专利名称：用于干涉测量确定距离的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于两个尽可能平行布置的板之间的干涉测量的确定距离的装置。
背景技术：
除了沿横向方向检测两个可相对彼此移动的物体的位置改变之外，还存在这样的测量任务，其中仅仅或者必要时额外地还需要确定这些物体沿与此垂直于的、竖直的方向的距离。例如，这可以涉及确定两个尽可能平行布置的板之间的距离确定，其中该板相对彼此仅具有小的距离。对这种高精度的距离测量来说，干涉测量的方法是适合的，就像DE102007016774A1 或 US4, 606, 638 中公开的那样。由DE102007016774A1已知的、用于干涉测量的距离确定的装置包括布置在玻璃板上的射束接收单元，该射束接收单元的位置距目标为待测量的距离，其中在目标上布置了镜子。在玻璃板上布置了分隔栅格，其把从光源发射的射线束分隔为至少一个测量射线束和至少一个基准射线束。测量射线束沿到目标上的镜子的方向传播并且在其上沿到射束接收单元的方向反射返回；基准射线束仅在玻璃板中传播并且在射束接收单元中的多次反射后获得与测量射线束的干涉的叠加。通过已知的方式和方法可以由如此获得的干涉信号确定玻璃板和目标之间的距离或者这些部件之间的距离。然而，由DE102007016774A1已知的装置的缺点在于，当玻璃板和镜子之间发生倾斜的情况下导致距离信号错误。由US4606638已知的装置以所谓的Fizeau干涉仪为基础，利用该Fizeau干涉仪通过干涉测量的方法可高精度地确定两个平行的板之间的距离。然而在这种情况下，对精确的距离确定来说重要的是，两个板极精确地相对彼此平行地定向，否则导致强烈的信号衰减。因此，对这种已知的用于干涉测量的距离确定的装置来说，组装-和运行公差极小。此外，在Fizeau干涉仪中由于不可避免的多重干涉而强烈限制了测量精度
发明内容
本发明的目的在于，实现一种用于两个尽可能平行布置的板之间的、高精度的干涉测量的距离确定的装置，所述装置具有尽可能大的组装_和运行公差，即尤其相对于两个板的可能的倾斜不敏感。根据本发明，该目的通过具有权利要求I所述的特征的装置实现。根据本发明的装置的有利的实施方式从从属权利要求中的措施得到。根据本发明的、用于两个尽可能平行布置的板之间的、干涉测量的距离确定的装置包括光源、至少一个射束分配元件、至少一个反射器元件、多个偏转元件、多个逆向反射器和检测单元。由光源发射的射线束倾斜地入射在第一板上的射束分配元件上并在那里被分配为反射的基准射线束和透射的测量射线束。测量射线束入射在第二板上的反射器元件上并在那里经历朝第一板的方向的逆反射。基准射线束穿过第一偏转元件，而测量射线束穿过第二偏转元件；接着两个射线束分别穿过所属的逆向反射器，随后测量射线束穿过第三偏转元件，基准射线束穿过第四偏转元件，其中第一和第二偏转元件以及第三和第四偏转元件都分别对连续的/穿过的基准-和测量射线束施加不同的偏转作用。然后，基准射线束在第一板上经历反射，测量射线束在第二板的反射器元件上经历第二逆反射，因此测量射线束和基准射线束同线地、沿检测单元的方向传播，在检测单元处可以由干涉的测量-和基准射线束产生多个相位移的距离信号。在可能的实施方式中，逆向反射器包括第一衍射透镜、反射器元件和第二衍射透镜，其中通过第一衍射透镜进行入射在其上的测量_或基准射线束在反射器元件上的聚焦以及通过第二衍射透镜进行从反射器元件反射的、出射的测量_或基准射线束的准直。第一和第二衍射透镜也可以布置在板状、透明的支承元件的第一侧上，并且在支承元件的位于对面的第二侧上布置了反射器元件，该反射器元件的反射侧沿第一侧的方向定向。
此外，还可以设计为-第一偏转元件和第一逆向反射器的第一衍射透镜以及第四偏转元件和第一逆向反射器的第二衍射透镜设计为第一和第四组合衍射偏转_透镜元件以及-第二偏转元件和第二逆向反射器的第一衍射透镜以及第三偏转元件和第二逆向反射器的第二衍射透镜设计为第二和第三组合衍射偏转_透镜元件。根据本发明的另一个方面，组合的衍射偏转-透镜元件布置在板状、透明的支承元件的第一侧上，而在支承元件的位于对面的第二侧上布置了反射器元件，该反射器元件的反射侧沿第一侧的方向定向。在根据本发明的装置的有利的实施方式中，在限定的名义位置中测量-和基准射线束的光程长度是相同的。为了实现这一点，为了调节/设定相同的光程长度，分别配属于测量-和基准射线束的逆向反射器可以设计为不同的。对于由光源发射的射线束倾斜地入射至第一板上的角度来说，有利的是，tan(0)> rS/zP其中0 :=相对于第一板上的垂直线的角度，由光源发射的射线束以该角度入射至第一板上；rS:=光源的射束半径；zP =第一和第二板的距离。在根据本发明的装置的可能变型中，第一板可以设计为透明的平面板，-在其背离光源的一侧上在空间上限定的第一区域内布置了作为射束分配元件的平面的射束分配层，由光源发射的射线束入射在该射束分配层上，以及-在相同的一侧上在空间上限定的第二区域内布置了作为另一个射束分配元件的另一个平面的射束分配层，经过在第二板的反射器元件处的第二逆反射的测量射线束入射在该另一个平面的射束分配层上以及在穿过第四偏转元件后与基准射线束相交。此外，第一板在朝向光源的一侧上以及在对面的一侧上在具有射束分配元件的区域之外具有防反射层和/或在共线叠加的测量_和基准射线束沿检测单元的方向传播的区域内具有遮光板(Blende)。
此外，第二板可以设计为透明的平面板，在其朝向光源的一侧上布置了作为反射器元件的平面的镜面层，其反射侧沿朝第一板的方向定向。此外，可以构建一系统，该系统由根据本发明的装置结合光学的位置测量设备组成，该光学的位置测量设备适合检测第一和第二板平行于两个板的布置平面的相对移动。光学的位置测量设备和用于干涉测量的距离确定的装置的测量点优选重合。根据本发明的解决方案的决定性优点应该是，其相对于两个板的可能的倾斜的大的不敏感性；这又导致了期望的大的装配_和运行公差。对此负有决定性责任的是逆向反射器的根据本发明的设计，对此至少一个实现干涉的射线束被两个板之一反射了第二次。通过此处产生的例如测量射线束在一个板上的第二反射在光学上补偿了该板相对于要求的平行定向的可能的倾斜并进而不再产生测量错误。此外，根据本发明的装置允许使用具有扩展的射束横截面的测量-和基准射线束。通过这种方式和方法，干涉测量的距离确定相对于在两个板上的可能的局部缺损不敏感，因为具有大的射束横截面的射线束通过相应的较大的面积获得了平均的表面特性。在根据本发明的装置中，测量_和基准射线束始终倾斜地入射在两个其距离待确定的板上。对此确保了，在两个板之间来回多次反射的、未对信号获取做出贡献的射线束沿侧向强烈偏转，使得该射线束不再能击中检测单元。通过这种方式和方法再次提高了信号质量和测量精度。在根据本发明的装置中，在两个板的侧面上仅在两个板上设置了均匀的平面的涂层作为光学功能相关的部件，也就是说，尤其没有栅格结构。因此，在两个板相对彼此横向移动的情况下得到的距离信号尽最大可能保持不变。因此，对距离信号来说，在板相对彼此横向移动的情况下不需要为了最小化可能的干涉错误进行电子信号修正。此外，根据本发明的装置尤其可以有利地与一光学的位置测量设备组合，该光学的位置测量设备组合用于检测两个板沿朝着整个系统的横向方向的相对移动。
根据下面对根据本发明的装置的实施例的描述并联系附图阐明本发明的其它细节和优点。附图示出图Ia以第一视角示意性示出根据本发明的装置的第一实施例的射束光路；图Ib以第二视角不出第一实施例的射束光路的一部分；图2以俯视图示出第一实施例中扫描板的正面；图3示意性示出根据本发明的装置的部件；图4a以第一视角示意性示出根据本发明的装置的第二实施例的射束光路；图4b以第二视角示出第二实施例的射束光路的一部分；图5以俯视图示出第二实施例中扫描板的正面； 图6a以俯视图示出第二实施例中第一板的正面；图6a以俯视图示出第二实施例中第二板的背面。
具体实施方式
现在根据图la、lb和2说明根据本发明的装置的第一实施例。图la、lb示意性示出该实施例的射束光路或者以不同视角示出该射束光路的部分，图2示出该装置的扫描板的正面的俯视图。借助于根据本发明的装置能以高精度实现干涉测量地确定两个尽可能平行布置的板1、2之间的距离zP。例如，两个板1、2是由玻璃制成的两个平面板，例如该平面板布置在光学的位置测量设备中并在横向的xy平面中可沿一个或两个方向相对彼此运动。由光学的位置测量设备和用于干涉测量的距离确定的、根据本发明的装置组成的系统布置在一机器中并用于产生高精度的位置信息用于关于可相对彼此运动的机器部件的机器控制，该机器部件与两个板1、2连接。通过光学的位置测量设备实现了在xy平面中的位置检测。为此，在两个板1、2上在位置I. 1,2. I的区域中布置了一附图中未示出的一形式为栅格结构的量度(Massverkoerperung),以便通过扫描产生关于板1、2在横向的xy平面中相对彼此的移动的相同的位置信息；相应的光学的位置测量设备除了量度还包括一同样未示 出的一扫描头，该扫描头例如布置在根据本发明的装置的扫描单元3中。例如，由申请人的DE102010043263已知了合适的扫描光学装置或合适的光学的位置测量设备。由用于板1、2在xy平面中的移动的位置信息和借助于根据本发明的装置确定的两个板1、2沿z方向的竖直距离zP可以高精度地确定两个板1、2沿两个自由度的空间位置。例如，该信息还可以用于，在一其中布置了由光学的位置测量设备和根据本发明的装置组成的系统的机器中，高精度地确定可相对彼此运动的机器部件的空间位置，同时例如还修正在位置确定中的所谓的阿贝错误。在下文的描述中还将详细涉及由根据本发明的装置和光学的位置测量设备组成的系统的其它有利的细节。在用于干涉测量的距离确定的、根据本发明的装置的第一实施例中，装置的不同的部件布置在扫描单元3中，该扫描单元3的位置沿z方向距两个板1、2 —定距离。当然，不是强制要求所有部件布置在唯一共同的扫描单元中；例如，也可以把光源
3.I和/或检测单元4或其部件在空间上与扫描单元3分开地布置并借助于光导纤维与扫描单元3连接。现在为了说明根据本发明的装置的工作原理，下面描述在第一实施例中的扫描射束光路，通过该扫描射束光路产生关于距离zP或关于两个板1、2之间的距离zP的变化的多个相位移的距离信号SO、S120、S240。由扫描单兀3中的光源3. I发射的射线束以相对于光学轴A倾斜了角度 的方式入射在第一板I的射束分配元件I. 2上。发射线性偏振的射线束的激光优选作为光源3. I。在该例子中，射束分配元件I. 2设计为平面的射束分配层，该射束分配层布置在第一板I的背离光源3. I定向的那一侧上；下文中该侧也称为第一板I的正面。从光源3. I入射的射线束通过射束分配元件I. 2被分为两个分射线束，其中一个分射线束被反射而另一个分射线束透射。下文中反射的分射线束称为基准射线束R，而透射的分射线束称为测量射线束M。要指出，把两个分开的射线束称为测量-和基准射线束M、R是任意的且当然也可以选择其它称呼。随后，测量射线束M入射在相对于第一板I名义上平行的第二板2上。在第二板2朝向第一板I的一侧下文中也称为第二板2的背面上布置在反射器兀件2. 2。反射器兀件2. 2设计为平面的镜面层，该镜面层的反射的一侧沿第一板I的方向定向。测量射线束M在反射器元件2. 2上经历沿第一板I的方向的第一逆反射。随后，测量射线束M在透明的、无光学作用的区域中经过第一板1，穿过设计为、/8-薄片的偏振光学元件3. 2b，然后到达扫描单元3中的扫描板3. 3上。在扫描板3. 3中通过布置在其上的光学元件执行不同的光学功能，当穿过扫描板3. 3时该光学功能对测量射线束M施加特定的光学作用。因此，当测量射线束M再次沿朝着两个板1、2的方向传播之前，其穿过第一偏转元件、所属的逆向反射器以及第四偏转元件。参见图3以更详细地说明当穿过扫描板3. 3时施加在测量射线束M上的不同的光学作用。沿离开两个板1、2的方向入射的测量射线束M首先穿过设计为栅格的偏转元件AE。通过偏转元件AE使相对于光学轴A以入射角度 in入射的测量射线束M如此偏转，即在穿过偏转元件后测量射线束M平行于光学轴A沿朝着逆向反射器RR的方向继续传播。在示出的例子中，逆向反射器RR由衍射透镜DL和设计为镜面层的反射器元件R组成；衍射透镜DL和反射器元件R优选布置在板状透明的支承元件的彼此相对的侧面上。由衍射透镜DL把测量射线束M聚焦在反射器元件R上；由反射器元件R产生朝衍射透镜DL的方向的逆反 射，在测量射线束M重新击中偏转元件AE之前，衍射透镜DL使射出的测量射线束M再次准直。最后，当穿过偏转元件后测量射线束M被偏转元件AE与第一偏转相反地偏转，也就是说以从光学轴A离开的出射角 _偏转，其中 in= _。此处要指出，偏转元件AE和/或反射器元件RR的衍射透镜DL原则上也可以设计为多部件式，亦即例如分别仅在入射和出射的测量射线束M的区域内。当测量射线束M’的入射角 ' in-例如由于两个板1、2的倾斜-而朝着略微更平坦的入射角 , in小幅度变化时，在偏转元件AE之后测量射线束M，的出射角 , out变得稍微更陡峭/角度更大。因此，图3中示出的、由偏转元件AE和逆向反射器RR组成的布置与简单的镜面反射不同，该镜面反射会把较平坦的入射角同样转换为较平坦的出射角。如果观察入射在其上的测量射线束M’的小的角度变化S in = ' in_ in，那么该角度变化转换为相反的角度变化S = @ ' out- 0 out = - 5 in，这对应于逆向反射器的典型的光学特性。也就是说，偏转元件AE和逆向反射器RR的组合把入射的测量射线束M，沿另一个、可任意选择的方向偏转，其中入射的测量射线束M，的与此略微不同的角度变化始终转换为出射的测量射线束M，的相反的角度变化。此外，需要注意，在第一和第二通过时，偏转元件AE对测量射线束M、M’的偏转不同。因此，像从图3可看到的那样,入射的测量射线束M、M’以+1衍射级(Beugungsordnung)偏转，然而出射的测量射线束M以-I衍射级偏转。作为图3中示出的具有分开的偏转元件AE和衍射的透镜DL的布置的替换，在尤其有利的变型中，两个元件AE、DL或其光学功能性可以组合在唯一的衍射元件中。下文中这种元件称为组合的、衍射偏转-透镜元件，并且具体地在根据本发明的装置的第一实施例中在附图la、lb中如此设计。该组合的、衍射偏转-透镜元件优选布置在板状透明的支承元件的一侧上，在位于对面的一侧上布置了反射器元件，其中其反射的侧沿朝着另一侧的方向定向。因此，在根据本发明的装置的第一实施例中，在扫描板3. 3的朝向两个板1、2的一侧上布置了第二组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4b。该第二组合的、衍射偏转-透镜元件
3.4b通过相应的光学偏转功能平行于光学轴A偏转测量射线束M，并同时通过其光学透镜功能使测量射线束M聚焦在位于扫描板3. 3的相对的侧上的反射器元件3. 5上。在那里，测量射线束M在光学轴A的区域中击中反射器元件3. 5，并被其反射并且到达第三组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4c。通过第三组合的、衍射偏转-透镜元件3. 4c和其光学透镜功能造成测量射线束M的准直，通过第三组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4c的光学偏转功能引起测量射线束M朝着光学轴A以角度 的偏转。接着，沿朝着两个板1、2的方向传播的测量射线束M首先穿过另一个偏振光学元件3. 2c,该偏振光学元件3. 2c又设计为\ /8-薄片，然后穿过板I的透明的区域，最后再次入射在第二板2上的反射器元件2. 2上。在那里测量射线束M经历了第二逆反射，然后穿过第一板I上的另一个射束分配元件I. 3并沿朝着检测单元4的方向传播。在第一板I的射束分配元件I. 2处产生的基准射线束R被沿朝着扫描单元3的方向反射返回，并在那里穿过形式为X/8-薄片的偏振光学元件3. 2a，并到达第一组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4a，就像第二组合的、衍射偏转-透镜元件3. 4b 一样，该第一组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4a布置在扫描单元3. 3的相同的侧上。该第一组合的、衍射偏转-透镜元件3. 4a在基准射线束R上施加了基本的可比较的光学作用，就像第二组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4b施加在测量射线束M上那样。这意味着，通过第一组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4a的光学偏转功能使基准分射线束R平行于光学轴A定向，而基准分射线束R通过第一组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4a的光学透镜功能通过反射器元件3. 5在光学轴A的区域中聚焦在反射器兀件3. 6上,该反射器兀件3. 6布置在扫描板3. 3的朝向两个板1、2的一侧上。然后，基准射线束R由反射器元件3. 6通过在反射器元件3. 5上的另一次反射到达第四组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4d上。该第四组合的、衍射偏转-透镜元件3. 4d使基准射线束R再次准直，并同样使其朝着光学轴A以角度 偏转。因此，在基准射线束R再次沿朝两个板1、2的方向传播之前，其穿过第一偏转元件、所述的逆向反射器以及第四偏转元件。在穿过设计为X/8的偏振光学元件3. 2d之后，基准射线束R到达第一板I上的射束分配元件I. 3上，在那里其与同样入射在那里的测量射线束M叠加，并在另一次反射之后沿朝检测单元4的方向传播。通过第一和第四组合的、衍射偏转-透镜元件3. 4a、3. 4d的以及第二和第三组合的、衍射偏转_透镜元件3. 4b,3. 4c相对于光学轴A和聚焦地点分别在光学轴A上的对称设计保证了，测量-和基准射线束M、R在第一板I的射束分配元件I. 3上在相同的地点碰撞/汇集并共线地朝着检测单元4传播。优选如此选择较长的、在该实施例中基准射线束R在扫描板3. 3中由于在反射器 元件3. 6上额外的反射而经过的光学路程，即该光学路程在板1、2的名义位置中与两个板
1、2之间测量射线束M的额外的光学路程相同。因此，在名义位置中两个射线束的光学路程是可补偿的。由此导致特别小的位置噪声，因为在该名义位置中光源3. I的位置噪声不再有影响。此外，可使用具有短的相干长度的光源3. 1，这显著减小了由于干扰反射(例如，由于壳体壁上的“斑点_形成”)而产生的干扰。为了产生相位移的距离信号SO、S120、S240，测量-和基准射线束M、R通过相应定向的偏振光学3. 2a-3. 2d—分别设计为X/8薄板一相对彼此相反地圆周形地偏振。检测单元4中的分隔栅格4. I把两个共线的测量_和基准射线束M、R分别分隔为三个分射线束。在它们通过光电子的检测器元件4. 3a、4. 3b,4. 3c转换为相位移的电距离信号S0、S120、S240之前，它们分别穿过偏振器4. 2a、4. 2b,4. 2c。偏振器4. 2a、4. 2b,4. 2c相对彼此以60°角度定向，从而得到在产生的距离信号S0、S120、S240之间分别120°的相位移。在示出的第一实施例中，光源3. I的所有射线束在一平面一即在图Ia示出的XZ平面中延伸直到检测单元4。用于两个板1、2中的每个的有效的测量点出于对称原因位于相应的分射线束M、R的入射点之间的光学轴A上。像在图Ia和Ib中示出的那样，用于第二板的有效测量点位于板2的下侧的位置2. I ;对第一板I来说，有效测量点位于板I的上侧的位置I. I。当第一板I进行Z-移动时，测量点I. 1,2. I也保持在光学轴A上。借助于图Ia和Ib中未示出的额外的光学的位置测量设备也可以-像已经提到的那样-检测两个板1、2在xy平面中相对彼此的横向移动。为此，两个板1、2在测量点I. I、2. I处可以具有栅格结构，由合适的扫描头扫描该栅格结构。例如像从DE102010043263已知的那样，扫描光学装置的扫描头优选在扫描单元3中布置在光学轴A附近并在位置I. I、
2.I处同样具有有效的测量点。用于干涉测量的距离确定的根据本发明的装置和额外的光学的位置测量设备的共同的测量点I. 1、2. I允许了利用简单地确定多个自由度特别有利地分析产生的距离信号。三个这种分别由用于干涉测量的距离确定的根据本发明的装置和额外的光学的位置测量设备组成的系统提供两个板1、2相对彼此的所谓的6D-姿势(6D-Pose)。为此，6D-姿势可以用于，计算在工具中心点(TCP)的位置处板1、2或分别与之联系的机器部件的相对位置，由此可修正可能的阿贝错误。通过在第二板2上反射器元件2. 2的横向扩展或通过在第一板I上射束分配元件1.2、1.3的横向扩展限制板1、2在17平面中的允许的移动。在图Ia和Ib的示出的第一实施例中，例如第二板2上的反射器元件2. 2的镜面层在板2的整个背面上扩展地布置，因此仅通过板2的尺寸限制器移动区域。相反，第一板I的正面上的射束分配元件I. 2,1. 3的射束分配层分别仅条带状沿着I方向扩展，因此其沿X方向仅可微不足道地移动，然而沿y方向可在宽的区域中移动。当然，射束分配元件I. 2,1. 3的射束分配层也可以分别平面地施加在第一板I的正面上，以便如此实现最大的移动区域。尽管可以在两个板I. 2上产生多次反射，然而，由于选出的射束倾斜(角度 ) 一来自光源3. I的射线束以该射束倾斜入射在第一板上-以及由于由此带来的大的横向的射束偏移，所以由测量-和/或基准射线束M、R组成的相应的射线束未到达检测单元4。为此，第一板I的正面上的测量-和基准射线束M、R的入射点之间的、在图Ia中可看到的射束偏移Ax必须大于横向的射束扩展。由此得到了用于最小需要的入射角 的条件，由光源3. I发射的射线束以该入射角倾斜地 入射在第一板I上tan(Q) > —.(等式 D
' 7 ZP其中0 :=相对于第一板上的垂直线的角度，由光源发射的射线束以该角度入射至第一板上；rS:=光源的射束半径；zP =第一和第二板的距离。当射束分配元件I. 2,1. 3的射束分配层横向受限时，遵守根据等式I的条件也是必要的，因为在这种情况下板1、2的正面上弱的多次反射也是不可避免的，该多次反射绝不允许到达检测单元4中。此外，被证明有利的是，除了遵守根据等式I的条件外，第一板I在正面上在该区域之外具有射束分配元件I. 2,1. 3以及在整个背面上具有防反射层。此外，有利地是把在附图中未示出的遮光板布置在检测单元4之前或布置在共线叠加的测量_和基准射线束M、R沿朝检测单元4的方向传播的区域中，以便如此抑制干扰反射。此外，有利的是，第一板I略微呈楔形，以便避免在板I内部具有多次反射的干涉。下面根据图4a、4b、5以及6a和6b描述根据本发明的装置的第二实施例，其中仅涉及相对于第一例子的重要的区别。与第一实施例类似，图4a、4b以不同视角示意性示出射束光路或者该射束光路的部分，图5不出扫描板的正面的俯视图而图6a和6b不出根据本发明的装置的第一和第二板。根据本发明的装置的第二实施例与第一实施方式的首要区别在于，从光源13. I至检测单元14的射束光路现在不再是完全在一平面中延伸，就像在第一例子中在Xz平面中的情况那样。 在该实施方式中,光源13. I沿y方向朝着光学轴A偏移地布置,并以相对于光学轴A的倾斜角 平行于Xz平面发射射线束。在进一步的射束进程中基准射线束R和测量射线束M沿y方向偏移地入射在扫描单元13中扫描板13. 3的上侧的所属的第一和第二组合的、衍射偏转-透镜元件13. 4a、13. 4b上。在该实施方式中，如此选择其透镜功能，即基准射线束R和测量射线束M都聚焦在扫描板13. 3的下侧的反射器元件13. 5上，横向看，聚焦位置也位于光学轴A上。相对于光学轴A对称地，形成了第三和第四组合的、衍射偏转_透镜元件13. 4c、13. 4d。由于光源13. I的选择出的y_偏移，在扫描板13. 3中基准射线束R的光线路程长度明显大于测量射线束M的。在该实施例中，合适地确定扫描板13. 3的厚度的尺寸允许了，平衡/补偿两个板1、2之间的测量射线束M的额外经过的光程长度，因此在其名义位置(Nennlage)中光程长度也得到补偿。此处，与第一实施方式相反，在扫描板
13.3的上侧不需要额外的反射器元件。在第二实施例中，作为不再仅仅在xz平面中衍射的射束光路的另一个结果，在第二板12的下侧现在一尤其像从图4a和6a中可以看到的那样一布置了两个沿y方向间隔开的反射器元件12. 2、12. 3，该反射器元件12. 2、12. 3又设计为平面的射束分配层。通过该反射器元件12. 2、12. 3进行测量射线束M从第二板12的第一和第二逆反射。在根据本发明的装置的该实施方式中，由于设置的光源13. I的y偏移和大部分另外的光学部件(13. 4a-13. 4d，13. 2a_13. 2d，14)，导致在光学轴A的区域中更多可用的位置，以便在那里例如内置一光学的位置测量设备以用于确定板1、2的横向位置。在图4a、4b以及6a和6b中强烈简单地示出这种光学的位置测量设备的部件。其中有配属于扫描单元13的扫描头20以及第一板11上的第一量度(Massverkoerperung)21和第二板12上的第二量度(Massverkoerperung) 22。在此，第一量度21布置在第一板11的两个射束分配元件11. 2、11. 3之间的中间，第二量度22布置在第二板12的两个射束分配元件12. 2,12. 3之间的中间。扫描头20例如可以包括光源和检测器单元；分别设置了沿X方向延伸的增量式分度作为第一和第二量度21、22。当然，除了两个具体说明的实施例之外，可选地还可以如此设置根据本发明的、用于干涉测量的距离确定的装置
因此，代替在两个实施例中设置的组合的、衍射偏转-透镜元件，还可以分别设置相继布置的偏转元件和透镜，以便实现针对穿过的射线束的需要的光学的偏转_和聚焦作用。例如，栅格、棱镜或平面镜可以用作偏转元件，透镜可以是衍射或折射的。此外，通过三面镜(Tripelspiegel)或三棱镜(Tripelprismen)可以转换逆向反射器功能，也就是说衍射或折射的透镜、所属的平面镜和随后的衍射或折射的透镜也可以通过三棱镜或三面镜替换。此外，已证明有利的是，光源的相干长度选择为如此之短，使得两个板上的干扰的多次反射不再具有干涉能力。此外，也可以作为在两个实施例中的替换的方式和方法，从彼此正交的偏转的射线束出发制造相位移的距离信号。因此，例如可以在检测单元中也使用偏振的射束分配器和波纹板。此外，在本发明的框架中，代替借助于入/8薄板产生两个正交偏振的测量_和基 准射线束，两个干涉的射线束也能以一角度相对彼此略微倾斜。当在检测单元中叠加时，通过倾斜产生条带图案，例如通过结构化的光电探测器可以扫描该条带图案。在用于产生相位移的距离信号的这种变型中，当然也可以使用其它扫描方法以用于条带图案。因此，例如还可以如此实现两个干涉的射线束的倾斜，即用于测量-和基准射线束来说选择略微不同的组合的、衍射偏转_透镜元件的偏转角。此外，还可以如此补偿测量-和基准射线束的光程长度，即在第一板和扫描板之间的基准射线束的射束光路中补入相应厚度的玻璃薄板。
权利要求
1.用于两个尽可能平行布置的板(1、2;11、12)之间的干涉测量的距离确定的装置，所述装置具有光源(3. I ；13. I)、至少一个射束分配元件(1.2 ;11. 2)、至少一个反射器元件(2. 2,3. 5,3. 6 ；12. 1,12. 2,13. 5)、多个偏转元件、多个逆向反射器(RR)和检测单元4 ;14)，其中 -由所述光源(3. I ；13. I)发射的射线束倾斜地入射在所述第一板(I ;11)上的射束分配元件(I. 2 ；11. 2)上并在那里被分配为反射的基准射线束(R)和透射的测量射线束(M)，以及 -所述测量射线束(M)入射在第二板(2 )上的反射器元件(2. 2 ; 12. 2 )上并在那里经历沿朝所述第一板(I)的方向的第一逆反射，以及 -所述基准射线束(R)穿过第一偏转元件，而所述测量射线束(M)穿过第二偏转元件，接着所述基准_和测量射线束(R、M)分别穿过所属的逆向反射器(RR)，随后所述测量射线束(M)穿过第三偏转元件，所述基准射线束(R)穿过第四偏转元件，其中所述第一和第二偏转元件以及所述第三和第四偏转元件都分别对穿过的所述基准-和测量射线束(R、M)施加不同的偏转作用，以及 -然后，所述基准射线束(R)在所述第一板(I ; 11)上经历反射，以及 -所述测量射线束(M)在所述第二板(2 ；12)的反射器元件(2. 2 ；12. 3)上经历第二逆反射，因此 -所述测量射线束(M)和所述基准射线束(R)同线地、沿朝所述检测单元(4 ;14)的方向传播，其中由所述干涉的测量_和基准射线束(M、R)可以产生多个相位移的距离信号(SO、S120、S240)。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述逆向反射器(RR)包括第一衍射透镜(DL)、反射器元件(R)和第二衍射透镜(DL)，其中通过所述第一衍射透镜(DL)进行入射在其上的测量-或基准射线束(M、R)在所述反射器元件(R)上的聚焦以及通过所述第二衍射透镜(DL)进行从所述反射器元件(R)反射的、出射的测量_或基准射线束(M、R)的准直。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一和第二衍射透镜(DL)布置在板状、透明的支承元件的第一侧上，并且在所述支承元件的位于对面的第二侧上布置了所述反射器元件(R)，所述反射器元件的反射侧沿所述第一侧的方向定向。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一偏转元件和第一逆向反射器的所述第一衍射透镜以及所述第四偏转元件和第一逆向反射器的所述第二衍射透镜设计为第一和第四组合的衍射偏转-透镜元件(3. 2a、3. 2d ；13. 2a、13. 2d)以及 -所述第二偏转元件和第二逆向反射器的所述第一衍射透镜以及所述第三偏转元件和所述第二逆向反射器的第二衍射透镜设计为第二和第三组合的衍射偏转-透镜元件(3. 2b、3. 2c ；13. 2b、13. 2c)。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述组合的衍射偏转-透镜元件(3.2a、3. 2b、3. 2c,3. 2d ；13. 2a、13. 2b、13. 2c、13. 2d)布置在板状、透明的支承元件的第一侧上，而在所述支承元件的位于对面的第二侧上布置了所述反射器元件(3. 5 ;13. 5)，所述反射器元件的反射侧沿朝第一侧的方向定向。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置，其中在限定的名义位置中所述测量-和基准射线束(M、R)的光程长度是相同的。
7.根据权利要求6所述的装置，其中为了调节相同的光程长度，分别配属于所述测量-和基准射线束(M、R)的逆向反射器设计为不同的。
8.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置，其中对于由所述光源(3.I ；13. I)发射的射线束倾斜地入射至所述第一板上的角度( )来说，适用，tan( ) > rS/zP, 其中:=相对于所述第一板上的垂直线的角度，由所述光源发射的射线束以该角度入射至所述第一板上； rS:=所述光源的射束半径； zP :=所述第一和第二板的距离。
9.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置，其中所述第一板(I;11)设计为透明的平面板， -在其背离所述光源(3. I ；13. I)的一侧上在空间上限定的第一区域内布置了作为射束分配元件(I. 2 ；11. 2)的平面的射束分配层，由所述光源(3. I ；13. I)发射的射线束入射在所述射束分配层上，以及 -在相同的一侧上在空间上限定的第二区域内布置了作为另一个射束分配元件(1.3 ;.11.3)的另一个平面的射束分配层，经过在所述第二板(2)的所述反射器元件(2. 2 ；12. 3)处的第二逆反射的所述测量射线束(M)入射在所述另一个平面的射束分配层上以及在穿过所述第四偏转元件后与所述基准射线束(R)相交。
10.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一板(I;11)在朝向所述光源(3. I ；13. I)的一侧上以及在对面的一侧上在具有所述射束分配元件(I. 2,1. 3 ；11. 2,11. 3)的区域之外具有防反射层和/或在共线叠加的测量_和基准射线束(M、R)沿朝所述检测单元(4 ; 14)的方向传播的区域内具有遮光板。
11.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置，其中所述第二板(2;12)可以设计为透明的平面板，在其朝向所述光源(3. I ；13. I)的一侧上布置了作为反射器元件(2. 2 ；.12.2,12. 3)的平面的镜面层，所述镜面层的反射侧沿朝所述第一板(I ；11)的方向定向。
12.系统，所述系统由根据前述权利要求中的至少一项所述的装置结合光学的位置测量设备组成，所述光学的位置测量设备适合检测所述第一和第二板(1、2 ;11、12)平行于所述两个板(1、2 ;11、12)的布置平面的相对移动。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述光学的位置测量设备和所述用于干涉测量的确定距离的装置的测量点(I. 1、2. I ；11. 1、12. I)重合。
全文摘要
本发明涉及一种用于两个尽可能平行布置的板之间的干涉测量的距离确定的装置，装置具有光源、至少一个射束分配元件、至少一个反射器元件和检测单元。光源的射线束入射在第一板上的射束分配元件上被分配为基准射线束和测量射线束。测量射线束入射在第二板的反射器元件上经历第一逆反射。基准射线束穿过第一偏转元件，测量射线束穿过第二偏转元件；两个射线束穿过所属的逆向反射器，测量射线束穿过第三偏转元件，基准射线束穿过第四偏转元件。偏转元件对穿过的射线束分别施加偏转作用。基准射线束在第一板上反射，测量射线束在第二板的反射器元件上经历第二逆反射，因此两个射线束同线地、沿检测单元的方向干涉地传播，产生多个相位移的距离信号。
文档编号G01B11/14GK102967269SQ20121031709
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者沃尔夫冈·霍尔扎普费尔 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司