[发明专利]位置测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学位置测量装置。

背景技术

从WO 02/23131 A1已知一种高分辨率光学位置测量装置。除了反射整体量具(Reflexions-MaBverkrperung)，例如形成为线性反射光刻度尺外，其还包括至少在一个测量方向上可以对此相对移动的扫描装置。在扫描装置一侧，除了扫描光栅外，还安排多个光电检测元件和至少一个采用回射器形式的偏转或反射元件。通过该反射元件进行从反射整体量具首次反射的分光束朝反射整体量具方向的回射。然后，在最后干涉的光束达到检测器并在这里产生与位移相关的调制的扫描信号之前，该分光束在这里接着第二次被反射。该反射元件在按类别的位置测量装置中形成为带有光学回射功能的其屋脊平行于测量方向的屋脊棱镜(五面棱镜)。在这里屋脊棱镜在一个方向上起取向垂直于测量方向x的回射器的作用。为了产生移相的扫描信号，在扫描光路中在检测元件前面安排采取λ/4片形式的偏振光学延迟元件以及偏振器。但是，这种偏振光学元件显著增大了复杂性，并从而使所建造的位置测量装置成本上升。

从EP D 387 520 A2已知另一种光学位置测量装置，其中借助于回射元件得到两次投射在反射整体量具上。在这种扫描配置中，要求在反射整体量具的刻度线方向上分光束适应这种入射。这使在这种位置测量装置中在扫描距离方面允许误差相对较小。

另外，DE 42 01 511 A1提出这种类型的位置测量装置。由此已知的位置测量装置在扫描光路中需要偏振光学元件。因此，必须考虑对整体量具两个偏振轴不同的衍射效率。因为这个衍射效率在整体量具上可能有很大的波动，因此在DE 42 01 511 A1中建议，在扫描光路中添加两个附加的λ/2片。结果又是显著提高这种类型的系统的费用或成本。此外，只有当在整体量具上两次反射分光束都以同一衍射效率对两个偏振轴进行衍射时，才可能用这种方法改善信号。但是，在实践中并非如此，因为在整体量具上规定光束必须从第一次反射移到第二次反射，并且在两个反射点上衍射比例不同。

发明内容

本发明的任务在于，创造一种不必采用偏振光学元件即可产生相移扫描信号的光学位置测量装置。另外，该位置测量装置尽可能允许扫描距离可能的波动。

这个任务按照本发明用带有权利要求1的特征的位置测量装置解决。

按照本发明的位置测量装置有利的实施例由从属权项的措施给出。

用以测量一个扫描单元以及一个对其在至少一个测量方向上移动的反射整体量具的相对位置的按照本发明的位置测量装置，在扫描单元的两面具有多个光学元件，亦即至少一个回射元件、至少一个复合光栅、至少一个扫描光栅以及多个检测元件。在扫描单元中光学元件以有利的方式安排：

-扫描光路的光束和/或分光束至少两次射在反射整体量具上并在这里分别一方面通过入射光束和/或分光束和另一方面通过反射分光束形成一个平面，其垂直于反射整体量具的平面；

-通过回射元件使射在其上的分光束的方向转折到垂直于测量方向(x)的反射整体量具；

一对分光束不平行地射在复合光栅上，该复合光栅使入射其上的分光束发生干涉，使得检测元件测量相移信号。

该对分光束优选与光轴成相等的角度对称地射在复合光栅上。

在一个可能的实施例中，复合光栅形成为透射光栅，并具有这样的分度周期，使得其保证入射光束偏转为多个共线出射的衍射级，射在安排在其后的检测元件上。

这里，复合光栅优选形成得使入射的分光束通过其进行这样的偏转，使得共线出射的衍射级中的一个在垂直于分度平面上传播。

另外，复合光栅可以形成为相位光栅，其中间隙条高度(Steghhe)和间隙条宽度(Stegbreite)的尺寸这样确定，使得安排于其上的检测元件可以检测三个相位错开120°的信号。

在一个可能的实施例中，复合光栅和检测元件形成为结构化检测配置。

复合光栅可以形成为与位置有关的偏转光栅。

另外，扫描单元可以包括多个扫描光栅以及至少一个复合光栅，其中它们是镜对称安排的，而且其中对称平面垂直于测量方向并平行于光轴。

在一个可能的方案中，在扫描单元中可以安排一个形成为屋脊棱镜的回射元件，其屋脊平行于测量方向。

作为一个替代方案扫描单元中回射元件可以包括多个组合的偏转/透镜元件以及至少一个平面反射元件，其中透镜元件的焦平面处于至少一个平面反射元件的平面内。

这里透镜元件可以形成为衍射透镜元件，偏转元件可以形成为扫描光栅，一起组合为组合衍射光栅-透镜元件。