专利名称：位置测量装置的制作方法
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 Bl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一它们提供纳米范围内的必要的 分辨率一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 Al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 Al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-PeTOt)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。例如温度调节装置包括一个恒温元件和一个温度调整装置。优选地光波导体设计为单模光波导体。半导体激光器可以具有一个在范围8-12毫米内的相干长度。在这种情况中半导体激光器可以提供其范围在20纳秒(ns)至200纳秒(ns)的 脉冲持续时间的光脉冲。下述做法是可行的，即部分光程非对称地具有不同的光学行程长度，其在部分光 束重叠地干涉之前被部分光束通过。在这种情况中可以设置一个相对于整体量具可运动的扫描单元，其中，光源和扫 描单元分开设置，并且光源借助一个光波导体和扫描单元连接。代替地也可将位置测量装置设计成干涉仪。由于现在设置了光源，所以可为根据本发明的位置测量装置产生一系列的优点。这样，在光源具有高的功率的同时可提供直到超过一厘米的特别大的相干长度。 这点对于根据本发明的位置测量装置的干涉扫描原理的结果是非常有利的，因为现在明显 地更大的光程差可以用于进行干涉的部分光束。这样所允许的光程差就可以在几毫米直至 一厘米的范围之中。这特别是允许设计具有强烈非对称部分光程的位置测量装置，其中在不同的部分光程中的光线走过明显不同的光学行程长度。在部分光程中的较大的可接受的 行程差也在倾斜容差(Verkippungstoleranzen)方面有有利的作用。因此，对于根据本发 明设计的位置测量装置来说与到目前的情况相比明显更大的倾斜容差是允许的。下述做法应列为另一优点，即为稳定温度只用少量的花费就能取得光源的高的波 长稳定性。这样位置测量装置可以与波长有强烈关系的扫描原理在更长的时间段内稳定地 运行。特别是当将根据本发明的位置测量装置设计为干涉仪时，在确定位置时可取得高的 测量精确性。此外，由于光源是脉冲式运行，所以在高功率的同时保证可避免出现通过所谓的 存储不稳定性(Einspeicherjitter)可能引起的测量的不精确性。由于测量和本来的位置 测量数值输出之间的时间所引起的不精确也在此理解。就根据本发明的位置测量装置的脉 冲式运行方面的情况请详细地参考本申请人的EP 1 334 332 B2。
从下述对实施例的说明，并借助附图可产生本发明的其它优点和细节。这些附图是图1 用于说明根据本发明的位置测量装置或根据本发明的方法的第一实施例的 简图。图2 根据本发明的位置测量装置的第二实施例的简图。图3 根据本发明的位置测量装置的一个合适的光源的简图。图4 法布里-珀罗激光器模轮廓简图和图3光源的反射布拉格光栅的反射特性 简图。
具体实施例方式图1示出根据本发明的位置测量装置的第一实施例的简图，其中，这个测量装置 具有一个设计为光栅的整体量具。因此，所示出的实施例是一种以光栅为基础的位置测量
直ο所示位置测量装置除了整体量具10外还包括一个至少相对于测量方向X可运动 的扫描单元20以及一个和扫描单元20分开设置的光源21。整体量具10和扫描单元20和 两个未示出，且应相互检测它们之间的位置的物体连接。这些物体例如如本文开头所述是 用于制造半导体结构部件的装置的彼此相对可运动的部件。在本实例中，这个整体量具10设计成线性的反射-整体量具，并且由变换地沿测 量方向X设置的，不同的反射性能的区域组成。用于产生与位移有关的位置信号的扫描一侧的元件在下面也叫做扫描装置。除了 光源21以外，其还包括其它一些不同的光学的，和/或光电子结构部件。这些结构部件例 如可以设置在扫描单元20中，和/或和这个扫描单元处于一种合适的作用连接之中，例如 通过合适的光波导体等。为了说明扫描装置的功能特性下面应参考图1中示出的实施例的 扫描光程。在此应指出的是，在本发明的框架内当然可以实现一些替代的扫描光程。在图1的实例中以光脉冲的形式由光源21发射的光束经过光波导体观输送到扫 描单元20。关于特别是合适的光源的细节情况请参考下述说明。通过输出耦合透镜22光脉冲或者光束到达平面转向镜23。这个平面转向镜将其在整体量具10的方向偏转。然后， 通过扫描单元20下侧的扫描板M的透明区域这些光束朝整体量具10方向传播。在那里 它们在第一次撞击时被折射或者被分裂成+1和-1阶的两个部分光束，并且朝扫描单元20 方向反射回去。因此，在本实施例中这个整体量具10是起分裂装置的作用。通过这个分裂 装置将由光源21提供的光线分裂成两个或者多个部分光束。然后这些被分裂的部分光束 在它们的部分光程中分别穿过扫描板M中的第一扫描光栅25. 1,25. 2，并且通过后置的后 向反射部件26. 1,26. 2又朝整体量具10方向偏转回来。在图中用虚线表示被偏转的部分 光束。例如合适的棱镜、平面转向镜组等起反向反射部件26. 1、26. 2的作用。在再次穿过 在图1中未示出的扫描板M中的第二扫描光栅，并且在其中产生的方向偏转后，这些部分 光束第二次地撞击整体量具10。需要指出的是，在图1中仅简图地示出转向回的部分光束， 也就是说，特别是没有完全正确地示出再一次撞击整体量具10的情形。这些部分光束重新 如此地在整体量具10上被折射，即一对平行的部分光束来朝扫描单元20方向传播。这些 部分光束在扫描单元20中撞击扫描板M的另一扫描光栅25. 3。在那里朝三个空间方向分 裂成三对干涉的部分光束。扫描单元20中的三个探测器元件27. 1,27. 2、27. 3在相应的空 间方向上设置。来自部分光程的干涉的部分光束撞击到这些探测器元件，这样，通过这些探 测器元件27. 1,27. 2,27. 3就可检测到与位移有关的位置信号。在这种情况中在探测器元 件27. 1,27. 2,27. 3上有相位移动的位置信号。典型地相位移为120°。
代替所示出的将探测器元件27. 1-27. 3设置在扫描单元10中，也可将这些探测器 元件类似如光源21 —样空间上和这个扫描单元分开地设置，并且通过光波导体将应探测 的部分光束输送到探测器元件上。也可代替所述的方案地规定，产生另外数量的相位移动 的位置信号，例如两个或者四个相位位移分别为90°的位置信号。在根据本发明的位置测量装置的本实施例中，在整体量具10的第一和第二反射 之间的部分光束在相应的部分光程中现在穿过明显不同的光学行程长度Ll和L2，也就是 说Ll Φ L2。这点在图1中只是粗略地示出。因此在此存在的是具有，对于然后用于进行干 涉的部分光束的明显不同的光学行程长度的非对称的部分光程。由于这种非对称性，当在 探测方面应对用于确定位置的干涉信号进行评估时产生了在使用的光源21的大的相干长 度方面的上述要求。在借助图3和图4对根据本发明的位置测量装置的光源进行详细讨论之前借助图 2对根据本发明的位置测量装置的一个第二实施形式进行说明。图2又是仅简单地示出了 相应的位置测量装置。在图2中所示出的实施例也是一个具有整体量具的以光栅为基础的
位置测量装置。在图2中又示出了 一个扫描单元200。这个扫描单元在至少一个测量方向X可相 对整体量具100相对运动地设置。由光源201发射的光脉冲又是通过光波导体208输送到 扫描单元200。现在和图1的方案的不同之处是所示的根据本发明的位置测量装置的第二实施 形式不仅允许在所规定的X测量方向检测相对运动，而且也同时允许在同它垂直的方向Z 确定运动。所以通过此途径也能确定整体量具100和扫描单元200之间的距离。为此目的，如图2简图所示，扫描单元200包括两个如在图1的方案所说明的那种 类型的扫描光程。在图2中这两个扫描光程有标记编码器A和编码器B。所以两个扫描光程中的每个光程原则上和图1中的实施例的扫描光程一样设计。特别是在分裂的部分光程中 它们所走完的光学行程长度L 1、L2就是这样，它们分别明显地不相同，也就是说Ll <L2。和扫描单元200分开设置的光源201的在输入侧提供的光脉冲通过光波导体208 被输送到扫描单元200，并且通过分裂光学系统202被分成两个扫描光程。出于简明起见在 此对于两个扫描光程的详情不加以说明。算作扫描装置的光学结构部件在图2中在扫描单 元200中简图地作为模块210示出。那些也算作扫描装置的光电子探测器元件207A、207B 也只是作为简化的模块示出。然后通过这些探测器元件207A、207B检测的位置信号被输送 到一个未示出的分析单元进行进一步的处理。关于扫描光程的详情在此也详细地也请参阅本申请人的文献DElO 2005 043 569 Al。在根据本发明的位置测量装置的第二实施形式中也使用了一种专门选择的光源。 这种光源为高精度测量提供了特别的优点，并如其在下面借助图3和图4详细加以说明那样。到目前为止所讨论的根据本发明的位置测量装置的两个实施形式分别包括光栅， 作为实体设计的整体量具，它们设置在扫描光程中。与位移有关的位移信号的产生分别是 以干涉扫描原理为基础。在这种情况中由光源提供的光线通过分裂装置被分裂成至少两个 部分光束。在它们重新汇合和进行干涉之前接着它们在它们的部分光程中提供一个或者多 个光栅。感兴趣的位置信息是通过干涉的部分光束的与位移有关的相位产生的。现在在根据本发明的位置测量装置的第三实施形式中也可以规定将这个装置设 计为已公开的激光干涉仪。这个干涉仪不包括作为实体设计的整体量具的光栅。这些又是 通过分裂装置合适地被分裂的部分光束在这种情况中以公开的方式和方法通过测量和基 准光程形式的部分光程。通常可移动的物体和测量光程中的一个反射器元件连接，而在基 准光程中设置一个固定的反射器元件。在通过部分光程或者测量和基准光程之后，然后将 这些光束用于干涉，并且通过光电子探测器元件产生与位移有关的位置信号。与前面已详 细叙述的，且具有实体设计的整体量具的实施例相类似地在使用激光干涉仪的情况下重要 的位置信息也是产生于又用于干涉的，且重叠的部分光束的与位移有关的相位。在根据本 发明的位置测量装置的这种类型的实施形式中也可以使用如下面将借助图3和图4加以详 细说明的光源。因此规定，在根据本发明的位置测量装置中使用一个具有纤维光栅一反馈装置的 半导体激光器用作光源21。光源21脉冲式地单模运行地工作，并且提供具有大的相干长 度的光线。这可以得到20纳秒和200纳秒之间的脉冲持续时间，其脉冲功率大于300毫瓦 (mW)，其相干长度大于12毫米(mm)。光源21的相干长度的典型数值大约为10毫米，当脉 冲功率大约为500毫瓦时。优选地半导体激光器具有其范围为8-1毫米的相干长度。当人 们进一步地降低脉冲功率，并且同时提高脉冲持续时间时，这个相干长度还可进一步地扩 大。因此，在部分扫描光程很不对称的情况下也能像在上述两个实例中一样保证两个 部分光束的干涉。这两个部分光束在进行第二次折射和在整体量具上汇合之后平行地朝探 测器元件方向传播。此外，相应的测量任务还可以要求使用一种例如如EP 1 334 332B2已基本公开的脉冲式的扫描方法。按照这种方式方法扫描时刻只通过光脉冲确定，也就是说，上面已经 提到的存储不稳定和在位置确定时由此所引起的测量不精确可在脉冲式的扫描方法中予 以避免，或者至少最小化。为光源21规定的半导体激光器21. 2优选地设计为法布里-珀罗激光器。如 在图3中简图所示，该激光器设置在一个合适的激光器壳体21. 1中。其中，法布里-珀 罗激光器21. 2是由合适的半导体材料形式的真正的激光介质、高反射设计的端小平面 21.3(R 99%)、消除反射的前小平面21.4(R约小于等于0. 1%)构成。这样，法布里-珀 罗激光器21. 2的两个端面或者水平面形成一个法布里-珀罗谐振器，并且导致激发多个 可能的激光模。由法布里-珀罗激光器21. 2发射的激光辐射通过一个设置在输出耦合侧 前面的前水平面21. 4的输入耦合光学系统21. 5被输入耦合到光波导体21. 8中。一个反 射-布拉格光栅21. 9集成在光波导体21. 8中。这个光栅只是在一定的波长范围中将辐射 朝法布里-珀罗激光机21. 2方向反射回。因此，输入耦合光学系统21. 5、光波导体21. 8和 反射-布拉格光栅21. 9都属于光源21侧上的上面已提到的纤维光栅反馈装置。通过光波 导体观由光源21产生的辐射被输送到根据本发明的位置测量装置的扫描单元，这点也正 如在图1中已示出的。因此，光源21包括两个耦合的谐振器，也就是一个内和一个外激光谐振器。内激 光谐振器或者法布里-珀罗谐振器是通过端小平面21. 3和前小平面21. 4形成，外激光谐 振器是通过端小平面21. 3和反射-布拉格光栅21. 9形成。反射-布拉格光栅21. 9是如此设计的，即它只是在一个窄的波长范围内将辐射反 射回到法布里-珀罗激光器21. 2。在这种情况中反射-布拉格光栅21. 9的及纤维光栅反 馈装置的波长方面的反射特性是和法布里-珀罗激光器21. 2的模间距是协调一致的。通过 这一措施保证，只有这样的辐射才被纤维光栅反馈装置反射回到法布里-珀罗激光器21. 2 中，即该辐射位于小于法布里-珀罗激光器21. 2的相邻的模的间距的波长范围中。借助图 4示出这种关系。在该图中通过一定的波长范围简图地示出了所使用的法布里-珀罗激光 器21. 2的所形成的模谱以及反射-布拉格光栅21. 9的反射特性或者反射带宽。由于反射-布拉格光栅21. 9的反射特性和法布里-珀罗激光器21. 2的模间距协 调一致，所以根据本发明的位置测量装置的光源如此地脉冲式运行，即位置测量可只以小 的相位偶变进行。通过反射-布拉格光栅21. 9这个内激光谐振强制地总是在一种固定的激光模中 进行，这个模稳定在几纳秒之内。在这种情况中光源是单模运行。由于反射-布拉格光栅 21. 9的所选择的反射特性或者反射带宽在几皮米(Pikometer)范围之内，所以根据本发明 的位置测量装置的光源21在一个很窄的谱范围(当所发射的波长为1 μ m时，并且相干长 度为10毫米时的频谱宽度为100pm)发射辐射，也就是说，因此正像为了目前的防止所希望 的那样，光源21的相干长度比较大。这样，正如上面已提到的相干长度可达到大于10毫米。正如前面已提到的，为了其测量精度在纳米范围内的高精密的位置测量要求只有 小的相位偶变。否则存在的相位偶变就会转变为位置偶变，并且因此不希望地损害位置测 量精度。现在通过反射-布拉格光栅21. 9和它的反射特性可有目的地选择半导体激光器的 运行状态。这些运行状态在没有反射-布拉格光栅21. 9的情况下和自由运行的半导体激 光器的固有模不相应。在这些固有模中存在有高的相位偶变。在图4中用阴影线标出了这种类型的亚最佳区域2。当借助反射-布拉格光栅21. 9有针对性地切出这个自由运行的半 导体激光器的固有模时(如其在图4的阴影线标出的区域中所示)就可有针对性地减小相 位偶变。因此，通过这个反射-布拉格光栅21. 9将半导体激光器强制到单模式运行中。相 应地，对于在本发明的位置测量装置中的应用来说，重要的是所使用的半导体激光器的激 光器模的波长方面的状态有目的地和反射-布拉格光栅21. 9的最大反射协调。由于激光模 方面的状态、还有反射-布拉格光栅21. 9的反射特性与温度有关，所以这种协调是借助温 度调节装置21. 6,21. 7完成的。半导体激光器21. 2，和/或纤维光栅反馈装置和这些温度 调节装置耦合或者连接。在图3中只是简图示出了这些温度调节装置21. 6,21. 7，其中，在 所示实例中既给半导体激光器21. 2，也给纤维光线反馈装置作用连接地配设一个温度调节 装置21. 6,21. 7。在这种情况中在纤维光栅反馈装置侧，所规定的温度调节装置21. 6,21. 7 至少对反射-布拉格光栅21. 9施加作用，为的是特别地合适地协调它的反射特性。在本实例中，温度调节装置21. 6、21. 7分别包括设计为“珀耳帖”(Peltier)元件 的恒温元件21. 6a、21. 7a以及温度调节装置21. 6b,21. 7b，这些装置可以已知的方式方法 按软件，和/或硬件设计。也可代替地将恒温元件21. 6,21. 7设计成例如加热膜形式的加热元件，或者设计 成可调节的水冷却装置，或者水供热装置。此外，也可以规定，借助一个唯一的温度调节装 置合适地且有针对性地调节这两个恒温元件21. 6a、21. 7a，或者设置一个唯一共用的恒温 元件，这个恒温元件通过一个温度调节装置进行合适的调节。在一个可能的实施形式中例如半导体激光器的温度通过一个合适的恒温元件在 20°C和40°C之间的范围内以25mk的稳定性进行调节，为此，通常需要加热半导体激光器。 将反射-布拉格光栅21. 9的温度调节到大约22°C，这例如是通过恒温元件以一种合适的水 冷却装置的形式实现的。在根据本发明的位置测量装置进行真正的测量运行之前要求对光源21或者半导 体激光器的最佳工作点进行调节。在此工作点上相位偶变最小化。为此提供不同的做法供 使用。在第一方案中规定通过温度调节装置21. 7使纤维光栅反馈装置的温度以规定的 稳定性保持恒定。通过温度调节装置21. 6半导体激光器的温度发生变化，并且同时对在此 形成的相位偶变进行测量。然后从这些测量值中求出相位偶变的最小值和半导体激光器的 所属的，且所要求的温度。由于半导体激光器和纤维光栅反馈装置在波长方面的温度系数 差因子10，所以在这个做法中只必须探测几开尔文(kelvin)的一个小的温度范围， 以调节出最佳工作点。而在第二方案中通过温度调节装置21. 6使半导体激光器的温度以规定的稳定性 保持恒定，并且通过温度调节装置21. 7使纤维光栅反馈装置的温度发生变化。同时又对在 此产生的相位偶变进行测量，并且确定它的最小值或确定纤维光栅-反馈装置的所属的温 度。在这种情况中必须对一个明显地比前面更大的温度区域进行探测，典型地为6-10K。在这两个方法中分别要探测的温度范围主要与内激光器谐振器的长度有关。这个 激光器谐振器越长，则这些激光模彼此间越紧密，并且要探测的温度区域越小。当测量了相位偶变的最小值后半导体激光器和纤维光栅反馈装置一起被调节到 在测量中被识别为最佳值的温度对上。所述的温度测量可在制造根据本发明的位置测量装置，在机器初始化时，和/或在按照规律的校准循环中完成。为了测量出机器中的相位偶变最小值必须将在那里使用的位置测量装置用于产 生信号和用于分析。因为正好在具有非对称的光程的位置测量装置中相位偶变非常重要， 所以可以这种方式也以比较简单的装置求出相位偶变最小值。如是人们将具有非对称光程 的位置测量装置移动到它的容差区域的边缘。其中部分光程之间的非对称是最大的。现在 在这个位置中人们将位置偶变作为纤维光栅-反馈装置或者半导体激光器的温度的函数 求出。这就是说，如上所述，一个温度发生变化，并且另一温度以一定的精确度保持恒定。现 在可从求出的数据中为半导体激光器或者纤维光栅反馈装置确定最佳的运行温茺，并且传 输给温度调节装置。特别是由于在根据本发明的位置测量装置的光源这一方面采取了不同的措施相 应地为高精密度的位置测量产生了上面已讨论的优点。因此，人们在研发脉冲式运行的位置测量装置时不再局限制于非常对称的扫描光 程了，现在非对称的扫描光程也是可行的。此外，也可将干涉的部分光束的更大的允许的行程长度差别用于扩大的容差范 围，因为通过位置测量装置的整体量具和扫描单元的可能的倾斜两个干涉的部分光束也能 通过不同的光学行程长度。现在在使用干涉式的位置测量装置时，当使用上面所述的光源 时例如可以允许比到目前为止通常的更大的倾斜容差。在本发明的框架内，除了已述的实例外当然还有一系列其它的实施可能性。因此，例如在以光栅为基础的位置测量装置的情况下，在将来自不同的部分光程 的部分光束重叠地用于干涉前也可设置替代的扫描光程。在这种情况中，无论是光栅还是光程中的其它的光学元件都可以起将由光源提供 的光线分裂成至少两个部分光束的分裂装置的作用。已多次提到，根据本发明的位置测量装置当然也可以无实体设计的整体量具地实 现，也就是以干涉仪实现。
1权利要求
1.用于检测在至少一个测量方向上可彼此运动设置的两个物体的位置的位置测量装 置具有-光源，-分裂装置，通过该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，-至少两个部分光程，部分光束通过这些部分光程，-多个光电子探测元件，来自部分光程的干涉的部分光束击中所述的光电子探测元件， 从而通过探测元件就可检测与位移有关的位置信号，其特征在于，将光源Ql ；201)构成为具有纤维光栅-反馈装置的半导体激光器。
2.按照权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，半导体激光器构成为法布里-珀 罗激光器01.2)。
3.按照权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，纤维光栅-反馈装置包括下述部件-设置在半导体激光器的输出耦合侧的前小平面01.4)的前面的输入耦合光学系统 (21. 5)，-设置在输入耦合光学系统5)后面的光波导体8)，-集成在光波导体01. 中的反射-布拉格光栅01.9)。
4.按照前述权利要求的任一项所述的位置测量装置，其特征在于，纤维光栅反馈装置 在它们的波长反射特性方面和半导体激光器的模间距协调。
5.按照权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，辐射变成被纤维光栅-反馈装置 反射回到半导体激光器中的辐射，该辐射位于这样一个波长范围中，即这个波长范围选择 得比半导体激光器的相邻的模间距要小。
6.按照权利要求4或5所述的位置测量装置，其特征在于，半导体激光器和/或纤维光 栅-反馈装置至少部分地和温度-调节装置01.6、21.7)耦合，通过所述温度调节装置使 纤维光栅-反馈装置的反射特性和半导体激光器的模的状态协调。
7.按照前述权利要求的任一项所述的位置测量装置，其特征在于，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01.6、21.7)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最小化。
8.按照权利要求6或7所述的位置测量装置，其特征在于，温度调节装置01.6、21.7) 包括恒温元件(21. 6a、21. 7a)和温度调整装置(21. 6b,21. 7b)。
9.按照权利要求3所述的位置测量装置，其特征在于，光波导体01.8)构成为单模光 波导体。
10.按照前述权利要求的任一项所述的位置测量装置，其特征在于，半导体激光器具有 其范围为8-12毫米的相干长度。
11.按照前述权利要求的任一项所述的位置测量装置，其特征在于，半导体激光器提供 具有其范围在20纳秒至200纳秒的脉冲持续时间的光脉冲。
12.按照前述权利要求的任一项所述的位置测量装置，其特征在于，部分光程非对称地 具有不同的光学行程长度，在部分光束重叠地进行干涉之前部分光束通过所述光学行程长 度。
13.按照权利要求12所述的位置测量装置，其特征在于具有相对于整体量具(10、100) 运动的扫描单元OO ；200)，其中，光源(21 ；201)和扫描单元QO ；200)分开设置，并且光源 (20 ；201)借助光波导体(28 ；208)和扫描单元(20 ；200)连接。
14.按照权利要求1-11的至少任一项所述的位置测量装置，其特征在于，这个位置测 量装置构成为干涉仪。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测在至少一个测量方向彼此运动设置的两个物体的位置的位置测量装置。这个位置测量装置包括光源和分裂装置。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。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所述的多个光电子探测元件，这样，通过这些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。
文档编号G01D5/26GK102128591SQ201010594490
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者M·迈斯纳 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司