CN104236450B

CN104236450B - 测量装置

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Publication number: CN104236450B
Application number: CN201410262121.3A
Authority: CN
Inventors: W.霍尔萨普费尔
Original assignee: John Nei Si Heidenhain Doctor Co Ltd
Current assignee: John Nei Si Heidenhain Doctor Co Ltd
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: US9310183B2; DE102013210999A1; JP2015001524A; CN104236450A; EP2813802A1; EP2813802B1; US20150022820A1; JP6371120B2

Abstract

本发明涉及一种测量装置，其用于高精度的光学的距离或位置确定。该测量装置包括光源、构造为平面镜或标准具的至少一个光学的功能元件和探测器组件。进行产生至少两个子光束，其中的至少一个在子光束干涉地叠加地朝探测器组件的方向上传播之前至少三次加载功能元件，可通过该探测器组件由叠加的子光束产生至少一个相位编码的测量信号。子光束在加载光学的功能元件之间通过至少两个成像元件，其中，成像元件如此具有成像因子，即在光学的功能元件从其理论位置倾斜的情况下并未引起干涉的子光束的位置和方向切变。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及测量装置，其适合于高精度的光学的距离或位置确定。

背景技术

已知各种类型的测量装置用于高精度的光学的距离或位置确定。一方面，将无构造成实体的标准具(Maßverkörperung)的干涉仪用来进行间距确定；另一方面，将带有构造成实体的标准具的干涉式位置测量装置用来进行位置确定。

下面，在构造为干涉仪的测量装置的情况下，讨论尤其结合已知的平面镜干涉仪出现的问题；例如由文献US 4 693 605或US 5 064 289已知此类平面镜干涉仪。在图1a中显示了根据现有技术的平面镜干涉仪的极其示意性的图示。

由未在图1a中示出的光源发出的光束S例如经由呈偏振光的分束器的形式的分开元件(Aufspaltelement)ST分成两个子光束；两个子光束为测量光束M和参照光束R。测量光束M然后由光学的功能元件(其在此构造为测量反射器或平面镜P)反射且经由分开元件ST转向到测量后向反射器(Mess－Retroreflektor)MR上；其例如可构造为三棱镜或三面镜(Tripel－Spiegel)。测量后向反射器MR引起测量光束M恰好相反地再次返回地换向至平面镜P。在此，在测量光束M返回地朝分开元件ST的方向上传播之前引起重新的反射，此处出现与参照光束R(其之前经由参考后向反射器RR来换向)的干涉的叠加。在分开元件ST之后在输出侧布置有同样在图1a中未显示的探测器组件。经由该探测器组件可由叠加的子光束产生相位编码的测量信号，其表示用于平面镜P与干涉仪的剩余构件的间距的大小。

即使平面镜P现在根据图1b相对于其理论位置轻微倾斜角度α，在平面镜P处第二次反射之后的测量光束M与在平面镜P处第一次反射之前最初射入的光束S精确地逆平行地伸延。可以这种方式使测量光束M随后在分束器ST中与参照光束R叠加，而没有出现角度或方向切变(Richtungsscherung)。然而，测量光束M由于平面镜P的很小的倾斜沿侧向移动，从而使得测量光束和参照光束在其重聚之后不再在整个光束截面上叠加，即，关于涉及信号产生的光束引起位置切变(Ortsscherung)。因此干涉仅出现在变小的重叠区域中，作为结果，由此降低如此生成的相位编码的测量信号的所产生的幅度或调制程度。

因此，针对平面镜P的预定的倾斜公差，必须设置光束S的最小光束截面(Strahlquerschnitt)，以便限制如此引起的信号下降。针对由构造为激光器的光源发出的高斯光束S，这种关系通过以下公式(1a)或(1b)来说明：

(公式1a)

或

(公式1b)

其中，

L_max：=平面镜与测量后向反射器的最大间距

α_Max：=平面镜的最大倾斜角

w：=1/e²－光束的光束截面

η：=相对于在未倾斜的平面镜的情况下的信号电平的最小允许的信号电平。

在L_max=2m、α_Max=1mrad和η=0.7(信号下降到70%)的情况下，根据w=9.5mm得到光束S的最小的光束截面w。因为光束S在光束截面上的波前必须非常平(典型的要求：λ/10)，所以为了光束S的准直，需要相应花费很高且昂贵的准直光学系统，而在此不可完全避免显著的信号下降。此类信号下降导致在借助于干涉仪间距确定时精度的降低且在所产生的测量信号中引起提高的信号噪声。此外，当然平面镜P的小的倾斜公差同样是干扰的－如果考虑到其不仅包括装配公差，而且包括运行公差。

在带有构造成实体的标准具的开头提到的干涉式位置测量装置中同样引起相似的问题。光学的功能元件在扫描光路中从其理论位置的倾斜在此还负面地影响所产生的测量信号。相应的位置测量装置通常包括作为光学的功能元件的标准具；此外，相对可运动地沿着至少一个测量方向设置有带有不同的其他的光学构件(例如光源、分开元件、后向反射器和探测器组件)的扫描单元。这种位置测量装置对扫描单元和/或标准具围绕在标准具上的法线的倾斜特别敏感地作出反应；此类倾斜在下面称为莫尔倾斜(Moiré－Kippung)。由于在该装置中通常设置在扫描单元的侧部上的后向反射器，可最小化干涉的子光束的角度或方向切变；然而保留了分开的子光束的位置切变，其限制最大允许的莫尔倾斜角。因此，对于这种类型的已知的测量装置，最大允许的莫尔倾斜角通常明显小于围绕剩余的两个倾斜轴线(即所谓的滚动轴线和所谓的倾斜轴线)的最大允许的倾斜角。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高精度的光学的距离或位置确定的测量装置，其相对于光学的功能元件的倾斜尽可能不敏感。在此，在平面镜干涉仪的情况下，平面镜的倾斜应尤其既未引起测量光束的方向切变也未引起测量光束的位置切变。在带有构造成实体的标准具的干涉式位置测量装置中，应尤其在标准具的莫尔倾斜的情况下未出现方向或位置切变，以便保证围绕所有的倾斜轴线的尽可能高的倾斜公差。

根据本发明，该目的通过带有权利要求1的特征所述的测量装置来解决。

此外，根据本发明，该目的通过带有权利要求2的特征所述的测量装置来解决。

根据本发明的测量装置的有利的实施方案由在从属权利要求中举出的措施得到。

用于高精度的光学的距离或位置确定的根据本发明的测量装置的第一变型方案包括光源、呈平面镜的形式的至少一个光学的功能元件和探测器组件。进行产生至少两个子光束，其中的至少一个在子光束干涉地叠加地朝探测器组件的方向上传播之前至少三次加载功能元件，可经由该探测器组件由叠加的子光束产生至少一个相位编码的测量信号。子光束在加载光学的功能元件之间通过至少两个成像元件，其中，成像元件如此具有成像因子(Abbildungsfaktor)，即在光学的功能元件从其理论位置倾斜的情况下并未引起干涉的子光束的位置和方向切变，并且其中，成像元件如此构造，即经由其引起射出的子光束相对于射入的光束的错位。

用于高精度的光学的距离或位置确定的根据本发明的测量装置的第二变型方案包括光源、呈标准具的形式的至少一个光学的功能元件和探测器组件。进行产生至少两个子光束，其中的至少一个在子光束干涉地叠加地在探测器组件的方向上传播之前至少三次加载功能元件，可经由该探测器组件由叠加的子光束产生至少一个相位编码的测量信号。子光束在加载光学的功能元件之间通过至少两个成像元件，其中，成像元件如此具有成像因子，即在光学的功能元件从其理论位置倾斜的情况下并未引起干涉的子光束的位置和方向切变。

优选地，以下条件适用于N个成像元件的成像因子m_n：

a) N=2：m₁=－2，m₂=－1/2

b) N=3：成像元件设置成带有正的成像因子m_n，且成像元件设置成带有负的成像因子m_n

其中：

n：=1…N

N：=2、3；成像元件的数量

m_n：=第n个成像元件的成像因子。

可设置成成像元件构造为包含至少一个透镜和镜子的组合。

在此，至少一个透镜可构造为衍射透镜。

此外，成像元件可包括两个透镜，其具有不同的焦距且如此布置，即射入到第一透镜上的准直的子光束在通过第二透镜之后再次准直地继续传播。

此外，可行的是分开成两个子光束通过分开元件或通过光源来实现。

在一种有利的实施方式中可设置成干涉地叠加的子光束传输至布置在后面的探测器组件通过一个或多个光导纤维来实现。

在根据本发明的测量装置的第一变型方案中，平面镜布置在干涉仪的测量臂(Messarm)中且经历通过测量光束的至少三次的加载。

在这种变型方案中，干涉仪可包括两个成像元件，其具有成像因子m₁=－2和m₂=－1/2。

此外，在根据本发明的测量装置的这种变型方案中，干涉仪可包括三个成像元件，其中，第一成像元件和第三成像元件相应构造为带有成像因子m₁=m₃=－1的三棱镜，而第二成像元件构造为带有成像因子m₂=+1的使光线错位的反射棱镜或光栅－镜子－光栅－组合。

此外，可在该变型方案中设置成测量光束垂直地射入到平面镜上。

在根据本发明的测量装置的第二变型方案中可设置成标准具经历通过干涉式位置测量装置的两个子光束的至少三次的加载。

此外，在这种变型方案中可行的是干涉式位置测量装置包括两个成像元件，其相应具有成像因子m₁=－2和m₂=－1/2。

同样，在这种变型方案中可设置成干涉式位置测量装置包括三个成像元件，其中，第一成像元件和第三成像元件相应构造为带有成像因子m₁=m₃=－1的三棱镜，而第二成像元件构造为带有成像因子m₂=+1的使光线错位的反射棱镜或光栅－镜子－光栅－组合。

最后，在该变型方案中可行的是成像元件如此构造，即经由其引起射出的子光束相对于射入的子光束的错位。

作为根据本发明的解决方案的重要的优点，得到现在存在用于光学的功能元件的明显更大的倾斜公差。因此，根据本发明的测量装置的附装或装配可明显更简单地实现。

同时，尽管很高的倾斜公差，并未在所产生的测量信号中引起信号扰动(Signaleinbruch)。测量信号的精度始终不变地很高，其位置噪声很低。

此外，在构造为干涉仪的测量装置的情况下，从光源发出的光束的光束截面可选择得明显小于在现有技术中的情况。可相应更紧凑且因此花费更少地构造所需要的准直光学系统。

本发明的其他的细节和优点应借助根据本发明的装置的实施例的随后说明结合附图进行阐述。

附图说明

图1a显示了在根据现有技术的构造为平面镜干涉仪的测量装置中的光路走向；

图1b在平面镜倾斜的情况下显示了在图1a的测量装置中的光路走向；

图2显示了在根据现有技术的构造为平面镜干涉仪的测量装置中的测量光束的光路示意性的图示；

图3显示了在根据本发明的测量装置的构造为平面镜干涉仪的变型方案中的测量光束的光路的示意性的图示；

图4显示了在使用三个成像元件的情况下用于成像因子的解决方案的图解的图示；

图5显示了在根据本发明的测量装置的构造为平面镜干涉仪的变型方案中的测量光束的光路的示意性的图示，其中，带有N=2个成像元件，且m₁=－2，m₂=－1/2；

图6显示了在根据本发明的测量装置的构造为平面镜干涉仪的变型方案中的测量光束的光路的示意性的图示，其中，带有N=3个成像元件，且m₁=m₃=－1，m₂=+1；

图7a－7e相应显示了成像元件的可能的实施方式；

图8显示了在根据本发明的测量装置的构造为带有标准具的干涉式位置测量装置的变型方案中的扫描光路的示意性的图示；

图9a在xz平面中显示了在根据本发明的测量装置的构造为平面镜干涉仪的变型方案的第一实施例中的完整光路的示意性的图示；

图9b在第一xz平面中显示了在根据本发明的测量装置的第一实施例中的光路的示意性的图示；

图9c在第二xz平面中显示了在根据本发明的测量装置的第一实施例中的光路的示意性的图示；

图10a、10b以不同的截面图相应显示了在根据本发明的测量装置的第一实施例中的光路的示意性的图示；

图11在xz平面中显示了在根据本发明的测量装置的构造为平面镜干涉仪的变型方案的第二实施例中的完整光路的示意性的图示；

图12在xz平面中显示了在根据本发明的测量装置的构造为平面镜干涉仪的变型方案的第三实施例中的完整光路的示意性的图示；

图13显示了在根据本发明的测量装置的构造为带有标准具的干涉式位置测量装置的变型方案的第四实施例中的部分扫描光路的示意性的图示；

图14在另一视图中显示了在第四实施例中的扫描光路的图示；

图15显示了在根据本发明的测量装置的构造为带有标准具的干涉式位置测量装置的变型方案的第五实施例中的部分扫描光路的示意性的图示；

图16在另一视图中显示了在第五实施例中的扫描光路的图示。

具体实施方式

在借助附图9a–16详细说明根据本发明的测量装置的单独的变型方案或实施例之前，应首先阐述本发明的基本的理论方面。在此首先讨论构造为干涉仪的测量装置，接下来讨论构造为带有标准具的干涉式位置测量装置的测量装置。

干涉仪

在开头讨论的平面镜干涉仪中，通常在测量臂中设置有至少一个后向反射器。后向反射器可在干涉仪中以不同的方式来构造，例如构造为三面镜、三棱镜或构造为透镜与镜子(其布置在透镜的焦平面中)的组合。所有这些后向反射器变型方案引起射入到其上的光束的逆平行的背射(Rückreflexion)。由带有透镜和镜子的后向反射器变型方案可直观地理解的是后向反射器原则上可被考虑为带有成像因子m=－1的光学的成像元件，其物平面和象平面相应处在无穷(Unendlichen)中。通过在无穷中的物平面和象平面的位置使准直的光束再次转变成准直的光束。因此，根据现有技术，根据图2可实现在干涉仪或平面镜干涉仪中的由光线分开引起的子光束的光路的示意性的图示；在此显示了由适合的分开引起的测量光束M的光路。测量光束M在干涉仪的测量臂中碰到呈测量反射器或平面镜P的形式的光学的功能元件上、从此处被反射且通过距离D传播回至带有成像因子m=－1的成像元件AE、重新碰到平面镜P上且在重新反射后然后逆平行于最初射入的测量光束M返回传播。

在本发明的范围中，在测量装置的相应构造的实施方式中，根据图3中的示意性的光路图示，现在在功能元件10或平面镜处设置有在测量臂中传播的测量光束M的至少三次反射。在连续的反射之间，由测量光束M相应通过带有成像因子m_n的成像元件11.n(n=1、2、…N)，其使测量光束M相应回转至功能元件10。因此，在总地三次加载功能元件10的情况下，设置有N=2的成像元件11.1、11.2，在加载功能元件10之间通过该成像元件；这意指在第一次加载功能元件10和第二次加载功能元件10之间通过第一成像元件11.1，且在第二次加载功能元件10和第三次加载功能元件10之间通过第二成像元件11.2。

计算或确定所使用的成像元件11.n的最佳的成像因子m_n可借助光线跟踪方法来进行，其中，在此可限制到垂直于功能元件10的平面镜的倾斜轴线的两个维数(x,z)上。测量光束M的光路的每个部段通过相应简化的光线矢量来说明：

(公式2)

其中：

x：=光线位置

kx：k矢量的x分量。

射入的测量光束M(示出为)在倾斜的平面镜或功能元件10处偏转(k₀=2π/λ)，引起的测量光束M可示出为：

(公式3)。

随后，测量光束M然后传播通过距离D至第一成像元件11.1，这通过矩阵乘法来说明：

(公式4)。

成像元件11.1同样通过矩阵乘法来说明，其中，要注意的是用于光线位置的成像因子m₁和用于kx分量的成像因子彼此相反：

(公式5)。

随后，测量光束M又传播回至功能元件10：

(公式6)。

根据图3的带有在功能元件10处总地进行N+1次的反射的其他的光线走向通过类似于公式3–6的进一步的变换来说明，从而将公式3－6(相应带有不同的成像因子m_n)总地应用N次：

(公式7)。

在功能元件10处第(N+1)次反射之后，光线矢量应逆平行于且碰在相同的(即未移动的)位置处。因此必须适用的是：

(公式8)。

针对带有在功能元件10处进行三次反射和设置成N=2的成像元件11.1、11.2的情况得到

(公式9)。

针对两个成像元件11.1、11.2的成像因子m₁、m₂的以下值得到公式(9)的唯一可靠的解决方案：

(公式10)。

在图5中示出了相应的光路。倾斜了角度α的功能元件10使射入的测量光束M偏转角度2α。该角度通过带有成像因子m₁=－2的成像元件11.1来成像。侧部的光线位移h由此转变成位移－2h且射入的光线角度2α相应地转变成射出的光线角度α。射出的测量光束M由此垂直于平面镜或功能元件10传播且通过其本身返回地反射。测量光束M通过带有成像因子m2=－1/2的成像元件11.2来成像，这在此相应于在相反的方向上通过的成像元件11.1。在功能元件10处重新反射后，测量光束M由此逆平行地且在相对于射入的测量光束M没有光线错位的情况下再次离开，即，尽管功能元件10倾斜，根据本发明，既未引起测量光束M的方向切变，也未引起测量光束M的位置切变。

下面还应例如考虑带有N=3的成像元件11.1、11.2、11.3和测量光束M在功能元件10的平面镜处的四次反射的情况。针对该情况存在用于成像元件11.1、11.2、11.3的可能的成像因子m₁、m₂、m₃的无限多的解决方案，即m₁、m₂和m₃的组合，在其中既未出现干涉的子光束或测量和参照光束的位置切变，也未出现方向切变。

针对m₂和m₃取决于m₁的解决方案，在图4中针对范围m₁=－5…+5进行了示出。用于成像元件的有利的成像因子m_n处在范围m_n=－3…－1/3或m_n=+1/3…+3中。在该范围之外，测量光束M的光束截面太大或太小。在该范围中可获得用于成像因子m_n的以下条件：

(公式11)。

通常可在N=3的成像元件的情况下以及针对带有N>3的成像元件的情况对可能的解决方案简化地由此说明，即，不仅出现成像元件的正的成像因子m_n，而且出现成像元件的负的成像因子m_n；换句话说：不仅设置有带有正的成像因子的成像元件，而且设置有带有负的成像因子的成像元件。

用于N=3的成像因子m_n的解决方案中的仅仅一个是对称的，即其满足条件m₁=m₃。该对称的解决方案的内容是：

(公式12)。

在图6中示意性地说明了该解决方案。测量光束M在倾斜了角度α的功能元件10处第一次反射的情况下偏转了角度2α。通过带有成像因子m₁=－1的第一成像元件11.1的成像意味着测量光束M的返射(Retroreflexion)，从而光线角度又为2α。在功能元件10处的第二次反射提供测量光束M，其光线方向逆平行于射入的测量光束M，其然而取决于倾斜角α在光线位置中错位。带有成像因子m₂=+1的第二成像元件11.2(例如构造为镜子)在维持光线位置的情况下反射测量光束M，从而使得其又走回相同的光线走向且在功能元件10处的第三次反射、通过带有成像因子m₃=m₁=－1(返射)的第三成像元件11.2和在功能元件10处第四次反射之后在无位置和方向切变的情况下再次离开。

针对N>3可获得其他的对称的解决方案：

N=3、5、7、…：

针对n=1、2、…(N－1)/2、(N－1)/2+2、(N－1)/+3、…N，m_n=－1

针对n=(N－1)/2+1，m_n=+1

N=3、6、9、…：

针对n=1、3、4、6、7、9、…N，m_n=－1

针对n=2、5、8、…N－1，m_n=+1。

成像元件11.n在此仅通过其在平行于未倾斜的功能元件10的小的光线位移Δx的情况下的特性来描述特征。在成像因子m的情况下，离开的测量光束M在该平面中移动Δx'=m·Δx。由此还在该平面中确定k矢量的x分量的特性：在射入的测量光束M移动Δkx的情况下，离开的测量光束M移动Δkx'=Δkx/m。在此，无关紧要的是离开的测量光束M是否通过成像元件附加地经历恒定的光线位移或光线偏转。这意味着成像元件还可与偏转的或使光线错位的光学的结构元件组合。恰好光线错位在平面镜干涉仪中在带有基本上垂直碰上的测量光束的情况下是强制性的前提，以便分开光线路径且仅允许有意的光线走向。在没有此类光线错位的情况下，测量光束M将在相同的光线位置处重新碰到平面镜或功能元件10上且应并未与先前碰到平面镜或功能元件10上的测量光束M区分开。由此在平面镜或功能元件10处仍还不可避免地出现进一步的反射。因此，在没有光线错位的情况下，出现Fabry－Perot－干涉仪，其取决于平面镜或功能元件10的位置众所周知地不具有正旋的信号走向且因此不可如递增式测量仪那样内插。因此强制需要光线错位。因此，根据本发明的所有成像元件引起在进入光束与离开光束之间的光线错位。有利地，光束截面大于测量光束M的光束截面，以便保证完全分开光束。光线错位的方向原则上可任意选择。例如可利用该自由度以便优化测量光束M碰到平面镜或功能元件10上的位置。

原则上可在给定成像因子m时将不同的光学元件用作成像元件。在下面的概况中举出用于可用在根据本发明的测量装置中的适合的成像元件的示例，其中，没有光线偏转，带有所限定的成像因子m；在图7a－7e中详细显示了这些成像元件中的单个。

图7a根据上述变型方案“光栅－镜子－光栅”显示了带有成像因子m=+1的成像元件，其中，两个光栅11_G1、11_G2(一方面)和镜子11_S(另一方面)布置在透明的平板11_PP的相对而置的侧部上。

在图7b中说明了带有成像因子m=+1的成像元件，其包括反射棱镜11_RP，在其中在所有的三个棱镜面处相继出现反射。这种反射棱镜在下面应被称为使光线错位的反射棱镜。

图7c显示了带有成像因子m=+1的成像元件，其构造为抛物面镜11_PS。

图7d根据在表格中提到的变型方案“透镜－镜子－透镜”显示了带有成像因子m=－1的成像元件，其中，带有两个透镜11_L1、11_L2和镜子11_S。

在图7e中示出了带有成像因子m=－2的成像元件。其包括第一衍射透镜11_L,in、镜子11_S和另一第二衍射透镜11_L,out，其中，两个衍射透镜11_L,in、11_L,out和镜子11_S类似于图7a中的变型方案布置在透明的平板11_PP的相对而置的侧部上。

两个透镜11_L,in、11_L,out在此具有不同的焦距且如此布置，即射入到第一透镜11_L,in上的准直的子光束在通过第二透镜11_L,out之后再次准直地继续传播。

射入的测量光束M在该成像元件中通过第一衍射透镜11_L,in在位置(x_F,z_F)处聚焦到焦点F中，其同时还为第二衍射透镜11_L,out的焦点。如果f_in和f_out表示两个衍射透镜11_L,in、11_L,out在带有折射率n_G的玻璃中的焦距，则针对离开的测量光束M的准直必须适用的是：

(公式13)。

成像元件的成像比例由此给出：

(公式14)。

此外，所限定的光线错位Δx_S应通过适合地选择x_F产生：

(公式15)。

对于用于光线错位Δx_S和成像比例m的预定的值，得到：

(公式16)

(公式17)

(公式18)。

对于两个衍射透镜11_L,in、11_L,out的相应的相函数，得到：

(公式19)

(公式20)。

在此，还在y方向上设定光线错位Δy_S，其类似于公式(18)在y方向上引起焦点的移位y_F：

(公式21)。

此类成像元件可针对m≠+1且m≠－1仅借助透镜来实现。相对于三棱镜，透镜提供这样的优点，即测量光束M未由面楞(Facettenkante)影响且因此波前保持未受干扰。但原则上可在m=－1的情况下同样将三棱镜或三面镜用作成像元件。情况m=+1相应于在没有透镜的情况下(f_in、f_out→∞且φ_in、φ_in→恒定)的简单的镜子反射。在带有透镜的成像元件中，除了衍射透镜之外，显然可使用折射透镜，尤其非球面的透镜。

带有标准具的干涉式位置测量装置

在构造为带有标准具的干涉式位置测量装置的测量装置中，避免分开的子光束的方向和位置切变同样是有利的；这应在下面借助图8详细阐述。在此类位置测量装置中，两个子光束通过适合的光线分开产生，在下面应将其称为子光束A和子光束B。子光束A、B在分开之后通过不同的光线路劲且最终引起干涉。在此将两个子光束A、B导引通过在此用作光学的功能元件20的标准具，其地点或位置应被确定。标准具在此通常包括在测量方向上周期性的光栅。

在标准具围绕在标准具平面中的任意轴线倾斜的情况下可区分成两种情况。在透射光标准具中，透射的子光束A、B的由倾斜引起的偏转通常如此小使得其可忽略。而如果入射光(Auflicht)标准具相应倾斜，则子光束A、B的所引起的偏转明显更大。然而使两个子光束A、B在通常对称的光路中几乎相同地偏转，从而使得在叠加时仅出现子光束A、B的一起的位置和方向移位，但未出现子光束A、B彼此的位置和方向切变。但在标准具围绕垂直于标准具平面的轴线倾斜时，即在所谓的莫尔倾斜的情况下，存在子光束A、B的相反的位置和方向移位。在迄今已知的没有后向反射器的干涉式位置测量装置中，这引起子光束A、B的位置和方向切变。在迄今已知的带有后向反射器的干涉式位置测量装置中可避免方向切变，仅出现子光束A、B的位置切变。

为了同时不仅防止子光束A、B的位置切变，而且防止子光束A、B的方向切变，根据本发明还在测量装置中又在相应加载光学的功能元件之间插入适合构造的成像元件。在此，在干涉式位置测量装置的当前的情况下，子光束A、B在标准具处的单独的衍射(Beugung)表示功能元件的加载。示意性地示出在图8中在xy平面中平行于功能元件20或标准具：使垂直于功能元件20射入的光束B_in在功能元件20或标准具处第一次衍射或分开到+1级和－1级衍射级中。通过光线分开引起的子光束A、B然后相应传播至带有成像因子m_A1或m_B1的第一成像元件12.1_A或12.1_B、返回到达至功能元件20且然后使之重新偏转到相应相同的+1级或－1级衍射级中。在进一步的光线走向中相继相应通过N个其他的成像元件12.n_A或12.n_B，其中，n=2…N，带有成像因子m_An或m_Bn，其中，在其之间相应发生在功能元件20处重新衍射到相应相同的+1级或－1级衍射级中。在功能元件20处第(N+1)次衍射之后，两个子光束A、B与光束B_out共线地叠加且垂直于功能元件20离开。借助于未显示的布置在后面的探测器组件从子光束A、B的干涉对中产生相位编码的测量信号或与位置相关的扫描信号。

在图8中出现两个子光束A、B相应通过在标准具或功能元件20处的衍射的分开和叠加，即呈标准具的形式的功能元件20在此同时用作分开和结合元件。但备选地，可将该功能同样通过单独的分开元件和/或单独的结合元件采用在示意性地表明的扫描单元30中。有利地，为此使用相应的扫描光栅。

计算所使用的成像元件12.n_A或12.n_B的最优的成像比例m_An和m_Bn可再次借助光线跟踪方法来实现。在此，带有m_An=m_Bn=m_n的对称的解决方案是有利的。在带有构造为标准具的功能元件的干涉式位置测量装置的情况下，可限制到平行于标准具或功能元件20的线方向(Strichrichtung)x且垂直于功能元件20的维数x、z上，因为呈线性近似的莫尔倾斜仅引起在功能元件20的线方向x上的光线运动。位置测量装置的测量方向在坐标系中沿着垂直于功能元件20的线方向x定向的y轴伸延。

子光束A、B的每个光路部段再次根据上述的公式(2)通过相应简化的光线矢量来说明，其中，第一分量x仅说明光线位置的移动，而第二分量kx仅说明k矢量在x方向上由于标准具或功能元件20的莫尔倾斜α的变化。代替公式(3)，在该情况下以线性近似得到：

(公式22)。

在此，利用k_G表示功能元件20的标准具的光栅矢量k_G=2π/d_M，其中，d_M为标准具的光栅周期d_M。光线矢量或在此说明射入到功能元件20上或离开功能元件20的子光束A；类似地，光线矢量或说明了子光束B的相应的光路部段。

如果通过功能元件20实现子光束A、B的分开，适用的是。传播通过在z方向上测量的、在扫描单元30的成像元件12.n_A或12.n_B与功能元件20之间的扫描间距D引起取决于k矢量的x分量的光线位置的移位Δx：

(公式23)。

在此，角度ß表示子光束A、B关于光轴z的光线倾斜，其在位置测量装置的名义附装中在功能元件20未倾斜的情况下存在。

由此类似于上述的公式(4)，在γ=A或B的情况下得到：

(公式24)。

公式(5)和(6)必须相应地被代替：

(公式25)

(公式26)。

当然，光线斜度ß_n针对从功能元件20至扫描单元30的每次传播和返回地传播可是不同的。

根据图8的进一步的光线走向相应通过类似于公式(22)、(24)－(26)的进一步的变换来说明，从而公式(22)和(24)－(26)相应以改变的成像因子m_n总地应用N－1次：

(公式27)。

在此，加号适用于γ=A，而负号适用于γ=B。

在功能元件20的标准具处第N次衍射之后，光线矢量和应相同。由此必须类似于上述的公式(8)适用的是：

(公式28)。

针对N=2的情况(在功能元件20处的三次衍射、两个成像元件)，由类似于公式(9)的公式(28)得到用于相应的位置测量装置的以下条件：

(公式29)。

这针对m₁列出以下条件(必须排除方案m₁=－1，m₂=0)：

(公式30)。

第三顺序的多项式等式可分析地解决，在关于解决方案的细节方面在此未进一步探讨。解决方案通常取决于角度ß_n。附加地针对每个子光束A或B相应需要关于在功能元件20处的第二衍射对称的光路，因此获得附加的条件

(公式31)。

利用该条件，公式(30)尤其提供以下解决方案：

(公式32)。

其与上面提到的公式(10)一致且与角度ß_n无关。

针对N=3的情况(在功能元件20的标准具处的四次衍射、三个成像元件)，由公式(27)得到无限多的解决方案。附加地需要以下对称条件

(公式33)。

因此得到尤其等效于公式(12)的解决方案

(公式34)。

因为在呈线性近似的莫尔倾斜的情况下仅在功能元件20的标准具的线方向x上出现光线位移和倾斜，如果成像元件12.1、12.2、…12.n仅在该线方向x上(即垂直于位置测量装置的测量方向y)具有上面确定的、根据本发明的成像因子m_nx，这便足够。在测量方向y上不仅可使用相同的成像因子m_nx，而且还可使用其他的成像因子m_ny。通常尤其有利地在测量方向y上仅使用成像因子m_ny=±1。这意指作为成像元件还可使用：屋脊棱镜(Dachkantprismen)，在屋脊方向上m=1，横向于其m=－1，；包括柱面透镜、镜子和柱面透镜(在柱面透镜的偏转方向上m是任意的，横向于其m=+1)的组合；或包括像散透镜、镜子和像散透镜(在两个方向上相应任意的成像因子)的组合。公式(19)和(20)必须在柱面透镜的情况下相应进行修改。如果柱面透镜的偏转方向应沿着x方向伸延，则适用的是：

(公式35)

(公式36)。

在像散透镜中可以很好的近似选择以下附件：

(公式37)

(公式38)

其中，焦距f_in,x和f_out,x在x方向上，而焦距f_in,y和f_out,y在y方向上。通过独立地选择在x和y方向上的焦距可借助公式(13)－(18)和公式(21)分开地确定用于两个方向x和y的成像因子m_x和m_y。

第一实施例

在图9a－9c以及10a、10b中示意性地示出了构造为平面镜干涉仪的根据本发明的测量装置的第一实施例，其中，带有N=2的成像元件。图10a在此示出了在图9a中以AA'表示的平面的截面视图，图10b示出了在图9a中以BB'表示的平面的截面视图。

借助该测量装置可确定光学的功能元件110(构造为平面镜)沿着测量方向z相对于测量装置的显示出的其他构件的间距。

线性偏振的光束S(由未显示出的构造为激光器的光源发出)沿着在附图中以z表示的方向传播至分开元件100。分开元件100构造为偏振分束器，其带有相应的分束器层。光源的偏转方向关于说明的x方向定向成低于45°。通过分开元件100在此引起将射入的光束S分开成两个子光束，即测量光束M和参照光束R。

测量光束M进一步沿着在附图中说明的z方向传播通过λ/4板115.1至呈平面镜的形式的光学的功能元件110，其位置应沿着z方向测量且测量光束M那时垂直地射入到其上。在第一次加载平面镜和背射之后，测量光束M紧接着第二次通过λ/4板115.1，从而其于是具有转动了90°的偏振方向。分开元件100或偏振分束器然后使测量光束M在x方向上偏转且然后将其朝第一成像元件111.1的方向上导引，第一成像元件111.1具有m₁=－2的成像因子。第一成像元件111.1使测量光束M同时在z方向上错位。紧接着测量光束M又碰到分开元件100的偏振分束器上且被朝功能元件110或平面镜的方向上反射。在重新通过λ/4板115.1、在平面镜或功能元件110处的第二次反射、再次通过λ/4板115.1之后，测量光束M的偏振又被转回，从而测量光束M那时在没有进一步偏转的情况下经过分开元件100的偏振分束器。测量光束M紧接着通过第二成像元件111.2(其具有成像因子m₂=－1/2)、在这上面成像且在y方向上错位。然后测量光束传播通过分开元件100的偏振分束器重新至λ/4板115.1和光学的功能元件110或平面镜。在平面镜处第三次反射且继续通过λ/4板115.1之后，测量光束M然后由分开元件100的偏振分束器偏转且传播至未示出的探测器组件。

参照光束R在+x方向上从偏振分束器或分开元件100离开且通过λ/4板115.2碰到后向反射器元件116(构造为三棱镜)上。三棱镜在此如此调准或布置，即参照光束R并未碰到其边缘上。通过后向反射器元件116引起射入到其上的参照光束R朝分开元件100的方向上的背射；在此，后向反射器元件116使参照光束R如此在y和z方向上错位，即紧接着在测量光束M与参照光束R之间未出现光线错位。在继续通过λ/4板115.2之后，参照光束R具有转动了90°的偏振，从而使得其在没有偏转的情况下随后经过分开元件100的偏振分束器且然后与测量光束M共线地叠加。叠加的光束彼此垂直地偏振且然后传播至未示出的探测器组件。在此以已知的方式发生产生相位编码的测量信号，例如呈在相位上错位120°的三个信号的形式的测量信号，由其导出位置值。

通过根据本发明建造构造为平面镜干涉仪的测量装置来确保在用作功能元件110的平面镜受限地倾斜时在两个用于信号获取的子光束之间(即在测量光束M与参照光束R之间)并未出现位置和/或方向切变。由此可针对平面镜允许相应很大的倾斜公差。在最优的设计方案中，倾斜公差可在相同的光束截面的情况下完全是在传统的平面镜干涉仪中的十倍大。

这在此通过在测量光束M的光路中根据本发明使用适合的成像元件111.1、111.2来保证，其具有上述的成像因子m₁=－2，m₂=－1/2。它们如同从附图中可见的那样构造为棱镜－镜子－棱镜－系统，如其在上面例如在图7e中大概阐述的那样。

当然，根据本发明的测量装置的第一实施例可在本发明的范围中进行变化。

因此可行的是：例如代替构造为三棱镜的、用于反射参照光束的后向反射器元件，将光学的成像元件设置为后向反射器元件，其具有成像因子m_Ref=－1；为此适合的是例如在上述表格中针对成像因子m=－1提到的成像元件。

此外，可设置成在宽广的界限中选择成像元件111.1、111.2在两个横向方向y、z或x、y上的光线错位等。

第二实施例

在图11中示意性地示出了根据本发明的测量装置的构造为外差式平面镜干涉仪(Heterodyn－Planspiegelinterferometer)的第二实施例。设置成测量光束M在光学的功能元件210处进行三次反射以及设置有N=2的成像元件211.1、211.2，在进行的三次反射之间通过该成像元件。

光源220(例如激光器)提供带有频率f_M和f_Ref的两个光束；频率不同的光束在本实施例中用作测量光束M和参照光束R。因此在此未进行由光源发出的光束通过与光源分开的分开元件的分开，产生的两个子光束(即测量光束M和参照光束R)在此由相应构造的光源承担。测量光束和参照光束M、R的频率的频率差Δf=f_M－f_Ref如此选择使得相应调制的光学信号可利用快速的光电探测器来探测。产生带有频率f_M的测量光束M例如可利用频率稳定的光纤激光器(Faserlaser)或HeNe激光器来实现，从其中分出一部分且通过声光调制器(AOM)使频率移位频率Δf。该部分提供带有频率f_Ref的参照光束R。

将两个子光束M、R分开地通过光导纤维230.1、230.2(构造为维持偏振的单模纤维)导引至平面镜干涉仪。在此其相应通过准直光学系统221.1、221.2准直且在偏振方面如此取向使得其处成彼此垂直。子光束M、R的一部分相应通过可部分穿透的镜子224.1、224.2来分离且通过光线结合元件222来叠加，从而使得其可在通过偏振器223.1之后干涉。叠加的光束借助于耦合透镜225.1耦合到光导纤维225(构造为单模纤维)中且输送给探测器226，其提供相应的调制成带有频率Δf的参照信号S_Ref。参照信号S_Ref的相位用作参照相位φ_Ref。

带有频率f_M的测量光束M可类似于第一实施例通过根据本发明的测量装置的如下所述的不同的光学构件：

分开元件200，构造为偏转光的分束器；λ/4板215.1；功能元件210，构造为平面镜；λ/4板215.1；成像元件211.1，成像因子m₁=－2；分开元件200；λ/4板215.1；功能元件210；λ/4板215.1；分开元件200；成像元件211.2，成像因子m₂=－1/2；分开元件200；λ/4板215.1；功能元件210；λ/4板215.1；分开元件200。

紧接着测量光束M碰到偏振器223.2上。

参照光束R通过分开元件200、在此与测量光束M在其由功能元件210第三次背射之后共线地叠加且同样到达到偏振器223.2上，其引起两个光束干涉。因为叠加的光束由于根据本发明的措施即使在功能元件210或平面镜倾斜的情况下既未改变其位置也未改变其方向，所以其可通过耦合透镜225.2耦合到另一光导纤维227(构造为单模纤维)中。光导纤维227将叠加的光束传输至探测器228。所产生的信号S_M又提供给调制成带有频率差Δf的信号，其确定相位φ_M。相位差φ_M－φ_Ref以已知的方式提供可沿着z方向运动的功能元件210的位置。叠加的光束在构造为单模纤维的光导纤维227中的传输保证非常恒定的运行时间，其相比于在多模纤维中的电传输或光传输非常恒定且并于传输线缆的弯曲无关。

在该实施例中，所有的光束在在此与附图平面叠合的共同的xz平面中伸延。垂直碰到功能元件210或平面镜上的测量光束M处在直线上。出于该原因，功能元件210或平面镜在y方向上(即垂直于附图平面)的扩展可相应很小地来选择。

分开元件200不仅在第一实施例中而且在该第二实施例中用于分开由平面镜或功能元件210反射回的光束与共线于平面镜传播的光束。此外，在第一实施例中，分开元件用于将由光源发出的光束分成测量光束和参照光束。如上面已经提到的那样，带有不同频率的测量光束和参照光束的产生在第二实施例中通过适合构造的光源来实现。此外，在两个实施例中的分开元件具有这样的功能，即使测量光束和参照光束再次叠加。当然，备选地，所有这些功能性可分配到多个分开元件上，即并非强制地设置仅仅唯一的分开元件。

第三实施例

在图12中示意性地示出了根据本发明的测量装置的构造为平面镜干涉仪的第三实施例。在该变型方案中设置成现在在在功能元件310或平面镜处进行测量光束M的四次反射且设置有N=3的成像元件。第一成像元件和第三成像元件在此一起集成地构造在唯一的成像元件311.1中，与之分开地设置有另一第二成像元件311.2。集成在成像元件311.1中的两个成像元件具有成像因子m₁=m₃=－1且如三棱镜那样作用到射入到其上的测量光束M上；另一第二成像元件311.2具有成像因子m₂=+1且如根据图7a的光栅－镜子－光栅－组合那样或如根据图7b的使光线错位的反射棱镜那样作用到射入到其上的测量光束上。

在该实施例中，光路在两个处成相叠的xz平面中伸延；在图12中在不同平面中的光路相应以不同的阴影线和小的、仅用于更好的示出的光线错位来显示出。实际上，相应的光路处成恰恰相叠。

由光源320(例如构造为激光器)发出的光束S通过单模纤维330在上部的光路平面中输送给平面镜干涉仪且通过准直光学系统321准直。该光束S的偏振方向相对于构造为偏振分束器的分开元件300的两个轴线处成低于45°。光束S对此被分成测量光束M和参照光束R。紧接着，测量光束M通过λ/4板315.1传播至功能元件310或平面镜且在背射和进一步通过λ/4板315.1之后由分开元件300朝成像元件311.1的方向上偏转。成像元件311.1构造为三棱镜；集成在其中的第一成像元件引起测量光束M的成像和其错位到下部的光路平面中。在此，测量光束M重新由分开元件300或偏振分束器来偏转且通过λ/4板315.1第二次碰到功能元件310的平面镜上。在重新反射和进一步通过λ/4板315.1之后，其没有偏转地通过分开元件300到达到在此构造为根据图7b的反射棱镜的另一成像元件311.2上。成像元件311.2除了成像之外在带有成像因子m₂=+1的情况下引起测量光束M错位到上部的光路平面中。测量光束M接着再次在没有偏转的情况下穿透分开元件300且通过λ/4板315.1第三次碰到功能元件310的平面镜上。测量光束M通过λ/4板315.1在第三次背射之后返回至分开元件300，其使测量光束M现在偏转至成像元件311.1中的其他的成像元件。该成像元件然后使测量光束M再次错位到下部的光路平面中。重新使测量光束M在分开元件300处偏转且通过λ/4板315.1第四次传播至功能元件310或平面镜。在第四次背射和继续通过λ/4板315.1之后，测量光束M最终在没有偏转的情况下经过分开元件300。

在分开元件300处分开光束S之后引起的参照光束R通过参考后向反射器316错位到下部的光路平面中且通过分开元件300的偏振分束器与在功能元件310处第四次背射之后的测量光束M共线地叠加地。在此使测量光束M和参照光束R彼此垂直地偏振。叠加的光束通过光栅329分配到0级、+1级和－1级衍射级中且通过透镜331聚焦到探测器组件的相应的探测器328.1、328.2、328.3上。处在之前的偏振器323.1、323.2、323.3允许在所产生的相位编码的测量信号S₀、S₁₂₀和S_－120之间以已知的方式设定相应120°的相移。

通过成像元件311.1、311.2还在根据本发明的测量装置的该实施例中确保功能元件310的倾斜在叠加的测量光束和参照光束M、R之间即未引起位置切变，也未引起方向切变。

第四实施例

在图13和14中示意性地示出了根据本发明的测量装置的第四实施例。其构造为带有标准具的干涉式位置测量装置。在该实施例中，标准具用作光学的功能元件410，其被用于信号获取的子光束A、B三次加载，其中，相应引起子光束A、B的衍射。在加载标准具之间由子光束A、B相应通过N=2的成像元件。

功能元件410或标准具在此可至少沿着测量方向y相对于测量装置的剩余的示出的构件运动。借助根据本发明的测量装置确定关于功能元件410沿着测量方向y的相对位置的扫描信号。

图13在左边显示了射入的光束S的光路和子光束A、B直至第二次加载功能元件410的在分开之后引起的光路，在图13中在右边说明了子光束A、B自第二次加载功能元件410起直至第三次加载该功能元件的和子光束A、B的再次结合的光路。在图14中以另一视图示出了扫描光路。

第一成像元件(其由在功能元件410处分开光束S之后的子光束A通过)在此包括第一衍射透镜412.A_L1、第一镜子412.A_R1和第二衍射透镜412.A_L2，其如从附图中可见的那样布置在透明的平板413的上侧和下侧上。第三衍射透镜412.A_L3、第二镜子412._R2和第四衍射透镜412.A_L4形成第二成像元件，其由子光束A在第二次加载功能元件和第三次加载功能元件410之间通过。子光束B的两个相应的成像元件为此类似地在平板413的上侧和下侧上包括第一衍射透镜412.B_L1、第一镜子412.B_R1和第二衍射透镜412.B_L2或第三衍射透镜412.B_L3、第二镜子412.B_R2和第四衍射透镜412.B_L4。

由子光束A、B首先通过的第一成像元件的成像因子在功能元件410或标准具的线方向x上为m_1x=－2且在测量方向y上为m_1y=+1；第二成像元件的成像因子在线方向x上为m_2x=－1/2且在测量方向y上为m_2y=+1。

由在附图中未显示的光源(例如激光器)发出的光束S在功能元件410或标准具处分成+1级和－1级衍射级。+1级衍射级紧接着作为子光束A传播通过第一成像元件、使之第二次以+1级衍射级在功能元件410处衍射且然后经过第二成像元件。在功能元件410处呈+1级衍射级的第三衍射使子光束A再次沿着光轴z偏转。

子光束B的关于xz平面对称的光路通过相关联的第一成像元件和第二成像元件来确定；其在此在功能元件410处三次引起子光束B以－1级衍射级的衍射。

两个子光束A和B在功能元件410处第三次衍射时共线地没有光线错位地叠加且碰到未示出的探测器组件上，其提供相应的相位编码的测量信号。出于更好的可见性的原因，在附图中同样未在子光束A和B的光路中示出偏振元件(例如偏振器)和λ/4或λ/2板，其用于使子光束彼此正交地偏振。

该干涉式位置测量装置的特别的优点在于在围绕轴线莫尔倾斜时在z方向上未出现两个子光束A、B彼此的位置和方向切变且由此莫尔倾斜公差明显更大。

第五实施例

在图15和16中类似于上述实施例的图示显示了根据本发明的测量装置的第五实施例，其又构造为带有标准具的干涉式位置测量装置。光学的功能元件510(即所利用的标准具)现在由用于信号获取的子光束A、B四次加载更确切地说衍射。在加载标准具之间，现在由子光束A、B相应通过N=3的成像元件。

作为由子光束A、B通过的第一和第三成像元件512设置有三棱镜，且具有成像因子m₁=m₃=－1。用于子光束A的通过的第二成像元件包括光栅512.A_G1、镜子512.A_R和光栅512.A_G2的组合，其布置在透明的平板513的上侧和下侧上。类似于此，用于子光束B的通过的第二成像元件包括在透明的平板513的上侧和下侧上的光栅512.B_G1、镜子512.B_R和光栅512.B_G2的组合。第二成像元件的成像因子根据m2=+1来选择。

射入的、在xz平面中倾斜的光束通过分开元件500(构造为在平板513的上侧上的分开光栅G1，带有光栅常数d₁)分成－1级(子光束A)和+1级衍射级(子光束B)。子光束A传播至功能元件510，即标准具。其具有光栅常数d_MG=d₁/2且引起射入的子光束第一次衍射成+1级衍射级。紧接着子光束A通过三棱镜的第一成像元件512且在这上面在x方向上经历返射和光线错位。接着使子光束A第二次在功能元件510处以+1级衍射级偏转、紧接着通过第二成像元件且在这上面成像以及在x方向上错位。子光束A重新传播至功能元件510或标准具且将第三次衍射成+1级衍射级。在在x方向上通过三棱镜中的第三成像元件512进一步返射和光线错位以及在功能元件处第四次衍射成+1级衍射级之后，子光束A最终到达至结合元件530(构造为在平板513的上侧上的结合光栅)。

子光束B的关于xz平面对称的光路在类似地通过相关联的三个成像元件和四次加载功能元件510之后碰到在结合元件530上的相同的部位上。相应的结合光栅具有光栅常数d₄=d₁、共线地叠加两个子光束A、B且引起其干涉。通过在结合元件530的结合光栅中合适地选择相位深度和接片(Steg)与周期比逸出所引起的三个衍射级，其由探测器组件的布置在后面的探测器528.1、528.2、528.3探测且提供彼此在相位方面移位120°的测量信号S_－120、S₀和S₊₁₂₀。

其他的实施方式

除了具体说明的实施例之外，显然在本发明的范围中还存在其他的设计可能性。

对于根据本发明的测量装置的上面阐述的最早的三个实施例(其相应构造为平面镜干涉仪)，通过三次或多个加载功能元件或平面镜且通过根据本发明选择成像因子保持离开的测量光束在其位置和其方向方面稳定，即与在测量臂中的平面镜的可能的倾斜无关。在微分式平面镜干涉仪中还可将根据本发明的措施转移到参照光束的光路上。以这种方式可使参照光束即使在在参照壁中的功能元件或平面镜可能倾斜的情况下保持成位置和方向稳定。

叠加的子光束通过光导纤维(尤其单模纤维)至分开的探测器的结合根据本发明的测量装置的第二实施例阐述的传输同样可设置在根据本发明的这样的测量装置中，其构造为带有标准具的干涉式位置测量装置。即在此还可进行通过光导纤维(尤其单模纤维)将叠加的子光束从扫描单元相应地传输至布置在后面的探测器组件。在此，前提是叠加的子光束在线方向x和测量方向y上保持位置和方向稳定。当其在带有传送标准具的根据本发明的位置测量装置中以线性近似得到时，必须在使用反射标准具时还附加地根据上述解决方案选择在测量方向上的成像因子。除了所抑制的位置和方向切变之外，仅那时还保持叠加的子光束的位置和方向与标准具的可能的倾斜无关。

Claims

1.一种测量装置，其用于高精度的光学的距离或位置确定，带有光源、呈平面镜的形式的至少一个光学的功能元件和探测器组件，其中，进行产生至少两个子光束，其中的至少一个在子光束干涉地叠加地朝探测器组件的方向上传播之前三次加载所述功能元件，可通过该探测器组件由叠加的子光束产生至少一个相位编码的测量信号，

其特征在于，

－子光束(M)在加载所述光学的功能元件(10; 110; 210; 310)之间通过两个成像元件(AE; 11.1－11.3; 11.n)，其中，所述成像元件(AE; 11.1－11.3; 11.n)如此具有成像因子(m_N)，即在所述光学的功能元件(10; 110; 210; 310)从其理论位置倾斜的情况下并未引起干涉的子光束(M, R)的位置和方向切变，并且以下条件适用于N个成像元件(AE;11.1－11.3; 11.n; 12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)的成像因子(m_n)：

N=2：m₁=-2，m₂=-1/2

其中：

n：=1...N

N：=成像元件的数量

m_n：=第n个成像元件的成像因子，以及

－所述成像元件(AE; 11.1－11.3; 11.n)如此构造，即经由其引起射出的子光束(M)相对于射入的光束(M)错位。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述成像元件(AE; 11.1－11.3;11.n; 12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)构造为包括至少一个透镜和镜子的组合。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个透镜构造为衍射透镜。

4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述成像元件(AE; 11.1－11.3;11.n; 12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)包括两个透镜，其具有不同的焦距且如此布置，即射入到第一透镜上的、准直的子光束(M)在通过第二透镜之后再次准直地继续传播。

5.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，分开成两个子光束(M,R; A, B)通过分开元件(100; 200; 300; 500)或通过光源(220; 320)来实现。

6.根据上述权利要求1-4中任一项所述的测量装置，其特征在于，干涉地叠加的子光束(M, R; A, B)传输至布置在后面的探测器组件通过一个或多个光导纤维来实现。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述平面镜布置在干涉仪的测量臂中且经历通过测量光束(M)的三次的加载。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，测量光束(M)垂直地射入到平面镜上。

9.一种测量装置，其用于高精度的光学的距离或位置确定，带有光源、呈标准具的形式的至少一个光学的功能元件和探测器组件，其中，进行产生至少两个子光束，其中的至少一个在子光束干涉地叠加地朝探测器组件的方向上传播之前三次加载所述功能元件，可经由该探测器组件由叠加的子光束产生至少一个相位编码的测量信号，

其特征在于，

子光束(A, B)在加载所述光学的功能元件(20; 410; 510)之间通过两个成像元件(12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)，其中，所述成像元件(12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)如此具有成像因子(m_n)，即在所述光学的功能元件(20; 410; 510)从其理论位置倾斜的情况下并未引起干涉的子光束(A, B)的位置和方向切变，并且以下条件适用于N个成像元件(AE;11.1－11.3; 11.n; 12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)的成像因子(m_n)：

N=2：m₁=-2，m₂=-1/2

其中：

n：=1...N

N：=成像元件的数量

m_n：=第n个成像元件的成像因子。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述成像元件(AE; 11.1－11.3;11.n; 12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)构造为包括至少一个透镜和镜子的组合。

11.根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个透镜构造为衍射透镜。

12.根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述成像元件(AE; 11.1－11.3;11.n; 12.1_A－12.N_A, 12.1_B－12.N_B)包括两个透镜，其具有不同的焦距且如此布置，即射入到第一透镜上的、准直的子光束(M)在通过第二透镜之后再次准直地继续传播。

13.根据上述权利要求9-12中任一项所述的测量装置，其特征在于，分开成两个子光束(M, R; A, B)通过分开元件(100; 200; 300; 500)或通过光源(220; 320)来实现。

14.根据上述权利要求9-12中任一项所述的测量装置，其特征在于，干涉地叠加的子光束(M, R; A, B)传输至布置在后面的探测器组件通过一个或多个光导纤维来实现。

15.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述标准具经历通过干涉式位置测量装置的两个子光束(A, B)的三次的加载。

16.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述成像元件(12.1_A－12.N_A,12.1_B－12.N_B)如此构造，即经由其引起射出的子光束(A,B)相对于射入的子光束(A,B)的错位。