Blau statt rot

Blaues Licht weist bei gleicher Spaltbreite eine verringerte Beugung gegenüber langwelligem Licht auf und kann deshalb schärfer abbilden. Moderne Silizium-Halbleiterprozesse ermöglichen zudem feinere und flachere Strukturen, die der geringeren Eindringtiefe des blauen Lichts entgegenkommen und den Wirkungsgrad verbessern. Feine Strukturbreiten wiederum erlauben ein verschachteltes Layout von Fotodioden, mit denen in Encodern Sinus- und Cosinus-Signale mit geringem Offset erzeugt werden. Gleichzeitig wird in einer flächentreuen Transformation der Randkurven ein hoher Füllfaktor für die lichtempfindlichen Bereiche erzielt. Heute sind temperatur- und langzeitstabile blaue LEDs erhältlich, die die bisher in Encodern verwendeten IR- und roten LEDs ablösen werden, weil sie diese bzgl. Lichtausbeute oder -effizienz übertreffen und zudem preiswerter sind. Daher wurde der inkrementelle Abtaster der iC-PT H-Series für hohe Auflösungen speziell für blaues Licht optimiert und die Integrationsplattform für diese Single-Chip-Encoder mit dem Markennamen Encoder blue belegt. Die Sensoren kombinieren eine verbesserte optische Abtastung mit einer interpolierenden Signalauswertung auf kleinstem Bauraum: zum Einsatz kommt ein flaches 5x5mm² großes optoQFN mit Planfenster. Durch die optimierte Phased-Array-Struktur der Fotochips genügt eine minimale Abtastfläche von 1,9×3,1mm, um z.B. 10.000 Impulse von einer Codescheibe mit 26mm Durchmesser zu erzeugen. Das blaue Licht erhöht den Kontrast bei geringerem Rauschen und der bessere Wirkungsgrad reduziert die Stromaufnahme im optischen System. Die Bausteine liefern jitter-arme Encoder-Quadratursignale mit Index über 4mA-Push-Pull-Treiber in einfacher, doppelter und vierfacher Auflösung zur genauen Motorregelung. Gleichzeitig werden sonst zur Kommutierung übliche Hall-Sensoren durch drei zusätzlich integrierte Abtastspuren ersetzt. Hier bestimmt die Codescheibe das gewünschte Signal und ist an die benötigte Motorpolzahl anpassbar. Die Index-Verknüpfung sowie die Auflösung werden per Pin eingestellt. Ausgangsfrequenzen bis 1,6MHz sind zulässig, sodass selbst bei 10.000 Impulsen noch Motordrehzahlen bis ca. 10.000U/min möglich sind. Als Betriebsstrom genügen wenige Milliampere aus einer 5V-Versorgung. Die iC-PT H-Bausteine übernehmen die LED-Regelung und kompensieren Veränderungen durch Alterung und Temperatureinflüsse. Für potenzielle Anwender stehen Eval-Boards der Abtaster mit Kunststoff-Codescheiben und mit einfach aufsteckbaren blauen LEDs zur Verfügung, um die Vorteile im direkten Vergleich zur IR-Beleuchtung beurteilen zu können. Die höhere Flussspannung der blauen LEDs und die Stabilität der im Encoder verwendeten Materialien sind in der Systemauslegung zu berücksichtigen. Die neuen Produkte werden bereits intensiv von einigen namhaften Encoder-Herstellern getestet und qualifiziert.