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GEBIET DER ERFINDUNG
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Verschiedene
Ausführungsformen
der hierin beschriebenen Erfindung betreffen das Gebiet der optischen
Kodierer und damit assoziierte Bauteile, Vorrichtungen, Systeme
und Methoden.
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HINTERGRUND
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Optische
Multi-turn Kodierer (multi-turn optical encoders) werden in vielen
verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Die mechanische Konstruktion
optischer Multi-turn Kodierer basiert üblicherweise auf einem Zahnradgetriebedesign,
wobei die Zahnräder
mit Öffnungen
oder Leerstellen versehen sein müssen,
damit das Licht die Zahnräder
für die
anschließende
Kollimation, Reflexion oder Detektion passieren kann. Die Öffnungen
oder Leerstellen verhindern häufig,
dass die Zahnräder
in optischen Kodierern sehr dicht aneinander gepackt werden, und
limitieren ferner die Präzision,
die bei Spritzgusszahnrädern
erhalten werden mag. Weiterhin sind Substrate, wie zum Beispiel
gedruckte Leiterplatten, flexible Schaltungen und dergleichen, typischerweise
auf beiden Seiten des Zahnradgetriebes notwendig, um solchen optischen
Kodierern die erforderliche mechanische Integrität zu verleihen. Schließlich sind
optische Multi-turn Kodierer üblicherweise
nicht in der Lage, partielle Umdrehungen der darin angeordneten Scheiben
oder Zahnräder
zu erkennen.
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Magnetische
Multi-turn Kodierer sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt,
werden aber durch externe Magnetfelder leicht beeinträchtigt,
und können nicht
bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden, ohne entmagnetisiert
zu werden. Solche Charakteristika beschränken offensichtlich die Art und
Anzahl von Anwendungen, bei denen magnetische Multi-turn Kodierer
verwendet werden mögen.
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Wofür Bedarf
besteht, ist ein Multi-turn Kodierer, der kompakter hergestellt
werden mag, der mit geringeren Kosten und höherer Präzision produziert werden mag,
und der es ermöglicht,
partielle Umdrehungen Scheiben zu erkennen und zu messen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einigen Ausführungsformen
wird ein optisches Multi-turn Reflexionskodierersubmodul bereitgestellt,
das aufweist: ein Zahnrad, das einen gezahnte äußere Peripherie und eine obere
Oberfläche aufweist,
welche keine darin angeordneten Öffnungen
oder Leerstellen besitzt, eine gezahnte rotierbare Achse, die an
einer Unterseite des ersten Zahnrads angebracht ist, einen optisch
reflektierenden ersten Bereich, der auf einem ersten Teil der oberen Oberfläche angeordnet
ist, einen optisch im Wesentlichen nicht reflektierenden zweiten
Bereich, der auf einem zweiten Teil der oberen Oberfläche angeordnet
ist, und ein Substrat, das oberhalb und gegenüber der oberen Oberfläche angeordnet
ist, wobei das Substrat einen Lichtemitter und ein erstes und zweites
Array von Lichtdetektoren aufweist, welche auf dem Substrat so angeordnet
und konfiguriert sind, dass die von den ersten und zweiten Arrays
von Lichtdetektoren bereitgestellten ersten und zweiten Ausgangssignale
gegeneinander durch eine vorgegebene Phasendifferenz phasenverschoben
sind, und wobei das Zahnrad und das Substrat untereinander so konfiguriert
und angeordnet sind, dass zumindest Teile des vom Lichtemitter emittierten
und in den ersten Bereich einfallenden Lichts zu zumindest Teilen
des ersten und zweiten Arrays von Lichtdetektoren zur Detektion
reflektiert werden, während
das Zahnrad und das Substrat gegeneinander rotieren, und zumindest
Teile des vom Lichtemitter emittierten und in den zweiten Bereich
einfallenden Lichts im Wesentlichen vom zweiten Bereich nicht reflektiert werden
und von dem ersten und zweiten Array von Lichtdetektoren nicht detektiert
werden, während
das Zahnrad und das Substrat gegeneinander rotieren.
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In
einer anderen Ausführungsform
wird ein optisches Multi-turn Reflexionskodierersubmodul bereitgestellt,
das aufweist: ein Zahnrad, das einen gezahnte äußere Peripherie und eine obere
Oberfläche aufweist,
welche keine darin angeordneten Öffnungen
oder Leerstellen besitzt, eine gezahnte rotierbare Achse, die an
einer Unterseite des ersten Zahnrads angebracht ist, einen optisch
reflektierenden ersten Bereich, der auf einem ersten Teil der oberen Oberfläche angeordnet
ist, einen optisch im Wesentlichen nicht reflektierenden zweiten
Bereich, der auf einem zweiten Teil der oberen Oberfläche angeordnet
ist, und ein geschichtetes (stacked) Halbleiterchip-Substrat (die substrate),
das oberhalb und gegenüber
der oberen Oberfläche
angeordnet ist, wobei das Substrat einen Lichtemitter aufweist und
ein erstes und zweites Array von Lichtdetektoren besitzt, welche
darauf so angeordnet und konfiguriert sind, dass die von dem ersten
und zweiten Array von Lichtdetektoren bereitgestellten ersten und
zweiten Ausgangssignale gegeneinander durch eine vorgegebene Phasendifferenz
phasenverschoben sind, und wobei das Zahnrad und das Substrat untereinander
so konfiguriert und angeordnet sind, dass zumindest Teile des vom
Lichtemitter emittierten und in den ersten Bereich einfallenden
Lichts zu zumindest Teilen des ersten und zweiten Arrays von Lichtdetektoren zur
Detektion reflektiert werden, während
das Zahnrad und das Substrat gegeneinander rotieren, und zumindest
Teile des vom Lichtemitter emittierten und in den zweiten Bereich
einfallenden Lichts im Wesentlichen vom zweiten Bereich nicht reflektiert
werden und von dem ersten und zweiten Array von Lichtdetektoren
nicht detektiert werden, während
das Zahnrad und das Substrat gegeneinander rotieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein optisches Multi-turn Reflexionskodierersubmodul bereitgestellt,
das aufweist: ein Zahnrad, das einen gezahnte äußere Peripherie und eine obere
Oberfläche aufweist,
welche keine darin angeordneten Öffnungen
oder Leerstellen besitzt, eine gezahnte rotierbare Achse, die an
einer Unterseite des ersten Zahnrads angebracht ist, eine optisch
reflektierende Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte, die auf, in oder
nahe der oberen Oberfläche
angeordnet ist, und ein Substrat, das oberhalb und gegenüber der
oberen Oberfläche
angeordnet ist, wobei das Substrat einen Lichtemitter und zumindest
einen ersten und zweiten Lichtdetektor aufweist, welche auf dem
Substrat so angeordnet und konfiguriert sind, dass die davon bereitgestellten
ersten und zweiten Ausgangssignale gegeneinander durch eine vorgegebene
Phasendifferenz phasenverschoben sind, und wobei das Zahnrad und
das Substrat untereinander so konfiguriert und angeordnet sind,
dass zumindest Teile des vom Lichtemitter emittierten und auf die
optisch reflektierende Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte
einfallenden Lichts davon zu dem ersten und zweiten Lichtdetektor
zur Detektion reflektiert werden, während das Zahnrad und das Substrat
gegeneinander rotieren.
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Weitere
Ausführungsformen
werden hierin offenbart oder werden für den Fachmann ersichtlich, nachdem
er die Beschreibung und die Zeichnungen hiervon gelesen und verstanden
hat.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Verschiedene
Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen
und Ansprüchen
ersichtlich, in denen:
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1(a) bis 1(c) perspektivische
Auf- bzw. Seitenansichten einer Ausführungsform eines Submoduls 5 zeigen,
das multiple Lichtdetektoren aufweist, welche entlang kreisförmiger Bahnen
angeordnet sind;
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2(a) bis 5(b) verschiedene
Ansichten verschiedener Ausführungsformen
von optischen Multi-turn Reflexionskodierer mit multiplen Lichtdetektoren
zeigen;
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6(a) und 6(b) perspektivische
Auf- bzw. Seitenansichten einer Ausführungsform eines Submoduls 5 zeigen,
das geschichtete Halbleiterchipsensorsysteme aufweist;
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7(a) bis 10(b) verschiedene
Ansichten verschiedener Ausführungsformen
von optischen Multi-turn Reflexionskodierer mit geschichteten Halbleiterchipsensoren
zeigen;
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11(a) und 11(b) perspektivische Auf-
bzw. Seitenansichten einer Ausführungsform
eines Submoduls 5 zeigen, das ein Sensorsystem mit variabler
Tönungsdichte
aufweist;
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12(a) bis 15(b) verschiedene
Ansichten verschiedener Ausführungsformen
von optischen Multi-turn Reflexionskodierer mit Sensoren mit variabler
Tönungsdichte
zeigen;.
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16(a) und 16(b) repräsentative Ausgangssignale
darstellen, welche von den Lichtdetektor- und -sensorsystemen der
Submodule 5 gemäß einiger
Ausführungsformen
bereitgestellt werden; und
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17 eine
Ausführungsform
eines Blockdiagramms eines Multi-turn Reflexionskodierers zeigt.
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Die
Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Ziffern
bezeichnen durch die Zeichnungen hinweg gleiche Teile oder Schritte,
außer
es ist anders angegeben.
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GENAUE BESCHREIBUNG EINIGER
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Hierin
offenbart wird eine Reihe verschiedener Ausführungsformen optischer Multi-turn
Reflexionskodierer mit unterschiedlichen Lichtsensorsystemen. Hierin
offenbart werden drei unterschiedliche Basiskonfigurationen an optischen
Multi-turn Reflexionskodierer-Lichtsensorsystemen: (a) optische
Kodierer unter Verwendung multipler Arrays von Lichtdetektoren;
(b) optische Kodierer unter Verwendung multipler Arrays geschichteter
Halbleiterchip-Lichtsensoren
(stacked die light sensors); und (c) optische Kodierer unter Verwendung
von Lichtsensorsystemen mit variabler Tönungsdichte.
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Unter
Bezug auf die 1(a) bis 1(c) wird
eine Ausführungsform
eines Teils oder Submoduls 5 eines optischen Multi-turn
Reflexionskodierermoduls 10 mit multiplen Detektoren (Modul 10 nicht gezeigt
in den 1(a) bis 1(c),
aber nachfolgend im Detail diskutiert im Zusammenhang mit den 2(a) bis 5(b))
gezeigt, worin optisch reflektierte Lichtwellen oder -strahlen durch
multiple in Arrays angeordnete Lichtdetektoren erkannt werden, welche
verwendet werden, um die Bewegung von Zahnrad 40 zu erkennen,
und dabei die Rotation eines angeschlossenen Antriebsrads (pinion)
(nicht gezeigt in den 1(a) bis 1(c)) zu erkennen und aufzuzeichnen. Um die Rotation
des Zahnrads 40 zu erkennen und aufzuzeichnen, ist ein
optisch reflektierender erster Bereich 35 in oder auf obere Oberfläche 31 des
Zahnrads 40 ausgebildet oder daran angebracht, und der
Emitter 28 und multiple in Arrays 22 und 24 angeordnete
Lichtdetektoren sind dem optisch reflektierenden ersten Bereich 35 zugewandt
platziert. Die 1(a) bis 1(c) zeigen
die optische Konfiguration und Kopplung von Submodul 5 zwischen
Zahnrad 40, Emitter 28, Lichtdetektorarrays 22 und 24 und
dem optisch reflektierenden ersten Bereich oder der reflektierenden
Kodierscheibe 35 und dem Zahnrad, wobei die von der oberen Oberfläche 31 definierte
Ebene im Wesentlichen parallel zu der von der unteren Oberfläche 21 des
Substrats 20 definierten Ebene ist.
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Weiter
unter Bezug auf die 1(a) bis 1(c) weist das Zahnrad 40 eine gezahnte äußere Peripherie 41 auf,
und eine obere Oberfläche 31 des Zahnrads 40 besitzt
keine darin angeordneten Aperturen oder Löcher. Eine gezahnte rotierbare
Welle 67 ist angebracht an oder angeordnet auf oder in
der Unterseite 37 des Zahnrads 40. Die Welle 67 wird durch
die Aktion einer passend eingreifenden verschiedenen Welle (nicht
gezeigt in den 1(a) bis 1(c))
zur Drehung veranlasst, wobei die Anzahl ihrer erfolgten Umdrehungen
oder ihre absolute Position zu bestimmen sind.
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Der
optisch reflektierende erste Bereich 35 ist auf oder in
einem ersten Teil der oberen Oberfläche 31 angeordnet
oder ausgebildet, während
ein optisch im Wesentlichen nicht reflektierender zweiter Bereich 33 auf
oder in einem zweiten Teil der oberen Oberfläche 31 angeordnet
oder ausgebildet ist. Das Substrat 20 ist funktionsfähig oberhalb
angeordnet und liegt der oberen Oberfläche 31 gegenüber. Es
ist anzumerken, dass der optisch reflektierende erste Bereich 35 nicht
doughnut-, scheiben- oder ringförmig
zu sein braucht und eine beliebige geeignete Gestalt annehmen mag,
die konfiguriert ist, Licht davon zu reflektieren, was in Verbindung
mit den speziellen Geometrien der Arrays 22 und 24,
die ausgewählt wurden,
geeignete Ausgangssignale von den Arrays an Lichtdetektoren 22 und 24 erzeugt.
In der in den 1(a) bis 1(c) gezeigten
Ausführungsform weist
das Substrat 20 den Lichtemitter 28 und ein erstes
und zweites Array von Lichtdetektoren 22 und 24 auf,
die entlang erster und zweiter Bahnen 17 und 19 angeordnet
sind, welche entlang eines ersten und zweiten Durchmesser entsprechend
den ersten und zweiten Radius r1 bzw. r2 angeordnet sind. Der erste Radius r1 ist kleiner als der zweite Radius r2.
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In
den 1(a) bis 1(c) sind
das Zahnrad 40 und das Substrat 20 untereinander
so konfiguriert und angeordnet sind, dass zumindest Teile des vom
Lichtemitter 28 emittierten und in den ersten Bereich 35 einfallenden
Lichts 23 reflektierte Lichtstrahlen 25 bilden,
die zu zumindest Teilen der ersten und zweiten Arrays von Lichtdetektoren 22 und 24 zur Detektion
gerichtet sind, während
das Zahnrad 40 und das Substrat 20 gegeneinander
rotieren. Weiterhin werden zumindest Teile des vom Lichtemitter 28 emittierten
und in den zweiten Bereich 33 einfallenden Lichts 23 vom
zweiten Bereich 33 im Wesentlichen nicht reflektiert und
folglich von den ersten und zweiten Arrays von Lichtdetektoren 22 und 24 nicht detektiert
werden, während
das Zahnrad 40 und das Substrat 22 gegeneinander
rotieren.
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Wie
in der in den 1(b) und 1(c) dargestellten
Ausführungsform
ferner gezeigt, überlappen
zumindest Teile der ersten und zweiten kreisförmigen Bahnen 17 und 19 einander
radial durch einen gemeinsamen Bogenwinkel oder gemeinsame Radien,
während
andere Teile der ersten und zweiten Bahnen 17 und 19 nicht
radial überlappen
und radial voneinander abgesetzt sind. In einer Ausführungsform
ist etwa die Hälfte
jeder der Bahnen 17 und 19 mit individuellen Lichtdetektoren
besetzt, welche die Arrays 22 und 24 bilden, und
die Fotodioden, Fotodetektoren oder jegliches andere geeignete Lichtsensorbauteil
sein mögen.
In der in den 1(a) bis 1(c) gezeigten
Ausführungsform
des Submoduls 5 sind 20 individuelle Lichtdetektoren gleichmäßig entlang
jeder der Bahnen 17 und 19 verteilt. Zahlreiche
von den in den 1(a) bis 1(c) gezeigten abweichende
Anzahlen, Abstände
und Konfigurationen der einzelnen, die Arrays 22 und 24 bildenden Lichtdetektoren
und der Arrays 22 und 24 sind jedoch ebenfalls
vorgesehen. Zum Beispiel brauchen die individuellen Lichtdetektoren
der Arrays 22 und 24 nicht entlang eines Bogens
oder einer Kreisbahn angeordnet sein, sondern können stattdessen entsprechend
anderer Geometrien oder räumlicher
Muster auf dem Substrat 20 angeordnet sein. Solche Muster oder
Geometrien der Arrays 22 und 24, die individuelle
Lichtdetektoren aufweisen, mögen
miteinander verschachtelt (interleaved) sein, einander überlappen,
gegeneinander versetzt (staggered) sein, in variierenden oder überlappenden
Radien angeordnet sein usw. In einigen Ausführungsformen mögen die individuellen
Lichtdetektoren der Arrays 22 und 24 so auf dem
Substrat 20 angeordnet und lokalisiert sein, dass die Ausgangssignale
von den Arrays erwünschte
Morphologien annehmen, wie zum Beispiel sich gleichmäßig verändernde
sinusförmige
Kurven, dreieckige Kurven, quadratische oder abgestumpfte Kurven,
maßgeschneiderte
Ausgangssignale oder jede andere erwünschte Form eines Ausgangssignals,
die durch das räumliche
Muster oder die Arraygeometrien bestimmt wird. In anderen Ausführungsformen sind
die Lichtdetektoren in den Arrays 22 und 24 entlang
von Kreisbahnen angeordnet, die durch die versetzten und miteinander
verschachtelten Arrays 22 und 24 definiert sind,
welche Lichtdetektoren aufweisen, welche zwischen den inneren und äußeren Radienalternieren,
wobei die Arrays 22 und 24 die gleichen Radien
teilen, und die Lichtdetektoren entlang der beiden Radien versetzt
und miteinander verschachteltet sind. Eine derartige Konfiguration
kann die Auswirkungen der reflektierten Lichtbündel oder -strahlen 25,
die ungleichförmig
auf an unterschiedlichen Radien platzierten Lichtdetektorarrays
fallen, reduzieren oder eliminieren. Ferner mögen auch mehr als die zwei
Arrays von Lichtdetektoren 22 und 24 verwendet
werden.
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Obwohl
in der Ausführungsform
gemäß der 1(a) bis 1(c) ein
einzelner Lichtemitter 28 gezeigt ist, mögen andere
Anzahlen von Emittern oder Arrays von Emittern ebenfalls verwendet
werden. Anzumerken ist weiterhin, dass der Lichtemitter 28 vorzugsweise
ausgerichtet mit der zentralen Rotationsachse des Zahnrads 40 befestigt
ist.
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Die
ersten und zweiten Ausgangssignale werden generiert durch die ersten
und zweiten Arrays von Lichtdetektoren 22 und 24 und
die damit assoziierten Sensor- und Prozessierungsschaltkreise. Während das
Zahnrad 40 und der optisch reflektierende erste Bereich 35 rotieren,
nimmt die Anzahl der entlang der Bahnen 17 und 19 angeordneten
Lichtdetektoren, die Licht empfangen, auf einer der Bahnen 17 und 19 zu
und verringert sich auf der anderen Bahn. Nachdem das Zahnrad 40 und
der optisch reflektierende erste Bereich 35 eine einzelne
Umdrehung ausgeführt
haben, wurde ein Zyklus eines ersten Ausgangssignals und zweiten
Ausgangssignals generiert (siehe die 16(a) und 16(b), nachfolgend im Detail beschrieben).
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In
einer Ausführungsform
werden die entlang Bahn 17 angeordneten individuellen Lichtdetektoren elektrisch
parallel geschaltet und erzeugen ein einzelnes erstes Ausgangssignal,
während
die entlang Bahn 19 angeordneten individuellen Lichtdetektoren ebenfalls
elektrisch parallel geschaltet werden und ein einzelnes zweites
Ausgangssignal erzeugen. Dieses ersten Ausgangsignal und dieses
zweites Ausgangssignal sind gegeneinander durch eine vorbestimmte
Phasendifferenz, die durch die relative Überlappung und die Positionierung
der einzelnen entlang der Bahnen 17 und 19 angeordneten
Lichtdetektoren in den Arrays 22 und 24 bestimmt
wird, phasenverschoben. In einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die resultierende Phasenverschiebung 90 Grad, sodass ein erstes
Sinus- und ein zweites Cosinus-Ausgangssignal bereitgestellt werden.
(Anzumerken ist jedoch, dass sinusförmige Ausgangssignale nicht
erforderlich sind. Andere Arten von Ausgangssignalen mögen ebenfalls
erfolgreich verwendet werden, solange die Zahnradposition aus ihnen abgeleitet
werden kann.) Alternativ werden ausgewählte der durch die individuellen
entlang der Bahnen 17 und 19 angeordneten Lichtdetektoren
bereitgestellten Signale gebündelt
(multiplexed) und von einem Prozessor sortiert, um die erwünschten
Ausgangssignale und die Phasendifferenz zwischen selbigen bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform
mögen die
individuellen entlang der Bahnen 17 und 19 angeordneten
Lichtdetektoren, die unter Verwendung eines Schaltkreises festverdrahtet
oder unter Verwendung eines Prozessors zugeteilt sein können, in
den Arrays 22 und 24 so konfiguriert sein, dass
sie verschiedene Gewichte und Sensitivitäten aufweisen.
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Die 1(a) bis 1(c) zeigen,
dass das Zahnrad 40 keine darin angeordneten Löcher oder Aperturen
besitzt, was dem Flächenbereich
der oberen Oberfläche 31 maximiert,
welcher dem reflektierenden ersten Bereich 35 und dem nicht
reflektierenden zweiten Bereich 33 zugeordnet werden mag.
Anzumerken ist, dass solange von den Lichtdetektorarrays 22 und 24 eine
unzureichende Lichtmenge zur Detektion reflektiert wird, der nicht
reflektierende Bereich teilweise reflektierend sein mag. Das Fehlen von
im Zahnrad 40 angeordneten Löchern oder Aperturen hat die
Eignung zur Folge, das Zahnrad 40 kleiner herzustellen,
als es ansonsten sein könnte,
ohne wesentlich optische Leistungsfähigkeit oder Effizienz zu opfern.
Das Fehlen von im Zahnrad 40 angeordneten Löchern oder
Aperturen hat ferner die Eignung zur Folge, Zahnrad 40 mit
sehr engen und genauen Toleranzen zu produzieren – auch wenn
das Zahnrad 40 von sehr geringer Größe sein mag – da im
Zahnrad 40 keine Löcher
oder Aperturen vorliegen, die ansonsten im Zahnrad 40 Verwindungen
hervorrufen oder Verformungen einführen mögen, wenn es zum Beispiel durch
Spritzguss ausgebildet wird, wie Zahnräder in einigen optischen Reflexionskodierern aus
dem Stand der Technik, oder die das Herstellungsverfahren in anderer
Weise erschweren mögen. Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Zahnrad 40 aus Kunststoff, einem Polymer oder Polymeren,
Metall oder einem beliebigen anderen geeigneten Material gestaltet
und mag durch ein beliebiges aus einer Reihe geeigneter Herstellungsverfahren
ausgebildet werden, wie zum Beispiel Spritzguss, mechanische Bearbeitung,
Warmformen usw. Die Welle 67 kann für eine Insertion in die Unterseite 37 von
Zahnrad 40 entsprechend einem beliebigen einer Reihe verschiedener
Verfahren konfiguriert sein, wie zum Beispiel Druckeinpassung (pressure
fitting), Kleben, Epoxidharz, Guss (molding), mechanische Befestigungsmittel,
wie zum Beispiel Schrauben oder Stifte, und dergleichen.
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Die 2(a) und 2(b) zeigen
perspektivische Auf- bzw. Seitenansichten einer Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10a, der
eine Mehrzahl von optischen Multi-turn Reflexionskodierersubmodulen 5a bis 5g aufweist,
welche jeweils Zahnräder 40a bis 40g und
entsprechende Substrate 20a bis 20g aufweisen.
Wie in den 2(a) und 2(b) gezeigt,
nimmt der optische Multi-turn Reflexionskodierer 10a die
Submodule 5a bis 5g zwischen dem oberseitigen
Substrat 70 und dem unterseitigen Substrat 72 auf.
Das oberseitige Substrat 70 weist eine darin angeordnete
zentrale Öffnung 50 auf,
die zur funktionsfähigen
Aufnahme eines Antriebsrads (pinion) (in den Figuren nicht gezeigt)
darin und durch sie hindurch zum rotierbaren Eingreifen mit dem
Zahnrad 85 konfiguriert ist. Die Anzahl von erfolgten Rotationen
oder Umdrehungen durch oder die absolute Position eines derartigen
Antriebsrads mag mit Hilfe des optischen Multi-turn Kodierers 10a gemessen
werden.
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In
der in den 2(a) und 2(b) veranschaulichten
Ausführungsform
des optischen Multi-turn Kodierers 10a finden sich sieben
Submodule 5a bis 5g, von denen jedes zwei Bits
an Auflösung bezüglich der
Anzahl von erfolgten Rotationen oder Umdrehungen durch die oder
der absoluten Position des Antriebsrads oder der Welle bereitstellt,
welche durch die zentrale Öffnung 50 eingepasst
ist und das innerhalb des Moduls 10a angeordnete Zahnradgetriebe
in Eingriff nimmt. In einem 14-Bit optischen Multi-turn Reflexionskodierer
mögen die
von jedem der Submodule 5a bis 5g, die in Kodierermodul
oder System 10a enthalten sind, generierten Signale prozessiert
werden, um 2-Bit Positionen für
jedes der Zahnräder 40a bis 40g im
System 10a zu ergeben. Folglich werden sieben Sets von
Submodulen 5a bis 5g bereitgestellt, um ein 14-Bit
Absolut-Postions-Kodierermodul oder -System 10a zu ergeben.
Andere Auflösungen
mögen natürlich von
verschiedenen Ausführungsformen
des Systems 10a bereitgestellt werden, wie zum Beispiel
2-Bit Systeme (ein Submodul 5), 4-Bit Systeme (zwei Submodule 5),
6-Bit Systeme (drei Submodule 5), 8-Bit Systeme (vier Submodule 5),
10-Bit Systeme (fünf
Submodule 5), 12-Bit Systeme (sechs Submodule 5),
16-Bit Systeme (acht Submodule 5) usw. Weiterhin mögen die
hierin offenbarten verschiedenen Submodule zur Bereitstellung von
4 Bits an Auflösung
konfiguriert sein, wodurch sich die Auflösung, die in Bezug auf 2-Bit
Systeme erhalten werden mag, verdoppelt.
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Unter
Bezug auf die 3(a) bis 5(b) werden
drei zusätzliche
Ausführungsformen
optischer Multi-turn Reflexionskodierermodule 10b bis 10d veranschaulicht,
die multiple Lichtdetektoren auf ähnliche Art wie die in 1(a) bis 2(b) dargestellt
verwenden. Die 3(a) und 3(b) veranschaulichen
eine Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10b,
das drei Submodule 5a bis 5c aufweist, die in
einer Topschicht davon angeordnet sind, und die von den Zahnrädern 81, 83, 84 und 85 angetrieben
werden, die in einer unteren Schicht davon angeordnet sind. Die
in den 3(a) und 3(b) gezeigte
Ausführungsform des
optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10b ist zur Bereitstellung
von 12 Bits an Auflösung
in der Lage, da das Modul 10b drei Submodule 5a, 5b und 5c enthält. Wenn
jedes zweite Zahnrad übergangen wird,
werden von jedem der Submodule 5a, 5b und 5c 4
Bits ausgegeben. Folglich ergibt das zweite Zahnrad 4 Bits, das
vierte Zahnrad ergibt 4 Bits, und das sechste Zahnrad ergibt 4 Bits,
für eine
Gesamtzahl von 12 Bits. Die 4(a) und 4(b) zeigen eine Ausführungsform eines optischen
Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10c, das vier Submodule 5a bis 5d aufweist,
die in einer unteren Schicht davon angeordnet sind, und die von
den Zahnrädern 81, 83 und 85 angetrieben
werden, die in einer oberen Schicht davon angeordnet sind. Die in
den 4(a) und 4(b) gezeigte
Ausführungsform
des optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10c ist zur
Bereitstellung von 14 Bits an Auflösung in der Lage, da das Modul 10c vier
Submodule 5a, 5b, 5c und 5d enthält. Das
erste Zahnrad ergibt 2 Bits, und das dritte, fünfte und siebente Zahnrad ergeben
jeweils 4 Bits, für
eine Gesamtzahl von 14 Bits. Die 5(a) und 5(b) zeigen eine Ausführungsform eines optischen
Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10d, das sieben Submodule 5a bis 5g aufweist,
die in Top- und unteren Schichten davon angeordnet sind, und die
von den gezahnten Peripherien der Zahnräder 40a bis 40g,
den Zahnrädern 62 und 64 und
den gezahnten Wellen 67a bis 67g angetrieben werden,
die in oberen und unteren Schichten davon angeordnet sind. Die in
den 5(a) und 5(b) gezeigte
Ausführungsform
des optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10d ist zur
Bereitstellung von 14 Bits an Auflösung in der Lage, da das Modul 10d sieben
Submodule 5a bis 5g enthält, von denen jedes 2 Bits
an Auflösung
bereitstellt.
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Unter
Bezug auf die 6(a) und 6(b) wird
eine Ausführungsform
eines Teils oder Submoduls 5 eines optischen Multi-turn
Reflexionskodierermoduls 10 mit multiplen Detektoren (Modul 10 nicht gezeigt
in den 6(a) oder 6(b),
aber nachfolgend im Detail diskutiert im Zusammenhang mit den 7(a) bis 10(b))
gezeigt, worin optisch reflektierte Lichtstrahlen oder -bündeln unter
Verwendung eines geschichteten Halbleiterchip-Sensorsystems erkannt
werden, das in den in den 6(a) und 6(b) veranschaulichten Ausführungsformen, Paare konzentrisch
angeordneter halbringförmiger Lichtdetektoren 24a und 24b sowie 22a und 22b verwendet,
um die Bewegung von Zahnrad 40 abzutasten, und dabei die
Rotation eines angeschlossenen Antriebsrads (nicht gezeigt in den 6(a) und 6(b))
abzutasten und aufzuzeichnen. Um die Rotation des Zahnrads 40 abzutasten
und aufzuzeichnen, ist ein optisch reflektierender erster Bereich 35 auf
der oberen Oberfläche 31 des
Zahnrads 40 ausgebildet oder daran angebracht, und der
Emitter 28 und Paare halbringförmiger Detektoren 22a und 22b sowie 24a und 24b sind
dem optisch reflektierenden ersten Bereich 35 zugewandt
platziert. Die 6(a) und 6(b) zeigen
die optische Konfiguration und Kopplung von Submodul 5 zwischen
Zahnrad 40, Emitter 28, den Paare oder Arrays
von Lichtdetektoren 22a und 22b sowie 24a und 24b und
dem optisch reflektierenden ersten Bereich oder der reflektierenden
Kodierscheibe 35 und dem Zahnrad, wobei die von der oberen
Oberfläche 31 definierte Ebene
im Wesentlichen parallel zu der von der unteren Oberfläche 21 des
Substrats 20 definierten Ebene ist.
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Es
ist anzumerken, dass die Gestalt und Anzahl der Lichtdetektoren 24a und 24b sowie 22a und 22b hinsichtlich
der in den Figuren gezeigten Konfigurationen modifiziert werden
mögen,
ohne vom Umfang einiger Ausführungsformen
der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel brauchen die einzelnen Lichtdetektoren 24a und 24b sowie 22a und 22b nicht halbringförmig zu
sein, sondern mögen
jede andere geeignete Geometrie oder Gestalt annehmen, die zu einer
ausreichenden optischen Kopplung mit dem reflektierten Licht 25 in
der Lage ist. Für
jeden Array von Lichtdetektoren 22 du 24 mögen mehr
als zwei Lichtdetektoren bereitgestellt werden, und es mögen mehr
als zwei Arrays von Lichtdetektoren 22 und 24 bereitgestellt
werden.
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In
einigen Ausführungsformen
der hierin offenbarten geschichteten Halbleiterchip-Sensorsysteme
mögen die
Arrays von Lichtdetektoren miteinander verschachtelt sein, gegeneinander
versetzt sein oder einander überlappen,
in nicht kreisförmigen
Geometrien angeordnet sein, in variierenden oder überlappenden
Radien angeordnet sein und/der in räumlichen Arrays konfiguriert
sein, welche multiple diskrete Lichtdetektoren aufweisen, die untereinander vermischt, überlappend,
versetzt oder verschachtelt sein mögen oder nicht. Solche Arraymuster
oder räumliche
Arrays sind vorzugsweise konfiguriert, Ausgangssignale zu ergeben,
die erwünschte
Morphologien oder Wellenformen annehmen, wie zum Beispiel sich glatt
verändernde
sinusförmige
Kurven, dreieckige Kurven, quadratische oder abgestumpfte Kurven,
maßgeschneiderte
Ausgangssignale oder jede andere erwünschte Form eines Ausgangssignals,
die durch das räumliche
Muster oder die Arraygeometrien bestimmt wird. In anderen Ausführungsformen
sind die Lichtdetektoren in den Arrays 22 und 24 entlang
von Kreisbahnen angeordnet, die durch die versetzten und miteinander
verschachtelten Arrays 22 und 24 definiert sind,
welche Lichtdetektoren aufweisen, welche zwischen den inneren und äußeren Radien
alternieren, wobei die Arrays 22 und 24 die gleichen
Radien teilen, und die Lichtdetektoren entlang der beiden Radien
versetzt und miteinander verschachteltet sind. Eine derartige Konfiguration kann
die Auswirkungen der reflektierten Lichtbündel oder -strahlen 25,
die ungleichförmig
auf an unterschiedlichen Radien platzierten Lichtdetektorarrays fallen,
reduzieren oder eliminieren.
-
Weiter
unter Bezug auf die 6(a) und 6(b) weist das Zahnrad 40 eine gezahnte äußere Peripherie
auf (nicht gezeigt in den 6(a) und 6(b)), und die obere Oberfläche 31 des Zahnrads 40 besitzt
keine darin angeordneten Aperturen oder Löcher. Eine gezahnte rotierbare
Welle (ebenfalls nicht gezeigt in den 6(a) oder 6(b)) ist angebracht an oder angeordnet auf oder
in der Unterseite 37 des Zahnrads 40. Die Welle 67 wird
durch die Aktion einer passend eingreifenden verschiedenen Welle
(nicht gezeigt in den 6(a) und 6(b)) zur Drehung veranlasst, wobei die Anzahl der
erfolgten Undrehungen oder die absolute Position zu bestimmen sind.
-
Der
optisch reflektierende erste Bereich 35 ist auf oder in
einem ersten Teil der oberen Oberfläche 31 angeordnet
oder ausgebildet, während
ein optisch im Wesentlichen nicht reflektierender zweiter Bereich 33 auf
oder in einem zweiten Teil der oberen Oberfläche 31 angeordnet
oder ausgebildet ist. Das Substrat 20, das in der in den 6(a) und 6(b) veranschaulichten
Ausführungsform
ein integrierter Schaltkreis ist, ist funktionsfähig oberhalb angeordnet und
liegt der oberen Oberfläche 31 gegenüber. Wie
in den 6(a) und 6(b) gezeigt,
weist das Substrat 20 einen daran angebrachten Lichtemitter 28,
ein erstes Paar innerer halbringförmiger Lichtdetektoren 22a und 22b und
ein zweites Paar äußerer halbringförmiger Lichtdetektoren 24a und 24b auf, die
im Bezug auf einander konzentrisch angeordnet sind.
-
Wie
in den 6(a) und 6(b) gezeigt, sind
das Zahnrad 40 und das Substrat 20 untereinander
so konfiguriert und angeordnet sind, dass zumindest Teile des vom
Lichtemitter 28 emittierten und in den ersten Bereich 35 einfallenden
Lichts 23 reflektierte Lichtstrahlen 25 bilden,
die zu zumindest Teilen der ersten und zweiten Paare ringförmiger Lichtdetektoren 22a und 22b sowie 24a und 24b gerichtet sind,
um dadurch zu detektieren, wenn das Zahnrad 40 und das
Substrat 20 gegeneinander rotieren. Weiterhin werden zumindest
Teile des vom Lichtemitter 28 emittierten und in den zweiten
Bereich 33 einfallenden Lichts 23 im Wesentlichen
vom zweiten Bereich 33 nicht reflektiert und folglich von
den ersten und zweiten Paaren ringförmiger Lichtdetektoren 22a und 22b sowie 24a und 24b nicht
detektiert werden, während
das Zahnrad 40 und das Substrat 22 gegeneinander
rotieren.
-
Wie
ferner in den 6(a) und 6(b) gezeigt,
weist das Substrat 20 vier separate halbkreisförmige Fotodetektoren 22a, 22b, 24a und 24b auf. Ein
jeder solcher Fotodetektor generiert entweder ein positives Signal
(d. h. die Fotodetektoren 22a und 24a) oder ein
negatives Signal (d. h. die Fotodetektoren 22b und 24b).
Somit werden von den Fotodetektoren 22a bzw. 22b,
die ein inneres Paar ringförmiger Detektoren
bilden, welche entlang des gleichen inneren Radius angeordnet sind,
Signale positiver bzw. negativer Polarität generiert, und von den Fotodetektoren 24a bzw. 24b,
die ein äußeres Paar
ringförmiger
Detektoren bilden, welche entlang des gleichen äußeren Radius angeordnet sind,
werden Signale positiver bzw. negativer Polarität generiert. Wie mit Bezug
auf die 6(a) und 6(b) ersichtlich,
sind die von den Fotodetektoren 22a/22b und 24a/24b definierten
inneren und äußeren Ringe
gegeneinander um 90 Grad verschoben. Der Emitter 28 ist
im Zentrum der beiden Paare ringförmiger Detektoren positioniert.
In der in den 6(a) und 6(b) gezeigten
Ausführungsform
ist eine im Halbschnitt reflektierende Kodierscheibe oder ein optisch
reflektierender erster Bereich 35 gegenüber dem Lichtemitter 28 positioniert
und in Bezug auf diesen zentriert.
-
6(b) zeigt, dass das vom Lichtemitter 28 emittierte
Licht von der reflektierenden Kodierscheibe oder dem optisch reflektierenden
ersten Bereich 35 in Richtung der beiden Paare ringförmiger Fotodetektoren 22a/22b und 24a/24b reflektiert
wird, wo entsprechend der jeweiligen Polaritäten und Positionen elektrische
Ausgangssignale generiert werden. Solche Ausgangssignale können mit
Hilfe einer Positions-Logikvorrichtung prozessiert werden, um zum Beispiel
die absolute Position des mit dem Modul, in dem das Submodul 5 befestigt
oder angebracht ist, verbundenen Antriebsrads zu erhalten.
-
Andere
Anzahlen, Abstände
und Konfigurationen der individuellen Lichtdetektoren 22a, 22b, 24a und 24b sind
ebenfalls vorgesehen. Obwohl in der Ausführungsform gemäß der 6(a) und 6(b) ein
einzelner Lichtemitter 28 gezeigt ist, können anderer
Anzahlen von Emittern oder Arrays von Emittern ebenfalls verwendet
werden. Anzumerken ist weiterhin, dass der Lichtemitter 28 vorzugsweise ausgerichtet
mit der zentralen Rotationsachse des Zahnrads 40 befestigt
ist.
-
Die
ersten und zweiten Ausgangssignale werden generiert durch die Paare
ringförmiger
Lichtdetektoren 22a/22b und 24a/24b und
die damit assoziierten Sensor- und Prozessierungsschaltkreise. Während das
Zahnrad 40 und der optisch reflektierende erste Bereich 35 rotieren,
werden die Paare ringförmiger
Lichtdetektoren 22a/22b und 24a/24b so
illuminiert, dass während
das auf ein Paar einfallende Licht zunimmt, das auf das andere Paar
einfallende Licht abnimmt. Nachdem das Zahnrad 40 und der
optisch reflektierende erste Bereich 35 eine einzelne Umdrehung
ausgeführt
haben, wird ein Zyklus eines ersten Ausgangssignals und zweiten
Ausgangssignals generiert (siehe die 16(a) und 16(b), nachfolgend im Detail beschrieben).
-
In
einer Ausführungsform
wird das Paar ringförmiger
Lichtdetektoren 22a und 22b jeweils in differentieller
Weise elektrisch verbunden und erzeugt ein einzelnes erstes Ausgangssignal,
während
das Paar ringförmiger
Lichtdetektoren 24a und 24b ebenfalls in differentieller
Weise elektrisch verbunden wird und ein einzelnes zweites Ausgangssignal
erzeugt. Diese ersten und zweiten Ausgangssignale sind gegeneinander
durch eine vorgegebene Phasendifferenz, die durch die relative Überlappung
und die Positionierung der Paare ringförmiger Lichtdetektoren 22a/22b und 24a/24b bestimmt
wird, phasenverschoben. Die in den 6(a) und 6(b) gezeigte bevorzugte Ausführungsform hat eine Phasenverschiebung
von 90 Grad zur Folge, sodass ein erstes Sinus- und ein zweites
Cosinus-Ausgangssignal bereitgestellt werden. Alternativ können ausgewählte der
von den Lichtdetektoren 22a, 22b, 24a und 24b bereitgestellten
Signale gebündelt
(multiplexed) und von einem Prozessor sortiert werden, um die erwünschten
Ausgangssignale und die Phasendifferenz zwischen selbigen bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform
mögen die
individuellen Lichtdetektoren 22a, 22b, 24a und 24b,
die unter Verwendung eines Schaltkreises festverdrahtet oder unter
Verwendung eines Prozessors zugeteilt sein mögen, so konfiguriert sein,
dass sie verschiedene Gewichte und Sensitivitäten aufweisen.
-
Die 6(a) und 6(b) zeigen,
dass das Zahnrad 40 keine darin angeordneten Aperturen oder
Löcher
besitzt, was den Flächenbereich
der oberen Oberfläche 31 maximiert,
welcher dem reflektierenden ersten Bereich 35 und dem nicht
reflektierenden zweiten Bereich 33 zugeordnet sein mag. Das
Fehlen von im Zahnrad 40 angeordneten Löchern oder Aperturen hat die
Eignung zur Folge, das Zahnrad 40 kleiner herzustellen,
als es ansonsten sein könnte,
ohne wesentlich optische Leistungsfähigkeit oder Effizienz zu opfern.
Das Fehlen von im Zahnrad 40 angeordneten Aperturen oder
Löchern hat
ferner die Eignung zur Folge, Zahnrad 40 mit sehr engen
und genauen Toleranzen zu produzieren – auch wenn das Zahnrad 40 von
sehr geringer Größe sein
mag – da
im Zahnrad 40 keine Löcher
oder Aperturen vorliegen, die ansonsten im Zahnrad 40 Verwindungen
hervorrufen oder Verformungen einführen mögen, wenn es zum Beispiel durch
Spritzguss ausgebildet wird, wie Zahnräder in einigen optischen Reflexionskodierern
aus dem Stand der Technik, oder die das Herstellungsverfahren in
anderer Weise erschweren könnten.
Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Zahnrad 40 aus Kunststoff, einem Polymer oder Polymeren,
Metall oder einem beliebigen anderen geeigneten Material gestaltet
und mag durch ein beliebiges aus einer Reihe geeigneter Herstellungsverfahren
ausgebildet werden, wie zum Beispiel Spritzguss, mechanische Bearbeitung,
Warmformen usw. Die Welle 67 mag für eine Insertion in die Unterseite 37 von
Zahnrad 40 entsprechend einem beliebigen einer Reihe verschiedener
Verfahren konfiguriert sein, wie zum Beispiel Druckeinpassung, Kleben,
Epoxidharz, Guss, mechanische Befestigungsmittel, wie zum Beispiel
Schrauben oder Stifte, und dergleichen.
-
Die 7(a) und 7(b) zeigen
perspektivische Auf- bzw. Seitenansichten einer Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10e, der
eine Mehrzahl von optischen Multi-turn Reflexionskodierersubmodulen 5a bis 5g aufweist,
welche jeweils Zahnräder 40a bis 40g und
entsprechende Substrate 20a bis 20g aufweisen.
Aus Gründen der
Einfachheit und um die Erfindung nicht undeutlich zu machen, sind
nicht alle einzelnen Bauteile jedes der Submodule 5a bis 5g in
den 7(a) und 7(b) gezeigt.
Zum Beispiel sind die Lichtdetektoren 22a, 22b, 24a und 24b und
die Lichtemitter 28 in den 7(a) und 7(b) nicht gezeigt. Wie in den 7(a) und 7(b) gezeigt,
nimmt der optische Multi-turn Reflexionskodierer 10e die
Submodule 5a bis 5g zwischen dem oberseitigen
Substrat (top substrate) 70 und dem unterseitigen Substrat
(bottom substrate) 72 auf. Das oberseitige Substrat 70 weist eine
darin angeordnete zentrale Apertur 50 auf, die zur funktionsfähigen Aufnahme
eines Antriebsrads (in den Figuren nicht gezeigt) darin und durch
sie hindurch zum rotierbaren Eingreifen mit dem Zahnrad 85 konfiguriert
ist. Die Anzahl von erfolgten Rotationen oder Umdrehungen durch
oder die absolute Position eines derartigen Antriebsrads kann mit
Hilfe des optischen Multi-turn Kodierers 10e gemessen werden.
-
In
der in den 7(a) und 7(b) veranschaulichten
Ausführungsform
des optischen Multi-turn Kodierers 10e finden sich sieben
Submodule 5a bis 5g, von denen jedes zwei Bits
an Auflösung bezüglich der
Anzahl von erfolgten Rotationen oder Umdrehungen durch die oder
der absoluten Position des Antriebsrads oder der Welle bereitstellt,
welche durch die zentrale Apertur 50 eingepasst ist und
in das innerhalb des Moduls 10e angeordnete Zahnradgetriebe
eingreift. In einem 14-Bit optischen Multi-turn Reflexionskodierer
mögen die
von jedem der Submodule 5a bis 5g, die in Kodierermodul
oder System 10e enthalten sind, generierten Signale prozessiert
werden, um 2-Bit Positionen für
jedes der Zahnräder 40a bis 40g im
System 10e zu ergeben. Folglich werden sieben Sets von
Submodulen 5a bis 5g bereitgestellt, um ein 14-Bit
Absolutpositions-Kodierermodul oder System 10e zu ergeben.
Andere Auflösungen
mögen natürlich von
verschiedenen Ausführungsformen
des Systems 10e bereitgestellt werden, wie zum Beispiel
2-Bit Systeme (ein Submodul 5), 4-Bit Systeme (zwei Submodule 5),
6-Bit Systeme (drei Submodule 5), 8-Bit Systeme (vier Submodule 5),
10-Bit Systeme (fünf Submodule 5),
12-Bit Systeme (sechs Submodule 5), 16-Bit Systeme (acht
Submodule 5) usw. Weiterhin mögen die hierin offenbarten
verschiedenen Submodule zur Bereitstellung von 4 Bits an Auflösung konfiguriert
sein, wodurch sich die Auflösung,
die in Bezug auf 2-Bit Systeme erhalten werden mag, verdoppelt.
-
Unter
Bezug auf die 8(a) bis 10(b) werden
drei zusätzliche
Ausführungsformen
optischer Multi-turn Reflexionskodierermodule 10f bis 10h veranschaulicht,
die multiple Lichtdetektoren ähnlicher
Art wie die in 6(a) und 6(b) dargestellten
verwenden. Die 8(a) und 8(b) zeigen
eine Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10f,
das drei Submodule 5a bis 5c aufweist, die in
einer Topschicht davon angeordnet sind, und die von den Zahnrädern 81, 83, 84 und 85 angetrieben
werden, die in einer unteren Schicht davon angeordnet sind. Die
in den 8(a) und 8(b) gezeigte
Ausführungsform
des optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10f ist zur
Bereitstellung von 6 Bits an Auflösung in der Lage, da das Modul 10b drei
Submodule 5a, 5b und 5c enthält, von
denen jedes 2 Bits an Auflösung
bereitstellt. Die 9(a) und 9(b) zeigen
eine Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10g,
das vier Submodule 5a bis 5d aufweist, die in
einer unteren Schicht davon angeordnet sind, und die von den Zahnrädern 81, 83 und 85 angetrieben
werden, die in einer oberen Schicht davon angeordnet sind. Die in
den 9(a) und 9(b) gezeigte
Ausführungsform
des optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10g ist zur
Bereitstellung von 14 Bits an Auflösung in der Lage, da das Modul 10g vier
Submodule 5a (2 Bits), 5b (4 Bits), 5c (4
Bits) und 5d (Bits) enthält. Die 10(a) und 10(b) zeigen eine Ausführungsform eines optischen
Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10h, das sieben Submodule 5a bis 5g aufweist,
die in oberen und unteren (top and bottom) Schichten davon angeordnet
sind, und die von den gezahnten Peripherien der Zahnräder 40a bis 40g,
den Zahnrädern 62 und 64 und
den gezahnten Wellen 67a bis 67g angetrieben werden,
die in oberen und unteren Schichten davon angeordnet sind. Die in
den 10(a) und 10(b) gezeigte Ausführungsform
des optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10h ist zur
Bereitstellung von 14 Bits an Auflösung in der Lage, da das Modul 10h sieben Submodule 5a bis 5g enthält, von
denen jedes 2 Bits an Auflösung
bereitstellt.
-
Unter
Bezug auf die 11(a) und 11(b) wird
eine Ausführungsform
eines Teils oder Submoduls 5 eines optischen Multi-turn
Reflexionskodierermoduls 10 mit multiplen Detektoren (Modul 10 nicht gezeigt
in den 11(a) oder 11(b), aber nachfolgend im Detail diskutiert im
Zusammenhang mit den 12(a) bis 15(b)) gezeigt, worin optisch reflektierte Lichtstrahlen
oder -bündel
unter Verwendung eines Sensorsystems mit variabler Tönungsdichte
abgetastet werden, das eine Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte 36 verwendet,
um die Bewegung von Zahnrad 40 zu erkennen, und dabei die
Rotation eines assoziierten Antriebsrads (nicht gezeigt in den 11(a) und 11(b))
abzutasten und aufzuzeichnen. Um die Rotation des Zahnrads 40 abzutasten
und aufzuzeichnen, ist eine optisch reflektierende Kodierscheibe
mit variabler Tönungsdichte 36 auf
der oberen Oberfläche 31 des
Zahnrads 40 ausgebildet oder daran angebracht, und der
Emitter 28 ist der optisch reflektierenden Kodierscheibe mit
variabler Tönungsdichte 36 zugewandt
platziert, sodass das vom Lichtemitter 28 emittierte Licht
von der Kodierscheibe 36 zurück zu den Lichtdetektoren 22 und 24 reflektiert
wird. Die 11(a) und 11(b) zeigen
die optische Konfiguration und Kopplung von Submodul 5 zwischen
Zahnrad 40, Emitter 28, Lichtdetektoren 22 und 24 und
der optisch reflektierenden Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte 36,
wobei die von der oberen Oberfläche 31 definierte
Ebene im Wesentlichen parallel zu der von der unteren Oberfläche 21 des
Substrats 20 definierten Ebene ist.
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Weiter
unter Bezug auf die 11(a) und 11(b) weist das Zahnrad 40 eine gezahnte äußere Peripherie
auf (nicht gezeigt in den 11(a) und 11(b)), und die Oberseite 31 des Zahnrads 40 besitzt
keine darin angeordneten Aperturen oder Löcher. Eine gezahnte rotierbare
Welle (ebenfalls nicht gezeigt in den 11(a) oder 11(b)) ist angebracht an oder angeordnet auf oder
in der Unterseite 37 des Zahnrads 40. Die Achse 67 wird
durch die Aktion einer passend eingreifenden verschiedenen Achse
(nicht gezeigt in den 11(a) und 11(b)) zur Drehung veranlasst, wobei die Anzahl
ihrer erfolgten Undrehungen oder ihre absolute Position zu bestimmen
sind.
-
Die
optisch reflektierende Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte 36 ist
auf oder in einem ersten Teil der Oberseite 31 angeordnet
oder ausgebildet und weist Bereiche unterschiedlicher Reflexion entsprechend
der radialen Position auf. Das Substrat 20 ist funktionsfähig oberhalb
angeordnet und liegt der oberen Oberfläche 31 gegenüber. Wie
in den 11(a) und 11(b) gezeigt,
weist das Substrat 20 einen Lichtemitter 28 und
ein Paar von Lichtdetektoren 22 und 24 auf.
-
Wie
in den 11(a) und 11(b) gezeigt, sind
das Zahnrad 40 und das Substrat 20 untereinander
so konfiguriert und angeordnet, dass zumindest Teile des vom Lichtemitter 28 emittierten
und auf die optisch reflektierende Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte 36 einfallenden
Lichts 23 reflektierte Lichtbündel 25 bilden, die
zu den ersten und zweiten Lichtdetektoren 22 und 24 zur
Detektion gerichtet sind, während
das Zahnrad 40 und das Substrat 20 gegeneinander
rotieren.
-
Die
auf der optisch reflektierenden Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte 36 ausgebildeten
oder durch selbige dargestellten Dichtemuster mögen entsprechend jeden geeigneten
erwünschten Dichteprofils
variiert werden. Das Dichteprofil oder -muster der Kodierscheibe 36 mag
zwischen 0° und 360° variiert
werden, um ein variierendes Reflexionsprofil als Funktion des Rotationswinkels
zu erzeugen. Ein solches Profil oder Muster mag unter Verwendung
eines jeden geeigneten Verfahrens generiert werden, wie zum Beispiel
Metallaufdampftechniken, Metallsputtertechniken, optische Beschichtungstechniken,
Fotoabbildungstechniken, Halbtondruck mit Linien oder Punkten, Kunststoffreflexionsfolie,
eine Metallkodierscheibe, ein oder mehrere reflektierende Schichten
aufgebracht auf Kunststoff oder Glas und dergleichen. In einer Ausführungsform
erzeugt das variable Dichtemuster der in den 11(a) und 11(b) gezeigten Kodierscheibe 36 ein
relativ glattes sinusförmiges
Reflexionsprofil als Funktion des Rotationswinkels. Das variable
Dichtemuster, welches auf der Kodierscheibe 36 gedruckt,
ausgebildet oder von selbiger dargeboten wird, kann für eine einzelne
Bahn oder für
multiple Bahnen sein.
-
Weiter
unter Bezug auf die 11(a) und 11(b) weist die Ausführungsform des Sensorsystems
mit variabler Tönungsdichte
oder das Submodul 5 die Lichtdetektoren 22 und 24 auf,
die entlang eines gemeinsamen Radius oder Durchmessers angeordnet
sind, jedoch gegeneinander um 90 Grad verschoben, und die gegenüber der
reflektierenden Kodierscheibe mit variabler Tönungsdichte 36 angeordnet
sind. Der Lichtemitter 28 ist bevorzugt entlang der Rotationsachse
von Zahnrad 40 positioniert.
-
Wie
in den Ausführungsformen
in den 11(a) und 11(b) weiter
gezeigt, weist das Substrat 20, das in der in den 11(a) und 11(b) veranschaulichten
Ausführungsform
ein integrierter Schaltkreis ist, zwei Fotodetektoren 22 und 24 auf,
die 90 Grad voneinander entfernt angeordnet sind. Jeder Fotodetektor
generiert ein Ausgangssignal, das proportional zu der auf diesen
einfallenden Lichtmenge ist, welche variiert, wenn die darunterliegende
Kodierscheibe rotiert, und deren Reflexion variiert mit dem Rotationswinkel,
sodass zum Beispiel die Menge an Reflexion der Kodierscheibe 36 zwischen
einer minimalen Reflexion bei 0 Grad und einer maximalen Reflexion
bei 180 Grad zunimmt, und zu einem Minimum bei 360 (oder 0) Grad
zurückkehrt.
Folglich erzeugt jeder der Lichtdetektoren 22 und 24 ein
relativ glatt variierendes Ausgangssignal, das zwischen einem minimalen
Niveau und einem maximalen Niveau variiert, aber die beiden Ausgangssignale
sind durch 90 Grad getrennt. Die von den Lichtdetektoren 22 und 24 generierten elektrischen
Ausgangssignale mögen
mit Hilfe einer Positions-Logikvorrichtung prozessiert werden, um zum
Beispiel die absolute Position des mit dem Modul, in dem das Submodul 5 befestigt
oder angebracht ist, verbundenen Antriebsrads zu erhalten.
-
Andere
Anzahlen, Abstände,
Phasenverschiebungen und Geometrien der Lichtdetektoren 22 und 24 sind
ebenfalls vorgesehen, wie zum Beispiel drei Lichtdetektoren oder
vier Lichtdetektoren, wie es auch andere variable Dichtemuster der
Kodierscheibe 36 sind. Obwohl in der Ausführungsform
gemäß der 11(a) und 11(b) ein
einzelner Lichtemitter 28 gezeigt ist, können anderer
Anzahlen von Emittern oder Arrays von Sendern ebenfalls verwendet
werden. Anzumerken ist weiterhin, dass der Lichtemitter 28 vorzugsweise
ausgerichtet mit der zentralen Rotationsachse des Zahnrads 40 befestigt
ist.
-
Die
ersten und zweiten Ausgangssignale werden durch die Lichtdetektoren 22 und 24 und
die damit assoziierten Sensor- und Prozessierungsschaltkreise generiert.
Während
das Zahnrad 40 und die optisch reflektierende Kodierscheibe
mit variabler Tönungsdichte 36 rotieren,
werden die Lichtdetektoren 22 und 24 so illuminiert,
dass während
die auf den einen Detektor einfallende Lichtmenge zunimmt, die auf
den anderen Detektor einfallende Lichtmenge abnimmt. Nachdem das
Zahnrad 40 und die optisch reflektierende Kodierscheibe
mit variabler Tönungsdichte 36 eine
einzelne Umdrehung ausgeführt
haben, wird ein Zyklus eines ersten Ausgangssignals und zweiten
Ausgangssignals generiert. Siehe zum Beispiel die 16(a) und 16(b),
nachfolgend im Detail beschrieben.
-
Die 11(a) und 11(b) zeigen,
dass das Zahnrad 40 keine darin angeordneten Löcher oder
Aperturen besitzt, was dem Flächenbereich
der oberen Oberfläche 31 maximiert,
welcher der optisch reflektierenden Kodierscheibe mit variabler
Tönungsdichte 36 zugeordnet
sein mag. Das Fehlen von im Zahnrad 40 angeordneten Öffnungen
oder Leerstellen hat die Eignung zur Folge, das Zahnrad 40 kleiner herzustellen,
als es ansonsten sein könnte,
ohne wesentlich optische Leistungsfähigkeit oder Effizienz zu opfern.
Das Fehlen von im Zahnrad 40 angeordneten Öffnungen
oder Leerstellen hat ferner die Eignung zur Folge, Zahnrad 40 mit
sehr engen und genauen Toleranzen zu produzieren – auch wenn
das Zahnrad 40 von sehr geringer Größe sein mag – da im
Zahnrad 40 keine Öffnungen
oder Leerstellen vorliegen, die ansonsten im Zahnrad 40 Verwindungen
hervorrufen oder Verformungen einführen mögen, wenn es zum Beispiel durch
Spritzguss ausgebildet wird, wie Zahnräder in einigen optischen Reflexionskodierern aus
dem Stand der Technik, oder die das Herstellungsverfahren in anderer
Weise erschweren mögen. Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Zahnrad 40 aus Kunststoff, einem Polymer oder Polymeren,
Metall oder einem beliebigen anderen geeigneten Material gestaltet
und kann durch ein beliebiges aus einer Reihe geeigneter Herstellungsverfahren
ausgebildet werden, wie zum Beispiel Spritzguss, mechanische Bearbeitung,
Warmformen usw. Die Welle 67 mag für eine Insertion in die Unterseite 37 von
Zahnrad 40 entsprechend einem beliebigen einer Reihe verschiedener
Verfahren konfiguriert sein, wie zum Beispiel Druckeinpassung, Kleben,
Epoxidharz, Einformen, mechanische Befestigungsmittel, wie zum Beispiel
Schrauben oder Stifte, und dergleichen.
-
Die 12(a) und 12(b) zeigen
perspektivische Auf- bzw. Seitenansichten einer Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10i, der
eine Mehrzahl von optischen Multi-turn Reflexionskodierersubmodulen 5a bis 5g aufweist,
welche jeweils Zahnräder 40a bis 40g und
entsprechende Lichtemitter 28a bis 28g aufweisen.
Aus Gründen
der Einfachheit und um die Erfindung nicht undeutlich zu machen,
sind nicht alle einzelnen Bauteile jedes der Submodule 5a bis 5g in
den 12(a) und 12(b) gezeigt.
Wie in den 12(a) und 12(b) gezeigt,
nimmt der optische Multi-turn Reflexionskodierer 10i die
Submodule 5a bis 5g zwischen dem Topsubstrat 70 und
dem unterseitigen Substrat 72 auf. Das Topsubstrat 70 weist
eine darin angeordnete zentrale Apertur 50 auf, die zur
funktionsfähigen
Aufnahme eines Antriebsrads (in den Figuren nicht gezeigt) darin
und durch sie hindurch zum rotierbaren Eingreifen mit dem Zahnrad 85 konfiguriert
ist. Die Anzahl von erfolgten Rotationen oder Umdrehungen durch
oder die absolute Position eines derartigen Antriebsrads mag mit
Hilfe des optischen Multi-turn Kodierers 10i gemessen werden.
-
In
der in den 12(a) und 12(b) veranschaulichten
Ausführungsform
des optischen Multi-turn Kodierers 10e finden sich sieben
Submodule 5a bis 5g, von denen jedes zwei Bits
an Auflösung bezüglich der
Anzahl von erfolgten Rotationen oder Umdrehungen durch die oder
der absoluten Position des Antriebsrads oder der Welle bereitstellt,
welche durch die zentrale Apertur 50 eingepasst ist und
das innerhalb des Moduls 10i angeordnete Zahnradgetriebe
in Eingriff nimmt. In einem 14-Bit optischen Multi-turn Reflexionskodierer
mögen die
von jedem der Submodule 5a bis 5g, die in Kodierermodul
oder System 10i enthalten sind, generierten Signale prozessiert
werden, um 2-Bit Positionen für
jedes der Zahnräder 40a bis 40g im
System 10i zu ergeben. Folglich werden sieben Sets von
Submodulen 5a bis 5g bereitgestellt, um ein 14-Bit
Kodierermodul oder System 10i mit absoluter Position zu
ergeben. Andere Auflösungen
mögen natürlich von
verschiedenen Ausführungsformen
des Systems 10i bereitgestellt werden, wie zum Beispiel
2-Bit Systeme (ein Submodul 5), 4-Bit Systeme (zwei Submodule 5),
6-Bit Systeme (drei Submodule 5), 8-Bit Systeme (vier Submodule 5),
10-Bit Systeme (fünf
Submodule 5), 12-Bit Systeme (sechs Submodule 5),
16-Bit Systeme (acht Submodule 5) usw. Weiterhin mögen einige
der hierin offenbarten verschiedenen Submodule zur Bereitstellung
von 4 Bits an Auflösung
konfiguriert sein, wodurch sich die Auflösung, die in Bezug auf 2-Bit
Systeme erhalten werden mag, verdoppelt.
-
Unter
Bezug auf die 13(a) bis 15(b) werden
drei zusätzliche
Ausführungsformen
optischer Multi-turn Reflexionskodierermodule 10j bis 10l gezeigt,
die Kodierscheiben mit variabler Dichte 36 und Lichtdetektoren 22 und 24 in ähnlicher
Art wie die in 12(a) und 12(b) dargestellten
verwenden. Die 13(a) und 13(b) zeigen
eine Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10j,
das drei Submodule 5a bis 5c aufweist, die in
einer Topschicht davon angeordnet sind, und die von den Zahnrädern 81, 83, 84 und 85 angetrieben
werden, die in einer unteren Schicht (lower layer) davon angeordnet
sind. Die in den 13(a) und 13(b) gezeigte
Ausführungsform des
optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10j ist zur Bereitstellung
von 12 Bits an Auflösung
in der Lage, da das Modul 10j drei Submodule 5a, 5b und 5c enthält, von
denen jedes 4 Bits an Auflösung
bereitstellt. Die 14(a) und 14(b) veranschaulichen eine Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10k,
das vier Submodule 5a bis 5d aufweist, die in
einer unteren Schicht (bottom layer) davon angeordnet sind, und
die von den Zahnrädern 81, 83 und 85 angetrieben
werden, die in einer oberen Schicht davon angeordnet sind. Die in
den 14(a) und 14(b) gezeigte
Ausführungsform des
optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10k ist zur Bereitstellung
von 14 Bits an Auflösung
in der Lage, da das Modul 10k vier Submodule 5a, 5b, 5c und 5d enthält. Das
erste Zahnrad stellt 2 Bits bereit, das dritte, fünfte und
siebte Zahnrad stellen jeweils 4 Bits bereit. Die 15(a) und 15(b) zeigen
eine Ausführungsform
eines optischen Multi-turn Reflexionskodierermoduls 10l,
das sieben Submodule 5a bis 5g aufweist, die in
oberen und unteren Schichten davon angeordnet sind, und die von
den gezahnten Peripherien der Zahnräder 40a bis 40g,
den Zahnrädern 62 und 64 und
den gezahnten Achsen 67a bis 67g angetrieben werden,
die in oberen und unteren Schichten davon angeordnet sind. Die in
den 15(a) und 15(b) gezeigte
Ausführungsform des
optischen Multi-turn Reflexionskodierers 10l ist zur Bereitstellung
von 14 Bits an Auflösung
in der Lage, da das Modul 10l sieben Submodule 5a bis 5g enthält, von
denen jedes 2 Bits an Auflösung
bereitstellt.
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Anzumerken
ist, dass vorzugsweise eine Positions-Logikvorrichtung, die eine
beliebige geeignete Prozessierungs- oder Logikvorrichtung sein kann, wie
zum Beispiel ein Kontroller, ASIC, Prozessor, Mikroprozessor, Mikrokontroller,
CPU oder jegliche Kombination geeigneter Logikhardware und/oder Software,
bereitgestellt wird, um die von den hierin offenbarten Lichtdetektoren
der verschiedenen Ausführungsformen
des Submoduls 5 und des optischen Multiturn Reflexionskodierers 10 bereitgestellten Ausgangssignale
zu prozessieren.
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Abhängig von
der spezifischen vorliegenden Anwendung kann der optische Multi-turn
Reflexionskodierer 10 konfiguriert sein, um eine beliebige
Anzahl verschiedener Zahnraduntersetzungsraten hinsichtlich der
Rotation des Antriebsrads oder der Welle bereitzustellen, welche
für die
Insertion in die zentrale Apertur 50 (die absolute Position
oder die Anzahl erfolgter Umdrehungen ist vom optischen Kodierer 10 zu
messen oder abzutasten) konfiguriert ist, sowie der Rotation der
letzten gezahnten Scheibe, die durch die Aktivität eines solchen rotierenden
Antriebsrads oder einer solchen rotierenden Welle zur Rotation veranlasst
wird, einschließlich
aber nicht beschränkt
auf Zahnraduntersetzungsraten von 4096, 2048, 1024, 512 und 256.
Anzumerken ist, dass andere als die hierin explizit offenbarten
Zahnraduntersetzungsraten in der vorliegenden Erfindung ebenfalls
vorgesehen sind. Die Implementierung einer ausgewählten Zahnraduntersetzungsrate
erfordert die Auswahl einer geeigneten Anzahl zu verwendender gezahnter
kreisförmiger
Scheiben, die Auswahl der relativen Durchmesser und der Anzahlen
verzahnter Zähne
solcher Schieben zueinander sowie anderer Faktoren, die Fachleuten
im Bereich der Zahnraduntersetzung bekannt sind. Zum Beispiel mag
das Multi-turn Kodierermodul 10 drei gezahnte kreisförmige Scheiben
aufweisen, wobei jede Scheibe 4 Bits an Auflösung an das Kodierermodul 10 bereitstellt.
In anderen Beispielen mag das Multi-turn Reflexionskodierermodul 10 eine
gezahnte Scheibe, zwei gezahnte Scheiben, vier gezahnte Scheiben, fünf gezahnte
Scheiben, sieben gezahnte Scheiben oder jede andere geeignete Anzahl
gezahnter Scheiben aufweisen, wobei die Anzahl der ausgewählten gezahnten
Scheiben von der spezifischen vorliegenden Anwendung, der erwünschten
Zahnraduntersetzungsrate, der Anzahl von Bits an Auflösung, die
bereitgestellt werden sollen, sowie anderer Erwägungen und Faktoren abhängt, die
Fachleuten bekannt sind.
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Als
ein weiteres Beispiel für
eine Zahnraduntersetzung ist die zentrale gezahnte Welle, die für die Insertion
in die Apertur 50 von Modul 10 konfiguriert ist,
ein Antriebsrad, das in ein erstes Zahnrad eingreift, und das konfiguriert
ist, die Rotation eines ersten Zahnrads hervorzurufen, wenn eine
derartige Welle rotiert. Die Zahnrate zwischen der Achse und dem
ersten Zahnrad ist 1:4. Wenn das erste Zahnrad eine Umdrehung absolviert
hat, hat folglich die Achse vier Umdrehungen (22 oder
2 Bits) rotiert. Die Zahnrate zwischen dem ersten Zahnrad und einem
angrenzenden zweiten Zahnrad mag ebenfalls 1:4 sein. Wenn das zweite
Zahnrad eine Umdrehung absolviert hat, hat das erste Zahnrad folglich
vier Umdrehungen (ebenfalls 22 oder 2 Bits)
absolviert, während gleichzeitig
die zentrale Welle 16 Umdrehungen (24 oder
4 Bits) rotiert hat usw. Da die in den 1(a) bis 15(b) gezeigten Kodierermodule 10 unterschiedliche
Anzahlen von gezahnten Scheiben oder Zahnrädern aufweisen, variiert die
Anzahl von Bits an Auflösung,
die von solchen Modulen bereitgestellt werden. (Wie oben diskutiert,
mögen andere
Zahnraten sowie Anzahlen von Zahnrädern oder gezahnten Scheiben
ebenfalls verwendet werden und fallen dennoch in den Umfang der
vorliegenden Erfindung.)
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Anzumerken
ist, dass in der vorliegenden Erfindung andere Phasenverschiebungen
zwischen den Lichtdetektoren als 90 Grad (zum Beispiel SIN und COS)
vorgesehen sind, und dass derartige Phasenverschiebungen jeden geeigneten
Wert annehmen können.
Ferner ist anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung andere
Zählimpulse
als die durch 2 oder 4 Bits repräsentierten
vorgesehen sind, und diese jede geeignete Anzahl von Bits sein mögen.
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Repräsentative
Wellenformen, die von den Lichtdetektoren 22 und 24 bereitgestellt
werden, 90 Grad gegeneinander phasenverschoben, sind in den 16(a) und 16(b) gezeigt.
Wie ferner in 17 veranschaulicht, mag ferner
ein analog-zu-digital Konverter, der zur Umwandlung der von den Lichtdetektoren
und den damit assoziierten Schaltkreisen bereitgestellten Ausgangssignale
konfiguriert ist, in Verbindung mit einer Positions-Logikvorrichtung
verwendet werden, um ein digitales Ausgangssignal bereitzustellen,
das repräsentativ
für eine
Wellenposition und/oder die Anzahl der erfolgten Umdrehungen der
Welle ist.
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Wie
nun ersichtlich wird, weist der hierin offenbarte optische Multi-turn
Reflexionskodierer zahlreiche Vorteile auf einschließlich aber
nicht beschränkt
auf:
- • Ermöglichung
der Bereitstellung von optischen Kodierern geringerer Größen und
Grundflächen;
- • Ermöglichung
einer erhöhten
Designflexibilität im
Hinblick auf die mit den optischen Kodierern assoziierten Zahnradgetriebe;
- • die
Eignung zur Verwendung von unverarbeiteten Ausgangssignalen, die
während
des Ablaufs einer einzelnen Umdrehung eines Zahnrads in einem Submodul,
das einen Teil eines optischen Kodierermoduls bildet, bereitgestellt
werden, um in die absolute Position des Zahnrads konvertiert zu
werden;
- • erhöhte Flexibilität für die Zahnradanordnung, die
es ermöglicht,
geringere Kodierergrößen oder -grundflächen zu
erhalten;
- • die
Verwendung von Einzelspurmustern, was es ermöglicht, Kodierscheiben und
Kodierer mit geringerem Durchmesser einzusetzen;
- • erhöhte Flexibilität im Hinblick
auf die Anordnung reflektierender Sensorsubmodule in oberen und unteren
Schichten des Zahnradgetriebes in optischen Kodierermodulen;
- • erhöhte Flexibilität, die von
jedem Zahnrad bereitgestellte Anzahl von Bits zu variieren, was
zum Beispiel durch Interpolieren der von den verschiedenen Lichtdetektoren
direkt generierten sinusförmigen
Signale bewerkstelligt werden kann;
- • erhöhte Flexibilität, die von
einem Kodierermodul bereitgestellte Gesamtzahl von Bits an Auflösung durch
Anordnen von Submodulen in verschiedenen Teilen des Zahnradgetriebes
festzulegen;
- • Verminderung
der Kosten für
ein Modul durch Verwendung von kostengünstigen Fototransistoren oder
Detektoren in Lichtdetektoren oder Lichtdetektoren oder durch Verwendung
kostengünstiger
Kodierscheiben mit variabler Dichte 36;
- • Reduktion
der Kosten für
ein Modul durch Ermöglichung
eines Designs von einstückigen
gedruckten Leiterplatten (printed circuit board; PCB), welche ein
Zahnradgetriebe mit einer singulären
aktiven Schicht aufweisen;
- • Bereitstellen
strukturell robuster Zahnraddesigns, besserer Zahnradzuverlässigkeit
sowie einer verbesserten Zahnrad- und Modul-Dimensionsprüfung und -stabilität.
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Anzumerken,
ist, dass im Umfang der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Herstellung
und Fertigung der verschiedenen hierin beschriebenen Bauteile, Vorrichtungen
und Systeme enthalten sind.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen sollen
eher als Beispiele für
die vorliegende Erfindung betrachtet werden, als dass sie den Umfang
der Erfindung beschränken.
Zusätzlich
zu den vorangehenden Ausführungsformen
der Erfindung zeigt die Durchsicht der detaillierten Beschreibung
sowie der begleitenden Zeichnungen auf, dass es weitere Ausführungsformen
der Erfindung gibt. Folglich fallen zahlreiche Kombinationen, Permutationen,
Variationen und Modifikationen der vorangehenden Ausführungsformen
der Erfindung, die hierin nicht explizit dargestellt sind, dennoch
in den Umfang der Erfindung.