[发明专利]光学位置测量装置

说明书

本发明涉及光学位置测量装置。本发明涉及一种用于检测两个相对彼此可移动的对象的位置的光学位置测量装置。所述光学位置测量装置包括量具，所述量具与这两个对象之一连接并且包括测量刻度，所述测量刻度具有刻度区域沿着至少一个刻度方向的周期性布置。此外，设置了布置在另一对象上的扫描单元，其中经由布置和构造扫描单元的光学元件得到扫描光路，在扫描光路中，被分裂的和形成干涉的子射束关于对称平面镜像对称地传播，并且或者V形入射到量具上和/或经历从量具的V形反向反射。对称平面相对于量具倾斜了所限定的倾斜角。如下子射束形成干涉：所述子射束在测量刻度处以对称的衍射级被偏转，并且在分裂与再汇合之间经过相同的光学路径长度。

技术领域

本发明涉及光学位置测量装置。

背景技术

在已知的用于检测两个相对彼此可移动的对象的位置的位置测量装置中，通常沿着至少一个测量方向确定扫描单元相对于量具（Massstab）的位置。在量具上，沿着刻度方向（Teilungsrichtung）布置有测量刻度（Messteilung），所述刻度方向对应于测量方向。扫描单元和量具在这种情况下分别与这两个可移动的对象中的一个对象相连接。位置测量装置的所谓的灵敏度矢量（Empfindlichkeitsvektor）在已知的设备中通常与该量具的表面平行地定向，该灵敏度矢量标明相应的有效的测量方向。

此外，已知了如下位置测量装置，所述位置测量装置的灵敏度矢量倾斜于具有反射性测量刻度的量具的表面定向。对此，应例如参考本申请人的EP 1 762 828 A2。灵敏度矢量的斜对齐（geneigte Ausrichtung）在这样的位置测量装置中通过非对称地构造干涉性扫描光路而被确保。在相对应的扫描光路中，入射的射束被分裂成至少两个子射束，最终使所述子射束干涉式叠加。借助这样的位置测量装置，可以获得关于扫描单元和量具沿着横向的测量方向或移位方向以及沿着竖直的测量方向或移位方向的相对移动的位置信息。这就是说，借助这样的位置测量装置，可以检测沿着两个平移式移动自由度的位置变化。进行干涉的子射束的路径长度在这种位置测量装置中通常仅在扫描单元与量具之间的确定的额定扫描间距中是一样长的。如果量具或者扫描单元移动离开相应的额定扫描间距，那么在这些形成干涉的子射束中得到不同的所经过的光学路径长度。所使用的光源的波长的可能的变化由此影响进行干涉的子射束的相位，并且因此也影响所测定的位置信息。因此把这样的位置测量装置的扫描光学系统称为有色的（chromatisch）或与波长有关的。其中所采用的光源必须因此具有足够的相干长度和极其小的相位噪声。为了保证这一点，对这样的光源的耗费的稳定化是必需的，由此该光源相对应地是昂贵的。

从本申请人的德国专利申请DE 10 2015 203 188 A1中已知了一种其他的光学位置测量装置，借助该光学位置测量装置可以获得关于扫描单元和量具沿着横向的测量或移位方向以及沿着竖直的测量或移位方向的相对移动的位置信息。在这种情况下，扫描光学装置相对于量具围绕转动轴线倾斜了确定的倾斜角，所述转动轴线平行于量具的表面定向并且垂直于测量刻度的栅格矢量（Gittervektor）延伸。除了选择相对于量具的合适的倾斜角之外，此外还设置，为了非对称地构造干涉性扫描光路，如下子射束被用于信号产生：所述子射束由在测量刻度上的不对称的衍射级得到，例如由+3./-1.衍射级或者也可以由+1./0.衍射级得到。可是，在使用这些衍射级的情况下，证明为有问题的是，或者得到过小的信号强度，和/或者得到过小的安装公差。

从在形成本申请的权利要求1的前述部分时曾以此为出发点的US 8,730,485 B2的图2中，已知了一种其他的光学位置测量装置，用于检测沿着两个平移式移动自由度的位置变化。在使用倾斜地入射到测量刻度上的射束来产生信号的情况下，该光学位置测量装置使用在测量刻度上的+1./-1.衍射级，并且由此绕开了上述文献中的问题。可是，对于在测量刻度上分裂的子射束，得到了在分裂与再汇合（Wiedervereinigung）之间的不同的光学路径长度。这又引起了位置测量与波长波动的相关性。

发明内容