DE2948072A1

DE2948072A1 - Impulsgenerator fuer drehmelder

Info

Publication number: DE2948072A1
Application number: DE19792948072
Authority: DE
Inventors: Howard C Epstein
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1980-07-10
Also published as: US4263506A; JPS5585998A; JPS612886B2

Description

Int. Az.: Case 1314 26. November

Hewlett-Packard Company

IMPULSGENERATOR FÜR DREHMELDER

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Drehmelder oder Positionscodierer besitzen üblicherweise ein Index-System zur absoluten Positionsanzeige des Codierrades. Typischerweise werden solche Index-Systeme durch Fehler beeinträchtigt, die von Störsignalen herrühren. Beim erfindungs- gemäßen Codierer wird dagegen ein Gegentakt-Index-System mit zwei Spuren auf einem undurchsichtigen Codierrad benutzt, um einen Indeximpuls zu erzeugen. Bei bekannten Gegentakt-Systemen wurden keine Codierräder aus relativ billigem undurchsichtigen Material benutzt, da die Entfernung vom Material zur Erzeugung der benötigten transparenten Spur zu einem mechanisch instabilen Codierrad führen würde. Erfindungsgemäß werden jedoch periodisch undurchsichtige Stützglieder verwendet. Dadurch wird die Trennung zwischen den beiden Signalen des Gegentakt-Systems maximiert an allen Positionen außer in der Nähe der Indexposition, wodurch die Möglichkeit eines Falschvergleichs stark verringert wird und was die Herstellung eines mechanisch stabilen Codierrades aus undurchsichtigem Material erlaubt. Der erfindungsgemäße Positionscodierer erzeugt einen Index-Impuls, der relativ immun gegen durch Störsignale eingeführte Fehler bei einem Gegentaktsystem mit einem Codierrad aus undurchsichtigem Material ist.

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Int. Az.: Case 1314

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen

Figur 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines Drehmelders; Figur 2 die Draufsicht auf den Lichtquellenmodul; Figur 3 eine Frontansicht des Lichtquellenmoduls;

Figur 4 eine Frontansicht des Codierrades mit schwarz dargestellten transparenten Bereichen und weiß dargestellten undurchsichtigen Bereichen;

Figur 5 eine Frontansicht der Phasenplatte mit schwarz dargestellten transparenten Bereichen und weiß dargestellten undurchsichtigen Bereichen;

Figur 6 eine Draufsicht auf den Detektormodul; Figur 7 eine Frontansicht des Detektormoduls; Figur 8 Kurvenformen, Codierrad-Spuren und Detektorgeometrien, die sich auf die Erzeugung des Indexpulses beziehen;

Figur 9 ein allgemeines Blockschaltbild eines optischen Komparators;

Figur 10 ein detailliertes Schaltbild der Vorspannungsversorgung für den optischen Komparator gemäß Figur 9;

Figur 11 eine detaillierte Schaltung des Ausgangsverstärkers des optischen Komparators gemäß Figur 9.

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Int. Az.: Case 1314 - 6 -

In der Explosionszeichnung gemäß Figur 1 ist dargestellt, wie drei kollimierte Lichtstrahlen durch einen Licht quellenmodul 10 erzeugt werden und durch ein Codierrad 20 und eine feste Phasenplatte 30 moduliert werden. Die mo- dulierten Lichtstrahlen werden durch einen Detektormodul 40 gespalten und fokussiert und auf Photodetektoren auf einer Schaltungsplatte 45 geleitet. Die Photodetektoren sind mit Komparatorschaltungen verbunden derart, daß digitale und analoge Ausgangssignale entsprechend dem relativen Winkel zwischen dem Codierrad 20 und der Phasenplatte 30 erzeugt werden. Das Codierrad 20 und die Phasenplatte 30 sind mit einer Welle 50 verbunden und befinden sich in einem Gehäuse 60. Die Ausgangssignale ent sprechen dem nach dem relativen Winkel zwischen der Welle 50 und dem Gehäuse 60.

Lichtquellenmodul

Der Lichtquellenmodul 10 ist in Figuren 2 und 3 detailliert dargestellt. Drei Leuchtdioden 70, 80 und 90 erzeugen Licht mit

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einer Wellenlänge von ungefähr 700 nm. Emitterlinsen 100, 110 und 120 sind so angeordnet, dai3 sie das Licht von den Leuchtdioden empfangen und die drei kol1imierten Lichtstrahlen erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Emitterlinse eine asphärische Linse, bekannt als ein Aplanat. Die drei Aplanatlinsen sind zusammen als ein Stück aus Kunststoff gespritzt. Sie sind abgeschnitten, d.h. ihre optischen Achsen sind nahe zusammengerückt, indem sich die Peripherien der Linsen überschneiden. Dies führt zu asymmetrischen und nahe beieinanderliegenden Linsen, die gut kollimierte Strahlen gleichförmiger Intensität erzeugen.

Wie oben angeführt, wird bei der bevorzugten Ausführungsform Licht mit einer Wellenlänge von 700 nm benutzt, jedoch kann auch elektromagnetische Strahlung jeder anderen Frequenz verwendet werden, wenn die Wellenlänge wesentlich kleiner als die relevanten Abmessungen des Drehmelders ist, vorausgesetzt, daß geeignete Linsenmaterialien, Strahlungsquellen und Detektoren verfügbar sind.

Codierrad

Das Codierrad 20 ist in Figur 4 detailliert dargestellt. Das Codierrad 20 ist so angeordnet, daß es die kol1imierten Lichtstrahlen vom Lichtquellenniodul 10 aufnimmt. Es ist konzentrisch an der Welle 50 befestigt und läßt sich relativ zur Phasenplatte 30 verdrehen. Optische Spuren auf dem Codierrad 20 modulieren die Lichtstrahlen, wodurch der relative Winkel zwischen dem Codierrad 20 und der Phasen-

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Int. Az.: Case 1314

platte 30 codiert wird. Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform besteht das Codierrad 20 aus optisch undurchsichtigem Material. Eine Außenspur 130 hat 102 transparente Schlitze, die in der Zeichnung als schwarze Bereiche dargestellt sind. Die beiden Lichtstrahlen von den Linsen 100 und 120 fallen auf diese äußere Spur.und ergeben zwei Inforniationskanäle, die benötigt werden, um die inkrementale Bewegung und die Richtung der Drehung der Welle 50 zu bestimmen. Eine zweite und eine dritte Spur 140 bzw. 150 auf dem Codierrad 20 modulieren den dritten Lichtstrahl von der Linse 110, wodurch ein gleichgewichtiger synchronisierender Indexpuls erzeugt wird, der den absoluten Winkel der Welle 50 pro Umdrehung feststellt.

Phasenplatte

In Figur 5 ist die Phasenplatte 30 detailliert dargestellt. Sie ist am Gehäuse 60 befestigt und konzentrisch relativ zur Welle 50 ausgerichtet, so daß der relative Winkel zwischen ihr und dem Codierrad 20 sich entsprechend der Drehung der Welle 50 ändert. Ein erster modulierter Lichtstrahl, der durch die Spur 130 des Codierrades 20 hindurchgeht, wird von Bereichen 160 und 170 der Phasenplatte 30 empfangen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bereiche 160 und 170 flächengleich und enthalten je einen optisch transparenten Schlitz, der in der Zeichnung schwarz dargestellt ist. Jeder Bereich hat eine Winkel-

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Int. Az.: Case 1314

dimension gleich der der Schlitze der Spur 130 auf dem Codierrad 20. Die Bereiche 160 und 170 können radiale Dimensionen haben, die ein wenig größer oder kleiner als die der Schlitze der Spur 130 sind, so daß die Empfindlichkeit gegen radiale Fehlausrichtung und Änderung der radialen Dimension der Bereiche und Schlitze minimiert wird. Weiterhin sind die Bereiche 160 und 170 der Phasenplatte 30 bezüglich des periodischen Abstandes zwischen den Schlitzen der Spur 130 um 180° phasenverschoben. Wenn sich also das Codierrad 20 dreht, erreicht das durch jeden Bereich der Phasenplatte hindurchgehende Licht abwechselnd ein Maximum und ein Minimum, d.h. wenn das durch den Bereich 160 hindurchgehende Licht ein Maximum erreicht, erreicht das durch den Bereich 170 hindurchgehende Licht ein Minimum, und wenn das durch den Bereich 170 hindurchgehende Licht ein Maximum erreicht, erreicht das durch den Bereich 160 hindurchgehende Licht ein Minimum. Die Intensität des Lichtes von jedem Bereich hat einen dreiecksförmigen Verlauf mit 102 Maxima für jede Umdrehung des Codierrades 20 relativ zur Phasenplatte 30. Das durch diese Bereiche hindurchgehende Licht hat daher 204-mal die gleiche Intensität pro Umdrehung des Codierrades 20. Diese Zeitpunkte entsprechen den Kreuzpunkten von Signalen entsprechend der Intensität des Lichtes, das durch die Bereiche bzw. 170 hindurchgeht. Diese Kreuzpunkte werden durch einen Komparator erfaßt, wodurch Signale erzeugt werden, die Änderungen des relativen Winkels zwischem dem Codierrad 20 und der Phasenplatte

25 entsprechen.

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Int. Az.: Case 1314 - 10 -

Bereiche 180 und 190 haben gleiche Dimensionen wie die Bereiche 160 und 170 und empfangen einen zweiten Lichtstrahl, der durch die Spur 130 des Codierrades 20 moduliert ist. Die Bereiche 180 und 190 sind gegeneinander um 180° phasenverschoben und bezüglich der Bereiche 160 und 170 um 90° phasenverschoben. Diese 90°-Phasenverschiebung ergibt einen zweiten Informationskanal. Durch Vergleich der beiden Kanäle läßt sich die Drehrichtung des Codierrades 20 relativ zur Phasenplatte 30 bestimmen.

Die Phasenplatte 30 hat weiterhin optische Bereiche 200 und 210, deren Winkeldimension in Figuren 5 und 8 mit d bezeichnet sind und die mit den Spuren 140 bzw. 150 ausgerichtet sind. Das durch den Bereich 200 hindurchgehende Licht ist relativ zu dem durch den Bereich 210 hindurch gehenden Licht entsprechend dem Aufbau der Spuren 140 und 150 um 180° phasenverschoben. Die Kreuzungspunkte dieser Lichtsignale ergeben synchronisierende Indexpulse, die dazu benutzt werden, die absolute Position des Codierrades 20 relativ zur Phasenplatte 30 in jeder Umdrehung zu codieren.

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Int. Az.: Case 1314

Indexpuls

Die gewünschte Impulsform für den Indexpuls ist in Figur 8A dargestellt. Dieser Puls wird erzeugt und mit dem Winkel des Codierrades synchronised wie folgt. Ein Gegentaktsystem benutzt die Spuren 140 und 150 auf dem Codierrad 20 und erzeugt Signale I und T, die in Figur 8B dargestellt sind. Diese Kurven werden von einem optischen Komparator verglichen, und der Indexpuls wird erzeugt, wenn die Signale I und T gleiche Amplituden erreichen.

Das Signal wird durch einen Detektor erzeugt, der auf das durch die Schlitze 210 und 220 hindurchgehende Licht reagiert, welche im wesentlichen gleiche Abmessungen haben. Dadurch wird eine Kurve I mit der dargestellten dreieckigen Form erzeugt. Die Kurve I ist jedoch mit einem undurchsichtigen Codierrad schwer zu erhalten. Idealerweise wäre die Spur auf dem Codierrad transparent mit einem einzelnen undurchsichtigen Abschnitt 240, dessen Abmessungen gleich denen des Schlitzes 200 auf der Phasenplatte wären. Dies ließe sich

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Int. Az.: Case 1314 9 Q A 8 Π 7

mit einem transparenten Codierrad erreichen. Es ist jedoch wünschenswert, das Codierrad aus undurchsichtigem Material herzustellen. In einem undurchsichtigen Material wäre eine durchsichtige Spur, d.h. eine materiaifreie Spur mit Ausnähme eines undurchsichtigen Abschnitts mechanisch instabil. Daher sind Stützglieder 250 erforderlich, die die durchsichtige Spur kreuzen und den äußeren Teil des Codierrades stützen, wie in Figur 8 D dargestellt ist. Es ist wünschenswert, die Trennung zwischen den Signalen I und I zu maximieren, so daß die Möglichkeit eines falschen Vergleichs durch Störsignale verringert wird. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist daher die Spur 140 durch einen undurchsichtigen Abschnitt 240 gekennzeichnet, dessen Winkelabmessung im wesentlichen gleich der des Schlitzes 200 ist und der durch zwei durchsichtige Abschnitte 260 und 270 umgeben ist, deren Winkeldimensionen gleich der oder größer als die Winkeldimension des Schlitzes 200 sind. Stützglieder 250 sind periodisch relativ zur Winkelabmessung des Schlitzes 200 beabstandet, so daß die Intensität des Strahls ί auf einem relativ konstanten Pegel L₁ bleibt, wenn die Position des Detektors relativ zu den periodischen Stützgliedern 250 auf der Spur 140 sich ändert. Die Breite der Stützglieder ist so gewählt, daß einerseits eine angemessene mechanische Stabilität erzielt wird, daß aber andererseits der Lichtverlust minimiert wird, so daß die Differenz (L₂-L₃) zwischen.

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Int.Az.: Case 1311

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den Signalen I und I mit Ausnahme der Vergleichspunkte so groß wie möglich gehalten wird.

Detektormodul

Der in Figuren b und 7 dargestellte Detektormodul 40 weist drei Detektorlinsen 280, 290 und 300 auf, die zweigeteilt und abgeschnitten sind und jede so positioniert sind, daß von einer der Linsen der Lichtquelle ein modulierter Lichtstrahl empfangen wird. Die Detektorlinsen empfangen dieses Licht in durch das Codierrad und die Phasenplatte modulierter Form und spalten und fokussieren die beiden Komponenten jedes Strahls. Im einzelnen empfängt die Detektorlinse 280 das durch die optischen Bereiche 160 und 170 der Phasenplatte 30 hindurchgehende Licht, spaltet es auf und fokussiert das durch jede dieser optischen Bereiche hindurchgellende Licht an ersten und zweiten Positionen. Jede Linse besteht aus zwei eng aneinanderliegenden und abgeschnittenen !-"lementen, deren optische Achsen nah beieinander liegen. IJm die optischen A(IiS(Mi der beiden Elemente in jeder Linse nahe /usaminen/ubr inqen, sind letztere als /wi 1 I in<|5anordnun<jen ausgebildet, d.h. jode Linse ist zweigeteilt und hat zwei hei —

Ά) e inaiid'.'r I iegende Elemente, wie in Figur / dargestellt ist. Jedes Element ist im wesentlichen umf angssymmetr i sch um seine optische Aili'.e, und die '>ummo ύνν M.ix ima I rad ion Aw be ie inanderl legenden E lenient" ist. innrer ₍ι 1 s dar Abstand zwischen den optischen Achsen.

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Int. Az.: Case 1314

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Daher gibt es eine Schnittebene zwischen den Elementen, die sich in der Mitte zwischen den optischen Achsen befindet und die sonst umfangssymmetrisehen Elemente abschneidet. Dadurch entstehen Linsen, mit Elementen, welche eine Größe haben, die einen guten Wirkungsgrad sicherstellt und die außerdem nah beieinanderliegende optische Achsen haben. Diese Elemente sind so angeordnet, daß jedes Element Licht empfängt, das durch eine der optischen Bereiche hindurchgeht. Außerdem ist jede Linse ähnlich wie bei den Linsen der Lichtquelle abgeschnitten und mit geringem Abstand relativ zu den anderen Linsen angeordnet. Exzentrizitätsfehler sind proportional zum Abstand zwischen den optischen Bereichen. Daher können die optischen Bereiche nah zusammengebracht werden, wodurch ein Drehmelder entsteht, der relativ unempfindlich gegen Exzentrizitätsfehler ist. Auch die Photodioden-Detektoren sind nahe beieinander angeordnet, wodurch die Detektoranordnung relativ klein wird.

Jede der drei Detektorlirisen ist entsprechend den bekannten Verfahren so dimensioniert, daß sich die Oberflächen leicht spritzen lassen und daß gut kol1imiertes Licht mit gleichförmiger Intensität entsteht. Die Brennweite der Elemente beträgt ungefähr 1.9 mm. Die Linsen sind aus einem Polykarbonat hergestellt, welches bei einer Wellenlänge von 700 nm einen Brechungsindex n=1,57 hat. Die Brennweiten der Linsen der Lichtquelle und des Detektors sind gleich, so daß kein Vergrößerungseffekt vorhanden ist.

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Schaltungsplatte

Die in Figur 9 dargestellten Photodetektoren 310 und 320 befinden sich in einer integrierten Schaltung mit einem optischen Komparator auf einer Schaltungsplatte 45. Der Komparator legt fest, welcher Detektor das meiste Licht empfangt und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Figur 9 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild dieses optischen Komparators. Für jeden Kanal ist ein optischer Komparator vorhanden. Jeder Komparator erzeugt zwei Ausgangssignale. Das erste Ausgangssignal hat einen Logikpegel, der anzeigt, welche der beiden Photodetektoren das meiste Licht empfangt. Das zweite Ausgangssignal ist ein analoges Signal, das auf das Verhältnis der beiden Lichtpegel bezogen ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Photodetektoren 310 und 320 Kollektor-Basisübergänge von integrierten npn-Transistoren. Es ist wünschenswert, die Photodetektoren bei einer konstanten Spannung in einem Verstärker mit niedriger Impedanz zu betreiben, so daß die durch die Kapazität der Photodioden hervorgerufene Ansprechzeit geringgehalten wird. Diese niedrige Impedanz wird am invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers erhalten. Dieser Verstärker erhält die Amplitude und verringert die Impedanz des Eingangssignals. Wie in Figur 9 dargestellt ist, ist ein Vorverstärker 330 mit dem ersten Photodetektor 310 verbunden und weist einen Operationsverstärker 340 und ein Rückkoppiungselement 350 auf. Der Operationsverstärker 340 hat einen Vorstrom i^, der in gleicher Richtung wie

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Int. Az.: Case 1314

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der Photostrom i in einen Knotenpunkt 36 und durch das Rückkopplungselement fließt.

Im Betrieb bewirkt eine Änderung des Photostromes durch den Photodetektor 310 eine Änderung der Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 340, nämlich am Knotenpunkt 36. Die Ausgangsspannung des Verstärkers beim Knotenpunkt 37 ändert sich um einen größeren Betrag und in entgegengesetzter Richtung. Die sich daraus ergebende Spannungsänderung am Rückkopplungselement 350 bewirkt eine Änderung des durch dieses fließenden Stroms, wodurch die ursprüngliche Änderung des Photostromos aufgehoben wird. Die Strom/Spannung-Umwandlung des Vorverstärkers 330 hängt somit von der Spannung/Strom-Charakteristik des Rückkopplungselementes 350 ab. Diese Kopplung eines Rückkopplungselementes vom Ausgang zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers ergibt eine Schaltung, die als Transimpedanz-Verstärker bekannt ist. üblicherweise würde als Rückkopplungselement ein Widerstand benutzt, jedoch sind der hohe benötigte Wiclerstandswert und die Forderung, daß die Vorverstärker 330 und 400 genau aneinander angepaßt sein müssen, mit der Herstellung von integrierten Schaltungen nicht vereinbar.

Daher wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Rückkopplungselement eine vorgespannte Diode benutzt. Die Impedanz dieses pn-Übergangs bei 100 tiA und Raumtemperatur beträgt ungefähr 260 k·"-. Die Dioden benötigen außerdem weniger Platz als Widerstände,

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lassen sich sehr gut aneinander anpassen und haben eine nichtlineare logarithmische Charakteristik. Diese Nichtlinearität beeinträchtigt nicht die unten beschriebene Komparatorfunktion, da der Vergleichspunkt durch die Operation der beiden Dioden auf dem gleichen Pegel bestimmt wird. Zusätzlich wird, wie weiter unter beschrieben wird, die Nichtlinearität nicht nur kompensiert, sondern ist auch besonders nützlich für die Ableitung des analogen Ausgangssignals des Detektors.

Vo r s pa nnungsversorgung

Die im Schaltbild der Figur 10 dargestellte Vorspannungsversorgung benutzt eine mehrfach wiederholte schnialbandige ReferenzstroinquelIe. Eine Referenzspannung wird dadurch erzeugt, daß ein konstanter Strom durch drei in Reihe geschaltete Dioden geleitet wird.

Ausgangsverstärker

Der Ausgangsverstärker 260 ist stärker detailliert im Schaltbild

ü 3 0 0 2 θ / Π Γ; b'

CX)PY

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der Figur 11 dargestellt. Die Ausgänge der Operationsverstärker 340 und 420 sind mit den Basen von Transistoren Q41 bzw. Q40 verbunden. Diese Transistoren bilden ein Differentialpaar 365 und sind in Größe und Geometrie an die diodenmäßig verbundenen Transistoren 350 und 410 in den Rückkopplungsschleifen der Transimpedanz-Verstärker 330 und 400 angepaßt. Die Strom/ Spannung-Transformation im Differentialpaar 365 ist daher invers gegenüber der Transformation, die durch die Transimpedanz-Verstärker bewirkt wird. Das Verhältnis der Photoströme wird daher durch die Transimpedanz-Verstärker in eine Spannungsdifferenz transformiert und durch die Transistoren Q40 und Q41 zurück in ein Stromverhältnis verwandelt. Die Kollektorströme der Transistoren Q40 und Q41 haben das gleiche Verhältnis wie die Photoströme. Jedoch ist die Summe der Kollektorströme der durch die Stromquelle Q6 erzeugte Nominal strom von 50 μΑ. Nimmt man an, daß die beiden optischen Signale von derselben Lichtquelle erzeugt werden, geben die Ströme aus dem Differentialpaar Q40 und Q41 nur das Verhältnis der Verluste in den beiden optischen Wegen wieder, d.h. die Position der

20 Welle.

Die Ströme II und 12 aus dem Differentialpaar Q40, Q41 werden durch pnp-Tr.insistoren Q141 und Q142 gespiegelt. Dor gespiegelte Strom II von der Klemme B des Transistors 0141 wird wieder durch Transistoren Q42, Q43 und Q44 gespiegelt, so daß eine Stromsenke der Größe 11 entsteht. Der gespiegelte Strom 12 von der

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Klemme B des Transistors Q142 bildet eine Stromquelle der Größe 12. Diese beiden Ströme, von denen der eine eine Quelle und der andere eine Senke ist, sind bei der Anschlußklemme 45 angeschlossen. Wenn die beiden Ströme gleich sind, ergibt sich keinen Differenzstrom an der Klemme 45. Wenn jedoch die beiden Ströme nicht gleich sind, ergibt sich ein Differenzstrom entweder in die oder aus der Klemme 45. Dieses analoge Stromsignal ist die Differenz zwischen den beiden Strömen, deren Summe konstant ist und deren Verhältnis gleich dem Verhältnis der ursprünglichen Photoströme ist. Das heißt I₀ = (X - Y):(X + Y) -50 μΑ

Dabei sind X und Y die den Basen der Transistoren Q40 bzw. Q41 zugeführten Photoströme. Da die Photoströme mit der Wellenposition in 1inearerBeziehung stehen, ist der Ausgangsstrom I ebenfalls eine lineare Funktion der Wellenposition.

Zur Anzeige, welcherder beiden Photoströme größer ist, ist ein logisches Ausgangssignal vorgesehen. Dieses logische Ausgangssignal ist durch eine Hysterese gekennzeichnet, die erfordert, daß das Ansteuersignal bis zu einem bestimmten Punkt zurückgehen muß, bevor das Ausgangssignal umschaltet. In der Nähe des idealen Umschaltpunktes ist ein Teil der Schaltung bistabil. Wie in Figur 11 dargestellt ist, erzeugen die oben beschriebenen Transistoren Q141 und Q142 replizierte Ströme I. und I„ an Klemmen Q141A und Q142A. Die Transistoren Q45 und Q46 sind über Kreuz verbunden und bilden ein bistabiles Flipflop.

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Int. Az.: Case 1314

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Die Ströme II und 12 von den Transistoren Q141 und Q142 sind auf das Flipflop geschaltet und bilden dort entgegengesetzte Setz- und Rückstell ströme. Diodenmäßig verbundene Transistoren Q47 und Q48 reduzieren die effektive Verstärkung der Transistoren Q45 und Q46 auf einen etwas über Eins liegenden Wert, d.h. auf ungefähr 1,1. Das Flipflop ist daher ein Paar von Stromspiegeln von denen jeder dem anderen Steuerstrom entnimmt. Die Transistoren Q47 und Q48 haben Widerstände R41 und R42 in ihren jeweiligen Emitterkreisen, wodurch die Basisspannung der Transistoren Q45 und Q46 erhöht wird. Jede Seite des Flipflops kann dementsprechend etwas mehr Strom aufnehmen als ihr Eingang, wodurch die Hysteresewirkung entsteht. Die Werte der Widerstände R41 und R42 betrajen ein Achtel des Wertes des Widerstandes R2, der den Arbeitspunkt der Haupt-Vorspannungsschleife steuert. In dieser Schaltung wird die Größe der Hysterese durch das Widerstandsverhältnis der Widerstände R41 und R 2 gesteuert und nicht durch absolute Widerstandswerte. Dies ergibt sich daraus, daß der Transistor Q47 genausoviel Strom leitet wie der Transistor Q2 am Schaltpunkt, wo 11 und 12 ungefähr gleich groß sind. Da der Wert des Widerstandes R41 ein Achtel des Wertes des Widerstandes R2 beträgt, jedoch der gleiche Strom durch ihn hindurchfließt, ist der Spannungsabfall an R41 ein Achtel des Spannungsabfalls an R2. Da der in einen Transistor fließende Strom eine Exponentialfunktion der angelegten Spannung ist und die Spannung am Widerstand R2 gleich der Spannungsdifferenz ist, die einem 2:1-Stromverhältnis entspricht, entspricht

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der Spannungsabfall am Widerstand R41 einem Stromverhältnis von-y2. Der Transistor Q45 hat eine Basis-Emitter-Spannung, die größer als die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q47 ist, und zwar um einen Betrag, der gleich dem Spannungsabfall am Widerstand R41 ist. Der Strom durch den Transistor Q45 beträgt daher ungefähr -V 2 · Π, d.h. ungefähr 1,09 II. Am Arbeitspunkt kann jeder Spiegel 9% mehr Strom aufnehmen als das steuernde Eingangssignal. 12 muß daher II um ungefähr 9% übersteigen, bevor sich der Zustand des Flipflops ändert. Die Transistoren Q46 und Q48 und der Widerstand R42 arbeiten in ähnlicher Weise und erzeugen eine Hysteresewirkung während der umgekehrten Zustandsänderung. Die Größe der Hysterese wird durch die begrenzte beta-Verstärkung der Transistoren reduziert, jedoch ist die Zustandsänderung abrupt, auch wenn sich die Ströme langsam ändern, vorausgesetzt, daß die Transistoren Q45 und Q46 mehr Strom als 12 bzw. II aufnehmen können. Das gleiche gilt für die Transistoren Q4/ und Q48.

Der Zustand des Flipflops aus den Transistoren Q46 und Q45 wird das logische Ausgangssignal. Dieses Ausganyssignal wird von einem Differentialpaar Q143 und Q144 aufgenommen und durch Transistoren Q145 und Q146 gepuffert. Uer Strom von einer Quelle Q109E wird so geschaltet, daß er entweder einen Transistor Q49 oder einen Transistor Q50 ansteuert. Der Transistor Q49 ist vorgesehen, um die Abschaltung des Transistors Q50 zu beschleunigen. Wenn Q50 gesperrt ist, wird das Ausgangssignal durch einen Transistor Q105A auf einen hohen Spannungspegel gezogen. Der

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Hewlett-Packard Company

Widerstand R40 hilft, den Transistor Q49 in seinen nichtleitenden Zustand zu bringen.

Ein Photostromsimulator prägt einen gesteuerten Strombetrag in die Photodioden ein, wodurch der Lichteffekt simuliert wird. Dieser Photosimulator kann dazu benutzt werden, die Schaltungsplättchen ohne gesteuerte Lichtquellen zu sortieren. Er ist auch nützlich für Trimm- und Balancezwecke oder zur Einfügung eines wesentlichen Ungleichgewichts zur Umwandlung des Detektors in einen absoluten Schwellen wertdetektor anstelle von einem Gegentaktdetektor. Photo simulatoren 430 und 440 sind in Figur 9 dargestellt. Jeder erzeugt selektiv einen Strom in Höhe ungefähr eines Bruchanteils eines Mikroamperes für die Operationsverstärker 340 und 420 zur Simulation der Effekte eines Lichtstrahls.

Linearer Drehmelder

Viele Merkmale der vorliegenden Erfindung lassen sich bei einem linearen Positionsmelder verwenden, indem man gedanklich den Radius sehr groß werden läßt, wodurch die Spur gerade wird.

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Claims

Hewlett-Packard Company 2948072 Int. Az.: Case 1314 26. November 1979 PATENTANSPRÜCHE Γ)

1./Impulsgenerator für einen Positionscodierer zum Erzeugen eines Impulses bei einer Position, dadurch gekennzei chn e t , daß
eine Lichtquelle (10) vorgesehen ist,

eine das Licht modulierende Einrichtung (20) erste (140) und zweite (150) auf diese ausgerichtete Spuren aufweist und das Licht als Funktion der Position auf diesen moduliert, die erste Spur (140) einen durchscheinenden Abschnitt (240) mit einer ersten Dimension längs der Spur enthält, die zweite Spur einen nicht-durchscheinenden Abschnitt (220) mit einer zweiten Dimension aufweist, durchscheinende Abschnitte (250) mit jeweils einen dritten Bogenmaß neben dem nicht-durchscheinenden Abschnitt auf jeder Seite aufweist, und einen nicht-durchscheinenden Abschnitt (260) mit einer vierten Dimension aufweist, die periodisch auf jeder Seite der durchscheinenden Abschnitte in einer Periode und einem fünften Bogenmaß angeordnet sind, die Licht modulierende Einrichtung aus einem optisch nichtdurchscheinenden Material aufgebaut ist und in diesem Löcher definiert, die den durchscheinenden Abschnitten der ersten und zweiten Spuren entsprechen,

eine Detektoreinrichtung (30, 350, 410) zur Bewegung bezüglich der das Licht modulierenden Einrichtung angeordnet ist und erste (200) und zweite i°'0^N ^tische Bereiche mit den ersten bzw. zweiten

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ORIGINAL INSPECTED

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Int. Az.: Case 1314 - 2 -

Spuren ausgerichtet und derart positioniert sind, daß der erste optische Bereich mit dem durchscheinenden Material auf der ersten Spur ausgerichtet ist, wenn der zweite optische Bereich mit dem nicht-durchscheinenden Abschnitt der zweiten Spur ausgerichtet ist und erste und zweite elektrische Signale entsprechend dem Licht abgibt, das von den ersten und zweiten optischen Bereichen erhalten wurde, der erste optische Bereich ein sechstes Bogenmaß hat, der zweite optische Bereich ein siebentes Bogenmaß hat, der siebente Bogenmaß im wesentlichen gleich dem fünften Bogenmaß ist, die vierten Bogenmaße weniger als das fünfte Bogenmaß betragen und der Komparator (360) vom Detektor elektrische Signale erhält zur Ableitung eines Impulses entsprechend dem Licht, das in einem optischen Bereich erhalten wurde, und ein bestimmtes Verhalten zu dem im anderen optischen Bereich erhaltenen Licht erreicht.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß er bei einem inkrementell arbeitenden Drehmelder einen Index-Impuls erzeugt, wenn die Welle eine vorbestimmte Position erreicht, daß die das Licht modulierende Einrichtung (20) ein auf der Welle montiertes Codierrad ist, welches konzentrisch angeordnete erste und zweite Spuren aufweist, die das Licht empfangen und es entsprechend der

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Hewlett-Packard Company -3-

Int. Az.: Case 1314

Drehung der Welle (50) modulieren, daß die erste , zweite dritte, vierte, fünfte, sechste und siebente Dimension Winkeldimensionen sind und daß die Detektoreinrichtung (30, 350, 410) fest montiert ist, so daß sich das Codierrad relativ zu ihm bewegt.

3. Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite und die dritte Dimension im wesentlichen gleich groß wie oder größer als die siebente Dimension sind.

4. Impulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste und die siebente Dimension im wesentlichen gleich sind.

5. Impulsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite und die sechste Dimension im wesentlichen gleich sind.

6. Impulsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Dimension kleiner als die Hälfte der fünften Dimension ist.

030028/0581