DE102007007311A1 - Scanning unit for a position measuring device for the detection of optical measuring graduations and corresponding position measuring device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt eine Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung zur Detektion von Maßverkörperungen mit einem Lichtsender, einem Abtastempfänger sowie einem Mikrolinsenarray, welches oberhalb der Abtastblende auf dem Abtastempfänger angeordnet ist und welches die Codefelder der Maßverkörperung auf die lichtempfindlichen Empfängerflächen des Abtastempfängers abbildet, wobei zwischen dem Mikrolinsenarray und der Abtastblende in der bildseitigen Brennebene der Mikrolinsen ein Aperturblendenarray angeordnet ist.The invention relates to a scanning unit for an optical position measuring device for the detection of Maßverkörperungen with a light transmitter, a Abtastempfänger and a Mikrolinsenarray, which is arranged above the scanning on the Abtastempfänger and which images the codefields of the measuring scale on the photosensitive receiver surfaces of the Abtastempfängers, wherein between the Mikrolinsenarray and the scanning aperture in the image-side focal plane of the microlenses, an aperture diaphragm array is arranged.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Abtasteinheit für eine Positionsmesseinrichtung zur Detektion von optischen Maßverkörperungen sowie eine entsprechende Positionsmesseinrichtung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a scanning unit for a position-measuring device for the detection of optical measuring standards and a corresponding position measuring device according to the preamble the independent one Claims.
Eine derartige Positionsmesseinrichtung umfasst eine mit einer optisch auslesbaren Positionscodierung versehene Maßverkörperung, eine Lichtquelle zur Emission von Licht in Richtung auf die Maßverkörperung sowie eine Abtasteinheit, bestehend aus einem Abtastempfänger mit lichtempfindlichen strukturierten Flächen zum Empfangen des durch den Maßstab modulierten Lichtes und aus einer Linsenanordnung, die auf der Oberfläche des Abtastempfängers angeordnet ist und aus einer oder mehreren Mikrolinsen besteht und welche den durch die Lichtquelle beleuchteten Bereich der Maßverkörperung auf die strukturierten Empfängerflächen des Abtastempfängers abbilden.A Such position measuring device comprises one with an optical readable position coding provided material measure, a light source for Emission of light in the direction of the measuring standard and a scanning unit, consisting of a scanning receiver with photosensitive structured areas for receiving the the scale modulated light and from a lens array on the surface of the scanning receiver is arranged and consists of one or more microlenses and which on the illuminated by the light source area of the material measure the structured receiver surfaces of the scanning receiver depict.
Die Positionsmesseinrichtung kann dabei Anwendung finden zur Detektion von reflektiven oder auch transmissiven Maßstäben, die entsprechend im Auflicht- oder Durchlichtverfahren betrieben werden. Im erstgenannten Fall befinden sich Lichtsender und Empfänger auf derselben Seite des Maßstabes, das am Maßstab reflektierte und durch den Positionscode modulierte Licht wird anschließend vom Abtast-Empfänger detektiert. Bei transmissiven Maßstäben sind Lichtsender und Empfänger auf gegenüber liegenden Seiten des Maßstabes angeordnet und das vom Lichtsender emittierte und durch den zumindest partiell transparenten Maßstab hindurch tretende und modulierte Licht wird vom Abtastempfänger detektiert.The Position measuring device can be used for detection of reflective or even transmissive scales, which correspond in the incident light or transmitted light method can be operated. In the former case the light transmitter and receiver are on the same side of the scale, that on the scale reflected and modulated by the position code light is then from the Scanning receiver detected. At transmissive scales, light emitters and receivers are on across from lying sides of the scale arranged and emitted by the light emitter and by the at least partially transparent scale passing and modulated light is detected by the scanning receiver.
Die Maßverkörperung kann etwa zur Winkelmessung als Codescheibe mit kreisförmig angeordneten Codierungen oder zur Längenmessung als Lineal mit linear angeordneten Positionscodierungen ausgestaltet sein. Die Positionscodierung kann inkremental und bzw. oder absolut codierte Spuren aufweisen.The Measuring standard can be arranged as a code disc with circular about angle measurement Codings or for length measurement designed as a ruler with linearly arranged position coding be. The position coding can be incremental and / or absolute have encoded tracks.
Stand der Technikwas standing of the technique
Optische Positionsmessgeräte nach dem Stand der Technik verwenden als Positionscodierung Codeflächen in Form von unterschiedlich stark transmittierenden oder reflektierenden Amplitudenobjekten, im Falle einer inkrementalen Codespur in Form eines Amplitudengitters, wobei die Messperiode der Gitterperiode entspricht. Bei einer projektiven Abtastung von transmissiven Maßstäben werden die Codeflächen mit weitgehend parallelem Licht beleuchtet und auf der entgegengesetzten Seite durch einen Abtastempfänger detektiert. Aufgrund der Beleuchtung mit nicht ideal-parallel kollimiertem Licht und der Beugung an den Codefeldern muss der Abtast-Empfänger so nah wie möglich an dem Maßstab angeordnet werden, weshalb nur sehr geringe Abstands-Toleranzen von weniger als 50 Mikrometern zulässig sind. Ist der Abstand zu gering, kollidiert der Maßstab mit dem Abtast-Empfänger was die Zerstörung der Positionsmesseinrichtung zur Folge hat. Bei größer werdendem Abstand nehmen der Kontrast und die Interpolierbarkeit und damit die Auflösung der Positionssignale ab; ist der Abstand schließlich zu groß, so werden keine Positionssignale mehr generiert.optical position Encoders According to the prior art use code surfaces in position coding as Shape of different strong transmissive or reflective Amplitude objects, in the case of an incremental code track in the form of a Amplitude grating, wherein the measurement period corresponds to the grating period. At a projective sampling of transmissive scales the code areas illuminated with largely parallel light and on the opposite Page through a scanning receiver detected. Due to the illumination with not ideal-parallel collimated Light and the diffraction at the code fields must be the scanning receiver so as close as possible on the scale be arranged, which is why only very small clearance tolerances less than 50 microns are allowed. Is the distance too low, the scale collides with the scanning receiver what the destruction the position measuring device has the consequence. With increasing The contrast and the interpolatability and thus the distance refrain the resolution from the position signals; the distance is eventually too big, so will be no position signals generated anymore.
Ein Abtastempfänger nach dem Stand der Technik ist ein integrierter Schaltkreis (integrated circuit, iC), der in der Regel auf CMOS-Halbleiter-Prozessen basiert und der einzelne lichtempfindliche Empfängerfelder aufweist, welche jeweils positionsabhängige Signale generieren. Für inkrementale Maßverkörperungen sind dies in der Regel mindestens vier Felder, die jeweils um eine viertel Messperiode in Messrichtung zueinander versetzt angeordnet sind und entsprechend um 90 Grad phasenverschobene positionsabhängige Signale erzeugen. Eventuell sind weitere Empfängerfelder vorgesehen, die eine entsprechend codierte Referenzspur abtasten und ein Referenz- bzw. Nullsignal erzeugen. Die Empfängerfelder auf dem Abtast-Empfänger sind jeweils entweder als einzelne entsprechend der Codierung der Maßverkörperung strukturierte lichtempfindliche Flächen auf der Oberfläche des Empfänger-Chips vorgesehen, die gemeinsam ausgewertet werden, als sogenanntes „phased array", oder es werden zusammenhängende Flächen verwendet, wobei im letzteren Fall auf der Oberfläche des Empfänger-Chips eine Abtastblende positioniert ist. Die Abtastblende besteht aus einer Glasplatte mit einer einseitig aufgebrachten und entsprechend der Positionscodierung des Maßstabs lithographisch strukturierten Chromschicht, welche transparente Öffnungen oberhalb der lichtempfindlichen Abtastflächen des Abtast-Empfängers aufweist. Um die Abstände der Öffnungen der Abtastblende zur Maßverkörperung zu minimieren, befindet sich die Chromschicht auf der zur Maßverkörperung hin zugewandten Seite der Abtastblende.One scanning receiver In the prior art, an integrated circuit (integrated circuit, iC), which is usually based on CMOS semiconductor processes and having individual photosensitive receiver fields which each position-dependent Generate signals. For incremental measuring standards These are usually at least four fields, each one by one Quarter measuring period are arranged offset in the measuring direction to each other and corresponding 90 degree out of phase position dependent signals produce. Eventually, additional receiver fields are provided, the one scan corresponding coded reference track and a reference or Generate zero signal. The recipient fields on the scanning receiver are each either as individual according to the coding of the Measuring standard structured photosensitive surfaces on the surface of the Receiver chips provided, which are evaluated together, as a so-called "phased array ", or it will be related surfaces used in the latter case on the surface of the Receiver chips a scanning aperture is positioned. The scan diaphragm consists of a glass plate with a one-sided and applied accordingly the position coding of the scale lithographically structured chromium layer, which transparent openings has above the photosensitive scanning surfaces of the scanning receiver. To the distances of the openings the scanning aperture for the material measure To minimize, the chrome layer is on the scale towards the side of the scanning diaphragm.
Der Maßstab bzw. die Maßverkörperung trägt die Positionsinformation in Form von binären Codierungen. Bei inkrementalen Codierungen handelt es sich um abwechselnde Hell- und Dunkelfelder, die linienartig ausgebildet sind, wobei die Linienbreite zur Erzielung von hohen Auflösungen in Messrichtung deutlich schmaler ist als quer zur Messrichtung. Für absolute Codierungen ist es notwendig, mehrere ein- oder mehrspurige Codes gleichzeitig zu detektieren. Bekannte absolute Codierungen sind beispielsweise Pseudo-Random Codes, Binärcodes, BCD-Codes (binary coded decimals), Gray-Codes oder Nonius-Codes. Weiterhin ist es bekannt, Kombinationen von inkrementalen und absoluten Codierungen auf einer Maßverkörperung vorzusehen.The scale or the material measure carries the position information in the form of binary codes. Incremental codes are alternating light and dark fields, which are formed like a line, wherein the line width to achieve high resolutions in the measuring direction is significantly narrower than transverse to the measuring direction. For absolute encodings it is necessary to detect several single- or multi-track codes simultaneously. Known absolute encodings are, for example, pseudo-random codes, binary codes, BCD codes (binary coded decimals), gray codes or vernier codes. Furthermore, it is known to provide combinations of incremental and absolute codes on a material measure.
Aus
der
Aus
der
Bei Verwendung von einem oder mehreren hintereinander angeordneten Mikrolinsenplatten existiert das Problem des Übersprechens, d.h. es existieren überlappende Objektfelder, was bedeutet, dass das Licht, das durch eine Linse des ersten Linsenarrays fällt, in eine seitlich angeordnete Linse des zweiten Mikrolinsenarrays bzw. in ein benachbartes Empfängerfeld des Abtast-Empfängers gelangt. Demgegenüber stehen bei GRIN-Linsen die vergleichsweise große Baulänge und die Einzelherstellung einem kompakten, einfachen und preiswerten Aufbau entgegen. Zudem müssen die verschiedenen Mikrolinsenplatten zueinander sowie zum Abtastempfänger aufwendig justiert werden.at Use of one or more successively arranged microlens plates exists the problem of crosstalk, i.e. there are overlapping ones Object fields, which means that the light passing through a lens of the first lens array falls, in a laterally arranged lens of the second microlens array or in an adjacent recipient field of the scan receiver arrives. In contrast, For GRIN lenses, the comparatively large overall length and the individual production a compact, simple and inexpensive construction contrary. moreover have to the various microlens plates to each other and the Abtastempfänger consuming to be adjusted.
Offenbarung der Erfindungepiphany the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Abtasteinheit bzw. eine entsprechende Positionsmesseinrichtung anzugeben, welches sehr einfach und zuverlässig montierbar ist und darüber hinaus das Problem des Übersprechens beseitigt.It The object of the invention is a scanning unit or a corresponding Specify position measuring device, which can be mounted very easily and reliably is and above in addition, the problem of crosstalk eliminated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abtasteinheit sowie eine entsprechende Positionsmesseinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.These The object is achieved by a Scanning unit and a corresponding position measuring device solved according to the independent claims.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sowie andere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.preferred Embodiments of the invention and other advantageous features of the invention are in the dependent claims specified.
Erfindungsgemäß wird eine Linsenplatte als abbildendes System verwendet, welche mindestens eine refraktive oder diffraktive Mikrolinse aufweist und im folgenden der Einfachheit halber als Mikrolinsenarray bezeichnet wird. Dieses wird auf dem Empfängerchip oberhalb der eventuell vorhandenen Abtastblende montiert. Das Mikrolinsenarray liegt in einer zur Maßverkörperung bzw. zur Oberfläche des Abtastempfängers parallelen Ebene. Die Mikrolinsen bilden die Positionscodierung der Maßverkörperung auf die Oberfläche der Abtastblenden-Öffnungen bzw. auf die Oberfläche der lichtempfindlichen Empfängerfelder des Abtastempfängers ab. Dabei liegen die Empfängerfelder jeweils weitgehend in der optischen Achse der betreffenden Mikrolinsen. Die Brennebene der Linsen liegt vorzugsweise in der ebenen Rückseite des Linsenarrays. Zwischen dem Mikrolinsenarray und der Abtastblende bzw. der Oberfläche des Abtast-Empfängers befindet sich eine Anordnung von Aperturblenden, welche im folgenden der Einfachheit halber als Aperturblendenarray bezeichnet wird. Dieses Aperturblendenarray ist in Form einer dünnen opaken Schicht realisiert und weist jeder der Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays genau eine telezentrische Aperturblende im bildseitigen Brennpunkt zu. Die Aperturblenden sind dabei transparente Öffnungen innerhalb der opaken Schicht. Dadurch bildet jede Linse einen Teil der Maßverkörperung ohne ein Übersprechen zumindest auf einen Teil eines Empfängerfeldes ab. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, dass die Bilder mehrerer Mikrolinsen auf ein einziges Empfängerfeld fallen oder dass das Bild jeder Mikrolinse des Mikrolinsenarrays genau auf ein Empfängerfeld des Abtast-Empfängers oder auf eine definierte Anzahl von mehreren Empfängerfeldern gelangt.According to the invention is a Lens plate used as imaging system, which at least one refractive or diffractive microlens and in the following for the sake of simplicity, is called a microlens array. This will be on the receiver chip mounted above the optional scanning aperture. The microlens array lies in one to the material measure or to the surface of the sample receiver parallel plane. The microlenses form the position coding the material measure the surface the scanning aperture openings or on the surface the photosensitive receiver fields of the sample receiver from. Here are the recipient fields each largely in the optical axis of the respective microlenses. The focal plane of the lenses is preferably in the flat rear side of the lens array. Between the microlens array and the scanning aperture or the surface of the Scanning receiver There is an array of aperture stops, which in the following for the sake of simplicity, is called an aperture diaphragm array. This aperture diaphragm array is realized in the form of a thin opaque layer and each of the microlenses of the microlens array has exactly one telecentric aperture in the image-side focal point too. The Aperture apertures are transparent openings within the opaque Layer. As a result, each lens forms part of the material measure without a crosstalk at least to a part of a recipient field from. It can for example be provided be that the images of multiple microlenses on a single receiver field fall or that the image of each microlens of the microlens array exactly to a recipient field the sample receiver or reaches a defined number of multiple recipient fields.
Vorzugsweise ist zur Beleuchtung von reflektiven Maßverkörperungen mindestens eine Kollimatorlinse zur Kollimation des vom Lichtsenders emittierten Lichtes auf die Maßverkörperung seitlich über den Abtastempfänger hinausragend in das Mikrolinsenarray integriert.Preferably is at least one collimator lens for illuminating reflective measuring standards for collimating the light emitted by the light emitter on the Measuring standard laterally over the scanning receiver protruding integrated into the microlens array.
Durch den Einsatz eines Mikrolinsenarrays werden das Objektfeld sowie das Bildfeld aufgeteilt, wodurch sehr geringe Abstände zwischen dem Linsenarray und der Maßverkörperung einerseits sowie dem Linsenarray und dem Abtastempfänger andererseits erreicht werden. Weiterhin weist diese Anordnung bislang unerreichbar große Abstandstoleranzen zwischen dem Maßstab und dem Abtastempfänger auf.By using a microlens array, the object field and the image field are split, whereby very small distances between the lens array and the material measure on the one hand and the lens array and the Abtastempfänger on the other hand can be achieved. Furthermore, this arrangement has previously unattainable large distance tolerances between the scale and the Abtastempfän ger.
Wegen des kleinen Durchmessers der Mikrolinsen können diese eine vergleichsweise kurze Brennweite aufweisen. Aufgrund der geringen Brennweite der einzelnen Mikrolinsen ergibt sich dann ein geringer Arbeitsabstand, wodurch sich neben der Intensität des Lichtes insbesondere auch der Kontrast erhöht, wodurch wiederum eine bessere Interpolierbarkeit der durch die lichtempfindlichen photoelektrischen Empfängerfelder des Abtastempfängers generierten Positionssignale erzielt wird.Because of of the small diameter of the microlenses, these can be a comparatively short focal length. Due to the low focal length of the individual microlenses then results in a small working distance, which in addition to the intensity In particular, the contrast also increases, which in turn causes a better Interpolatability of the light-sensitive photoelectric recipient fields of the sample receiver generated position signals is achieved.
Die Brennweite f der Mikrolinsen liegt bevorzugt zwischen 0,5 mm und 2 mm, der Linsendurchmesser D beträgt vorzugsweise etwa 0,3 mm bis 2 mm. Die Blendenzahl k = f/D der Linsen ohne Berücksichtigung der Aperturblende liegt etwa zwischen k = 0,5 für asphärische Linsen und k = 4, die numerische Apertur AObj der Linsen beträgt für eine 1:1 Abbildung etwaund ist daher bevorzugt kleiner als 0,5.The focal length f of the microlenses is preferably between 0.5 mm and 2 mm, the lens diameter D is preferably about 0.3 mm to 2 mm. The f-number k = f / D of the lenses without consideration of the aperture diaphragm is approximately between k = 0.5 for aspherical lenses and k = 4, the numerical aperture A Obj of the lenses is approximately for a 1: 1 imaging and is therefore preferably less than 0.5.
Aufgrund von weitgehend parallelem Licht sowie der hinter jeder einzelnen Mikrolinse positionierten Aperturblende (Telezentrieblende) wird seitlich einfallendes Licht ausgeblendet, so dass insbesondere keine Überlappung der Bildfelder der Einzellinsen des Mikrolinsenarrays auf den unterschiedlichen Abtastfeldern der Abtastblende bzw. des Abtastchips auftritt. Im Stand der Technik sind zur Vermeidung einer Überlappung der einzelnen Bildfelder weitere Maßnahmen erforderlich, wie etwa opake Elemente zur Trennung der Strahlengänge der einzelnen Mikrolinsen, was jedoch eine Vereinzelung der Linsen notwendig macht. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ist es jedoch, mit lediglich einem einzigen Aperturblendenarray, das in der bildseitigen Brennebene der Mikrolinsen als zusammenhängendes Bauteil ausgebildet ist, sowie mit einem einzigen zusammenhängenden Mikrolinsenarray eine Überlappung der Bildfelder der Einzellinsen zuverlässig zu vermeiden bzw. auf einen hinreichend kleinen Bereich zu beschränken, ohne weitere Hilfsmittel zu benötigen.by virtue of of largely parallel light as well as behind each one Microlens positioned aperture (telecentric aperture) is Side incident light hidden, so that in particular no overlap the image fields of the individual lenses of the microlens array on the different Scanning of the scan or the sampling chip occurs. in the State of the art are to avoid an overlap of the individual image fields more activities required, such as opaque elements for separating the beam paths of the single microlenses, but this requires a separation of the lenses power. However, the advantage of the scanning unit according to the invention is with only a single aperture diaphragm array in the image-side Focal plane of the microlenses formed as a continuous component and overlap with a single contiguous microlens array the image fields of the individual lenses reliably avoid or on to restrict a sufficiently small area without further aids to need.
Die Vorteile der telezentrischen Blenden in der gemeinsamen hinteren Brennebene der Mikrolinsen sind im Einzelnen:
- 1) Absorption der seitlich aus der Maßverkörperung austretenden Beugungsordnungen bei der Abtastung diffraktiv codierter Maßverkörperungen
- 2) größere Schärfentiefe und somit eine erhöhte Axialtoleranz zwischen dem Maßstab und der Abtasteinheit,
- 3) weitgehende Unabhängigkeit des Abbildungsmaßstabes von kleinen Abstands-Änderungen zwischen der Maßverkörperung und dem Mikrolinsenarray und daher weitgehende Konstanz des Abbildungsmaßstabes der Einzellinsen
- 4) enges Gesichtsfeld („field of view") der Einzellinsen und daher keine Überlappung der Bilder unterschiedlicher, insbesondere benachbarter Mikrolinsen.
- 1) Absorption of diffraction orders emerging laterally from the measuring standard during the scanning of diffractively coded measuring graduations
- 2) greater depth of field and thus increased axial tolerance between the scale and the scanning unit,
- 3) extensive independence of the imaging scale of small distance changes between the material measure and the microlens array and therefore far-reaching consistency of the magnification of the individual lenses
- 4) narrow field of view of the individual lenses and therefore no overlapping of the images of different, in particular adjacent microlenses.
Darüber hinaus kann ein derartiger Abtastempfänger insbesondere gleichermaßen für Maßverkörperungen eingesetzt werden, die als Codierung reflektive oder transmissive Amplituden- bzw. Phasengitter aufweisen. Zur Abtastung von diffraktiven Maßverkörperungen ist der Durchmesser der Aperturblenden insbesondere dadurch bestimmt, dass die nicht zu detektierenden, seitlich aus der Maßverkörperung austretenden Beugungsordnungen ausgeblendet werden.Furthermore such a scanning receiver can especially equally for measuring standards which are used as coding reflective or transmissive Amplitude or Have phase grating. For scanning diffractive measuring standards the diameter of the aperture stops is determined in particular by that not to be detected, laterally from the material measure emerging diffraction orders are hidden.
Für unterschiedliche Anwendungsfälle, etwa zur Abtastung von Längen- oder Winkelmessgeräten, welche inkrementale oder absolute Codierungen mit unterschiedlichen Auflösungen aufweisen, müssen lediglich unterschiedliche Abtastblenden zur Verfügung stehen, während die Abtastflächen des Abtast-Empfängers unverändert bleiben können. Die Anordnung der Mikrolinsen auf dem Mikrolinsenarray ist daher lediglich an die Geometrie und die Anordnung der Abtastflächen des Abtast-Empfängers anzupassen und ist somit ebenfalls für verschiedene Codierungen universell verwendbar.For different Use cases, for example for the scanning of length or angle encoders, which incremental or absolute encodings with different resolutions have to have only different scanning apertures are available, while the scanning surfaces of the scan receiver unchanged can stay. The arrangement of the microlenses on the microlens array is therefore only to the geometry and the arrangement of the sensing surfaces of Scanning receiver and is therefore also for different codes universally usable.
Vorzugsweise besteht das Linsenarray aus einem Glas- oder Kunststoff-Substrat und weist an seiner der Maßverkörperung zugewandten Seite konvex gekrümmte Linsenflächen auf, die einteilig mit dem Substrat verbunden sind, und die in einer zur Oberfläche des Abtastempfängers parallelen Ebene nebeneinander angeordnet sind. Die dem Abtastempfänger zugewandte Seite des Linsenarrays ist vorzugsweise eben. Somit entstehen plankonvexe Mikrolinsen, deren Linsenprofil sphärisch oder bevorzugt auch asphärisch sein kann.Preferably the lens array consists of a glass or plastic substrate and indicates at its the graduation facing side convex curved lens surfaces on, which are integrally connected to the substrate, and in one to the surface of the sample receiver parallel plane are arranged side by side. Which the Abtastempfänger facing Side of the lens array is preferably flat. This results in plano-convex microlenses, their lens profile spherical or preferably aspherical can be.
Neben einem Mikrolinsenarray mit plan-konvexen Mikrolinsen ist auch die Verwendung von bikonvexen oder konvex-konkaven Linsen denkbar. Neben plan-konvexen Linsen werden aufgrund der besseren Abbildungsleitung für 1:1 Abbildungen besonders bevorzugt Mikrolinsenarrays mit bi-asphärischen, symmetrischen bikonvexen Mikrolinsen eingesetzt, welche vorder- und rückseitig die gleichen Krümmungsradien aufweisen.Next a microlens array with plano-convex microlenses is also the Use of biconvex or convex-concave lenses conceivable. Next plano-convex lenses are due to the better imaging line for 1: 1 Illustrations particularly preferred micro-lens arrays with bi-aspheric, symmetrical biconvex microlenses used which front and back the same radii of curvature exhibit.
Weiterhin ist es prinzipiell möglich, refraktive Mikrolinsen nach der Art von Fresnel-Linsen vorzusehen. Der Vorteil hierbei liegt insbesondere in der kleinen Linsenhöhe und der einfachen Fertigung mittels Prägetechniken in Kunststoffe oder Glas. Da die Beleuchtung mit weitgehend monochromatischem Licht erfolgt, wirkt sich die bei diffraktiven Linsen nachteilig auftretende Beugung nicht gravierend aus.Furthermore, it is in principle possible to provide refractive microlenses on the type of Fresnel lenses. The advantage here is in particular the small lens height and the simple production by embossing techniques in plastics or glass. Because the lighting is largely monochromatic Light occurs, does not seriously affect the diffraction of diffractive lenses occurring diffraction.
Vorzugsweise sind die Linsenflächen auf der Oberfläche des Substrates in einer regelmäßigen rechteckigen oder hexagonalen Rasterung angeordnet. Besonders bevorzugt werden Mikrolinsenarrays mit lückenlos direkt aneinander angrenzenden Linsenfächen, d.h. mit einem Füllfaktor von 100 % verwendet. Weiterhin sind prinzipiell auch unregelmäßige, nicht-periodische Anordnungen möglich. Der Durchmesser sowie die Linsen-Krümmung und damit auch die Brennweite sind dabei für alle Einzellinsen identisch. Es sei noch darauf hingewiesen, dass das Linsen-„Array" auch insofern entartet sein kann, als dass es lediglich eine einzelne Linse oder eine einzelne Reihe oder Spalte von Linsen aufweisen kann; entsprechendes gilt für das Aperturblendenarray.Preferably are the lens surfaces on the surface of the substrate in a regular rectangular or hexagonal grid arranged. Particularly preferred Microlens arrays with gapless directly adjacent lens surfaces, i. with a fill factor used by 100%. Furthermore, in principle, irregular, non-periodic arrangements possible. The diameter and the lens curvature and thus the focal length are there for all individual lenses identical. It should be noted that the lens "array" also degenerate can be as if it were just a single lens or a single one May have row or column of lenses; the same applies for the Aperture diaphragm.
Zur Herstellung des Mikrolinsenarrays können unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen. Es ist möglich, die Mikrolinsenarrays mittels Präge-, Spritzguss- oder Spritzpräge-Techniken aus Kunststoff herzustellen. Dabei können entweder jeweils ganze Wafer strukturiert werden, wobei die Mikrolinsenarrays anschließend vereinzelt werden oder die einzelnen Mikrolinsenarrays werden separat gefertigt.to Production of the microlens array can be different methods be used. It is possible, the microlens arrays by means of embossing, Injection molding or injection-compression molding techniques made of plastic manufacture. It can either entire wafers are structured, the microlens arrays subsequently are isolated or the individual microlens arrays are separated manufactured.
Weiterhin sind Glasprägetechniken, wie etwa das Blankpressen von Linsen insbesondere in Glasarten mit niedriger Glasübergangstemperatur bekannt, die eine Negativform direkt in Glas abprägen. Diese Prägetechniken sind insbesondere in der Lage, ineinander verlaufende oder direkt aneinander angrenzende Linsenformen herzustellen. Insbesondere ist es möglich, asphärisch geformte Linsen herzustellen. Auch mit dieser Technik ist es möglich, Glaswafer zu prägen und die einzelnen Mikrolinsenarrays anschließend zu vereinzeln.Farther are glass embossing techniques, such as the pressing of lenses, especially in glass types with low glass transition temperature known stamping a negative mold directly into glass. These embossing techniques in particular are able to run into each other or directly produce adjacent lens molds. In particular it is possible aspherical produce shaped lenses. Even with this technique it is possible to use glass wafers to shape and then singulate the individual microlens arrays.
Ein anderes bekanntes Verfahren, was etwa von der Firma SÜSS MicroOptics SA in Neuchatel in der Schweiz verwendet wird, nutzt Photolithographie mit Reflow des entwickelten Lacks und anschließendem reaktivem Ionen Ätzen (reactive ion etching, RIE) in Glaswafer. Dieser Wafer wird anschließend in einzelne Linsenarrays vereinzelt oder wird zur Herstellung eines Stampers für eine Replikationstechnik, wie etwa UV- oder Heißprägung verwendet. Die durch das Reflowverfahren hergestellten Linsen haben dabei einen Mindestabstand von einigen Mikrometern.One Another known method, such as the company SUSS MicroOptics SA is used in Neuchatel in Switzerland, using photolithography Reflow of the developed paint and subsequent reactive ion etching (reactive ion etching, RIE) in glass wafers. This wafer is then transformed into individual Lens arrays singulated or used to make a stamper for one Replication technology, such as UV or hot stamping used. The by the Reflow produced lenses have a minimum distance of a few microns.
Die Abtastblenden sowie die Aperturblenden werden bevorzugt in Form von Glaswafern mittels photolithographischer Strukturierung einer weitgehend lichtundurchlässigen Schicht hergestellt, die beispielsweise aus Chrom, Aluminium oder Titan oder Titanverbindungen besteht und aufgedampft oder gesputtert wird, etwa mittels eines Resist Lift-off Verfahrens.The Sensing diaphragms and the aperture stops are preferably in shape of glass wafers by means of photolithographic structuring of a largely opaque Layer made of, for example, chromium, aluminum or Titanium or titanium compounds exists and vapor-deposited or sputtered is, for example by means of a resist lift-off method.
Zur Herstellung der Abtasteinheit werden entweder nacheinander die Abtastblende, das Aperturblendenarray und anschließend das Mikrolinsenarray auf der Oberfläche des Abtast-Empfängers positioniert, oder es wird zunächst die Abtastblende sowie das Mikrolinsenarray mit dazwischen angeordnetem Aperturblendenarray zueinander positioniert und diese Baueinheit anschließend auf der Oberfläche des Abtast-Empfängers angeordnet. Weiterhin ist es im letzteren Fall möglich, die bereits vereinzelten Abtastblenden sowie Mikrolinsenarrays zueinander zu positionieren, oder aber die jeweiligen Wafer, welche die Mikrolinsen und die Aperturblenden bzw. die Abtastblenden tragen, zunächst zueinander zu positionieren, zu bonden und anschließend etwa mittels einer Wafersäge zu vereinzeln.to Manufacture of the scanning unit, either one after the other, the scanning aperture, the aperture diaphragm array and then the microlens array the surface the scanning receiver is positioned, or it will be first the scanning aperture and the microlens array with interposed Aperture aperture array positioned to each other and this assembly subsequently on the surface of the scan receiver arranged. Furthermore, it is possible in the latter case, the already isolated Position scanning apertures as well as microlens arrays to each other, or the respective wafers, which the microlenses and the aperture stops or carry the scanning apertures, first to position each other, to bond and then for example by means of a wafer saw to separate.
Weiterhin ist es möglich, die Wafer der Mikrolinsenarrays, der Blenden sowie der Abtastempfänger-Chips zueinander zu positionieren, zu bonden und anschließend zu vereinzeln.Farther Is it possible, the wafers of the microlens arrays, the apertures and the Abtastempfänger-chips to position each other, to bond and then to seperate.
Die Anordnung und der Durchmesser der Mikrolinsen werden an die Geometrie und Anordnung der Abtastfelder des Abtastempfängers angepasst. Die Linsendurchmesser und die Brennweite der Einzellinsen sind dabei bevorzugt kleiner als 2 mm. Die Brennweite bzw. der Krümmungsradius der Mikrolinsen wird bevorzugt derart festgelegt, dass in Abhängigkeit von der Dicke der Abtastblenden-Platte, der Aperturblende sowie des Mikrolinsenarrays sowie in Abhängigkeit von den entsprechenden Brechungsindizes und dem Abbildungsmaßstab der Abstand der Mikrolinsen zur Abtastblendenöffnung bzw. zur Oberfläche der Empfängerflächen des Abtast-Empfängers exakt der Bildweite entspricht. Alternativ wird der Abbildungsmaßstab anhand der Linsenbrennweite, der Brechungsindizes sowie der Abstände ermittelt und die Abtastblenden-Öffnungen werden entsprechend angepasst.The Arrangement and the diameter of the microlenses are to the geometry and arrangement of the scanning fields of the Abtastempfängers adapted. The lens diameter and the focal length of the individual lenses are preferably smaller than 2 mm. The focal length or the radius of curvature of the microlenses is preferably set such that, depending on the thickness of the Scanning plate, the aperture diaphragm and the microlens array as well as in dependence from the corresponding refractive indices and the magnification of the Distance of the microlenses to the scanning aperture or to the surface of the Receiver surfaces of Scan receiver exactly the image width corresponds. Alternatively, the magnification is based on the lens focal length, the refractive indices and the distances determined and the scan aperture openings will be adjusted accordingly.
Die Abstände der Mikrolinsen zum Maßstab einerseits und zur Oberfläche des Abtastchips bzw. der Abtastblendenöffnungen andererseits sind durch die Abbildungsgleichung bestimmt und bestimmen den Abbildungsmaßstab. Wird ein Abbildungsmaßstab von 1:1 gewählt, so beträgt der Abstand von der objektseitigen Hauptebene der Linsen zur Maßstabsoberfläche ebenso die doppelte Brennweite, wie der Abstand von der bildseitigen Hauptebene der Linsen zur Oberfläche des Abtastempfängers bzw. der Öffnungen der Abtastblende, der sich jedoch jeweils um den Faktor der jeweiligen Brechungsindizes verlängert. Ohne Einschränkung sind durch Variation der Abstände jedoch auch vergrößernde oder verkleinernde reelle (d.h. nicht-virtuelle) Abbildungen möglich, d.h. Abbildungen im Maßstab größer oder kleiner als eins. Eine verkleinerte Abbildung hat den Vorteil, dass der Abbildungskontrast erhöht wird.The distances of the microlenses to the scale on the one hand and to the surface of the scanning chip or scanning aperture openings on the other hand are determined by the imaging equation and determine the magnification. When a magnification of 1: 1 is selected, the distance from the object-side major plane of the lenses to the scale surface is also twice the focal length as the distance from the image-side major plane of the lenses to the surface of the scan receiver or apertures of the scan aperture, respectively extended by the factor of the respective refractive indices. Without limitation, by varying the distances but also magnifying or decreasing real (ie non-virtual) mappings possible, ie images on a scale larger or smaller ner than one. A reduced image has the advantage that the image contrast is increased.
Vorzugsweise befindet sich in der Brennebene der Mikrolinsen ein Array von Aperturblenden, wobei in der optischen Achse jeder Einzellinse eine Blende angeordnet ist. Somit liegt ein objektseitig telezentrischer Strahlengang vor. Hierdurch bleibt bei einer geringfügigen Abstandsänderung zwischen der Maßverkörperung und dem Linsenarray der Abbildungsmaßstab nahezu unverändert, wodurch vergleichsweise große Abstandstoleranzen zwischen der Maßverkörperung und der Abtasteinheit zulässig sind. Wird zur Beleuchtung weitgehend paralleles Licht verwendet, so wird durch die telezentrischen Aperturblenden wenn überhaupt nur wenig Licht ausgeblendet.Preferably is located in the focal plane of the microlenses an array of aperture stops, wherein in the optical axis of each individual lens arranged a diaphragm is. Thus, there is an object-side telecentric beam path. This leaves at a slight change in distance between the material measure and the lens array, the magnification almost unchanged, thereby comparatively large Distance tolerances between the material measure and the scanning unit are permissible. If largely parallel light is used for illumination, then through the telecentric aperture stops, if at all, only little light is faded out.
Das Aperturblendenarray wird dabei durch eine zumindest weitgehend lichtundurchlässige Schicht realisiert, die auf einem Träger-Substrat aufgebracht und lediglich an den Stellen der Blendenöffnungen entfernt ist. Die Blendenöffnungen sind bevorzugt rund. Die Blendenplatte bzw. der Blendenträger besteht dabei aus einem transparenten Substrat, wie etwa Glas oder Kunststoff. Hierzu wird zunächst eine photosensitive Lackschicht auf die Substratoberfläche etwa durch Spinning aufgebracht, die durch eine strukturierte Maske hindurch belichtet und entwickelt wird, so dass die Lackschicht partiell entfernt wird. Anschließend wird die lichtundurchlässige Schicht aufgebracht und zuletzt die verbliebene Lackschicht entfernt, so dass an diesen Stellen die transparente Substratoberfläche unbeschichtet verbleibt. Die lichtundurchlässige Schicht besteht aus Aluminium oder (Schwarz-)Chrom, bevorzugt jedoch aus Titan oder Titanverbindungen, um Rückreflexionen zu verringern, und wird bevorzugt auf eine Glasoberfläche mittels Aufdampfen, CVD, PVD oder Sputtern aufgebracht und mittels Photolithographie strukturiert. Die Oberfläche einer Aluminiumschicht als licht-absorbierende Blendenschicht kann darüber hinaus schwarz eloxiert sein, um Rückreflexionen des Lichts zu vermeiden. Diese aufgedampften oder gesputterten Schichten weisen in der Regel eine Dicke von lediglich etwa 20 nm bis 150 nm auf. Ohne Einschränkung sind jedoch auch andere opake metallische, dielektrische oder Kunststoff-Schichten einsetzbar. Eine eventuell vorhandene Feldblende, welche objektseitig auf dem Mikrolinsenarray vorgesehen sein kann, kann mittels einer entsprechenden Technik aufgebracht werden.The Aperture aperture array is characterized by an at least largely opaque layer realized on a support substrate applied and only at the locations of the apertures is removed. The apertures are preferably round. The diaphragm plate or the diaphragm support exists while a transparent substrate, such as glass or plastic. For this purpose, a first Photosensitive lacquer layer on the substrate surface approximately applied by spinning through a textured mask is exposed and developed, so that the paint layer partially Will get removed. Subsequently becomes the opaque layer applied and finally the remaining lacquer layer removed, so that at these points the transparent substrate surface is uncoated remains. The opaque Layer consists of aluminum or (black) chromium, but preferably from Titanium or titanium compounds to reduce back reflections, and is preferably applied to a glass surface by means of vapor deposition, CVD, PVD or sputtering applied and patterned by photolithography. The surface an aluminum layer as a light-absorbing diaphragm layer Furthermore be black anodized to reflect the back To avoid light. These vapor-deposited or sputtered layers typically have a thickness of only about 20 nm to 150 nm up. Without restriction however, they are also other opaque metallic, dielectric or plastic layers used. A possibly existing field diaphragm, which on the object side can be provided on the microlens array can by means of a appropriate technique are applied.
Das Aperturblendenarray kann ein separates Bauteil sein. Vorzugsweise ist dieses Blendenarray jedoch auf bereits verwendeten Bauteilen, wie etwa dem Linsenarray oder der der Abtastblende angeordnet. Somit entfällt ein separates Bauteil mit entsprechendem Justageaufwand. Möglich ist jedoch prinzipiell auch die Verwendung etwa einer dünnen Metallfolie mit entsprechenden Öffnungen als Aperturblendenarray bzw. Abtastblendenarray.The Aperture aperture array may be a separate component. Preferably However, this aperture array is on already used components, such as the lens array or the scanning aperture. Consequently deleted a separate component with a corresponding adjustment effort. Is possible However, in principle, the use of about a thin metal foil with corresponding openings as an aperture diaphragm array.
Bei einer ersten Ausgestaltung weist die Objektseite des Linsenarrays bevorzugt das Blendenarray auf, wobei in der optischen Achse jeder Einzellinse jeweils eine Aperturblende angeordnet ist. Die Dicke des Linsenarrays ist dabei derartig bemessen, dass die Brennebene der Einzellinsen in der planen Unterseite des Linsenarrays liegt. Hierdurch erhält man ein telezentrisches optisches System, wodurch eine geringfügige Abstandsänderung zwischen dem Maßstab und dem Linsenarray den Abbildungsmaßstab nicht wesentlich verändert, so dass das Gesamtmesssystem vergleichsweise abstandstolerabel im Hinblick auf den Abstand zwischen der Maßverkörperung und dem Abtastempfänger ist. Die Abstandstoleranz hängt von der Messperiode sowie von der Parallelität des beleuchtenden Lichtes ab und beträgt ca. 1 mm für eine Messperiodenlänge von 100 Mikrometern, etwa entsprechend 1024 Inkrementen auf einem Codescheiben-Durchmesser von 40 mm.at a first embodiment, the object side of the lens array prefers the aperture array, each on the optical axis Single lens each an aperture diaphragm is arranged. The fat of the lens array is dimensioned such that the focal plane the individual lenses lie in the flat bottom of the lens array. This gives you a telecentric optical system, resulting in a slight change in distance between the scale and the lens array does not substantially alter the magnification, so that the total measuring system comparatively distance tolerable in terms of on the distance between the material measure and the sampling receiver is. The distance tolerance depends from the measuring period as well as from the parallelism of the illuminating light off and is approx. 1 mm for a measuring period length of 100 microns, about 1024 increments on one Code disc diameter of 40 mm.
Demgegenüber weisen projektive optische Messverfahren ohne Verwendung abbildender Linsen gemäß dem Stand der Technik deutlich geringere Abstandstoleranzen von etwa 50 Mikrometer und weniger auf, je nach Breite des abzutastenden Messgitters.In contrast, show Projective optical measuring methods without the use of imaging lenses according to the state The technology significantly lower distance tolerances of about 50 microns and less, depending on the width of the measurement grid to be scanned.
Alternativ kann bei Verwendung einer Abtastblende das Aperturblendenarray auch auf der dem Abtastchip abgewandten Seite der Abtastblendenplatte angeordnet sein. Die dem Abtastchip zugewandte Seite der Blendenplatte trägt dabei die Abtastblenden, während die gegenüber liegende Seite das Aperturblendenarray aufweist. Die Glasplatte weist somit beidseitig strukturierte partiell lichtundurchlässige Schichten auf, in der Regel photolithographisch strukturierte Chrom- oder Titanschichten. Prinzipiell kommen auch andere Metallisierungsschichten, wie etwa Aluminium oder dielektrische Schichten in Betracht. Die Abtastblende weist dabei Öffnungen entsprechend der Codierung der Maßverkörperung auf, wobei der Abbildungsmaßstab sowie eine Invertierung aufgrund der einstufigen Abbildung zu berücksichtigen sind. Die durch die einzelnen Mikrolinsen generierte Abbildungs-Invertierung sorgt für eine partielle Umkehrung der Codestellen sowie für eine Änderung der Krümmung der Codespur bei Winkelcodescheiben.alternative may also use the aperture diaphragm array when using a scan aperture on the scanning chip side facing away from the Abtastblendenplatte be arranged. The scanning chip side facing the aperture plate contributes the scanning apertures while the opposite lying side has the aperture diaphragm array. The glass plate points thus partially structured partially opaque layers on, usually photolithographically structured chromium or Titanium layers. In principle, other metallization layers, such as aluminum or dielectric layers. The Sensing aperture has openings according to the coding of the material measure, the magnification and a Inversion due to the single-step figure to consider are. The image inversion generated by the individual microlenses takes care of a partial reversal of the codes as well as a change in the curvature of the Code track for angular code discs.
Ferner ist es möglich, die Abtastblende direkt auf die Oberfläche des Abtastempfänger-Chips zu integrieren, etwa durch ein Aluminium-Layer, der in einem zusätzlichen Herstellungs-Prozessschritt auf die Chipoberfläche aufgebracht wird.Further Is it possible, the scan aperture directly onto the surface of the scan receiver chip to integrate, for example through an aluminum layer, in an additional Manufacturing process step on the chip surface is applied.
In diesem Fall, dass ein Abtastempfänger mit einem „phased Array", d.h. mit entsprechend der Maßverkörperung codierten Empfängerfeldern verwendet wird und somit keine Abtastblende notwendig ist, wird entweder eine separate Aperturblendenplatte verwendet, auf welche das Mikrolinsenarray montiert wird und deren Aperturblenden-Öffnungen dem Mikrolinsenarray zugewandt sind, oder es wird das Aperturblendenarray auf der Rückseite des Mikrolinsenarrays vorgesehen und eine separate transparente Glasplatte als Abstandshalterung zwischen dem Mikrolinsenarray und dem Abtastempfänger angeordnet. Durch die Dicke dieser Glasplatte ist der Abstand zwischen dem Mikrolinsenarray und dem Abtastempfänger eingestellt und es entfällt im letzteren Fall eine separate Justage des Aperturblendenarrays relativ zum Mikrolinsenarray.In this case, a sampling receiver having a "phased array", ie corresponding to the Measuring standard is used in coded receiver fields and thus no Abtastblende is necessary, either a separate aperture diaphragm plate is used, on which the microlens array is mounted and the aperture apertures facing the microlens array, or it is provided the aperture diaphragm array on the back of the microlens array and a separate transparent Glass plate arranged as a spacer between the microlens array and the Abtastempfänger. Due to the thickness of this glass plate, the distance between the microlens array and the Abtastempfänger is set and it is omitted in the latter case, a separate adjustment of the aperture diaphragm array relative to the microlens array.
Das Mikrolinsenarray, das Aperturblendenarray sowie die eventuell benötigte Abtastblende werden vorzugsweise direkt auf der Oberfläche des Abtastempfänger-Chips, quasi als „lens on reticle on chip" bzw. als „lens on glass on chip" montiert und anschließend seitlich mittels lichtundurchlässiger Vergussmasse fixiert. Weiterhin ist es möglich, die Oberflächen der einzelnen Komponenten, bestehend aus Mikrolinsenarray und den einzelnen Blendenplatten miteinander zu verkleben, insbesondere mit optischem Kleber zu verkitten, um Lufteinschlüsse zu vermeiden.The Microlens array, the aperture diaphragm array and the possibly required scanning diaphragm are preferably directly on the surface of the scanning receiver chip, quasi as "lens on reticle on chip as "lens mounted on glass " and subsequently laterally by means of opaque Fixing compound fixed. Furthermore, it is possible to use the surfaces of individual components, consisting of microlens array and the individual Glue aperture plates together, especially with optical To cement glue to avoid air bubbles.
Vorzugsweise wird die Brennweite der Linsen in Abhängigkeit von der Dicke sowie der Brechungsindizes der bevorzugt als Glas- oder Kunststoff-Platten ausgebildeten Mikrolinsenarrays, der Abtastblende sowie des dazwischen angeordneten Aperturblendenarrays festgelegt, so dass bei Übereinanderlegen der einzelnen Komponenten auf der Oberfläche des Abtastempfängers die Bildweite quasi von selbst exakt eingestellt wird, so dass in axialer Richtung parallel zur optischen Achse des Abbildungsstrahlenganges keine Abstandskalibrierung mehr erforderlich ist.Preferably The focal length of the lenses will vary depending on the thickness as well the refractive indices preferably as glass or plastic plates trained microlens arrays, the scanning and the intervening arranged aperture diaphragm arrays, so that when superimposed the individual components on the surface of the Abtastempfängers the Image width is quasi adjusted by itself, so that in the axial direction none parallel to the optical axis of the imaging beam path Distance calibration is required more.
Eine weitere konstruktive Möglichkeit liegt darin, die Abtastblenden-Öffnungen neben der Maßverkörperung anzupassen an den Abbildungsmaßstab, der sich ergibt aus der Linsenbrennweite sowie der Bildweite, also dem Abstand des Mikrolinsenarrays von Abtastempfänger sowie der jeweiligen Brechungsindizes des Mikrolinsenarrays sowie der Blendenplatte. Der sich daraus ergebende Abstand zwischen der Maßverkörperung sowie dem Mikrolinsenarray (die Gegenstandsweite) wird entsprechend eingestellt.A further constructive possibility lies therein, the scanning aperture next to the material measure adapt to the magnification, which results from the lens focal length and the image width, ie the distance of the microlens array of Abtastempfänger and the respective refractive indices of the microlens array and the aperture plate. The resulting Distance between the material measure and the microlens array (the object width) will be adjusted accordingly.
Da die Glasdicken des Mikrolinsenarrays und der Abtastblende nicht beliebig variierbar sind und die Bildebene in der Oberfläche der Abtastblenden-Öffnungen bzw. der lichtempfindlichen Flächen des Abtastempfängers liegen muss, kann es eventuell notwendig sein, die Brennebene um bis zu etwa 10–20 % der Brennweite, entsprechend etwa maximal 100– 200 Mikrometer oberhalb oder unterhalb der Aperturblenden-Öffnungen vorzusehen, d.h. die Aperturblenden befinden sich geringfügig im Off-Fokusbereich.There the glass thicknesses of the microlens array and the scanning diaphragm are not are arbitrarily variable and the image plane in the surface of the Abtastblenden openings or the photosensitive surfaces of the scanning receiver may be necessary, it may be necessary to change the focal plane up to about 10-20 % of the focal length, corresponding to a maximum of about 100-200 microns above or below the aperture apertures to be provided, i. the aperture stops are slightly off-focus.
In dem Falle, dass diffraktive Maßverkörperungen verwendet werden, welche die optische Interferenz und Beugung des Lichtes ausnutzen, so treten neben den zu detektierenden Beugungsordnungen auch weitere Haupt- oder Nebenordnungen auf, die nicht detektiert werden. Das Aperturblendenarray gewährleistet bei richtiger Dimensionierung zugleich die Ausblendung dieser nicht zu detektierenden Haupt- oder Nebenordnungen.In the trap that diffractive dimensional standards used, which is the optical interference and diffraction of the Take advantage of light, so occur in addition to the diffraction orders to be detected other major or minor orders that are not detected. The aperture diaphragm ensures if correctly dimensioned at the same time the suppression of these not to be detected major or minor orders.
Um zu vermeiden, dass Streulicht auf die lichtempfindlichen Flächen des Abtast-Empfängers gelangt, kann zusätzlich der objektseitige Bereich des Linsenarrays zwischen den Mikrolinsen mit einer lichtundurchlässigen Schicht als Feldblende versehen sein. Bei geeigneter Anordnung und Brennweite der Mikrolinsen kann diese Feldblende jedoch auch entfallen. Insbesondere dann, wenn das Mikrolinsenarray einen Füllfaktor von 100 % aufweist.Around to avoid stray light on the photosensitive surfaces of the Scan-receiver arrives, can additionally the object-side region of the lens array between the microlenses with an opaque Layer be provided as a field stop. With a suitable arrangement and Focal length of the microlenses, this field stop can also be omitted. In particular, when the microlens array is a fill factor of 100%.
Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird vorzugsweise mittels einer Sammellinse (Kondensorlinse) parallelisiert und somit der Maßstab beleuchtet. Es ist jedoch prinzipiell auch möglich, eine optische Positionsmesseinrichtung mit divergentem Licht zu betreiben.The light emitted from the light source is preferably by means of a Parallel lens (condenser lens) parallelized and thus illuminates the scale. However, it is also possible in principle an optical position measuring device with divergent light too operate.
Als Lichtquelle werden gemäß dem Stand der Technik Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt, die im (nah-)infraroten (near IR) Spektrum emittieren. Allerdings ist auch die Verwendung von LEDs möglich, die im roten Spektrum oder im sichtbaren Spektrum emittieren. Die Halbwertsbreite beträgt dabei typischerweise etwa 20–50 nm. Weiterhin ist auch die Verwendung von Halbleiterlasern als Beleuchtungsquelle denkbar. Aus Kostengründen, aufgrund der geringeren Lebensdauer insbesondere bei hohen Temperaturen und der nachteilig hohen räumlichen und zeitlichen Kohärenz haben sich Laser als Lichtquelle in der maßstabsgebundenen Positionsmessung bislang jedoch nicht durchgesetzt.When Light source according to the state of Technology light emitting diodes (LEDs) are used, which in the (near) infrared (near IR) emit spectrum. However, the use is also possible from LEDs, which emit in the red spectrum or in the visible spectrum. The Half width is typically about 20-50 nm. Furthermore, the use of semiconductor lasers as a source of illumination is conceivable. For cost reasons, due to the shorter life, especially at high temperatures and the disadvantageously high spatial and temporal coherence have laser as a light source in the scale-bound position measurement but so far not enforced.
Während bei
Amplitudengittermaßstäben der
Beleuchtungsstrahlengang kollinear zum Abbildungsstrahlengang ist,
kann er bei diffraktiven Codierungen beispielsweise gemäß der
Da eine lediglich einstufige optische Abbildung vorgesehen wird, muss die Invertierung der Abbildung berücksichtigt werden. Zum einen ist die Drehrichtung scheinbar entgegengesetzt, zum anderen muss die Invertierung der Codespurkrümmung im Falle von Winkelmessgeräten berücksichtigt werden. Hierzu werden die Blendenöffnungen auf der Abtastblende bzw. die Empfängerflächen im Falle eines Abtastempfängers mit auf die Chipoberfläche aufgebrachten „phased arrays" entsprechend angepasst.There a single-stage optical image is provided must the inversion of the figure will be taken into account. On the one hand the direction of rotation is apparently opposite, on the other hand must the inversion of the code track curvature in the Trap of angle encoders considered become. For this purpose, the apertures on the scanning diaphragm or the receiver surfaces in Case of a scanning receiver with applied to the chip surface "phased arrays "accordingly customized.
Im Falle von absoluten Codierungen empfiehlt es sich, jedes Codefeld mittels einer separaten Mikrolinse abzubilden. Ansonsten muss im Falle der Abbildung von mehreren Codefeldern mit einer Linse die Invertierung der Codefelder, die durch die einzelnen Linsen auf den Abtastempfänger abgebildet werden, entsprechend berücksichtigt werden.in the In the case of absolute encodings, it is recommended that each code field imaged by means of a separate microlens. Otherwise must in the Case of mapping multiple code fields with a lens the Inverting the code fields through the individual lenses the sampling receiver be taken into account accordingly.
Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Abtasteinheit in Verbindung
mit einer Nonius-codierten Maßverkörperung
etwa gemäß der
Ausführungsbeispieleembodiments
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich gemacht.Further Features and advantages of the invention will become apparent in the following Description of exemplary embodiments made clear.
Es zeigen:It demonstrate:
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
die
In
der
Direkt
auf der Chipoberfläche
ist eine Abtastblende
Auf
der Oberseite der Abtastblende
Vorzugsweise
ist der Stapel auf der Oberfläche
des Abtastempfängers
Die
Maßverkörperung
Bei
einer Abbildung im Abbildungsmaßstab 1:1
betragen die Entfernung zwischen dem Maßstab
Für eine Abbildung
im Abbildungs-Maßstab 1:1
weist die Abtastblende
Die
In
der
Neben
Maßverkörperungen,
die nicht-diffraktive Codierungen aufweisen, welche die Amplitude
des einfallenden Lichtes modulieren, sind etwa aus der
Dasjenige
Licht, welches schräg
parallel einfällt
und einen hinreichend großen
Winkel α zur
optischen Achse
Für den Beugungswinkel
sin(α–1)
der minus ersten Ordnung gilt der Zusammenhang: sin(α–1)
= λ/Λ, wobei λ die Wellenlänge des
beleuchtenden Lichtes ist und Λ die
Gitterkonstante des Beugungsgitters. Für λ = 740 nm und Λ = 1,25 μm erhält man beispielsweise
einen Beugungswinkel von sin(α–1)
= 36,3°.
Somit ergibt sich mit einer Dicke d des Mikrolinsenarrays
Die
Sei beispielsweise d = 1,5 mm, dann folgt aus der Bedingung mit einem Brechungsindex von n1 = 1,4524 für die Brennweite f der Mikrolinsen: f = 1,033 mm, woraus sich ein Krümmungsradius R der Mikrolinsen von R = 0,467 mm errechnet.If, for example, d = 1.5 mm, then the condition with a refractive index of n 1 = 1.4524 for the focal length f of the microlenses follows: f = 1.033 mm, from which a radius of curvature R of the microlenses of R = 0.467 mm is calculated.
Für die Linsenhöhe s („lense sag") gilt nach Pythagoras der folgende Zusammenhang: R = s/2 + D2/(8s). Mit einer Linsenhöhe von s = 50 μm und einem Linsendurchmesser von D = 0,42 mm ergibt sich beispielsweise ein Krümmungsradius der Linse von R = 0,466 mm.According to Pythagoras, the following relationship applies for the lens height s ("lense sag"): R = s / 2 + D 2 / (8s) With a lens height of s = 50 μm and a lens diameter of D = 0.42 mm For example, a radius of curvature of the lens of R = 0.466 mm.
Auf
der dem Abtastempfänger
Wird
für die
Abtastblende eine Glasart mit einem unterschiedlichen Brechungsindex
verwendet, so muss die Abtastblende eine unterschiedliche Dicke
aufweisen, damit die Bildebene in der Oberfläche des Abtastempfängers bzw.
der Abtast-Blendenöffnungen
liegt. Da Glasplatten nicht in beliebigen Dicken verfügbar sind,
kann es notwendig sein, das Aperturblendenarray um bis zu etwa 10–20 % der Brennweite
in einer parallel versetzten Ebene außerhalb der Brennebene der
Mikrolinsen
In
der
In
der
Das
Mikrolinsenarray
In
der
Die
Mit einer Kantenlänge k = 0,1 mm des licht-emittierenden Halbleiters und einer Brennweite F = 4 mm der Kondensorlinse ergibt sich beispielsweise ein halber Öffnungswinkel des beleuchtenden Lichtbündels von δ0 = 0,72°. Da die Maßverkörperung kein Selbststrahler ist, sondern von der Lichtquelle beleuchtet wird, muss die Beleuchtungsapertur ABel der Lichtquelle für das Auflösungsvermögen sowie für die Bestimmung der Apertur AObj der Mikrolinsen berücksichtigt werden. Der Abstand von Objektstrukturen an der Auflösungsgrenze beträgt dann: With an edge length k = 0.1 mm of the light-emitting semiconductor and a focal length F = 4 mm of the condenser lens, for example, a half opening angle of the illuminating light beam of δ 0 = 0.72 °. Since the material measure is not a self-radiator, but is illuminated by the light source, the illumination aperture A Bel of the light source for the resolution and for the determination of the aperture A Obj of the microlenses must be taken into account. The distance of object structures at the resolution limit is then:
In
der
Der
Durchmesser A der Öffnung
der Aperturblende
Die
Je
Abtastfeld sind hierbei zwei Mikrolinsen
Die
Mikrolinsen
Durch
die punktiert dargestellten Öffnungen
Neben der nacheinander erfolgenden Montage von Abtastblende und Mikrolinsenarray auf der Oberfläche des Abtastchips oberhalb der lichtempfindlichen Empfängerfelder ist es auch möglich, entsprechende Wafer, welche die Mikrolinsenarrays und die Abtastblenden tragen, zunächst zueinander zu positionieren, zu bonden und anschließend zu vereinzeln. In diesem Fall ist die Einheit, bestehend aus Mikrolinsenarray und Abtastblendenarray lediglich relativ zu den Empfängerfeldern des Abtastempfängers auszurichten. Weiterhin ist es möglich, die entsprechenden Mikrolinsen-, Abtastblenden sowie Abtastempfänger-Chip-Wafer zueinander auszurichten, zu bonden und anschließend zu vereinzeln.Next the sequential assembly of scanning diaphragm and microlens array on the surface of the scanning chip above the photosensitive receiver fields it is also possible corresponding wafers, which the microlens arrays and the Abtastblenden wear, first to position each other, to bond and then to seperate. In this case, the unit consisting of microlens array and scan aperture array only relative to the receiver fields of the sample receiver align. Furthermore, it is possible the corresponding microlens, scanning apertures and scanning receiver chip wafers to align, to bond and then to separate.
Die unterschiedlichen, übereinander liegenden Glas- oder Kunststoff-Platten, welche das Mikrolinsenarray sowie die Abtastblende tragen, können miteinander sowie mit dem Abtastempfänger verkittet oder verklebt werden und anschließend seitlich mit einer vorteilhafterweise opaken Vergussmasse vergossen werden. Es ist darüber hinaus möglich, dass innerhalb dieser Vergussmasse insbesondere auch die Bonddrähte des Abtastchips liegen.The different, one above the other lying glass or plastic plates, which the microlens array as well as wear the scanning, can each other as well as with the sampling receiver cemented or glued and then laterally with an advantageously to be potted opaque potting compound. It is also possible within that this potting compound in particular, the bonding wires of the scanning chip are.
In
der
Das Auflösungsvermögen der Einzellinsen ist proportional zum Quotienten aus der Brennweite und dem Linsendurchmesser und ist daher auch bei kleiner Brennweite aufgrund des kleinen Linsendurchmessers ausreichend.The Resolution of the Single lenses is proportional to the quotient of the focal length and the lens diameter and is therefore synonymous with small focal length due to the small lens diameter sufficient.
Das
Mikrolinsenarray weist seitliche Stege
Aufgrund
der bikonvexen Linsengestaltung liegt hierbei der Brennpunkt nicht
in der Rückseite des
Linsenarrays
Die
Abtastblende
Die
In
der
In
den
Daher wird das Licht der nullten Beugungsordnung durch die Aperturblenden ausgeblendet, d.h. die notwendige Verringerung der Linsenapertur wird durch die Aperturblenden erreicht, die einen hinreichend kleinen Öffnungs-Durchmesser aufweisen. Der maximale Durchmesser A der Aperturblenden ist somit bei der Detektion von diffraktiven Maßverkörperungen durch den Beugungswinkel α–1 der nullten Beugungsordnung bestimmt.Therefore, the light of the zeroth diffraction order is masked out by the aperture stops, ie the necessary reduction of the lens aperture is achieved by the aperture stops, which have a sufficiently small opening diameter. The maximum diameter A of the aperture diaphragms is thus determined in the detection of diffractive material measurements by the diffraction angle α -1 of the zeroth diffraction order.
Um
das den Maßstab
verlassende Licht mit einer ausreichenden Intensität zu detektieren
und eine ausreichende Auflösung
zu erzielen, sollte der Durchmesser der Aperturblenden jedoch auch
nicht zu klein sein. Vorzugsweise ist der Beugungswinkel α–1 größer als
der halbe Öffnungswinkel
des die Maßverkörperung
Bei
der Detektion von diffraktiven Maßverkörperungen
Das
Beugungsmaximum der detektierten minus ersten Beugungsordnung wird
weiterhin umso schmaler, je mehr Liniengitter je Codefläche verwendet
werden. Bei einer Gitterkonstanten Λ und einer Anzahl N von Gitterlinien
je Codefeld
Beispielsweise erhält man für eine Wellenlänge λ = 850 nm, für N = 35 Gitterlinien je Codefeld und für eine Gitterkonstante Λ = 1250 nm einen vergleichsweise kleinen Öffnungswinkel von δ1 = 1,1°.For example, for a wavelength λ = 850 nm, for N = 35 grid lines per code field and for a grid constant Λ = 1250 nm, a comparatively small aperture angle of δ 1 = 1.1 ° is obtained.
Insgesamt
erhält
man mit dem Zusammenhang: δ = δ–1 + δ1 ≈ δ0 + δ1 eine
vergleichsweise geringe Bündelaufweitung
des Lichtes, das die Maßverkörperung
Die Aperturblenden-Öffnungen werden nunmehr soweit angepasst, dass die Linsen-Apertur AObj vorzugsweise größer ist als die Beleuchtungsapertur ABel, die nullte Ordnung mit dem Beugungswinkel α–1 jedoch ausgeblendet wird, was bedeutet, dass ABel < AObj < sin(2α–1) bzw. dass gilt:wobei u der halbe Öffnungswinkel der Mikrolinsen sei, dann gilt insbesondere: The aperture apertures are now adjusted to such an extent that the lens aperture A Obj is preferably larger than the illumination aperture A Bel , but the zeroth order with the diffraction angle α -1 is hidden, which means that A Bel <A Obj <sin ( FIG . 2α -1 ) or that applies: where u is half the opening angle of the microlenses, then in particular:
Für eine hinreichend
große
Anzahl N von Beugungsgittern je Codefeld
Weiterhin ist durch eine geeignete Geometrie sicherzustellen, dass die nullte Beugungsordnung nicht durch benachbarte Aperturblenden-Öffnungen auf den Abtastempfänger gelangt. Dies wird durch eine geeignete Wahl der Brennweite f der Mikrolinsen sowie dem Durchmesser der Aperturblenden-Öffnungen sichergestellt.Farther is by a suitable geometry to ensure that the zeroth Diffraction order not through adjacent aperture apertures the sampling receiver arrives. This is done by a suitable choice of the focal length f of Microlenses and the diameter of the aperture apertures ensured.
Für eine große Abstandstoleranz
zwischen der Maßverkörperung
Hierdurch
erhält
man eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich höhere Abstandstoleranz zwischen
der Maßverkörperung
Für eine hohe
inkrementale Strichzahl, die insbesondere auf Codescheiben kleinen
Durchmessers vorgesehen werden, werden die Codefelder entsprechend
schmaler. Um auch kleine Codefelder
Andere
Vorrichtungen, wie in der
Die
Um ein Übersprechen quer zur Messrichtung auszuschließen, werden benachbarte Codespuren auf der Maßverkörperung vorzugsweise mit einem ausreichenden Abstand vorgesehen.Around a crosstalk to exclude across the measuring direction, adjacent code tracks on the measuring standard preferably provided with a sufficient distance.
In
der
Sei
2δ das Minimum
aus dem Öffnungswinkel
des Lichtes, welches die Maßverkörperung
Beträgt der Öffnungswinkel
2δ = 3,6° und die Brennweite
der Mikrolinsen f = 1 mm, so ergibt sich bei einem Abbildungsmaßstab von
M = 1:1 beispielsweise eine seitliche Ausweitung des halben Bildfeldes
um B – D/2
= 63 Mikrometer. Würden
die Mikrolinsen direkt aneinander angrenzen, so beträgt der Überlappungsbereich
Beträgt der Abstand b der benachbarten Mikrolinsen beispielsweise b = B + D/2 = D + 63 μm, so beträgt der abtastbare halbe Bildfeldbereich B' = D/2, d.h. das abtastbare Bildfeld entspricht dem gesamten Linsendurchmesser D.Is the distance b of the adjacent microlenses, for example b = B + D / 2 = D + 63 microns, so is the scannable half frame area B '= D / 2, i. the scannable image field corresponds to the entire lens diameter D.
In
der
Das
Mikrolinsenarray
Dargestellt
sind zwei beidseitig des Abtastempfängers
Die
Unterseite des Mikrolinsenarrays
Die
Vergussmasse
In
der
Die
Da
das Licht des Lichtsenders
Ebenso
ist es jedoch möglich,
wie in der
Die
Die
Sender
Neben
der Verwendung mehrerer Lichtsender
Der Abtastempfänger-Chip kann ebenso wie die Lichtsender-LED als SMD- oder ball-gridarray (BGA)-Bauteil gehäust oder als Chip-on-Board (COB) auf einem Träger, etwa einer Leiterplatte angeordnet sein. Weiterhin kann die LED von einer transparenten Vergussmasse umhüllt sein, wobei ein Bonddraht zur Kontaktierung ebenfalls in die Vergussmasse eingebettet sein kann.Like the light transmitter LED, the scanning receiver chip can be housed as an SMD or ball-grid array (BGA) component or arranged as a chip-on-board (COB) on a carrier, for example a printed circuit board. Furthermore, the LED can be enveloped by a transparent potting compound, wherein a bonding wire for contacting also in the Ver Casting compound can be embedded.
Weiterhin können der Lichtsender sowie der Abtastempfänger beispielsweise als Multichip-Modul etwa auf Dünnfilm oder auf einer Leiterplatte montiert sein und beispielsweise auch in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Weiterhin ist es denkbar, den Lichtsender und den Abtastempfänger mittels flip-chip Technik miteinander und/oder mit einer Leiterplatte zu verbinden.Farther can the light emitter as well as the scanning receiver, for example, as a multi-chip module such as thin film or be mounted on a circuit board and, for example, in a common housing be housed. Furthermore, it is conceivable, the light emitter and the sampling receiver using flip-chip technology with each other and / or with a printed circuit board connect to.
Es
ist auch möglich,
eine LED als Lichtsender und den Abtastempfänger in einem einzigen Chip zu
integrieren, wie in der
In
der
Diese Phasenverschiebung muss für die Anordnung der Abtastblenden-Öffnungen vor bzw. auf den Empfängerfeldern des Abtastempfängers berücksichtigt werden und ist abhängig von dem Linsenpitch b in Messrichtung, dem Abbildungsmaßstab M sowie der Messperiode p der Maßverkörperung. Zwar existieren diskrete Werte für den Linsenpitch b, für den in Abhängigkeit vom Abbildungsmaßstab M sowie der Messperiode p diese Phasenverschiebung null ist, jedoch ist bei rotativen Maßverkörperungen (Codescheiben) aufgrund der radialen Aufweitung der Codefelder die Messperiode p in radialer Richtung nicht konstant, so dass eine Anpassung der Abtastblenden-Öffnungen in diesem Falle notwendig ist. Da ohnehin eine an die jeweilige Maßverkörperung angepasste Abtastblende notwendig ist, werden erfindungsgemäß für verschiedene Maßverkörperungen unterschiedliche, an die Maßverkörperung sowie das Mikrolinsenarray angepasste Abtastblenden sowie einheitliche Linsenarrays verwendet, wobei lediglich die Geometrie der Linsenarrays und der Empfängerflächen des Abtastempfängers aufeinander abzustimmen sind.These Phase shift must be for the arrangement of the scan aperture openings before or on the recipient fields of the sample receiver considered become and is dependent from the lens pitch b in the measuring direction, the magnification M and the measurement period p of the material measure. Though there are discrete values for the lens pitch b, for in dependence from the picture scale M and the measurement period p, this phase shift is zero, however is with rotative measuring standards (code discs) due to the radial widening of the code fields the measurement period p is not constant in the radial direction, so that an adaptation of Abtastblenden openings in this case is necessary. Since anyway one to the respective Customized material measure Sensing diaphragm is necessary, according to the invention for different measuring standards different, to the material measure as well as the microlens array adapted scanning aperture and uniform Lens arrays used, with only the geometry of the lens arrays and the receiver surfaces of the scanning receiver to coordinate with each other.
Die
Die
Mikrolinsen (
Zusätzlich zu
dieser Phasenverschiebung kommt eine Phasenverschiebung vonfür benachbarte Mikrolinsen (
Die
obige Phasenverschiebung resultiert für lineare Maßverkörperungen
in einer Verschiebung benachbarter Abtastblenden-Öffnungen
(
In
der
In
der
Für rotative Maßverkörperungen ist die inkrementale Periode p abhängig vom Radius r der Codespur vermittels: p = 2πr/I, wobei I die Anzahl der Code-Inkremente pro Umdrehung sei. Dieses resultiert in einer vom Radius r der Codespur abhängigen Verschiebung von: parallel zur Messrichtung.For rotary material measures, the incremental period p is dependent on the radius r of the code track by means of: p = 2πr / I, where I is the number of code increments per revolution. This results in a shift dependent on the radius r of the code track of: parallel to the measuring direction.
Die
Verschiebung von benachbarten Abtastblenden-Öffnungen (
Entsprechend
gilt für
Abtastblenden-Öffnungen
(
In
der
Da
das Licht der nullten Beugungsordnung bzw. das Licht, welches auf
unstrukturierte Flächen der
Maßverkörperung
fällt,
um den Winkel α mit sin(α) = λ/Λ schräg auf die
Mikrolinsen (
In
der
Vorzugsweise
fällt das
Licht der nullten Beugungsordnung nicht in die vor dem Abtastempfänger (
Die
mikrostrukturierte Seite der transmissiven bzw. der reflektiven
Maßverkörperung
(
Die Baulänge
des Messsystems ist geringer, da der Abstand zwischen der Maßverkörperung
und dem Abtastempfänger
kleiner ist, da die Dicke der Codescheibe Teil der Gegenstandsweite
ist.The microstructured side of the transmissive or reflective measuring standard (
The overall length of the measuring system is smaller because the distance between the measuring scale and the Abtastempfänger is smaller, since the thickness of the code disk is part of the object's width.
Die mikrostrukturierte Seite der Codescheibe, welche die Positionscodierung trägt, ist dabei mit einem reflektiven Medium, vorzugsweise einem Metall, wie etwa Gold, Aluminium oder Nickel beschichtet. Diese Beschichtung kann etwa mittels Sputtern, Bedampfen oder galvanisch aufgebracht werden. Daher ist diese Seite der Codescheibe vor äußeren Einflüssen geschützt, wie etwa Verschmutzung oder Betauung mit Wasserdampf.The microstructured side of the code disk showing the position coding wearing, is doing with a reflective medium, preferably a metal, such as gold, aluminum or nickel coated. This coating can be applied by means of sputtering, vapor deposition or electroplating become. Therefore, this side of the code disc is protected from external influences, such as for example, pollution or condensation with water vapor.
Es tritt eine Defokussion von Schmutz bzw. Wasserdampf auf, welcher sich auf der zum Abtastempfänger hinweisenden Oberfläche der Codescheibe befindet; insbesondere dann, wenn der Abstand zwischen der zum Abtastempfänger hinweisenden Oberfläche der Codescheibe und dem Abtastempfänger kleiner oder gleich eine Brennweite f der Mikrolinsen beträgt.It occurs a defocuss of dirt or water vapor, which on the to the Abtastempfänger indicative surface the code disk is located; especially if the distance between the to the Abtastempfänger indicative surface the code disc and the Abtastempfänger less than or equal to one Focal length f of the microlenses is.
In
der
- 11
- Abtasteinheitscanning
- 1010
- Abtastempfängerscanning receiver
- 11, 1211 12
- Empfängerfelderrecipient fields
- 1515
- BonddrähteBond wires
- 1616
- Vergussmassepotting compound
- 1717
- Substratsubstratum
- 2020
- Abtastblendescan diaphragm
- 21, 2221 22
- Abtastblenden-ÖffnungenAbtastblenden openings
- 2323
- licht-undurchlässige Schichtlight-impermeable layer
- 2424
- FeldblendenöffnungField aperture
- 3030
- MikrolinsenarrayMicrolens array
- 31, 3331 33
- Mikrolinsemicrolens
- 33', 33''33 ', 33' '
-
Oberfläche der
Mikrolinse
33 Surface of the microlens33 - 3232
- optische Achse einer Mikrolinseoptical Axis of a microlens
- 3535
- Stegweb
- 38, 3938 39
- Feldblendefield stop
- 4040
- Aperturblendenarrayaperture diaphragm
- 4141
- Aperturblenden-ÖffnungAperture diaphragm opening
- 4444
- Feldblenden-ÖffnungField diaphragm opening
- 4545
- Glasplatteglass plate
- 5050
- Lichtsenderlight source
- 5151
- Trägercarrier
- 5252
- optische Achse der Sammellinseoptical Axis of the condenser lens
- 5555
- Sammellinse (Kondensorlinse, Kollimatorlinse)converging lens (Condenser lens, collimator lens)
- 100, 200100 200
- MaßverkörperungMeasuring standard
- 110, 210110 210
- Dunkelfelddarkfield
- 120, 220120 220
- Hellfeldbrightfield
- RR
- Radius der Mikrolinseradius the microlens
- ff
- Brennweite der Mikrolinsefocal length the microlens
- f'f '
- Abstanddistance
- HH
- objektseitige Hauptebene der Linseobject-side Main plane of the lens
- H'H'
- bildseitige Hauptebene der Linseimage-side Main plane of the lens
- DD
- LinsendurchmesserLens diameter
- n1 n 1
- Brechungsindex der Mikrolinserefractive index the microlens
- n2 n 2
- Brechungsindex der Abtastblenderefractive index the scanning aperture
- dd
- Dicke des Mikrolinsenarraysthickness of the microlens array
- ss
- Linsenhöhelens height
- AA
- Durchmesser der Aperturblendendiameter the aperture stops
- a, ba, b
- Linsenraster (kartesisch), Linsenpitchlenticular (Cartesian), lens pitch
- αα
- Richtung des einfallenden Lichtesdirection of the incoming light
- α–1 α -1
- Winkel der minus ersten Beugungsordnungangle the minus first diffraction order
- ββ
- Brechungswinkel des einfallenden Lichtesangle of refraction of the incoming light
- 2δ0 2δ 0
- Öffnungswinkel des einfallenden Lichtbündelsopening angle of the incoming light beam
- 2δ1 2δ 1
- Öffnungswinkel des Lichtes der minus ersten Beugungsordnungopening angle the light of the minus first diffraction order
- 2δ2δ
- Gesamtöffnungswinkel des den Maßstab verlassenden LichtesTotal opening angle of the scale leaving light
- 2u2u
- Öffnungswinkel der Linsenaperturopening angle the lens aperture
- kk
- Kantenlänge des LED-ChipsEdge length of the LED chips
- FF
- Brennweite der Kollimatorlinsefocal length the collimator lens
- xx
- laterale Ablenkung des Lichtes der nullten Beugungsordnung in der bildseitigen Brennebene der Mikrolinselateral Distraction of the light of the zeroth diffraction order in the image-side Focal plane of the microlens
- cc
- Versatzoffset
- pp
- inkrementale Messperiodeincremental measurement period
- C1, ..., C4 C 1 , ..., C 4
- Positionscodesposition codes
- ABel A Bel
- Beleuchtungs-AperturLighting aperture
- AObj A obj
- Apertur der Mikrolinseaperture the microlens
- NN
-
Anzahl
der Gitterlinien pro Codefeld
220 Number of grid lines per code field220 - UU
- Unschärfekreis-DurchmesserBlur circle diameter
- TT
- Abstandstoleranzdistance tolerance
- MM
- Abbildungsmaßstabmagnification
- BB
- BildfeldbereichView area
- gG
- GegenstandsweiteObject distance
- kk
- Blendenzahlf-number
- L, L1, L2 L, L 1 , L 2
- lateraler Abstandlateral distance
- F', F''F ', F' '
- Brennpunkte der Sammellinsefoci the condenser lens
- Ee
- Entfernungdistance
- vv
- Breite des Linsenarrayswidth of the lens array
- II
- Anzahl der Inkrementenumber the increments
- rr
- Radius der rotativen Codespurradius the rotative code track
- P1, P2, P'1, P'2 P 1 , P 2 , P ' 1 , P' 2
- Endpunkte der Abtastblenden-Öffnungenendpoints the scanning aperture openings
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