光學(xué)位置測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)位置測量裝置，該光學(xué)位置測量裝置適用于高精度地確定兩 個(gè)相互移動(dòng)的物體的相對位置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在已知的高精度光學(xué)位置測量裝置中，除了關(guān)于強(qiáng)度的評估方法以外，還應(yīng)用了 偏振光學(xué)方法來產(chǎn)生三個(gè)或更多相位偏移的、由移動(dòng)決定的用于位置確定的掃描信號(hào)。關(guān) 于偏振光學(xué)地產(chǎn)生掃描信號(hào)例如可參閱申請人的EP 0 481 356 A2。
[0003] 圖1在入射的掃描光路的示意圖中示出了根據(jù)EP 0 481 356 A2的信號(hào)產(chǎn)生的基 礎(chǔ)性原理。光柵A，M在此沿著所給出的測量方向X共同相對于其余部件Ll，L2, AO相對運(yùn) 動(dòng)地布置。從左側(cè)入射的、經(jīng)由起偏鏡Pl限定的偏振的光束在此經(jīng)由光柵A分成兩個(gè)子射 束。正如圖1中所示的那樣，在帶來干擾的子射束的、對位置信息進(jìn)行編碼的射束走向中置 入偏振光學(xué)元件，例如，不同定向的Lambda/4片PE1，PE2。Lambda/4片PE1，PE2使得兩束 穿過的子射束彼此正交地偏振，也就是說，這兩個(gè)子射束隨后例如左圓周和右圓周地偏振。 這兩個(gè)子射束隨后重疊成一個(gè)共同的信號(hào)射束（〇)，并且在后面的評估透鏡AO中分成3個(gè) 或更多重疊的子射束190,1210,1330。在穿過不同定向的起偏鏡P90，P210，P330之后在探 測器元件D90, D210, D330上最終實(shí)現(xiàn)了相位分別偏移120°的掃描信號(hào)S90, S210, S330， 這些掃描信號(hào)能以已知的方式進(jìn)一步處理。除了 Lambda/4片PE1，PE2以外，在分開的子射 束的光路中經(jīng)常還布置有起偏鏡P2, P3形式的其他偏振光學(xué)構(gòu)件，以便借此補(bǔ)償由于子射 束之前所穿過的光柵A，Ll，L2所導(dǎo)致的錯(cuò)誤偏振。
[0004] 這種偏振光學(xué)地產(chǎn)生多個(gè)相位偏移的、由移動(dòng)決定的掃描信號(hào)的缺陷表現(xiàn)為， 必須在彼此相對運(yùn)動(dòng)的部件之間的掃描光路中或探測間隙中置入額外的光學(xué)元件、例如 Lambda/4片和起偏鏡。在相應(yīng)的光學(xué)位置測量裝置的受局限的結(jié)構(gòu)空間中或其具有小探測 間隙的情況下，這種額外的構(gòu)件可能產(chǎn)生問題。假如與WO 2008/138501 Al中已知的原理 類似地構(gòu)造位置測量裝置，那么圖1的部件A，M和L1，L2構(gòu)造成兩個(gè)可相互移動(dòng)的整體量 具。在這種情況下，機(jī)械保持在其間靜止不動(dòng)的偏振光學(xué)構(gòu)件通常是不可能的。
[0005] 掃描光路中的額外的偏振光學(xué)構(gòu)件另外還對所使用的支撐結(jié)構(gòu)的平坦性、平行性 以及均勻性提出更高要求；需要不漂移和穩(wěn)定的裝配面以容納這種支撐結(jié)構(gòu)。在此只有利 用非常高昂的額外費(fèi)用支出通過相應(yīng)的校正方法才能補(bǔ)償可能出現(xiàn)的材料偏差。這尤其是 適用于在相應(yīng)的光學(xué)的位置測量裝置中使用長的、平移不變規(guī)則的情況。
[0006] 此外，其他的系統(tǒng)特性、如自身頻率或探測間隙中的氣流同樣可能會(huì)受到掃描光 路中的額外需要的偏振光學(xué)構(gòu)件的負(fù)面影響。
[0007] 申請人已經(jīng)在EP 2 466 272 A2中提供了在掃描光路中沒有額外的獨(dú)立的偏振光 學(xué)構(gòu)件的情況下偏振光學(xué)地產(chǎn)生相位偏移的掃描信號(hào)的光學(xué)位置測量裝置。本申請中的上 位概念的形成以這個(gè)文獻(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)。根據(jù)這種方案，將需要的偏振光學(xué)構(gòu)件集成地構(gòu)造在 掃描光路中的其他部件中，例如以帶有周期性變化的結(jié)構(gòu)的高頻光柵的形式。在這種位置 測量裝置中，所使用的部件在測量方向中具有由位置決定的偏振特性。整體量具在此情況 下例如由多個(gè)局部變化的層構(gòu)成，并且包括具有子周期dR〈 λ /2的高頻光柵，該高頻光柵具 有第〇衍射級并且產(chǎn)生偏振光學(xué)的功能性。高頻光柵的光柵定向在此沿著測量方向以偏振 周期d P>hwSpcit變化，該偏振周期必須明顯大于整體量具的照明范圍的寬度hw Spc]t，該整體量 具向下界定了可產(chǎn)生的掃描信號(hào)的信號(hào)周期SP。此外，由于高頻光柵的第O衍射級可能不 會(huì)引起幾何的光束偏斜，還需要幾何偏斜的光柵的另外的周期d T，該周期足夠大到產(chǎn)生至 少一個(gè)第一衍射級，也就是說，它必須符合dT> λ/2。由于偏振周期dP同樣不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)幾 何偏斜，所以這個(gè)偏振周期被選擇成明顯大于周期dT。
[0008] 對于三個(gè)在這個(gè)位置測量裝置中出現(xiàn)的周期dR，士和dP的大小設(shè)定而言，在不同 光柵中必須符合以下條件：
[0009] dR< λ /2<dT<hwSpot<dP<4SP
[0010] 原則上制造帶有小周期dR的光柵在工藝上的費(fèi)用支出很高昂。另外，為了相應(yīng)的 位置測量裝置的高解析度而需要小的信號(hào)周期SP。EP 2 466 272 A2中已知的位置測量裝 置由此在小的、用于在4和SP之間提供尺寸范圍方面受到明顯的局限，該尺寸范圍能夠用 于相應(yīng)的光柵的周期性士和d P。另外，在整體量具的受照射范圍的寬度hwSpcit方面也存在 明顯的局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)一種偏振光學(xué)地產(chǎn)生相位偏移的掃描信號(hào)的光學(xué)位置測 量裝置，該位置測量裝置在掃描光路中不需要額外的偏振光學(xué)構(gòu)件。在此，當(dāng)需要所產(chǎn)生的 掃描信號(hào)的特定信號(hào)周期時(shí)，相應(yīng)的位置測量裝置應(yīng)該盡可能小地受到局限。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過一種光學(xué)位置測量裝置來實(shí)現(xiàn)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置的有利的實(shí)施方式在下文中給出。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置測量裝置用于獲取第一整體量具和第二整體量具的相對 位置，第一整體量具和第二整體量具能彼此相對地沿著至少一個(gè)測量方向運(yùn)動(dòng)地布置。在 分離光柵處將由光源發(fā)射的光束分離成至少兩個(gè)子射束。子射束在經(jīng)過掃描光路時(shí)經(jīng)歷 不同的偏振光學(xué)作用；當(dāng)不同地偏振的子射束在合并光柵處重新合并之后，能從合成的信 號(hào)射束中產(chǎn)生多個(gè)相位偏移的、取決于偏移的掃描信號(hào)。在在分離和重新合并之間的子射 束的掃描光路中沒有偏振光學(xué)構(gòu)件。為了在子射束上產(chǎn)生不同的偏振光學(xué)作用進(jìn)行以下設(shè) 置，
[0015] -錐形地入射的照明光束作用到分離光柵上，其中，入射的照明光束在垂直于測量 方向的入射面中以不同于〇°的角度延伸，并且入射面通過分離光柵上的光柵法線和照明 光束的入射方向來張開，并且
[0016] -在分離和重新合并之間的子射束的掃描光路設(shè)計(jì)為關(guān)于入射面鏡面對稱。
[0017] 有利的是，由光源發(fā)射出的照明光束具有線性偏振，該線性偏振帶有關(guān)于入射面 對稱或非對稱的鏡面對稱。
[0018] 能夠進(jìn)行以下設(shè)置，在子射束的分離和重新合并之間的掃描光路中分別布置有一 個(gè)或多個(gè)光柵，構(gòu)造這些光柵，以使得
[0019] -為子射束保持關(guān)于入射面的鏡面對稱，并且
[0020] -在部件的共同作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直和平行地偏振的子射束的偏振串?dāng)_。
[0021] 在此，子射束在重新合并位置處能夠具有相反的圓形偏振。
[0022] 可選地，子射束能夠在重新合并位置處具有彼此正交的、橢圓形偏振。
[0023] 另外能夠設(shè)置的是，子射束在重新合并位置處偏振，從而使得相應(yīng)的瓊斯矢量的 矢量積不超過數(shù)值2/3。
[0024] 在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，第一整體量具包括在測量方向上延伸的第一反射光柵 或透射光柵，其作為用于照明光束的分離光柵起作用。
[0025] 在此，第一整體量具能夠包括在測量方向上延伸的第二反射光柵或透射光柵，其 作為用于子射束的合并光柵起作用。
[0026] 在此還能夠?qū)崿F(xiàn)的是，第二整體量具包括透光片，在其中為每個(gè)子射束設(shè)計(jì)帶有 透鏡和反射器的衍射的反向反射器或衍射的屋脊式棱鏡。
[0027] 在相應(yīng)的實(shí)施方式中能夠進(jìn)行以下設(shè)置，
[0028] -在透光片的朝向第一整體量具的第一側(cè)面上構(gòu)造有至少一個(gè)透射光柵的形式的 透鏡，并且
[0029] -在透光片的背離第一整體量具的第二側(cè)面上構(gòu)造有至少一個(gè)反射層的形式構(gòu)造 反射器，其反射的側(cè)面在片的第一側(cè)面的方向上