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专利名称：光学距离测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学距离测量装置。
背景技术：
这样的距离测量装置用于通常通过干涉仪的距离测量器精确地确定在空间中位置固定的和运动的点之间的距离。在空间中运动的点在此通常对应一个测量-逆向反射器，为该测量-逆向反射器追踪来自光学距离测量装置的光束。通过这样获得的距离信息例如可以联系其它的空间角度信息和/或距离信息确定运动点的空间位置或测量-逆向反射器的空间位置。由EP 0 919 830B1公开了一种光学距离测量装置。除了光源以外，光学距离测量装置包括干涉仪单元，其具有测量-逆向反射器、基准-逆向反射器、分光器元件和检测单元。经过分光器元件实现将由光源入射到此的光束分离成至少一个测量光束和基准光束。 测量光束首先在基准-逆向反射器的方向上传播，从那里在测量-逆向反射器的方向上反射并且由测量-逆向反射器再次在分光器元件的方向上反射回来。由分光器元件出发，测量光束在检测单元的方向上相对于基准光束共线地(kollinear)传播，通过该检测单元能检测取决于距离的干涉信号。测量光束和基准光束围绕基准-逆向反射器可偏转地布置在该装置中。这通过适合设计的偏转单元来确保，此外偏转单元包括光源和若干不同的干涉仪部件。通过位置固定的反射球体联系和基准光束共同偏转的聚焦透镜来实现用于围绕球体偏转的、平行校准的基准光束的基准-逆向反射器。通过透镜将平行校准的基准光束聚焦在反射球体的表面上或中心。借助于距离测量装置能够以干涉仪的形式确定在固定的基准-逆向反射器和在空间中可运动的测量-逆向反射器之间的距离。通过追踪单元为测量-逆向反射器追踪测量光束，从而也就是说即使当测量-逆向反射器在空间中运动时，也可以以这种方式和方法连续地进行位置测量。根据EP 0 919 830B1已知的方法不利地导致了位置测量装置相对易受污染。这特别针对这样的变体，即其中由光源发出的光束聚焦在金属的、球形的基准-逆向反射器的表面上，并且从那里进行反射。在基准-逆向反射器上的可能的污染在此强烈地损害了产生的干涉信号。此外，如果偏转单元相对于理想位置相切或径向偏移地布置，则产生在信号调制程度方面的测量误差和损失。因此如果应避免这样的问题，则对于偏转单元的导向机械结构的精度提出很高的要求。由JP 7-120213A公开了另一种光学距离测量装置。在此，一个干涉仪的距离测量器也设置在球形的测量-逆向反射器和固定的球形基准-逆向反射器之间。测量光束和基准光束同样围绕基准-逆向反射器可偏转地布置。在此设置的偏转单元包括不同的光学元件、如折射棱镜和分光器，用于引导不同光束。光源定位在偏转单元外部。这种光学位置测量装置的不利之处在于，在偏转单元中需要不同光学元件的高精度和因此成本过高的定位。

发明内容
本发明的目的在于，提出一种光学位置测量装置，通过该光学位置测量装置也能在单个光学元件的非理想定位的情况下避免测量误差。此外值得期望的是光学位置测量装置、特别是用于使测量光束围绕基准-逆向反射器偏转的导向机械结构的尽可能简单的结构。该目的根据本发明通过一种具有权利要求1所述特征的光学位置测量装置来实现。根据本发明的光学位置测量装置的有利的实施方式由从属权利要求中的措施给
出ο根据本发明的光学位置测量装置包括光源和干涉仪单元，该干涉仪单元具有测量-逆向反射器、位置固定地设置的基准-逆向反射器、分光器元件、光束聚合单元和检测单元。由光源发出的光束能围绕基准-逆向反射器的中心偏转。通过分光器元件实现将由光源入射到此的光束分离成至少一个测量光束和基准光束。至少一个测量光束在测量-逆向反射器的方向上传播并且基准光束相对于至少一个测量光束共线地在基准-逆向反射器的方向上传播。测量-逆向反射器对测量光束以及基准-逆向反射器对基准光束在光束聚合单元的方向上进行回反射。在此，至少一个测量光束在测量-逆向反射器上反射之前和之后相对于基准-逆向反射器对称地延伸。光束聚合单元使至少一个测量光束和基准光束干涉。通过检测单元能检测取决于距离的干涉信号。在一个有利的实施方式中，光束聚合单元可以包括一个或多个光学元件，用于补偿至少一个投射在其上的测量光束和投射在其上的基准光束之间的偏移并且这些光学元件这样共线地叠加，即由检测单元能产生多个共线地叠加的、具有彼此相位偏移的干涉信号的测量-和基准光束对。可以提出，至少一个测量光束在测量-逆向反射器上逆向反射之前和之后相对于逆向反射的对称轴轴对称地延伸，该对称轴平行于由光源投射到此的光束的投射方向，并且延伸经过基准-逆向反射器的中心。光学距离测量装置有利地具有能围绕位置固定的基准-逆向反射器的中心偏转的偏转单元，在该偏转单元中至少布置了光束聚合单元和检测单元，以及布置了光源或光波导体的输出耦合侧的端部，从而因此使由光源发出的光束能围绕基准-逆向反射器偏转。此外光学距离测量装置有利地包括追踪单元，该追踪单元为测量-逆向反射器追踪偏转单元并且为此包括追踪-检测装置，通过该追踪-检测装置能检测至少一个测量光束相对于测量-逆向反射器的当前的取向。同样可以设置评估单元，该评估单元由通过检测单元检测的干涉信号确定在基准-逆向反射器的中心和测量-逆向反射器的中心之间的距离。在另一个实施方式中，基准-逆向反射器设计为球形，从而由此实现将投射到基准-逆向反射器上的基准光束的至少一部分聚焦在反射设计的内球面上并且从那里在光束聚合单元的方向上实现基准光束的回反射。基准-逆向反射器在此可以或者由透明的球体制成并且该球体材料具有η = 2的折射系数，或者由多个具有不同折射系数和不同半径的球壳组成。此外可以提出，由光源发出的光束具有光束横截面，该光束横截面大于基准-逆向反射器的直径，并且通过在由光源发出的光束的光路中将基准-逆向反射器布置为几何的分光器，由此基准-逆向反射器设计为分光器元件，通过该分光器实现将投射的光束分离成测量光束和基准光束。在一个这样的变体中，由基准-逆向反射器在光束聚合单元的方向上回反射基准光束，并且测量光束相对于基准-逆向反射器圆周形对称地在测量-逆向反射器的方向上传播并且在光束聚合单元的方向上反向传播。此外可能的是，分光器元件包括至少一个光栅，由该光栅出发，一个在0衍射级中衍射的部分光束-设计为在测量-逆向反射器的方向上传播的测量光束，并且由该光栅在另一个衍射级中衍射的部分光束设计为在基准-逆向反射器的方向上传播的基准光束，或者-设计为在基准-逆向反射器的方向上传播的基准光束，并且由该光栅在另一个衍射级中衍射的部分光束设计为在测量-逆向反射器的方向上传播的测量光束。此外在另一个变体中，分光器元件可以包括至少一个极化光学的分光器元件，由该极化光学的分光器元件出发，发射的部分光束-设计为在测量-逆向反射器的方向上传播的测量光束，并且由分光器元件反射的、具有垂直于测量光束定向的极化方向的部分光束设计为在基准-逆向反射器方向上传播的基准光束，或者-设计为在基准-逆向反射器的方向上传播的基准光束，并且由分光器元件反射的、具有垂直于基准光束定向的极化方向的部分光束设计为在测量-逆向反射器的方向上传播的测量光束。在此可以提出，光束聚合单元包括至少一个第一光栅，通过第一光栅引起投射在其上的、平行偏移的测量光束和基准光束在一处叠加，并且通过至少一个第二光栅实现测量光束和基准光束共线地叠加。此外光束聚合单元可以包括至少一个极化光学的分光器元件，通过该极化光学的分光器元件引起投射在其上的、平行偏移的、彼此垂直极化的测量光束和基准光束在一处共线地叠加。最后可能的是，极化光学的组合部件在由光源发出的光束的光路中布置在基准-逆向反射器之前，该极化光学的组合部件包括极化光学的分光器元件(130. 1)和 Lambda/4-板，从而-由光源投射到此的线性极化的光束无损耗地经过极化光学的分光器元件，-接着，光束第一次投射Lambda/4-板，并且-由测量-逆向反射器和由基准-逆向反射器回反射的测量光束和基准光束第二次投射Lambda/4-板，并且然后-测量光束和基准光束重新投射在极化光学的分光器元件上，由极化光学的分光器元件在光束聚合单元的方向上实现测量光束和基准光束的全反射。此外可以提出，检测单元包括至少一个光栅，由测量-逆向反射器和由基准-逆向反射器回反射的测量光束和基准光束通过前置的光学元件在折射之后以不同的入射角投射在光栅上，并且在空间上这样布置光栅和/或这样选择光栅的光栅参数，即从该光栅出发，在至少三个不同的空间方向上，由衍射的测量光束和基准光束组成的光束对在检测元件的方向上传播，利用测量光束和基准光束能产生彼此相位偏移的干涉信号。最后也可能的是，检测单元包括一个或多个极化光学的组件，该组件这样布置和/ 或这样设计，即由此能由共线地叠加的、彼此垂直的极化的测量光束和基准光束产生多个相位偏移的干涉信号。作为根据本发明的光学距离测量装置的特别的优点提出的是，该光学距离测量装置相对于能围绕基准-逆向反射器偏转的偏转单元可能由理想位置中进行的切线移动并不敏感。此外，偏转单元的可能的由理想位置中的径向移动和现有技术中已知的装置相反并不导致在信号调制程度方面的损失。这两者归因于，光束由干涉仪-测量臂和干涉仪-基准臂出发的不同曲度或不同定向的波面没有进行聚焦和进而在错误的情况下没有进行叠加。因此可以对于偏转单元使用明显更简单的导向机械结构，从而产生消耗较小的总系统。


本发明的另外的优点以及细节根据附图由以下对实施例的说明给出。自然可能的是，根据各种各样不同的实施例说明的单个方法也在其他方面可以彼此联系。在此图中示出图Ia是根据本发明的光学距离测量装置的第一实施例的示意图；图Ib是图Ia中干涉仪-测量臂的截面图；图2是图Ia中光学距离测量装置的更改变体的干涉仪_测量臂的截面图；图3是根据本发明的光学距离测量装置在图Ia中的实施例的分光器元件和光束聚合单元的实施方式；图4是根据本发明的光学距离测量装置在图Ia中的实施例的分光器元件和光束聚合单元的另一种实施方式；图fe是根据本发明的光学距离测量装置的第二实施例的示意图；图恥是图fe中干涉仪-测量臂的截面图；图6是根据本发明的光学距离测量装置的光束聚合单元和检测单元的示意图；图7a_c是图6的光束聚合单元和检测单元的部件的各一个视图；图8是根据本发明的光学距离测量装置的另一个光束聚合单元和检测单元的示意图；图9a，9b是偏转单元在根据本发明的光学距离测量装置中的各种设计可能性；
具体实施例方式以下根据图Ia和Ib的非常简化的视图说明根据本发明的光学距离测量装置的第
一实施例。示出的根据本发明的光学距离测量装置主要包括例如设计为激光光源的光源10 以及干涉仪单元，该干涉仪单元具有测量-逆向反射器21、位置固定地设置的基准-逆向反射器22、分光器元件23、光束聚合单元M和检测单元25。如在图Ia中通过虚线箭头表明，由光源10发出的光束S能围绕基准-逆向反射器22的中心偏转。为此设置能围绕基准-逆向反射器22的中心偏转的偏转单元，在图Ia中出于简明的原因未示出该偏转单元。 关于偏转单元在根据本发明的光学距离测量装置中可能的设计参照以下对图9a，9b的说明。位置固定的基准-逆向反射器22根据本实施例优选地设计为球形。基准-逆向反射器的中心在此和球体的中心重合，如在图Ia中显示的那样。但是原则上也可以提出基准-逆向反射器的其它实施方式，例如三棱镜、三垂面棱镜、多部分的球壳或其它类似物。 基准-逆向反射器的中心位置在此对于基准-逆向反射器的各个实施方式是特别的。对此由接下来还将说明的具体实施例给出其它细节。光束S在干涉仪单元中首先到达仅仅示意性表明的分光器元件23上，并且在此处实现分离成至少一个测量光束MS和基准光束RS。在干涉仪单元中干涉仪-测量臂设计经过测量光束MS的光路，干涉仪-基准臂设计经过基准光束RS的光路。关于分光器元件23 在根据本发明的光学距离测量装置的这个实施方式中的具体的设计方案参照图3和4的下列说明。在通过分光器元件23分离之后，测量光束MS继续在测量-逆向反射器21的方向上传播，并且基准光束RS平行于测量光束MS在基准-逆向反射器22的方向上传播。在干涉仪-测量臂中延伸的测量光束MS在侧面通过位置固定的基准-逆向反射器22，并且到达在空间中可运动的测量-逆向反射器21上。测量-逆向反射器21和(未示出的)目标机械连接，以便在空间中尽可能精准地测定该目标的位置。由测量-逆向反射器21实现测量光束MS在光束聚合单元M的方向上相对于逆向反射的对称轴SA轴对称地逆向反射。逆向反射的对称轴SA在此如附图显示的那样平行于投射的光束S延伸并且通过球形的基准-逆向反射器22的中心。测量光束MS在测量-逆向反射器21和光束聚合单元M之间的路径上再次在侧面通过基准-逆向反射器22。测量光束MS因此在测量-逆向反射器21上反射之前和之后在干涉仪-测量臂中相对于基准-逆向反射器22对称地延伸、特别是相对于逆向反射的对称轴SA轴对称地延伸。在图Ib中示出了光路在干涉仪-测量臂中，在基准-逆向反射器22的区域中的截面图，该截面图具有对此在到/从测量-逆向反射器21的往返路径上对称延伸的测量光束MS。在干涉仪-基准臂中传播的基准光束RS在相应地偏转以后到达基准-逆向反射器22上，并且由基准-逆向反射器在光束聚合单元M的方向上回反射。如由图Ia示出的那样，在基准光束最终到达同样仅仅非常简化示出的光束聚合单元M之前，基准光束RS由基准-逆向反射器22在投射方向上回反射。关于适合的光束聚合单元M的具体的设计方案参照接下来对图6和8的说明。在其上回反射、平行延伸的测量-和基准光束MS, RS在光束聚合单元M中发生干涉。这通过在光束聚合单元M中补偿测量光束MS和基准光束RS的光束偏差并且使该光束MS，RS共线地叠加来实现。对此，聚合单元M优选地包括一个或多个光学元件，它们补偿投射在其上的测量-和基准光束MS，RS的光轴之间的偏差。为此目的例如可以在光束聚合单元M中设置适合的偏转镜。通过设置在光束聚合单元对后面的检测单元25，最后由适宜的叠加的测量-和基准光束MS，RS中产生相位偏移的干涉信号。如果在位置固定的基准-逆向反射器22和在空间中可运动的测量-逆向反射器21之间的距离改变，在相对测量的干涉仪单元的情况下得出对于全部相位偏移的干涉信号来说相等的相位改变。通过检测单元25检测的干涉信号最后传输给(仅示意性表示的)评估单元26，该评估单元由此确定在基准-逆向反射器22的中心和测量-逆向反射器21的中心之间的距离。因此以这种方式和方法可以通过根据本发明的光学距离测量装置，相对于空间中任意一个对应于测量-逆向反射器21的点实现高精度的干涉仪的距离测量。关于干涉仪的距离测量在此自然存在不同的可能性因此替代所述的相对测量也可以使用已知的绝对干涉仪的测量方法，该方法可以绝对地确定在基准-逆向反射器的中心和测量-逆向反射器的中心之间的距离等等。如特别由图Ib中的图示表示的那样，在本实施例中测量光束MS相对于基准-逆向反射器22对称地传播。如上面已经说明的，在此存在相对于逆向反射的对称轴SA的轴对称的延伸。在图Ia和Ib的实施例中，在干涉仪-测量臂中在通过分光器元件23分离之后传播仅仅一个测量光束MS，对此可替换地也可以提出，通过适合设计的分光器元件产生多个测量光束。在图2中示出了对于根据本发明的光学距离测量装置的这样的变体的测量臂的相应于图Ia的截面图。显而易见地，在此有三个测量光束MS' ,MS" ,MS' 〃在干涉仪-测量臂中传播。类似于事先说明的实例，三个测量光束MS'，MS"，MS'“中的每一个再次在测量-逆向反射器上反射之前和之后相对于基准-逆向反射器22'对称地延伸；特别又相对于逆向反射的对称轴SA存在事先说明的、对于每个单独的测量光束MS'，MS"，MS'“ 的轴对称。原则上关于适合的基准-逆向反射器22的具体设计方案存在不同的可能性。如由在图Ia中的示意图得知的，设有所示出的基准-逆向反射器22的球形结构，即至少一部分投射在其上的基准光束RS聚焦在反射的内球面上。投射在其上的基准光束RS从那里在光束投射的方向上、即光束聚合单元M的方向上实现回反射。这种球形基准-逆向反射器22 的中心在此相应于球体的中心点。当能偏转的光束S在基准-逆向反射器22上的入射角有很大变化时，通过选择球形基准-逆向反射器22也确保的是，纵向测量相对于测量-逆向反射器21的基准点总是相应于球体的中心点并且基准-逆向反射器22的中心因此位置不变。在一个可能的实施方式中，根据本发明的装置的基准-逆向反射器22设计为球形并且由透明的球体制成。该球体材料具有η = 2的折射系数。对此参照出版物 "ffhole-viewing-angle cat' s eye retroreflector as a target of laser trackers，，， Toshiyuki Yakatsuji et al. , 1999, Meas. Sci. Technol. 10 N87。但对此可替换地也可以提出，球形基准-逆向反射器22由多个同中心布置的球壳组成，球壳由具有不同折射系数和不同半径的材料制成。对此还可以附加地减小逆向反射的相位波前的球体误差。对此类似地参考出版物"Whole-angle spherical retroref lector using concentric layers of homogeneous optical media，，， J. P. Oakly, Applied Optics, Vol. 46，No.7，IMarch 2007，S.1026-1031。如上面已经说明的，对此可替换地也可以将基准-逆向反射器设计为三垂面棱镜或设计为三棱镜。在将位置固定的三垂面棱镜用作基准-逆向反射器时，中心同样位于三垂面棱镜顶部中并且因此位置不变。也可以将基准-逆向反射器设计为位置固定的三棱镜。当然对此需要注意，基准-逆向反射器的中心的位置受到在其入射孔径处的光折射的限制而具有和投射在其上的光束的入射角的相关性，并且进而严格地说不再位置固定。然而这种角度相关性是已知的并且因此在评估单元中可以被非常近似地考虑。原则上，偏转单元因此围绕各个基准-逆向反射器的中心偏转。基准-逆向反射器的中心在适合的设计方案中同样优选地位置固定；在基准-逆向反射器的中心的位置和角度相关的情况下需要在评估单元中对此加以考虑。类似于基准-逆向反射器22的实施可能性也可以设计测量-逆向反射器21。原则上对于测量-逆向反射器21根据孔径需求除了球形逆向反射器以外同样也可以考虑其它的逆向反射器-变体，例如三棱镜或三垂面棱镜。根据图3现在说明分光器元件和光束聚合单元的可能的第一实施方式，例如联系根据图Ia的根据本发明的光学距离测量装置的第一实施例可以使用该第一实施方式。在此，图3在放大的视图中示出了根据图Ia的装置的一部分，其中布置了分光器元件和光束聚合单元。在图3的左边，第一传输-衍射光栅23. 1形式的光栅可识别为分光器元件的变体的主要构件，由(未示出的)光源发出的光束S投射在该光栅上。清楚的是，穿过0衍射级中的第一传输-衍射光栅23. 1的部分光束作为干涉仪-测量臂中的测量光束MS在(同样未示出的)测量-逆向反射器的方向上传播。由其它衍射级、例如+1中的第一传输-衍射光栅23. 1偏转的部分光束作为干涉仪-基准臂中的基准光束RS在基准-逆向反射器22 的方向上传播。在+1衍射级中衍射的部分光束、即基准光束RS在此首先到达再次使基准光束RS衍射的第三传输-衍射光栅四上，从而产生的衍射级作为干涉仪-基准臂中的基准光束RS最后平行于测量光束MS在基准-逆向反射器22的方向上传播。在-1衍射级中的第一传输-衍射光栅23. 1处偏转的、到达基准探测器观上的部分光束并不直接用于产生取决于距离的干涉信号。例如可以使用通过基准探测器观产生的信号，以用于进行关于光源功率的功率测量。此外对此可替换地也可以产生用于分光镜式地确定折射系数的测量信号，折射系数的确定如类似地由申请人的WO 2009/065463A1 已知。在图3右边，设计为第二传输-衍射光栅1的聚合光栅可识别为光束聚合单元的主要部件。由测量-逆向反射器21和由基准-逆向反射器22回反射的测量-和基准光束MS, RS投射到第二传输-衍射光栅1上。来自于干涉仪-基准臂的基准光束RS在此事先仍由第三传输-衍射光栅四在第二次经过时同样在第二传输-衍射光栅24. 1的方向上偏转。在第二传输-衍射光栅24. 1处因此在经过干涉仪-测量臂和干涉仪-基准臂之后，测量-和基准光束MS，RS再次出现彼此叠加和干涉。在经过第二传输-衍射光栅1 之后，最后在(未示出的)检测单元的方向上的光束在至少三个不同的空间方向上传播。由于设置第二传输-衍射光栅1而在三个所使用的空间方向上产生分别以120°相位偏移的、取决于距离的干涉信号。在特别优选的如在图3中说明的实施方式中提出，将第一传输-衍射光栅23. 1和第二传输-衍射光栅24. 1布置在透明的支撑基座27的第一侧面上，其中支撑基座27的第一侧面朝向光源和检测单元。在支撑基座27的相对设置的第二侧面上布置了第三传输-衍射光栅四，其在加载第二传输-衍射光栅24. 1之前，由基准光束RS在基准-逆向反射器 22的往返路径上经过。如果光栅在分光器元件的侧面上和光束聚合单元的侧面上设置为主要功能部件，则因此特别出现这样的结构。此外在根据图3示出的实施方式中提出对球形误差进行补偿，基准光束RS的相位前波在通过基准-逆向反射器22进行逆向反射器时产生该误差。为此目的，除了偏转功能以外还附加地将波面修正功能集成在第三传输-衍射光栅四中。这通常通过将第三传输-衍射光栅四设计为适合的衍射结构、优选地是进发的(geblazten)结构的形式来实现。在这样的结构中通常不再直线地而是弯曲地设计光栅隔片。图4示出了根据本发明的光学距离测量装置在图Ia中的实施例的分光器元件和光束聚合单元的可能的第二实施方式。图4中再次在放大图中仅仅示出了根据图Ia的装置的、在其中布置了分光器元件230和光束聚合单元MO的那个部分。在图4左边，现在将极化光学的第一分光镜230. 1表示为分光器元件230的构件， 来自(再次未示出的)光源的光束S投射在该分光镜上，并且该光束优选地线性极化。由极化光学的第一分光镜230. 1无偏转穿过的、线性极化的部分光束作为干涉仪-测量臂中的测量光束MS在(未示出的)测量-逆向反射器的方向上传播。由第一分光镜230. 1在图4中向右反射的、线性极化的部分光束垂直于测量光束MS极化并且作为干涉仪-测量臂中的基准光束RS在基准-逆向反射器22的方向上传播。在此，部分光束的极化经过Lambda/2-板 291旋转了 90°，从而使测量光束MS和基准光束RS再次具有相同的极化方向。接着基准光束RS经过偏转镜四0. 1首先偏转90°，并且然后射在光束聚合单元240中的、光束无损耗穿过的极化光学的第三分光镜四0. 2上。由极化光学的第三分光镜四0. 2无偏转地穿过的部分光束然后作为干涉仪-测量臂中平行于测量光束MS的基准光束RS在基准-逆向反射器22的方向上延伸。在逆向反射在基准-逆向反射器上并且两次穿过Lambda/4-板 292以后，基准光束RS的极化再次旋转90°。因此基准光束RS由极化光学的第三分光镜 290. 2无损耗地反射并且因此在极化光学的第二分光镜MO. 1的方向上偏转。因此在分光器元件230的这个变体中，至少一个在此设计为极化光学的第一分光镜230. 1的分光器设计为功能决定性的部件。在图4右边，作为光束聚合单元MO的其它部件示出了极化光学的第二分光镜 240. 1。由测量-逆向反射器和由基准-逆向反射器22回反射的测量-和基准光束MS, RS 投射在极化光学的第二分光镜M0. 1上，并且然后在(未示出的)检测单元的方向上共线地叠加地传播。因为测量光束MS和基准光束RS在投射在极化光学的第二分光镜MO. 1之前彼此垂直地极化，因此光束无损耗地进行叠加。因此测量光束MS和基准光束RS在极化光学的第二分光镜M0. 1处在穿过干涉仪-测量臂和干涉仪-基准臂之后再次出现共线地的叠加或干涉。因此在根据图4的光束聚合单元的变体中，至少一个极化光学的分光器用作功能决定性的部件，该分光器在此设计为极化光学的第二分光镜M0. 1。以下根据图如和恥说明根据本发明的光学距离测量装置的第二实施例。在此主要仅仅研究相对于说明的第一实施例的决定性的区别。现在对于根据本发明的光学距离测量装置的该实施例决定性的是，由光源110发出的光束S具有光束横截面，其大于基准-逆向反射器122的直径。具有这样度量的光束横截面的光束S因此照射基准-逆向反射器122。对于在光源110和基准-逆向反射器122 之间极化光学的组合部件130的光学功能，在以下说明中还将详细研究。因此在该实施例中基准-逆向反射器122在由光源110发出的光束S的光路中用作分光器元件。在此特别将基准-逆向反射器122设计为几何的分光器，经过该分光器实现将投射在其上的光束S 分离成测量光束MS和基准光束RS。基准光束RS在此如图fe表明的在投射方向上或在光束聚合单元124的方向上回反射。投射光束S的未由基准-逆向反射器122回反射的部分围绕基准-逆向反射器22圆周形对称并且作为测量光束MS在测量-逆向反射器121的方向上传播，并且由该反射器在光束聚合单元124的方向上反向传播。图恥类似于图Ib示出了干涉仪-测量臂在基准-逆向反射器122区域中的截面图。可清楚地识别出在该视图中测量光束MS相对于基准-逆向反射器122再次对称、特别是圆周形对称的路线。因此测量光束MS也在该实施例中相对于基准-逆向反射器122对称地、特别再次相对于逆向反射的对称轴SA轴对称地延伸。利用确定的偏移投射在其上的测量-和基准光束MS，RS在该实施例中通过光束聚合单元IM共线地叠加，并且通过后置的检测单元125产生多个取决于距离的、相位偏移的干涉信号。后置的评估单元126进一步处理这样产生的干涉信号。在实施例中附加地设计为几何分光器的基准-逆向反射器122可以像在上述讨论过的第一实施例中那样设计。这就是说，可能设计为具有η = 2的折射系数的透明球体，也可能设计成由多个具有不同材料和不同半径的同中心的球壳组成的布置的形式。此外根据孔径要求也可以提出，将基准-逆向反射器122在一定条件下设计为三棱镜或三垂面棱镜。当由光源110发出的或在一定条件下展开的光束S的典型的直径ds是ds = 6mm 时，在具体实施例中设计为球形的基准-逆向反射器122具有的直径dKK是dKK = 2mm。布置在光源110和基准-逆向反射器122之间的极化光学的组合部件130主要包括极化光学的分光器元件130. 1以及Lambda/4-板130. 2。由光源110入射到此的光束 S具有线性的极点并且不偏转和无损耗地在第一次通过时经过分光器元件130. 1。通过两次经过布置在后面的Lambda/4-板130. 2，线性极化的光束S或回反射的测量-和基准光束MS，RS然后在极化方向上旋转90°。这样在其极化方向上通过Lambda/4-板更改的测量-和基准光束MS，RS最后在第二次投射在极化光学的分光器元件130. 1上时完全并且无损耗地在光束聚合单元1 的方向上反射或折射。通过极化光学的组合部件130在该具有分光的基准-逆向反射器122的实例中因此确保的是，在光源110的方向上反向传播的测量-和基准光束MS, RS和投射光束S分离或输出耦合，并且在光束聚合单元124的方向上折射。测量光束MS和基准光束RS在投射在光束聚合单元IM上时分别具有相同的极化。对于示出的、有利的、具有极化光学的组合部件130的变体可替换地，为此目的原则上也可以在光路中的此位置上使用另一个分光器元件，例如中性的、非极化光学的分光器元件。在此情况下将取消在事先说明的实例中的预定的Lambda/4-板。现在根据图6，7a-7c或8在下面继续说明对于用于根据本发明的光学距离测量装置的光束聚合单元以及检测单元的具体设计的其它可能性。通过光束聚合单元在根据本发明的装置中原则上确保，S卩补偿投射在其上的测量-和基准光束的光束偏移，并且得到光束共线地的叠加。由此在后置的检测单元中可以产生相位偏移的周期干涉信号，该干涉信号可以在干涉信号的信号周期内识别运动方向和位置的插入。这可以在根据本发明的装置中在检测单元之前通过对测量-和基准光束的方向编码或极化编码得到确保；原则上也能实现对此的混合形式。根据选择的编码原理适合地彼此协调光束聚合单元和检测单元。
在进行方向编码的情况下，在叠加位置上的测量光束和基准光束在入射角不同的条件下到达光束聚合单元中。这可以在后置的检测单元中用于产生相位偏移的干涉信号。 为此例如可以使用适合的光栅或光栅结构。反之在极化编码时确保的是，测量光束和基准光束在通过光束聚合单元共线地叠加之后具有彼此垂直定向的极化方向。在后置的检测单元中，通过将不同的极化方向进行适合的叠加借助于极化光学的组件产生相位偏移的干涉信号。在此联系根据本发明的光学距离测量装置的第一实施例和第二实施例可以使用适合的光束聚合-和检测单元的这种变体。相对于光束聚合单元2M和检测单元225的、基于方向编码原理的设计方案的第一变体在图6中示意性示出；图7a-7c示出了图6的不同截面图。根据在图6中示出的变体，光束聚合单元2 包括透明的支撑基座224. 3，在该支撑基座的顶面和底面上布置了不同的传输-衍射光栅224. 1,224. 2a, 224. 2b0在支撑基座 224. 3的朝向投射的测量-和基准光束MS，RS的侧面上在此、如也由图7a表明的那样，在投射的基准光束RS的区域中布置了第一传输-衍射光栅224. 1。窗口区域224. 4包围第一传输-衍射光栅224. 1并且回反射的测量光束MS投射在窗口区域上，在窗口区域中，在支撑基座224. 3中未设有起光学作用的元件。通过第一传输-衍射光栅224. 1实现将投射的基准光束RS分离成至少两个部分光束，它们在两个第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b的方向上在支撑基座224. 3的底面上传播。不偏转地在支撑基座224. 3的顶面上经过窗口区域
224.4的测量光束MS在两个第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b上到达支撑基座224. 3的底面上，用于和基准光束RS的分离的部分光束叠加。由第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b 的区域中的叠加位置出发，最后在至少三个不同空间方向上，在检测单元225的方向上传播光束。检测单元225包括输入端侧的透镜225. 1，其在三个检测元件225. 2a, 225. 2b，
225.2c上构成或聚焦从三个不同的空间方向投射的部分光束，最后通过该透镜能采集三个优选的、以120°相位偏移的、取决于距离的干涉信号。在基于方向编码的这个变体中，第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b是光束聚合单元2 和检测单元225的组成部分。其原因在于，传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b作为光束聚合单元224的一部分一方面补偿测量-和基准光束的光束偏移，并且它们在有效的
0.衍射级中共线地叠加。另一方面，传输-衍射光栅224. ,2 . 2b作为具有两个有效的
1.衍射级的检测单元225的一部分产生另外的测量-和基准光束MS，RS的对，其具有相对于有效的0.衍射级相反的相位偏移的干涉信号。第一传输-衍射光栅224. 1和两个第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b不同地设计，以便确保期望地产生以120°的相位偏移的干涉信号。因此第一传输-衍射光栅224. 1 具有180°的相位凹处和0. 5的线缝比。由此确保了 0.衍射级的压制，从而使投射在其上的基准光束RS优选地以+/-1.衍射级进行分离。两个第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b 分别具有大约127°的相位凹处和大约0.36的线缝比。传输-衍射光栅224. , 2 . 2b使投射在其上的光束以0.以及+/-1.的衍射级进行分离，其中对此分离的衍射级具有120° 的相对相位位置。此外两个传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b在支撑基座224. 3的底面上以彼此之间确定的偏移间距布置，该偏移间距相应于120°的相对相位位置。通过对不同的传输-衍射光栅224. 1，224. 2a, 224. 2b进行这样的设计和布置，可以调节三个取决于距离的干涉信号的分别为120°的期望的相位偏移，通过检测单元225 的检测元件225. 2a-225. 2c采集这些干涉信号。如由示出支撑基座224. 3的底面的视图的图7b表明的那样，此外在支撑基座
224.3的底面上相邻于具有第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b的区域设计了第三传输-衍射光栅224. 5。第三传输-衍射光栅224. 5的光栅结构在此相对于第二传输-衍射光栅224. , 2 . 2b的光栅结构旋转90°设计。以这种方式和方法，投射在其上的光束实现偏转效果，光束垂直于偏转效果通过第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b定向。经过第三传输-衍射光栅224. 5偏转的部分光束在检测单元225中接触两个检测元件225. 3a, 225. 3b， 它们在图7c中示出，并且相对于三个用于采集取决于距离的干涉信号而设置的检测元件
225.2a-225. 2c垂直地布置。通过附加的检测元件225. 3a, 225. 3b可以如上面说明的那样例如产生用于光谱学地确定折射系数的测量信号，如其类似由申请人的WO 2009/065463A1 所公开的。设计在光束聚合单元224的支撑基座224. 3的底面上的第二传输-衍射光栅 224. 2a, 224. 2b如由图7b表明地仅仅在此处占据一个受限的、圆形的区域。该区域优选地选择为小于各个投射在其上的测量光束MS的光束横截面，并且大于投射在其上的基准光束MS的光束横截面。以这种方式和方法，具有第二传输-衍射光栅224. 2a, 224. 2b的区域光学地如孔口一样作用于投射在其上的测量光束MS。由此，逆向反射的测量光束MS的在一定条件下得到的光束偏移并不在该光栅224. 2a, 224. 2b的平面中产生效果，其在对测量-逆向反射器错误定位时会偏移并且此外在一定条件下能引起错误的信号或距离测量。以极化编码为基础的光束聚合单元3M和检测单元325的设计的第二变体在图8 中示意性示出。光束聚合单元3M和检测单元325的这个实施方式可以例如特别有利地用在图5中的根据本发明的装置的实施方式中。此外检测单元325也可以特别有利地和图4中的装置组合。在此情况下，图8中的光束聚合单元3M并不是必需的，这是因为图4中的光束聚合单元MO以光束聚合器M 的原理承担光束聚合的功能。因此基于两次穿过Lambda/4-板四2已经确保了测量-和基准光束的极化编码。光束聚合单元3 在图8的实例中包括Lambda/2-板324. 1、两个偏转镜324. 2a, 324. 2b以及两个极化光学的第一分光器元件324. 3a, 324. 3b。Lambda/2-板324. 1在示出的实例中布置在投射在光束聚合单元3M上的基准光束RS的光路中。在此这样设置该布置，即Lambda/2-板324. 1在45°角度下相对于线性极化的基准光束RS的极化方向定向。因此通过Lambda/2-板324. 1，基准光束RS的极化方向垂直于起初以相同极化方向投射的测量光束MS进行定向。这样在其极化方向上更改的基准光束RS然后接触极化光学的第一分光器元件324. 3a, 324.北。经过偏转镜324. 2a, 324. 2b偏转的测量光束MS同样接触极化光学的第一分光器元件324. 3a, 324.北。由于将测量-和基准光束MS，RS的极化方向垂直地在极化光学的第一分光器元件324. 3a, 324. 3b 处定向，由此使测量光束MS无损耗地偏转并且将基准光束RS无损耗地传输。以这种方式和方法因此再次确保了测量-和基准光束MS, RS共线地叠加地在检测单元325的方向上传播。需要指出的是，原则上测量-和基准光束MS，RS相对于图8中的实例也可能交替地投射在光束聚合单元3M上。然后因此可能通过Lambda/2-板324. 1将测量光束MS的极化方向相对于基准光束RS的极化方向旋转90°。决定性地仅仅在于，在极化光学的第一分光器元件324. 3a, 324. 3b之前将测量-和基准光束的极化方向彼此旋转90°。类似于光束聚合单元事先说明的实施例，此外这里也可以提出，对于投射的测量-或基准光束布置输入端侧的圆形孔口，以便由此通过逆向反射的测量-或基准光束MS， RS的一个可能给定的光束偏移排除信号错误。如上面已经说明的，检测单元由通过光束聚合单元共线地叠加的、极化编码的测量-和基准光束而产生相位偏移的干涉信号并且检测该干涉信号。对于通过相应设计的检测单元来产生三个以120°相位偏移的干涉信号的可能性例如在申请人的EP 481 356B1 中得到说明。以下根据图8说明用于产生四个以90°彼此相位偏移的干涉信号的检测单元的、对此可替换的变体。图8中示出的实施例的检测单元325包括极化中性的分光器元件325. 1、 Lambda/4-板325. 3、极化光学的第二和第三分光器元件325. 2a, 325. 2b以及四个检测元件 325. 4a, 325. 4b, 325. 4c, 325. 4d。通过极化中性的分光器元件325. 1首先实现将投射的、共线地叠加的测量-和基准光束MS，RS分离成两对共线地叠加的测量-和基准光束MS，RS。由极化中性的分光器元件325. 1通过的第一对叠加的测量-和基准光束MS，RS因此在极化光学的第一分光器元件325. 2b的方向上传播。通过极化光学的第一分光器元件 325. 2b将包括在测量-和基准光束MS, RS中的不同的极化状态相应于其在极化光学的第一分光器元件325. 2b的极化轴上的投影进行反射和传输。在传输和反射中的相应的光束对被传输给检测元件325. 4d和325.如，然后为了进一步处理在该位置上施加以180°相位偏移的、取决于距离的干涉信号。由极化中性的分光器元件325. 1反射或偏转的第二对叠加的测量-和基准光束 MS, RS然后穿过Lambda/4-板325. 3，由此将原来分别线性极化的测量-和基准光束MS，RS 转化成可逆转的圆周形极化的测量-和基准光束MS, RS。然后使这样在其极化中更改的测量-和基准光束MS，RS接触极化光学的第二分光器元件325. 2a。通过极化光学的第二分光器元件325. 2a将包括在测量-和基准光束MS, RS中的不同的极化状态再次相应于其在极化光学的第二分光器元件325. 2a的极化轴上的投影进行分离，并且将具有在传输和反射中彼此垂直定向的线性极化的相应光束输送给检测元件325. 和325. 4b。然后以180° 彼此相位偏移的取决于距离的干涉信号同样施加在两个检测元件325. 4a, 325. 4b处。这样选择两个极化光学的分光器元件325. 2a, 325. 2b的布置，即干涉信号在检测元件325. 4a, 325. 4b处的相位位置相对于干涉信号在检测元件325. 4c, 325. 4d处的相位位置分别偏移 90°。因此为了进一步处理，在检测单元325的输出端处存在四个分别以90°相位偏移的、 取决于距离的干涉信号。根据对适合的光束聚合单元和检测单元的实施例的上述说明，光束聚合单元和检测单元根据选择的编码类型包括确定的重要组件。在根据图6，7a_7c中的实例进行方向编码的情况下，在光束聚合单元的情况下涉及一个或多个适合设计的光栅，该光栅具有对于投射在其上的光束的确定的偏转作用；通过该光栅确保了，在叠加处的测量-和基准光束具有不同的入射方向，并且在光束聚合单元之后以至少一个有效的衍射级共线地进行叠加。在根据图4或图8中的实例进行极化编码时，一个或多个极化光学的分光器元件是光束聚合单元的起决定性的部件。通过这些部件确保的是，测量光束和基准光束共线地叠加并且在光束聚合单元之后具有彼此垂直定向的极化方向。在检测单元一侧上，为了产生相位偏移的干涉信号可以在方向编码的情况下优选地提出使用一个或多个设计适合的光栅。对此可以例如使用多个带有确定的彼此之间的相对偏移和适合的光栅参数的光栅，由光束聚合单元从不同的空间方向上投射到此的测量-和基准光束投射在该光栅上。适合进行调节的光栅参数在此例如是隔板高度或隔板宽
fiF绝绝 /又寸寸。对此可替换地并且优选地在极化编码的情况下，适合的检测单元也可以包括不同的极化光学的组合部件，例如一个或多个极化器、极化光学的分光器元件等等。在此通过不同的光学元件可以实现将由光束聚合单元共线地叠加的基准-和测量光束分离成那些被分配给用于相位偏移的干涉信号的检测单元中的各个检测元件的基准-和测量光束对；为此考虑例如光栅、中性的分光器元件或极化光学的分光器元件。如上面已经提到的，对于根据本发明的光学距离测量装置提出，由光源发出的光束能围绕位置固定的基准-逆向反射器的中心偏转。以下根据图9a和9b说明对于这种偏转单元的设计的两个变体。在图9a中示意性示出的、根据本发明的光学距离测量装置的变体以第二实施例的光路为基�。�该实施例已经在上面根据图fe和恥说明。在该变体中提出，光源410、极化光学的组合部件430、光束聚合单元424以及检测单元425布置在偏转单元450中。偏转单元450如通过图9a中箭头显示的那样能围绕位置固定的基准-逆向反射器422的中心偏转。以这种方式和方法可以为在空间中运动的测量-逆向反射器追踪干涉仪-测量臂，以用于干涉仪地测量距离。在图9b中示意性示出了在同样以根据图5a，恥的第二实施例的光路为基础的、根据本发明的光学距离测量装置的可替换的变体。现在在此提出，将光源510布置在偏转单元550的外部，并且将光源510的光束通过光波导体511输送给偏转单元，即在偏转单元中仅仅将光波导体511的输出耦合侧的端部布置在光源510的侧面。准直仪光学元件512在偏转单元550中布置在光波导体511的输出耦合侧的端部之前，以便为干涉仪单元的光路提供准直的光束。此外在偏转单元550中布置了极化光学的组合部件530以及光束聚合单元5M和检测单元525。在此情况下，偏转单元550(如通过图中的箭头表明的那样)也能围绕位置固定的基准-逆向反射器522的中心偏转，从而由此确保了由光源发出的光束围绕基准-逆向反射器522的可偏转性。随后需要指出的是，此外根据本发明的光学距离测量装置包括追踪单元，如果测量-逆向反射器在空间中运动，则追踪单元为测量-逆向反射器追踪能围绕基准-逆向反射器的中心偏转的光束。为此必须通过追踪-检测装置产生适合的追踪-信号，该信号体现了测量光束参照测量-逆向反射器的当前的取向。对此例如可能的是，通过测量臂中的分光器将测量光束的一部分在加载测量-逆向反射器以后进行输出耦合，并且通过对应的位置敏感的平面检测单元来采集光束位置和进而获取测量-逆向反射器的理想调整位置的储存点。可替换地，通过多个检测元件可以获取测量-逆向反射器的方向信息或所实现的位置更换，这些检测元件在干涉仪单元的测量臂中的限制光束的孔口上朝向测量-逆向反射器布置。借助于这样产生的追踪信号，然后通过适合的调整来为测量-逆向反射器追踪测量光束，这由此实现，即相应地定位预设的偏转单元。除了用于追踪测量光束的这个变体，当然也可以对此使用其它已知的方法。
权利要求
1.一种光学距离测量装置，包括 -光源(10 ；110 ；410 ；510)，-干涉仪单元，具有测量-逆向反射器Ol ；121 ；421 ；521)、位置固定地设置的基准-逆向反射器(22 ；122 ；422 ；522)、分光器元件(23 ；230)、光束聚合单元(24 ；124 ；240 ；224 ； 324 ；424 ；524)和检测单元(25 ；125 ；225 ；325 ；425 ；525)，其中-由所述光源(10;110;410;510)发出的光束(S)能围绕所述基准-逆向反射器 (22 ；122 ；422 ；522)的中心偏转并且-通过所述分光器元件03 ；230)实现将由所述光源 (10 ；110 ；410 ；510)入射到此的所述光束(S)分离成至少一个测量光束(MS ；MS' ；MS"； MS'“)和基准光束(RS)；-所述至少一个测量光束(MS ;MS' ；MS" ；MS'“)在所述测量-逆向反射器 421 ；521)的方向上传播并且所述基准光束(RS)相对于所述至少一个测量光束(MS ；MS'； MS" ；MS'“)共线地在所述基准-逆向反射器02;122;422;522)的方向上传播，和-所述测量-逆向反射器01;121;421;521)对所述测量光束(MS;MS' ；MS" ；MS'“) 以及所述基准-逆向反射器02 ；122 ；422 ；522)对所述基准光束0 )在所述光束聚合单元 (24 ；124 ；240 ；224 ；324 ；424 ；524)的方向上进行回反射；其中所述至少一个测量光束(MS ； MS' ；MS" ；MS'“)在所述测量-逆向反射器Ol ;121 ;421 ;521)上反射之前和之后相对于所述基准-逆向反射器02 ；122 ；422 ；522)对称地延伸，并且-所述光束聚合单元04 ；124 ；240 ；224 ；324 ；424 ；524)使所述至少一个测量光束 (MS ；MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(RS)干涉；-通过所述检测单元05 ；125 ；225 ；325 ；425 ；525)能检测取决于距离的干涉信号。
2.根据权利要求1所述的光学距离测量装置，其中，所述光束聚合单元04；124 ；240 ； 224 ；324 ；424 ；524)包括一个或多个光学元件，用于补偿至少一个投射在其上的所述测量光束(MS;MS' ；MS" ；MS'“)和投射在其上的所述基准光束(RS)之间的偏移并且用于将这些所述光束这样共线地叠加，即由所述检测单元05 ；125 ；225 ；325 ；425 ；525)能产生多个共线地叠加的、具有彼此相位偏移的干涉信号的测量-和基准光束对。
3.根据权利要求1所述的光学距离测量装置，其中，所述至少一个测量光束(MS;MS'； MS" ；MS'“)在所述测量-逆向反射器Ol ;121 ;421 ;521)上逆向反射之前和之后相对于所述逆向反射的对称轴(SA ；SA')轴对称地延伸，所述对称轴平行于由所述光源(10 ； 110 ；410 ；510)投射到此的所述光束⑶的投射方向，并且延伸经过所述基准-逆向反射器 (22 ；122 ；422 ；522)的所述中心。
4.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，具有-能围绕所述位置固定的基准-逆向反射器02 ；122 ；422 ；522)的所述中心偏转的偏转单元G50 ;550)，在所述偏转单元中至少布置了所述光束聚合单元O4;124;M0;224; 324 ；424 ；524)和所述检测单元(25 ；125 ；225 ；325 ；425 ；525)，以及布置了所述光源(10 ； 110 ；410 ；510)或光波导体(511)的输出耦合侧的端部，从而因此使由所述光源(10 ；110 ； 410；510)发出的所述光束(S)能围绕所述基准-逆向反射器02;122 ；422 ；522)偏转，以及-追踪单元，所述追踪单元为所述测量-逆向反射器Ol ；121 ；421 ；521)追踪所述偏转单元050;550)并且为此包括追踪-检测装置，通过所述追踪-检测装置能检测所述至少一个测量光束(MS;MS' ；MS" ；MS'“)相对于所述测量-逆向反射器Ol ;121 ;421 ;521) 的当前的指向。
5.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，具有评估单元沈0)，所述评估单元由通过所述检测单元05 ；125 ；225 ；325 ；425 ；525)检测的干涉信号确定在所述基准-逆向反射器02 ；122 ；422 ；522)的中心和所述测量-逆向反射器Ql ；121 ； 421 ；521)的中心之间的距离。
6.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，其中，所述基准-逆向反射器02 ；122 ；422 ；522)设计为球形，从而由此实现将投射到所述基准-逆向反射器上的所述基准光束(旧)的至少一部分聚焦在反射设计的内球面上并且从那里在所述光束聚合单元04 ；124 ；240 ；224 ；324 ；424 ；524)的方向上实现所述基准光束(RS)的回反射，并且所述基准-逆向反射器(22 ；122 ；422 ；522)或者-由透明的球体制成并且所述球体材料具有η = 2的折射系数，或者-由多个具有不同折射系数和不同半径的球壳组成。
7.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，其中，-由所述光源 (110 ；410 ；510)发出的所述光束( 具有光束横截面，所述光束横截面大于所述基准-逆向反射器(122 ；422 ；522)的直径，并且-通过在由所述光源(110 ；410 ；510)发出的所述光束⑶的光路中将所述基准-逆向反射器(122 ；422 ；522)布置为几何的分光器，由此所述基准-逆向反射器(122 ；422 ；522) 设计为分光器元件，通过所述分光器实现将投射的光束分离成所述测量光束(MQ和所述基准光束(RS)。
8.根据权利要求7所述的光学距离测量装置，其中，-由所述基准-逆向反射器(122 ；422 ；522)在所述光束聚合单元(1M ；424 ；524)的方向上回反射所述基准光束(RS)，并且-所述测量光束(MQ相对于所述基准-逆向反射器(122 ；422 ；522)圆周形对称地在所述测量-逆向反射器(121 ；421 ；521)的方向上传播并且在所述光束聚合单元(1M ；424 ； 524)的方向上反向传播。
9.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，其中，所述分光器元件 (23)包括至少一个光栅1)，由所述光栅出发，一个在O衍射级中衍射的部分光束-设计为在所述测量-逆向反射器的方向上传播的所述测量光束(MS;MS'； MS" ；MS'“)，并且由所述光栅1)在另一个衍射级中衍射的部分光束设计为在所述基准-逆向反射器0 的方向上传播的所述基准光束(RS)，或者-设计为在所述基准-逆向反射器0 的方向上传播的所述基准光束(RS)，并且由所述光栅1)在另一个衍射级中衍射的部分光束设计为在所述测量-逆向反射器02)的方向上传播的所述测量光束(MS ;MS' ；MS" ；MS'“)。
10.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，其中，所述分光器元件 (23 ；230)包括至少一个极化光学的分光器元件(230. 1)，由所述极化光学的分光器元件出发，发射的部分光束-设计为在所述测量-逆向反射器的方向上传播的所述测量光束(MS ;MS' ；MS"； MS'“)，并且由所述分光器元件O3;230)反射的、具有垂直于所述测量光束(MS;MS'；MS" ；MS'“)定向的极化方向的部分光束设计为在所述基准-逆向反射器02)的方向上传播的所述基准光束(RS)，或者-设计为在所述基准-逆向反射器0 的方向上传播的所述基准光束(RS)，并且由所述分光器元件03 ；230)反射的、具有垂直于所述基准光束(旧)定向的极化方向的部分光束设计为在所述测量-逆向反射器02)的方向上传播的所述测量光束(MS ;MS' ；MS"； MS'“)。
11.根据权利要求7至9中至少一项所述的光学距离测量装置，其中，所述光束聚合单元(24 ；124 ；224 ；424 ；524)包括至少一个第一光栅(29 ；224. 1)，通过所述第一光栅引起投射在其上的、平行偏移的所述测量光束(MS ;MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(旧)在一处叠加，并且通过至少一个第二光栅1 ；224. 2a, 224. 2b)实现所述测量光束(MS ；MS'； MS" ；MS'“)和所述基准光束(RS)共线地叠加。
12.根据权利要求10所述的光学距离测量装置，其中，所述光束聚合单元04；240)包括至少一个极化光学的分光器元件(M0. 1)，通过所述极化光学的分光器元件引起投射在其上的、平行偏移的、彼此垂直极化的所述测量光束(MS ;MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(旧)在一处共线地叠加。
13.根据权利要求1所述的光学距离测量装置，其中，极化光学的组合部件(130)在由所述光源(110)发出的所述光束⑶的光路中布置在所述基准-逆向反射器(122)之前， 所述极化光学的组合部件包括极化光学的分光器元件(130. 1)和Lambda/4-板(130. 2)，从而-由所述光源(110)投射到此的线性极化的所述光束( 无损耗地经过所述极化光学的分光器元件(130. 1)，-接着，所述光束第一次投射所述Lambda/4-板(130. 2)，并且-由所述测量-逆向反射器(121)和由所述基准-逆向反射器(122)回反射的所述测量光束(MS;MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(RS)第二次投射所述Lambda/4-板 (130. 2)，并且然后-所述测量光束(MS ;MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(RS)重新投射在所述极化光学的分光器元件(130. 2)上，由所述极化光学的分光器元件在所述光束聚合单元(124)的方向上实现所述测量光束(MS ;MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(RS) 的全反射。
14.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，其中，所述检测单元 (25 ；125 ；225 ；325 ；425 ；525)包括至少一个光栅(24. 1 ；224a ；224b)，由所述测量-逆向反射器Ol ；121 ；421 ；521)和由所述基准-逆向反射器02 ；122 ；422 ；522)回反射的所述测量光束(MS;MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(旧)通过前置的光学元件在偏转之后以不同的入射角投射在所述光栅上，并且在空间上这样布置所述光栅和/或这样选择所述光栅的光栅参数，即从所述光栅1 ；224a ；224b)出发，在至少三个不同的空间方向上， 由衍射的所述测量光束(MS ；MS')和所述基准光束0 )组成的所述光束对在检测元件 (225a, 225b, 225c)的方向上传播，利用所述测量光束和所述基准光束能产生彼此相位偏移的所述干涉信号。
15.根据权利要求1至3中至少一项所述的光学距离测量装置，其中，所述检测单元 (25 ；125 ；325 ；425)包括一个或多个极化光学的组件，所述组件这样布置和/或这样设计，即由此能由共线地叠加的、彼此垂直的极化的所述测量光束(MS ;MS' ；MS" ；MS'“)和所述基准光束(旧)产生多个相位偏移的干涉信号。
全文摘要
一种光学距离测量装置，由光源和干涉仪单元组成，单元具有测量-逆向反射器、位置固定地设置的基准-逆向反射器、分光器元件、光束聚合单元和检测单元。由光源发出的光束能围绕基准-逆向反射器的中心偏转。通过分光器元件将由光源入射的光束分离成至少一个测量光束和基准光束。测量光束在测量-逆向反射器的方向上传播且基准光束相对于测量光束共线地在基准-逆向反射器的方向上传播。测量-逆向反射器对测量光束和基准-逆向反射器对基准光束在光束聚合单元的方向上回反射，测量光束在测量-逆向反射器上反射之前和之后相对于基准-逆向反射器对称延伸。聚合单元使测量光束和基准光束干涉。通过检测单元能检测取决于距离的干涉信号。
文档编号G01B11/14GK102313509SQ20111015280
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月8日 优先权日2010年6月30日
发明者弗洛里安·加茨扎雷克, 格哈德·福格特, 沃尔夫冈·霍尔扎普费尔, 迈克尔·斯特普塔特 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司