DE102007028943A1 - Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung - Google Patents

Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung und umfasst eine Halbleiter-Lichtquelle und mindestens ein nachgeordnetes Reflektorelement, das eine definierte optische Wirkung auf die von der Halbleiter-Lichtquelle emittierten Strahlenbündel aufweist. Die optische wirksame Oberfläche des Reflektorelements ist in Teilbereichen dergestalt reflexvermeidend ausgebildet, dass vom Reflektorelement keine Strahlenbündel in die Halbleiter-Lichtquelle zurückreflektiert werden (Figur 2a).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In der DE 10 2006 021 017.4 der Anmelderin wird eine optische Positionsmesseinrichtung vorgeschlagen, in deren Abtasteinheit ein Reflektorelement vor einer Lichtquelle im Abtaststrahlengang angeordnet ist. Über die Positionierung und Ausgestaltung des Reflektorelements wird sichergestellt, dass die Lichtquelle virtuell in der Detektionsebene platziert ist, was beim genutzten Abtastprinzip eine wichtige Voraussetzung darstellt.
  • Als Lichtquelle dient in dieser Positionsmesseinrichtung vorzugsweise eine Punktlichtquelle, die etwa als Halbleiter-Lichtquelle in Form eines sog. VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) ausgebildet sein kann. Als problematisch erweist sich bei derartigen Lichtquellen, wenn Strahlung aus dem Abtaststrahlengang in die Lichtquelle zurückreflektiert wird. Durch derartige Rückreflexionen wird das Modenspektrum der Halbleiter-Lichtquelle verändert.
  • Ferner können aufgrund derartiger Rückreflexionen auch Interferenzeffekte durch mehrfach reflektierte Strahlenbündel im Abtaststrahlengang entstehen. Diese haben ebenfalls Einbrüche im Winkelspektrum der Lichtquelle zur Folge. Außerdem können derartige Rückreflexionen dazu führen, dass die korrekte Positionierung der virtuellen Lichtquelle im Abtaststrahlengang nicht mehr gewährleistet ist. Das Toleranzverhalten der Positionsmesseinrichtung wird dadurch negativ beeinflusst.
  • In den Druckschriften JP 11-243258 bzw. US 7,193,204 wurde dieses Problem bei Verwendung von Halbleiter-Lichtquellen in optischen Positionsmesseinrichtungen schon erkannt. Zur Umgehung der Rückreflexionsproblematik wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. So sieht die US 7,193,204 vor, die Abtasteinheit gegenüber der abgetasteten Maßverkörperung geringfügig zu verkippen, um derartige Rückreflexionen zu verhindern bzw. zumindest zu minimieren. In der JP 11-243258 ist zur Vermeidung dieser Nachteile ein Lambda-Viertel-Plättchen im Abtaststrahlengang angeordnet, das die Rückreflexion von Licht mit polarisationsveränderter Orientierung in die Halbleiter-Lichtquelle verhindert. Diese Lösungsansätze sind zum einen jedoch relativ aufwendig; zum anderen wird dadurch in den eigentlich idealen Abtaststrahlengang eingegriffen, so dass in Bezug auf die optimalen Optikbedingungen bzgl. der Abtastung eine Verschlechterung in Kauf genommen werden muss. Dies gilt insbesondere dann, wenn etwa eine Verkippung von Abtasteinheit und Maßverkörperung vorgesehen wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, in einer Abtasteinheit einer optischen Positionsmesseinrichtung eine Rückreflexion von Strahlung in eine dort eingesetzte Halbleiter-Lichtquelle zu verhindern, insbesondere, wenn in der Abtasteinheit ein Reflektorelement im Abtaststrahlengang angeordnet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abtasteinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, in der Abtasteinheit die optisch wirksame Oberfläche des Reflektorelements in Teilbereichen dergestalt reflexvermeidend auszubilden, dass vom Reflektorelement keine Strahlenbündel in die Halbleiter-Lichtquelle zurückreflektiert werden. Auf diese Art und Weise lassen sich die ansonsten resultierenden Reflexe vom Reflektorelement in die Halbleiter-Lichtquelle und die daraus resultierenden Probleme zuverlässig unterbinden bzw. zumindest deutlich minimieren.
  • Vorzugsweise besitzt das das Reflektorelement eine gekrümmte Oberfläche, die der Halbleiter-Lichtquelle zugewandt ist. Ferner ist das Reflektorelement in einem zentralen Teilbereich reflexvermeidend und im restlichen Bereich reflektierend für die von der Halbleiter-Lichtquelle emittierten Strahlenbündel ausgebildet.
  • Mit Vorteil umfasst die Abtasteinheit ein transparentes Trägersubstrat, auf dessen erster Seite die Lichtaustrittsfläche der Halbleiter-Lichtquelle angeordnet ist und auf dessen gegenüberliegender zweiter Seite das Reflektorelement angeordnet ist, dessen optisch wirksame Oberfläche in Richtung der Halbleiter-Lichtquelle orientiert ist.
  • Das Reflektorelement kann etwa als in die zweite Seite des Trägersubstrats integriertes optisches Bauelement ausgebildet sein.
  • Hierbei kann die zweite Seite des Trägersubstrats in Bereichen unmittelbar benachbart zum Reflektorelement reflexvermeidend für die von der Halbleiter-Lichtquelle emittierten Strahlenbündel ausgebildet werden.
  • Ferner ist es möglich dass im reflexvermeidenden Teilbereich des Reflektorelements eine reflexvermeidende Beschichtung aufgebracht ist.
  • Vorzugsweise ist dabei die reflexvermeidende Beschichtung als interferentielle Entspiegelungsschicht und/oder Absorptionsschicht ausgebildet.
  • Des weiteren kann auf der ersten Seite des Trägersubstrates um die Lichtaustrittsfläche der Halbleiter-Lichtquelle herum ein reflexvermeidender Teilbereich ausgebildet sein. Durch diese weitere Maßnahme lassen sich nochmals verbessert die eingangs erwähnten Interferenzeffekte durch mehrfach reflektierte Strahlenbündel im Abtaststrahlengang vermeiden.
  • Mit Vorteil besitzt hierbei der lichtquellenseitige, reflexvermeidende Teilbereich mindestens die Größe der von der Halbleiter-Lichtquelle beaufschlagten Fläche auf dem Trägersubstrat.
  • Beispielsweise ist der reflexvermeidende Teilbereich als reflexvermeidende Beschichtung auf dem Trägersubstrat ausgebildet.
  • Ferner kann die dem Reflektorelement zugewandte Seite der Halbleiter-Lichtquelle mit Ausnahme der Lichtaustrittsfläche reflexvermeidend ausgebildet sein.
  • Zusätzlich können auf der ersten Seite des Trägersubstrats elektrisch leitfähige Leiterbahnen zur Kontaktierung der Halbleiter-Lichtquelle angeordnet sein.
  • Mit Vorteil ist die Halbleiter-Lichtquelle als VCSEL ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Abtasteinheit wird etwa in einer Positionsmesseinrichtung mit einer Maßverkörperung eingesetzt, wobei die Abtasteinheit relativ zur Maßverkörperung beweglich angeordnet ist.
  • Natürlich ist es ferner möglich, sowohl rotatorische als auch lineare optische Positionsmesseinrichtungen mit entsprechenden Abtasteinheiten zu versehen.
  • Ebenso können neben im Auflicht betriebenen optischen Positionsmesseinrichtungen auch im Durchlicht betriebene Systeme erfindungsgemäße Abtasteinheiten aufweisen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung seien anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Abtasteinheiten in Verbindung mit den Figuren erläutert.
  • Es zeigt
  • 1a eine schematisierte Darstellung einer optischen Positionsmesseinrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit;
  • 1b eine Draufsicht auf die Abtasteinheit der Positionsmesseinrichtung aus 1a;
  • 2a eine Teildarstellung der Abtasteinheit aus den 1a und 1b inclusive Teilen des Abtaststrahlengangs;
  • 2b eine Draufsicht auf das Reflektorelement aus 2a;
  • 3 eine Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit inclusive Teilen des Abtaststrahlengangs;
  • 4a4c jeweils eine verschiedene Ansicht von Teilen einer weiteren Variante der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit.
  • Anhand der 1a und 1b sei nachfolgend eine optische Positionsmesseinrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit erläutert. 1a zeigt hierbei eine schematisierte seitliche Ansicht von Teilen der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 und der Reflexions-Maßverkörperung 10 inclusive Abtaststrahlengang; 1b zeigt eine Draufsicht auf die Abtasteinheit 20 aus 1a.
  • Im dargestellten Beispiel umfasst die optische Positionsmesseinrichtung eine erfindungsgemäße Abtasteinheit 20, die gegenüber einer Reflexions-Maßverkörperung 10 in Messrichtung x beweglich angeordnet ist. Reflexions-Maßverkörperung 10 und Abtasteinheit 20 sind z. B. mit zwei zueinander in Messrichtung x verschiebbar angeordneten Objekten verbunden, etwa zwei zueinander beweglichen Maschinenteilen. Über die positionsabhängigen Ausgangssignale der optischen Positionsmesseinrichtung kann eine – nicht gezeigte – nachgeordnete Steuereinheit die Bewegung dieser Maschinenteile in bekannter Art und Weise geeignet steuern.
  • Die Reflexions-Maßverkörperung 10 weist im dargestellten Beispiel eine Spur mit einer linearen Inkrementalteilung sowie eine parallel dazu angeordnete Spur mit einer Pseudo-Random-Codierung zur Absolutpositionsdetektion auf. Beide Spuren sind auf einem geeigneten Teilungsträger angeordnet, beispielsweise einem Stahlsubstrat.
  • Die Spur mit der Inkrementalteilung besteht aus periodisch in Messrichtung x angeordneten Teilbereichen mit unterschiedlichen optischen Reflexionseigenschaften. Die Teilbereiche erstrecken sich in der Teilungsebene senkrecht zur Messrichtung x, d. h. in der angegebenen y-Richtung. Hierbei besitzen die Teilbereiche der dargestellten Ausführungsform unterschiedliche phasenschiebende Wirkungen auf die hiervon reflektierten Strahlenbündel. Die Reflexions-Maßverkörperung 10 ist in diesem Beispiel als Reflexions-Phasengitter ausgebildet.
  • Die Spur mit der Pseudo-Random-Codierung besteht aus aperiodisch in Messrichtung x angeordneten Teilbereichen mit unterschiedlichen optischen Reflexionseigenschaften.
  • Von der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 ist in der stark schematisierten Darstellung der 1a und 1b nur ein Teil erkennbar; üblicherweise umfasst die Abtasteinheit 20 zudem ein geeignetes Gehäuse, in dem die verschiedenen Komponenten derselben angeordnet werden. Dargestellt sind in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung nötigen Elemente.
  • Auf Seiten der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 ist im vorliegenden Beispiel auf einer Trägerplatine 21 eine Detektoreinheit 22 mit zwei Detektoranordnungen 22.1, 22.2 vorgesehen. Eine erste Detektoranordnung 22.1 dient zur Abtastung eines periodischen Streifenmusters in der Detektionsebene und zur Erzeugung mehrerer phasenverschobener Inkrementalsignale. Das abgetastete Streifenmuster resultiert aus der optischen Abtastung der Inkrementalteilung auf der Reflexions-Maßverkörperung 10. Die erste Detektoranordnung 22.1 besteht hierbei aus einem bekannten Detektorarray mit einer in Messrichtung x periodischen Anordnung von einzelnen Detektorelementen bzw. Photodioden. Eine zweite Detektoranordnung 22.2 fungiert in bekannter Art und Weise zur Abtastung der in die Detektionsebene projizierten Pseudo-Random-Codierung der zweiten Spur. Über die zweite Detektoranordnung 22.2 ist die Erzeugung mindestens eines Absolutpositionssignals möglich. Die derart erzeugten Inkrementalsignale und Absolutpositionssignale seien nachfolgend der Einfachheit halber nur als Positionssignale bezeichnet.
  • Die beiden Detektoranordnungen 22.1, 22.2 werden in der vorliegenden ersten Variante der erfindungsgemäßen Abtasteinheit über Bonddrähte 22.3 elektrisch kontaktiert, d. h. elektrisch leitend mit – nicht dargestellten – Leiterbahnen in der Trägerplatine 21 verbunden. Über die Leiterbahnen in der Trägerplatine 21 werden die erzeugten Positionssignale einer – nicht gezeigten – nachgeordneten Steuereinheit zur Weiterverarbeitung zugeführt.
  • Oberhalb der Detektoreinheit 22 mit den beiden Detektoranordnungen 22.1, 22.2 ist auf Seiten der Abtasteinheit 20 in einem zentralen Teilbereich der Detektoranordnungen ein transparentes Trägersubstrat 23 angeordnet, bei spielsweise ausgebildet als plattenförmiges Glas-Trägersubstrat. Dieses nimmt im vorliegenden Beispiel nur einen kleineren Teil der Gesamtfläche der Detektoranordnung(en) bzw. der Oberfläche der Detektoreinheit 22 ein, wie etwa aus 1b ersichtlich ist. Auf der Oberseite des Trägersubstrats 23, nachfolgend als erste Seite des Trägersubstrats 23 bezeichnet, ist eine Halbleiter-Lichtquelle 24 platziert. Als geeignete Halbleiter-Lichtquelle 24 wird hierbei vorzugsweise ein sog. VCSEL (Vertical Cavity Surface Emittting Laser) gewählt. Die Halbleiter-Lichtquelle 24 wird über weitere Bonddrähte 24.2 elektrisch kontaktiert, die auf der Oberseite des Trägersubstrats 23 mit entsprechenden Kontakten verbunden sind. Über die Bonddrähte 24.2 werden diese Kontakte mit – nicht gezeigten – Leiterbahnen in der Detektoreinheit 22 verbunden.
  • Die Lichtaustrittsfläche 24.1 der Halbleiter-Lichtquelle 24 ist in Richtung der Oberseite bzw. ersten Seite des Trägersubstrats 23 orientiert. Die Halbleiter-Lichtquelle 24 strahlt demzufolge weg von der Reflexions-Maßverkörperung 10 in Richtung der Unterseite bzw. zweiten Seite des Trägersubstrats 23.
  • Auf der Unterseite bzw. der zweiten Seite des Trägersubstrats 23 ist ein Reflektorelement 25 angeordnet, eine definierte optische Wirkung auf die von der Halbleiter-Lichtquelle 24 emittierten Strahlenbündel im Abtaststrahlengang aufweist. Zu weiteren wesentlichen Einzelheiten bzgl. der Ausbildung des Reflektorelements 25 sei auf die nachfolgende Beschreibung der 2 verwiesen.
  • Die von der Halbleiter-Lichtquelle 24 kommenden Strahlenbündel werden – wie in 1a angedeutet – vom Reflektorelement 25 in Richtung der Reflexions-Maßverkörperung 10 umgelenkt bzw. zurückreflektiert und durchlaufen anschließend das Trägersubstrat 23 nochmals in umgekehrter Richtung. Dann gelangen die Strahlenbündel auf die Reflexions-Maßverkörperung 10 und werden dort wiederum in Richtung der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 zurückreflektiert. Auf Seiten der Abtasteinheit 20 gelangen die von der Reflexions-Maßverkörperung 10 kommenden Strahlenbündel schließlich auf die in der Detektionsebene platzierten Detektoranordnungen 22.1, 22.2 und erzeugen dort im Fall der Relativbewegung von Abtasteinheit 20 und Reflexions-Maßverkörperung 10 verschiebungsabhängige Positionssignale. Im Fall der Inkrementalsignale wird über den erläuterten Abtaststrahlengang und die dabei resultierenden Wechselwirkungen der Strahlenbündel mit der Reflexions-Maßverkörperung 10 ein periodisches Streifenmuster in der Detektionsebene erzeugt. Dieses wird im Fall der Relativbewegung von Abtasteinheit 20 und Reflexions-Maßverkörperung 10 verschiebungsabhängig moduliert und über die Detektoranordnung 22.1 in bekannter Art und Weise in mehrere phasenverschobene Inkrementalsignale zur Weiterverarbeitung umgewandelt.
  • Aufgrund des vorgesehenen Abtastprinzips ist in dieser Positionsmesseinrichtung zur Erzeugung der Inkrementalsignale maßgeblich, dass die verwendete Halbleiter-Lichtquelle 24 möglichst in der Detektionsebene angeordnet wird. Nur in diesem Fall kann die Unempfindlichkeit des erzeugten periodischen Streifenmusters in der Detektionsebene gegenüber Änderungen des Abtastabstands gewährleistet werden. Gemäß dem Stand der Technik wird entweder eine derartige Schwankung der Streifenmusterperiode in der Detektionsebene in Kauf genommen oder aber eine zentrale Anordnung der Lichtquelle in einer Kavität vorgesehen, die von der Detektoranordnung umgeben wird. In der vorliegenden optischen Positionsmesseinrichtung wird nunmehr durch eine geschickte Auslegung des Abtaststrahlengangs und insbesondere durch das Vorsehen des erwähnten Reflektorelements 25 eine alternative vorteilhafte Lösungsmöglichkeit dieser Problematik angegeben. So kann durch die Integration des geeignet dimensionierten Reflektorelements 25 in den Abtaststrahlengang erreicht werden, dass die Lichtquelle 24 virtuell in der Detektionsebene platziert wird, während diese tatsächlich bzw. real an einer anderen Stelle der Abtasteinheit 20 angeordnet wird. Wie etwa aus den 1a und 1b ersichtlich ist, erfolgt die Anordnung der Halbleiter-Lichtquelle 24 auf der ersten Seite bzw. der Oberseite des Trägersubstrats 23. Zu weiteren Details bzgl. des Abtastprinzips dieser optischen Positionsmesseinrichtung sei ausdrücklich auf die DE 10 2006 021 017.4 der Anmelderin verwiesen.
  • Um bei einem derartigen Abtastprinzip zu verhindern, dass vom Reflektorelement 25 Strahlenbündel in die Halbleiter-Lichtquelle 24 zurückreflektiert werden und zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit führen, ist in der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 20 nunmehr vorgesehen, die im Abtaststrahlengang optisch wirksame Oberfläche des Reflektorelements 25 in Teilbereichen dergestalt reflexvermeidend auszubilden, dass vom Reflektorelement 25 keine Strahlenbündel in die Halbleiter-Lichtquelle 24 zurückreflektiert werden.
  • Zur näheren Erläuterung dieser Maßnahmen sei auf die 2a und 2b verwiesen; 2a zeigt hierbei eine Teildarstellung der Abtasteinheit aus den 1a und 1b inclusive einem Teil des Abtaststrahlengangs, 2b zeigt eine Draufsicht auf das Reflektorelement.
  • Wie in 2a ersichtlich, ist das Reflektorelement 25 als in die zweite Seite des Trägersubstrats 23 integriertes optisches Bauelement ausgebildet. Es besitzt eine gekrümmte Oberfläche, die der Halbleiter-Lichtquelle 24 zugewandt ist. Auf der der Halbleiter-Lichtquelle 24 zugewandten Seite des Reflektorelements 25, die als optisch wirksame Oberfläche im Abtaststrahlengang fungiert, ist ein zentraler Teilbereich 25.1 reflexvermeidend ausgebildet. Von diesem Teilbereich 25.1 des Reflektorelements 25 werden keine Strahlenbündel in die Halbleiter-Lichtquelle 24 bzw. in Richtung von dessen Lichtaustrittsfläche 24.1 zurückreflektiert. Im restlichen Bereich 25.2 der optisch wirksamen Oberfläche des Reflektorelements 25, die der Halbleiter-Lichtquelle 24 zugewandt ist, ist das Reflektorelement 25 für die von der Halbleiter-Lichtquelle 24 emittierten Strahlenbündel reflektierend ausgebildet und ist hierzu beispielsweise mit einer Goldbeschichtung versehen.
  • Durch das Vorsehen des reflexvermeidenden Teilbereichs 25.1 auf der optisch wirksamen Oberfläche des Reflektorelements 25 wird vorrangig sichergestellt, dass nunmehr keine Strahlenbündel in die Halbleiter-Lichtquelle 24 zurückreflektiert werden und derart zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit der optischen Positionsmesseinrichtung führen.
  • Der reflexvermeidende Teilbereich 25.1 des Reflektorelements 25 ist in einer bevorzugten Ausführungsform als reflexvermeidende Beschichtung auf der ansonsten hochreflektierenden optisch wirksamen Oberfläche des Reflektorelements 25 ausgebildet. Als geeignete Beschichtung kann etwa eine interferentielle Entspiegelungsschicht und/oder eine geeignete Absorptionsschicht an dieser Stelle verwendet werden. Als Absorptionsschicht kommt beispielsweise eine Chromoxid-Schicht in Betracht.
  • Der reflexvermeidende Teilbereich 25.1 auf der gekrümmten, optisch wirksamen Oberfläche des Reflektorelements 25 besitzt im vorliegenden Beispiel – wie aus 2b ersichtlich – in der Projektion auf die Unterseite des Trägersubstrates 23 einen kreisförmigen Querschnitt und ist im zentralen Bereich des Reflektorelements 25 angeordnet. Die zur Unterdrückung von Rückreflexionen in die Halbleiter-Lichtquelle 24 bzw. der Lichtaustrittsfläche 24.1 nötige Form und Größe dieses Teilbereichs 25.1 wird bei der Auslegung der Abtastoptik mittels bekannter Ray-Tracing-Verfahren bestimmt, es ergibt sich daraus eine bestimmte Minimalfläche auf der optisch wirksamen Fläche des Reflektorelements 25, die dann z. B. mit einer geeigneten reflexvermeidenden Beschichtung zu versehen ist.
  • Es ist darüberhinaus jedoch noch zusätzlich möglich, bei der Anwendung der Ray-Tracing-Verfahren als weitere Randbedingung zu berücksichtigen, dass auch keine Strahlenbündel vom Reflektorelement in den Bereich zurückreflektiert werden sollen, der die Lichtaustrittsfläche 24.1 auf der Oberseite des Trägersubstrats umgibt; also in den Bereich gelangen würde, der von der Fläche der Halbleiter-Lichtquelle 24 auf dem Trägersubstrat 23 eingenommen wird. Dadurch lassen sich auch die eingangs erwähnten, störenden Mehrfachreflexionen zwischen dem Reflektorelement 25 und der Oberseite des Trägersubstrats 23 vermeiden. Wird diese Randbedingung zusätzlich berücksichtigt, so ergibt sich ein nochmals geringfügig vergrößerter Teilbereich 25.1 auf der optisch wirksamen Oberfläche des Reflektorelements 25, der reflexvermeidend ausgebildet werden müsste.
  • Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit sei nachfolgend anhand der restlichen Figuren beschrieben. 3 zeigt hierbei in analoger Darstellung zur 2a eine Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit; die 4a4c zeigen jeweils verschiedene Ansichten von Teilen einer weiteren Variante der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit.
  • Die im Vergleich zur ersten Ausführungsform zusätzlichen Maßnahmen, die nachfolgend noch im Detail erläutert seien, dienen i. w. zur nochmals optimierten Vermeidung von Rückreflexionen von Strahlenbündeln durch das Reflektorelement in die Halbleiter-Lichtquelle.
  • Im Ausführungsbeispiel der 3 ist ergänzend zur reflexvermeidenden Ausbildung des Teilbereichs 250.1 des Reflektorelements 250 noch vorgesehen, dass die zweite Seite des Trägersubstrats 230 in Bereichen 230.1 unmittelbar zum Reflektorelement 250 ebenfalls reflexvermeidend für die von der Halbleiter-Lichtquelle 240 emittierten Strahlenbündel ausgebildet wird. Ein entsprechender reflexvermeidender Teilbereich 230.1 kann hierbei nur lokal um das Reflektorelement 250 herum ausgebildet werden oder aber die komplette zweite Seite des Trägersubstrats 230 mit Ausnahme des Reflektorelements 250 umfassen. Auch hier kann eine reflexvermeidende Beschichtung in diesen Bereichen 230.1 angeordnet werden, z. B. eine interferentielle Entspiegelungsschicht und/oder eine geeignete Absorptionsschicht.
  • Ferner ist im Ausführungsbeispiel der 3 ergänzend zu den Maßnahmen des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen, auch auf der ersten Seite des Trägersubstrats 230 um die Lichtaustrittsfläche 240.1 der Halbleiter-Lichtquelle 240 herum, einen weiteren reflexvermeidenden Teilbereich 245 auszubilden. Dies kann ebenfalls wieder in Form einer geeigneten reflexvermeidenden Beschichtung erfolgen, die in diesem Teilbereich 245 angeordnet wird. Vorzugsweise besitzt dieser reflexvermeidende Teilbereich 245 mindestens die Größe der von der Halbleiter-Lichtquelle 240 beaufschlagten Fläche auf dem Trägersubstrat 230. Im Bereich der Lichtaustrittsfläche 240.1 der Halbleiter-Lichtquelle 240 ist ein entsprechender Fensterbereich freizulassen.
  • Die gegenüber der ersten Ausführungsform zusätzlich vorgesehenen reflexvermeidenden Teilbereiche 230.1, 245 auf der ersten und zweiten Seite des Trägersubstrats 230 sorgen nochmals für eine weitere Unterdrückung eventueller Rückreflexionen vom Reflektorelement 250 in die Halbleiter-Lichtquelle 240. Insbesondere lassen sich damit die eingangs erwähnten, unerwünschten Mehrfachreflexionen minimieren.
  • Eine weitere Variante der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit ist in den 4a4c schematisiert dargestellt. Zusätzlich zu den vorher erläuterten Maßnahmen mit den verschiedenen reflexvermeidenden Teilbereichen 245 auf der ersten Seite des Trägersubstats 230 sowie dem reflexvermeidenden Teilbereich 250.1 auf der optisch wirksamen Oberfläche des Reflektorelements 250 ist hierbei vorgesehen, die reflexvermeidende Beschichtung 230.1 auf der zweiten Seite des Trägersubstrats 230 über dessen komplette Fläche auszubilden, also auch auf der optisch nicht-aktiven Unterseite des Reflektorelements 250.
  • Ferner ist aus den 4a und 4b ersichtlich, dass auf der ersten Seite des Trägersubstrats 230 elektrisch leitfähige Leiterbahnen 246.1, 246.2 angeordnet sind, die zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiter-Lichtquelle 240 dienen.
  • Neben den erläuterten Ausführungsbeispielen, gibt es selbstverständlich noch weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit.
  • So sei zunächst darauf hingewiesen, dass auch Abtasteinheiten für optische Positionsmesseinrichtungen erfindungsgemäß ausgebildet werden können, die auf anderen Abtastprinzipien beruhen, als das anhand von 1 erläuterte Beispiel. Grundsätzlich lassen sich die maßgeblichen erfindungsgemäßen Maßnahmen in allen Abtasteinheiten umsetzen, bei denen in der Nähe einer Halbleiter-Lichtquelle ein Reflektorelement platziert ist, das eine definierte optische Wirkung auf die von der Halbleiter-Lichtquelle emittierten Strahlenbündel im Abtaststrahlengang aufweist und wobei Rückreflexionen vom Reflektorelement in die Halbleiter-Lichtquelle vermieden werden sollen.
  • Ferner kann alternativ und/oder ergänzend zum Vorsehen einer reflexvermeidenden Beschichtung auf dem Reflektorelement auch durch eine geeignete geometrische Formgebung des Reflektorelements in Teilbereichen desselben sichergestellt werden, dass eine Rückreflexion von Strahlenbündeln in die Halbleiter-Lichtquelle vermieden wird. Hierzu kann etwa im Fall eines i. w. sphärisch gekrümmten Reflektorelements wie in den obigen Fällen erläutert, ein zentraler Teilbereich des Reflektorelements z. B. ein Form aufweisen, die sicherstellt, dass darauf von der Halbleiter-Lichtquelle einfallende Strahlenbündel möglichst weit weg von der Halbleiter-Lichtquelle abgelenkt werden etc..
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung existieren neben den konkret beschriebenen Ausführungsbeispielen demzufolge auch noch alternative Ausgestaltungsmöglichkeiten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (14)

  1. Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung mit einer Halbleiter-Lichtquelle und mindestens einem nachgeordneten Reflektorelement, das eine definierte optische Wirkung auf die von der Halbleiter-Lichtquelle emittierten Strahlenbündel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Oberfläche des Reflektorelements (25; 250) in Teilbereichen (25.1; 250.1) dergestalt reflexvermeidend ausgebildet ist, dass vom Reflektorelement (25; 250) keine Strahlenbündel in die Halbleiter-Lichtquelle (24; 240) zurückreflektiert werden.
  2. Abtasteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorelement (25; 250) eine gekrümmte optisch wirksame Oberfläche besitzt, die der Halbleiter-Lichtquelle (24; 240) zugewandt ist und in einem zentralen Teilbereich (25.1; 250.1) reflexvermeidend und im restlichen Bereich (25.2; 250.2) reflektierend für die von der Halbleiter-Lichtquelle (24; 240) emittierten Strahlenbündel ausgebildet ist.
  3. Abtasteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinheit (20) ein transparentes Trägersubstrat (23; 230) umfasst, auf dessen erster Seite die Lichtaustrittsfläche (24.1; 240.1) der Halbleiter-Lichtquelle (24; 240) angeordnet ist und auf dessen gegenüberliegender zweiter Seite das Reflektorelement (25; 250) angeordnet ist, dessen optisch wirksame Oberfläche in Richtung der Halbleiter-Lichtquelle (24; 240) orientiert ist.
  4. Abtasteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorelement (25; 250) als in die zweite Seite des Trägersubstrats (23; 230) integriertes optisches Bauelement ausgebildet ist.
  5. Abtasteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite des Trägersubstrats (230) in Bereichen (230.1) unmittelbar benachbart zum Reflektorelement (250) reflexvermeidend für die von der Halbleiter-Lichtquelle (240) emittierten Strahlenbündel ausgebildet ist.
  6. Abtasteinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im reflexvermeidenden Teilbereich (25.1; 250.1) des Reflektorelements (25; 250) eine reflexvermeidende Beschichtung aufgebracht ist.
  7. Abtasteinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die reflexvermeidende Beschichtung als interferentielle Entspiegelungsschicht und/oder Absorptionsschicht ausgebildet ist.
  8. Abtasteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Seite des Trägersubstrates (230) um die Lichtaustrittsfläche (240.1) der Halbleiter-Lichtquelle (240) herum ein reflexvermeidender Teilbereich (245) ausgebildet ist.
  9. Abtasteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der reflexvermeidende Teilbereich (245) mindestens die Größe der von der Halbleiter-Lichtquelle (240) beaufschlagten Fläche auf dem Trägersubstrat (230) besitzt.
  10. Abtasteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der reflexvermeidende Teilbereich (245) als reflexvermeidende Beschichtung auf dem Trägersubstrat (230) ausgebildet ist.
  11. Abtasteinheit nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Reflektorelement (250) zugewandte Seite der Halbleiter-Lichtquelle (240) mit Ausnahme der Lichtaustrittsfläche (240.1) der Halbleiter-Lichtquelle (240) reflexvermeidend ausgebildet ist.
  12. Abtasteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Seite des Trägersubstrats (230) elektrisch leitfähige Leiterbahnen (246.1, 246.2) zur Kontaktierung der Halbleiter-Lichtquelle (240) angeordnet sind.
  13. Abtasteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Lichtquelle (24; 240) als VCSEL ausgebildet ist.
  14. Positionsmesseinrichtung mit einer Maßverkörperung (10) und einer relativ zur Maßverkörperung (10) beweglichen Abtasteinheit (20) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
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