CN101144730A - 位置测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及位置测量装置，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。

Description

位置测量装置

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。

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载体基片，其上面向反射整体量具的一侧安排多个光栅，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。

在按照本发明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。

在按照本发明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

-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-透镜元件。

在按照本发明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向，使得在反射整体量具的方向上传播的分光束射在反射整体量具上的同一入射点上；而且

-射在反射整体量具上的分光束分别分成多个回射扫描单元的分光束，它们对应于不同的衍射级；

-至少两个回射光束在扫描单元中通过回射元件回射到反射整体量具的方向，其中该分光束分别两次穿过扫描单元；

-第二次射在反射整体量具同一地点上的分光束经历一次重复的衍射和扫描单元的方向上的回射；

-在扫描单元中至少一对回射的分光束射在辅助复合光栅的不同地点上，其中经历一次重复的衍射和分束，使得至少另外两个传播的分光束在与光轴对称的角度下射在复合光栅的同一地点上。

在按照本发明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

-第一次射在反射整体量具上，后者形成为反射衍射光栅，其中分成两个回射扫描单元的对应于不同衍射级的分光束；

-该两个回射分光束在扫描单元中通过回射元件在反射整体量具的方向上回射，其中该分光束分别两次穿过扫描光栅，并在第一次透射扫描单元时该分光束在一个平面反射元件上的同一入射点上点聚焦；

-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上的回射；

-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。

下面将参照附图中实施例的描述说明本发明的其他细节和优点。

附图说明

附图中：

图1a是按照本发明的位置测量装置的第一实施例的扫描光路的第一部分；

图1b是按照本发明的位置测量装置的第一实施例的扫描光路的第二部分；

图1c和1d分别是按照本发明的位置测量装置的第一实施例的扫描板的上侧和下侧视图；

图2a是按照本发明的位置测量装置的第一实施例的一个变体的扫描光路的第一部分；

图2b是图2a的扫描光路部分的另一个视图；

图2c是按照图2a的本发明的位置测量装置的扫描光路的第二部分；

图2d是图2c的扫描光路部分的另一个视图中；

图2e是按照图2a的本发明的位置测量装置的扫描板的俯视图；

图3a是按照本发明的位置测量装置的第二实施例的扫描光路的第一部分；

图3b是按照本发明的位置测量装置的第二实施例的扫描光路的第二部分；

图3c和3d分别是按照本发明的位置测量装置的第二实施例的扫描板的上侧和下侧视图；

图4a是按照本发明的位置测量装置的第二实施例的第一变体的扫描光路的第一部分；

图4b是图4a所示的按照本发明的位置测量装置的实施例的扫描光路的第二部分；

图4c和4d分别是按照图4a的本发明的位置测量装置的扫描板的上侧和下侧视图；

图5a是按照本发明的位置测量装置的第二实施例的第二变体的扫描光路的第一部分；

图5b是图5a的扫描光路部分的另一个视图；

图5c是图5a所示的按照本发明的位置测量装置的扫描光路的第二部分；

图5d是图5c的扫描光路部分的另一个视图；

图5e是图5a的按照本发明的位置测量装置的扫描板的俯视图；

图6a是按照本发明的位置测量装置的第三实施例的扫描光路的第一部分；

图6b是按照本发明的位置测量装置的第三实施例的扫描光路的第二部分；

图6c和6d分别是按照本发明的位置测量装置的第三实施例的扫描板的上侧和下侧视图；

图7a是按照本发明的位置测量装置的第四实施例的扫描光路的第一部分；

图7b是按照本发明的位置测量装置的第四实施例的扫描光路的第二部分；

图7c和7d分别是按照本发明的位置测量装置的第四实施例的扫描板的上侧和下侧视图；

图8a是按照本发明的位置测量装置的第五实施例的扫描光路的第一部分；

图8b是按照本发明的位置测量装置的第五实施例的扫描光路的第二部分；

图8c和8d分别是按照本发明的位置测量装置的第五实施例的扫描板的上侧和下侧视图。

具体实施方式

通过下面对按照本发明的位置测量装置的实施例的详细描述，可以解决上述问题。在参照附图详细描述各实施例之前，首先说明一下各变型方案的共性。

这样不同的实施例各基于一个类似的扫描光路，在沿着测量分度的刻度线方向(＝y方向)看，一个适当激光源的准直光束垂直地投射到反射整体量具上。亦即，所有射在反射整体量具上的和由此反射的光束，其取向均垂直于刻度线方向，并因此处于一个由测量方向和反射整体量具的法线延伸形成的平面上。按照各实施例规定，该准直光束在此之前偏转或被分束，这在扫描光路中可以用一个或两个分束光栅进行。但也可以不进行这种类型的偏转或分束。

在反射整体量具上入射的光束进行反射、分束和回射为至少两个分光束(+/-1级衍射级)。这时它们在测量方向x上从远去的分光束各自分开地射到在扫描单元中的单独的扫描光栅上。这些扫描光栅、安排在后面的反射元件或可能时附加的90°棱镜或三棱镜导致横向辐射角的方向返回(亦即横向回射)，并由此在可能的整体量具的摩尔倾斜(Moiré-Verkippung)的情况下补偿误差引起的横向的射线偏转(所谓光学摩尔补偿)。否则这会导致信号调制度的显著破坏。此处摩尔倾斜应该理解为是反射整体量具和扫描单元围绕垂直于反射整体量具的轴线的倾斜。

结果分光束经历一次返回到反射整体量具上的回射，在这里它们被重复的衍射。这时，扫描光栅和反射整体量具的光栅常数或分度周期这样选择，在反射整体量具上第二次衍射之后，出射的分光束在一个对称的角度下射在扫描单元中的复合光栅上并在这里造成干涉。为此该复合光栅具有分度周期，其是这样选择的，入射的分光束的第一级衍射级的各一个在光轴的方向上进一步传播。由此在产生的第0级和第+/-1级衍射级中出现在复合光栅上的分光束彼此重叠并彼此干涉。复合光栅的结构，亦即其相位深度、间隙条宽度和可能时每个周期多个间隙条(Stege)的布置(超结构)，这样选择，使得在出射的分光束之间出现一定的相移，优选选择120°。或者复合光栅还可以这样设计，使得两个分光束在产生的衍射级中重新重叠，并检测产生的第+/-1级和第+/-2级衍射级。在这种情况下复合光栅结构的设计这样进行，使得在4个被检测的衍射级中出现4个各自相移约90°的信号。这些相移信号在一个后接的电子电路中放大，并用已知的方法转换为无偏移的0°和90°信号。

或者该复合光栅还可以做成所谓的与位置相关的偏转光栅。另外还可以把复合光栅和检测元件一起装在一个组件中作为所谓结构化的检测装置。

这样一种不使用偏振光学元件产生相移信号的方法显著地降低了相应的位置测量装置的制造成本和复杂性。因为偏振器平均吸收入射功率的一半，为此，与已知的带有偏振光学元件的系统相比，能量效率和位置测量装置的位置噪声大为改善。

为了在反射整体量具的可能的倾斜的情况下使位置测量装置的产生的误差保持在小的范围，并为了在扫描距离方面达到大的允许误差，扫描光学构造得(在分光束的分束和复合之间光路中)对一个平行于反射整体量具上测量分度的刻度线方向的平面对称，并平行于光轴，而且照明方向选择得与光轴平行。由此自动使两个干涉的分光束的光路长度相等。在刻度线方向上观察，该分光束垂直射在反射整体量具上。因此距离变化时不会在刻度线方向上移动。在测量装置上观察，依实施例的不同，或者不出现光束移动，或者两个光束只出现对称的光束移动。在光束移动上的这些关系给出一个有效的测量位置，其在扫描距离变化时也保持恒定。由此满足高精度位置测量装置的一个重要要求。

以下描述的实施例全都基于上面解释的本发明的基本原理，区别在于中性旋转点的位置、它们对污染的敏感度和各自的能量效率的不同。

第一实施例

下面参照图1a-1d说明按照本发明的位置测量装置的第一实施例。图1a和1b以示意图的形式在x-z平面的侧视图上表示扫描光路。在图1a中表示从光源11直至分光束射在反射元件15.1和15.2上的扫描光路，图1b表示分光束从射在反射元件15.1，15.2上起到检测元件16.1，16.2，16.3为止。图1c和1d表示带有安排于其上的光学元件的扫描板13上侧和下侧的顶视图。

在本示例中按照本发明的位置测量装置包括反射整体量具20以及与此相对的在至少一个测量方向x上可以移动的扫描单元10。要用位置测量装置确定其相对位置的对象被用已知的技术和方法与反射整体量具20及扫描单元10联系起来。此时可以大致涉及其相对位置必须精确测量的机械零件。借助于位置测量装置产生的信号和位置数据用未示出的跟踪电子装置和计算单元，例如用于控制机器，进一步处理。

在本实施例中表示一种位置测量装置，用线性延伸的反射整体量具20测量线性运动。根据本发明的思路当然还可以实现旋转位置测量装置。

下面将参照图1a-1d详细描述按照本发明的位置测量装置的第一实施例的扫描光路。

在所示的示例中从光源11，例如激光源发射的光束首先通过准直器光学元件12准直，亦即转变为一个平行光束。准直后的光束不偏转地穿过扫描板13的载体基片13.1。载体基片13.1形成为平面平行的玻璃板。在其上侧和下侧安排不同的光学元件。它们在扫描光路中的功能下面还将深入探讨。在图1c和1d上可以看到这些元件。

准直后的光束穿过扫描板13后第一次射在反射整体量具20上，亦即射在测量方向x上延伸的测量分度22上。测量分度22按已知的技术和方法由在测量方向x上周期地安排的带有不同的光学特性的部分区域22.1，22.2组成。刻度线形式的部分区域22.1，22.2在垂直于测量方向x的给定方向y(在下文中亦称刻度线方向)上延伸，并安排在反射整体量具20的载体21上。在所示示例中，测量分度22做成反射光相位光栅，其中部分分度22.1，22.2对入射光束具有不同的相移作用。测量分度的这种设计优选还有在第一顺序使衍射效率最大化。在下文中测量分度22的分度周期用TP_M表示，并定义为两个相继的部分区域22.1，22.2在测量方向x上的长度。在一个可能的实施例中，分度周期TP_M在1.1^*λ和10^*λ之间选择，其中λ为所用光源11的波长。因而在λ＝860nm的光源做成为VCSEL或LED的情况下，分度周期TP_M可以等于TP_M＝2μm。

第一次入射到反射整体量具20之后在第一入射点上入射光束分为两个回射到扫描单元10的分光束，其对应于+/-1级衍射级。在扫描单元10中回射的分光束首先穿过图1a所示的扫描板13下侧的扫描光栅14.1，14.2。在本示例中扫描光栅14.1，14.2形成为透射光栅。分光束用所限定的技术和方法从扫描光栅14.1，14.2偏转，于是便到达扫描板13上侧的平面反射元件15.1，15.2。这两个首先被穿过的扫描光栅14.1，14.2具有相同的分度周期，在下文中用T_PAG1表示。在本第一实施例中，扫描光栅14.1，14.2的分度周期T_PAG1选择得与测量分度22的分度周期TP_M不同。根据分度周期这种选择使该分光束穿过扫描光栅14.1，14.2后不垂直于扫描板13传播。

如图1b所示，反射元件15.1，15.2使分光束在反射整体量具20的方向上产生回射。在不同于第一入射点的第二入射点上第二次入射反射整体量具20之前，该分光束穿过另外两个扫描光栅14.3，14.4，它们同样安排在扫描板13的下侧。通过扫描光栅14.3，14.4透射的分光束在反射整体量具20各自第二入射点上进行再一次转向。再次被穿过的两个扫描光栅14.3，14.4具有相同的分度周期，在下文中用TP_AG2表示。

正如本申请人在DE 10 2005 029 917.2中所描述的，扫描光栅14.1，14.2具有双重的光学功能。一方面在测量方向x上起均匀周期的分度周期为TP_AG1或TP_Ac2的衍射光栅作用。另一方面，在整体量具平面的刻度线方向y上起圆柱形透镜的作用，其使入射分光束在反射元件15.1，15.2上聚焦，接着再次准直。在图1a和1b所示的示例中，扫描光栅14.1，14.2聚焦，而同时扫描光栅14.3，14.4使入射光束再次准直。反射元件和透镜的组合，正如本申请人在DE 10 2005 029 917.2中所描述的，表现为在整体量具20刻度线方向y上的回射元件。根据光束和圆柱形透镜的光轴之间在y方向上的偏移(Versatz)，同时在反射整体量具20上在第一和第二入射点之间的y方向上产生偏移。为了该扫描光栅可以同时承担所有这些光学功能，其应该做成带有弯曲的光栅线的光栅，正如在上述DE 10 2005 029 917.2中所描述的并在以下图1d示意地表示的，下面在这种类型的光栅结构方面还将谈到衍射的偏转/透镜元件。

因此，由带有承载基片13.1的扫描板13、扫描光栅14.1，14.2，14.3，14.4以及平面反射元件15.1，15.2构成的元件在所示的第一实施例中在扫描单元10侧面上起回射元件的作用。通过这些对来自反射整体量具20的分光束在反射整体量具20的方向上起回射-偏转的作用，以便第二次射在反射整体量具上。这里回射在给定的y方向上进行。

在按照本发明的位置测量装置第一实施例的以下变体中，还将参照图2a-2e解释回射元件的一个替代形成方法。

在图1a-1d所示的第一实施例中，在反射整体量具20上在各自的第二入射点上进行重复的衍射和入射分光束在扫描单元10的方向上的回射。用来产生信号的分光束在这里在对光轴OA相同的对称角度α₁，α₂下射在安排在扫描板13下侧的复合光栅14.5的同一地点上。

这里光轴OA平行于在这些图中给出的方向z。方向z在这里垂直于沿测量方向x和刻度线方向y伸展的平面。

在复合光栅14.5上经过重复的衍射后，最后三对干涉的分光束向安排在后面的三个检测元件16.1，16.2，16.3的方向传播。为此在这个示例中同样做成透射光栅的复合光栅14.5的分度周期TP_VA选择得出射多个产生的分光束，它们分别由两个入射分光束的共线重叠的、因而干涉的部分组成。当复合光栅14.5的两个第一级衍射级的各自一个使两个入射的分光束偏转得平行于光轴OA时特别有利。这里来自其衍射级相差2的衍射级的分光束彼此干涉。

在反射整体量具20和扫描单元10相对移动的情况下，在检测元件16.1，16.2，16.3的方向上传播的各对干涉的分光束之间就会造成光路差异。于是在检测元件16.1，16.2，16.3上，存在与位移有关的调制信号，其中这些检测元件各自相移120°。这些发生了相移的信号由安排在其后的未示出的随动电子电路用已知的技术和方法进一步处理。

这些信号的相移可以通过适当安排复合光栅14.5保证，这大致如同EP 163 362 B1所指出的。这里在复合光栅14.5上衍射时各个衍射级的不同相移，可以通过选择光栅结构相应调整。例如，优选是间隙条宽度相当于复合光栅14.4的周期TP_VG的1/3或2/3的相位光栅结构；间隙条的相移选择为120°或240°。或者在复合光栅14.5两侧上使用所谓超光栅结构(Ubergitterstrukturen)，正如从EP 446 691 B1已知的。

为了实现上述扫描光路，除上面已经讨论的确定尺寸的规则以外，还要遵守不同的扫描光栅14.1，14.2，14.3，14.4的分度周期方面一定的确定尺寸的规则。这些将在下面概略地加以描述。

分光束首次入射反射整体量具20(见图1a)之后在扫描板13.1下侧第一入射点离开光轴OA的距离b_a1按照以下关系式给出：

b_a1＝a·Tan(ArcSin(λ/TP_M)    (等式1.1)

式中：

a：＝反射整体量具20和扫描单元10之间的距离

λ：＝光源的波长

TP_M：＝测量分度的分度周期

若向后跟踪复合光栅14.5的光路，便得到分光束第二次入射反射整体量具20(图1b)之前投射扫描板13下侧的入射点的距离b_a2：

b_a2＝a·((Tan(ArcSin(λ/TP_VG)+Tan(ArcSin(λ/TP_VG+λ/TP_M)))  (等式1.2)

其中

TP_vG：＝复合光栅的分度周期

从扫描板13中在首先透射的扫描光栅14.1，14.2和接着透射的扫描光栅14.3，14.4之间经过的光路a_Roof中得到一方面在两个扫描光栅14.1，14.2之间的和另一方面扫描光栅14.3，14.4之间的辐射角αRoof：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{Roo}\text{f}}=\mathrm{ArcTan}\left(\frac{b_{a1}-b_{a2}}{a_{\mathrm{Roof}}}\right)$ (等式1.3)

现在由此可以确定扫描光栅14.1-14.4要求的分度周期TP_AG1，TP_AG2：

$\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}1}}=\frac{1}{{\mathrm{TP}}_M}-\frac{\mathrm{na}*\sin \left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{Roof}}\right)}{\mathrm{\λ}}$ (等式1.4)

$\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}2}}=\frac{1}{{\mathrm{TP}}_M}+\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{VG}}}+\frac{\mathrm{na}*\sin \left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{Roof}}\right)}{\mathrm{\λ}}$ (等式1.5)

式中：

n_a：＝扫描板的折射率

对于这种类型的位置测量装置实际上的性能，决定性的基本上是所谓中性旋转点的位置。所谓中性旋转点这里代表反射整体量具可以绕其倾斜而又不改变位置测量装置指示的位置值的这样一点。

从按照本发明的位置测量装置的第一实施例的扫描光路得出，系统的中性旋转点处于反射整体量具平面以下。若注意使中性旋转点处于反射整体量具的所谓中性光纤内，则反射整体量具可能的弯曲造成的负面影响将减到最小。

已经描述的第一实施例还可以稍加改变，其中分别用-1级(+1级)衍射级代替+1级(-1级)衍射级。在这种情况下，在上述确定尺寸的公式中用-TP_M代替TP_M，用-TP_AG1代替TP_AG1和用-TP_AG2代替TP_AG2。于是，在这种情况下，中性旋转点便处于反射整体量具以上。

第一实施例的变体

按照本发明的位置测量装置的第一实施例的另一个变体示意图2a-2e。

这里，对于前面在图1a-ld中说明的方案的决定性差异在于回射元件另一种配置。现在回射元件形成为其屋脊618.1取向平行于测量方向x的棱镜角为90°的屋脊棱镜618。屋脊棱镜618的下侧安排扫描光栅614.1-614.4以及复合光栅614.5，正如从图1e的屋脊棱镜618的下侧顶视图可以看出的。关于这种回射元件，还可参阅前言提到的WO2002/023131 A1。

其余对应于图1a-1d示例中的基本扫描线光路。

图2a和2b在不同的视图上示出以下扫描线光路：从光源611通过准直光学元件612，准直后的光束第一次入射反射整体量具的测量分度622、被衍射的分光束在扫描单元610方向上的回射、穿过扫描光栅614.1，614.2直至大约屋脊棱镜618的中间。在图2c和2d中以不同视图表示其他扫描线光路：分光束在反射整体量具620方向上的回射，该光束穿过扫描光栅614.3，614.4，第二次入射反射整体量具620、在扫描单元610方向上的第二次回射、穿过复合光栅614.5和三对干涉分光束向三个检测元件616.1，616.2，616.3传播。

如上所述，在按照本发明的位置测量装置的第一实施例这个变体中，为了进行回射，现在采用90°偏转棱镜形式的其屋脊618.1取向平行于测量方向x的屋脊棱镜618，代替图1a-1d的带有衍射圆柱形透镜或衍射偏转/透镜元件的扫描板元件和平面反射元件。屋脊棱镜618在中央区域有两个孔618.2，618.3或光学上不起作用的过孔，衍射光束穿过这些孔可以向反射整体量具620传播或者回射分光束可以向检测元件616.1，616.2，616.3传播。扫描光栅614.1-614.4形成为带有直线光栅间隙条(Gitterstegen)的周期性光栅，该光栅间隙条只在测量方向x上才对不同的分光束产生偏转作用。

按照本发明的位置测量装置第一实施例的这个变型方案不要求像上述示例那种类型的结构精细的扫描光栅，因而当制造这种精细的光栅结构由工艺决定的高成本或偏振性能对精细的光栅产生不利影响时，这是有利的。

基本上还可以实施采用各带有上面描述的两个回射元件方案的下面还要描述的实施例。就是说，在一种情况下，回射元件形成为在测量方向上与扫描光栅的偏转作用重叠的衍射圆柱形透镜(衍射偏转/透镜元件)，而且该回射元件在扫描板的上侧形成。在另一种情况下，回射元件形成为屋脊平行于测量方向x的90°屋脊棱镜的形式。

第二实施例

下面参照图3a-3d说明按照本发明的位置测量装置的第二实施例。这些图在原理上再次表示与图1a-1d上述示例相同的视图。

在该示例中，通过所实现的扫描光路或不同光学元件特别是扫描单元110的配置再次保证，在检测元件之前，一对分光束非平行入射复合光栅114.5，并在复合光栅114.5之后多对共线并干涉的分光束向检测元件116.1-116.3的方向传播。

下面只说明与图1a-1d的第一实施例的基本差别。所以是对第一示例的补充，在准直光束的光路中采取透射光栅的形式的分光光栅114.6安排在准直光学元件112之后。分光光栅114.6在这里具有分度周期TP_AG0，与在扫描光束的光路中安排在后面的复合光栅114.5的分度周期对应，就是说TP_AG0＝TP_VG。通过分光光栅114.6把光束分为两个被衍射的分光束，然后它们在反射整体量具120的方向上传播。在这个方案中这两个分光束在不同的位置上入射反射整体量具120的测量分度122，然后在这里各自分为其他分光束，它们在在扫描单元110的方向上被回射。回射的分光束在反射整体量具120上以+1.级和-1.级的衍射级偏转，入射扫描光栅114.1，114.2。它们使分光束在测量方向x上分别这样偏转，使之在这个平行于光轴OA的x方向上行进。按照图1a-1d的上述实施例，这个扫描光栅114.1，114.2在y方向上起衍射圆柱形透镜的作用，其使这些分光束重新聚焦在反射元件115.1，115.2上。随后扫描光栅114.3，114.4使分光束在y方向上准直，它们在测量方向x上偏转倾向反射整体量具120。因而该扫描光栅起衍射偏转/透镜元件的作用。随后的光束光路变化与图1a-1d实施例对应。

通过把分光光栅114.6加入扫描光路，在第二实施例中保证入射复合光栅114.5同一点的分光束射在这个光栅114.6上。与第一实施例相反，这对反射整体量具120和扫描单元110之间的所有扫描距离都有效。因而，按照本发明的位置测量装置的这个实施例提供稳定的输出信号，其还与所用的光源的波长波动无关。

回射功能像在图1a-1d的示例中一样在扫描单元110中通过扫描板113的组件实现。在其面向反射整体量具的下侧，如图3d所示，安排了扫描光栅114.1-114.4、复合光栅114.5以及分光光栅114.6。按照图3c的俯视图，在扫描板113的上侧安排了两个平面反射元件115.1，115.2。

在这个示例中，扫描光栅114.1，114.2的分度周期TP_AG1以及扫描光栅114.3，114.4的分度周期TP_AG2优选按下面的等式(2.1)确定：

$\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}1}}=\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}2}}=\frac{1}{{\mathrm{TP}}_M}+\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{VG}}}$ (等式2.1)

式中：

TP_M：＝测量分度的分度周期

TP_VG：＝复合光栅的分度周期

与第一实施例类似，在这个实施例中性旋转点的位置也在反射整体量具平面以下。通过用-TP_M代替TP_M，用-TP_AG1代替TP_AG1以及用-TP_AG2代替TP_AG2，再次可以说明这个实施例的修改，其中这时中性旋转点处于反射整体量具120的上面。

第二实施例的第一变体

现将参照图4a-4d说明第二实施例的第一变体。这些图也表示该位置测量装置与上面第二实施例相同的视图。

在扫描光束的原理光路方面，这个方案相当于分光光栅214.5安排在准直器光学元件212后面的前一示例。在这个示例中，其分度周期按以下等式(3.1)选择：

TP_AG0＝TP_VG＝TP_M  (等式3.1)

式中

TP_VG：＝复合光栅的分度周期

TP_M：＝反射整体量具的分度周期

本方案是第二实施例在1/TP_AG1＝1/TP_AG2＝0的一个特例。就是说，在扫描板213上该相应的结构不再在测量方向x上偏转，因而在y方向上形成为一个纯粹的菲涅耳圆柱形透镜。

扫描光栅214.1-214.4处于扫描板213的下侧，因而在这个方案中，与上一示例不同，在y方向上形成为菲涅耳圆柱形透镜，亦即不像图3a-3d那样形成为光栅-圆柱形透镜结构，为此尤其参见图4d，该图显示扫描板213的下侧和安排在那里的元件。

作为其替代方案，扫描光栅214.1-214.4还可以形成为具有优选反射方向的(geblazte)炫耀菲涅耳圆柱形透镜或偏离轴线的菲涅耳透镜。

基于在扫描单元210中扫描光栅214.1-214.4的这种构造，在所示示例中得出一个稍微不同于图3a-3d的前一示例的扫描光路。于是第一次入射到反射整体量具220上的分光束或用于产生信号的衍射级，正如在图4a看到的，现在向后垂直地回射到扫描单元210。

这种不同的扫描光路的结果是，在本示例中得到不同的中性旋转点的位置。与前一方案不同，其处于反射整体量具平面以上两倍扫描距离的高度上。因而对于按照本发明的位置测量装置的一定的应用，得出通过有目的的扫描光路设计使中性旋转点的位置处于希望的位置上的灵活可能性。

此外，这个示例的扫描光路基本上对应于图3a-3d的扫描光路。

若在本方案的另一个修改中用类似于图2a-2d的示例的屋脊棱镜代替由菲涅耳圆柱形透镜214.1-214.4和反射元件215.1，215.2构成的组合，就可以完全不用扫描光栅214.1-214.4，因为既不需要测量方向x上的偏转作用，又不需要y方向上的透镜作用。这少量的透射光栅会使相应的位置测量装置具有特别高的信号强度。

第二实施例的第二变体

按照本发明的位置测量装置的第二实施例的第二变体示于图5a-5e。这些图再次表示与图2a-2e上述示例相同的位置测量装置的视图。

图5a-5e的方案与前两个示例不同之处在于分光光栅的分度周期和反射整体量具320分度周期TPM的选择。特别是反射整体量具320的分度周期选择得使第一次入射到反射整体量具320上的分光束回射扫描单元310，使得衍射中从不同的地点回射的分光束在扫描光路中入射第一扫描光栅314.1-314.4之前交叉。

另一方面这个方案规定，为了转变扫描单元310中的回射功能，再次安排屋脊棱镜318，而且不利用上述布置。正如在图2a-2e的示例中已经描述的，屋脊棱镜318的屋脊安排得平行于测量方向x。屋脊棱镜318同样有两个孔318.2，318.3或光学上不起作用的过孔，衍射光束通过该孔可以传播到反射整体量具320或检测元件316.1，316.2，316.3。在屋脊棱镜318的下侧，按照图5e所示，安排了不同的扫描光栅314..1-314.4以及分光光栅314.6和复合光栅314.5。

这个方案的基本的扫描光路的其余走向类似第二实施例的扫描光路。

第二实施例的第二变体对反射整体量具一侧非常小的分度周期TP_M特别有利。通过在测量方向x上对测量分度的倾斜照明，还可以扫描其分度周期TP_M小于所用光源的波长λ的反射整体量具。这时理论上可扫描的最小分度周期TP_M相当于λ/2。

接着将简要地说明这个方案的一些确定尺寸的规则。

若在上列等式(2.1)中用-TP_M代替TP_M，用-TP_AG1代替TP_AG1，并用-TP_AG2代替TP_AG2，则对于不同的分度有：

$\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}1}}=\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}2}}=\frac{1}{{\mathrm{TP}}_M}-\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{VG}}}$ 式中：

TP_M：＝测量分度的分度周期

TP_VG：＝复合光栅的分度周期

因此，这样的光束的分束可能一方面透过分束光栅314.6，而另一方面从反射整体量具320向扫描板的方向回射，需要保持以下条件(4.2)有效：

TP_AG1>2*T_PM(等式4.2)

在波长λ＝670nm的情况下，适当选择的数值例如是TP_M＝0.5μm，TP_AG1＝TP_AG2＝1.3μm。

第三实施例

按照本发明的位置测量装置的第三实施例示于图6a-6d。这些图对应于图1a-1d，3a-3d，4a-4d的上述方案。下面仅就与这些示例的决定性差异进行说明。

于是现在规定，平行光束在准直光学元件412之后射在扫描板413上侧的分光光栅414.6上，并在那里分成两个分光束。接着这两个分光束到达扫描板413下侧的辅助分光光栅414.7。通过辅助分光光栅414.7保证这两个被分束的分光束射在反射整体量具420上相同的入射点上。如图8d所示，辅助分光光栅414.7还可以由两个单独的光栅结构组成。

接着如上例所示，从反射整体量具420第一次回射之后，该分光束到达扫描光栅414.1-414.4，然后从反射元件415.1，415.2再次转向反射整体量具的方向，并在该分光束第二次射在反射整体量具420的同一地点之前，穿过扫描光栅414.3，414.4。从那里再次在扫描单元410的方向上回射。现在在扫描单元中分光束在对称的角度下彼此分开射在扫描板413下侧的辅助复合光栅424.5上，辅助复合光栅424.5也可以如图6c所示，由两个单独的光栅结构组成。辅助复合光栅424.5保证，在三对干涉的分光束在检测元件416.1，416.2，416.3的方向上传播之前，该分光束在对称的角度α₁＝α₂下再次一起射在复合光栅414.8上。

因此，在这个示例中得到保证，首先通过分光光栅414.6分束的分光束射在反射整体量具420相同的地点上或测量分度422上。特别是在受到局部污染的情况下由意义，这使所有的信号分量受到均匀的影响。

在不同光栅确定尺寸方面，给出以下要保持的条件：

a₁·Tan(ArcSin(λ/(nA·TP_AG))＝a₂·Tan(ArcSin(λ/TP_AHG)    (等式5.1)

式中：

a₁：＝扫描板的光栅平面之间的距离

a₂：＝反射整体量具和扫描单元之间的距离

n_A：＝扫描板的折射率

TP_AG：＝分光光栅414.6的分度周期

TP_AHG：＝辅助分光束414.7的分度周期

在该实施例的情况下必须满足：

$\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}1}}=\frac{1}{{\mathrm{TP}}_M}+\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AHG}}}-\frac{1}{{\mathrm{TP}}_{\mathrm{AG}}}$ (等式5.2)

TP_VG＝TP_AG  (等式5.3a)

TP_AHG＝TP_VHG(等式5.3b)

式中：

TP_AG：＝分光光栅的分度周期

TP_AHG：＝辅助分光光栅的分度周期

TP_AG1：＝扫描光栅414.2的分度周期

TP_M：＝反射整体量具的分度周期

TP_VG：＝复合光栅的分度周期

TP_VHG：＝辅助复合光栅的分度周期

当在这个示例中遵守上述确定尺寸的规则时，系统的中性旋转点处于反射整体量具420的平面上。

用具有优选反射方向的炫耀光栅代替辅助分光光栅414.7及辅助复合光栅414.5可以改善基于这个示例的位置测量装置的总效率，这使所用的第一级衍射级的效率优化。通过在y方向上倾斜照明也可以起到同样的作用。这时辅助分光光栅414.7和辅助复合光栅414.5这样形成，使得反射整体量具420在y方向上被垂直照明。

第四实施例

下面参照图7a-7d说明按照本发明的位置测量装置的第四实施例。

从光源鬃511和检测元件516.1-516.3之间所用的光栅个数看，这个方案对应于图1a-1d的方案，亦即，所叙述的第一个实施例。但与此的差异在于，扫描光栅514.1-514.4形成得使通过其来自反射整体量具520的分光束点聚焦在扫描板513上侧的一些预设的反射元件515上。其余相当于第一实施例的基本扫描光路。

在这个示例中，在扫描光路中的不同光栅的分度周期方面，要遵守以下条件：

TP_VG＝TP_M    (等式6)

式中：

TP_VG：＝复合光栅的分度周期

TP_M：＝反射整体量具的分度周期

扫描光栅514.1，514.2再次代表与一个衍射透镜组合的偏转光栅。在这个实施例中，这些衍射透镜形成为圆柱形对称透镜，集中在偏转光学光轴OA上。它们使分光束聚焦在扫描板513上侧的回射元件515上。重叠的偏转光栅以一个有效的分度周期TP_AG1＝TP_M偏转。

扫描光栅514.3，514.3仅仅形成为集中在偏转光学系统的光轴OA上的圆柱形对称衍射透镜。其不施加附加的重叠的偏转作用(1/TP_AG2＝0)，而是使聚焦在扫描板513上侧的分光束准直。

在本示例中，在遵守这个条件的情况下中性旋转点大体处于反射整体量具上方的扫描光栅的高度上。

第五实施例

按照本发明的位置测量装置的第五实施例示于图8a-8d。这些附图再次与上述方案的附图对应。下面也是仅就与上述示例的决定性差异作一说明。

所示的第五实施例还对应于上面参照图5a-5d说明的第三实施例。与第三实施例不同之处在于，规定为回射元件的屋脊棱镜用组合的偏转-透镜元件714.1-714.4代替，其不是圆柱形透镜元件，而是普通的透镜元件。通过其入射的分光束不仅在反射整体量具720的刻度线方向y上，而且在回射元件715.1，715.2的测量方向x上聚焦，或者反射后再次准直。这使入射分光束完全转向。这个完全转向的效果是，在反射整体量具720上第二次被反射后，两个分光束的辐射方向不再取决于反射整体量具720可能的倾斜。这在复合光栅之后出射的分光束通过透镜717.1，717.2，717.3聚焦在小的检测元件716.1，716.2，716.3上时，可以有利地加以利用。检测元件716.1，716.2，716.3上的入射点即使在反射整体量具720可能的倾斜时仍保持稳定，因此允许使用特别小因而响应迅速的检测元件716.1，716.2，716.3，另外还可以使用光纤进行检测。

除已经描述的示例外，在本发明的范围内自然还有其他实施的可能性。

这样，像LED和带有横向单模和多模结构的激光器都可以利用。横向多模垂直发射的激光二极管(VCSEL)或LED特别有利，因为这样可以避免干扰性的斑点形成。因为在所有实施例下，两个入射分光束的入射点优选一起落在复合光栅上，即使在横向多模光源下也可以得出高的信号调制。

还可以采用所谓结构化检测器安排代替复合光栅和光敏元件用于各个出射的产生的衍射级。例如，结构化检测器安排还可以从DE 100 22619 A1得知，并由平行安排的带状光敏检测元件组成，其中每隔N个光电检测器在电气上连接在一起。这样的结构化检测器安排提供N个信号，它们彼此有360°/N的相移，N优选是3和4。

在所有实施例中在一个角度下射在一起的分光束在复合光栅的位置上发生干涉，并形成一个带条系统，其带条周期对应于复合光栅分度周期的一半。通过适当选择分度周期TP_M，TP_AG1，TP_AG2带条图形周期可以调整得这样大，使得它们可以用一个结构化检测器安排测量。带条图形周期优选具有40μm或更大的数值。结构化检测器安排优选位于两个共同投射的分光束的交叉点上。在这种情况下，光栅状光敏元件结构代表复合光栅。优选可以通过相应选择分度周期TP_M，TP_AG1，TP_AG2使交叉点处于扫描板上侧的平面上。

在另一个检测方案中，复合光栅还可以形成为与位置有关的偏转光栅。例如，一个这样的与位置有关的偏转光栅可以参见美国专利US5497226。通过两个分光束的干涉在复合光栅或与位置有关的偏转光栅的位置上形成的带条图形系统，与位置有关的偏转光栅相互作用，具有与带条图形系统相同的分度周期。因为与位置有关的偏转光栅在每个分度周期中有多个带条状分区域。每个这样的分区域在分度周期上和/或在子光栅对测量方向x的取向上不同。它们使两个入分光束射偏转到各自一个属于分区域的检测元件上。根据带条图形系统相对于与位置有关的偏转光栅的各个分区域的最大值位置，各个分区域得到强度不同的照明，使得所属的检测元件给出一个调制的信号。

这个实施例优选在复合光栅大的分度周期TP_VG下使用，因为这时出射分光束的角度分割小，因而这可以不分开在光敏元件上偏转。

在反射整体量具的小的分度周期下，其衍射效率和相移作用取决于入射光束的偏振。为了避免这样的与偏振相关性对信号的有害作用，优选只使用具有共同偏振方向的线性偏振光束，其不是平行于刻度线方向，就是平行于测量方向。为此不是安排相应取向的激光二极管，就是在衍射光束光路中使用相应校准的偏振器。

使用衍射透镜和偏转元件的组合时，根据辐射截面上弯曲的光栅步距，可能出现不同的衍射状态。因此为了避免可能出现的与偏振相关的信号畸变，优选可以在光束光路中两个分光束在最后穿过衍射透镜之后，同样地汇集到一个偏振器。在这种情况下该偏振器的校准优选再次选择得平行于测量方向或平行于比例尺的刻度线方向。

最后，在替代实施例方面还要指出，上述第五实施例(图8a-8d)的既在测量方向x上又在整体量具的刻度线方向y上聚焦的回射元件，自然也可以与其他实施例组合等等。

Claims (25)

1.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。

2.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，该对分光束与光轴(OA)成相等的角度(α1，α2)对称地射在复合光栅上。

3.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，该复合光栅形成为透射光栅，并具有这样的分度周期(TP_VG)，使得其保证入射的分光束的偏转在多个共线地出射的衍射级中进行，这些衍射级施加在安排在其后的检测元件上。

4.按照权利要求3的位置测量装置，该复合光栅形成得使入射的分光束通过其发生这样的偏转，使得共线出射的衍射级中的一个垂直于分度平面地传播。

5.按照权利要求4的位置测量装置，该复合光栅形成为相位光栅，并且其间隙条高度和间隙条宽度的尺寸这样确定，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。

6.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，复合光栅和检测元件形成为结构化检测配置。

7.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，该复合光栅形成为与位置有关的偏转光栅。

8.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，该扫描单元包括多个扫描光栅以及至少一个复合光栅，其中它们是镜对称安排的，而且其中对称平面垂直于测量方向(x)并平行于光轴(OA)。

9.按照上述权利要求中至少一个的位置测量装置，其特征在于，在扫描单元中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(x)。

10.按照上述权利要求中至少一个的位置测量装置，其特征在于，在该扫描单元中的回射元件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。

11.按照权利要求10的位置测量装置，其特征在于，该透镜元件形成为衍射透镜元件，偏转元件形成为扫描光栅，共同形成为组合的衍射光栅-透镜元件。

12.按照权利要求10的位置测量装置，其特征在于，透镜元件形成为圆柱形透镜形式的衍射透镜元件，前在反射整体量具的刻度线方向(y)上具有聚焦作用。

13.按照权利要求10的位置测量装置，其特征在于，该透镜元件形成为圆柱形对称的透镜元件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(y)上，而且在测量方向(x)上具有聚焦作用。

14.按照权利要求10的位置测量装置，其特征在于，回射元件包括一个平面平行的载体基片，在其面向反射整体量具的一侧上安排多个光栅，并在其背向反射整体量具的一侧上安排至少一个平面反射元件。

15.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，两个分光束的入射地点在复合光栅上重合。

16.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，至少一个回射元件在一个载体元件上形成为单片构件。

17.按照权利要求1的位置测量装置，其特征在于，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(x)并平行于光轴(OA)。

18.按照权利要求1-16中至少一个的位置测量装置，其特征在于，扫描单元(10)这样形成，使得从光源(11)发射的光束通过准直光学元件(12)准直后

-第一次射在反射整体量具(20)上，在这里被分为两个向扫描单元(10)回射的分光束，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(10)中通过回射元件经历沿反射整体量具(20)方向的回射，其中该分光束分别两次透射扫描光栅(14.1，14.2，14.3，14.4)；

-第二次射在反射整体量具(20)上的分光束经历重复的衍射和沿扫描单元(10)方向的回射；

-在扫描单元(10)中至少一对被回射的分光束在与光轴(OA)对称的角度(α1，α2)下射在复合光栅(14.5)上的同一地点上。

19.按照权利要求1-17中至少一个的位置测量装置，其特征在于，扫描单元(110；210；310；710)这样形成，使得由光源(111；211；311；711)发射的光束通过准直光学元件(112；212；312；712)准直后

-通过扫描单元(110；210；310；710)中的分光光栅(114.6；214.6；314.6；714.6)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(120；220；320；720)的方向上传播；

-然后该分光束第一次射在反射整体量具(120；220；320；720)上的不同的地点上，在这里分别分为多个向扫描单元(110；210；310；710)回射的对应于不同衍射级的分光束；

-该至少两个回射的分光束在扫描单元(110；210；310；710)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各两次穿过扫描单元(110；210；310；710)；

-第二次射在反射整体量具(120；220；320；720)上的不同地点上的分光束经历重复的衍射并向扫描单元(110；210；310；710)的方向回射；

-在扫描单元(110；210；310；710)中至少一对回射的分光束在与光轴(OA)对称的角度(α1，α2)下射在复合光栅(114.5；214.5；314.5；714.5)上的同一地点。

20.按照权利要求19的位置测量装置，其特征在于，

-扫描单元(210)中的扫描光栅(214.1-214.4)形成为菲涅耳圆柱形透镜，其焦线处于回射元件(214.1，214.2)的平面内，并且

-分光光栅(214.6)的分度周期(TP_AG2)选择得与复合光栅(214.5)的分度周期(TP_AG1)及与反射整体量具(220)的分度周期(TP_M)相等。

21.按照权利要求19的位置测量装置，其特征在于，该反射整体量具(320；720)的分度周期(TP_M)这样选择，使得在扫描单元(310；710)方向上回射的分光束在第一次射在扫描光栅(314.1-314.4；714.1-714.4)上之前交叉。

22.按照权利要求21的位置测量装置，其特征在于，该反射整体量具(320；720)的分度周期(TP_M)选择得小于所用的光源(311；711)的波长(λ)。

23.按照权利要求20的位置测量装置，其特征在于，至少一个回射元件形成为组合的偏转/透镜元件(714.1，714.2，714.3，714.4)。

24.按照权利要求1-17中至少一个的位置测量装置，其特征在于，扫描单元(410)这样形成，使得从光源(411)发射的光束通过准直光学元件(412)准直后

-通过分光光栅(414.6)分成两个分光束；

-然后这两个分光束到达辅助分光光栅(414.7)，借此使该分光束的至少一部分这样转向，使得在反射整体量具(420)的方向上传播的分光束射在反射整体量具(420)上的同一入射点上；而且

-射在反射整体量具(420)上的分光束分别分成多个向扫描单元(410)回射的分光束，它们对应于不同的衍射级；

-该至少两个回射的分光束在扫描单元(410)中通过回射元件沿到反射整体量具(420)的方向回射，其中该分光束各两次穿过扫描光栅(414.1，414.2，414.3，414.4)；

-第二次射在反射整体量具(420)的同一地点上的分光束经历一次重复的衍射和在扫描单元(410)的方向上的回射；

-在扫描单元(410)中至少一对回射的分光束射在辅助复合光栅(414.4)的不同地点上，在此经历一次重复的衍射和分束，使得至少另外两个传播的分光束在与光轴对称的角度下射在复合光栅(414.8)的同一地点上。

25.按照权利要求1-16中至少一个的位置测量装置，其特征在于，扫描单元(510)这样形成，使得从光源(511)发射的光束通过准直光学元件(512)准直后

-第一次射在形成为反射光衍射光栅的反射整体量具(520)上，在此分成两个向扫描单元(510)回射的对应于两个不同衍射级的分光束；

-该两个回射的分光束在扫描单元(510)中通过回射元件在反射整体量具(520)的方向上回射，其中该分光束各两次穿过扫描光栅(514.1，514.2，514.3，514.4)，并在第一次透射扫描光栅(514.1，514.2，514.3，514.4)时该分光束在一个平面反射元件(515)上的同一入射点上产生点聚焦；

-第二次射在反射整体量具(520)上的分光束经历重复的衍射和在扫描单元(510)方向上的回射；

-在扫描单元(510)中，至少一对回射的分光束在与光轴(OA)对称的角度下射在复合光栅(514.5)上的同一地点上。

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