CN105143813B - 用于干扰式测量距离的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在两个物体之间干扰式测量距离的装置，两个物体相互间沿着至少一移动方向活动地设置。设有至少一光源以及至少一分裂元件，它将由光源发射的射束在分裂位置上分裂成至少两个分射束，它们以不同的角度继续传播。此外所述装置包括至少一偏转元件，它引起入射到其上的分射束偏转到汇合位置方向，在汇合位置分裂的分射束出现干扰的叠加，并且所述分射束在分裂位置与汇合位置之间的光程这样构成，使分射束在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体之间的距离变化的情况下是一致的。此外设有至少一检测装置用于由干扰的分射束的叠加副中检测与距离有关的信号。

Description

用于干扰式测量距离的装置
技术领域
本发明涉及一种用于干扰式测量距离的装置。
背景技术
除了测量两个相互运动的物体在一个或两个侧向上位置变化以外存在测量任务，其中仅仅或必要时附加地还需要确定这些物体在与其垂直的铅垂测量方向上的距离。对于沿着这种测量方向的高精度测量距离提供干扰式方法，如同例如在文献DE 10 2007 016774 A1或DE 10 2011 005 937公开的那样。
在干扰式测量距离时，通过适合的衍射或折射的光学元件使射束分裂成两个分射束，即测量射束和干涉射束。它们接着通过从属的测量和干涉分支并且在汇合位置带到干扰地叠加。在此要测量的距离通过测量射束与干涉射束之间的相位差编码。在出现测量射束与干涉射束之间路程长度差的情况下给出要测量的距离与各个射束各自波长的关系。但是原则上期望干扰式测量距离与可能的波长振荡无关。但是这在由上述两个文献中已知的方法中只能在某些理论距离中保证，而不能在整个测量距离范围中保证。
发明内容
本发明的任务是，实现一个用于高精度干扰式测量距离的装置，在该装置中测得的距离在整个测量距离范围上与所使用光源的波长无关。
这个任务的一个技术解决方案在于一种用于在两个物体之间干扰式测量距离的装置，所述两个物体相互间沿着至少一移动方向活动地设置，具有至少一光源，至少一分裂元件，它将由光源发射的射束在分裂位置上分裂成至少两个分射束，它们以不同的角度再传播，至少一偏转元件，它引起入射到其上的分射束偏转到汇合位置方向，在汇合位置分裂的分射束出现干扰的叠加，并且分射束在分裂位置与汇合位置之间的光程这样构成，使分射束在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体之间的距离变化的情况下是一致的，至少一检测装置用于由干扰的分射束的叠加副中检测与距离有关的信号，其中，至少一扫描单元与一物体连接，该扫描单元包括至少一光源、至少一检测装置和至少一第一偏转元件和/或者一测量反射器或者一分裂元件与另一物体连接，其中，所述分裂元件由一维透射光栅构成并且所述扫描单元还包括至少一第一比例体，它具有两维的透射-十字光栅和与其平行设置的反射器。
上述任务的另一技术解决方案在于一种用于在两个物体之间干扰式测量距离的装置，所述两个物体相互间沿着至少一移动方向活动地设置，具有至少一光源,至少一分裂元件，它将由光源发射的射束在分裂位置上分裂成至少两个分射束，它们以不同的角度再传播，至少一偏转元件，它引起入射到其上的分射束偏转到汇合位置方向，在汇合位置分裂的分射束出现干扰的叠加，并且分射束在分裂位置与汇合位置之间的光程这样构成，使分射束在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体之间的距离变化的情况下是一致的，至少一检测装置用于由干扰的分射束的叠加副中检测与距离有关的信号，其中，至少一扫描单元与一物体连接，该扫描单元包括至少一光源、至少一检测装置和至少一第一偏转元件和/或者一测量反射器或者一分裂元件与另一物体连接，其中与物体连接的扫描单元还包括至少四个偏转元件,它们分别由一维反射格栅构成并且包括至少一分裂元件，它由一维透射光栅构成并且一测量反射体与另一物体连接，该测量反射器由平面反射镜构成。
按照本发明的用于在两个物体之间干扰式测量距离的装置，两个物体相互间沿着至少一移动方向活动地设置，包括至少一光源、至少一分裂元件、至少一偏转元件以及至少一检测装置。通过分裂元件在分裂位置上实现由光源发射的射束分裂成至少两个分射束，它们以不同的角度再传播。所述偏转元件引起入射到其上的分射束偏转到汇合位置方向，在汇合位置分裂的分射束出现干扰的叠加，并且所述分射束在分裂位置与汇合位置之间的光程这样构成，使分射束在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体之间的距离变化的情况下是一致的。通过检测装置可以由干扰的分射束的叠加副中检测与距离有关的信号。
可以规定，
-至少一扫描单元与一物体连接，该扫描单元包括至少一光源、至少一检测装置和至少一第一偏转元件和
-或者一测量反射器或者一分裂元件与另一物体连接。
在此所述分射束在扫描单元中有利地至少在一部分光程中基于扫描单元的至少一对称轴线对称地传播。
此外能够，
-或者所述扫描单元具有两个分扫描单元，它们基于镜面镜像对称地设置，该镜面平行于移动方向取向或者
-在使用唯一扫描单元的情况下这个扫描单元基于镜面镜像对称地构成，该镜面平行于移动方向取向。
在按照本发明装置的有利实施例中，通过布置和/或构成至少一偏转元件保证，所述分射束在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体之间距离变化情况下是一致的。
此外可以规定，
-所述分裂元件由一维透射光栅构成并且
-所述扫描单元还包括至少一第一比例体，它具有两维的透射-十字光栅和与其平行设置的反射器。
在此所述透射-十字光栅和反射器垂直于分裂元件的透射光栅设置。
此外能够，所述偏转元件由偏转棱镜构成。
在按照本发明的装置的可能的实施例中这样构成和设置移动的部件，
-由光源发射的射束在分裂元件上分裂成两个分射束并且两个分射束在扫描单元的方向上传播，
-在扫描单元中通过偏转元件实现分射束在比例体方向上的偏转，
-所述分射束穿过比例体的透射十字光栅，在此获得偏转并且射到反射器，
-由反射器实现在透射-十字光栅方向上的回反射，在那里在透射-十字光栅重新穿过以后这样引起另一偏转，使分射束与入射方向平行错开地传播到偏转元件，
-在偏转元件上实现分射束在汇合位置方向上的偏转和
-然后叠加的分射束在检测装置方向上的传播。
在此所述扫描单元可以包括第二偏转元件以及第二比例体，该比例体由两维的透射-十字光栅和反射器组成，其中第二偏转元件和第二比例体与第一偏转元件并且与第一比例体镜像对称地设置在扫描单元里面。
在按照本发明的装置的另一实施例中规定，
-与物体连接的扫描单元还包括至少四个偏转元件,它们分别由一维反射格栅构成并且包括至少一分裂元件，它由一维透射光栅构成并且
-一测量反射体与另一物体连接，该测量反射器由平面反射镜构成。
在此所述扫描单元可以具有透明的支架体，后者具有棱台形横截面并且在其面对测量反射体的表面上设置分裂元件，并且在其侧面上设置至少四个偏转元件。
在按照本发明的装置的这种实施例中这样构成和设置不同的部件，
-由光源发射的射束在分裂元件上分裂成两个分射束并且两个分射束在测量反射器的方向上传播，
-从测量反射器实现分射束在第一和第二偏转元件方向上回反射到扫描单元里面，在那里引起分射束在第三和第四偏转元件方向上的偏转并且
-通过第三和第四偏转元件实现分射束偏转到测量反射器，
-从测量反射器引起分射束在汇合位置方向上回反射到扫描单元里面，并且
-然后叠加的分射束在检测装置方向上传播。
在此还可以规定，设置在扫描单元里面的偏转元件还这样施加聚焦作用在在扫描单元里面的传播的分射束上，使得引起在扫描单元对称中心里面的直线聚焦。
作为按照本发明的解决方案的主要优点测量距离与在整个距离测量范围上的可能的波长变化无关。这一点要追溯到，干扰的分射束经过的光学路程长度对于所有距离在测量范围中是一致的，并因此在整个测量范围产生与距离有关的相位差。因此，可能的波长振荡在按照本发明的装置中既不在正常位置也不在各个部件可能从理论位置倾翻而影响测量距离。
按照本发明装置的转换存在不同的可能性，它们可以根据应用适合地选择。
附图说明
借助于下面的按照本发明装置的实施例结合附图的描述要解释本装置的其它细节和优点。
附图示出
图1用于解释本发明的基本原理的示意图；
图2按照本发明装置的第一实施例的光程的示意图；
图3a,3b分别是用于解释在第一实施例中的光程变化的示意剖面图；
图4a-4c分别是按照本发明装置的第一实施例的不同组成部分的俯视图；
图5按照本发明装置的第一实施例变体的光程的示意图；
图6a,6b分别是用于解释按照本发明装置的第一实施例变体的光程变化的示意剖面图；
图7a,7b分别是按照本发明装置的第一实施例变体的不同组成部分的俯视图；
图8按照本发明装置的第二实施例的示意图；
图9a,9b分别是按照本发明装置的第二实施例由不同视向的示意图；
图10在按照本发明装置的第二实施例中的主要光程的展开图；
图11按照本发明装置的第二实施例的扫描单元的不同组成部分的俯视图；
图12按照本发明装置的第二实施例变体的示意图；
图13按照本发明装置的第二实施例变体的主要光程的展开图；
图14按照本发明装置的第二实施例变体的扫描单元的不同组成部分的俯视图。
具体实施方式
在下面详细描述按照本发明的用于干扰式测量距离的装置的各个实施例之前，要利用图1首先结合本发明解释一些基本思考。
在本发明的范围内规定，在通过本装置可以测量技术地检测的整个距离测量范围上，在准确地补偿在分裂的分射束之间的路程长度差时产生与距离有关的相位差。通过这个相位差可以编码或保证与路程长度无关地并因此与波长无关地测量距离。这个原则要利用在图1中的示意图解释，在图1中为了更清晰仅仅示出按照本发明装置的所需组成部分的一部分。
由在图1中未示出的的光源发射的射束S在分裂位置上射到设置在平面EA中的分裂元件GA，并且在其上分裂成两个分射束TS1,TS2。然后分射束以相对于法线NA的不同角度θ1，θ2继续在平面EA上传播。然后两个分射束TS1,TS2射到设置在平面ES中的偏转元件G1,G2，通过它们实现分射束TS1,TS2在平面ER方向上的偏转。如同由图1看到的那样，平面ES和相关的偏转元件G1,G2相对于射束S的入射方向的偏转面以角度θS倾翻地设置。作为偏转元件G1,G2在这里起到反射光栅的功能，它们具有光栅周期d1和d2。借助于偏转元件G1这样引起以角度α1相对于法线NS入射在平面ES上的分射束TS1的偏转，使这个射束以角度β1相对于法线NS继续在平面ES上传播；偏转元件G2引起以角度α2入射在平面ES上的分射束TS2的偏转，由此这个分射束以角度β2相对于法线NS在平面ER方向上继续传播。如同由附图中看到的那样，角度β1和β2是不同的，以这些角度分射束TS1和TS2离开偏转元件G1,G2传播。通过适合地选择偏转元件G1,G2的光栅周期d1和d2例如调整所期望的角度θ1，θ2。测量反射器MR位于平面ER里面，入射在测量反射器上的分射束TS1，TS2与入射方向x相反地反射回去，由此分射束TS1，TS2在重新偏转以后通过偏转元件G1,G2在平面EA里面在汇合位置上再叠加。因此，在平面EA相对于其余部分沿着z向位置变化的情况下可以产生与距离有关的干涉信号，它可以通过未示出的后置的检测装置检测。由分射束TS1，TS2在平面EA与ER之间、即在分裂与再汇合之间经过的路程长度W1,W2作为纯几何函数给出角度θ1，θ2和θS的关系。因此与波长有关的、按照本发明要消除的路程长度差ΔW＝W1-W2能够与距离变化Δz无关地通过适合地选择θ1，θ2和θS置于等于零，即，适用于
其中
ΔW：＝光学的路程长度差
W1：＝第一分射束的光学路程变化
W2：＝第二分射束的光学路程变化
θ1：＝第一分射束在分裂元件上的衍射角
θ2：＝第二分射束在分裂元件上的衍射角
θS：＝平面ES相对于测量方向z的倾斜角。
而作为各个与z有关的在偏转元件G1或G2和各个与其无关的倒数的光栅周期d1或d2上的射中位置的乘积的函数给出分射束T1，T2的相位P1，P2。因此在距离变化Δz情况下引起的相位差ΔP(Δz)＝P1(Δz)-P2(Δz)一般是距离变化Δz的函数：
其中：
ΔP：＝在两个分射束之间的相位差
P1：＝第一分射束在汇合位置上的相位
P2：＝第二分射束在汇合位置上的相位
θ1：＝第一分射束在分裂元件上的衍射角
θ2：＝第二分射束在分裂元件上的衍射角
θS：＝平面ES相对于测量方向z的倾斜角
Δz：＝相互运动的组成部分沿着测量方向z的相对移动
m1/2：＝第一或第二分射束在分裂元件上的衍射级。
因此通过适当地选择用于确定地调整角度θ1，θ2的偏转元件G1,G2的光栅周期d1，d2和选择匹配的角度θS能够实现距离变化Δz与引起的相位差ΔP(Δz)的适当关系并由此实现适合的用于距离测量的信号周期。同时保持附加条件ΔW＝0并因此保证与实际的波长振荡的无关性。
在此所解释的按照本发明的用于消色差地干扰式测量距离的基本原则可以与任意数量的衍射和/或几何的偏转相结合实现分射束TS1，TS2。通过这种方式和方法能够实现按照本发明的装置，它除了所期望的波长无关性也具有相对于各个组成部分围绕确定轴线倾翻的不敏感性。
下面详细解释按照本发明的用于干扰式测量距离的实施例，在其中可以分别设有不同数量的这种偏转。
在图2,3a,3b和4a-4c中以不同的视图或局部视图简示出按照本发明的用于干扰式测量距离的装置的第一实施例。
在此所述装置用于确定两个物体O1，O2沿着垂直的移动方向z的距离。图2中仅仅简示的物体O1，O2例如可以是设备组成部分，它们至少沿着移动方向z相互活动地设置。在此通过按照本发明的装置产生与两个物体O1，O2的距离有关的信号。这些信号可以由后置的、未示出的设备控制器继续处理。除了沿着移动方向z检测距离以外，还可以沿着正交的、水平的移动方向x，y检测位置，沿着这两个方向两个物体O1,O2同样也活动地设置。
两个物体中的一个物体O1在本实施例中与按照本发明装置的组成部分10耦联或连接。另一个物体O2与扫描装置20耦联或连接，它在这里由两个分扫描单元20.1,20.2组成，它们围住组成部分10。在两个分扫描单元20.1,20.2之间与另一物体O1连接的按照本发明装置的组成部分10沿着移动方向z相对于扫描单元20相对活动地设置。按照本发明的装置现在能够高精度地确定在组成部分10与扫描单元20之间的距离变化，例如确定在图2中给出的在上分扫描单元20与组成部分10之间的距离d2。
与物体O1连接的所示装置的组成部分10包括至少一分裂元件11，它在本示例中由一维的透射光栅或具有分周期TP1的透射相光栅构成并且设置在透明的载体衬底12上。透射光栅由周期地以分周期TP1沿着给出的y向设置的分部位组成，它们施加不同的相位移作用在透射的光上。如同由在图4b中的组成部分10的俯视图看到的那样，在x向上与分裂元件11的透射光栅平行相邻地在组成部分10的载体衬底12上设置另一一维透射光栅：第二透射光栅在按照本发明装置的本实施例中起到汇合部件13的作用。
扫描单元20包括至少一光源21.1、一偏转元件23.1以及一检测装置25.1。作为光源21.1例如考虑激光或激光二极管，偏转元件23.1由具有偏转面23.1a的偏转棱镜构成，所谓的形成结构的光检测器作为检测装置25.1，光检测器由许多周期设置的光敏检测区组成。
此外在所示实施例中在第一分扫描单元20.1里面设有准直光路22.1，在第二分扫描单元20.2里面还设置比例体24.1，它具有两维的透射十字光栅24.1a，它设置在透明的载体衬底24.1c一侧上；在所述载体衬底24.1c的对峙的一侧上平行于透射十字光栅24.1a设置反射器24.1b。透射十字光栅24.1a和反射器24.1b垂直于分裂元件11的透射光栅设置。如同由图4c看到的那样，透射十字光栅24.1a沿着x向具有分周期TPx，沿着移动方向z具有分周期TPz。
与对称平面SE镜像对称地对于扫描单元20的上述元件在所示实施例中在扫描单元20的右侧部分里面设置一致的组成部分，即第二光源21.2、第二准直光路22.2、第二检测装置25.2、第二偏转元件23.2以及第二比例体24.2。下面参照第一距离传感器的左侧的扫描光路讨论，参照第二距离传感器的右侧光路。
因此在按照本发明装置的第一实施例中通过在图2左侧设置的元件、即通过第一距离传感器产生第一距离测量值dz1，通过右侧设置的元件、即第二距离传感器产生第二距离测量值dz2。
下面要解释在按照本发明装置的第一实施例中用于产生与距离有关的信号的光程；这利用在图2中左侧示出的第一距离传感器的扫描光程实现；扫描光程在按照本发明装置的右侧部分中、即在第二距离传感器中原则上与其一致。
由光源21.1发射的射束通过前置的准直光路22.1首先获得准直，然后离开分扫描单元20.1并且在组成部分10里面射到分裂元件11。在那里射束分裂成两个分射束，通过入射的射束在透射光栅上衍射第0和第-1衍射级。然后分射束在第二分扫描单元20.2中在偏转元件23.1的方向上传播并且在其偏转面23.1a上获得反射或者在比例体24.1方向上的偏转。两个分射束在那里首先穿过透射十字光栅24.1a，其中它们分别获得在z向和x向上的偏转，即垂直于图2的图面；在此引起的在x向上的偏转在图3b的光程俯视图中可以看出。接着两个分射束在通过载体衬底24.1c以后射到比例体24.1的反射器24.1b，通过反射器分射束在透射十字光栅24.1的方向上反射回去。在重新穿过透射十字光栅24.1a时分射束获得重新在z向和x向上的偏转，由此它们与入射方向平行错开地继续传播到偏转元件23.1。在比例体24.1上入射和射出的分射束在x向上的错位，在此需要在空间上分成照明射束和信号射束，用于可以检测信号射束。在分裂的分射束的第一与第二射到偏转元件23.1的偏转面23.1a上之间、即至少一部分光程里面分射束与与分扫描单元20.2的对称轴Sy对称地延伸。然后通过偏转元件23.1在偏转面23.1a上实现分射束在组成部分10中的汇合位置方向上的偏转，在那里分射束叠加产生干涉。汇合位置在组成部分10里面在x向上相对于分裂位置错开地位于汇合光栅13上。分裂元件11的透射光栅的分周期TP1在本实施例中选择与汇合元件13的透射光栅的分周期TP2略微不同。因此在叠加的分射束通过汇合光栅以后引起所谓的游标带图形，它借助于检测装置25.1的形成结构的光检测器转换成与距离有关的、相位移的信号；由这个信号以公知的方式和方法在第一距离传感器中再获得第一距离测量值dz1。
通过原则上类似的光程在第二距离传感器中产生第二距离测量值dz2，即在所示的按照本发明装置的右侧部分里面。
由在按照本发明装置的各个光程获得的第一和第二距离传感器的距离测量值dz1，dz2的计算能够产生引起的位置相Φ，它可以明确地附属于在两个物体O1，O2之间沿着移动方向z的距离变化Δz，按照
z＝(dz1+dz2)/2
＝(TPz)2·Φ/(2λ·2π) (等式3)
其中：
z：＝与物体O1，O2距离有关的距离测量值
dz1：＝第一距离传感器的距离测量值
dz2：＝第二距离传感器的距离测量值
TPz：＝透射十字光栅沿着移动方向z的分周期
Φ：＝位置相位
λ：＝光源的波长。
在按照本发明装置的第一实施例中通过适合地选择偏转元件23.1,23.2的偏转面23.1a,23.2a的布置角度实现确定地调整分射束在分裂和再汇合之间经过的路程长度；这样选择这个角度，对于使对于两个物体O1，O2之间的任意距离在分裂位置与汇合位置之间经过的路程长度是一致的。
在所解释的按照本发明装置的第一实施例中通过所谓的游标扫描、即通过产生带图形和借助于形成结构的光检测器扫描同一图形产生多个相位移的、与距离有关的信号。对此也可以附加地选择，设想通过极化评价或者通过适合地构成汇合元件产生相位移的信号。关于原则上公知的用于在干扰式测量距离装置里面产生相位移的、与距离有关的信号可能性请参阅本申请人的DE 10 2011 005937 A1。
在图5,6a,6b以及7a和7b中以局部视图示出按照本发明装置的第一实施例变体。下面仅仅解释与前面所述实施例的主要区别。
这个变体包括第一距离传感器，后者具有与在图2中左侧所示的第一实施例中相同的构造或光程。这个第一距离传感器在本变体中以第二距离传感器补充，但是它现在在x向上与第一距离传感器错开地设置。在第二距离传感器一侧上为了在分裂元件14上产生信号利用+/-第一衍射级。图5仅示出第二距离传感器的示意图；分射束在两个距离传感器中的光程在图6a和6b的视图中可以看出。因为这些光程正好对应于由第一实施例的光程，因此省去重新详细描述它们。
在图7a中还示出在x向上相邻布置的分裂元件11’,14’和第一和第二距离传感器的汇合元件13’,15’。图7b示出第一和第二距离传感器的不同组成部分在分扫描单元20.1’中的布置，即用于两个距离传感器的光源21.1’,21.3’、准直光路22.1’,22.3’和检测装置25.1’,25.3’。
按照本发明装置的第一实施例的这个变体的第二距离传感器由于规定使用+/-第一衍射级在物体O1，O2沿着移动方向z相对移动的情况下不提供相位移；而是在物体O1，O2沿着y向相对运动情况下检测相位移。即，通过与物体O1，O2沿着y向的位置变化有关的测量值供使用。但是在这里能够通过形成由第一和第二距离传感器的位置相位的差值获得实际所期望的、用于物体O1，O2沿着移动方向z的距离变化的其它测量值。在物体O1，O2沿着移动方向z相对运动的情况下的距离变化Δz近似地由下式给出：
Δz＝((TPz)2/2λ)·(φ1/2π-K·φ2/4π) (等式4)
其中：
Δz：＝物体O1，O2沿着移动方向z的距离变化
TPz：＝透射十字光栅沿着移动方向z的分周期
λ：＝光源的波长
Φ1：＝第一距离传感器的位置相位
Φ2：＝第二距离传感器的位置相位
K：＝第二与第一距离传感器的分裂元件或透射光栅的分周期的比例。
下面利用图8,9a,9b,10,11解释按照本发明的用于干扰式测量距离的装置的第二实施例。图8以及9a和9b示出相应装置的不同视图，图10以展开图示出用于产生与距离有关的信号的光程以及图11示出不同光学功能重要的元件的俯视图，它们在光程中加载。下面仍然只解释与前面所述实施例的主要差别。
为了检测两个物体O1，O2沿着仍然垂直的移动方向z的距离，按照本发明装置的第二实施例包括与物体O1连接的测量反射器110以及与物体O2连接的扫描单元120。
测量反射器110由载体衬底112组成，在载体衬底上设置平面反射镜114。平面反射镜114的反射侧面对准扫描单元120的方向。
在扫描单元120的侧面上设有光源121、检测装置125以及透明的支架体137，例如由玻璃制成；此外备选地作为支架体也可以使用适合的空心体。支架体137按照在图8中的视图具有锥台形横截面；在支架体137上设置一排光学功能重要的元件。设置在面对测量反射器110的支架体137表面上的分裂元件132和汇合元件135以及四个设置在支架体侧面上的偏转元件133a,133b,134a,134b属于这些光学功能重要的元件；在此在图8中支架体137左侧面上设置第一偏转元件133a和第二偏转元件133b，在支架体137的右侧面上设置第三偏转元件134a和第四偏转元件134b。分裂元件132与汇合部件135一样，由具有确定选择的分周期的透射光栅构成；作为偏转元件133a,133b,134a,134b在这个实施例中现在起到反射光栅的作用，具有适合选择的分周期，其中其反射面对准支架体137内部方向。
下面要解释按照本发明的用于干扰式测量距离的装置的第二实施例的光程。在此由光源121发射的射束首先穿过支架体137面对光源121的那个侧面的光学无效的部位131。在穿过支架体137以后射束进入到分裂元件132上的分裂位置并且在这里分裂成两个分射束，它们如图8所示以不同的角度在测量反射器110的方向上继续传播并且在第一射中位置上第一次加载它们。在测量反射器110的平面反射镜114上分射束在扫描单元120的方向上反射回去，而且在第一偏转元件133a和第二偏转元件133b的方向上。然后从这些偏转元件133a，133b分射束在第三偏转元件134a和第四偏转元件134b的方向上偏转。通过第三和第四偏转元件134a，134b实现分射束在测量反射器110的平面反射镜114方向上的偏转，分射束在第二射中位置第二次加载测量反射器。在此在平面反射镜114上的第二射中位置可以相对于分射束在给出的x向上的第一射中位置错开。由第二射中位置114只实现分射束在汇合元件135上的汇合位置上的反射回去。由汇合元件135仅仅干扰的分射束的叠加副通过支架体137传播，通过光学无效的部位136离开支架体并且进入到检测装置125。通过检测装置仍然可以检测多个相位移的、与距离有关的信号。
为了产生许多相位移的信号在这个实施例中也可以使用不同的变体。例如能够，设有所谓的游标扫描，其中分裂元件132的透射光栅具有与汇合元件135透射光栅的略微不同的分周期。由此引起的带图形可以利用形成结构的光检测器在检测装置125中检测并且转换成多个与距离有关的相位移的信号。但是如上所述备选地也可以设想通过极化评价或者通过汇合元件的适合结构产生相位移的信号。关于原则上公知的用于在干扰的测量距离装置中产生相位移的与距离有关的信号的可能性仍然请参阅已经多次提及的本申请人的DE 10 2011 005 937 A1。
在按照本发明装置的第二实施例中保证，在距离沿着移动方向z变化的情况下分射束在分裂与再汇合之间经过的光学路程长度对于两个分射束保持相同并因此保证所需的距离测量的波长无关性。这一点在这里一方面通过设有四个适合选择的偏转元件133a,133b,134a,134b的布置角度保证。另一方面通过构成偏转元件133a,133b,134a,134b的反射光栅、尤其通过选择这个反射光栅的分周期保证至少在分裂的分射束的一部分光程中对称的走向。
作为按照本发明装置的第二实施例的优点还要指出，由于规定的基于yz平面的对称引起相对于围绕y轴的可能倾翻的倾翻不敏感性。
最后要利用图12,13和14解释按照本发明的用于干扰式测量距离的装置的第二实施例变体。在此仍然只提及与上述第二实施例的主要差别。
在这个变体中用于产生与距离有关的信号的光程原则上与由图8-11的第二实施例的光程一致。区别仅仅在于，在扫描单元中传播的分射束在加载第一和第二偏转元件133a’,133b’与加载第三和第四偏转元件134a’,134b’之间聚焦在线聚焦L上，该线聚焦沿着z向延伸。为此以反射的圆柱透镜的形式相应地构成偏转元件133a’,133b’,134a’,134b’，它们设置在支架体的侧面上。偏转元件133a’,133b’,134a’,134b’以及圆柱透镜除了偏转的光学作用于分射束上以外按照前述实施例还具有在y向上引起的聚焦作用；它引起在扫描单元的对称中心里面的线聚焦L。通过这种方式和方法除了已经存在的在按照本发明的装置的组成部分围绕y轴倾翻时的不变性以外还实现在可能围绕x轴倾翻时的不敏感性。即，在按照本发明的装置的组成部分围绕这些轴中的一个轴可能倾翻的情况下不会引起在确定距离时的错误。
对于使用反射的圆柱透镜备选地也可以通过附加地定位在光程中的折射的透镜实现这种聚焦的作用。
这种相对于围绕y轴和x轴的倾翻的不敏感性也能够在按照本发明装置的第二实施例的另一备选的扩展结构中保证。因此，代替构成四个以反射的圆柱透镜形式的偏转元件可以规定，在扫描单元中分裂的分射束在再汇合之前，分别射到总共三个偏转元件上；因此对于分裂的分射束总共设有六个偏转元件。在此反射光栅起到偏转元件的作用，它们设置在支架体的侧面上，支架体现在由三侧的锥台构成。这种布置对应于光反转，如同与其类似地通过反射的三棱镜实现。这个变体与前述变体相比的优点是，所有使用的光栅可以通过恒定的分周期构成。
除了具体解释的实施例以外，当然也存在其它可能性，有选择地构成按照本发明的用于干扰式测量距离的装置。

Claims (15)

1.一种用于在两个物体(O1，O2)之间干扰式测量距离的装置，所述两个物体相互间沿着至少一移动方向(z)活动地设置，具有
-至少一光源(21.1,21.2；21,1’,21,3’,121),
-至少一分裂元件(GA；11；11’,14’；132；132’)，它将由光源(21.1,21.2；21,1’,21,3’,121)发射的射束在分裂位置上分裂成至少两个分射束(TS1,TS2)，它们以不同的角度(θ1,θ2)再传播，
-至少一偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’；133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’)，它引起入射到其上的分射束(TS1,TS2)偏转到汇合位置方向，在汇合位置分裂的分射束(TS1,TS2)出现干扰的叠加，并且分射束(TS1,TS2)在分裂位置与汇合位置之间的光程这样构成，使分射束(TS1,TS2)在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体(Q1,Q2)之间的距离变化(Δz)的情况下是一致的，
-至少一检测装置(25.1,25.2；25.1’,25.3’；125)用于由干扰的分射束(TS1,TS2)的叠加副中检测与距离有关的信号，其中，
-至少一扫描单元(20；120)与一物体(O2)连接，该扫描单元包括至少一光源(21.1,21.2；21,1’,21,3’,121)、至少一检测装置(25.1,25.2；25.1’,25.3’；125)和至少一第一偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’；133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’)和
-或者一测量反射器(110)或者一分裂元件(GA；11；11’,14’；132；132’)与另一物体(O1)连接，其中，
-所述分裂元件(11；11’,14’)由一维透射光栅构成并且
-所述扫描单元(20)还包括至少一第一比例体(24.1,24.2；24.3’)，它具有两维的透射-十字光栅(24.1a,24.2a；24.3a’)和与其平行设置的反射器(24.1b,24.2b；24.3b’)。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述分射束(TS1,TS2)在扫描单元(20；120)中至少在一部分光程中基于扫描单元(20；120)的至少一对称轴线(SY)对称地传播。
3.如权利要求1所述的装置，其中，
-或者所述扫描单元(20)具有两个分扫描单元(20.1,20.2)，它们基于镜面(SE)镜像对称地设置，该镜面平行于移动方向(z)取向或者
-在使用唯一扫描单元(120)的情况下这个扫描单元基于镜面(SE)镜像对称地构成，该镜面平行于移动方向(z)取向。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，通过布置和/或构成至少一偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’；133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’)保证，所述分射束(TS1,TS2)在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体(O1,O2)之间距离变化(Δz)情况下是一致的。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述透射-十字光栅(24.1a,24.2a；24.3a’)和反射器(24.1b,24.2b；24.3b’)垂直于分裂元件(11；11’,14’)的透射光栅设置。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述偏转元件(23.1,23.2；23.1’,23.3’)由偏转棱镜构成。
7.如权利要求1、5和6中任一项所述的装置，其中这样构成和设置移动的部件，
-由光源(21.1,21.2；21.1’,21.3’)发射的射束在分裂元件(11；11’,14’)上分裂成两个分射束(TS1,TS2)并且两个分射束(TS1,TS2)在扫描单元(20)的方向上传播，
-在扫描单元(20)中通过偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’)实现分射束(TS1,TS2)在比例体(24.1,24.2；24.3’)方向上的偏转，
-所述分射束(TS1,TS2)穿过比例体(24.1,24.2；24.3’)的透射十字光栅(24.1a,24.2a；24.3a’)，在此获得偏转并且射到反射器(24.1b,24.2b；24.3b’)上，
-由反射器实现在透射-十字光栅(24.1a,24.2a；24.3a’)方向上的回反射，在那里在重新穿过透射-十字光栅(24.1a,24.2a；24.3a’)以后这样引起另一偏转，使分射束(TS1,TS2)与入射方向平行错开地传播到偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’)，
-在偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’)上实现分射束(TS1,TS2)在汇合位置方向上的偏转和
-叠加的分射束(TS1,TS2)然后在检测装置(25.1,25.2；25.1’,25.3’)方向上的传播。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述扫描单元(20)包括第二偏转元件(23.2)以及第二比例体(24.2)，该比例体由两维的透射-十字光栅(24.2a)和反射器(24.2b)组成，其中第二偏转元件(23.2)和第二比例体(24.2)与第一偏转元件(23.1)并且与第一比例体(24.1)镜像对称地设置在扫描单元(20)里面。
9.一种用于在两个物体(O1，O2)之间干扰式测量距离的装置，所述两个物体相互间沿着至少一移动方向(z)活动地设置，具有
-至少一光源(21.1,21.2；21,1’,21,3’,121),
-至少一分裂元件(GA；11；11’,14’；132；132’)，它将由光源(21.1,21.2；21,1’,21,3’,121)发射的射束在分裂位置上分裂成至少两个分射束(TS1,TS2)，它们以不同的角度(θ1,θ2)再传播，
-至少一偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’；133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’)，它引起入射到其上的分射束(TS1,TS2)偏转到汇合位置方向，在汇合位置分裂的分射束(TS1,TS2)出现干扰的叠加，并且分射束(TS1,TS2)在分裂位置与汇合位置之间的光程这样构成，使分射束(TS1,TS2)在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体(Q1,Q2)之间的距离变化(Δz)的情况下是一致的，
-至少一检测装置(25.1,25.2；25.1’,25.3’；125)用于由干扰的分射束(TS1,TS2)的叠加副中检测与距离有关的信号，其中，
-至少一扫描单元(20；120)与一物体(O2)连接，该扫描单元包括至少一光源(21.1,21.2；21,1’,21,3’,121)、至少一检测装置(25.1,25.2；25.1’,25.3’；125)和至少一第一偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’；133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’)和
-或者一测量反射器(110)或者一分裂元件(GA；11；11’,14’；132；132’)与另一物体(O1)连接，其中
-与物体(O2)连接的扫描单元(120)还包括至少四个偏转元件(133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’),它们分别由一维反射格栅构成并且包括至少一分裂元件(132；132’)，它由一维透射光栅构成并且
-一测量反射体(110)与另一物体(O1)连接，该测量反射器由平面反射镜构成。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述分射束(TS1,TS2)在扫描单元(20；120)中至少在一部分光程中基于扫描单元(20；120)的至少一对称轴线(SY)对称地传播。
11.如权利要求9所述的装置，其中，
-或者所述扫描单元(20)具有两个分扫描单元(20.1,20.2)，它们基于镜面(SE)镜像对称地设置，该镜面平行于移动方向(z)取向或者
-在使用唯一扫描单元(120)的情况下这个扫描单元基于镜面(SE)镜像对称地构成，该镜面平行于移动方向(z)取向。
12.如权利要求9-11中任一项所述的装置，其中，通过布置和/或构成至少一偏转元件(G1,G2；23.1,23.2；23.1’,23.3’；133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’)保证，所述分射束(TS1,TS2)在分裂位置与汇合位置之间经过的光学路程长度在两个物体(O1,O2)之间距离变化(Δz)情况下是一致的。
13.如权利要求9所述的装置，其中所述扫描单元(120)具有透明的支架体(137)，该支架体具有棱台形横截面并且在其面对测量反射体(110)的表面上设置分裂元件(132；132’)，并且在其侧面上设置至少四个偏转元件(133a,133b,134a,134b；133a’,133b’,134a’,134b’)。
14.如权利要求9所述的装置，其中，这样构成和设置不同的部件，
-由光源(121)发射的射束在分裂元件(132；132’)上分裂成两个分射束(TS1,TS2)并且两个分射束(TS1,TS2)在测量反射器(110)的方向上传播，
-从测量反射器(110)实现分射束(TS1,TS2)在第一和第二偏转元件(133a,133b；113a’,133b’)方向上回反射到扫描单元(120)里面，在那里引起分射束(TS1,TS2)在第三和第四偏转元件(133a,133b；113a’,133b’)方向上的偏转并且
-通过第三和第四偏转元件(133a,133b；113a’,133b’)实现分射束(TS1,TS2)偏转到测量反射器(110)，
-从测量反射器引起分射束(TS1,TS2)在汇合位置方向上回反射到扫描单元(120)里面，并且
-叠加的分射束(TS1,TS2)然后在检测装置(125)方向上传播。
15.如权利要求9所述的装置，其中设置在扫描单元(120)里面的偏转元件(133a’,133b‘,134a’,134b’)还这样施加聚焦作用在在扫描单元(120)里面传播的分射束(TS1,TS2)上，使得引起在扫描单元(120)对称中心里面的线聚焦(L)。
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