(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査プレート（２）及び保護キャップ（５）が、光電子構造グループ（３）及び信号処理ユニット（４）を本質的に含む３次元測定モジュールにおいて、
光電子構造グループ（３）が、フォトダイオード（３．２）及び発光ダイオード（３．３）を有すること、
光電子構造グループ（３）及び信号処理ユニット（４）が、独立した構造グループであること、
信号処理ユニット（４）が、立体的に光電子構造グループ（３）の上に設けられ、光電子構造グループ（３）が、立体的に走査プレート（２）の上に設けられていること、
保護キャップ（５）内及び走査プレート（２）上に、電気的な伝導部（２．３，５．４，５．５）が延在し、これらの電気的な伝導部によって光電子構造グループ（３）が、信号処理ユニット（４）と結合されること、
保護キャップ（５）内に、信号処理ユニット（４）の出力信号のための接点（４．３）が、保護キャップ（５）の外面上の接点（５．３）と結合されるように、電気的な伝導部が延在することを特徴とする３次元測定モジュール。
【請求項２】
保護キャップ（５）が、外から接近可能な電気的な接点（５．３）を備えること、保護キャップ（５）内に電気的な伝導部が延在し、この電気的な伝導部が、接点（５．３）を、保護キャップ（５）の接点（５．２）を介して信号処理ユニット（４）の電気的な接点（４．３）と結合することを特徴とする請求項１に記載の３次元測定モジュール。
【請求項３】
信号処理ユニット（４）の入力部（４．２）が、保護キャップ（５）内に延在する伝導部、保護キャップ（５）上の接点（５．４，５．５）及び走査プレート（２）上の接点（２．３）を介して、また走査プレート（２）上に延在する伝導部、走査プレート（２）上の別の接点（２．３）及び光電子構造グループ（３）上の接点（３．４）を介して、光電子構造グループ（３）と結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元測定モジュール。
【請求項４】
光電子構造グループ（３）が、少なくとも１つのフォトダイオード（３．２）と少なくとも１つの発光ダイオード（３．３）とを備えること、少なくとも１つのフォトダイオード（３．２）と少なくとも１つの発光ダイオード（３．３）とが、走査プレート（２）の方向に向けられた光電子構造グループ（３）の面上に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の３次元測定モジュール。
【請求項５】
光電子構造グループ（３）が、走査プレート（２）の方向に向けられた面上に接点（３．４）を備え、これらの接点に対して、走査プレート（２）上に対応する接点（２．３）が設けられていること、付属する接点（２．３，３．４）の電気的な結合によって、走査プレートと光電子構造グループ（３）との間の機械的な結合も得られることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の３次元測定モジュール。
【請求項６】
信号処理部（４）の入力信号が、ノイズの少ない増幅器へと導かれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の３次元測定モジュール。
【請求項７】
線形又は円形の寸法現示部（１）を有する測定システムにおいて、
この測定システムが、請求項１〜６のいずれか１つに記載の３次元測定モジュールを備えることを特徴とする測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の測定モジュールの３次元構造に関する。
【０００２】
ヨーロッパ特許庁公開公報第８３８  ６６５号より、スケール、光源、及び走査グリッドを有する走査構造グループから成る光学長さ測定器が公知である。この場合光源は、視準された光を、光学目盛りを支持するスケールに送る。走査構造グループは、スケールと走査構造グループとの間のずれに応じた輝度変動を検出する。走査構造グループは、ガラス基礎上に、薄層導体及び感光性の光学チップを備え、この光学チップは、感光性の構造部分のグループ及び走査グリッドを含む。走査構造グループは、スケールの別の面上に設けられ、従って感光性の光学チップは、視準された光を受ける。感光性の光学チップは、はんだ付けポイント及びいわゆる下部充填剤、即ち、光学チップとガラス基礎との間に収容される透明な封印によって機械的に固定される。
【０００３】
この場合、走査構造グループのガラス基礎上に取り付けられた回路が、大きな面積を必要とし、これにより比較的長い帯状導体が、特に信号評価ユニットと結合するために必要となることが欠点である。
【０００４】
ヨーロッパ特許庁公開公報第５６４  ６８３号からは、光電子による、経路測定器、角度測定器又は回転測定器が公知である。この測定器は、照明されるか、又は光を通される、少なくとも１つのコードトラックを有するコード支持体を備える。コードトラックの他には、コードトラックに付設された光を透過する領域を有するプレートの形態のブラインド装置が設けられている。更に光電子センサが、コード支持体と逆の方向に向けられた、ブラインド装置の方向に向けられたセンサ面を有するブラインド装置の面上に設けられている。プレート状のブラインド装置には、コード支持体と逆の方向に向けられた面上に光電子半導体チップが、プレート状のブラインド装置の方向に向けられた面上に接触位置を備えるセンサとして設けられている。プレートは、これらの接触位置に対して、相応の電気的な帯状導体を備え、これらの帯状導体は、半導体チップの接触位置と、はんだ付けポイントを介して電気的に導くように結合され、キャスティングコンパウンドによって半導体チップが、付加的に機械的に安定させられる。
【０００５】
ここでもまた、センサが、必要な評価エレクトロニクスを含めて比較的多く場所を必要とし、従って長い帯状導体が必要となることが欠点である。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書第１９７  ２０  ３００号より、電子のハイブリッド構造要素及びその製造のための方法が公知である。この構造要素においては、チップオンチップ配置で、第１のチップを形成する支持体基礎内に、少なくとも１つの窩洞が組み込まれ、この窩洞内へと電気的な絶縁層が、その上に設けられた金属層と共に収容される。窩洞内に設けられた発光ダイオードの形態の第２のチップは、金属層と導くように結合され、せいぜい本質的でない第１のチップを超えて窩洞から突出する。その際第１のチップ内の窩洞は、異方性のエッチングによって発生させられる。絶縁は、第１のチップの表面の酸化によるか、又は絶縁体層の分離によって得られる。金属被覆は、多重金属被覆システムを含み、またフォトリソグラフによるプロセスによって構築することができる。窩洞内に設けられた第２のチップは、このようにして窩洞内に発生させられた金属被覆と接触し、付加的に前面で第１のチップと接触させられる。
【０００７】
このハイブリッド構造要素は、窩洞及びその被膜処理が、両方のチップの間の接触と同様に、実現させるには比較的複雑であるという欠点を備える。更に、どのようにして、長さ測定システム又は角度測定システムのためのできるだけコンパクトな測定モジュールが、チップオンチップ配置の使用の下に最適化できるのかが記載されていない。
【０００８】
Ｆ＆Ｍ精密機構技術、マイクロ技術、マイクロエレクトロニクス１９９６年第１０号７５２〜７５６ページにおいて刊行された、ライナーブルクシャットの論文「経路及び角度測定技術における新次元」においては、ガラス支持体上の一平面回路において実現された測定モジュールが記載されている。測定システムのために必要な発光ダイオードは、光学チップの表面上に、発光ダイオードがガラス支持体を貫通して発光を放出するように取り付けられ、接触させられる。光学チップは、フリップチップ技術でガラス支持体上にはんだ付けをされ、ガラス支持体を貫通して進む発光を検出するフォトダイオード配列を備える。個々の構造部分を結合するために、ガラス支持体上に帯状導体構造が取り付けられており、この帯状導体構造は、一平面内に設けられた構造グループ、即ち電子による信号評価部を有する光学チップを結合する。付加的にガラス支持体は、走査目盛りも備える。その際フォトダイオード配列及び発光ダイオードを有する光学チップとガラス支持体との間には、機械的に安定させるために下部充填剤が収容される。この測定モジュールの保護のためにセラミックスキャップが、ガラス支持体上に取り付けられた構造グループを介して固定される。
【０００９】
この場合は、全回路が一平面内で実現され、これが、比較的大きなガラス支持体を必要とし、ガラス支持体上の長い帯状導体を結果として伴うことが欠点である。これにより外乱発光に対する感度が高まり、伝導部の抵抗が高まる。更に下部充填剤が、発光ダイオード、走査グリッド、スケールとフォトダイオード配列との間の光線経路へと到達し、配置の光学特性を低下させる。
【００１０】
ヨーロッパ特許庁公開公報第０６０  ０２１号からは、エンコーダの走査構造の上で、光電子構造グループを導体プレート上に設けることだけが公知である。導体プレートの他の面上には、信号処理部のための付加的な構造グループが設けられている。
【００１１】
この場合は、構造グループが、導体プレートによって分離され、これが、必然的に、３次元的に重なり合って設けられた光電子構造グループ、導体プレート、及び信号処理部のための構造グループの比較的大きな構造高さを条件とすることが欠点である。
【００１２】
ヨーロッパ特許庁公開公報第７８９  ２２８号より、導体プレートと光電子構造グループとの間の結合を行なう帯状導体を、透明な支持体上に設けることが公知である。更に、導体プレートの帯状導体及び透明な支持体と、光電子構造グループとの間の結合位置は、透明な支持体及び光電子構造グループのための機械的な固定部として共同で使用される。
【００１３】
これは、配置の僅かな機械的な安定しか与えられていないという欠点を備える。光電子構造グループのできるだけ正確な位置合わせが、透明な支持体及び導体プレートのために必要であるが、ほとんどごく僅かな機械的な作用を与えることによって、配置の変更は、例えば帯状導体を剥離させることによって行なうことができる。
【００１４】
従って本発明の課題は、光学ユニット及び信号処理エレクトロニクスから成り、できるだけ小さな構造を実現でき、従って電気的な帯状導体の伝導部の長さ、特に光学的なセンサと評価エレクトロニクスとの間の伝導部の長さができるだけ短くなる測定モジュールのための回路配置を提供することにある。更に機械的な安定の必要性は、下部充填剤によりできるだけ完全に省略すべきである。
【００１５】
この課題は、請求項１の特徴を有する回路配置によって解決される。
【００１６】
本発明による方法及び本発明による回路配置の有利な実施形は、それぞれ従属する請求項の特徴より明らかである。
【００１７】
本発明による方法は、光学ユニット及び信号処理エレクトロニクスの独特の３次元配置に基づいて、立体的に重なり合って、結合する帯状導体を非常に短く維持することができるという利点を備える。これにより帯状導体の抵抗がごく僅かとなり、従って信号処理エレクトロニクスにおける光学センサの弱い出力信号も、更に正確に認識することができる。更に、特に、外乱発光に対するアンテナとして作用する長い帯状導体を介して受ける外乱発光に対する感度が、光学センサと信号処理エレクトロニクスとの間のごく短い帯状導体に基づいて、本質的に僅かとなることが利点である。
【００１８】
本発明の詳細及び別の利点を、以下に、図面において図示された実施形により詳細に説明する。
【００１９】
以下に、本発明による次元測定モジュールが、長さ測定システムにおいて使用されることから始める。しかしながら角度測定システムにおける使用は、スケールを簡単に交換することによって、本発明による３次元測定モジュールを変更すること無く可能である。
【００２０】
図１は、本発明による３次元測定モジュールを有する測定システムを経る垂直断面を示す。測定システムのスケール１は、その上に目盛り１．２が取り付けられた支持体本体１．１から成る。スケール１は、スケールに当たる光を、目盛り１．２において、またこれらの目盛りの中間空間においては異なって反射するか、又はこの光が、屈折効果を、スケール１の目盛り１．２と走査プレート２の目盛り２．２とにおいて生じさせる。
【００２１】
走査プレート２は、光を透過する材料、特にガラスから成る支持体本体２．１を備え、スケールの方向に向けられた面、又は逆の方向に向けられた面上に、目盛り２．２を支持する。更に走査プレート２の支持体本体２．１上には、帯状導体及び接点２．３が設けられており、その際走査目盛り２．２の近傍に設けられた接点２．３が、光学チップ３の接点３．４と接触し、帯状導体２．３が、この接点を、走査プレート２の更に外側に位置する接点２．３と結合し、この接点はまた、ケース５の接点５．５と接触する。
【００２２】
既に述べた光学チップ３は、図２において詳細に図示されているように、少なくとも１つのフォトダイオード３．２と少なくとも１つの発光ダイオード３．３とを有するダイオード配列を備える。ダイオード３．２及び３．３は、発光ダイオード３．３が、有利に走査プレート２及びスケール１の方向に放射し、フォトダイオード３．２が、スケール１によって反射され、かつ走査プレート２を貫通して進む発光ダイオード３．３の光線を検出するように整向されている。
【００２３】
発光ダイオード３．３とフォトダイオード３．２とは、光学チップ３上の導体及び接点３．４を介して、また走査プレート２の導体及び接点２．３を介して、ケース５の接点５．５と結合されている。ケース５は、特にセラミックスから成り、走査プレート２とケース５との間に位置する測定モジュールの全部分を、外からの、どのような影響に対しても保護する。ケースにおいては接点５．５が、電気的な導体を介して、信号処理部４の接点４．２に結合する接点５．４と結合されている。信号処理部４においてはフォトダイオード３．２の出力信号が増幅され、そして標準による出力信号へと、例えば５Ｖ  ＴＴＬレベルによるデジタルの出力信号へと更に処理される。信号処理部４においては、フォトダイオード３．２の出力信号に対して、任意の処理方法、特にデジタル処理方法が使用される。
【００２４】
信号処理部４の出力信号は、接点４．３を介してケース５の接点５．２に導かれ、そこから出力信号が、帯状導体を介してケース５の内面から、ケース５の外面上の接点５．３に導かれる。その際外側に位置するこれらの接点５．３が、例えば従来のボンディングにより接触させられる。
【００２５】
図１において図示されているように、本発明による光学チップ３、信号処理部４及びケース５の重なり合う配置、及び外側の接点５．３への信号処理部４を介するフォトダイオード３．２からの帯状導体の特別な案内は、特に短い帯状導体を可能にし、この短い帯状導体は、特に良好な信号伝達を可能にする。特に機械的な負荷に対する、光学チップ３及び信号処理部４のためのケース５の保護機能によって、光学チップ３を機械的に安定させるための付加的な下部充填剤が、もはや不必要となり、また付加的に信号処理部４も、もっぱらそのはんだ付け結合部４．２及び４．３によって、ケース５と機械的に結合することができる。
【００２６】
図２においては、図１において断面で図示された測定システムが、３次元的な図で示されている。その際同じ構造部分に対しては、両方の図において同じ符号が使用される。スケール１は、その基礎本体１．１上に目盛り１．２を支持し、その際枠取りされた目盛り面は、枠取りされて無い目盛り面とは異なる反射を備える。その際この相違は、反射の強さが異なっているか、又は目盛り１．２において屈折が生じる点にある。
【００２７】
光学的に透明な走査プレート２上に設けられた目盛り２．２は、スケール１の目盛り１．２と光学的に協働し、目盛り２．２の枠取りされた領域は、枠取りされて無い目盛り２．２の領域とは異なる透過反応を、発光ダイオード３．３から送り出される光のために備える。この場合、走査プレート２の目盛り２．２が、スケール１の方向に向けられた面、又は逆の方向に向けられた面上に取り付けられるかどうかは些細なことである。更に走査プレート２上には、接点及び電気的な帯状導体２．３が設けられており、これらは、電気的な信号を光学チップ３からケース５の接点へと導くために使用される。その際導体及び接点２．３は、これらが、光学チップ３の発光ダイオード３．３によって生じる光線の光線経路内には存在せず、光線が、目盛り２．２の領域において走査プレート２を貫通して進み、スケールによって反射され、再び光学チップ３に当たるように設けられている。更に電気的な導体の長さは、できるだけ短く選択される。従って、図２において図示されているように、導体及び接点２．３を目盛り２．２の隣に設けることが有利であることが証明された。走査プレート２の支持体本体２．１は、少なくとも、光学チップ３の発光ダイオード３．３によって放射された発光のために透明である。この発光が通常は光の可視領域内にあるので、支持体本体２．１は、有利にガラスから製造される。
【００２８】
走査プレート２と、例えばフリップチップ技術で光学チップ３が結合されており、この光学チップは、走査プレート２上に設けられた接点２．３の一部分のために相補的な接点３．４を備える。この接点３．４は、伝導部を介して、少なくとも１つのフォトダイオード３．２及び少なくとも１つの発光ダイオード３．３と結合されており、従って発光ダイオード３．３が応力を与えられ、そしてフォトダイオード３．２の出力信号は、走査プレート２を介して更に導かれる。
複数のフォトダイオード３．２が、図２において図示されているように、これらが、走査プレート２の面に対して４５°の角度だけ回転されている正方形を形成するように設けられていることが有利である。フォトダイオード３．２から成るこの正方形の中心においては、フォトダイオード３．２が何ら設けられておらずに、少なくとも１つの発光ダイオード３．３が設けられている。この場合発光ダイオード３．３は、有利に、放射された光が、フォトダイオード３．２に直接当たらずに、走査プレート２及びスケール１の方向における好ましい方向を有するように設けられる。これは、発光ダイオード３．３が光学チップ３の凹部内に設けられることによって得られる。これにより光学チップ３の半導体基礎は、フォトダイオード３．２に対する、発光ダイオード３．３によって放出された光の直接照射を阻止するブラインドを形成する。
【００２９】
既に記載したように、フォトダイオード３．２の出力信号と、発光ダイオード３．３の付与応力は、接点及び帯状導体３．４を介して、走査プレート２の接点及び帯状導体２．３へと、そしてそこからケース５の接点５．５へと更に導かれる。ケースにおいては更なる伝導が、導体を介して接点５．４へと、またこれらの接点を介して信号処理部４の接点４．２へと行なわれる。
【００３０】
信号処理部４においては、比較的弱いフォトダイオード３．２の出力信号が、先ずノイズの少ない増幅器により増幅される。この場合、増幅器が、フォトダイオード３．２のできるだけ近くに設けられていることが重要である。何故なら大きな帯状導体の長さにおいては、フォトダイオード３．２の有効信号に外乱が重なるからである。帯状導体は、電磁波を受け、そして有効信号に外乱として重ねるアンテナのように作用する。立体的に光電子構造グループ３を介する信号処理部４の配置に基づいて帯状導体は、特に短く維持することができ、これはごく僅かな外乱との結合へと導く。更に短い帯状導体は、ごく薄い伝導部に基づいてなおざりにすることができない比較的僅かな伝導部抵抗を考慮すれば、特に有利である。本発明によりごく短い帯状導体においては、その長さにわたって、長い帯状導体にわたるよりも僅かな応力が低下し、従って比較的短い帯状導体における信号処理ユニット４内の有効信号の振幅は、長い帯状導体におけるよりも大きい。信号処理部４内の増幅によりフォトダイオード３．２の出力信号は、更に任意の、特にデジタルの処理ステップに、所望の出力信号が、信号処理部４の接点４．３に引き渡されるまで従属される。信号処理部自身は、アナログ及びデジタルの構成要素を有する構造グループによって実現される。アナログ及びデジタルの構成要素が、唯一の立体的なユニット、即ち信号処理部４にまとめられていることが有利である。
【００３１】
信号処理部４の接点４．３は、図２においては前方壁及び後方壁無しで図示されているケース５の接点５．２と接触する。特にセラミックスから成るケース５及び走査プレート２によって光学チップ３及び信号処理部４が、完全に取り囲まれ、従ってこの構造グループは環境から保護されており、そして測定モジュールがユニットを形成する。両方の構造グループに対して、僅かに重力及び加速における質量の慣性が作用し、従ってこの構造グループの機械的な固定は、ただ伝導する結合部４．２、４．３及び３．４によるだけで足りる。
【００３２】
ケース５においては、既に記載したように、種々の帯状導体が延在する。特にケース５の接点５．２から帯状導体は、接点５．３へと、並びに接点５．５と５．４との間に延在する。これにより信号処理部４の出力信号は、ケース５の外に向かって案内される。接触面５．３は、最終使用者において従来の結合技術のために使用される。特にこのため接点５．３は、例えばこれにはんだ付けをする平帯ケーブルのような適当な従来の伝導部である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による測定システムの可能な実現形の平面による断面図を示す。
【図２】  本発明による図１による測定システムの３次元的な図を示す。
【符号の説明】
１          スケール
１．１      支持体本体
１．２      目盛り
２          走査プレート
２．１      支持体本体
２．２      目盛り
２．３      帯状導体及び接点
３          光学チップ
３．２      フォトダイオード
３．３      発光ダイオード
３．４      導体及び接点
４          信号処理部
４．２      接点
４．３      接点
５          ケース
５．２      接点
５．３      接点
５．４      接点
５．５      接点
【図１】
0004377072.tif 000002
【図２】
0004377072.tif 000003