本發明專利技術涉及一種光學位置測量裝置，獲取能彼此相對地沿至少一個測量方向運動地布置的第一和第二整體量具的相對位置。在分離光柵處由光源發射的光束分離成至少兩個子射束。子射束在經過掃描光路時經歷不同偏振光學作用。不同偏振的子射束在合并光柵處重新合并后，能從合成光束中產生多個相位偏移的取決于偏移的掃描信號。在分離和重新合并間的子射束的掃描光路中未布置偏振光學構件。為在子射束上產生不同偏振光學作用，錐形入射的照明光束作用到分離光柵上，其中入射的照明光束在垂直測量方向的平面中以不同于0°的角度延伸且入射面通過分離光柵的光柵法線和照明光束入射方向張開。分離和重新合并間的子射束的掃描光路設計為關于入射面鏡面對稱。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種光學位置測量裝置，該光學位置測量裝置適用于高精度地確定兩 個相互移動的物體的相對位置。
技術介紹
在已知的高精度光學位置測量裝置中，除了關于強度的評估方法以外，還應用了 偏振光學方法來產生三個或更多相位偏移的、由移動決定的用于位置確定的掃描信號。關 于偏振光學地產生掃描信號例如可參閱申請人的EP 0 481 356 A2。 圖1在入射的掃描光路的示意圖中示出了根據EP 0 481 356 A2的信號產生的基 礎性原理。光柵A，M在此沿著所給出的測量方向X共同相對于其余部件Ll，L2, AO相對運 動地布置。從左側入射的、經由起偏鏡Pl限定的偏振的光束在此經由光柵A分成兩個子射 束。正如圖1中所示的那樣，在帶來干擾的子射束的、對位置信息進行編碼的射束走向中置 入偏振光學元件，例如，不同定向的Lambda/4片PE1，PE2。Lambda/4片PE1，PE2使得兩束 穿過的子射束彼此正交地偏振，也就是說，這兩個子射束隨后例如左圓周和右圓周地偏振。 這兩個子射束隨后重疊成一個共同的信號射束（〇)，并且在后面的評估透鏡AO中分成3個 或更多重疊的子射束190,1210,1330。在穿過不同定向的起偏鏡P90，P210，P330之后在探 測器元件D90, D210, D330上最終實現了相位分別偏移120°的掃描信號S90, S210, S330， 這些掃描信號能以已知的方式進一步處理。除了 Lambda/4片PE1，PE2以外，在分開的子射 束的光路中經常還布置有起偏鏡P2, P3形式的其他偏振光學構件，以便借此補償由于子射 束之前所穿過的光柵A，Ll，L2所導致的錯誤偏振。 這種偏振光學地產生多個相位偏移的、由移動決定的掃描信號的缺陷表現為， 必須在彼此相對運動的部件之間的掃描光路中或探測間隙中置入額外的光學元件、例如 Lambda/4片和起偏鏡。在相應的光學位置測量裝置的受局限的結構空間中或其具有小探測 間隙的情況下，這種額外的構件可能產生問題。假如與WO 2008/138501 Al中已知的原理 類似地構造位置測量裝置，那么圖1的部件A，M和L1，L2構造成兩個可相互移動的整體量 具。在這種情況下，機械保持在其間靜止不動的偏振光學構件通常是不可能的。 掃描光路中的額外的偏振光學構件另外還對所使用的支撐結構的平坦性、平行性 以及均勻性提出更高要求；需要不漂移和穩定的裝配面以容納這種支撐結構。在此只有利 用非常高昂的額外費用支出通過相應的校正方法才能補償可能出現的材料偏差。這尤其是 適用于在相應的光學的位置測量裝置中使用長的、平移不變規則的情況。 此外，其他的系統特性、如自身頻率或探測間隙中的氣流同樣可能會受到掃描光 路中的額外需要的偏振光學構件的負面影響。 申請人已經在EP 2 466 272 A2中提供了在掃描光路中沒有額外的獨立的偏振光 學構件的情況下偏振光學地產生相位偏移的掃描信號的光學位置測量裝置。本申請中的上 位概念的形成以這個文獻為出發點。根據這種方案，將需要的偏振光學構件集成地構造在 掃描光路中的其他部件中，例如以帶有周期性變化的結構的高頻光柵的形式。在這種位置 測量裝置中，所使用的部件在測量方向中具有由位置決定的偏振特性。整體量具在此情況 下例如由多個局部變化的層構成，并且包括具有子周期dR〈 λ /2的高頻光柵，該高頻光柵具 有第〇衍射級并且產生偏振光學的功能性。高頻光柵的光柵定向在此沿著測量方向以偏振 周期d P>hwSpcit變化，該偏振周期必須明顯大于整體量具的照明范圍的寬度hw Spc]t，該整體量 具向下界定了可產生的掃描信號的信號周期SP。此外，由于高頻光柵的第O衍射級可能不 會引起幾何的光束偏斜，還需要幾何偏斜的光柵的另外的周期d T，該周期足夠大到產生至 少一個第一衍射級，也就是說，它必須符合dT> λ/2。由于偏振周期dP同樣不會導致出現幾 何偏斜，所以這個偏振周期被選擇成明顯大于周期dT。 對于三個在這個位置測量裝置中出現的周期dR，士和dP的大小設定而言，在不同 光柵中必須符合以下條件： dR< λ /2<dT<hwSpot<dP<4SP 原則上制造帶有小周期dR的光柵在工藝上的費用支出很高昂。另外，為了相應的 位置測量裝置的高解析度而需要小的信號周期SP。EP 2 466 272 A2中已知的位置測量裝 置由此在小的、用于在4和SP之間提供尺寸范圍方面受到明顯的局限，該尺寸范圍能夠用 于相應的光柵的周期性士和d P。另外，在整體量具的受照射范圍的寬度hwSpcit方面也存在 明顯的局限。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，實現一種偏振光學地產生相位偏移的掃描信號的光學位置測 量裝置，該位置測量裝置在掃描光路中不需要額外的偏振光學構件。在此，當需要所產生的 掃描信號的特定信號周期時，相應的位置測量裝置應該盡可能小地受到局限。 根據本專利技術，上述目的通過一種光學位置測量裝置來實現。 根據本專利技術的光學位置測量裝置的有利的實施方式在下文中給出。 根據本專利技術的光學位置測量裝置用于獲取第一整體量具和第二整體量具的相對 位置，第一整體量具和第二整體量具能彼此相對地沿著至少一個測量方向運動地布置。在 分離光柵處將由光源發射的光束分離成至少兩個子射束。子射束在經過掃描光路時經歷 不同的偏振光學作用；當不同地偏振的子射束在合并光柵處重新合并之后，能從合成的信 號射束中產生多個相位偏移的、取決于偏移的掃描信號。在在分離和重新合并之間的子射 束的掃描光路中沒有偏振光學構件。為了在子射束上產生不同的偏振光學作用進行以下設 置， -錐形地入射的照明光束作用到分離光柵上，其中，入射的照明光束在垂直于測量 方向的入射面中以不同于〇°的角度延伸，并且入射面通過分離光柵上的光柵法線和照明 光束的入射方向來張開，并且 -在分離和重新合并之間的子射束的掃描光路設計為關于入射面鏡面對稱。 有利的是，由光源發射出的照明光束具有線性偏振，該線性偏振帶有關于入射面 對稱或非對稱的鏡面對稱。 能夠進行以下設置，在子射束的分離和重新合并之間的掃描光路中分別布置有一 個或多個光柵，構造這些光柵，以使得 -為子射束保持關于入射面的鏡面對稱，并且 -在部件的共同作用下，能夠實現垂直和平行地偏振的子射束的偏振串擾。 在此，子射束在重新合并位置處能夠具有相反的圓形偏振。 可選地，子射束能夠在重新合并位置處具有彼此正交的、橢圓形偏振。 另外能夠設置的是，子射束在重新合并位置處偏振，從而使得相應的瓊斯矢量的 矢量積不超過數值2/3。 在一個可能的實施方式中，第一整體量具包括在測量方向上延伸的第一反射光柵 或透射光柵，其作為用于照明光束的分離光柵起作用。 在此，第一整體量具能夠包括在測量方向上延伸的第二反射光柵或透射光柵，其 作為用于子射束的合并光柵起作用。 在此還能夠實現的是，第二整體量具包括透光片，在其中為每個子射束設計帶有 透鏡和反射器的衍射的反向反射器或衍射的屋脊式棱鏡。 在相應的實施方式中能夠進行以下設置， -在透光片的朝向第一整體量具的第一側面上構造有至少一個透射光柵的形式的 透鏡，并且 -在透光片的背離第一整體量具的第二側面上構造有至少本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種光學位置測量裝置，用于獲取能彼此相對的沿著至少一個測量方向運動地布置的第一整體量具和第二整體量具的相對位置，其中，在分離光柵處使由光源發射的照明光束分離成至少兩個子射束，所述子射束在經過掃描光路時經歷不同的偏振光學作用，并且當不同地偏振的所述子射束在合并光柵處重新合并之后，能從生成的信號射束中產生多個相位偏移的、取決于偏移的掃描信號，其中，在分離和重新合并之間的所述子射束的所述掃描光路中未布置偏振光學構件，其特征在于，為了在所述子射束(TS1，TS2)上產生不同的偏振光學作用，?錐形地入射的照明光束(B)作用到所述分離光柵(21；121)上，其中，入射的所述照明光束(B)在垂直于所述測量方向(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)通過所述分離光柵(21；121)上的光柵法線和所述照明光束(B)的入射方向來張開，并且?在分離和重新合并之間的所述子射束(TS1，TS2)的所述掃描光路設計為關于所述入射面(E)鏡面對稱。
【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：約爾格·德雷謝爾，沃爾夫岡·霍爾扎普費爾，拉爾夫·約爾格爾，托馬斯·卡埃爾貝雷爾，馬庫斯·邁斯納，伯恩哈德·默施，埃爾溫·施潘納，
申請(專利權)人：約翰內斯·海德漢博士有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE
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