CN105300278A

CN105300278A - 光学位置测量装置

Info

Publication number: CN105300278A
Application number: CN201510307095.6A
Authority: CN
Inventors: 约尔格·德雷谢尔; 沃尔夫冈·霍尔扎普费尔; 拉尔夫·约尔格尔; 托马斯·卡埃尔贝雷尔; 马库斯·迈斯纳; 伯恩哈德·默施; 埃尔温·施潘纳
Original assignee: John Nei Si Heidenhain Doctor Co Ltd
Current assignee: John Nei Si Heidenhain Doctor Co Ltd; Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: US20150354944A1; US9733068B2; DE102014211004A1; EP2955489A1; EP2955489B1; JP2015232562A; JP6438357B2; CN105300278B

Abstract

本发明涉及一种光学位置测量装置，获取能彼此相对地沿至少一个测量方向运动地布置的第一和第二整体量具的相对位置。在分离光栅处由光源发射的光束分离成至少两个子射束。子射束在经过扫描光路时经历不同偏振光学作用。不同偏振的子射束在合并光栅处重新合并后，能从合成光束中产生多个相位偏移的取决于偏移的扫描信号。在分离和重新合并间的子射束的扫描光路中未布置偏振光学构件。为在子射束上产生不同偏振光学作用，锥形入射的照明光束作用到分离光栅上，其中入射的照明光束在垂直测量方向的平面中以不同于0°的角度延伸且入射面通过分离光栅的光栅法线和照明光束入射方向张开。分离和重新合并间的子射束的扫描光路设计为关于入射面镜面对称。

Description

光学位置测量装置

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量装置，该光学位置测量装置适用于高精度地确定两个相互移动的物体的相对位置。

背景技术

在已知的高精度光学位置测量装置中，除了关于强度的评估方法以外，还应用了偏振光学方法来产生三个或更多相位偏移的、由移动决定的用于位置确定的扫描信号。关于偏振光学地产生扫描信号例如可参阅申请人的EP0481356A2。

图1在入射的扫描光路的示意图中示出了根据EP0481356A2的信号产生的基础性原理。光栅A，M在此沿着所给出的测量方向x共同相对于其余部件L1，L2，AO相对运动地布置。从左侧入射的、经由起偏镜P1限定的偏振的光束在此经由光栅A分成两个子射束。正如图1中所示的那样，在带来干扰的子射束的、对位置信息进行编码的射束走向中置入偏振光学元件，例如，不同定向的Lambda/4片PE1，PE2。Lambda/4片PE1，PE2使得两束穿过的子射束彼此正交地偏振，也就是说，这两个子射束随后例如左圆周和右圆周地偏振。这两个子射束随后重叠成一个共同的信号射束(0)，并且在后面的评估透镜AO中分成3个或更多重叠的子射束I90，I210，I330。在穿过不同定向的起偏镜P90，P210，P330之后在探测器元件D90，D210，D330上最终实现了相位分别偏移120°的扫描信号S90，S210，S330，这些扫描信号能以已知的方式进一步处理。除了Lambda/4片PE1，PE2以外，在分开的子射束的光路中经常还布置有起偏镜P2，P3形式的其他偏振光学构件，以便借此补偿由于子射束之前所穿过的光栅A，L1，L2所导致的错误偏振。

这种偏振光学地产生多个相位偏移的、由移动决定的扫描信号的缺陷表现为，必须在彼此相对运动的部件之间的扫描光路中或探测间隙中置入额外的光学元件、例如Lambda/4片和起偏镜。在相应的光学位置测量装置的受局限的结构空间中或其具有小探测间隙的情况下，这种额外的构件可能产生问题。假如与WO2008/138501A1中已知的原理类似地构造位置测量装置，那么图1的部件A，M和L1，L2构造成两个可相互移动的整体量具。在这种情况下，机械保持在其间静止不动的偏振光学构件通常是不可能的。

扫描光路中的额外的偏振光学构件另外还对所使用的支撑结构的平坦性、平行性以及均匀性提出更高要求；需要不漂移和稳定的装配面以容纳这种支撑结构。在此只有利用非常高昂的额外费用支出通过相应的校正方法才能补偿可能出现的材料偏差。这尤其是适用于在相应的光学的位置测量装置中使用长的、平移不变规则的情况。

此外，其他的系统特性、如自身频率或探测间隙中的气流同样可能会受到扫描光路中的额外需要的偏振光学构件的负面影响。

申请人已经在EP2466272A2中提供了在扫描光路中没有额外的独立的偏振光学构件的情况下偏振光学地产生相位偏移的扫描信号的光学位置测量装置。本申请中的上位概念的形成以这个文献为出发点。根据这种方案，将需要的偏振光学构件集成地构造在扫描光路中的其他部件中，例如以带有周期性变化的结构的高频光栅的形式。在这种位置测量装置中，所使用的部件在测量方向中具有由位置决定的偏振特性。整体量具在此情况下例如由多个局部变化的层构成，并且包括具有子周期d_R<λ/2的高频光栅，该高频光栅具有第0衍射级并且产生偏振光学的功能性。高频光栅的光栅定向在此沿着测量方向以偏振周期d_P>hw_Spot变化，该偏振周期必须明显大于整体量具的照明范围的宽度hw_Spot，该整体量具向下界定了可产生的扫描信号的信号周期SP。此外，由于高频光栅的第0衍射级可能不会引起几何的光束偏斜，还需要几何偏斜的光栅的另外的周期d_T，该周期足够大到产生至少一个第一衍射级，也就是说，它必须符合d_T>λ/2。由于偏振周期d_P同样不会导致出现几何偏斜，所以这个偏振周期被选择成明显大于周期d_T。

对于三个在这个位置测量装置中出现的周期d_R，d_T和d_P的大小设定而言，在不同光栅中必须符合以下条件：

d_R<λ/2<d_T<hw_Spot<d_P<4SP

原则上制造带有小周期dR的光栅在工艺上的费用支出很高昂。另外，为了相应的位置测量装置的高解析度而需要小的信号周期SP。EP2466272A2中已知的位置测量装置由此在小的、用于在d_R和SP之间提供尺寸范围方面受到明显的局限，该尺寸范围能够用于相应的光栅的周期性d_T和d_P。另外，在整体量具的受照射范围的宽度hw_Spot方面也存在明显的局限。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种偏振光学地产生相位偏移的扫描信号的光学位置测量装置，该位置测量装置在扫描光路中不需要额外的偏振光学构件。在此，当需要所产生的扫描信号的特定信号周期时，相应的位置测量装置应该尽可能小地受到局限。

根据本发明，上述目的通过一种光学位置测量装置来实现。

根据本发明的光学位置测量装置的有利的实施方式在下文中给出。

根据本发明的光学位置测量装置用于获取第一整体量具和第二整体量具的相对位置，第一整体量具和第二整体量具能彼此相对地沿着至少一个测量方向运动地布置。在分离光栅处将由光源发射的光束分离成至少两个子射束。子射束在经过扫描光路时经历不同的偏振光学作用；当不同地偏振的子射束在合并光栅处重新合并之后，能从合成的信号射束中产生多个相位偏移的、取决于偏移的扫描信号。在在分离和重新合并之间的子射束的扫描光路中没有偏振光学构件。为了在子射束上产生不同的偏振光学作用进行以下设置，

-锥形地入射的照明光束作用到分离光栅上，其中，入射的照明光束在垂直于测量方向的入射面中以不同于0°的角度延伸，并且入射面通过分离光栅上的光栅法线和照明光束的入射方向来张开，并且

-在分离和重新合并之间的子射束的扫描光路设计为关于入射面镜面对称。

有利的是，由光源发射出的照明光束具有线性偏振，该线性偏振带有关于入射面对称或非对称的镜面对称。

能够进行以下设置，在子射束的分离和重新合并之间的扫描光路中分别布置有一个或多个光栅，构造这些光栅，以使得

-为子射束保持关于入射面的镜面对称，并且

-在部件的共同作用下，能够实现垂直和平行地偏振的子射束的偏振串扰。

在此，子射束在重新合并位置处能够具有相反的圆形偏振。

可选地，子射束能够在重新合并位置处具有彼此正交的、椭圆形偏振。

另外能够设置的是，子射束在重新合并位置处偏振，从而使得相应的琼斯矢量的矢量积不超过数值2/3。

在一个可能的实施方式中，第一整体量具包括在测量方向上延伸的第一反射光栅或透射光栅，其作为用于照明光束的分离光栅起作用。

在此，第一整体量具能够包括在测量方向上延伸的第二反射光栅或透射光栅，其作为用于子射束的合并光栅起作用。

在此还能够实现的是，第二整体量具包括透光片，在其中为每个子射束设计带有透镜和反射器的衍射的反向反射器或衍射的屋脊式棱镜。

在相应的实施方式中能够进行以下设置，

-在透光片的朝向第一整体量具的第一侧面上构造有至少一个透射光栅的形式的透镜，并且

-在透光片的背离第一整体量具的第二侧面上构造有至少一个反射层的形式构造反射器，其反射的侧面在片的第一侧面的方向上定向。

同样能够实现的是，以如下方式构造和布置第一整体量具和第二整体量具的部件，

-由光源射入的照明光束在第一整体量具的第一反射光栅处分离成两个子射束，并且这些子射束随后在第二整体量具的方向上传播，

-子射束在第二整体量具的透光片中分别穿过衍射的反向反射器或屋脊式反射器，并且随后垂直于测量方向错置地重新在第一整体量具的方向上传播，

-子射束在第一整体量具的第二反射光栅处在合并位置上出现重叠，并且具有这对重叠的子射束的信号射束重新返回到第二整体量具的方向上传播。

在此，在相对于两个整体量具静止不动的扫描单元中能够布置偏转镜、光栅、透镜以及多个起偏镜，并且该扫描单元经由一个或多个光导纤维与一个光源和多个探测器元件相连接。

在此也能够实现的是，在相对于两个整体量具静止不动的扫描单元中布置光源、偏转镜、光栅、透镜、多个起偏镜以及多个探测器元件。

在另一个实施方式中能够最终设置为，两个整体量具中的每个被布置为均能沿着至少一个测量方向运动。

在根据本发明的光学位置测量装置中以证明特别具有优点的是，从现在起在扫描光路中不需要独立的偏振光学构件。所需要的偏振光学的功能性从适当地布置扫描光路以及设定扫描光路中所穿的光栅的尺寸和结构中获得。

由此便无需再考虑以上所论述的关于不同的光栅的周期的大小以及整体量具被照射的范围的宽度方面的限定。

由此还能够实现偏振光学地产生相位偏移的扫描信号的扫描，该扫描具有非常小的扫描间隙，并且在其中不可能集成额外的偏振光学构件。

尤其能够实现如从上述的WO2008/138501A1中已知的光学位置测量装置，并且其包括两个能沿着不同方向运动的整体量具，且其中在扫描间隙中由于存在两个预设的运动方向而无需对额外的偏振光学构件进行机械保持。

本发明的其他细节和优点借助下面结合附图进行的根据本发明的装置的实施例说明进行阐述。

附图说明

在此，

图1示出了根据现有技术的光学位置测量装置的示意图；

图2a示出了包含了测量方向的平面中的根据本发明的光学位置测量装置的展开的扫描光路的第一示意图；

图2b示出了垂直于测量方向定向的平面中的图2a的根据本发明的光学位置测量装置的展开的扫描光路的第二示意图；

图3a示出了根据本发明的光学位置测量装置的实施例的第一示意图；

图3b示出了图3a的根据本发明的光学位置测量装置的实施例的第二示意图；

图4a示出了图3a，3b的具有在其上布置的反射光栅的根据本发明的光学位置测量装置的第一整体量具的俯视图；

图4b示出了图3a，3b的具有在其上布置的透射光栅的光学位置测量装置的第二整体量具的第一侧面的俯视图；

图4c示出了图3a，3b的具有在其上布置的反射器的光学位置测量装置的第二整体量具的第二侧面的俯视图。

具体实施方式

下面根据图2a，2b阐述根据本发明的光学位置测量装置的基本原理，随后结合剩余的附图阐述具体的实施例。

图2a，2b以极其概括的形式示出了在两个不同的视图中的根据本发明的光学位置测量装置的实施例的扫描光路。图2a在此示出了在包含了测量方向x的平面中展开的扫描光路；图2b示出了在垂直于测量方向x定向的平面中展开的扫描光路。

正如从所示出的展开的扫描光路中看到的那样，根据本发明的光学位置测量装置包括：具有光源11的照明单元10；具有分离光栅21和合并光栅22的第一整体量具20；具有被两次穿过的光栅31的第二整体量具30；以及具有光栅41、起偏镜42和探测装置53的探测单元40。

在根据本发明的位置测量装置中，两个整体量具20，30彼此能相对运动或相互沿着所给出的至少一个测量方向x相互可移动地布置。在此在所示出的实例中，两个整体量具20，30中的每个均沿着测量方向x能运动地布置。可选地，基本上存在两个整体量具的相对运动性就足够了，也就是说，例如仅一个整体量具沿着至少一个测量方向能运动地布置，而另一个却是静止的。

两个所使用的整体量具20，30在本发明的范围内不仅能够包括反射光栅还能够包括透射光栅。

在图2a，2b中的展开的光路图中，第一整体量具20分别示出两次，因为其在光路的进程中作用了两次，即，其中的第一次是由光源11射入的光束B作用，在此该光束在第一整体量具20的分离光栅21处分成两个子射束TS1，TS2，而第二次是在合并光栅22处，由其重新合并了到达的子射束TS1，TS2。与此相类似地，在图2a，2b中也示出了在第二整体量具30中的两个被穿过的光栅31.1，31.2。

在图2a，2b的相应的子视图中，能够看出在第一整体量具20处被分离而成的两个子射束TS1，TS2的展开的子扫描光路。在分离第一整体量具20的分离光栅21处的入射的照明光束B和重新合并在第一整体量具20的合并光栅22处的子射束TS1，TS2之间，子射束TS1，TS2穿过第二整体量具20或两次穿过设置在此的光栅31.1，31.2。

在合并光栅22处重新合并的子射束TS1，TS2的光束对随后被作为信号射束S在探测单元40的方向上传播，从中能够以已知的方法和方式借助光栅41、后置的起偏镜42和探测装置43偏振光学地产生多个相位偏移的扫描信号；关于探测单元40的构造和作用方式，能够另外参照开头所述的EP0481356A2。

在根据本发明的位置测量装置中通过多个、后面还要阐述的措施来确保了用于实现重叠的子射束TS1，TS2彼此正交地偏振。由此，在探测单元40的方向上传播偏振编码的信号射束S，从该信号射束中能够产生出多个相位偏移的扫描信号。根据本发明，为了产生偏振编码的信号射束S，从现在起在扫描光路中不需要独立的偏振光学构件；而是通过后面所阐述的根据本发明的措施来确保了用于实现重叠的子射束TS1，TS2的不同偏振。

此外如图2a中所示那样，在分开和重新合并之间相对于入射面E镜面对称地构造子射束TS1，TS2的扫描光路。在此，该对称不仅是在子射束的扩散方向上的，还是在其偏振方向上的。在图2a中如所示那样，入射面垂直于标号水平面定向。一般来说，入射面E通过在第一整体量具20的方向上传播的照明光束B的入射方向和分离光栅21上的法线所张开的平面来限定。集成在整体量具20和30中的光学部件在测量方向x上基本上平移不变地构造。由此确保了照明光束B关于入射面E的对称不会被整体量具20和30抵消。

此外，由光源射出的照明光束B具有线性偏振，该线性偏振带有关于入射面E对称或不对称的镜面对称；优选地，该照明光束B在此进行s偏振或p偏振，也就是说，相应的所谓的琼斯矢量

(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})

是

(\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix})

或

(\begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix}) .

此外，关于已知的用来描述线性光学成像的琼斯公式在考虑偏振的情况下能够参照国际百科全书WIKIPEDIA中的条目“琼斯公式”。

此外，根据本发明进行以下设置，即第一整体量具20上的分离光栅21由锥形地入射的照明光束B、即在非直角角度的情况下作用。入射的照明光束B在此在垂直于测量方向x的平面中以不同于0°的角度下延伸。由此具有垂直于分离光栅21的光栅法线且垂直于测量方向x定向的扩散方向分量；方向分量在测量方向x上不包括照明光束B。为此，相应地构造或布置带有光源11的照明单元10，例如当用x代表测量方向并且用z代表第一整体量具20上的法线的方向时，照明光束B不位于z方向上，而位于yz平面内。特别地，关于锥形地照射分离光栅21，图2b中的视图示出了位于入射面E中的扫描光路或在入射面E中倾斜地在分离光栅21上入射的照明光束B。入射面E在此通过分离光栅21上的光栅法线和照明光束B的入射方向来张开。照明光束B在整体量具20，30上的锥形的入射造成了所谓的偏振串扰，这表现为具有两个整体量具20，30的光学系统的琼斯矩阵的非零的副对角元件m_sp和m_ps，并且导致子射束TS1，TS2可区分性。

在此，经由琼斯矩阵M_Z ⁽ⁿ⁾来描述每个光栅21，22，31.1，31.2与相应的子射束TS1，TS2的相互作用，该相互作用取决于相应的层参数和光栅参数，并且在可能的偏振状况s和p中同相地描述出电场的过耦合。

在此，在下文中以A表示分离光栅21，以L1，L2表示两个透镜光栅31.1，31.2，以R表示在两个透镜之间可能存在的反射器32，并且以V表示合并光栅22。

不同的光栅21，22，31.1，31.2的光栅参数如此确定，即例如在所进入的s偏振的电场中利用琼斯矢量

(\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix})

给出两个子射束TS1和TS2的正交圆的琼斯矢量：

M_{V}^{(- 1)} M_{L 2}^{(+ 1)} M_{R}^{(0)} M_{L 1}^{(+ 1)} M_{A}^{(- 1)} (\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix}) = \frac{1}{\sqrt{2}} (\begin{matrix} 1 \\ - i \end{matrix})

M_{V}^{(+ 1)} M_{L 2}^{(- 1)} M_{R}^{(0)} M_{L 1}^{(- 1)} M_{A}^{(+ 1)} (\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix}) = \frac{1}{\sqrt{2}} (\begin{matrix} 1 \\ + i \end{matrix})

(方程1)。

由于对称原因，两个干扰的子射束TS1，TS2圆形地偏振。也能够以相同的方式如此地确定不同的光栅21，22，31.1，31.2，即利用琼斯矢量

(\begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix})

为所进入的p偏振电场产生彼此正交圆地偏振的子射束TS1和TS2。作为备选也能够如下地优化光栅21，22，31.1，31.2，即将子射束TS1，TS2彼此线性正交地偏振。由此下面的方程2作为方程1的代替适用于所进入的s偏振场：

{(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})}_{TS 1} = M_{V}^{(- 1)} M_{L 2}^{(+ 1)} M_{R}^{(0)} M_{L 1}^{(+ 1)} M_{A}^{(- 1)} (\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix}) = \frac{1}{\sqrt{2}} (\begin{matrix} 1 \\ - 1 \end{matrix})

{(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})}_{TS 2} = M_{V}^{(+ 1)} M_{L 2}^{(- 1)} M_{R}^{(0)} M_{L 1}^{(- 1)} M_{A}^{(+ 1)} (\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix}) = \frac{1}{\sqrt{2}} (\begin{matrix} 1 \\ + 1 \end{matrix})

(方程2)。

射出的子射束TS1和TS2在这种情况下线性地偏振+45°或-45°，并且由此重新具有彼此镜面对称和正交的偏振。

能够将上述方程1和2总结为方程3：

(方程3)。

在此能够利用琼斯矢量

{(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})}_{in}

使得射入的电场进行s偏振

(\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix})

或p偏振

(\begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix}) .

能够任意地选择角独立于角两个子射束TS1和TS2始终正交地偏振，也就是说，两个琼斯矢量的矢量积为零(*＝共轭复数)：

{(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})}_{TS 1} \cdot {(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})}_{TS 2}^{*} = 0

(方程4)。

对于和而言，其偏振状态分别为线性的偏振，而对于和而言，其偏振状态分别为圆形的偏振。对于而言，偏振是椭圆形的。

通过这些措施，在根据本发明的光学位置测量装置中实现了必须在彼此相对移动的整体量具20，30之间布置独立的偏振光学构件，从而产生偏振编码的信号射束S。在探测单元40的方向上传播的信号射束S由此如所期望的那样由两个正交地偏振的、重叠的子射束TS1，TS2构成，并且能够以已知的方法和方式用于产生多个相位偏移的扫描信号。通常，两个重叠的子射束TS1，TS2被分成多个重叠的子射束，并且分别通过λ/2片或λ/4片彼此正交地线性地转换成偏振的、重叠的子射束。这两个子射束穿过起偏镜并且被探测器转化成扫描信号。经过起偏镜的校准能够分别调整扫描信号的相位，从而能够产生多个彼此相位偏移的扫描信号。

扫描信号的调制度取决于两个子射束TS1和TS2的偏振的正交性。在实际中，由于在制造光栅21，22，31.1，31.2时的误差，两个子射束TS1，TS2无法理想地正交地偏振。对于至少33％的足够的调制度而言，允许相应的琼斯矢量的矢量积与方程4存在最大2/3的偏差：

{(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})}_{TS 1} \cdot {(\begin{matrix} E_{x} \\ E_{y} \end{matrix})}_{TS 2}^{*} < \frac{2}{3}

(方程5)。

下面根据图3a，3b以及4a-4c阐述根据本发明的光学位置测量装置的具体实施例。在图3a，3b示出了位置测量装置的各个不同的截面示意图的同时，图4a-4c示出了这个位置测量装置的不同部件的俯视图。

所示的位置测量装置包括两个整体量具120，130，其与图2a，2b中之前所示的类似，分别沿着测量方向y能运动地布置。为彼此静止地布置的能运动的整体量具120，130设置具有不同的光学构件的扫描单元150。扫描单元150经由光导纤维156，154.1-154.3与光源以及图中没有示出的多个光电探测器元件相连接。

扫描单元150和整体量具120，130例如与未示出的机器部件机械地连接，能够借助根据本发明的位置测量装置确定它们的相对位置。由位置测量装置产生的取决于偏移的扫描信号由上游的用于定位机器部件的机器控制装置进行再加工。

由-未示出的-光源发射的照明光束B经由光导纤维156引导至扫描单元150，首先穿过第二整体量具130的光学无效区域，并且随后到达第一整体量具120的侧面上的分离光栅121上，该分离光栅在此构造成反射光栅。如图4a中所示那样，分离光栅121由在测量方向y上的反射的和非反射的分离标记的周期性的布置构成，这些分离标记另一方面沿着其平行于x方向的纵轴线延伸。

在第一整体量具120的反射地构造的分离光栅121处，锥形地入射到该分离光栅上的照明光束B衍射或分离成两个第一衍射级或两个子射束TS1，TS2。这两个子射束TS1，TS2然后穿过位于第一整体量具120和第二整体量具130之间的探测间隙，并且随后到达第二整体量具130上。

第二整体量具130包括透光片133，在其朝向第一整体量具120的第一侧面上设计两个在y方向上延伸的透射光栅131.1，131.2。在片133的对面的第二面上设计有反射层形式的反射器132，其反射面在透光片133的第一侧面的方向上定向。经由第二整体量具130的这种设计方案为示出的实施例中的两个射入到该第二整体量具上的子射束TS1，TS2设计衍射的屋脊式反射器，其分别由两个透镜和一个反射器构成。在此，透镜通过透射光栅131.1，131.2形成，反射器132通过反射层形成。

如图3b中所示，在第一次穿过透射光栅131.1、在反射器132处反射并且在再次穿过透射光栅131.2之后，子射束TS1，TS2由此垂直于测量方向y错置地反射回第一整体量具120的方向上。在第一整体量具120上，子射束TS1，TS2在合并光栅122的合并位置上出现重叠，从而使得信号射束S由此重新回到第二整体量具130的方向上传播。在此信号射束S穿过透光片133的光学上无效的区域并且在经由输出镜155转向之后到达扫描单元，该扫描单元另外包括光栅151、透镜152以及多个起偏镜153.1，153.2，153.3。在前述实施例中，在起偏镜153.1，153.2，153.3下游分别布置有光导纤维154.1，154.2，154.3，这些光导纤维将经由光栅151分开的子射束最终引导给-未示出的-探测器元件，该探测器元件远离扫描单元150地布置。

在该实施例中，通过第一和第二整体量具120，130的光栅121，122，131.1，131.2的对称来提供在开头所论述的现有技术中要求的Lambda/4片的偏振旋转功能。同时在根据本发明的光学位置测量装置中也不再需要之前所必须的、额外的用来补偿可能出现的错误偏振的起偏镜。在探测间隙中不存在额外的构件的情况下，可能出现的偏振错误能够利用扫描光路中的不同的光栅来稳定地校正，并且因此是可再生的。这能够导致内插错误，该内插错误在需要的情况下可通过适当的补偿方法、例如经由在线补偿来修正。

通过同时优化分离光栅121、透射光栅131.1，131.2、反射器和合并光栅122的层参数和光栅参数，能够以如下方式优化偏振串扰的部分，即实现干扰的子射束的最大调制。在此，通过琼斯矩阵M_Z ⁽ⁿ⁾来描述每个光栅121，122，131.1，131.2与相应的光束的交互作用，该琼斯矩阵取决于相应的层参数和光栅参数并且同相地描述了电场在可能的偏振状况s和p中的过耦合。

除了这些具体地描述的实施例以外，在本发明范畴中的显然还存在其他的可行性设计方案。

因此，例如能够仅能运动地布置两个整体量具中的一个，而另一个与此相反地例如静止地布置且分配给扫描单元，以此代替两个独立地沿着测量方向移动的整体量具。

同样能够实现的是，将两个整体量具中的一个或两个可额外地在不同于测量方向的方向上移动，从而借此构造出根据开头所引证的WO2008/138501A1的位置测量装置。

另外作为图3a，3b中所示出的实施例的替代，能够进行以下设置，即不经由光导纤维连接地远离扫描单元地布置光源和/或探测器元件，而是将其集成地布置在扫描单元中。

另外，还能够将第一整体量具上的分离光栅和合并光栅构造成一个唯一的光栅，并且在此不必设置两个分离的光栅轨迹。

最后能够进行以下设置，即在第二整体量具中设计衍射的反向反射器来代替上述实施例中所设置的衍射的屋脊式反射器。

Claims

1.一种光学位置测量装置，用于获取能彼此相对的沿着至少一个测量方向运动地布置的第一整体量具和第二整体量具的相对位置，其中，在分离光栅处使由光源发射的照明光束分离成至少两个子射束，所述子射束在经过扫描光路时经历不同的偏振光学作用，并且当不同地偏振的所述子射束在合并光栅处重新合并之后，能从生成的信号射束中产生多个相位偏移的、取决于偏移的扫描信号，其中，在分离和重新合并之间的所述子射束的所述扫描光路中未布置偏振光学构件，其特征在于，为了在所述子射束(TS1，TS2)上产生不同的偏振光学作用，

-锥形地入射的照明光束(B)作用到所述分离光栅(21；121)上，其中，入射的所述照明光束(B)在垂直于所述测量方向(x；y)的入射面(E)中以不同于0°的角度延伸，并且所述入射面(E)通过所述分离光栅(21；121)上的光栅法线和所述照明光束(B)的入射方向来张开，并且

-在分离和重新合并之间的所述子射束(TS1，TS2)的所述扫描光路设计为关于所述入射面(E)镜面对称。

2.根据权利要求1所述的光学位置测量装置，其特征在于，由所述光源(11)发射出的所述照明光束(B)具有线性偏振，所述线性偏振具有关于所述入射面(E)对称或非对称的镜面对称。

3.根据权利要求2所述的光学位置测量装置，其特征在于，在所述子射束(TS1，TS2)的分离和重新合并之间的所述扫描光路中分别布置有一个或多个光栅(21，31.1，31.2，22；121，131.1，131.2，122)，所述光栅构造为使得

-为所述子射束(TS1，TS2)保持关于所述入射面(E)的所述镜面对称，并且

-在部件的共同作用下，能够实现垂直和平行地偏振的子射束(TS1，TS2)的偏振串扰。

4.根据权利要求3所述的光学位置测量装置，其特征在于，所述子射束(TS1，TS2)在重新合并位置处能够具有相反的圆形偏振。

5.根据权利要求3所述的光学位置测量装置，其特征在于，所述子射束(TS1，TS2)在重新合并位置处具有彼此正交的椭圆形偏振。

6.根据权利要求3所述的光学位置测量装置，其特征在于，所述子射束(TS1，TS2)在重新合并位置处偏振，从而使得相应的琼斯矢量的矢量积不超过值2/3。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光学位置测量装置，其特征在于，所述第一整体量具(20；120)包括在测量方向(x；y)上延伸的第一反射光栅或透射光栅，所述第一反射光栅或透射光栅用作用于所述照明光束(B)的分离光栅(21；121)。

8.根据权利要求7所述的光学位置测量装置，其特征在于，所述第一整体量具(20；120)包括在测量方向(x)上延伸的第二反射光栅或透射光栅，所述第二反射光栅或透射光栅用作用于所述子射束(TS1，TS2)的合并光栅(22；122)。

9.根据权利要求7或8所述的光学位置测量装置，其特征在于，所述第二整体量具(30；130)包括透光片(133)，在所述透光片中为每个子射束(TS1，TS2)设计带有透镜和反射器(132)的衍射的反向反射器或衍射的屋脊式棱镜。

10.根据权利要求9所述的光学位置测量装置，其特征在于，

-在所述透光片(133)的朝向所述第一整体量具(20；120)的第一侧面上构造有至少一个透射光栅(31.1，31.2；131.1，131.2)形式的所述透镜，并且

-在所述透光片(133)的背离所述第一整体量具(20；120)的第二侧面上构造有至少一个反射层的形式的所述反射器(132)，所述反射器的反射的侧面在所述透光片(133)的第一侧面的方向上定向。

11.根据权利要求9所述的光学位置测量装置，其特征在于，所述第一整体量具(20；120)和所述第二整体量具(30；130)的部件被构造和布置为使得

-由所述光源(11)射入的所述照明光束(B)在所述第一整体量具(20；120)的所述第一反射光栅处分离成两个子射束(TS1，TS2)，并且所述子射束(TS1，TS2)随后在所述第二整体量具(30；130)的方向上传播，

-所述子射束(TS1，TS2)在所述第二整体量具(30；130)的所述透光片中分别穿过衍射的反向反射器或屋脊式反射器，并且随后垂直于所述测量方向(x；y)错置地重新在所述第一整体量具(20；120)的方向上传播，

-所述子射束(TS1，TS2)在所述第一整体量具(20；120)的所述第二反射光栅处在合并位置上出现重叠，并且具有这对重叠的子射束(TS1，TS2)的信号射束(S)重新返回到所述第二整体量具(30；130)的方向上传播。

12.根据权利要求11所述的光学位置测量装置，其特征在于，在相对于两个所述整体量具(120，130)静止不动的扫描单元(150)中布置偏转镜(155)、光栅(151)、透镜(152)以及多个起偏镜(153.1，153.2，153.3)，并且所述扫描单元(150)经由一个或多个光导纤维(154.1，154.2，154.3；156)与光源和多个探测器元件相连接。

13.根据权利要求11所述的光学位置测量装置，其特征在于，在相对于两个所述整体量具静止不动的扫描单元中布置光源、偏转镜、光栅、透镜、多个起偏镜以及多个探测器元件。

14.根据前述权利要求中任一项所述的光学位置测量装置，其特征在于，两个所述整体量具(20，30；120，130)中的每个被布置为能沿着至少一个测量方向(x；y)运动。