht,
welcher äquivalent
ist zu dem Effekt, das ein Doppeldiaphragmasystem zeigt.Also is an in 25 shown optical system of such a construction that diaphragm elements 117 are also formed on surfaces of a Kollimatorlinsenabschnitts 167 and a condenser lens section 163 a prism line 106 and that the surfaces are different from two reflecting surfaces 161 . 162 , covered with a non-reflective layer 160 , This optical system shows the effect of removing stray light, which is equivalent to the effect exhibited by a double-diaphragm system.
Das
heißt,
die in den 21 bis 25 gezeigten
Beispiele können
nicht nur das Diaphragmaelement 105 eliminieren, sondern
auch Streulicht, das auf dem optischen Positionserfassungselement 108 durch
peripherische Lichtstrahlen der Lichtquelle 103, welche
durch das optische System auf der bewegten Seite reflektiert werden,
entfernen. Diese Beispiele können
genausogut Streulicht, welches innerhalb des optischen Systems erzeugt
wird, entfernen, was einen klaren Fleck auf dem optischen Positionserfassungselement 108 erzeugt
und somit die optische Positionserfassungsgenauigkeit weiter verbessert.That is, those in the 21 to 25 Examples shown not only the diaphragm element 105 but also stray light that is on the optical position sensing element 108 by peripheral light rays of the light source 103 , which are reflected by the optical system on the moving side, remove. These examples may as well remove stray light generated within the optical system, leaving a clear spot on the optical position sensing element 108 generates and thus further improves the optical position detection accuracy.
Obwohl
der Fall, wo die Lichtquelle und das optische Positionserfassungselement 108 auf
der Erfassungsschaltkreisplatte 110a separat montiert werden,
zum Beispiel durch Löten,
in den obigen Beispielen beschrieben worden ist, können die
Lichtquelle 103 und das optische Positionserfassungselement 108 gleichzeitig
auf einer Unterstützungsplatte wie
zum Beispiel Glas gebildet werden oder sie können auch auf der Erfassungsschaltkreisplatte 110a gebildet
werden während
der Bearbeitung eines Teils der Oberfläche der Erfassungsschaltkreisplatte 110a.Although the case where the light source and the optical position sensing element 108 on the detection circuit board 110a can be mounted separately, for example by soldering, has been described in the above examples, the light source 103 and the optical position detecting element 108 can be formed simultaneously on a support plate such as glass or they can also be mounted on the detection circuit board 110a are formed during the processing of a part of the surface of the detection circuit board 110a ,
Weiterhin
muß nicht
gesagt werden, daß das optische
System einschl. der Kollimatoreinrichtung, der 180° Ablenkungseinrichtung
und der Kondensoreinrichtung implementiert werden kann durch Kombinieren
verschiedener Arten von Linsen, reflektierender Spiegel und Prismen
verschieden von denen, die in der Zeichnung gezeigt sind.Farther
does not have to
be said that the optical
System including collimator device, 180 ° deflection device
and the condenser means can be implemented by combining
various types of lenses, reflective mirrors and prisms
different from those shown in the drawing.