JP6071881B2 - 位置測定デバイス - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の特徴部分による位置測定デバイスに関する。

反射光を用いて動作するセンサのセンサヘッドが、特許文献１から公知である。この特許文献１のセンサヘッドは、実量器上に光線を発射する光源、及び２つの半導体基材を有する。半導体基材はそれぞれ、実量器によって反射される光を検出するための光検出器を備える。光源及び半導体基材は、箱形の筐体内に配設され、ここで、光源は筐体の底部に配設及び固定され、半導体基材は、筐体を密封することができるカバー上に配設及び固定される。半導体基材は、カバー上の可逆的組立て手段によって係留される。

光検知器を有する半導体基材は、実量器の動作方向に対して垂直な方向に、光源の両側に互いに対向して配設される。半導体基材はそれぞれ電子回路を油脂、２つの半導体基材の電子回路は、カバーの裏側に形成された電線で結合される。干渉を可能な限り小さく維持するために、電流−電圧コンバータを半導体基材上に直接形成する。

公知のセンサヘッドの不利な点は、製造コストが高いことである。まず、半導体基材を製作し、これを筐体のカバーに係留しなければならない。次に、光源を筐体の底部に配設及び固定する。最後に、光源が半導体基材に正しく配向されるように、カバーを筐体に嵌合させる。以上のことは、実量器の相対移動について、エンコーダが完璧に機能するために十分な品質の信号（具体的にはセンサシステムによってｗｏｒｋ ｕｐされるアナログ信号）を得ることができるよう、必要な精度を保って行わなければならない。２つの半導体基材との電気的接続の作製も、複雑かつコストがかかるものである。その上、信号品質の損失なしにセンサヘッドを小型化することはできない。

特許文献２は、増分トラックの読み取りに適したエンコーダ用の薄膜センサの構造を示す。このセンサは２つのチャネルＡ及びＢを有し、相互接続された多数のダイオードが設けられている。金属層の層厚８０nmは、スタッドバンプを設置するには不十分である（これには約１０００nmのアルミニウムが必要である）。接着による接続はクロム又はアルミニウム上での良好な接続を保証するものでないため、これもまた不可能である。

特許文献３は、互いに隔離された光レシーバの別の配置を示し、隣接する光センサ間の空間は、エッチングによって完全に除去される。この配置は、製造中に現れる重大な欠点を有する：非晶質シリコンのエッチング中、i領域の切り抜きが不可欠である。これらの切り抜きにより、金属層とTCO層の間の短絡のリスクが常に存在する。これを防ぐためには製造中にかなりの注意が必要であり、これによりコストが上昇してしまう。

特許文献４は、エンコーダの配置を示し、ここでは光レシーバ要素及び光源が半導体基材に集積されている。更に、２つの実量器又はスケールを使用する。２つの実量器及び光経路を曝露するためにエッチングされた半導体基材の使用は、高いコストにつながる。

特許文献５は、光電構成部品のためのフリップチッププロセスを記載し、ここで、キャリアプレートは、透明な材料で作製することができ、光が通過できるように切り抜き部分を設けることができる。この場合の不都合な点は、透明なキャリアプレートはその両面において自由に試料抽出できなければならず、従って信号処理を他のどこかで行わなければならないことである。空間を節約したセンサヘッドの構成は、これでは不可能である。

米国特許出願第２００６／０００７５４１号 ドイツ特許第１０３５７６５４号 ドイツ特許第１０１２９３３４号 ドイツ特許第１９８５９６６９号 ドイツ特許第１９６４３９１１号

デバイスは、小さな構成のエンコーダに適合するよう、できる限りコンパクトな寸法とする必要がある。その極めてコンパクトな設計にもかかわらず、デバイスは位置の正確な決定を行うことができる必要があり、これは品質的に良好な基本信号の生成を必要とする。

上述の目的は、請求項１による位置測定デバイスによって達成される。

基本信号を形成するために利用可能な独立したメモリに入射する全光量を生成する光学素子を有する実量器を使用することによって、また、光源と光レシーバとの間の短い光通路を形成するコンパクトな設計のセンサヘッドによって、光量を経済的に使用することができる。

センサヘッドの機能は、光源及び光レシーバ要素をガラス基材上に形成するリソグラフィステップによって確立される。フリップチッププロセスにおいて、ガラス基材を支持プレート上に配設する。光レシーバ要素を、スタッドバンプ及び回路基板コンダクタを介して、支持プレートの裏面に配設されたデコード回路に直接接続する。

良好な基本信号を生成するために、光レシーバ要素の特別な配置を提供する。光レシーバ要素を、その端と端を繋ぐようにしてＡ＋ｂ−ａ−Ｂ＋のパターンに従って設置する。光レシーバ要素の重心の正確な分布のために、光レシーバ要素を注意深くレイアウトすることが必要である。更に、特に索引用センサ領域における特別な形状は重大な役割を果たす。

フリップチップ組立て及びその他の予防策によって、コンパクトな設計が可能となる。これらの予防策とは、例えば、光レシーバ要素の金属製上部層の選択、（安定した基本信号のための）安定した電気的接続のためのスタッドバンプの使用、及び接着技術の使用であり、ここで、寧ろ普通ではない永久レジストによって、安全な接着が可能となる。このような様式の構造によって、光レシーバに対して刺激の少ない低温での動作が可能となる。

これらの予防策により、４〜２０ｍｍの直径を有する３チャネルエンコーダを構成することができる。光経路を最適にレイアウトすることにより、このようなエンコーダは、３ｍＡ未満、又は１ｍＡ未満でさえある電力要件で機能することができ、また、適当な価格で高い解像度を達成することができる。

位置測定デバイスの構成を以下に記載するが、ここで前述の好ましい特徴は、それらが相互に排他的でない場合には、いずれの組み合わせで実装することができる。

好ましい実施形態によると、位置測定デバイスは、
−光学構造、好ましくは３−Ｄ反射器設備を有する、少なくとも１つの実量器、
−実量器から離間して配設される光源、
−実量器から離間して配設される少なくとも１つの光レシーバ、及び
−実量器と光レシーバの間に存在する、少なくとも１つの透明な基材
を有し、ここで、
−基材の実量器に対面していない側において、光レシーバは、複数の層を重ねて構成した薄膜構造の形状の透明な基材上に直接配置され、
−光源は光レシーバから離間して設けられており、及び、
−基材がその上に配設される支持プレートが設けられている。

よって、光レシーバは有利には薄膜センサの形状を有する。上述の層には、光源のための凹部が設けられている。光源は好ましくは、光レシーバ及び光源の寸法及び位置がリソグラフィマスクによって事前に決定されるように、センサ（光レシーバ要素）の製造プロセスと一緒に作製することができるよう設計される。更に、光源は、ダイアフラム及びＬＥＤによって、又は基材上に直接配置されるＯＬＥＤによって形成することができる。従って、最初に記載した先行技術とは対照的に、更なる調整操作は必要なく、これによって、位置測定デバイスの製造が大幅に簡略化されるだけでなく、位置測定デバイスの信頼性を高めることもできる。

光源は好ましくは、上述の層からエッチングされた凹部又はダイアフラムの後側に配設される。

更に、支持プレート上に配設されるデコード回路を設けることができる。

支持プレートは好ましくはその両面に回路基板コンダクタを有し、一方は光レシーバと接触するためのものであり、他方はデコード回路と接触するためのものである。更に、支持プレートが、位置測定デバイスを外部ディスプレイに接続するための端子を有すると有利である。

透明な基材及び支持プレートは、有利にはフリップチップ組立てによって一緒に強固に連結される。

別の有利な実施形態によると、光レシーバは、好ましくはアルミニウムである金属製カバー層と接触する。導電性金属は好ましくはアルミニウムであり、このアルミニウムは好ましくは１〜５％のチタンとの合金である。更に、導電性カバー層と、支持プレートの回路基板コンダクタとの間の電気的接続は、ハンダの小滴、いわゆる「バンプ」又は「スタッドバンプ」を用いて作製されることが望ましい。一方は金属製カバー層又はバンプと、他方は支持プレートとの間の接続は、好ましくは導電性接着剤を用いて生成される。

本発明の別の変形例によると、支持プレートと基材の間に、接着剤の拡散範囲を定めるために永久レジストを設ける。

本発明の好ましい変形例によると、薄膜センサは、
−透明な導電層、好ましくは透明な導電性酸化物層（ＴＣＯ層）、
−第１のドープ層、
−真性層、好ましくは非晶質シリコン層、
−第２のドープ層、及び
−導電性金属製カバー層
で形成され、これらの層は好ましくは上に記載した順に存在する。

有利には、構造化したセンサ領域を生成するために、アルミニウム層、最上部ドープ層及び好ましくは真性層の少なくとも一部を局所的にエッチングして除去する。

本発明によるデバイスはまた、光レシーバが、各場合において、電気的に一緒に接続された複数の光レシーバ要素からなるセンサ領域として形成されることを特徴とする。有利には、少なくとも１つの第１のセンサ及び少なくとも１つの第２のセンサ領域が設けられているデバイスでは、上記領域は増分トラック及び索引トラック又は絶対トラックを有する実量器に割り当てられる。

第１のセンサ領域は好ましくは、連結している第１及び第２の光レシーバ要素を有する。更に、第１及び第２の光レシーバ要素が概ねＵ字形であると有利であり得る。第１のセンサ領域の第１及び第２の光レシーバ要素の幾何学的重心は好ましくは、概ね一直線上にあるべきである。各場合において、第１のセンサ領域を複数の、好ましくはストリップ形状の光レシーバ要素で形成し、上記光レシーバ要素を、特定の方向に、好ましくは互いに対して０．５〜１５°の角度で一続きに配設することも想定可能である。各場合において、（光レシーバ要素の配列に対して）偶数番目の光レシーバ要素と奇数番目の光レシーバ要素とを一緒に導電性に接続することができる。デバイスの別の構成によると、第１及び／又は第２の光レシーバ要素は、追加で適用される導電性層によって一緒に接続され、ここで、金属層と追加の導電性層との間に絶縁層を設ける。第１のセンサ領域の第１及び第２の光レシーバ要素は好ましくは、「ＡｂａＢ」の順序で２つの１８０°変位した交番信号が得られるように配設される。

上述のデバイスは更に、第２のセンサ領域が索引の生成のために設けられ、ストリップ形状の第１の光レシーバ要素、及び第１の光レシーバ要素からある角度位置にある２つの第２の光レシーバ要素が形成されることを特徴とする。第２のセンサ領域の、第１の光レシーバ要素の表面及び２つの第２の光レシーバ要素の表面の幾何学的重心は、本質的に一致すると有利である。

本発明によるデバイスの別の好ましい構成によると、実量器は光学素子を有する２つのトラックを有し、第１のトラックは増分信号を生成する働きをし、第２のトラックは位置番号又は索引信号を決定する働きをする。

独立して又は組み合わせて実装することができる光源に関するいくつかの好ましい特徴は、以下の通りである：光源は、基材の裏側に配設することができる。更に、光源がＬＥＤであると有利である。更に、光源は、基本的に光レシーバと同一平面に配設することができる。好ましくはＯＬＥＤである光源は、光レシーバの間で、基材上に直接形成するのが好ましい。別の構成によると、光源は金属層に埋め込まれ、これによって散乱光を防ぐことができる。光源と基材の間の光経路にエアギャップを存在させることもできる。

本発明の別の有利な実施形態によると、デコード回路は、光レシーバ信号を（好ましくはフリップチッププロセスで）処理するための集積回路の形態の支持プレートの別の側（即ち、光レシーバ及び／又は光源と反対側）に配設され、光レシーバは集積回路に電気的に接続される。

上述の支持プレートは好ましくはセラミック又はプラスチック（例えばポリイミド）からなる。別の変形例によると、支持プレートは、好ましくはポリイミドフィルムであるプラスチックフィルム製とすることができる。

位置測定デバイス用センサヘッドを製造する方法は、以下のプロセスステップ：
ａ）薄膜プロセスにおいて、透明な基材上に多数の光レシーバの群を設置するステップであって、上記光レシーバの群は、各場合において、単一のセンサヘッドの製造に役立つ、ステップ、
ｂ）各場合において、光レシーバの群のためのダイアフラムを設けるステップ、
ｃ）光レシーバ上に、好ましくは球形の、「バンプ」又は「スタッドバンプ」と呼ばれる接点を設置するステップであって、この接点はハンダ又はより良好な静止状態の金で作製され、電解プロセスによって設置することができる、ステップ、
ｄ）支持プレートに回路基板コンダクタ又は接点を設けるステップであって、この接点は光レシーバの接点に対応する、ステップ、及び
ｅ）ガラス基材と支持プレートを、導電性接着剤を用いて接合するステップ
を含む場合に特に有利となり得る。

また、接点は、「スタッドバンプ」と呼ばれる金の球体の形状で設置することもでき、又は、金の蒸着若しくは金／ニッケルの蒸着の形態で設置することもできる。

事前に、光レシーバの接点と対応する凹部を有する非導電性層を、支持プレートに設置することができる。そして、この凹部を導電性接着剤で少なくとも部分的に充填することができる。

支持プレートの背面にデコード回路を設置することができる。

更に、ガラス基材と支持プレートの間に存在する空間を、アンダーフィルを用いてある程度充填すると有利である。

実量器は好ましくはロータリエンコーダであるか、又は、上述の実量器を有するロータリエンコーダを設ける。

更に、位置測定デバイスは、特に上述の特徴の１つ以上と組み合わせて、以下の構成部品：
−筐体、
−筐体上に配設される、光源及び光レシーバ要素を有するセンサヘッド、
−好ましくはモータであるデバイスのシャフト上に設置することができる、ロータリエンコーダ、
−センサヘッドから離間して設けられる、光学素子を有する反射性実量器であって、上記実量器は、ロータリエンコーダ上に配設され、有利には、ロータリエンコーダの、筐体に対面していない側に配設される、反射性実量器
を有するのが特に好ましい。

好ましくはセンサヘッドは、好ましくはスナップ接続を介した筐体への固定接続を有するプリント基板上に設置される。

更に、位置測定デバイスがアダプタ部分を有することが望ましく、このアダプタ部分は、
−デバイスに接続するための第１の留め具、及び
−筐体への固定接続用の第２の留め具
を有し、第２の留め具はスナップ接続であり、
−スナップ接続は、アダプタ部分上の１つ以上の突出部及び筐体の１つ以上の凹部によって形成される。

有利には、筐体は、ロータリエンコーダ及び／又はロータリエンコーダに接続されるシャフトの着座部が設置されたアセンブリ軸受を有する。このアセンブリ軸受は例えばボール軸受及び特にテフロン（登録商標）製軸受とすることができる。

好ましい実施形態によると、センサヘッドの接触は、筐体の横方向開口を介して発生し、この開口はセンサヘッドの、ロータリエンコーダに対面していない側に配設される。接触は、開口を通り抜ける、好ましくはリボンケーブル及び特にＦｌｅｘｐｒｉｎｔである１つ以上のケーブルを介して発生させることができる。

更に、筐体が側部に開口と接続する凹部を有すると有利となり得、この凹部は好ましくは開口から側部に沿って、筐体の別の側部若しくはリム若しくは縁部まで延伸する、及び／又はこの凹部は好ましくは開口から筐体の上面まで延伸する。

別の好ましい構成変形例では、実量器は少なくとも２つのトラックを有し、一方のトラックは増分トラックであり、もう一方のトラックは好ましくは索引トラック又はコードされたトラックである。

位置測定デバイス（好ましくはエンコーダ）は、特に上述の特徴の１つ以上と組み合わせて、以下の構成部品：
ａ）筐体、
ｂ）筐体上に配設される、１つ以上の光レシーバを有するセンサヘッド、
ｃ）センサヘッドから離間して設けられる、光学素子を有する回転可能な実量器
を有する。実量器は好ましくはロータリエンコーダ上に配設され、ロータリエンコーダは、モータ又はその他のデバイスのシャフト上に設置することができる。

光レシーバ要素を、光学素子に対して画定された又は事前に決定された位置に配設し、光レシーバ要素は光学素子と相互作用して信号を生成する。本発明によると、光レシーバ要素の、光学素子に対する上記画定された位置は、センサヘッドとの固定接続を有するセンサヘッドホルダによって確立される。好ましくは、センサヘッドホルダは筐体との固定接続も有する。更に、筐体を、実量器及び／又は光学素子に対して画定された位置に配設することが好ましい。

この場合、センサヘッドホルダは上述の支持体とすることができ、センサヘッドはこの支持体上に配設され、センサヘッドの移動のために、この支持体は動作可能にモータに接続される。

本明細書において、用語「位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）」は、デバイスの上述の部分の、特にデバイスの他の部分に対する距離及び／又は配向を意味する。画定された位置からの偏差は、有利には０．２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ、特に好ましくは０．０５ｍｍ未満又は０．０２ｍｍである。これは、デバイスの対応する部分が上述の精度で製造されていることを意味する。

有利な構成によると、位置測定デバイスは、光レシーバ要素を、その縁部がセンサヘッドホルダとの固定接続を有する基材上に配設することを特徴とする。更に、光レシーバ要素を基材上に薄膜プロセスによって設置することが好ましい。有利には、基材は透明な基材であり、更に好ましくはガラス基材である。

１つ又は複数の光レシーバ要素を基材上に設置する際、基材の縁部に対する、従ってセンサヘッドの一部に対する、光レシーバ要素の正確な位置を、製造プロセスにおいて既に確立しておくことができる。光レシーバ要素は、薄膜プロセスによって特に容易に設置することができる。この場合、基材には多数の光レシーバ要素が設けられ、そして、基材はより小さいユニット（複数の基材）に分割される。この分割は、例えば基材板を鋸切断することにより、極めて正確に行うことができる。その結果、基材の縁部に対する光レシーバ要素の画定された位置、即ち分割が行われた位置がもたらされる。

センサヘッドホルダが、センサヘッドとの固定接続を有する第１の構造要素を有すると有利であり、この第１の構造要素は好ましくは開口である。更に、センサヘッドホルダが、筐体との固定接続を有する第２の構造要素を有すると有利であり、この第２の構造要素は好ましくはセンサヘッドホルダの縁部である。この場合、第１の構造要素は有利には、第２の構造要素に対して画定された位置に配設される。こうして、第１の構造要素は、基材の縁部との固定接続を有することができる。

これは、実量器上の光学素子に対する光レシーバ要素の位置が、好ましくは、その寸法において互いに適合するデバイスの複数の部分（基材、センサヘッドホルダ、筐体、実量器）によって確立されることを意味している。組立て中に機械的調整を行う必要がないことが利点である。よって、センサヘッドホルダはアダプタのように作用する。センサヘッドホルダは、筐体及び／又は以下に記載するカバーの一部として作製することができる。しかしながら、センサヘッドホルダをデバイスの別個の部分として作製すると、これによって製造及び組立てが容易になるため好ましい。

本発明の有利な実施形態によると、センサヘッドホルダを、実量器と、筐体を密閉するカバーとの間に配設する。カバーは好ましくはセンサヘッドホルダと接触しており、センサヘッドホルダを筐体の所定の位置に固定する。センサヘッドの支持体を形成するために、筐体の内側に縁部が設けられていること、及び、この支持体とカバーとの間にセンサヘッドホルダが固定されていることが特に好ましい。

位置測定デバイスの好ましい製造方法では、１つ以上の光レシーバ要素を有するセンサヘッドは、センサヘッドホルダとの固定接続を有する。センサヘッドホルダは、筐体との固定接続を有する。この場合、センサヘッドホルダは好ましくは筐体内に導入又は挿入される。筐体は、実量器に対して事前に決定された又は画定された位置に配設され、実量器は回転可能であり、光学素子を有する。この場合、筐体、センサヘッドホルダ及びセンサヘッドは、これらの固定接続が、光学素子に対する光レシーバ要素の画定された位置を確立するように設計されているか、又は設計されることになる。

更に、上記の方法において、
−光レシーバ要素を基材上に設置し、
−センサヘッドがセンサヘッドホルダと接続している場合、基材の縁部はセンサヘッドホルダとの固定接続を有し、
−光レシーバ要素を、好ましくは薄膜プロセスにより基材上に設置し、
−基材は好ましくは透明な基材及び特に好ましくはガラス基材である
場合、有利であり得る。

また、上述の方法において、
−センサヘッドがセンサヘッドホルダと接続している場合、センサヘッドホルダを、センサヘッドとの固定接続を有する第１の構造要素で形成し、第１の構造要素は好ましくは開口（好ましくは貫通孔）であり、
−センサヘッドが筐体と接続している場合、センサヘッドホルダを、筐体との固定接続を有する第２の構造要素で形成し、第２の構造要素は好ましくはセンサヘッドホルダの縁部であり、
−第１の構造要素は、第２の構造要素に対して画定された位置に形成される
ことが望ましい。

また、最後に、本方法において、
−センサヘッドホルダが、実量器から離間して筐体に挿入され、筐体との固定接続を有し、
−センサヘッドホルダの、実量器に対面していない側において、筐体をカバーで密閉し、
−カバーは好ましくはセンサヘッドホルダと接触し、
−カバー及び／又は筐体及び／又はセンサヘッドホルダは好ましくはデバイスの別個の部分である
ことが望ましい。

センサヘッドのコンパクトな設計により、例えば、位置値の冗長な取得のための複数のセンサヘッドを有する位置センサのような、更なる特性を有するシャフトエンコーダを製造することができる。別の可能性としては、実量器に組み込まれるマンチェスターコード若しくは同様のシリアルコード又は擬ランダムコードを有する、極めてコンパクトなアブソリュートエンコーダを構成することが挙げられる。

上述のコードは例えばバイナリコードとして形成することができる。その光軸に対して異なる方向に配向された、適切なレシーバ要素と相互作用する２つの光学素子の連鎖により、２つの異なる状態又は信号を生成することができる。上述の信号又は状態は、増分信号と相互に関連させることができる。絶対位置値の決定は、センサヘッドと実量器との間の相対移動によって可能となり、この相対移動において、光学素子のシーケンスが決定される。

これらの有利な特性は、実量器を半円柱反射器から形成し、光源が画定された寸法を有する場合に、最も良好に達成される。これによって、安定した信頼性の高い信号を得るために光センサの上側における光源の正確な配置を再び前もって推定する。実量器のある区画上の光の入射の総量を、コンパクトなセンサヘッドとひとまとめにすることにより、高い発光効率と、これによる低い電力消費を有し、かつ少ない光出力でエンコーダの機能を確実なものにする、位置決定ユニットを構成することができる。従って、本発明による位置測定デバイスは、バッテリで電源供給する適用例において使用するのに最も適している。

真性層と共に薄膜構造を使用することは、それ自体の中に絶縁性の中間層が存在することにより、単純な手段で、信頼性の高い光レシーバを製造することができる、という利点を有する。これらの層は、低い暗電流を有し、わずかな電流で動作することができるエンコーダ用のセンサヘッドを構成するのに特に適している。

更に、位置測定デバイス（特にエンコーダ）は、特に本文書中に記述される特徴の１つ又は複数と組み合わせて、以下の構成部品：
−支持体、
−支持体上に配設される、光源及び光レシーバ要素を有するセンサヘッド、
−センサヘッドに対して可動であり、例えばモータ等のデバイスの可動部上に設置することができ、かつ絶対位置値を決定するためにセンサヘッドと相互作用することができる、光学素子を有する実量器
を有するのが特に好ましく、ここで、センサヘッドは支持体上に可動に配設されており、センサヘッドを支持体に対して所定の量だけ動かすための手段が設けられている。

支持体上のセンサヘッドの可動配置は、例えばシャフト又はいくつかの他の機械構成部品の可動要素の絶対位置を、その静止位置において決定することができるという利点を有する。従って、機械が動作開始すると、例えば基準マークまでの機械構成部品自体の最初の移動を必要とすることなく、機械構成部品の絶対位置を極めて短時間の間に決定することができる。更に、以下に記載するコンパクトなセンサヘッドと組み合わせると、従来技術から公知であるこの種のデバイスよりも遥かに小型かつ遥かに経済的な製品を開発することができる。

好ましくは、位置測定デバイスは、センサヘッドを移動させるための変位手段を、機械的にセンサヘッドに連結されたモータによって形成することを特徴とする。

更に、上記位置測定デバイスにおいて実量器がロータリエンコーダであることが好ましい。

位置測定デバイスを用いて、可動要素の静止位置での絶対位置を決定するための有利な方法も開示され、この方法によって、センサヘッドに対して可動でありかつ可動要素に連結されている実量器を用いて、構成要素の絶対位置を決定することができ、この方法は、可動要素の静止位置での絶対位置を決定するために、センサヘッドを可動要素に対して変位させることを特徴とする。

上述の方法はまた、プロセスステップとして、本発明によるデバイスの上述の好ましい特徴（又は、これらの特徴によって可能となる機能）の１つ以上を使用することも含むことができる。

以下に記載する位置測定デバイスの好ましい構成の利点は：
−所望の必要な精度で、位置測定デバイスを経済的に製造することができること、
−高い精度及び信頼性で、最小寸法の位置測定デバイスを構成することであって、これは、例えば鏡を正確に配置しなければならない光学実験機器のためのメディカルエリアにおいて特に有利である、
−特定の設置許容誤差を許容しつつも、信頼性の高い動作を確実なものとすることができる、位置測定デバイスを提供すること、及び
−周囲環境の影響に対して非感受性の設計を有する位置測定デバイスを提供すること
である。

デバイスの有利な実施形態は、独立請求項の特徴から明らかである。

図面及び例示的実施形態に基づき、本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明によるセンサヘッド及びセンサヘッドから離間して配置された実量器からなるエンコーダの設計原理の概略斜視図である。 図２は、センサヘッドの構造の概略図であり、センサヘッドは、センサ領域がその上に形成されているガラス基材、支持プレート及び評価器からなり、これらは各場合において、フリップチップ組立てプロセスで一緒に連結される。 図３は、センサ領域を製造するための、及び接触させるための、独立したプロセスステップを示す。 図４は、光源を構成するための独立したプロセスステップを示す。 図５は、ウェハ基材上での構成部品の組立ての概略図である。 図６は、小さなモータ用の筐体内に配設されるエンコーダの例示的実施形態の断面図である。 図７は、位置決定のために、レシーバ要素と実量器との間の相対移動を用いて、レシーバ要素が記録する光の強度をアナログ信号に、続いてデジタル信号に変換する方法の概略図である。 図８は、単一の光学素子及び２つのレシーバ要素を用いた、索引信号の生成の概略図である。 図９は、マンチェスターコードによって連鎖する２つの異なる光学素子、及び２つのレシーバ要素を用いた、位置信号の生成の概略図である。 図１０は、増分トラック及び索引トラックを有する複数のレシーバ要素を有する、本発明によるセンサヘッドの第１の例示的実施形態の上面図である。 図１１は、本発明によるセンサヘッドの第２の例示的実施形態の上面図であり、ここでレシーバ要素は分離した回路基板コンダクタを用いて電気的に接続されている。 図１２は、ダイアフラムの背後に配設されたＬＥＤを有する光源を有する、本発明の実施形態を示し、ここでダイアフラムは光源の寸法を本質的に決定する。 図１３は、実量器によって形成される索引信号Ｚｂの最適な割当のための回路を示す。 図１４は、コールドスタート位置決定を行うアブソリュートエンコーダの例示的実施形態を示す。 図１５は、モータを有するエンコーダキットの斜視図である。 図１６は、水平なケーブルを有する筐体の背面図及び側面図である。 図１７は、エンコーダキットの筐体の断面図である。 図１８は、シャフト支持体の好ましい設計を示す。

図１は、センサヘッド１１及び実量器１３を備える本発明によるエンコーダ１０を示し、実量器１３は、センサヘッドに対して方向１５に可動である。第１及び第２のセンサ領域２９、３５は、実量器１３から距離４０だけ離間しており、センサヘッド１１の背面に配設される。本発明の文脈において「実量器」は、支持体又はキャリア上に設置され、かつ、実量器がセンサヘッドに対して移動する際に光ビームを反射及び変調するのに適した、目盛り又はスケールを意味する。この実量器は、円形のロータリエンコーダ又は楕円形のビームの形状をとることができる。実量器自体は区画を有し、各区画は、光ビームを通って区画が移動する際に光ビームを変調するのに適するよう画定されている。例えば区画の半分が透明で、残りの半分が不透明であるような構造が公知である。有利には各区画は、光ビームをひとまとめにするのに適した反射性光学素子（例えば中空円柱、中空鏡）として表れる。しかしながら、回折構造を用いることも考えられ、ただし、光の処理における効率は、光ビームを偏向させる鏡の効率よりも低くなる。

図示したセンサヘッド１１は、本質的に支持プレート１７及び透明な基材１９からなり、透明な基材１９の後側、即ち支持プレート１７に対面していない側に、光源２１及び光レシーバ要素２３が配設される。光源２１は光ビームを放出し、その主軸を参照番号２２で示す。好ましくは可視範囲の光を放出する光源を用いる。偏向が小さく良好な光信号を得るために、６３０ｎｍ未満、特に５８０〜６３０ｎｍ、又は４６０ｎｍ未満の波長を有する光が有利である。実量器１３は、第１の光学素子２７を有する少なくとも１つの第１のトラック２５を含み、この第１のトラック２５は、実量器１３の第１のセンサ領域２９と相互作用する。図示した例示的実施形態によると、第１のトラック２５のそばに、少なくとも１つの独立した光学素子３３を有する第２のトラック３１を設ける。この第２のトラック３１は、センサヘッド１１の第２のセンサ領域３５と相互作用する。図１からわかるように、実量器の光学素子２７は、基材の面３７と本質的に平行な１つの平面内に配設される。更に、実量器１３は、トラック２５、３１が、各場合において光ビームの軸２２と平行な方向に、センサ領域２９、３５と一致するように、基材１９に対して配設される。

光学素子２７、３３は、集束レンズ又は鏡として形成され、各場合において、これらはひとまとまりになった入射光をセンサヘッド１１に反射する。図示した例示的実施形態によると、光学素子２７、３３は、半円柱形状を有する。以下（図７及び８に関する記載）により詳細に記載するように、第１のトラック２５は、増分位置信号を生成する役割を果たし、第２のトラック３１は、索引信号を生成する役割を果たす。

センサヘッドに対する実量器の位置（特に図１における距離４０）は、組立て許容誤差に通常関連しており、これは信号の測定の品質及び信頼性に直接影響を及ぼす。組立て許容誤差がゼロであると、基材１９の面３７は、実量器１３を通る平面と平行であり、移動方向１５（円形のディスク上に実量器を設ける場合の円形経路に対する正接に対応する）は、各場合においてセンサ領域２９、３５及び光源２１を２つのセグメントに分割する長手方向中心軸３９に垂直に走る。実量器１３及び基材１９の正確な相対的な配向からの偏差を図１に矢印４１で示しているが、これは２つのトラック２５及び３１からの位置信号１０４を互いに対して変位させることができる（以下の図１０に関する記載を参照）。センサ領域２９、３５が光源の中心に関して対照に配設されている場合、許容誤差がゼロであると、実量器の中心線４３は、光源２１の中心を通る軸４５に実質的に平行に走る。実量器１３とセンサヘッド１１の間の距離の許容誤差がゼロであると、公称寸法は、主に実量器１３の光学素子２７、３３の設計によって決定される。本発明の文脈において、集束光学素子及び特に３次元（３Ｄ）反射器は、実量器１３と基材１９の間の距離の変化に関して特に寛容であるため、特に好ましい。

この配置により、３チャネルエンコーダを１８〜１５０μｍの区画幅を有するように作製することができる。直径が約２０ｍｍの筐体を有するエンコーダの場合、これは例えば、ロータリエンコーダ上のマークの個数３６０〜３０００に対応し、直径が約６ｍｍの筐体を有するエンコーダの場合、これは例えば、ロータリエンコーダ上のマークの個数６４〜３８０に対応することになる（マークは、例えば光学素子又は区画によって画定することができる）。

図２によると、本発明によるセンサヘッド１１は、第１及び第２のセンサ領域２９、３５、支持プレート１７及び評価器４７を有する基材１９を備える。基材１９、支持プレート１７及び評価器４７は、接着剤及びアンダーフィルを用いて機械的に堅固に連結されており、環境に対して密閉されている。光源２１は好ましくはＬＥＤであり、光源のサイズを画定するダイアフラムの背後に配設される。本発明に関して、センサ及びダイアフラム４９を好ましくは１回のエッチングプロセスによって形成する多段階薄膜プロセスにおいて、センサ領域２９、３５が基材上に直接配置されることが重要である。この製造方法は、ダイアフラム４９とセンサ領域２９、３５の間の関係を極めて正確に確立することができ、これにより、これらを図３ｂ及び図４ｂによる１つのエッチング段階で形成することができるという利点を有する。

第１及び第２のセンサ領域２９、３５と支持プレート１７の間の電気的接続は、好ましくはフリップチップ組立てによって提供される。いわゆる「スタッドバンプ」又は超音波によって設置される金の球体５３のような電気的接触をアルミニウムで形成された最上部のセンサ領域５１上に設置する（図３ｅ）ため、製造プロセス中に、ハンダの「バンプ」を使用した場合に発生し得る熱感受性センサ領域２９、３５への損傷が発生し得ない。再び、回路基板コンダクタ５５を支持プレート１７上に設ける。これらの回路基板コンダクタ５５の上側に、好ましくはフィルム５７を設置し、このフィルム５７は平坦な電気的接続箇所に凹部５９を有し、この凹部５９は組立て前に導電性接着剤５４で充填される（図３ｅ）。ここで、基材１９及び支持プレート１７をフリップチップ組立てを用いて連結することができる。非導電性層５７には、意図した接点において凹部５９が存在する。フィルム形成材としては、例えばエポキシ材料等の様々なプラスチックが適している。接着後、支持プレート１７とガラス基材１９の間の空間をいわゆる「アンダーフィル」で充填する。

例えばＡＳＩＣ等のデコード回路４７を、支持プレート１７の背面６３に配設する。デコード回路４７もまた、ガラス基材１９と支持プレート１７の間の接続と同様、フリップチップ組立てによって、支持プレート１７に接続される。この目的のために、回路基板コンダクタ６４と、凹部６７を有する非導電性層６５とを、背面６３に設置する。凹部６７は、デコード回路４７の接点に対応する。これらの凹部６７を、支持プレート１７とデコード回路４７を連結する前に、導電性接着剤で充填する。支持プレート１７の開口６９によって、前面から背面までの完全な接触がもたらされ、この開口６９は、例えばハンダ等の導電性材料、又は導電性接着剤で充填される。

図２からわかるように、例えばＬＥＤ等の光源２１を、支持プレート１７の凹部７１内に格納する。スペーサ７５により、光源２１をガラス基材１９から離間して保持し、これにより、光開口とダイアフラム４９の間にエアギャップ７７を設ける。このエアギャップ７７は、光量のより良好な利用を達成するために、基材１９に存在する内面反射を低減する働きをする。ＬＥＤ光源２１の背面は、導電性接着剤７９を用いて接触させることができる（図４ｅ）。

特に、センサ領域とダイアフラム４９を薄膜技術で製造する様式は、本発明の応用において重要である。この様式では、第１のステップにおいて、センサ領域の構成のために必要な全ての層を、好ましくはガラス基材である透明な基材上の広範なエリア上に配置する（図３ａ）。ガラス基材のサイズは、特に２００以上、好ましくは２０００以上、特に好ましくは１００００以上の多数のセンサの配設を同時に行うことができるように選択する。基材サイズの選択は、利用可能なコーティング及びエッチングデバイスに左右される。

光レシーバの製造では、好ましくは以下の層を連続してガラス基材１９上に設置し（図３ａ）、好ましくはＰＩＮダイオード構造を生成する：
１）１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜７０ｎｍ、特に好ましくは２５〜５０ｎｍの層厚を有する、好ましくはＴＣＯ（透明導電性酸化物）層である導電性の透明な層８１、
２）１０〜８０ｎｍ、好ましくは２０〜７０ｎｍ、特に好ましくは２５〜５０ｎｍの層厚を有する、第１のｎ−又はｐ＋ドープ層８３、
３）１００〜１５００ｎｍ、好ましくは２００〜１０００ｎｍ、特に好ましくは４００〜８００ｎｍの層厚を有する、真性層８５、
４）１０〜８０ｎｍ、好ましくは２０〜７０ｎｍ、特に好ましくは２５〜５０ｎｍの層厚を有する、第２のｎ−又はｐ＋ドープ層８７、及び
５）１００〜２０００ｎｍ、好ましくは５００〜１５００ｎｍ、特に好ましくは７００〜１２００ｎｍの層厚を有する、導電性最上層５１。接点８９、９１の領域、又はパッド１１１の領域（図１０参照）では、層厚は特に好ましくは１０００ｎｍである。

様々な層を、好ましくはＣＶＤ（化学蒸着）、ＰＥＣＶＤ（プラズマ増強化学蒸着）、又はＶＨＦＣＶＤ若しくはＨＷＣＷＤ等の同様の改変したプロセスによって蒸着する。Ｓｉ：ｈ（非晶質シリコン）真性層を生成するための、好ましくはシランのプラズマ増強化学蒸着が好ましい。層のドープのために、シランは好ましくは他の気体の混合を有し、これは金属ゲルマニウム（例えばＧｅＨ）及び／又はホウ素（例えばＢＨ）を含有する。

ガラス基材を上述の層でコーティングした後、最上層５１にフォトレジストを設置し、これをマスクを用いてＵＶに曝露し、曝露されていない領域又は曝露された領域を溶解させることにより、光レシーバ要素及び光源の形状及び範囲を画定する。そして、例えばフォトレジストが溶解して除去される場所へのイオンビームエッチングによる第１のエッチングステップにおいて、第２のドープ層８７及び好ましくは非晶質シリコン層８５の一部を除去することができる。その結果、光レシーバの構造がここで既に形成される（図３ｂ）。非晶質シリコンの代わりに、好ましくはＰＩＮダイオードを形成するために用いることができる、同様の材料を用いることもできる。

続いて、更なるステップにおいて、本質的に第２のエッチングステップ（イオンビームエッチング及び／若しくは「反応性イオンビームエッチング」（ＲＩＥ）、又は改変した方法）において非晶質シリコン層８５及び第１のドープ層８３をエッチングして完全に除去することにより、特定の場所においてＴＣＯ層を露出させる（図３Ｃ）。手順は第１のエッチングプロセスと同様とすることができ、即ち、加工すべきでない場所を初めにマスキングし、その後マスキングされていない場所を加工する。これらのプロセスステップは当業者には極めて良く知られたものであるため、ここでこれ以上詳細に説明する必要はない。露出された場所は、非晶質シリコン層８５の除去後、光レシーバの１つの電気的接点８９を形成する。他方の接点９１は、導電性カバー層５１によって形成される。

そして、センサ領域を、好ましくはＳｉＯ₂層である保護層９３で好ましくはコーティングする（図３ｄ）。接点８９、９１、各場合において、エッチング又は剥離プロセスによって設ける。図３及び４は製造プロセスの説明の役割のみを果たすものであり、図示した層厚は実際の層厚と一致しないことを指摘しておく。

図４から分かるように、光源を形成するためのこの例示的実施形態で使用されるダイアフラムは、光レシーバ構造及び接触を製造するために用いたものと同様のプロセスステップによって製造することができる。光開口４９を第２のエッチングステップにおいて設置し（図４ｃ）、第１のエッチングプロセスで既に部分的にエッチングされた場所を更に、又は完全にエッチングする。

この光開口４９を通して、光が妨げられることなく基材１９まで通り抜けることができる。アルミニウム層５１のようないずれの更なる（透明でない）層もまた同じ場所に開口を有し、これにより、光の通過が妨害されないようになっている。このようにしてダイアフラムを形成し、これは有利にはＬＥＤ２１からの光の伝播を制限し、又は光源のサイズ若しくは寸法を画定する。

ＬＥＤをスペーサ７５（図１２も参照）上に載置することにより、最上層５１上に接着することができる。スペーサ７５により、基材１９と光源２１の間の画定された間隙が設けられる。このようにして、接着剤７９のためのキャビティが（高い信頼性で）画定される。スペーサの高さは４〜５０μｍ、好ましくは６〜１２μｍであり、好ましくは永久レジストから形成される。

最後に、センサ領域及び支持プレート１７を、フリップチップ組立てによって電気的に接続する。同一のプロセスステップで、光源の前面を、詳細には図示していない回路基板コンダクタが形成された（接点）金属層５１に接触させる。

ガラス基材１９の厚さは１ｍｍとすることができる。この厚さは好ましくは０．４〜０．６ｍｍであり、好ましくは厚さ約０．１６ｍｍのガラス基材を高解像度エンコーダ用に用いることができる。

図５は、ウェハの形状の大きな支持プレート９７上に隣接して配設された多数のセンサヘッドの配置を示す。この図は、フリップチップ組立てによってキャリア材料９７上に固定された基材１９を示す。キャリア材料は非導電性材料の板であり、この板上には、事前のコーティングプロセスにおいて、光レシーバ及びでコード回路を有する多数の基材１９と、光レシーバ及びデコード回路とを接触させるために、その前面及び背面に回路基板コンダクタが設置されている。光源２１は、例えば接着によって直接ガラス基材１９上に設置することもでき、キャリア材料９７の凹部に一体化させることもできる。そして、デコード回路４７をキャリア材料９７の背面に載置することができる。デコード回路４７の組立ても、フリップチッププロセスで行うことができる。光レシーバ要素２３及びデコード回路４７を有する基材１９を、支持プレート１７に同時に接続することができる。センサヘッド１１又はガラス基材１９をデコード回路４７に接触させた時に、エンコーダ機能を既にテストすることができる。これは自動プロセスで行うことができる。その直後、好ましくはけがかれた（溝９８）キャリア材料９７を分解、鋸切断又は研削ディスクを用いて分割し、支持プレート１７とする。好ましくは、キャリア材料はセラミック、特に黒色セラミックである。

キャリア材料９７の横方向縁部上に、ツールのピン９６が係合できる２つの凹部９９を設ける。凹部９９及び対応するツールを用いて、様々なプロセスステップ中にキャリア材料９７を正確に位置合わせすることができる。これによって、経済的な製造が可能になる。

図６は、センサヘッドのコンパクトな設計のために、高品質センサを設置することができる、小型モータの例を示す。実量器上に図９による絶対トラック及び図７による増分トラックが存在する場合、アブソリュートエンコーダを同一の構成容積及び同一の構成で構成することができる。この場合、絶対位置を決定する、又はセンサヘッドを用いて実量器から読み取るためには、２°未満の動作で十分である。現行技術の（索引マークを有する）エンコーダでは、絶対基準位置を探すために３６０°までの角度動作が必要である。

図６は、センサヘッド１１及びロータリエンコーダ１５５を有するエンコーダ１０を示し、その表面には実量器（図示せず）が配設される。ロータリエンコーダ１５５はシャフト１５７に接続され、従って回転可能である。センサヘッド１１、及び光学素子（図示せず）から形成される実量器は、相互作用して信号を生成する。このために、この構成において、センサヘッド１１は、実量器に向かって光を放出する光源２１を有する。実量器の光学素子は、ロータリエンコーダ１５５の、センサヘッド１１に対面していない側に配設される。これらは光源２１から来る光をひとまとめにしてセンサヘッド１１へと反射し、光はここで光レシーバ要素（図示せず）によって記録される。当然、光源はロータリエンコーダ１５５の他の側にも配設することができ、光学素子を介してセンサヘッド１１へと光を送ることができる。しかしながら、センサヘッド１１が１つ以上の光源と１つ以上の光レシーバ要素の両方を有する解決法が好ましい。位置信号の正しい形成のために、光レシーバ要素を光学素子に対して画定された位置に配設しなければならない。従来技術から公知のように、実量器又は筐体に対する光レシーバ要素の位置を直接ツール及び／又は光学デバイスを用いて調整する代わりに、図示したエンコーダ１０において、これは、デバイスの独立した部分の寸法を互いに適合させることにより間接的に達成される。センサヘッドホルダ１４１は、開口１４９の形状の第１の構造要素を有し、センサヘッド１１の一部を開口１４９に挿入して正確に嵌合させることができ、これにより固定接続が生成される。センサヘッド１１のこの部分は有利には透明な基材１９であり、好ましくはこの上に、光レシーバ要素を薄膜プロセスによって設置する。これらのプロセスでは、多数の光レシーバ要素を１つの基材板上に載置し、その後これを（より小さな）基材１９に切断する。センサヘッド１１のこのような設計により、基材の縁部に対する光レシーバ要素の位置を、基材板を正確に切断することにより決定することができる。基材１９の縁部１５１は、センサヘッドホルダ１４１の上述の開口１４９と、固定接続として相互作用することができる。開口１４９は、ここではセンサヘッドホルダ１４１の縁部１５３にある第２の構造要素に対して正確に配置される。センサヘッドホルダ１４１の縁部１５３は、筐体１４３の内壁と、固定接続として相互作用することができ、ここで、筐体１４３を再び、実量器に対して画定された位置に配設する。これは、実量器上の光学素子に対するセンサヘッド１１又は基材１９の位置、従って光レシーバ要素の位置を、寸法に関して互いに適合されたデバイスの複数の部分によって間接的に確立することを意味する。その利点は、組立て中に機械的調整が一切必要ないことである。よって、センサヘッドホルダ１４１はアダプタとしても機能する。上述の寸法又は画定された位置に関して、偏差を確実に０．２ｍｍ未満、好ましくは０．０５ｍｍ未満とするのが有利であり、これは一般に、測定デバイスを正しく機能させるのに十分である。筐体１４３をカバー１４５で密閉し、このカバー１４５はセンサヘッドホルダ１４１を押圧し、これによりセンサヘッドホルダ１４１を筐体１４３内に固定する。筐体１４３は好ましくは、カバー１４５と筐体１４３の間に開口を有し、この開口を通って、例えばケーブル１５９、好ましくはＦｌｅｘｐｒｉｎｔを用いてセンサヘッド１１の接触を発生させることができる。この配置は、センサヘッドの簡単な組立てを保証する。図６に示すエンコーダ１０の好ましい構成変形例によると、ロータリエンコーダ１５５用のアダプタをシャフト１５７上に設ける。アダプタはシャフト用の着座部、及びシャフト１５７から径方向に外向きに延伸するフランジ２４１を有する。好ましくは、アダプタは中空円柱形シャフト支持体及びシャフト支持体から突出する環状フランジ２４１を有する。ロータリエンコーダ１５５は、シャフト支持体のシャフト１５７に対面していない側、及びアダプタのフランジ２４１と接触し、ロータリエンコーダが、エンコーダ１０を組立てた状態においてフランジ２４１と接触する１つ以上の足２４０を有することが好ましい。ロータリエンコーダ１５５は、好ましくは接着剤を用いてアダプタ上に固定される。この配置は、センサヘッドの簡単な組立てを保証する。

好ましくは、ロータリエンコーダ１５５をシャフト１５７に接着する。１つ以上のチャネル２７５（例えば２〜２０又は３〜１０）をロータリエンコーダとシャフト１５７の間に形成し、接着剤で充填するために、好ましくはロータリエンコーダの貫通孔２７２を構成する（図１８）。図１８は、ロータリエンコーダ１５５の貫通孔２７２の設計の１つを示し、ここでロータリエンコーダは平坦領域２７１を介したシャフト１５７との固定接続を有する。従って、貫通孔２７２の縁部の、チャネル２７５を形成する部分は、縁部の平坦領域２７１を形成する部分と比べて、シャフトから遠い（０．０２〜０．２ｍｍ遠い）位置にある。好ましくは後者はシャフトと接しており、即ち平坦領域はロータリエンコーダ１５５とシャフト１５７の接点を表す。ロータリエンコーダとシャフト１５７の間のチャネル２７５を接着剤で充填することができる。この配置は、貫通孔２７２を設けるためのツールを極めて容易に製造できるという点で、ツールの製造者からすると特に有利である。上記ツールは、シャフト１５７の直径より０．０２〜０．２ｍｍ大きい直径を有する（好ましくは円柱）ワークピースから作製するのが有利である。このワークピースは、例えば研削によって、貫通孔２７２の製造中に平坦領域２７１を形成する、平坦部又は平坦側面を有する複数の場所に設けることができる。好ましい構成変形例によると、１〜１０、特に２〜５、特に好ましくは３つのチャネル２７５を設ける。

ロータリエンコーダ及び実量器は好ましくはプラスチックで形成され、好ましくは容易に目視検査できるよう、黒色プラスチックで形成される。そして、実量器を金属、好ましくは金又はアルミニウムでコーティングする。しかしながら、例えばＳｉＯ₂又は合成樹脂の追加の保護層をアルミニウム層上に設置することができる。

代替実施形態として、ロータリエンコーダのフィルム構造を想定することができる。プラスチックはキャリア材料としての役割を果たすことができ、アルミニウム層及びアルミニウム層の酸化保護用プラスチックフィルムをこの上に設ける。実量器は、アルミニウム層の側面への加熱型押しによって形成することができる。

図７、８及び９は、実量器２５／３１、及び少なくとも１つのアナログ信号１０３を形成する役割を果たす光レシーバ要素２３の、様々な実施形態を示す。アナログ信号１０３ａ及び１０３ｂは、デコード回路で処理され、任意で、更に処理することができるデジタル信号１０４に変換される。デコード回路からの出力信号は、センサヘッドに対する実量器の位置の決定に役立つ。位置データをアナログ又はデジタル信号を用いて評価することができる。

図７は増分トラックを示し、図８は索引を形成するためのトラックを示し、この索引は１回転あたり少なくとも一度評価され、図９は別のトラック構造を示し、これはマンチェスターコードに従ってエンコードされ、増分信号とトッモに絶対位置を画定することができる。上述の３つのトラックは、別個に又は組み合わせて、実量器を形成し、この実量器は、例えばロータリエンコーダ等のキャリア上に一体化することができ、好ましくはキャリアと同一の動作で作製される。実量器は好ましくは２つのトラックで形成され、両トラックの光学素子は好ましくは同一の焦点距離を有する。

図７に示す実量器のトラック２５は、独立した光学素子からなり、これらの光学素子は互いから規則的な距離だけ離れて移動方向１５に配設される（増分トラック）。これらは、これらから反射される光の主方向と同じ方向又はこれに対して平行に配向される。図７では、光学素子は半円柱反射器であり、これは本発明の文脈における好ましい実施形態を表す。光源から放出された光は、実量器の光学素子によってひとまとまりにされ、センサ１００の平面上に集中する。ここで、光は点１０８に入射する。しかし、センサの平面の隣接する領域１０７には光は殆ど又は全く入射しない。センサの平面上の光強度の分布をカーブ１０１で表す。カーブの点１０１ｈは高エネルギ密度に対応し、点１０１ｔは低エネルギ密度に対応する。光強度から電気信号への電気的変換を、好ましくは互いに１８０°変位して配設される少なくとも２つの光レシーバ要素２３によって行う。これは、１つの光レシーバ要素が最大値を記録する場合に他方の光レシーバ要素は最小値を記録し、またその逆も成り立つことを意味する。２つの光レシーバ要素を用いて、２つのアナログ信号１０３Ａ＋及び１０３Ａ−を生成し、これらを更なる処理のためにデコード回路に送る。そして、デコード回路はアナログ信号１０３からデジタル信号１０４を形成することができる。

図８は、軸１０５付近を中心とするおよそ半円柱状の断面を有する単一の反射器からなる実量器の索引トラック３１を示す。この反射器の幅は、増分トラックの反射器の幅の１００〜３００％とする。センサ１００の平面上において、光は基本的に点１０８においてひとまとまりにされ、隣接する領域１０７には極めてわずかな光しか入射しない。本質的に一定で変調されない量の光が、残りの領域１０９に入射する。センサ１００の平面上の光強度の分布をカーブ１０１で示し、点１０１ｈは高エネルギ密度に対応し、点１０１ｔは低エネルギ密度に対応する。光強度から電気信号への変換を、好ましくは光レシーバ要素２３の特別な配置によって行う。好ましい実施形態によると、光レシーバ要素２３は主レシーバ２３Ｚ＋、及び主レシーバ２３Ｚ＋に対して対称に配設されかつ共に電気的に接続される２つのレシーバ２３Ｚ−からなる。有利には、光レシーバ２３Ｚ−の総面積は、主レシーバ２３Ｚ＋の総面積より少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％、特に好ましくは少なくとも３０％大きい。これは、信号の評価に関連して重要である。２つの光レシーバ要素Ｚ＋／Ｚ−の面積が異なることから、信号１０３ａを信号１０３ｂから確実に十分遠ざけることができ、これにより、残りの領域１０９においてこれらが絶対に交差しないようにすることができる。光レシーバのこの配置により、２つのアナログ信号１０３ａ及び１０３ｂを生成し、これらをデコード回路で更に処理する。これらの信号は例えば比較器回路で比較することができ、ここで、２つの信号の交差点は、各場合においてデジタルレベルの変化、即ちパルスＺｂのフランクの１つを生成する（デジタル信号１０４を参照）。

安定したデジタルパルス１０４を形成するために、２つの信号１０３ａ及び１０３ｂが大きな傾斜部で交差することが重要である。これは、光レシーバ要素２３の特別な配置によって達成される。図８による中心位置において、ひとまとめにされた光ビームは主に中央のレシーバ要素２３Ｚ＋に入射し、これにより信号ピーク１０３ａａが形成される。信号レベル１０３ｂａが可能な限り低くなるように、２つの光レシーバ要素Ｚ−は、例えば点１０７において、通常より少ない光、即ち光ビームが変調されていない場合より少ない光を受けるようにする。これは、上部、即ち近位端上に形成された、斜めに配置された光レシーバ要素が、遠位端におけるよりも若干幅広であることによって達成される。図示したレシーバ２３Ｚ＋、２３Ｚ−、即ち、第１の楕円形光レシーバ要素２３Ｚ＋と、本質的に鏡像対称に、かつ第１のレシーバ要素２３Ｚ＋の長手方向軸に対して角度を付けて配設された２つの第２の楕円形光レシーバ要素２３Ｚ−とを、最適なものと見なすことができる。光レシーバ要素のこの形状により、相互に交差する点において大きな傾斜部を有する信号１０３ａ及び１０３ｂを形成することができ、これにより、索引信号のために信頼性の高い基本信号Ｚｂを形成することができる。

光レシーバ要素Ｚ−（「Ｚマイナス」）を、光レシーバ要素Ｚ＋（「Ｚプラス」）に対して斜めに配設する。光レシーバ要素Ｚ＋に対面していない端部における光レシーバ要素Ｚ−の幅は、光レシーバ要素Ｚ＋に対面する端部における幅よりも非常に小さい。この最適な配置は、方向１５への索引レンズ（実量器上の光学素子）の移動中、中間の光強度、低い光強度、及び高い光強度がセンサ領域にわたって移動することを意味する。光レシーバ要素Ｚ−のこの形状は、光強度領域の変化が、センサ領域に対する索引レンズのいずれの位置において、信号に同じ程度に影響することがないことを意味している。縁部領域、即ち光レシーバ要素Ｚ−の狭い端部が検知する領域では、中央領域、即ち光レシーバ要素Ｚ＋が位置し、光レシーバ要素Ｚ−の幅広い端部がある領域に比べて、光強度は信号に対して弱い影響しか持たない。別の因子は、光源からの距離である。光レシーバ要素Ｚ−の狭い端部は、光源からより離れており、従って弱い光強度を受けることになる。

好ましくは、２つの光レシーバ要素２３Ｚ＋及び２３Ｚ−の幾何学的重心１０２ｂは、可能な限り同一の点で一致する。重心が一致しない場合、即ちこれらがいくらかの距離だけ離間している場合、２つの信号１０３ａと１０３ｂの間のレベル比は、実量器１３と基材１９の間の距離が変化すると変化する（図１参照）。レシーバ要素２３の上述の有利なジオメトリにより、実量器とセンサヘッドの間の距離は、信号の品質に悪影響を及ぼさずに、比較的広い範囲にわたって変化することができ、これにより、小さなモータのシャフトの軸方向位置について、何の問題もなくかなり大きな許容誤差をとることができる。これはまた、コストのかかる調整が必要でないという利点も有する。

図９は、実量器のトラック３１（絶対トラック）を示す。このトラックは、図７に示した増分トラックと同様、多数の光学素子を含むが、ここでは、光学素子はその全てが同一に若しくは規則的に整列しておらず、又は（それらの光軸に対して）全てが平行ではない。各光学素子は、センサの平面上の第１又は第２の点に光を集中させるように構成及び／又は配設される。２つの点は、バイナリコードの０（ゼロ）又は１（一）を表す。ゼロ及び１のシーケンス（２進数字）は、例えば８ビットコード等のコードを定義し、８ビットコードでは、８つの連続した２進数字が、実量器上又は実量器の長さにわたって好ましくは１度だけ発生する特徴的な位置番号を定義する。本実施例では、１つの点は軸１０５の左にあり、他方は軸１０５の右にある。しかしながら、３つ以上の異なる点を設ける、つまり、センサ１００の平面上の異なる位置にある入射点１０８のシーケンスが例えば３進コードを形成するように、光学素子を配設及び／又は構成することもできる。しかしながら、バイナリコード、特にいわゆるマンチェスターコードが好ましい。センサ１００の平面上において、光は点１０８でひとまとまりにされ、この点１０８は各場合において軸１０５に関して非対称に配設される。そして、領域１０７にはわずかな量の光しか当たらない。センサの平面上の光強度の分布を、カーブ１０１で示す。光強度から電気信号への電気的変換を、好ましくは互いに１８０°変位して配設される少なくとも２つの光レシーバ要素２３によって行う。光レシーバ要素２３を用いて、２つのアナログ信号１０３ａ及び１０３ｂを生成し、これらを増分信号と共にデコード回路に供給する。増分信号の助けで、デコード回路は信号１０３を評価し、これにより区画のビット値を決定し、デジタル信号で出力することができる。

有利には、２つのチャネル（Ａ及びＢ）と、１つのチャネルあたり２つの上述の光レシーバ要素２３とを設ける。わかりやすくするために、図７及び９では、各場合において１つのチャネル（Ａ又はＢ）の光レシーバ要素２３のみを示していることに留意されたい。

１５による実量器の移動又は回転の所定の方向に関して、この時点での信号１０３ａと１０３ｂの間の差を読み取ることにより、ビット値を２つの増分信号の各上昇又は各下降フランク上で、好ましくは（チャネルＡ及び／又はＢから）２つの増分信号のフランク４つ毎に読み取る。この時点で、デジタル信号１８１のレベルをビット値に従って調整するか、ビット値をその他の方法で出力する。実量器の回転方向又は移動方向におけるビット値を読み取ることは、例えば、チャネルＡの下降フランクを用いて行われ、また、反対方向の回転又は移動についてはチャネルＡの上昇フランクを用いて行われることも想定可能である。

２つの増分信号は、区画あたり４つのフランクを形成する（チャネルＡ／Ｂあたり２つのアナログ信号１０３ａ／１０３ｂ）。ビット値を評価するためにこれらのフランクのどれを用いるかは、最終的に、角度４１に関する回転に対する、許容可能な許容誤差フィールド内でのセンサヘッドの配置に左右される（図１参照）。角度誤差は、図１３に示す回路を用いて補正することができる。

上述のように，実量器のビット値の順序は、特定の数の連続するビットを用いて、特定の順序は実量器の長さにわたって１度しか表れることができないように選択される。好ましくは、順序はマンチェスターコードに従って形成される。

図１０は、３チャネルエンコーダ（チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＺ又は索引）用光レシーバ要素２３の配置を示し、光源の中心を通る、放出される光ビームの主軸４５は、実量器の中心線４３と一致する（図１、２）（図１参照）。増分信号のための光レシーバ要素を（実量器の第１のトラック２５と相互作用する）センサ領域２９に配設し、索引信号のための光レシーバ要素を（実量器の第２のトラック３１と相互作用する）センサ領域３５に配設する。接点又は開口９１（図３ｄ及び３ｅも参照）において、例えば超音波溶接によって、「スタッドバンプ」を最上部の金属層（図３ａの５１参照）に配設することができる。これらの点を金の層でカバーすることができ、これにより、導電性接着剤を用いる場合に、接着性が酸化物層によって損なわれずにすむ。マンチェスターコードによるアブソリュートエンコーダのために同一のセンサヘッドを使用することもでき、領域２５は変化しないままであり、（例えば図９にみられる）少なくとも２つのレシーバ要素は領域３１に配設される。

エンコーダを組立て許容誤差に対して（即ち、光源のセンタリング及び実量器の主軸４３（図１参照）に対するセンサヘッドの角度位置に関して）非感受性とするために、好ましくは、移動方向１５に関して光レシーバ要素の以下のような順番を選択する：Ａ＋／Ｂ−／Ａ−／Ｂ＋又はＡ−／Ｂ＋／Ａ＋／Ｂ−、即ち、２つのチャネルＡ及びＢに関して、光レシーバ要素が軸３９に関して対称に配設される。この場合、光レシーバ要素Ａ＋、Ａ−及びＢ−、Ｂ＋は、各場合において、１８０°だけオフセットしている。このようにして、チャネルＡ及びチャネルＢの両方に関して、互いに１８０°だけ変位した２つの正弦曲線が得られ、これを比較器回路においてデジタル信号に変換することができる。この配置では、光レシーバ要素２３の間の接点及び連結は、光レシーバ要素と同じ材料で形成されるか、同じ材料から形成され、即ち、これらの領域は光電子工学的にアクティブでもある。そして、センサ領域２９内の４つの光レシーバ要素のそれぞれの重心は、光源２１から本質的に等距離にある（線１０２参照）ことに留意する必要がある。ここで、点１０２ｂは各場合においてＵ字型レシーバ要素の重心をマークする。方向１５において、重心１０２ｂ間の距離は実量器の区画と本質的に一致することになる。センサ領域２９内の光レシーバの通常の幅１１４は、好ましくは実量器の区画の幅の４０〜８０％の間で選択する。この文脈では幅とは、主軸４５に平行に走る光レシーバ要素又は光源の寸法として理解される。光レシーバ要素のアレイの重心を正しい位置で得るために、一般に、レシーバ要素の幅を、特定の場所１０６において幅広くするか、又は幅を調整する必要がある。これは、光レシーバ要素内の転移線１１５及び接点又は開口９１の周りの領域もまた光を検知し、つまり、光レシーバ要素の面積を必然的に増大させるためである。これは光レシーバ要素の重心１０２ｂの位置及び生成される信号にマイナスの影響を与えるものである。参照符号１１０は、ＴＣＯ層への接触を示す。

有利には、光源２１又はダイアフラム４９の幅を、区画の幅の６０〜１５０％、好ましくは１００〜１２０％に選択する。ダイアフラム４９の幅が小さすぎると、あまりにわずかな光しか通過できない。ダイアフラム４９の幅が大きすぎると、光のスポットの幅が大きくなり過ぎ、信号が平坦になり過ぎて信頼性の高い評価ができなくなる。

例えば光源２１が基材１９上で発光ＯＬＥＤとして構成され、センサ領域３５及び２９がＯＬＥＤと同一の層構造を持つようになっている場合、光源及び光レシーバ要素の同様の配置を、他の技術によって達成することができる。ＯＬＥＤと光レシーバ要素の両方は、好ましくは図３ａに示すような薄い層からなるが、異なる開始材料を使用することもできる。

図１１は、光レシーバ要素の別の配置を示し、ここでは独立した光レシーバ要素をＶＩＡ１１２（「垂直相互接続アクセス」）を用いて、パッシベーション層（例えばＳｉＯ₂層又はＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄層構造）を通して、パッシベーション層上に設置した好ましくはアルミニウムの導電性トラックと電気的に接続する。この配置の利点は、転移線１１５及び／若しくは接点９１がアナログ信号の形成に影響を及ぼすことができるようにすることなく、又は、幅１１４の補正を必要とすることなく、光レシーバ要素２３が最適に構成されることである。導電性トラックの端部にパッド１１１が存在し、その上に「スタッドバンプ」を設置する。このような解決法は、追加の層を設けなければならず、更なる用心を払わなければならないため、よりコストがかかる。移動方向１５におけるレシーバ要素２３の配置は、図１０の説明において上で挙げたものと同一の利点を有する。ＴＣＯ層への接続は、導電性トラック及びＶＩＡ１１２を用いて行うこともでき、ここで、スタッドバンプの信頼性の高い設置のために、パッド１１１を再び導電性トラックの端部に配設することができる。

図１２は、ダイアフラム及びＬＥＤからなる光源の好ましい設計を示す（図２も参照）。図４ｃで説明したように、ＬＥＤは基材１９（好ましくはガラス製）上又は最上部の金属層（図３の５１参照）上に接着され、薄膜構造で作製された光開口４９を通して光を放射する。ＬＥＤ２１を支持プレート１７（図２参照）の凹部７１（図２参照）に格納する。光源を基材１９上に設置できる方法の複数の変形例を示す。図１２ａは、放出層１６１及び接触層１６３を有する光源を示す。光源２１と、コーティングされたガラス基材１９との間には、光源を基材１９から離間して保持するスペーサ７５を設ける。この設計を用いる場合、横方向に出現する光１６５が光レシーバ上に衝突するリスクがある、即ち、この配置には、生成された散乱光が光センサ領域に進入することができ、これにより、所望の信号品質からの偏差が発生し得るという不利益がある。参照番号１７０は、光源から実量器へ放出された光のコーンを示す。

図１２ｂは、放出層１６１の縁部を不透明なカバー層１６７でコーティングした、隔離された光源を示す。これは、散乱光が光レシーバに衝突するのを防止できる。図１２ｃによると、不透明なカバー層１６７を光源２１上ではなく光レシーバ上に設置する。このカバー層は、例えばＬＥＤへの接触１６３としても機能する。「アンダーフィル」として、不透明な、又は低い光透過性を有する材料を選択するという更なる用心が必要となり得る。

図１３は、実量器の主軸に対するセンサヘッドの角度位置４１（図１参照）に関する組立て誤差を補償できる回路を示し、これにより、上記角度誤差に関わらず、索引信号が高い信頼性で機能することができる。上述のように、ビット値を（絶対トラックと関連して）決定するための増分信号のフランクの選択は、センサヘッドの配置又はセンサヘッドの角度４１の回転に左右される。従って、この回路を用いてこれらのフランクを決定することができる。

図１３ａは、信号Ａ、Ｂ、Ｚｂ及びＺを示す。信号Ｚは、信号Ａ及びＢ及びＺｂを組み合わせることで形成される。Ａ及びＢはそれぞれデジタル信号１８１に対応し（１チャネルに対する信号のみを示す図９を参照）、信号ＡはチャネルＡから、信号ＢはチャネルＢから発生する。上記図１３ａに示す信号Ｚは２つのパルスからなり、この信号Ｚは基本的には望ましくないものである。原信号Ａ及びＢを組み替えることにより、図１３ｂにおいて、別の信号状態Ａｏｕｔ（又はＡｏ）及びＢｏｕｔ（又はＢｏ）が生成され、信号Ｚｂは信号Ａ及びＢの領域に、プラスにほぼセンタリングされる。従って、結果として得られる信号Ｚは単一のパルスからなる。

原信号Ａ（又はＡｉｎ）及びＢ（又はＢｉｎ）の、効果的な出力信号Ａｏｕｔ及びＢｏｕｔへの変換（組み替え）は、制御信号Ｘ１及びＸ２を用いて、例えば図１３ｃの組み合わせ表に従って行われ、ここで原信号Ａ及びＢは反転される及び／又は交換される。

図１３ｂの２つのチャネルＡ及びＢは、チャネルＡに関しては反転された入力チャネルＢ、チャネルＢに関しては入力チャネルＡからなる。従って、チャネルＡｏｕｔ及びチャネルＢｏｕｔ及びチャネルＺｂからの信号を組み合わせることにより、単一のパルスを有する索引信号Ｚが形成される。更なる信号の組み合わせを、真理値表１３ｃに示す。

真理値表に従った信号処理は、図示した回路によって行うことができる（図１３ｄ）。回路を２つの制御信号Ｘ１およびＸ２で制御する。信号Ａｉｎ２００及びＢｉｎ２０１を２つのインバータ２０６、２０７で反転させる。回路は更に、４つのマルチプレクサ２０８を含み、これらは、制御信号Ｘ１、Ｘ２の状態に応じて、入力における２つの信号のうち１つを出力に中継する。図１３ａ及び１３ｂに示す例では制御信号はＸ１＝０及びＸ２＝１に設定され、図１３ｄでは移動を太線で示す。制御信号Ｘ１及びＸ２は、デコード回路で生成される。デコード回路は、最終的な製品検査において生じる、制御信号に関する様々な設定及び値をその中にプログラムできるように設計される。

図１４では、アブソリュートエンコーダの特別な設計を概略的に示しており、これは静止状態のセンサヘッド１１若しくは静止状態のシャフト１５７について、又はコールドスタートにおいてさえ、絶対位置信号を決定することができる。これは、実量器とセンサヘッドとの間の相対移動を可能とする特別なデバイスによって可能となる。デバイスはスイベルアーム１８２（又は同等のデバイス）を有し、少なくとも１つのセンサヘッドがその上に固定される。スイベルアームはモータで駆動され、実量器１３とセンサヘッド１１の間の相対移動を生成し、これは、全回転の好ましくは５°未満のある画分に対応する。絶対位置を、センサヘッド１１から来る信号を評価することによって決定することができる。センサヘッドのコンパクトな設計、及び許容誤差に寛容なこの配置の設計により、再びこれが可能となる。

図１４は、筐体１４３、１４５、設置されたシャフト１５７、実量器１３を有するロータリエンコーダ１５５、及び、少なくとも１つのセンサヘッド１１を設置した、固定された又は小さな角度だけ旋回できるキャリア１８２を有するアブソリュートエンコーダの概略的な構成を示し、ロータリエンコーダ１５５は実量器１３を有し、この実量器１３は好ましくは図９による絶対トラック及び図７による増分トラックを有する。ロータリエンコーダ１５５をシャフト１５７上にセンタリングして固定し、筐体１４３内の上記シャフトは、少なくとも１つの軸受１８０との固定接続を有する。

軸の小さな移動、又はロータリエンコーダの好ましくは３°未満の移動により、位置番号を決定することができ、この位置番号を用いて、ロータリエンコーダの（絶対）位置値を決定することができる。そして、位置値を、パルスを増分トラックに足す／から引くことにより、又は更なる位置番号を決定することにより、決定することができる。位置値の冗長取得は、３つの変形例を組み合わせることによって容易に達成できる。

好ましくは、１対以上のレシーバ要素を用いてマンチェスターコードを読み取る（図９参照）。位置番号は、センサヘッドに対する実量器の移動によって、１から位置番号の最大値までの間で決定される。バイナリ形式で表現される位置番号の長さは、ビット数であり、これが実量器の長さを決定する。位置番号を、多くの連続するビットを読み取ることにより決定する。位置番号を、マンチェスターコードに従って形成された実量器により画定する。実量器の全長において、位置番号は一意的であり、即ち、各場合において光レシーバに対する実量器の位置を決定する。読み取った位置番号は、デコード回路を用いて位置値に変換される。好ましくは、位置番号を、デジタル信号１８１を用いて送り、変換回路１８７を用いて位置値に変換する。変換回路１８７はデコード回路４７と一体化することができる（図２も参照）。

複数の連続した位置番号を記録することにより、位置値の冗長決定を読み取り誤差に対して保護することができる。これは、実際には「長さを延ばした」位置番号を記録することを意味する。長さを延ばした位置番号を、複数の位置値に変換する。位置値を一列に配置することができない場合、マンチェスターコードの読み取り誤差が存在すると結論付けることができる。

図１４は、変換回路１８７をセンサの外部に配設した配置を示す。変換回路１８６をエンコーダ又はそのデコード回路へ、３つの線１８６で接続する（概略的な描写）。２つの線は、チャネルＡ及びＢからのパルス（デジタル信号１０４）を伝送し、第３の線は、絶対トラックの位置番号を形成するデジタル信号１８１を伝送する。このようにして、位置情報はエンコーダ１０と変換回路１８７の間で冗長に伝送される。これにより、位置番号の信頼性の高い伝送と、位置値の信頼性の高い決定とが保証される。変換回路１８７は、ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等の慣用のデータバスを用いて、データを例えばＳＰＳ制御システムまで更に伝送する。好ましくは変換回路１８７はマイクロプロセッサ１８８を備え、これは位置番号の位置値への翻訳を実行する。位置番号の位置値への翻訳は、２つの異なる方法で行うことができる：
ａ）マンチェスターコード生成器が位置番号を連続的に形成する；翻訳される実量器からの位置番号の１つが、生成された位置番号と一致する場合、生成器の位置番号が位置値として出力される。
ｂ）マイクロプロセッサにおいて、位置値を含む表が提供され、ここで、表中の各ストレージ位置又は各位置値は、特定の位置番号と関連しており、これにより、位置番号を特定の位置値に割り当てることができる。

マンチェスターコードを用いる慣用のエンコーダシステムの不利な点は、絶対位置の決定に関して、絶対位置値を決定するために、実量器の相対移動、及び従って測定される機械構成部品の移動が必要となることである。これは機械製造者にとってありがたくないことである。

いずれの移動が起こる前に、機械のスイッチングにおいて位置値を決定することができることが望ましい。これは、ロータリエンコーダが多数のトラックを有し、各トラックに少なくとも１つのレシーバ要素を割り当てることで解決される。このために必要な回路は複雑であり、このような多トラック配置は多くの空間を占有し、このため、この種の位置測定デバイスは小さな筐体に適合しない。

本発明の別の実施形態では、実量器に対するセンサヘッドの移動をセンサの内部で可能にし、これにより、位置の決定を、機械を始動させることなく、ボタンを押すことによって行うことができる、手段が提供される。これは、センサヘッド又はセンサヘッドを配設するキャリア（例えばスイベルアーム１８２）を約３°にわたって方向転換させることにより達成される。これは例えばモータ１８５及びカム１８４を用いて行うことができ、カムは好ましくはスイベルアーム１８２のスロット１８３内で固定接続として係合する。レバー及びカムを有するモータの代わりに、異なる種類のアクチュエータを使用することができる。そして、この移動によって生成される信号（チャネルＡ、チャネルＢ及びＭ−コード）を、位置値の決定のために使用することができる。

図１５〜１７は、位置測定デバイスを示す。これは特にコンパクトな設計のエンコーダ１０のキットである。この設計は、ロータリエンコーダ１５５、その上に設置された実量器、筐体１４３、及び実量器１３と相互作用して信号を生成するセンサヘッド１１の特定の配置を特徴とする。この場合、実量器１３はロータリエンコーダ１５５の、筐体１４３に対面していない側２４９に配置される。これは好ましくは、筐体１４３の一部が、ロータリエンコーダ１５５及び／又は筐体１４３の上部の平坦な側に接して、これに沿って、又は本質的にこれと平行に延伸することを意味する。よって、ロータリエンコーダ１５５は好ましくは、筐体１４３の内側（又は筐体の上述の部分の内側）と、センサヘッド１１又はプリント回路基板２５１との間に配設される。シャフト用の支持体２６７（又は、シャフト支持体の長さの少なくとも大部分、特に少なくとも７０〜９０％）が、ロータリエンコーダ１５５の、実量器１３と同じ側に配設されているという事実から、かなりの空間が節約される。この理由は、測定の位置、即ち実量器１３とセンサヘッド１１の間の領域が、シャフト又はシャフト支持体２６７に接して配設されていることである。筐体１４３にロータリエンコーダ１５５を組付ける間、ロータリエンコーダ１５５に平行な筐体１４３の上述の部分に対するロータリエンコーダ１５５の位置、又は筐体１４３の内側とロータリエンコーダ１５５の間の距離は、筐体１４３の上述の平行な部分を押し込む又は変形させ、ロータリエンコーダ１５５の設置後にそれを再び解放することによって確立される。これを容易にするために、ロータリエンコーダ１５５と平行に走る、筐体１４３の上述の部分の材料を、隣接する部分より薄くするか、又はより弾性とすることができる。有利には、センサ１１を、筐体１４３との固定接続を有するプリント回路基板２５１上に設置する。プリント回路基板２５１はまた、支持プレートの機能を確実なものとするように設計することができる。

特に好ましくは、これはスナップ接続１５３を用いて行われる。エンコーダ１０の極めて容易な組立ては、第１の留め具２５７及び第２の留め具２５９を有するアダプタ部分２５５を用いて達成することができる。好ましくは、第１の留め具２５７は、アダプタ部分２５５をシャフトに対してモータ２４３の中心に固定する役割を果たし、例えばネジからなるものとすることができる。第２の留め具は有利にはスナップ接続２５９であり、これは例えば１つ以上の突出部２６１及び１つ以上の凹部２６３で形成される。突出部２６１及び凹部２６３を、筐体（特に筐体の内壁）及び／又はアダプタ部分２５５上に配設することができる。これは好ましくは着脱可能な接続である。有利には、筐体１４３は、ロータリエンコーダ１５５及び／又はロータリエンコーダ１５５に接続されたシャフト用の支持体２６７を受容するためのアセンブリ軸受２６５を有する。これは、ロータリエンコーダ１５５及びシャフト支持体２６５を、好ましくはワンピースで形成することができ、又は、共に接続される独立した部分とすることもできることによる。アセンブリ軸受２６５は、アセンブリ動作中、ロータリエンコーダを筐体の中心に保つ機能を有する。軸受自体は、ボール軸受又はテフロン製のスライド軸受とすることができ、モータシャフトの回転を負担しないため後者が好ましい。

アセンブリ軸受の機能は、ロータリエンコーダ及びセンサヘッドの正確な整列を保証することである（図１の軸２２参照）。軸受の材料であるテフロンは、低い摩擦係数及び特に顕著なクリープ挙動という利点を有し、これにより、組立てられた状態において、軸受機能は時間を経ることで失われる。アセンブリ軸受は、存在する軸受システムがいずれの追加の不都合な負荷にさらされることがないように、組立て後にその軸受機能を失うべきであるため、これは望ましい。堅固な軸受（例えばボール軸受）を、ただし有利にはプリント回路基板２５１に弾性接続して、用いることもできる。

好ましくは、ロータリエンコーダ１５５の半径は、プリント回路基板２５１の半径より小さい。ロータリエンコーダ１５５の回転軸に対するセンサヘッド１１の外側縁部が、ロータリエンコーダ１５５の外側縁部よりも更に外側にある場合、ロータリエンコーダ１５５は、より小さい設計とすることができ、例えば以下に言及するケーブル又は凹部２７３のための空間が残っている。本発明によるエンコーダ１０では、好ましくは筐体１４３及び／又はプリント回路基板２５１及び／又はロータリエンコーダ１５５及び／又は留め具２５３及び／又は留め具２５９はプラスチック製である。更に、センサ１１の接触が、筐体１４３の横方向開口２６９を介して発生する場合に、特にコンパクトな設計が達成される。この開口２６９は有利には、センサヘッド１１及び／又はプリント回路基板２５１の、ロータリエンコーダ１５５に対面していない側に配設される。よって、接触は、センサヘッド１１の下側で発生することができ、又は、センサヘッド１１がプリント回路基板２５１を介して接触される場合は、プリント回路基板２５１の下側で発生することができる。上述の接触は、１つ以上のケーブル１５９を用いて実施することができ、ケーブル１５９は開口２６９を通って筐体１４３に入る。有利には、ケーブル１５９は図示したようなリボンケーブル１５９であり、Ｆｌｅｘｐｒｉｎｔを用いることもできる。従って、開口２６９は有利には楕円形であり、好ましくは、ロータリエンコーダ１５５及び／又はプリント回路基板２５１に本質的に平行に配設される。リボンケーブル１５９もまた、これに従って配向される。筐体１４３が、その側部２４５上に、開口と隣接する凹部２７３を有する場合、これは特に有利である。特に、この凹部が開口から、筐体２４５の側部２４５に沿って、別の側部２４７まで、又は筐体１４３のリムまで、又は筐体１４３の縁部まで走っている場合、有利である。凹部２７３は、開口２６９から、例えば筐体１４３の頂部２４５まで走ることができる。よって、ケーブル１５９は凹部２７３内に配置することができる。筐体１４３が円柱形状であることが好ましいが、この場合、ケーブル１５９は好ましくは円柱の半径内にある。更に、位置測定デバイス又はエンコーダ１０が、本明細書の他の部分に記載したような特徴の１つ以上を有すると有利である。ここでは特にセンサヘッド１１及び実量器の構成について言及している。実量器は好ましくは例えば少なくとも２つのトラックを有し、本明細書に記載したように、一方のトラックは増分トラックであり、第２のトラックは好ましくは索引トラック又はエンコードされたトラックである。

図１７に示す部分は、共にデバイスの構成部品を形成し、これは工場からの出荷前に検査又は試験することができる。留め具２５５（図１５参照）と共に、デバイスの上述の構成部品は組立てキットを形成し、これは例えばモータ上に、特別な費用を必要とせずに嵌合させることができる。

図１８は、ロータリエンコーダ１５５をシャフト１５７上に固定するための有利な接続技術を示す。ロータリエンコーダは特別な形状、例えば３つ（又はそれ以上）の平坦な又は平坦化された領域２７１を好ましくは有する円柱形状を有する、貫通孔２７２を有する。ロータリエンコーダは、シャフト１５７を貫通孔２７２に挿入することにより、シャフト１５７上にセンタリングされて配設される。同心性に関する許容誤差及び締り嵌めに関する要件を考慮すると、プラスチック製ロータリエンコーダを金属製シャフト上に設置するのはあまり簡単ではない。過剰な締り嵌めは、プラスチック製のロータリエンコーダの破断につながり得る。更に、これは一定の期間、即ち例えば組立てから数ヶ月が経って初めて発生することがある。同心性に関する許容誤差は、エンコーダ機能の品質を直接的に損なう。この配置は、特にツールの製造者にとって有利である。製造者は、ツールのパンチ上の平坦部分を研削することにより、部分のセンタリングをより正確に調整することができる。空間又はチャネル２７５により、接着剤のための空間がもたらされ、これを極めて緩い締り嵌めと組み合わせることで、亀裂の発生のリスクを回避することができ、２つの部分の信頼性の高い接続を保証する。

１０ エンコーダ
１１ センサヘッド
１３ 実量器
１５ 選差ヘッドに対する実量器の移動方向
１７ 支持プレート
１９ 基材
２１ 光源
２２ 放出される光ビームの主軸
２３ 光レシーバ要素
２５ 実量器の第１のトラック
２７ 第１の光学素子
２９ 第１のセンサ領域
３１ 実量器の第２のトラック
３３ 第２の光学素子
３５ 第２のセンサ領域
３７ 基材の面
３９ 長手方向中心軸
４０ 実量器／光センサ距離
４１ 矢印
４３ 実量器の中心線
４５ 光源を通る軸
４７ デコード回路
４９ ダイアフラム／光開口
５１ センサ上の金属層
５３ ハンダ小滴
５４ 導電性接着剤
５５ 支持プレート上の回路基板コンダクタ
５７ 非導電性層（永久レジスト）
５９ 凹部
６１ アンダーフィル
６３ 支持プレートの背面
６４ 支持プレートの背面の回路基板コンダクタ
６５ 非導電性層
６７ 凹部
６９ 支持プレートの開口
７１ 光源のための凹部
７３ ホルダ
７５ スペーサ
７７ エアギャップ
７９ 接着剤
８１ 透明な導電性層
８３ 第１のドープ層
８５ 非晶質シリコン層
８７ 第２のドープ層
８９、９１ 光レシーバの接点
９３ 保護層
９５ 光源と層５１の間の接点
９６ ツールのピン
９７ キャリア材料
９９ 凹部
１００ センサの平面
１０１ 光強度のカーブ（ｈ／ｔ）
１０２ 光レシーバ要素の重心が配置される線
１０２ｂ 光レシーバ要素の重心
１０３ａ、１０３ｂ アナログ信号（Ａ＋／Ａ−／ａ／ａｔ／ａｂ／ａｃ／ｂ／ｂａ／ｂｂ）
１０４ デジタル信号
１０５ 光学素子の軸
１０６ ダイオード
１０７ １０８に隣接する領域
１０８ １００上に光が入射する点
１０９ 残りの領域（即ち領域１０７及び１０８を除く）
１１０ TCOとの接点
１１１ パッド
１１２ VIA(垂直相互接続アクセス)
１１３ ガラス基材の溝
１１４ 光レシーバの幅
１１５ 光レシーバ間の転移線
１４１ センサヘッドホルダ
１４３ 筐体
１４５ カバー
１４７ 凹部
１４９ 開口
１５１ 基材の縁部／センサヘッドの縁部
１５３ センサヘッドホルダの縁部
１５５ ロータリエンコーダ
１５７ シャフト
１５９ ケーブル
１６１ 光源の放出層
１６３ 接触層
１６５ 横方向に出現する光
１６７ カバー層
１７０ 光のコーン
１８１ 位置番号（デジタル信号）
１８２ キャリア／スイベルアーム
１８３ スロット
１８４ カム
１８５ モータ
１８６ 接続ライン
１８７ デコード回路
１８８ マイクロプロセッサ
１８９ データバス
２４０ 足
２４１ フランジ
２４３ モータ
２４５ 筐体の側部
２４７ 筐体の側部
２４９ 筐体と対面しないロータリエンコーダの側部
２５１ プリント回路基板
２５５ 留め具
２５７ 留め具
２６１ 突出部
２６３ 凹部
２６５ アセンブリ軸受
２６７ シャフト支持体
２６９ 筐体の横方向開口
２７１ 平坦領域
２７２ 貫通孔（ロータリエンコーダとシャフトの間の接点を有する）
２７３ 凹部
２７５ チャネル

Claims (12)

1. 位置測定デバイスであって、
   −反射性集束光学素子を備えた光学構造を有する、少なくとも１つの実量器、
   −前記実量器から離間して配設される少なくとも１つの光レシーバ、
   −前記実量器から離間して、及び前記光レシーバから離間して配設される光源、及び
   −前記実量器と前記光レシーバの間に存在する、少なくとも１つの透明な基材
   を有し、ここで、複数の層を重ねて構成した薄膜構造の形状の前記透明な基材の、前記実量器に対面していない側において、前記光レシーバは、前記透明な基材上に直接配置され、
   −支持プレートに回路基板コンダクタが設けられ、その上に前記透明な基材が配設され、ここで、前記透明な基材と、前記支持プレートとは、フリップチップ組立てによって堅固に連結されること、
   −前記実量器は前記反射性集束光学素子を有する２つ以上のトラックを有し、第１のトラックは増分信号の生成に役立つこと、及び
   −前記光レシーバはセンサ領域として形成され、各場合において、複数の光レシーバ要素を有し、ここで、少なくとも１つの第１のセンサ領域及び少なくとも１つの第２のセンサ領域が設けられ、前記第１のセンサ領域は、前記増分信号の生成のための前記第１のトラックと相互作用するよう設計され、前記第２のセンサ領域は、索引トラック又はコードされたトラックである第２のトラックと相互作用するよう設計されていること
   を特徴とする、位置測定デバイス。
2. 前記支持プレートは、その両面に前記光レシーバとの接触及びデコード回路との接触のための回路基板コンダクタを有し、
   前記デコード回路は前記支持プレート上に配設される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の位置測定デバイス。
3. 前記デコード回路は、前記支持プレートの、前記透明な基材と対面しない側に、フリップチッププロセスで配設され、
   前記デコード回路は、前記光レシーバの信号を処理するための集積回路であり、
   前記光レシーバは、前記集積回路と電気的に接続されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載の位置測定デバイス。
4. 前記支持プレートは、前記光源を格納する凹部を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置測定デバイス。
5. 前記光レシーバは、導電性上面層と接触し、
   前記導電性上面層と前記支持プレートの前記回路基板コンダクタとの間に、「バンプ」又は「スタッフバンプ」と呼ばれる球体を用いて、電気的接続が作製される
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置測定デバイス。
6. 前記導電性上面層又は前記球体と前記支持プレートとの間の接続は、導電性接着剤を用いて作製されることを特徴とする、請求項５に記載の位置測定デバイス。
7. 前記支持プレートと前記透明な基材の間に、前記接着剤の拡散を制限するための永久レジストを設けることを特徴とする、請求項６に記載の位置測定デバイス。
8. 前記透明な基材と前記支持プレートの間に存在する空間の部分を、アンダーフィルで充填し、
   前記アンダーフィルは不透明である
   ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置測定デバイス。
9. 前記光源と前記透明な基材の間の光経路にエアギャップが存在することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置測定デバイス。
10. 前記光源は、前記薄膜構造の最上層に係留され、
    前記光源と前記薄膜構造の前記最上層との間にスペーサが設けられ、これにより、前記接着剤のための画定された間隙が形成される
    ことを特徴とする、請求項６又は７に記載の位置測定デバイス。
11. 前記光源は、前記光レシーバの間で、前記透明な基材上に直接形成されることを特徴とする、請求項１〜３又は５〜８のいずれか１項に記載の位置測定デバイス。
12. 前記支持プレートはセラミックからなることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の位置測定デバイス。

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