CN104567687B - 用于位置确定的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于位置确定的装置，具有光源，至少沿着测量方向可移动的平的测量反射器（其中测量方向关于测量反射器垂直定向）以及检测器布置。至少一个从光源发射的射线束在施加测量反射器之后碰撞到检测器布置上，使得测量反射器沿着测量方向运动的情况下产生至少一个信号，该信号依赖于测量反射器的位置并且从该信号可以产生定义的参考位置上的参考信号。射线束对测量反射器施加两次并且测量反射器的施加之间通过转向单元，该转向单元设计成，使得由测量反射器倾斜在第一反射之后产生的辐射方向偏差在第二反射之后补偿。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于沿着垂直的测量方向进行位置确定的装置。
背景技术
除了检测两个相对移动的物体在横向方向上的位置变化之外，还存在测量任务，其中仅仅或可能此外还需要确定这些物体在与其垂直的垂直测量方向上的距离。为了沿着这样的测量方向的高度精确测量而提供用于干涉距离测量的装置，例如在DE 10 2013 203211.0中申请人所提及。由该公布已知的装置提供输出侧的高分辨率相移的增量信号，通过该增量信号可检测出所述的距离变化。
此外由EP 2 587 212 A2已知相似的装置。此处也在参照图7-9的第三实施例中提出产生用于增量测量的绝对参考的可能性。为此，由光源发射的射线束首先通过准直光学元件、分束器、相位板和聚焦光学元件抵达到沿测量方向移动的测量反射器上。由该测量反射器使该射线束转向到光栅方向上。设计为反射光栅的光栅将射线束最终对准在检测器装置上，该检测器装置由两个相邻布置并有差别地相互连接的检测器元件组成。在测量反射器沿测量方向上的移动的情况下，检测器装置检测出信号，该信号取决于测量反射器的位置，并可从其中产生沿测量方向的在定义的参考位置上的参考信号。随后高分辨率增量信号可与这样确定的参考位置相关联，使得可实现沿垂直的测量方向上的测量反射器的位置的精确绝对确定。
然而，由EP 2 587 212 A2已知的装置不利的是：在测量反射器从其标称位置的倾斜的情况下，在位置确定时可产生误差。这是因为在沿垂直的测量方向上的距离变化的情况下变化的信号相位也随倾斜角度而线性变化。
发明内容
本发明以所述问题为基础，实现一种用于沿垂直的测量方向进行高度精确位置确定的装置，其对于测量反射器关于至少一个倾斜轴的倾斜是尽可能不敏感的。尤其是，沿测量方向待确定的参考位置应尽可能仅取决于垂直距离，而不取决于测量反射器可能的倾斜。
这个任务根据本发明通过如下所述的装置来解决。
根据本发明的装置的有利实施方案将由下文而获悉。
根据本发明的用于位置确定的装置包含光源、平的测量反射器和检测器装置，所述测量反射器至少可沿测量方向移动，其中将测量方向定向成相对于测量反射器垂直。在施加测量反射器后至少一个由光源发射的射线束碰上检测器装置，以使得在测量反射器沿测量方向的移动的情况下产生至少一个信号，该信号依赖于测量反射器的位置，并从中可产生在定义的参考位置上的参考信号。射线束施加到测量反射器两次并在测量反射器的施加之间通过转向单元，该转向单元如此设计：在第一反射后由测量反射器倾斜导致的射线束的辐射方向偏差在第二反射后补偿。
在此有利地转向单元包括一个或多个光学元件并且设计成，相对于不倾斜的测量反射器上的法线在角度θ下第一次射入的射线束在测量反射器关于倾斜轴以角度α倾斜的情况下在通过转向单元之后相对于不倾斜的测量反射器上的法线(N)在角度θ–2α下第二次射入测量反射器。
可以规定，转向单元包括一个或多个光学元件，其
-对射入测量反射器的发散的射线束给予会聚的光学效果或
-对射入测量反射器的会聚的射线束给予发散的光学效果。
对此可能的是，至少一个光学元件设计为折射或衍射光学部件。
此外作为衍射光学部件的转向单元可包括第一和第二转向光栅。
可能的是，转向单元包括一个或多个光学元件并设计成，在射入面中实现第一次射入测量反射器的射线束到在第二反射之后从测量反射器离开传播的射线束的镜像对称的投影。
有利地，沿着光源和转向单元之间的射线束的光路布置第一透射光栅并且在转向单元和检测器装置之间布置第二透射光栅。
对此可以规定，两个透射光栅，转向单元和所述测量反射器如此相对彼此布置，使得射线束在第一和第二透射光栅的通过之间在两个碰撞位置上施加到测量反射器，碰撞位置沿着第一方向(x)彼此间隔，第一方向平行于射线束的射入方向定向到第一透射光栅(14；114；214)。
此外可能的是，光源，透射光栅，转向单元和检测器装置布置在探测单元中，探测单元布置成可相对于测量反射器沿着测量方向移动。
此外探测单元中透射光栅可布置在正交于测量反射器定向的载体部件上，其中
-第一透射光栅布置在第一载体部件上，
-第二透射光栅布置在第二载体部件上以及
-两个转向光栅布置在透明的第三载体部件的相反侧上，第三载体部件设计成板状的并且布置在第一和第二载体部件之间。
还有可能的是：
-从光源发射的射线束通过第一透射光栅第一次转向到测量反射器的方向，
-在测量反射器上实现射线束到转向单元的方向的反射，
-通过转向单元所述射线束第二次转向到测量反射器的方向，
-在测量反射器上实现射线束到第二透射光栅的方向的反射以及
-通过第二透射光栅实现射线束到检测器装置的方向的转向。
对此可以规定：
-第一透射光栅还设计成，使得射入第一透射光栅对准的射线束转变成在通过第一方向和测量方向展开的xz平面中发散的射线束，以及
-第一转向光栅还设计成，使得射入第一转向光栅的射线束
-在xz平面中对准，
-在通过第一方向和与第一方向垂直的第二方向展开的xy平面中经历偏转并且
-在xy平面中聚焦在线形的焦点上，焦点中心地在转向单元中位于第一和第二转向光栅之间并且平行于测量方向延展并且
-第二转向光栅还设计成，射入第二转向光栅的射线束
-在xz平面中经历偏转，
-在xz平面中转变成会聚的射线束，以及
-在xy平面中对准，
-第二透射光栅还设计成，射入第二透射光栅的射线束的中间的辐射方向平行于透射光栅上的法线对齐。
此外可能的是：
-第一透射光栅还设计成，使得射入第一透射光栅对准的射线束在通过第一方向和测量方向展开的xz平面中使光源投影到第一像点，第一像点位于第一透射光栅和测量反射器之间，使得在xz平面中发散的射线束射入第一转向光栅，
-第一转向光栅还设计成，使得射入第一转向光栅的射线束
-在xz平面中对准，
-在通过第一方向和与第一方向垂直的第二方向展开的xy平面中经历偏转以及
-在xy平面中聚焦在线形的焦点上，焦点中心地在转向单元中位于第一和第二转向光栅之间和平行于测量方向延展并且
-第二转向光栅还设计成，使得射入第二转向光栅的射线束
-在xz平面中经历偏转，
-在xz平面中光源投影到测量反射器和第二透射光栅之间的第二像点，使得xz平面中发散的射线束射入第二透射光栅并且
-在xy平面中对准，
-第二透射光栅还设计成，使得通过其实现在检测器装置的检测面中第二像点的投影。
可能的是，第一透射光栅设计成，使得通过其实现参考射线束的分离，使参考射线束在第二透射光栅上与两次对测量反射器施加的射线束进行干涉的叠加。
透射光栅和/或转向光栅可以设计成闪耀（geblazte）光栅。
作为根据本发明的解决方案的决定性的优点产生相对测量反射器关于至少一个倾斜轴的倾斜的高不灵敏性。在位置确定时或者在产生参考信号时因此可以可靠地避免错误。此外可以通过其他措施确保，也保证了关于围绕其他倾斜轴的倾斜的位置确定的不灵敏性。
根据按照本发明的装置的实施例的下面描述连同附图解释本发明的其他细节和优点。
附图说明
其示出
图1a示出根据本发明的装置的第一实施例的示意性第一截面图；
图1b示出根据本发明的装置的第一实施例的示意性第二截面图；
图1c示出用于解释根据本发明的装置的决定性的组件的示意性部分-光路-表示；
图2a-2c分别示出具有其上布置的透射光栅的第一实施例的载体部件上的俯视图；
图3示出用于产生第一实施例的参考信号的检测器部件包括下属的电路布置；
图4a-4e示出用于解释具有图3的电路布置的第一实施例中参考信号产生的不同信号表示；
图5a示出根据本发明的装置的第二实施例的示意性第一截面图；
图5b示出根据本发明的装置的第二实施例的示意性第二截面图；
图6示出根据本发明的装置的第三实施例的示意性截面图。
具体实施方式
根据1a-1c，2a-2c，3以及4a-4c下面相同地详细描述用于位置确定的根据本发明的装置的第一实施例以及各个基本方面。图1a和1b分别以不同视图示出这个实施例的光路的示意性表示，图1c示出用于解释确定几何形状的关联的示意性部分光路表示并且图2a-2c分别示出具有在其上布置的透射光栅的这个装置的载体部件上的俯视图。在图3中用于产生参考信号SR的电路布置与上面图的装置一起表示，在图4a-4c中示出用于解释参考信号产生的不同信号表示。
出于更清楚的原因而在图中未分别示出用于干扰地产生增量的距离信号的光路，如其在开始已提及的DE102013203211.0中申请人提出的一样。因此在下面仅仅解释根据本发明产生参考信号SR。然后这可以以现有技术和方式用高分辨率的增量距离信号结算，其根据DE102013203211.0产生。
根据本发明党的装置包括平的测量反射器1以及在示出的实施例中布置在示意性表明的探测单元10中的一系列其他组件11-19.3。平的测量反射器1在平面上沿着第一方向x和第二，与其垂直的方向y延展。接着这个平面还称为测量反射器的布置平面或xy平面。xy平面在图1a中垂直于图表平面(即垂直于xz平面)定向；在图1b中测量反射器1的布置平面平行于图表平面（即平行于xy平面）定向。
在表示的实施例中光源11，准直仪光学元件12，玻璃板13，检测器装置18以及其上布置两个透射光栅14，17以及具有定义的光学效果的转向单元16的两个转向光栅15.1，15.2的三个载体部件19.1-19.3属于在探测单元10中设置的组件11-19.3，这在下面详细解释。
平的测量反射器1布置成相对探测单元10或者相对其他组件11-19.3的至少一个部分至少沿着垂直测量方向可移动。垂直测量方向定向成关于平的测量反射器1或者其xy布置面垂直并且在图中分别用坐标z表示；接着在此还讨论测量方向z。例如一方面测量反射器1并且另一方面探测单元10可以与（未示出）机器组件相连，此外其还可沿着测量方向z相对彼此移动。通过根据用于位置确定的本发明的装置在测量反射器1相对探测单元10相对运动的情况下产生至少一个信号，该至少一个信号依赖于测量反射器1沿着测量方向z的位置。接着根据这样产生的信号可以产生或者导出沿着测量方向z的定义的参考位置zref上的参考信号SR，该参考信号由排在后面的（未示出）机器控制再处理，例如以用产生的增量的距离信号等等结算的形式进行。
作为共同的探测单元10中的所有组件11-19.3的布置的备选可以在本发明的范围例如还设置，光源1和/或检测器装置18位置上与探测单元10分开地布置并且其分别可通过光波导体与探测单元10连接。在在测量位置不希望通过光源的热输入时或在检测器装置尽可能不会因为影响测量位置干扰时，则这可能有利的。
根据本发明的装置的本第一实施例中下面详细解释用于产生参考信号SR的探测光路。
光源11（例如设计为点状或者接近点状的半导体激光器或LED）发射射线束，该射线束由准直仪光学元件11对准。对准的射线束通过以45°在光路中布置的玻璃板13的后侧上的反射转向到方向第一透射光栅14。第一透射光栅14布置在第一载体部件19.1上，其设计成透明的玻璃板并且布置成关于测量反射器1正交或者正交于xy平面。在图1a中因此第一载体部件19.1垂直于yz平面中的图表平面延展。
第一透射光栅14对射入其中的对准的射线束给予不同光学效果并且为此适当地设计。因此它这样作用于射线束的转向，使得其第一次转向到测量反射器1的方向。这个转向实现如从图1a在xz平面中显见。此外第一透射光栅14拥有具有负焦距的柱面透镜功能，使得射入的对准的射线束转变到仅仅在xz平面中发散的射线束，但是在xy平面中根据图1b仍然对准地继续传播。
这个不同的光学功能可在唯一透射光栅中通过合计单个光学功能性的相位功能来组合，使得产生由单独相位功能叠加的第一透射光栅14的总光栅相位功能。在实现为双光栅结构的情况下二元化叠加的总光栅相位功能，由此确定第一透射光栅14的光栅桥接片的位置和形式。优选地第一透射光栅14设计为闪耀光栅，其中最小化不希望的绕射级次；对此可能涉及从第一透射光栅14出发在xz平面中在正方向上扩展的绕射级次。
通过第一透射光栅14如已经解释的影响，部分发散的射线束然后第一次到达测量反射器1上的第一碰撞位置A1并且从那里反射到探测单元10的方向或者转向单元16的第一转向光栅15.1的方向。在此第一转向光栅15.1同样设计为透射光栅并且布置在探测单元10中的第三载体部件19.3的第一侧上；第三载体部件19.3如第一载体部件19.1一样设计为透明的玻璃板，玻璃板在yz平面上垂直于测量反射器1延展。
第一转向光栅15.1（设计为透射光栅）给予射入其中的射线束不同定义的光学效果；它在此同样拥有确定的柱面透镜效果。因此对此产生到转向单元16的第二转向光栅15.2的方向的射入的射线束的转向，第二转向光栅布置在第三载体部件19.3的相反第二侧上并同样设计为透射光栅。在此在xz平面中如图1a中明显地实现射线束的准直。此外由于第一转向光栅15.1根据图1b的相应设计xy平面中的偏转以及在第三载体部件19.3的相反第二侧上的反射之后导致在xy平面中到线形的焦点L的聚焦。线形的焦点L中心地位于在第三载体部件19.3中并且平行于测量方向z延展。
接着射线束从线形的焦点L在如图1b的xy平面中明显中心对称地关于线形的焦点L在第二转向光栅15.2的方向继续传播。这意味着，在第三载体部件19.3的第一侧上的反射之后在xy平面中继续发散的射线束碰撞到第二转向光栅15.2。第二转向光栅15.2相反于第一转向光栅15.1布置在第三载体部件19.3的第二侧并且设计成在光学功能中关于xz平面镜像对称的，然而在如在图2b中相应俯视图中等同转向单元16的第一转向光栅15.1。因此具有其柱面透镜功能的第二转向光栅15.2现在一方面根据图1a如此导致射入其中的射线束的转向，使得其转向到第二次测量反射器1的方向，即其一方面导致xz平面中的偏转。另一方面由此射线束如图1a中在xz平面中明显通过第二转向光栅15.2转变为会聚的射线束并且根据图1b在xy平面中对准。
在测量反射器1在在x方向上与第一碰撞位置A1间隔开的第二碰撞位置A2上的第二施加之后，相应影响的射线束最后碰撞到在第二载体部件19.2上布置的第二透射光栅17。第二载体部件19.2再次如两个其他载体部件19.1，19.3设计。通过第二透射光栅17导致射入其中的射线束转向到der排在其后的检测器装置18的方向以及对齐射入其中的射线束的中间的辐射方向平行于通过的透射光栅14，17和转向光栅15.1，15.2上的法线。
此外两个转向光栅15.1，15.2以及第二透射光栅17可以类似第一透射光栅14设计为闪耀光栅。
解释的光路所基于的根据本发明的装置的基本效果原理可如下解释。因此可以在备选光路表示中从虚拟光源11'出发，如图1a中所示在射线路径中位于第一透射光栅14之前。在xz平面中根据图1a由虚拟光源11'散布发散的射线束。在这个xz平面中由于两个转向光栅15.1，15.2对射线束的设置的柱面透镜效果虚拟光源11'投影到检测器装置18或者其检测面。在施加第一转向光栅15.1之前在此射线束第一次碰撞到碰撞位置A1上并且在通过第二转向光栅15.2之后在碰撞位置A2上第二次到测量反射器1上。所有射线束（该射线束传播到公共载体部件19.3上两个转向光栅15.1，15.2的组合并且还由其继续传播）通过测量反射器1传导。测量反射器1在此定义转向光栅15.1和15.2的影像，其中这个可见地定位。在测量反射器1以量Δz沿着测量方向z偏移的情况下这个影像偏移量。这意味着，在转向光栅15.1，15.2中包含的柱面透镜效果以量偏移并且虚拟光源11'相应地沿着测量方向z以量偏移地在检测器装置18上投影。
根据图3以及4a-4d下面根据通过检测器装置18这样测得的信号解释参考信号的产生。
在本实施例中检测器装置包括提供信号S1，S2的两个在测量方向z相邻布置的检测器部件，其参考位置的区域中的变化在图4a中示出。根据两个信号S1，S2通过差分部件21.1形成差分信号ΔS和通过加法部件21.2形成累计信号。差分信号ΔS和累计信号的变化在图4b和4d中示出。累计信号如从图4d明显在测量反射器z偏移的情况下仅在测量区域的部分中接近不变。在这个部分区域中累计信号大并且用作参考水平。
差分信号ΔS并行对两个比较器级23.1，23.2输送，其与稍微不同阈值SC1或者SC2比较，该阈值分别从累计信号通过分压器得到。通过不同阈值SC1和SC2两个比较器级23.1，23.2的相应切换位置x1和x2相对彼此稍微位移。比较器级输出上产生的矩形信号A，B的XOR关联通过XOR部件24提供在图4c示出的信号C；在图3的下部分示出XOR部件24的所属的逻辑表。
累计信号根据图3对其他比较器级23.3传输并且在那里与阈值SC3比较。在比较器级23.3的输出上最后产生矩形信号D，矩形信号在图4d示出。
然后这样产生的信号C和D最后对UND部件25输送，在UND部件的输出上在相应逻辑关联最后产生参考信号E，如图4e中所示；还在图3的下部分中示出UND部件25所属的逻辑表。
输出的参考信号E的情况和宽度可以通过电子调节两个阈值SC1和SC2在宽极限中选择。有利地信号周期的宽度x2-x1对应增量探测。这意味着，在测量反射器1在测量方向z上的偏移范围内参考信号E指示增量探测的信号周期宽的参考位置。因此可引用增量探测的唯一信号周期，其中例如增量计数器的值在此置为零。
通过根据本发明的装置现在可以以尤其有利的方式和方法最小化测量反射器1的倾斜对测量精度的影响。这样的倾斜可以例如在添置时由于未遵循的装配容差在相应的应用中产生。
相对于测量反射器1关于第一方向y的倾斜的不灵敏性在根据本发明的装置中一方面确保，射线束由于选择的光路引导两次对测量反射器1施加；另一方面确保适当设计转向单元16，使得由于测量反射器倾斜在第一反射之后导致的射线束的辐射方向偏差在第二反射之后补偿。对此在测量反射器1关于在y方向延展的倾斜轴倾斜时，最小化碰撞检测器装置的射线束的可能的偏移。在这个上下文中参考图1c，借助图1c会阐述这个上下文。
在图1c中根据本发明的装置的测量反射器M在关于y轴以角度α倾斜情况中示出；虚线指示没有倾斜的测量反射器M的标称情况。示出射入测量反射器M的发散的或可能部分发散的射线束Sin或者其侧面限制的边缘射线SL，SR以及测量反射器M上的第一反射。仅示意性表示射线束穿过未更详细表示的转向单元U以及射线束在测量反射器M上的第二反射和从测量反射器最终离开传播的，会聚的或可能部分会聚的射线束Sout。
如从图1c显见，相对于法线N射入的发散的射线束Sin的左边缘射线SL在角度θ1下和右边缘射线SR在角度θ1’下射入倾斜的测量反射器上。在此法线N位置垂直于不倾斜的测量反射器M。在射入的射线束Sin在测量反射器M上第一反射之后反射的边缘射线SL，SR在角度θ1+2α或者θ1’+2α下在转向单元U的方向传播。射入的射线束Sin由于测量反射器倾斜因此在第一反射之后相对不倾斜的测量反射器M的情况经历辐射方向偏差2a。如图1c中所指示的，转向单元U现在如此设计，使得这个辐射方向偏差在射线束在测量反射器M上第二反射之后得到补偿。通过相应光学布局转向单元U在此可确保，射线束的左边缘射线SL在通过转向单元U之后对法线N在角度θ1-2α下射入倾斜的测量反射器M并且右边缘射线SR在角度θ1’-2α下进行。之后通过转向单元U在射入面中在射入面中进行第一次射入测量反射器M的射线束Sin到测量反射器M在第二反射之后离开传播的或者射出的射线束SOUT的镜像对称的投影。
转向单元U的这样的功能通过投影借助于一个或多个柱面透镜在y方向上实现，其将进入发散的(会聚的)光束转化为射出的会聚的(发散的)光束，该光束对yz平面镜像对称的或接近镜像对称的通过转动点P射出。根据图1a这个投影通过两个柱面透镜功能在优选地具有相同焦距并且在x方向上对测量反射器1的转动点P对称布置的转向光栅15.1和15.2的y方向实现。对此虚拟光源11'必须位于在第一柱面透镜的焦平面上。测量反射器1的转动点P在此定义为用于位置确定的根据本发明的装置的有效测量点，其中在线性接近中测量反射器1的倾斜不导致参考信号的偏移。这个有效测量点会与未示出的增量探测的有效测量点一致，因此参考信号到增量信号的准确分配还在没有测量反射器1倾斜的情况下保持存在。有效测量点或者转动点P优选地如此选择，使得其位于测量反射器1上射线束的两个碰撞位置A1和A2之间的中点。在转向单元U的这种布局的情况下边缘射线SR和SL，（如上所述），在对法线N角度θ1-2α或者θ1’-2α）下射出。
在射线束在测量反射器M上的第二反射之后射线束Sout或者其限制的边缘射线SL，SR因此在角度θ1或者θ1’倾斜的测量反射器M在这里未示出的第二透射光栅的方向上离开；射线束Sout的边缘射线SL，SR因此与射入射线束SIN边缘射线SL，SR具有相同方向。通过两次施加测量反射器M和适当设计转向单元U因此可避免或至少最小化由于测量反射器M关于平行于y方向的轴的倾斜的测量误差，该测量误差否则会由于在此导致的倾斜有关的相移而出现。
对此需要的，在图1c中仅示意性指示的转向单元U可以基本上以不同方式和方法实现并且对此包括一个或多个适当布局的光学元件，该光学元件又可以设计为折射或衍射光学部件。在图1c的示例中转向单元U的未详细示出的光学元件在此给予对射入测量反射器M的发散的射线束Sin的会聚的效果。如从图1c显见，会聚在第二反射之后离开测量反射器M的射线束Sout；相反还可能的是，通过转向单元的相应布局射入的会聚的射线束在在测量反射器上第二反射之后发散地继续经过。类似的想法自然还适合于仅部分发散的或者部分会聚的，射入射线束和其到部分会聚或者部分发散射出的射线束的转换。
在图1a，1b的解释的第一实施例中作为相应衍射光学部件的转向单元16包括两个转向光栅15.1，15.2，其分别设计为具有上述光学功能性的透射光栅。
对此备选地转向单元自然还可以包括其他光学部件，该其他光学部件对通过射线束给予相应的补偿效果。因此如在射入的发散的射线束的情况下聚光透镜或在射入会聚的射线束的情况下散光透镜可以用作转向单元中的合适的折射光学部件。同样可能分别使用使得布局的，展宽的（gechirpter）透射光栅以及这种光学部件的组合。
除了所解释的减低关于平行于y方向的倾斜轴的倾斜敏感性以外，通过适当地设计转向单元16此外可能的是，还确保相对关于第二方向x的测量反射器倾斜的不灵敏性。对此在第一实施例中规定，通过第一转向光栅15.1在xy平面中聚焦射入其中的射线束以及在这个平面上通过第二转向光栅15.2实现重准直，如其例如在图1b中显见的一样。通过相应设计转向单元16中的第一和第二转向光栅15.1，15.2因此此外还确保，在测量反射器1的关于在x方向上延展的倾斜轴的可能的倾斜的情况下射入检测器装置18的射线束很少沿着y方向偏移。因此产生的参考信号SR还在线性级别上在测量反射器1的这样倾斜的情况下保持不受影响。通过转向单元16的相应布局因此还可以最小化关于其他倾斜轴倾斜敏感性。
关于测量反射器关于x或y方向的可能的倾斜表明为进一步有利的是，设置用于产生参考信号的，根据本发明的探测具有xy平面中同样有效的测量点如在图中未示出的用于产生增量信号的探测一样。在此xy平面中的两个探测的有效测量点优选地位于中心地在射线束的两个碰撞点A1和A2用于参考信号产生。由此在测量反射器倾斜的情况下参考信号SR相对产生增量信号的可能的错位可避免，该错位否则在位置确定时可以导致误差。
根据图5a和5b下面描述根据本发明的装置的第二实施方式。类似于第一实施例这两个图分别以不同视图示出用于参考信号产生的光路的示意性表示。在下面解释对第一实施例的仅决定性的区别。
尤其是这里设置与在第一实施例中不同布局两个通过的透射光栅114，117以及转向单元116转向光栅115.1，115.2。在在第一实施例中期间使用的第一透射光栅拥有具有负焦距的柱面透镜功能，现在在第一透射光栅114方面在光路中设置具有正焦距的柱面透镜功能。由此光源111通过第一透射光栅114投影到第一像点LB1，第一像点位于第一透射光栅114和第三载体部件119.3之间。从第一像点LB1在第三载体部件119.3的方向上传播发散的射线束通过第一碰撞点A1到测量反射器101上。在其面向第一透射光栅114的侧上布置第一转向光栅115.1，第一转向光栅又在xz平面上具有柱面透镜功能，通过柱面透镜功能射线束在xz平面中对准，但是在xy平面中经历到线形的焦点L的聚焦。第一转向光栅的焦距必须关于柱面透镜功能与其相应地比在第一实施方式中更短。与线形的焦点L对称地光源111通过第二转向光栅115.2投影到第二像点LB2，第二像点位于第二转向光栅和第二透射光栅117之间。第二透射光栅117最终投影第二像点LB2在检测器装置118上。由于作为直接相邻于第三载体部件119.3的像点LB1和LB2的情况可实现射线束的明显更大的发散角度和因此明显更大的孔径。因为射线束的较大孔径还相应地提高信号S1和S2的边沿陡度，借助于这个实施方式可实现具有还更小宽度的参考信号。当在增量信号的小信号周期的情况下要求高分辨率和根据本发明的产生参考信号SR的宽度会对应于这个小信号周期时，则这是尤其有利的。
根据本发明的装置的第三实施方式最后根据图6解释，图6示出用于参考信号产生的光路的示意性表示。在下面又仅解释与所述实施例决定性的区别。
在根据本发明的装置的第三实施例中现在设置干扰产生参考信号SR，对此所谓的展宽的光栅作为透射光栅使用，即具有附图标记214，215.1a，215.1b，215.2a，215.2b和217的光栅。关于这样参考信号产生的细节申请人明确地在EP 513427B1以及DE 19748802B4表明。通过使用展宽的光栅这里实现关于参考信号Sr的特别高的空间分辨率，即参考信号Sr的非常少宽度。
与基于分别通过透射光栅的光学投影的特性的两个第一实施例不同，在第三实施例中从光源211和准直仪光学元件212射入的射线束在第一透射光栅214上分成测量射线束M和参考射线束R，其用于干扰产生参考信号。
第一透射光栅214除了如在上述实施例中光学分离功能之外在此还具有对分离的测量和参考射线束M，R的柱面透镜功能。在示出的图6的实施例中第一透射光栅214在此不但具有正焦距而且具有负焦距，即用于测量射线束M的正焦距和用于参考射线束R的负焦距。原则上还可实现相反的分配。
转向单元216中第一转向光栅215.1a，215.1b以及第二转向光栅215.2a，215.2b位于在中间的，第三载体部件219.3上分别不但用于测量射线束M而且用于参考射线束R，它们在xz平面中重新准直相应射线束M，R。这里未示出，但是原则上可能的是还在此重新将测量和参考射线束M，R在yz平面中聚焦（如在第一两个实施例中一样），以由此确保平行于x方向定向的倾斜轴的倾斜补偿。
在通过第三载体部件219.3之后产生xz平面中测量和参考射线束M，R的镜像对称的辐射路径到第二透射光栅217上测量和参考射线束M，R的叠加。第二透射光栅217在此其合并光栅的作用，重新对准两个射线束M，R并且使+1.和-1.绕射级次为干扰。
作为+/-1.绕射级次的备选还可以根据0.和2.级次产生两个信号，其关于参考信号可进一步处理。
在这个实施例中使用的测量原理对应于增量信号产生的测量原理，如在开始中提及的DE102013203211.0中详细描述的一样。透射光栅214，215.1a，215.1b，215.2a，215.2b的展宽的结构如具有连续分布的信号周期增量探测的与共同零或者参考状态的叠加起作用。除了这个共同零状态大大抑制信号的调制，使得这种信号可以用作参考信号。
除了解释的实施例以外在本发明的范围中显然还存在其他扩展方案可能性。
Claims (14)
1.用于位置确定的装置，具有
-光源，
-平的测量反射器，所述测量反射器至少可沿着测量方向移动，其中所述测量方向关于测量反射器垂直定向以及
-检测器装置，
-其中至少一个从所述光源发射的射线束在施加测量反射器之后碰到所述检测器装置，使得在测量反射器沿着测量方向运动的情况下产生至少一个信号，所述信号依赖于测量反射器的位置并且可从所述信号产生定义的参考位置上的参考信号，
其特征在于，
所述射线束两次施加到所述测量反射器(M；1；101；201)并且在测量反射器(M；1；101；201)的施加之间通过转向单元(U；16；116；216)，所述转向单元被设计成，在第一反射之后由测量反射器倾斜导致的射线束的辐射方向偏差在第二反射之后补偿，而且
沿着所述光源(11；111；211)和所述转向单元(U；16；116；216)之间的射线束的光路布置第一透射光栅(14；114；214)，并且在所述转向单元(U；16；116；216)和所述检测器装置(18；118；218)之间布置第二透射光栅(17；117；217)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转向单元(U；16；116；216)包括一个或多个光学元件并且被设计成，相对于不倾斜的测量反射器(M；1；101；201)上的法线(N)在角度θ下第一次射入的射线束(Sin)在所述测量反射器(M；1；101；201)关于倾斜轴以角度α倾斜的情况下在通过转向单元(U；16；116；216)之后相对于不倾斜的测量反射器(M；1；101；201)上的法线(N)在角度θ–2α下第二次射入测量反射器(M；1；101；201)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述转向单元(U；16；116；216)包括一个或多个光学元件，其
-对射入测量反射器(M；1；101；201)的发散的射线束(SIN)给予会聚的光学效果，或
-对射入测量反射器(M；1；101；201)的会聚的射线束(SIN)给予发散的光学效果。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，至少一个光学元件被设计为折射或衍射光学部件。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，作为衍射光学部件的所述转向单元(U；16；116；216)包括第一和第二转向光栅(15.1，15.2；115.1，115.2；215.1a，215.1b，215.2a，215.2b)。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转向单元(U；16；116；216)包括一个或多个光学元件并被设计成，在射入面中实现第一次射入测量反射器(M；1；101；201)的射线束(SIN)到在第二反射之后从测量反射器(M；1；101；201)离开传播的射线束(SOUT)的镜像对称的投影。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，两个透射光栅(14；114；214；17；117；217)所述转向单元(U；16；116；216)和所述测量反射器(M；1；101；201)如此相对彼此布置，使得射线束在第一和第二透射光栅(14；114；214；17；117；217)的通过之间在两个碰撞位置(A1，A2)上施加到测量反射器(M；1；101；201)，所述碰撞位置沿着第一方向(x)彼此间隔，所述第一方向平行于射线束的射入方向定向到所述第一透射光栅(14；114；214)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源(11；111；211)，所述第一和第二透射光栅(14；114；214；17；117；217)，所述转向单元(U；16；116；216)和所述检测器装置(18；118；218)布置在探测单元(10；110；210)中，所述探测单元布置成可相对于测量反射器(M；1；101；201)沿着测量方向(z)移动。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述探测单元(10；110；210)中所述透射光栅(14；114；214；17；117；217)布置在正交于测量反射器(M；1；101；201)定向的载体部件(19.1，19.2；119.1，119.2；219.1，219.2)上，其中
-所述第一透射光栅(14；114；214)布置在第一载体部件(19.1；119.1；219.1)上，
-所述第二透射光栅(17；117；217)布置在第二载体部件(19.2；119.2；219.2)上以及
-两个转向光栅(15.1，15.2；115.1，115.2；215.1a，215.1b，215.2a，215.2b)布置在透明的第三载体部件(19.3；119.3；219.3)的相反侧上，所述第三载体部件被设计成板状的并且布置在第一和第二载体部件(19.1，19.2；119.1，119.2；219.1，219.2)之间。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
-从光源(11；111)发射的射线束通过所述第一透射光栅(14；114)第一次转向到测量反射器(M；1；101)的方向，
-在测量反射器(M；1；101)上实现射线束到转向单元(U；16；116)的方向的反射，
-通过所述转向单元(U；16；116)所述射线束第二次转向到测量反射器(M；1；101)的方向，
-在测量反射器(M；1；101)上实现所述射线束到第二透射光栅(17；117)的方向的反射，以及
-通过所述第二透射光栅(17；117)实现所述射线束到检测器装置(18；118)的方向的转向。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，
-所述第一透射光栅(14)还被设计成，使得射入所述第一透射光栅对准的射线束转变成在通过所述第一方向(x)和所述测量方向(z)展开的xz平面中发散的射线束，以及
-作为衍射光学部件的所述转向单元(U；16；116；216)包括第一和第二转向光栅(15.1，15.2；115.1，115.2；215.1a，215.1b，215.2a，215.2b)，其中所述第一转向光栅(15.1)还被设计成，使得射入所述第一转向光栅的射线束
-在所述xz平面中对准，
-在通过所述第一方向(x)和与所述第一方向(x)垂直的第二方向(y)展开的xy平面中经历偏转并且
-在xy平面中聚焦在线形的焦点(L)上，所述焦点中心地在所述转向单元(U；16)中位于所述第一和所述第二转向光栅(15.1，15.2)之间并且平行于测量方向(z)延展并且
-所述第二转向光栅(15.2)还设计成，射入所述第二转向光栅的射线束
-在所述xz平面中经历偏转，
-在所述xz平面中转变成会聚的射线束，以及
-在所述xy平面中对准，
-所述第二透射光栅(17)还被设计成，射入所述第二透射光栅的射线束的中间的辐射方向平行于所述透射光栅(14，17)上的法线对齐。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，
-所述第一透射光栅(114)还被设计成，使得射入所述第一透射光栅对准的射线束在通过所述第一方向(x)和所述测量方向(z)展开的xz平面中使所述光源(111)投影到第一像点(LB1)，所述第一像点位于所述第一透射光栅(114)和所述测量反射器(M；101)之间，使得在xz平面中发散的射线束射入第一转向光栅(115.1)，
-作为衍射光学部件的所述转向单元(U；16；116；216)包括第一和第二转向光栅(15.1，15.2；115.1，115.2；215.1a，215.1b，215.2a，215.2b)，其中所述第一转向光栅(115.1)还被设计成，使得射入所述第一转向光栅的射线束
-在所述xz平面中对准，
-在通过所述第一方向(x)和与所述第一方向垂直的第二方向(y)展开的xy平面中经历偏转以及
-在所述xy平面中聚焦在线形的焦点上，所述焦点中心地在所述转向单元(U；116)中位于所述第一和第二转向光栅(115.1，115.2)之间和平行于测量方向(z)延展并且
-所述第二转向光栅(115.2)还被设计成，使得射入所述第二转向光栅的射线束
-在所述xz平面中经历偏转，
-在所述xz平面中所述光源(111)投影到所述测量反射器(M；101)和所述第二透射光栅(117)之间的第二像点(LB2)，使得所述xz平面中发散的射线束射入第二透射光栅(117)并且
-在所述xy平面中对准，
-所述第二透射光栅(117)还被设计成，使得通过其实现在检测器装置(118)的检测面中第二像点(LB2)的投影。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一透射光栅(214)被设计成，使得通过其实现参考射线束(R)的分离，使所述参考射线束在所述第二透射光栅(217)上与两次对测量反射器(201)施加的射线束(M)进行干涉的叠加。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二透射光栅(14；114；214；17；117；217)被设计成闪耀光栅，和/或
作为衍射光学部件的所述转向单元(U；16；116；216)包括被设计成闪耀光栅的第一和第二转向光栅(15.1，15.2；115.1，115.2；215.1a，215.1b，215.2a，215.2b)。
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