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TWI667451B - 用於整合在機床及半導體光微影系統中的干涉位移感測器 - Google Patents

用於整合在機床及半導體光微影系統中的干涉位移感測器 Download PDF

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TWI667451B
TWI667451B TW104113764A TW104113764A TWI667451B TW I667451 B TWI667451 B TW I667451B TW 104113764 A TW104113764 A TW 104113764A TW 104113764 A TW104113764 A TW 104113764A TW I667451 B TWI667451 B TW I667451B
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machine part
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馬汀 薩齊
克勞斯 瑟尼爾
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德商亞多庫伯系統公司
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Abstract

一種干涉儀(10)，用於實時量測第一機器部分與第二機器部分間之絕對距離及/或相對位移，包括量測單元(20)及反射器單元(40)，其中該量測單元(20)包括帶至少一由導熱材料構成之壁部的殼體(21)，其中在該殼體(21)中設有多個量測元件，其中該等量測元件包括：雷射源(22)、珀耳帖元件(24)及數位控制裝置(23)，其中該等量測元件熱耦合在該殼體(21)之由導熱材料構成之該壁部上。

Description

用於整合在機床及半導體光微影系統中的干涉位移感測器
本發明係有關於一種干涉儀，特別是一種可用作整合在機床中，特別是半導體光微影系統中之位移感測器的干涉儀。本發明亦有關於一種用於量測第一機器部分與第二機器部分間之絕對距離及/或相對位移的光學長度量測系統。
用於量測第一機器部分與第二機器部分間之一維相對運動的長度量測系統已廣為人知，目前，此類長度量測系統廣泛應用於機器，特別是在切削機床或磨床上用來量測機頭與機身之相對位置，或者用來量測感測器頭/曝光頭與(廣泛應用於電子顯微技術或半導體光微影的)樣本滑座之相對位置。
由於在重複精度、絕對精度及堅固性方面的要求愈來愈高，光學玻璃度盤更能勝任此項工作，其由量測頭與玻璃度盤構成，後者鍍覆有帶習知格柵週期性的格柵，此種光學玻璃度盤對量測頭與度盤間的相對運動進行非接觸式測定。當前之常見格柵週期性為10-20μm，在此情況下，採用適宜之電子內插便能獲得最大一奈米(nm)的位置解析度。DE 10262008B4描述過一種具有玻璃度盤的長度量測系統。
近年來，亦可自市場購得全息格柵，與傳統玻璃度盤相比，全息格柵的週期性較小(<1μm)，故解析度有所提高，通常為0.1nm之數量級。DE41285958B4描述一種全息度盤。
DE19729312A1描述過一種磁度盤，其與光學量測系統相比成本較 低，但因其精度較差，故主要應用於汽車領域，而非應用於高精度製造或光微影。
有鑒於此，本發明之目的在於提供一種性能有所提高，特別是精度有所提高的實時長度量測系統，其具有多種用途及一個以上的自由度，不太需要進行外部校準，量測帶寬較大，體積較小，或者適於對鑽頭或銑刀等機械工具的運動進行直接量測。
本發明用以達成上述目的之解決方案為請求項1所述裝置。有利設計方案參閱附屬項。
本發明用以達成上述目的之解決方案尤指一種用於實時量測第一機器部分與第二機器部分間之絕對距離及/或相對位移的干涉儀，包括較佳可與該第一機器部分連接的量測單元及較佳可與該第二機器部分連接的反射器單元，其中該量測單元包括帶至少一由導熱材料構成之壁部的殼體，其中在該殼體中設有多個量測元件，其中該等量測元件包括：雷射源(特別是DFB雷射器，分佈反饋式雷射器)、珀耳帖元件及數位控制裝置(較佳為FPGA控制裝置，場可程式閘陣列控制裝置)，其中該等量測元件熱耦合在該殼體之由導熱材料構成之壁部上。
採用了用於實時量測兩個機器部分間之絕對距離或相對位移的干涉儀後，便能顯著提高測定絕對距離或相對位移時的精度-如此便能藉由雷射干涉量測法來基本上消除玻璃度盤在絕對精度方面的固有限制。在先前技術中，干涉儀通常只能用來對機器進行校準，而採用了本發明之干涉量測後，便能透過實時模式，以絕對精度遠大於玻璃度盤或全息度盤的方式，對兩個機器部分間的運動或距離進行量測。該實時模式能夠將感測器整合至機器控制，從而利用佈置在機器中的該/該等致動器而實現了閉合式控制迴路。
本發明較佳採用以下方式來量測絕對距離：該數位控制裝置，特 別是一FPGA控制裝置，藉由一珀耳帖元件來對該雷射器的波長進行週期性調節(波長之熱變化)，其中在此過程中，藉由該FPGA控制裝置對該干涉信號進行持續量測及分析。在瞭解了波長變化dλ、基本波長λ及顯著之位置變化dx後，便能根據dλ/λ=dx/x來確定量測頭與反射器間的工作距離“x”。透過對一分子吸收室之傳輸信號進行分析來對波長λ及調幅dλ進行精確測定。較佳以某種方式對該波長進行調制，從而覆蓋該分子吸收室的多個最小吸收(相當於數個奈米的dλ)。在瞭解了波長/氣室之最小吸收的狀況後，便能精確地確定dλ及λ，從而直接算出絕對距離“x”。
本發明用以達成上述目的之解決方案為，在毋需實施主動冷卻的情況下透過對流來冷卻該等量測元件，具體方式在於，將該等量測元件耦合至該殼體之導熱的外壁。先前技術中存在以下偏見：由於干涉量測之溫敏性較高，因而主動冷卻時必不可少的。而透過將發熱之量測元件熱耦合在量測單元內並實施對流冷卻，從而毋需實施主動冷卻，如此便能提供某種結構，以便在對兩個機器部分間的絕對距離或相對位移進行實時量測時首次採用干涉儀。唯有採用本發明後方能以極其緊密的方式組裝干涉儀並使其免受環境因素的影響，並能將干涉儀或量測單元與反射器單元分別安裝在兩個機器部分上，遂能對該二機器部分間的運動或距離進行實時量測。如此便能將本發明之干涉儀整合在機器，如座標量測機(CMM)中、固定在DIN EN 60715標準之工業導軌上或者安裝在電動機、內燃機或燃氣輪機上。
該干涉儀由一量測單元與一反射器單元構成。該較佳固定在該第一機器部分上的量測單元或基本模組特別是包含用於產生量測束的光學組件，在此情況下，該量測束被導引至該較佳固定在該第二機器部分上的反射器單元且其經反射之射束被該量測單元的其他組件評價，如此便能藉由干涉量測法來實時地測定該量測單元與該反射器單元 間，以及該第一機器部分與該第二機器部分間的絕對距離及/或距離變化。該干涉儀較佳由以下所構成：一與該第一機器部分固定連接之光電子感測器頭或光纖耦合之量測頭，以及多個與該第二機器部分或更多機器部分固定連接之反射器單元。
該反射器單元由一光學元件構成，其可對該量測單元所發射之輻射至少部分地進行反射。該光學反射器單元較佳可包括平面鏡、回反射器或經機器加工之材料。該反射率較佳具有較大的範圍，因此，可將未經塗佈之玻璃(反射率約為4%)，以及反射率較高的材料，如金屬(反射率>90%)，用作反射器。矽(反射率約為40%)同樣特別適合用作反射器材料。因此，該反射器單元較佳亦可為機器部分上的某個經拋光之表面或者特殊品質之表面。
該殼體較佳具有至少一由導熱材料構成的壁部，以便利用該壁部將熱量散至周圍空氣。該導熱材料較佳係指0℃條件下之導熱性λ在30W/(m．K)以上，特別是在100以上，尤佳在150以上，較佳在200以上，最佳在230以上的材料。就0℃時在乾燥條件下的導熱性而言，鋁為236，金為314，銀為429，純銅為401，商品銅為240-380，黃銅為120，鎢為167，鎳為85。較佳將上述材料中的一種或者上述材料的一組合物用作導熱材料。尤佳採用鋁或鋁合金。
該殼體較佳採用密封式構建方案以免受環境因素的影響。採用對流冷卻後便毋需實施主動冷卻，故毋需在殼體中設置通風口，從而實現了殼體的密封保護以免受環境因素的影響。如此便能實現防護等級為IP54至IP57的保護。該防護等級表明，電氣操作組件(如殼體、燈具及安裝材料)適用於不同的環境條件，且在使用過程中免受潛在的人身傷害。
該等量測元件特別是包括雷射源(較佳係DFB雷射器)及珀耳帖元件。DFB雷射器(Distributed feedback laser-分佈反饋式雷射器)係指某 些雷射二極體，其激活材料係被週期性構造化。該等具有交替式折射率的結構構成一維的干涉格柵或干涉濾光片(布拉格鏡)。該干涉引起波長可選擇性之反射並形成雷射器的光學反饋。該雷射源較佳由一DFB雷射器形成，其透過氣室，特別是分子吸收室而實現波長穩定。
該珀耳帖元件用於調節雷射器溫度以便進行波長調諧。
該DFB雷射器尤佳與一整合式珀耳帖元件一起位於一雷射二極體中，尤佳實施為蝶形雷射二極體。
該等量測元件較佳還包括數位控制裝置，較佳FPGA控制裝置。場可程式閘陣列(FPGA)係指數位技術之可程式化一邏輯電路的積體電路(IC)。
該等量測元件較佳還可包括AD/DA轉換器，其由以下所構成：模/數轉換器與數/模轉換器及/或一調壓模組，較佳一或多個負載點調節器。該等量測元件較佳同樣-單獨或全部-熱耦合在該殼體之壁部上。
該等量測元件係熱耦合在該殼體之由導熱材料構成的壁部上。如此便能透過殼體外壁將該等量測元件的熱量散至周圍空氣。該殼體尤佳以面接觸的方式安裝在另一部分上，舉例而言，該殼體安裝在第一機器部分上或者以與一冷卻塊面接觸的方式安裝在一控制櫃中。該殼體之外壁與該另一部分發生接觸，如此便能將熱量自殼體壁散至該另一部分。尤佳在該殼體上鍍覆有導熱薄膜，其亦與該另一部分發生接觸從而將熱量自殼體壁散至該另一部分。外部及內部之導熱薄膜/導熱襯墊/導熱糊
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其量測單元包括一遠端量測頭，其藉由一光波導與該量測單元耦合。在此情況下，可透過自由射束導引或基於光纖之射束導引來對該干涉儀實施射束導引。
在本發明的該基本實施方案中，該干涉儀可採用自由射束量測法。其中，量測束經由感測器出口自量測單元之殼體輸出並穿過空氣 被導引至反射器單元。在本文所描述之實施方式中，(另)設有一遠端量測頭，其透過光導體與量測單元連接並將量測束自量測單元導引至一自該量測單元遠端量測頭。隨後，量測束被自該量測頭出發導引至反射器單元，並對經反射之輻射重新進行偵測。較佳藉由一光波導，特別是一光纜將該遠端量測頭耦合至量測單元。採用此種基於光纖之量測時，需要以習知方式對出現在該光波導中的光學效果進行補償。該光波導的長度可為最大100m，較佳為最大1000m，尤佳為最大5000m。
尤佳可在量測單元中平行設置多個量測束，尤佳設有n個感測器出口。數目n較佳為1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。亦可為20、30或40。該等感測器出口可以光纖耦合的方式應用於自由射束法中或者實施為遠端量測頭。該等感測器出口尤佳既用於自由射束法又用於耦合遠端量測頭。較佳設有三個感測器出口，尤佳三個用於自由射束法的感測器出口。進一步較佳地，設有三個用於光纖耦合之量測頭的感測器出口。進一步較佳地，設有三個用於自由射束法的感測器出口，以及一個、兩個或三個更多的光纖耦合之量測頭。因此，除進行絕對距離量測外還可測定兩個機器部分間之俯仰角、偏轉角及滾動角以及該等工件間之沿x向及y向的偏移(其中z向表示和到呢個機器部分間的距離)。此外特別是在採用了該等遠端之基於光纖的量測頭後，便能對多個機器部分以及彼此之運動特性(亦對兩個以上的機器部分)進行量測。有鑒於此，本發明提供一種光學長度量測系統，用於對第一機器部分與第二機器部分間或者第一機器部分與多個機器部分間或者多個機器部分彼此間的絕對距離及相對位移進行量測，以及用於對在一或多個機器部分移動過程中所出現之相對該第一機器部分的機器振動及導引錯誤-特別是角度錯誤-進行量測。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，在該干涉儀中，該等 量測元件包括若干例如應用於遠程通信技術的光纖組件及小型化數位電子設備，特定言之，該等量測元件包括介面板、場可程式閘陣列(FPGA)板、雷射板及光路板。如此便能實現干涉儀之量測單元的小型化設計方案。較佳在一板件上實現多個上述板件之組合。尤佳採用遠程通信領域中的標準化光纖組件。該雷射源較佳為某種DFB雷射器，其透過氣室而實現波長穩定。較佳將波長穩定在50ppb的水平上。
該等感測器頭與該等板件間之通信較佳以光纖之方式進行。其餘板件間之通信以電性模擬或數位之方式進行。
該FPGA控制裝置較佳構建為FPGA板且實現了實時的資料收集及資料處理。該FPGA板較佳包含一FPGA、一四重模/數轉換器及多個數/模轉換器，該FPGA具有較快的脈衝，特別是具有70MHz以上的脈衝。該FPGA板為該干涉儀的中央運算地點，其不僅實時地同步算出所有軸線之位置/角度，還負責執行多項任務。較佳地，該FPGA板還透過一較佳位於光路板上的分子吸收室，來對較佳位於雷射板上之DFB雷射器的波長起穩定作用。此外，該FPGA板較佳還透過一較佳位於該雷射板上的珀耳帖元件來對該DFB雷射器進行熱調節，以及對雷射波長進行調制/解調以產生一正交信號，或者利用移動速度與與第二機器部分的距離之函數的形式來對濾光片特性及系統參數進行動態匹配，並將週期性非線性降至1奈米以下。還可透過一位於該FPGA板上的處理器來藉由一web介面或一網路介面以調節系統參數及介面參數。
透過該FPGA之50MHz，尤佳80MHz的脈衝，便能達到至少500ns的潛時。從而實現實時評價。尤佳在該FPGA中利用軟體Pipelining並行地執行運算步驟，以便對各執行緒之指令進行並行處理。
該雷射板主要用於信號產生及信號偵測，其較佳包含一用於產生干涉所需之同調雷射光的光纖耦合之DFB雷射源，進一步較佳一珀耳帖元件及進一步較佳一用於對該雷射器進行溫度控制的溫度感測器， 以及進一步較佳四個或四個以上光電感測器及進一步較佳其所屬之放大電路。在此情況下，較佳三個(或三個以上)光電感測器負責對該等三個(或三個以上)感測器出口之干涉強度進行量測，而另一光電感測器則確定一較佳位於該光路板中之分子吸收室的傳輸信號。
該光路板用於進行信號路由，該光路板除多個光纖耦合器及絕緣體外較佳還包含一用於實現波長穩定的分子吸收室。該光路板較佳還藉由光纖與若干感測器出口或者若干外部或遠端感測器頭或量測頭連接。
該介面板用於透過若干現代的實時介面與外圍設備進行實時資料通信。此處較佳係指整合於工業常見之現場匯流排(CAN、Profinet、Profibus、Ethercat)以及較佳Ethernet以及尤佳數位實時協議(如AquadB及專用串行協議)，的介面。透過該等介面便能輸出模擬的正弦/餘弦信號(正交信號)以實現位置傳輸。進一步較佳地，設有另一用於連接一環境補償單元的接頭-如此便能測定周圍空氣中的折射率，從而將該雷射干涉儀在周圍條件下的絕對精度提高至1ppm(百萬分之一)以上。故該介面板能夠實現不同的位置輸出方案。特定言之，此舉包括若干數位的ABquer、數位的串行介面及模擬的正弦/餘弦介面，以及工業常見之現場匯流排(Canopen、CAN、Profibus、Profinet、Ethercat、SPI)中的介面。尤佳設有一web介面。如此便能構建機械裝置、確定感測器之信號品質/信號強度以及對所有介面參數進行校準。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其殼體之外部尺寸為小於75mmx75mmx200mm，較佳小於50mmx50mmx165mm。具有該外部尺寸之殼體的體積尤佳小於0.001125m3，特別是小於0.0004125m3。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其殼體的至少一區域具有有所增大的表面，特別是散熱片，該表面促進了與周圍空氣量的 熱能化。
特別是在該殼體之在殼體壁之內側佈置有量測元件的外表面的區域內設置一有所增大的表面，有助於朝殼體周圍進行熱傳遞。尤佳在該殼體之外表面上設置散熱片。該等散熱片較佳與該殼體整合在一起。此舉有利於進行熱交換，即用周圍的空氣量進行熱能化。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其殼體之外表面上設有一螺紋套管。該螺紋套管較佳與該殼體之端面間隔距離“d”，該距離等於準直儀之焦距，從而將溫度波動對距離量測或位置量測(藉由自由射束進行量測的情況下)的影響降至最低。
作為螺紋盲孔之替代方案，亦可往殼體輪廓壓入若干凹槽，其作用在於，藉由若干開槽螺母固定在第一機器部分上。較佳將若干襯板安裝在該殼體上，該等襯板用於固定在標準DIN EN 60715的導軌上。在此情況下，該干涉儀較佳安裝在一開關櫃中，其透過導光體來控制感測器頭。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其反射器單元包括至少一光學反射器，較佳至少三個光學反射器。
用於自由射束或者用於光纖耦合之量測頭的感測器出口的數目，與固定在該第二機器部分上之反射器的數目相等。該等反射器可採用個別構建方案，或者一定數目之反射器佈置在同一載體或一較大的反射面上，該反射面用作針對不同量測束的發射器。舉例而言，可將三個量測束導引至位於該第二機器部分之端面上的一反射器面，並使得該等量測束在該反射器面上的入射區域間間隔某個預設距離d1、d2、d3。如此便能在d1、d2及d3已知的情況下，透過對該反射器面上之該等三個量測點進行測距，來在該二機器部分之間距外亦測定該第二機器部分相對該第一機器部分的偏轉角及俯仰角(傾角)。
因此，較佳存在多種基本量測模式。特定言之，採用兩個或兩個 以上彼此處於已知之距離及角度的量測束來對線性位置變化進行增量量測、對一或多個角度變化進行增量量測，以及透過可控地改變雷射源的波長並對由此而產生之干涉模式進行分析，來對量測頭與反射器間的絕對距離進行量測。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其數位控制裝置，較佳該場可程式閘陣列，適於實施該反射器單元之位置測定以及/或者實施溫度調節及波長調節。透過該FPGA之較快的脈衝以及/或者透過對位置資訊進行並行運算，該位置測定可具有極高的帶寬，甚至達到100MHz。該位置變化的解析度可達到1皮米(10-12m)。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其中該干涉儀配設有三個量測軸線，較佳配設有5個量測軸線，尤佳配設有7個量測軸線。
該等量測軸線可實施為自由射束，亦可具有間隔一定距離的量測頭，其藉由一玻璃纖維而被光學控制及讀取。
該基本模組通常具有三個量測軸線或者三個以上量測軸線，該等量測軸線在第一機器部分與第二機器部分間進行相對運動量測時既測定絕對距離及相對距離，又測定圍繞豎軸之傾斜(偏轉)及圍繞橫軸之傾斜(俯仰)。
根據本發明的另一實施例，設有一干涉儀，其設有另一用於對空氣之折射率的(如環境相關)變化進行補償的裝置。為此而較佳設有一用於連接更多電子設備的裝置(外部或整合於殼體中)，其透過量測氣壓、氣溫或空氣濕度來對在量測路徑之長度上之空氣折射率的變化進行補償。
本發明用以達成上述目的之另一解決方案為一種用於量測第一機器部分與第二機器部分間之絕對距離及/或相對位移的光學長度量測系統，由本發明之干涉儀的一與該第一機器部分(固定)連接之光電子量測單元，或一與該第一機器部分(固定)連接之遠端量測頭，其與 本發明之干涉儀的一量測單元光纖耦合，與至少一與該第二機器部分(固定)連接之反射器單元，構成。
有鑒於此，本發明提供一種光學長度量測系統，用於對第一機器部分與第二機器部分間或者第一機器部分與多個機器部分間或者多個機器部分彼此間的絕對距離及相對位移進行實時量測，以及用於對在一或多個機器部分移動過程中所出現之相對該第一機器部分的機器振動及導引錯誤-特別是角度錯誤-進行實時量測。
10‧‧‧干涉儀
20‧‧‧量測單元/基本模組
21‧‧‧殼體
22‧‧‧雷射源
23‧‧‧數位控制裝置
24‧‧‧珀耳帖元件
25‧‧‧調壓模組
26‧‧‧用於補償空氣之折射率變化的裝置
27‧‧‧AD/DA轉換器
28‧‧‧遠端(光纖耦合)量測頭
29‧‧‧光波導
28.1‧‧‧量測頭
28.2‧‧‧量測頭
30‧‧‧感測器出口
30.1‧‧‧感測器出口
30.2‧‧‧感測器出口
30.3‧‧‧感測器出口
31‧‧‧散熱片
32‧‧‧導熱薄膜
33‧‧‧光路板
34‧‧‧介面板
40‧‧‧反射器單元
40.1‧‧‧反射器單元
40.2‧‧‧反射器單元
41‧‧‧光學反射器
41.1‧‧‧光學反射器
41.2‧‧‧光學反射器
41.3‧‧‧光學反射器
50‧‧‧機器部分
51‧‧‧第一機器部分
52‧‧‧第二機器部分
53‧‧‧第三機器部分
A‧‧‧箭頭，軸線
B‧‧‧箭頭，軸線
C‧‧‧箭頭
S1‧‧‧量測束
S2‧‧‧量測束
S3‧‧‧量測束
更多有利設計方案參閱附圖。
圖1為本發明之干涉儀的示意圖；圖2為本發明之量測單元的一實施例之閉合俯視圖；圖3為本發明之量測單元的一實施例之曝露俯視圖；圖4為用於在第一機器部分與第二機器部分間進行實時量測之光學長度量測系統的第一實施例；及圖5為用於在第一機器部分、第二機器部分與第二機器部分間進行實時量測之光學長度量測系統的第二實施例。
圖1為本發明之干涉儀10的示意圖。干涉儀10包括作為基本模組的量測單元20及自該量測單元遠離的反射器單元40。量測單元20由殼體21構成，該殼體中容置有雷射源22、數位控制裝置23及珀耳帖元件24。雷射源22、數位控制裝置23及珀耳帖元件24藉由一導熱薄膜與殼體21黏接在一起，從而與該殼體之壁部的內表面熱耦合。干涉儀10設有另一用於對空氣之折射率的變化進行補償的裝置26。
經由殼體21之端面上的三個出口可將三個量測束S1、S2及S3自量測單元20導引至反射器單元40。量測單元20對該反射器單元所反射的射束進行偵測，並透過數位控制裝置23對其進行實時評價。
如此便能偵測量測模組20與反射器單元40間的相對運動及/或絕對距離。
圖2為本發明之量測單元20的一實施例之閉合俯視圖。殼體21具有若干佈置在殼體21之縱側的散熱片31。殼體21之端面上佈置有三個感測器出口30.1、30.2及30.3，以便該等量測束自該量測單元輸出以及對反射之輻射進行偵測。
圖3為本發明之量測單元20的一實施例之曝露俯視圖。與圖2相同，殼體具有散熱片31及感測器出口30.1、30.2及30.3。除上述元件外，在殼體21中還設有光路板33及雷射源22(包含珀耳帖元件-未作詳細繪示)。還設有作為FPGA23的數位控制裝置，其佈置在介面板34上方。透過導熱薄膜32來為數位控制裝置23與殼體壁建立接觸。
採用該等小型化電子與光學組件後，便能將殼體尺寸減至50mmx50mmx165mm(寬度x高度x長度)。在此情況下，該等發熱組件(DFB雷射源22、FPGA23、珀耳帖元件)與殼體21熱連接，殼體21本身用作散熱體(對流冷卻)。除上述之立方形外，此種結構亦可實現體積相當之其他結構形式(如適用於開關櫃的扁平結構)。
圖4為用於在第一機器部分51與第二機器部分52間進行實時量測之光學長度量測系統的第一實施例。干涉儀10配設有至少三個量測軸線，特別是配設有六個量測軸線。數位控制裝置23經配置以測定第一及第二機器部分51、52間之傾斜、俯仰、滾動、偏轉及偏移。該二機器部分51、52可透過滑座在箭頭A所示方向上相對地移動。可能在箭頭B之方向上出現移動錯誤，如俯仰及偏轉。第一機器部分51上旋緊有量測單元20。該量測單元將三個量測束S1、S2及S3指向與該第二機器部分52固定連接的反射器單元40。反射器單元40包括至少一光學反射器41，特別是至少三個光學反射器41.1，41.2，41.3。反射器單元40上的三個量測點係間隔一定距離佈置，因此，既能對第一機器部分51 與第二機器部分52間之沿軸線A的位置變化進行量測，又能量測沿軸線B的移動錯誤。可透過增量的方式(量測相對運動)或者絕對的方式(量測絕對距離或絕對傾角)實施此種量測。
圖5為用於在第一機器部分51、第二機器部分52與第二機器部分53間進行實時量測之光學長度量測系統的第二實施例。該二機器部分51、52可透過滑座在箭頭A所示方向上相對地移動。該二機器部分53、52可透過滑座在箭頭C所示方向上相對地移動。量測單元20透過光波導29與兩個光纖耦合之量測頭28.1及28.2連接。量測頭28.1安裝在第一機器部分51上並指向位於第二機器部分52上的反射器單元40.1。量測頭28.2安裝在第三機器部分53上並指向位於第二機器部分52上的反射器單元40.2。量測單元20係遠離地安裝在一開關櫃(未繪示)中。
滑座沿A向及C向移動時，該等遠端量測頭28.1及28.2對第一機器部分51與第二機器部分52間或者第二機器部分52與第三機器部分52間的相對運動或絕對距離進行量測。光波導29為量測單元20建立遠程連接-與量測頭28.1及28.2的距離可能在1000米以上。
透過上述方式便能提供一種用於實時量測第一機器部分與第二機器部分間之絕對距離及/或相對位移的干涉儀，以及一種用於量測第一機器部分與第二機器部分間之絕對距離及/或相對位移的光學長度量測系統，其克服了先前技術中的缺點。

Claims (13)

  1. 一種光學長度量測系統，用於量測一第一機器部分與一第二機器部分間之絕對距離及/或相對位移，該光學長度量測系統包含具有一光電子量測單元及一反射器單元之干涉儀，該反射器單元包含至少一光學反射器；該光電子量測單元包括具有由導熱材料構成之至少一壁部的殼體，該導熱材料具有在0℃條件下之導熱性λ值為30W/(m．K)以上，該殼體具有小於75mmx75mmx200mm之外部尺寸，其中在該殼體中設有多個量測元件，該等量測元件包括一雷射源、一珀耳帖元件及一數位控制裝置，其中該等量測元件經由一導熱介質直接設置並熱耦合至該殼體之該至少一壁部，該至少一壁部由該導熱材料構成，以透過對流來促進冷卻，且該等量測元件包括若干光纖組件及小型化數位電子設備：且其中該光電子量測單元包含一與該第一機器部分固定連接之一遠端量測頭，該遠端量測頭與該光電子量測單元藉由一光波導光學耦合，且其中該反射器單元與該第二機器部分固定連接。
  2. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該等量測元件包括一介面板、一場可程式閘陣列(FPGA)板、一雷射板及一光路板。
  3. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該導熱材料由以下材料中的一個或者由以下材料之組合構成：鋁、銀、銅。
  4. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該殼體具有小於50mmx50mmx165mm之外部尺寸。
  5. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該殼體於至少一區域中具有一有所增大的表面，特別是散熱片，該表面促進了與周圍空氣量的熱能化。
  6. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該至少一光學反射器包括至少三光學反射器。
  7. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該數位控制裝置經配置以實施該反射器單元之一位置測定以及/或者實施溫度調節及波長調節。
  8. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該干涉儀配設有至少三個量測軸線。
  9. 如請求項1之光學長度量測系統，其中設有另一用於對空氣之折射率的變化進行補償的裝置。
  10. 如請求項8之光學長度量測系統，其中該干涉儀配設有六個量測軸線。
  11. 如請求項8之光學長度量測系統，其中該數位控制裝置經配置以測定該第一及第二機器部分間之一傾斜、俯仰、滾動、偏轉及一偏移。
  12. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該光波導是一光纖纜線。
  13. 如請求項1之光學長度量測系統，其中該遠端量測頭及反射器單元經配置以於其間分別傳送與反射一光束。
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