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EP0333929A2

Photoelectric position measuring device.

Abstract

In the position measuring device according to Figure 1, a first grating (2) is illuminated in a so-called three-grating measuring arrangement at a specific angle ( alpha ). Two component beams (3, 4) obtained at the first grating (2) by diffraction impinge on a second grating (5) which represents the measure of the position measuring device. Renewed diffraction forms component beams (6, 6'; 7, 7') of which the two component beams (6 and 7) closest to the grating normal (0) impinge on a third grating (2') with the aid of which they are diffracted once again and caused to interfere. After the third grating (2') the component beams (8, 9 and 10, 11) whose intensity has been modulated by interference impinge on photodetectors (12, 19), which convert them into phase-shifted electrical signals and supply them to an evaluation device (not shown in more detail). …<IMAGE>…

EP0333929A2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 4

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9 claims: 9 independent, 0 dependent

  1. 1
    Photoelectric position measuring device for measuring lengths or angles according to the transmitted light or incident light principle, by means of a plurality of mutually displaceable gratings which diffract light coming from a light source and furthermore bring the diffracted partial beam bundles into interference, the intensity modulations of the partial beam bundles resulting from interference being phase-shifted by photodetectors electrical signals are converted, characterized in that the light coming from the light source (1) enters the first grating (2) at an angle of incidence (α) to the grating normal (0) and that the angle of incidence (α) and the physical properties of the first grating (2) are selected such that that only the partial beam (3) of the zeroth diffraction order and the partial beam (4) of the first diffraction order closest to the grating normal (0) contribute to signal formation by diffraction at the second grating (5) and the partial beams (3, 4) mentioned contribute a constant phase shift obtained by the amount Θ that the physical properties of the second grid (5) are selected so that the incident partial beams (3,4) are only in partial beams (6,6 ';7,7') of their first diffraction orders, and that the closest to the grating normal (0) partial beams (6,7) by diffraction on third grating (2 '), which is identical to the first grating (2), brought to interference and the respective interfering partial beams (8 and 9 or 10 and 11) meet the photodetectors (12, 13). 1. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung zum Messen von Längen oder Winkeln nach dem Durch­licht- oder Auflichtprinzip, mittels mehrerer zueinander verschieblicher Gitter, die von ei­ner Lichtquelle kommendes Licht beugen und fer­ner die gebeugten Teilstrahlenbündel zur Inter­ferenz bringen, wobei die durch Interferenz ent­stehenden Intensitätsmodulationen der Teilstrah­lenbündel durch Fotodetektoren in zueinander phasenversetzte elektrische Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Lichtquelle (1) kommende Licht unter einem Ein­fallswinkel (α ) zur Gitternormalen (0) in das erste Gitter (2) eintritt und daß der Einfalls­winkel (α) sowie die physikalischen Eigenschaften des ersten Gitters (2) so gewählt sind, daß nur das Teilstrahlenbündel (3) der nullten Beugungs­ordnung und das Teilstrahlenbündel (4) der der Gitternormalen (0) am nächsten liegenden ersten Beugungsordnung zur Signalbildung durch Beugung am zweiten Gitter (5) beitragen und die genannten Teilstrahlenbündel (3,4) eine konstante Phasen­schiebung um den Betrag Θ erhalten, daß die phy­sikalischen Eigenschaften des zweiten Gitters (5) so gewählt sind, daß die einfallenden Teil­strahlenbündel (3,4) nur in Teilstrahlenbündel (6,6′;7,7′) ihrer ersten Beugungsordnungen zer­ legt werden, und daß die der Gitternorma­len (0) am nächsten liegenden Teilstrahlenbün­del (6,7) durch Beugung am dritten Gitter (2′), welches identisch mit dem ersten Gitter (2) ist, zur Interferenz gebracht werden und die jeweils interferierenden Teilstrahlenbündel (8 und 9 bzw. 10 und 11) auf die Fotodetektoren (12,13) treffen.
  2. 2
    Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Einfallswinkel (α) so gewählt ist, daß die Bedingung α = arcsin (λ2g) erfüllt ist. 2nd Measuring device according to claim 1, characterized in that the angle of incidence (α) is selected such that the condition α = arcsin (λ2g) is satisfied.
  3. 3
    Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Gitterkonstanten (g) aller Git­ter (2,2′,5) kleiner als die Wellenlänge ( ) des verwendeten Lichtes ist. 3rd Measuring device according to claim 1, characterized in that the grating constant (g) of all gratings (2,2 ′, 5) is smaller than the wavelength () of the light used.
  4. 4
    Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet daß die Gitterkonstanten (g) aller Git­ter (2,2′,5) gleich sind. 4th Measuring device according to claim 1, characterized in that the lattice constants (g) of all gratings (2,2 ′, 5) are the same.
  5. 5
    Measuring device according to claim 1, characterized in that the land / groove ratio (duty cycle) of the first and third grids (2,2 ′) differs markedly from 1:1, while this ratio is 1: 1 for the second grating (5) and that the phase shift of the first and third grids (2.2 ') differs markedly from π radians and is equal to π radians for the second grating (5). 5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Steg-/Furchenverhältnis (Tastver­hältnis) des ersten und dritten Gitters (2,2′) merklich von 1:1 abweicht, während diese Verhältnis beim zweiten Gitter (5) 1:1 ist und daß der Pha­senhub des ersten und dritten Gitters (2,2′) von π radian merklich abweicht und beim zweiten Git­ter (5) gleich π radian ist.
  6. 6
    Measuring device according to claim 1, characterized in that the first and third grids (2,2 ′) scanning grids and the second grating (5) embody the scale of an incremental measuring device. 6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß das erste und dritte Gitter (2,2′) Abtastgitter und das zweite Gitter (5) den Maßstab einer inkrementalen Meßeinrichtung verkörpern.
  7. 7
    Measuring device according to claim 6, characterized in that all gratings (2, 2 ′, 5) are designed as transparent gratings of a transmitted light measuring device. 7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadruch gekenn­zeichnet, daß alle Gitter (2,2′,5) als trans­parente Gitter einer Durchlichtmeßeinrichtung ausgebildet sind.
  8. 8
    Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß das erste und dritte Gitter (2,2′) transparent und körperlich identisch sind, und daß das zweite Gitter (5) reflektierend als Gitter ei­ner Auflichtmeßeinrichtung ausgebildet sind. 8th. Measuring device according to claim 6, characterized in that the first and third grids (2,2 ′) are transparent and physically identical, and in that the second grating (5) is designed reflectively as a grating of an incident light measuring device.
  9. 9
    Measuring device according to claim 1, characterized in that the light source (1) is a semiconductor laser diode with a downstream collimator for generating a flat wave field. 9. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Lichtquelle (1) eine Halblei­ter-Laserdiode mit nachgeschaltetem Kollimator zur Erzeugung eines ebenen Wellenfeldes ist.