DE102006011540A1 - Scanning unit for detection of optical measure embodiments, has aperture diaphragm array arranged in picture-sided focal plane of micro lens array, and aperture opening is located in picture-lateral focal point of each micro lens of array - Google Patents

Abstract

The unit (1) has a light transmitter, a scanning receiver, an optical auxiliary scanning diaphragm (20) and micro lens array (30).The optical measure embodiments (100) have an optical position coding. An aperture diaphragm array (40) is arranged in the picture-sided focal plane of the micro lens array, such that an aperture diaphragm opening (41) is located in the picture-lateral focal point of each micro lens (31) of the micro lens array. The scanning diaphragm, the aperture diaphragm array and the micro lens array are positioned on each other in the given series directly on the surface of the scanning receiver (10) above the photo-sensitive receiver field. An independent claim is also included for the position measuring unit for the scanning of optically coded measure embodiments.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Abtasteinheit für eine Positionsmesseinrichtung zur Detektion von optischen Maßverkörperungen sowie eine entsprechende Positionsmesseinrichtung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a scanning unit for a position-measuring device for the detection of optical measuring standards and a corresponding position measuring device according to the preamble the independent one Claims.

Eine derartige Positionsmesseinrichtung umfasst eine mit einer optisch auslesbaren Positionscodierung versehene Maßverkörperung, eine Lichtquelle zur Emission von Licht in Richtung auf die Maßverkörperung sowie eine Abtasteinheit, bestehend aus einem Abtastempfänger mit lichtempfindlichen strukturierten Flächen zum Empfangen des durch den Maßstab modulierten Lichtes und aus einer Linsenanordnung, die auf der Oberfläche des Abtastempfängers angeordnet ist und aus einer oder mehreren Mikrolinsen besteht und welche den durch die Lichtquelle beleuchteten Bereich der Maßverkörperung auf die strukturierten Empfängerflächen des Abtastempfängers abbilden.A Such position measuring device comprises one with an optical readable position coding provided material measure, a light source for Emission of light in the direction of the measuring standard and a scanning unit, consisting of a scanning receiver with photosensitive structured areas for receiving the the scale modulated light and from a lens array on the surface of the scanning receiver is arranged and consists of one or more microlenses and which on the illuminated by the light source area of the material measure the structured receiver surfaces of the scanning receiver depict.

Die Positionsmesseinrichtung kann dabei Anwendung finden zur Detektion von reflektiven oder auch transmissiven Maßstäben, die entsprechend im Auflicht- oder Durchlichtverfahren betrieben werden. Im erstgenannten Fall befinden sich Lichtsender und Empfänger auf derselben Seite des Maßstabes, das am Maßstab reflektierte und durch den Positionscode modulierte Licht wird anschließend vom Abtast-Empfänger detektiert. Bei transmissiven Maßstäben sind Lichtsender und Empfänger auf gegenüber liegenden Seiten des Maßstabes angeordnet und das vom Lichtsender emittierte und durch den zumindest partiell transparenten Maßstab hindurch tretende und modulierte Licht wird vom Abtast-Empfänger detektiert.The Position measuring device can be used for detection of reflective or even transmissive scales, which correspond in the incident light or transmitted light method can be operated. In the former case the light transmitter and receiver are on the same side of the scale, that on the scale reflected and modulated by the position code light is then from the Scanning receiver detected. At transmissive scales, light emitters and receivers are on across from lying sides of the scale arranged and emitted by the light emitter and by the at least partially transparent scale passing and modulated light is detected by the scanning receiver.

Die Maßverkörperung kann etwa zur Winkelmessung als Codescheibe mit kreisförmig angeordneten Codierungen oder zur Längenmessung als Lineal mit linear angeordneten Positionscodierungen ausgestaltet sein. Die Positionscodierung kann inkremental und bzw. oder absolut codierte Spuren aufweisen.The Measuring standard can be arranged as a code disc with circular about angle measurement Codings or for length measurement designed as a ruler with linearly arranged position coding be. The position coding can be incremental and / or absolute have encoded tracks.

Stand der Technikwas standing of the technique

Optische Positionsmessgeräte nach dem Stand der Technik verwenden als Positionscodierung Codeflächen in Form von unterschiedlich stark transmittierenden oder reflektierenden Amplitudenobjekten, im Falle einer inkrementalen Codespur in Form eines Amplitudengitters, wobei die Messperiode der Gitterperiode entspricht. Bei einer projektiven Abtastung von transmissiven Maßstäben werden die Codeflächen mit weitgehend parallelem Licht beleuchtet und auf der entgegengesetzten Seite durch einen Abtastempfänger detektiert. Aufgrund der Beleuchtung mit nicht ideal-parallel kollimiertem Licht und der Beugung an den Codefeldern muss der Abtast-Empfänger so nah wie möglich an dem Maßstab angeordnet werden, weshalb nur sehr geringe Abstands-Toleranzen von weniger als 50 Mikrometern zulässig sind. Ist der Abstand zu gering, kollidiert der Maßstab mit dem Abtast-Empfänger was die Zerstörung der Positionsmesseinrichtung zur Folge hat. Bei größer werdendem Abstand nehmen der Kontrast und die Interpolierbarkeit der Positionssignale und damit die Positionsgenauigkeit ab; ist der Abstand schließlich zu groß, so werden keine Positionssignale mehr generiert.optical position Encoders According to the prior art use code surfaces in position coding as Shape of different strong transmissive or reflective Amplitude objects, in the case of an incremental code track in the form of a Amplitude grating, wherein the measurement period corresponds to the grating period. At a projective sampling of transmissive scales the code areas illuminated with largely parallel light and on the opposite Page through a scanning receiver detected. Due to the illumination with not ideal-parallel collimated Light and the diffraction at the code fields must be the scanning receiver so as close as possible on the scale be arranged, which is why only very small clearance tolerances less than 50 microns are allowed. Is the distance too low, the scale collides with the scanning receiver what the destruction the position measuring device has the consequence. With increasing The contrast and the interpolability of the position signals are distanced and thus the position accuracy; the distance is eventually too big, so will be no position signals generated anymore.

Ein Abtastempfänger nach dem Stand der Technik ist ein integrierter Schaltkreis (integrated circuit, iC), der in der Regel auf CMOS-Prozessen basiert und der einzelne lichtempfindliche Empfängerfelder aufweist, welche jeweils positionsabhängige Signale generieren. Für inkrementale Maßverkörperungen sind dies in der Regel mindestens vier Felder, die jeweils um eine viertel Messperiode in Messrichtung zueinander versetzt angeordnet sind und entsprechend um 90 Grad versetzte positionsabhängige Signale erzeugen. Eventuell sind weitere Empfängerfelder vorgesehen, die eine entsprechend codierte Referenzspur abtasten und ein Referenz- bzw. Nullsignal erzeugen. Die Empfängerfelder auf dem Abtast-Empfänger sind jeweils entweder als einzelne entsprechend der Codierung der Maßverkörperung strukturierte lichtempfindliche Flächen auf der Oberfläche des Empfänger-Chips vorgesehen, die gemeinsam ausgewertet werden, als sogenanntes „phased array", oder es werden zusammenhängende Flächen verwendet, wobei im letzteren Fall auf der Oberfläche des Empfänger-Chips eine Abtastblende positioniert ist. Die Abtastblende besteht aus einer Glasplatte mit einer einseitig aufgebrachten und entsprechend der Positionscodierung des Maßstabs lithographisch strukturierten Chromschicht, welche transparente Öffnungen oberhalb der lichtempfindlichen Abtastflächen des Abtast-Empfängers aufweist. Um die Abstände der Öffnungen der Abtastblende zur Maßverkörperung zu minimieren, befindet sich die Chromschicht vorzugsweise auf der zur Maßverkörperung hin zugewandten Seite der Abtastblende.One scanning receiver In the prior art, an integrated circuit (integrated circuit, iC), which is usually based on CMOS processes and the individual photosensitive receiver fields which respectively generate position-dependent signals. For incremental material measures These are usually at least four fields, each one by one Quarter measuring period arranged offset in the measuring direction to each other are and correspondingly offset by 90 degrees position-dependent signals produce. Eventually, additional receiver fields are provided, the scan a corresponding coded reference track and enter a reference or generate zero signal. The receiver fields on the scan receiver are each structured either as a single according to the coding of the material measure photosensitive surfaces on the surface of the receiver chip provided, which are evaluated together, as a so-called "phased array ", or it are contiguous areas used in the latter case, on the surface of the receiver chip a scanning aperture is positioned. The scan diaphragm consists of a glass plate with a one-sided and applied accordingly the position coding of the scale lithographically structured chromium layer, which transparent openings has above the photosensitive scanning surfaces of the scanning receiver. Around the distances the openings the scanning aperture for the material measure to minimize, the chromium layer is preferably on the to the material measure towards the side of the scanning diaphragm.

Der Maßstab bzw. die Maßverkörperung trägt die Positionsinformation in Form von binären Codierungen. Bei inkrementalen Codierungen handelt es sich um abwechselnde Hell- und Dunkelfelder, die linienartig ausgebildet sind, wobei die Linienbreite zur Erzielung von großen Auflösungen in Messrichtung deutlich schmaler ist als quer zur Messrichtung. Für absolute Codierungen ist es notwendig, mehrere ein- oder mehrspurige Codes gleichzeitig zu detektieren. Bekannte absolute Codierungen sind beispielsweise Pseudo-Random Codes, Binärcodes, BCD-Codes (binary coded decimals), Gray-Codes oder Nonius-Codes. Weiterhin ist es bekannt, Kombinationen von inkrementalen und absoluten Codierungen auf einer Maßverkörperung vorzusehen.The scale or the material measure carries the position information in the form of binary codes. Incremental codes are alternating light and dark fields, which are formed like a line, wherein the line width to achieve large resolutions in the measuring direction is significantly narrower than transverse to the measuring direction. For absolute encodings it is necessary to detect several single- or multi-track codes simultaneously. Known absolute encodings are, for example, pseudo-random codes, binary codes, BCD codes (binary coded decimals), gray codes or vernier codes. Furthermore, it is known to provide combinations of incremental and absolute codes on a material measure.

Aus der DE 100 25 410 A1 oder der DE 103 03 038 A1 sind diffraktive Maßverkörperungen bekannt, welche eine binäre Positionscodierung in Form von abwechselnd unstrukturierten Codeflächen bzw. von mittels diffraktiven Phasengittern versehenen Codeflächen aufweisen, wobei in diesem Fall die Gitterkonstante des Phasengitters um mindestens eine Größenordnung kleiner ist als die Messperiode. Zur Detektion wird die Maßverkörperung mittels einer Linse auf den optischen Empfänger abgebildet. Dabei ergeben sich insbesondere bei Detektion von absoluten Maßverkörperungen, bei denen eine große Fläche detektiert werden muss, Linsen großen Durchmessers und somit auch vergleichsweise große Abstände zwischen dem Maßstab und der Linse bzw. zwischen der Linse und dem optischen Empfänger. Weiterhin muss die Linse relativ zum optischen Empfänger justiert werden.From the DE 100 25 410 A1 or the DE 103 03 038 A1 For example, diffractive measuring graduations are known which have a binary position coding in the form of alternately unstructured code surfaces or of code surfaces provided by means of diffractive phase gratings, in which case the lattice constant of the phase lattice is smaller than the measuring period by at least one order of magnitude. For detection, the material measure is imaged by means of a lens on the optical receiver. This results in particular in detection of absolute material measures in which a large area must be detected, large diameter lenses and thus also comparatively large distances between the scale and the lens or between the lens and the optical receiver. Furthermore, the lens must be adjusted relative to the optical receiver.

Aus der EP 0 470 420 A1 ist eine optoelektronische Abtasteinrichtung bekannt, bei der ein Codeträger mittels einer Lichtquelle beleuchtet und mit einem optoelektronischen Sensor detektiert wird. Hierzu ist zwischen der optisch abtastbaren Codespur auf dem Codeträger und dem optoelektronischen Sensor eine Optik in Form von mehren nebeneinander angeordneten Gradientenindex-Linsen (GRIN-Linsen) oder Mikrolinsenplatten angeordnet, welche die Codespur auf die lichtempfindliche Sensorfläche des optoelektronischen Sensors abbildet.From the EP 0 470 420 A1 an optoelectronic scanning device is known in which a code carrier is illuminated by means of a light source and detected by an optoelectronic sensor. For this purpose, optics in the form of a plurality of juxtaposed Gradientindex lenses (GRIN lenses) or microlens plates is arranged between the optically scannable code track on the code carrier and the optoelectronic sensor, which images the code track on the photosensitive sensor surface of the optoelectronic sensor.

Bei Verwendung von einem oder mehreren hintereinander angeordneten Mikrolinsenplatten existiert das Problem des Übersprechens, d.h. es existieren überlappende Objektfelder, was bedeutet, dass das Licht, das durch eine Linse des ersten Linsenarrays fällt, in eine seitlich angeordnete Linse des zweiten Mikrolinsenarrays bzw. in ein benachbartes Empfängerfeld des Abtast-Empfängers gelangt. Demgegenüber stehen bei GRIN-Linsen die vergleichsweise große Baulänge und die Einzelherstellung einem kompakten und einfachen Aufbau entgegen. Zudem müssen die verschiedenen Mikrolinsenplatten zueinander sowie zum Abtastempfänger aufwendig justiert werden.at Use of one or more successively arranged microlens plates exists the problem of crosstalk, i.e. there are overlapping ones Object fields, which means that the light passing through a lens of the first lens array falls, in a laterally arranged lens of the second microlens array or in an adjacent recipient field of the scan receiver arrives. In contrast, For GRIN lenses, the comparatively large overall length and the individual production a compact and simple design. In addition, the different microlens plates to each other and the Abtastempfänger consuming to be adjusted.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Abtasteinheit bzw. eine entsprechende Positionsmesseinrichtung anzugeben, welches sehr einfach und zuverlässig montierbar ist und darüber hinaus das Problem des Übersprechens beseitigt.It The object of the invention is a scanning unit or a corresponding Specify position measuring device, which can be mounted very easily and reliably is and above in addition, the problem of crosstalk eliminated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abtasteinheit sowie eine entsprechende Positionsmesseinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.These The object is achieved by a Scanning unit and a corresponding position measuring device solved according to the independent claims.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sowie andere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.preferred Embodiments of the invention and other advantageous features of the invention are in the dependent claims specified.

Erfindungsgemäß wird eine Linsenplatte als abbildendes System verwendet, welche mindestens eine refraktive oder diffraktive Mikrolinse aufweist und im folgenden der Einfachheit halber als Mikrolinsenarray bezeichnet wird. Dieses wird auf dem Empfängerchip oberhalb der eventuell vorhandenen Abtastblende montiert. Das Mikrolinsenarray liegt in einer zur Maßverkörperung bzw. zur Oberfläche des Abtastempfängers parallelen Ebene. Die Mikrolinsen bilden die Positionscodierung der Maßverkörperung auf die Oberfläche der Abtastblenden-Öffnungen bzw. auf die Oberfläche der lichtempfindlichen Empfängerfelder des Abtastempfängers ab. Dabei liegen die Empfängerfelder jeweils weitgehend in der optischen Achse der betreffenden Mikrolinsen. Die Brennebene der Linsen liegt vorzugsweise in der ebenen Rückseite des Linsenarrays. Zwischen dem Mikrolinsenarray und der Abtastblende bzw. der Oberfläche des Abtast-Empfängers befindet sich eine Anordnung von Aperturblenden, welche im folgenden der Einfachheit halber als Aperturblendenarray bezeichnet wird. Dieses Aperturblendenarray ist in Form einer dünnen opaken Schicht realisiert und weist jeder der Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays genau eine telezentrische Aperturblende im bildseitigen Brennpunkt zu. Die Aperturblenden sind dabei transparente Öffnungen innerhalb der opaken Schicht. Dadurch bildet jede Linse einen Teil der Maßverkörperung ohne ein Übersprechen zumindest auf einen Teil eines Empfängerfeldes ab. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, dass die Bilder mehrerer Mikrolinsen auf ein einziges Empfängerfeld fallen oder dass das Bild jeder Mikrolinse des Mikrolinsenarrays genau auf ein Empfängerfeld des Abtast-Empfängers oder auf eine definierte Anzahl von mehreren Empfängerfeldern gelangt.According to the invention is a Lens plate used as imaging system, which at least one refractive or diffractive microlens and in the following for the sake of simplicity, is called a microlens array. This will be on the receiver chip mounted above the optional scanning aperture. The microlens array lies in one to the material measure or to the surface of the sample receiver parallel plane. The microlenses form the position coding the material measure the surface the scanning aperture openings or on the surface the photosensitive receiver fields of the sample receiver from. Here are the recipient fields each largely in the optical axis of the respective microlenses. The focal plane of the lenses is preferably in the flat rear side of the lens array. Between the microlens array and the scanning aperture or the surface of the Scanning receiver There is an array of aperture stops, which in the following for the sake of simplicity, is called an aperture diaphragm array. This aperture diaphragm array is realized in the form of a thin opaque layer and each of the microlenses of the microlens array has exactly one telecentric aperture in the image-side focal point too. The Aperture apertures are transparent openings within the opaque Layer. As a result, each lens forms part of the material measure without a crosstalk at least to a part of a recipient field from. It can for example be provided be that the images of multiple microlenses on a single receiver field fall or that the image of each microlens of the microlens array exactly to a recipient field the sample receiver or reaches a defined number of multiple recipient fields.

Vorzugsweise ist mindestens eine Kollimatorlinse zur Kollimation des vom Lichtsenders emittierten Lichtes auf die Maßverkörperung seitlich über den Abtastempfänger hinausragend in das Mikrolinsenarray integriert.Preferably is at least one collimator lens for collimation of the light emitter emitted light on the material measure laterally over the scanning receiver protruding integrated into the microlens array.

Durch den Einsatz eines Mikrolinsenarrays wird das Objektfeld sowie das Bildfeld aufgeteilt, wodurch sehr geringe Abstände zwischen dem Linsenarray und der Maßverkörperung einerseits sowie dem Linsenarray und dem Abtastempfänger andererseits erreicht werden. Weiterhin weist diese Anordnung bislang unerreichbar große Abstandstoleranzen zwischen dem Maßstab und dem Empfänger auf.By the use of a microlens array is the object field and the Split image field, resulting in very small distances between the lens array and the material measure on the one hand, and the lens array and the scanning receiver on the other be achieved. Furthermore, this arrangement has so far unattainable size Distance tolerances between the scale and the receiver.

Aufgrund der geringen Brennweite der einzelnen Mikrolinsen ergibt sich ein geringer Arbeitsabstand, wodurch sich neben der Intensität des Lichtes insbesondere auch der Kontrast erhöht, wodurch wiederum eine bessere Interpolierbarkeit der durch die lichtempfindlichen photoelektrischen Empfängerfelder des Abtastempfängers generierten Positionssignale erzielt wird.by virtue of the small focal length of the individual microlenses results small working distance, which in addition to the intensity of light in particular also the contrast increases, which in turn allows better interpolation of the light-sensitive photoelectric receiver fields of the sample receiver generated position signals is achieved.

Die Brennweite f der Mikrolinsen liegt bevorzugt zwischen 0,5 mm und 2 mm, der Linsendurchmesser D beträgt vorzugsweise etwa 0,4 mm bis 2 mm. Die Blendenzahl k = f/D der Linsen ohne Berücksichtigung der Aperturblende liegt etwa zwischen k = 0,5 für asphärische Linsen und k = 4, die numerische Apertur A_Obj der Linsen beträgt für eine 1:1 Abbildung etwa A_Obj ≈ D / 4f = 1 / 4k und ist daher bevorzugt kleiner als 0,5.The focal length f of the microlenses is preferably between 0.5 mm and 2 mm, the lens diameter D is preferably about 0.4 mm to 2 mm. The f-number k = f / D of the lenses without consideration of the aperture diaphragm is approximately between k = 0.5 for aspherical lenses and k = 4, the numerical aperture A _{Obj of} the lenses is approximately A _Obj ≈ D / 4f for a 1: 1 imaging = 1 / 4k and is therefore preferably less than 0.5.

Aufgrund von weitgehend parallelem Licht sowie der hinter jeder einzelnen Mikrolinse positionierten Telezentrieblende wird seitlich einfallendes Licht ausgeblendet, so dass insbesondere keine Überlappung der Bildfelder der Einzellinsen des Mikrolinsenarrays auf den unterschiedlichen Abtastfeldern der Abtastblende bzw. des Abtastchips auftritt. Im Stand der Technik sind zur Vermeidung einer Überlappung der einzelnen Bildfelder weitere Maßnahmen erforderlich, wie etwa opake Elemente zur Trennung der Strahlengänge der einzelnen Mikrolinsen, was jedoch eine Vereinzelung der Linsen notwendig macht. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Abtasteinheit ist es jedoch, mit lediglich einem einzigen Aperturblendenarray, das in der bildseitigen Brennebene der Mikrolinsen als zusammenhängendes Bauteil ausgebildet ist, sowie mit einem einzigen zusammenhängenden Mikrolinsenarray eine Überlappung der Bildfelder der Einzellinsen zuverlässig zu vermeiden bzw. auf einen hinreichend kleinen Bereich zu beschränken, ohne weitere Hilfsmittel zu benötigen.by virtue of of largely parallel light as well as behind each one Microlens positioned telecentric screen becomes laterally incident light hidden, so that in particular no overlapping of the image fields of Single lenses of the microlens array on the different scanning fields the scanning or the sampling chip occurs. In the prior art are to avoid overlap the individual image fields require further action, such as opaque elements for separating the beam paths of the individual microlenses, which, however, makes a separation of the lenses necessary. The advantage the scanning unit according to the invention however, with only a single aperture array, that in the image-side focal plane of the microlenses as coherent Component is formed, as well as with a single contiguous Microlens array an overlap the image fields of the individual lenses reliably avoid or on to restrict a sufficiently small area without further aids to need.

Die Vorteile der telezentrischen Blenden in der gemeinsamen hinteren Brennebene der Mikrolinsen sind im Einzelnen:

• 1) Absorption seitlich aus der Maßverkörperung austretenden Beugungsordnungen bei der Abtastung diffraktiv codierter Maßverkörperungen
• 2) größere Schärfentiefe und somit eine erhöhte Axialtoleranz zwischen dem Maßstab und der Abtasteinheit,
• 3) weitgehende Unabhängigkeit des Abbildungsmaßstabes von kleinen Abstands-Änderungen zwischen der Maßverkörperung und dem Mikrolinsenarray und daher weitgehende Konstanz des Abbildungsmaßstabes der Einzellinsen
• 4) enges Gesichtsfeld („field of view") der Einzellinsen und daher keine Überlappung der Bilder unterschiedlicher, insbesondere benachbarter Mikrolinsen.

The advantages of the telecentric apertures in the common rear focal plane of the microlenses are in detail:

• 1) Absorption of diffraction orders emerging laterally from the measuring standard during the scanning of diffractively coded measuring graduations
• 2) greater depth of field and thus increased axial tolerance between the scale and the scanning unit,
• 3) extensive independence of the imaging scale of small distance changes between the material measure and the microlens array and therefore far-reaching consistency of the magnification of the individual lenses
• 4) narrow field of view of the individual lenses and therefore no overlapping of the images of different, in particular adjacent microlenses.

Darüber hinaus kann ein derartiger Abtastempfänger insbesondere gleichermaßen für Maßverkörperungen eingesetzt werden, die als Codierung reflektive oder transmissive Amplituden- bzw. Phasengitter aufweisen. Zur Abtastung von diffraktiven Maßverkörperungen ist der Durchmesser der Aperturblenden insbesondere dadurch bestimmt, dass die nicht zu detektierenden, seitlich aus der Maßverkörperung austretenden Beugungsordnungen ausgeblendet werden.Furthermore such a scanning receiver can especially equally for measuring standards which are used as coding reflective or transmissive Amplitude or Have phase grating. For scanning diffractive measuring standards the diameter of the aperture stops is determined in particular by that not to be detected, laterally from the material measure emerging diffraction orders are hidden.

Für unterschiedliche Anwendungsfälle, etwa zur Abtastung von Längen- oder Winkelmessgeräten, welche inkrementale oder absolute Codierungen mit unterschiedlichen Auflösungen aufweisen, müssen lediglich unterschiedliche Abtastblenden zur Verfügung stehen, während die Abtastflächen des Abtast-Empfängers unverändert bleiben können. Die Anordnung der Mikrolinsen auf dem Mikrolinsenarray ist daher lediglich an die Geometrie und die Anordnung der Abtastflächen des Abtast-Empfängers anzupassen und ist somit ebenfalls für verschiedene Codierungen verwendbar.For different Use cases, for example for the scanning of length or angle encoders, which incremental or absolute encodings with different resolutions have to have only different scanning apertures are available, while the scanning surfaces of the scan receiver unchanged can stay. The arrangement of the microlenses on the microlens array is therefore only to the geometry and the arrangement of the sensing surfaces of Scanning receiver and is therefore also for different codes usable.

Vorzugsweise besteht das Linsenarray aus einem Glas- oder Kunststoff-Substrat und weist an seiner der Maßverkörperung zugewandten Seite konvex gekrümmte Linsenflächen auf, die einteilig mit dem Substrat verbunden sind, und die in einer zur Oberfläche des Abtastempfängers parallelen Ebene nebeneinander angeordnet sind. Die dem Abtastempfänger zugewandte Seite des Linsenarrays ist vorzugsweise eben. Somit entstehen plankonvexe Mikrolinsen, deren Linsenprofil sphärisch oder bevorzugt auch asphärisch sein kann.Preferably the lens array consists of a glass or plastic substrate and indicates at its the graduation facing side convex curved lens surfaces on, which are integrally connected to the substrate, and in one to the surface of the sample receiver parallel plane are arranged side by side. Which the Abtastempfänger facing Side of the lens array is preferably flat. This results in plano-convex microlenses, their lens profile spherical or preferably aspherical can be.

Neben einem Mikrolinsenarray mit plan-konvexen Mikrolinsen ist auch die Verwendung von bikonvexen oder konvex-konkaven Linsen denkbar. Neben plan-konvexen Linsen werden aufgrund der besseren Abbildungsleitung für 1:1 Abbildungen besonders bevorzugt Mikrolinsenarrays mit bi-asphärischen, symmetrischen bikonvexen Mikrolinsen eingesetzt, welche vorder- und rückseitig die gleichen Krümmungsradien aufweisen.Next a microlens array with plano-convex microlenses is also the Use of biconvex or convex-concave lenses conceivable. Next plano-convex lenses are due to the better imaging line for 1: 1 Illustrations particularly preferred micro-lens arrays with bi-aspheric, symmetrical biconvex microlenses used which front and back the same radii of curvature exhibit.

Weiterhin ist prinzipiell möglich, refraktive Mikrolinsen nach der Art von Fresnel-Linsen vorzusehen. Der Vorteil hierbei liegt insbesondere in der kleinen Linsenhöhe und der einfachen Fertigung mittels Prägetechniken in Kunststoffe oder Glas. Da die Beleuchtung mit weitgehend monochromatischem Licht erfolgt, wirkt sich die bei diffraktiven Linsen nachteilig auftretende Beugung nicht gravierend aus.Farther is possible in principle, To provide refractive microlenses after the type of Fresnel lenses. The advantage here is especially in the small lens height and the simple production by embossing techniques in plastics or glass. Because the lighting is largely monochromatic Light occurs, which adversely affects diffractive lenses Diffraction not serious.

Vorzugsweise sind die Linsenflächen auf der Oberfläche des Substrates in einer regelmäßigen rechteckigen oder hexagonalen Rasterung angeordnet. Jedoch sind prinzipiell auch unregelmäßige, nichtperiodische Anordnungen möglich. Der Durchmesser sowie die Krümmung und damit auch die Brennweite sind dabei für alle Einzellinsen identisch. Es sei noch darauf hingewiesen, dass das Linsen-„Array" auch insofern entartet sein kann, als dass es lediglich eine einzelne Linse oder eine einzelne Reihe oder Spalte von Linsen aufweisen kann; entsprechendes gilt für das Aperturblendenarray.Preferably, the lens surfaces are arranged on the surface of the substrate in a regular rectangular or hexagonal grid. However, in principle, irregular, non-periodic arrangements are possible. The through knife and the curvature and thus the focal length are identical for all individual lenses. It should be understood that the lens "array" may also be degenerate in that it may comprise only a single lens or a single row or column of lenses, as well as the aperture diaphragm array.

Zur Herstellung des Mikrolinsenarrays können unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen. Es ist möglich, die Mikrolinsenarrays mittels Präge- und Spritzgusstechniken aus Kunststoff herzustellen. Dabei können entweder jeweils ganze Wafer strukturiert werden, wobei die Mikrolinsenarrays anschließend vereinzelt werden oder die einzelnen Mikrolinsenarrays werden separat gefertigt. Weiterhin sind Glasprägetechniken, wie etwa das Blankpressen von Linsen in Glasarten mit niedriger Glasübergangstemperatur bekannt, die eine Negativform direkt in Glas abprägen. Diese Prägetechniken sind insbesondere in der Lage, ineinander verlaufende oder direkt aneinander angrenzende Linsenformen herzustellen. Insbesondere ist es möglich, asphärisch geformte Linsen herzustellen. Auch mit dieser Technik ist es möglich, Glaswafer zu prägen und die einzelnen Mikrolinsenarrays anschließend zu vereinzeln.to Production of the microlens array can be different methods be used. It is possible, the microlens arrays by means of embossing and plastic injection molding techniques. It can either Whole wafers are structured in each case, with the microlens arrays subsequently separated or the individual microlens arrays are manufactured separately. Furthermore, glass embossing techniques, such as the pressing of lenses in glass types with lower Glass transition temperature known, imprint a negative mold directly into glass. These embossing techniques in particular are able to run into each other or directly produce adjacent lens molds. In particular it is possible aspherical produce shaped lenses. Even with this technique it is possible to use glass wafers to shape and then singulate the individual microlens arrays.

Ein anderes bekanntes Verfahren, was etwa von der Firma SÜSS MicroOptics SA in Neuchatel in der Schweiz verwendet wird, nutzt Photolithographie mit Reflow des entwickelten Lacks und anschließendem reaktivem Ionen Ätzen (reactive ion etching, RIE) in Glaswafer. Dieser Wafer wird anschließend in einzelne Linsenarrays vereinzelt oder wird als Stamper für eine Replikationstechnik, wie etwa UV- oder Heißprägung verwendet. Die durch das Reflowverfahren hergestellten Linsen haben dabei einen Mindestabstand von einigen Mikrometern.One Another known method, such as the company SUSS MicroOptics SA is used in Neuchatel in Switzerland, using photolithography Reflow of the developed paint and subsequent reactive ion etching (reactive ion etching, RIE) in glass wafers. This wafer is then transformed into individual Lens arrays singulated or stampered for a replication technique, such as UV or hot stamping used. The lenses produced by the reflow process have one Minimum distance of a few micrometers.

Die Abtastblenden werden in Form von Glaswafern mittels photolithographischer Strukturierung einer weitgehend lichtundurchlässigen Schicht hergestellt, die beispielsweise aus Chrom, Aluminium oder Titan oder Titanverbindungen besteht und aufgedampft oder gesputtert wird.The Scanning diaphragms are in the form of glass wafers by means of photolithographic Structuring a largely opaque layer, for example, chromium, aluminum or titanium or titanium compounds exists and is vapor-deposited or sputtered.

Zur Herstellung der Abtasteinheit werden entweder nacheinander die Abtastblende, das Aperturblendenarray und anschließend das Mikrolinsenarray auf der Oberfläche des Abtast-Empfängers positioniert, oder es wird zunächst die Abtastblende sowie das Mikrolinsenarray mit dazwischen angeordnetem Aperturblendenarray zueinander positioniert und diese Baueinheit anschließend auf der Oberfläche des Abtast-Empfängers angeordnet. Weiterhin ist es im letzteren Fall möglich, die bereits vereinzelten Abtastblenden sowie Mikrolinsenarrays zueinander zu positionieren, oder aber die jeweiligen Wafer, welche die Mikrolinsen und die Aperturblenden bzw. die Abtastblenden tragen, zunächst zueinander zu positionieren, zu bonden und anschließend etwa mittels einer Wafersäge zu vereinzeln.to Manufacture of the scanning unit, either one after the other, the scanning aperture, the aperture diaphragm array and then the microlens array the surface the scanning receiver is positioned, or it will be first the scanning aperture and the microlens array with interposed Aperture aperture array positioned to each other and this assembly subsequently on the surface of the scan receiver arranged. Furthermore, it is possible in the latter case, the already isolated Position scanning apertures as well as microlens arrays to each other, or the respective wafers, which the microlenses and the aperture stops or carry the scanning apertures, first to position each other, to bond and then for example by means of a wafer saw to separate.

Die Anordnung und der Durchmesser der Mikrolinsen werden an die Geometrie und Anordnung der Abtastfelder des Abtastempfängers angepasst. Die Linsendurchmesser und die Brennweite der Einzellinsen sind dabei bevorzugt kleiner als 2 mm. Die Brennweite bzw. der Krümmungsradius der Mikrolinsen wird bevorzugt derart festgelegt, dass in Abhängigkeit von der Dicke der Abtastblenden-Platte, der Aperturblende sowie des Mikrolinsenarrays sowie in Abhängigkeit von den entsprechenden Brechungsindizes und dem Abbildungsmaßstab der Abstand der Mikrolinsen zur Abtastblendenöffnung bzw. zur Oberfläche der Empfängerflächen des Abtast-Empfängers exakt der Bildweite entspricht.The Arrangement and the diameter of the microlenses are to the geometry and arrangement of the scanning fields of the Abtastempfängers adapted. The lens diameter and the focal length of the individual lenses are preferably smaller than 2 mm. The focal length or the radius of curvature of the microlenses is preferably set such that, depending on the thickness of the Scanning plate, the aperture diaphragm and the microlens array as well dependent on from the corresponding refractive indices and the magnification of the Distance of the microlenses to the scanning aperture or to the surface of the Receiver surfaces of Scan receiver exactly the image width corresponds.

Die Abstände der Mikrolinsen zum Maßstab einerseits und zur Oberfläche des Abtastchips bzw. der Abtastblendenöffnungen andererseits sind durch die Abbildungsgleichung bestimmt und bestimmen den Abbildungsmaßstab. Vorzugsweise wird ein Abbildungsmaßstab von 1:1 gewählt. In diesem Fall beträgt der Abstand von der objektseitigen Hauptebene der Linsen zur Maßstabsoberfläche ebenso die doppelte Brennweite, wie der Abstand von der bildseitigen Hauptebene der Linsen zur Oberfläche des Abtastempfängers bzw. der Öffnungen der Abtastblende, der sich jedoch jeweils um den Faktor der jeweiligen Brechungsindizes verlängert. Ohne Einschränkung sind durch Variation der Abstände jedoch auch vergrößernde oder verkleinernde reelle (d.h. nicht-virtuelle) Abbildungen möglich, d.h. Abbildungen im Maßstab größer oder kleiner als eins.The distances the microlenses to the scale on the one hand and to the surface the Abtastchips or the Abtastblendenöffnungen other hand determined by the mapping equation and determine the magnification. Preferably becomes a picture scale chosen from 1: 1. In this case is the distance from the object-side main plane of the lenses to the scale surface as well the double focal length, such as the distance from the image-side main plane the lenses to the surface of the sample receiver or the openings the scan aperture, however, each by the factor of the respective Refractive indices extended. Without restriction are by varying the distances but also magnifying or decreasing real (i.e., non-virtual) mappings possible, i. Illustrations in scale bigger or less than one.

In der Brennebene der Mikrolinsen befindet sich ein Array von Aperturblenden, wobei in der optischen Achse jeder Einzellinse eine Blende angeordnet ist. Somit liegt ein objektseitig telezentrischer Strahlengang vor. Hierdurch bleibt bei einer geringfügigen Abstandsänderung zwischen der Maßverkörperung und dem Linsenarray der Abbildungsmaßstab nahezu unverändert, wodurch vergleichsweise große Abstandstoleranzen zwischen der Maßverkörperung und der Abtasteinheit zulässig sind. Wird zur Beleuchtung weitgehend paralleles Licht verwendet, so wird durch die telezentrischen Aperturblenden nur wenig Licht ausgeblendet.In the focal plane of the microlenses is an array of aperture stops, wherein in the optical axis of each individual lens arranged a diaphragm is. Thus, there is an object-side telecentric beam path. This leaves at a slight change in distance between the material measure and the lens array, the magnification almost unchanged, thereby comparatively large Distance tolerances between the material measure and the scanning unit permissible are. If largely parallel light is used for illumination, so is illuminated by the telecentric Aperturblenden only little light.

Das Aperturblendenarray wird dabei durch eine weitgehend lichtundurchlässige Schicht realisiert, die lediglich an den Stellen der Blendenöffnungen entfernt ist. Die Blendenöffnungen sind bevorzugt rund. Die lichtundurchlässige Schicht besteht aus Aluminium oder Chrom, bevorzugt jedoch aus Titan oder Titanverbindungen, um Rückreflexionen zu verringern, und wird bevorzugt auf eine Glasoberfläche mittels Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht und mittels Photolithographie strukturiert. Die Oberfläche einer Aluminiumschicht als licht-absorbierende Blendenschicht kann darüber hinaus schwarz eloxiert sein, um Rückreflexionen des Lichts zu vermeiden. Diese aufgedampften oder gesputterten Schichten weisen in der Regel eine Dicke von lediglich etwa 20 nm bis 150 nm auf. Ohne Einschränkung sind jedoch auch andere opake metallische, dielektrische oder Kunststoff- Schichten einsetzbar. Eine eventuell vorhandene Feldblende, welche objektseitig auf dem Mikrolinsenarray vorgesehen sein kann, kann mittels einer entsprechenden Technik aufgebracht werden.The aperture diaphragm array is realized by a largely opaque layer, which is removed only at the locations of the apertures. The apertures are preferably round. The opaque layer is made of aluminum or chromium, but preferably of titanium or titanium compounds, to reduce back reflections, and is preferably applied to a glass surface by means of vapor deposition or sputtering and structured by photolithography. In addition, the surface of an aluminum layer as a light-absorbing diaphragm layer may be black anodized in order to avoid back reflections of the light. These deposited or sputtered layers typically have a thickness of only about 20 nm to 150 nm. Without limitation, however, other opaque metallic, dielectric or plastic layers can be used. Any existing field stop, which may be provided on the microlens array on the object side, can be applied by means of a corresponding technique.

Das Aperturblendenarray kann ein separates Bauteil sein. Vorzugsweise ist dieses Blendenarray jedoch auf bereits verwendeten Bauteilen, wie etwa dem Linsenarray oder der der Abtastblende angeordnet. Somit entfällt ein separates Bauteil mit entsprechendem Justageaufwand.The Aperture aperture array may be a separate component. Preferably However, this aperture array is on already used components, such as the lens array or the scanning aperture. Consequently deleted a separate component with a corresponding adjustment effort.

Im ersten Fall weist die Objektseite des Linsenarrays bevorzugt das Blendenarray auf, wobei in der optischen Achse jeder Einzellinse jeweils eine Aperturblende angeordnet ist. Die Dicke des Linsenarrays ist dabei derartig bemessen, dass die Brennebene der Einzellinsen in der planen Unterseite des Linsenarrays liegt. Hierdurch erhält man ein telezentrisches optisches System, wodurch eine geringfügige Abstandsänderung zwischen dem Maßstab und dem Linsenarray den Abbildungsmaßstab nicht wesentlich verändert, so dass das Gesamtmesssystem vergleichsweise abstandstolerabel im Hinblick auf den Abstand zwischen der Maßverkörperung und dem Abtastempfänger ist. Die Abstandstoleranz hängt von der Messperiode sowie von der Parallelität des beleuchtenden Lichtes ab und beträgt ca. 1 mm für eine Messperiodenlänge von 100 Mikrometern, etwa entsprechend 1024 Inkrementen auf einem Codescheiben-Durchmesser von 40 mm.in the In the first case, the object side of the lens array preferably has the Aperture array, wherein in the optical axis each Einzellinse in each case an aperture diaphragm is arranged. The thickness of the lens array is dimensioned such that the focal plane of the individual lenses lies in the flat bottom of the lens array. This gives you a telecentric optical system, resulting in a slight change in distance between the scale and the lens array does not substantially alter the magnification, so that the total measuring system comparatively distance tolerable in terms of on the distance between the material measure and the sampling receiver is. The distance tolerance depends from the measuring period as well as from the parallelism of the illuminating light off and is approx. 1 mm for a measuring period length of 100 microns, about 1024 increments on one Code disc diameter of 40 mm.

Demgegenüber weisen projektive optische Messverfahren ohne Verwendung abbildender Linsen gemäß dem Stand der Technik deutlich geringere Abstandstoleranzen von etwa 50 Mikrometer und weniger auf, je nach Breite des abzutastenden Messgitters.In contrast, show Projective optical measuring methods without the use of imaging lenses according to the state The technology significantly lower distance tolerances of about 50 microns and less, depending on the width of the measurement grid to be scanned.

Alternativ kann bei Verwendung einer Abtastblende das Aperturblendenarray auch auf der dem Abtastchip abgewandten Seite der Abtastblendenplatte angeordnet sein. Die dem Abtastchip zugewandte Seite der Blendenplatte trägt dabei die Abtastblenden, während die gegenüber liegende Seite das Aperturblendenarray aufweist. Die Glasplatte weist somit beidseitig strukturierte partiell lichtundurchlässige Schichten auf, in der Regel photolithographisch strukturierte Chrom- oder Titanschichten. Prinzipiell kommen auch andere Metallisierungsschichten, wie etwa Aluminium oder dielektrische Schichten in Betracht. Die Abtastblende weist dabei Öffnungen entsprechend der Codierung der Maßverkörperung auf, wobei der Abbildungsmaßstab sowie eine Invertierung aufgrund der einstufigen Abbildung zu berücksichtigen sind. Die durch die einzelnen Mikrolinsen generierte Abbildungs-Invertierung sorgt für eine partielle Umkehrung der Codestellen sowie für eine Änderung der Krümmung der Codespur bei Winkelcodescheiben.alternative may also use the aperture diaphragm array when using a scan aperture on the scanning chip side facing away from the Abtastblendenplatte be arranged. The scanning chip side facing the aperture plate contributes the scanning apertures while the opposite lying side has the aperture diaphragm array. The glass plate points thus partially structured partially opaque layers on, usually photolithographically structured chromium or Titanium layers. In principle, other metallization layers, such as aluminum or dielectric layers. The Sensing aperture has openings according to the coding of the material measure, the magnification and a Inversion due to the single-step figure to consider are. The image inversion generated by the individual microlenses takes care of a partial reversal of the codes as well as a change in the curvature of the Code track for angular code discs.

In dem Fall, dass ein Abtastempfänger mit einem „phased Array", d.h. mit entsprechend der Maßverkörperung codierten Empfängerfeldern verwendet wird und somit keine Abtastblende notwendig ist, wird entweder eine separate Aperturblendenplatte verwendet, auf welche das Mikrolinsenarray montiert wird und deren Aperturblenden-Öffnungen dem Mikrolinsenarray zugewandt sind, oder es wird das Aperturblendenarray auf der Rückseite des Mikrolinsenarrays vorgesehen und eine separate transparente Glasplatte als Abstandshalterung zwischen dem Mikrolinsenarray und dem Abtastempfänger angeordnet. Durch die Dicke dieser Glasplatte ist der Abstand zwischen dem Mikrolinsenarray und dem Abtastempfänger eingestellt und es entfällt im letzteren Fall eine separate Justage des Aperturblendenarrays relativ zum Mikrolinsenarray.In in the case of a scanning receiver with a "phased Array ", i.e. with according to the material measure coded receiver fields is used and thus no scan aperture is necessary, either uses a separate aperture plate on which the microlens array is mounted and their aperture apertures the microlens array or it will be the aperture panel on the back the microlens array provided and a separate transparent Glass plate as a spacer between the microlens array and the sampling receiver arranged. Due to the thickness of this glass plate is the distance between set the microlens array and the Abtastempfänger and it is omitted in the latter case a separate adjustment of the aperture diaphragm array relative to the microlens array.

Das Mikrolinsenarray, das Aperturblendenarray sowie die eventuell benötigte Abtastblende werden vorzugsweise direkt auf der Oberfläche des Empfängerchips, quasi als „lense on reticle on chip" montiert und anschließend seitlich mittels lichtundurchlässiger Vergussmasse fixiert. Weiterhin ist es möglich, die Oberflächen der einzelnen Komponenten, bestehend aus Mikrolinsenarray und den einzelnen Blendenplatten miteinander zu verkleben, insbesondere mit optischem Kleber zu verkitten, um Lufteinschlüsse zu vermeiden.The Microlens array, the aperture diaphragm array and the possibly required scanning diaphragm are preferably directly on the surface of the receiver chip, quasi as "lense mounted on reticle on chip and subsequently laterally by means of opaque Fixing compound fixed. Furthermore, it is possible to use the surfaces of individual components, consisting of microlens array and the individual Glue aperture plates together, especially with optical To cement glue to avoid air bubbles.

Vorzugsweise wird die Brennweite der Linsen in Abhängigkeit von der Dicke sowie der Brechungsindizes der bevorzugt als Glasplatten ausgebildeten Mikrolinsenarrays, der Abtastblende sowie des dazwischen angeordneten Aperturblendenarrays festgelegt, so dass bei Übereinanderlegen der einzelnen Komponenten auf der Oberfläche des Abtast-Empfängers die Bildweite quasi von selbst exakt eingestellt wird, so dass in axialer Richtung parallel zur optischen Achse des Abbildungsstrahlenganges keine Abstandskalibrierung mehr erforderlich ist.Preferably The focal length of the lenses will vary depending on the thickness as well the refractive indices of preferably formed as glass plates Microlens arrays, the scanning and arranged in between Aperture array defined so that when superimposing the individual Components on the surface the scan receiver the Image size quasi adjusted by itself, so that in axial Direction parallel to the optical axis of the imaging beam path None Distance calibration is required more.

Da die Glasdicken des Mikrolinsenarrays und der Abtastblende nicht beliebig variierbar sind und die Bildebene in der Oberfläche der Abtastblenden-Öffnungen bzw. der lichtempfindlichen Flächen des Abtast-Empfängers liegen muss, kann es eventuell notwendig sein, die Brennebene um bis zu etwa 10% der Brennweite, entsprechend etwa maximal 100– 200 Mikrometer oberhalb oder unterhalb der Aperturblenden-Öffnungen vorzusehen, d.h. die Aperturblenden befinden sich geringfügig im Off-Fokusbereich.Since the glass thicknesses of the microlens array and scan aperture are not freely variable and the image plane must lie in the surface of the scan aperture or photosensitive areas of the scan receiver, it may be necessary to increase the focal plane by up to about 10% of the focal length to provide about a maximum of 100-200 microns above or below the aperture apertures, ie Aperture apertures are slightly off focus.

In dem Falle, dass diffraktive Maßverkörperungen verwendet werden, welche die optische Interferenz und Beugung des Lichtes ausnutzen, so treten neben den zu detektierenden Beugungsordnungen auch weitere Haupt- oder Nebenordnungen auf, die nicht detektiert werden. Das Aperturblendenarray gewährleistet bei richtiger Dimensionierung zugleich die Ausblendung dieser nicht zu detektierenden Haupt- oder Nebenordnungen.In the trap that diffractive dimensional standards used, which is the optical interference and diffraction of the Take advantage of light, so occur in addition to the diffraction orders to be detected other major or minor orders that are not detected. The aperture diaphragm ensures if correctly dimensioned at the same time the suppression of these not to be detected major or minor orders.

Um zu vermeiden, dass Streulicht auf die lichtempfindlichen Flächen des Abtast-Empfängers gelangt, kann zusätzlich der objektseitige Bereich des Linsenarrays zwischen den Mikrolinsen mit einer lichtundurchlässigen Schicht als Feldblende versehen sein. Bei geeigneter Anordnung und Brennweite der Mikrolinsen kann diese Feldblende jedoch auch entfallen.Around to avoid stray light on the photosensitive surfaces of the Scan-receiver arrives, can additionally the object-side region of the lens array between the microlenses with an opaque Layer be provided as a field stop. With a suitable arrangement and Focal length of the microlenses, this field stop can also be omitted.

Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird vorzugsweise mittels einer Sammellinse (Kondensorlinse) parallelisiert und somit der Maßstab beleuchtet. Es ist jedoch prinzipiell auch möglich, eine optische Positionsmesseinrichtung mit divergentem Licht zu betreiben.The light emitted from the light source is preferably by means of a Parallel lens (condenser lens) parallelized and thus illuminates the scale. However, it is also possible in principle an optical position measuring device with divergent light too operate.

Als Lichtquelle werden gemäß dem Stand der Technik Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt, die im (nah-) infraroten (near IR) Spektrum emittieren. Allerdings ist auch die Verwendung von LEDs möglich, die im roten Spektrum oder im sichtbaren Spektrum emittieren. Die Halbwertsbreite beträgt dabei typischerweise etwa 20–50 nm. Weiterhin ist auch die Verwendung von Halbleiterlasern als Beleuchtungsquelle denkbar. Aus Kostengründen, aufgrund der geringeren Lebensdauer insbesondere bei hohen Temperaturen und der nachteilig hohen räumlichen und zeitlichen Kohärenz haben sich Laser als Lichtquelle in der maßstabsgebundenen Positionsmessung bislang jedoch nicht durchgesetzt.When Light source according to the state of Technology light emitting diodes (LEDs) are used, which in the (near) infrared (near IR) emit spectrum. However, the use is also possible from LEDs, which emit in the red spectrum or in the visible spectrum. The Half width is typically about 20-50 nm. Furthermore, the use of semiconductor lasers as a source of illumination is conceivable. For cost reasons, due to the shorter life, especially at high temperatures and the disadvantageously high spatial and temporal coherence have laser as a light source in the scale-bound position measurement but so far not enforced.

Während bei Amplitudengittermaßstäben der Beleuchtungsstrahlengang kollinear zum Abbildungsstrahlengang ist, kann er bei diffraktiven Codierungen beispielsweise gemäß der DE 103 03 038 A1 in einem Winkel zu diesem angeordnet sein. Dieser Winkel entspricht vorzugsweise dem Winkel der ersten Beugungsordnung des an der diffraktiven Codierung gebeugten Lichtes. Somit geht in beiden Fällen der Beleuchtungsstrahlengang in den Abbildungsstrahlengang über. Nebenordnungen werden durch Aperturblenden mit entsprechender Anordnung sowie entsprechendem Durchmesser ausgeblendet.While in the case of amplitude grid scales, the illumination beam path is collinear with the imaging beam path, in the case of diffractive codings it can be used, for example, in accordance with FIG DE 103 03 038 A1 be arranged at an angle to this. This angle preferably corresponds to the angle of the first diffraction order of the light diffracted at the diffractive encoding. Thus, in both cases, the illumination beam path merges into the imaging beam path. Subordinate orders are hidden by aperture stops with a corresponding arrangement and a corresponding diameter.

Da eine lediglich einstufige optische Abbildung vorgesehen wird, muss die Invertierung der Abbildung berücksichtigt werden. Zum einen ist die Drehrichtung scheinbar entgegengesetzt, zum anderen muss die Invertierung der Codespurkrümmung im Falle von Winkelmessgeräten berücksichtigt werden. Hierzu werden die Blendenöffnungen auf der Abtastblende bzw. die Empfängerflächen im Falle eines Abtastempfängers mit „phased arrays" entsprechend angepasst.There a single-stage optical image is provided must the inversion of the figure will be taken into account. On the one hand the direction of rotation is apparently opposite, on the other hand must the inversion of the code track curvature in the Trap of angle encoders considered become. For this purpose, the apertures on the scanning diaphragm or the receiver surfaces in Case of a scanning receiver with "phased arrays "accordingly customized.

Im Falle von absoluten Codierungen empfiehlt es sich, jedes Codefeld mittels einer separaten Mikrolinse abzubilden. Ansonsten muss im Falle der Abbildung von mehreren Codefeldern mit einer Linse die Invertierung der Codefelder, die durch die einzelnen Linsen auf den Abtastempfänger abgebildet werden, entsprechend berücksichtigt werden.in the In the case of absolute encodings, it is recommended that each code field imaged by means of a separate microlens. Otherwise must in the Case of mapping multiple code fields with a lens the Inverting the code fields through the individual lenses the sampling receiver be taken into account accordingly.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Abtasteinheit in Verbindung mit einer Nonius-codierten Maßverkörperung etwa gemäß der DE 103 32 413 B3 , da hierbei jede Codespur inkremental ist und man durch Berücksichtigung der Phasenlagen der unterschiedlichen Codespuren eine absolute Positionsinformation erhält.Particularly advantageous is the use of the scanning unit according to the invention in conjunction with a vernier-coded material measure approximately according to the DE 103 32 413 B3 since each code track is incremental and one obtains an absolute position information by taking into account the phase positions of the different code tracks.

Ausführungsbeispieleembodiments

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich gemacht.Further Features and advantages of the invention will become apparent in the following Description of exemplary embodiments made clear.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung, 1 a first embodiment of the invention in a schematic representation,

2 eine Aufsicht auf die Abtasteinheit gemäß der 1, 2 a plan view of the scanning unit according to the 1 .

3 ein seitlichen Schnitt durch das Mikrolinsenarray gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, 3 a lateral section through the microlens array according to the first embodiment,

4 einen Ausschnitt aus einem seitlichen Schnitt durch ein Mikrolinsenarray gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels, 4 a section of a lateral section through a microlens array according to a second embodiment,

5 einen seitlichen Schnitt durch einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, 5 a lateral section through a section of the position measuring device according to the invention according to the second embodiment,

6 eine perspektivische explodierte Darstellung eines Teiles der Positionsmesseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, 6 a perspective exploded view of a part of the position measuring device according to the second embodiment,

7a und 7b zeigen die Aufsicht sowie die seitliche Gesamtansicht des Mikrolinsenarrays gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, 7a and 7b show the top view and the overall side view of the microlens array according to the second embodiment,

8 zeigt die Divergenz des beleuchtenden Lichtes, 8th shows the divergence of the illuminating light,

9 zeigt schematisch die Divergenz des aus der Maßverkörperung austretenden Lichtes sowie den Abbildungsstrahlengang, 9 shows schematically the divergence of the light emerging from the material measure and the imaging beam path,

10 stellt einen Ausschnitt aus der Aufsicht auf das Mikrolinsenarray mit darunter liegenden Abtast-Empfängerflächen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dar, 10 FIG. 12 shows a detail of the plan view of the microlens array with underlying scanning receiver surfaces according to the second exemplary embodiment, FIG.

11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit, 11 shows a further embodiment of a scanning unit according to the invention,

die 12a–12c zeigen schematisch die Abbildungs-Invertierung bei der Abbildung von rotativen Maßverkörperungen,the 12a - 12c show schematically the image inversion in the image of rotative material measures,

13 zeigt schematisch die Berücksichtigung der Invertierung der Codierung aufgrund der einstufigen Abbildung, 13 shows schematically the consideration of the inversion of the coding due to the single-stage mapping,

die 14a und 14b zeigen die Beleuchtungsanordnung von transmissiven und reflektiven diffraktiven Maßverkörperungen,the 14a and 14b show the illumination arrangement of transmissive and reflective diffractive measuring standards,

die 15 stellt eine vorzugsweise Anordnung der Mikrolinsen zur Abtastung von inkremental codierten Maßverkörperungen dar,the 15 represents a preferred arrangement of the microlenses for scanning incrementally coded measuring graduations,

die 16 zeigt die Bildfeldüberlappung benachbarter Mikrolinsen,the 16 shows the image field overlap of adjacent microlenses,

die 17 stellt einen Abtastempfänger für eine reflektive Maßverkörperung dar,the 17 represents a scanning receiver for a reflective measuring standard,

die 18 zeigt das entsprechende Mikrolinsenarray gemäß der 17,the 18 shows the corresponding microlens array according to the 17 .

die 19 und 20 zeigen Ausschnitte aus dem Beleuchtungs-Strahlengang zur Beleuchtung einer reflektiven Maßverkörperung,the 19 and 20 show sections of the illumination beam path for illuminating a reflective measuring standard,

die 21 zeigt einen Abtastempfänger mit in das Mikrolinsenarray integrierten und schräg angeordneten Kollimatorlinsen.the 21 shows a scanning receiver with integrated into the microlens array and obliquely arranged collimator lenses.

In der 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung dargestellt. Der Abtastempfänger 10 in Form eines Halbleiterchips, der etwa in einem CMOS-Prozess hergestellt wurde, ist auf einem Substrat 17 angeordnet, das etwa eine Leiterplatte oder ein Gehäuse sein kann. Bonddrähte 15 kontaktieren die Chipoberfläche mit Leiterbahnen (nicht zeichnerisch dargestellt) auf dem Substrat 17.In the 1 is schematically illustrated a first embodiment of a position-measuring device according to the invention. The scanning receiver 10 in the form of a semiconductor chip, which has been produced approximately in a CMOS process, is on a substrate 17 arranged, which may be about a circuit board or a housing. Bond wires 15 Contact the chip surface with traces (not shown in the drawing) on the substrate 17 ,

Direkt auf der Chipoberfläche ist eine Abtastblende 20 angeordnet, deren Blendenöffnungen auf der zum Chip zugewandeten Seite oberhalb der lichtempfindlichen Flächen des Abtastempfängers 10 positioniert sind. Die Abtastblende 20 besteht aus Glas oder Kunststoff und weise bei der Beleuchtungswellenlänge λ einen Brechungsindex n₂ auf.Directly on the chip surface is a scanning aperture 20 arranged, the apertures on the side facing the chip above the photosensitive surfaces of the Abtastempfängers 10 are positioned. The scanning aperture 20 consists of glass or plastic and has a refractive index n ₂ at the illumination wavelength λ.

Auf der Oberseite der Abtastblende 20 (objektseitig) ist ein Aperturblendenarray 40 angeordnet, worauf wiederum ein Mikrolinsenarray 30 angeordnet ist, derart, dass in der Brennebene der Mikrolinsen 31 des Mikrolinsenarrays 30 vorzugsweise kreisförmige Aperturblenden-Öffnungen 41 vorgesehen sind. Dabei liegt in der optischen Achse 32 hinter jeder einzelnen Mikrolinse 31 genau eine Aperturblenden-Öffnung 41. Das Aperturblendenarray 40 ist vorzugsweise auf der Oberseite des Abtastblendenarrays 20 oder auf der planen Unterseite des Mikrolinsenarrays 30 angeordnet. Alternativ kann hierzu ein separates Bauteil vorgesehen werden. Die Mikrolinsen 31 des Mikrolinsenarrays 30 sind als plankonvexe Linsenoberflächen auf der der Maßverkörperung 100 zugewandten Seite des Mikrolinsenarrays 30 angeordnet und bilden einen Teil der Codespuren der Maßverkörperung 100 auf die Oberfläche des Abtastempfängers 10 ab. Optional kann auf derjenigen Seite des Mikrolinsenarrays 30, welche der Maßverkörperung 100 zugewandt ist, der plane Bereich außerhalb der Öffnungen der Mikrolinsen 31 mit einer opaken Schicht 38 als Feldblende versehen sein.On top of the scan aperture 20 (on the object side) is an aperture diaphragm array 40 arranged, which in turn a microlens array 30 is arranged such that in the focal plane of the microlenses 31 of the microlens array 30 preferably circular aperture apertures 41 are provided. It lies in the optical axis 32 behind every single microlens 31 exactly one aperture aperture 41 , The aperture panel array 40 is preferably on top of the scan aperture array 20 or on the plane underside of the microlens array 30 arranged. Alternatively, this can be provided a separate component. The microlenses 31 of the microlens array 30 are as plano-convex lens surfaces on the measuring scale 100 facing side of the microlens array 30 arranged and form part of the code tracks of the material measure 100 on the surface of the scanning receiver 10 from. Optionally, on the side of the microlens array 30 , which of the material measure 100 facing, the planar area outside the openings of the microlenses 31 with an opaque layer 38 be provided as a field stop.

Vorzugsweise ist der Stapel auf der Oberfläche des Abtastempfängers 10, bestehend aus dem Mikrolinsenarray 30, der Abtastblende 20 und dem dazwischen angeordneten Aperturblendenarray 40, seitlich mit einer lichtundurchlässigen Vergussmasse 16 vergossen, welche auch die Bonddrähte 15 einschließt.Preferably, the stack is on the surface of the scanning receiver 10 consisting of the microlens array 30 , the scanning aperture 20 and the aperture diaphragm array therebetween 40 , laterally with an opaque potting compound 16 potted, which also the bonding wires 15 includes.

Die Maßverkörperung 100 trägt eine Positionscodierung, welche auf die Oberfläche des Abtastempfängers 10 abgebildet wird. Die Codierung kann dabei der Abtasteinheit 1 zu- oder auch abgewandt sein. In dem Fall, dass die Maßverkörperung 100 transmissiv ausgebildet ist, ist die codierte Seite der Maßverkörperung vorzugsweise der Abtasteinheit 1 zugewandt.The measuring standard 100 carries a positional coding which is on the surface of the scanning receiver 10 is shown. The coding can be the scanning unit 1 be facing or away. In the case that the material measure 100 is formed transmissive, the coded side of the measuring scale is preferably the scanning unit 1 facing.

Bei einer Abbildung im Abbildungsmaßstab 1:1 betragen die Entfernung zwischen dem Maßstab 100 und dem Mikrolinsenarray 30 zweimal die Brennweite f der Mikrolinsen 31. Die Dicke d des Mikrolinsenarrays 30 ist derart bemessen, dass die Brennebene in etwa in der ebenen Rückseite des Mikrolinsenarrays 30 liegt.For a 1: 1 scale image, the distance is between the scale 100 and the microlens array 30 twice the focal length f of the microlenses 31 , The thickness d of the microlens array 30 is dimensioned such that the focal plane approximately in the planar back of the microlens array 30 lies.

Für eine Abbildung im Abbildungs-Maßstab 1:1 weist die Abtastblende 20 eine Dicke f' = n₂f auf, wobei f die Brennweite der Mikrolinsen 31 des Mikrolinsenarrays 30 und n₂ den Brechungsindex der Abtastblende bezeichne.For a 1: 1 scale image, the scan aperture is shown 20 a thickness f '= n ₂ f, where f is the focal length of the microlenses 31 of the microlens array 30 and n ₂ denotes the refractive index of the scanning diaphragm.

Die 2 zeigt eine Aufsicht auf die Abtasteinheit 1 gemäß der 1. Zur besseren Erkennbarkeit sind die an sich durch die Aperturblende sowie die Abtastblende abgedeckten und daher nicht sichtbaren lichtempfindlichen Empfängerfelder 11 und 12 dargestellt, die auf der Oberfläche des Abtastempfängers 10 mit einem gewissen Abstand zueinander nebeneinander angeordnet sind. Es sind 6 Mikrolinsen 31 in einem regelmäßigen rechteckigen 2 × 3 Raster nebeneinander angeordnet, die teilweise aneinander angrenzen. Die Zwischenräume zwischen den Mikrolinsen, d.h. die verbleibende plane objektseitige Oberfläche des Mikrolinsenarrays 30 kann mit einer opaken Schicht 38 als Feldblende versehen sein. In der optischen Achse jeder Mikrolinse 31 befindet sich jeweils eine Aperturblende 41, durch welche das Licht auf die darunter angeordneten Empfängerfelder 11, 12 des Abtast-Empfängers abgebildet wird. Dabei fällt das Bild jeder Mikrolinse 31 jeweils auf genau zwei getrennte Empfängerfelder 11, 12 des Abtastempfängers 10.The 2 shows a plan view of the scanning unit 1 according to the 1 , For better recognition The photosensitivity fields covered by the aperture diaphragm and the scanning diaphragm and therefore not visible are photosensitive receiver fields 11 and 12 shown on the surface of the scanning receiver 10 are arranged side by side with a certain distance from each other. There are 6 microlenses 31 arranged in a regular rectangular 2 × 3 grid next to each other, which partially adjoin one another. The spaces between the microlenses, ie the remaining plane object-side surface of the microlens array 30 can with an opaque layer 38 be provided as a field stop. In the optical axis of each microlens 31 there is an aperture diaphragm 41 through which the light is directed to the receiver fields below 11 . 12 the scan receiver is mapped. The picture of each microlens falls 31 each on exactly two separate recipient fields 11 . 12 of the sample receiver 10 ,

In der 3 ist das Mikrolinsenarray 30 im seitlichen Schnitt nochmals dargestellt. Es sind drei nebeneinander angeordnete Mikrolinsen 31 erkennbar, welche jeweils von der Maßverkörperung 100 ausgehendes, weitgehend paralleles Licht bündeln. Die Dicke d des Mikrolinsenarrays 30 korreliert insofern zur Brennweite f der Einzellinsen, als dass der Brennpunkt jeder Einzellinse in der bildseitigen Rückseite des Mikrolinsenarrays 30 liegt. Auf dieser Rückseite des Mikrolinsenarrays ist ein Array von Aperturblenden 40 in Form einer opaken Schicht angeordnet, welche Aperturblenden-Öffnungen 41 in den Brennpunkten der jeweiligen Mikrolinsen 31 aufweist.In the 3 is the microlens array 30 shown again in the lateral section. There are three juxtaposed microlenses 31 recognizable, which in each case of the material measure 100 bundle outgoing, largely parallel light. The thickness d of the microlens array 30 in that respect correlates to the focal length f of the individual lenses, in that the focal point of each individual lens in the image-side rear side of the microlens array 30 lies. On this back of the microlens array is an array of aperture stops 40 arranged in the form of an opaque layer, which aperture apertures 41 in the focal points of the respective microlenses 31 having.

Licht, welches schräg parallel einfällt und einen hinreichend großen Winkel α zur optischen Achse 32 einschließt, wird in der Brennebene außerhalb der Aperturblenden-Öffnungen 41 in einem Abstand x zur optischen Achse kollimiert und somit ausgeblendet. Zusätzlich ist sicherzustellen, dass der Abstand x zur optischen Achse nicht etwa ein Vielfaches des Linsendurchmessers D beträgt und somit durch eine Aperturblenden-Öffnung einer anderen Mikrolinse 31 transmittiert. Sei n₁ der Brechungsindex des Mikrolinsenarrays, dann ergibt sich der Abstand x zu: x = d tan(β) mit n₁ sin(β) = sin(α) gemäß dem Snellius'schen Brechungsgesetz.Light which incident obliquely parallel and a sufficiently large angle α to the optical axis 32 is in the focal plane outside the aperture apertures 41 collimated at a distance x to the optical axis and thus hidden. In addition, make sure that the distance x to the optical axis is not a multiple of the lens diameter D and thus through an aperture opening of another microlens 31 transmitted. Let n _{1 be} the refractive index of the microlens array, then the distance x becomes: x = d tan (β) with n ₁ sin (β) = sin (α) according to Snell's law.

Neben Maßverkörperungen, die nicht-diffraktive Codierungen aufweisen, welche die Amplitude des einfallenden Lichtes modulieren, sind etwa aus der DE 103 03 038 Maßver körperungen bekannt, welche binäre Codefelder aufweisen, die unstrukturiert sind bzw. die mit diffraktiven optischen Elementen, wie etwa mit Liniengittern versehen sind. Dabei wird beispielsweise lediglich die minus erste Beugungsordnung detektiert, wozu die Maßverkörperung mit schräg parallel einfallendem Licht beleuchtet wird, wobei der Beleuchtungswinkel dem Winkel α_–1 der ersten Beugungsordnung entspricht. Dann verlässt die zu detektierende minus erste Beugungsordnung die Maßverkörperung weitgehend senkrecht, während die nullte Beugungsordnung die Maßverkörperung um den Winkel α_–1 (zur Flächennormalen gemessen) schräg verlässt. Insbesondere darf die nullte Beugungsordnung hierbei nicht detektiert werden, da diese sowohl in den strukturierten als auch den unstrukturierten Codefeldern auftritt. Dies bedeutet, dass insbesondere gelten muss: A / 2 < x = d tan(β), was sich für plankonvexe Linsen mit d = f n₁ ergibt aus der Ungleichung: A / 2f < sin(α_–1), wobei sin(α_–1) = n₁ sin(β) ist.Beside material measures, which have non-diffractive codings, which modulate the amplitude of the incident light, are approximately from the DE 103 03 038 Maßver bodies known which have binary code fields that are unstructured or are provided with diffractive optical elements, such as with line gratings. In this case, for example, only the minus first diffraction order is detected, for which the material measure is illuminated with obliquely parallel incident light, wherein the illumination angle corresponds to the angle α _{-1 of} the first diffraction order. Then the minus first diffraction order to be detected leaves the material measure largely vertically, while the zeroth diffraction order leaves the material measure obliquely by the angle α _-1 (measured to the surface normal). In particular, the zeroth diffraction order must not be detected here, since this occurs both in the structured and the unstructured code fields. This means that in particular: A / 2 <x = d tan (β), which is the case for plano-convex lenses with d = fn ₁ from the inequality: A / 2f <sin (α _-1 ), where sin (α _-1 ) = n ₁ sin (β).

Für den Beugungswinkel α_–1 der minus ersten Ordnung gilt der Zusammenhang: sin(α_–1) = λ/Λ, wobei λ die Wellenlänge des beleuchtenden Lichtes ist und Λ die Gitterkonstante des Beugungsgitters. Für λ = 740 nm und Λ = 1,25 μm erhält man beispielsweise einen Beugungswinkel von α_–1 = 36,3°. Somit ergibt sich mit einer Dicke d des Mikrolinsenarrays 30 von d = 1,5 mm und einem Brechungsindex von n₁ = 1,4524 (für Quarzglas, SiO₂) ein Abstand x = 0,67 mm. Bei einem Linsendurchmesser D von beispielsweise D = 0,42 mm bedeutet das, dass das Licht der nullten Beugungsordnung ausgeblendet wird, solange für die Aperturblenden-Öffnung A gilt: A < 2 min{x, |D – x|, |2D – x|, ...} = 2 min{|nD – x|, n ∊ N ∪ {0}}, also etwa A = 0,3 mm, da das Licht auch nicht durch die Aperturblenden-Öffnungen benachbarter Mikrolinsen fallen darf.For the diffraction angle α _-1 of the connection minus first-order applies: sin (α ₁₎ = λ / Λ, where λ is the wavelength of the illuminating light and Λ the grating constant of the diffraction grating. For λ = 740 nm and Λ = 1.25 μm, for example, a diffraction angle of α _-1 = 36.3 ° is obtained. This results in a thickness d of the microlens array 30 of d = 1.5 mm and a refractive index of n ₁ = 1.4524 (for quartz glass, SiO ₂ ) a distance x = 0.67 mm. With a lens diameter D of, for example, D = 0.42 mm, this means that the light of the zeroth diffraction order is masked out as long as the following applies to the aperture diaphragm aperture A: A <2 min {x, | D-x |, | 2D-x |, ...} = 2 min {| nD - x |, n ∈ N ∪ {0}}, ie about A = 0.3 mm, since the light must not fall through the aperture apertures of adjacent microlenses.

Die 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine einzelne Linse 31 eines Mikrolinsenarrays 30, welches plankonvexe Mikrolinsen 31 aufweist, die voneinander beabstandet sind. Das Mikrolinsenarray weise einen Brechungsindex n₁ auf, dann gilt für die bildseitige Brennweite f der plankonvexen Mikrolinsen:

wobei R der Krümmungsradius der Mikrolinse 31 ist. Weiter gilt für die Entfernung der objektseitigen Hauptebene H zur bildseitigen Hauptebene H' der Zusammenhang:

Für einen Brechungsindex n₁ = 1,5 erhält man somit beispielsweise: HH' = d/3. Die rückseitige (bildseitige) Brennweite (BFL, back focal length) ist nun gegeben durch: BFL = f – d + HH' = R/(n₁ – 1) – d/n₁. Die rückseitige Brennweite ist also genau dann gleich Null, wenn gilt: d(n₁ – 1) = R n₁, was bedeutet, dass d = f n₁ bzw. dass HH' = R.The 4 shows a further embodiment of the invention. Shown is a single lens 31 a microlens array 30 , which plano-convex microlenses 31 has, which are spaced apart. The microlens array has a refractive index n ₁ , then applies to the image-side focal length f of the plano-convex microlenses:

where R is the radius of curvature of the microlens 31 is. Further, for the distance of the object-side main plane H to the image-side main plane H ', the following applies:

For a refractive index n ₁ = 1.5, one thus obtains, for example: HH '= d / 3. The back focal length (BFL) is now given by: BFL = f - d + HH '= R / (n ₁ - 1) - d / n ₁ . The back focal length is therefore equal to zero if and only if: d (n ₁ - 1) = R n ₁ , which means that d = fn ₁ or that HH '= R.

Sei beispielsweise d = 1,5 mm, dann folgt aus der Bedingung mit einem Brechungsindex von n₁ = 1,4524 für die Brennweite f der Mikrolinsen: f = 1,033 mm, woraus sich ein Krümmungsradius R der Mikrolinsen von R = 0,467 mm errechnet.For example, if d = 1.5 mm, then the condition with a refractive index of n ₁ = 1.4524 for the focal length f of the microlenses follows: f = 1.033 mm, resulting in a radius of curvature R of the Microlenses of R = 0.467 mm calculated.

Für die Linsenhöhe s („lense sag") gilt nach Pythagoras der folgende Zusammenhang: R = s/2 + D²/(8s). Mit einer Linsenhöhe von s = 50 μm und einem Linsendurchmesser von D = 0,42 mm ergibt sich beispielsweise ein Krümmungsradius der Linse von R = 0,466 mm.According to Pythagoras, the following relationship applies for the lens height s ("lense sag"): R = s / 2 + D ² / (8s) With a lens height of s = 50 μm and a lens diameter of D = 0.42 mm For example, a radius of curvature of the lens of R = 0.466 mm.

Auf der dem Abtastempfänger 10 zugewandeten Seite des Mikrolinsenarrays 30, d.h. bildseitig, ist das Aperturblendenarray 40 in Form einer opaken Schicht mit Blendenöffnungen 41 aufgebracht. Für eine Abbildung im Abbildungsmaßstab 1:1 muss die Dicke der Abtastblende dann f' = f n₂ betragen. Verwendet man beispielsweise die gleiche Glasart für die Abtastblende, so ist die Dicke f' der Abtastblende identisch mit der Dicke d des Mikrolinsenarrays.On the scanning receiver 10 facing side of the microlens array 30 ie, on the image side, is the aperture diaphragm array 40 in the form of an opaque layer with apertures 41 applied. For a reproduction on a scale of 1: 1, the thickness of the scanning aperture must then be f '= fn ₂ . If, for example, the same type of glass is used for the scanning aperture, then the thickness f 'of the scanning aperture is identical to the thickness d of the microlens array.

Wird für die Abtastblende eine Glasart mit einem unterschiedlichen Brechungsindex verwendet, so muss die Abtastblende eine unterschiedliche Dicke aufweisen, damit die Bildebene in der Oberfläche des Abtastempfängers bzw. der Abtast-Blendenöffnungen liegt. Da Glasplatten nicht in beliebigen Dicken verfügbar sind, kann es notwendig sein, das Aperturblendenarray um bis zu etwa 10% der Brennweite in einer parallel versetzten Ebene außerhalb der Brennebene der Mikrolinsen 31 anzuordnen. Eine Abschirmung von schräg einfallendem Licht sowie eine Separierung der Abbildungsstrahlengänge der verschiedenen Mikrolinsen 31 sind somit noch gewährleistet. Vorzugsweise werden Mikrolinsen mit möglichst kurzer Brennweite von 2 mm oder weniger verwendet, um bei entsprechender Auslegung neben einem kleinen Aufbau der Abtasteinheit insbesondere auch kleine Abstände zur Maßverkörperung zu erreichen. Neben dem somit ergebenden kompakten Aufbau der Positionsmesseinrichtung ergibt sich der weitere Vorteil, dass das Licht, welches die Maßverkörperung 100 verlässt, nicht stark divergiert und sich neben einer hohen Lichtintensität insbesondere auch ein hoher Kontrast des auf den Abtastempfänger abgebildeten Lichtes einstellt, was zu hoch interpolierbaren Positionssignalen führt.If a glass type with a different refractive index is used for the scanning diaphragm, the scanning diaphragm must have a different thickness so that the image plane lies in the surface of the scanning receiver or the scanning diaphragm apertures. Because glass plates are not available in any thicknesses, it may be necessary to increase the aperture diaphragm array by up to about 10% of the focal length in a plane offset parallel to the focal plane of the microlenses 31 to arrange. A shielding of obliquely incident light and a separation of the imaging beam paths of the various microlenses 31 are thus still guaranteed. Preferably, microlenses are used with the shortest possible focal length of 2 mm or less in order to achieve with appropriate design in addition to a small structure of the scanning unit in particular even small distances to the material measure. In addition to the resulting compact design of the position measuring device, there is the further advantage that the light, which is the material measure 100 leaves, does not diverges greatly and in addition to a high light intensity in particular sets a high contrast of the light imaged on the Abtastempfänger, resulting in highly interpolatable position signals.

In der 5 ist ein seitlicher Ausschnitt der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt und zeigt den Abbildungsstrahlengang ausgehend von der mittels Hellfeldern 120 und Dunkelfeldern 110 codierten Oberfläche der Maßverkörperung 100. Das parallel zur optischen Achse 32 verlaufende Licht wird durch die Mikrolinse 31 in der Brennebene fokussiert, in welcher das Aperturblendenarray 40 angeordnet ist, durchläuft die Blendenöffnung 41 und wird auf die Rückseite der Abtastblende 20 abgebildet. Dort befinden sich in Korrespondenz zur Codierung der Maßverkörperung 100 Blendenöffnungen (nicht zeichnerisch dargestellt), durch welche das Licht auf die lichtempfindlichen Empfängerfelder des Abtastempfängers 10 gelangt. Aufgrund der Divergenz des Senderlichtes sowie aufgrund von Beugung des Lichtes an den Codeflächen weist das die Maßverkörperung 100 verlassende Lichtbündel einen Divergenzwinkel 2δ auf. Die Blendenöffnungen des Aperturblendenarrays sind vorzugsweise so groß, dass weitgehend das gesamte Licht, welches die Maßverkörperung 100 mit dem Divergenzwinkel 2δ in der optischen Achse 32 einer Mikrolinse 31 verlässt, die zugehörige Aperturblende nicht-abgeschattet durchläuft. Das bedeutet, dass in diesem Fall für den Durchmesser A der Aperturblenden 41, die in den Brennebenen der Mikrolinsen positioniert sind, der folgende Zusammenhang gilt: tan(δ) ≤ A / 2f.In the 5 is a side section of the position measuring device according to the invention shown according to the second embodiment and shows the imaging beam path starting from the means of bright fields 120 and darkfields 110 coded surface of the material measure 100 , That parallel to the optical axis 32 running light is through the microlens 31 focused in the focal plane, in which the aperture diaphragm array 40 is arranged, passes through the aperture 41 and gets to the back of the scan aperture 20 displayed. There are in correspondence to the coding of the material measure 100 Apertures (not shown in the drawing) through which the light is applied to the photosensitive receiver fields of the scanning receiver 10 arrives. Due to the divergence of the transmitter light as well as due to diffraction of the light at the code areas, this is the material measure 100 leaving light beams on a divergence angle 2δ. The apertures of the aperture diaphragm array are preferably so large that substantially all the light, which is the material measure 100 with the divergence angle 2δ in the optical axis 32 a microlens 31 leaves, the associated aperture diaphragm goes through non-shadowed. This means that in this case for the diameter A of the aperture stops 41 which are positioned in the focal planes of the microlenses, the following relationship applies: tan (δ) ≤ A / 2f.

In der 6 ist schematisch eine Explosionsdarstellung einer Maßverkörperung 100 mit Hellfeldern (120) und Dunkelfeldern (110), eines Mikrolinsenarrays 30 mit bildseitig aufgebrachtem Aperturblendenarray 40 sowie einer Abtastblende 20 mit bildseitig angeordneten Blendenöffnungen 21 dargestellt. Die Blendenöffnungen der Abtastblende sind in Gruppen angeordnet, wobei eine Anzahl von Blendenöffnungen oberhalb jeweils einer lichtempfindlichen Abtastfläche des Abtastempfängers 10 positioniert ist. Hier sind beispielhaft 6 × 2 Gruppen von Abtastflächen mit entsprechenden Abtastblendengruppen dargestellt, so dass je zwei Mikrolinsen 31 das von der Maßverkörperung 100 ausgehende Licht auf je eine Abtastblendengruppe abbildet. Die Abtastblendenöffnungen 21 sind zur Abtastung von inkrementalen Positions-Codierungen vorzugsweise nicht rund, sondern sinusbogenförmig, um sinusförmige Positionssignale zu generieren.In the 6 is schematically an exploded view of a material measure 100 with brightfields ( 120 ) and darkfields ( 110 ), a microlens array 30 with image-attached aperture diaphragm array 40 and a scan aperture 20 with image apertures arranged on the image side 21 shown. The apertures of the scanning aperture are arranged in groups, with a number of apertures above each of a photosensitive scanning surface of the Abtastempfängers 10 is positioned. Here, by way of example, 6 × 2 groups of scanning surfaces with corresponding scanning diaphragm groups are shown, so that in each case two microlenses 31 that of the material measure 100 emits outgoing light on a respective Abtastblendengruppe. The scanning aperture 21 For scanning incremental position encodings, they are preferably not round but sinusoidal in order to generate sinusoidal position signals.

Das Mikrolinsenarray 30 und das Abtastblendenarray 20 liegen nach der Montage der Abtasteinheit 1 direkt aufeinander auf und sind hier explodiert dargestellt, um den Blick auf das Aperturblendenarray 40 mit seinen Blendenöffnungen 41 freizugeben. Die Blendenöffnungen 41 liegen dabei jeweils in der optischen Achse jeder Einzellinse des Mikrolinsenarrays 30.The microlens array 30 and the scan aperture array 20 lie after mounting the scanning unit 1 directly on top of each other and are exploded here to view the aperture panel 40 with his apertures 41 release. The apertures 41 in each case lie in the optical axis of each individual lens of the microlens array 30 ,

In der 7a ist die Aufsicht auf das Mikrolinsenarray 30 dargestellt, welches beispielhaft ein rechteckiges Raster (Array) von 4 × 6 Mikrolinsen 31 aufweist. In der 7b ist eine Seitenansicht desselben Mikrolinsenarrays 30 zeichnerisch dargestellt. Auf der bildseitigen Rückseite des Mikrolinsenarrays 30 ist das Aperturblendenarray 40 angeordnet, wobei hinter jeder Einzellinse 31 des Mikrolinsenarrays 30 eine Aperturblenden-Öffnung 41 vorgesehen ist. Auf der Objektseite des Mikrolinsenarrays kann eine Feldblende 38 vorgesehen werden, welche sich über den gesamten planen Bereich erstreckt, in welchem sich keine Linsenöffnungen befinden.In the 7a is the top view of the microlens array 30 which exemplifies a rectangular grid (array) of 4 × 6 microlenses 31 having. In the 7b is a side view of the same microlens array 30 illustrated by drawings. On the image-side back of the microlens array 30 is the aperture panel array 40 arranged behind each individual lens 31 of the microlens array 30 an aperture aperture 41 is provided. On the object side of the microlens array, a field stop 38 are provided, which extends over the entire plan area, in which there are no lens openings.

Die 8 zeigt eine schematische Ansicht des Beleuchtungsstrahlenganges. Dabei wird das vom Lichtsender 50 emittierte Licht durch die Kondensorlinse 55 weitgehend parallel kollimiert, d.h. der Lichtsender 50 ist mittig zur optischen Achse in der hinteren Brennebene der Kondensorlinse 55 angeordnet. Somit wird die Lichtquelle ins Unendliche abgebildet. Als Lichtsender wird eine LED (light emitting diode) verwendet. Das licht-emittierende Halbleiterplättchen weise eine Kantenlänge k auf. Mit der Brennweite F der Kondensorlinse 55 ergibt sich somit der halbe Öffnungswinkel δ₀ des emittierten Lichtes zu: tan(δ₀) = k / 2F. In dem Fall, dass die Linsenapertur der Beleuchtungsapertur entspricht, gilt: tan(δ₀) = A / 2f, so dass sich ergibt: k / F ≈ A / f.The 8th shows a schematic view of the illumination beam path. It is the light transmitter 50 emitted light through the condenser lens 55 largely collimated in parallel, ie the light emitter 50 is centered on the optical axis in the rear focal plane of the condenser lens 55 arranged. Thus, the light source is displayed at infinity. The light transmitter is an LED (light emitting diode). The light-emitting semiconductor chip has an edge length k. With the focal length F of the condenser lens 55 Thus, half the aperture angle δ _{0 of} the emitted light is: tan (δ ₀ ) = k / 2F. In the case that the lens aperture corresponds to the illumination aperture, tan (δ ₀ ) = A / 2f, giving k / F ≈ A / f.

Mit einer Kantenlänge k = 0,1 mm des licht-emittierenden Halbleiters und einer Brennweite F = 4 mm der Kondensorlinse ergibt sich beispielsweise ein halber Öffnungswinkel des beleuchtenden Lichtbündels von δ₀ = 0,72°. Da die Maßverkörperung kein Selbststrahler ist, sondern von der Lichtquelle beleuchtet wird, muss die Beleuchtungsapertur A_Bel der Lichtquelle für das Auflösungsvermögen sowie für die Bestimmung der Apertur A_Obj der Mikrolinsen berücksichtigt werden. Der Abstand von Objektstrukturen an der Auflösungsgrenze beträgt dann:

With an edge length k = 0.1 mm of the light-emitting semiconductor and a focal length F = 4 mm of the condenser lens, for example, a half opening angle of the illuminating light beam of δ ₀ = 0.72 °. Since the material measure is not a self-radiator, but is illuminated by the light source, the illumination aperture A _{Bel of} the light source for the resolution and for the determination of the aperture A _{Obj of} the microlenses must be taken into account. The distance of object structures at the resolution limit is then:

In der 9 ist der Abbildungsstrahlengang für eine Abbildung der Codierung der Maßverkörperung im Maßstab 1:1 dargestellt. Dabei kann die Maßverkörperung etwa reflektiv oder transmissiv ausgebildet sein. Das die Maßverkörperung 100 verlassende Lichtbündel weist einen Öffnungswinkel 2δ auf und wird mittels der Mikrolinse 31 durch die Öffnung 41 der Aperturblende hindurch auf die Oberfläche der Abtastblende 20 bzw. des Abtastempfängers 10 abgebildet.In the 9 the imaging beam path for a picture of the coding of the scale on a scale of 1: 1 is shown. In this case, the material measure may be embodied as reflective or transmissive. The material measure 100 leaving light beam has an opening angle 2δ and is by means of the microlens 31 through the opening 41 the aperture stop on the surface of the scanning diaphragm 20 or the Abtastempfängers 10 displayed.

Der Durchmesser A der Öffnung der Aperturblende 41 ist höchstens so groß zu bemessen, dass bei Maßverkörperungen mit diffraktiven Beugungsgittern kein Licht der nicht zu detektierenden Beugungsordnungen durch die Aperturblenden-Öffnungen 41 gelangt, während das Lichtbündel des zu detektierenden Lichtes weitgehend ohne Ausblendung durch die Aperturblenden-Öffnung 41 hindurch auf den Abtastempfänger 10 gelangt. Wird die Blendenöffnung 41 zu weit geschlossen, so nimmt die Intensität des Lichtes, das auf den Abtastempfänger fällt, stark ab. Wird stark divergentes Licht zur Beleuchtung verwendet, etwa wenn keine Kondensorlinse zwischen dem Lichtsender 50 und der Maßverkörperung 100 vorgesehen wird, so führt eine weit geöffnete Aperturblende zu einer geringeren Abstandstoleranz zwischen der Maßverkörperung 100 und der Abtasteinheit 1. Weiterhin wird durch die Anordnung der Aperturblende 40 in der bildseitigen Brennebene der Mikrolinsen 31 erreicht, dass sich der Abbildungsmaßstab bei einer geringfügigen Abstandsänderung bzw. einer leichten Schrägstellung zwischen der Maßverkörperung 100 und den Mikrolinsen 31 nur sehr geringfügig ändert. Insgesamt ergibt sich aufgrund der Abbildung sowie der Bündelbegrenzung durch die Aperturblenden ein um mindestens den Faktor 10 erhöhte Abstandstoleranz zwischen der Maßverkörperung und der Abtasteinheit.The diameter A of the opening of the aperture diaphragm 41 is to be dimensioned at most so large that in dimensional standards with diffractive diffraction gratings no light of the non-detectable diffraction orders through the aperture apertures 41 passes, while the light beam of the light to be detected largely without blanking through the aperture opening 41 through to the scanning receiver 10 arrives. Will the aperture 41 too far closed, the intensity of the light falling on the scanning receiver decreases sharply. Is strongly divergent light used for lighting, such as when no condenser lens between the light emitter 50 and the material measure 100 is provided, so a wide aperture aperture leads to a smaller distance tolerance between the material measure 100 and the scanning unit 1 , Furthermore, the arrangement of the aperture stop 40 in the image-side focal plane of the microlenses 31 achieved that the magnification of a slight change in distance or a slight inclination between the material measure 100 and the microlenses 31 only very slightly changes. Overall, results due to the figure and the bundle limitation by the aperture apertures increased by at least a factor of 10 distance tolerance between the material measure and the scanning unit.

Die 10 zeigt eine Aufsicht auf einem Ausschnitt der erfindungsgemäßen Abtasteinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die Aperturblenden, die Abtastblenden sowie eine eventuell vorhandene Feldblende transparent dargestellt, um die darunter liegenden Bauteile zu erkennen. Dargestellt sind zwei lichtempfindliche Empfängerfelder 11, 12 auf dem Abtastempfänger 10 mit darüber angeordneter Abtastblende 20, welche sinusbogenförmig begrenzte Blendenöffnungen 21, 22 zur Detektion einer inkrementalen Codespur mit einer Messperiode p aufweist. Die einzelnen Blendenöffnungen, die einem Empfängerfeld 11 bzw. 12 zugeordnet sind, weisen daher bei einem vorausgesetzten Abbildungsmaßstab der Mikrolinsen von 1:1 ebenfalls jeweils einen Abstand p zueinander in Messrichtung auf. Demgegenüber weisen die Blendenöffnungen 21, 22 unterschiedlicher Empfängerfelder 11, 12 einen Versatz c in Messrichtung um eine viertel Messperiode (wie zeichnerisch dargestellt), eine halbe oder eine dreiviertel Messperiode zueinander auf, um entsprechend um 90°, 180° und 270° phasenverschobene, sinusförmige Positionssignale zu generieren. Je Abtastfeld sind hierbei zwei Mikrolinsen 31 vorgesehen, welche das von der Maßverkörperung modulierte Licht in die Ebene der Abtastblenden-Öffnungen 21, 22 abbildet. Da die strukturierte Seite der Abtastblende, welche die Blendenöffnungen trägt, vorzugsweise zur Oberfläche des Abtastempfängers 10 zugewandt ist, ist eine Abbildung in die Ebene der Blendenöffnung quasi gleichbedeutend mit einer Abbildung in die Ebene der lichtempfindlichen Empfängerfelder 11, 12. Wird die Abtastblende mit der Blendenöffnungs-Seite vom Abtastempfänger wegweisend montiert, so wäre ein weiteres separates Bauteil notwendig, welches den notwendigen Abstand zum Aperturblendenarray sicherstellt; weiterhin würde die Bauhöhe der Abtasteinheit dadurch unnötig vergrößert.The 10 shows a plan view of a section of the scanning unit according to the invention according to the second embodiment. For the sake of clarity, the aperture diaphragms, the scanning diaphragms and any field diaphragm that may be present are shown transparently in order to identify the components underneath. Shown are two photosensitive receiver fields 11 . 12 on the scanning receiver 10 with scanning aperture arranged above it 20 , which sinusoidal limited apertures 21 . 22 for detecting an incremental code track having a measurement period p. The individual apertures, the one receiver field 11 respectively. 12 are assigned, therefore, at a assumed magnification of the microlenses of 1: 1 also each have a distance p to each other in the measuring direction. In contrast, have the apertures 21 . 22 different recipient fields 11 . 12 an offset c in the direction of measurement by a quarter of a measuring period (as shown in the drawing), a half or a three-quarter measuring period to each other to generate in accordance with 90 °, 180 ° and 270 ° phase-shifted, sinusoidal position signals. For each scanning field are two microlenses 31 provided, which is the light modulated by the material measure in the plane of the Abtastblenden openings 21 . 22 maps. Since the structured side of the scanning aperture, which carries the apertures, preferably to the surface of the Abtastempfängers 10 An image in the plane of the aperture is almost synonymous with an image in the plane of the photosensitive receiver fields 11 . 12 , If the scanning diaphragm with the aperture side of the scanning receiver mounted pioneering, so another separate component would be necessary, which ensures the necessary distance from the aperture diaphragm array; Furthermore, the height of the scanning unit would thereby unnecessarily increased.

Die Mikrolinsen 31 sind in einer regelmäßigen rechteckigen Rasterung mit Abständen b in Messrichtung sowie Abständen a quer zur Messrichtung angeordnet. Vorzugsweise sind diese Abstände an die Position der Empfängerfelder 11, 12 auf der Oberfläche des Abtastempfängers angepasst. Möglich sind jedoch auch andere, etwa unregelmäßige Anordnungen, insbesondere jedoch an die Öffnungen der Abtastblende angepasste Anordnungen der Mikrolinsen 31.The microlenses 31 are arranged in a regular rectangular grid with distances b in the measuring direction and distances a across the measuring direction. Preferably, these distances are at the position of the receiver fields 11 . 12 adapted to the surface of the Abtastempfängers. However, it is also possible other arrangements, such as irregular arrangements, but in particular arrangements adapted to the openings of the scanning aperture microlenses 31 ,

Durch die punktiert dargestellten Öffnungen 41 der Aperturblende, die sich zwischen dem Mikrolinsenarray und der Abtastblende befindet, kann man einzelne Blendenöffnungen erkennen, was für die Montage von Nutzen sein kann. Insbesondere können auf der Oberfläche der Abtastblende oder des Abtastempfängers Montagemarkierungen angeordnet sein, welche die Montage des Mikrolinsenarrays oberhalb der Abtastblende vereinfachen.Through the dotted holes shown 41 The aperture diaphragm, which is located between the microlens array and the scanning diaphragm, you can see individual apertures, which can be useful for mounting. In particular, mounting marks may be arranged on the surface of the scanning diaphragm or of the scanning receiver, which simplify the mounting of the microlens array above the scanning diaphragm.

Neben der nacheinander erfolgenden Montage von Abtastblende und Mikrolinsenarray auf der Oberfläche des Abtastchips oberhalb der lichtempfindlichen Empfängerfelder ist es auch möglich, entsprechende Wafer, welche die Mikrolinsenarrays und die Abtastblenden tragen, zunächst zueinander zu positionieren, zu bonden und anschließend zu vereinzeln. In diesem Fall ist die Einheit, bestehend aus Mikrolinsenarray und Abtastblendenarray lediglich relativ zu den Empfängerfeldern des Abtastempfängers auszurichten.Next the sequential assembly of scanning diaphragm and microlens array on the surface of the scanning chip above the photosensitive receiver fields it is also possible corresponding wafers, which the microlens arrays and the Abtastblenden wear, first to position each other, to bond and then to seperate. In this case, the unit consisting of microlens array and scan aperture array only relative to the receiver fields of the sample receiver align.

Die unterschiedlichen übereinander liegenden Glasplatten, welche das Mikrolinsenarray sowie die Abtastblende tragen, können verkittet oder verklebt werden und anschließend seitlich mit einer vorteilhafterweise opaken Vergussmasse vergossen werden. Es ist darüber hinaus möglich, dass innerhalb dieser Vergussmasse insbesondere auch die Bonddrähte des Abtastchips liegen.The different on top of each other lying glass plates, which the microlens array and the scanning diaphragm wear, can cemented or glued and then laterally with an advantageously to be potted opaque potting compound. It is also possible that within this potting compound in particular also the bonding wires of the Scanning chips are.

In der 11 ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt. Zuoberst ist ein Mikrolinsenarray 30 mit symmetrischen bikonvexen Mikrolinsen 33 positioniert. Der Krümmungsradius der objektseitigen Oberfläche 33' der Mikrolinse 33 ist dabei identisch mit dem Krümmungsradius der bildseitig angeordneten Oberfläche 33'' der Linse 33. Hierdurch wird in Zusammenhang mit vorzugsweise asphärischen Krümmungen der Oberflächen der Mikrolinsen eine optimale Abbildungsqualität erzielt.In the 11 a further advantageous embodiment of the invention is shown in a side sectional view. At the top is a microlens array 30 with symmetrical biconvex microlenses 33 positioned. The radius of curvature of the object-side surface 33 ' the microlens 33 is identical to the radius of curvature of the surface arranged on the image side 33 '' the lens 33 , As a result, optimum image quality is achieved in connection with preferably aspherical curvatures of the surfaces of the microlenses.

Das Auflösungsvermögen der Einzellinsen ist proportional zum Quotienten aus der Brennweite und dem Linsendurchmesser und ist daher auch bei kleiner Brennweite aufgrund des kleinen Linsendurchmessers ausreichend.The Resolution of the Single lenses is proportional to the quotient of the focal length and the lens diameter and is therefore synonymous with small focal length due to the small lens diameter sufficient.

Das Mikrolinsenarray weist seitliche Stege 35 auf, welche einteilig mit dem Mikrolinsenarray ausgestaltet sind und die Positionierung des Mikrolinsenarrays 30 auf der darunter liegenden Glasplatte 45 insbesondere dann vereinfachen, wenn das Mikrolinsenarray lediglich eine einzelne Reihe oder eine einzelne Spalte von nebeneinander angeordneten Mikrolinsen 33 oder nur eine einzelne Mikrolinse aufweist. Diese Stege 35 können bei zweidimensionalen Linsenarrays jedoch auch fehlen.The microlens array has lateral webs 35 on, which are designed in one piece with the microlens array and the positioning of the microlens array 30 on the underlying glass plate 45 In particular, simplify when the microlens array only a single row or a single column of juxtaposed microlenses 33 or only a single microlens. These bridges 35 however, may also be absent in two-dimensional lens arrays.

Aufgrund der bikonvexen Linsengestaltung liegt hierbei der Brennpunkt nicht in der Rückseite des Linsenarrays 30. Daher ist eine zusätzliche Glasplatte 45 notwendig, deren Dicke derart bemessen ist, dass der Brennpunkt der Mikrolinsen vorzugsweise auf der Bildseite der Glasplatte 45 liegen. Zwischen der Unterseite der Glasplatte 45 und der Oberseite der Abtastblende 20 ist das Aperturblendenarray 40 angeordnet, dessen Öffnungen 41 in der optischen Achse 32 jeder der Mikrolinsen 33 liegen. Vorzugsweise ist das Apertur blendenarray 40 auf der Rückseite der Glasplatte 45 oder der Vorderseite der Abtastblende 20 angeordnet. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung auf der Vorderseite der Abtastblende 20, da in diesem Fall eine zusätzliche Positionierung von Abtastblende 20 zur Glasplatte 45 zueinander während der Montage der Abtasteinheit 1 entfällt.Due to the biconvex lens design here is the focus is not in the back of the lens array 30 , Therefore, an additional glass plate 45 necessary, whose thickness is such that the focus of the microlenses preferably on the image side of the glass plate 45 lie. Between the bottom of the glass plate 45 and the top of the scan aperture 20 is the aperture panel array 40 arranged, whose openings 41 in the optical axis 32 each of the microlenses 33 lie. Preferably, the aperture is aperture array 40 on the back of the glass plate 45 or the front of the scan aperture 20 arranged. Particularly advantageous is the arrangement on the front of the scanning diaphragm 20 , as in this case, an additional positioning of scanning aperture 20 to the glass plate 45 each other during assembly of the scanning unit 1 eliminated.

Die Abtastblende 20 weist auf ihrer Unterseite, d.h. zur Oberfläche der Abtastempfängers 10 zugewandt, Blendenöffnungen 21 auf, durch welche das die Maßverkörperung verlassende Licht mittels der Mikrolinsen 33 des Mikrolinsenarrays 30 auf die lichtempfindlichen Flächen des Abtastempfängers 10 abgebildet wird. Der Abtastempfänger 10 ist auf einer Leiterplatte 17 oder in einem Gehäuse montiert und mittels Bonddrähten 15 mit Leiterbahnen (nicht zeichnerisch dargestellt) elektrisch leitend verbunden. Die einzelnen Komponenten auf der Oberfläche des Abtast-Empfängers, d.h. das Mikrolinsenarray 30, die Glasplatte 45 sowie die Abtastblende 20 sind miteinander verkittet bzw. verklebt und alternativ oder zusätzlich durch eine vorzugsweise opake Vergussmasse seitlich vergossen und somit arretiert. Dabei werden die Bonddrähte 15 bevorzugt ebenfalls durch die Vergussmasse umschlossen.The scanning aperture 20 indicates on its underside, ie to the surface of the Abtastempfängers 10 facing, apertures 21 on, through which the light leaving the material measure by means of the microlenses 33 of the microlens array 30 on the photosensitive surfaces of the Abtastempfängers 10 is shown. The scanning receiver 10 is on a circuit board 17 or mounted in a housing and by means of bonding wires 15 with interconnects (not shown in the drawing) electrically conductively connected. The individual components on the surface of the scanning receiver, ie the microlens array 30 , the glass plate 45 as well as the scanning aperture 20 are cemented or glued together and alternatively or additionally potted laterally by a preferably opaque potting compound and thus arrested. This will be the bonding wires 15 preferably also enclosed by the potting compound.

Die 12a–12c zeigen schematisch die Abbildungsinvertierung und daraus folgend die notwendigen Anpassungen der Abtastblenden-Öffnungen im Falle einer gekrümmten Codespur einer Codescheibe für ein Winkelmessgerät. Die Krümmung der Codespur ist gestrichelt übertrieben dargestellt. Aufgrund der Invertierung durch das einstufige optische Linsensystem dreht sich nicht nur scheinbar die Bewegungsrichtung der Maßverkörperung um, sondern darüber hinaus auch die Krümmung der Codespur, was durch die durchgezogene Linie in den 12a–12c dargestellt ist. Diese Krümmungs-Invertierung ist beim Design der Abtastblenden bzw. der lichtempfindlichen Empfängerflächen des Abtastempfängers im Falle der Verwendung von „phased arrays" zu berücksichtigen.The 12a - 12c schematically show the image inversion and, consequently, the necessary adjustments of the scanning aperture in the case of a curved code track of a code wheel for an angle measuring device. The curvature of the code track is exaggerated by dashed lines. Due to the inversion by the single-stage optical lens system, not only the direction of movement of the material measure rotates, but also the curvature of the code track, which is indicated by the solid line in the 12a - 12c is shown. This curvature inversion must be taken into account in the design of the scan aperture (s) of the scan receiver when using phased arrays.

In der 13 ist ein Ausschnitt aus einer Positionscodierung einer Maßverkörperung 100 dargestellt, bestehend aus der Codesequenz C₁ bis C₄. Diese Codesequenz kann etwa bei einer einspurigen Positionscodierung parallel zur Messrichtung oder bei einer mehrspurigen Codierung quer zur Messrichtung angeordnet sein. Je zwei Codestellen werden dabei mittels einer Mikrolinse 31 auf den Abtastempfänger 10 abgebildet. Dabei invertiert sich für jede der Mikrolinsen 31 die Reihenfolge der Codestellen, was insbesondere bei einer absoluten Positionscodierung durch eine anschließende Signalverarbeitung berücksichtigt werden muss.In the 13 is a section of a position coding of a material measure 100 represented, consisting of the code sequence C ₁ to C ₄ . This code sequence can be about one-lane Position coding to be arranged parallel to the measuring direction or in a multi-track encoding transversely to the direction of measurement. Each two codes are using a microlens 31 on the Abtastempfänger 10 displayed. It inverts for each of the microlenses 31 the order of the codes, which must be taken into account in particular in an absolute position coding by a subsequent signal processing.

In den 14a und 14b sind transmissive und reflektive Maßverkörperungen 200 dargestellt, welche Codefelder 220 aufweisen, die mit diffraktiven Phasengitter-Strukturen etwa in Form von Liniengittern strukturiert sind und Codefelder 210, die unstrukturiert sind. Das beleuchtende Licht fällt um den Winkel α_–1 zur Flächennormalen gemessen ein, welcher dem Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung entspricht, so dass das transmittierte bzw. das reflektierte Licht der minus ersten Beugungsordnung die Maßverkörperung 200 senkrecht verlässt. Falls die nullte Beugungsordnung nicht detektiert wird, werden die Codefelder 210 als Dunkelfelder und die diffraktiven Codefelder 220 als Hellfelder detektiert. Dies setzt voraus, dass die Apertur A_Obj der Mikrolinse kleiner ist als sin(2α_–1), wobei sin(α_–1) = λ/Λ. Da die Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays eine kleine Brennweite aufweisen, und insbesondere für die Abtastung von absolut codierten Maßverkörperungen eine große Fläche abgetastet wird, lässt es sich nicht vermeiden, dass Licht der nullten Beugungsordnung zumindest in einem Teil der Mikrolinsen gelangt.In the 14a and 14b are transmissive and reflective measuring standards 200 shown which code fields 220 have, which are structured with diffractive phase grating structures approximately in the form of line grids and code fields 210 that are unstructured. The illuminating light is incident by the angle α _-1 measured to the surface normal, which corresponds to the diffraction angle of the first diffraction order, so that the transmitted or the reflected light of the minus first diffraction order the material measure 200 leaves vertically. If the zeroth diffraction order is not detected, the code fields become 210 as dark fields and the diffractive code fields 220 detected as bright fields. This assumes that the aperture A _{Obj of} the microlens is smaller than sin (2α _-1 ), where sin (α _-1 ) = λ / Λ. Since the microlenses of the microlens array have a small focal length, and in particular a large area is scanned for the scanning of absolutely coded measuring graduations, it is unavoidable that light of the zeroth diffraction order reaches at least a part of the microlenses.

Daher wird das Licht der nullten Beugungsordnung durch die Aperturblenden ausgeblendet, d.h. die notwendige Verringerung der Linsenapertur wird durch die Aperturblenden erreicht, die einen hinreichend kleinen Öffnungs-Durchmesser aufweisen. Der maximale Durchmesser A der Aperturblenden ist somit bei der Detektion von diffraktiven Maßverkörperungen durch den Beugungswinkel α_–1 der nullten Beugungsordnung bestimmt.Therefore, the light of the zeroth diffraction order is masked out by the aperture stops, ie the necessary reduction of the lens aperture is achieved by the aperture stops, which have a sufficiently small opening diameter. The maximum diameter A of the aperture diaphragms is thus determined in the detection of diffractive material measurements by the diffraction angle α _{-1 of} the zeroth diffraction order.

Um das den Maßstab verlassende Licht mit einer ausreichenden Intensität zu detektieren und eine ausreichende Auflösung zu erzielen, sollte der Durchmesser der Aperturblenden jedoch auch nicht zu klein sein. Vorzugsweise ist der Beugungswinkel α_–1 größer als der halbe Öffnungswinkel des die Maßverkörperung 200 weitgehend senkrecht verlassenden Lichtes der minus ersten Beugungsordnung. Dies wird durch eine hinreichend parallele Beleuchtung sowie durch eine hinreichend kleine Gitterkonstante Λ erreicht. Typische Gitterkonstanten liegen in einem Bereich von Λ = 1 μm bis etwa zwei Mikrometer, insbesondere zwischen 1,2 und 1,5 μm.However, in order to detect the light leaving the scale with a sufficient intensity and to obtain a sufficient resolution, the diameter of the aperture stops should also not be too small. Preferably, the diffraction angle α _{-1 is} greater than half the opening angle of the material measure 200 largely perpendicular light leaving the minus first diffraction order. This is achieved by a sufficiently parallel illumination and by a sufficiently small lattice constant Λ. Typical lattice constants lie in a range of Λ = 1 μm to about two micrometers, in particular between 1.2 and 1.5 μm.

Bei der Detektion von diffraktiven Maßverkörperungen 200 muss zusätzlich zu dem Öffnungswinkel 2δ₀ bzw. der Apertur A_Bel der Beleuchtungsoptik noch die Aufweitung des die Maßverkörperung 200 verlassenden Lichtes infolge der Beugung berücksichtigt werden. Hierzu fällt das beleuchtende Licht in einem Einfallswinkel α_–1 auf die Maßverkörperung 200, wobei α_–1 dem Winkel der ersten Beugungsordnung entspricht, dann gilt: sin(α_–1) = λ / Λ. Sodann folgt mit m = –1 und einem Einfallswinkel (α_–1 + δ₀) für den Beugungswinkel δ_–1 der minus ersten Beugungsordnung: sin(δ–1) = sin(α–1 + δ0) – sin(α–1) ≤ sin(δ0). In the detection of diffractive measuring standards 200 In addition to the opening angle 2δ ₀ or the aperture A _{Bel of} the illumination optics nor the expansion of the dimensional standard 200 leaving light due to the diffraction be considered. For this purpose, the illuminating light falls at an angle of incidence α _-1 on the material measure 200 , where α _-1 corresponds to the angle of the first diffraction order, then: sin (α _-1 ) = λ / Λ. Then follows with m = -1 and an angle of incidence (α _-1 + δ ₀ ) for the diffraction angle δ _{-1 of} the minus first diffraction order: sin (δ -1 ) = sin (α -1 + δ 0 ) - sin (α -1 ) ≤ sin (δ 0 ).

Das Beugungsmaximum der detektierten minus ersten Beugungsordnung wird weiterhin umso schmaler, je mehr Liniengitter je Codefläche verwendet werden. Bei einer Gitterkonstanten Λ und einer Anzahl N von Gitterlinien je Codefeld 220 ergibt sich für den Winkel δ₁ zwischen der ersten Beugungsordnung und dem ersten Nebenminimum der Zusammenhang: sin(δ₁) = λ / NΛ, wobei λ die Wellenlänge des zur Beleuchtung verwendeten Lichtes ist. Beispielsweise erhält man für eine Wellenlänge λ = 850 nm, für N = 35 Gitterlinien je Codefeld und für eine Gitterkonstante Λ = 1250 nm einen vergleichsweise kleinen Öffnungswinkel von δ₁ = 1,1°.The diffraction maximum of the detected minus first diffraction order also becomes narrower the more line grids are used per code area. With a lattice constant Λ and a number N of grid lines per code field 220 for the angle δ ₁ between the first order of diffraction and the first secondary minimum, the relationship: sin (δ ₁ ) = λ / NΛ, where λ is the wavelength of the light used for illumination. For example, for a wavelength λ = 850 nm, for N = 35 grid lines per code field and for a grid constant Λ = 1250 nm, a comparatively small aperture angle of δ ₁ = 1.1 ° is obtained.

Insgesamt erhält man mit dem Zusammenhang: δ = δ_–1 + δ₁ ≈ δ₀ + δ₁ eine vergleichsweise geringe Bündelaufweitung des Lichtes, das die Maßverkörperung 200 an den diffraktiven Codefeldern 220 weitgehend senkrecht verlässt und von dem Abtastempfänger 10 empfangen wird. Es ergibt sich für das aus der Maßverkörperung 200 austretende Licht somit eine Gesamtbeleuchtungs-Apertur von: A_Bel = sin(2δ) mit sin(δ) ≈ sin(δ₀) + sin(δ₁) ≈ k / 2F + λ / NΛ für kleine Winkel δ₀, δ₁.Overall, the relationship: δ = δ _-1 + δ ₁ ≈δ ₀ + δ ₁ results in a comparatively small bundle expansion of the light, which is the material measure 200 at the diffractive code fields 220 largely perpendicular leaves and from the Abtastempfänger 10 Will be received. It results for the from the material measure 200 thus, a total illumination aperture of: A _Bel = sin (2δ) with sin (δ) ≈ sin (δ ₀ ) + sin (δ ₁ ) ≈ k / 2F + λ / NΛ for small angles δ ₀ , δ ₁ .

Die Aperturblenden-Öffnungen werden nunmehr soweit angepasst, dass die Linsen-Apertur A_Obj vorzugsweise größer ist als die Beleuchtungsapertur A_Bel, die nullte Ordnung mit dem Beugungswinkel α_–1 jedoch ausgeblendet wird, was bedeutet, dass A_Bel < A_Obj < sin(2α_–1) bzw. dass gilt: k / 2F + λ / NΛ ≈ sin(δ) < sin(u) < sin(α_–1) = λ / Λ, wobei u der halbe Öffnungswinkel der Mikrolinsen sei, dann gilt insbesondere: tan(u) = A / 2f.The aperture apertures are now adapted to the extent that the lens aperture A _{Obj is} preferably larger than the illumination aperture A _Bel , but the zeroth order with the diffraction angle α _-1 is hidden, which means that A _Bel <A _Obj <sin ( _FIG . 2α _-1 ) or that: k / 2F + λ / NΛ≈Sin (δ) <sin (u) <sin (α _-1 ) = λ / Λ, where u is half the aperture angle of the microlenses, then in particular : tan (u) = A / 2f.

Für eine hinreichend große Anzahl N von Beugungsgittern je Codefeld 220 ist diese Bedingung bei ausreichend parallel kollimiertem Licht erfüllbar. Aus der Bedingung A / 2f < sin(α_–1) für den Durchmesser der einzelnen Aperturblenden-Öffnungen folgt insbesondere die rechte Seite der obigen Ungleichung.For a sufficiently large number N of diffraction gratings per code field 220 this condition can be fulfilled with sufficiently parallel collimated light. From the condition A / 2f <sin (α- ₁ ) for the diameter of the individual aperture apertures, the right-hand side in particular follows the above inequality.

Weiterhin ist durch eine geeignete Geometrie sicherzustellen, dass die nullte Beugungsordnung nicht durch benachbarte Aperturblenden-Öffnungen auf den Abtastempfänger gelangt. Dies wird durch eine geeignete Wahl der Brennweite f der Mikrolinsen sowie dem Durchmesser der Aperturblenden-Öffnungen sichergestellt.Furthermore, it must be ensured by a suitable geometry that the zeroth diffraction order does not pass through adjacent aperture apertures on the scanning receiver. This is achieved by a suitable choice of the focal length f of the microlenses and the diameter of the aperture apertures secured.

Für eine große Abstandstoleranz zwischen der Maßverkörperung 200 und der Abtasteinheit 1 ist eine kleine Beleuchtungs- bzw. Linsen-Apertur von Vorteil. Die Abstandstoleranz T zwischen der Maßverkörperung 200 und der Abtasteinheit beträgt bei einer Abbildung im Abbildungsmaßstab 1:1 dann

bei einem erlaubten Unschärfekreis-Durchmesser U für kleine Öffnungswinkel 2δ. Dabei bezeichne N die Anzahl der Gitterlinien pro Codefeld 220.For a large distance tolerance between the material measure 200 and the scanning unit 1 a small illumination or lens aperture is an advantage. The distance tolerance T between the material measure 200 and the scanning unit is then 1: 1 in a magnification picture

with a permitted circle of confusion diameter U for small opening angles 2δ. N denotes the number of grid lines per code field 220 ,

Hierdurch erhält man eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich höhere Abstandstoleranz zwischen der Maßverkörperung 200 und dem Abtastempfänger 10 bei gleichzeitig hinreichend großem Auflösungsvermögen sowie bei gleichzeitiger Ausblendung der nullten Beugungsordnung für eine hinreichend kleine Gitterkonstante Λ des Beugungsgitters, mit welchem die diffraktiven Codefelder 220 versehen sind. Weiterhin kann die Höhe des Beugungsgitters derart gewählt werden, dass die nullte Beugungsordnung weitgehend unterdrückt wird, was den Vorteil hat, dass die Intensität der detektierten minus ersten Beugungsordnung zunimmt. Dies kann bei reflektiven Maßverkörperungen etwa durch eine Stufenhöhe des Beugungsgitters von einer viertel Wellenlänge bzw. allgemein einem ungeradzahligen Vielfachen von λ/4 an Luft erfolgen. Durchläuft das beleuchtende Licht ein Medium mit Brechungsindex n, etwa die Maßverkörperung selber, falls diese transparent ist und das Gitter rückseitig angeordnet und verspiegelt ist, so beträgt die Stufenhöhe bei reflektiven Maßverkörperungen vorzugsweise einem ungeradzahligen Vielfachen von λ/(4n), um eine Auslöschung der nullten Beugungsordnung zu bewirken. Für eine Beleuchtungs-Wellenlänge von λ = 740 nm und einen Brechungsindex von n = 1,5 des Maßverkörperungs-Materials errechnet sich im letzteren Fall die kleinste Gitterhöhe, für welche eine Auslöschung der nullten Beugungsordnung auftritt, zu λ/(4n) = 123 nm.This results in a significantly higher distance tolerance between the material measure compared to the prior art 200 and the sampling receiver 10 at the same time sufficiently large resolution and at the same time suppression of zeroth diffraction order for a sufficiently small lattice constant Λ of the diffraction grating, with which the diffractive code fields 220 are provided. Furthermore, the height of the diffraction grating can be selected such that the zeroth diffraction order is largely suppressed, which has the advantage that the intensity of the detected minus first diffraction order increases. This can be done in reflective measuring graduations, for example by a step height of the diffraction grating of a quarter wavelength or generally an odd multiple of λ / 4 in air. If the illuminating light passes through a medium with refractive index n, for example the measuring standard itself, if it is transparent and the grid is arranged and mirrored on the reverse side, the step height in reflective measuring graduations is preferably an odd-numbered multiple of λ / (4n) in order to eliminate the zeroth diffraction order effect. For an illumination wavelength of λ = 740 nm and a refractive index of n = 1.5 of the material of measurement, in the latter case, the smallest grating height for which an extinction of the zeroth diffraction order occurs is calculated as λ / (4n) = 123 nm ,

Für eine hohe inkrementale Strichzahl, die insbesondere auf Codescheiben kleinen Durchmessers vorgesehen werden, werden die Codefelder entsprechend schmaler. Um auch kleine Codefelder 220 mit einer ausreichenden Anzahl N von Gitterlinien zu versehen, werden hierzu vorzugsweise vergleichsweise kleine Gitterkonstanten von etwa 2 Mikrometer und weniger verwendet. Wird beispielsweise eine Gitterkonstante von 1,25 Mikrometern verwendet und die Wellenlänge λ des beleuchtenden Lichtes beträgt 880 nm, so beträgt der Beugungswinkel der minus ersten Beugungsordnung α_–1 = 44,7°.For a high incremental number of lines, which are provided in particular on code discs of small diameter, the code fields are correspondingly narrower. To even small code fields 220 provided with a sufficient number N of grid lines, preferably comparatively small lattice constants of about 2 microns and less are used for this purpose. For example, if a lattice constant of 1.25 microns is used and the wavelength λ of the illuminating light is 880 nm, the diffraction angle of the minus first diffraction order is α _-1 = 44.7 °.

Andere Vorrichtungen, wie in der DE 100 25 410 beschrieben, beleuchten eine Maßverkörperung, die diffraktiv codierte und unstrukturierte Flächen aufweist, mit weitgehend zur optischen Achse parallelem Licht, wobei die diffraktiven Flächen eine Auslöschung der nullten Beugungsordnung bewirken. Hierbei wird bevorzugt lediglich das Licht der nullten Beugungsordnung detektiert und das Licht der plus ersten bzw. minus ersten sowie höherer Beugungsordnungen wird durch die Aperturblenden ausgeblendet.Other devices, as in the DE 100 25 410 described, illuminate a material measure having diffractive coded and unstructured surfaces, with substantially parallel to the optical axis of light, the diffractive surfaces cause an extinction of the zeroth diffraction order. In this case, preferably only the light of the zeroth diffraction order is detected and the light of the plus first or minus first and higher diffraction orders is hidden by the aperture stops.

Die 15 zeigt schematisch die Abtastung einer inkremental codierten Maßverkörperung 100 mit Messperiode p, welche abwechselnd angeordnete Hellfelder 120 und Dunkelfelder 110 gleicher Breite aufweist. In dem Fall, dass die optischen Achsen 32 benachbarter Mikrolinsen 31, 33 einen Abstand von

aufweisen, so bilden beide Linsen 31, 33 die Hell- und Dunkelfelder im Überlappungsbereich jeweils aufeinander ab, falls ein Übersprechen überhaupt auftritt. Dabei ist M der Abbildungsmaßstab der Mikrolinsen und m eine natürliche Zahl. Für M = 1:1 ergibt sich beispielsweise ein entsprechender Abstand benachbarter Mikrolinsen zu b = m p/2.The 15 schematically shows the scanning of an incrementally coded material measure 100 with measurement period p, which alternately arranged bright fields 120 and dark fields 110 having the same width. In the case that the optical axes 32 neighboring microlenses 31 . 33 a distance from

have, so form both lenses 31 . 33 the light and dark fields overlap each other in the overlap area if crosstalk occurs at all. Where M is the magnification of the microlenses and m is a natural number. For M = 1: 1, for example, a corresponding distance of neighboring microlenses to b = mp / 2 results.

Um ein Übersprechen quer zur Messrichtung auszuschließen, werden benachbarte Codespuren auf der Maßverkörperung vorzugsweise mit einem ausreichenden Abstand vorgesehen.Around a crosstalk to exclude across the measuring direction, adjacent code tracks on the measuring standard preferably provided with a sufficient distance.

In der 16 ist der Überlappungsbereich benachbarter Mikrolinsen 31, 33 dargestellt. Ein Übersprechen auf dem Abtastempfänger lässt sich nunmehr durch unterschiedliche Maßnahmen ausschließen: Die Mikrolinsen weisen einen entsprechenden Abstand zueinander auf, so dass keine Überlappung der Bildfelder benachbarter Mikrolinsen auftritt bzw. die Abtastblenden bzw. die lichtempfindlichen Empfängerflächen des Abtastempfängers werden nur in dem überlappungsfreien Bildfeldbereich der Mikrolinsen vorgesehen.In the 16 is the overlap area of adjacent microlenses 31 . 33 shown. A crosstalk on the Abtastempfänger can now be excluded by different measures: The microlenses have a corresponding distance to each other, so that no overlapping of the image fields of adjacent microlenses occurs or the scanning or the photosensitive receiver surfaces of the Abtastempfängers only in the overlap-free image field area of the microlenses intended.

Sei 2δ das Minimum aus dem Öffnungswinkel des Lichtes, welches die Maßverkörperung 100 verlässt, bzw. aus dem Öffnungswinkel der Linse, welcher durch die Aperturblende begrenzt wird und g die Gegenstandsweite, dann beträgt die Höhe B des halben Bildfeldes: B = M( D / 2 + g tan(δ)). Weisen benachbarte Mikrolinsen einen Abstand b zueinander auf, mit b ≥ D, dann werden die Abtastblenden-Öffnungen bzw. die lichtempfindlichen Empfängerflächen vorzugsweise auf einen Bildfeldbereich beschränkt, für dessen halbe Höhe B' gilt: B' = min{b – B, B}. Mit einer Verkleinerung (M < 1) lässt sich ein Überlappungsbereich gänzlich vermeiden, wenn gilt: 2B < b.Let 2δ be the minimum of the opening angle of the light, which is the material measure 100 From the aperture angle of the lens bounded by the aperture stop and g the object width, the height B of the half frame is: B = M (D / 2 + g tan (δ)). If adjacent microlenses have a distance b from one another, with b ≥ D, then the scanning aperture openings or the photosensitive receiver surfaces are preferably limited to an image field region whose half height B 'applies: B' = min {b -B, B} , With a reduction (M <1), an overlap area can be completely avoided if: 2B <b.

Beträgt der Öffnungswinkel 2δ = 3,6° und die Brennweite der Mikrolinsen f = 1 mm, so ergibt sich bei einem Abbildungsmaßstab von M = 1:1 beispielsweise eine seitliche Ausweitung des halben Bildfeldes um B – D/2 = 63 Mikrometer. Würden die Mikrolinsen direkt aneinander angrenzen, so beträgt der Überlappungsbereich 63 Mikrometer.If the opening angle is 2δ = 3.6 ° and the focal length of the microlenses f = 1 mm, then, for a magnification of M = 1: 1, for example, a lateral expansion of half the field of view results B-D / 2 = 63 micrometers. If the microlenses were directly adjacent to each other, the overlap area would be 63 Micrometers.

Beträgt der Abstand b der benachbarten Mikrolinsen beispielsweise b = B + D/2 = D + 63 μm, so beträgt der abtastbare halbe Bildfeldbereich B' = D/2, d.h. das abtastbare Bildfeld entspricht dem gesamten Linsendurchmesser D.Is the distance b of the adjacent microlenses, for example b = B + D / 2 = D + 63 microns, so is the scannable half frame area B '= D / 2, i. the scannable image field corresponds to the entire lens diameter D.

In der 17 ist eine Abtasteinheit zur Abtastung einer reflektiven Maßverkörperung 200 dargestellt. Die Maßverkörperung 200 weist unstrukturierte Bereiche 210 sowie mikrostrukturierte Bereiche 220 auf. Die Mikrostrukturierung kann beispielsweise durch Liniengitter mit zur Zeichenebene lotsenkrecht stehenden Linien gegeben sein. Das Licht fällt unter einem Winkel α ein, welcher vorzugsweise dem Beugungswinkel der ersten Beugungsordnung entspricht. Dementsprechend wird das Licht der minus ersten Beugungsordnung an den mikrostrukturierten Codebereichen 220 senkrecht in Richtung des Abtastempfängers 10 gebeugt. Dieses Licht wird, wie zuvor beschrieben, vom Abtastempfänger detektiert, indem es durch die Mikrolinsen 31 des Mikrolinsenarrays 30 fokussiert wird und durch die Blendenöffnungen des Aperturblendenarrays 40 sowie durch die Abtastblende 20 hindurch auf die lichtempfindlichen Empfängerflächen des Abtastempfängers 10 gelangt.In the 17 is a scanning unit for scanning a reflective measuring scale 200 shown. The measuring standard 200 has unstructured areas 210 as well as microstructured areas 220 on. The microstructuring can be given, for example, by line grids with lines perpendicular to the plane of the drawing. The light is incident at an angle α, which preferably corresponds to the diffraction angle of the first diffraction order. Accordingly, the light becomes the minus first diffraction order on the microstructured code regions 220 perpendicular in the direction of the Abtastempfängers 10 bent. This light, as previously described, is detected by the scanning receiver, passing through the microlenses 31 of the microlens array 30 is focused and through the apertures of the aperture diaphragm array 40 as well as through the scanning aperture 20 through to the photosensitive receiver surfaces of the scanning receiver 10 arrives.

Das Mikrolinsenarray 30, welches oberhalb der Abtastblende 20 auf dem Abtastempfänger 10 positioniert ist, ragt hierbei seitlich über den Abtastempfänger 10 hinaus und weist oberhalb des auf der Platine angeordneten Lichtsenders 50 eine in das Mikrolinsenarray 30 integrierte Kollimatorlinse 55 zur Kollimation des Senderlichtes auf. Der Lichtsender 50 ist derart seitlich angeordnet und die Krümmung der Kollimatorlinse 55 ist derart ausgebildet, dass das Licht durch die Kollimatorlinse 55 seitlich in einem Winkel α parallel ausgerichtet wird.The microlens array 30 which is above the scanning aperture 20 on the scanning receiver 10 is positioned, projects laterally over the Abtastempfänger 10 out and above the mounted on the board light emitter 50 one in the microlens array 30 integrated collimator lens 55 for collimation of the transmitter light. The light transmitter 50 is arranged laterally and the curvature of the collimator lens 55 is formed such that the light through the collimator lens 55 is aligned laterally at an angle α parallel.

Dargestellt sind zwei beidseitig des Abtastempfängers 10 angeordnete Lichtsender 50, etwa LED's, zur Beleuchtung der Maßverkörperung 200. Es ist jedoch auch möglich, lediglich einen einzigen Lichtsender 50 zur Beleuchtung vorzusehen und entsprechend eine einzige Kollimatorlinse 55 in das Mikrolinsenarray 30 zu integrieren. Die Kollimatorlinse 55 kann rekraktiv oder auch diffraktiv in Form einer Fresnellinse ausgebildet sein. Weiterhin ist es möglich, beide Seiten der Kollimatorlinsen 55 gekrümmt auszuführen, also insbesondere auch die zum Lichtsender 50 hin weisende Seite. Vorzugsweise sind die Kollimatorlinsen 55 asphärisch gekrümmt.Shown are two on both sides of the Abtastempfängers 10 arranged light emitter 50 , such as LEDs, for illuminating the material measure 200 , However, it is also possible to have only a single light transmitter 50 to provide for lighting and correspondingly a single collimator lens 55 into the microlens array 30 to integrate. The collimator lens 55 can be designed to be reactive or diffractive in the form of a Fresnel lens. Furthermore, it is possible to use both sides of the collimator lenses 55 executed curved, so in particular the light transmitter 50 pointing side. Preferably, the collimator lenses 55 aspherically curved.

Die Unterseite des Mikrolinsenarrays 30 weist oberhalb der Abtastblende 20 ein Aperturblendenarray 40 auf. Die opakte Schicht dieser Blende dient im Bereich außerhalb des Abtastempfängers 10 als Feldblende, um seitlich abgestrahltes Licht des Lichtsenders 50 auszublenden. Diese Feldblende weist oberhalb der Lichtsender 50 Öffnungen 44 auf, deren Form an das zu beleuchtende Feld auf der Maßverkörperung 200 angepasst werden kann, etwa durch eine rechteckige Feldblendenöffnung 44.The underside of the microlens array 30 points above the scanning aperture 20 an aperture panel array 40 on. The opaque layer of this aperture is used in the area outside the Abtastempfängers 10 as a field stop to laterally emitted light of the light transmitter 50 hide. This field stop is above the light emitter 50 openings 44 on, whose shape to the field to be illuminated on the material measure 200 can be adjusted, for example by a rectangular field aperture 44 ,

Die Vergussmasse 16 umschließt hierbei den Abtastempfänger 10 mitsamt den Bonddrähten 15 und die Abtastblende, und endet an der Unterseite des Abtastblendenarrays 30. Hierdurch wird eine seitliche Einstrahlung von Licht auf die lichtempfindlichen Empfängerflächen des Abtastempfängers 10 vermieden. Das Mikrolinsenarray 30 ist vorzugsweise auf der Oberfläche der Abtastblende 20 verklebt. Die Lichtsender 50 sind vorzugsweise durch eine transparente Vergussmasse (nicht zeichnerisch dargestellt) mitsamt der kontaktierenden Bonddrähte 15 vergossen.The potting compound 16 encloses the sample receiver 10 together with the bonding wires 15 and the scan aperture, and ends at the bottom of the scan aperture array 30 , As a result, a lateral irradiation of light on the photosensitive receiver surfaces of the Abtastempfängers 10 avoided. The microlens array 30 is preferably on the surface of the scanning aperture 20 bonded. The light emitter 50 are preferably by a transparent potting compound (not shown in the drawing) together with the bonding bonding wires 15 shed.

In der 18 ist das Mikrolinsenarray 30 in einer Aufsichtsansicht dargestellt. Es sind in einem Mittenbereich oberhalb des Abtastempfängers 10 vier Mikrolinsen 31 zur Abbildung der Codierung der Maßverkörperung 200 auf die Abtaster-Oberfläche sowie seitlich je eine Kollimatorlinse 55 in das Mikrolinsenarray 30 eingeformt, die zur Kollimation des Lichtes dienen, welches durch die unterhalb des Mikrolinsenarrays 30 angeordneten Lichtsender 50 emittiert wird.In the 18 is the microlens array 30 shown in a supervisory view. There are in a central area above the Abtastempfängers 10 four microlenses 31 for mapping the coding of the material measure 200 on the scanner surface and laterally each a collimator lens 55 into the microlens array 30 formed, which serve to collimate the light, which by the below the microlens array 30 arranged light emitter 50 is emitted.

Die 19 und 20 zeigen jeweils einen Ausschnitt der Platine 17, welche den Lichtsender 50 trägt, sowie denjenigen Ausschnitt des Mikrolinsenarrays 30, welcher die Kollimatorlinse 55 zur Kollimation des vom Sender ausgesandten Lichtes aufweist. Auf der Unterseite des Mikrolinsenarrays 30 ist eine Feldblende mit einer Öffnung 44 angeordnet, wobei die Feldblende vorzugsweise Bestandteil des Aperturblendenarrays ist. Vorzugsweise liegt die Oberfläche des Lichtsenders 50 in der hinteren Brennebene der Kollimatorlinse 55, d.h. auf der Höhe des hinteren Brennpunktes F'', allerdings um einen lateralen Abstand L zur optischen Achse 52 der Kollimatorlinse 55 seitlich verschoben, um ein schräg paralleles Lichtbündel zur Beleuchtung der Maßverkörperung zu erzielen. Der Winkel α zum Lot gemessen beträgt dabei tan(α) = L/F, wobei F die (hintere) Brennweite der Kollimatorlinse 55 ist.The 19 and 20 each show a section of the board 17 which the light emitter 50 carries as well as those section of the microlens array 30 which is the collimator lens 55 to collimate the light emitted by the transmitter. On the underside of the microlens array 30 is a field stop with an opening 44 arranged, wherein the field stop is preferably part of the aperture diaphragm array. Preferably, the surface of the light emitter lies 50 in the back focal plane of the collimator lens 55 , ie at the height of the rear focal point F '', but by a lateral distance L to the optical axis 52 the collimator lens 55 moved laterally to achieve an obliquely parallel light beam to illuminate the material measure. The angle α measured to the solder is tan (α) = L / F, where F is the (rear) focal length of the collimator lens 55 is.

Da das Licht des Lichtsenders 50 lediglich einen seitlich der optischen Achse 52 gelegenen Teil der Kollimatorlinse 55 transmittiert, ist lediglich ein Ausschnitt der Kollimatorlinse 55 in das Mikrolinsenarray 30 eingeformt und der Sender 50 ist eben auf der Leiterplatte 17 montiert.Because the light of the light transmitter 50 only one side of the optical axis 52 located part of the collimator lens 55 is only a section of the collimator lens 55 into the microlens array 30 molded and the transmitter 50 is just on the circuit board 17 assembled.

Ebenso ist es jedoch möglich, wie in der 20 dargestellt, den Sender 50 schräg auf einem Träger 51 auf der Leiterplatte 17 zu montieren, wobei der Montagewinkel γ vorzugsweise zwischen null und α liegt, d.h. 0 ≤ γ ≤ α In diesem Fall kann die Kollimatorlinse 55 vollständig oder weitgehend vollständig in das Mikrolinsenarray 30 eingeformt sein. Die Feldblenden-Öffnung 44 ist unsymmetrisch zur optischen Achse 52 der Kollimatorlinse 55 auf der Unterseite des Mikrolinsenarrays 30 angeordnet.However, it is possible, as in the 20 represented the transmitter 50 obliquely on a support 51 on the circuit board 17 Preferably, the mounting angle γ is preferably between zero and α, ie 0 ≤ γ ≤ α. In this case, the collimator lens 55 completely or substantially completely into the microlens array 30 be formed. The field aperture 44 is asymmetrical to the optical axis 52 the collimator lens 55 on the bottom of the microlens array 30 arranged.

Die 21 zeigt weitere Ausführungsbeispiele eines Abtastempfängers 10 zur Detektion einer reflektiven Maßverkörperung 200. Hierbei sind die Kollimatorlinsen 55 zur Kollimation des Lichtes der Senders 50 zwecks Beleuchtung der Maßverkörperung 200 schräg in das Mikrolinsenarray 30 eingeformt, wobei die optische Achse 52 der Kollimatorlinsen 55 bevorzugt um denjenigen Winkel α relativ zur optischen Achse 32 der Linsen 31 des Mikrolinsenarrays 30 versetzt sind, um den das Licht auf die Maßverkörperung 200 fallen soll. Diese Ausführung eignet sich insbesondere für ein aus Kunststoff gefertigtes Mikrolinsenarray 30.The 21 shows further embodiments of a Abtastempfängers 10 for the detection of a reflective measuring standard 200 , Here are the collimator lenses 55 to collimate the light of the transmitter 50 for the purpose of illuminating the material measure 200 obliquely into the microlens array 30 molded, with the optical axis 52 the collimator lenses 55 preferably by the angle α relative to the optical axis 32 the lenses 31 of the microlens array 30 are offset by the light on the material measure 200 should fall. This embodiment is particularly suitable for a microlens array made of plastic 30 ,

Die Sender 50 können plan auf einer Leiterplatte 17 montiert sein oder auch bevorzugt um den Winkel α geneigt auf einem geeigneten Träger 51 angeordnet sein. Die zum Lichtsender 50 weisende Seite der Kollimatorlinse 55 kann plan oder bevorzugt auch konkav ausgebildet sein.The transmitters 50 can plan on a circuit board 17 be mounted or preferably inclined by the angle α on a suitable support 51 be arranged. The light transmitter 50 facing side of the collimator lens 55 may be plan or preferably also concave.

Neben der Verwendung mehrerer Lichtsender 50 und Kollimatorlinsen 55, ist es ebenfalls möglich, lediglich einen Lichtsender sowie eine einzige Kollimatorlinse vorzusehen. Weiterhin können auf einer Seite des Abtastempfängers 10 eine oder auch mehrere Lichtsender bzw. Kollimatorlinsen angeordnet sein.In addition to using multiple light emitters 50 and collimator lenses 55 , it is also possible to provide only a light emitter and a single collimator lens. Furthermore, on one side of the sample receiver 10 one or more light emitter or Kollimatorlinsen be arranged.

Der Abtastempfänger-Chip kann ebenso wie die Lichtsender-LED als SMD- oder ball-grid-array (BGA)-Bauteil gehäust oder als Chip-on-Board (COB) auf einem Träger, etwa einer Leiterplatte angeordnet sein. Weiterhin kann die LED von einer transparenten Vergussmasse umhüllt sein, wobei ein Bonddraht zur Kontaktierung ebenfalls in die Vergussmasse eingebettet sein kann.Of the Scanning receiver chip Like the light transmitter LED, it can be used as an SMD or ball-grid-array (BGA) device housed or as a chip-on-board (COB) on a carrier, such as a printed circuit board be arranged. Furthermore, the LED of a transparent Encapsulated casting compound be, wherein a bonding wire for contacting also in the potting compound can be embedded.

Weiterhin können der Lichtsender sowie der Abtastempfänger beispielsweise als Multichip-Modul etwa auf Dünnfilm oder auf einer Leiterplatte montiert sein und beispielsweise auch in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Weiterhin ist es denkbar, den Lichtsender und den Abtastempfänger mittels flip-chip Technik miteinander und/oder mit einer Leiterplatte zu verbinden.Farther can the light emitter as well as the scanning receiver, for example, as a multi-chip module such as thin film or be mounted on a circuit board and, for example, in a common housing be housed. Furthermore, it is conceivable, the light emitter and the sampling receiver using flip-chip technology with each other and / or with a printed circuit board connect to.

Es ist auch möglich, eine LED als Lichtsender und den Abtastempfänger in einem Chip zu integrieren, wie in der 22 dargestellt ist. Hierzu überdeckt die Abtastblende vorzugsweise auch die LED und weist in diesem Bereich eine Feldblenden-Öffnung 24 auf, um die Emission des Lichtes in Richtung der Kollimatorlinse 55 zu ermöglichen, eine direkte Einstrahlung des Lichtes auf die Empfängerfelder 11, 12 des Abtastempfängers 10 jedoch zu vermeiden. Die Oberseite der Abtastblende 20 oder die Unterseite des Mikrolinsenarrays 30 weist oberhalb der Empfängerflächen bzw. unterhalb der abbildenden Mikrolinsen 31 das Aperturblendenarray 40 auf, welches zwischen der Fläche des Senders 50 und der Kollimatorlinse 55 als weitere Feldblende mit einer Blendenöffnung 44 wirkt. Um Reflexionen an der Unterseite des Blendenarrays 40 zu vermeiden, ist dieses vorzugsweise lichtabsorbierend bzw. antireflektiv ausgebildet. Es ist allerdings auch möglich, die Abtastblende nicht über dem Lichtsender anzuordnen und satt dessen einen lichtundurchlässigen Wall zwischen dem Senderbereich 50 und den Empfängerbereichen 11, 12 des Abtastchips 10 vorzusehen.It is also possible to integrate an LED as a light transmitter and the scanning receiver in a chip, as in 22 is shown. For this purpose, the scanning diaphragm preferably also covers the LED and has a field diaphragm opening in this area 24 on to the emission of light in the direction of the collimator lens 55 to allow direct irradiation of the light on the receiver fields 11 . 12 of the sample receiver 10 however to avoid. The top of the scan aperture 20 or the bottom of the microlens array 30 points above the receiver surfaces or below the imaging microlenses 31 the aperture panel array 40 on which is between the surface of the transmitter 50 and the collimator lens 55 as another field stop with an aperture 44 acts. To reflect at the bottom of the aperture array 40 To avoid this is preferably formed light-absorbing or antireflective. However, it is also possible not to arrange the scanning diaphragm over the light emitter and fed its an opaque wall between the transmitter area 50 and the receiver areas 11 . 12 of the scanning chip 10 provided.

Das Mikrolinsenarray 30 weist im Beleuchtungs-Strahlengang die Kollimatorlinse 55 und im Abbildungs-Strahlengang die Mikrolinsen 31 auf.The microlens array 30 has the collimator lens in the illumination beam path 55 and in the imaging beam path, the microlenses 31 on.

11

Abtasteinheitscanning

1010

Abtastempfängerscanning receiver

11, 1211 12

Empfängerfelderrecipient fields

1515

BonddrähteBond wires

1616

Vergussmassepotting compound

1717

Substratsubstratum

2020

Abtastblendescan diaphragm

21, 2221 22

Abtastblenden-ÖffnungenAbtastblenden openings

2323

licht-undurchlässige Schichtlight-impermeable layer

2424

FeldblendenöffnungField aperture

3030

MikrolinsenarrayMicrolens array

31, 3331 33

Mikrolinsemicrolens

33', 33''33 ', 33' '

Oberfläche der Mikrolinse 33 Surface of the microlens 33

3232

optische Achse einer Mikrolinseoptical Axis of a microlens

3535

Stegweb

3838

Feldblendefield stop

4040

Aperturblendenarrayaperture diaphragm

4141

Aperturblenden-ÖffnungAperture diaphragm opening

4444

Feldblenden-ÖffnungField diaphragm opening

4545

Glasplatteglass plate

5050

Lichtsenderlight source

5151

Trägercarrier

5252

optische Achse der Sammellinseoptical Axis of the condenser lens

5555

Sammellinse (Kondensorlinse, Kollimatorlinse)converging lens (Condenser lens, collimator lens)

100, 200100 200

MaßverkörperungMeasuring standard

110, 210110 210

Dunkelfelddarkfield

120, 220120 220

Hellfeldbrightfield

RR

Radius der Mikrolinseradius the microlens

ff

Brennweite der Mikrolinsefocal length the microlens

f'f '

Abstanddistance

HH

objektseitige Hauptebene der Linseobject-side Main plane of the lens

H'H'

bildseitige Hauptebene der Linseimage-side Main plane of the lens

DD

LinsendurchmesserLens diameter

n₁ n ₁

Brechungsindex der Mikrolinserefractive index the microlens

n₂ n ₂

Brechungsindex der Abtastblenderefractive index the scanning aperture

dd

Dicke des Mikrolinsenarraysthickness of the microlens array

ss

Linsenhöhelens height

AA

Durchmesser der Aperturblendendiameter the aperture stops

a, ba, b

Linsenraster (kartesisch)lenticular (Cartesian)

αα

Richtung des einfallenden Lichtesdirection of the incoming light

α_–1 α _-1

Winkel der minus ersten Beugungsordnungangle the minus first diffraction order

ββ

Brechungswinkel des einfallenden Lichtesangle of refraction of the incoming light

2δ₀ 2δ ₀

Öffnungswinkel des einfallenden Lichtbündelsopening angle of the incoming light beam

2δ₁ 2δ ₁

Öffnungswinkel des Lichtes der minus ersten Beugungsordnungopening angle the light of the minus first diffraction order

2δ2δ

Gesamtöffnungswinkel des den Maßstab verlassenden LichtesTotal opening angle of the scale leaving light

2u2u

Öffnungswinkel der Linsenaperturopening angle the lens aperture

kk

Kantenlänge des LED-ChipsEdge length of the LED chips

FF

Brennweite der Kollimatorlinsefocal length the collimator lens

xx

laterale Ablenkung des Lichtes der nullten Beugungsordnung in der bildseitigen Brennebene der Mikrolinselateral Distraction of the light of the zeroth diffraction order in the image-side Focal plane of the microlens

cc

Versatzoffset

pp

inkrementale Messperiodeincremental measurement period

C₁, ..., C₄ C ₁ , ..., C ₄

Positionscodesposition codes

A_Bel A _Bel

Beleuchtungs-AperturLighting aperture

A_Obj A _obj

Apertur der Mikrolinseaperture the microlens

NN

Anzahl der Gitterlinien pro Codefeld 220 Number of grid lines per code field 220

UU

Unschärfekreis-DurchmesserBlur circle diameter

TT

Abstandstoleranzdistance tolerance

MM

Abbildungsmaßstabmagnification

BB

BildfeldbereichView area

gG

GegenstandsweiteObject distance

kk

Blendenzahlf-number

L, L₁, L₂ L, L ₁ , L ₂

lateraler Abstandlateral distance

F', F''F ', F' '

Brennpunkte der Sammellinsefoci the condenser lens

Claims (35)

Abtasteinheit (1) zur Detektion von optischen Maßverkörperungen (100, 200), die eine optische Positionscodierung (110, 120, 210, 220) aufweisen mit – einem Lichtsender (50), der die Maßverkörperung (100, 200) zumindest partiell beleuchtet, – einem Abtastempfänger (10), der lichtempfindliche Empfängerfelder (11, 12) aufweist, mit – einer optional zusätzlichen Abtastblende (20), wobei die Empfängerfelder (11, 12) und/oder die Blendenöffnungen (21, 22) der Abtastblende (20) entsprechend der Positionscodierung (110, 120, 210, 220) der Maßverkörperung (100, 200) ausgebildet sind, und mit – einem Mikrolinsenarray (30), welches mindestens eine Mikrolinse (31, 33) trägt und in einer zur Maßverkörperung (100, 200) parallelen Ebene zwischen der Maßverkörperung (100, 200) und dem Abtastempfänger (10) angeordnet ist, zur Abbildung des durch die Positionscodierung (110, 120, 210, 220) modulierten Lichtes auf die Empfängerfelder (11, 12) des Abtastempfängers (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Aperturblendenarray (40) in der bildseitigen Brennebene des Mikrolinsenarrays (30) derart angeordnet ist, dass sich jeweils eine Aperturblenden-Öffnung (41) im bildseitigen Brennpunkt jeder Mikrolinse (31, 33) des Mikrolinsenarrays (30) befindet und dass direkt auf der Oberfläche des Abtastempfängers (10) oberhalb der lichtempfindlichen Empfängerfelder (11, 12) die Abtastblende (20), das Aperturblendenarray (40) sowie das Mikrolinsenarray (30) in der angegebenen Reihenfolge aufeinander positioniert sind.Scanning unit ( 1 ) for the detection of optical measuring standards ( 100 . 200 ) containing an optical position coding ( 110 . 120 . 210 . 220 ) having - a light emitter ( 50 ), the material measure ( 100 . 200 ) at least partially illuminated, - a Abtastempfänger ( 10 ), the photosensitive receiver fields ( 11 . 12 ), with - an optional additional scanning diaphragm ( 20 ), the recipient fields ( 11 . 12 ) and / or the apertures ( 21 . 22 ) of the scanning diaphragm ( 20 ) according to the position coding ( 110 . 120 . 210 . 220 ) of the material measure ( 100 . 200 ) are formed, and with - a microlens array ( 30 ), which has at least one microlens ( 31 . 33 ) and in one to the material measure ( 100 . 200 ) parallel plane between the material measure ( 100 . 200 ) and the sampling receiver ( 10 ) is arranged to image the by the position coding ( 110 . 120 . 210 . 220 ) modulated light on the receiver fields ( 11 . 12 ) of the sample receiver ( 10 ), characterized in that an aperture diaphragm array ( 40 ) in the image-side focal plane of the microlens array ( 30 ) is arranged such that in each case an aperture diaphragm opening ( 41 ) in the image-side focal point of each microlens ( 31 . 33 ) of the microlens array ( 30 ) and that directly on the surface of the Abtastempfängers ( 10 ) above the photosensitive receiver fields ( 11 . 12 ) the scanning aperture ( 20 ), the aperture diaphragm array ( 40 ) as well as the microlens array ( 30 ) are positioned in the given order. Abtasteinheit nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnungen (21, 22) der Abtastblende (20) auf der dem Abtastempfänger (10) zugewandten Seite der Abtastblende angeordnet sind.Scanning unit according to the preceding claim, characterized in that the apertures ( 21 . 22 ) of the scanning diaphragm ( 20 ) on the sampling receiver ( 10 ) facing side of the scanning diaphragm are arranged. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (30) aus mehreren Linsen (31, 33) besteht.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the microlens array ( 30 ) of several lenses ( 31 . 33 ) consists. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildseite des Mikrolinsenarrays (30), das Aperturblendenarray (40) sowie die Abtastblende (20) weitgehend eben ausgebildet sind und direkt aufeinander positioniert werden.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the image side of the microlens array ( 30 ), the aperture diaphragm array ( 40 ) and the scan aperture ( 20 ) are largely planar and are positioned directly on each other. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastblende (20) und das Mikrolinsenarray (30) jeweils aus einteiligen Glas- oder Kunststoff-Plättchen bestehen.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning diaphragm ( 20 ) and the microlens array ( 30 ) each consist of one-piece glass or plastic platelets. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (30), das Aperturblendenarray (40) sowie die Abtastblende (20) oberhalb der Empfängerflächen (11, 12) des Abtastempfängers (10) verkittet bzw. verklebt und/oder seitlich mit einer Vergussmasse (16) vergossen sind.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the microlens array ( 30 ), the aperture diaphragm array ( 40 ) and the scan aperture ( 20 ) above the receiver surfaces ( 11 . 12 ) of the sample receiver ( 10 ) cemented or glued and / or laterally with a potting compound ( 16 ) are shed. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite (f) der Mikrolinsen (31, 33) in Abhängigkeit vom Abbildungsmaßstab (M) und der jeweiligen Dicke sowie der Brechungsindizes (n₁, n₂) des Mikrolinsenarrays (30), des Aperturblendenarrays (40) sowie der Abtastblende (20) derart bestimmt ist, dass die Bildebene in der Oberfläche der Empfängerfelder (11, 12) des Abtastempfängers (10) bzw. der Blendenöffnungen (21, 22) der Abtastblende (20) liegt.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the focal length (f) of the microlenses ( 31 . 33 ) as a function of the magnification (M) and the respective thickness and the refractive indices (n ₁ , n ₂ ) of the microlens array ( 30 ), the aperture diaphragm array ( 40 ) and the scan aperture ( 20 ) is determined such that the image plane in the surface of the receiver fields ( 11 . 12 ) of the sample receiver ( 10 ) or the apertures ( 21 . 22 ) of the scanning diaphragm ( 20 ) lies. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der objektseitigen Oberfläche des Mikrolinsenarrays (30) außerhalb der Öffnungen der Mikrolinsen (31, 33) eine opake Feldblende (38) angeordnet ist.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that on the object-side surface of the microlens array ( 30 ) outside the openings of the microlenses ( 31 . 33 ) an opaque field stop ( 38 ) is arranged. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (31, 33) des Mikrolinsenarrays (30) relativ zu den Empfängerflächen (11, 12) des Abtastempfängers (10) derart angeordnet sind, dass das Bild jeder Einzellinse (31, 33) auf jeweils einen separaten Teilbereich einer Empfängerfelder (11, 12) oder auf eine separate Anzahl von Empfängerfelder fällt.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the microlenses ( 31 . 33 ) of the microlens array ( 30 ) relative to the receiver surfaces ( 11 . 12 ) of the sample receiver ( 10 ) are arranged such that the image of each Einzellinse ( 31 . 33 ) to a separate subarea of a recipient fields ( 11 . 12 ) or falls on a separate number of recipient fields. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Überlappungsbereich der Bildfelder der Mikrolinsen (31, 33), falls vorhanden, keine Blendenöffnungen (21, 22) befinden.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that in the overlapping region of the image fields of the microlenses ( 31 . 33 ), if available, no apertures ( 21 . 22 ) are located. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnungen (21, 22) der Abtastblende (20) derart angeordnet sind, dass sie weitgehend mittig im Bildfeld der Mikrolinsen (31, 33) liegen.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the apertures ( 21 . 22 ) of the scanning diaphragm ( 20 ) are arranged such that they are largely centered in the field of view of the microlenses ( 31 . 33 ) lie. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (31, 33) des Mikrolinsenarrays (30) refraktiv sind.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the microlenses ( 31 . 33 ) of the microlens array ( 30 ) are refractive. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (31) plankonvex mit planer Bildseite ausgebildet sind und dass die Brennebene der Mikrolinsen (31) in der Bildseite des Mikrolinsenarrays (30) liegt.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the microlenses ( 31 ) plano-convex with planner image side are formed and that the focal plane of the microlenses ( 31 ) in the image side of the microlens array ( 30 ) lies. Abtasteinheit nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aperturblendenarray (40) auf der Bildseite des Mikrolinsenarrays (30) oder auf der Objektseite der Abtastblende (20) angeordnet ist.Scanning unit according to the preceding claim, characterized in that the aperture diaphragm array ( 40 ) on the image side of the microlens array ( 30 ) or on the object side of the scan aperture ( 20 ) is arranged. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (33) symmetrisch bikonvex sind.Scanning unit according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that the microlenses ( 33 ) are symmetrical biconvex. Abtasteinheit nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Bildseite des Mikrolinsenarrays (30) eine weitere Glasplatte (45) befindet und dass das Aperturblendenarray (40) auf der Bildseite der Glasplatte (45) oder der Objektseite der Abtastblende (20) angeordnet ist.Scanning unit according to the preceding claim, characterized in that on the image side of the microlens array ( 30 ) another glass plate ( 45 ) and that the aperture diaphragm array ( 40 ) on the image side of the glass plate ( 45 ) or the object side of the scanning diaphragm ( 20 ) is arranged. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (31, 33) asphärische Krümmungen aufweisen.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the microlenses ( 31 . 33 ) have aspherical curvatures. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aperturblendenarray einteilig aus einer dünnen und außerhalb der Blendenöffnungen (41) opaken Schicht besteht.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the aperture diaphragm array in one piece from a thin and outside the apertures ( 41 ) opaque layer exists. Abtasteinheit nach dem vorangehenden Anspruch oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die opake Schicht aufgedampft oder gesputtert ist.Scanning unit according to the preceding claim or Claim 7, characterized in that the opaque layer evaporated or sputtered. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Maßverkörperung (200), welche Codefelder (220) aufweist, die diffraktive Strukturen aufweisen, und weitere Codefelder (210), die unstrukturiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass dasjenige Licht, welches die Maßverkörperung in einem Winkel (α_–1) verlässt, der dem Beugungswinkel einer ersten Beugungsordnung entspricht, durch die Aperturblenden (41) des Aperturblendenarrays (40) ausgeblendet wird.Scanning unit according to one of the preceding claims with a material measure ( 200 ), which code fields ( 220 ), which have diffractive structures, and further code fields ( 210 ), which are unstructured, characterized in that the light which leaves the material measure at an angle (α _-1 ), which corresponds to the diffraction angle of a first diffraction order, through the aperture diaphragms ( 41 ) of the aperture diaphragm array ( 40 ) disappears. Abtasteinheit nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für den Durchmesser (A) der einzelnen Aperturblenden (41) des Aperturblendenarrays (40) die Relation gilt: A < 2f λ/Λ mit Brennweite (f) der Mikrolinsen (31, 33), Wellenlänge (λ) des Lichtsenders (50) und Gitterkonstante (Λ) des Beugungsgitters.Scanning unit according to the preceding claim, characterized in that for the diameter (A) of the individual aperture diaphragms ( 41 ) of the aperture diaphragm array ( 40 ) the relation holds: A <2f λ / Λ with focal length (f) of the microlenses ( 31 . 33 ), Wavelength (λ) of the light transmitter ( 50 ) and lattice constant (Λ) of the diffraction grating. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht des Lichtsenders (50), das die Maßverkörperung (100, 200) beleuchtet, weitgehend parallel kollimiert wird.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the light of the light transmitter ( 50 ), which is the material measure ( 100 . 200 ), is largely parallel collimated. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtsender (50) und Abtastempfänger (10) auf derselben Seite der Maßverkörperung (100, 200) angeordnet sind und dass mindestens eine Linse (55) zur Kollimation des Lichtes des Lichtsenders (50) in das Mikrolinsenarray (30) eingeformt ist, wobei derjenige Teil des Mikrolinsenarrays (30), der die Kollimatorlinse (55) trägt, seitlich neben den Empfängerfeldern (11, 12) des Abtastempfängers (10) positioniert ist bzw. seitlich über den Abtastempfänger (10) hinausragt.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the light transmitter ( 50 ) and sampling receiver ( 10 ) on the same side of the material measure ( 100 . 200 ) are arranged and that at least one lens ( 55 ) for collimating the light of the light transmitter ( 50 ) into the microlens array ( 30 ), wherein that part of the microlens array ( 30 ), the collimator lens ( 55 ), laterally beside the receiver fields ( 11 . 12 ) of the sample receiver ( 10 ) is positioned laterally over the Abtastempfänger ( 10 protrudes). Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperung (100, 200) reflektiv ausgebildet ist.Scanning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the material measure ( 100 . 200 ) is reflective. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite des Mikrolinsenarrays (30) eine Feldblende angeordnet ist, die unterhalb jeder Kollimatorlinse (55) eine Öffnung (44) aufweist.Scanning unit according to one of the preceding claims 23 to 24, characterized in that on the underside of the microlens array ( 30 ) a field stop is arranged below each collimator lens ( 55 ) an opening ( 44 ) having. Abtasteinheit nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldblende Teil des Aperturblendenarrays (40) ist.Scanning unit according to the preceding claim, characterized in that the field stop is part of the aperture diaphragm array ( 40 ). Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (50) in der hinteren Brennebene der Kollimatorlinse (55) positioniert ist.Scanning unit according to one of the preceding claims 23 to 26, characterized in that the light emitter ( 50 ) in the rear focal plane of the collimator lens ( 55 ) is positioned. Abtasteinheit nach Anspruch 20 sowie dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (50) um einen lateralen Abstand L von der optischen Achse 52 der Kollimatorlinse (55) entfernt positioniert ist, wobei tan(α_–1) = L/F mit Brennweite F der Kollimatorlinse (55).Scanning unit according to claim 20 and the preceding claim, characterized in that the light transmitter ( 50 ) by a lateral distance L from the optical axis 52 the collimator lens ( 55 ), where tan (α _-1 ) = L / F with focal length F of the collimator lens (FIG. 55 ). Abtasteinheit nach Anspruch 20 und einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (50) in der optischen Achse (52) der Kollimatorlinse (55) positioniert ist und dass die optische Achse (52) der Kollimatorlinse um einen Winkel α_–1 gegenüber der optischen Achse der Mikrolinsen (31) des Mikrolinsenarrays (30) verkippt ist.Scanning unit according to claim 20 and one of the preceding claims 23 to 28, characterized in that the light emitter ( 50 ) in the optical axis ( 52 ) of the collimator lens ( 55 ) and that the optical axis ( 52 ) of the collimator lens at an angle α _-1 with respect to the optical axis of the microlenses ( 31 ) of the microlens array ( 30 ) is tilted. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (50) um einen Winkel γ schräg montiert ist.Scanning unit according to one of the preceding claims 23 to 29, characterized in that the light transmitter ( 50 ) is mounted obliquely at an angle γ. Abtasteinheit nach den Ansprüchen 20 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Relation 0 ≤ γ ≤ α_–1 gilt.Scanning unit according to claims 20 and 30, characterized in that the relation 0 ≤ γ ≤ α _-1 . Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (50) und der Abtastempfänger (10) ein einem einzigen Gehäuse angeordnet sind.Scanning unit according to one of the preceding claims 23 to 31, characterized in that the light transmitter ( 50 ) and the sampling receiver ( 10 ) are arranged in a single housing. Abtasteinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (50) und der Abtastempfänger (10) in einem Chip integriert sind.Scanning unit according to one of the preceding claims 23 to 32, characterized in that the light transmitter ( 50 ) and the sampling receiver ( 10 ) are integrated in one chip. Positionsmesseinrichtung zur Abtastung einer optisch codierten Maßverkörperung (100, 200), die mindestens eine optisch abtastbare Codespur aufweist und mit einer Abtasteinheit (1) zur Abtastung der Maßverkörperung (100, 200) nach einem der vorangehenden Patentansprüche.Position measuring device for scanning an optically coded material measure ( 100 . 200 ), which has at least one optically scannable code track and with a scanning unit ( 1 ) for scanning the material measure ( 100 . 200 ) according to one of the preceding claims. Positionsmesseinrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperung (100, 200) zumindest eine inkremental codierte Spur mit einer Messperiode (p) aufweist und dass der Abstand der Mikrolinsen (31, 33) des Mikrolinsenarrays (30) in Messrichtung ein natürliches Vielfaches von

beträgt.Position measuring device according to the preceding claim, characterized in that the material measure ( 100 . 200 ) has at least one incrementally coded track with a measuring period (p) and that the distance of the microlenses ( 31 . 33 ) of the microlens array ( 30 ) in the measuring direction a natural multiple of

is.