[發明專利]位置測量裝置

有效

• 申請號: 200710148964.0
• 申請日: 2007-09-12
• 公開（公告）號: CN101144730A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: K·桑迪格;W·霍爾查普菲爾
• 申請（專利權）人: 約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司
• 主分類號: G01D5/38
• 分類號: G01D5/38;G01B11/00;G02B3/08;G02B3/06;G02B3/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李永波

技術領域

本發明涉及光學位置測量裝置。

背景技術

從WO?02/23131?A1已知一種高分辨率光學位置測量裝置。除了反射整體量具(Reflexions-MaBverkrperung)，例如形成為線性反射光刻度尺外，其還包括至少在一個測量方向上可以對此相對移動的掃描裝置。在掃描裝置一側，除了掃描光柵外，還安排多個光電檢測元件和至少一個采用回射器形式的偏轉或反射元件。通過該反射元件進行從反射整體量具首次反射的分光束朝反射整體量具方向的回射。然后，在最后干涉的光束達到檢測器并在這里產生與位移相關的調制的掃描信號之前，該分光束在這里接著第二次被反射。該反射元件在按類別的位置測量裝置中形成為帶有光學回射功能的其屋脊平行于測量方向的屋脊棱鏡(五面棱鏡)。在這里屋脊棱鏡在一個方向上起取向垂直于測量方向x的回射器的作用。為了產生移相的掃描信號，在掃描光路中在檢測元件前面安排采取λ/4片形式的偏振光學延遲元件以及偏振器。但是，這種偏振光學元件顯著增大了復雜性，并從而使所建造的位置測量裝置成本上升。

從EP?D?387?520?A2已知另一種光學位置測量裝置，其中借助于回射元件得到兩次投射在反射整體量具上。在這種掃描配置中，要求在反射整體量具的刻度線方向上分光束適應這種入射。這使在這種位置測量裝置中在掃描距離方面允許誤差相對較小。

另外，DE?42?01?511?A1提出這種類型的位置測量裝置。由此已知的位置測量裝置在掃描光路中需要偏振光學元件。因此，必須考慮對整體量具兩個偏振軸不同的衍射效率。因為這個衍射效率在整體量具上可能有很大的波動，因此在DE?42?01?511?A1中建議，在掃描光路中添加兩個附加的λ/2片。結果又是顯著提高這種類型的系統的費用或成本。此外，只有當在整體量具上兩次反射分光束都以同一衍射效率對兩個偏振軸進行衍射時，才可能用這種方法改善信號。但是，在實踐中并非如此，因為在整體量具上規定光束必須從第一次反射移到第二次反射，并且在兩個反射點上衍射比例不同。

發明內容

本發明的任務在于，創造一種不必采用偏振光學元件即可產生相移掃描信號的光學位置測量裝置。另外，該位置測量裝置盡可能允許掃描距離可能的波動。

這個任務按照本發明用帶有權利要求1的特征的位置測量裝置解決。

按照本發明的位置測量裝置有利的實施例由從屬權項的措施給出。

用以測量一個掃描單元以及一個對其在至少一個測量方向上移動的反射整體量具的相對位置的按照本發明的位置測量裝置，在掃描單元的兩面具有多個光學元件，亦即至少一個回射元件、至少一個復合光柵、至少一個掃描光柵以及多個檢測元件。在掃描單元中光學元件以有利的方式安排：

-掃描光路的光束和/或分光束至少兩次射在反射整體量具上并在這里分別一方面通過入射光束和/或分光束和另一方面通過反射分光束形成一個平面，其垂直于反射整體量具的平面；

-通過回射元件使射在其上的分光束的方向轉折到垂直于測量方向(x)的反射整體量具；

一對分光束不平行地射在復合光柵上，該復合光柵使入射其上的分光束發生干涉，使得檢測元件測量相移信號。

該對分光束優選與光軸成相等的角度對稱地射在復合光柵上。

在一個可能的實施例中，復合光柵形成為透射光柵，并具有這樣的分度周期，使得其保證入射光束偏轉為多個共線出射的衍射級，射在安排在其后的檢測元件上。

這里，復合光柵優選形成得使入射的分光束通過其進行這樣的偏轉，使得共線出射的衍射級中的一個在垂直于分度平面上傳播。

另外，復合光柵可以形成為相位光柵，其中間隙條高度(Steghhe)和間隙條寬度(Stegbreite)的尺寸這樣確定，使得安排于其上的檢測元件可以檢測三個相位錯開120°的信號。

在一個可能的實施例中，復合光柵和檢測元件形成為結構化檢測配置。

復合光柵可以形成為與位置有關的偏轉光柵。

另外，掃描單元可以包括多個掃描光柵以及至少一個復合光柵，其中它們是鏡對稱安排的，而且其中對稱平面垂直于測量方向并平行于光軸。

在一個可能的方案中，在掃描單元中可以安排一個形成為屋脊棱鏡的回射元件，其屋脊平行于測量方向。

作為一個替代方案掃描單元中回射元件可以包括多個組合的偏轉/透鏡元件以及至少一個平面反射元件，其中透鏡元件的焦平面處于至少一個平面反射元件的平面內。

這里透鏡元件可以形成為衍射透鏡元件，偏轉元件可以形成為掃描光柵，一起組合為組合衍射光柵-透鏡元件。