CN101067560A

CN101067560A - 位置测量装置

Info

Publication number: CN101067560A
Application number: CNA2007101023284A
Authority: CN
Inventors: U·本纳
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2027-04-30
Also published as: DE102006021017A1; EP1852684B1; EP1852684A1; JP2007298522A; ES2389734T3; US20070262250A1; US7473886B2; JP4982242B2; CN101067560B

Abstract

本发明涉及一种用于检测扫描单元与相对于该扫描单元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位置测量装置。扫描单元包括光源以及检测平面中的检测器装置。此外在扫描单元的第一方案中，在扫描光路中布置至少一个光学反射器元件，该反射器元件有作用于所述扫描光路的光学作用，使得在虚拟光源和反射整体量具之间的间距与在反射整体量具和检测器装置/检测平面之间的间距相同。在第二方案中，此外在扫描单元中还在扫描光路中布置至少一个光学透射元件，该透射元件具有作用于扫描光路的光学作用，使得在光源和反射整体量具之间的间距与在反射整体量具和虚拟检测平面中的检测器装置之间的间距相同。

Description

位置测量装置

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的位置测量装置以及一种按权利要求13前序部分所述的位置测量装置。

背景技术

所述位置测量装置比如在US 2005/023450 A1中得到公开。该位置测量装置除了比如构造为线性反射整体量具的整体量具以外还包括一个可相对于该整体量具在至少一个测量方向上移动的扫描单元。在所述扫描单元的侧面上，设置了一个光源以及一个周期性检测器阵列形式的检测器装置。

在所述扫描单元和整体量具进行相对运动的情况下，在检测平面中产生一个依赖于移动地调制的条形图案，借助于所述检测器装置采集该条形图案并且将其转换为可继续处理的扫描信号。在这种情况下，通过周期性检测器阵列形式的检测器装置的设计方案，以普通的方式产生多个相位移动的扫描信号。

在所述系统中通常致力于将所使用的光源和所使用的检测器装置尽可能布置在相同的平面中。比如可以通过以下方法实现这一点，即将所述光源布置在载体基片中的中央空穴中，其中所述空穴被所述检测器阵列的检测器元件所包围。但这会产生巨大的制造开销。因此，所述载体基片必须设有合适的空穴；此外在所述空穴中所述光源的接触证实比较困难。

此外，在US 2004/0155178 A1中的关于所述系统的图13和14中已经公开，通过将透射的光学元件布置在光源和整体量具之间这种方式可以确定地调节虚拟点光源的几何空间位置。但在这种情况下，所述为此提出的透射的光学元件使所述虚拟点光源的位置明显移动到所述检测平面的前面。这也就是说，上面提到的关于光源在检测器装置的平面中的布置的要求无法通过所提出的措施得到满足。作为不期望的结论，在检测平面中导致所产生的条形图案的取决于扫描间隔的周期变化。但同样对扫描间隔可能波动的情况来说，也力争在检测平面中达到恒定的条形图案周期。

发明内容

本发明的任务是提供一种上述类型的位置测量装置，其中保证简单地制造所述扫描单元。同时，要确保可靠地产生依赖于移动的扫描信号，尤其确保相对于扫描间隔的可能的波动的独立性，也就是相对于在扫描单元与整体量具之间的间距的独立性。

按本发明，该任务通过一种具有权利要求1所述特征的位置测量装置得到解决。

此外，按本发明该任务通过一种具有权利要求13所述特征的位置测量装置得到解决。

按本发明的位置测量装置的优选的实施方式产生于在相应的从属权利要求中所述的措施。

现在按照按本发明的位置测量装置的一种第一方案，此外在所述扫描单元中在扫描光路中布置至少一个反射器元件。该反射器元件具有作用于所述扫描光路的光学作用，使得一方面在虚拟光源和所述反射整体量具之间的间距与另一方面在所述反射整体量具和所述检测检测平面之间的间距相同，由此将所述光源虚拟布置在所述检测平面中。

由此，可以为所述扫描原理保持一方面在所述(现在为虚拟)光源和所述反射整体量具之间与另一方面在所述反射整体量具和所述检测器装置或者说检测平面之间具有相同间距这样的主要要求。优选在该方案中可以通过将所述反射器元件相应地布置在真实的光源和所述反射整体量具之间这种方式来确定地调节在所述光源和反射整体量具之间的间距。由此即使在扫描间隔可能波动时也尤其在检测平面中确保保持相同的条形图案周期。此外，由此可以避免在其它情况下需要将光源布置在相应的空穴中时上面提到的生产工艺方面的问题。由此存在更加多样的用于将光源布置在所述扫描单元中的方案。

在按本发明的位置测量装置的第一方案的基础上，产生各种各样的实施方案。

在此优选将所述反射器元件布置在所述光源和反射整体量具之间。

原则上所述反射器元件可以是折射光学元件，或者也可以是衍射光学元件。

在一种优选的实施方式中，所述扫描单元包括一个透明的载体基片，在该载体基片的朝向反射整体量具的第一侧面(上面)上布置了所述光源，并且在其背向所述反射整体量具的第二侧面(底面)上布置了所述反射器元件。

在这种情况下，优选所述光源的发光表面朝着所述载体基片的第一侧面的方向布置，并且所述光源朝所述载体基片的第二侧面的方向发出光线。

优选所述反射器元件构造成集成在所述载体基片的第二侧面中的光学元件。

优选将所述具有光源和反射器元件的载体基片布置在具有至少一个检测器装置的检测器单元上面，其中所述检测器单元布置在所述扫描单元中的载体板上。

在这种情况下，所述载体基片可以占据比所述检测器单元更小的面积，并且可以布置在所述检测器单元的中央局部区域中，而没有完全盖住所述检测器装置，使得所述检测器单元在没有被所述载体基片所覆盖的区域中通过键合导线与载体板中的导体电路导电连接。

此外，所述光源可以在所述载体基片上通过键合导线与检测器单元中的导体电路进行导电连接。

此外，所述载体基片在所述检测器单元上部分地覆盖所述至少一个检测器装置，其中为对所述检测器装置进行电接触在所述载体基片的第二侧面和所述检测器装置之间布置接触-导体电路。

在这种情况下，所述光源在所述载体基片上通过在该载体基片上的接触导体电路与在所述检测器单元中的导体电路进行导电连接。

在所述位置测量装置的第二方案中，按本发明在所述扫描光路中布置至少一个光学透射元件，该透射元件具有作用于所述扫描光路的光学作用，使得一方面在所述光源和所述反射整体量具之间的间距与另一方面在所述反射整体量具和在虚拟检测平面中的检测器装置之间的间距相同，从而在扫描单元和反射整体量具之间进行相对运动的情况下在所述虚拟检测平面中产生依赖于移动地调制的条形图案。

由此通过该方案的按本发明的措施可以保证，在任何情况下所述被扫描的条形图案处于所述虚拟检测平面中。这一点按已有的扫描配置作为所述第一方案的措施的补充是有必要的，或者作为唯一的措施就足以用于保证扫描相对于扫描间隔所期望的独立性。

在按本发明的位置测量装置的第二方案的基础上，同样存在作为替代方案的实施方案。

比如在一种优选的实施方式中，所述光学透射元件在扫描光路中布置在所述反射整体量具和检测器装置之间。

优选所述光学透射元件是折射光学元件，比如是具有指定厚度的平面平行的玻璃板。

所述扫描单元可以包括载体板，在该载体板上布置了具有至少一个检测器装置的检测器单元，其中在所述检测器装置上面布置了所述光学透射元件。

此外，所述光学透射元件设有光学元件，这些光学元件确保光仅仅垂直入射到所述检测器装置上。

结合所述按本发明的位置测量装置的第一和第二方案，还可产生其它用于构造所述位置测量装置的方案。

因此，比如可以将所述光源优选构造为点光源。

所述扫描单元在一种优选的实施方式中包括至少两个检测器装置，它们中的一个第一检测器装置适合于对依赖于移动的增量信号进行检测，并且一个第二检测器装置适合于对绝对位置信号进行检测。

此外，所述检测器装置可以是检测器阵列，该检测器阵列包括单个的、在测量方向上彼此相邻布置的检测器元件。

附图说明

本发明的其它细节和优点借助于下面关于按本发明的位置测量装置的实施例的说明并结合附图进行解释。其中：

图1a是按本发明的位置测量装置的第一方案的示意侧视图；

图1b是图1a所示位置测量装置的扫描单元的俯视图；

图2是扫描光路的示意图，该示意图用于解释在按本发明的位置测量装置中的特定几何参数；

图3a-3d是在按本发明的位置测量装置的扫描单元中的光学反射器元件的可选实施方案；

图4a是按本发明的位置测量装置的第一方案的另一实施方式的简化侧视图；

图4b是图4a所示位置测量装置的扫描单元的俯视图；

图5a是按本发明的位置测量装置的第二方案的简化侧视图；

图5b是图5a所示位置测量装置的扫描单元的俯视图；

图6是扫描光路的简化示意图，该示意图用于解释按本发明的位置测量装置的第二方案的特定几何参数。

具体实施方式

下面借助于图1a和1b对按本发明的位置测量装置的第一方案进行解释。图1a在此示出扫描单元20的零件以及反射整体量具10包括扫描光路的简化侧视图；图1b则示出图1a所示扫描单元20的俯视图。

在所示出的实施例中，所述按本发明的位置测量装置包括一个扫描单元20，该扫描单元20相对于反射整体量具10在测量方向x上可运动地布置。反射整体量具10和扫描单元20比如与两个可在测量方向x上相对移动地布置的目标相连接，比如与两个可相对移动的机器部件相连接。通过所述按本发明的位置测量装置的依赖于位置的输出信号，未示出的布置在后面的控制单元可以用公知的方式合适地控制这些机器部件的运动。

所述反射整体量具10在所示出的实施例中具有一个带有线性增量刻度的通道以及一个与该通道平行布置的具有用于绝对位置检测的伪随机编码的通道。这两个通道布置在合适的刻度载体上，比如钢制基片上。

所述具有增量刻度的通道由周期性地沿测量方向x布置的具有不同光学反射特性的局部区域组成。所述局部区域在刻度平面中垂直于所述测量方向x延伸，也就是说在所注明的y-方向上延伸。在这种情况下，所示出的实施方式的局部区域对由所述局部区域反射的光束具有不同的相位移动作用。所述反射整体量具10在该实施例中是所谓的反射-相阵。

所述具有伪随机编码的通道由非周期性地沿测量方向布置的具有不同光学反射特性的局部区域组成。

在图1a和1b的大为简化的示意图中，只能看到所述扫描单元20的一部分，通常所述扫描单元20此外还包括一个合适的外壳，在该外壳中布置着该扫描单元20的不同部件。为一目了然起见，在附图中仅仅示出那些为解释本发明所必需的元件。

在所述扫描单元20的侧面上，在载体板21上设置了一个检测器单元22，该检测器单元22具有两个检测器装置22.1、22.2。第一检测器装置22.1用于在检测平面中对周期性的条形图案进行扫描并且用于产生多个相位移动的增量信号。所述被扫描的条形图案产生于对在所述反射整体量具10上的增量刻度进行的光学扫描。所述第一检测器装置22.1在这种情况下包括一种公知的检测器阵列，该检测器阵列具有在测量方向x上周期性布置的单个的检测器元件或者说光电二极管。

第二检测器装置22.2以公知的方式用于对所述第二通道的投影在检测平面中的伪随机编码进行扫描。通过所述第二检测器装置22.2可以产生至少一个绝对位置信号。以下为简便起见，将如此产生的增量信号及绝对位置信号称为位置信号。

所述两个检测器装置22.1、22.2在按本发明的位置测量装置的所述第一方案中通过键合导线22.3进行电接触，也就是说与所述载体板21中的未示出的导体电路进行导电连接。通过所述载体板21中的导体电路，将所产生的位置信号输送给一个未示出的布置在后面的控制单元以作进一步处理。

在所述具有两个检测器装置22.1和22.2的检测器单元22的上方，在所述扫描单元20的侧面上在所述检测器装置的中央局部区域中布置了一个透明的载体基片23，比如该载体基片是板状玻璃载体基片。该载体基片在本实施例中仅仅占据所述检测器装置的总面积或者说检测器单元22的表面的一个较小的部分，比如在图1b中就可看出这一点。在所述载体基片23的以下称为载体基片23的第一侧面的上面上，安置了一个光源24。在使用所选择的扫描原理的情况下，优选所谓的点光源比如所谓的VCSEL光源起到光源的作用。所述光源24通过其它的键合导线24.1进行电接触，而所述其它的键合导线24.1则在所述载体基片23的上面上与相应的触点相连接。这些触点通过所述键合导线24.1与在检测器单元22中的未示出的导体电路相连接。

所述光源24的发光表面朝着所述载体基片23的第一侧面的方向定向。所述光源24因此从反射整体量具10朝所述载体基片23的底面的方向辐射，下面将所述载体基片的底面称为其第二侧面。

在所述载体基片23的底面或者说第二侧面上，布置了光学反射器元件25，该反射器元件25在本实施例中是集成在所述载体基片23中的光栅结构，也就是说是衍射光学元件。下面还要对其决定性的光学功能进行详细解释。

来自所述光源24的光束-就象在图1a中所示出的一样-被反射器元件25朝所述反射整体量具10的方向转向或者反射，并且随后再次以相反的方向贯穿所述载体基片23。然后，部分光束到达所述反射整体量具10上，并且在那里又朝着所述扫描单元20的方向反射。在所述扫描单元20的侧面上，所述来自反射整体量具10的部分光束最后到达放置在检测平面中的检测器装置22.1和22.2上，并且在那里在扫描单元20和反射整体量具10进行相对运动的情况下产生依赖于移动的位置信号。在出现增量信号的情况下，通过已解释的扫描光路以及在此产生的部分光束和所述反射整体量具10的相互作用在检测平面中产生周期性的条形图案。在扫描单元20和反射整体量具10进行相对运动的情况下，依赖于移动地对该条形图案进行调制，并且通过所述检测器装置22.1以公知的方式转换为多个相位移动的增量信号，以进行进一步处理。

就象开头所表明的一样，对所述用于产生增量信号的扫描原理来说具有决定作用的是，所使用的光源24尽可能布置在检测平面中。只有在这种情况下才可以保证在检测平面中产生的周期性条形图案相对于相应的扫描间隔的不敏感性。关于这方面的内容还要参照下面关于图2的解释。按照现有技术，要么容忍在检测平面中出现条形图案周期的所述波动，要么在空穴中设置中央光源装置，该空穴被所述检测器装置所包围。现在，在本发明第一方案的框架内，通过所述扫描光路的巧妙设计并且尤其通过所提到的反射器元件25的设置，来说明这个疑难问题的作为替代方案的优选的解决方案。例如，可以通过将所述反射器元件25集成在扫描光路中这种方式来实现这一点，即所述光源24虚拟地安置在检测平面中，而该光源实际上或者真正地布置在所述扫描元件20的另一个位置上，也就是说比如在图1a和1b中可看出在所述载体基片23的第一侧面或者说上面上。

下面还要借助于在图2中的示意图对这种按本发明的设置方案进行更加详细的解释。该示意图以简化形式示出展开的扫描光路包括在所述按本发明的位置测量装置的第一方案中的一些重要的几何参数。

在图2中，在此用M表示具有反射整体量具的平面，用D表示检测平面，LQ_虚拟则表示虚拟光源平面的位置，用RE表示所述反射器元件，LQ表示真实光源。参数T1表示已扫描的整体量具的刻度周期，T2表示在所述检测平面D中产生的周期性条形图案的刻度周期。通过坐标x_LQ_虚拟表示虚拟光源在扫描光路中沿着测量方向x的位置，用坐标x_LQ_真实表示真实的光源的位置，就象在图1a和1b中所解释的一样。参数u就象所展示的一样代表在虚拟光源平面LQ_虚拟和整体量具平面M之间的间距，参数v则表示在所述整体量具平面M和检测平面D之间的间距。

在就象这里的情况使用反射光-扫描配置的情况下，在所述检测平面D中由于常用的几何考虑按照以下等式(1)得出所产生的条形图案的周期T2：

T2＝T1*(u+v)/v (等式1)

在u和v可能在实际上产生波动的情况下，也就是说在反射光-系统中出现扫描间隔Δuv的波动时，在已产生的条形图案的周期中按照以下等式(2)得出由此产生的波动ΔT2：

ΔT2＝T1*Δuv(1-u/v)/v (等式2)

其中Δuv：＝扫描间隔的变化

如果现在满足条件u＝v，那等式(2)中的项(1-u/v)就变为零，也就是所述在检测平面D中的条形图案的周期T2即使在扫描间隔Δuv可能发生波动时也保持不变，因为ΔT2＝0。条件u＝v的满足在使用反射光-系统的情况下与将光源放置在检测平面D中这种情况意义相同。

就象现在可从图2的示意图中看出的一样，但是按照按本发明的位置测量装置的第一方案，u＝v这个条件的满足也可以得到实现，方法是：光源LQ虚拟布置在平面LQ_虚拟中，但实际放置在位置x_LQ_真实中。就象可从图2中看出的一样，通过将反射器元件RE安放在所说明的位置上这种方式来实现这一点；由此可以以指定的方式在上面提到的条件下有针对性地影响参数u。因为现在再也没有必要将实际的光源LQ布置在所述检测平面D中，所以产生一系列关于所述光源LQ在所述扫描单元中的布置的自由度。

下面借助于图3a-3d对所述反射器元件连同相应的光源的设计方案进行解释。这几张附图分别以大为简化的形式示出所述反射器元件及光源在扫描单元中的布置和/或构造的不同方案。

图3a在此示出一种方案，在该方案中，所述反射器元件25与光源24’对置地在所述载体基片23的第二侧面上集成在该第二侧面中地构成。在这种情况下在该实施例中，所述反射器元件25由衍射的光栅结构所构成。所述光栅结构可以比如是多级的具有炫耀-结构(Blaze-Struktur)的相阵，或者也可以是理想的炫耀-光栅结构。此外，在图3a中以虚线示出所述虚拟光源在平面LQ_虚拟中的位置，该平面LQ_虚拟如愿地与所述检测平面D重合。

在图3b中示出了合适的反射器元件的一种作为替代方案的第二实施方式。下面只是对与前面的实施例之间的差别进行解释；在其它方面则为功能相同的元件使用与前面相同的附图标记。

在图3b中，现在所述反射器元件25’在所述载体基片23的第二侧面上与光源24’对置地构造为具有所期望的光学作用的折射光学元件。为此比如在所述载体基片23的这个位置上，反射镜可以由合适的涂层所构成，该反射镜具有一种相应的光学反射作用，该反射作用作用于入射到其上面的光束。通常所述相应的反射器轮廓在该位置上构造为非球面形状。

在图3a和3b的两种实施例中-与前面的实施例所不同的是-光源24’相应地与所述载体基片23间隔开地布置。

在图3c和3d中示出其它的方案。这些实施例仅仅在所述光源24的空间布置及其电气接触方面有别于前面两种方案。因此，现在所述光源24相应地直接布置在所述载体基片23上，并且通过示意示出的接触元件24.1进行导电接触。在图3c中，所述反射器元件25在所述载体基片23的底面上又构造为衍射光栅结构，在图3d中所述反射器元件25’是折射光学元件，该光学元件具有所期望的光学作用。

在图3c和3d的这两种实施例中，所述载体基片23因此除其光学功能以外还相应地分别承担对所述光源24进行定位和接触这样的任务。在而后可能的对所述光源24进行Flip-Chip-接触(倒装芯片-接触)的情况下，不仅省去在安装时的成本很高的校准，而且省去使用单独的光源-载体基片的必要性。

下面借助于图4a和4b对按本发明的位置测量装置的第一方案的另一种作为替代方案的实施方式进行解释。与在图1a和1b中的示意图相类似，图4a和4b也示出大为简化的关于扫描光路的剖面图以及所述扫描单元200的俯视图。以下仅仅对那些与图1a和1b所示实施例之间的决定性区别进行解释。

与上述实施例相类似，在所述扫描单元200的侧面上设置了载体板210，在该载体板210上放置了具有两个检测器装置221和222的检测器单元220。与上述实施例所不同的是，所述布置在该检测器单元220上面的透明的载体基片230现在设有明显更大的表面，并且在很大程度上盖住所述检测器装置221、222或者说检测器单元220。由此保证更好地防止所述检测器单元220遭受机械损坏。

与上述实施例所不同的是，此外在本实施方式中尤其对所述检测器装置221、222进行了电接触。在这种情况下，所述载体基片230也用于与所述检测器装置221、222进行电接触。为接触所述光源240，与第一实施例相类似，相应的接触-导体电路241在所述载体基片230的上面上延伸，并且在接触通道中终止于该载体基片230的边缘区中。与所述第一实施例相反，在此通过其它的、在所述载体基片230的底面上的、处于所述载体基片230和检测器单元220之间的接触-导体电路223来对所述检测器装置221、222或者说检测器单元进行电接触。因而为接触所述检测器装置221、222，与上述实施例所不同的是，没有使用任合键合导线，而是使用在所述载体基片230的底面上的、平坦布置的接触-导体电路241、223。在制造该结构单元时这能够使用公知的Flip-Chip-接触法。

在其它方面，原理上的光学结构与上述实施例相同。尤其在所述载体基片230的第二侧面或者说底面上的反射器元件250的光学功能与图1a和1b所示相应反射器元件的功能相符。

下面借助于图5a、5b和6对按本发明的位置测量装置的第二方案进行解释。在此，图5a和5b又示出用于解释所述扫描光路的剖面图和所使用的扫描单元的俯视图；借助于图6a和6b对第二方案的特定几何情况进行解释。

在所述第一方案中对在扫描光路中设置反射器元件的情况进行了解释，借助于该设置方案可以虚拟地将所述光源的位置移动到所述检测平面中。所期望的独立性尤其所述增量扫描与扫描间隔的独立性由此得到保证。但现在存在具有特定的预先设定的几何边界条件的布局，在这些边界条件中尽管使用了反射器元件但光源的虚拟光点没有位于检测平面中，而是位于检测平面的前面。以下所解释的按本发明的位置测量装置的第二方案在检测侧面上提供了解决方案，用于通过在扫描光路中所采取的有针对性的光学措施来确保所述光源的虚拟光点或者说虚拟光源位于所述检测平面中。

在图5a和5b中又一次非常简化地示出一种适合用于解决该疑难问题的位置测量装置。按本发明的位置测量装置的第二方案基于所述在图1a和1b中所示出的方案。以下仅仅对作为第一方案的附加部分的措施进行解释。

例如为保证所述虚拟光源-光点在检测平面中的位置，在所述检测器装置321、322的上方布置光学透射元件360。所述透射元件360是具有特定的光学特性(厚度d，折射率n)的平面平行的玻璃板，并且在该实施例中完全盖住相应的检测器装置321、322。

所述扫描单元300以及反射整体量具100的其它结构分别相当于图1a和1b所示的结构。

因此，在按本发明的位置测量装置的第二方案中，作为在所述载体基片330的底面上设置反射器元件350这一方式的补充还至少在所述用于产生增量信号的检测器装置321上布置光学透射元件360，以便确保所述虚拟光源在检测平面中的所期望的位置。在此应该指出，这些附加措施原则上也可以在不采取最先提到的关于所述反射器元件的措施的情况下使用。这也就是说，在特定的几何边界条件下仅仅采取这些措施并且放弃按所述第一方案布置所述反射器元件这种做法就足已解决问题。在这种情况下而后仅仅将适当地选出的光学透射元件布置在扫描光路中，比如以平面平行的玻璃板的形式布置在所述检测器装置的上方。

为了对所述第二方案以及对因所述透射元件额外产生的作用于所述扫描光路的光学作用进行详细解释，在此参照图6a和6b。图6a又以简化的形式示出了展开的扫描光路包括不同的重要几何参数；图6b则示出图6a的一个截取部分。

如果在所述检测器装置的被照亮的表面(大的光束扩展)和扫描间隔之间存在一种不利的比例关系，那么原则上来讲在所述扫描配置上会出现问题，这些问题要求采取按第二方案的解决方案。例如在此会出现这种情况，即所述光源的虚拟光点并非如愿地处于检测平面中，而是在位于检测平面的前面。

借助于图6a和6b，对这个疑难问题以及对所述按照本发明的位置测量装置的第二方案为解决该疑难问题所采取的措施进行详细解释。

由真实的(点)光源在平面LQ_真实中的位置x_LQ_真实上发出的光束首先通过一个扩展镜头AO进行适当的扩展。该扩展镜头AO通常是光学透射元件比如透镜，并且具有厚度D和折射率n1。在此示出所发出的光束的光线，该光线在扩展镜头AO的界面上进入和出来时分别得到所期望的折射形式的光学作用，并且如在图6a中所示出的一样以角度α(在射束扩展的情况下)离开所述扩展镜头AO。所述虚拟光点的位置x_LQ_虚拟就象通过透射的输出光束的用虚线示出的向后的延长线所表示的，按照放置在所述扩展镜头AO中的方式产生于平面LQ_虚拟中；这个平面相对于在所述扩展镜头AO的内部的入口界面偏置了数值x1。

所述间距u又表示在所述整体量具M和虚光源平面LQ_虚拟之间的间距。因而从所述整体量具的侧面看，所述虚拟光点以角度α出现。

就象上面多次提到的一样，在此致力于使参数u和v相同，也就是说u＝v。用文字表达这就意味着，通过选择使得所述在虚光源平面LQ_虚拟和整体量具M之间的间距与在整体量具M和检测平面之间的间距相同。

因为所述位置测量装置是反射光-系统，所以u＝v这一要求就产生这样的结果，即所述检测平面因此似乎位于所述扩展镜头AO的内部。但在那里无法放置真实的检测器装置。

因此为解决该疑难问题，在按本发明的位置测量装置的第二方案中将所述检测平面虚拟地布置在所期望的位置中，也就是说布置在虚拟检测平面D_虚拟中；而实际上当然将所述检测器装置放置在一个合适的真实的检测平面D_真实中。所述虚拟检测平面D_虚拟就象在图6a中所表示的一样离开真实的检测平面D_真实间距x2地布置。为了将所述虚拟检测平面D_虚拟置于所要求的位置中，现在在扫描光路中布置了一个具有厚度d和折射率n2的光学透射元件OT，从而在其上面产生一种指定的作用于所述扫描光路的光学作用。

在图6b中示出了所述透射元件OT的光学作用的放大示意图，尤其示出由此产生的用于透射的光束的偏转作用。

下面借助于图6a和6b对所述透射元件OT的光学作用以及关于该透射元件OT的设计方案的思路进行详细解释。在此致力于将所述虚拟检测平面D_虚拟置于同样虚拟的光源平面L_虚拟中。所述虚拟光源平面L_虚拟处于与所述扩展镜头的表面相隔间距x1的地方。由此产生这样的要求，即必须选择x2＞x1，如果要将所述检测器装置真实地放置在所述扩展镜头AO或者说透射元件OT的外部。

就象可从图6b中看出的一样，所述真实的在透射元件OT外部到检测器装置的光路和所述(用虚线表示的)到处于位置x_D_虚拟上的虚拟检测器装置的光路之间的区别基本上在于对在真实的光路的情况下在入口界面上产生的折射的考虑；在虚拟光路的情况下则如图所示未对所述折射加以考虑。

原则上下列等式适用于在入口界面上的真实的光路：

sinα＝n2*sinβ (等式3.1)

此外，以下几何关系适用于在图6b中所示出的状况：

tanα＝y/x3 (等式3.2)

tanβ＝y/(x3+x2) (等式3.3)

由此得出：

x3＝x2*tanβ/(tanα-tanβ) (等式3.4)

在考虑到上面提到的要求x2＞x1的情况下，由此作为选择参数d也就是所述透射元件OT的厚度的最低条件产生：

d＝x2+x3＝

＝x1*(1+tanβ/(tanα-tanβ)) (等式3.5)

通过对在扫描光路中的透射元件OT的厚度d的相应选择，可以由此如愿地调节所述虚拟检测平面的位置，用于在扫描时确保所争取得到的优点。

就象可从图5a和5b中看出的一样，相应设计的具有合适厚度d的光学透射元件是平面平行的玻璃板，所述玻璃板布置在(真实的)检测器装置的上方。

除此以外，所述光学透射元件在按本发明的位置测量装置的该方案中也还可以设有其它的在光学上起作用的结构，比如设有光栅结构或透镜结构，用于对可能出现的像差进行校正。此外，还可以通过所述元件来确保光仅仅垂直地入射到所述检测器装置上并且由此可以避免在相邻的检测器元件之间由于倾斜的光入射而出现的不受欢迎的串扰。

除了至此所解释的方案和实施例以外，在本发明的框架内当然还有其它作为替代方案和补充方案的设计方案。

比如可以用一种合适的浇注材料完全将相应地放置在载体基片的上面上的光源包围，并且由此可靠地防止该光源在工作中遭受可能的损坏。

在所述载体基片的上面和底面上，除了所述反射器元件之外还可以构造其它在光学上起作用的局部区域，用于在需要的情况下影响所述扫描光路。在这种情况下，所述局部区域可以是其它衍射结构或者说光栅，或者也可以是其它折射结构或者说反射器。优选这些结构全部仅仅布置或者说构造在所述载体基片的一个侧面上比如底面上。

如果按照在图4a和4b中的实施例所述载体基片通过Flip-Chip-接触与所述检测器单元进行电连接，那么可以在中间空隙中布置合适的填料或者说一种所谓的底层填料，所述底层填料在载体基片中保护构造在底面上的在光学上起作用的结构等等。

Claims

1.用于检测扫描单元与相对于该扫描单元在至少一个测量方向上移动的反射整体量具之间的相对位置的位置测量装置，其中所述扫描单元包括光源以及在检测平面中的检测器装置，其特征在于，此外在所述扫描单元(20；200)中在扫描光路中布置至少一个反射器元件(25；25’；250；RE)，该反射器元件具有作用于所述扫描光路的光学作用，使得一方面在虚拟光源和所述反射整体量具(10；100)之间的间距(u)与另一方面在所述反射整体量具(10；100)和所述检测平面(D)之间的间距(v)相同，由此将所述光源(24；240)虚拟地布置在所述检测平面(D)中。

2.按权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述反射器元件(25；25’；250；RE)布置在所述光源(24；240)和反射整体量具(10；100)之间。

3.按权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述反射器元件(25；25’；250；RE)是折射光学元件。

4.按权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述反射器元件(25；25’；250；RE)是衍射光学元件。

5.按前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述扫描单元(20；200)包括透明的载体基片(23；230)，

-在该载体基片的朝向所述反射整体量具(10；100)的第一侧面(上面)上布置所述光源(24；240)并且

-在该载体基片的背向所述反射整体量具(10；100)的第二侧面(底面)上布置所述反射器元件(25；25’；250；RE)。

6.按权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，所述光源(24；24’)的发光表面朝所述载体基片(23；230)的第一侧面的方向布置，并且所述光源(24；240)朝所述载体基片(23；230)的第二侧面的方向发出光线。

7.按权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，所述反射器元件(25；25’；250；RE)是集成在所述载体基片(23；230)的第二侧面中的光学元件。

8.按权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，所述具有光源(24；240)以及反射器元件(25；25’；250；RE)的载体基片(23；230)布置在具有至少一个检测器装置(22.1、22.2；221、222)的检测器单元(22；220)上面，其中所述检测器单元(22；220)布置在所述扫描单元(20；200)中的载体板(21；210)上。

9.按权利要求8所述的位置测量装置，其特征在于，所述载体基片(23)占据比检测器单元(22)更小的面积，并且布置在所述检测器单元(22)的中央局部区域中，而没有完全盖住所述检测器装置(22.1、22.2)，从而所述检测器单元(22)在没有被所述载体基片(23)所覆盖的区域中通过键合导线(22.3)与所述载体板(21)中的导体电路导电连接。

10.按权利要求9所述的位置测量装置，其特征在于，在所述载体基片(23)上的光源(24)通过键合导线(24.1)与所述检测器单元(22)中的导体电路导电连接。

11.按权利要求8所述的位置测量装置，其特征在于，所述载体基片(230)部分覆盖所述检测器单元(220)上的所述至少一个检测器装置(221；222)，其中为对所述检测器装置(221、222)进行电接触在所述载体基片(230)的第二侧面和检测器装置(221、222)之间布置接触-导体电路(223)。

12.按权利要求11所述的位置测量装置，其特征在于，所述在载体基片(230)上的光源(240)通过载体基片(230)上的接触-导体电路与检测器单元(220)中的导体电路导电连接。

13.用于检测扫描单元与相对于该扫描单元在至少一个测量方向上移动的反射整体量具之间的相对位置的位置测量装置，其中所述扫描单元包括光源以及在检测平面中的检测器装置，其特征在于，此外在所述扫描单元(300)中在扫描光路中布置至少一个光学透射-元件(360)，该透射-元件具有作用于所述扫描光路的光学作用，使得一方面在所述光源(340)和所述反射整体量具(100)之间的间距(u)与另一方面在所述反射整体量具(100)和在虚拟检测平面(D虚拟)中的检测器装置(321、322)之间的间距(v)相同，从而在所述扫描单元(300)和反射整体量具(100)产生相对运动的情况下在所述虚拟检测平面(D虚拟)中产生依赖于移动地调制的条形图案。

14.按权利要求13所述的位置测量装置，其特征在于，所述光学透射元件(360)在扫描光路中布置在所述反射整体量具(100)和检测器装置(321、322)之间。

15.按权利要求13所述的位置测量装置，其特征在于，所述光学透射元件(360)是折射光学元件。

16.按权利要求15所述的位置测量装置，其特征在于，所述光学透射元件(360)是平面平行的具有指定厚度(d)的玻璃板。

17.按权利要求13-16中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述扫描单元(300)包括载体板(310)，在该载体板(310)上布置了具有至少一个检测器装置(321、322)的检测器单元(320)，其中在所述检测器装置(321、322)上布置所述光学透射元件(360)。

18.按权利要求13-17中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述光学透射元件设有光学元件，这些光学元件确保光仅仅垂直入射到所述检测器装置上。

19.按前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述光源(24、240、340)是点光源。

20.按前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述扫描单元(20、200、300)包括至少两个检测器装置(22.1、22.2、221、222、321、322)，其中第一检测器装置(22.1、221、321)适合于对依赖于移动的增量信号进行检测，并且第二检测器装置(22.2、222、322)适合于对绝对位置信号进行检测。

21.按前述权利要求中至少一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述检测器装置(22.1、22.2、221、222、321、322)是检测器阵列，该检测器阵列包括单个的检测器元件，所述检测器元件彼此相邻地沿测量方向(x)布置。