[發(fā)明專利]光學(xué)位置測量裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010402231.0
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111947567A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 托馬斯·卡埃爾貝雷爾
• 申請（專利權(quán)）人: 約翰內(nèi)斯.海德漢博士有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/02;G02B5/18;G02B26/10;G02B27/42
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 陳方鳴

本發(fā)明涉及一種用于檢測兩個能夠相對彼此沿著至少一個測量方向移動的物體的相對位置的光學(xué)位置測量裝置，物體與第一光柵和與第二光柵連接。在此，在一個光柵處由光源發(fā)射的光照射束被分束成至少兩個子射束；子射束在掃描光路的后續(xù)的走向中受到不同的偏振光學(xué)作用。在以不同的方式偏振的子射束在一個光柵處再結(jié)合之后，能夠在檢測單元中從所得到的信號射束中產(chǎn)生多個相位偏移的、與位移相關(guān)的掃描信號。在子射束的掃描光路中在分束和再結(jié)合之間沒有布置單獨的偏振光學(xué)器件，被穿過的光柵中的至少一個用作為產(chǎn)生對子射束的不同偏振光學(xué)作用的偏振光柵。在此，偏振光柵設(shè)計為，使得在光柵上的每個入射地點處得到具有不同偏振態(tài)的衍射級。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于檢測兩個能夠相對彼此移動的物體的相對位置的光學(xué)位置測量裝置。

背景技術(shù)

在已知的高精度的光學(xué)位置測量裝置中，除了與強度相關(guān)的評估方法之外，還將用于生成三個或更多個相位偏移的、與位移相關(guān)的掃描信號的偏振光學(xué)方法用于確定位置。關(guān)于掃描信號的偏振光學(xué)產(chǎn)生，例如參考本申請人的專利EP 0 481 356 A2。

在圖1中以展開的掃描光路的示意圖示出了根據(jù)EP 0 481 356 A2信號產(chǎn)生所基于的原理。在此，光柵A、M可一同沿指定的測量方向x相對于其余的部件L1、L2、AO相對移動地布置。從左側(cè)入射的、經(jīng)由起偏器P1限定地偏振的射束首先經(jīng)由光柵A而分束成兩個子射束。如從圖1中可見：將單獨的偏振光學(xué)器件、例如取向不同的λ/4板PE1、PE2置入到將受到干涉的子射束的光程中，在該子射束中編碼有位置信息。λ/4板PE1、PE2使兩個穿過的子射束偏振化為彼此正交的，即兩個子射束于是例如左右圓偏振的。然后，將這兩個子射束疊加成共同的信號射束(0)，并在后續(xù)的檢測單元或評估光學(xué)裝置AO中分束成三個或更多個疊加的子射束I90、I210、I330。在通過不同取向的起偏器P90、P210、P330之后，在檢測器元件D90、D210、D330處最終產(chǎn)生分別相位偏移了120°的掃描信號S90、S210、S330，這些掃描信號以已知的方式和方法得到進一步處理。通常，除了λ/4板PE1、PE2之外，在分束的子射束的射線路徑中還布置有起偏器P2、P3形式的其他偏振光學(xué)器件，以經(jīng)由此補償先前由子射束穿過的光柵A、L1、L2引起的錯誤偏振。

這種以偏振光學(xué)的方式產(chǎn)生多個相位偏移的、與位移相關(guān)的掃描信號的缺點是必須將單獨的或額外的光學(xué)元件、例如λ/4板和起偏器引入到掃描光路中或引入到兩個相對彼此移動的部件之間的掃描間隙中。在相應(yīng)的光學(xué)位置測量裝置的結(jié)構(gòu)體積受限或所設(shè)置的掃描間距小的情況下，這樣的額外器件會引發(fā)問題。如果位置測量裝置類似于從WO2008/138501 A1中已知的原理那樣來構(gòu)造，則圖1中的部件A、M和L1、L2設(shè)計為兩個可相互移動的實物量具。在這種情況下，對位于它們之間的、固定式的偏振光學(xué)器件的機械固定通常是不可行的。

此外，掃描光路中的額外的偏振光學(xué)器件也對所用的載體結(jié)構(gòu)的平整度、平行度和均勻性提出了更高的要求；需要無漂移且穩(wěn)定的安裝面來容納該載體結(jié)構(gòu)。在此，可能的材料缺陷只能以極其高的額外耗費經(jīng)由相應(yīng)的校準(zhǔn)方法來進行補償。當(dāng)在相應(yīng)的位置測量裝置中使用長的平移不變的標(biāo)尺時，這尤其適用。

此外，由于在掃描光路中額外需要的偏振光學(xué)器件而同樣對其他系的統(tǒng)特性、例如固有頻率或掃描間隙中的空氣流動具有幅面影響。