[發明專利]光學測位裝置

有效

• 申請號: 201711383449.0
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108204828B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: G.萊珀丁格
• 申請（專利權）人: 約翰內斯·海德漢博士有限公司
• 主分類號: G01D5/38
• 分類號: G01D5/38;G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;鄭冀之

本發明涉及光學測位裝置。本發明涉及一種用于測量兩個對象的相對位置的光學測位裝置。在此，通過測量刻度（10）與光圖案（M）的相互作用，在探測裝置（21）上產生具有亮區域和暗區域的游標圖案。測量刻度是相位光柵，所述相位光柵關于射入的光圖案（M）被構造為使得所述游標圖案的亮區域的強度通過幾何輻射光學和波動光學的共同作用來最大化。

技術領域

本發明涉及一種光學測位裝置。

背景技術

EP 1 028 309 A1公開了一種一般形式的光學測位裝置。通過周期性光圖案與周期性測量刻度的相互作用，在隨后的探測平面內形成游標條紋圖案。為此，周期性光圖案的周期與測量刻度的刻度周期（隨后被稱作測量刻度周期）稍微有偏差。在此，從中生成的游標條紋圖案的周期（隨后被稱作游標周期）大于光圖案周期并且也大于測量刻度周期。測量刻度被構造為振幅光柵，而測量刻度的隔片間隙比（Steg-Lücken-Verh?ltnis）為1:1。

發明內容

本發明所基于的任務在于說明一種光學測位裝置，利用所述光學測位裝置生成具有經改善的信噪比的游標條紋圖案。

按照本發明，該任務通過具有權利要求1的特征的光學測位裝置來解決。

用于測量兩個能沿測量方向相對彼此移動的對象的相對位置的所述光學測位裝置包括測量刻度和能相對于測量刻度沿測量方向移動的掃描裝置。該掃描裝置被構造用于使具有沿測量方向交替的亮區域和暗區域的光圖案以光圖案周期扭曲到測量刻度上，其中測量刻度具有測量刻度周期，所述測量刻度周期與光圖案周期稍微有偏差，使得通過光圖案與測量刻度的共同作用來產生游標圖案，所述游標圖案具有亮區域和暗區域，所述亮區域和暗區域由探測裝置來掃描。在此，測量刻度是相位光柵，所述相位光柵的隔片間隙比與1:1有偏差，而且所述相位光柵的在隔片與間隙之間的相位偏移被構造為使得第零級衍射級被抑制。此外，測位裝置被構造為使得在射入的光圖案的亮區域的第零級衍射級被抑制的位置上，至少一個更高的衍射級被偏轉并且在探測裝置上射到游標圖案的亮區域中的一個上。

在此，用相位光柵的隔片和間隙來表示在一個測量刻度周期之內的兩個區域，所述兩個區域使射入的光不一樣地延遲，以便實現所要求的相位偏移。該相位偏移以公知的方式通過光必須經過的路程差和/或通過在材料的折射率方面的差來設定。

利用本發明，提高了游標圖案的亮區域的強度。由于所述信號增強，生成更高的有效信號，這提高了測位裝置的測量精度。

術語“光”也包括具有在不可見的范圍內的波長的輻射。

優選地，測量刻度周期的隔片分別比間隙更寬，而且該隔片比光圖案的亮區域更寬。由此確保了：在光圖案的亮區域在中間射到該隔片上時，該亮區域完全被用于產生游標圖案的亮區域，或者通過完全透射或者通過完全反射來被用于產生游標圖案的亮區域。

可替換地，測量刻度周期的間隙分別比隔片更寬，而且該間隙比光圖案的亮區域更寬。在這種情況下確保了：在光圖案的亮區域在中間射到該間隙上時，該亮區域完全被用于產生游標圖案的亮區域，或者通過完全透射或者通過完全反射來被用于產生游標圖案的亮區域。

尤其是，測量刻度周期的隔片分別比測量刻度周期的間隙更寬，而測量刻度周期的間隙的寬度為光圖案周期的50%，或者可替換地，該間隙分別比相位光柵的隔片更寬，而該隔片的寬度為光圖案周期的50%。由此，在隔片與間隙的光學特性（透射和反射）相同的情況下確保了：第零級衍射級由于破壞性干涉完全被消除。

有利地，相位光柵的隔片間隙比或者間隙隔片比是1:3。

如果掃描裝置具有發射裝置和光柵，那么得到測位裝置的特別簡單的結構，其中發射裝置被構造用于產生經準直的光束，所述經準直的光束對準光柵而且所述經準直的光束通過與光柵的共同作用來產生光圖案。