光学位置测量装置制造方法及图纸

一种检测两个可相对彼此运动的物体的相对位置的光学位置测量装置，由与一个物体相连的扫描单元和另一个相连的反射量具组成，相对位置信息由至少两对分射束的干涉叠加得出。从光源射入的射束在扫描单元中由第一分解元件在第一分解平面内分解成多个分射束。一部分经由扫描单元中的转向元件转到反射量具的方向上，其他经由第二分解元件分解成其他分射束。在反射量具的两个入射点上，至少两对分射束干涉性叠加。第一和第二探测器检测第一和第二扫描信号，从中导出物体的关于垂直移动方向和第一横向移动方向的位置信息。

【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。所述位置测量装置适合用于同时检测两个能相对彼此运动的物体的垂直的和至少一个横向的自由度。
技术介绍
这类光学位置测量装置例如由JP2005-326231A的图6已知。位置测量装置用于检测两个能相对彼此运动的物体的相对位置，并且由与物体中的一个相连的扫描单元和与这两个物体中的另一个相连的反射量具组成。关于这两个物体的相对位置信息由至少两对分射束的干涉叠加产生。在此，从光源射入的射束在扫描单元中在第一分解平面内经由第一分解元件分解成至少一个第一、第二和第三分射束。第一和第三分射束紧接着经由扫描单元中的转向元件转向到反射量具的方向上。第二分射束经由第二分解元件分解成至少一个第四和第五分射束，其中，第一和第四分射束在反射量具上的第一入射点的方向并且第三和第五分射束在第二入射点的方向上传播。叠加的第一和第二分射束对在于反射量具处反射之后在第一和第二探测器的方向上传播，在那里，至少两对分射束分别进行干涉性叠加。经由探测器可以检测与移动相关的扫描信号，从扫描信号又可以推导出物体的关于垂直移动方向和第一横向移动方向的位置信息。因此经由这类光学位置测量装置可以同时检测两个能相对彼此运动的物体的横向和垂直的自由度。由JP2005-326231A中公知的装置不适用于必须利用测量技术检测多于这两个自由度的测量任务。
技术实现思路
本专利技术的基本任务是，实现一种开头所述类型的光学位置测量装置，其实现了在至少三个空间自由度上高精度地空间上确定两个可相对彼此运动的物体的空间位置。该任务根据本专利技术通过一种光学位置测量装置得以解决。根据本专利技术的光学位置测量装置的有利实施方式由以下措施中得出。根据本专利技术的、用于检测两个可相对彼此运动的物体的相对位置的光学位置测量装置由与物体中的一个相连的扫描单元和与这两个物体中的另一个相连的反射量具组成。相对位置信息由至少两对分射束的干涉叠加得出，为此-从光源起射入的射束在扫描单元中经由第一分解元件在第一分解平面内分解成至少一个第一、第二和第三分射束，并且-第一和第三分射束经由扫描单元中的转向元件转向到反射量具的方向上，而第二分射束经由第二分解元件分解成至少一个第四和第五分射束，其中，第一和第四分射束在反射量具上的第一入射点的方向上传播，并且第三和第五分射束在第二入射点的方向上传播，-并且，叠加的第一和第二分射束对在于反射量具处反射之后在第一和第二探测器的方向上传播，在那里，每个对中的分射束进行干涉性叠加，从而经由探测器可以检测与移动相关的第一和第二扫描信号，由其可以推导出物体的关于垂直移动方向和第一横向移动方向的位置信息，其中，第一横向移动方向在第一分解平面上或者与之平行地延伸。此外在扫描单元中，射入的射束经由第一分解元件还在垂直于第一分解平面的第二分解平面中分解成另外的分射束。这些分射束在第二分解平面内类似于第一分解平面内的分射束进行传播，从而可以经由第三和第四探测器检测与移动相关的第三和第四扫描信号，由其可以推导出物体的关于垂直移动方向和第二横向移动方向的位置信息，其中，第二横向移动方向在第二分解平面内或者与之平行地延伸。有利地，此外经由第一分解元件还分解成至少一个第六、第七和第八分射束，其中-第六和第八分射束经由扫描单元中的其他转向元件转向到反射量具的方向上，而第七分射束经由第二分解元件分解成至少一个第九和第十分射束，其中，第六和第九分射束在反射量具上的第三入射点的方向并且第八和第十分射束在第四入射点的方向上传播，-并且叠加的第三和第四分射束对在于反射量具处反射之后在第三和第四探测器的方向上传播，在这里，这两个分射束对分别进行干涉性叠加，从而经由第三和第四探测器能够检测与移动相关的第三和第四扫描信号。可行的是，第一分解元件和第二分解元件分别构造成交叉线或棋盘布置的二维衍射结构。在这里，二维衍射结构可以构造成振幅光栅或者构造成相位光栅。第一分解元件和第二分解元件可以分别构造成二维的透射交叉光栅。优选地，这两个分解平面相互垂直地定向。此外还可行的是，反射量具构造成交叉线或棋盘布置的二维衍射结构。在这里，二维衍射结构可以构造成振幅光栅或者相位光栅。有利地，反射量具构造成二维的反射交叉光栅。此外还可以提出，扫描单元包括透明的玻璃板，-在其朝向射入的光束的一侧上布置了第一分解元件，并且-在其朝向反射量具的一侧上布置了第二分解元件以及转向元件。在这里，在玻璃板的朝向射入的光束的一侧上，还布置了四个探测器，它们分别构造成结构化的光电探测器，其光敏表面在玻璃板的相反侧的方向上定向。在这里可行的是，结构化的光电探测器分别具有多个周期性布置的探测器元件，其中，相位相同的探测器元件相互电连接。优选地，这里的结构化光电探测器由α硅构成，并且直接结构化地布置在玻璃板上。此外还被证明有利的是，探测器布置在和第一分解元件相同的平面上。同样有利的是，转向元件构造成透射线性光栅。现在，借助根据本专利技术的位置测量装置能利用测量技术高精度地检测至少三个空间自由度，也就是两个可相对彼此运动的物体的垂直的相对移动以及这些物体沿着两个横向移动方向的相对移动。此外被证明有利的是，根据本专利技术的光学位置测量装置区别于开头讨论过的现有技术允许使用具有小的刻度周期的光栅。此外还能够产生分辨率特别高的扫描信号，它们使得能够非常准确地确定位置。此外，在根据本专利技术的位置测量装置中特别有效地减少了对扫描信号的产生有不利影响的、不希望的干扰射线。附图说明按照下面对根据本专利技术的装置的实施例的描述，结合附图阐述本专利技术的更多细节和优点。图1a是根据本专利技术的光学位置测量装置的一个实施例的xz平面内的扫描射线路径的示意图；图1b是在根据本专利技术的光学位置测量装置的一个实施例的yz平面内的扫描射线路径的示意图；图2是图1中的光学位置测量装置的反射量具的俯视图；图3a是图1中的光学位置测量装置的扫描单元中的玻璃板的朝向反射量具一侧的俯视图；图3b是图1中的光学位置测量装置的扫描单元中的玻璃板朝向射入的射束一侧的俯视图；图4是图1中的光学位置测量装置的四个探测器的部分俯视图；图5是用于阐述图1中的光学位置测量装置中的信号处理的高示意性图。具体实施方式下面借助图1a，1b，2，3a，3b，4和5阐述根据本专利技术的光学位置测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学位置测量装置，用于检测两个能相对彼此运动的物体的相对位置，所述光学位置测量装置由与所述物体中的一个物体相连的扫描单元和与这两个所述物体中的另一个物体相连的反射量具组成，其中，相对位置信息由至少两对分射束的干涉叠加得出，为此从光源射入的射束在所述扫描单元中经由第一分解元件在第一分解平面内分解成至少一个第一分射束、第二分射束和第三分射束，并且所述第一分射束和所述第三分射束经由所述扫描单元中的转向元件转向到所述反射量具的方向上，而所述第二分射束经由第二分解元件分解成至少一个第四分射束和第五分射束，其中，所述第一分射束和所述第四分射束在所述反射量具上的第一入射点的方向上传播，并且所述第三分射束和所述第五分射束在所述反射量具上的第二入射点的方向上传播，并且，叠加的第一分射束对和第二分射束对在于反射量具处反射之后在第一探测器和第二探测器的方向上传播，在此，每个分射束对的分射束进行干涉叠加，从而经由探测器能够检测与移动相关的第一扫描信号和第二扫描信号，从第一扫描信号和第二扫描信号能够推导出物体的关于垂直移动方向和第一横向移动方向的位置信息，其中，所述第一横向移动方向在所述第一分解平面中或者与所述第一分解平面平行地延伸，其特征在于，在所述扫描单元(20)中，射入的所述射束经由所述第一分解元件(22)还在垂直于所述第一分解平面(xz)的第二分解平面(yz)中分解成另外的分射束(30.6，30.7，30.8，30.9，30.10)，并且这些分射束(30.6，30.7，30.8，30.9，30.10)在所述第二分解平面(yz)中类似于在所述第一分解平面(xz)中的分射束(30.1，30.2，30.3，30.4，30.5)地传播，从而经由第三探测器(26.3)和第四探测器(26.4)能够检测与移动相关的第三扫描信号和第四扫描信号，从所述第三扫描信号和所述第四扫描信号能够推导出所述物体的关于所述垂直移动方向(z)和第二横向移动方向(y)的位置信息，其中，所述第二横向移动方向(y)在所述第二分解平面(yz)中或者与所述第二分解平面平行地延伸。...

【技术特征摘要】
2015.01.13 DE 102015200293.41.一种光学位置测量装置，用于检测两个能相对彼此运动的物体的相
对位置，所述光学位置测量装置由与所述物体中的一个物体相连的
扫描单元和与这两个所述物体中的另一个物体相连的反射量具组成，
其中，相对位置信息由至少两对分射束的干涉叠加得出，为此
从光源射入的射束在所述扫描单元中经由第一分解元件在第
一分解平面内分解成至少一个第一分射束、第二分射束和第三分射
束，并且
所述第一分射束和所述第三分射束经由所述扫描单元中的转
向元件转向到所述反射量具的方向上，而所述第二分射束经由第二
分解元件分解成至少一个第四分射束和第五分射束，其中，所述第
一分射束和所述第四分射束在所述反射量具上的第一入射点的方向
上传播，并且所述第三分射束和所述第五分射束在所述反射量具上
的第二入射点的方向上传播，
并且，叠加的第一分射束对和第二分射束对在于反射量具处反
射之后在第一探测器和第二探测器的方向上传播，在此，每个分射
束对的分射束进行干涉叠加，从而经由探测器能够检测与移动相关
的第一扫描信号和第二扫描信号，从第一扫描信号和第二扫描信号
能够推导出物体的关于垂直移动方向和第一横向移动方向的位置信
息，其中，所述第一横向移动方向在所述第一分解平面中或者与所
述第一分解平面平行地延伸，
其特征在于，
在所述扫描单元(20)中，射入的所述射束经由所述第一分解
元件(22)还在垂直于所述第一分解平面(xz)的第二分解平面(yz)
中分解成另外的分射束(30.6，30.7，30.8，30.9，30.10)，并且这
些分射束(30.6，30.7，30.8，30.9，30.10)在所述第二分解平面(yz)

\t中类似于在所述第一分解平面(xz)中的分射束(30.1，30.2，30.3，
30.4，30.5)地传播，从而经由第三探测器(26.3)和第四探测器(26.4)
能够检测与移动相关的第三扫描信号和第四扫描信号，从所述第三
扫描信号和所述第四扫描信号能够推导出所述物体的关于所述垂直
移动方向(z)和第二横向移动方向(y)的位置信息，其中，所述
第二横向移动方向(y)在所述第二分解平面(yz)中或者与所述第
二分解平面平行地延伸。
2.根据权利要求1所述的光学位置测量装置，其特征在于，经由所述
第一分解元件(22)还实现分解成至少一个第六分射束(30.6)、第
七分射束(30.7)和第八分射束(30.8)，其中
所述第六分射束(30.6)和所述第八分射束(30.8)经由所述扫
描单元(20)中的其他转向元件(25.3，25.4)转向到所述反射量具
(10)的方向上，而所述第七分射束(30.7)经由所述第二分解元
件(24)分解成至少一个第九分射束(30.9)和第十分射束(30.10)，
其中，所述第六分射束(30.6)和所述第九分射束(30.9)在所述反
射量具上的第三入射点(A3)的方向上传播，并且所述第八分射束
(30.8)和所述第十分射束(30.10)在所述反射量具(10)上的第
四入射...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔特·胡贝尔，
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