Zur digitalen Messung von Wegen, Abständen, Winkelstellungen oder dergleichen sind die sonst üblichen Codes (einfacher Binärcode, BCD-Code, et cetera) nicht geeignet, da beim Übergang von Zeichen zu Zeichen, das heißt von einem Wert zum nächsthöheren oder nächstniedrigeren, immer dann die Eindeutigkeit der Ablesung fehlt, wenn sich mehr als ein Bit ändert. Bei diesen Codes können also in der Übergangsphase zwischen zwei Zeichen falsche Bitkombinationen angezeigt werden. Üblicherweise verwendet man deshalb für sol-" che Aufgaben hauptsächlich sogenannte Graycodes, die auch als zyklisch permutierte Codes bezeichnet werden, und die sich beim Übergang von Zeichen zu Zeichen jeweils nur an einer Stelle ändern, so dass Falschablesungen auch an der Übergangsstelle zwischen zwei Zeichen ausgeschlossen sind.

Eine Schwierigkeit bei Längen oder Winkelmessungen mit solchen Codes, die gewöhnlich auf drehenden Scheiben oder auch auf Linealen angeordnet sind, liegt darin, dass bei größeren zu messenden Längen und einer vorgeschriebenen Mindestauflösung sehr viele Spuren mit Codeelementen erforderlich werden. Aus diesem Grund ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 25 53 815 ein Graycode-Aufnehmer bekannt geworden, bei dem mehrere jeweils mit einer niedrigeren Zahl von spurförmigen Codemarkierungen versehene Codeträger übereinander angeordnet sind. Durch die Verwendung mehrerer Scheiben läßt sich der Meßbereich praktisch beliebig erweitern, wobei die einzelnen Scheiben weitgehend identisch ausgebildet sein können.

Um die Anzahl der Spuren der Codeelemente zu reduzieren, ist in der DE 42 02 901 A1 ein optischer Absolutwinkelgeber offenbart, bei dem durch eine Kombination einer Analogspur mit einem mehrspurigen Binärcode und Ablesung durch ein Fotozellenarray, vorzugsweise in CCD-Technik, die Anzahl an Binärspuren für eine geforderte Auflösung drastisch verringert werden konnte. Der offenbarte optische Absolutwinkelgeber besteht aus einer zweiteiligen Codierung : Einem binären mehrspurigen Code, zum Beispiel Graycode, und einem unmittel- bar anschließenden Analogcode aus schräg zum Radius verlaufenden Teilstrichen, und ei- nem Fotozellenarray, das radial angeordnet ist und beide Codes gemeinsam abtastet.

Um die Anzahl der benötigten Bauelemente für einen Absolutwert-Codierer zu reduzieren, ist in der DE-OS 38 09 804 ein Absolutwert-Codierer zum Ermitteln des Bewegungszustands einer Skala mit mehreren Spuren aus jeweils aufgereihten vorbestimmten Codeelementen und ein Verfahren zum Ermitteln der Lage einer bewegbaren Skala beschrieben worden.

Anstelle von einzelnen Lichtemissions-und-empfangseinrichtungen ist hier ein Codierer beschriebenen, der mit lediglich einer Lichtquelle und einem System aus Linsen und einem Beugungsgitter die Detektorvorrichtungen hinter der Codeplatte mit Licht beaufschlagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Absolutwertgeber zu entwickeln, der bei einer erhöhten Anzahl von codierten Zuständen mit einer reduzierten Anzahl von Bauteilen gefertigt werden kann, so dass gleichzeitig eine Reduzierung der Anforderungen an die Positioniergenauigkeit gegeben ist und bei dem die Anzahl der Sender und Empfän- ger beliebig vertauscht werden kann. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Ver- fahren zur Ermittlung einer Lage eines bewegbaren Meßobjektes zu entwickeln, bei dem unter Verwendung eines binären Codes eine stets eindeutige Zuordnung der binären Zu- stände möglich ist und bei dem die Anzahl der möglichen binären Zustände nahezu beliebig eingestellt werden kann.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht darin, dass das Meßobjekt in einem ersten Bereich Spuren zur Codierung der Lichtemission und in einem zweiten Bereich Spu- ren zur Codierung des Lichtempfangs aufweist und dass das Meßobjekt in der Lage, in der im ersten Bereich die Emission des Lichtes sämtlicher Lichtemissionseinrichtungen unter- drückt ist, im zweiten Bereich mindestens eine Spur vorhanden ist, in der ein Codeelement nur teilweise ausgeführt ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist nun die Möglichkeit geschaffen, mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen eine größere Anzahl von binären Zuständen zu erzeugen und es besteht weiterhin die Möglichkeit, die Anzahl der Zustände nahezu beliebig zu kürzen. Wird die Anzahl der möglichen binären Zustände ge- kürzt, entsteht daraus ein modifizierter Graycode ohne zyklische Geschlossenheit. Aus der

Reduzierung der Bauteile resultiert ein erfindungsgemäßer Vorteil, dass geringere Anforde- rungen an die Positioniergenauigkeit gestellt werden müssen.

Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Spuren zur Codierung wird nun die Anzahl der Bauteile reduziert, wobei die Anzahl der möglichen binären Zustände beibehalten werden kann. Durch die Aufteilung des Codes auf Sender und Empfänger kann somit die Anzahl der Bauteile und folglich können auch die Kosten zur Herstellung des Absolutwertgebers redu- ziert werden.

Ein gattungsgemäßer Absolutwert-Codierer nach dem Stand der Technik dient zum Messen der Lage, beziehungsweise des absoluten Ausmaßes der Versetzung eines Meßobjektes.

Bevorzugt wird für die Erfindung eine Rastscheibe für einen Drehsteller als Meßobjekt einge- setzt. Die Rastscheibe ist dabei um ihre Mittelachse drehbar aufgenommen und besitzt ein Bedienelement zum Betätigen der Rastscheibe. Auf der Rastscheibe sind konzentrisch meh- rere Spuren für das Erzeugen von binären Zuständen in Übereinstimmung mit einer jeweili- gen Winkelstellung der Rastscheibe ausgebildet. So können beispielsweise in regelmäßigen Abständen auf einer jeden Spur eine Vielzahl von Schlitzen oder Löchern mit jeweils einem durchlässigen und einem undurchlässigen Bereich als optisch binäre Zustände ausgebildet werden, so dass radial zu der Rastscheibe jeweils ein bestimmter binärer Zustand gebildet ist. Auf einer Seite der Rastscheibe ist oberhalb einer jeden Spur ein Leuchtmittel angeord- net, das Licht in Richtung der Rastscheibe emittiert. Auf der entgegengesetzten Seite sind, der Anzahl der Leuchtmittel, sowie der Anzahl der Spuren entsprechend, gleich viele Licht- empfangseinrichtungen stationär angeordnet. Die Rastscheibe dreht sich somit zwischen den Leuchtmitteln und den Lichtempfangseinrichtungen hindurch. Fällt nun ein von den Leuchtmitteln abgegebener Lichtstrahl durch einen der Schlitze auf der Rastscheibe auf eine Lichtempfangseinrichtung so wird ein binärer Zustand erzeugt, der im weiteren als 1 gekenn- zeichnet wird. Wird das Licht auf einer Spur neben einem Schlitz reflektiert und es fällt kein Licht auf die Lichtempfangseinrichtung, so kann daraus der binäre Zustand 0 ermittelt wer- den. Das Auflösungsvermögen bei dem Erfassen der Drehstellung der Rastscheibe ist in einem derartigen Aufbau von der Anzahl der Spuren auf der Rastscheibe abhängig. Das heißt, zum Steigern des Auflösungsvermögens ist es erforderlich, die Anzahl der Spuren an der Drehscheibe und der zusammengehörigen Elemente zu erhöhen.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Tabellen und Zeichnungen näher erläutert wer- den. Es zeigt :

Figur 1 eine Tabelle mit einer möglichen Anzahl von binären Zuständen, die mit vier Codeelementen erzeugt werden kann, Figur 2 einen gekürzten Code, der ebenfalls mit vier Codeelementen erzeugt werden kann, Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Codes mit einem ersten und einem zweiten Bereich, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Rastscheibe mit einem erfindungsgemäßen Code, Figur 5 den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehstellers, Figur 6 eine weitere Ausgestaltungsvariante eines mit einer erfindungsgemäß ausge- führten Rastscheibe versehenen Drehstellers.

Es gibt viele Anwendungen, bei denen ein Zahlencode benötigt wird, der so beschaffen ist, dass sich beim Übergang von einer Zahl zur nächsten immer nur ein einziges Bit ändert.

Diese Eigenschaft besitzt der Graycode im Gegensatz zu üblichen Dualcodes. Man erhält ihn zum Beispiel dadurch, dass man beim Übergang zur nächsthöheren Stellenzahl alle niedrigeren Zahlen spiegelt und eine 1 davor setzt. Dabei müssen nicht notierte Nullen sinn- gemäß ergänzt werden. Es sind aber auch andere Sequenzen möglich, mit welchem sich ein zyklischer Code mit einer Änderung jeweils in einen Bit darstellen läßt. Mit Hilfe von vier Dioden kann beispielsweise so ein Graycode erzeugt werden, wie er in Figur 1 dargestellt ist.

Es ergeben sich 2"mögliche binäre Zustände, wobei n die Anzahl der Dioden angibt. Hierbei steht die fortlaufende Nummerierung in der linken äußeren Spalte für die mögliche Anzahl der binären Zustände. Gemäß der Erfindung wird der binäre Zustand 10 mit vier Nullen nicht zugelassen, so dass sich ein gekürzter Graycode ohne zyklische Geschlossenheit ergibt, wie er in Figur 2 dargestellt ist. Soll nun der gekürzte Graycode in einem Drehwinkelgeber ver- wendet werden, welcher auf die Sender-und die Empfängereinheiten aufgeteilt ist, so kann dies zum Beispiel mit vier Empfängerdioden und zwei Leuchtmitteln als Sender realisiert werden. Hieraus ergibt sich der erfindungsgemäße Vorteil, dass zum Beispiel für geforderte 45 Positionen lediglich 6 Bauteile benötigt werden, wohingegen ein üblicher Graycode min- destens 7 Bauteile benötigt. Dies bedeutet neben einer Kosteneinsparung auch eine Redu- zierung an die Anforderungen der Positioniergenauigkeit.

In der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Codierung eines Drehwinkelgebers darge- stellt, der 46 unterschiedliche binäre Zustände erzeugen kann. Die Tabelle ist in zwei Berei- che eingeteilt. Der erste Bereich wird durch die Empfängerdioden 1 bis 4 gebildet und der zweite Bereich besteht aus dem Bereich der Leuchtmittel, die in diesem Ausführungsbeispiel von zwei Licht emittierenden Dioden (LED 1, LED 2) gebildet werden. Vor der Tabelle in der

linken äußeren Spalte sind die Anzahl der möglichen binären Zustände aufgezählt, die auf einer Rastscheibe auch als Segmente bezeichnet werden. Die Empfängerdioden können im gekürzten Code 2"-1 Zustände erzeugen. Die Leuchtmittel oder Sender können entspre- chend ihrer Anzahl m wiederum 2m Zustände erzeugen. Hiervon sind, in diesem Ausfüh- rungsbeispiel mit m = 2 Leuchtmitteln, drei Zustände allgemein zulässig, der Zustand mit beiden Sendern ausgeblendet, dass heißt es wird mit beiden Sendern eine 0 erzeugt, wird im Regelfall ausgeschlossen. Somit ergeben sich für die Sender 2m-1 Zustände. Entspre- chend dem Aufbau des Ausführungsbeispiels ergeben sich somit (2"-1) x (2'-1) mögliche Zustände. Zudem wird einmalig ein Zustand realisiert, bei welchem beide Sender abgedeckt sind. Insgesamt ergeben sich somit (2n-1) x (2m-1) + 1 oder für dieses Ausführungsbeispiel 46 codierte Zustände, die realisiert werden können. Der 46. codierte Zustand, in der Tabelle als 45 (a) und 45 (b) gekennzeichnet stellt einen Schaltzustand dar, bei dem beide Sender abgedeckt sind und mit dessen Hilfe die Anzahl der binären Zustände nahezu beliebig ge- kürzt werden kann. Während bei den Zuständen 0 bis 44 zumindest für eine Sende-LED ein Signal an den nicht abgedeckten Empfängern zu beobachten ist, tritt für den Zustand 45 kein Signal an den Empfängern auf. Hierdurch ist auch dieser Zustand eindeutig identifizierbar.

Im ersten binären Zustand, gekennzeichnet durch die laufende Segment-Nummer 0, sind die Dioden 1,2, 3 abgedeckt, lediglich die Diode 4 erhält einen Lichtimpuls, so dass in Bezug auf die Diode 4 die Kennziffer 1 generiert wird. Die im zweiten Bereich vorliegenden Sender (LED 1, LED 2) werden sequenziell eingeschaltet und mittels der Empfängerdioden kon- tinuierlich ausgewertet. Die LED 1 wird über einen gewissen Zeitraum angesteuert und emit- tiert Licht, so dass die Diode 4 ein Lichtsignal empfängt. Nach einem gewissen vorgebbaren Zeitraum wird die LED 1 ausgeschaltet und die LED 2 eingeschaltet, so dass Licht von der LED 2 emittiert wird. Da die LED 2 aber abgedeckt ist kann die Empfängerdiode 4 kein Licht empfangen, so dass für die LED 2 der Zustand 0 detektiert wird. In der Figur 4 ist eine Rast- scheibe 100 mit einem aufgebrachten Code dargestellt. Das mit der Ziffer 1 gekennzeichnete Segment beziehungsweise die Raststellung 1 entspricht dem binären Zustand 0 aus der Figur 3. Die dunklen Bereiche 101,102 der Rastscheibe 100 entsprechen dabei den Be- reichen, die eine Empfängerdiode abdecken 102 oder eine LED abdecken 101. Die hellen Bereiche 103,104 entsprechen den transluzenten Bereichen der Rastscheibe über der LED 103 und der vierten Empfängerdiode 104. Klar zu erkennen ist hierbei die Einteilung der Rastscheibe in zwei Bereiche. Der innere Bereich mit den vier Spuren 105,106, 107,108 stellt den ersten Bereich dar, der über den Empfängerdioden angeordnet ist. Der zweite Be- reich wird von den beiden äußeren Spuren 109,110 gebildet. Diese äußeren Spuren 109, 110 sind in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar über den Licht emittierenden Dioden angeordnet. Wird nun der Drehsteller um eine Rast verdreht, so kann der zweite binäre Zu-

stand 2, der in Figur 3 mit 1 beziffert ist, erzeugt werden. Dieser binäre Zustand entspricht in der Figur 4 den binären Zustand 2. Es hat sich ein Bit verändert. Über der Diode 2 ist nun ein transluzenter Bereich 111 in die Rastscheibe eingebracht. Die Auswertung des binären Zu- standes 1, gemäß der Figur 3, erfolgt wiederum über eine sequenzielle Ansteuerung der LED 1 und LED 2, sowie ein kontinuierliches Abfragen der Empfängerdioden 1 bis 4. In der Tabelle gemäß Figur 3 sind 46 binäre Zustände möglich. Dies ist die maximale Anzahl der mit vier Empfängerdioden und zwei Licht emittierenden Dioden erfindungsgemäß zu ermög- lichenden binären Zustände. Die folgenden binären Zustände 3 bis 44 werden durch ändern jeweils eines Bits und über selektives Ansteuern der LEDs erzeugt. Im Übergang vom binä- ren Zustand 44 zum binären Zustand 45, gemäß Figur 3, ändert sich wiederum nur ein Bit.

Die beiden LEDs 1,2 sind beide daran gehindert Licht zu emittieren. Dieser Zustand ist von einer nachgeschalteten Auswerteelektronik eindeutig als separate Rast zu identifizieren. Die Codierung der Empfängerdioden ändert sich während der Rast 45 auf halber Raststrecke von dem binären Zustand der Rast 44, in dem die Diode 3 unter einem transluzenten Bereich angeordnet ist, zum binären Zustand der Rast 0, bei dem lediglich über der Diode 4 ein transluzenter Bereich vorliegt. Dieser Übergang während der halben Rast von der Position 45a zur Position 45b ist von der Auswerteelektronik nicht zu erfassen, da die beiden LEDs, die zwar wiederum selektiv angesteuert werden Licht emittieren, es kann aber kein Licht empfangen werden und somit ist keine differenzierte Auswertung zwischen den Positionen 45a und 45b möglich. Die Drehrichtung aus der Position 45 heraus ist aber von der Auswer- teelektronik eindeutig zu identifizieren. Wird der Drehschalter in die Richtung des binären Zustandes 0 (Segment 1 in Figur 4) weiter gedreht, so ändert sich der binäre Zustand ent- sprechend zum Segment 1 oder wenn der Drehsteller in die entgegengesetzte Richtung ver- stellt wird, so wird der binäre Zustand des Segments 44 ausgewertet. Die Drehrichtung ist somit eindeutig zu identifizieren und eine entsprechende Auswertung möglich.

Erfindungsgemäß ist es nun möglich, diesen Zustand, in dem beide LEDs 1 und 2 kein Licht emittieren nahezu beliebig zu verschieben, so dass auch eine geringere Anzahl, als die in Figur 3 dargestellten 46 Positionen, zu erzeugen sind. Dazu würden die binären Zustände vor dem Bereich, in dem beide LEDs kein Licht emittieren können wegfallen. Eine Rast- scheibe, bei der der binäre Zustand 44 aus der Anzahl der möglichen 46 binären Zuständen, gemäß der Figur 3, herausgeschnitten wurde, ist in der Figur 4 dargestellt. Dem binären Zu- stand 43 der Tabelle aus Figur 3 entspricht die Rast 44 der Rastscheibe 100 gemäß der Figur 4. Der binäre Zustand 44 der Figur 3 bei dem lediglich die Empfängerdiode 3 unter einem transluzenten Bereich angeordnet ist und somit Licht empfangen kann, wurde in der Rastscheibe gemäß der Figur 4 herausgeschnitten. Es sind gemäß der Figur 4 exakt 45 bi- näre Zustände auf der Rastscheibe dargestellt. In der Rastposition 45 auf der Rastscheibe

100 wechselt der binäre Zustand 44 zum binären Zustand 1 auf der Rastscheibe. Die Spur 107 über der Empfängerdiode ist dabei nur teilweise ausgeführt. In diesem Ausführungsbei- spiel ist sie genau zur Hälfte ausgeführt. Aus diesem Beispiel einer Rastscheibe mit einer 45er Codierung wird deutlich warum der binäre Zustand, bei dem alle Licht empfangenden Dioden kein Licht empfangen, herausgestrichen wurde. Der Zustand, bei welchem alle Licht empfangenden Dioden abgedeckt sind, läßt sich nicht von dem Zustand, bei welchem alle Licht emittierenden Dioden abgedeckt sind, unterscheiden. In beiden Fällen kann kein Signal an den Empfängerdioden registriert werden. Wird der Zustand, bei welchem alle Sender ab- gedeckt sind, zur Herstellung der zyklischen Geschlossenheit des Codes eingesetzt, so muß daher auf den Zustand, bei welchem alle Empfänger abgedeckt werden, verzichtet werden.

Dies ist natürlich auch umgekehrt der Fall.

Die Eindeutigkeit des Segments 45 ist auf jeden Fall gegeben. Befindet sich die Rastscheibe 100 des Drehstellers in der Position des Segments 45, das heißt die Empfängerdioden und die Licht emittierenden Dioden sind unterhalb des Segmentes 45 angeordnet, so kann von keiner Empfangsdiode ein Signal erfaßt werden, da beide Sender abgedeckt werden, dass Segment 45 wird sicher erkannt. Befindet sich der Drehsteller jedoch in einer Zwischenposi- tion, zum Beispiel zwischen den Segmenten 44 und 45, so kann es zu zwei Ergebnissen kommen. Entweder sind die empfangenen Signale an den Lichtempfangseinheiten zu schwach, es wird damit das Segment 45 erfaßt, oder die Signale der LEDs sind ausreichend stark zur Erkennung des Bitmusters an den Empfängern, es wird eindeutig das Bitmuster von Segment 44 an den Empfängern festgestellt. Der Zwischenzustand wird somit einem der benachbarten Segmente zugeordnet, die Eindeutigkeit ist gegeben. Analoges gilt für den Übergang zwischen den Segmenten 45 und 1.

In der Figur 5 ist der prinzipielle Aufbau eines Drehstellers 112 im Bereich der Anordnung der Codierung dargestellt. Der prinzipielle Aufbau besteht aus den Lichtempfangseinheiten 113, den Lichtemissionseinheiten 114, der Rastscheibe 115 und einem Lichtleiter 116. Die Empfänger 113 und Sender 114 sind unmittelbar auf der Leiterplatte 117 angeordnet. Auf der Leiterplatte 117 ist ebenfalls die Drehachse 118 befestigt. Um die Drehachse 118 dreht sich in diesem Ausführungsbeispiel die Rast-oder Codescheibe 115.

Die LEDs 114 emittieren nacheinander Licht, das in dem Falle in dem über der Lichtquelle ein transluzenter Bereich in der Codescheibe vorliegt, in den Lichtleiter 116 hineingeleitet wird. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Lichtleiter 116 einen prismatischen Aufbau, so dass das Licht an den Oberflächen des Lichtleiters 119,120 reflektiert wird und so die Möglichkeit gegeben ist, das Licht auf die Lichtempfänger 113 fällt. Das Licht fällt in dem

Falle auf die Empfangsdioden 113 wenn in der Rastscheibe 115 oberhalb der Empfangs- dioden 113 ein transluzentes Segment 104,111 vorliegt. Über eine nicht dargestellte Aus- werteelektronik wird der binäre Zustand der momentanen Position der Rastscheibe 115 aus- gewertet und die Position des Drehstellers 112 eindeutig bestimmt. Zum Verstellen der Rast- scheibe 115 kann diese an der Drehachse 118 mit einem Betätigungselement des Dreh- stellers 112 drehbar gelagert sein.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist der, das die Anzahl der Empfängerdioden 113 und die Anzahl der Licht emittierenden Dioden 114 beliebig variiert werden kann. So ist es natürlich ebenfalls vorstellbar, den Drehsteller 112 mit nur zwei Empfängerdioden 113 und vier LEDs 114 auszustatten. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Preise für die elektrischen Bauteile stark variieren. Ausdrücklich wird die Anzahl der eingesetzten Empfängerdioden 113 und emittierenden Dioden 114 nicht in der Anzahl beschränkt. Es ist je nach Einsatzfall eine beliebige Anzahl von Empfängern 113 und Sendern 114 einsetzbar.

Eine weitere Variante der Ausgestaltung der Erfindung ist in Figur 6 dargestellt. Der darge- stellte Drehsteller 121 besteht ebenfalls aus zwei Sendern 122, die Licht emittieren und vier Empfängern 123, die das Licht aufnehmen. Lediglich der Aufbau der Rastscheibe 124 und die Anordnung der Bauteile ist verändert worden. So ist der Lichtleiter 125 unmittelbar in der Rastscheibe 124 angeordnet und kann zum Beispiel auch als mitdrehendes Bauteil ausge- führt sein. Es ist aber erfindungsgemäß ebenso vorstellbar die Leiterplatte 126 auf der die Dioden 122,123 angeordnet sind unter der Rastscheibe 124 zu bewegen. In dieser Ausge- staltungsvariante der Erfindung sind die Spuren für die Licht emittierenden Dioden getrennt voneinander angeordnet. So liegt an der inneren Seite 127 der Rastscheibe 124 die Spur für die innere LED 122 und auf der äußeren Seite 128 der Rastscheibe die Spur für die äußere LED 122. Das emittierte Licht kann somit über transluzente Bereiche der Spuren 127,128 in den Lichtleiter 125 gelangen, das dann wiederum durch die Empfängerdioden 123 ausge- wertet werden kann.