本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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EP 0 481 356 A2。 图1在入射的扫描光路的示意图中示出了根据EP 0 481 356 A2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Ll，L2, AO相对运 动地布置。从左侧入射的、经由起偏镜Pl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（〇)，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190,1210,1330。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，Ll，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WO 2008/138501 Al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EP 2 466 272 A2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dR〈 λ /2的高频光栅，该高频光栅具 有第〇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>hwSpcit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 Spc]t，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O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dT> λ/2。由于偏振周期dP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dT。 对于三个在这个位置测量装置中出现的周期dR，士和dP的大小设定而言，在不同 光栅中必须符合以下条件： dR< λ /2<dT<hwSpot<dP<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。EP 2 466 272 A2中已知的位置测量装 置由此在小的、用于在4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士和d P。另外，在整体量具的受照射范围的宽度hwSpcit方面也存在 明显的局限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，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。 根据本专利技术，上述目的通过一种光学位置测量装置来实现。 根据本专利技术的光学位置测量装置的有利的实施方式在下文中给出。 根据本专利技术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〇°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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：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，
申请(专利权)人：约翰内斯·海德汉博士有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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