CH703647A1

CH703647A1 - Position measuring device e.g. absolute encoder, for determining absolute position of e.g. lever in resting position, has light receiver including light receiver elements and formed as sensor regions co-operated with respective tracks

Info

Publication number: CH703647A1
Application number: CH01341/10A
Authority: CH
Inventors: Jean-Jacques Wagner
Original assignee: Elesta Relays Gmbh
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-02-29

Abstract

The device i.e. encoder (10), has a light source i.e. organic LED, arranged at a distance from a light receiver, and a carrier plate provided with strip conductors on which a transparent substrate is arranged. The substrate and the plate are interconnected in a fixed manner by a flip-chip assembly. One of two tracks generates an incremental signal. The receiver is formed as sensor regions and includes a set of light receiver elements. One sensor region is co-operated with the track to generate the incremental signal, and the other region is co-operated with the other track i.e. encoded track. An independent claim is also included for a method for determining an absolute position of a movable part in a resting position.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Positionsmessvorrichtung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Herstellverfahren gemäss Oberbegriff von Anspruch 33. The invention relates to a position measuring device according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method according to the preamble of claim 33.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Aus der US Patentanmeldung Nr. 2006/0 007 541 ist ein Sensorkopf eines mit reflektierendem Licht arbeitenden Sensorkopfes bekannt. Dieser Sensorkopf besitzt eine Lichtquelle, welche einen Lichtstrahl auf eine Massverkörperung projiziert, und zwei Halbleitersubstrate. Die Halbleitersubstrate umfassen jeweils Photodetektoren, um Licht zu detektieren, welches durch eine Massverkörperung {kommisch: oder Massteilung} reflektiert wird. Lichtquelle und Halbleitersubstrate sind in einem schachtelartigen Gehäuse angeordnet, wobei die Lichtquelle am Boden des Gehäuses und die Halbleitersubstrate am Deckel, mit welchem das Gehäuse verschliessbar ist, angeordnet und befestigt sind. Die Halbleitersubstrate sind mittels Wende -Montage am Deckel festgemacht. From US patent application no. 2006/0 007 541 a sensor head of a working with reflective light sensor head is known. This sensor head has a light source, which projects a light beam onto a physical scale, and two semiconductor substrates. The semiconductor substrates each comprise photodetectors to detect light which is reflected by a dimensional scale. Light source and semiconductor substrates are arranged in a box-like housing, wherein the light source at the bottom of the housing and the semiconductor substrates on the lid, with which the housing is closable, are arranged and fixed. The semiconductor substrates are fastened by turn-mounting on the lid.

[0003] Die Halbleitersubstrate mit den Photodetektoren sind einander gegenüberliegend auf beiden Seiten der Lichtquelle in einer Richtung angeordnet, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung der Massverkörperung steht. Jedes Halbleitersubstrat besitzt eine elektrische Schaltung, und die elektrischen Schaltungen beider Halbleitersubstrate sind miteinander durch elektrische Leitungen verbunden, welche auf der Unterseite des Deckels ausgebildet sind. Strom-Spannungswandler sind direkt auf den Halbleitersubstraten ausgebildet, um Störeinflüsse möglichst gering zu halten. The semiconductor substrates with the photodetectors are arranged opposite each other on both sides of the light source in a direction which is perpendicular to the direction of movement of the scale. Each semiconductor substrate has an electrical circuit, and the electrical circuits of both semiconductor substrates are connected to each other by electrical leads formed on the underside of the lid. Current-voltage transformers are formed directly on the semiconductor substrates in order to minimize disturbances.

[0004] Ein Nachteil des vorbekannten Sensorkopfes ist dessen aufwendige Herstellung. Dabei müssen zuerst die Halbleitersubstrate hergestellt und danach am Gehäusedeckel befestigt werden. Dann wird die Lichtquelle am Boden des Gehäuses angeordnet und befestigt. Zuletzt wird der Deckel auf dem Gehäuse so angebracht, dass die Lichtquelle zum Halbleitersubstrat korrekt ausgerichtet ist. Dies muss mit der erforderlichen Präzision erfolgen, damit die Signale in der gewünschten Qualität ausgewertet werden können und letztendlich der Encoder einwandfrei funktioniert. Auch ist die Herstellung der elektrischen Verbindungen zu den beiden Halbleitersubstraten kompliziert und aufwendig. A disadvantage of the previously known sensor head is its complex production. In this case, the semiconductor substrates must first be prepared and then attached to the housing cover. Then, the light source is placed and fixed to the bottom of the housing. Finally, the lid is mounted on the housing so that the light source is properly aligned with the semiconductor substrate. This must be done with the necessary precision so that the signals can be evaluated in the desired quality and ultimately the encoder works perfectly. Also, the production of the electrical connections to the two semiconductor substrates is complicated and expensive.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0005] Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Positionsmessvorrichtung vorzuschlagen, welche kostengünstig in der gewünschten nötigen Präzision hergestellt werden kann. Ein weiteres Ziel ist es, eine Positionsmessvorrichtung mit kleinsten Abmessungen, mit hoher Genauigkeit sowie Zuverlässigkeit zu bauen. Noch ein Ziel ist es, eine Positionsmessvorrichtung vorzuschlagen, deren Konstruktion gegen Umwelteinflüsse unempfindlich ist. Ein anderes Ziel ist es, eine Positionsmessvorrichtung bereit zu stellen, welche eine bestimmte Einbautoleranz toleriert und trotzdem eine zuverlässige Funktion gewährleisten kann. It is an object of the present invention to provide a position measuring device which can be manufactured inexpensively in the desired precision required. Another object is to build a position measuring device with the smallest dimensions, with high accuracy and reliability. Yet another goal is to propose a position measuring device whose construction is insensitive to environmental influences. Another object is to provide a position measuring device which tolerates a certain installation tolerance and yet can ensure a reliable function.

Beschreibungdescription

[0006] Diese Aufgabe wird bei einer Positionsmessvorrichtung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass auf der der Massverkörperung abgewandten Seite des Substrats der Lichtempfänger in Gestalt eines Dünnschichtaufbaus bestehend aus mehreren übereinander angeordneten Schichten direkt auf das transparente Substrat abgeschieden ist, dass im Abstand vom Lichtempfänger eine Lichtquelle vorgesehen ist und dass eine Trägerplatte vorgesehen ist, auf welcher das Substrat angeordnet ist. Der Lichtempfänger hat die Gestalt eines Dünnschichtsensors in den erwähnten Schichten ist eine Aussparung für eine Lichtquelle vorgesehen., Die Lichtquelle wird vorzugsweise so ausgebildet, dass sie mit den Prozessen zur Herstellung der Sensoren (Lichtempfängerelemente) mit gefertigt wird, so dass die Abmessungen und Position der Lichtempfänger und der Lichtquelle durch Masken vorgegeben sind. Dabei kann die Lichtquelle durch eine Blende und eine LED oder durch eine direkt auf dem Substrat abgeschiedene OLED gebildet sind. Im Unterschied zum eingangs beschriebenen Stand der Technik sind somit keine weiteren Justierarbeiten notwendig, was die Herstellung der Positionsmessvorrichtung wesentlich vereinfacht, aber auch zuverlässiger macht. This object is achieved in a position measuring device according to the preamble of claim 1, characterized in that on the side facing away from the dimensional side of the substrate, the light receiver is deposited in the form of a thin film structure consisting of several superimposed layers directly on the transparent substrate that at a distance from Light receiver is provided a light source and that a support plate is provided, on which the substrate is arranged. The light receiver is provided in the form of a thin film sensor in the mentioned layers is a recess for a light source., The light source is preferably formed so that it is involved in the processes for producing the sensors (light receiving elements), so that the dimensions and position of the Light receiver and the light source are given by masks. In this case, the light source can be formed by a diaphragm and an LED or by an OLED deposited directly on the substrate. In contrast to the prior art described above, no further adjustments are therefore necessary, which makes the production of the position measuring device considerably simpler, but also more reliable.

[0007] Nachfolgend werden Ausgestaltungsformen der Positionsmessvorrichtung beschrieben, wobei die genannten bevorzugten Merkmale - soweit sie sich nicht ausschliessen - in beliebiger Kombination verwirklicht sein können. Embodiments of the position measuring device are described below, wherein the said preferred features - unless they exclude - can be implemented in any combination.

[0008] Das Verfahren kann darüber hinaus als Verfahrensschritte die Verwendung einer oder mehrerer der genannten bevorzugten Merkmale der erfindungsgemässen Vorrichtung (oder die durch diese Merkmale ermöglichten Funktionen) umfassen. The method may moreover comprise, as method steps, the use of one or more of the mentioned preferred features of the device according to the invention (or the functions made possible by these features).

[0009] Dank der kompakten Konstruktion des Sensorkopfes ist es möglich, Drehgeber mit weiteren Eigenschaften zu fertigen, wie zum Beispiel Positionssensoren mit mehreren Sensorköpfen für die redundante Erfassung von Positionswerten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, sehr kompakte Absolutencoder zu bauen, die in der Massverkörperung einen Manchester-Code oder ähnliche serielle Codes eingebaut haben und die Ermittlung eines absoluten Positionswertes durch eine relative Bewegung zwischen Sensorkopf und Massverkörperung möglich machen. Thanks to the compact design of the sensor head, it is possible to produce encoders with other properties, such as position sensors with multiple sensor heads for the redundant detection of position values. Another possibility is to build very compact absolute encoders, which have built in the dimensional standard of a Manchester code or similar serial codes and make it possible to determine an absolute position value by a relative movement between the sensor head and dimensional scale.

[0010] Diese vorteilhaften Eigenschaften werden am besten erreicht, wenn die Massverkörperung aus halbkreiszylindrischen Reflektoren gebildet ist und die Lichtquelle bestimmte Abmessungen hat. Dies setzt wiederum eine genaue Stellung der Lichtquelle über dem Lichtsensor voraus, um stabile und zuverlässige Signale zu erhalten. Die Bündelung der gesamten auf eine Teilung fallende Lichtmenge zusammen mit dem kompakten Sensorkopf macht es möglich, Positionsermittlungseinheiten zu bauen, die eine hohe Lichtausbeute haben und die Funktion mit weniger Lichtleistung gewährleisten. Damit sind die erfindungsgemässen Positionsmessvorrichtungen für Batteriegeräte bestens einsetzbar. These advantageous properties are best achieved when the scale of semicircular cylindrical reflectors is formed and the light source has certain dimensions. This in turn requires a precise position of the light source above the light sensor to obtain stable and reliable signals. The bundling of the entire amount of light incident on a division together with the compact sensor head makes it possible to build position detection units that have a high luminous efficacy and ensure the function with less light output. Thus, the inventive position measuring devices for battery devices are best used.

[0011] Die Verwendung eines Dünnschichtaufbaus mit einer intrinsischen Schicht hat den Vorteil, dass zuverlässige Lichtempfänger mit einfachen Mitteln hergestellt werden können wegen der Anwesenheit einer an sich isolierenden Zwischenschicht. Diese Schichten weisen niedrige Dunkelströme und sind besonders geeignet für den Bau eines Sensorkopfes für einen Encoder. The use of a thin-film structure with an intrinsic layer has the advantage that reliable light receivers can be produced by simple means because of the presence of an inherently insulating intermediate layer. These layers have low dark currents and are particularly suitable for the construction of a sensor head for an encoder.

[0012] Vorteilhafte Ausführungsformen der Positionsmessvorrichtung gehen aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche hervor. Advantageous embodiments of the position measuring device will become apparent from the features of the dependent claims.

[0013] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Positionsmessvorrichtung, insbesondere Encoder, aufweisend einen Support, einen am Support angeordneten Sensorkopf mit einer Lichtquelle und einem Lichtempfängerelement, eine relativ zum Sensorkopf bewegliche Massverkörperung mit optischen Elementen, die an einen beweglichen Teil einer Vorrichtung, beispielsweise eines Motors, montierbar ist und mit dem Sensorkopf für die Ermittlung eines absoluten Positionswertes zusammenwirken kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf am Support beweglich angeordnet ist, und Mittel vorgesehen sind, um den Sensorkopf relativ zum Support um ein bestimmtes Mass zu verschieben. Die bewegliche Anordnung des Sensorkopfes am Support hat den Vorteil, dass sich die absolute Position eines beweglichen Teils, z.B. einer Welle oder eines anderen Maschinenteils, in dessen Ruheposition ermitteln lässt. Dies hat grosse Vorteile in einem Arbeitsprozess und auch punkto Sicherheit.The present invention is also a position measuring device, in particular encoder, comprising a support, a sensor head arranged on the support with a light source and a light receiver element, a measuring element which can be moved relative to the sensor head and has optical elements which can be mounted on a movable part of a device, for example a motor, and which can cooperate with the sensor head for determining an absolute position value, characterized that the sensor head is movably arranged on the support, and means are provided for displacing the sensor head relative to the support by a certain amount. The movable arrangement of the sensor head on the support has the advantage that the absolute position of a movable part, e.g. a shaft or other machine part can be determined in its rest position. This has great advantages in a work process and also in terms of safety.

[0014] Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der absoluten Position eines beweglichen Teils in der Ruheposition mit Hilfe einer Positionsmessvorrichtung, welche die Ermittlung der absoluten Position des Teils mit Hilfe einer relativ zu einem Sensorkopf beweglichen Massverkörperung erlaubt, die mit dem beweglichen Teil gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der absoluten Position des beweglichen Teils in der Ruheposition der Sensorkopf relativ zum beweglichen Teil verschoben wird. Another independent aspect of the present invention relates to a method for determining the absolute position of a movable part in the rest position by means of a position measuring device, which allows the determination of the absolute position of the part by means of a relative to a sensor head movable measuring scale, with is coupled to the movable part, characterized in that is moved to determine the absolute position of the movable part in the rest position of the sensor head relative to the movable part.

[0015] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels näher im Detail erläutert. Es zeigt: <tb>Fig. 1<sep>Schematisch und in perspektivischer Ansicht den Prinzipaufbau eines Encoders bestehend aus einem erfindungsgemässen Sensorkopf und einer im Abstand vom Sensorkopf vorhandenen Massverkörperung; <tb>Fig. 2<sep>schematisch der Aufbau des Sensorkopfes bestehend aus Glassubstrat mit darauf ausgebildeten Sensorbereichen, einer Trägerplatte und einer Auswerteeinheit, welche jeweils im Flip-Chip-Montageverfahren miteinander verbunden sind; <tb>Fig. 3<sep>die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung der Sensorbereiche und Kontaktierung derselben; <tb>Fig. 4<sep>die einzelnen Verfahrensschritte zur Auslegung der Lichtquelle; <tb>Fig. 5<sep>Schematisch die Montage der Komponenten auf einem Wafersubstrat; <tb>Fig. 6<sep>Im Schnitt ein praktisches Ausführungsbeispiels eines in einem Gehäuse angeordneten Encoders für Kleinmotoren; <tb>Fig. 7<sep>Schematisch, wie bei einer Relativbewegung von Empfängerelement und Massverkörperung die vom Empfängerelement registrierten Lichtintensitäten in ein Analogsignal und nachfolgend in ein Digitalsignal für die Positionsbestimmung umgewandelt werden; <tb>Fig. 8<sep>Schematisch die Erzeugung eines Indexsignals mit Hilfe eines einzelnen optischen Elements und zwei Empfängerelementen; <tb>Fig. 9<sep>Schematisch die Erzeugung eines Positionssignal mit Hilfe zweier unterschiedlicher, optischer Elemente, die nach einem Manschester-Code aneinandergereiht sind, und zwei Empfängerelementen; <tb>Fig. 10<sep>eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Sensorkopfes mit einer Mehrzahl von Empfängerelementen mit einer Inkremental-und einer Indexspur. <tb>Fig. 11<sep>eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Sensorkopfes, bei welchem die Empfängerelemente mittels einer separaten Leiterbahn elektrisch verbunden sind; <tb>Fig. 12<sep>Eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Lichtquelle mit einer LED, die hinter einer Blende angeordnet ist, wobei die Blende die Abmessungen der Lichtquelle im Wesentlichen bestimmt; <tb>Fig. 13<sep>Eine Schaltung für eine optimale Zuordnung des durch die Massverkörperung ausgebildeten Indexsignals Zg; <tb>Fig. 14<sep>Ein Ausführungsbeispiel eines Absolutencoders mit Kaltstart Positionsermittlung. <tb>Fig. 15<sep>eine perspektivische Ansicht eines Kit Encoders mit Motor; <tb>Fig. 16<sep>eine Rück- und Seitenansicht des Gehäuses mit horizontalem Kabel; <tb>Fig. 17<sep>eine Schnittdarstellung des Gehäuses des Kit Encoders <tb>Fig. 18<sep>eine bevorzugte Ausbildung der Wellenaufnahme.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing and an embodiment. It shows: <Tb> FIG. 1 <sep> Schematic and perspective view of the basic structure of an encoder consisting of a sensor head according to the invention and a physical scale spaced from the sensor head; <Tb> FIG. 2 <sep> schematically the structure of the sensor head consisting of glass substrate with sensor areas formed thereon, a carrier plate and an evaluation unit, which are each connected to one another in the flip-chip mounting method; <Tb> FIG. 3 <sep> the individual process steps for producing the sensor areas and contacting them; <Tb> FIG. 4 <sep> the individual process steps for the design of the light source; <Tb> FIG. 5 <sep> Schematically the assembly of the components on a wafer substrate; <Tb> FIG. 6 <sep> On average, a practical embodiment of an arranged in a housing encoder for small engines; <Tb> FIG. 7 Schematically, how, in a relative movement of the receiver element and the physical scale, the light intensities registered by the receiver element are converted into an analog signal and subsequently into a digital signal for the position determination; <Tb> FIG. Fig. 8 schematically illustrates the generation of an index signal by means of a single optical element and two receiver elements; <Tb> FIG. Fig. 9 schematically shows the generation of a position signal by means of two different optical elements, which are strung together according to a Manchester code, and two receiver elements; <Tb> FIG. FIG. 10 shows a plan view of a first exemplary embodiment of a sensor head according to the invention having a plurality of receiver elements with an incremental and an index track. FIG. <Tb> FIG. 11 <sep> is a plan view of a second embodiment of a sensor head according to the invention, in which the receiver elements are electrically connected by means of a separate conductor track; <Tb> FIG. 12 <sep> An embodiment of the invention with a light source having an LED disposed behind a shutter, the shutter substantially determining the dimensions of the light source; <Tb> FIG. 13 <sep> A circuit for optimum assignment of the index signal Zg formed by the scale embodiment; <Tb> FIG. 14 <sep> An embodiment of an absolute encoder with cold start position determination. <Tb> FIG. 15 <sep> is a perspective view of a kit encoder with motor; <Tb> FIG. 16 <sep> a back and side view of the housing with horizontal cable; <Tb> FIG. 17 <sep> is a sectional view of the housing of the kit encoder <Tb> FIG. 18 <sep> a preferred embodiment of the wave recording.

[0016] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen Encoder 10 umfassend einen Sensorkopf 11 und eine Massverkörperung 13, die relativ zum Sensorkopf 11 in einer Richtung 15 bewegbar ist. Unter Massverkörperung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Masseinteilung oder Skala verstanden, welche auf einem Support oder Träger aufgebracht und geeignet ist, einen Lichtstrahl zu reflektieren und modulieren, wenn die Massverkörperung relativ zum Sensorkopf bewegt wird. Eine solche Massverkörperung kann die Gestalt einer kreisrunden Codescheibe oder eines länglichen Balkens besitzen. Die Massverkörperung selbst besitzt eine Teilung, wobei jede Teilung per Definition geeignet ist, einen Lichtstrahl zu modulieren, wenn die Teilung durch den Lichtstrahl bewegt wird. Bekannt sind beispielsweise Strukturen, bei denen beispielsweise eine Hälfte der Teilung durchsichtig und die andere Hälfte opak ist. Vorteilhafterweise ist jede Teilung durch ein reflektives optisches Element repräsentiert, welches geeignet ist, einen Lichtstrahl zu bündeln (z.B. Hohlzylinder, Hohlspiegel). Denkbar ist jedoch auch der Einsatz von Gitterstrukturen, wobei deren Effizienz in der Lichtverarbeitung allerdings kleiner wäre als die von Spiegeln, durch welche der Lichtstrahl gebeugt wird. Fig. 1 shows an inventive encoder 10 comprising a sensor head 11 and a dimensional scale 13 which is movable relative to the sensor head 11 in a direction 15. Mass standardization in the context of the present invention is understood to mean a mass graduation or scale which is applied to a support or carrier and is suitable for reflecting and modulating a light beam when the material measure is moved relative to the sensor head. Such a dimensional embodiment may have the shape of a circular code disk or an elongated beam. The graduation itself has a pitch, each pitch being, by definition, capable of modulating a beam of light as the pitch is moved by the beam of light. Structures are known in which, for example, one half of the graduation is transparent and the other half is opaque. Advantageously, each division is represented by a reflective optical element suitable for focusing a light beam (e.g., hollow cylinder, concave mirror). However, it is also conceivable to use lattice structures, although their efficiency in light processing would be smaller than that of mirrors, by means of which the light beam is diffracted.

[0017] Der gezeigte Sensorkopf 11 besteht im Wesentlichen aus einer Trägerplatte 17 und einem transparenten Substrat 19, auf dessen Rückseite, d.h. jener Seite, welche der Trägerplatte 17 zugewandt ist, eine Lichtquelle 21 und Lichtempfängerelemente 23 angeordnet sind. Die Lichtquelle 21 sendet einen Lichtstrahl aus, dessen Hauptachse mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet ist. Vorzugsweise wird eine Lichtquelle verwendet, welche Licht im sichtbaren Bereich ausstrahlt. Für ein besseres Lichtsignal mit einer kleineren Beugung ist Licht mit einer Wellenlänge unterhalb von 460 nm vorteilhaft. Die Massverkörperung 13 enthält mindestens eine erste Spur 25 mit ersten optischen Elementen 27, welche mit einem ersten Sensorbereich 29 der Massverkörperung 13 zusammenwirkt. Neben der ersten Spur 25 ist gemäss dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine zweite Spur 31 mit wenigstens einem einzelnen optischen Element 33 vorgesehen. Diese zweite Spur 31 wirkt mit einem zweiten Sensorbereich 35 des Sensorkopfes 11 zusammen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die optischen Elemente 27 der Massverkörperung in einer Ebene angeordnet, welche im Wesentlichen parallel zu den Flachseiten 37 des Substrats ist. Dabei ist die Massverkörperung 13 so relativ zum Substrat 19 angeordnet, dass die Spuren 25, 31 jeweils in einer zur Achse 22 des Lichtstrahls parallelen Richtung mit den Sensorbereichen 29, 35 übereinstimmen. The sensor head 11 shown consists essentially of a support plate 17 and a transparent substrate 19, on the back side, i. that side, which faces the support plate 17, a light source 21 and light receiving elements 23 are arranged. The light source 21 emits a light beam whose major axis is designated by the reference numeral 22. Preferably, a light source is used which emits light in the visible range. For a better light signal with a smaller diffraction light with a wavelength below 460 nm is advantageous. The material measure 13 includes at least one first track 25 with first optical elements 27, which interacts with a first sensor area 29 of the material measure 13. In addition to the first track 25, according to the exemplary embodiment shown, a second track 31 with at least one individual optical element 33 is provided. This second track 31 cooperates with a second sensor area 35 of the sensor head 11. As can be seen from FIG. 1, the optical elements 27 of the graduation are arranged in a plane which is substantially parallel to the flat sides 37 of the substrate. In this case, the material measure 13 is arranged relative to the substrate 19 in such a way that the tracks 25, 31 in each case coincide with the sensor regions 29, 35 in a direction parallel to the axis 22 of the light beam.

[0018] Die optischen Elemente 27, 33 sind als fokussierende Linsen oder Spiegel ausgebildet, welche auftreffendes Licht jeweils gebündelt auf den Sensorkopf 11 zurückwerfen. Gemäss dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzen die optischen Elemente 27, 33 die Gestalt eines kreisförmigen Halbzylinders. Dabei dient die erste Spur 25 der Erzeugung eines inkrementalen Positionssignals, und die zweite Spur 31 der Erzeugung eines Index-Signals, wie dies weiter unten noch näher beschrieben wird (Beschreibung zu den Fig. 7und 8). The optical elements 27, 33 are formed as focussing lenses or mirrors, which collide incident light in each case focused on the sensor head 11. According to the embodiment shown, the optical elements 27, 33 have the shape of a circular half-cylinder. Here, the first track 25 serves to generate an incremental position signal, and the second track 31 to generate an index signal, as will be described in more detail below (description of FIGS. 7 and 8).

[0019] Die Stellung der Massverkörperung relativ zum Sensorkopf ist üblicherweise mit einer Montagetoleranz behaftet, welche die Güte und Zuverlässigkeit des Messsignals direkt beeinflusst. Bei Montagetoleranz null sind die Flachseiten 37 des Substrats 19 parallel zu einer durch die Massverkörperung 13 gehenden Ebene, und die Bewegungsrichtung 15 (= Tangente an eine Kreisbahn im Falle einer auf einer Kreisscheibe vorgesehenen Massverkörperung) verläuft rechtwinklig zu einer Längsmittelachse 39, welche die Sensorbereiche 29,35 und die Lichtquelle 21 jeweils in zwei Abschnitte teilt. Abweichungen von der genauen relativen Ausrichtung von Massverkörperung 13 und Substrat 19, welche in Fig. 1durch Pfeil 41 angedeutet sind, können die Positionssignale aus den beiden Spuren 25 und 31 gegeneinander verschieben (siehe weiter unten Beschreibung zu Fig. 10). Bei null Toleranz wird die Mittellinie 43 der Massverkörperung im Wesentlichen parallel zu einer durch das Zentrum der Lichtquelle 21 gehenden Achse 45 verlaufen, sofern die Sensorbereiche 29,35 symmetrisch zum Zentrum der Lichtquelle angeordnet sind. Bei null Toleranz des Abstands zwischen Massverkörperung 13 und Sensorkopf 11 ist der Nennabstand vor allem durch die Ausführung der optischen Elemente 27,33 der Massverkörperung 13 bestimmt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind fokussierende optische Elemente und insbesondere dreidimensionale (3D-)Reflektoren besonders bevorzugt, weil diese bezüglich einer Variation des Achsabstandes zwischen Massverkörperung 13 und Substrat 19 besonders tolerant sind. The position of the material measure relative to the sensor head is usually associated with a mounting tolerance, which directly affects the quality and reliability of the measurement signal. At assembly tolerance zero, the flat sides 37 of the substrate 19 are parallel to a plane passing through the scale 13, and the direction of movement 15 (= tangent to a circular path in the case of a provided on a circular scale) is perpendicular to a longitudinal central axis 39, which the sensor areas 29th , 35 and divides the light source 21 into two sections, respectively. Deviations from the exact relative orientation of the scale body 13 and substrate 19, which are indicated in Fig. 1 by arrow 41, the position signals from the two tracks 25 and 31 against each move (see below description of Fig. 10). At zero tolerance, the center line 43 of the scale embodiment will be substantially parallel to an axis 45 passing through the center of the light source 21, provided that the sensor areas 29, 35 are arranged symmetrically to the center of the light source. At zero tolerance of the distance between the material measure 13 and the sensor head 11, the nominal distance is determined primarily by the design of the optical elements 27, 33 of the material measure 13. In the context of the present invention, focusing optical elements and in particular three-dimensional (3D) reflectors are particularly preferred because they are particularly tolerant with respect to a variation of the center distance between the graduated body 13 and the substrate 19.

[0020] Der erfindungsgemässe Sensorkopf 11 gemäss Fig. 2 umfasst das Substrat 19 mit den ersten und zweiten Sensorbereichen 29,35, die Trägerplatte 17 und eine auf der Trägerplatte 17 aufgebrachte Auswerteeinheit 47. Substrat 19, Trägerplatte 17 und Auswerteeinheit 47 sind mittels Klebstoff und Underfill mechanisch fest miteinander verbunden und gegenüber der Umgebung abgedichtet. Die Lichtquelle 21 ist vorzugsweise eine LED, die hinter einer Blende angeordnet ist, welche die Abmessung der Lichtquelle definiert. Von Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist, dass die Sensorbereiche 29,35 in einem mehrstufigen Dünnschichtprozess direkt auf dem Substrat abgeschieden sind, durch welchen die Sensoren und die Blende in einem mehrstufigen Ätzverfahren 49 ausgebildet werden. Dieses Herstellverfahren hat den Vorteil, dass die Relation zwischen Blende 49 und Sensorbereichen 29,35 sehr präzis festgelegt werden kann, so dass diese in einer Ätzstufe gemäss Fig. 3bund Fig. 4bausgebildet werden können. The inventive sensor head 11 according to FIG. 2 comprises the substrate 19 with the first and second sensor regions 29,35, the support plate 17 and an applied on the support plate 17 evaluation 47. Substrate 19, support plate 17 and evaluation 47 are by means of adhesive and Underfill mechanically firmly connected and sealed from the environment. The light source 21 is preferably an LED located behind a shutter which defines the dimension of the light source. Of importance for the present invention is that the sensor regions 29, 35 are deposited directly on the substrate in a multi-stage thin-film process, by means of which the sensors and the diaphragm are formed in a multi-stage etching process 49. This production method has the advantage that the relation between diaphragm 49 and sensor regions 29, 35 can be determined very precisely, so that these can be formed in an etching stage according to FIGS. 3 b and 4 b.

[0021] Die elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten Sensorbereichen 29,35 und der Trägerplatte 17 geschieht vorzugsweise mittels Flip-Chip-Montage. Damit die wärmeempfindlichen Sensorbereiche 29,35 während des Herstellungsprozesses nicht beschädigt werden können - was der Fall sein könnte, wenn «bumps»’ aus Lot eingesetzt würden - werden für die elektrische Kontaktierung sogenannte «stud bumps» oder mit Ultraschall angebrachte Goldkugeln 53 auf dem aus Aluminium gebildeten obersten Sensorbereich 51 (Fig. 3a) aufgebracht. Auf der Trägerplatte 17 wiederum sind Leiterbahnen 55 vorgesehen. Oberhalb dieser Leiterbahnen 55 wird ein Film 57 angebracht, welcher an der Stelle der geplanten elektrischen Verbindung Aussparungen 59 aufweist, die vor der Montage mit Leitklebstoff 54 gefüllt werden (Fig. 3e). Mittels Flip-Chip-Montage können nun Substrat 19 und Trägerplatte 17 miteinander verbunden werden. In der nicht-leitenden Schicht 57 sind an den vorgesehenen Kontaktstellen Aussparungen 59 vorhanden. Als Filmbildner eignen sich unterschiedliche Kunststoffe wie z.B. Epoxyharze. Nach dem Verbinden wird dann der Zwischenraum zwischen Trägerplatte 17 und Glassubstrat 19 mit einem sogenannten «Underfill» 61 ausgefüllt. The electrical connection between the first and second sensor regions 29,35 and the support plate 17 is preferably done by means of flip-chip mounting. So that the heat-sensitive sensor areas 29,35 can not be damaged during the manufacturing process - which could be the case if "bumps" made of solder would be - for the electrical contact so-called "stud bumps" or ultrasonically mounted gold balls 53 on the off Aluminum formed top sensor portion 51 (Fig. 3a) applied. In turn, conductor tracks 55 are provided on the carrier plate 17. Above these tracks 55, a film 57 is attached, which at the location of the planned electrical connection recesses 59, which are filled prior to assembly with conductive adhesive 54 (Fig. 3e). By means of flip-chip mounting, substrate 19 and carrier plate 17 can now be connected to one another. In the non-conductive layer 57 recesses 59 are provided at the intended contact points. Suitable film formers are various plastics, such as e.g. Epoxy resins. After joining, the gap between the carrier plate 17 and the glass substrate 19 is then filled with a so-called "underfill" 61.

[0022] Auf der Rückseite 63 der Trägerplatte 17 ist die Auswerteschaltung 47, z.B. ein AS1C, angeordnet. Die Verbindung der Auswerteschaltung 47 mit der Trägerplatte 17 kann ebenfalls durch Flip-Chip-Montage analog der Verbindung zwischen dem Glassubstrat 19 und der Trägerplatte 17 erfolgen. Zu diesem Zweck sind auf der Rückseite 63 Leiterbahnen 64 und eine nicht-leitende Schicht 65 mit Aussparungen 67 aufgebracht. Die Aussparungen 67 stimmen dabei mit den zu kontaktierenden Punkten der Auswerteschaltung 47 überein. In diese wird vor dem Zusammenfügen der Trägerplatte 17 mit der Auswerteschaltung 47 ein elektrisch leitender Kleber eingefüllt. Die Durchkontaktierung von der Vorder- zur Rückseite erfolgt mittels Durchbrüchen 69 in der Trägerplatte 17, welche mit einem leitenden Material, z.B. einem Lot oder einem elektrisch leitenden Kleber, gefüllt sind. On the back 63 of the support plate 17 is the evaluation circuit 47, e.g. an AS1C, arranged. The connection of the evaluation circuit 47 with the support plate 17 can also be done by flip-chip mounting analogous to the connection between the glass substrate 19 and the support plate 17. For this purpose, 63 printed conductors 64 and a non-conductive layer 65 are applied with recesses 67 on the back. The recesses 67 coincide with the points of the evaluation circuit 47 to be contacted. In this, an electrically conductive adhesive is filled before the assembly of the support plate 17 with the evaluation circuit 47. The via from the front to the back is by means of apertures 69 in the support plate 17 which are connected to a conductive material, e.g. a solder or an electrically conductive adhesive are filled.

[0023] Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist in einer Ausnehmung 71 der Trägerplatte 17 die Lichtquelle 21, z.B. eine LED, aufgenommen. Ein Distanzelement 75 hält die Lichtquelle 21 in Abstand vom Glassubstrat 19, sodass zwischen der Blende 49 ein Luftspalt 77 vorgesehen ist. Der Luftspalt dient dazu, die im Substrat 19 vorhandene innere Reflexion zu reduzieren, und damit eine bessere Nutzung der Lichtenergie zu erreichen. Die Rückseite der LED Lichtquelle 21 kann mittels eines elektrisch leitenden Klebers 79 kontaktiert sein. As is apparent from Fig. 2, in a recess 71 of the support plate 17, the light source 21, e.g. an LED, recorded. A spacer element 75 keeps the light source 21 at a distance from the glass substrate 19, so that between the aperture 49, an air gap 77 is provided. The air gap serves to reduce the internal reflection present in the substrate 19, and thus to achieve a better utilization of the light energy. The rear side of the LED light source 21 can be contacted by means of an electrically conductive adhesive 79.

[0024] Von Bedeutung für die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Art der Herstellung der Sensorbereich und der Blende 49 in Dünnschichttechnologie. Dabei werden in einem ersten Schritt alle Schichten, die für den Aufbau der Sensorbereiche nötig sind, grossflächig auf ein transparentes Substrat, vorzugsweise ein Glassubstrat, abgeschieden (Fig. 3a). Die Glassubstrat grosse wird so gewählt, dass eine Vielzahl von > 200, vorzugsweise > 2000 und besonders bevorzugt >10 000 Sensoranordnungen gleichzeitig hergestellt werden können. Die Auswahl der Substratgrösse erfolgt dabei in Abhängigkeit der vorhandenen Beschichtungsvorrichtung. Of importance for the application of the present invention is in particular the manner of manufacturing the sensor area and the aperture 49 in thin-film technology. In a first step, all layers which are necessary for the construction of the sensor regions are deposited over a large area onto a transparent substrate, preferably a glass substrate (FIG. 3 a). The large glass substrate is chosen so that a multiplicity of> 200, preferably> 2000 and particularly preferably> 10 000 sensor arrangements can be produced simultaneously. The selection of the substrate size is carried out depending on the existing coating device.

[0025] Bei der Herstellung der Lichtempfänger werden auf dem Glassubstrat 13 vorzugsweise folgende Schichten nacheinander aufgebracht (Fig. 3a), was vorzugsweise den Aufbau einer PIN-Diode ergibt: <tb>1.<sep>eine leitende transparente Schicht 81, vorzugsweise eine TCO (= Transparent Conducting Oxide’) Schicht, mit einer Schichtdicke zwischen 10 und 100 nm, vorzugsweise 20 und 70 nm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 50 nm. <tb>2.<sep>eine erste n- oder p+ dotierte Schicht 83 mit einer Schichtdicke zwischen 10 und 80 nm, vorzugsweise 20 und 70 nm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 50 nm. <tb>3.<sep>eine intrinsische (intrisic) Schicht 85 mit einer Schichtdicke zwischen 100 und 1500 nm, vorzugsweise 200 und 1000 nm und besonders bevorzugt zwischen 400 und 800 nm. <tb>4.<sep>eine zweite p+ oder n- dotierte Schicht 87 mit einer Schichtdicke zwischen 10 und 80 nm, vorzugsweise 20 und 70 nm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 50 nm und <tb>5.<sep>eine leitende Oberschicht 51 mit einer Schichtdicke zwischen 200 und 2000 nm, vorzugsweise 500 und 1500 nm und besonders bevorzugt zwischen 700 und 1200 nm.In the production of the light receiver, the following layers are preferably applied successively on the glass substrate 13 (FIG. 3 a), which preferably results in the construction of a PIN diode: <tb> 1. <sep> a conductive transparent layer 81, preferably a TCO (= Transparent Conducting Oxide ') layer, with a layer thickness between 10 and 100 nm, preferably 20 and 70 nm and particularly preferably between 25 and 50 nm. <tb> 2. <sep> a first n- or p + doped layer 83 with a layer thickness between 10 and 80 nm, preferably 20 and 70 nm and particularly preferably between 25 and 50 nm. <tb> 3. <sep> an intrinsic (intrisic) layer 85 with a layer thickness between 100 and 1500 nm, preferably 200 and 1000 nm and particularly preferably between 400 and 800 nm. <tb> 4. <sep> a second p + or n-doped layer 87 with a layer thickness between 10 and 80 nm, preferably 20 and 70 nm and particularly preferably between 25 and 50 nm and <tb> 5. <sep> a conductive upper layer 51 having a layer thickness between 200 and 2000 nm, preferably 500 and 1500 nm, and more preferably between 700 and 1200 nm.

[0026] Die Abscheidung der verschiedenen Schichten erfolgt vorzugsweise mittels eines CVD (chemical vapor deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) oder weiterer ähnlicher, abgewandelter Prozesse wie VHFCVD oder HWCWD statt, d.h. einer plasmaunterstützten chemische Gasphasenabscheidung von vorzugsweise Silan, um eine aSi:h (amorphes Silizium) intrisische Schicht zu erzeugen. Für die Dotierung der Schichten werden dem Silan weitere Gase zugemischt, die die Metalle Germanium (GeH) und/oder Bor (B,H) enthalten. The deposition of the various layers is preferably carried out by means of a CVD (chemical vapor deposition), PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) or other similar modified processes such as VHFCVD or HWCWD instead, i. E. a plasma enhanced chemical vapor deposition of preferably silane to produce an aSi: h (amorphous silicon) intrinsic layer. For the doping of the layers further gases are added to the silane containing the metals germanium (GeH) and / or boron (B, H).

[0027] Nachdem das Glassubstrat mit den oben genannten Schichten beschichtet ist, wird die Form und Ausdehnung der Lichtempfängerelemente und der Lichtquelle definiert, indem ein Photoresist auf die oberste Schicht 51 aufgebracht, mit einer Maske mit UV belichtet wird und entweder die unbelichtete oder die belichtete Bereichen abgelöst werden. Danach kann in einem ersten Ätzschritt, vorzugsweise mittels lonenstrahlätzen («ion beam etching») an jenen Stellen, wo der Resist abgelöst ist, die leitende Deckschicht 51, die zweite dotierte Schicht 87 und vorzugsweise ein Teil der amorphen Siliziumschicht 85 entfernt. Dadurch ist die Struktur der Lichtempfänger bereits gebildet (Fig. 3b). Anstelle des amorphen Siliziums könnten auch ähnliche Materialen eingesetzt werden, die vorzugsweise für die Bildung einer PIN-diode einsetzbar sind. After the glass substrate is coated with the above-mentioned layers, the shape and extent of the light-receiving elements and the light source is defined by applying a photoresist to the uppermost layer 51, exposing it to a mask with UV, and exposing either the unexposed or the exposed one Areas are replaced. Thereafter, in a first etching step, preferably by means of ion beam etching, the conductive covering layer 51, the second doped layer 87 and preferably a part of the amorphous silicon layer 85 are removed at those locations where the resist is detached. As a result, the structure of the light receiver is already formed (FIG. 3b). Instead of the amorphous silicon and similar materials could be used, which are preferably used for the formation of a PIN diode.

[0028] Danach wird in einem weiteren Schritt an bestimmten Stellen die TCO-Schicht freigelegt, indem die amorphe Siliziumschicht 85 und die erste dotierte Schicht 83 im Wesentlichen in einem zweiten Ätzschritt (lonenstrahlätzen und/oder «reactive Ion Beam Etching» (RIE), oder abgewandelte Verfahren) vollständig weggeätzt werden (Fig. 3c). Die Vorgehensweise kann analog dem ersten Ätzprozess sein, d.h. die nicht zu bearbeitenden Stellen werden zuerst maskiert und dann die nicht-maskierten Stellen bearbeitet werden. Diese Verfahrensschritte sind dem Fachmann bestens bekannt, sodass an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht. Die freigelegten Stellen bilden nach dem Entfernen der amorphen Siliziumschicht die eine elektrische Kontaktstelle 89 des Lichtempfängers. Die andere Kontaktstelle 91 ist durch die leitende Deckschicht 51 gebildet. Thereafter, in a further step, the TCO layer is exposed at certain points, in which the amorphous silicon layer 85 and the first doped layer 83 essentially in a second etching step (ion beam etching and / or "reactive Ion Beam Etching" (RIE), or modified methods) are completely etched away (Figure 3c). The procedure may be analogous to the first etching process, i. the points not to be edited are masked first and then the non-masked points are edited. These process steps are well known to those skilled in the art, so that it need not be discussed in more detail at this point. The exposed areas form after removal of the amorphous silicon layer, the one electrical contact point 89 of the light receiver. The other contact point 91 is formed by the conductive cover layer 51.

[0029] Anschliessend wird der Sensorbereich vorzugsweise mit einer Schutzschicht 93, vorzugsweise einer SiO2 - Schicht beschichtet (Fig. 3d). Dabei werden die Kontaktstellen 89,91 jeweils durch Ätzen oder im Lift-Off - Verfahren ausgespart. Es sei noch daraufhingewiesen, dass die Fig. 3und 4 ausschliesslich der Veranschaulichung des Herstellungsprozesses dienen und dass die gezeigten Schichtdicken nicht mit den tatsächlichen Schichtdicken übereinstimmen. Subsequently, the sensor region is preferably coated with a protective layer 93, preferably an SiO 2 layer (FIG. 3d). In this case, the contact points 89,91 are each left by etching or in the lift-off - method. It should be pointed out that FIGS. 3 and 4 serve exclusively to illustrate the production process and that the layer thicknesses shown do not coincide with the actual layer thicknesses.

[0030] Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, kann die in diesem Ausführungsbeispiel zur Ausbildung der Lichtquelle eingesetzte Blende mittels den gleichen Verfahrensschritten, wie sie für die Herstellung der Lichtempfängerstrukturen und der Kontakte verwendet werden, hergestellt werden. Dabei wird im zweiten Ätzschritt (Fig. 4c) die Blende 49 ausgebildet, indem eine bereits im ersten Ätzprozess angeätzte Stelle noch einmal geätzt wird. As is apparent from Fig. 4, the aperture used in this embodiment for forming the light source by means of the same process steps as used for the preparation of the light receiving structures and the contacts, can be prepared. In this case, in the second etching step (FIG. 4c), the diaphragm 49 is formed by once again etching a point etched in the first etching process.

[0031] Die LED kann auf die oberste Schicht 51 aufgeklebt werden, indem sie auf einen Abstandshalter 75 aufgelegt wird (s.a. Fig. 12). Der Distanzhalter 75 sorgt für einen definierten Spalt zwischen dem Substrat 19 und der Lichtquelle 21. Damit wird (in zuverlässiger Weise) eine Kavität für den Klebstoff 79 definiert. The LED may be adhered to the uppermost layer 51 by placing it on a spacer 75 (see Fig. 12). The spacer 75 provides a defined gap between the substrate 19 and the light source 21. This defines (reliably) a cavity for the adhesive 79.

[0032] Zuletzt werden die Sensorbereiche mit der Trägerplatte 17 mittels Flip-Chip-Montage miteinander elektrisch verbunden. Im gleichen Verfahrensschritt wird auch die Vorderseite der Lichtquelle mit der Metallschicht 51, in welcher nicht näher gezeigte Leiterbahnen ausgebildet sind, kontaktiert (Kontaktstelle 95). Finally, the sensor areas are electrically connected to the support plate 17 by means of flip-chip mounting. In the same method step, the front side of the light source is also contacted with the metal layer 51 in which printed conductors not shown in detail are formed (contact point 95).

[0033] Fig. 5 zeigt eine Anordnung einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Sensorköpfen auf einer grossen Trägerplatte 4,97 in Form eines Wafers. Die Abbildung zeigt die Sensorköpfe 11, die mittels Flip-Chip-Montage auf dem Trägermaterial 97 befestigt sind. Das Trägermaterial ist eine Platte aus elektrisch nicht leitendem Material, auf welcher in einem vorgängigen Beschichtungsprozess sowohl auf der Vorder- wie auch Rückseite Leiterbahnen für die Kontaktierung einer Vielzahl von Lichtempfängern 11 und Auswerteschaltungen 47 aufgebracht sind. Dabei können die Lichtquellen 21 vorgängig entweder direkt auf das Glassubstrat 19 aufgebracht, z.B. durch Kleben, oder in einer Ausnehmung des Trägermaterials 97 integriert werden. Anschliessend kann die Rückseite des Trägermaterials 97 mit den Auswerteschaltungen 47 bestückt werden. Die Montage der Auswerteschaltung 47 kann ebenfalls im Flip-Chip-Verfahren erfolgen. Dabei können das Substrat 19 mit den Lichtempfängerelementen 23 und die Auswerteschaltung 47 gleichzeitig mit der Trägerplatte 17 verbunden werden. Wenn die Sensorköpfe 11 mit den Auswerteschaltungen 47 kontaktiert sind, kann die Encoderfunktion bereits getestet werden. Dies kann in einem automatisierten Prozess erfolgen. Erst danach wird das Trägermaterial zersägt. Fig. 5 shows an arrangement of a plurality of juxtaposed sensor heads on a large support plate 4.97 in the form of a wafer. The figure shows the sensor heads 11 which are mounted on the carrier material 97 by means of flip-chip mounting. The carrier material is a plate made of electrically nonconductive material, on which, in a preceding coating process, printed conductors for contacting a multiplicity of light receivers 11 and evaluation circuits 47 are applied both on the front and rear side. Incidentally, the light sources 21 may be previously applied either directly to the glass substrate 19, e.g. be integrated by gluing, or in a recess of the carrier material 97. Subsequently, the rear side of the carrier material 97 can be equipped with the evaluation circuits 47. The assembly of the evaluation circuit 47 can also be done in the flip-chip method. In this case, the substrate 19 can be connected to the light receiver elements 23 and the evaluation circuit 47 simultaneously with the carrier plate 17. If the sensor heads 11 are contacted with the evaluation circuits 47, the encoder function can already be tested. This can be done in an automated process. Only then is the carrier material sawed.

[0034] An einer Seitenkante des Trägermaterials 97 sind zwei Einbuchtungen 99 vorgesehen, in welche Stifte 101 eines Werkzeuges eingreifen können. Mit Hilfe der Einbuchtungen 99 und entsprechenden Werkzeugen kann das Trägermaterial 97 während den diversen Prozessschritten genau ausgerichtet werden. Dies erlaubt eine kostengünstige Fertigung. On one side edge of the carrier material 97, two indentations 99 are provided, in which pins 101 of a tool can engage. With the help of the indentations 99 and corresponding tools, the carrier material 97 can be precisely aligned during the various process steps. This allows a cost-effective production.

[0035] In Fig. 6 ist ein Beispiel für einen Miniaturmotor gezeigt, wo dank der kompakten Ausführung des Sensorkopfes ein hochwertiger Sensor angebaut ist. Sollte die Massverkörperung einer Absolutspur gemäss Fig. 8 und eine Inkrementalspur gemäss Fig. 6vorhanden sein, lässt sich in gleichen Bauvolumen und gleicher Konstruktion ein Absolutgeber bauen. In diesem Fall braucht es eine Bewegung von weniger als etwa 2°, damit die absolute Position ermittelt oder auf der Massverkörperung mittels des Sensorkopfes abgelesen werden kann. Mit Encodern des aktuellen Stands der Technik (mit einer Index-Marke) ist eine Winkelbewegung von bis zu 360° erforderlich, damit ein absoluter Referenzpunkt gefunden werden kann. In Fig. 6, an example of a miniature motor is shown, where thanks to the compact design of the sensor head, a high quality sensor is grown. Should the dimensional standard of an absolute track according to FIG. 8 and an incremental track according to FIG. 6 be present, an absolute encoder can be constructed in the same construction volume and the same construction. In this case, it takes a movement of less than about 2 °, so that the absolute position can be determined or read on the scale by means of the sensor head. With current state-of-the-art encoders (with an index mark), an angular movement of up to 360 degrees is required to find an absolute reference point.

[0036] Fig. 6 zeigt einen Encoder 10 mit einem Sensorkopf 11 sowie einer Codescheibe 155, auf deren Oberfläche eine Massverkörperung (nicht gezeigt) angeordnet ist. Die Codescheibe 155 ist mit einer Welle 157 verbunden und dadurch drehbar. Der Sensorkopf 11 und die aus optischen Elementen (nicht gezeigt) gebildete Massverkörperung wirken zur Erzeugung eines Signals zusammen. Dazu weist der Sensorkopf 11 in dieser Ausgestaltungsform eine Lichtquelle 21 auf, welche Licht in Richtung der Massverkörperung aussendet. Die optischen Elemente der Massverkörperung sind auf der dem Sensorkopf 11 zugewandten Seite der Codescheibe 155 angeordnet. Sie werfen das von der Lichtquelle 21 kommende Licht in gebündelter Form zurück auf den Sensorkopf 11, wo es von den Lichtempfängerelementen (nicht gezeigt) registriert wird. Natürlich kann die Lichtquelle auch auf der anderen Seite der Codescheibe 155 angeordnet sein und das Licht durch die optischen Elemente zum Sensorkopf 11 senden. Die gezeigte Lösung, bei der der Sensorkopf 11 sowohl eine oder mehrere Lichtquellen als auch ein oder mehrere Lichtempfängerelemente aufweist, ist jedoch bevorzugt. Für eine korrekte Ausbildung der Positionssignale müssen die Lichtempfängerelemente in einer definierten Position relativ zu den optischen Elementen angeordnet sein. Anstatt, wie aus dem Stand der Technik bekannt, durch ein Werkzeug und/oder eine optische Vorrichtung direkt die Position der Lichtempfängerelemente relativ zur Massverkörperung oder zum Gehäuse anzupassen, wird dies beim gezeigten Encoder 10 indirekt durch eine Abstimmung der Abmessungen der einzelnen Vorrichtungsteile aufeinander erreicht. Der Sensorkopfhalter 141 weist ein erstes Strukturelement in Form einer Öffnung 149 auf, in welche ein Teil des Sensorkopfs 11 passgenau eingesetzt werden kann, wodurch sich eine formschlüssige Verbindung ergibt. Bei diesem Teil des Sensorkopfs 11 handelt es sich mit Vorteil um ein transparentes Substrat 19, auf welches die Lichtempfängerelemente vorzugsweise per Dünnschichtverfahren aufgebracht sind. Bei solchen Verfahren wird eine Vielzahl von Lichtempfängerelementen auf eine Substratplatte aufgebracht, welche anschliessend in (kleinere) Substrate 19 zerschnitten wird. Eine solche Bauform des Sensorkopfs 11 ermöglicht es, dass die Lage der Lichtempfängerelemente relativ zu den Rändern der Substrate durch das genaue Schneiden der Substratplatte bestimmt wird. Der Rand 151 des Substrats 19 kann formschlüssig mit der genannten Öffnung 149 im Sensorkopfhalter 141 zusammenwirken. Die Öffnung 149 ist relativ zu einem zweiten Strukturelement, bei welchem es sich hier um den Rand 153 des Sensorkopfhalters 141 handelt, genau positioniert. Der Rand 153 des Sensorkopfhalters 141 wirkt formschlüssig mit der Innenwand des Gehäuses 143 zusammen, wobei das Gehäuse 143 wiederum in einer definierten Position relativ zur Massverkörperung angeordnet ist. Das heisst, die Position des Sensorkopfs 11 bzw. des Substrats 19 und somit auch die Position der Lichtempfängerelemente relativ zu den optischen Elementen auf der Massverkörperung wird indirekt über mehrere, in ihren Abmessungen aufeinander abgestimmte Vorrichtungsteile festgelegt. Der Vorteil besteht darin, dass eine mechanische Justierung beim Zusammenbau entfällt. Der Sensorkopfhalter 141 wirkt also gleichsam als Adapter. In Bezug auf die genannten Abmessungen bzw. die definierten Positionen sind mit Vorteil Abweichungen von weniger als 0.2 mm, vorzugsweise weniger als 0.05 mm gewährleistet, was für eine korrekte Funktion der Messvorrichtung im Allgemeinen ausreicht. Das Gehäuse 143 ist durch einen Deckel 145 verschlossen, welcher gegen den Sensorkopfhalter 141 drückt und diesen so im Gehäuse 143 fixiert. Das Gehäuse 143 weist vorzugsweise zwischen Deckel 145 und Gehäuse 143 eine Öffnung auf, durch welche eine Kontaktierung des Sensorkopfs 11 z.B. mittels Kabel 159, vorzugsweise mittels eines Flexkabels, erfolgen kann. Durch diese Anordnung wird eine einfache Montage des Sensorkopfes gewährleistet. Fig. 6 shows an encoder 10 with a sensor head 11 and a code disk 155, on the surface of a dimensional scale (not shown) is arranged. The code disk 155 is connected to a shaft 157 and thereby rotatable. The sensor head 11 and the dimensional unit formed of optical elements (not shown) cooperate to generate a signal. For this purpose, the sensor head 11 in this embodiment, a light source 21, which emits light in the direction of the scale. The optical elements of the material measure are arranged on the sensor head 11 facing side of the code disk 155. They throw the light coming from the light source 21 in bundled form back onto the sensor head 11, where it is registered by the light receiving elements (not shown). Of course, the light source may also be disposed on the other side of the code disk 155 and transmit the light through the optical elements to the sensor head 11. However, the solution shown, in which the sensor head 11 has both one or more light sources and one or more light-receiving elements, is preferred. For a correct formation of the position signals, the light receiver elements must be arranged in a defined position relative to the optical elements. Instead, as known from the prior art, by means of a tool and / or an optical device directly adjust the position of the light receiving elements relative to the scale or the housing, this is indirectly achieved in the illustrated encoder 10 by matching the dimensions of the individual device parts. The sensor head holder 141 has a first structural element in the form of an opening 149 into which a part of the sensor head 11 can be inserted accurately, resulting in a positive connection. Advantageously, this part of the sensor head 11 is a transparent substrate 19 to which the light receiver elements are preferably applied by thin-film method. In such methods, a plurality of light-receiving elements is applied to a substrate plate, which is then cut into (smaller) substrates 19. Such a configuration of the sensor head 11 enables the position of the light receiving elements relative to the edges of the substrates to be determined by accurately cutting the substrate plate. The edge 151 of the substrate 19 can cooperate positively with said opening 149 in the sensor head holder 141. The opening 149 is precisely positioned relative to a second structural element, which is here the edge 153 of the sensor head holder 141. The edge 153 of the sensor head holder 141 cooperates positively with the inner wall of the housing 143, wherein the housing 143 is again arranged in a defined position relative to the dimensional scale. That is, the position of the sensor head 11 and the substrate 19 and thus also the position of the light receiver elements relative to the optical elements on the dimensional scale is indirectly determined by a plurality of matched in their dimensions device parts. The advantage is that a mechanical adjustment during assembly is eliminated. The sensor head holder 141 thus acts as an adapter. With regard to the stated dimensions or the defined positions, deviations of less than 0.2 mm, preferably less than 0.05 mm, are advantageously ensured, which is generally sufficient for a correct functioning of the measuring device. The housing 143 is closed by a cover 145 which presses against the sensor head holder 141 and thus fixes it in the housing 143. Housing 143 preferably has an opening between cover 145 and housing 143, through which contacting of the sensor head 11, e.g. by means of cable 159, preferably by means of a flex cable. This arrangement ensures easy mounting of the sensor head.

[0037] Die Codescheibe 155 wird auf die Welle 157 vorzugsweise aufgeklebt. Das Durchgangsloch der Codescheibe ist mit Vorteil so gestaltet, dass sich ein oder mehrere Kanäle zwischen der Codescheibe 155 und der Welle 157 ergeben, in denen der Klebstoff Platz findet. Mit Vorteil werden die Codescheibe 155 und die Massverkörperung aus Kunststoff, vorzugsweise aus schwarz gefülltem Kunststoff, ausgebildet. Die Massverkörperung wird dann mit einem Metall beschichtet. Ein Schichtaufbau mit Gold oder mit Aluminium, welches mit Kunstharz beschichtet ist, wird bevorzugt. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Massverkörperung mittels Heissprägen ausgebildet, wobei die verwendete Folie mit Vorteil den folgenden Aufbau aufweist: Ein Trägermaterial aus Kunststoff, eine Aluminiumschicht und eine Kunststofffolie zum Schutz der Aluminiumschicht vor Oxidation. The code disk 155 is preferably adhered to the shaft 157. The through-hole of the code disk is advantageously designed so that one or more channels result between the code disk 155 and the shaft 157, in which the adhesive takes place. Advantageously, the code disk 155 and the material measure of plastic, preferably made of black-filled plastic, are formed. The material measure is then coated with a metal. A layer construction with gold or with aluminum, which is coated with synthetic resin, is preferred. In an alternative embodiment, the material measure is formed by means of hot stamping, wherein the film used advantageously has the following structure: a carrier material made of plastic, an aluminum layer and a plastic film for protecting the aluminum layer from oxidation.

[0038] Durch diese Anordnung wird eine einfache Montage des Sensorkopfes gewährleistet. By this arrangement a simple mounting of the sensor head is ensured.

[0039] Die Codescheibe wird auf die Welle vorzugsweise aufgeklebt. Das Durchgangsloch der Codescheibe wird so ausgebildet, dass eine Order mehrere Kanäle zwischen der Codescheibe und der Welle ausgebildet werden, in denen der Klebstoff Platz findet. The code disk is preferably adhered to the shaft. The through hole of the code disk is formed to form an order of a plurality of channels between the code disk and the shaft in which the adhesive finds place.

[0040] Die Codescheibe und die Massverkörperung werden aus Kunststoff, vorzugsweise schwarz gefülltem Kunststoff, ausgebildet. Die Massverkörperung wird dann mit vorzugsweise Gold- oder Aluminium beschichtet. Auf der Aluminium-Schicht kann allerdings eine zusätzliche Schutzschicht, wie z.B. SiO2, aufgetragen werden. The code disk and the dimensional scale are made of plastic, preferably black filled plastic. The material measure is then coated with preferably gold or aluminum. On the aluminum layer, however, an additional protective layer, such as e.g. SiO2, are applied.

[0041] Eine alternative Ausführung einer sieht einen Folienaufbau der Codescheibe vor. Als Trägermaterial kann ein Kunststoff dienen, auf welchem eine Aluminiumschicht und eine Kunststofffolie als Oxydationsschutz der Aluminiumschicht vorgesehen ist. Die Massverkörperung kann mittel Heissprägen auf der Seite der Aluminium-Schicht ausgebildet werden. An alternative embodiment provides a film structure of the code disk. As a carrier material may serve a plastic on which an aluminum layer and a plastic film is provided as oxidation protection of the aluminum layer. The material measure can be formed by means of hot embossing on the side of the aluminum layer.

[0042] Die Fig. 7, 8 und 9zeigen verschiedene Ausführungsformen von Massverkörperungen 23 und Lichtempfängerelementen 23, die zur Ausbildung mindestens eines Analogsignals 103 dienen. Die Analogsignale 103a und 103b werden in einer Auswerteschaltung verarbeitet und gegebenenfalls in ein weiterverarbeitbares Digitalsignal umgewandelt. Die von der Auswerteschaltung herausgegebenen Signale dienen zur Bestimmung der Position der Massverkörperung relativ zum Sensorkopf. Die Auswertung der Positionsdaten kann mit Hilfe eines Analog- oder Digitalsignals erfolgen. FIGS. 7, 8 and 9 show different embodiments of scale bodies 23 and light receiver elements 23 which serve to form at least one analogue signal 103. The analog signals 103a and 103b are processed in an evaluation circuit and optionally converted into a further-processable digital signal. The signals issued by the evaluation circuit are used to determine the position of the dimensional scale relative to the sensor head. The evaluation of the position data can be done by means of an analog or digital signal.

[0043] Fig. 7 zeigt eine inkrementelle Spur, Fig. 8die Spur für die Bildung eines Indexes, der zumindest einmal pro Umdrehung ausgewertet wird, Fig. 9zeigt einen weiteren Spuraufbau, der nach dem Manchester-Code kodiert ist, welcher zusammen mit dem inkrementalen Signal eine Absolutposition definieren kann. Die drei erwähnten Spuren können allein oder in Kombination die Massverkörperung bilden, die auf einem Träger, wie zum Beispiel einer Codescheibe, integriert sein kann und vorzugsweise im gleichen Arbeitsgang wie der Träger gefertigt wird. Die Massverkörperung wird vorzugsweise mit zwei Spuren ausgebildet, wobei die optischen Elemente beider Spuren im Wesentlichen die gleiche Brennweite aufweisen. Fig. 8 shows an incremental track, Fig. 8 shows the track for the formation of an index which is evaluated at least once per revolution, Fig. 9 shows another track structure coded for the Manchester code, which together with the incremental Signal can define an absolute position. The three mentioned tracks, alone or in combination, can form the scale, which can be integrated on a carrier, such as a code disk, and preferably manufactured in the same operation as the carrier. The material measure is preferably formed with two tracks, the optical elements of both tracks having substantially the same focal length.

[0044] Die in Fig. 7 dargestellte Spur 25 der Massverkörperung besteht aus in regelmässigen Abständen voneinander angeordneten identischen optischen Elementen, die in Bewegungsrichtung 15 in regelmässigen Abständen angeordnet sind. In der Figur 7sind die optischen Elemente halbkreiszylindrische Reflektoren, welche die bevorzugte Ausführungsform im Rahmen der vorliegenden Erfindung darstellen. Das von der Lichtquelle ausgesandte Licht wird durch ein optisches Element der Massverkörperung gebündelt und auf die Sensorebene 100 fokussiert. Dort trifft das Licht in einem Punkt 108 auf. Der benachbarte Bereiche 107 der Sensorebene wird hingegen nicht oder nur mit wenig Licht beaufschlagt. Die Verteilung der Lichtintensität auf der Sensorebene wird durch die Kurve 101 dargestellt. Der Punkt 101h der Kurve entspricht einer hohen Energiedichte, der Punkt 101t einer niedrigen Energiedichte. Die elektrische Umwandlung der Lichtintensität in ein elektrisches Signal erfolgt mit zumindest zwei Lichtempfängerelementen 23, welche vorzugsweise um ungefähr 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass immer dann, wenn das eine Lichtempfängerelement ein Maximum registriert, das andere Lichtempfängerelement ein Minimum registriert, und umgekehrt. Mit den beiden Lichtempfängerelementen werden zwei Analogsignale 103A+ und 103A- erzeugt, welche an die Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung weitergeleitet werden. The illustrated in Fig. 7 track 25 of the scale embodiment consists of periodically spaced apart identical optical elements, which are arranged in the direction of movement 15 at regular intervals. In Figure 7, the optical elements are semi-circular cylindrical reflectors, which constitute the preferred embodiment within the scope of the present invention. The light emitted by the light source is focused by an optical element of the scale and focused on the sensor plane 100. There, the light hits a point 108. The adjacent regions 107 of the sensor plane, however, is not acted upon or only with little light. The distribution of the light intensity on the sensor plane is represented by the curve 101. The point 101h of the curve corresponds to a high energy density, the point 101t to a low energy density. The electrical conversion of the light intensity into an electrical signal is effected with at least two light receiver elements 23, which are preferably arranged offset from each other by approximately 180 °. That is, whenever the one light receiving element registers a maximum, the other light receiving element registers a minimum, and vice versa. With the two light receiver elements, two analog signals 103A + and 103A- are generated, which are forwarded to the evaluation circuit for further processing.

[0045] Die Auswerteschaltung kann aus den Analogsignalen 103 sodann ein Digitalsignal 104 bilden. The evaluation circuit can then form a digital signal 104 from the analog signals 103.

[0046] Fig. 8 zeigt die Indexspur 31 einer Massverkörperung bestehend aus einem einzelnen, im Schnitt ungefähr halbkreiszylindrischen Reflektor, der um die Achsen 105 zentriert ist. Die Breite dieses Reflektors wird zwischen 100% und 300% der Breite eines Reflektors der Inkrementalspur sein. Auf der Sensorebene 100 wird das Licht im Wesentlichen in einem Punkt 108 gebündelt, wobei der angrenzende Bereich 107 nur mit wenig Licht beaufschlagt wird. Der restliche Bereich 109 wird mit einer im Wesentlichen konstanten und unmodulierten Lichtmenge beaufschlagt. Die Verteilung der Lichtintensität auf der Sensorebene 100 ist durch die Kurve 101 dargestellt, wobei der Punkt 101h einer hohen Energiedichte und der Punkt 101t einer niedrigen Energiedichte entspricht. Die Umwandlung der Lichtintensität in ein elektrisches Signal erfolgt vorzugsweise mit einer speziellen Anordnung von Lichtempfängerelementen 23. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Lichtempfängerelemente 23 aus einem Hauptempfänger 23Z+ und zwei Empfängern 23Z-, welche symmetrisch zum Hauptempfänger 23Z+ angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. Vorteilhafterweise ist die Gesamtfläche der Empfänger 23Z- um wenigstens 10%, vorzugsweise wenigstens 20% und besonders bevorzugt wenigstens 30% grösser als die Gesamtfläche des Hauptempfängers 23Z+. Dies ist von Bedeutung im Zusammenhang mit der Auswertung der Signale. Dadurch, dass die Flächeninhalte der beiden Lichtempfängerelemente Z+/Z- sich unterscheiden, kann sichergestellt werden, dass das Signal 103a vom Signal 103b deutlich beabstandet ist, sodass diese sich im restlichen Bereich 109 keinesfalls kreuzen können. Mit dieser Lichtempfängeranordnung werden zwei Analogsignale 103a und 103b erzeugt, die in der Auswerteschaltung weiterverarbeitet werden. Dabei können die Signale z.B. in einer Komparatorschaltung verglichen werden, wobei ein Kreuzungspunkt der beiden Signale jeweils eine Veränderung des Digitalpegels, d.h. eine der Flanken des Impulses 104 erzeugt. Fig. 8 shows the index track 31 of a dimensional scale consisting of a single, approximately semicircular cylindrical reflector, which is centered about the axes 105. The width of this reflector will be between 100% and 300% of the width of a reflector of the incremental track. At the sensor level 100, the light is concentrated substantially at a point 108, the adjacent area 107 being exposed to only little light. The remaining area 109 is subjected to a substantially constant and unmodulated amount of light. The distribution of the light intensity on the sensor plane 100 is represented by the curve 101, wherein the point 101h corresponds to a high energy density and the point 101t to a low energy density. The conversion of the light intensity into an electrical signal preferably takes place with a special arrangement of light-receiving elements 23. According to a preferred embodiment, the light-receiving elements 23 consist of a main receiver 23Z + and two receivers 23Z-, which are arranged symmetrically to the main receiver 23Z + and electrically connected to each other. Advantageously, the total area of the receivers 23Z- is at least 10%, preferably at least 20%, and more preferably at least 30% larger than the total area of the main receiver 23Z +. This is important in connection with the evaluation of the signals. Because the area contents of the two light receiver elements Z + / Z- differ, it can be ensured that the signal 103a is clearly spaced from the signal 103b so that they can not intersect in the remaining area 109 at all. With this light receiver arrangement, two analog signals 103a and 103b are generated, which are further processed in the evaluation circuit. The signals may be e.g. in a comparator circuit, a crossing point of the two signals each representing a change in the digital level, i. one of the edges of the pulse 104 is generated.

[0047] Für die Bildung eines stabilen digitalen Pulses 104 ist es von Bedeutung, dass die beiden Signale 103a und 103b sich mit einer grossen Steigung kreuzen. Dies wird durch die spezielle Anordnung der Lichtempfängerelemente 23 erreicht: In der zentralen Stellung gemäss Fig. 8trifft der gebündelte Lichtstrahl hauptsächlich auf das mittlere Empfängerelement 23Z+, wodurch der Signalpeak 103aa gebildet wird. Damit der Signalpegel 103ba so tief wie möglich ist, sollen die beiden Lichtempfänger 110Z- beispielsweise im Punkt 107 weniger Licht als normal, d.h. wenn der Lichtstrahl nicht moduliert ist, empfangen. Dies wird dadurch erreicht, dass die schräg liegenden Lichtempfängerelemente am oberen Teil, d.h. am proximalen Ende, etwas breiter als am distalen Ende ausgebildet sind. Die gezeigte Ausgestaltung der Empfänger 23Z+,23Z- mit einem ersten länglichen Lichtempfängerelement 23Z+ und zwei zweiten länglichen Lichtempfängerelementen 23Z-, die im Wesentlichen spiegelbildsymmetrisch und in einem Winkel zur Längsachse des ersten Empfängerelements 23 Z+ angeordnet sind, kann als optimal angesehen werden. Mit dieser Gestalt der Lichtempfängerelemente können Signale 103a und 103b gebildet werden, die in den gegenseitigen Kreuzungspunkten eine grosse Steigung aufweisen, sodass ein zuverlässiges Grundsignal Zb für das Indexsignal gebildet werden kann. For the formation of a stable digital pulse 104, it is important that the two signals 103a and 103b intersect with a large slope. This is achieved by the special arrangement of the light receiver elements 23: In the central position according to FIG. 8, the collimated light beam mainly strikes the central receiver element 23Z +, whereby the signal peak 103aa is formed. For the signal level 103ba to be as low as possible, the two light receivers 110Z, for example at point 107, should emit less light than normal, i. if the light beam is not modulated, receive. This is accomplished by having the slanted light receiving elements at the top, i. at the proximal end, slightly wider than at the distal end are formed. The illustrated configuration of the receivers 23Z +, 23Z- with a first elongate light receiving element 23Z + and two second elongated light receiving elements 23Z- arranged substantially mirror image symmetrical and at an angle to the longitudinal axis of the first receiver element 23Z + may be considered optimal. With this shape of the light receiving elements signals 103a and 103b can be formed, which have a large slope in the mutual crossing points, so that a reliable basic signal Zb for the index signal can be formed.

[0048] Vorzugsweise fällt der geometrische Schwerpunkt 102b der beiden Lichtempfängerelemente 23Z+ und 23Z- möglichst im gleichen Punkt zusammen. Fallen die Schwerpunkte nicht zusammen, d.h. sind diese voneinander beabstandet, dann verändert sich das Pegelverhältnis zwischen den beiden Signalen 103a und 103b, wenn der Abstand zwischen der Massverkörperung 13 und dem Substrat 19 sich verändert (s. Fig. 1). Dank der beschriebenen, vorteilhaften geometrischen Ausbildung der Empfängerelemente 23 kann der Abstand zwischen Massverkörperung und Sensorkopf in einem relativ grossen Bereich variieren, ohne dass die Signalqualität darunter leiden würde, wodurch die eher grosse Toleranz bei der axialen Lage von Wellen bei Kleinmotoren problemlos aufgenommen werden kann. Dies hat auch den Vorteil, dass aufwändige Justierarbeiten nicht erforderlich sind. Preferably, the geometric center of gravity 102b of the two light receiver elements 23Z + and 23Z - coincides as possible at the same point. If the focal points do not coincide, i. if these are spaced from one another, then the level ratio between the two signals 103a and 103b changes as the distance between the graduated body 13 and the substrate 19 changes (see FIG. Thanks to the described advantageous geometric design of the receiver elements 23, the distance between scale and sensor head can vary within a relatively wide range, without the signal quality would suffer, whereby the rather large tolerance in the axial position of waves in small engines can be easily absorbed. This also has the advantage that complex adjustments are not required.

[0049] Fig. 9 zeigt eine Spur 31 der Massverkörperung. Die Spur enthält wie die in Fig. 7 gezeigte Inkrementalspur eine Vielzahl von optischen Elementen, wobei die optischen Elemente hier aber nicht alle gleich ausgerichtet sind. Jedes der optischen Elemente ist so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass es das Licht entweder auf einen ersten oder einen zweiten Punkt auf der Sensorebene fokussiert. Die beiden Punkte repräsentieren die 0 (Null) bzw. die 1 (Eins) eines Binärcodes. Die Abfolge der Nullen und Einsen (Binärziffern) definiert einen Code, z.B. einen 8-Bit-Code, bei dem 8 aufeinander folgende Binärziffern einen charakteristischen Positionswert definieren, der nur ein einziges Mal vorkommt. Im vorliegenden Beispiel liegt der eine Punkt links von der Achse 105 und der andere rechts davon. Es ist aber auch möglich drei oder mehr verschiedene Punkte vorzusehen, d.h. die optischen Elemente entsprechend anzuordnen und/oder auszugestalten, dass durch die Abfolge der unterschiedlich positionierten Auftreffpunkte 108 auf der Sensorebene 100 z.B. ein ternärer Code entsteht. Bevorzugt ist jedoch ein binärer Code, insbesondere ein sogenannter Manchester-Code. Auf der Sensorebene 100 wird das Licht in einem Punkt 108 gebündelt, der jeweils asymmetrisch zur Achse 105 angeordnet ist. Nur wenig Licht fällt dabei auf den Bereich 107. Die Verteilung der Lichtintensität auf der Sensorebene ist durch die Kurve 101 dargestellt, Die elektrische Umwandlung der Lichtintensität in ein elektrisches Signal erfolgt mit zumindest zwei um 180o zueinander versetzt angeordneten Lichtsensoren 23. Mit den Lichtempfängerelementen 23 werden zwei Analogsignale 103A+ und 103A- erzeugt, die zusammen mit einem Inkrementalsignal an eine Auswerteschaltung geliefert werden. Die Auswerteschaltung wird mit Hilfe des Inkrementalsignals die Signale 103 so auswerten, dass der Bitwert der Teilung bestimmt wird und in einem Digitalsignal ausgegeben wird. Das Lesen des Bitwerts erfolgt bei jeder vierten abfallenden Flanke des Indexsignals, indem in diesem Zeitpunkt der Unterschied zwischen Signal 103A+ und 103A- abgelesen wird. 9 shows a track 31 of the dimensional scale. Like the incremental track shown in FIG. 7, the track includes a plurality of optical elements, but the optical elements are not all aligned the same. Each of the optical elements is configured and / or arranged to focus the light at either a first or a second point on the sensor plane. The two dots represent the 0 (zero) and the 1 (one) of a binary code, respectively. The sequence of zeros and ones (binary digits) defines a code, e.g. an 8-bit code in which 8 consecutive binary digits define a characteristic position value that occurs only once. In the present example, one point is to the left of axis 105 and the other to the right. However, it is also possible to provide three or more different points, i. to arrange and / or to design the optical elements correspondingly so that the sequence of the differently positioned impact points 108 on the sensor plane 100, e.g. a ternary code is created. However, preferred is a binary code, in particular a so-called Manchester code. On the sensor plane 100, the light is concentrated in a point 108, which is arranged in each case asymmetrically to the axis 105. Only a small amount of light falls on the area 107. The distribution of the light intensity on the sensor plane is represented by the curve 101. The electrical conversion of the light intensity into an electrical signal takes place with at least two light sensors 23 offset by 180 ° from one another two analog signals 103A + and 103A- are generated, which are supplied together with an incremental signal to an evaluation circuit. The evaluation circuit will use the incremental signal to evaluate the signals 103 such that the bit value of the division is determined and output in a digital signal. The reading of the bit value occurs every fourth falling edge of the index signal, at which time the difference between signal 103A + and 103A- is read.

[0050] Die Reihenfolge der Bitwerte der Massverkörperung wird so gewählt, dass bei einer bestimmten Anzahl von nacheinander folgenden Bits eine gleichwertige Reihenfolge nur einmal zu finden ist. Die Reihenfolge wird vorzugsweise gemäss Manchester-Code gebildet. The order of the bit values of the physical scale is selected such that, given a certain number of consecutive bits, an equivalent sequence can only be found once. The order is preferably formed according to Manchester code.

[0051] Fig. 10 zeigt eine Anordnung der Lichtempfängerelemente 23 für einen 3-Kanal Encoder, wobei die durch das Zentrum der Lichtquelle verlaufende Hauptachse des ausgesandten Lichtstrahls sich mit der Mittellinie 43 der Massverkörperung (Fig. 1, 2) kreuzt (s. Fig. 1). Im Bereich 25 (erste Spur der Massverkörperung) werden die Lichtempfängerelemente für das Inkrementalsignal und im Bereich 31 (zweite Spur der Massverkörperung) diejenige für das Indexsignal angeordnet. Der gleiche Sensorkopf könnte ebenfalls für einen Absolut-Encoder mit Manchchester-Code eingesetzt werden, wobei dann der Bereich 25 unverändert bleibt und im Bereich 31 zumindest zwei Empfängerelemente Typ wie in Fig. 9 gezeigt angeordnet sind. 10 shows an arrangement of the light receiver elements 23 for a 3-channel encoder, wherein the main axis of the emitted light beam passing through the center of the light source intersects with the center line 43 of the dimensional scale (FIGS. 1, 2) (see FIG . 1). In the area 25 (first track of the physical scale), the light receiver elements for the incremental signal and in the area 31 (second track of the physical scale) that for the index signal are arranged. The same sensor head could also be used for an absolute encoder with Manchester code, in which case the area 25 remains unchanged and in the area 31 at least two receiver elements type are arranged as shown in FIG.

[0052] Damit der Encoder unempfindlich gegenüber Montagetoleranzen ist, d.h. in Bezug auf die Zentrierung der Lichtquelle und Winkelstellung des Sensorkopfes bezüglich der Hauptachse 43 (vgl. Fig. 1) der Massverkörperung, wird vorzugsweise in Bezug auf die Bewegungsrichtung 15 folgende Reihenfolge der Lichtempfängerelemente gewählt: A+/B-/A-/B+ oder A-/B+/A+/B-, d.h. eine in Bezug auf die beiden Kanäle A und B symmetrische Anordnung der Lichtempfängerelemente bezüglich der Achse 39 (s. Fig. 1). Dabei sind die Lichtempfängerelemente A+,A- und B-,B+ jeweils um ungefähr 180° versetzt zueinander angeordnet. Auf diese Weise werden sowohl für den Kanal A als auch für den Kanal B zwei um 180 Grad versetzt zueinander angeordnete, ungefähr sinusförmige Kurven erhalten, die in einer Komparatorschaltung in einer Digitalsignal umgewandelt. In dieser Anordnung werden die Kontaktstellen und die Verknüpfung zwischen den Lichtempfängerelementen 23 im gleichen Material wie die Lichtempfängerelemente gebildet, d.h. dass diese Bereiche ebenfalls optoelektronisch aktiv sind. Es ist dann darauf zu achten, dass der Schwerpunkt jedes der 4 Lichtempfängerelemente im Bereich 25 im Wesentlichen den gleichen Abstand von der Lichtquelle 21 hat (siehe Linie 102). Hier markieren die Punkte 102b jeweils den Schwerpunkt eines U-förmigen Empfängerelements. In Richtung 15 sollen dabei die Abstände zwischen den Schwerpunkten 102b mit der Teilung der Massverkörperung im Wesentlichen übereinstimmen. Die normale Breite eines Lichtempfängers im Bereich 25 wird vorzugsweise zwischen 40 und 80% der Breite einer Teilung der Massverkörperung gewählt. Unter Breite soll in diesem Zusammenhang jene Dimension der Lichtquelle verstanden werden, welche parallel zur Hauptachse 43 verläuft. Um den Schwerpunkt eines Arrays von Lichtempfängerelementen am richtigen Ort zu erhalten, ist es meist notwendig, die Breite der Empfängerelemente an gewissen Stellen 106 breiter zu machen. Die Bezugsziffer 110 zeigt die Kontakte zur TCO-Schicht. In order for the encoder to be insensitive to mounting tolerances, i. with respect to the centering of the light source and angular position of the sensor head with respect to the main axis 43 (see Fig. 1) of the scale, the following order of the light receiving elements is preferably selected with respect to the direction of movement 15: A + / B- A- / B + or A - / B + / A + / B-, ie a symmetrical arrangement of the light receiver elements relative to the axis 39 with respect to the two channels A and B (see Fig. 1). In this case, the light receiver elements A +, A- and B-, B + are offset by approximately 180 ° to each other. In this way, both for the channel A and for the channel B, two approximately sinusoidal curves, offset by 180 degrees, are obtained, which are converted into a digital signal in a comparator circuit. In this arrangement, the pads and the interconnection between the light receiving elements 23 are formed in the same material as the light receiving elements, i. that these areas are also opto-electronically active. It is then to be noted that the center of gravity of each of the 4 light receiver elements in area 25 is substantially the same distance from light source 21 (see line 102). Here, the points 102b each mark the center of gravity of a U-shaped receiver element. In the direction 15, the distances between the centers of gravity 102b should essentially coincide with the graduation of the dimensional embodiment. The normal width of a light receiver in the region 25 is preferably chosen between 40 and 80% of the width of a graduation of the graduation. Width is to be understood in this context that dimension of the light source which runs parallel to the main axis 43. In order to maintain the center of gravity of an array of light-receiving elements in the correct location, it is usually necessary to broaden the width of the receiver elements at certain points 106. Reference numeral 110 shows the contacts to the TCO layer.

[0053] Vorteilhafterweise wird die Breite der Lichtquelle 21 resp. der Blende 49 zwischen 60 und 150 % vorzugsweise 100% bis 120% der Breite einer Teilung gewählt. Ist die Breite der Blende 49 zu klein, wird zu wenig Lichtenergie durchgelassen. Ist die Breite der Blende 49 zu gross, dann wird die Breite des Lichtspots zu gross, sodass die Signale zu flach werden, um zuverlässig ausgewertet zu werden. Advantageously, the width of the light source 21 is resp. the aperture 49 selected between 60 and 150%, preferably 100% to 120% of the width of a division. If the width of the aperture 49 is too small, too little light energy is transmitted. If the width of the aperture 49 is too large, then the width of the light spot becomes too large, so that the signals are too flat to be reliably evaluated.

[0054] Eine gleiche Anordnung der Lichtquelle und der optischen Empfängerelemente könnte mit anderen Technologien verwirklich werden, wenn z.B. die Lichtquelle 21 als eine Licht emittierende OLED direkt auf das Substrat 19 aufgebaut würde, und die Lichtempfängerbereiche 35,25 einen ähnlichen Schichtaufbau wie die OLED hätten. Sowohl OLED wie auch die Lichtempfängerelemente bestehen aus dünnen Schichten, wie gezeigt in Fig. 3a, wobei jedoch unterschiedliche Ausgangsmaterialen zum Einsatz kommen können. A similar arrangement of the light source and the optical receiver elements could be realized with other technologies, e.g. the light source 21 would be constructed as a light-emitting OLED directly on the substrate 19, and the light-receiving regions 35,25 would have a similar layer structure as the OLED. Both the OLED and the light-receiving elements are made of thin layers as shown in Fig. 3a, but different starting materials can be used.

[0055] Fig. 11 zeigt eine andere Anordnung von Lichtempfängerelementen, wobei die einzelnen Empfängerelemente über Vias durch die SiO2-Schicht mit auf der SiO2 Schicht angelegten leitenden Bahnen, vorzugsweise aus Aluminium, elektrisch verbunden sind. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die Lichtempfängerelemente 23 optimal gestaltet werden, ohne dass die Übergangsleitungen und/oder Kontaktstellen die Bildung der Analogsignale beeinflussen können. Insofern wird so eine Lösung mehr kosten, da zusätzliche Schichten und Vorkehrungen getroffen werden müssen Eine Anordnung der Empfängerelemente 23 in der Bewegungsrichtung 15 hat die gleichen Vorteile, wie sie schon bei der Beschreibung der Fig. 10 angegeben wurden. Fig. 11 shows another arrangement of light receiving elements, wherein the individual receiver elements are electrically connected via vias through the SiO 2 layer with conductive paths, preferably aluminum, applied to the SiO 2 layer. The advantage of this arrangement is that the light receiver elements 23 are optimally designed without the transition lines and / or contact points can influence the formation of the analog signals. In this respect, such a solution will cost more, since additional layers and precautions must be taken. An arrangement of the receiver elements 23 in the direction of movement 15 has the same advantages as already indicated in the description of FIG.

[0056] In Fig. 12 ist eine bevorzugte Ausbildung der Lichtquelle bestehend aus Blende und LED gezeigt (s. a. Fig. 2). Die LED wird wie in Fig. 4c beschrieben auf das Glassubstrat 19 aufgeklebt und strahlt durch die Öffnung, die in dem Dünnschichtaufbau ausgespart ist. Die LED 21 ist in der Ausnehmung 71 der Trägerplatte 17 aufgenommen. Es sind verschiedene Varianten gezeigt, wie die Lichtquelle am Glassubstrat 19 montiert werden kann. Fig. 12azeigt die Lichtquelle mit einer Emissionsschicht 161 und einer Kontaktschicht 163. Zwischen der Lichtquelle 21 und dem beschichteten Glassubstrat 19 ist ein Abstandhalter 75 vorgesehen, welcher die die Lichtquelle in Abstand zum Substrat 19 hält. Es ist erkennbar, dass bei dieser Konstruktion die Gefahr besteht, dass seitlich austretendes Licht 165 auf den Lichtempfänger fällt. Die Bezugsziffer 170 zeigt den von der Lichtquelle ausgesandte Lichtkegel in Richtung zur Massverkörperung. FIG. 12 shows a preferred embodiment of the light source consisting of diaphragm and LED (see also FIG. 2). The LED is adhered to the glass substrate 19 as described in Fig. 4c and radiates through the opening recessed in the thin film structure. The LED 21 is received in the recess 71 of the support plate 17. Various variants are shown how the light source can be mounted on the glass substrate 19. Fig. 12a shows the light source with an emission layer 161 and a contact layer 163. Between the light source 21 and the coated glass substrate 19, a spacer 75 is provided, which keeps the light source at a distance from the substrate 19. It can be seen that in this construction there is a risk that laterally exiting light 165 will fall on the light receiver. The reference numeral 170 shows the light cone emitted by the light source in the direction of the material measure.

[0057] Diese Anordnung ist nachteilig, weil das erzeugte Streulicht in dem Lichtsensorbereich eindringen kann, was zu Signalstörungen führen kann. This arrangement is disadvantageous because the generated stray light can penetrate in the light sensor area, which can lead to signal interference.

[0058] Fig. 12b zeigt eine isolierte Lichtquelle, bei welcher die Emissionsschicht 161 am Rand mit einer nicht transparenten Deckschicht 167 beschichtet ist. Damit kann verhindert werden, dass Streulicht auf den Lichtempfänger fällt. Gemäss Fig. 12cist die nicht transparente Deckschicht 167 nicht auf die Lichtquelle 21 sondern auf dem Lichtempfänger aufgebracht. Weitere Vorkehrungen können darin bestehen, dass als «Underfill» ein Material gewählt wird, welches lichtundurchlässig ist oder eine geringe Transmission für Licht hat. FIG. 12 b shows an insulated light source in which the emission layer 161 is coated on the edge with a non-transparent cover layer 167. This can prevent scattered light from falling on the light receiver. According to FIG. 12c, the non-transparent cover layer 167 is not applied to the light source 21 but to the light receiver. Other precautions may be that an underfill material is selected which is opaque or has low transmission for light.

[0059] Fig. 13 zeigt eine Schaltung, mit welcher Montagefehler bezüglich der Winkelstellung 41 von Sensorkopf in Bezug auf die Hauptachse der Massverkörperung kompensiert werden kann, damit das indexsignal unabhängig von so einem Winkelfehler zuverlässig funktionieren kann. Fig. 13 shows a circuit with which mounting errors with respect to the angular position 41 of the sensor head with respect to the main axis of the physical scale can be compensated so that the index signal can function independently of such an angle error reliably.

[0060] Fig. 13a zeigt die Signale A, B, Zb und Z. Signal Z wird aus der Kombination der Signale A und B und Zb gebildet. Das in dieser Fig. 13a abgebildete Signal Z besteht aus zwei Impulsen, was grundsätzlich nicht erwünscht ist. Durch eine Rekombination der ursprünglichen Signale A und B werden in Fig. 13bandere Signal zustände erzeugt, wobei das Signal Zb beinahe zentrisch zum Bereich der Signale A und B im Plus ist. Das resultierende Signal besteht folglich aus einem einzigen Puls. Um dies zu erreichen, werden die Eingangssignale A und B invertiert und/oder umgetauscht nach der Wahrheitstabelle Fig. 13c, welche Kombination durch zwei Signal X1 und X2 angesteuert werden i, was einer Verschiebung des Signals Zb gegenüber den Signalen A und B gleich kommt. Fig. 13a shows the signals A, B, Zb and Z. Signal Z is formed from the combination of the signals A and B and Zb. The signal Z shown in this Fig. 13a consists of two pulses, which is basically not desirable. By a recombination of the original signals A and B 13bandere signal states are generated in Fig., The signal Zb is almost centric to the region of the signals A and B in plus. The resulting signal thus consists of a single pulse. In order to achieve this, the input signals A and B are inverted and / or exchanged according to the truth table FIG. 13c, which combination is controlled by two signals X1 and X2, which equals a displacement of the signal Zb compared to the signals A and B.

[0061] Die beiden Kanäle A und B der Fig. 13bbestehen für den Kanal A aus dem invertierten Eingangskanal B und für den Kanal B aus dem Eingangskanal A. Somit bildet die Kombination der Signale aus Kanal A und Kanal B und Kanal Zb ein Indexsignal mit einem einzigen Puls. The two channels A and B of FIG. 13b consist of the inverted input channel B for the channel A and the input channel A for the channel B. Thus, the combination of the signals from channel A and channel B and channel Zb forms an index signal a single pulse.

[0062] Die Signalverarbeitung nach der Wahrheitstabelle kann durch die abgebildete Schaltung (Fig. 13d) erfolgen. Die Schaltung wird durch zwei Steuersignale X1 und X2 angesteuert. Die Signale Ain 200 und Bin 201 werden durch zwei Inverter 206,207 invertiert. Die Schaltung enthält zusätzlich 4 Mutliplexer 208, die je nach Zustand der Steuersignale X1,X2 das eine der zwei Signale im Eingang an den jeweiligen Ausgang weiterleiten. Die in Fig. 13a und 13b angeführten Beispiele sind die Steuersignale X1=0 und X2=1 gestellt, wobei die Schaltwege mit dickeren Linie in der Fig. 13deingetragen sind. The signal processing according to the truth table can be performed by the depicted circuit (FIG. 13d). The circuit is driven by two control signals X1 and X2. The signals Ain 200 and Bin 201 are inverted by two inverters 206, 207. The circuit additionally contains 4 mutliplexers 208 which, depending on the state of the control signals X1, X2, pass on one of the two signals in the input to the respective output. The examples given in FIGS. 13a and 13b are the control signals X1 = 0 and X2 = 1, the thick-line switching paths being indicated in FIG.

[0063] In Fig. 14 wird ein spezieller Aufbau eines Absolutencoders schematisch dargestellt, der auch bei still liegendem Substrat oder still liegender Welle, bzw. im Kaltstart, ein absolutes Positionssignal ermitteln kann. Dies wird durch eine spezielle Vorrichtung ermöglicht, welche eine relative Bewegung zwischen Massverkörperung und Sensorkopf erlaubt. Die Vorrichtung besitzt einen Schwenkarm (oder eine äquivalente Einrichtung), auf welchem der zumindest eine Sensorkopf befestigt ist. Der Schwenkarm wird mit einem Motor angetrieben, und erzeugt eine Relativbewegung zwischen Massverkörperung und Sensorkopf, die einem Bruchteil, vorzugsweise weniger als 5 Grad, einer ganzen Umdrehung entspricht. Durch Auswertung der aus dem Sensorkopf kommenden Signale kann die absolute Position ermittelt werden. Dies wird wiederum dank der kompakten Bauweise des Sensorkopfes und der toleranzfreundlichen Bauweise dieser Anordnung möglich. In Fig. 14, a special structure of an absolute encoder is shown schematically, which can determine an absolute position signal even when lying still substrate or still lying wave, or in cold start. This is made possible by a special device which allows relative movement between the scale and the sensor head. The device has a pivot arm (or equivalent) on which the at least one sensor head is mounted. The swing arm is driven by a motor and generates a relative movement between the scale and the sensor head, which corresponds to a fraction, preferably less than 5 degrees, of a complete revolution. By evaluating the signals coming from the sensor head, the absolute position can be determined. This is in turn possible thanks to the compact design of the sensor head and the tolerance-friendly design of this arrangement.

[0064] Fig. 14 zeigt den schematischen Aufbau des Absolutencoders mit einem Gehäuse 1, einer gelagerten Welle 2, einer Codescheibe 3 mit einer Massverkörperung 4 mit vorzugsweise einer Absolutspur nach Fig. 8 und einer Inkrementalspur nach Fig. 6, einem fixen oder um einen kleinen Winkel schwenkbaren Träger 10, auf welchem zumindest ein Sensorkopf 3,4 angebracht ist. Die Codescheibe ist auf einer Welle 201 zentrisch befestigt, welche in einem Gehäuse 202 mit zumindest einem Lager 208 formschlüssig ist. Fig. 14 shows the schematic structure of the absolute encoder with a housing 1, a mounted shaft 2, a code disk 3 with a dimensional scale 4 preferably with an absolute track of FIG. 8 and an incremental track of FIG. 6, a fixed or a small angle pivotable carrier 10, on which at least one sensor head 3,4 is mounted. The code disk is mounted centrically on a shaft 201, which is in a housing 202 with at least one bearing 208 positively.

[0065] Bei einer kleinen Bewegung der Achse von weniger als 3° wird eine Positionszahl, womit ein Positionswert der Codescheibe ermittelt. Danach werden die Positionswerte durch ab/auf Zählung der Pulse aus der Inkrementalspur bestimmt. Darüber hinaus kann mit so einem Absolutgeber eine redundante Bestimmung der Positionswerte während der Bewegung der Massverkörperung durchgeführt werden, indem die aus dem Inkrementalzähler ermittelten Positionswerte mit den aus der Absolutspur ermittelten Positionswerten verglichen werden. Somit ergibt sich eine zusätzliche Sicherheit bei der Ermittlung der Positionswerte des Positionsmessvorrichtung. With a small movement of the axis of less than 3 °, a position number, whereby a position value of the code disc is determined. Thereafter, the position values are determined by counting the pulses from the incremental track. In addition, with such an absolute encoder, a redundant determination of the position values during the movement of the material measure can be performed by comparing the position values determined from the incremental counter with the position values determined from the absolute track. This results in additional security in determining the position values of the position measuring device.

[0066] Vorzugsweise wird der Manchester-Code mit einem oder mehreren Paaren von Empfängerelementen gelesen (s. Fig. 8). Eine Positionszahl wird zwischen 1 und einer maximalen Anzahl von Positionswerten durch eine Bewegung der Massverkörperung in Relation zum Sensorkopf ermittelt. Die Länge der Positionszahl, in binärer Form ausgedrückt, ist die Anzahl von Bits, welche durch die Länge der Massverkörperung bestimmt ist. Die Positionszahl wird durch Lesen einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Bits ermittelt. Eine Positionszahl ist durch die nach dem Manchestercode ausgebildete Massverkörperung definiert. Auf die ganze Länge der Massverkörperung sind die Positionszahlen singulär, d.h. bestimmen jeweils die Lage der Massverkörperung relativ zu den Lichtempfängern. Die Umwandlung der gelesenen Positionszahl in einen Positionswert erfolgt mit der Auswerteschaltung. Preferably, the Manchester code is read with one or more pairs of receiver elements (see Fig. 8). A position number is determined between 1 and a maximum number of position values by a movement of the material measure in relation to the sensor head. The length of the position number, expressed in binary form, is the number of bits determined by the length of the scale. The position number is determined by reading a number of consecutive bits. A position number is defined by the dimensional standard formed according to the Manchester code. For the entire length of the scale, the position numbers are singular, i. determine the position of the dimensional scale relative to the light receivers. The conversion of the read position number into a position value is done with the evaluation circuit.

[0067] Eine redundante Ermittlung der Positionswerte kann gegen Lesefehler absichern, indem mehrere aufeinander folgende Positionszahlen registriert werden. Dies bedeutet, dass eigentlich eine verlängerte Positionszahl aufgenommen wird. Die verlängerte Positionszahl wird in mehrere Positionswerte umgewandelt. Sollten die Positionswerte nicht in einer Reihe anordenbar sein, dann würde dies auf einen Lesefehler des Manschestercodes schliessen lassen. A redundant determination of the position values can protect against read errors by registering several consecutive position numbers. This means that actually a prolonged position number is recorded. The extended position number is converted into several position values. If the position values can not be arranged in a row, then this would indicate a read error of the manchester code.

[0068] In der Fig. 14 ist eine Anordnung gezeigt, wo die Auswerteschaltung ausserhalb des Sensors angeordnet ist. Die Auswerteschaltung ist mit 3 Leitungen 186 mit dem Encoder verbunden (schematische Darstellung). Zwei Leitungen übertragen die Impulse aus den Kanälen A und B, 104 und die dritte Leitung ein Digitalsignal, das die Positionszahlen der Absolutspur abbildet. Somit werden Positionsinformation in redundanter Weise zwischen Encoder 10 und Auswerteschaltung 187 übertragen. Damit wird eine sichere Übertragung der Positionszahlen, und Ermittlung der Positionswerte gewährleistet. Die Auswerteschaltung übergibt mittels eines herkömmlichen Datenbusses, wie z.B. SPI, 12C, Profibus etc., die Daten beispielsweise weiter zu einer SPS Steuerung. Die Auswerteschaltung umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor 188, der die Übersetzung der Positionszahlen in Positionswerte vornimmt und vorzugsweise sogleich an eine externe SPS - Steuerung weitergibt. FIG. 14 shows an arrangement where the evaluation circuit is arranged outside the sensor. The evaluation circuit is connected to the encoder with 3 lines 186 (schematic representation). Two lines transmit the pulses from the channels A and B, 104 and the third line a digital signal, which maps the position numbers of the absolute track. Thus, position information is transmitted in a redundant manner between encoder 10 and evaluation circuit 187. This ensures a safe transmission of the position numbers and determination of the position values. The evaluation circuit passes by means of a conventional data bus, such. SPI, 12C, Profibus, etc., the data, for example, to a PLC control. The evaluation circuit preferably comprises a microprocessor 188, which carries out the translation of the position numbers into position values and preferably immediately forwards them to an external PLC control.

[0069] Ein Nachteil eines Encodersystems mit Manchester-Code liegt darin, dass für die Bestimmung der Absolutposition eine relative Bewegung der Massverkörperung, und damit eine Bewegung der zu messenden Maschinenteile notwendig ist, um die absoluten Positionswerte zu ermitteln. Dies wird vom Maschinenbauer nicht geschätzt. A disadvantage of an encoder system with Manchester code is that for the determination of the absolute position relative movement of the scale, and thus a movement of the machine parts to be measured is necessary to determine the absolute position values. This is not appreciated by the machine builder.

[0070] Es ist erwünscht, dass ein Positionswert beim Einschalten der Maschinen noch bevor irgendwelche Bewegungen stattfinden, ermittelbar ist. Dies wird dadurch gelöst, dass die Codescheibe einer grossen Anzahl von Spuren aufweist, die min. je einem Empfängerelement pro Spur zugeordnet ist. Diese Gattung von Positionsmessvorrichtung passen nicht in kleine Gehäuse. It is desirable that a position value when switching on the machine even before any movements take place, can be determined. This is achieved in that the code disk has a large number of tracks, the min. is assigned to one receiver element per track. This genus of position measuring device does not fit in small cases.

[0071] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht deshalb darin, dass Mittel vorgesehen sind, die eine Bewegung des Sensorkopfes relativ zur Massverkörperung intern im Sensor ermöglichen, so dass auf Knopfdruck eine Ermittlung der Positionswertes möglich wird, ohne dass die Maschine in Bewegung gesetzt werden muss. Dies wird en-eicht, indem der Träger, z.B. eine Codescheibe.um ca. 3° verdreht wird. Dies kann beispielsweise mit einem Motor 185 und einem Exzenter 184, der vorzugsweise formschlüssig in einen Schlitz 183 des Schwenkarms eingreift. Die durch diese Bewegung erzeugten Signale (Kanal A, Kanal B und M-Code) können dann zur Ermittlung der Positionswerte verwendet werden. A further embodiment of the invention is therefore that means are provided which allow movement of the sensor head relative to the material measure internally in the sensor, so that at the touch of a button determination of the position value is possible without the machine must be set in motion , This is accomplished by placing the support, e.g. a Codescheibe.um is rotated about 3 °. This can, for example, with a motor 185 and an eccentric 184, which preferably engages positively in a slot 183 of the pivot arm. The signals generated by this movement (channel A, channel B and M code) can then be used to determine the position values.

[0072] Fig. 14. zeigt einen kompakten Kit Encoder, bestehend aus einem Gehäuse 1, einem Sensorkopf 2, einer Codescheibe 3 und einem am Motor anzubringenden Flansch 4. Die Codescheibe wird auf einem provisorischen Lager zentrisch gehalten. Das Lager hat die Funktion, die Codescheibe während dem Montagevorgang zentrisch zum Gehäuse zu halten. Das Lager selbst kann ein Kugellager oder ein vorzugsweise aus Teflon hergestelltes Lager sein. Der Flansch 4 wird am Motorteil zentrisch in Bezug auf eine Welle montiert und vorzugsweise mit Schrauben befestigt. Nachträglich wird das Gehäuse auf dem Flansch vorzugsweise eingeschnappt und gleichzeitig die Codescheibe an der Welle angebracht. Die Codescheibe enthält Kanäle, in welche Klebstoff eingebracht werden kann. Fig. 15azeigt einen Kanal mit Schlitzen und Fig. 15b Kanäle, die werkzeugseitig einfacher herstellbar sind. Dabei kann ein Anzahl von Räumen gebildet werden, wo Klebstoff Platz finden kann. 14 shows a compact kit encoder, consisting of a housing 1, a sensor head 2, a code disk 3 and a flange 4 to be attached to the engine. The code disk is held centrically on a provisional bearing. The bearing has the function of keeping the code disk centric to the housing during the assembly process. The bearing itself may be a ball bearing or a bearing preferably made of Teflon. The flange 4 is mounted on the motor part centric with respect to a shaft and preferably fastened with screws. Subsequently, the housing is preferably snapped onto the flange and at the same time the code disc attached to the shaft. The code disk contains channels into which adhesive can be introduced. Fig. 15a shows a channel with slots and Fig. 15b channels, which are easier to produce on the tool side. In this case, a number of spaces can be formed where adhesive can find space.

[0073] Der Sensorkopf wird auf einer Leiterplatte montiert, die mit einem Flachkabel verbunden ist. Vorzugsweise wird diese Leiterplatte im Gehäuse eingeschnappt. An der Leiterplatte oder an einem zusätzlichen Träger wird ein Lager angebaut. Das Lager hat eine Montagefunktion zu erfüllen, so dass zum Beispiel ein Gleitlager aus Teflon von Vorteil ist, damit die Rotation der Motorwelle durch dieses provisorische Lager nicht belastet wird. Die Kabelausgänge sind so angeordnet, dass das Kabel radial oder tangential innerhalb des Gehäusedurchmessers weitergeführt werden kann, was durch entsprechende Ausbildung des Gehäuses realisiert wird. The sensor head is mounted on a printed circuit board which is connected to a flat cable. Preferably, this circuit board is snapped into the housing. On the circuit board or on an additional support a bearing is attached. The bearing has an assembly function to fulfill, so that, for example, a sliding bearing made of Teflon is advantageous so that the rotation of the motor shaft is not loaded by this provisional bearing. The cable outputs are arranged so that the cable can be continued radially or tangentially within the housing diameter, which is realized by appropriate design of the housing.

[0074] Die Fig. 15 bis 17 zeigen eine Positionsmessvorrichtung. Es handelt sich hier um einen Encoder 10, welcher eine besonders kompakte Bauform aufweist. Diese Bauform ist charakterisiert durch eine bestimmte Anordnung der Codescheibe 155, der darauf angebrachten Masserverkörperung 13, des Gehäuses 143 und des Sensorkopfs 11, welcher mit der Massverkörperung 13 zur Erzeugung eines Signals zusammenwirkt. Die Massverkörperung 13 befindet sich hier auf derjenigen Seite 249 der Codescheibe 155, welche vom Gehäuse 143 abgewandt ist. Gemeint ist hier bevorzugt ein neben, entlang oder im Wesentlichen parallel zu der flachen Seite der Codescheibe 155 verlaufender Teil des Gehäuses 143 und/oder der obere Teil des Gehäuses 143. Vorzugsweise ist also die Codescheibe 155 zwischen der Innenseite des Gehäuses 143 (oder der Innenseite des genannten Teils des Gehäuses) und dem Sensorkopf 11 oder der Leiterplatte 251 angeordnet. Aus der Tatsache, dass die Aufnahme 267 für die Welle (oder zumindest der grössere Teil, insbesondere mindestens 70 oder 90% der Länge der Wellenaufnahme) auf derselben Seite der Codescheibe 155 angeordnet ist, wie die Massverkörperung 13, ergibt sich eine wesentliche Platzersparnis. Der Grund dafür ist, dass der Ort der Messung, also der Bereich zwischen Massverkörperung 13 und Sensorkopf 11 neben der Welle bzw. der Wellenaufnahme 267 angeordnet ist. Mit Vorteil ist der Sensorkopf 11 auf eine Leiterplatte 251 montiert, welche formschlüssig mit dem Gehäuse 143 zusammenwirkt. Besonders bevorzugt geschieht dies über eine Schnappverbindung 153. Eine sehr einfache Montage des Encoders 10 kann durch den Einsatz eines Adapterteils 255 bewerkstelligt werden, welches ein erstes Verbindungsmittel 257 und ein zweites Verbindungsmittel 259 aufweist. Bei Letzterem handelt es sich dann mit Vorteil um eine Schnappverbindung 259, welche z.B. durch ein oder mehrere Vorsprünge 261 und ein oder mehrere Vertiefungen 263 gebildet wird. Vorsprünge 261 und Vertiefungen 263 können am Gehäuse (insbesondere an der Gehäuseinnenwand) und/oder am Adapterteil 255 angeordnet sein. Vorzugsweise handelt es sich um eine lösbare Verbindung. Vorteilhafterweise besitzt das Gehäuse 143 ein Montagelager 265, in welches die Codescheibe 155 und/oder eine mit der Codescheibe 155 verbundene Aufnahme 267 für eine Welle aufgenommen sein. Letzteres deshalb, weil die Codescheibe 155 und die Wellenaufnahme 267 entweder einstückig ausgebildet sein können, was bevorzugt ist, oder eben miteinander verbundene Einzelteile darstellen können. Beim erfindungsgemässen Encoder 10 sind vorzugsweise das Gehäuse 143 und/oder die Leiterplatte 251 und/oder die Codescheibe 155 und/oder die Verbindungsmittel 253 und/oder 259 aus Kunststoff gefertigt. Eine besonders kompakte Bauform wird darüber hinaus erreicht, wenn die Kontaktierung des Sensorkopfs 11 über eine seitliche Öffnung 269 im Gehäuse 143 erfolgt. Diese Öffnung 269 ist mit Vorteil auf der von der Codescheibe 155 abgewandten Seite des Sensorkopfs 11 und/oder der Leiterplatte 251 angeordnet. Die Kontaktierung kann so auf der Unterseite des Sensorkopfs 11 oder - wenn der Sensorkopf 11 über die Leiterplatte 251 kontaktiert ist - auf der Unterseite der Leiterplatte 251 erfolgen. Die genannte Kontaktierung kann über ein oder mehrere Kabel 159 bewerkstelligt werden, welche durch die Öffnung 269 ins Gehäuse 143 gelangen. Dabei handelt es sich mit Vorzug um flache Kabel 159 wie sie in den Figuren gezeigt werden, wobei Flexkabel besonders bevorzugt sind. Die Öffnung 269 weist deshalb mit Vorteil eine längliche Form auf und ist bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Codescheibe 155 und/oder zur Leiterplatte 251 angeordnet. Das flache Kabel 159 ist ebenfalls entsprechend ausgerichtet. Wenn das Gehäuse 143 auf einer Seite 245 eine Einbuchtung 273 aufweist, welche sich an die Öffnung anschliesst, ist dies besonders vorteilhaft. Insbesondere dann, wenn die Einbuchtung von der Öffnung entlang der Seite 245 des Gehäuses 143 bis zu einer anderen Seite 247 oder bis zu einem Rand des Gehäuses 143 oder bis zu einer Kante des Gehäuses 143 verläuft. Die Einbuchtung 273 kann von der Öffnung 269 z.B. bis zur Oberseite 245 des Gehäuses 143 verlaufen. Das Kabel 159 kann so in der Einbuchtung 273 positioniert sein. Wenn das Gehäuse 143 - was bevorzugt ist - eine zylindrische Form aufweist, liegt das Kabel 159 so bevorzugt innerhalb des Zylinderradius. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Positionsmessvorrichtung, bzw. der Encoder 10 eines oder mehrere der Merkmale aufweist, wie sie in anderen Teilen dieses Dokuments beschrieben sind. Insbesondere die Ausgestaltung des Sensorkopfs 11 und der Massverkörperung seien genannt. Die Massverkörperung weist beispielsweise bevorzugt mindestens zwei Spuren auf, wobei es sich bei einer Spur um eine Inkrementalspur handelt und wobei es sich bei einer zweiten Spur vorzugsweise entweder um eine Indexspur oder eine codierte Spur handelt, wie sie in diesem Dokument beschrieben werden. Figs. 15 to 17 show a position measuring device. This is an encoder 10, which has a particularly compact design. This design is characterized by a specific arrangement of the code disk 155, the mounted thereon Masserverkörperung 13, the housing 143 and the sensor head 11, which cooperates with the scale 13 for generating a signal. The material measure 13 is located here on that side 249 of the code disk 155, which faces away from the housing 143. What is meant here is preferably a part of the housing 143 extending along or substantially parallel to the flat side of the code disk 155 and / or the upper part of the housing 143. Preferably, the code disk 155 is between the inside of the housing 143 (or the inside the said part of the housing) and the sensor head 11 or the printed circuit board 251 are arranged. The fact that the receptacle 267 for the shaft (or at least the greater part, in particular at least 70 or 90% of the length of the shaft receptacle) is arranged on the same side of the code disk 155 as the graduated mass 13 results in a substantial space saving. The reason for this is that the location of the measurement, that is to say the area between the scale 13 and the sensor head 11, is arranged next to the shaft or the shaft receiver 267. Advantageously, the sensor head 11 is mounted on a printed circuit board 251 which cooperates positively with the housing 143. This is particularly preferably done via a snap connection 153. A very simple mounting of the encoder 10 can be accomplished by the use of an adapter part 255, which has a first connection means 257 and a second connection means 259. The latter is then advantageously a snap connection 259, which is e.g. is formed by one or more projections 261 and one or more recesses 263. Projections 261 and depressions 263 can be arranged on the housing (in particular on the housing inner wall) and / or on the adapter part 255. Preferably, it is a detachable connection. Advantageously, the housing 143 has an assembly bearing 265 into which the code disk 155 and / or a receptacle 267 connected to the code disk 155 can be accommodated for a shaft. The latter reason, because the code disk 155 and the shaft receiving 267 can either be integrally formed, which is preferred, or just can represent interconnected items. In the case of the encoder 10 according to the invention, the housing 143 and / or the printed circuit board 251 and / or the code disk 155 and / or the connecting means 253 and / or 259 are preferably made of plastic. A particularly compact design is also achieved when the contacting of the sensor head 11 via a side opening 269 in the housing 143 takes place. This opening 269 is advantageously arranged on the side facing away from the code disk 155 side of the sensor head 11 and / or the circuit board 251. The contacting can thus be done on the underside of the sensor head 11 or - when the sensor head 11 is contacted via the printed circuit board 251 - on the underside of the printed circuit board 251. Said contacting can be accomplished via one or more cables 159, which pass through the opening 269 into the housing 143. These are preferably flat cables 159 as shown in the figures, flex cables being particularly preferred. The opening 269 therefore advantageously has an elongated shape and is preferably arranged substantially parallel to the code disk 155 and / or to the printed circuit board 251. The flat cable 159 is also aligned accordingly. If the housing 143 on a side 245 has a recess 273, which adjoins the opening, this is particularly advantageous. In particular, when the recess extends from the opening along side 245 of housing 143 to another side 247 or to an edge of housing 143 or to an edge of housing 143. The indentation 273 may extend from the opening 269, e.g. extend to the top 245 of the housing 143. The cable 159 may thus be positioned in the recess 273. If the housing 143 - which is preferred - has a cylindrical shape, the cable 159 is so preferably within the cylinder radius. Furthermore, it is advantageous if the position measuring device, or the encoder 10 has one or more of the features, as described in other parts of this document. In particular, the design of the sensor head 11 and the dimensional standard may be mentioned. For example, the scale preferably has at least two tracks, one track being an incremental track, and a second track preferably being either an index track or a coded track as described in this document.

Legende:Legend:

[0075] <tb>10<sep>Encoder <tb>11<sep>Sensorkopf <tb>13<sep>Massverkörperung <tb>15<sep>Bewegungsrichtung der Massverkörperung relativ zum Sensorkopf <tb>17<sep>Trägerplatte <tb>19<sep>Substrat <tb>21<sep>Lichtquelle <tb>22<sep>Hauptachse des ausgesandten Lichtstrahls <tb>23<sep>Lichtempfängerelemente <tb>25<sep>erste Spur der Massverkörperung <tb>27<sep>erste optische Elemente <tb>29<sep>erster Sensorbereich <tb>31<sep>Zweite Spur der Massverkörperung <tb>33<sep>zweites optisches Element <tb>35<sep>zweiter Sensorbereich <tb>37<sep>Flachseiten des Substrats <tb>39<sep>Längsmittelachse <tb>41<sep>Pfeil <tb>43<sep>Mittellinie der Massverkörperung <tb>45<sep>Achse durch die Lichtquelle <tb>47<sep>Auswerteschaltung <tb>49<sep>Blende <tb>51<sep>Metallschicht auf Sensoren <tb>53<sep>Lotkugeln <tb>55<sep>Leiterbahnen auf Trägerplatte <tb>57<sep>nicht leitende Schicht (Permanentresist) <tb>59<sep>Aussparungen <tb>61<sep>Underfill <tb>63<sep>Rückseite der Trägerplatte <tb>64<sep>Leiterbahnen auf der Rückseite der Trägerplatte <tb>65<sep>nicht-leitende Schicht <tb>67<sep>Aussparungen <tb>69<sep>Durchbrüche in der Trägerplatte <tb>71<sep>Ausnehmung für Lichtquelle <tb>73<sep>Halter <tb>75<sep>Distanzhalter <tb>77<sep>Luftspalt <tb>79<sep>Kleber <tb>81<sep>leitende transparente Schicht <tb>83<sep>Erste dotierte Schicht <tb>85<sep>amorphe Siliziumschicht <tb>87<sep>zweite dotierte Schicht <tb>89, 91<sep>Kontaktstellen des Lichtempfängers <tb>93<sep>Schutzschicht <tb>95<sep>Kontaktstelle zw. Lichtquelle und Schicht 51 <tb>96<sep>Stift eines Werkzeugs <tb>97<sep>Trägermaterial <tb>99<sep>Einbuchtungen <tb>100<sep>Sensorebene <tb>101<sep>Kurve der Lichtintensität ( h /1) <tb>102<sep>Linie, auf der die Schwerpunkte der Lichtempfängerelemente angeordnet sind <tb>102b<sep>Schwerpunkt der Lichtempfängerelemente <tb>103a, 103b<sep>Analogsignale (A+ / A- / a / aa / ab / ac / b / ba / bb) <tb>104<sep>Digitalsignal <tb>105<sep>Achse des optischen Elements <tb>106<sep>Diode <tb>107<sep>Benachbarter Bereich zu 108 <tb>108<sep>Auftreffpunkt des Lichts auf 100 <tb>109<sep>Restlicher Bereich (d.h. ohne Bereiche 107 und 108) <tb>111<sep>VIAS ?? ( elektrisch leitende Verbindungen / Schichten zwischen 23 ??) <tb>141<sep>Sensorkopfhalter <tb>143<sep>Gehäuse <tb>145<sep>Deckel <tb>147<sep>Vertiefung <tb>149<sep>Öffnung <tb>151<sep>Rand des Substrats / Rand des Sensorkopfs <tb>153<sep>Rand des Sensorkopfhalters <tb>155<sep>Codescheibe <tb>157<sep>Welle <tb>159<sep>Kabel <tb>161<sep>Emissionsschicht der Lichtquell <tb>163<sep>Kontaktschicht <tb>165<sep>seitlich austretendes Licht <tb>167<sep>Deckschicht <tb>168<sep> <tb>170<sep>Lichtkegel <tb>180<sep> <tb>181<sep>Positionszahl <tb>182<sep>Schwenkarm <tb>183<sep>Schlitz <tb>184<sep>Exzenter <tb>185<sep>Motor <tb>186<sep>Verbindungslinie <tb>187<sep>Auswerteschaltung <tb>188<sep>Mikroprozessor <tb>241<sep> <tb>261<sep>Vorsprünge <tb>263<sep>Vertiefungen <tb>265<sep>Montagelager <tb>267<sep>Aufnahme für Well <tb>269<sep>Seitliche Öffnung <tb>271<sep>von der Codescheibe abgewandte Seite des Sensorkopfes <tb>273<sep>Einbuchtung[0075] <Tb> 10 <sep> Encoder <Tb> 11 <sep> Sensor Head 'Tb> 13 <sep> graduation <tb> 15 <sep> Direction of movement of the graduation relative to the sensor head <Tb> 17 <sep> carrier plate <Tb> 19 <sep> Substrate <Tb> 21 <sep> Light Source <tb> 22 <sep> Main axis of the emitted light beam <Tb> 23 <sep> light receiving elements <tb> 25 <sep> first trace of the physical embodiment <tb> 27 <sep> first optical elements <tb> 29 <sep> first sensor area <tb> 31 <sep> Second trace of the Massification <tb> 33 <sep> second optical element <tb> 35 <sep> second sensor area <tb> 37 <sep> flat sides of the substrate <Tb> 39 <sep> longitudinal central axis <Tb> 41 <sep> Arrow <tb> 43 <sep> Center line of the scale <tb> 45 <sep> axis through the light source <Tb> 47 <sep> evaluation <Tb> 49 <sep> Aperture <tb> 51 <sep> Metal layer on sensors <Tb> 53 <sep> solder balls <tb> 55 <sep> Circuit traces on carrier plate <tb> 57 <sep> non-conductive layer (Permanent Resist) <Tb> 59 <sep> recesses <Tb> 61 <sep> underfill <tb> 63 <sep> Back side of the carrier plate <tb> 64 <sep> tracks on the back of the carrier plate <tb> 65 <sep> non-conductive layer <Tb> 67 <sep> recesses <tb> 69 <sep> breakthroughs in the carrier plate <tb> 71 <sep> recess for light source <Tb> 73 <sep> Holder <Tb> 75 <sep> spacer <Tb> 77 <sep> air gap <Tb> 79 <sep> Kleber <tb> 81 <sep> conductive transparent layer <tb> 83 <sep> First doped layer <tb> 85 <sep> amorphous silicon layer <tb> 87 <sep> second doped layer <tb> 89, 91 <sep> Contact points of the light receiver <Tb> 93 <sep> protective layer <tb> 95 <sep> contact point between light source and layer 51 <tb> 96 <sep> Pen of a tool <Tb> 97 <sep> substrate <Tb> 99 <sep> indentations <Tb> 100 <sep> sensor plane <tb> 101 <sep> curve of light intensity (h / 1) <tb> 102 <sep> Line on which the centers of gravity of the light receiving elements are arranged <tb> 102b <sep> Center of gravity of the light receiver elements <tb> 103a, 103b <sep> Analog signals (A + / A- / a / aa / ab / ac / b / ba / bb) <Tb> 104 <sep> Digital Signal <tb> 105 <sep> Axis of the optical element <Tb> 106 <sep> diode <tb> 107 <sep> Neighboring area to 108 <tb> 108 <sep> Impact point of light at 100 <tb> 109 <sep> Remaining area (i.e., without areas 107 and 108) <tb> 111 <sep> VIAS ?? (electrically conductive connections / layers between 23 ??) <Tb> 141 <sep> Sensor head holder <Tb> 143 <sep> Housing <Tb> 145 <sep> Lid <Tb> 147 <sep> depression <Tb> 149 <sep> Opening <tb> 151 <sep> Edge of the substrate / edge of the sensor head <tb> 153 <sep> Edge of sensor head holder <Tb> 155 <sep> code disk <Tb> 157 <sep> wave <Tb> 159 <sep> Cables <tb> 161 <sep> Emission layer of light source <Tb> 163 <sep> contact layer <tb> 165 <sep> light exiting sideways <Tb> 167 <sep> topcoat <Tb> 168 <sep> <Tb> 170 <sep> beam <Tb> 180 <sep> <Tb> 181 <sep> Position number <Tb> 182 <sep> arm <Tb> 183 <sep> slot <Tb> 184 <sep> eccentric <Tb> 185 <sep> Engine <Tb> 186 <sep> Connection line <Tb> 187 <sep> evaluation <Tb> 188 <sep> Microprocessor <Tb> 241 <sep> <Tb> 261 <sep> projections <Tb> 263 <sep> wells <Tb> 265 <sep> Mounting bearings <tb> 267 <sep> recording for Well <tb> 269 <sep> Lateral opening <tb> 271 <sep> side of the sensor head facing away from the code disk <Tb> 273 <sep> indentation

Claims

1. Positionsmessvorrichtung mit - mindestens einer Massverkörperung mit einer optischen Struktur, vorzugsweise einer Anordnung von 3-D Reflektoren, - einer im Abstand von der Massverkörperung angeordneten Lichtquelle und - wenigstens einem im Abstand von der Massverkörperung angeordneten Lichtempfänger, sowie - mindestens einem zwischen der Massverkörperung und dem Lichtempfänger vorhandenen transparenten Substrat, dadurch gekennzeichnet, - dass auf der der Massverkörperung abgewandten Seite des Substrats der Lichtempfänger in Gestalt eines Dünnschichtaufbaus bestehend aus mehreren übereinander angeordneten Schichten direkt auf das transparente Substrat abgeschieden ist, - dass im Abstand vom Lichtempfänger eine Lichtquelle vorgesehen ist, und - dass eine Trägerplatte vorgesehen ist, auf welcher das Substrat angeordnet ist.1. Position measuring device with at least one dimensional standard having an optical structure, preferably an arrangement of 3-D reflectors, - A arranged at a distance from the scale of light source and - At least one arranged at a distance from the physical scale light receiver, and at least one transparent substrate present between the scale and the light receiver, characterized, that the light receiver in the form of a thin-film structure comprising a plurality of layers arranged one above the other is deposited directly on the transparent substrate on the side of the substrate which faces away from the dimensional embodiment, - That at a distance from the light receiver, a light source is provided, and - That a support plate is provided, on which the substrate is arranged.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle hinter einer in den erwähnten Schichten ausgeätzte Aussparung angeordnet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light source is arranged behind a etched in said layers recess.

3. Trägerplatte auf beiden Flachseiten Leiterbahnen für die Kontaktierung mit dem Lichtempfänger und einer Auswerteschaltung aufweist.3. carrier plate on both flat sides of strip conductors for contacting with the light receiver and an evaluation circuit has.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat und die Trägerplatte durch Flip-Chip Montage fest miteinander verbunden sind.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the transparent substrate and the carrier plate are connected by flip-chip mounting firmly together.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, die auf der Trägerplatte angeordnet ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation circuit is provided, which is arranged on the carrier plate.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger mit einer metallischen Deckschicht, vorzugsweise aus Aluminium kontaktier ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light receiver is kontaktier with a metallic cover layer, preferably made of aluminum.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Metall Aluminium ist, welches vorzugsweise mit 1 bis 5 % Titan legiert ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the electrically conductive metal is aluminum, which is preferably alloyed with 1 to 5% titanium.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen der leitenden Deckschicht und den Leiterbahnen der Trägerplatte mittels Lotkugeln, sogenannten «Bumps» oder «stud-bumps», hergestellt ist.8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the electrical connection between the conductive cover layer and the conductor tracks of the carrier plate by means of solder balls, so-called "bumps" or "stud-bumps" is made.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der metallischen Deckschicht oder Bumps einerseits und der Trägerplatte andererseits mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffs hergestellt ist.9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the connection between the metallic cover layer or bumps on the one hand and the carrier plate on the other hand is made by means of an electrically conductive adhesive.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Trägerplatte und dem Substrat ein Permanentresist zur Begrenzung der Ausdehnung des Klebstoffs vorgesehen ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the carrier plate and the substrate a permanent resist is provided for limiting the expansion of the adhesive.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte Anschlüsse zum Anschluss der Positionsmessvorrichtung an ein externes Anzeigegerät aufweist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate has connections for connection of the position measuring device to an external display device.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnschichtsensor gebildet ist durch - eine transparente, leitende Schicht, vorzugsweise eine transparente, leitende Oxid-Schicht (= TCO- Schicht), - eine erste dotierte Schicht, eine intrinsische Schicht, vorzugsweise eine amorphe Siliziumschicht, - eine zweite dotierte Schicht sowie - eine elektrisch leitende, metallische Deckschicht.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the thin-film sensor is formed by a transparent, conductive layer, preferably a transparent, conductive oxide layer (= TCO layer), a first doped layer, an intrinsic layer, preferably an amorphous silicon layer, a second doped layer as well - An electrically conductive, metallic cover layer.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines strukturierten Sensorbereiches bereichsweise die Aluminiumschicht, die oberste dotierte Schicht und vorzugsweise zumindest ein Teil der intrinsischen Schicht weggeätzt ist.13. The device according to claim 12, characterized in that for the production of a structured sensor region partially the aluminum layer, the uppermost doped layer and preferably at least a portion of the intrinsic layer is etched away.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger als Sensorbereich ausgebildet ist bestehend jeweils aus einer Mehrzahl von Lichtempfängerelementen, welche elektrisch miteinander verbunden sind.14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light receiver is formed as a sensor region consisting of a plurality of light receiving elements, which are electrically connected to each other.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines strukturierten Sensorbereiches bereichsweise die Aluminiumschicht, die oberste dotierte Schicht und vorzugsweise zumindest ein Teil der intrinsischen Schicht weggeätzt ist.15. The device according to claim 14, characterized in that for the production of a structured sensor region partially the aluminum layer, the uppermost doped layer and preferably at least a portion of the intrinsic layer is etched away.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster und ein zweiter Sensorbereich vorgesehen, welche Bereiche jeweils einer Massverkörperung mit einer inkrementalen, Index- oder Absolutspur zugeordnet ist.16. The device according to one of claims 13 to 15, characterized in that at least one first and a second sensor region is provided, which regions are each assigned to a material measure with an incremental, index or absolute track.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensorbereich erste und zweite Lichtempfängerelemente aufweist, welche ineinander verschachtelt sind.17. The device according to claim 16, characterized in that the first sensor region has first and second light receiver elements, which are nested one inside the other.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Lichtempfängerelemente eine ungefähr U-förmige Gestalt haben.18. The apparatus of claim 16 or 17, characterized in that the first and second light receiving elements have an approximately U-shaped configuration.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der geometrische Schwerpunkt der ersten und zweiten Lichtempfängerelemente des ersten Sensorbereiches ungefähr auf einer Geraden liegen.19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that the geometric center of gravity of the first and second light-receiving elements of the first sensor area are approximately on a straight line.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensorbereich jeweils durch eine Mehrzahl von vorzugsweise streifenförmig ausgebildeten Lichtempfängerelementen gebildet sind, welche Lichtempfängerelemente in einem Winkel von vorzugsweise zwischen 0.5 und 15 Grad zueinander und in einer bestimmten Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei die geraden und die ungeraden Lichtempfängerelemente jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden sind.20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized in that the first sensor region are each formed by a plurality of preferably strip-shaped light receiver elements, which light receiver elements at an angle of preferably between 0.5 and 15 degrees to each other and arranged in a certain direction one behind the other are, wherein the even and the odd light receiving elements are each electrically connected to each other.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder die zweiten Lichtempfängerelemente durch eine zusätzlich aufgebrachte, elektrisch leitende Schicht miteinander verbunden sind, wobei zwischen der Metallschicht und der zusätzlichen, leitenden Schicht eine Isolationsschicht vorgesehen ist.21. The device according to claim 20, characterized in that the first and / or the second light-receiving elements are connected to each other by an additionally applied, electrically conductive layer, wherein between the metal layer and the additional conductive layer, an insulating layer is provided.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Lichtempfängerelemente des ersten Sensorbereichs so angeordnet sind, dass zwei um 180° verschobene, alternierende Signale in der Reihenfolge «AbaB» erhalten werden.22. Device according to one of claims 13 to 21, characterized in that the first and second light-receiving elements of the first sensor region are arranged so that two 180 ° shifted, alternating signals in the order «AbaB» are obtained.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensorbereich für die Erzeugung eines Indexes vorgesehen ist und ein streifenförmiges, erstes Lichtempfängerelement und zwei in einem Winkel vom ersten Lichtempfängerelement abstehenden zweiten Lichtempfängerelement gebildet ist.23. Device according to one of claims 13 to 22, characterized in that the second sensor region is provided for the generation of an index and a strip-shaped, first light-receiving element and two projecting at an angle from the first light-receiving element second light-receiving element is formed.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der geometrische Schwerpunkt der Fläche des ersten Lichtempfängerelements und der Fläche der beiden zweiten Lichtempfängerelement des zweiten Sensorbereiches im Wesentlichen zusammenfallen.24. Device according to one of claims 13 to 23, characterized in that the geometric center of gravity of the surface of the first light-receiving element and the surface of the two second light-receiving element of the second sensor region substantially coincide.

25. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines strukturierten Sensorbereiches bereichsweise die Aluminiumschicht, die oberste dotierte Schicht und vorzugsweise zumindest ein Teil der intrinsischen Schicht weggeätzt ist.25. Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the production of a structured sensor region partially the aluminum layer, the uppermost doped layer and preferably at least a portion of the intrinsic layer is etched away.

26. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines strukturierten Sensorbereiches bereichsweise die Aluminiumschicht, die oberste dotierte Schicht und vorzugsweise zumindest ein Teil der intrinsischen Schicht weggeätzt ist.26. Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the production of a structured sensor region partially the aluminum layer, the uppermost doped layer and preferably at least a part of the intrinsic layer is etched away.

27. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines strukturierten Sensorbereiches bereichsweise die Aluminiumschicht, die oberste dotierte Schicht und vorzugsweise zumindest ein Teil der intrinsischen Schicht weggeätzt ist.27. Device according to one of the preceding Ansprächen, characterized in that for the production of a structured sensor region partially the aluminum layer, the uppermost doped layer and preferably at least a portion of the intrinsic layer is etched away.

28. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Massverkörperung zwei Spuren mit optischen Elementen aufweist, wobei eine erste Spur der Erzeugung eines inkrementalen Signals und die zweite Spur der Ermittlung einer Positionszahl oder eines Indexsignals dient.28. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the physical scale comprises two tracks with optical elements, wherein a first track of the generation of an incremental signal and the second track of the determination of a position number or an index signal is used.

29. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle, vorzugsweise eine LED, hinter dem Substrat angeordnet ist.29. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source, preferably an LED, is arranged behind the substrate.

30. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Lichtempfänger angeordnet ist.30. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source is arranged substantially in the same plane as the light receiver.

31. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle, vorzugsweise eine OLED, ist, welche direkt auf dem Substrat zwischen den Lichtempfängern ausgebildet ist.31. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source, preferably an OLED, which is formed directly on the substrate between the light receivers.

32. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle in einer metallischen Schicht eingebettet ist, sodass Streulicht abgehalten werden kann.32. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source is embedded in a metallic layer, so that stray light can be prevented.

33. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftspalt im Lichtgang zwischen Lichtquelle und Substrat vorhanden ist.33. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an air gap in the light path between the light source and the substrate is present.

34. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung auf der anderen Seite der Trägerplatte in Gestalt einer integrierten Schaltung zur Verarbeitung der Lichtempfängersignale im Flip-Chip-Verfahren angeordnet ist, wobei die Lichtempfänger mit der integrierten Schaltung elektrisch verbunden sind.34. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit is arranged on the other side of the carrier plate in the form of an integrated circuit for processing the light receiver signals in the flip-chip method, wherein the light receivers are electrically connected to the integrated circuit.

35. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte aus Keramik besteht.35. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate consists of ceramic.

36. Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfes für eine Positionsmessvorrichtung mit den folgenden Verfahrensschritten: a Aufbringen einer Vielzahl von Gruppen von Lichtempfängern auf ein transparentes Substrat in einem Dünnschichtverfahren, welche Gruppen von Lichtempfängern jeweils der Herstellung eines einzelnen Sensorkopfes dienen, b Vorsehen jeweils einer Blende für eine Gruppe von Lichtempfängern, c Aufbringen von Kontaktstellen, vorzugsweise in Gestalt von Lotkugeln, sogenannten bumps", auf die Lichtempfänger, d Bereitstellen einer Trägerplatte mit Leiterbahnen oder Kontaktstellen, welche mit den Kontaktstellen der Lichtempfänger übereinstimmen, und e Verbinden des Glassubstrats und der Trägerplatte unter Verwendung eines elektrisch leitenden Klebers.36. A method of making a sensor head for a position measuring device, comprising the steps of: a depositing a plurality of groups of light receivers onto a transparent substrate in a thin-film process, which groups of light receivers each serve to produce a single sensor head, b each providing a diaphragm for a group of light receivers, c applying contact points, preferably in the form of solder balls, so-called bumps, to the light receivers, d providing a carrier plate with conductor tracks or contact points, which coincide with the contact points of the light receiver, and e bonding the glass substrate and the support plate using an electrically conductive adhesive.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass vorgängig auf die Trägerplatte eine elektrisch nicht-leitende Schicht aufgebracht wird, welche Aussparungen hat, die mit den Kontaktstellen der Lichtempfänger übereinstimmen, und dass die Aussparungen mit dem elektrisch leitenden Kleber mindestens teilweise gefüllt werden.37. The method according to claim 36, characterized in that an electrically non-conductive layer is previously applied to the carrier plate, which has recesses which coincide with the contact points of the light receiver, and that the recesses are at least partially filled with the electrically conductive adhesive.

38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite der Trägerplatte eine Auswerteschaltung aufgebracht wird.38. The method of claim 36 or 37, characterized in that on the back of the carrier plate an evaluation circuit is applied.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der vorhandenen Zwischenräume zwischen Glassubstrat und Trägerplatte mit einem Underfill ausgefüllt werden.39. The method according to any one of claims 36 to 38, characterized in that a part of the existing spaces between glass substrate and carrier plate are filled with an underfill.

40. Positionsmessvorrichtung, insbesondere Encoder, aufweisend - einen Support, - einen am Support angeordneten Sensorkopf mit einer Lichtquelle und einem Lichtempfängerelement, - eine relativ zum Sensorkopf bewegliche Massverkörperung mit optischen Elementen, die an einen beweglichen Teil einer Vorrichtung, beispielsweise eines Motors, montierbar ist und mit dem Sensorkopf für die Ermittlung eines absoluten Positionswertes zusammenwirken kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf am Support beweglich angeordnet ist, und Mittel vorgesehen sind, um den Sensorkopf relativ zum Support um ein bestimmtes Mass zu verschieben.40. Position measuring device, in particular encoder, comprising - a support, a sensor head arranged on the support with a light source and a light receiver element, a measuring element which can be moved relative to the sensor head and has optical elements which can be mounted on a moving part of a device, for example a motor, and interact with the sensor head for the determination of an absolute position value, characterized that the sensor head is movably arranged on the support, and means are provided for displacing the sensor head relative to the support by a certain amount.

41. Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebemittel zum Bewegen des Sensorkopfes durch einen Motor gebildet sind, welcher in einer Wirkverbindung mit dem Sensorkopf ist.41. Position measuring device according to claim 40, characterized in that the displacement means for moving the sensor head are formed by a motor, which is in operative connection with the sensor head.

42. Positionsmessvorrichtung nach Anspruch 40 oder 41 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die Massverkörperung eine Codescheibe ist.42. Position measuring device according to claim 40 or 41 or, characterized in that the dimensional standard is a code disk.

43. Positionsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 42 und 2 bis 42 oder, dadurch gekennzeichnet,43. Position measuring device according to one of claims 40 to 42 and 2 to 42 or, characterized

44. Verfahren zur Ermittlung der absoluten Position eines beweglichen Teils in der Ruheposition mit Hilfe einer Positionsmessvorrichtung, welche die Ermittlung der absoluten Position des Teils mit Hilfe einer relativ zu einem Sensorkopf beweglichen Massverkörperung erlaubt, die mit dem beweglichen Teil gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der absoluten Position des beweglichen Teils in der Ruheposition der Sensorkopf relativ zum beweglichen Teil verschoben wird.44. A method for determining the absolute position of a movable part in the rest position by means of a position measuring device, which allows the determination of the absolute position of the part by means of a relative to a sensor head movable scale embodiment, which is coupled to the movable part, characterized in that to determine the absolute position of the movable part in the rest position of the sensor head is moved relative to the moving part.