位置测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及位置测量装置，用以测量一个扫描单元以及一个为此在至少一个测量方向上移动的反射整体量具的相对位置，扫描单元具有多个光学元件，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这样安排，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由入射光束和／或分光束而另一方面由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向到垂直于测量方向的反射整体量具。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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学位置测量装置。
技术介绍
从WO 02/23131 Al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 - Mafiverkdrperung),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。在扫描装置一側，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EPD 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。另夕卜，DE42 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 Al中建议，在扫描光路中添加两 个附加的入/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。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，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。这个任务按照本专利技术用带有权利要求1的特征的位置测量装置解决。按照本专利技术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专利技术的位置测量装置，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(Stegh6he) 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。在一个这样的方案中，透镜元件可以形成为圆柱形透镜形式的衍射 透镜元件，其在反射整体量具的刻度线方向上具有聚焦作用。另外，透镜元件可以形成为圆柱形对称透镜元件的形式的衍射透镜 元件，其不仅在反射整体量具的刻度线方向上，而且在测量方向上具有 聚焦作用。在另一个方案中，回射元件可以包括一个平面平行的栽体基片，其 上面向反射整体量具的一側安排多个光栅，并在其上背向反射整体量具 的一侧安排至少一个平面反射元件。在一个可能的实施例中两个分光束的入射地点优选可以一起射在 复合光栅上。另外，至少一个回射元件在一个载体元件上形成为单片元件。 在另一个实施例中，扫描单元包括多个扫描光栅以及至少一个复合光栅，其中它们是镜对称地安排的，而且对称平面平行于测量方向并平行于光轴。在按照本专利技术的位置测量装置的一个这样的方案中，扫描单元这样 形成，使得从光源发射的光束通过准直光学元件准直后-第一次射在反射整体量具上，在这里被分为两个回射扫描单元的分光束，它们对应于两个不同的衍射级；-该两个回射分光束在扫描单元中通过回射元件经历反射整体量具方向的回射，其中该分光束分别两次透射扫描单元；-第二次射在反射整体量具上的分光束经历一次重复的衍射和扫 描单元方向的回射；-在扫描单元中至少一对回射分光束在与光轴对称的角度下射在 复合光栅上的同一地点上。在按照本专利技术的位置测量装置的另一个方案中，扫描单元这样形 成，使得由光源发射的光束通过准直光学元件准直后一通过扫描单元中的分光光栅分为至少两个分光束，它们对应于 两个不同的衍射级，并且这些分光束在反射整体量具的方向上传播；-然后该分光束第一次射在反射整体量具不同的地点上，在这里 分别分为多个回射扫描单元的对应于不同衍射级的分光束；-该至少两个回射分光束贼扫描单元中通过回射元件向反射整体 量具的方向回射，而且其中这些分光束个两次穿过扫描单元；-第二次射在反射整体量具不同地点上的分光束经历一次重复的 衍射并向扫描单元的方向回射；-在扫描单元中至少一对回射分光束在与光轴对称的角度下射在 复合光栅的同一地点。这里扫描单元中的扫描光栅可以形成为菲涅耳圆柱形透镜，其焦平 面处于回射元件的平面内，并且分光光栅的分度周期选择得与复合光栅 的分度周期及反射整体量具的分度周期相等。另外，这里该反射整体量具的分度周期这样选择，使得在扫描单元 方向上回射的分光束在第一次射在扫描光栅上之前交叉。另外，反射整体量具的分度周期优选选择得小于所用的光源的波长。另外，至少一个回射元件形成为组合的偏转-透4竟元件。 在按照本专利技术的位置测量装置的另 一个方案中，扫描单元这样形 成，使得从光源发射的光束通过准直光学元件准直后 -通过分光光栅分成两个分光束；-然后这两个分光束到达辅助分光光栅，该分光束的至少一部分 这样转本文档来自技高网...

【技术保护点】
位置测量装置，用以测量一个扫描单元以及一个为此在至少一个测量方向（ｘ）上运动的反射整体量具的相对位置，其中扫描单元具有多个光学元件，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，而且其中在扫描单元中这样安排光学元件：　　　　－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由此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的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到垂直于测量方向（ｘ）的反射整体量具上；　　　　－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。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K桑迪格，W霍尔查普菲尔，
申请(专利权)人：约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]