[发明专利]位置测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种位置测量装置。

背景技术

在用于制造半导体结构元件的装置中要求借助合适的位置测量装置精确地确定彼此之间运动的一定部件的空间位置。然后通过所确定的位置信息才能在这些装置中进行计算机控制的程序控制。到目前为止为此所需的位置测量主要是通过多个激光干涉仪进行。将来的目标是以此为依据，即在同时提高不同部件的运动速度时进一步地提高对位置测量的精确度要求。由于合成的精确度要求高就可不再将激光干涉仪用作位置测量装置了。在环境空气中的折射指数的波动即使在最佳空气调节时也导致在位置测量时的不可接受的测量值波动。这个波动在几个纳米(nm)的数量级。

由于这个原因已建议用于这种类型的装置的替代的位置测量装置。例如EP 1019 669 B1公开了将具有所谓的正交光栅的光学位置测量装置用作二维的整体量具。这种类型的位置测量装置在下面也叫做以光栅为基础的位置测量装置。这些系统几乎不受空气的可能的折射指数波动的影响，并且因此可很好地进行可重复的位置测量。

将具有光栅的光学位置测量装置用作整体量具—它们提供纳米范围内的必要的分辨率—通常是以干涉扫描原理为依据。其中，通常合适的光源的光线分裂为至少两个相干的部分射束。在它们重新汇合和进行干涉之前这些射束紧接着将多个光栅施加到相应的部分光程中。通过两个相干的部分光束的(与位移有关的)相位产生最后重要的位置信息。对于在分裂和重新汇合之间的两个部分光束来说在这种类型的系统的对称的部分光程方案中所产生的行程长度的差别通常接近于零。因此为了保证在探测侧所希望的干涉所使用的光线的小的相干长度就足够了。

DE 10 2005 043 569 A1建议了另一种干涉位置测量装置。这种测量装置优选地具有用于两个部分光束的非对称的部分光程。也就是说，由于这种非对称性用于干涉所得到的部分光束的行程长度差别在量级方面直到几个毫米(mm)。在所使用的光线的所要求的相干长度方面这意谓着这个相干长度必须在几毫米(mm)到几厘米(cm)的范围之中，否则就不会有产生重叠的部分光束的干涉了。本申请人的DE 10 2006 041 357 A1已公开了一种光源。这种光源基本上满足了在高精确的位置测量装置中的上述已讨论的要求。这个光源设计为一种具有其范围在1毫米和1厘米之间的大的相干长度的半导体激光器。该激光器单模脉冲式工作。例如所谓的DFB半导体激光器，或者DBR半导体激光器可考虑作为合适的半导体激光器使用。在该文中所建议的光源基本上满足了在相干长度方面的要求，然而却要求某种程度的技术花费，特别是当需要高的光学功率时。

另外，基本上产生对光源的类似的要求，当位置测量装置设计为脉冲形式运行的干涉仪。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种用于高精确的位置测量的位置测量装置，其中，使用尽可能简单的光源，这个光源可以脉冲式运行。

根据本发明这个任务通过一种根据权利要求1所述的位置测量装置得以完成。

用于检测在至少一个测量方向彼此可运动设置的两个物体的位置的根据本发明的位置测量装置包括一个光源和分裂装置，通过这些分裂装置将由光源提供的光线分裂为两个或者多个部分光束。这些部分光束通过至少两个部分光程。来自部分光程的干涉的部分光束击中多个光电探测元件，这样，通过探测元件就可检测与位移有关的位置信号。将光源设计成具有纤维光栅反馈装置的半导体激光器。

在一个可能的实施形式中将半导体激光器设计为法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光器。

纤维光栅反馈装置可以包括下述部件：

-一个设置在半导体激光器的输出耦合侧的前小平面(Front-Facette)前的输入耦合光学系统，

-一个设置在输入耦合光学系统后面的光波导体，

-一个集成在光波导体中的反射-布拉格(Bragg)光栅。

有利地纤维光栅反馈装置在它们的波长反射特性方面是和半导体激光器的模(Moden)间距协调的。

在这种情况中优选地辐射被纤维反馈装置反射回到半导体激光器中，这个辐射在这样一个波长范围之中，即这个波长范围选择得比半导体激光器的相邻的模的间距要小。

可以规定，半导体激光器和纤维光栅反馈装置至少部分地和温度调节装置耦合，通过温度调节装置使纤维光栅反馈装置的反射特性和半导体的模的状态协调。

有利地半导体激光器和纤维光栅反馈装置至少部分地和温度调节装置耦合，通过所述温度调节装置半导体激光器和纤维光栅反馈装置可在这样的温度中运行，即在这种温度中与位移有关的位置信号的相位偶变(Phasenrauschen)最小化。