CN102589420B - 光学位置测量设备 - Google Patents

Abstract

光学位置测量设备。本发明涉及一种用于检测扫描单元以及计量用具的相对位置的光学位置测量设备，所述扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向彼此活动地布置。扫描单元包括光源、第一圆环形扫描分度、反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。在扫描单元方向上传播的分射线束经由第一扫描分度射到反射元件上并且在测量分度方向上遭受反射，其中分射线束在至测量分度的路径上经过第一扫描分度。在重新施加测量分度之后，在扫描单元方向上传播的分射线束出现叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受转向。在那里可检测多个与位置有关的、相移的扫描信号。

Description

光学位置测量设备

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量设备。

背景技术

这种类型的光学位置测量设备从US6,831,267B2中是已知的；尤其是在此参照图11和50。在该出版物中所建议的位置测量设备用于高分辨率地检测扫描单元和具有测量分度的计量用具的相对位置，其中扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向彼此运动。扫描单元包括光源、第一圆环形扫描分度、可直接布置于其之后的反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。反射回扫描单元的分射线束经由第一扫描分度和反射元件再次在测量分度的方向上被反射，其中分射线束在至测量分度的通路上又穿过第一扫描分度。第一扫描分度被构造为圆光栅。这种圆光栅由同中心的光栅支杆(Gittersteg)组成，所述同中心的光栅支杆径向等距地布置。当在测量分度处重新反射之后，在扫描单元方向上传播的分射线束发生叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受偏转，在此处多个与位置有关的扫描信号可被检测。通过在测量分度或计量用具与第一扫描光栅之间的光程中的附加极化光学器件彼此正交地极化两个分射线束，使得借助于已知的极化光学方法在探测单元中在计量用具和扫描单元相对运动的情况下可产生高分辨率的、相移的扫描信号。

从US6,831,267的两个所提及的图中已知的光学位置测量设备由于在很大程度上的圆柱体对称性而应该在扫描单元相对于计量用具的倾斜方面具有非常大的容差；尤其是在此应该相对于所谓的莫尔倾斜(Moiré-Verkippungen)存在特别的不敏感性。对此理解为扫描单元和计量用具围绕旋转轴的倾斜，所述旋转轴垂直于测量分度平面来取向。

但是，对这种光学位置测量设备的所实施的模拟得出所建议的扫描光学系统的各种各样的弱点。因此，测量分度和第一扫描分度非常不同地影响衍射的分射线束的波前。尤其是，第一扫描分度的圆光栅显著地使波前失真，因为光栅支杆圆形地弯曲。这样构造的第一扫描分度不适于扫描线性测量分度。在所分裂的分射线束中得到大的波前失真，这导致扫描信号的十分小的调制度。因为波前失真横向于射线方向强烈增加，所以从光源入射的射线束的射线截面必须选择得非常小。作为结果由此得出光学测量设备的高污染和故障敏感性。

但是还更严重的是，在所建议的光学位置测量设备中的大的波前失真导致极小的加装、运行和制造容差。在这样的加装、运行和制造容差的情况下产生两个分射线束的小的侧向位移。在大的波前失真的情况下，所述小的侧向位移导致显著的局部相移和从而导致叠加的分射线束的不足的干涉。这又导致扫描信号强度的显著下降。在模拟时所确定的十分小的加装和制造容差可以仅在少数应用情况下被接受。在此涉及以下情况，即在所述情况下一方面要求大的莫尔倾斜容差，而另一方面所有其他容差必须比在商业上通用的光学测量设备的情况下小得多。

发明内容

本发明的任务是，说明一种高分辨率的光学位置测量设备，其对于扫描单元相对于具有测量分度的计量用具的以下倾斜具有不灵敏性，所述倾斜的轴垂直于测量分度层面来取向，并且所述倾斜同时相对于计量用具的其他倾斜和位移具有大的容差。

本发明光学位置测量设备包括扫描单元和具有测量分度的计量用具，其中扫描单元和计量用具沿着至少一个测量方向(x)彼此运动。扫描单元具有光源、第一圆环形扫描分度、反射元件、分束元件以及探测单元。从光源发出的射线束射到测量分度上，在此处分裂成至少两个分射线束。在扫描单元方向上传播的分射线束经由第一扫描分度射到反射元件上。在反射元件处，分射线束在测量分度方向上遭受反射并且在至测量分度的通路上经过第一扫描分度。在重新施加测量分度时，在扫描单元方向上传播的分射线束发生叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受转向，在此处可检测多个与位置有关的、相移的扫描信号。第一扫描分度被构造，使得由此使从测量分度入射到所述第一扫描分度上的分射线束聚焦到反射元件上。另外，经由第一扫描分度进行分射线束的再准直，所述分射线束当在反射元件处反射之后在测量分度方向上传播。

在此，另外可以规定，

-在所分裂的分射线束的光程中布置至少一个极化光学器件，经由所述器件，两个在测量分度处分裂的分射线束彼此遭受线性或圆正交极化，和

-在探测单元中在多个光电子探测元件之前布置极化器。

可能的是，经由至少一个极化光学器件要么

-在两个正好相反地布置的扇区中得到分射线束的正交极化，要么

-得到线性极化，所述线性极化在方位角上地点有关地在圆周上旋转180°。

作为极化光学器件例如可以在分射线束的扫描光光程中布置至少一个高频光栅。

此外可能的是，反射元件被构造为极化光学器件。

在另一实施形式中可以规定，多个被构造为延迟板的极化光学器件在分射线束的扫描路程中布置在测量分度和第一扫描分度之间或在第一扫描分度和反射元件之间。

优选地，叠加的分射线束在第二次施加测量分度之后沿着光轴传播。

有利地，第一扫描分度利用二次相位函数根据

${\mathrm{\φ}}_{A1}\left(r\right)=-\frac{\mathrm{\π}}{d_M\·r_0}\·r^2$

被构造为衍射环形透镜，其中

Φ_A1(r)：＝与半径有关的相位函数

r:＝半径

d_M：＝测量分度的分度周期

r₀：＝射到衍射环形透镜上的主射线的径向间距。

另外可能的是，分射线束在第一次施加第一扫描分度之后平行于光轴传播。

最后，除了极化光学组件之外可以与光轴圆柱形对称地构造第一扫描分度和反射元件，并且从光源发出的射线束沿着光轴传播。

可以规定，测量分度

-作为一维线性分度或

-作为二维线性分度或

-作为径向分度或

-作为圆分度来构造。

此外，可以将衍射结构布置在扫描板的区域中，其中从光源发出的射线束经过所述区域，其中衍射结构用作从光源入射的射线束的准直透镜和/或用作从测量分度入射的叠加的分射线束的光栅分束器，并且其中在扫描板的前侧和后侧布置第一扫描分度和反射元件或相反地布置。

在可能的实施形式中，探测单元可以具有分束器，所述分束器对入射的叠加的分射线束在空间上进行分裂并且在分裂的分射线束射到光电子探测元件上之前，所述分裂的分射线束分别通过极化器。

另外，可能的是，分束器被构造为光栅分束器。

在本发明光学位置测量设备的另一变型方案中，在分射线束的光程中可以布置光学延迟分段。

作为本发明光学位置测量设备的决定性优点得出在其他倾斜和位置容差同时大的情况下相对于扫描单元和计量用具的莫尔倾斜的期望的高容差。由此，本发明光学位置测量设备也具有大的加装和运行容差。这可以决定性地归因于将第一扫描分度构造为具有优化的相位特性曲线和相间隔的反射器的衍射环形透镜，所述反射器位于衍射环形透镜的焦平面中。由此可以使扫描光程中的干扰波前失真最小化。

此外，可能的是，在扫描计量用具或测量分度时以足够大的射线截面工作，这又导致小的污染敏感性。

附图说明

从根据附图对多个实施例的以下描述中得出本发明的其他优点以及细节。

在此：

图1示出本发明光学位置测量设备的第一实施形式的强烈示意化的图示；

图2a、2b分别示出图1的光学测量设备的组件的视图；

图3示出图1的光学位置测量设备的探测单元的强烈示意化的图示；

图4示出本发明光学位置测量设备的第二实施例的强烈示意化的图示；

图5a、5b分别示出图4的光学位置测量设备的组件的视图；

图6示出图4的光学位置测量设备的探测单元的强烈示意化的图示；

图7示出本发明光学位置测量设备的第三实施形式的强烈示意化的图示；

图8示出本发明光学位置的第四实施形式的强烈示意化的图示；

图9a、9b分别示出图8的光学位置测量设备的组件的视图；

图10示出图8的光学位置测量设备的强烈示意化的图示；

图11示出本发明光学位置测量设备的第五实施形式的强烈示意化的图示；

图12示出图11的光学位置测量设备的组件的视图；

图13示出本发明光学位置测量设备的第六实施形式的强烈示意化的图示；

图14示出图13的光学位置测量设备的组件的视图；

图15示出本发明光学位置测量设备的第七实施形式的强烈示意化的图示；

图16示出图15的光学位置测量设备的组件的视图；

图17示出本发明光学位置测量设备的第七实施形式的第一变型方案的示意化表示的组件。

具体实施方式

在下面详细阐述本发明光学位置测量设备的不同具体实施例之前，提前阐述所有变型方案所基于的扫描原理。

因此规定，由光源的优选准直的射线束沿着光轴照射计量用具或在其上所布置的反射或透射测量分度。在测量分度处得出入射的射线束分裂或衍射成+1./-1.衍射级的两个分射线束，所述分射线束在扫描单元的方向上传播。分射线束接着分别经由第一扫描分度被聚焦到在光程中后置的反射元件上。第一扫描分度在此情况下优选地被构造为圆柱形对称的衍射环形透镜。鉴于反射元件的具体扩展存在根据具体实施例还要详细阐述的多种可能性。因此，例如反射元件可以作为反射式第二扫描分度或又可以作为镜和一个或多个极化光学器件的组合来构造等。反射元件布置在圆柱形对称的衍射环形透镜的焦平面中。接着由反射元件在第一扫描分度的方向上反射回两个分射线束。

此外，经由在扫描光程中适当地构造组件保证，在扫描分度或计量用具处分裂的两个分射线束彼此正交地被极化。因此，分射线束例如可以彼此遭受线性正交极化或又可以彼此遭受圆形正交极化。为此，可以在光程中将不同的元件之一构造为极化光学器件。因此，例如可以规定，将测量分度或必要时多个扫描分度中的至少一个构造为极化光学器件。此外可能的是，在扫描光程中布置附加的极化光学器件，例如延迟小板和/或极化器等。

在第二次经过第一扫描分度时，由反射元件反射回的分射线束经由重新衍射分别被再准直和接着作为准直的分射线束在测量分度或计量用具的方向上传播。在测量分度处，射到的分射线束分别以+1./-1.衍射级遭受重新衍射。这样，所反射的分射线束再次被叠加成唯一的射线束，所述射线束在第二次施加测量分度之后沿着光轴在从光源入射的射线束的方向上传播。经由在反射回的分射线束的光程中所布置的非极化光学分束元件，使叠加的分射线束对与在相反方向上传播的入射的射线束分离并且在探测单元的方向上转向。探测单元包括不同的极化光学器件以及多个光电子探测元件用于从入射到其上的叠加的分射线束对中产生至少两个相移的扫描信号。在计量用具与扫描单元相对运动的情况下，这样得出多个彼此相移的扫描信号或增量信号，其可以以常见的方式被继续处理。

优选地，在此情况下在扫描单元中布置光源、第一扫描分度、反射元件、分束元件以及探测单元，所述扫描单元可相对于具有测量分度的计量用具在至少一个测量方向上运动。

除了已经在上面提及的优点之外，本发明光学位置测量设备的扫描光程提供一系列相对于已知的光学位置测量设备的其他优点。

第一扫描分度的被两次经历的衍射环形透镜与在焦平面中所布置的反射元件的组合在光学作用方面得出后向反射器。该后向反射器将入射的均匀的射线束再次转换成相反地返回的重又均匀的射线束。与圆光栅不同，在此情况下不产生显著的波前失真。

因此，可以将所建议的扫描光栅优选地构造为平坦的衍射透镜，其可以比折射透镜精确得多并且以更少的制造成本来制造。在分射线束中的利用这样的扫描光栅得出的波前变形此外比在折射透镜的情况下小得多。

此外，由于衍射透镜的可自由选择的孔径可以以简单的方式构造环形透镜。环形透镜仅影响偏转的分射线束而不影响在环形透镜的中心穿过的射线束。由此可以防止，照射射线束和在相反方向上传播的叠加的射线束必须沿着光轴经历相同的透镜。因为必须特定于斜着入射到聚焦装置上的分射线束来优化环形透镜，所以所述环形透镜完全不适用于将照射射线束准直到光轴上并且产生大的波前像差。因此，通过衍射环形透镜简单地限制孔径允许分开地影响中心的射线束和斜着偏转的分射线束。由此才能够足够地最小化本发明位置测量设备的波前像差。

当然可以在环形透镜内设置用于准直照射射线束的另一衍射透镜，该另一衍射透镜相应地对于准直功能被优化。在折射透镜的情况下，在具有不同偏转功能的环形区域和中心区域中的这种孔径分离是不可能的，因为高度精确的抛光工艺不准许斜的过渡。

另外，在第一扫描分度中优化地选择环形透镜的相位特性曲线和最佳地选择光学位置测量设备的其他参数允许在本发明光学位置测量设备侧的特别大的加装、运行和制造容差。

此外，通过轴向照射和轴向射出的叠加的射线束保证，扫描光程从分裂直至分射线束的叠加是严格圆柱形对称的。与圆柱形对称的偏离仅涉及扫描光程中的仅仅影响分射线束的极化而不影响其射线方向或其射线地点的器件。与圆柱形对称的该偏离是必要的，以便产生多个相移的扫描信号。

在本发明的范围中另外可以通过单体构造保证特别无漂移的扫描光学系统，其中例如在扫描板的两侧施加第一扫描分度和反射元件。

现在下面描述本发明光学位置测量设备的不同的具体实施形式，其分别基于前述的扫描原理。

第一实施形式

本发明光学位置测量设备的第一实施形式根据图1、2a、2b和3来阐述。图1在此情况下示出光学位置测量设备的强烈示意化的图示，图2a和2b分别示出位置测量设备的组件的视图以及图3示出探测单元的强烈示意化的图示。

本发明光学位置测量设备如在图1中可看出的那样包括具有测量分度11的计量用具10以及为此在所说明的测量方向x上运动的扫描单元20。在本实施例中，测量分度11在此情况下被构造为反射测量分度。计量用具10和扫描单元20通常与两个(未示出的)彼此沿着测量方向x可移动的对象、例如机器组件相连接，其中可确定其相对位置。经由位置测量设备所产生的扫描信号被输送给用于继续处理的同样未示出的控制单元，例如机器控制装置。

下面现在根据图1、2a、2b描述第一实施例的扫描光程。

线性极化的和准直的光源21的照射射线束首先不偏转地穿过非极化分束元件22并且然后沿着光轴Z通过扫描板23的中心窗区域在计量用具10的方向上偏转。计量用具10的表面上的线性测量分度11(其光栅常数或分度周期下面用d_M表示)将入射的光栅以+/-1.衍射级分裂成两个所反射的分射线束。两个所反射的分射线束然后与光轴Z对称地射到透射的第一扫描分度24上，所述透射的第一扫描分度布置在扫描板23的前侧并且与计量用具10具有间距D_A，所述间距D_A下面也称为扫描间距D_A。在此情况下将扫描板23的朝向计量用具10的侧称为扫描板23的前侧，将扫描板23的相反的侧称为后侧。第一扫描分度24在该实施例中被构造为透射的、衍射的环形透镜，其将两个入射的分射线束与光轴Z平行地偏转并且同时聚焦到扫描板23的后侧。在扫描板23的具有扫描板厚度D_G的后侧布置反射元件25。因此，经由第一扫描分度24将入射到其上的分射线束聚焦到反射元件25上。该反射元件25在本实施例中被构造为反射高频光栅形式的环形第二扫描分度，所述反射高频光栅仅以第零衍射级反射。高频光栅用于正交极化两个射到其上的分射线束，如下面还要更精确阐述的那样。此外，高频光栅以光学方式如镜那样起作用，使得两个入射到其上的分射线束与最初的入射的射线走向相反地无射线偏移地返回。两个分射线束于是再次到达扫描板23的前侧上的第一扫描分度24。分射线束经由被构造为衍射环形透镜的第一扫描分度在经过时被再准直并且同时与光轴Z斜着地被偏转。接着，两个分射线束再次重叠地射到计量用具10上，所述计量用具在以+1.或-1.衍射级重新衍射之后对所述分射线束进行反射并且共线地沿着光轴Z叠加。接着，叠加的射线束重新穿过扫描板23的内部窗区域并且由非极化分束元件22转向到探测单元26上。在探测单元26中产生相移的扫描信号，如下面还要详细描述的。

下面更详细地阐述本发明光学位置测量设备的不同组件的有利的扩展可能性以及功能。

光源21优选地被构造为半导体激光二极管，其发射波长范围λ＝400nm-1500nm中的辐射。例如带状导体激光二极管或者VCSEL光源(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser(垂直腔面发射激光器))适合作为光源21。为了避免引起测量误差的纵向模式跳跃，可以以电流调制的方式运行半导体激光二极管，如这例如在申请人的DE102004053082A1中所述的那样。调制频率在此情况下优选地可以选择得高于探测单元26的未示出的光电元件放大器的输入带宽，使得可以不出现对扫描信号的相应调制。半导体激光二极管的这样的电流调制也掩饰(wegmitteln)与干扰射线束的可能出现的干涉。所述电流调制必要时可以通过在扫描板23的窗区域处或者在测量分度11处以0.衍射级反射照射射线束而产生。由于相同的原因可以优选具有低于1mm的短相干长度的纵向和/或横向多模半导体激光二极管作为适当的光源21。在特殊的情况下，尤其是在小的扫描间距D_A或小的扫描板厚度D_G的情况下，也可以使用LED作为光源21。

对于在扫描单元20和计量用具10的高活动速度时应该提供高测量精度的位置测量设备，通常必须定义在触发测量之后准确的测量时刻。在时间上准确确定的测量时刻可以通过对半导体激光二极管的脉动式运行来保障。此外，短的脉冲持续时间缩短半导体激光二极管的相干长度，使得与干扰射线束的上述干涉同样可以通过脉动式运行来有效地抑制。

具有大约180°的相差和大约d_M/2的支杆宽度的反射相衍射光栅特别好地适合作为计量用具10的侧上的测量分度11，其中第零衍射级被抑制。在此情况下，测量分度11的分度结构的准平坦的构造也是有利的。在该处指出，替代于反射测量分度当然在本发明光学位置测量设备中也可以使用透射测量分度。

在本发明光学位置测量设备的该第一实施例中，测量分度11被构造为一维线性分度。对此可替代地，也可以规定，测量分度被构造为二维线性分度、径向分度或圆分度和/或其组合。各个所述变型分案在下面的描述中还要更详细地予以阐述。

在扫描板24(其在图2a中以俯视图示出)的前侧上的第一扫描分度24具有衍射环形透镜的光学功能性并且优选地被结构化为多级全息图，在本例总被结构化为透射结构。

这也包括2级全息图的最简单情况，这对应于二元相衍射光栅，其具有大约180°的相差和一半局部光栅常数d_M的数量级的局部支杆宽度。

随着这种多级全息图的级数，衍射效率升高并且从而可获得的信号强度升高。但是因为制造耗费也增加，所以4级全息图是良好的折衷。如果相应的制造方法(例如铸造)可供使用，则连续的浮雕走向原则上也是可能的。

第一扫描分度24的环形透镜的分度结构通过相位函数Φ_A1(r)来定义，该相位函数作为在准直的照射时与光轴Z的间距r的函数来描述射出的第一衍射级的相移。在将环形透镜构造为多级全息图的情况下，相位函数Φ_A1(r)通过阶跃函数来近似，其中该函数的每个阶跃级对应于浮雕高度。相位函数Φ_A1(r)仅与半径r有关的隐性条件保证所述衍射环形透镜的圆柱形对称。

为了最佳地选择相位函数Φ_A1(r)，例如可以使用数字优化方法。为此首先借助于优化参数a_n(n＝1，2，...N)描述相位函数Φ_A1(r)。多项式解题途径例如得出

${\mathrm{\φ}}_{A1}\left(r\right)={\Σ}_{n=1}^N{a}_n\·r^n.$ (方程1)

理想地，具有理想波前的分射线束必须分别从衍射环形透镜中射出，所述分射线束在扫描板23的后侧产生衍射受限的聚集。这样的理想波前Φ_deal(x，y)通过

${\mathrm{\φ}}_{ideal}(x,y)=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·n_G\·(\sqrt{{(x-x_F)}^2+{(y-y_F)}^2+{D_G}^2}-D_G)$ (方程2)给出，其中

n_G：＝扫描板的折射率

(x_F，y_F)：＝所期望的侧面聚焦地点

D_G：＝扫描板的厚度。

所期望的侧面聚焦地点(x_F，y_F)在该实施例中与相应分射线束的主射线在第一扫描分度24上的射中点相同。为了优化，可以如此无限制地选择坐标系，使得测量分度11在x方向上偏转并且因此

(x_F，y_F)＝(r₀，0)(方程3)

成立。

半径r₀在此情况下表示射到衍射环形透镜上的主射线的径向间距并且以以下方式通过在测量分度处的衍射给出

$r_0=\frac{\mathrm{\λ}/d_M}{\sqrt{1-{(\mathrm{\λ}/d_M)}^2}}\·D_A,$ (方程4)

其中

D_A：＝扫描间距。

与理想波前Φ_ideal(x，y)相比，从衍射环形透镜中射出的波前的波前像差δΦ_A1(x，y)于是得出为

${\mathrm{\δ\φ}}_{A1}(x,y)=\frac{2\mathrm{\π}}{d_M}\·x+{\mathrm{\φ}}_{A1}\left(\sqrt{x^2+y^2}\right)-{\mathrm{\φ}}_{ideal}(x,y).$ (方程5)

在方程5中的第一项在此情况下再现入射的分射线束在测量分度11处衍射之后的波前。通过适当地选择优化参数a₁，a₂，...a_N应该射线中点(r₀，0)的周围环境中的所述波前像差最小化：

|δφ_A1(r₀+Δx，Δy|²→Min(方程6)

这样的数字优化对于技术人员而言容易地是可能的。优化可以利用附加的要求来改良。因此，例如可以在光学位置测量设备的确定的容差的情况下引入波前像差的同时的最小化。

但是如果遵守以下的附加条件，则除了概述的数字优化之外对于上述优化也存在非常好的和简单的分析解决方案：

$D_G=\frac{d_M\·n_G\·r_0}{\mathrm{\λ}}$ (方程7)

在该条件下，最佳解决方案为

$a_2=-\frac{\mathrm{\π}}{d_M\·r_0},a_n=0$ (对于所有n≠2)。(方程8)

从而与方程1一起得出衍射环形透镜的优化的相位函数：

${\mathrm{\φ}}_{A1}\left(r\right)=-\frac{\mathrm{\π}}{d_M\·r_0}\·r^2$ (方程9)

按照方程5的波前像差得出为：

${\mathrm{\δ\φ}}_{A1}(r_0+\mathrm{\Δ}x,\mathrm{\Δ}y)=-\frac{\mathrm{\π}}{d_M\·r_0}\·({\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δy}}^2)-\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·n_G\·\sqrt{{\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δy}}^2+{D_G}^2}$ (方程10)

在Δx和Δy中作为多项式展开，以最低多项式级得出：

${\mathrm{\δ\φ}}_{A1}(r_0+\mathrm{\Δ}x,\mathrm{\Δ}y)\≈+\frac{\mathrm{\π}\·n_G}{4\·\mathrm{\λ}\·{D_G}^3}\·{({\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δy}}^2)}^2.$ (方程11)

方程9意味着，第三等级的所有多项式级(例如彗星像差)被最小化。第四等级的第一多项式级产生，例如球形像差。该解决方案的剩余的小波前像差在衍射环形透镜处第二次衍射之后再次导致非常好地准直的分射线束，所述分射线束在测量分度11或计量用具10处第二次衍射之后几乎理想地叠加并且从而提供特别大的扫描信号。通过这种方式也使加装、运行和制造容差最大化。

如果在方程7和8中使用方程4，则得出

$D_G=\frac{n_G\·D_A}{\sqrt{1-{(\mathrm{\λ}/d_M)}^2}},a_2=-\frac{\mathrm{\π}\·\sqrt{1-{(\mathrm{\λ}/d_M)}^2}}{\mathrm{\λ}\·D_A}.$ (方程12)

因为在大多情况下测量分度11的分度周期d_M明显大于波长λ，所以两个参数D_G和a₂几乎与分度周期d_M无关。这意味着，利用这样的扫描光学系统可以彻底地扫描具有不同分度周期d_M的测量分度11。由此，与非常大的莫尔倾斜容差一起得出其他应用可能性，如在下面还要阐述的。

图2示出扫描板23的后侧上的反射元件25或第二扫描分度的示意化俯视图。第二扫描分度在本例中如第一扫描分度24那样被构造为环形的；但是作为第二扫描分度设置具有优选小于λ/n_G的局部光栅常数的反射高频光栅。这样保证，在两个分射线束几乎垂直地入射到第二扫描分度时仅能产生第零衍射级。高频光栅因此首先作为镜作用于入射到其上的分射线束。该高频光栅的光栅结构现在如此来选择，使得由其反射的分射线束的不同的极化特性与本地光栅方向或光栅构成(例如支杆高度和支杆宽度)无关地产生。由此可能的是，利用所述光栅参数的与地点无关的变化同样使极化特性与地点无关。在所示的实施形式中，根据图2b设置具有彼此垂直的光栅方向的圆环形高频光栅的两个一半。光栅支杆被构造为金属的支杆并且用作线性极化器。只有平行于光栅支杆的极化方向分别被反射。如在图2b中所示的那样，两个分射线束分别射到高频光栅的两个一半之一上。因为入射的射线束的极化方向以与两个光栅方向成45°的方式选择，所以两个分射线束通过这种方式彼此正交地被极化。反射元件25的高频光栅或反射元件25在该例中因此用作极化光学器件。

在图3中示意化地示出第一实施例的探测单元26。从左边入射到所述探测单元上的叠加的分射线束首先射到λ/4延迟板26.1上，该λ/4延迟板将两个正交极化的分射线束的线性极化变成右圆或左圆极化。被构造为光栅分束器的接着的分束器26.2将叠加的分射线束以0.和+/-1.衍射级在空间上分裂成三个叠加的分射线束。所述分射线束接着经历三个极化器26.3a、26.3b、26.3c并且最后射到三个探测元件26.4a、26.4b、26.4c上。探测元件26.4a、26.4b、26.4c提供扫描信号S₀、S_-120和S₊₁₂₀。通过相对彼此旋转三个极化器26.3a、26.3b、26.3c分别60°得到扫描信号S₀、S_-120和S₊₁₂₀的分别120°的互相相移。然后以已知的方式在适当的后续电子系统中进一步处理相移的扫描信号S₀、S_-120和S₊₁₂₀。

本发明光学位置测量设备的该实施形式的莫尔倾斜容差通过反射元件25或此外设置的第二扫描分度来限制。因为两个分射线束分别在高频光栅的一半上的焦点必须保持，以便在反射之后总是保证所定义的线性和彼此正交的极化，所以可实现几乎+/-90°的莫尔倾斜容差。从极化作用来看，第二扫描分度如镜那样行为。如果将扫描光学系统的射线几何形状仅仅理解为射线进行的位置和方向而不理解为分射线束的极化状态，则该扫描光学系统的射线几何形状从两个分射线束的分裂直至其叠加完全是圆柱形对称的。

第二实施形式

下面根据图4、5a、5b和6来阐述本发明光学位置测量设备的第二实施形式；在此情况下仅仅讨论与第一实施例的决定性区别。

在本发明光学位置测量设备的该变型方案中，第一扫描分度124被构造为透射的、衍射的环形透镜，其但是现在引起在第一次经历之后射出的分射线束相对于法线方向径向偏转角度α。两个分射线束的焦点重新位于反射元件125上，所述反射元件又被构造为第二扫描分度。由于角度α，焦点与光轴Z的径向间距r₁与在第一扫描分度124上的分射线束的径向间距r₀不相同。第二扫描分度因此必须除了正交极化之外引起分射线束的径向偏转，以便所述分射线束再次相反地返回。该附加的径向偏转通过以下方式来实现，即第二扫描分度的高频光栅有具有圆形支杆的叠加的圆光栅结构。圆光栅的径向光栅常数d_R为此以以下方式来选择：

$d_R=\frac{\mathrm{\λ}}{2\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)}$ (方程13)

此外，在本发明光学位置测量设备的本实施形式的第二扫描分度中的高频光栅如此来构造，使得局部地如λ/4延迟板那样起作用，所述λ/4延迟板的定向通过高频光栅的光栅方向给出。该定向如在第一实施例中那样在第二扫描光栅的两个一半中彼此正交地来选择，使得入射的分射线束变成左圆或右圆极化的分射线束，其中所述入射的分射线束如照射光栅那样以与两个光栅方向成45°地被线性极化。

高频光栅优选地由高折射介电材料来构建，所述高折射介电材料由平面的干涉镜层或平面的金属镜来覆盖。例如在WanjiYu等人的出版物Reducedwavelength-dependentquarter-waveplatefabricatedbyamultilayeredsubwavelengthstructure(Appl.Optics.Vol,45,No.12,p.2601ff,2006)中找到适当的高频光栅的示例性描述。

因为高频光栅这里不用作吸收或透射极化方向的极化器，而是用作延迟板，所以所反射的光强度得以提高并且从而信号强度也得以提高。

在图6中所示的探测单元126中，在该例中可以取消前述实施例的输入侧的λ/4延迟板，因为两个分射线束已经正交地圆极化。此外，探测单元126的构造对应于第一实施例的探测单元的构造。

在本第二实施例中，两个扫描光栅分开地被施加在两个单独的扫描板123a、123b上并且通过空隙分开。该空隙在安装光学位置测量设备时如此被调整，使得得到最大信号强度。通过这种方式可以均衡部件容差，例如光源的波长变化。

第二实施例的扫描光学系统的射线几何形状从两个分射线束的分裂直至其叠加再次是圆柱形对称的。可获得的莫尔倾斜容差再次为几乎+/-90°。

第三实施形式

在图7中类似于前述图示示出了本发明光学位置测量设备的第三实施形式。

又规定，将第一扫描分度224构造为透射的、衍射的环形透镜。在第一次经历环形透镜时射出的分射线束如在第一实施例中那样平行于光轴Z被偏转(α＝0)。在所述分射线束射到反射元件225上之前，所述分射线束接着分别穿过λ/8延迟板227.1、227.2，所述反射元件当前被构造为镜。λ/8延迟板227.1、227.2与镜的组合在本发明光学位置测量设备的该实施形式中代替头两个实施例的第二扫描分度。

从关于221发出的光栅的线性极化与两个λ/8延迟板227.1、227.2如此彼此定向，使得两个分射线束在两次穿过λ/8延迟板227.1、227.2之后具有左圆或右圆极化并且从而被彼此正交地极化。探测单元226如在根据图6的第二实施例中那样被构造。

如果不提供用于为第二扫描光栅制造复杂的高频光栅的可能性，以便这样适当地调节极化方向，则本发明位置测量设备的该实施形式尤其是有利的。代替之对于极化方向的期望的定向，在两个分射线束中使用商业上通用的λ/8延迟板227.1、227.2，其例如由石英晶体组成。在该实施例中，因此，延迟板227.1、227.2用作极化光学器件，用以在分裂的分射线束中适当地调整极化方向。替代于将延迟板227.1、227.2布置在第一扫描分度224和反射元件225之间也可以规定，在分裂的分射线束的光程中将延迟板227.1、227.2布置测量分度211和第一扫描分度224之间。

第四实施形式

本发明光学位置测量设备的第四实施例在图8、9a、9b和10中示出。

在该变型方案中，不同于以前所述的例子，第一扫描分度224被施加在扫描板223的后侧并且将反射元件225或第二扫描分度施加在扫描板223的前侧。不仅第一扫描分度224而且反射元件225的扫描分度在此情况下在反射中被使用。由此特别良好地防止所述扫描分度免受污染，例如手指印或水冷凝。通过这种方式，光学位置测量设备的污染非敏感性显著提高。

光源321的准直的照射射线束这里借助于未示出的λ/4延迟板圆极化并且首先穿过分束器322并且然后穿过扫描板223的内部窗区域。接着，射线束由计量用具310上的测量分度311以+/-1.衍射级分裂成两个分射线束。两个由测量分度311反射的分射线束接着经由扫描板323的前侧的内部窗区域到达扫描板323的后侧上的反射第一扫描分度324。在图9a中以俯视图示出的第一扫描分度324在此情况下再次被构造为衍射环形透镜。在经由第一扫描分度324衍射之后，两个分射线束与光轴Z平行地被聚焦到扫描板323的前侧上的反射元件325或同样为反射的第二扫描分度上。在图9b中示出的环形的第二扫描分度这里再次被构造为反射金属高频光栅。通过高频光栅的极化作用，以0.衍射级反射的分射线束分别具有线性极化。所述分射线束的定向再次通过高频光栅的局部支杆方向来确定。如从图9b可看出的那样，局部支杆方向沿着方位角伸展连续地旋转180°。所基于的光栅相位可以按照下面的关系Φ_P(x，y)来形成：

${\mathrm{\φ}}_P(x,y)=\frac{2\mathrm{\π}}{d_P}\·(r_1+\sqrt{x^2+y^2})\·sin\left(\frac{arctan2(y,x)}{2}\right),$ (方程14)

其中r₁＝r₀：＝两个分射线束在第二扫描分度上的焦点的半径

d_P：＝高频光栅的局部光栅常数

arctan2：＝继续的arctan函数。

在正好相反地相对的位置处的局部支杆方向在此—至少在半径r₁处—彼此正交。因为两个分射线束在计量用具310的任意莫尔倾斜Rz时恰好射在这样的正好相反的地点处，所以所述分射线束总是被彼此正交地极化。不过，在莫尔倾斜Rz的情况下，两个分射线束的极化一起旋转一半的角度，使得需要特别的探测单元326用于产生适当的扫描信号。

这种探测单元的原理构造在图10中示意化示出。在本发明位置测量设备的该实施形式中，在探测单元326中现在使用交叉光栅326.2用于将入射的叠加的光栅分裂成六个叠加的分射线束。这些叠加的分射线束中的每一个均在射到探测元件326.4a-326.4f和被转换成扫描信号之前经历极化器326.3a-326.3f。在两个所述叠加的分射线束的情况下，此外λ/4延迟板326.5a、326.5b被插入到极化器326.3b、326.3e之前。在其他描述的过程中，使用极化状态的庞加莱(Poincaré)表示，这例如在专业书籍M.Born，E.Wolf：PrincipleofOptics(CambridgeUniversityPress，1999；S.32，33)中得以描述。极化器326.3b、326.3e和λ/4延迟板326.5a、326.5b的取向如此来选择，使得在叠加的射线束的极化状态的庞加莱表示中通过探测元件326.4a-326.4f探测以下状态：

线性极化：S0：0°，S45：45°，S90：90°，S135：135°；

圆极化：S+：左圆，S－：右圆。

通过这种方式可以探测叠加的射线束的每个极化状态，这在庞加莱表示中对应于庞加莱球上的准确定位。

通过适当地分析六个扫描信号可以在每个莫尔倾斜角度Rz时确定位置相位。但是该实施形式可以在不限制莫尔倾斜Rz的情况下来运行。不过，在本发明光学位置测量设备的该变型方案投入使用时可以解释测量方向x上的模棱两可性。因为测量分度310的正和负衍射方向不能区分，所以必须基于附加的信息来确定测量方向x的符号。为此例如可以产生附加的信号或者从其他源分析适当的信息。在投入使用之后，所选择的测量方向x即使在任意的莫尔倾斜Rz的情况下也被保持。

第五实施形式

本发明光学位置测量设备的第五实施例在很大程度上对应于前述第四实施形式并且在图11和12中示出。

为了准直从关于421发出的射线束，现在使用具有透镜功能的衍射结构427。

该结构427在此情况下布置在扫描板423的上侧上的区域中，其中从关于421发出的射线束经历所述区域。具体而言，在该例中将结构427插入到扫描板423的上侧的第一扫描分度424的衍射环形透镜内。衍射结构427准直光源421的发散入射的射线束。

另外，经由衍射结构427还实现另一光学功能性。因此，该衍射结构同时用作交叉光栅形式的光栅分束器并且将从测量分度411返回的叠加的射线束分裂成6个叠加的分射线束。示意性地在图12中作为2级全息图示出了衍射结构427的相衍射光栅结构。在该图示中可以识别环形的菲涅耳透镜，其与棋盘状的场装置重叠，在所述棋盘状的场装置中，菲涅耳透镜的局部结构是可逆的。在测量分度411处第二次衍射之后叠加的、沿着光轴Z射出的分射线束通过衍射结构427被分裂成六个叠加的分射线束并且同时被聚焦。由此可以使用较小的探测元件426.4a-426.4f，这又能够实现紧凑的构造。此外，叠加的分射线束从光轴Z被偏转并且从而与光源421的照射射线束分开。衍射结构427因此也用作分束器。

如在第四实施例中那样，在探测元件426.4a-426.4f之前的极化器426.3a-426.3f和λ/4延迟板326.5a、326.5b形式的极化光学器件用于产生扫描信号S0、S45、S90、S135、S+和S－。

本发明光学位置测量设备的第五实施形式相对于第四实施形式能够实现紧凑得多的结构类型。可替代地，代替用于准直和分束的组合的衍射结构427当然也可以设置用于准直透镜和分裂光栅的分开的衍射器件。

第六实施形式

本发明光学位置测量设备的第六实施形式在图13和14中示出。

在该变型方案中设置计量用具510的扫描，其中布置于其上的反射测量分度511被构造为交叉光栅，也即被构造为两维线性分度。交叉光栅在所说明的X和Y方向上具有相同的分度周期，并且例如可以以棋盘结构被构造为具有180°相差的相衍射光栅。在扫描单元520的侧上类似于所述的第一实施例设置两个几乎相同的扫描光学系统。第一扫描分度524.1、524.2和反射元件525.1、525.2被施加在共同扫描板523的两个相对侧上。在每个扫描位置处，测量分度511以分别四个第一衍射级衍射光源521.1、521.2的入射的照射光栅，所述衍射级用针对X或Y方向的两个指数来表示：(1，0)、(－1，0)、(0，1)、(0，－1)。所有四个第一衍射级分别通过扫描板523的前侧上的被构造为衍射环形透镜的第一扫描光栅524.1、524.2聚焦到扫描板523的后侧上。与第一实施形式不同，被构造为第二扫描分度的反射元件525.1、525.2被限制为扇区形的。如在图14中所示，相应反射元件525.1、525.2的两个正好相反地相对的扇区被分配给每个扫描位置，所述扇区分别包含高频光栅，所述高频光栅的光栅支杆如从图14中可以看出的那样彼此正交。因此在每个扫描位置处，仅射到两个扇区之一上的正好相反的分射线束被反射。两个扫描位置的扇区彼此旋转90°，使得在第一扫描位置中仅反射测量分度的在X方向上偏转的衍射级(1，0)和(－1，0)并且在第二扫描位置中仅反射在Y方向上偏转的衍射级(0，1)和(0，－1)。通过这种方式保证，第一扫描位置仅在X方向上测量和第二扫描位置仅在Y方向上测量。第二扫描分度的扇区的角度开口为最大90°并且允许几乎+/-45°的最大莫尔倾斜容差。

第七实施形式

本发明光学位置测量设备的第七实施形式在图15、16中示出；图17示出光学位置测量设备的该实施形式的第一变型方案的组件。

在该实施形式中，在两个分裂的分射线束之一的光程中插入光学延迟分段。如在图15中所示，用于两个分射线束的两个反射元件625a和625b不布置在相同的层面中，而是沿着光轴在z方向上彼此推移小的数值ΔD_G。相应地，扫描分度624被分成两个一半，所述两个一半分别将所述的分射线束聚焦到反射元件625a或625b上。基于该措施，两个分射线束经历不同长的光学路径，其相差数值n_G·ΔD_G，其中n_G是扫描板623的折射率并且ΔD_G说明扫描板623的厚度。通过这种方式在分射线束干涉的情况下得出相移，所述相移与光源621的波长有关。两个分射线束的正交极化在此情况下不再是必要的。

该实施形式的所述的探测单元626在图16中以示意化的形式示出。所述探测单元仅包含一个探测元件626.4，所述探测元件产生扫描信号S0。为识别方向在位置测量设备中需要的相移的扫描信号通过对关于621的波长的适当调制来获得。相移的扫描信号的这种产生的原理在SusumuMakinouchi等人的出版物Anevaluationofamodulatedlaserencoder(Prec.Eng.35(2011)302－308)中得以描述。光源621在此情况下在波长方面高频地被调制，由此扫描信号S0的相应的相位调制产生。它通过接着的在图16中未示出的分析电子系统分析并且提供用于识别方向的需要的信息。半导体激光二极管的波长的调制是特别简单的，其方式是，所述半导体激光二极管的电流源被调制。在上述出版物中找到对扫描信号S0的分析的详细描述。

如果在一方面光源621、分束器622和探测单元626与另一方面扫描板623之间引入在图中未示出的光学纤维连接或光波导，则本发明光学位置测量设备的该实施形式是特别有益的。在此，唯一的光学纤维可以从光源621向扫描板623传输光束并且同时将两个叠加的分射线束从扫描板623传输回探测单元626。在该处不仅单模纤维而且多模纤维适合作为光学纤维。

此外，可以有利地将分束器622实施为极化分束器并且如此选择光源621的线性极化，使得光源621的射线束在无减弱的情况下由分束器622透射。未示出的λ/4延迟板在射线进程中布置在极化分束器622之后，所述λ/4延迟板产生通过的射线束的圆极化。从扫描板623返回到该λ/4延迟板的叠加的分射线相反地圆形地极化并且通过λ/4延迟板转化成线性极化，所述线性极化与光源621的发出的射线束的极化正交。极化分束器622将所述射线束无减弱地反射到探测单元626。由此使本发明光学位置测量设备的信号强度得以优化并且使信号噪声最小化。

本发明光学位置测量设备的第七实施形式的第一变型方案可以基于从WO2011/000715A1已知的原理来构造。在此，优选地使用具有非常短的相干长度的光源，例如LED或超发光二极管，所述光源现在不再在波长方面被调制。所选择的光源的相干长度在此情况下应该尽可能地小于光学延迟分段n_G·ΔD_G。用于本发明光学位置测量设备的该变型方案的探测单元626′在图17中示意化地示出。被构造为光栅的分束器626.1将两个入射的叠加的分射线束分裂成两个二次同样是叠加的分射线束。两者分别在刚性地与分束器626.1相连接的光栓626.2处被反射并且传播回分束器626.1，所述分束器于是用作汇合光栅。两个二次、叠加的分射线束之一两次经历玻璃板626.3，使得由此构造用于分射线束的第二光学延迟分段。第二光学延迟分段、也即玻璃板626.3的厚度在此如此被确定大小，使得其与来自根据图15的构造中的第一光学延迟分段的厚度一致。由于光源621的短相干长度，仅在扫描板623中经历了较短的路径和在第二延迟分段中通过玻璃板626.3而经历了较长的路径的分射线束与在扫描板623中经历了较长的路径和在第二延迟分段中经历了较短的路径的该分射线束干涉。所有其他分射线束对可以由于光源621的短相干长度而不干涉。在分射线束返回时作为汇合光栅起作用的光栅626.1以已知的方式如此被设计，使得以得出的0.和±1.衍射级射出的射线束彼此分别相移120°并且通过相应的探测元件626.4a－626.4c被转换成扫描信号S+120、S0、S－120。如果在一方面光源621、分束器622和探测单元626′与另一方面扫描板623之间应该使用光学纤维连接，则该变型方案也是特别有利的。

其他实施可能性

除了本发明光学位置测量设备的不同的迄今详细阐述的实施例之外，显然在本发明的范围中得出其他实施可能性。不同的变化可能性下面简短地予以简述。

通过调整方程12得出：

$D_G=n_G\·D_E,a_2=-\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}\·D_E}$ (方程15)

其中 $D_E=\frac{n_G\·D_A}{\sqrt{1-{(\mathrm{\λ}/d_M)}^2}}$ (方程16)

相应的第一扫描分度通过参数λ、n_G和D_E完全地确定。在此不直接得到测量分度的分度周期d_M，而是仅间接地通过根据方程16的长度D_E。只要长度D_E保持恒定，则也可以利用相同的扫描光学系统扫描测量分度的非常不同的分度周期d_M。在此，可以容易地根据方程16仅匹配扫描间距D_A，使得长度D_E保持恒定。因为长度D_E与分度周期d_M的依赖性小，所以也可以在不匹配扫描间距D_A的情况下扫描测量分度的分度周期d_M的另一范围。

由此与大的莫尔倾斜容差相组合而得出其他选项。因此可能的是，以非常大的加装和运行容差扫描也作为径向分度所构造的测量分度。在径向分度的情况下，局部分度周期d_M在径向方向上变化，而在方位角方向上出现莫尔倾斜。因此，可以利用同一扫描光学系统不仅扫描线性测量分度而且扫描径向分度，这意味着用于本发明位置测量设备的服务和制造的显著优点。但是相同的扫描光学系统同样可以扫描具有圆分度的计量用具。利用根据第七实施形式的扫描光学系统也可以扫描由径向分度和圆分度的叠加构成的测量分度，其局部再次表示交叉光栅分度。

在本发明光学位置测量设备的另一变型方案中，也可以通过其他极化光学部件正交极化两个分射线束。因此，例如可以将第一扫描分度构造为组合的衍射器件，所述组合的衍射器件除了环形透镜的功能(根据图2a)之外也承担两个分射线束的正交极化的功能(根据图2b)。该组合导致环形的高频光栅，所述环形高频光栅在两个一半中具有正交的支杆方向并且有菲涅耳透镜形式的超结构。通过组合图9a和9b的结构对于无限制的莫尔倾斜Rz的扩展当然同样是可能的。

此外，在第三实施例中也可以在光程中在测量分度和第一扫描分度之间引入λ/8延迟板。代替λ/8延迟板也可以使用两个线性、彼此正交的极化器。

如果有必要在360°的全莫尔容差范围中扫描作为交叉光栅所构造的测量分度，则可以通过不同地选择在X和Y方向上的分度周期来使测量分度的两个衍射方向可区别。根据第四实施形式两个并排布置的扫描光学系统或扫描单元于是扫描这种测量分度。所述扫描光学系统或扫描单元可以分别如此被修改，使得第一扫描光学系统仅扫描测量分度的X方向并且第二扫描光学系统仅扫描测量分度的Y方向。这例如可以通过以下方式实现，即反射元件的第二扫描分度的径向伸展选择得如此小，使得通过测量分度的分别不要扫描的分度周期产生的分射线束由于稍微不同的半径不再射到。

如果所要求的莫尔倾斜容差小于+/-45°，则此外可以限制扇区上的第一扫描分度和反射元件或第二扫描分度。在位于其间的扇区中可以施加以不同方式确定大小的第一或第二扫描分度。因此可以根据扫描光学系统相对于计量用具的安装来使用该一个或另一分扫描光学系统。不同地确定分扫描光学系统的大小例如可以被用于扫描测量分度的非常不同的分度周期。在测量分度的非常不同的分度周期的情况下，也可以分别布置径向并排地相应确定大小的第一或第二扫描分度，其根据所使用的测量分度的分度周期有效地被使用或不被使用。

对于正交极化的分射线束的极化光学相位探测，在现有技术中存在多个已知的变型方案。所述变型方案大多结合极化编码的干涉仪来描述。在此，大多极化和非极化分束器与延迟板和极化器组合地被使用。当然同样可以在本发明光学位置测量设备中使用这样的已知的极化光学相位探测器。

此外，最后也可能的是，将本发明光学位置测量设备构造为具有计量用具的透光系统，所述计量用具具有透射测量分度。在该情况下，于是在扫描单元中在计量用具的侧布置光源和探测单元并且在相反的侧布置第一扫描分度和反射元件。

在本发明的范围中原则上同样可设想的是，光源以及探测单元不直接布置在扫描单元中，而是在空间上与之远离。于是经由适当的第一和第二光波导将照射光栅输送到扫描单元或将叠加的分射线束输送到探测单元。在扫描单元中，第一光波导的耦合输出侧的端部用作光源并且第二光波导的耦合输入侧的端部用作探测单元。

来自各个实施形式的不同的所述措施当然也可以在本发明光学位置测量设备的其他变型方案中相互组合等等。

Claims (15)

1.用于检测扫描单元和具有测量分度的计量用具的相对位置的光学位置测量设备，其中所述扫描单元和所述计量用具能沿着至少一个测量方向相对运动，和

－所述扫描单元包括光源、第一圆环形扫描分度、反射元件、分束元件以及探测单元，和

－从所述光源发出的射线束射到所述测量分度上，在所述测量分度处分裂成至少两个分射线束，

－在扫描单元方向上传播的分射线束经由第一圆环形扫描分度射到所述反射元件上，

－分射线束从反射元件在测量分度的方向上遭受反射并且在至测量分度的路径上经过第一圆环形扫描分度，和

－在重新施加测量分度之后，在扫描单元方向上传播的分射线束产生叠加并且经由分束元件在探测单元方向上遭受转向，在探测单元处能检测多个与位置有关的相移的扫描信号，

其特征在于，

第一圆环形扫描分度(24；124；224；324；424；524.1，524.2；624)这样被构造，使得

－经由其从测量分度(11；111；211；311；411；511；611)入射到所述第一圆环形扫描分度上的分射线束聚焦到反射元件(25；125；225；325；425；525.1，525.2；625a，625b)上，和

－经由其再准直分射线束，所述分射线束在反射元件(25；125；225；325；425；525.1，525.2；625a，625b)处反射之后在测量分度(11；111；211；311；411；511；611)方向上传播。

2.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，

－至少一个极化光学器件布置在分裂的分射线束的光程中，经由所述至少一个极化光学器件，两个在测量分度(11；111；211；311；411；511)处分裂的分射线束彼此遭受线性或圆正交极化，和

－在探测单元(26；126；226；326；526.1，526.2)中在多个光电子探测元件(26.4a－26.4c；126.4a－126.4c；326.4a－326.4f；426.4a－426.4f)之前布置极化器(26.3a－26.3c；126.3a－126.3c；326.3a－326.3f；426.3a－426.3f)。

3.根据权利要求2所述的光学位置测量设备，其特征在于，经由所述至少一个极化光学器件要么

－在两个正好相反布置的扇区中得到分射线束的正交极化，要么

－得到线性极化，所述线性极化在方位角上与地点有关地在圆周上旋转180°。

4.根据权利要求2所述的光学位置测量设备，其特征在于，作为极化光学器件，至少一个高频光栅被布置在分射线束的扫描光程中。

5.根据权利要求2所述的光学位置测量设备，其特征在于，反射元件(25；125；525.1，525.2)被构造为极化光学器件。

6.根据权利要求2所述的光学位置测量设备，其特征在于，被构造为延迟板(227.1，227.2)的多个极化光学器件在分射线束的扫描光程中被布置在测量分度(211)和第一圆环形扫描分度(224)之间或者布置在第一圆环形扫描分度(224)和反射元件(225)之间。

7.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，在第二次施加测量分度(11；111；211；311；411；511；611)之后，叠加的分射线束沿着光轴传播。

8.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，第一圆环形扫描分度(24；124；224；324；424；524.1，524.2；624)利用二次相位函数根据

${\mathrm{\φ}}_{A1}\left(r\right)=-\frac{\mathrm{\π}}{d_M\·r_0}\·r^2$

被构造为衍射环形透镜，其中

Φ_A1(r)：＝与半径有关的相位函数

r:＝半径

d_M：＝测量分度的分度周期

r₀：＝射到衍射环形透镜上的主射线的径向间距。

9.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，分射线束在第一次施加第一圆环形扫描分度(24；124；224；324；424；524.1，524.2；624)之后与光轴平行地传播。

10.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，第一圆环形扫描分度(24；124；224；324；424；524.1，524.2)和反射元件(25；125；225；325；425；525.1，525.2)除了极化光学组件之外与光轴圆柱形对称地来构造，并且从光源(21；121；221；321；421；521.1，521.2)发出的射线束沿着光轴传播。

11.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，测量分度(11；111；211；311；411；511；611)被构造为

－一维线性分度或

－二维线性分度或

－径向分度或

－圆分度。

12.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，衍射结构(427)布置在扫描板(423)的从光源(421)发出的射线束通过的区域中，其中衍射结构(427)用作从光源(421)入射的射线束的准直透镜和/或用作从测量分度(411)入射的叠加的分射线束的光栅分束器，和其中在扫描板(423)的前侧和后侧上布置第一圆环形扫描分度(424)和反射元件(425)或相反地布置。

13.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，探测单元(26；126；226；326；526.1，526.2)具有分束器(26.2；126.2；326.2)，所述分束器在空间上分裂入射的叠加的分射线束并且在分裂的分射线束射到光电子探测元件(26.4a－26.4c；126.4a－126.4c；326.4a－326.4f；426.4a－426.4f)之前，所述分裂的分射线束分别通过极化器(26.3a－26.3c；126.3a－126.3c；326.3a－326.3f；426.3a－426.3f)。

14.根据权利要求13所述的光学位置测量设备，其特征在于，分束器(26.2；126.2；326.2)被构造为光栅分束器。

15.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，在分射线束的光程中布置光学延迟分段。