光学位置测量装置的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的光学位置测量装置。

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ep1762828a2。灵敏度矢量的斜对齐（geneigteausrichtung）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de102015203188a1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us8,730,485b2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。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是，提出了一种光学位置测量装置，所述光学位置测量装置具有斜的灵敏度矢量，在所有允许的扫描间距中相对于波长变化不敏感，具有高信号效率并且拥有尽可能大的安装公差。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的光学位置测量装置来解决。

根据本发明的光学位置测量装置的有利的实施方案从在从属权利要求中列出的措施中得到。

根据本发明的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一方面包括量具，该量具与两个对象中的一个对象连接，并且该量具具有测量刻度，所述测量刻度具有刻度区域的沿着至少一个刻度方向的周期性布置。另一方面，设置了布置在另一对象上的扫描单元，所述扫描单元具有多个光学元件。经由布置和构造扫描单元的光学元件，得到扫描光路，在该扫描光路中，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形地入射到量具上，和/或者经历从量具的v形反向反射（rueckreflexion）。对称平面相对于量具围绕转动轴线倾斜了所限定的倾斜角，所述转动轴线平行于量具的表面定向并且垂直于刻度方向延伸。如下子射束形成干涉：所述子射束在测量刻度上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。

优选地，如下子射束形成干涉：所述子射束由在测量刻度上的+1.和-1.衍射级得到。

在这种情况下，测量刻度可以构造为反射相位栅格（reflexions-phasengitter），所述反射相位栅格鉴于为了产生信号所使用的衍射级的高衍射效率而被优化。

此外可能的是，入射到测量刻度上的射束相对于对称平面的入射角被选择为使得：在子射束的分裂和再汇合之间得到子射束的相等的光学路径长度。

在此，扫描单元可以包括带有多个光学元件的至少一个扫描板，其中所述扫描板垂直于对称平面地布置。

此外，可以设置，入射到测量刻度上的射束相对于对称平面的入射角根据

来选择，其中

γ:=入射到测量刻度上的射束相对于对称平面的入射角

k:=λ/dm

λ:=光波长

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。

也可能的是，布置在扫描单元中的扫描板透明地构造，其中在所述扫描板的朝向量具的侧上布置有两个第一扫描栅格和两个第二扫描栅格，并且在与此相反的侧上布置有两个反射器，而且其中反射器的进行反射的面朝量具方向来定向。 

在这种情况下，扫描单元可以构造为使得：由光源发射的射束

-击中（auftreffen）到测量刻度上，在该测量刻度处，分裂成两个向扫描单元v形反向反射的子射束，所述两个向扫描单元v形反向反射的子射束对应于两个不同的对称的衍射级，

-这两个被反向反射的子射束在扫描单元中朝两个反射器方向穿过两个第一扫描栅格，并且这两个被反向反射的子射束在这种情况下经历与入射方向反平行地定向的偏转作用，以及仅仅经历垂直于刻度方向的聚焦作用，

-这样经过偏转的和被聚焦的子射束接着分别射中（treffen）到反射器上，并且经历朝量具方向的反向反射，

-接着，这两个被反向反射的子射束朝量具方向穿过两个第二扫描栅格，并且这两个被反向反射的子射束在这种情况下经历朝刻度方向的偏转作用，以及仅仅经历垂直于刻度方向的准直作用，使得这两个子射束接着v形地朝量具方向传播，

-在此处得到经叠加的子射束朝扫描单元方向的重新衍射和反向反射。

此外，在此可以设置，所有扫描栅格的刻度周期（dr）根据

来选择，其中：

dr:=扫描栅格的刻度周期

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。 

此外，在这种情况下可能的是，在扫描板的朝向量具的侧上，此外还布置有汇合栅格（vereinigungsgitter），被量具反射回的经叠加的子射束入射到所述汇合栅格上，并且经由所述汇合栅格分裂成多对经叠加的子射束，所述多对经叠加的子射束在空间上分开地朝探测单元方向传播，所述探测单元包括多个用于产生经过相移的扫描信号的探测器元件。

有利地，第一扫描栅格和第二扫描栅格在此拥有不同的刻度周期，使得这些子射束在量具处第二次反射之后以不同的角度射中到汇合栅格上。

也可能的是，布置在扫描单元中的扫描板透明地构造，其中在所述扫描板的朝向量具的侧上布置有第一扫描栅格和第二扫描栅格，并且在与此相反的侧上布置有汇合栅格，使得由光源发射的射束

-击中到测量刻度上，在该测量刻度处，分裂成两个向扫描单元v形反向反射的子射束，所述两个向扫描单元v形反向反射的子射束对应于两个不同的对称的衍射级，

-这两个被反向反射的子射束在扫描单元中穿过第一扫描栅格和第二扫描栅格，并且朝汇合栅格方向传播，

-其中在汇合栅格上得到重新的衍射，并且紧接着多对经叠加的子射束朝具有多个探测器元件的探测单元方向传播。

此外，扫描单元可以包括至少两个反射器以及三个分光棱镜（strahlteilerwuerfel），使得由光源发射的射束

-击中到测量刻度上，在该测量刻度处，分裂成两个向扫描单元v形反向反射的子射束，所述两个向扫描单元v形反向反射的子射束对应于两个不同的对称的衍射级， 

-这两个被反射回的子射束各经由一个反射器经历朝第一分光棱镜方向的转向，在第一分光棱镜处，这两个被反射回的子射束在通过偏振光学元件之后经历叠加，并且部分地朝探测器元件方向以及部分地朝第二分光棱镜方向继续传播，以及

-在第二分光棱镜中，经历分裂成至少两个其他的经叠加的子射束，所述至少两个其他的经叠加的子射束朝其他探测器元件方向传播，以及

-而且其中被分裂的、经叠加的子射束在击中到探测器元件之前分别通过其他偏振光学元件，使得经由所述探测器元件可以分别产生经过相移的扫描信号。

此外，可能的是，扫描单元包括至少两个反射器以及三个分光棱镜，使得由光源发射的射束

-在第一分光棱镜中经历分裂成两个子射束，

-这两个子射束接着各经由一个反射器经历朝测量刻度方向的转向，使得所述子射束v形地朝测量刻度方向传播，在所述测量刻度处，所述子射束分别经历分裂成对称的衍射级，使得共线地叠加的子射束朝第二分光棱镜方向传播，在所述第二分光棱镜处，所述子射束在通过偏振光学元件之后经历叠加，并且部分地朝探测器元件方向以及部分地朝第三分光棱镜方向继续传播，以及

-在第三分光棱镜中，经历分裂成至少两个其他的经叠加的子射束，所述至少两个其他的经叠加的子射束朝其他探测器元件方向传播，以及

-而且其中被分裂的、经叠加的子射束在击中到探测器元件之前分别通过其他的偏振光学元件，使得经由所述探测器元件可以分别产生经过相移的扫描信号。 

此外，可以设置，扫描单元包括至少两个反射器，两个子射束经由所述反射器经历朝量具方向的转向，并且关于对称平面对称地以及相对于对称平面以所限定的入射角入射到量具上，其中入射角根据 

来选择，其中：

β1,2:=入射角

λ:=光波长

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。

根据本发明的光学位置测量装置现在针对具有斜的灵敏度矢量的位置测量提供具有足够的信号强度和安装公差的信号。此外，测量相对于波长变化很大程度上不敏感。

应依据随后结合附图对根据本发明的设备的实施例的描述来阐述本发明的其他细节和优点。

附图说明

其中：

图1a-1c分别示出了根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第一实施例的用图解说明的剖面图；

图2a-2c分别示出了根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第二实施例的用图解说明的剖面图；

图3示出了根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第三实施例的用图解说明的剖面图；

图4示出了根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第四实施例的用图解说明的剖面图；

图5示出了根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第五实施例的用图解说明的剖面图。

具体实施方式

在依据附图详细地描述根据本发明的光学位置测量装置的多个实施例之前，随后首先应阐述与本发明相关联的一些概念。

为此，还要再一次参考位置测量装置的扫描光学系统，其中在测量运行中，灵敏度矢量平行于量具的表面定向。在这样的扫描光学系统中，通常把由光源发射的射束分裂成两个子射束。这两个子射束在量具的测量刻度处以不同的衍射级被衍射，并且最终叠加，而且被促使干涉。可以以这种方式和方法产生彼此相移的扫描信号，由所述扫描信号通过增量计数和内插构成位置值。这种扫描光学系统中的一些产生子射束，所述子射束从分裂直到叠加为止关于对称平面镜像对称地走向。这样的扫描光路的对称平面在这种运行方式中在此垂直于量具表面，并且由此也垂直于量具的测量刻度的刻度方向。该刻度方向在这种情况下与测量刻度的栅格矢量相对应，该栅格矢量总是垂直于测量刻度的栅格线地定向；随后因而等价地同时使用术语刻度方向和栅格矢量。由于扫描光路的镜像对称性，得到了子射束在分裂和再汇合之间的一样长的传播路径。扫描光学系统由此是消色差的，也即，光源的波长及其光谱分布对所产生的扫描信号的相位和调制程度没有影响。

扫描光学系统此外也可以被构造为使得：扫描的所谓的中性转动点（neutraledrehpunkt）位于该量具上，在所述扫描光学系统中，形成干涉的子射束关于对称平面镜像对称地传播。空间中的以下点在这种情况下被称为中性转动点：要么使扫描单元要么使量具可以围绕该点倾斜，而所显示的位置值不变化。两个子射束在分裂和再汇合之间的所经过的传播路径在围绕该中性转动点倾斜的情况下保持相同。这样的具有镜像对称的部分光路和在量具上的中性转动点的扫描光学系统在下面也被称为对称v形扫描光学系统（symmetrisch-v-förmigeabtastoptiken）。所述名称因此婉言表达所有以下扫描光学系统：所述扫描光学系统的形成干涉的两个子射束一方面关于对称平面镜像对称地传播，并且另一方面v形地入射到在量具上的共同的扫描部位上和/或从该扫描部位经历从该量具的v形反向反射。在此，只须两个子射束在该量具上沿着刻度方向或沿着栅格矢量的击中部位（auftrefforte）是将近相同的，击中部位的垂直于栅格矢量或沿着划线形刻度区域的纵向的偏移（versatz）是无关紧要的。

除了这样的具有两个子射束在量具上沿着栅格矢量相同或者将近相同的击中部位的扫描光学系统以外，还存在其他对称式扫描光学系统，所述对称式扫描光学系统的中性转动点位于量具上。在本申请人的欧洲专利申请ep2848899a2（特此详细参考其公开内容）中，可找到对在扫描光学系统的任意光路与中性转动点的所属境况（lage）之间的关联的一般性描述。在所述描述的基础上，可以说明具有对称光路的其他扫描光学系统，所述其他扫描光学系统的中性转动点位于量具上。所有这些扫描光学系统随后也被称为对称v形扫描光学系统。

在具有对于量具表面平行的灵敏度矢量的这种对称v形扫描光学系统的运行中，使扫描单元对于量具对齐，使得上面所提及的对称平面垂直于量具表面并且也垂直于量具的测量刻度的栅格矢量。这称为扫描单元和量具的平行对齐。

在本发明中，现在类似于在开头所讨论的de102015203188a1中所建议的方式设置，使这种对称v形扫描光学系统或所属的对称平面相对于量具围绕转动轴线倾斜了确定的倾斜角α。该转动轴线平行于量具的表面定向，并且垂直于量具的测量刻度的栅格矢量延伸，即平行于测量刻度的刻度区域的纵向延伸方向延伸。与在de102015203188a1（特此详细参考其公开内容）中的已知的位置测量装置不同，为了产生信号，根据本发明可是并不考虑形成干涉的由不对称的衍射级构成的子射束。更确切而言设置了，使如下子射束形成干涉：所述子射束在测量刻度上以对称的衍射级偏转，优选地以在测量刻度上得到的+1.和-1.衍射级偏转。这可以通过如下方式实现：合适地选择入射到测量刻度上的射束相对于对称平面的入射角γ。换言之，要设置倾斜的照明。作为补充条件，针对入射角γ，在根据本发明的解决方案中此外还要注意的是，该入射角被选择为使得在子射束的分裂与再汇合之间得到子射束的相同的光学路径长度。以这种方式和方法也可以保证位置测量的所期望的波长无关性或消色差。

这些关联的详细的描述接下来依据根据本发明的光学位置测量装置的多个实施例来进行。

在图1a、1b和1c中，以不同的视图示出根据本发明的光学位置测量装置的第一实施例的扫描光路，所述根据本发明的光学位置测量装置具有对称v形扫描光学系统和相对于量具表面为斜的灵敏度矢量。在图1a中，在此在xz平面中示出了从光源来入射的射束sin直至反射器23a、23b的射束走向的视图。图1c在相同的平面中示出了从反射器23a、23b直至射出的信号射束sout的射束走向，该信号射束sout具有经叠加的朝探测器单元25的方向传播的子射束。图1b阐明了在yz平面中的完整的扫描光路。该描述首先在坐标系x'yz'中进行，该坐标系系x'yz'的轴用x'、y和z'标明。在这些图中，用x'分别标明刻度方向，测量刻度12沿着该刻度方向延伸。y标明在测量刻度平面中与此垂直定向的方向；z'说明了垂直于测量刻度平面定向的方向。

在这些图中示出的光学位置测量装置包括量具10以及扫描单元20，该量具10沿着刻度方向x'延伸，该扫描单元20至少沿着一个方向对于量具10可相对移动地布置。量具10和扫描单元20分别与在这些图中未示出的对象连接，例如与相对彼此可移动的机器部件连接。借助经由位置测量装置产生的扫描信号，下级的机器控制装置可以控制所述机器部件的空间定位。

量具10包括刻度载体11，在该刻度载体11的表面上布置有测量刻度12，所述测量刻度12包括划线形刻度区域沿着栅格矢量或沿着刻度方向x'的布置；刻度区域的纵向延伸方向在这些图中与y方向相对应。测量刻度12在本实施例中被构造为二元的或二级的反射相位栅格，并且设置刻度区域的相继的周期性布置，所述二元的或二级的反射相位栅格具有刻度周期dm，所述刻度区域对于入射到其上的光具有不同的相移作用。测量刻度12的反射相位栅格鉴于为了产生信号所使用的衍射级的高衍射效率而被优化，在本发明即针对+1.和-1.衍射级被优化。

在扫描单元20的侧上，布置有不同的光学元件。在图1a至1c中，在此示出了其中的光源26、透明的扫描板21、布置在其上侧上的反射器23a、23b或布置在其下侧上的第一扫描栅格22a1、22b1和第二扫描栅格22a2、22b2、偏振光学元件24a、24b以及探测单元25。替选于所示出的实施例，也可能的是，在空间上远离于扫描单元20地放置光源26和探测单元25，并且借助于光波导将光源26和探测单元25与扫描单元20连接，入射的射束sin或射出的信号射束sout接着分别经由该扫描单元20而被传输。

经由在扫描单元20中布置和构造不同的光学元件，在根据本发明的位置测量装置中在每种情况下均保证得到如下扫描光路：在该扫描光路中，形成干涉的子射束a、b关于对称平面se镜像对称地传播。所述子射束在此或者v形地入射到量具10上，和/或者经历从量具10的v形的反向反射。

如尤其是从图1a和图1c中可以看出的那样，扫描单元20或对称平面se相对于量具10围绕在y方向上的转动轴线倾斜了倾斜角α地来布置；相对应倾斜地并且由此垂直于对称平面se地接着也布置有扫描板21，该扫描板21设置在扫描单元20中。倾斜角α在这种情况下标明在到量具上的沿着z'方向的法线与对称平面se之间的角度，或标明测量刻度12相对于对称平面se的角度。在y方向上的相对应的转动轴线因此平行于量具10的表面地定向，并且垂直于测量刻度12的在x'方向上定向的栅格矢量地延伸。进一步的阐述现在在转动了倾斜角α的坐标系xyz中进行，在该坐标系xyz中，不是扫描板21而是量具10倾斜了倾斜角α。

在本发明中，与来自de102015203188a1的已知的系统不同地此外还设置了，从光源26来入射的射束sin相对于对称平面se以入射角γ入射。在未经偏转地通过透明的扫描板21之后，射束sin接着在第一击中部位pm处首次射中到量具10的测量刻度12上。在该击中部位pm处，得到分裂成两个v形地向扫描单元20反射回的子射束a、b。在这种情况下，入射的射束sin被分裂成对称的衍射级na1=+1和nb1=-1，所述衍射级紧接着表示为了产生信号所使用的子射束a、b。

在预给定的入射角γ的情况下，对于两个在量具10或测量刻度12处反射的第一衍射级(na1=+1，nb1=-1)的衍射角β2,1得到如下的关系1）：

(gl.1)

其中：

β1:=在量具处的-1.衍射级的衍射角

β2:=在量具处的+1.衍射级的衍射角

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角

γ:=入射的射束相对于对称平面的入射角

k:=λ/dm

λ:=光波长

dm:=测量刻度的刻度周期。

如上文已经提及的那样，在本发明中保证了，位置测量与波长无关。为此确保了，干涉性的子射束a、b在分裂与再汇合之间经过相同的光学路径长度。这可以在如下情况下得以保证：合适地选择入射的光束sin相对于对称平面se的入射角γ。在使用等式1）和条件β1=-β2（衍射角在数值上相同）的情况下，在此对于入射角γ得到：

(gl.2)

其中：

γ:=入射的射束相对于对称平面的入射角

k:=λ/dm

λ:=光波长

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。

在测量刻度12处被衍射的且被反射回的子射束a和b接着分别传播到在透明的扫描板21的下侧上的第一扫描栅格22a1和22b1，并且穿过所述第一扫描栅格22a1和22b1。在这种情况下，这两个第一扫描栅格22a1和22b1将多种光学功能汇合在共同的衍射结构中。

经由第一扫描栅格22a1和22b1，子射束a、b在xz投影（图1a）中接着分别又经过与入射方向反平行地定向的偏转作用而转到z方向上。扫描栅格22a1和22b1中的为了实现该偏转作用所需的刻度周期dr分别优选地根据随后的关系3)来选择：

(gl.3)

其中：

dr:=根据扫描栅格的偏转作用的刻度周期

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。 

在yz投影（图1b）中，子射束a、b经过第一扫描栅格22a1和22b1的柱面透镜功能部分地聚焦到扫描板21的上侧上的反射器23a、23b上，其中仅仅垂直于方向x或沿着其y方向得到聚焦作用。这样被偏转的且被部分聚焦的子射束a、b接着分别射中到反射器23a、23b上，并且在那里经历朝量具10的方向的反向反射。在反射器23a、23b处反射之后，这两个子射束a、b穿过两个第二扫描栅格22a2、22b2，所述第二扫描栅格22a2、22b2同样布置在扫描板21的下侧上。这两个第二扫描栅格22a2、22b2分别汇合与两个第一扫描栅格22a1、22b1相当的光学功能。这样，它们又经过柱面透镜功能在yz投影（图1b）中使子射束a、b重新准直，并且在xz投影（图1c）中又将所述子射束返回转到在量具10或测量刻度12上的共同的击中部位pm'。这两个子射束a、b在此v形地朝量具10的方向或朝第二击中部位pm'的方向传播。在那里，所述子射束经过以对称衍射级（na2=+1和nb2=+1）进行重新衍射而叠加，被促使干涉，并且接着以信号射束sout朝扫描单元20和探测单元25的方向传播，在那里，从信号射束sout中获得多个周期性的、经过相移的扫描信号。

经过相移的扫描信号的产生在该实施例中借助偏振光学元件进行。由（例如构造为激光器的）光源26发射的射束sin拥有线性偏振。在被分裂的子射束a、b的这两个光路中或在相对应的干涉仪臂中，λ/4板24a、24b分别处于测量刻度12与扫描板21之间，相应的子射束a、b经由所述λ/4板24a、24b被左旋偏振或右旋偏振。在子射束a、b在第二击中部位pm'处再汇合之后，借助分光器分裂成三个干涉射束，所述干涉射束接着经由三个不同定向的偏振器到达探测器元件，所述探测器元件最后产生经过相移的扫描信号。在图1b、1c中，在这种情况下用附图标记25标明探测单元，所述探测单元包含分光器、偏振器以及各个探测器元件，并且这些部件分别没有详细地在这些图中示出。

扫描的灵敏度矢量在根据本发明的位置测量装置中平行于扫描板21走向或对于量具10的表面为斜地走向，如这从图1a、1c中可以看出的那样。以这种方式和方法，不仅针对扫描单元20和量具10沿着刻度方向x'或沿着测量刻度12的在x'方向上定向的栅格矢量的相对移动，而且针对沿着与此垂直的方向z'的相对移动，产生与位置有关的扫描信号。

如果扫描单元20在此平行于量具表面移动，即在方向x'上移动，则扫描信号关于该测量方向的信号周期spx'为测量刻度12的刻度周期dm的四分之一，也就是

(gl.4)

其中：

spx':扫描信号在x'方向上相对移动时的信号周期

dm:=测量刻度的刻度周期。

在扫描单元20沿着到量具10上的法线（即在方向z'上）移动时，根据下式得到信号周期spz'：

(gl.5)

spz':扫描信号在z'方向上相对移动时的信号周期

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。

根据本发明的光学位置测量装置的第二实施例后续依据图2a至2c来阐述。在不同的图中的扫描光路的不同部段的图示在这种情况下类似于在第一实施例中的图示进行。随后基本上仅探讨了与第一实施例的最重要的区别。这些区别主要在于产生经过相移的扫描信号的方式和方法。在这种情况下，现在没有设置扫描信号的偏振光学产生，更确切地说为此使用汇合栅格128，所述汇合栅格128布置在扫描板121的下侧上，并且所述汇合栅格128的刻度周期明显大于测量刻度的刻度周期dm。由此，相对于第一实施例取消了那里在扫描光路中设置的偏振光学元件、如λ/4板和偏振器。

在图2a中所示出的从光源126直至反射器123a、123b的部分扫描光路将近相同地对应于来自图1a的第一实施例的扫描光路。仅仅第一扫描栅格122a1和122b2的偏转功能略微更弱地或更强地构造，使得子射束a、b在扫描板121中（如在图2a中所示出的那样）略微斜地但是关于对称平面se对称地走向。在经由反射器123a、123b反向反射之后，子射束a、b类似于第一实施例如在图2c中所示出的那样到达在量具110上的第二击中部位pm'a和pm'b；在这种情况下仅仅取消了穿过λ/4板。接着，被衍射的子射束从在量具110上的第二击中部位pm'a或pm'b朝汇合栅格128的方向反向反射。

作为与第一实施例的其他区别，在本发明设置了，两个首先被通过的第一扫描栅格122a1、122b1在扫描板121的下侧上具有相对于紧接着被通过的第二扫描栅格122a2、122b2的刻度周期dr2不同的刻度周期dr1。以这种方式和方法确保了，子射束a、b在量具110处第二次反射之后以不同的角度射中到汇合栅格128的相同部位上。如果汇合栅格128的刻度周期选择为使得一个干涉仪臂的+1.衍射级的方向与另一干涉仪臂的-1.衍射级的方向相一致，则子射束a、b完全相互干涉。那么，一个子射束的0.衍射级和另一子射束的+2.衍射级自动地具有同样的方向。同样的内容也适用于一个干涉仪臂的-2.衍射级和另一干涉仪臂的0.衍射级。以这种方式和方法，在汇合栅格128之后，在信号射束sout中得到总共三个射束，这三个射束具有彼此相移的扫描信号，其中分别将不同的衍射级的子射束叠加。借助在探测单元127中的三个探测器元件，扫描信号转换成电信号，并且以已知的方式布线，使得在输出侧存在两个无相同成分的分别相移了90°的扫描信号。

两个子射束a、b的精确的对称性在该实施例中在量具110与汇合栅格128之间的最后的部段中受损。由此，两个子射束a、b仅具有近似相同的光学路程，由此对位置测量装置的所期望的消色差只是近似地予以满足。当在量具110与扫描板121之间的确定的间距通过子射束a、b之间的所限定的非对称性被预补偿时，至少对于该间距又可产生位置测量装置的消色差。这例如可以通过如下方式来实施：栅格常数dr1a和dr1b和因此同样的dr2a和dr2b分别彼此不同地确定大小。由此针对两个子射束a、b在扫描板121之内得到不同的角度并且因此得到不同的路径长度。

在第二实施例的变型方案中，也可以设置，代替汇合栅格128，而是将所谓的结构化的光电探测器布置在扫描光路中，并且检测在该平面中得到的条纹图案。结构化的光电探测器由探测器元件沿着测量方向x的周期性布置构成，并且以已知的方式和方法允许产生三个或者四个经过相移的扫描信号。那么，在该情况下，结构化的光电探测器会用作为探测单元。

在图3中示出了根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第三实施例的xz平面的用图解说明的剖面图。随后，与在随后的实例中一样仅阐述了与之前的实施例的最重要的区别。

除了省去偏振光学部件之外，此处现在仅设置了量具210的简单的扫描，即从光源226来倾斜地入射的射束sin仅在击中部位pm处射中到测量刻度212或量具210上一次。

在灵敏度矢量的所设置的倾斜了倾斜角α的情况下，当从量具210反射回的子射束a、b到扫描板221上的两个入射角度β1和β2在数值上相等时，实现扫描光学系统的所期望的消色差。相对应地，射束sin相对于对称平面se的入射角γ可以通过上述的等式2）来确定。

这两个由量具衍射的和朝扫描单元220的方向反射回的子射束a、b通过扫描栅格222a1、222b1朝对称平面se的方向被转回并且射中在汇合栅格228处，所述汇合栅格228布置在扫描板221的上侧上。汇合栅格228的刻度周期dr2在此优选地如下地来选择：

(gl.6)

其中

dr2:=汇合栅格的刻度周期

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角

a:=在测量刻度与扫描栅格之间的间距

b:=在扫描栅格与汇合栅格之间的间距

λ:=光波长

nr:=在扫描栅格与汇合栅格之间的介质的折射率。

在该实施例中，在使用等式（6）的情况下，如下得到了两个扫描栅格222a1、222b1的周期性或刻度周期dr1：

(gl.7)

其中

dr1:=扫描栅格的刻度周期

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角

dr2:=汇合栅格的刻度周期。 

在子射束a、b在汇合栅格228处再汇合之后，经叠加的子射束对在信号射束sout中接着朝探测单元225的方向传播，在探测单元225处借助多个探测器元件产生经过相移的扫描信号。

如从图3中可以看出的那样，扫描的灵敏度矢量在该实施例中平行于扫描板221走向，以及对于量具210为斜地走向；由此可能产生不仅沿着x'方向而且沿着z'方向的与位置有关的信号。

如果扫描单元220平行于量具表面、即在x'方向上移动，那么得到扫描信号的信号周期spx'，所述信号周期spx'对应于测量刻度的半个刻度周期dm：

(gl.8)

其中

spx':扫描信号在x'方向上相对移动时的信号周期

dm:=测量刻度的刻度周期。

在扫描单元220沿着到量具210上的法线、即在方向z'上移动时，扫描信号的信号周期为

(gl.9)

其中

spz':=扫描信号在z'方向上相对移动时的信号周期

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。 

在图4中示出了根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第四实施例的xz平面的用图解说明的剖面图。

以对于对称平面se为γ的入射角入射的射束sin拥有线性偏振，所述射束sin由构造为激光器的光源326发射。所述射束sin在击中部位pm处射中到量具310的测量刻度312上，并且在那里以+1.和-1.衍射级反射性地衍射。随后，两个分裂的子射束a、b分别射中到反射器328a、328b上，所述反射器328a、328b构造为平面镜，并且还经由其朝第一分光棱镜3251的方向转向。在到达第一分光棱镜3251之前，子射束a、b在此分别还通过λ/4板324a、324b，并且还经由其左旋或右旋偏振。在第一分光棱镜3251中，子射束a、b叠加，并且接着部分地朝探测器元件3281的方向传播而且部分地朝第二分光棱镜3252的方向传播。在第二分光棱镜3252中，接着再次分裂成两个其他子射束对。在这样产生的三个子射束对到达三个探测器元件3271-3273之前，这三个子射束对接着最后还通过三个偏振器3271-3273，所述偏振器3271-3273布置在两个分光棱镜3251-3252处，如从图4中可以看出的那样。所述偏振器接着产生三个经过相移的扫描信号，所述三个经过相移的扫描信号彼此间的相移通过偏振器3271-3273的定向分别设定到120°。

在该实施例中，位置测量也是消色差的，因为子射束a、b在分裂与再汇合之间的经过的光学路径长度是一样长的。这在这里通过如下方式来确保：两个子射束a、b从量具310直至第一分光棱镜3251的光路关于光学轴线或对称平面se对称。入射角γ又根据上面的等式2）来选择。这两个反射器328a和328b关于对称平面se对称地布置。

根据本发明的具有斜的灵敏度矢量的光学位置测量装置的第五实施例最后依据图5的用图解说明的剖面图来阐述，所述图5示出了在xz平面中的扫描光路。

第五实施例基本上类似于第四实施例来构建。决定性的区别在于扫描光路中的原则上被转向的射束方向。这样，在第五实施例中，由光源426发射的射束sin经由分光棱镜424分裂成两个子射束a、b，所述子射束a、b借助两个λ/4板425a、425b经历右旋和左旋偏振。两个子射束a、b接着经由反射器428a、428b向量具410转向，在量具410处，所述子射束a、b在击中点pm上击中到测量刻度412上。两个子射束a、b在分光棱镜424与量具410之间的光路关于光学轴线或关于对称平面se对称，并且由此是消色差的。照明角或入射角β2或β1在该情况下要根据

（gl.10）

来选择，其中

β1,2:=入射角

λ:=光波长

dm:=测量刻度的刻度周期

α:=测量刻度相对于对称平面的倾斜角。

在量具410或布置在那里的测量刻度412处，子射束a、b反射性地以+1.或-1.衍射级偏转，并且在此共线地叠加。经叠加的子射束到达两个其他的分光棱镜4271、4272，在分光棱镜4271、4272处，所述经叠加的子射束分裂成三个经叠加的子射束。类似于前面的实施例，所述子射束经由偏振器4281-4283转到三个探测器元件4291-4293上，在所述探测器元件4291-4293处，得到三个相移了120°的扫描信号。

除了所阐述的实施例之外，在本发明的范围中当然还存在其他构建可能性。

这样，自然可能的是，代替上文所描述的用于检测线性移动的位置测量装置，根据本发明也构造用于检测旋转移动的位置测量装置。那么，相对应的测量刻度构造为径向刻度或者构造为盘形刻度（trommelteilung）。

此外，呈所谓的交叉栅格刻度形式的二维结构也可以作为测量刻度而在根据本发明的位置测量装置中得以采用。

由于根据本发明的扫描的消色差，此外还可能的是，代替激光二极管，也采用led或者sled作为光源。