[发明专利]光学位置测量装置

说明书

本发明涉及一种光学位置测量装置，获取能彼此相对地沿至少一个测量方向运动地布置的第一和第二整体量具的相对位置。在分离光栅处由光源发射的光束分离成至少两个子射束。子射束在经过扫描光路时经历不同偏振光学作用。不同偏振的子射束在合并光栅处重新合并后，能从合成光束中产生多个相位偏移的取决于偏移的扫描信号。在分离和重新合并间的子射束的扫描光路中未布置偏振光学构件。为在子射束上产生不同偏振光学作用，锥形入射的照明光束作用到分离光栅上，其中入射的照明光束在垂直测量方向的平面中以不同于0°的角度延伸且入射面通过分离光栅的光栅法线和照明光束入射方向张开。分离和重新合并间的子射束的扫描光路设计为关于入射面镜面对称。

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量装置，该光学位置测量装置适用于高精度地确定两个相互移动的物体的相对位置。

背景技术

在已知的高精度光学位置测量装置中，除了关于强度的评估方法以外，还应用了偏振光学方法来产生三个或更多相位偏移的、由移动决定的用于位置确定的扫描信号。关于偏振光学地产生扫描信号例如可参阅申请人的EP 0 481 356 A2。

图1在入射的扫描光路的示意图中示出了根据EP 0 481 356 A2的信号产生的基础性原理。光栅A，M在此沿着所给出的测量方向x共同相对于其余部件L1，L2，AO相对运动地布置。从左侧入射的、经由起偏镜P1限定的偏振的光束在此经由光栅A分成两个子射束。正如图1中所示的那样，在带来干扰的子射束的、对位置信息进行编码的射束走向中置入偏振光学元件，例如，不同定向的Lambda/4片PE1，PE2。Lambda/4片PE1，PE2使得两束穿过的子射束彼此正交地偏振，也就是说，这两个子射束随后例如左圆周和右圆周地偏振。这两个子射束随后重叠成一个共同的信号射束(0)，并且在后面的评估透镜AO中分成3个或更多重叠的子射束I90，I210，I330。在穿过不同定向的起偏镜P90，P210，P330之后在探测器元件D90，D210，D330上最终实现了相位分别偏移120°的扫描信号S90，S210，S330，这些扫描信号能以已知的方式进一步处理。除了Lambda/4片PE1，PE2以外，在分开的子射束的光路中经常还布置有起偏镜P2，P3形式的其他偏振光学构件，以便借此补偿由于子射束之前所穿过的光栅A，L1，L2所导致的错误偏振。

这种偏振光学地产生多个相位偏移的、由移动决定的扫描信号的缺陷表现为，必须在彼此相对运动的部件之间的扫描光路中或探测间隙中置入额外的光学元件、例如Lambda/4片和起偏镜。在相应的光学位置测量装置的受局限的结构空间中或其具有小探测间隙的情况下，这种额外的构件可能产生问题。假如与WO 2008/138501 A1中已知的原理类似地构造位置测量装置，那么图1的部件A，M和L1，L2构造成两个可相互移动的整体量具。在这种情况下，机械保持在其间静止不动的偏振光学构件通常是不可能的。

扫描光路中的额外的偏振光学构件另外还对所使用的支撑结构的平坦性、平行性以及均匀性提出更高要求；需要不漂移和稳定的装配面以容纳这种支撑结构。在此只有利用非常高昂的额外费用支出通过相应的校正方法才能补偿可能出现的材料偏差。这尤其是适用于在相应的光学的位置测量装置中使用长的、平移不变规则的情况。

此外，其他的系统特性、如自身频率或探测间隙中的气流同样可能会受到扫描光路中的额外需要的偏振光学构件的负面影响。