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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung.
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Bekannte inkrementelle optische Positionsmesseinrichtungen umfassen neben Inkrementalteilungen auf Seiten der abgetasteten Maßverkörperung oftmals auch ein oder mehrere Referenzmarkierungen bzw. Referenzmarkenstrukturen, über die Referenzsignale erzeugbar sind. Die Referenzsignale dienen zur Herstellung des Absolutbezuges an ein oder mehreren definierten Relativpositionen der zwei zueinander beweglichen Elemente, deren Relativbewegung mit Hilfe der optischen Positionsmesseinrichtung erfasst werden soll. Abhängig von der Ausgestaltung der jeweiligen Referenzmarkierung muss auf der Abtastseite die Abtasteinheit entsprechend ausgebildet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung anzugeben, die mit geringem Aufwand an verschiedenste Abtastkonfigurationen anpassbar und einfach zu fertigen ist. Wünschenswert ist ferner eine hinreichende Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen auf der damit abgetasteten Maßverkörperung.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.
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Die erfindungsgemäße Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle und eine Detektoranordnung mit mindestens einem Inkrementalsignal-Detektorbereich und einem Referenzsignal-Detektorbereich. Der Inkrementalsignal-Detektorbereich ist als strukturierte Detektoranordnung ausgebildet, welcher eine Mehrzahl von Gruppen einzelner Detektorelemente umfasst. Die gleichphasigen Detektorelemente mehrerer Gruppen sind zur Erzeugung von Inkremental-Teilsignalen elektrisch zusammengeschaltet. Der Referenzsignal-Detektorbereich umfasst eine Mehrzahl identisch ausgebildeter Detektorelemente. Einzelne der Detektorelemente sind zur Erzeugung von Referenzsignalen elektrisch zusammengeschaltet. Oberhalb der Detektorelemente des Inkrementalsignal-Detektorbereichs und/oder des Referenzsignal-Detektorbereichs ist eine transparente Isolierschicht angeordnet, die oberhalb mehrerer vorbestimmter Detektorelemente jeweils mindestens eine Kontaktierungsöffnung aufweist, über die die entsprechenden Detektorelemente elektrisch miteinander verbindbar sind
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Vorzugsweise umfasst die Detektoranordnung zwei Inkrementalsignal-Detektorbereiche, zwischen denen der Referenzsignal-Detektorbereich angeordnet ist.
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Hierbei sind in einer möglichen Ausführungsform innerhalb des Referenzsignal-Detektorbereichs
- – mehrere erste Gruppen benachbarter Detektorelemente elektrisch miteinander verbunden und
- – mehrere zweite Gruppen benachbarter Detektorelemente elektrisch miteinander verbunden, die unterschiedlich von der ersten Gruppe sind und
- – die Zahl der Detektorelemente in jeder ersten Gruppe und jeder zweiten Gruppe ist identisch.
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Mit Vorteil sind hierbei weitere Detektorelemente, die nicht den ersten oder zweiten Gruppen zugeordnet sind, elektrisch miteinander verbunden und die Zahl der weiteren Detektorelemente entspricht der Summe der Zahl der Detektorelemente in der ersten und zweiten Gruppe.
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Es ist möglich, dass mindestens zwei Lichtquellen seitlich benachbart an unterschiedlichen Seiten der Detektoranordnung angeordnet sind.
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Ferner kann die Detektoranordnung und die mindestens eine Lichtquelle auf der Oberseite eines transparenten Trägersubstrats angeordnet werden, wobei die lichtempfindliche Seite der Detektoranordnung als auch die lichtemittierende Seite der Lichtquelle in Richtung der Oberseite des Trägersubstrats orientiert sind. Auf der Unterseite des Trägersubstrats ist eine lichtundurchlässige und antireflektierende Beschichtung mit Fensterbereichen vor der Lichtquelle und der Detektoranordnung angeordnet.
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Bei einer solchen Variante kann vor der lichtemittierenden Seite der Lichtquelle eine Blende mit einem lichtdurchlässigen Spalt auf dem Trägersubstrat angeordnet werden.
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Ferner ist es möglich, auf dem Trägersubstrat oberhalb der Detektoranordnung und der mindestens einen Lichtquelle eine Schutzkappe auszubilden.
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Hierbei kann die Schutzkappe ein als Leiterplatte ausgebildetes Abdeckelement umfassen, auf dem ein oder mehrere Signalverarbeitungsbausteine angeordnet sind.
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Eine optische Positionsmesseinrichtung umfasst neben der erfindungsgemäßen Abtasteinheit eine Maßverkörperung mit einer Inkrementalteilung und ein oder mehreren Referenzmarkierungen.
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Als Vorteil der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ist anzuführen, dass über die Ausbildung der Kontaktöffnungen in der Isolierschicht oberhalb der Detektorelemente des Referenzsignal-Detektorbereichs und/oder des Inkrementalsignal-Detektorbereichs eine einfache Konfigurationsmöglichkeit geschaffen wird, um die jeweiligen Detektorbereiche flexibel an unterschiedliche abgetastete Strukturen auf Seiten der Maßverkörperung anzupassen. Lediglich durch Änderungen an einer einzigen Maske, nämlich derjenigen für die Isolierschicht, können somit unterschiedlichste Ausbildungen des Referenzsignal-Detektorbereichs und/oder des Inkrementalsignal-Detektorbereichs realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Abtasteinheit kann hierbei sowohl in linearen als auch in rotatorischen optischen Positionsmesseinrichtungen eingesetzt werden; ebenso sind sowohl Auflicht- als auch Durchlicht-Systeme damit realisierbar.
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Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.
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Dabei zeigt
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1 eine Draufsicht auf einen Teil der erfindungsgemäßen Abtasteinheit;
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2a–2c jeweils eine Variante einer optischen Positionsmesseinrichtung mit unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abtasteinheit;
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3 eine schematische Darstellung einer optischen Positionsmesseinrichtung mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit;
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4a und 4b jeweils Draufsichten auf einen Teil der abgetasteten Maßverkörperung und des hierzu verwendeten Referenzsignal-Detektorbereichs einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit.
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In 1 ist eine Draufsicht auf einen Teil der Detektionsebene eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung dargestellt. Gezeigt ist in der Figur eine Detektoranordnung 1 zur Erzeugung von Inkremental- und Referenzsignalen, die zwei Inkrementalsignal-Detektorbereiche 10, 20 sowie einen dazwischen angeordneten Referenzsignal-Detektorbereich 30 umfasst. Auf die verschiedenen Detektorbereiche 10, 20, 30 treffen die von einer – nicht dargestellten – Maßverkörperung her kommenden Strahlenbündel auf, nachdem diese dort eine Inkrementalteilung sowie ein oder mehrere Referenzmarkierungen beaufschlagt haben.
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Im Fall der Relativbewegung von Abtasteinheit und Maßverkörperung entlang einer Messrichtung × resultieren aus den Inkrementalsignal-Detektorbereichen 10, 20 zwei um 90° phasenverschobene periodische Inkrementalsignale, die von einer nachgeordneten Folgeelektronik in bekannter Art und Weise weiterverarbeitet werden können. Über die Abtastung einer oder mehrerer Referenzmarkierungen auf Seiten der Maßverkörperung kann mit Hilfe des Referenzsignal-Detektorbereichs an den entsprechenden bekannten Positionen ein Referenzsignal erzeugt werden, auf das die nachfolgend generierten Inkrementalsignale bezogen sind.
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Die beiden Inkrementalsignal-Detektorbereiche 10, 20 sind im vorliegenden Beispiel jeweils in identischer Art und Weise als strukturierte Detektoranordnung ausgebildet. Diese umfassen eine Mehrzahl von Gruppen identischer optoelektronischer Detektorelemente, die die Form von länglichen Rechtecken aufweisen. Die Längsachse der Detektorelemente erstreckt sich in der angegebenen y-Richtung. In einer möglichen Ausführungsform sind etwa innerhalb eines Bereichs von 40 μm entlang der x-Richtung vier derartige Detektorelemente mit einer Breite der Rechteck-Schmalseite in x-Richtung von 5 μm und dazwischen befindlichen Lücken von 5 μm angeordnet.
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Gleichphasige Detektorelemente mehrerer Gruppen werden in den Inkrementalsignal-Detektorbereichen 10, 20 zur Erzeugung von vier Inkremental-Teilsignalen mit bestimmten Phasenverschiebungen elektrisch zusammengeschaltet; üblicherweise werden vier Inkremental-Teilsignale mit den Phasenbeziehungen 0°, 90°, 180° und 270° erzeugt. Die elektrische Kontaktierung der zusammengeschalteten Detektorelemente erfolgt in einer Metallisierungsebene der Abtasteinheit. Aus der in üblicher Art und Weise erfolgenden Verschaltung der vier Inkremental-Teilsignale werden die beiden periodischen Inkrementalsignale mit einem Phasenversatz von 90° gewonnen.
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Im Fall einer abgetasteten Maßverkörperung mit einer Inkrementalteilungsperiodizität von 20 μm lässt sich bei einem 3-Gitter-Abtastprinzip mit dem Abtaststrahlengang Lichtquelle – Sendegitter – Inkrementalteilung – strukturierte Detektoranordnung über derart ausgebildete Inkrementalsignal-Detektorbereiche 10, 20 eine sogenannte Einfeld-Abtastung realisieren. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die vier Inkremental-Teilsignale alle aus einer einzigen Teilungsperiode der abgetasteten Inkrementalteilung gewonnen werden können. Hieraus resultiert insbesondere eine gleichmäßige Beeinflussung aller vier Inkremental-Teilsignale im Fall einer lokalen Verschmutzung der Inkrementalteilung. Eventuelle Fehler bei der Signal-Weiterverarbeitung können derart minimiert werden.
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Als besonderer Vorteil der Verwendung von zwei Inkrementalsignal-Detektorbereichen 10, 20 im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ist anzuführen, dass dadurch auch bei größeren Verschmutzungen eine zuverlässige Erzeugung von In krementalsignalen sichergestellt werden kann. Wenngleich etwa bei einem Komplett-Ausfall von einem der beiden Inkrementalsignal-Detektorbereiche 10, 20 die resultierenden Inkrementalsignale deutlich in ihrer Amplitude verringert werden, so ist es möglich, über bekannte Korrekturverfahren diesen Amplitudeneinbruch zu kompensieren und ausgangsseitig Inkrementalsignale mit konstanter Amplitude bereitzustellen.
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Alternativ zu dieser Variante kann aber auch vorgesehen werden, lediglich einen Inkrementalsignal-Detektorbereich und einen Referenzsignal-Detektorbereich in der erfindungsgemäßen Abtasteinheit auszubilden.
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Der im vorliegenden Beispiel in der Detektoranordnung 1 der erfindungsgemäßen Abtasteinheit zentral angeordnete Referenzsignal-Detektorbereich 20 der Detektoranordnung 1 umfasst ebenfalls eine Mehrzahl von identisch ausgebildeten Detektorelementen in Form von länglichen Rechtecken, deren Längsachse sich jeweils in der y-Richtung erstreckt, d. h. senkrecht zur Messrichtung x. Auch die Detektorelemente im Referenzsignal-Detektorbereich 20 sind entlang der Messrichtung x mit einer bestimmten Periodizität angeordnet. In einer möglichen Ausführungsform sind etwa Detektorelemente mit einer Breite der Rechteck-Schmalseite von 32 μm vorgesehen, die in einem periodischen Raster von 40 μm entlang der Messrichtung x angeordnet sind.
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Zumindest oberhalb der Detektorelemente des Referenzsignal-Detektorbereichs 20 ist in der Detektoranordnung eine für die verwendete Strahlung transparente Isolierschicht angeordnet. Die Isolierschicht weist oberhalb derjenigen Detektorelemente Kontaktierungsöffnungen auf, die über die Metallisierungsebene miteinander elektrisch zu verbinden sind. Aufgrund der Kontaktierungsöffnungen in der Isolierschicht ist es auf besonders einfache Art und Weise möglich, die verschiedenen Detektorelemente des Referenzsignal-Detektorbereichs 20 flexibel zu verschalten. Nur durch Änderung einer einzigen Lithographiemaske können somit unterschiedlichste Varianten von Referenzsignal-Detektorbereichen 20 ausgebildet werden.
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Der Referenzsignal-Detektorbereich 20 lässt sich auf diese Art und Weise insbesondere derart konfigurieren, dass darüber unterschiedlich ausgebildete Referenzmarkierungen auf der Maßverkörperung abgetastet werden können. So ist es möglich, damit Referenzmarkierungen abzutasten, die lediglich aus einzelnen Teilungsstrichen bzw. Teilungsbereichen bestehen oder aber auch sog. codierte Referenzmarkierungen, die eine Vielzahl von Teilungsstrichen in einer bestimmten geometrischen Anordnung umfassen usw..
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Analog hierzu kann auch die elektrische Kontaktierung der Detektorelemente in den Inkrementalsignal-Detektorbereichen vorgenommen werden. Auf diese Art und Weise kann dort etwa die Detektorkonfiguration an unterschiedliche Teilungsperioden der abgetasteten Inkrementalteilung angepasst werden.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ist es ferner möglich unterschiedlichste Abtast- und/oder Aufbaukonfigurationen für optische Positionsmesseinrichtungen zu realisieren. In den 2a–2c sind drei verschiedene derartige Abtast- bzw. Aufbaukonfigurationen schematisiert dargestellt.
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Die entsprechenden Positionsmesseinrichtungen umfassen jeweils eine Maßverkörperung sowie die hierzu entlang der Messrichtung x bewegliche Abtasteinheit. Die Maßverkörperung ist in den dargestellten Beispielen jeweils als Linear-Maßverkörperung ausgebildet, die sich entlang der Messrichtung x erstreckt und über die erfindungsgemäße Abtasteinheit im Auflicht abgetastet wird. In den 2a–2c ist die Messrichtung x senkrecht zur Zeichenebene orientiert.
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Maßverkörperung und Abtasteinheit sind z. B. mit zueinander entlang der Messrichtung x beweglichen Maschinenteilen verbunden, deren Relativposition zu bestimmen ist. Die über die Positionsmesseinrichtung erzeugten positionsabhängigen Inkremental- und Referenzsignale werden von einer nachgeordneten Folgeelektronik weiterverarbeitet, die darüber die Positionierung der beweglichen Maschinenteile steuert.
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In der in 2a dargestellten Ausführungsform der Positionsmesseinrichtung ist eine Maßverkörperung 40 vorgesehen, die zwei benachbart angeordnete Spuren mit einer Inkrementalteilung 42.1 und einer oder mehreren Referenzmarkierungen 42.2 umfasst; die beiden Spuren erstrecken sich entlang der Messrichtung x.
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Die auf einem Maßverkörperungsträger 41 angeordnete Inkrementalteilung 42.1 ist im vorliegenden Beispiel als Reflexions-Teilung ausgebildet. Diese besteht aus periodisch in Messrichtung x angeordneten Teilungsbereichen unterschiedlicher Reflektivität. In der parallel daneben angeordneten Spur sind ein oder mehrere Referenzmarkierungen 42.2 ausgebildet, die z. B. jeweils aus einem einzelnen gering-reflektierenden Teilungsbereich bestehen, während der diesen Teilungsbereich umgebende Bereich dieser Spur hochreflektierend ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Abtasteinheit 50 dieser optischen Positionsmesseinrichtung umfasst ein transparentes Trägersubstrat 53, auf dessen Oberseite zwei Lichtquellen 51.1, 51.2 sowie ein sog. Opto-Chip 52 angeordnet ist. Eine der beiden Lichtquellen 51.1 wird hierbei für die Beleuchtung bzw. Abtastung der Inkrementalteilung 42.1 auf der Maßverkörperung 40 verwendet, die andere Lichtquelle 51.2 für die Abtastung der Referenzmarkierung 42.2. Der Opto-Chip 52 umfasst u. a. auf der dem Trägersubstrat 53 zugewandten Seite eine Detektoranordnung 1, wie sie anhand von 1 beschrieben wurde. Desweiteren umfasst der Opto-Chip 52 – nicht dargestellte – elektronische Bauelemente zur Weiterverarbeitung der über die Detektoranordnung 1 erzeugten positionsabhängigen Signale.
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Bei der in 2b dargestellten weiteren Ausführungsform einer optischen Positionsmesseinrichtung ist auf Seiten der abgetasteten Maßverkörperung 140 lediglich eine einzige Spur mit einer Inkrementalteilung 142 auf einem Maßverkörperungsträger 141 angeordnet. Die Referenzmarkierung ist in die Inkrementalteilung 142 integriert ausgebildet. Dies kann z. B. durch Weglassen mehrerer benachbarter Teilungsbereiche der Inkrementalteilung 142 erfolgen, um dergestalt eine detektierbare Aperiodizität in der Inkrementalteilung 142 auszubilden. Selbstverständlich können auch mehrere Referenzmarkierungen dergestalt in der Inkrementalteilung 142 ausgebildet werden.
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Auf Seite der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 150 ist im Unterschied zur vorher erläuterten Ausführungsform der 2a lediglich eine einzige Lichtquelle 151 auf der Oberseite des Trägersubstrats 153 angeordnet, die zur Abtastung bzw. Beleuchtung der Inkrementalteilung 142 mit der darin integrierten Referenzmarkierung dient. Wie im vorherigen Beispiel ist auf der Oberseite des Trägersubstrats 153 ferner ein Opto-Chip 152 angeordnet, der wiederum eine Detektoranordnung 1 gemäß 1 sowie weitere elektronische Bauelemente zur Signalverarbeitung umfasst. Aufgrund der vorgesehenen integrierten Ausbildung der Referenzmarkierung in der Inkrementalteilung 142 unterscheidet sich hierbei insbesondere die Ausgestaltung des Referenzsignal-Detektorbereichs vom ersten Beispiel. Es ist nunmehr erforderlich, andere Detektorelemente des Referenzsignal-Detektorbereichs elektrisch miteinander zu verschalten. Dies kann jedoch wie oben erläutert ohne größeren Aufwand über entsprechende Öffnungen in der Isolierschicht erfolgen. Zur Abtastung von in die Inkrementalteilung 142 integrierten Referenzmarkierungen und der hierzu erforderlichen Ausbildung des Referenzsignal-Detektorbereichs sei auf die nachfolgenden Erläuterungen zur 3 verwiesen.
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2c zeigt schließlich eine weitere Variante einer optischen Positionsmesseinrichtung mit dem Komplettaufbau einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 250. Das in diesem Beispiel vorgesehene Abtastkonzept entspricht grundsätzlich demjenigen aus 2a. Das heißt, auf Seiten der Maßverkörperung 240 sind zwei parallele Spuren mit einer Inkrementalteilung 242.1 und ein oder mehreren Referenzmarkierungen 242.2 vorgesehen. In der Abtasteinheit 250 sind auf dem Trägersubstrat 253 zwei Lichtquellen 251.1, 252,2 platziert, die die jeweiligen Spuren auf der Maßverkörperung 240 beleuchten. Analog zum obigen Beispiel ist ferner der Opto-Chip 252 mit der Detektoranordnung 1 auf der Oberseite des Trägersubstrats 253 angeordnet.
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Auf der Oberseite des Trägersubstrats 253 sind desweiteren – nicht dargestellte – Leiterbahnstrukturen angeordnet, über die der Opto-Chip 252 als auch die Lichtquellen 251.1, 251.2 elektrisch kontaktiert werden. Desweiteren sind auf der Oberseite des Trägersubstrats 253 sog. Sendegitterstrukturen vor den beiden Lichtquellen 251.1, 251.2 zur Referenzsignal- und Inkrementalsignalerzeugung angeordnet. Das Sendegitter kann hierbei etwa als Blende mit einem lichtdurchlässigen Spalt ausgebildet sein, wobei die Breite des Spalts auf die damit abgetastete Struktur der Maßverkörperung 340 abgestimmt ist.
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Auf der Unterseite des Trägersubstrats 253 ist ferner eine antireflektierende und lichtundurchlässige Beschichtung angeordnet, die vor den Lichtquellen 251.1, 251.2 und den verschiedenen Detektorbereichen lichtdurchlässige Fensterbereiche aufweist.
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Darüberhinaus ist auf dem Trägersubstrat
253 ferner noch eine Schutzkappe angeordnet, die aus den seitlichen Trägerelementen
254.1,
254.2 und dem Abdeckelement
255 besteht. Die verschiedenen Elemente der Schutzkappe umgeben bzw. umkapseln den Opto-Chip
252 auf dem Trägersubstrat
253 und dienen u. a. zum zusätzlichen Schutz des Opto-Chips
252 gegenüber mechanischen Beschädigungen. Das Abdeckelement
255 ist vorzugsweise als Leiterplatte mit entsprechenden Leiterbahnen ausgebildet. Auf deren dem Opto-Chip
252 zugewandten Seite ist ferner ein weiterer Signalverarbeitungsbaustein
256 angeordnet, über den die Weiterverarbeitung der Signale des Opto-Chips
252 erfolgt; selbstverständlich können hier auch mehrere weitere Signalverarbeitungsbausteine auf der Leiterplatte vorgesehen werden. In Bezug auf diesen Aufbau sei ferner auf die
EP 1 114 662 B1 der Anmelderin verwiesen.
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Anhand von 3 sei nachfolgend die Abtastung einer in die Inkrementalteilung integrierten Referenzmarkierung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Abtasteinheit erläutert. Neben der Maßverkörperung 340 mit der in die Inkrementalteilung 342 integrierten Referenzmarkierung 343 ist in dieser Figur lediglich noch derjenige Teil der Abtasteinheit 350 dargestellt, der zur Erzeugung des Referenzsignals benötigt wird.
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In der Abtasteinheit 350 ist zur Erzeugung der verschiedenen positionsabhängigen Signale eine einzige Lichtquelle 351 vorgesehen, die z. B. als LED ausgebildet ist. Die lichtemittierende Seite der Lichtquelle ist in Richtung des Trägersubstrats 353 orientiert, wobei auf dem Trägersubstrat 353 vor der Lichtquelle 351 ein Sendespalt mit einer auf die Periodizität der Inkrementalteilung 342 abgestimmten Breite ausgebildet ist.
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Wie bereits oben angedeutet, wird die in die Inkrementalteilung 342 integrierte Referenzmarkierung 343 am Ort der jeweiligen Referenzposition entlang der Messstrecke im vorliegenden Beispiel dadurch ausgebildet, dass aus der periodischen Inkrementalteilung 342 bestimmte nicht-reflektierende Teilbereiche weggelassen werden. Gemäß 3 werden etwa drei dunkel dargestellte nicht-reflektierende Teilbereiche weggelassen. Die dann resultierende aperiodische Struktur fungiert als detektierbare Referenzmarkierung 343. Selbstverständlich können zur Ausbildung der in die Inkrementalteilung 342 integrierten Referenzmarkierung 343 auch deutlich mehr Teilbereiche der Inkrementalteilung 342 weggelassen werden. Ebenso ist es natürlich möglich, alternativ zu den nicht-reflektierenden Teilbereichen der Inkrementalteilung 342 reflektierende Teilbereiche derselben wegzulassen und dergestalt eine aperiodische Struktur auszubilden, die dann als Referenzmarkierung genutzt werden kann.
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Zur Abtastung dieser aperiodischen Struktur bzw. Referenzmarkierung 343 ist es erforderlich, auf Seiten der Abtasteinheit 350 bzw. im dort angeordneten Referenzsignal-Detektorbereich 330 ganz bestimmte Detektorelemente dieses -Detektorbereichs 330 elektrisch miteinander zu verbinden. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um die Detektorelemente 330.1, 330.2, 330.3, die im Fall des Überfahrens der Referenzmarkierung 343 ein gaußförmiges Signalmaximum bzgl. der von der Maßverkörperung 340 reflektierten Strahlung detektieren, die über die Lichtquelle 351 beleuchtet wird. Die Breite des derart erzeugten, gaußförmigen Referenzsignals kann im Übrigen durch die Wahl der Breite des Sendespalts vor der Lichtquelle 351 eingestellt werden. Je nach Ausgestaltung der Referenzmarkierung 343 auf der Maßverkörperung 340 kann es sich hierbei natürlich auch um andere Detektorelemente im Referenzsignal-Detektorbereich 330 handeln. In jedem Fall erfolgt die elektrische Kontaktierung der erforderlichen Detektorelemente über eine Metallisierungsebene, die über Kontaktierungsöffnungen mit den betreffenden Detektorelementen verbunden wird.
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Vorzugsweise wird zu den Signalen aus den derart miteinander elektrisch kontaktierten Detektorelementen 330.1, 330.2, 330.3 zur Gleichpegelkompensation ein Kompensationssignal in Differenz geschaltet.
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Eine weitere konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit sei abschließend anhand der 4a und 4b erläutert. 4a zeigt hierbei eine Draufsicht auf einen Teil einer Inkrementalteilung 442, die in die eine Referenzmarkierung integriert ausgebildet ist. Die dunklen Teilbereiche der Inkrementalteilung 442 sind nicht-reflektierend ausgebildet, die hellen Teilbereiche hingegen reflektierend. Die in die Inkrementalteilung 442 integrierte Referenzmarkierung 443 wird im vorliegenden Beispiel dadurch ausgebildet, indem an sechs Stellen jeweils ein nicht-reflektierender Teilbereich aus der periodischen Anordnung von reflektierenden und nicht-reflektierenden Teilbereichen weggelassen wird.
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In 4b ist eine Teil-Ansicht des Referenzsignal-Detektorbereichs 430 dargestellt, der zur Abtastung der Referenzmarkierung aus 4a geeignet ist.
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Abgestimmt auf die Lage der sechs weggelassenen nicht-reflektierenden Teilbereiche wird eine erste Gruppe von verschalteten Dreiergruppen von Detektorelementen 430.1a–430.6a elektrisch leitend miteinander verbunden, um darüber ein erstes Teil-Referenzsignal zu erzeugen, wenn die Abtasteinheit die Referenzmarkierung 443 überfährt. Ferner wird eine zweite Gruppe von Dreiergruppen von verschalteten Detektorelementen 430.1 b – 430.6b elektrisch leitend miteinander verbunden, um darüber ein zweites Teil-Referenzsignal zu erzeugen, welches gegenüber dem ersten Teil-Referenzsignal eine bestimmte Phasenverschiebung aufweist. Analog zur ersten Gruppe von Detektorelementen 430.1a–430.6a erfolgt natürlich auch die Auswahl der Lage der zweiten Gruppe von Detektorelementen im Referenzsignal-Detektorbereich 430 in Abhängigkeit der aperiodischen Struktur der Referenzmarkierung 443.
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Die Ausgestaltung der aperiodischen Struktur der Referenzmarkierung 443 erfolgt hierbei vorzugsweise dergestalt, dass beim Überfahren derselbigen mittels der Abtasteinheit immer nur eine der verschalteten Dreiergruppen von Detektorelementen einer Gruppe ein Signal detektiert. Lediglich an einer einzigen Position erfassen alle sechs Dreiergruppen einer Gruppe ein Signal und erzeugen auf diese Art und Weise das Referenzsignal. Auf diese Art und Weise ist eine Unempfindlichkeit der Abtastung gegenüber einer eventuellen Verschmutzung der Maßverkörperung gewährleistet.
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Die restlichen Detektorelemente im Referenzsignal-Detektorbereich 430 werden ebenfalls allesamt miteinander elektrisch leitend verbunden und liefern derart ein Kompensationssignal, das zur Gleichpegelkompensation der Teil-Inkrementalsignale genutzt werden kann. Vorteilhaft erweist sich hinsichtlich der Signalauswertung, wenn die Summe der Zahl der Detektorelemente aus den ersten und zweiten Gruppen identisch zur Zahl der restlichen verschalteten Detektorelemente gewählt wird, aus denen das Kompensationssignal abgeleitet wird.
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Die Teil-Referenzsignale der ersten und zweiten Gruppen werden in Summe und Differenz zueinander geschaltet, in Rechtecksignale umgewandelt und über eine logische UND-Verknüpfung ein weiterverarbeitbares Referenzsignal generiert. Im Hinblick auf eine derartige Erzeugung eines Referenzsignals sei auf die
EP 1 050 742 B1 der Anmelderin verwiesen.
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Anstelle eine Referenzmarkierung 343 wie in 4a gezeigt, in die Inkrementalteilung zu integrieren, könnte eine aperiodische Struktur mit einer identisch ausgebildeten Referenzmarkierung auch wie in 2a in einer parallelen Spur benachbart zur Inkrementalteilung angeordnet werden. Diese könnte dann ebenfalls mit einem Referenzsignal-Detektorbereich abgetastet werden, wie er in 4b gezeigt ist.
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Neben den bislang erläuterten Varianten gibt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich noch weitere Ausführungsmöglichkeiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1114662 B1 [0045]
- EP 1050742 B1 [0056]
