光学位置测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于检测在多个空间自由度中的对象的位置的光学位置测量装置。对象至少沿第一移动方向以及沿第二移动方向可移动地设置。位置测量装置包含有至少一个光源、至少一个设置在对象上的第一和第二计量用具，这些计量用具沿着第一和第二延伸方向延伸并包含有沿着第一和第二延伸方向周期设置的分区。另外还设置有扫描板，在该扫描板中至少集成有第一和第二后向反射器元件，其中第一后向反射器平行于第一延伸方向延伸，并且第二后向反射器元件平行于第二延伸方向延伸，并把从第一和第二计量用具入射到其上的分射束反射返回到相应计量用具的方向上。借助探测器装置可以从叠加的分射束中至少生成与对象沿第一和第二移动方向的移动相关的位置信号。
【专利说明】光学位置测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于检测在多个空间自由度中的对象的位置的一种光学位置测量装置。
【背景技术】
[0002]在制造和检验半导体器件时采用的机器中，通常要求精确地定位对象。对象例如可以是晶片，其应高度精确地定位于曝光单元或检查单元的工具下方。该晶片在此位于能以六个自由度移动的工作台上，其中该工作台通过一个或多个对应的驱动装置而被移动。因此在此该工作台作为应高度精确地检测其位置的对象。为了通过所属的控制单元来定位该工作台，需要借助高度精确的位置测量装置来生成与该工作台的空间姿态相关的位置信号。
[0003]为此证实适合的尤其是光学位置测量装置，如干涉仪、基于光栅的光学位置测量装置或这类装置的组合。
[0004]为了借助干涉仪来精确地确定在多个自由度中的对象的空间位置，例如在US6，020，964中公开了从至少两侧来光学接触该对象。在该对象或工作台的两侧上设置有反射器，其中在所述反射器上入射所属干涉仪测量臂的多个测量射束。在此情况下，每一个侧都采用了具有多个测量射束或测量臂的所谓多轴干涉仪，以便还能够检测该对象围绕不同移动方向的旋转移动。所述至少两个接触方向通常相互正交地定向，如此使得通过它们检测该对象在通过这两个移动方向张开的平面中的移动。可以通过适当偏转的、在该对象上方的反射器上又被反射返回的测量射束来检测该对象在与此垂直的移动方向上的可能移动。为此在对象上设置合适的偏转镜。但是该解决方案的问题是，必须至少在两侧上来光学接触该对象；这两侧因此对于该测量射束必须是尽可能可自由接近的。但这不是在所有的应用中都能在构造上保证的。为此在该对象上增设为偏转所需的偏转镜，该偏转镜一方面放大了该对象的移动量，另一方面可以仅适当耗费地以所需的精确度来制造该偏转镜。
[0005]在本 申请人:的DE 10 2012 201 393.8中，已经推荐了用于检测在多个空间自由度中的对象的位置的一种解决方案，其中规定仅仅从唯一的一个方向上来光学接触该对象。从而取消了上面讨论的解决方案具有多个所需接触方向的限制，但是需要对不同测量的位置信号进行相对耗费的计算，以确定在总共六个自由度中的该对象的移动。
【发明内容】
[0006]本发明的任务是，说明用于检测在至少两个空间自由度中的对象的位置的一种光学位置测量装置，其仅仅需要从一侧来光学接触该对象。在此情况下，尤其应该保证在至少两个空间自由度中对该对象尽可能直接和简单的位置检测。
[0007]该任务通过具有权利要求1所述特征的一种位置测量装置而得到解决。
[0008]本发明的位置测量装置的有利实施方案参见从属权利要求。
[0009]本发明的光学位置测量装置用于检测在多个自由度中的对象的位置，其中该对象至少沿着第一移动方向并沿着第二移动方向可移动地设置。该位置测量装置包含有至少一个光源、至少一个设置在该对象上的第一计量用具、以及至少一个设置在该对象上的第二计量用具，该第一计量用具沿着第一延伸方向延伸并具有沿着该第一延伸方向周期设置的分区，该第二计量用具沿着第二延伸方向延伸并具有沿着该第二延伸方向周期设置的分区。另外该位置测量装置还包含有扫描板，在该扫描板中至少集成有第一和第二后向反射器元件，其中该第一后向反射器元件平行于该第一延伸方向延伸，该第二后向反射器元件平行于该第二延伸方向延伸，并把从第一和第二计量用具入射到第一和第二后向反射器上的分射束反射返回到相应计量用具的方向上。借助探测器装置可以从叠加的分射束中至少生成与该对象沿第一和第二移动方向的移动有关的位置信号。
[0010]后向反射器元件有利地作为衍射后向反射器元件来构造，其中 -在该扫描板的第一侧上设置有多个衍射元件，以及
-在该扫描板的相对的第二侧上设置有至少一个反射器元件，该反射器元件的反射侧朝向衍射元件的方向定向，并且其中该反射器元件平行于第一或第二延伸方向来延伸。
[0011]可以规定，在该扫描板的第一侧上对每个后向反射器元件设置四个衍射元件，如此使得从所属计量用具的第一入射位置入射的一对分射束首先穿过第一和第二衍射元件，并且分别通过第一和第二衍射元件进行聚焦并偏转到在该扫描板的相对的第二侧上的反射器元件上，在该反射器元件上这两个分射束被反射返回到第三和第四衍射元件上，通过该第三和第四衍射元件把穿过的分射束分别进行校准，并偏转到在所属计量用具上的第二入射位置的方向上。
[0012]优选地衍射元件作为在该扫描板的第一侧上所设置的、局部有限的、具有弯曲光栅线的透射光栅来构造。
[0013]此外还可以在该扫描板中集成第三后向反射器元件，该第三后向反射器元件与该第二延伸方向平行地延伸，并把从该第二计量用具入射到该第三后向反射器上的分射束反射返回到该第二计量用具的方向上。
[0014]该第一和第二计量用具有利地分别作为反射光栅来构造，并且该第一和第二计量用具的分区相互垂直地来定向。
[0015]在此情况下还可以规定该第一和第二计量用具相互叠加地以正交光栅的形式来构造。
[0016]在本发明的光学位置测量装置的一种可能的实施方案中，该光学位置测量装置另外还包含有:
-设置在该对象上的至少一个测量反射器，
-与该扫描板机械耦合的至少一个分束器元件，以把入射到其上的射束分为至少一个测量射束和至少一个参照射束，如此使得通过在测量分束器方向上传播的测量射束来构造至少一个干涉仪测量臂，并通过该参照射束来构造干涉仪参照臂，
-干涉仪探测器装置，通过该干涉仪探测器装置可以从叠加的测量射束和参照射束中生成与该对象沿第三移动方向的移动有关的位置信号，其中该第三移动方向与该第一和第二移动方向相垂直地来定向。
[0017]在这种实施方案中，可以规定该分束器元件、多个衍射元件和至少一个反射器元件集成在该扫描板中来构造，如此使得该参照射束在该分束器元件上进行分束和与该测量射束相叠加之间仅仅在该扫描板中传播。
[0018]另外在此该测量反射器还可以包含有衍射元件和反射器元件。
[0019]在此情况下有利地至少三个相互对称设置的测量射束在所述至少一个测量反射器方向上传播。
[0020]此外还可以使用唯一的一个光源来至少用于扫描该第一和第二计量用具。
[0021]在本发明的光学位置测量装置的一个实施方案中，规定该第一移动方向与该第一延伸方向平行地来定向，并且该第二移动方向与该第二延伸方向平行地来定向。
[0022]在本发明的光学位置测量装置的另一实施方案中，可以通过至少一个分束元件把分射束的至少一部分偏转到位置敏感的光电探测器元件上，并可以通过探测入射到该光电探测器元件上的分射束的入射位置来确定该对象在围绕至少一个移动方向旋转时的位置。
[0023]在此情况下还可以规定该第一移动方向与该第一延伸方向之间具有角度，并且该第二移动方向与该第二延伸方向之间具有45°的角度。
[0024]通过本发明的措施，现在可以检测在至少两个空间自由度中的对象的位置，其中仅仅从唯一的一个方向来进行为此所需的光学接触。由此还只需接近该对象的唯一的一侧来用于所需的光学接触。从而如果对应的对象例如在机器中作为在两个或更多个自由度中可定位的工作台来构造，则产生了扩展的构造可能性。
[0025]与上文所讨论的干涉仪解决方案相比，在本发明的光学位置测量装置中还取消了在该对象上设置难以制造和耗费的偏转镜的必要性。在那里设置具有合适构造的刻度(Teilung)或光栅的至少两个计量用具就足够了。如果计量用具例如作为线刻度以合适的形式集成在平面平行的板中，那么就可以简单而造价合理地来制造计量用具，另外该移动对象的质量由此仅略微增加。
[0026]通过本发明的措施产生了一种基本上两部分的系统，其中在该对象上除了计量用具之外作为光学功能相关的部件仅还设置了扫描板。为了向探测器装置进行光输入以及为了向探测器装置输入干涉叠加的分射束，可以使用光波导体，由此能够与计量用具和该扫描板空间远离地设置光源和探测器装置的布置。
[0027]把所有的光学相关的元件集成在该扫描板中，尤其能够实现所宣称的紧凑的系统。在此情况下在尤其有利的实施方案中可以构建由基于光栅的光学位置测量装置以及一个或多个干涉位置测量装置的组合组成的总系统。
[0028]根据测量要求，通过对应设计的本发明的光学位置测量装置能够直接在测量技术上以所需的精确度来检测对象的直至全部六个空间自由度。基本上取消了沿着多个移动方向来进行组合测量的必要性。
[0029]如果在相应的应用中必要时不需要在全部六个空间自由度中的高度精确的位置检测，那么也可以基于本发明的考虑来实现简单构造的光学位置测量装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的其他细节和优点应借助下文中结合附图的实施例描述来加以解释。
[0031]其中:
图1示出了本发明光学位置测量装置的第一实施例的局部示意透视图；
图2a示出了本发明光学位置测量装置第一实施例在光源与反向反射器元件之间的局部扫描光路示意图；
图2b示出了本发明光学位置测量装置第一实施例在反向反射器元件与探测器装置之间的局部扫描光路示意图；
图2c示出了在本发明光学位置测量装置第一实施例中用于检测沿第一移动方向的对象移动的扫描光路图；
图3a示出了本发明光学位置测量装置第一实施例在光源与反向反射器元件之间的另一局部扫描光路不意图；
图3b示出了本发明光学位置测量装置第一实施例在反向反射器元件与探测器装置之间的另一局部扫描光路不意图；
图3c示出了在本发明光学位置测量装置第一实施例中用于检测沿第二移动方向的对象移动的扫描光路图；
图4示出了本发明光学位置测量装置第一实施例的设置在对象上的计量用具的俯视
图；
图5示出了本发明光学位置测量装置第一实施例的扫描板的朝向对象一侧的俯视图； 图6示出了本发明光学位置测量装置的第二实施例的示意透视图；
图7a-c分别示出了用于解释在该第二实施例中附加设置的干涉仪光路的图示；
图8示出了扫描板的朝向测量反射器一侧的俯视图，其中该扫描板具有针对附加的干涉仪光路而设置的元件；
图9示出了该扫描板的背向该测量反射器一侧的俯视图，其中该扫描板具有针对附加的干涉仪光路而设置的元件；
图10示出了在干涉仪光路中所使用的测量反射器的朝向该扫描板一侧的俯视图；
图11示出了本发明光学位置测量装置的第三实施例的示意透视图；
图12示出了本发明光学位置测量装置第三实施例的扫描板的朝向计量用具一侧的俯视图；
图13示出了本发明光学位置测量装置的第三实施例的局部扫描光路示意图；
图14a-14d分别示出了用于解释借助本发明光学位置测量装置第三实施例对旋转移动自由度的检测的图示；
图15示出了本发明光学位置测量装置第三实施例的另一变化方案的示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面应借助图1-5来解释根据本发明的光学位置测量装置的第一实施例。该光学位置测量装置实现了对在多个空间自由度中的对象10的位置的检测。图1示出了该位置测量装置的高度示意的局部透视图，图2a-2c以及3a_3c分别示出了局部扫描光路，图4示出了在该对象10上所设置的计量用具的俯视图，以及图5示出了扫描板20 —侧的俯视图。
[0033]借助本发明的光学位置测量装置的第一实施例，能够对可在三个空间自由度中移动设置的对象10进行位置检测。该位置检测是检测该对象10沿第一移动方向X以及沿第二移动方向z的线性移动，以及检测该对象10围绕第三移动方向y的旋转移动。该对象10的第一和第二移动方向X和z在如图1所示的实施例中相互正交地定向；当前该对象10的第三移动方向y再次与这两个移动方向χ、ζ正交地定向。[0034]在本例子中，半导体制造机器的示意示出的工作台作为可移动的对象10。该工作台可以借助未示出的驱动装置在多个空间自由度中相对于静止的机器部件一例如在图中所示的工具11——来定位。通过本发明的光学位置测量装置来生成与该工作台的空间姿态有关的位置信号，并提供给未示出的控制单元来进一步处理，尤其用于控制驱动装置。
[0035]本发明的光学位置测量装置一方面如图4所示包含有设置在该对象10上的两个计量用具12、13。这两个计量用具12、13在所示的例子中作为反射光栅来构造，例如作为反射相位光栅或者作为反射振幅光栅来构造，并分别由沿第一延伸方向el以及沿第二延伸方向e2周期设置的分区12.1,12.2以及13.1、13.2组成。分区12.1,12.2以及13.1,13.2对入射到其上的射束分别具有不同的反射特性。这两个计量用具12、13的延伸方向el和e2在本实施例中相互垂直地定向，另外该第一延伸方向el平行于该第一移动方向X来定向，并且该第二延伸方向e2平行于该第二移动方向z来定向。
[0036]另外本发明的光学位置测量装置还包含有由玻璃构成的扫描板20，在该扫描板中集成有多个后向反射器元件21、22、23。在所示的实施例中总共设置了三个后向反射器元件21-23。第一后向反射器兀件21平行于该第一计量用具12的第一延伸方向el延伸,第二后向反射器元件22平行于该第二计量用具13的第二延伸方向e2延伸。另外当前在该扫描板20中还集成了第三后向反射器元件23，其如同该第二后向反射器元件22 —样平行于第二延伸方向e2地在该扫描板20中延伸。通过不同的后向反射器元件21、22、23来分别把从该第一和第二计量用具12、13入射在后向反射器元件上的分射束反射返回到相应计量用具12、13的方向上。对于详细的扫描光路应参见下面对图2a-2c以及3a_3c的描述。
[0037]本发明的光学位置测量装置另外还具有光源以及探测器装置，但它们在图1的示意图中同样象各个计量用具一样未示出。在此情况下，通过该探测器装置可以从叠加的分射束中至少生成与沿第一和第二移动方向X、z的对象移动有关的位置信号。
[0038]借助图2a_2c来解释在本发明光学位置测量装置的所示第一实施例中的扫描光路，其中通过该扫描光路可以生成与沿该第一移动方向X的对象移动有关的、取决于位移的位置信号。为此由该光源24所发射的射束首先被耦合输入到光波导体25中。作为光源24在此情况下可以考虑极为不同的激光器，例如半导体激光器、气体激光器、外腔型激光器、光纤激光器等。在该光波导体25的耦合输出端后接了校准光学装置26，其中通过该校准光学装置来对离开该光波导体25的射束进行校准。被校准的射束接着穿过该扫描板20的光学无效区域，例如孔或透明区域，并在第一入射位置Al上第一次入射到该对象10上的第一计量用具12上。在该第一计量用具12上如图2a所示在xy平面中把入射的射束分为两个分射束，这两个分射束在该平面中被反射返回到该扫描板20的方向上。
[0039]在该扫描板20的侧上，通过集成在扫描板中的第一后向反射器元件21把分射束反射返回到在该第一计量用具12上的第二入射位置A2方向上。按照图2c或图4，该第二入射位置A2沿着z方向与该第一入射位置Al有间隔地设置。
[0040]在该扫描板20中的该第一后向反射器元件21如同其他的后向反射器元件22、23一样作为衍射后向反射器元件来构造，并包含有多个衍射元件30.1-30.4以及至少一个反射器元件31。衍射元件30.1-30.4在此情况下设置在该扫描板20的、朝向该第一计量用具12方向定向的第一侧上。在本实施例中衍射元件31.1-30.4作为局部有限的、具有弯曲光栅线的透射光栅来构造。平行于该第一延伸方向el延伸的矩形反射器元件31设置在该扫描板20的相对的第二侧上，其中该反射器元件的反射侧朝向衍射元件30.1-30.4的方向定向。
[0041]从该第一计量用具12的第一入射位置Al入射的分射束如图2a所示在该扫描板20中首先穿过第一后向反射器元件21的第一和第二衍射元件30.1,30.2。所述分射束通过对应尺寸的光栅在此一方面沿着该第二延伸方向e2进行偏转，以及另一方面沿着该第一延伸方向el而聚焦到该反射器元件31上；关于衍射元件30.1,30.2的光学效应例如还应参见图2c中扫描光路的视图。在该反射器元件31上分射束被反射返回，并然后如图2b所示穿过在该扫描板20第一侧上的第三和第四衍射元件30.3,30.4。通过该第三和第四衍射元件30.3,30.4，穿过的分射束分别被校准，并被偏转到该第一计量用具12上的第二入射位置A2方向上。在该第二入射位置A2上这两个分开的分射束被再合并，并在该第一计量用具12上反射之后叠加地在该扫描板20方向上传播。叠加的分射束在该扫描板20中穿过光学无效区域、例如适当定位的孔或透明的区域，并然后到达分束光栅27，在那里被分束到三个空间方向上。替换于所示的变化方案，该分束光栅27另外还可以集成在该扫描板20的第二侧中。于是在这三个空间方向中分别设置了偏振滤波器28.1-28.3和透镜
29.1-29.3。叠加的分射束对通过透镜29.1-29.3被耦合输入到光波导体32.1-32.3中，并被输入给探测器装置的探测器元件33.1-33.3。借助探测器元件33.1-33.3，可以在该第一计量用具12或该对象10与该扫描板20之间沿着该第一移动方向X进行相对移动的情况下来检测有相移的位置信号，所述位置信号可以以已知的方式和方法由控制单元来进一步处理。从而在对应的机器中该第一计量用具12设置在可移动的对象10、也即可移动的工作台上；该扫描板20设置在相对静止的机器部件上。
[0042]所示的本发明光学位置测量装置的实施例此外还实现了对沿该第二移动方向z的对象移动的检测。在图3a_3c中示出了所属的扫描光路，通过该扫描光路可以生成与沿该第二移动方向z的对象移动有关的位置信号。该扫描光路基本上对应于前述的用于检测沿第一移动方向X的对象移动的扫描光路，但相对于它而围绕y方向旋转90°地定向。
[0043]前文所解释的扫描光路所已采用的光源24也用于该第二计量用具13的扫描，并且由该光源24所发射的射束被耦合输入到另一光波导体45中。在本实施例中从而唯一的一个光源被至少用于扫描该第一和第二计量用具12、13。用于把该光源24所提供的射束分为不同扫描光路所需的分束器在图3a中并未示出；为此考虑了已知的分束器，例如分束立方体、分束板、光纤分路器、光栅等。给该光波导体45的耦合输出端再次后接了校准光学装置46，其中离开该光波导体45的射束通过该校准光学装置而被校准。被校准的射束接着穿过该扫描板20的另一光学无效区域，并在第一入射位置BI上第一次入射到该第二计量用具13上。在该第二计量用具13上按照图3a基于该第二计量用具13的分区13.1、13.2的定向现在在yz平面中把入射的射束分为两个分射束，这两个分射束然后在该平面中被反射返回到该扫描板20的方向上。从而该扫描光路的分束平面基于该第二计量用具的分区
13.1、13.2的定向以及该第二计量用具13的延伸方向e2垂直于图2a_2c的扫描光路的分束平面。
[0044]在该扫描板20的侧上，通过集成在扫描板中的第二后向反射器元件22，分射束被反射返回到该第二计量用具12上的第二入射位置B2的方向上，其中该第二入射位置B2按照图3c或图4沿着该X方向与该第一入射位置BI有间隔。在该扫描板20中的该第二后向反射器元件22同样作为衍射后向反射器元件来构造，并包含有多个衍射元件50.1-50.4以及至少一个反射器元件51。衍射元件50.1-50.4再次布置在该扫描板20的第一侧上，并作为局部有限的、具有弯曲光栅线的透射光栅来构造。现在平行于该第二延伸方向e2延伸的矩形反射器元件51设置于该扫描板20的相对的第二侧上。
[0045]从该第二计量用具13的第一入射位置BI入射的分射束如图3a所示在该扫描板20中首先穿过该第二后向反射器元件22的第一和第二衍射元件50.1,50.2。分射束在此一方面进行偏转，以及另一方面聚焦到该反射器元件51上；为此还应参见图3c中扫描光路的视图。在该反射器元件51上分射束被反射返回，并然后如图3b所示穿过在该扫描板20第一侧上的第三和第四衍射元件50.3,50.4。通过该第三和第四衍射元件50.3,50.4，穿过的分射束分别被校准，并被偏转到在该第二计量用具13上的第二入射位置B2方向上。在该第二入射位置B2上这两个分开的分射束被再合并，并在反射之后叠加地在该扫描板20方向上传播。叠加的分射束在该扫描板20中穿过另一光学无效区域，并然后到达另一分束光栅47，在那里被分束到三个空间方向上。于是在这三个空间方向中如上所述同样分别设置了偏振滤波器48.1-48.3和透镜49.1-49.3。叠加的分射束对通过透镜49.1-49.3被耦合输入到光波导体52.1-52.3中，并被输入给探测器装置的远距离设置的探测器元件53.1-53.3。借助探测器元件53.1-53.3，可以在该第二计量用具13与该扫描板20之间沿着该第二移动方向z进行相对移动的情况下来检测有相移的位置信号，所述位置信号可以由后接的控制单元来进一步处理。
[0046]从而通过所解释的两个扫描光路，利用本发明的光学位置测量装置可以高度精确地确定在沿第一移动方向X以及沿该第二移动方向z位移的情况下该对象10的位置。从而基本上已经能够在测量技术上检测该对象10的两个空间自由度。
[0047]在所示的本发明位置测量装置的第一实施例中，现在还设置了另一第二扫描光路以检测沿该第二移动方向z的移动。为此在该扫描板20中集成了第三后向反射器元件23，其中该第三后向反射器兀件23如该第二后向反射器兀件22 —样平行于该第二延伸方向e2来延伸，该第二延伸方向在本实施例中与该第二移动方向z重合。通过该第三后向反射器元件23，把从该第二计量用具13入射到其上的分射束反射返回到该第二计量用具的方向上。该第三后向反射器元件23如两个第一和第二后向反射器元件21、22 —样作为衍射后向反射器元件来构造，并具有多个衍射元件60.1-60.4和至少一个反射器元件。用于检测沿第二移动方向z的对象移动的第二扫描光路原则上对应于前文借助图3a-3c所解释的扫描光路；因此不再重新进行详述。在图5中示出了在该扫描板20第一侧上的第三后向反射器元件23的衍射元件60.1-60.4。在图4中示出了所属扫描光路的分射束在该第二计量用具13上的第一和第二入射位置BI'、B2'。
[0048]通过计算这两个用于检测沿第二移动方向z的移动的扫描光路的位置信号，可以以已知的方式和方法来确定该对象10围绕第三移动方向I的可能的旋转移动。从而以这种方式和方法可以在测量技术上检测该对象10的第三空间自由度。在此情况下从唯一的一个、与该对象10的第三移动方向y重合的方向来进行为检测全部三个自由度而设置的对可移动对象10的光学接触。
[0049]如前文说明所示，可以把本发明的位置测量装置的主要功能组件集成在该扫描板20中，尤其光学扫描所需的后向反射器兀件21、22、23。在所解释的第一实施例中，在该扫描板20的朝向计量用具12、13的第一侧上，设置有以合适构造的透射光栅形式的不同衍射元件30.1-30.4,50.1-50.4,60.1-60.4，在与此相对的第二侧上设置有分别所属的反射器元件31、51。
[0050]图5示出了所使用的扫描板20的第一侧俯视图，其中该扫描板具有所设置的三个后向反射器元件21、22、23的不同衍射元件30.1-30.4,50.1-50.4,60.1-60.4。除了来自前文所解释的两个扫描光路的第一和第二后向反射器元件21、22的衍射元件30.1-30.4和50.1-50.4之外，还可以看到另外四个衍射元件60.1-60.4，它们属于该第三后向反射器元件23，该第三后向反射器元件同样设置用于沿该第二移动方向z进行位置检测。该第三后向反射器元件23的四个衍射元件60.1-60.4在此情况下与该第二后向反射器元件22的四个衍射元件50.1-50.4相同地来构造，其中在图5的Xz平面中仅仅在X方向上错开地来设置。
[0051]从而基于该扫描板20与其中集成的相应扫描光学功能构件的单片式的构造，在安装本发明的光学位置测量装置时省略了耗费地调整各个光学部件。在该对象10的侧上仅仅需要设置线形的计量用具12、13。可以如附图所示通过从唯一一个方向上对同一个对象进行光学扫描能够进行对该可移动对象10的三个空间自由度的检测。
[0052]本发明的位置测量装置的第一实施方案显然可以变化并与相应的测量要求和测量条件相匹配。
[0053]从而替换于在图4中所示的把计量用具12、13设置在该对象10上，也可以把该第一计量用具12分为两个相同构造的、具有相同分区定向的分计量用具，并且把这两个分计量用具设置在该对象上的第二计量用具13上方和下方。在这种设置的情况下，重点是用于检测对象10的三个移动自由度的全部三个光学扫描的入射位置A1、A2以及B1、B2以及BI'、B2'位于平行于该第一移动方向X的一条线上。从而有效测量点也位于该线上，并得到了变换到与应用相匹配的坐标系中的一种简单变换规则。另外各个计量用具的这种设置还具有镜像对称性，这对于该系统的漂移和扭转敏感性是有利的。
[0054]当在所解释的实施例中分别规定把远距离设置的光源的射束通过光波导体输入给该扫描板，那么所使用的光源自然也可以直接与该扫描板相邻地来设置，也即于是就不再需要光波导体。与此类似，如果探测器元件直接与该扫描板相邻放置地设置，那么也可以省略探测侧的光波导体。另外以下变化方案也是可以的，即把来自光源的射束通过光波导体来进行输入并且探测器元件直接与扫描板相邻地设置；相反也可以把该光源直接与该扫描板相邻放置，并且探测侧的射束通过光波导体输入探测器元件。
[0055]所解释的、可以用于在测量技术上检测该可移动对象的三个自由度的本发明光学位置测量装置的第一实施例也可以在该可移动对象的要检测的空间自由度的数量方面以很多方式和方法来变化，同样可以在位置确定精确度的较低要求方面来进行变化。
[0056]如果例如仅仅需要检测两个空间自由度，也即例如仅在测量技术上检测该对象沿该第一和第二移动方向X和Z的线性移动，那么就可以省略前述的用于检测沿第二移动方向z的对象移动的第二扫描。于是在这种情况下就不再需要该扫描板20中的第三后向反射器元件23。
[0057]另外还可以通过附加的措施来实现对该对象的全部六个空间自由度的高度精确的检测，也即通过附加的措施检测剩余的三个移动自由度。下面借助图6、7a-7c以及8-10来描述本发明光学位置测量装置的对应的第二实施例。另外还可以实现一种变化，使得也能够在六个空间自由度中进行位置检测，其中各个移动自由度仅以降低的精确度被检测；为此下面借助图11-15来解释第三实施例。本发明的光学位置测量装置的所有这些变化方案在此情况下分别规定从仅唯一的一个方向来对可移动对象进行所要求的、有利的光学接触。
[0058]在图6中示出了本发明光学位置测量装置第二实施例的再次大大简化的局部透视图。示出了所使用的扫描板120以及设置在对象100上的计量用具112.1、112.2、113和测量反射器114.1、114.2。如同检测围绕第三移动方向y的旋转移动一样，基本与第一实施例相一致地检测沿第一移动方向X和沿第二移动方向z的线性对象移动。在该扫描板120中示意性示出了为此所需的三个后向反射器元件121、122、123。在该对象100的侧上设置有现在被分为两个相同分计量用具112.1,112.2的第一计量用具以及第二计量用具113，其中第一和第二分计量用具112.1,112.2设置在该第二计量用具113的上方和下方。出于一目了然的原因，在图6中没有示出所属的用于扫描不同计量用具112.1,112.2,113的扫描光路。
[0059]为了检测另外三个自由度，也即沿第三移动方向y的线性对象移动以及该对象100围绕该第一和第二移动方向X、z的旋转移动，另外还设置有三个示意示出的干涉仪测量臂Myl、My2、My3，其中通过这些测量臂从与检测所述另外三个自由度相同的方向来光学接触该对象100。所属的三个干涉仪轴在位置140.1、140.2和140.3上穿过该扫描板120，并在对象100上入射到测量反射器114.1,114.2上，其中这些测量反射器在xz平面中分别设置在分计量用具112.1,112.2的上方和下方。干涉仪光路的其他细节在图6中未示出，关于适用干涉仪的可能实施方案应参见下文图7a-7c以及8-10的描述。
[0060]通过这三个干涉仪测量臂Myl、My2, My3，现在另外还可以在测量技术上检测剩余的三个空间自由度。从而例如可以从第一干涉仪测量臂Myl的测量中来确定沿该第三移动方向I的对象移动。通过适当地组合分别两个干涉仪测量臂My2、My3的测量，可以以已知的方式和方法来检测该对象100围绕该第一移动方向X以及围绕该第二移动方向z的旋转移动；为此例如应参见开头所述的US 6，020, 964。
[0061]在此情况下证实有利的是，如在图6中所示在至少一个测量反射器114.1,114.2方向上传播至少三个对称设置的测量射束，或者设置至少三个对称设置的干涉仪测量臂Myl、My2、My3。在所示的实施例中所述三个干涉仪测量臂Myl、My2、My3具有点对称的设置，然而例如在四个干涉仪测量臂的情况下可以实现一种对称设置，使得这四个干涉仪测量臂在横截面上定义出方形等。
[0062]下面应借助图7a_7c以及8_10来解释如何能够构造这种干涉仪测量臂Myl，其中该测量臂集成在按照图6的位置测量装置中。也可以与此类似地构造所设置的另外两个干涉仪测量臂My2、My3等。
[0063]图7a在此情况下示出了在xy平面中的干涉仪光路，图7b示出了该干涉仪测量臂中在yz平面中的光路，以及图7c示出了该干涉仪测量臂中在yz平面中的光路。在图8_10中尤其示出了用于构造该干涉仪测量臂Myl的光学功能相关的不同元件的设置；在此图8示出了该扫描板120第一侧的在该关联中的相关部分的俯视图，图9示出了该扫描板120的相对的第二侧的俯视图，以及图10示出了测量反射器114.1的由该干涉仪测量臂Myl所施加的部分的俯视图。
[0064]由光源150所生成的射束入射到分束器元件151上，其中通过该分束器元件把入射的射束分为测量射束M和参照射束R。在本实施例中为干涉仪测量臂设置了单独的光源150 ;以这种方式和方法可以为干涉仪位置测量以及为基于光栅的位置测量选择适当优化的光源。但原则上替换地也可以对所采用的不同光学位置测量原理使用共同的光源。
[0065]于是在分束之后，测量和参照射束M、R在该干涉仪测量臂Myl以及干涉仪参照臂中传播。在图7a中借助实线示出了该测量射束M，用虚线示出该参照射束R。
[0066]在所的实施例中透射光栅用作分束器兀件151,该透射光栅设置在该扫描板120的分配给该光源150的第二侧上。如图9所示，该透射光栅的分区的纵轴平行于该第二移动方向z来定向。该透射光栅的延伸方向平行于该第一移动方向来定向。
[0067]在xy平面中进行分束和偏转之后，该测量射束在该扫描板120第一侧的方向上传播，在那里穿过以透射光栅形式的第一偏转元件123.1，并被该第一偏转元件对准到与y方向平行，并第一次在该对象100上所设置的测量反射器114.1方向上传播。该测量反射器114.1在本实施例中作为衍射测量反射器来构造，并包含有作为透射光栅来构造的衍射元件115以及后向反射器元件116。该衍射元件115和该后向反射器元件116如图7a所示设置在玻璃板117的正面和背面上。该玻璃板117的正面在此情况下朝向该扫描板120的方向定向。
[0068]按照图7a，在穿过该衍射元件115时，垂直入射到该衍射元件上的测量射束M在xy平面中被偏转，并在该反射器116方向上传播。在那里在xy平面中被反射返回到该衍射元件115的方向上。在第二次穿过该衍射元件115并通过该衍射元件重新进行xy平面中的偏转之后，该测量射束M在X方向上与入射的测量射束M平行错开地传播返回到该扫描板120的方向。在那里该测量射束M入射到测量射束后向反射器元件上，该测量射束后向反射器兀件同样作为衍射后向反射器兀件来构造并包含有在该扫描板120第一侧上的两个衍射元件121.1,121.2以及在该扫描板120第二侧上的反射器元件122。衍射元件121.1,121.2再次作为局部有限的、具有弯曲光栅线的透射光栅来构造，如例如在图8中所示的。平面反射器用作该反射器元件122，该平面反射器的反射侧朝向该扫描板120的第一侧定向。该测量射束M首先入射到该测量射束后向反射器元件的第一衍射元件121.1上，通过该第一衍射元件按照图7b在yz平面中向下偏转到设置在该扫描板120第二侧上的反射器兀件122方向上。在由该反射器兀件122反射返回到该扫描板120第一侧方向上之后，该测量射束M穿过该测量射束后向反射器元件的第二衍射元件121.2，通过该第二衍射元件再次被偏转，如此使得该测量射束第二次在该测量反射器114.1方向上传播；在此情况下该测量射束这一次在z方向上平行于该第三移动方向y向下错开地传播至该测量反射器114.1,如在图7b中所示。在该测量反射器114.1上该测量射束M重新穿过该衍射元件115，并被该衍射元件偏转到该反射器元件116的方向上，从那里被反射返回到该衍射元件115的方向上，并在穿过该衍射元件115时再次被偏转，使得该测量射束平行于该第三移动方向y、但相对于入射的测量射束在X方向上错开地传播返回至该扫描板120。在该扫描板120的第一侧上，该测量射束M入射到再次作为透射光栅构造的该第二偏转元件123.2上，并被该第二偏转元件在xy平面中偏转到在该扫描板120第二侧上的位置W的方向上，在此该测量射束与参照射束R在合并光栅161上被再次合并。该合并光栅161如在图9中所示集成在该扫描板120的第二侧中来构造。
[0069]下面应参照图7a和7c来解释在该干涉仪参照臂中该参照射束R的详细光路。在分束器元件151上进行分束以及在此导致在xy平面中的偏转之后，该参照射束R在参照射束后向反射器元件的方向上进行传播。该参照射束后向反射器元件也构造为衍射的，并包含有在该扫描板120第一侧上的两个衍射元件124.1、124.2以及在该扫描板第二侧上的反射器元件125。但现在用作衍射元件124.1、124.2的是反射光栅，其光学有效的或反射的一侧朝向该扫描板120第二侧的方向定向。如在衍射后向反射器兀件中一样，把平面反射器用作反射器元件125，该平面反射器的反射侧朝向该扫描板120第一侧的方向定向。
[0070]该参照射束R首先入射到该参照射束后向反射器元件的第一衍射元件124.1上，并被它反射或偏转到该反射器元件125的方向上。由该反射器元件把该参照射束R反射到该第二衍射元件124.2的方向上，并从那里被反射并偏转到在该合并光栅161上的位置W的方向上。
[0071]从而在所示的实施例中，该参照射束R在该分束元件151上进行分束与在位置W处与该测量射束M进行再次合并或叠加之间仅仅在该扫描板120中传播。
[0072]被再次合并的测量和参照射束M、R接着到达在图7b和7c中仅示意示出的干涉仪探测器装置160。通过该干涉仪探测器装置可以以已知的方式和方法由所叠加的测量和参照射束M、R来生成与沿该第三移动方向y的对象移动有关的位置信号。
[0073]在本发明光学位置测量装置的第二实施例的另外两个干涉仪测量臂My2、My3中的光路也与所解释的在该干涉仪测量臂Myl中的光路相类似地分布。
[0074]本发明的光学位置测量装置的第二实施例也可以在本发明的范畴内进行变化。
[0075]从而例如可以为测量和参照射束设置替换的光路实施方案。在此也可以把该分束器元件不作为该扫描板的集成组件来构造，而是使用与该扫描板空间分离的分束器元件，该分束器元件与该扫描板合适地机械刚性耦合。在这种情况下可以采用常规的平面镜干涉仪，其包括平面镜作为测量反射器。
[0076]另外也可以设置多于三个干涉仪测量臂，它们通过该扫描板被引导到该对象上的测量反射器方向上。这种附加的干涉仪测量臂例如可以用于该装置的自校正。
[0077]所解释的本发明光学位置测量装置的第二实施例实现了在全部六个空间自由度中对对象移动的高精度检测。该检测涉及与沿三个移动方向x、z和y的对象移动相关的三个线性移动自由度以及与围绕三个移动方向x、z和y的对象旋转相关的三个旋转移动自由度。在特定的应用中，现在可能足够的是仅仅高精确地检测线性移动自由度，但是在旋转移动自由度方面，在位置确定时有时较低的精确度可能就足够了。下面借助图ll_14e作为第三实施例来解释本发明光学位置测量装置的一种对应的变化方案，在图15中示出了该第三实施例的稍微变化的变化方案。
[0078]图11示出了本发明光学位置测量装置第三实施方案的极其示意的透视图，图12示出了所采用的扫描板1120第一侧的俯视图，图13示出了局部扫描光路。图14a-14e示出了在围绕不同移动方向的对象旋转的情况下不同的扫描光路图。
[0079]如图11中所示，在本发明光学位置测量装置的第三实施方案的扫描板1120中仅仅集成了第一后向反射器元件1121以及与之正交的第二后向反射器元件1122。该第一后向反射器元件1121与该第一实施例相类似地平行于可移动对象1000上两个分计量用具1112.1、1112.2的第一延伸方向el来延伸，其中该第一延伸方向el再次平行于该第一移动方向X来定向；同样与该第一实施例相类似，该第二后向反射器元件1122平行于该第二计量用具1113的第二延伸方向e2来延伸,其中该第二延伸方向e2同样再次平行于该第二移动方向z来定向。与该第一实施例相一致地来检测沿该第一和第二移动方向x、z的线性对象移动，从而省略了对所属光学扫描光路的重新描述。在图11中以及在图12中，入射到该扫描板1120上的、用于检测沿该第一和第二移动方向X、z的对象移动的射束分别用x_in和z_in来表示,所属扫描光路的叠加的分射束对用x_out和z_out来表示。为了检测沿该第三移动方向I的线性移动，如在前述的第二实施例中一样设置了干涉仪，其中在图11中仅示出了入射到该扫描板1120上的射束y_in。所属的光路可以如在第二实施例中所解释的一样来加以选择。
[0080]从而剩下的问题是在该对象1000可能围绕正交的移动方向X、z和y旋转的情况下检测这三个旋转自由度。现在通过从具有在再次合并之后在探测器装置方向上传播的分射束的光路中把分射束耦合输出到位置敏感的检测器元件1173.1,1173.2来进行这种检测。图13在此情况下示出了按照第一实施例的图3b的分光路，其用于检测沿该第二移动方向z的对象移动。在该光路中，在该扫描板1120第二侧与该分束光栅1147之间来进行用于检测围绕移动方向x、z和y的旋转自由度的分射束的耦合输出。为此在叠加的分射束的光路中以另一分束光栅的形式设置了分束元件1170，该分束元件致使入射到其上的射束被分束到三个空间方向上。在第O衍射级中不偏转通过的分射束如在第一实施例中一样被用于检测沿该第二移动方向z的线性对象移动。为此所述分射束如前所述入射到后接的所述另一分束光栅1147上，在那里被分束到三个空间方向上。在这三个空间方向中再次分别设置有偏振滤波器1148.1-1148.3和透镜1149.1-1149.3。通过透镜1149.1-1149.3，叠加的分射束对被耦合输入到光波导体1152.1-1152.3中，并被输入给探测器装置的远距离布置的探测器元件1153.1-1153.3。借助探测器元件1153.1-1153.3，可以在沿该第二移动方向z进行相对移动的情况下来检测如前所述的有相移的位置信号。
[0081]在该分束元件1170上在+1和-1衍射级中所衍射的分射束通过拉姆达/4板
1171.1、1171.2和偏振器1172.1、1172.2被偏转到位置敏感的检测器元件1173.1、1173.2上。在该对象1000围绕移动方向X、z或7之一旋转的情况下，分射束的入射位置以定义的方式和方法在位置敏感的探测器元件1173.1,1173.2上移动。通过探测被分束的分射束在位置敏感的探测器元件1173.1、1173.2上的入射位置的姿态，可以在测量技术上检测围绕对应移动方向X、z或y的相应对象旋转。位置敏感的探测器元件1173.1U173.2为此必须在两个横向方向上分开探测分射束的入射位置。作为位置敏感的探测器元件1173.1、1173.2可以采用所谓的PSD (Position Sensitive Device,位置敏感装置)或象限二极管。
[0082]应借助图14a_14e来再次详细解释旋转自由度的检测。图14a在此情况下与图3c的图示类似地示出了用于检测沿该第二移动方向z的移动的扫描光路，但增加了为检测不同旋转移动所需的一部分部件；这些部件是分束元件1170、拉姆达/4板1171.1、偏振器
1172.1和位置敏感的探测器元件1173.1。在图14a中示出了该对象或该计量用具1113不倾斜的标称姿态，而在图14b和14c的图示中表示当该对象或该第二计量用具1113围绕该第二移动方向z (图14b)或围绕第一移动方向X (图14c)倾斜时相应的状态。在图14b和14c中在不倾斜状态中的扫描光路分别表示为实线，在倾斜状态中的扫描光路表示为虚线。如图中所示，在不倾斜的标称姿态中，分射束分别入射到位置敏感的探测器元件1173.1、1173.2的中央，而在围绕该第二移动方向z倾斜的情况下，导致入射位置在位置敏感的探测器元件1173.1、1173.2上沿着该第一移动方向x向左或向右移动(图14b);在围绕该第一移动方向X倾斜的情况下，导致该入射位置在位置敏感的探测器元件1173.1、1173.2上沿着该第二移动方向z移动(图14c)。通过检测该入射位置进行这种移动的相应的量，在本发明位置测量装置的该实施方案中可以在测量技术上检测围绕相应移动轴z或X的倾斜度。
[0083]如上面已经提到的，在相应的位置敏感的探测器元件1173.1,1173.2之前设置有拉姆达/4板1171.1、1171.2和偏振器1172.1、1172.2，它们由不同的分射束穿过。通过这些元件，从已经干涉的分射束中滤除在叠加之前的原始的分射束，然后分射束被定义地输入给所属的位置敏感的探测器元件1173.1,1173.2。
[0084]最后在图14d和14e中还示出了如何能够利用本发明位置检测装置的该实施方案在测量技术上检测可能围绕该第三移动方向I的对象旋转。图14a再次示出了在不倾斜状态中在Xz平面中的扫描光路，而在图14b中另外还以虚线形式示出了在围绕该第三移动方向y产生对象旋转时的扫描光路。如图He所示，在这种情况下这两个分射束以及从而在位置敏感的探测器元件1173.1,1173.2上的入射位置产生相反的位移。
[0085]所示的变化方案是在再次合并之后耦合输出到位置敏感的探测器元件1173.1、1173.2上，替换该变化方案，还可以规定，从分射束中在再次合并之前将一部分耦合输出到位置敏感的探测器元件上，并在该对象旋转移动的情况下由所产生的入射位置的偏转而在测量技术上对这一部分进行检测。
[0086]在图15中示出本发明光学位置测量装置的第三实施方案的另一变化方案。如图所示，在该扫描板1120'中再次集成地构造有两个相互正交的后向反射器元件1121'、1122'，但相对于之前的实施例围绕第三移动方向y旋转45°地设置；被扫描的是在该对象上的二维计量用具1111，该计量用具作为所谓的正交光栅来构造。该正交光栅在此情况下可以被视为该第一实施例中在唯一一个计量用具1111中具有相互垂直定向的分区域的第一和第二计量用具的叠加，其中该第一和第二计量用具同样围绕第三移动方向y旋转45°地设置。这两个后向反射器元件1121'、1122'如在前述实施例中一样依旧沿两个现在叠加的第一和第二计量用具的延伸方向el、e2来延伸；但该第一移动方向X现在与该第一延伸方向el成45°角，该第二移动方向z与该第二延伸方向e2成45°角。此外，该变化方案对应于前面所解释的本发明光学位置测量装置的第三实施例。
[0087]因为在该变化方案中不必在该测量反射器上设置分开的光栅轨道(Gitterspur)，所以该测量反射器的测量区域可以被显著增大。在该变化方案中也可以采用三个常规的平面镜干涉仪，以高度精确地确定沿该第三移动方向y的移动以及围绕该第一和第二移动方向X和z的对象旋转。因为该平面镜干涉仪的测量射束同样应该入射到该二维计量用具的正交光栅上并应该由该正交光栅尽可能无偏转地反射，所以为该平面镜干涉仪使用具有其它波长的单独光源是有利的。所述其它波长如此来选择，使得该正交光栅具有非常大的第零衍射级，并从而把入射的光束如在镜面情况下那样进行反射。
[0088]作为该变化方案的特殊优点要提及的是，在沿第一或第二移动方向X或z移动时通过该变化方案来产生与每个移动方向有关的位置信号；以这种方式和方法总是能够进行信号补偿。相反在沿该第一或第二移动方向进行单纯移动的情况下，在前文所解释的变化方案中则仅仅生成沿该移动方向的一个位置信号，也即不能通过它来进行信号补偿。
[0089]除了所解释的本发明光学位置测量装置的实施例之外，当然在本发明的范畴内还存在其它的构型可能性。
[0090]从而绝不强制的是，该扫描板如在实施例中分别所设置的一样一定必须构造为矩形的并且在后向反射器元件之外具有未利用的区域。在一个替换的变化方案中，该扫描板在横截面上也可以仅仅由所设置的后向反射器元件来组成，诸如此类。
【权利要求】
1.光学位置测量装置，用于检测在多个自由度中的对象(10；100 ；1000 ;1000')的位置，其中该对象(10 ；100 ；1000 ;1000')至少沿第一移动方向(X)以及沿第二移动方向(Z)可移动地设置，该光学位置测量装置具有 -至少一个光源(24 ;150)， -至少一个设置在该对象(10 ；100 ；1000 ；1000')上的第一计量用具(12 ；112.1，.112.2 ；1112.1，1112.2)，该第一计量用具沿着第一延伸方向(el)延伸并包含有沿着该第一延伸方向(el)周期设置的分区(12.1,12.2)， -至少一个设置在该对象(10 ；100 ；1000 ;1000')上的第二计量用具(13 ；113 ;1113)，该第二计量用具沿着第二延伸方向(e2)延伸并包含有沿着该第二延伸方向(e2)周期设置的分区(13.1,13.2)， -扫描板(20 ；120 ；1120 ;1120')，在该扫描板中至少集成有第一和第二后向反射器元件(21 ；121 ；1121 ；1121' ；22 ；122 ；1122 ;1122')，其中该第一后向反射器元件(21 ；121 ；.1121;1121')平行于该第一延伸方向(el)延伸，并且该第二后向反射器元件(22 ; 122 ;.1122;1122')平行于该第二延伸方向(e2)延伸，并将从第一和第二计量用具(12 ；112.1，.112.2 ；1112.1，1112.2 ；13 ；113 ；1113)入射到第一和第二后向反射器元件上的分射束反射返回到相应计量用具(12 ；112.1,112.2 ；1112.1,1112.2 ；13 ；113 ；1113)的方向上， -探测器装置(160)，通过该探测器装置能够从叠加的分射束中至少生成与该对象(10 ；100 ；1000 ; 1000')沿第一和第二移动方向(X，z )的移动相关的位置信号。
2.根据权利要求1所述的光学位置测量装置，其中后向反射器元件(21；121 ；1121 ；.1121' ；22 ；122 ；1122 ；1122' )作为衍射后向反射器元件来构造，其具有
-多个衍射元件(30.1-30.4 ；121.1，121.2，124.1，124.2，1130.1-1130.4)，这些衍射元件设置在该扫描板(20 ；120 ；1120 ；1120' )的第一侧上，以及 -至少一个反射器元件(31，51 ;122，125)，所述至少一个反射器元件设置在该扫描板(20 ；120 ；1120 ；1120')的相对的第二侧上，并且其反射侧朝向衍射元件(30.1-30.4 ；.121.1,121.2,124.1，124.2，1130.1-1130.4)的方向定向，其中反射器元件(31，51 ;122，.125)平行于第一或第二延伸方向(el，e2)延伸。
3.根据权利要求2所述的光学位置测量装置，其中每个后向反射器元件(21；121 ；.1121 ；1121' ；22 ；122 ；1122 ；1122' )都在该扫描板(20 ；120 ；1120 ；1120' )的第一侧上设置四个衍射元件(30.1-30.4,60.1-60.4 ；121.1,121.2,124.1，124.2，1130.1-1130.4)，使得从所属计量用具(12 ；112.1,112.2 ；1112.1,1112.2 ；13 ；113 ；1113)的第一入射位置(Al，BI)入射的一对分射束首先穿过第一和第二衍射元件(30.1,30.2，60.1,60.2 ；121.1，.121.2，1130.1,1130.2)，并通过第一和第二衍射元件分别聚焦并偏转到在该扫描板(20 ；.120 ；1120 ;1120')的相对的第二侧上的反射器元件(31，51 ;122，125)上，在该反射器元件(31,51 ;122，125)上把这两个分射束反射返回到第三和第四衍射元件(30.3，30.4，60.3，.60.4 ；121.1，121.2，1130.3，1130.4)上，通过第三和第四衍射元件把穿过的分射束分别进行校准并且偏转到在所属计量用具(12 ；112.1,112.2 ；1112.1,1112.2 ；13 ；113 ；1113)上的第二入射位置(A2，B2)的方向上。
4.根据权利要求2或3所述的光学位置测量装置，其中衍射元件(30.1-30.4，.60.1-60.4 ；121.1 ，121.2，124.1，124.2，1130.1-1130.4)作为设置在该扫描板(20 ；120 ；.1120 ；1120' )的第一侧上的、局部有限的、具有弯曲光栅线的透射光栅来构造。
5.根据前述权利要求至少之一所述的光学位置测量装置，其中在该扫描板(20；120)中集成有第三后向反射器元件(23 ;123)，该第三后向反射器元件平行于该第二延伸方向(e2)延伸，并通过该第三后向反射器元件把从该第二计量用具(13 ;113)入射到该第三后向反射器元件上的分射束反射返回到该第二计量用具(13 ；113)的方向上。
6.根据权利要求1所述的光学位置测量装置，其中第一和第二计量用具(12；112.1，.112.2 ；1112.1，1112.2 ；13 ；113 ；1113)分别作为反射光栅来构造，并且第一和第二计量用具(12 ; 112.1，112.2 ; 1112.1，1112.2 ; 13 ; 113 ; 1113)的分区(12.1，12.2，13.1，13.2)相互垂直地定向。
7.根据权利要求6所述的光学位置测量装置，其中第一和第二计量用具相互叠加地以正交光栅(1111)的形式来构造。
8.根据前述权利要求至少之一所述的光学位置测量装置，具有 -至少一个设置在该对象(100 ;1000)上的测量反射器(114.1,114.2), -至少一个与该扫描板(120 ；1120)机械稱合的分束器兀件(151),以把入射在该分束器元件上的射束分为至少一个测量射束(M)和至少一个参照射束(R)，使得通过在该测量反射器(I 14.1,114.2)方向上传播的测量射束(M)构造出至少一个干涉仪测量臂(Myl，My2, My3)，并通过该参照射束(R)构造出干涉仪参照臂， -干涉仪探测器装置(160)，通过该干涉仪探测器装置能够从叠加的测量和参照射束(M1R)中生成与该对象(100 ;1000)沿第三移动方向(y)的移动有关的位置信号，其中该第三移动方向垂直于第一和第二移动方向(X，Z)地定向。
9.根据权利要求8所述的光学位置测量装置，其中在该扫描板(120;1120)中集成构造有分束器元件(151)、多个衍射元件(124.1，124.2)和至少一个反射器元件(125)，使得该参照射束(R)在该分束器元件(151)上的分束和与该测量射束(M)相叠加之间仅仅在该扫描板(120 ；1120)中传播。
10.根据权利要求8所述的光学位置测量装置，其中该测量反射器(114.1，114.2)包含有衍射元件(115 )和反射器元件(116)。
11.根据权利要求8所述的光学位置测量装置，其中至少三个相互对称设置的测量射束在至少一个测量反射器(114.1,114.2)的方向上传播。
12.根据前述权利要求至少之一所述的光学位置测量装置，其中使用唯一的一个光源(24)来至少用于扫描第一和第二计量用具(12 ；112.1,112.2 ；1112.1,1112.2 ；13 ；113 ；.1113)。
13.根据前述权利要求至少之一所述的光学位置测量装置，其中该第一移动方向(X)平行于该第一延伸方向(el)来定向，并且该第二移动方向(Z)平行于该第二延伸方向(e2)来定向。
14.根据权利要求1和8所述的光学位置测量装置，其中能够通过至少一个分束元件(1170)把分射束的至少一部分偏转到位置敏感的光电探测器元件(1173.1，1173.2)上，并能够通过检测入射到该 光电探测器元件上的分射束的入射位置来确定该对象(100 ；1000)在围绕至少一个移动方向(X，z, y)旋转时的位置。
15.根据权利要求14所述的光学位置测量装置，其中该第一移动方向(X)与该第一延伸方向(el)成45° 的角，并且该第二移动方向(z)与该第二延伸方向(e2)成45°的角。
【文档编号】G01B11/00GK103884276SQ201310707392
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】M.迈斯纳, W.霍尔萨普费尔 申请人:约翰内斯·海德汉博士有限公司