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DE9321381U1 - Photoelectric length or angle measuring device - Google Patents

Photoelectric length or angle measuring device

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DE9321381U1
DE9321381U1 DE9321381U DE9321381U DE9321381U1 DE 9321381 U1 DE9321381 U1 DE 9321381U1 DE 9321381 U DE9321381 U DE 9321381U DE 9321381 U DE9321381 U DE 9321381U DE 9321381 U1 DE9321381 U1 DE 9321381U1
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light
light source
measuring device
scanning
areas
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DE9321381U
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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    • G01D5/34707Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715Scale reading or illumination devices

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

Zur Eintragung vorgesehene UnterlagenDocuments to be registered

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 2. Juli 1997DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 2 July 1997

Lichtelektrische Längen- oder WinkelmeßeinrichtungPhotoelectric length or angle measuring device

Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a photoelectric length or angle measuring device according to the preamble of claim 1.

Derartige Meßeinrichtungen werden insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage eines Werkzeuges bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstückes sowie bei Koordinatenmeßmaschinen zur Ermittlung von Lage und Abmessungen von Prüfobjek- ·]0 ten eingesetzt.Such measuring devices are used in particular in processing machines to measure the relative position of a tool in relation to a workpiece to be processed, as well as in coordinate measuring machines to determine the position and dimensions of test objects.

Zur Vereinfachung der Herstellung ist aus der DE 40 06 789 Al bereits bekannt, das Abtastgitter eines inkrementalen Meßsystemes direkt auf die lichtempfindliche Fläche eines Halbleitersubstrates aufzubringen. Das Abtastgitter ist direkt auf der ebenen Lichtaufnahmefläche aufgedruckt oder aufgeklebt. Eine ähnliche Einrichtung ist in der DE 19 05 392 B beschrieben.To simplify production, it is already known from DE 40 06 789 A1 to apply the scanning grid of an incremental measuring system directly to the light-sensitive surface of a semiconductor substrate. The scanning grid is printed or glued directly onto the flat light-receiving surface. A similar device is described in DE 19 05 392 B.

2020

Eine Weiterbildung dieser inkrementalen Meßeinrichtungen ist in der DE 32 09 043 Al beschrieben. Das Abtastgitter ist ein Halbleitersubstrat, in dem aktive lichtempfindliche Streifen als Empfangselemente in Meßrichtung voneinander beabstandet ausgebildet sind. Das Abtastgitter in Form von lichtempfindlichen Streifen auszubilden ist weiterhin in der DE 19 62 099 B sowie der GB-PS 1311275 beschrieben. A further development of these incremental measuring devices is described in DE 32 09 043 A1. The scanning grid is a semiconductor substrate in which active light-sensitive strips are designed as receiving elements, spaced apart from one another in the measuring direction. The scanning grid in the form of light-sensitive strips is also described in DE 19 62 099 B and GB-PS 1311275.

Ebenso ist es bekannt, zur Beleuchtung eines inkrementalen Maßstabes eine flächig lichtemittierende Halbleiter-Lichtquelle einzusetzen, auf dessen lichtemittierender Oberfläche ein Gitter mit voneinander beabstandeten lichtabschirmenden Streifen aufgebracht ist. Eine derartige Meßeinrichtung ist in der US-PS 5,155,355 beschrieben, von der unsere Erfindung ausgeht.It is also known to use a flat light-emitting semiconductor light source to illuminate an incremental scale, on whose light-emitting surface a grid with spaced-apart light-shielding strips is applied. Such a measuring device is described in US Pat. No. 5,155,355, from which our invention is based.

Um bei lichtelektrischen inkrementalen Meßsystemen die Qualität der Abtastsignale zu erhöhen, sind ebenfalls verschiedene Maßnahmen bekannt. In der DE 12 82 988 B ist angegeben, daß durch geeignete Gitterausbildung des Maßstabes und der Abtasteinheit Oberwellen der Abtastsignale beseitigt werden können. Um möglichst viele ungeradzahlige Oberwellen zu unterdrücken, ist das Steg-Lücke-Verhältnis der beiden Gitter unterschiedlich gewählt.In order to increase the quality of the scanning signals in photoelectric incremental measuring systems, various measures are also known. DE 12 82 988 B states that harmonics in the scanning signals can be eliminated by a suitable grating design of the scale and the scanning unit. In order to suppress as many odd-numbered harmonics as possible, the web-gap ratio of the two gratings is chosen differently.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Längen- oder Winkelmeßeinrichtung zu schaffen, bei der Oberwellen in den Abtastsignalen vermieden werden und dadurch eine hohe Meßgenauigkeit gewährleistet ist.The object of the invention is to create a simply constructed length or angle measuring device, in which harmonics in the scanning signals are avoided and thus a high measurement accuracy is guaranteed.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch einfache aus der Halbleiterfertigung bekannte Verfahren die Lichtquelle und die Abtastplatte strukturiert werden können, so daß nahezu oberwellenfreie Abtastsignale erzeugt werden.The advantages achieved with the invention consist in particular in the fact that the light source and the scanning plate can be structured by simple methods known from semiconductor production, so that scanning signals are generated that are almost free of harmonics.

Weiterhin ist ein kompakter Aufbau der Meßeinrichtung möglich.
10
Furthermore, a compact design of the measuring device is possible.
10

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigtIt shows

Figur 1 schematisch eine lichtelektrisehe Längenmeßeinrichtung gemäßFigure 1 schematically shows a photoelectric length measuring device according to

der Erfindung;the invention;

Figur 2 die Längenmeßeinrichtung nachFigure 2 the length measuring device according to

Figur 1 im Schnitt; 25Figure 1 in section; 25

Figur 3 eine andere Ausgestaltung der Längenmeßeinrichtung im Schnitt;Figure 3 shows another embodiment of the length measuring device in section;

Figur 4 eine Draufsicht einer Abtastplatte gemäß der Erfindung;Figure 4 is a plan view of a scanning plate according to the invention;

Figur 5 eine weitere Ausbildung der Erfindung undFigure 5 shows a further embodiment of the invention and

I- SL -··I-SL -··

Figur 6 bis 8 Ausbildungen der Lichtquelle undFigure 6 to 8 Formations of the light source and

der Abtastplatte auf einem Halbleitersubstrat .the scanning plate on a semiconductor substrate.

Figur 1 zeigt das Funktionsprinzip einer erfindungsgemäß ausgebildeten Längenmeßeinrichtung. Diese Längenmeßeinrichtung besteht aus einer Lichtquelle 1 und einer Abtastplatte 2 zur Erzeugung zumindest eines positionsabhängigen Abtastsignales.Figure 1 shows the functional principle of a length measuring device designed according to the invention. This length measuring device consists of a light source 1 and a scanning plate 2 for generating at least one position-dependent scanning signal.

Ein Maßstab 3 ist zwischen der Lichtquelle 1 und der Abtastplatte 2 in Meßrichtung X relativ zur Lichtquelle 1 und Abtastplatte 2 verschiebbar. Eine derartige Meßeinrichtung wird auch als Dreigittermeßsystem bezeichnet. Der Maßstab 3 ist ein Glaskörper, an dessen Oberfläche eine inkrementale Teilung 4 in Form von abwechselnd lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Strichen mit der Teilungsperiode Tl aufgebracht ist.A scale 3 can be moved between the light source 1 and the scanning plate 2 in the measuring direction X relative to the light source 1 and scanning plate 2. Such a measuring device is also referred to as a three-grid measuring system. The scale 3 is a glass body, on the surface of which an incremental graduation 4 in the form of alternating translucent and opaque lines with the graduation period Tl is applied.

Die Lichtquelle 1 ist ein Halbleitersubstrat, auf dessen lichtemittierender Oberfläche ein Gitter 5 in Form von lichtabschirmenden Stegen 6 aufgebracht ist. Der Raum zwischen zwei Stegen 6 ist ein wirksam lichtemittierender Bereich 61. Der Schichtaufbau einer derartigen Lichtquelle 1 ist in Figur 2 im Schnitt ersichtlich. Auf einem Grundkörper 7 aus Glas, Metall oder Halbleitermaterial ist eine erste Halbleiterschicht 8 vom N-Typ aufgebracht. Zur Erzeugung eines PN-Überganges ist auf dieser ersten Halbleiterschicht 8 eine weitere Halbleiterschicht 9 vom P-Typ aufgebracht. Auf dieser großflächig lichtemittierenden Halbleiter-Lichtquelle 1 sind die senkrecht zur Meßrichtung X verlaufenden Stege 6 in bekannter Weise durch Lithographie-Verfahren gebildet. Die Breite B eines Steges 6 ist größer als die Lücke A zwischen den einzelnen Stegen 6.The light source 1 is a semiconductor substrate, on whose light-emitting surface a grid 5 is applied in the form of light-shielding ridges 6. The space between two ridges 6 is an effective light-emitting area 61. The layer structure of such a light source 1 can be seen in section in Figure 2. A first semiconductor layer 8 of the N-type is applied to a base body 7 made of glass, metal or semiconductor material. To produce a PN junction, a further semiconductor layer 9 of the P-type is applied to this first semiconductor layer 8. On this large-area light-emitting semiconductor light source 1, the ridges 6 running perpendicular to the measuring direction X are formed in a known manner by lithography processes. The width B of a ridge 6 is larger than the gap A between the individual ridges 6.

* ·&iacgr;* ·&iacgr;

Die Lücken A bilden die streifenförmig lichtemittierenden Bereiche 61. Das Verhältnis der Breite der Lücke 61 zur Breite B des Steges 6 ist 1:2 gewählt.
5
The gaps A form the strip-shaped light-emitting areas 61. The ratio of the width of the gap 61 to the width B of the web 6 is selected to be 1:2.
5

Die Abtastplatte 2 ist ebenfalls ein Halbleitersubstrat mit einem Grundkörper 10, einer ersten Halbleiterschicht 11 vom N-Typ und einer weiteren Halbleiterschicht 12 vom P-Typ. Durch den so gebildeten PN-Übergang ist eine großflächige lichtempfindliche Fläche gebildet, auf der direkt ein Abtastgitter 13 aufgebracht ist. Das Abtastgitter 13 besteht aus mehreren voneinander in Meßrichtung X beabstandeten lichtabschirmenden Stegen 14. Die Breite C eines Steges 14 entspricht der Breite D einer Lücke 141. Die Lücken sind die wirksamen lichtempfindlichen Bereiche 141 der Abtastplatte 2. Das Verhältnis der Breite D der Lücke 141 zur Breite C des Steges ist 1:1.
20
The scanning plate 2 is also a semiconductor substrate with a base body 10, a first semiconductor layer 11 of the N-type and a further semiconductor layer 12 of the P-type. The PN junction thus formed forms a large-area light-sensitive surface on which a scanning grid 13 is applied directly. The scanning grid 13 consists of several light-shielding webs 14 spaced apart from one another in the measuring direction X. The width C of a web 14 corresponds to the width D of a gap 141. The gaps are the effective light-sensitive areas 141 of the scanning plate 2. The ratio of the width D of the gap 141 to the width C of the web is 1:1.
20

Bei den angegebenen Verhältnissen des Gitters 13 werden alle geradzahligen Oberwellen und des Gitters 5 alle Oberwellen der 3., 6., 9., ... Ordnung (d.h. ganzzahlig Vielfache von 3) unterdrückt. 25With the specified ratios of grid 13, all even-numbered harmonics and of grid 5 all harmonics of the 3rd, 6th, 9th, ... order (i.e. integer multiples of 3) are suppressed. 25

Abweichend von den in der DE 12 82 988 offenbarten Maßnahmen muß der Maßstab 3 nicht besonders zur Unterdrückung von Oberwellen ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, daß die zur Filterung benötigten Gitter 5, 13 in Meßrichtung X nur relativ kurz ausgeführt werden müssen, was die Genauigkeit erhöht und die Fertigung vereinfacht. Gegenüber der DE 12 82 988 hat die Erfindung weiterhin den Vorteil, daß die geradzahligen Oberwellen durch die Ausbildung eines der Gitter 5 oder 13 unterdrückt werden. EsDeviating from the measures disclosed in DE 12 82 988, the scale 3 does not have to be specially designed to suppress harmonics. This has the advantage that the grids 5, 13 required for filtering in the measuring direction X only have to be relatively short, which increases accuracy and simplifies production. Compared to DE 12 82 988, the invention also has the advantage that the even-numbered harmonics are suppressed by the design of one of the grids 5 or 13. It

hat sich gezeigt, daß durch eine elektrische Gegentaktschaltung nach der DE 12 82 988 die geradzahligen Oberwellen in der Praxis nicht vollständig unterdrückt werden. Demgegenüber werden durch die Erfindung neben den Vielfachen der 3. Oberwelle auch die geradzahligen Oberwellen durch eines der Gitter 5, 13 ausgefilter. Durch die Erfindung wird außerdem die Filterung dieser besonders störenden Oberwellen auf das Gitter 5 der Lichtquelle 1 und das Gitter 13 der Abtastplatte 2 verteilt, wodurch ein besonders hoher Modulationsgrad erreicht wird.It has been shown that in practice the even-numbered harmonics are not completely suppressed by an electrical push-pull circuit according to DE 12 82 988. In contrast, the invention filters out not only the multiples of the 3rd harmonic but also the even-numbered harmonics through one of the grids 5, 13. The invention also distributes the filtering of these particularly disruptive harmonics between the grid 5 of the light source 1 and the grid 13 of the scanning plate 2, whereby a particularly high degree of modulation is achieved.

Das Verhältnis von Lücke A zu Stegbreite B bzw. D zu C kann auch anders gewählt werden. Bei der Dimensionierung der Gitter 5, 13 ist erfindungsgemäß darauf zu achten, daß ein Gitter 5 oder 13 zumindest eine weitere Oberwelle des Abtastsignales unterdrückt, als das andere Gitter 13 oder 5. Dabei sind folgende Verhältnisse möglich:The ratio of gap A to web width B or D to C can also be chosen differently. When dimensioning the grids 5, 13, it is important to ensure that one grid 5 or 13 suppresses at least one more harmonic of the scanning signal than the other grid 13 or 5. The following ratios are possible:

B = ml* — und
&eegr;
B = ml* — and
&eegr;

PP

A = m2* -= m2* -

mit P = Teilungsperiode des entsprechenden Gitters 5 oder 13with P = division period of the corresponding grating 5 or 13

&eegr; = Ordnungszahl einer zu eliminierenden Oberwelle der Abtastsignaleη = ordinal number of a harmonic of the sampling signals to be eliminated

ml, m2 = ganze Zahlen mit ml+m2=nml, m2 = integers with ml+m2=n

Um bei einem der Gitter 5, 13 bestimmte Oberwellen zu unterdrücken, sind auch andere Maßnahmen möglich. Ein weiteres Beispiel ist in Figur 4 dargestellt. In Figur 4 ist in Draufsicht eine Abtast-In order to suppress certain harmonics in one of the grids 5, 13, other measures are also possible. Another example is shown in Figure 4. Figure 4 shows a top view of a scanning

platte 15 mit dem Abtastgitter 16 gezeigt. Das Abtastgitter 16 besteht aus zwei Abschnitten 16.1 und 16.2, zwischen denen ein Phasenversatz V von 90° besteht. Beide Gitterabschnitte 16.1 und 16.2 sind auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat aufgebracht, so daß eine Addition der durch beide Abschnitte 16.1 und 16.2 fallenden Lichtströme erfolgt. Das bedeutet, daß die störenden Oberwellen geradzahliger Ordnungen in Gegentakt geschaltet sind und sich dadurch auslöschen. Es können auch andere Oberwellen unterdrückt werden, wenn ein anderer Phasenversatz V gewählt wird. Das Verhältnis der Breite D der Lücke 171 zur Breite C der lichtabschirmenden Stege 17 ist im Beispiel 1:2 gewählt, wodurch zusätzlich mit dem Abtastgitter 16 ungeradzahlige Oberwellen der Ordnungen 3, 6, 9... unterdrückt werden. Bei Verwendung dieser Abtastplatte 15 in der Längenmeßeinrichtung nach Figur 1 ist das Gitter 5 der Lichtquelle 1 vorteilhaft so ausgebildet, daß zusätzlich die Vielfachen der 5. Oberwelle unterdrückt werden. Das Verhältnis der Breite A der Lücke 141 zur Breite B der Stege 6 kann hierzu beispielsweise 2:3 gewählt werden.plate 15 with the scanning grating 16 is shown. The scanning grating 16 consists of two sections 16.1 and 16.2, between which there is a phase offset V of 90°. Both grating sections 16.1 and 16.2 are applied to a common semiconductor substrate, so that the light fluxes passing through both sections 16.1 and 16.2 are added together. This means that the disturbing harmonics of even-numbered orders are connected in push-pull and thus cancel each other out. Other harmonics can also be suppressed if a different phase offset V is selected. The ratio of the width D of the gap 171 to the width C of the light-shielding webs 17 is selected to be 1:2 in the example, whereby odd-numbered harmonics of orders 3, 6, 9... are also suppressed with the scanning grating 16. When using this scanning plate 15 in the length measuring device according to Figure 1, the grating 5 of the light source 1 is advantageously designed so that the multiples of the 5th harmonic are additionally suppressed. The ratio of the width A of the gap 141 to the width B of the webs 6 can be selected for this purpose, for example 2:3.

Das Abtastgitter 16 und/oder das Gitter 5 der Lichtquelle 1 kann auch gemäß der EP 0 106 951 Bl, der EP 0 157 177 Bl oder der EP 0 541 828 Al ausgebildet sein.The scanning grating 16 and/or the grating 5 of the light source 1 can also be designed according to EP 0 106 951 B1, EP 0 157 177 B1 or EP 0 541 828 A1.

Die Lichtquelle 1 und/oder die Abtastplatte 2 kann auch wie in Figur 3 dargestellt ist, ausgestaltet sein. Die Lichtquelle 1 besteht aus einem Grundkörper 7 mit einer Halbleiterschicht 8 vom N-Typ. Die lichtemittierenden Oberflächenbereiche 18 in Form von in Meßrichtung X beabstandeten EinzelelementenThe light source 1 and/or the scanning plate 2 can also be designed as shown in Figure 3. The light source 1 consists of a base body 7 with an N-type semiconductor layer 8. The light-emitting surface areas 18 in the form of individual elements spaced apart in the measuring direction X

sind direkt in dieser Halbleiterschicht 8 ausgebildet, wodurch sich die Verwendung von lichtabschirmenden Stegen erübrigt. In der Halbleiterschicht 8 sind diese streifenförmigen Bereiche 18 als PN-Übergänge durch Ausbildung von P-Bereichen 18 realisiert und bilden somit selbst das Gitter.are formed directly in this semiconductor layer 8, which makes the use of light-shielding bridges unnecessary. In the semiconductor layer 8, these strip-shaped regions 18 are implemented as PN junctions by forming P regions 18 and thus form the grid themselves.

Die Abtastplatte 2 besteht ebenfalls aus einem einzigen Halbleitersubstrat, bei dem auf einem Grundkörper eine Halbleiterschicht vom N-Typ aufgebracht ist. Durch Dotierung sind in dieser Halbleiterschicht in Meßrichtung X voneinander beabstandete P-Bereiche 19 zur Bildung von PN-Übergängen eingebracht. Jeder PN-Übergang ist ein lichtempfindlieher Bereich 19, wodurch sich auch hier die Verwendung von lichtabschirmenden Stegen erübrigt. Auch hier wird das Gitter von den PN-Übergängen und den dazwischenliegenden Bereichen selbst gebildet.The scanning plate 2 also consists of a single semiconductor substrate, in which an N-type semiconductor layer is applied to a base body. P-areas 19 spaced apart from one another in the measuring direction X are introduced into this semiconductor layer by doping to form PN junctions. Each PN junction is a light-sensitive area 19, which also makes the use of light-shielding webs unnecessary here. Here too, the grid is formed by the PN junctions and the areas in between.

Die Dimensionierung der lichtemittierenden Bereiche 18 und der lichtempfindlichen Bereiche 19 erfolgt wie im Beispiel nach Figur 2. Der Abstand der lichtemittierenden Bereiche 18 entspricht dabei der Stegbreite B, die Breite eines lichtemittierenden Bereiches 18 der Lücke A.The dimensioning of the light-emitting areas 18 and the light-sensitive areas 19 is carried out as in the example in Figure 2. The distance between the light-emitting areas 18 corresponds to the web width B, the width of a light-emitting area 18 corresponds to the gap A.

Der Abstand der lichtempfindlichen Bereiche 19 entspricht der Stegbreite C und die Breite eines lichtempfindlichen Bereiches der Lücke D.The distance between the light-sensitive areas 19 corresponds to the web width C and the width of a light-sensitive area corresponds to the gap D.

Wie bereits erläutert wurde, ist die Erfindung besonders vorteilhaft bei einem Dreigittermeßsystem einsetzbar. Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, sie ist auch bei einem Zweigittermeßsystem einsetzbar, bei dem das eine Gitter dieAs already explained, the invention can be used particularly advantageously with a three-grid measuring system. However, the invention is not limited to this; it can also be used with a two-grid measuring system, in which one grating is the

Lichtquelle 1 und das relativ dazu in Meßrichtung X verschiebbare Gitter die Abtastplatte 2 ist, d.h., daß eines dieser beiden Gitter als Maßstab wirkt.Light source 1 and the grating that can be moved relative to it in the measuring direction X is the scanning plate 2, i.e. one of these two gratings acts as a scale.

Die Erfindung ist weiterhin bei Längen- und Winkelmeßeinrichtungen einsetzbar.The invention can also be used in length and angle measuring devices.

Zur Gewinnung phasenverschobener Abtastsignale können mehrere gegeneinander phasenverschobene Gitter der Lichtquelle und/oder der Abtastplatte verwendet werden.To obtain phase-shifted scanning signals, several mutually phase-shifted gratings of the light source and/or the scanning plate can be used.

Bei allen Ausführungsformen kann für die Lichtquelle und die Abtastplatte ein gemeinsames Halbleitersubstrat verwendet werden, wobei die Gitter der Lichtquelle und der Abtastplatte dann in einer gemeinsamen Ebene liegen. Beispiele hierzu sind in den Figuren 5 bis 8 gezeigt.In all embodiments, a common semiconductor substrate can be used for the light source and the scanning plate, with the grids of the light source and the scanning plate then lying in a common plane. Examples of this are shown in Figures 5 to 8.

Das Dreigittermeßsystem nach Figur 5 besteht aus einem Halbleitersubstrat, auf dem die streifenförmig emittierende Lichtquelle 1 sowie die streifenförmig lichtempfindliche Abtastplatte 2 integriert sind.The three-grid measuring system according to Figure 5 consists of a semiconductor substrate on which the strip-shaped emitting light source 1 and the strip-shaped light-sensitive scanning plate 2 are integrated.

In Figur 6 ist die Lichtquelle 1 zentrisch zu den Abtastgittern 13.1 bis 13.4 zur Erzeugung von vier um jeweils 90° gegeneinander phasenverschobenen Abtastsignalen angeordnet.In Figure 6, the light source 1 is arranged centrally to the scanning gratings 13.1 to 13.4 to generate four scanning signals that are phase-shifted by 90° relative to one another.

In Figur 7 sind die Abtastgitter 13.1 bis 13.4 in Meßrichtung X gesehen an beiden Seiten der Lichtquelle 1 angeordnet. Wobei die Abtastgitter 13.1, 13.3 sowie 13.2, 13.4 auf jeweils einer Seite um 180° gegeneinander phasenversetzt sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abtastgitter 13.1 und 13.3 sowie 13.2 und 13.4 ineinander verschachtelt sind.In Figure 7, the scanning gratings 13.1 to 13.4 are arranged on both sides of the light source 1, viewed in the measuring direction X. The scanning gratings 13.1, 13.3 and 13.2, 13.4 are phase-shifted by 180° on each side. It is particularly advantageous if the scanning gratings 13.1 and 13.3 and 13.2 and 13.4 are nested within one another.

In Figur 8 ist eine strukturierte Lichtquelle 1 zur Beleuchtung eines Kreuzgittermaßstabes gezeigt. Die lichtemittierenden Bereiche 61 sind zwischen den sich kreuzenden lichtabschirmenden Stegen 6 gebildet. Die Abtastgitter 13.1 und 13.3 zur Erzeugung des 0°- und 90°-Abtastsignales für die X-Richtung sind auf einer Seite der Lichtquelle 1 und die Abtastgitter 13.2 und 13.4 zur Erzeugung des 270°- und 180°-Abtastsignales für die X-Richtung auf der anderen Seite angeordnet.Figure 8 shows a structured light source 1 for illuminating a cross grating scale. The light-emitting areas 61 are formed between the intersecting light-shielding webs 6. The scanning gratings 13.1 and 13.3 for generating the 0° and 90° scanning signals for the X direction are arranged on one side of the light source 1 and the scanning gratings 13.2 and 13.4 for generating the 270° and 180° scanning signals for the X direction are arranged on the other side.

Die Abtastgitter 13.5 bis 13.8 für die Y-Richtung sind oberhalb und unterhalb der Lichtquelle 1 angeordnet. Das Funktionsprinzip eines Kreuzgittermeßsystemes an sich ist in der DE 40 41 584 Al beschrieben, womit sich weitere Erläuterungen hierzu erübrigen.The scanning gratings 13.5 to 13.8 for the Y direction are arranged above and below the light source 1. The functional principle of a cross grating measuring system is described in DE 40 41 584 A1, which means that further explanations are unnecessary.

Claims (8)

&eegr;-: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 2. Juli 1997 Neue Ansprüche&eegr;-: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 2 July 1997 New claims 1. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einem im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einer Abtastplatte relativ zur Lichtquelle und der Abtastplatte verschiebbaren Maßstab, wobei die Lichtquelle eine Halbleiter-Lichtquelle mit mehreren in Meßrichtung beabstandet emittierenden Bereichen ist und die Abtastplatte mehrere in Meßrichtung beabstandete streifenförmig lichtempfindliche Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite (A) zum Abstand (B) der lichtemittierenden Bereiche (61, 18) der Lichtquelle (1) vom Verhältnis der Breite (D) zum Abstand der lichtempfindlichen Bereiche (141, 19) der Abtastplatte (2) abweicht und die Verhältnisse derart gewählt sind, daß mittels der Abtastplatte (2) geradzahlige Oberwellen und mittels der Lichtquelle (1) die 3. Oberwelle oder mittels der Lichtquelle (1) geradzahlige Oberwellen und mittels der Abtastplatte (2) die 3. Oberwelle ausgefiltert werden.1. Photoelectric length or angle measuring device with a scale that can be moved in the beam path between a light source and a scanning plate relative to the light source and the scanning plate, the light source being a semiconductor light source with several emitting areas spaced apart in the measuring direction and the scanning plate having several strip-shaped light-sensitive areas spaced apart in the measuring direction, characterized in that the ratio of the width (A) to the distance (B) of the light-emitting areas (61, 18) of the light source (1) differs from the ratio of the width (D) to the distance of the light-sensitive areas (141, 19) of the scanning plate (2) and the ratios are selected such that even-numbered harmonics are filtered out by means of the scanning plate (2) and the 3rd harmonic by means of the light source (1), or even-numbered harmonics are filtered out by means of the light source (1) and the 3rd harmonic by means of the scanning plate (2). 2. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastplatte (2, 15) ein Halbleitersubstrat aufweist, auf dessen lichtempfindlicher2. Photoelectric length or angle measuring device according to claim 1, characterized in that the scanning plate (2, 15) has a semiconductor substrate on whose light-sensitive Fläche ein Abtastgitter (13, 16) aus voneinander in Meßrichtung X beabstandeten lichtabschirmenden Stegen (14, 17) aufgebracht ist, und die dazwischenliegenden Bereiche die streifenförmig lichtempfindlichen Bereiche (141, 171) sind.A scanning grid (13, 16) made of light-shielding webs (14, 17) spaced apart from one another in the measuring direction X is applied to the surface, and the areas in between are the strip-shaped light-sensitive areas (141, 171). 3. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein Halbleitersubstrat aufweist, auf dessen lichtemittierender Fläche ein Gitter (5) mit voneinander in Meßrichtung X beabstandeten lichtabschirmenden Stegen (6) aufgebracht ist, wobei die dazwischen liegenden Bereiche die streifenförmig lichtemittierenden Bereiche (61) sind.3. Photoelectric length or angle measuring device according to claim 1, characterized in that the light source (1) has a semiconductor substrate, on the light-emitting surface of which a grid (5) with light-shielding webs (6) spaced apart from one another in the measuring direction X is applied, the areas lying between them being the strip-shaped light-emitting areas (61). 4. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastplatte (2) ein Halbleitersubstrat ist, in dem die lichtempfindlichen Bereiche als voneinander beabstandete streifenförmige PN-Übergänge (19) eingebracht sind.4. Photoelectric length or angle measuring device according to claim 1, characterized in that the scanning plate (2) is a semiconductor substrate in which the light-sensitive areas are introduced as spaced-apart strip-shaped PN junctions (19). 5. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,5. Photoelectric length or angle measuring device according to claim 1, characterized in that daß die Lichtquelle (1) ein Halbleitersubstrat ist, in dem die lichtemittierenden Bereiche als voneinander beabstandete streifenförmige PN-Übergänge (18) eingebracht sind. 30that the light source (1) is a semiconductor substrate in which the light-emitting regions are introduced as spaced-apart strip-shaped PN junctions (18). 30 6. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,6. Photoelectric length or angle measuring device according to one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) und die Abtastplatte (2) auf einem einzigen Substrat derart ausgebildet sind, daß die lichtemittierenden Bereiche (61, 18) und die lichtempfindlichen Bereiche (141, 19) in einer gemeinsamen Ebene liegen.characterized in that the light source (1) and the scanning plate (2) are formed on a single substrate in such a way that the light-emitting regions (61, 18) and the light-sensitive regions (141, 19) lie in a common plane. 7. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) zentrisch zu mehreren Abtastbereichen (13.1 bis 13.4) der Abtastplatte angeordnet ist.7. Photoelectric length or angle measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source (1) is arranged centrally to several scanning areas (13.1 to 13.4) of the scanning plate. 8. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab ein Kreuzgitter aufweist, und daß die Lichtquelle (1) in mehreren Meßrichtungen (X, Y) voneinander beabstandet angeordnete lichtemittierende Bereiehe (61) sowie die Abtastplatte senkrecht zueinander verlaufende lichtempfindliche Bereiche aufweist.8. Photoelectric length or angle measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the scale has a cross grating, and that the light source (1) has light-emitting areas (61) arranged at a distance from one another in several measuring directions (X, Y) and the scanning plate has light-sensitive areas running perpendicular to one another.
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