DE10308016A1

DE10308016A1 - Verschiebungsmessgerät mit Interferenzgitter

Info

Publication number: DE10308016A1
Application number: DE10308016A
Authority: DE
Inventors: Motohiro Osaki; Masaki Tomiya
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: DE10308016B4; JP4077637B2; US20030160966A1; CN1441224A; US6956654B2; CN1215308C; JP2003247867A

Abstract

Ein Verschiebungsmessgerät ermöglicht es, dass mehrere Lichtstrahlen an Positionen auf einem Maßstab auftreffen oder an Punkten auf einem Maßstabgitter gebeugt werden, die weiter voneinander entfernt sind, als die Größe des Durchmessers der Lichtstrahlen auf dem Maßstabgitter ist, wobei ein Einfallwinkel jedes Lichtstrahls auf dem Maßstab im Wesentlichen gleich einem Ausfallwinkel des gebeugten Lichtstrahls jedes Lichtstrahls ist. Dies macht die Stärke eines Detektionssignals im Wesentlichen unabhängig von Schwankungen im Abstandswinkel und ermöglicht das Bereitstellen guter Signale. Folglich ist es möglich, das Gerät in einfacher Weise an einer Vorrichtung anzubringen und erlaubt eine verbesserte Anwendbarkeit des Messgeräts.

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschiebungsmessgerät mit einem Interferenzgitter, das es ermöglicht, dass ein Lichtstrahl aus einer kohärenten Lichtquelle aus verschiedenen Richtungen auf einen Maßstab einfällt und entsprechende gebeugte Lichtstrahlen miteinander interferieren, wodurch ein Detektionssignal bereitgestellt wird. Das Gerät ist geeignet u. a. zur Anwendung in einem linearen Codierer zum Messen der relativen Verschiebung zwischen einem Sensorabschnitt und einem Maßstab, einer Messvorrichtung, etwa einem linearen Messinstrument, in der der lineare Codierer eingebaut ist, oder einem Formmessgerät, einem Messgerät, etwa zum Messen innerer und äußerer Durchmesser und einer Vorrichtung zum Positionieren oder Steuern der Geschwindigkeit einer Halterung einer Maschine oder einer Inspektionsanlage.

Beschreibung des Stands der Technik

Optische Codierer, die einen Maßstab mit optischen Kalibriermarken verwenden, die unter einem konstanten Abstand zur Erzeugung zyklischer Detektionssignale gebildet sind, sind weit verbreitet. Als einer der optischen Codierer dieser Art, der eine verbesserte hohe Auflösung aufweist, wird ein Gerät mit einem Interferenzgitter zum Erfassen der Verschiebung vorgeschlagen, wobei der Maßstab mit Kalibriermarken unter einem feinen Abstand vorgesehen ist, wobei die Holographietechnik angewendet wird, um die Kalibriermarken als Beugungsgitter zu verwenden, um damit wirksam eine Beugung zu erzeugen und ein Detektionssignal bereitzustellen.

Fig. 1 zeigt ein Gerät mit einem Beugungsgitter zum Erfassen der Verschiebung, das der Anmelder dieser Erfindung in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. Hei 1-185415 vorgeschlagen hat. Das Verschiebungsmessgerät umfasst einen Maßstab 10, der aus einem Beugungsgitter mit einem Abstand p mit der gleichen Größenordnung als die Wellenlänge λ einer Lichtquelle, beispielsweise 1 µm oder darunter, aufgebaut ist. Das Gerät umfasst ferner einen Sensorbereich 20, der eine kohärente Lichtquelle (im Weiteren einfach als eine Lichtquelle bezeichnet wird) 32, etwa eine Laserdiode (LD), zum Beleuchten des Beugungsgitters mit einem Laserstrahl 14 mit einer Wellenlänge λ aufweist, eine Kollimatorlinse 34, Lichtaufnahmeelemente 22A, 22B und 22C zur optoelektronischen Umwandlung einer kombinierten Welle aus mehreren Lichtstrahlen, die von dem Beugungsgitter erzeugt werden, Polarisatoren 28B, 28C und ein λ-Viertel- Plättchen 30. Das Gerät ist so ausgestaltet, um ein Detektionssignal zu erzeugen, das in Abhängigkeit von der relativen Verschiebung zwischen dem Maßstab 10 und dem Sensorbereich 20 periodisch variiert. In diesem Messgerät umfasst der Sensorbereich 20 einen Halbspiegel 40 zum Halbieren des Laserstrahls 14 aus der Lichtquelle 32, und ein Paar Spiegel 42A und 42B, die es ermöglichen, dass die halbierten Laserstrahlen symmetrisch auf den gleichen Beugungspunkt 10A auf dem Beugungsgitter unter dem gleichen Einfallswinkel θ fallen. Das Messgerät ist ferner so ausgestaltet, dass es einen Einfallswinkel θ und einen Beugungswinkel φ (φ < θ) aufweist, die sich voneinander in einem Maße unterscheiden, dass ein Lichtstrahl Nullter-Ordnung einer der beiden halbierten einfallenden Lichtstrahlen a und b und ein (gebeugter) Lichtstrahl erster Ordnung des anderen Lichtstrahls auf dem Beugungsgitter voneinander getrennt werden können. Die getrennten Lichtstrahlen erster Ordnung werden von einem Paar Spiegeln 44A und 44B reflektiert, so dass diese senkrecht zueinander durch die Polarisatoren 46A und 46B polarisiert werden, und ihre entsprechende kombinierte Welle kann dann auf die Lichtaufnahmeelemente 22A, 22B und 22C durch die Halbspiegel 48 und 50 fallen.

In diesem Verschiebungsmessgerät trifft ein Lichtstrahl auf den Maßstab 10 unter dem Einfallswinkel θ und wird davon unter dem Beugungswinkel φ, gebeugt, wobei diese Winkel sich voneinander unterscheiden. Da ferner das Gerät so ausgebildet ist, um die relative Verschiebung zwischen dem Maßstab 10 und dem anderen Bereich (dem Sensorbereich 20) zu messen, ist das Gerät an einer anderen Vorrichtung angebracht, so dass der Maßstab 10 und der Sensorbereich 20 auf unterschiedlichen Elementen montiert sind, so dass eines von beiden verschoben werden kann.

Bei dieser Anordnung des optischen Systems ist anzunehmen, dass ein Abstandswinkel (die Ortsabhängigkeit von Drehrichtungen in der Zeichnung aus Fig. 2, die den Hauptteil des optischen Systems zeigt) zwischen dem Sensorbereich 20 und dem Maßstab von der günstigen Position abweicht. In diesem Falle nimmt der Aussendewinkel φ von dem Maßstab 10 unterschiedliche Werte für den rechten und den linken optischen Weg an. Wie daher in Fig. 3 gezeigt ist, zeigen die gemessenen Werte des Ausgangssignalpegels gegenüber dem Abstandswinkel, wobei der Abstandswinkel variiert wird, dass der Kontrast auf Grund der Interferenz verringert ist, wodurch eine Beeinträchtigung des Ausgangssignalpegels auftritt. Dies ergab ein Problem dahingehend, dass ein ausreichendes Leistungsverhalten nicht mehr möglich war.

Um daher die Funktionsfähigkeit eines Geräts mit einem Interferenzgitter zum Messen der Verschiebung, das das in Fig. 1 gezeigte optische System aufweist, im vollen Umfange nutzen zu können, ist es notwendig, den Abstandswinkel einzustellen, wenn es an einer Vorrichtung angebracht wird, um somit ein Ausgangssignal mit maximalem Pegel zu liefern. Ferner muss eine zusätzliche Einstellung für eine weitere Richtung ausgeführt werden, wodurch Justierungen für zwei Richtungen erforderlich sind. Dies führt zu dem Problem, dass es zeitaufwendig ist, das Gerät an einer Vorrichtung zu befestigen.

In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei. 1-185415 ist ferner ein modifiziertes Beispiel beschrieben, in dem der Einfallswinkel θ im Wesentlichen gleich zu dem Beugungswinkel φ ist, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Da jedoch der Lichtstrahl nullter Ordnung und der Lichtstrahl erster Ordnung untrennbar miteinander vermischt sind, konnten keine guten Signale erhalten werden.

Überblick über die Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die im Stand der Technik bekannten Probleme erdacht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Stärke eines Detektionssignals von Änderungen im Abstandswinkel unabhängig zu machen und gute Signale bereitzustellen, wodurch das Messgerät in einfacher Weise an einer Vorrichtung angebracht werden kann und es einfacher ist, das Messgerät anzuwenden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Gerät mit einem Interferenzgitter zum Messen von Verschiebungen bereit, das es ermöglicht, dass ein Lichtstrahl von einer kohärenten Lichtquelle auf einen Maßstab in mehreren Richtungen einfällt und entsprechende gebeugte Lichtstrahlen miteinander interferieren, um ein Detektionssignal bereitzustellen. Das Messgerät löst die zuvor genannten Probleme, indem es so ausgestaltet ist, dass die mehreren Lichtstrahlen auf ein Maßstabsgitter an Positionen einfallen, die voneinander weiter beabstandet sind, als ein Durchmesser der Lichtstrahlen auf dem Maßstabsgitter ist, und indem ein Einfallswinkel jedes Lichtstrahls auf dem Maßstab und ein Aussendewinkel eines gebeugten Lichtstrahls jedes Lichtstrahls im Wesentlichen gleich zueinander sind.

Das Messgerät kann ferner so ausgestaltet sein, dass die mehreren Lichtstrahlen an unterschiedlichen Positionen auf einer Oberfläche des Maßstabs einfallen, wodurch diese auf dem Maßstabsgitter an Positionen eintreffen, die weiter voneinander entfernt sind als ein Durchmesser der Lichtstrahlen auf dem Maßstabsgitter.

Alternativ kann das Messgerät so ausgestaltet sein, dass die mehreren Lichtstrahlen an einer Position auf der Oberfläche des Maßstabs einfallen und dann über die Dicke des Glases zu dem Maßstabsgitter laufen, um damit auf ein Maßstabsgitter an Stellen einzufallen, die weiter voneinander entfernt sind, als ein Durchmesser der Lichtstrahlen auf dem Maßstabsgitter ist.

Das Messgerät kann ferner mit einer Apertur zum Begrenzen des Durchmessers der Lichtstrahlen, die auf dem Maßstab einfallen, ausgestattet sein, um sicherzustellen, dass der Lichtstrahl nullter Ordnung und die gebeugten Lichtstrahlen erster Ordnung voneinander separiert sind.

Das Messgerät kann ferner eine Einrichtung zum Unterbrechen eines von dem Maßstab von den mehreren Lichtstrahlen ausgesandten Lichtstrahls aufweisen, um sicherzustellen, dass der Lichtstrahl nullter Ordnung und der gebeugte Lichtstrahl erster Ordnung voneinander separiert sind.

Erfindungsgemäß bewirkt eine Variation des Befestigungswinkels zwischen dem Maßstab und dem Detektor lediglich eine geringe Beeinträchtigung der Effizienz der Detektionssignale, wodurch keine Justierarbeit für das Gerät, das an einer Vorrichtung zu befestigen ist, zu leisten ist. Die Ortsabhängigkeit zwischen dem Messgerät und der Vorrichtung kann ausschließlich durch die Maschinengenauigkeit einer Montagereferenzoberfläche vorgegeben sein. Dies ermöglicht nicht nur ein Erleichtern des Hantierens des optischen Geräts, sondern vermeidet auch spezielle Justiermechanismen, wodurch es möglich ist, den Aufbau zu vereinfachen und damit die Anzahl der verwendeten Teile zu verringern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorherige Aufgabe, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile davon gehen aus der folgenden Beschreibung der Erfindung hervor, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen studiert wird, wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnlichen Teile kennzeichnen; es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines optischen Weges, der die Konfiguration eines konventionellen Gerätes mit einem Interferenzgitter zum Detektieren der Verschiebung zeigt, das der Anmelder in japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei. 1-185415 vorgeschlagen hat;
Fig. 2 eine Ansicht eines optischen Weges, der den Hauptanteil des optischen Weges aus Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 einen Graphen, der die Änderung der Ausgangssignalstärke gegenüber dem Abstandswinkel in dem optischen System aus Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 eine Ansicht eines optischen Weges, der die Konfiguration eines modifizierten Beispiels zeigt, das von dem Anmelder in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei. 1-185415 beschrieben ist;
Fig. 5 eine Darstellung eines optischen Weges, der eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt;
Fig. 6 einen Graphen, der in beispielhafter Weise die Änderung der Ausgangssignalstärke gegenüber dem Abstandswinkel gemäß der ersten Ausführungsform darstellt; und
Fig. 7 eine Darstellung eines optischen Weges, der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 5 zeigt ein Gerät mit einem Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ähnlich zu dem konventionellen Messgerät ist, das in Fig. 4 gezeigt ist. Das Messgerät gemäß dieser Ausführungsform umfasst beispielsweise eine kreisförmige Apertur 60, die in der Nähe der Austrittsseite einer Kollimatorlinse 34 angebracht ist, um den Durchmesser eines auf einem Maßstab 10 einfallenden Lichtstrahls zu beschränken. In dieser Messvorrichtung werden Einfallsorte 10A und 10B zweier Lichtstrahlen auf dem Maßstab 10 so bestimmt, dass diese ausreichend weiter voneinander beabstandet sind, als das Maß des Durchmessers des Lichtstrahls beträgt, der durch die Größe der Apertur 60 definiert ist. Ferner wird ein polarisierender Strahlteiler 62 anstelle des Halbspiegels 40 verwendet, um die Polarisation der beiden auf den Maßstab 10 einfallenden Lichtstrahlen zu ändern. In der Nähe der durchlässigen Seite des Maßstabs 10 sind ferner Polarisationsplatten 64A und 64B vorgesehen, die so orientiert sind, um den polarisierten Lichtstrahl nullter Ordnung wegzuschneiden und den polarisierten Lichtstrahl erster Ordnung durchzulassen.
Wie gezeigt sind Linsen 66A und 66B und lichtempfangende Elemente 68A und 68B vorgesehen, die dazu beabsichtigt sind, Referenzsignale aus den Lichtstrahlen, die durch die Halbspiegel 44A und 44B hindurchtreten, beispielsweise aufzunehmen, um eine Rückkopplungssteuerung für die Lichtintensität der LD 32 zu liefern. Ferner ist ein nicht polarisierender Strahlteiler (Halbspiegel) 70 vorgesehen. Des weiteren sind eine polarisierende Platte 74A, eine Linse 76A und ein lichtempfangendes Element 78A vorgesehen, um ein A-Phasensignal von dem durch den Halbspiegel 70 hindurchgehenden Licht aufzunehmen. Ferner ist ein λ-Viertel-Plättchen 72B, eine polarisierende Platte 74B, eine Linse 76B und ein lichtempfangendes Element 78B vorgesehen, um von dem Licht, das durch den Halbspiegel 70 hindurchtritt, ein B- Phasensignal aufzunehmen, das in Bezug auf das A-Phasensignal um 90° phasenverschoben ist.
In dieser Ausführungsform wird der von der LD 32 ausgesandte Lichtstrahl durch die Kollimatorlinse 34 gebündelt, durch die Apertur 60 im Lichtstrahldurchmesser beschränkt und anschließend von dem polarisierenden Strahlteiler 62 in zwei orthogonale linear polarisierte Lichtstrahlen aufgeteilt.
Die Lichtstrahlen werden an den Spiegeln 42A und 42B, die seitlich an gegenüberliegenden Stellen angeordnet sind, reflektiert und fallen dann unter einem Winkel θ auf die beiden Punkte 10A und 10B, die voneinander weiter entfernt sind, als der Durchmesser der Lichtstrahlen auf dem Maßstab 10 groß ist.
Die Lichtstrahlen ± erster Ordnung (gebeugt) durch den Maßstab 10 werden unter einem Beugungswinkel φ ausgesendet, der gleich oder im Wesentlichen gleich zu dem Einfallswinkel θ ist.
Die folgende Gleichung gibt hier für die Abhängigkeit an zwischen der Wellenlänge λ der Lichtquelle, dem Gitterabstand p des Maßstabs, der in der gleichen Größenordnung wie die Wellenlänge λ der Lichtquelle ist, beispielsweise ein 1 µm oder weniger, dem Einfallswinkel θ und dem Beugungswinkel φ. Das heißt

sinθ - sinφ = λ/p (1)
Wenn der Maßstab 10 seitlich in der Zeichnung um eine Verschiebung d verschoben wird, werden die Phasen der gebeugten Lichtstrahlen jeweils um d/p in entgegengesetzter Richtung verschoben. Die Verschiebung des Maßstabs, die in die Phasendifferenz zwischen den Lichtstrahlen umgewandelt wird, wird als eine Interferenzlichtintensität beobachtet, die um d/2p zyklisch durch das Interferenzmuster zwischen den beiden Lichtflüssen verschoben ist.
Die gebeugten Lichtstrahlen laufen durch die polarisierenden Platten 64A und 64B, die so orientiert sind, dass die entsprechenden linear polarisierten Lichtkomponenten durch sie hindurchtreten können.
Obwohl andererseits ein durchgelassener Lichtstrahl (der Lichtstrahl nullter Ordnung) oder eine Rauschkomponente ebenfalls aus dem Maßstab unter dem gleichen Winkel wie der Einfallswinkel θ ausgesendet wird, überlappen sich die Lichtflüsse der Lichtstrahlen ± erster Ordnung und des Lichtstrahls der nullten Ordnung nicht miteinander, da die Lichtstrahlen an den beiden Punkten gebeugt werden, die weiter voneinander entfernt sind als die Größe des Lichtstrahldurchmessers, wie dies zuvor beschrieben ist. Da ferner die polarisierenden Platten 64A und 64B so angeordnet sind, um den Lichtstrahl nullter Ordnung zu schneiden, geht der Hauptanteil des Lichtstrahls nicht durch. Der Lichtstrahl kann hier nicht vollständig unterbrochen werden, da der auf die polarisierenden Platten 64A und 64B einfallende Lichtstrahl nicht einer perfekten linearen Polarisierung auf Grund des Grades der Polarisation der Lichtquelle 32 und der Polarisierfunktion des polarisierenden Strahlteilers 62 unterworfen worden ist.
Die durch die polarisierenden Platten 64A und 64B hindurchgegangenen gebeugten Lichtstrahlen werden jeweils an den Halbspiegeln 44A und 44B reflektiert, die seitlich an einander gegenüberliegenden Positionen angebracht sind, und anschließend fallen die Lichtstrahlen auf den nichtpolarisierenden Strahlteiler 70, der in der Mitte angeordnet ist.
Zu diesem Zeitpunkt fallen die Lichtstrahlen, die die Halbspiegel 44A und 44B passiert haben, auf die lichtempfangenden Elemente 68A und 68B über die Linsen 66A und 66B, so dass diese ein Referenzsignal bilden. Wie in dem in Fig. 1 oder Fig. 4 gezeigten konventionellen Beispiel ist es ebenso möglich, eines der beiden lichtempfangenden Elemente 68A und 68B wegzulassen, und lediglich das andere davon zu verwenden.
Die beiden auf den nichtpolarisierenden Strahlteiler 70 einfallenden linear polarisierten Lichtstrahlen werden jeweils zur Hälfte durchgelassen und reflektiert und anschließend in Richtung der lichtempfangenden Elemente 78A und 78B durch jeweils die gleichen optischen Wege gelenkt.
In einem optischen Weg (der rechte optische Weg in der Zeichnung) ist die polarisierende Platte 74A unter einer Orientierung von 45° angeordnet, um die beiden Lichtstrahlen miteinander interferieren zu lassen, wodurch das lichtempfangende Element 78A die Position des Maßstabs in ein elektrisches Signal mit zugeordneter Stärke als Ausgangssignal umwandeln kann.
In dem anderen optischen Weg (der linke optische Weg in der Zeichnung) ist das λ- Viertelplättchen 72B zusätzlich angeordnet, um zu bewirken, dass lediglich einer der linear polarisierten Lichtstrahlen in der Phase um 90° hinterher eilt und ebenso durch die polarisierende Platte 74B zum Interferieren hindurchtritt, wodurch dieser in ein elektrisches Signal mit einer Phasendifferenz von 90° umgewandelt wird.
Die beiden Signale mit einer Phasendifferenz von 90°, die an den lichtempfangenden Elementen 78A und 78B erhalten werden, werden verarbeitet, wodurch es möglich ist, die Richtung der Verschiebung des Maßstabs zu bestimmen.
Dabei werden die durchgelassenen Lichtstrahlen (der Lichtstrahl nullter Ordnung) von dem Maßstab, der nicht von den polarisierenden Platten 64A und 84B weggeschnitten wurden, ebenso in Richtung auf die lichtempfangenden Elemente gerichtet. Da jedoch diese Lichtstrahlen von den optischen Wegen um den Durchmesser der Lichtstrahlen oder mehr abweichen, interferieren diese Lichtstrahlen nicht mit den gewünschten Lichtstrahlen, wodurch keine Beeinträchtigung der Ausgangssignale stattfindet. Dies ermöglicht es, dass eine perfekte Interferenz zwischen den zwei Lichtflüssen stattfindet und damit ein im Wesentlichen ideales sinusförmiges Signal bereitgestellt wird.
Die von dem rechten und dem linken Halbspiegel 44A und 44B durchgelassenen Lichtstrahlen werden jeweils verwendet, um die Intensität der gebeugten Lichtstrahlen zu überwachen und damit die Lichtmenge der LD 32 zu steuern, um eine konstante Intensität bereitzustellen.
Fig. 6 zeigt die gemessenen Werte der Signalstärke gegenüber dem Abstandswinkel des Maßstabs gemäß dieser Ausführungsform. Es lässt sich erkennen, dass der Abfall der Signalstärke des Ausgangssignals gegenüber dem Abstandswinkel verringert ist, wenn dies mit dem Verhalten aus Fig. 3 verglichen wird.
Der Einfallswinkel θ ist dem Beugungswinkel φ gleichgesetzt oder nahezu gleichgesetzt, wie dies zuvor beschrieben ist. Dies bewirkt kaum einen Unterschied im Einfallswinkel der Lichtstrahlen, die durch den rechten und den linken optischen Weg gelaufen sind, in Hinblick auf die lichtempfangenden Elemente, selbst bei Vorhandensein einer Änderung im Abstandswinkel. Dies liegt an den folgenden Gründen. Die Winkel θ und φ sind invers proportional zueinander gemäß Gleichung (1), die die Abhängigkeit des Einfallswinkels θ von dem Beugungswinkel φ beschreibt. Wenn die Winkel θ und φ im Wesentlichen gleich sind, ist die Summe von den Winkel θ und φ im Wesentlichen konstant. Dies bewirkt kaum einen Unterschied im Winkel zwischen den Lichtstrahlen, die durch den rechten und den linken optischen Weg gelaufen sind, wodurch das Signal nahezu keine Beeinträchtigung in seiner Stärke erleidet.
Da in dieser Ausführungsform die kreisförmige Apertur 60 vorgesehen ist, kann der Durchmesser eines einfallenden Lichtstrahls reduziert werden, wodurch der Betrag des Abstandes zwischen den Einfallspositionen der Lichtstrahlen auf dem Maßstab 10 verringert wird. Die Apertur 60 ist in ihrer Form nicht auf eine kreisförmige Form eingeschränkt und kann sogar weggelassen werden, wenn der Durchmesser eines einfallenden Lichtstrahls ursprünglich klein ist oder das Gerät eine entsprechende Größe aufweist.
Ferner sind in dieser Ausführungsform die auf dem Maßstab einfallenden Lichtstrahlen unterschiedlich polarisiert und die polarisierenden Platten 64A und 64B sind in der Nähe der Lichtausgangsseite des Maßstabs angeordnet, um die Lichtstrahlen nullter Ordnung zu schneiden, wodurch es möglich ist, die Wirkung des Rauschens wirksam zu verringern. Abhängig von den Umständen ist es ferner möglich, einen Halbspiegel anstelle des polarisierenden Strahlteilers 62 anzuwenden, und die polarisierenden Platten 64A und 64B zu vermeiden.
Nunmehr wird mit Bezug zu Fig. 7 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
Diese Ausführungsform stellt ein Gerät mit einem Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung bereit, wobei ein Maßstabsgitter 12B auf einem Glassubstrat 12A gebildet ist, und ein Maßstab 12, der mit Glas 12C beschichtet ist, ist zusätzlich auf dem Maßstabsgitter 12B vorgesehen. Das Messgerät verwendet Prismen 80 und 82 anstelle des polarisierenden Strahlteilers 62 und des nichtpolarisierenden Strahlteilers 70 der ersten Ausführungsform. Mit dieser Anordnung treffen Lichtstrahlen an einem Punkt an einer Oberfläche 12F des Maßstabs 12 auf (d. h. auf der Oberfläche des Glases 12C), sind aber voneinander weiter entfernt, als die Größe des Durchmessers der Lichtstrahlen nach dem Durchlaufen einer Dicke t des Glases 12C und treffen anschließend auf das Maßstabsgitter 12B.
Die anderen Merkmale in dieser Ausführungsform sind identisch zu jenen der ersten Ausführungsform und die gleichen Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen belegt und werden nicht weiter erläutert.
Gemäß dieser Ausführungsform treffen mehrere Lichtstrahlen an einem Punkt auf der Oberfläche des Glases 12C auf, wodurch kaum Fehler auf Grund von Schwankungen in der Oberfläche des Glases (auf der Einfallsseite) hervorgerufen werden.
Obwohl gewisse bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, sollte es selbstverständlich sein, dass viele Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der angefügten Patentansprüche abzuweichen.

Claims

1. Gerät mit einem Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung, wobei das Gerät ausgebildet, einen Lichtstrahl aus einer kohärenten Lichtquelle auf einen Maßstab aus mehreren Richtungen auftreffen zu lassen und entsprechende gebeugte Lichtstrahlen miteinander interferieren zu lassen, um ein Detektionssignal bereitzustellen,
wobei die mehreren Lichtstrahlen auf ein Maßstabsgitter an Stellen auftreffen, die voneinander weiter entfernt sind als die Größe eines Durchmessers der Lichtstrahlen auf dem Maßstabsgitter, und
wobei ein Einfallswinkel jedes Lichtstrahls auf den Maßstab und ein Aussendewinkel eines gebeugten Lichtstrahls jedes Lichtstrahls im Wesentlichen gleich zu einander sind.

2. Das Gerät mit Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren Lichtstrahlen an getrennten Stellen auf einer Oberfläche des Maßstabs auftreffen, wobei sie auf das Maßstabsgitter an Positionen einfallen, die weiter voneinander entfernt sind als die Größe eines Durchmessers der Lichtstrahlen auf dem Maßstabsgitter.

3. Gerät mit Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung nach Anspruch 2, wobei eine Einrichtung zum Separieren der Positionen des Einfallens der mehreren Lichtstrahlen auf dem Maßstabsgitter einen polarisierenden Strahlteiler und einen Spiegel umfasst.

4. Gerät mit Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Lichtstrahlen an einer Position auf der Oberfläche des Maßstabs auftreffen und anschließend durch Glas zu dem Maßstabsgitter laufen, so dass diese auf das Maßstabsgitter an Positionen einfallen, die weiter voneinander entfernt sind, als eine Größe eines Durchmessers der Lichtstrahlen auf dem Maßstabsgitter beträgt.

5. Gerät mit Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung nach Anspruch 4, wobei eine Einrichtung zum Trennen der Positionen des Einfalls der mehreren Lichtstrahlen auf das Maßstabsgitter ein Prisma ist.

6. Gerät mit Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung nach Anspruch 1, wobei das Gerät ferner eine Apertur zum Begrenzen eines Durchmessers der auf den Maßstab einfallenden Lichtstrahlen aufweist.

7. Gerät mit Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung nach Anspruch 6, wobei die Apertur kreisförmig ist.

8. Gerät mit Interferenzgitter zur Verschiebungsmessung nach Anspruch 1, das ferner eine Einrichtung zum Unterbrechen eines Lichtstrahl, der von dem Maßstab von den mehreren Lichtstrahlen ausgesendet wird, aufweist.