(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1機械部分及び第2機械部分の間の絶対距離及び相対位置移動の少なくともいずれかを実時間測定する干渉計(10)であって、測定ユニット(20)及び反射ユニット(40)を含み、前記反射ユニット(40)は少なくとも１個の光学反射体(41)を含み、前記測定ユニット(20)は少なくとも1個の壁部が熱伝導材料で作られたハウジング(21)を含み、前記熱伝導材料は、0℃で30W/(m・K)より高い熱伝導性を備え、前記ハウジング(21)は、75mm×75mm×200mm未満の外寸を備え、
複数の測定素子が前記ハウジング(21)に配置され、前記測定素子は、
レーザ源(22)と、ペルティエ素子(24)と、デジタル制御装置(23)を含み、
前記測定素子は前記熱伝導材料から作られたハウジング(21)の壁部と熱結合され、
前記測定素子はファイバ−光学部品及び小型デジタル電子部品を含む
干渉計(10)。
【請求項２】
前記測定ユニット(20)は、光導波路(29)により前記測定ユニット(20)と結合される遠隔測定ヘッド(28)を含む、請求項１の干渉計(10)。
【請求項３】
前記測定素子は、インタフェース基板と、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)基板と、レーザ基板と、光基板を含む、請求項１又は２の干渉計(10)。
【請求項４】
前記熱伝導材料は、アルミニウム、銀及び銅のうちの１個又はそれらの組合わせから構成される、請求項１乃至３のいずれか一項の干渉計(10)。
【請求項５】
前記ハウジング(21)は、50mm×50mm×165mm未満の外寸を有する、請求項１乃至４のいずれか一項の干渉計(10)。
【請求項６】
前記ハウジング(21)は少なくとも１か所に、拡大表面特に冷却リブを有し、周囲の気塊による熱化を促す、請求項１乃至５のいずれか一項の干渉計(10)。
【請求項７】
前記反射ユニット(40)は少なくとも３個の光学反射体(41.1、41.2、41.3)を含む、請求項１乃至６のいずれか一項の干渉計(10)。
【請求項８】
前記デジタル制御装置(23)は、前記反射ユニット(40)の位置判定及び温度と波長調節の少なくともいずれかを行う、請求項１乃至７のいずれか一項の干渉計(10)。
【請求項９】
前記干渉計(10)には少なくとも３個の測定軸、特に６個の測定軸が設けられ、前記デジタル制御装置は、前記機械部分の間の傾き、ピッチ、回転、ヨー、及び変位を求めるように構成される、請求項１乃至８のいずれか一項の干渉計(10)。
【請求項１０】
空気の屈折率の変化を補償する機器(26)が更に設けられる、請求項１乃至９のいずれか一項の干渉計(10)。
【請求項１１】
第１機械部分と第2機械部分の間の絶対距離及び相対位置移動の少なくともいずれかを測定する光学的長さ測定システムであって、
前記第1機械部分に（堅固に）連結される請求項１乃至１０のいずれかに係る干渉計(10)の光電測定ユニット(20)、又は前記第1機械部分に（堅固に）連結される遠隔測定ヘッド(28)と、前記測定ヘッドは、請求項１乃至１０のいずれかに係る干渉計(10)の測定ユニット(20) にファイバ結合され、前記第2機械部分に（堅固に）連結される少なくとも１個の反射ユニット(40)と
から構成される光学的長さ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計に関し、特に、工作機械、とりわけ半導体リソグラフィシステムに組み込まれる変位センサとして使用可能な干渉計に関する。また、本発明は、第1機械部分と第2機械部分の間の絶対距離及び相対位置変化の少なくともいずれかを測定する光学的長さ測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
第1機械部分と第2機械部分の間の一次元相対移動を測定する長さ測定システムはよく知られており、昨今では、多くの機械で、特に、切削工作機器や研磨版の機械ヘッドや機械ベッドの相対位置を測定したり、或いは、電子顕微鏡や半導体リソグラフィでよく使われるサンプルキャリッジに対するセンサヘッド／露光ヘッドの相対位置を測定するために使用されている。
【０００３】
繰り返される絶対的な精度や頑丈さに対する安定的な要件が高まるにつれ、光学ガラススケールが確立されてきており、この光学ガラススケールは、測定ヘッドと、周知の回折格子周期が適用された回折格子を備えたガラススケールから構成されており、測定ヘッドとスケールの間の相対移動を非接触で求める。現在、一般的な回折格子周期は10〜20μmであり、適当な電子補間を伴い、1ナノメートル(nm)まで下がる位置解像が可能になる。特許文献１には、ガラススケールを備えた長さ測定装置が開示されている。
【０００４】
ここ数年で、ホログラフィック回折格子を入手できるようになっており、これは、従来のガラススケールよりも小さい周期(＜1μm)を備えることにより、より高い解像度が、典型的には0.1nmの範囲で提供される。特許文献２には、ホログラムスケールが開示されている。
【０００５】
磁気スケールは、特許文献３に開示されるように、費用効果的な光学測定システムの代替物であるが、精度が低いため、主に自動車の分野で利用されているが、最も精度が高い製造分野、即ちリソグラフィの分野では利用されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許公告第１０２６２００８号
【特許文献２】ドイツ特許公告第４１２８５９５号
【特許文献３】ドイツ特許公開第１９７２９３１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、本発明の目的は、特性が改善され、特により精度が高く、より利用可能性が高く、また、自由度が１以上であり、外部補正の必要性がより少なく、測定の帯域幅がより大きく、取り付け空間がより小さく、或いは、例えばドリルやフライス盤などの工作機械の移動を適切に直接測定できる実時間長さ測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、請求項１に係る装置を用いて達成される。有利な実施形態は、従属請求項に記載される。
【０００９】
詳細には、上記目的は、第1機械部分及び第2機械部分の間の絶対距離及び相対位置移動の少なくともいずれかを実時間測定する干渉計により達成され、好適には第1機械部分と結合可能な測定ユニットと、好適には第2機械部分と結合可能な反射ユニットを含む。測定ユニットは熱伝導材料から作られる少なくとも１個の壁部を備えたハウジングを含む。いくつかの測定素子がハウジングに配置される。測定素子は、レーザ源、特にDFBレーザと、ペルティエ素子と、デジタル制御装置、好適にはFPGA制御装置を含む。測定素子は、熱伝導材料から作られるハウジングの壁部と熱結合される。
【００１０】
２個の機械部分の間の絶対距離又は相対位置移動を実時間測定する干渉計を使用することにより、距離又は相対移動を求める際に、極めて高い精度を達成することができるので、ガラススケールの絶対精度に固有の制限は、レーザ干渉計により克服される。当該技術分野では、干渉計は一般的に、較正器のためにのみ使用されており、本発明によれば、２個の機械部品の間の移動又は距離は、干渉計測定により、実時間操作で測定され、ガラススケールやホログラムスケールで可能な場合よりも絶対精度が高い。本発明では、実時間操作によって、センサは機械制御装置に組み込まれることとなり、機械がアクチューエタ（複数）内に位置している閉じた制御回路が可能になる。
【００１１】
好適には、本発明では、絶対距離の測定は、デジタル制御装置、特にFPGA制御装置が、レーザ、特にDFBレーザの波長を、ペルティエ素子（波長における熱変化）により周期的に調節し、この間に、FPGA制御装置により、干渉信号が連続的に測定、分析される。波長変分dLambdaに基づき、基本波長Lambda、及び見掛けの位置変化dx、測定ヘッドと反射体の間の作用距離「x」は、本発明では、dLambda/Lambda=dx/xによって求められる。本発明では、波長Lambda及び変調振幅dLambdaは、分子吸収セルの伝達信号を分析することにより、精確に決定される。好適には、本発明では、波長は、（数ナノメートルのdLambdaに対応する）分子吸収セルの吸収極小が含まれる範囲に、調節される。ガスセルの吸収極小の波長／位置に基づき、dLambda 及びLambdaの精確な判定が可能となり、ひいては、絶対距離「x」の直接演算が可能となる。
【００１２】
本発明によれば、上記目的は、測定素子を、積極的に冷却することなく、対流により冷却することによって達成され、測定素子は、ハウジングの熱伝導外壁と結合される。当該技術分野では、干渉計測定の高温感度に起因して、積極冷却は不可欠だと考えられていた。測定ユニット内の熱現像測定素子の熱結合手段による積極冷却を回避するとともに、対流により冷却することにより、初めて、２個の機械部品間の絶対距離又は相対位置移動の実時間測定において干渉計を使用できるようになった。これにより、初めて、超小型の干渉計が構成され得、この干渉計は環境の影響から密閉されるように効果的に開発されるので、２個の機械部分の一方に干渉計又は測定ユニットを、他方に反射ユニットを取り付けることができ、これにより、これら機械部分の間の移動又は距離を実時間で測定することができる。従って、本発明に係る干渉計は機械、例えば、三次元測定機(CMM)に組み込まれ、標準DIN EN60715の工業用トップハットレール又はフランジ取付け電気モータ、燃焼エンジン、又はガスタービンに取り付けられる。
【００１３】
干渉計は、測定ユニット及び反射ユニットから構成される。測定ユニットは、好適には、第1機械部分、即ち基本モジュールに取り付けられ、特に、測定ビームを生成する光学部品を含み、この光学部品は反射ユニットに向けられる。反射ユニットは、好適には、第2機械部分に取り付けられ、その反射ビームは測定ユニットの別の構成部品により評価され、それにより、測定ユニットと反射ユニットの間、ひいては第1機械部分と第2機械部分の間の絶対距離、及び距離の変化の少なくともいずれかが、干渉計により実時間で求められる。好適には、干渉計は、第1機械部分に堅固に連結される光電センサヘッド又はファイバ結合測定ヘッドと、第2即ち別の機械部分に堅固に連結される複数の反射ユニットから構成される。
【００１４】
反射ユニットは、測定ユニットから放出された放射線を少なくとも部分的に反射する光学素子から構成される。光学式反射ユニットは、好適には、平面鏡、再帰反射器、或いは機械加工材料を含む。本発明では、光学反射率は、好適には、広い範囲をカバーしており、非コーティングガラス（反射率〜4%）や、金属（反射率＞90%）のような高反射率を備えた材料のいずれであっても、反射体として使用できる。また、ケイ素は反射体材料として特に適している（反射率〜40%）。従って、反射ユニットは好適には、例えば機械部品自体の研磨面又は一定品質の表面であってよい。
【００１５】
好適には、ハウジングは熱伝導材料から作られる少なくとも１個の壁部を有することにより、熱がこの壁部を介して外気へ放出される。0℃で30W/(m・K)よりも高い熱伝導率を備えた材料、とりわけ100より高く、更に好適には150より高く、更に好適には200より高く、更に好適には230よりも高いものが、熱伝導性材料として適している。0℃の乾燥状態では、熱伝導率は、アルミニウムの場合には236、金の場合には314、銀の場合には429、純銅の場合には401、市販の銅の場合には240〜380、真鍮の場合には120、タングステンの場合には167、ニッケルの場合には85である。好適には、これらの材料のうちの一つ、又はこれらの材料の組み合わせを、熱伝導材料として使用する。アルミニウム又はアルミニウム合金が特に好適に使用される。
【００１６】
好適には、ハウジングは、環境の影響から密閉されるように形成される。対流による冷却のため、積極的な冷却はもはや必要なく、ハウジングに通気開口を設ける必要がないので、環境の影響に対するハウジングの密閉が可能となる。従って、保護等級IP54〜IP67に従う保護の種類により、好適に密閉される。保護の種類は、多様な環境条件に対する電気機器（例えば、デバイス、ライト、及び取付材料）の適合性、また、その使用中における危険の可能性に対する人の保護を示す。
【００１７】
測定素子は、詳細には、レーザ源、好適にはDFBレーザ及びペルティエ素子を含む。DFBレーザ（分布帰還型レーザ）は、活性材料が定期的に構造化されるレーザダイオードである。可変屈折率の構成により、一次元干渉屈折格子、又は干渉フィルタ（ブラッグ鏡）が形成される。干渉により波長選択反射になるとともに、レーザの光学フィードバックが形成される。好適には、レーザ源はDFBレーザにより提供され、ガスセル、特に分子吸収セルを介して、波長安定的に実現される。
【００１８】
ペルティエ素子により、レーザの温度は、波長同調を目的として調整される。
【００１９】
特に好適には、DFBレーザは、レーザダイオード、とりわけバタフライ型レーザダイオードに組み込まれたペルティエ素子と合わせて実現化される。
【００２０】
また、好適には、測定素子はデジタル制御装置、好適にはFPGA制御装置を含む。ファイルド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)は、デジタル技術の集積回路(IC)であり、そこに論理回路がプログラムされる。
【００２１】
また、好適には、測定素子はAD/DA変換器を含み、好適には、アナログ−デジタル変換器及びデジタル−アナログ変換器と、電圧調節モジュールの少なくともいずれかを含み、好適には、１個又は複数の負荷調節装置を含む。これらの測定素子は、好適には、ハウジングの壁部と個々に、又は全てが熱結合される。
【００２２】
測定素子は、熱伝導材料から作られるハウジングの壁部と熱結合される。そのため、測定素子の熱は、ハウジングの外壁を介して、大気へ放出される。特に好適には、ハウジングは別の部分に平坦接触で取り付けられ、例えば、ハウジングは第1機械部分に取り付けられ、或いは、冷却ブロックと平坦接触した状態で制御キャビネットに収容される。ハウジングの外壁がこの別の部分と接触することにより、ハウジング壁部からの熱は、この別の部分に放出される。特に好適には、熱伝導箔がハウジングに塗布され、この熱伝導箔も前記別の部分と接触しており、それにより、熱はハウジング壁部から熱伝導箔を介して、別の部分に確実に伝導される。外部及び内部熱伝導箔、熱伝導パッド、熱伝導ペースト。
【００２３】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計は、測定ユニットが、光導波路により測定ユニットと結合される遠隔測定ヘッドを含む。従って、干渉計のビームの誘導は、フリービーム誘導及びファイバ系の両方で可能になる。
【００２４】
基本構成において、本発明に係る干渉計は、フリービーム測定法で使用される。本方法において、測定ビームはセンサ出力を介して、測定ユニットのハウジングと結合されるとともに、空気を介して反射ユニットに向けられる。本明細書で記載される実施形態において、遠隔測定ヘッドが（付加的に）設けられ、光学導体を介して測定ユニットと連結されるとともに、光学導体を介して測定ユニットと連結されるとともに、測定ユニットからの測定ビームを測定ユニットから離れた測定ヘッドへ導く。次に、測定ビームがこの測定ヘッドから反射ユニットへ向けられ、反射された放射線は再度検出される。好適には、遠隔測定ヘッドは、光導波路、特にガラスファイバケーブルにより、測定ユニットと結合される。このファイバ系測定では、周知の方法で、光導波路で生じる光学的効果を補償する必要がある。光導波路は、100m、好適には1000m、特に好適には5000mまでの長さを有する。
【００２５】
特に好適には、１個の測定ユニットにおいて、複数の測定ビームが平行に、特に好適にはｎ個のセンサ出力を介して使用される。nは好適には、1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10である。20個、30個、40個を備えた実施形態も考えられる。これらのセンサ出力は、遠隔測定ヘッドとして、フリービーム法で、或いはファイバ結合されて実現される。特に好適には、センサ出力は、フリービーム法と、遠隔測定ヘッド結合の両方で提供される。フリービーム工程では、好適にはこれらのセンサ出力は、特に好適には３個のセンサ出力が設けられる。また好適には、ファイバ結合測定ヘッド用に３個のセンサ出力が設けられる。また好適には、フリービーム法用に３個のセンサ出力が設けられるとともに、１個、２個、又は３個の別のファイバ結合測定ヘッドも設けられる。このため、絶対距離測定に加えて２個の機械部分の間のピッチ、ヨー、回転角の少なくともいずれか、２個のワーク片のｘ方向及びｙ方向の変位（ｚは機械部分間の距離を示すように意図される）を求めることも可能である。また、特に遠隔ファイバ系測定ヘッドを使用することにより、幾つかの機械部分、即ち２個以上の機械部分と、それらの互いに関する移動動作を測定することができる。従って、光学的長さ測定システムは、第1機械部分と第2機械部分、又は第1機械部分と複数の機械部分の間の絶対距離と、相対位置移動、並びに機械振動及び１個又は複数の機械部分の操作の間に生じる第1機械部分に対するガイド誤差、特に角度誤差を測定するように提供される。
【００２６】
本発明の別の実施形態において提供される干渉計では、測定素子はファイバ‐光学部品及び小型デジタル電子部品、例えば電気通信技術で使用されるものを含み、特に、測定素子はインタフェース基板、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）基板、レーザ基板、及び光基板を含む。本発明によれば、干渉計の測定ユニットの小型化構成が可能である。好適には、請求される幾つかの基板の組合せを１個の基板上に実現するように設けられる。特に好適には、電気通信技術からの標準的なファイバ‐光学部品が使用される。好適には、レーザ源は、ガスセルを介して波長安定化させられるように構成されるDFBレーザである。本願では、波長の安定化は、好適には50ppbまでで生じる。
【００２７】
センサヘッドと基板の間の通信は、好適には、ファイバオプティクスにより生じる。残りの基板の間の通信は、電気的に、アナログ又はデジタルで生じる。
【００２８】
好適には、FPGA制御装置はFPGA基板として形成され、実時間でのデータの獲得及び処理を可能にする。好適には、FPGA基板は、迅速なクロックスピード、特に70MHzより早いクロックスピードのFPGAと、クワッドアナログ‐デジタル変換器、並びに複数のデジタル‐アナログ変換器を含む。本発明では、FPGA基板は干渉計の演算中心であり、実時間で全ての軸の位置／角度を同時に求めるように演算するだけでなく、複数の別のタスクも請け負う。FPGA基板は好適には、DFBレーザの波長の安定化も可能にし、好適には、光基板に配置される分子吸収セルを介して、レーザ基板に位置決めされる。また、好適には、FPGA基板は、レーザ基板上に位置決めされるペルティエ素子を介してDFBレーザの熱調節、並びにレーザ波長の変調／復調も行い、直交信号の生成し、又はフィルタ特性及び第2機械部分の移動速度及び距離の関数としてのシステムパラメータのダイナミック調節、及び周期的非直線性の1ナノメートル未満への低減を可能にする。また、システム及びインタフェースパラメータは、ウェブインタフェース又はインタネットインタフェースにより、FPGA基板上に載置される処理装置を介して調節され得る。
【００２９】
50MHz、特に好適には80MHzのFPGAのクロックスピードにより、500ns未満の潜在期間を達成することができる。それ故、実時間評価が可能になる。特に好適には、演算工程は、FPGAと平行に、特にソフトウェアパイプライン方式で実行され、これは、シングルスレッドの指令の平行処理に使用される。
【００３０】
レーザ基板は本質的に、信号の生成及び検出を行い、好適には、干渉計に必要なコヒーレントレーザ光の生成用のファイバ結合DFBレーザ源、更に好適には、ペルティエ素子、また更に好適にはレーザの温度制御のための温度センサ、また更に好適には４個又はそれより多くの光検出器、好適には結合増幅器回路を含む。好適には、本発明では、３個（又はそれより多く）の光検出器が、３個（又はそれより多く）のセンサ出力の干渉密度を測定し、別の光検出器が、好適には光基板に載置される分子吸収セルの伝達信号を求める。
【００３１】
光基板は、信号のルーチングを行うとともに、複数のファイバカプラ及びアイソレータに加えて、好適には、波長の安定化に用いられる分子吸収セルを含む。光基板は更に好適には、ファイバ光学部品により、センサ出力又は外部或いは遠隔センサ又は測定ヘッドと連結される。
【００３２】
インタフェース基板により、最新の実時間インタフェースを介して、周辺機器と実時間データ通信を行う。当該技術で典型的なフィールドバス用インフェース（CAN、Profinet、Profibus、Ethercat）、また好適にはEthernet、並びに、特に好適にはデジタル実時間プロトコール、例えば、AqudB及びプロプライエタリ・シリアル・プロトコールが、本発明では一体化される。位置移動のためのアナログ・サイン／コサイン信号（直交信号）も、同じインタフェースを介して出力される。また好適には、環境補償ユニットの接続のために、別のコネクタが設けられ、これにより、大気中で優勢な光学屈折率の判定が可能になり、大気条件により、1ppmより良いレーザ干渉計の絶対精度が可能になる。従って、インタフェース基板を介する様々な位置出力の可能性が存在する。特に、これは、デジタルABquer、デジタルシリアル及びアナログ・サイン／コサインインタフェース、並びに当該技術で有用なフィールドバス（CANopen、 CAN、Profibus、Profinet、Ethercat、SPI）を含む。特に好適には、ウェブインタフェースが設けられる。これにより、メカニクスの容易な構成、センサの信号品質／強度の判定、及び全てのインタフェースパラメータの調節が可能になる。
【００３３】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計では、ハウジングは75mm×75mm×200mm未満、好適には50mm×50mm×165mm未満の外寸を有する。特に好適には、ハウジングの外寸での容積は、0.001125m3未満、特に0.0004125 m3未満である。
【００３４】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計では、ハウジングは特に、少なくとも１個の領域において、冷却リブの表面が拡大されており、周囲の気塊による熱化が促される。
【００３５】
拡大表面を特にハウジング壁内部に測定素子が設けられるハウジングの外面に設けることにより、ハウジングの周囲への熱伝達が促される。特に好適には、冷却リブがハウジングの外側に設けられる。これらの冷却リブは好適には、ハウジングと一体的に構成される。これにより、熱交換、即ち周囲の気塊での熱化が効果的に達成される。
【００３６】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計では、ネジ式ブッシュがハウジングの外部に設けられる。ネジ式ブッシュは好適には、ハウジングの前端から距離「ｄ」の位置に取り付けられ、コリメータの焦点距離「ｆ」に対応し、そのため、フリービームによる測定の場合には、距離又は位置測定での熱変化の影響が最小限になる。
【００３７】
ネジ式めくら穴の代替物として、長穴がハウジング輪郭に圧入されることにより、長穴ナットにより第1機械部分への固定が可能になる。
【００３８】
好適には、アダプタ板がハウジングに取り付けられ、好適には、標準DIN EN 60715のトップハットレールへの固定が可能になる。この場合、干渉計は好適には、制御キャビネットに取り付けられ、センサヘッドは光ガイドを介して駆動される。
【００３９】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計では、反射ユニットは少なくとも１個の光学反射体、好適には少なくとも３個の光学反射体を含む。
【００４０】
センサ出力の数は、フリービーム、ファイバ結合測定ヘッドのいずれでも、第2機械部分に固定される反射体の数に対応する。これらの反射体は個々に形成され、或いは多くの個々の反射体が共通の支持体又はより大きな反射面に形成され、異なる測定ビームの反射体として機能する。従って、例えば、３個の測定ビームは第2機械部分の前端の反射体面に向けられ、また、測定ビームがこの反射体面に衝突する領域は、互いに所定距離d1、d2、d3だけ離間させられる。従って、既知のd1、d2、d3で反射体面のこれら３個の測定点間の距離を測定することにより、距離に加えて、第1機械部分に対する第2機械部分のヨー及びピッチ角（傾き）も求められる。
【００４１】
従って、好適には、幾つかの基本的な測定モードがある。特に、これらは直線位置変化の増分測定であり、互いに既知の距離及び角度である２個又は複数の測定ビームの使用による１個又は複数の角度変化の増分測定、並びにレーザ源の波長の変化制御により測定ヘッドと反射体の間の絶対位置距離の測定、及び得られた干渉パターンの分析である。
【００４２】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計は、デジタル制御装置、好適にはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイが、反射ユニットの位置判定及び温度と波長制御の少なくともいずれかを実行するように構成される。FPGAの迅速なクロックスピード及び位置情報の平行演算の少なくともいずれかにより、位置判定のバンド幅が極めて顕著になり、100MHzにまでなる。従って、位置変化の解像は、1ピコメートル(10-12m)の光の波長に依存する。
【００４３】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計では、３個の測定軸、好適には５個の測定軸、特に好適には７個の測定軸が設けられる。
【００４４】
これらは、フリービームと、所定距離で載置される測定ヘッドのいずれとしても構成され得、光学的に駆動させられるとともに、ガラスファイバにより読み取られる。
【００４５】
本願では、基本モジュールは３個の測定軸、又はより多くの数の測定軸を有し、第1及び第2機械部分の間の相対移動を測定するときに、絶対及び相対距離と、垂直軸（ヨー）周りと縦軸（ピッチ）周りの傾きを求める。
【００４６】
本発明の別の実施形態で提供される干渉計では、（例えば環境的に決まる）空気の屈折率の変化を補償するための機器が設けられる。このため、好適には、空気圧、空気温度又は空気湿度を測定することにより、測定部位での長さの空気の屈折率の変化を補償する別の電子部品の接続機器が（ハウジングの外部に又は一体化されて）設けられる。
【００４７】
本発明の目的はまた、第1機械部分及び第2機械部分の間の絶対距離及び相対位置移動の少なくともいずれかを測定する光学的長さ測定システムにより達成され、第1機械部分に(堅固に)連結される本発明に係る干渉計の光電測定ユニット、又は第1機械部分に（堅固に）連結される遠隔測定ヘッドと、この測定ヘッドは、本発明に係る干渉計の測定ユニットにファイバ結合され、第2機械部分に(堅固に)連結される少なくとも１個の反射ユニットを含む。
【００４８】
従って、第1及び第2機械部分又は複数の機械部分又は互いに関連するいくつかの機械部分の間の実時間測定、並びに機械振動及びガイド誤差、特に第1機械部分に対する１個又は複数の機械部分の操作の間に生じる角度誤差の実時間測定を行う光学的長さ測定システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る干渉計の概略図。
【図２】本発明に係る測定ユニットの一実施形態の上面閉鎖図。
【図３】本発明に係る測定ユニットの一実施形態の上面開放図。
【図４】第1機械部分及び第2機械部分の間の実時間測定のための光学的長さ測定システムの第1実施形態の図。
【図５】第1機械部分、第2機械部分及び第3機械部分の間の実時間測定のための光学的長さ測定システムの第2実施形態の図。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、本発明に係る干渉計10の概略図を示す。干渉計10は、基本モジュールとしての測定ユニット20と、そこから離れた反射ユニット40を含む。測定ユニット20はハウジング21から構成され、レーザ源22と、デジタル制御装置23と、ペルティエ素子24が収容される。レーザ源22、デジタル制御装置23及びペルティエ素子24は、ハウジング21の壁内部と熱結合されており、熱伝導箔によりハウジングに接着される。
【００５１】
ハウジング21の前端にある３個の出口を介して、３個の測定ビームS１、S2及びS３が測定ユニット20から反射ユニット40へ向けられる。そこから反射されたビームは、測定ユニット20により検出されるとともに、デジタル制御装置23を介して、実時間で評価される。
【００５２】
これにより、測定モジュール20と反射ユニット40の間の相対移動及び絶対距離の少なくともいずれかを実時間で記録することができる。
【００５３】
図２は、本発明に係る測定ユニット20の一実施形態の上面閉鎖図を示す。ハウジング21は、ハウジング21の長辺上に配置される冷却リブ31を有する。ハウジング21の前端には、３個のセンサ出力30.1、30.2、30.3が配置され、これを介して、測定ビームは測定ユニットを出て、反射された放射線が検出される。
【００５４】
図３は、本発明に係る測定ユニット20の一実施形態の上面開放図を示す。ハウジング21は、図２と同様に、冷却リブ31及びセンサ出力30.1、30.2、30.3を有する。また、光基板33並びにレーザ基板22（ペルティエ素子（独立して図示されず）を備える）が、ハウジング21内で認識される。また、デジタル制御装置はFPGA23として示されており、インタフェース基板34上に配置される。ハウジング壁部との接触は、デジタル制御装置23が熱伝導箔32を介して生じる。
【００５５】
小型化された電子及び光学部品を使用することにより、ハウジングの寸法を50mm×50mm×165mm（幅×高さ×長さ）未満に小さくすることが可能である。熱を発生させる部品（DFB-レーザ22、FPGA23、ペルティエ素子）は、本実施形態では、ハウジング21と熱結合され、ハウジング21自体はヒートシンク（対流による冷却）として使用される。所謂立法形状に加えて、本構成によれば、同等の構成容積（例えば、制御キャビネットに使用されるより平坦な構成等）を備えた他の構成形状も可能である。
【００５６】
図４は、第1機械部分51及び第2機械部分52の間の実時間測定用光学的長さ測定システムの第1実施形態を示す。２個の機械部分51、52は、矢印Aの方向へ、走行スライドを介して互いに相対移動可能である。ピッチやヨー等の移動誤差は、矢印Bに沿って生じる。測定ユニット20は第1機械部分51に堅固にネジ止めされる。測定ユニットは３個の測定ビームS1、S2、S3を、第2機械部分52に堅固に連結される反射ユニット40へ向ける。３個の測定点及び反射ユニット40の間の距離により、第1機械部分51と第2機械部分52の軸Aに沿った位置変化と、軸Bに沿った移動誤差の両方の測定が可能である。この測定は増分的（相対移動の測定）及び絶対的（絶対距離又は絶対傾き角の測定）に行われる。
【００５７】
図５は、第1機械部分51、第2機械部分52及び第3機械部分の間の実時間測定用光学的長さ測定システムの第2実施形態を示す。２個の機械部分51、52は、矢印Aの方向へ、走行スライドを介して互いに相対移動可能である。２個の機械部分53、52は、矢印Cの方向へ、走行スライドを介して互いに相対移動可能である。測定ユニット20は光導波路29を介して、２個のファイバ結合測定ヘッド28.1、28.2と連結される。測定ヘッド28.1は第1機械部分51に取り付けられるとともに、第2機械部分52上の反射ユニット40.1と整列させられる。測定ヘッド28.2は第3機械部分53に取り付けられるとともに、第2機械部分52上の反射ユニット40.2と整列させられる。測定ユニット20は制御キャビネット（図示なし）に離れた状態で収容される。
【００５８】
スライドが方向A及びCへ移動させられると、遠隔操作ヘッド28.1、28.2は第1機械部分51と第2機械部分52の間、又は第2機械部分52と第3機械部分の間の相対移動又は絶対距離を測定する。ガラスファイバ29により、離れた場所での測定ユニット20の接続が可能になり、測定ヘッド28.1及び28.2から1,000m以上離れた所に載置することも可能である。
【００５９】
このようにして、第1機械部分と第2機械部分の間の絶対距離及び相対位置の少なくともいずれかを実時間測定する干渉計、並びに、第1機械部分と第2機械部分の間の絶対距離及び相対位置の少なくともいずれかを測定する光学的長さ測定システムが提供されることにより、当該技術分野の欠点が回避される。
【符号の説明】
【００６０】
１０  干渉計
２０  測定ユニット／基本モジュール
２１  ハウジング
２２  レーザ源
２３  デジタル制御装置
２４  ペルティエ素子
２５  電圧調節モジュール
２６  空気屈折率変化補償機器
２７  AD／DA変換器
２８  遠隔（ファイバ結合）測定ヘッド
２９  光導波路
３０  センサ出力
３１  冷却リブ
３２  熱伝導箔
３３  光基板
３４  インタフェース基板
４０  反射ユニット
５０  機械部分
５１  第1機械部分
５２  第2機械部分
５３  第3機械部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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