[发明专利]光学位置测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量装置。

背景技术

已知的光学位置测量装置包括整体量具以及与之相对移动的扫描单元。在扫描单元中通常布置有光源、光电探测器部件以及其他的光学部件如透镜、光栅等。对于确定的应用情况可以利用所有这些部件然而可能体积大地构成扫描单元。此外在确定的应用中由于电磁干扰场或者升高的温度对这种扫描单元的主动的部件的不期待的影响也是可能的。而且由于光源的电功率损耗这可以出现对测量精度的热的影响。

因此对于光学位置测量装置的解决方案已知的是，其中在实际的测量位置处仅布置扫描的整体量具以及为此相对移动的、被动的纤维光学扫描头。其他的对于扫描而言是功能相关的主动的部件如光源和光电探测器部件空间上远离测量位置地布置并且通过光导纤维与纤维光学扫描头相连接。以这种方式或方法可以在实际的测量位置处实现十分紧凑地构造的系统。此外也可以把在扫描侧对不同的主动的部件的干扰影响减少到最低限度。

例如在申请人的DE 10 2007 024 349 A1中提出了这种位置测量装置。在这个出版物中公开的位置测量装置包括替代整体量具构造成的反射整体量具、为此能相对在至少一个测量方向上移动的纤维光学扫描头。位置测量装置的其他的部件空间上远离地布置在纤维光学扫描头的下游，通过适当的光导纤维连接。属于这种部件的是，例如用于光学扫描需要的光源、多个光电探测器部件以及可能的用于产生信号和进一步处理信号的其他的主动的部件。完全被动的纤维光学扫描头基本上包括扫描板以及用于发光传送和传送回产生信号的射线束的光导纤维的端部。为了产生多个相移的扫描信号，设置扫描信号的取决于波长的编码。为此宽频带地照射扫描板并且扫描板由多个基本单元构成，该基本单元分别包括多个区域，该区域对于照明光谱的不同的波长范围是透明的。为此扫描板的每个基本单元的不同区域例如设计为具有不同的透射波长的子标准件。然而用在DE 10 2007 024 349 A1中的扫描规则此时不可以结合非常小的分度周期使用在反射整体量具的侧面上。为此原因是，子标准件不可以任意变小，其中同时能保持其取决于波长的透光性。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种具有被动的纤维光学扫描头的光学位置测量装置，通过其一种高分辨的位置测量是可能的。

根据本发明的光学位置测量装置用于产生关于纤维光学扫描头与为此在至少一个测量方向上移动的反射整体量具的相对位置的、多个相移的扫描信号。在纤维光学扫描头中布置有在光导纤维的、整体量具侧的端部之前的扫描板；实现了相移的扫描信号的、取决于波长的编码。扫描板设计为，即

-射到扫描板上的射线束被分开成至少两个子射线束，子射线束作用到反射整体量具并且接着为了产生相移的扫描信号重新组合地互相发生干涉以及

-在分开与重新组合之间的子射线束经过了不同的光学路程长度。

在一个有利的实施方式中扫描板还设计为，至少两个子射线束在扫描板与反射整体量具之间关于扫描板法线对称地传播并且在利特罗角(Littrow-Winkel)下作用到反射整体量具上。

优选地所使用的反射整体量具在+/‐1级衍射级下具有最大的衍射效率。

可以这样设置，光导纤维设计为多模纤维，通过该多模纤维不但能用于照射的射线束能朝向纤维光学扫描头传输而且重新组合的子射线束也能从纤维光学扫描头传输出去。

此外可能的是，在光导纤维的、远离整体量具的端部处布置有

-光谱宽频带的光源或

-多个发射不同波长的射线的光源，

光源的射线作为发光射线束能通过耦合器耦合至光导纤维中。

在此可以在光导纤维的、远离整体量具的端部处布置有探测器装置，探测器装置包括

-用于根据波长分开重新组合的子射线束的分开装置以及

-多个光电探测器部件，所分开的子射线束能传送到光电探测器部件并且所探测的子射线束转换成电的、相移的扫描信号。

有利的是扫描板设计为板状的、透明的基板，其中

-在扫描板的、朝向光导纤维的侧面上布置有第一透射光栅，射到第一透射光栅上的射线束分开成至少两个衍射的子射线束，子射线束关于扫描板法线不对称地继续传播，并且

-在扫描板的、朝向反射整体量具的侧面上布置有第二透射光栅，第二透射光栅偏转从第一透射光栅出发射到第二透射光栅的子射线束，以使得子射线束关于扫描板法线互相对称地在扫描板与反射整体量具之间传播并且在利特罗角下作用到反射整体量具。

具有优点的是第一透射光栅和第二透射光栅分别设计为(geblatztes)闪耀相位光栅。