[发明专利]光学测量装置的标尺元件

说明书

本发明涉及一种用于光学测量装置的标尺元件，所述光学测量装置包括增量式编码器和干涉型传感器系统，所述标尺元件在所述标尺元件的一个表面上具有反射层，所述反射层设置成与干涉型传感器系统配合，并且所述标尺元件还具有实物量具，所述实物量具在指向远离反射层的方向上并与反射层相距一距离布置，并且被设置为与增量式传感器系统配合，所述反射层被设计为使得反射层对于某些波长的光是透射的，而对于其他波长的光是反射的。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1至4的用于光学测量装置的标尺元件，所述光学测量装置包括两个不同的传感器系统，即增量式编码器和干涉型传感器系统。此外，本发明涉及具有这种测量装置的定位装置。

背景技术

用于检测包括多个自由度的定位元件的位置和方位的测量装置，通常使用具有相关标尺元件的传感器系统。传感器系统可以根据电容、电感或光学原理工作。如果传感器系统的测量范围超出要求的分辨率超过100,000倍，则需要增量系统。对于纳米或皮米范围内的分辨率，通常使用光学增量传感器系统。

在用于相对于三个自由度(即在彼此垂直且在同一平面中的两个方向X和Y上的平移以及围绕垂直于X和Y的方向Z的旋转)检测定位元件的位置和方位的测量装置中，光学增量式编码器具有优势，因为它们容许高分辨率和大的行程范围。这种增量式编码器的传感器头能够设计成允许几毫米的大距离公差。因此，它们使得能够使用附加的增量传感器来确定例如三个点处的高度或距离，从而也确定定位元件围绕X和Y轴的倾斜度。这也称为对定位元件的翻倾位置或翻倾角度的检测或测量。

光学干涉型传感器系统优选地用于确定定位元件在Z方向上的平移和翻倾角度。这样的传感器系统可用于确定下至皮米范围的平移或距离变化或倾斜。

例如，通过将光学增量式编码器和光学干涉型传感器系统结合起来，可以检测6D定位装置的平台在三个空间方向(X，Y，Z)上的平移以及围绕三个空间轴X、Y和Z的旋转(即倾斜或翻倾角度和旋转角度)。

在光学增量式编码器中，标尺元件通常包括实物量具，该实物量具通常由布置在标尺元件的表面或定位元件的表面上的、呈多个点的形式的大致二维网格(也称为2D网格)形成。增量式编码器的光源的光在该网格或2D网格处反射，从而可以从如此反射的光的测量信号确定定位元件的位置变化。实物量具的第三个尺寸(即，其厚度或单个点的厚度)，对相应的位置测量没有影响或影响可以忽略不计。

在光学干涉型传感器系统中，标尺元件通常包括反射面，光学干涉型传感器系统的光源的光在该反射面上被反射，由此，除其他外，相应测量位置处的距离变化可以从不同引导的光束的传播时间差异中推断出。

US 7 292 312 B2描述了一种用于控制或调节衬底台的运动的光学测量装置，该光学测量装置具有至少三个干涉仪编码器系统的组合，并且这些干涉仪编码器系统中的每个包括一维或二维编码器网格、光学传感器和干涉仪。这三个干涉仪编码器系统的组合提供了至少六个位置值，借助它们可以确定衬底台的位置和方位。

US 2004/0263846 A1公开了一种用于检测掩模台在至少一个平面中的位置的测量装置，该测量装置包括至少一个光学编码器读取头，该光学编码器读取头与安装在掩模台上的相应衍射光栅相互作用。为了检测掩模台的其他位置数据，US 2004/0263846 A1提出了使用电容式或光学距离传感器。