(57)【要約】【課題】製造コストを減らしかつ機能信頼性を高めることができるエンコーダを得る。【解決手段】透過照明可能な光学位置マーク（３）を有する支持体（２）が、光源（５）と光検出器（４）との間に位置決めされる。位置マーク（３）は偏向光学素子として構成されており、この光学素子が検出器平面の中央結像領域において光（８）の顕著な強度偏差を発生する。これにより、僅かな製造コストで、障害影響に対して強固な測定器を提供することが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの透過照明可能な光学位置マーク（３）を有する支持体であって、この位置マークが光源（５）と光検出器（４）との間に位置決めされるものにおいて、位置マーク（３）が偏向光学素子として構成されており、この光学素子が検出器平面の中央結像領域において光（８）の顕著な強度偏差を発生させることを特徴とする支持体。
【請求項２】
位置マーク（３）が収束レンズとして構成されていることを特徴とする請求項１記載の支持体。
【請求項３】
位置マーク（３）が円柱レンズとして構成されていることを特徴とする請求項２記載の支持体。
【請求項４】
位置マーク（３）が透明支持体（２）に一体に形成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の支持体。
【請求項５】
エンコーダとして役立つ支持体（２）が、測定目盛を形成するように配列された多数の位置マーク（３）を有することを特徴とする先行請求項のいずれか１項記載の支持体。
【請求項６】
透明支持体（２）の位置マーク（３）がほぼ間隔なしに配列されていることを特徴とする請求項５記載の支持体。
【請求項７】
位置マーク（３）が波形に構成され、一種の波軌道として支持体（２）に連続的に配列されていることを特徴とする請求項６記載の支持体。
【請求項８】
支持体（２）が射出成形品として構成されており、軸の周りに同心で配置される位置マーク（３）が角度測定目盛を形成することを特徴とする請求項５、６または７記載の支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの透過照明可能な光学位置マークを有する支持体であって、この位置マークが光源と光検出器との間に位置決め可能であるものに関する。特にエンコーダに利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
例えば回転角度を求めるために一般に、マスクとして構成される円板状支持体に周期的に配列される光を透過させる部分が備えられ、その透過部分がそれらの相対位置に依存して異なる強度で光検出器上に結像される。エンコーダの分解能はなかんずくこれらの透過部分の幅によって決まる。透過部分の最低幅を制約する散乱・回折効果によってコントラストが損なわれる。エンコーダ円板は安定性の理由から任意に薄くしてはならないので、例えば、任意に小さなスリットを打抜き技術で生成することは困難である。散乱・回折効果のゆえにさらに、検出器との距離を極力小さく抑えかつ厳密に調整する必要があり、これは組立と調整に手間のかかる安定した構造を必要とする。良好なコントラストを達成させるために、透過部分の間の間隔もその幅にほぼ一致していなければならず、それによって相応に大きなピッチ間隔とならざるを得ない。例えば付着粒子の態様の汚れが強度分布を直接に損なう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、製造コストを減らしかつ機能信頼性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は少なくとも１つの透過照明可能な光学位置マークを有する支持体であって、その位置マークが光源と光検出器との間に位置決めされ、位置マークが偏向光学素子として構成され、この光学素子が検出器平面の中央結像領域において光の顕著な強度偏差を発生させることを特徴とする。例えば集束する光学素子は位置マークが狭い検出器窓では強く縮小されて結像される。これは結像中心で相応に高められた光強度とこの中心の両側の急減な減少として現れる。これは例えば、上側測定閾値が狭い幅領域を含み、この領域が相応に狭い位置配分を許容することを意味する。特別良好なコントラストはマスクが集束平面にあるときに得られる。しかし偏差が大きい場合にも強度曲線はより浅いがいまなお明確な波形状で結像される。光学素子が比較的大きな面領域を小さくするので、汚れの影響は低減される。光線の平行化によって強度分布と検出器距離との依存関係はかなり低減できる。不感受性のゆえに、位置マークを有する測定器に対する機械的、製造技術的要求は僅かである。
【０００５】
本発明の有利な諸構成は請求項２〜８に明示された特徴から明らかである。
【０００６】
位置マークを収束レンズとして、あるいは円柱レンズとし構成させた位置マークは特別好ましい光学特性を有し、簡単に製造できる。
【０００７】
位置マークを透明支持体に一体に形成させれば位置マークを付加的製造工程なしに例えば射出成形過程で生成することができ、エンコーダとして役立つ支持体を、測定目盛を形成するように配列された多数の位置マークを有するようにしても、同様に位置マークを付加的製造工程なしに例えば射出成形過程で生成することができる。また、位置マークは球状隆起部として構成しておくこともできる。
【０００８】
透明支持体の位置マークをほぼ間隔なしに配列させる構成によって、高い結像鮮明度で位置マーク間のピッチ間隔を最小に低減させることができる。
【０００９】
位置マークを波形に構成し、一種の波軌道として支持体に連続的に形成する構成は特別強いコントラスト差をもって選択的集束と散乱とを生じさせることができる。
【００１０】
支持体が射出成形品として構成され、軸の周りに同心で配置される位置マークが角度測定目盛を形成する構成は特別好ましい応用であり、それによればコンパクトな円板状支持体上に僅かなコストで位置マークを形成することができる。それとともにこのようなエンコーダは小型化回転モジュールに一層容易に一体化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の１実施形態が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。
【００１２】
図１と図２によれば、角度測定器が定置式の測定ヘッド１と軸の周りを回転可能な円板状支持体２を備えている。支持体は同心で周期的に配設されて円柱レンズとして構成された位置マーク３を備えており、これらの位置マークが角度測定目盛を形成している。測定ヘッドは支持体２の片側に位置マーク３の領域に光検出器４、反対側に光を検出器４の方向に放射する光源５を有している。計数目盛を形成する位置マーク３は検出器４の側で透明支持体２に円筒形隆起部として一体に構成され、僅かなピッチ間隔で直接に隣接させて配列されている。複数軌道の位置マークを、対応する多重検出器となるように、符号化位置目盛を設けることもできる。
【００１３】
検出器４は、位置マーク３の大きさに対して相対的に幅の狭いここには図示しない検出器窓を正確な位置配分のために備えており、異なる光強度を正確に区別することができるようになっている。位置配分を改善するために、少なくとも２つの検出器を、回転方向に設けた高解像度ラインセンサへとしてまとめることも可能である。
【００１４】
検出器窓はこの場合円柱レンズの自由正面から距離ｄ１を置いてレンズの焦点内に配列されている。この距離は、測定精度を著しく損なうことなく例えば値ｄ２に拡大することができる。なお評価可能な検出器信号を可能とする他の距離ｄ３が、先行技術による位置マークとの違いを以下で示すのに役立つであろう。
【００１５】
支持体は、その角度位置または角度変化を監視されねばならない詳しくは図示しない軸と相対回転不能に結合するためのハブ６をその中心に備えている。放射状星形に配置される補強リブ７がハブ６と位置マーク３との間に延びている。
【００１６】
図３〜図５は、それぞれ異なる種類の位置マークを有する走査区間にわたって検出器平面における光強度ＬＩの分布を距離ｄ１、ｄ２、ｄ３において示す。
【００１７】
図３が支持体２の一部を示しており、理解を助けるためにここでは位置マーク３が隆起球冠体として図示されている。距離ｄ１において検出器の受信窓は収束レンズとして構成される位置マーク３の焦点内にある。光源５（図１）から送信される光８が収束レンズによって強く集束され、位置マークの中心上には強く高められた光強度ＬＩが支配し、この光強度は中心の両側に向かって急激に低下し、マーク領域の内側で最低値へと低下する。このように明確に際立った信号Ｓ１は外的障害に対して特別強固である。距離ｄ２において信号Ｓ２は確かに多少浅くなるが、しかしいまなお明確かつ良好に検出可能に際立っている。距離ｄ３でも、光強度分布はなお明確に波形信号Ｓ３として認識可能である。
【００１８】
図４によれば支持体２の位置マーク３は支持体の検出器に向き合う側に波として形成されている。横断面において恒常的波線が、集束する凹面部分と散乱する凸面部分とに相交互するように、多数の波が配置されている。その際、図３による位置マークにおけると同様の明確な強度分布が得られる。
【００１９】
図５は不透明支持体の単純なスリット状開口部９の態様の公知の位置マークを示す。狭い距離ｄ１では光強度ＬＩの違いが信号Ｓ１よりもなお明確に際立ってはいるが、しかし図３、図４によるほどに鮮明に集束されてはいない。同様に大きなレベル差を達成するには強力な光源が必要である。信号Ｓ１’の極大はマーク位置にあまり正確には割り当てることができない。距離ｄ２において極大と極小との間の信号Ｓ２’の態様の強度差は散乱・回折効果によって既にかなり平らになっており、距離ｄ３では既にもはや存在していない。従って、もはや評価可能でない相応する信号Ｓ３’の推移は直線的に水平である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図２のＩ‐Ｉ線に沿って一部を断面で示す本発明に係る角度測定器の側面図である。
【図２】図１による角度測定器の平面図である。
【図３】図１、図２による角度測定器の機能線図である。
【図４】本発明による別の角度測定器の機能線図である。
【図５】先行技術による角度測定器の機能線図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  測定ヘッド、２  支持体、３  位置マーク、４  検出器、５  光源、６  ハブ、７  補強リブ、８  光、９  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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