DE112020005233T5

DE112020005233T5 - Messgerät mit heterodynem gitter und messverfahren

Info

Publication number: DE112020005233T5
Application number: DE112020005233.8T
Authority: DE
Inventors: Wenhao Li; Zhaowu LIU; Wei Wang; Galantu Jiri; Xuefeng Yao; Hongzhu YU
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-10-20
Also published as: WO2022052292A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Messgerät mit heterodynem Gitter zur Verfügung, umfassend eine Lichtquelle (1), einen Lesekopf (2), ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem (4); wobei die Lichtquelle (1) dazu verwendet wird, zwei Strahlen von polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, zu erzeugen; und wobei der Lesekopf (2) zum Empfangen von zwei Strahlen von polarisierten Lichtern verwendet wird, die jeweils auf eine Oberfläche des sich bewegenden Messgitters (5) einfallen, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils über den Lesekopf (2) ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen; und wobei das photoelektrische Empfangsmodul dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung sowie die erste polarisierte Lichtkomponente und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu empfangen, um zwei Wege von Schwebungsfrequenzsignalen zu bilden; und wobei das Signalverarbeitungssystem (4) dazu verwendet wird, eine Differenzrechnung für die beiden Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des Messgitters zu realisieren. Die vorliegende Erfindung kann den Einfluss der Formgenauigkeit der Gitteroberfläche und des Gitterhaltungsfehlers auf die Messgenauigkeit vermeiden. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter, ein Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter, und ein Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter zur Verfügung.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Prioritäten der chinesischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 202010953637.8 und dem Erfindungstitel „Verschiebungsmessverfahren mit heterodynem Gitter“, der Anmeldenummer 202010953635.9 und dem Erfindungstitel „optisches Verschiebungsmesssystem mit heterodynem Gitter“, der Anmeldenummer 202010953595.8 und dem Erfindungstitel „Verschiebungsmessgerät mit heterodynem Gitter“, und der Anmeldenummer 202010953663.0 und dem Erfindungstitel „Verschiebungsmesssystem mit heterodynem zweidimensionalem Gitter und Messverfahren“, die am 11. September 2020 beim chinesischen Patentamt eingereicht wurden, mit vollem Inhalt die durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Messtechnologie für die Präzisionsverschiebung, insbesondere ein Messgerät mit heterodynem Gitter zur Realisierung einer 4-fachen optischen Unterteilung basierend auf Einzelbeugung und ein Messverfahren.
STAND DER TECHNIK
Das Gitterverschiebungsmesssystem verwendet das Gitter als Messlineal und den Gitterabstand des Gitters als Mess-Benchmark. Im Vergleich zur Lasermesstechnologie ist die Gittermessung weniger empfindlich gegenüber Umgebungsänderungen, und der auf das Gitter einfallende Strahl deckt viele Rillen ab, was einen Durchschnittseffekt erzielt. Die Struktur des Lesekopfs im Gitterverschiebungsmesssystem ist einfach und kompakt aufgebaut, der Abstand zwischen dem Gitter und dem Lesekopf ist sehr klein und nimmt mit einer zunehmenden zu messenden Entfernung nicht zu, was den Einfluss der Umgebung auf die Messgenauigkeit des Systems und die Messkosten stark verringern kann. Mit der Verbesserung des Gitterherstellungsniveaus werden die Messgenauigkeit und Messauflösung des Gitterverschiebungsmesssystems auch schrittweise verbessert, und der Anwendungsbereich wird ebenfalls immer breiter.
Die Messauflösung der Gitterverschiebungsmesstechnologie steht in direktem Zusammenhang mit der Periode des Gitters. Die Verschiebungsmesstechnologie, die auf dem Prinzip der Beugungslichtinterferenz basiert, verwendet das Beugungsgitter mit hoher Strichdichte, um eine hochauflösende und hochpräzise Verschiebungsmessung zu erreichen. Die optische Unterteilung und die elektronische Unterteilung stellen den Hauptweg zur weiteren Verbesserung der Messauflösung dar. Im Vergleich zur elektronischen Unterteilung weist die optische Unterteilung eine bessere Zuverlässigkeit auf. Das traditionelle Gitterverschiebungsmesssystem verwendet eine Einzelbeugung, um eine 2-fache optische Unterteilung zu erreichen. Um die optische Unterteilung weiter zu verbessern, verwendet die bestehende Technologie meistens das Prinzip der sekundären Beugung, um eine 4-fache optische Unterteilung zu erreichen, oder eine Mehrfachbeugung, um ein höheres Vielfache der optischen Unterteilung zu realisieren. Aber sowohl die sekundäre Beugung als auch die Mehrfachbeugung machen die optische Struktur des Messsystems komplizierter, und die Mehrfachbeugung verwendet das gebeugte Licht an verschiedenen Positionen des Gitters, somit haben die Formgenauigkeit der Gitteroberfläche und der Haltungsfehler zwischen dem Gitter und dem Lesekopf einen großen Einfluss auf die Messgenauigkeit.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Um die Mängel aus dem Stand der Technik zu überwinden, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung:

Die vorliegende Erfindung stellt ein Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter zur Verfügung, umfassend eine Lichtquelle, die dazu verwendet wird, zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, zu erzeugen, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz f_A und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz f_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist; dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Lesekopf, ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem umfasst; wobei der Lesekopf zum Empfangen des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts verwendet wird, die jeweils auf eine Oberfläche des sich bewegenden eindimensionalen Messgitters einfallen, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils über den Lesekopf ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen; und wobei das photoelektrische Empfangsmodul dazu verwendet wird, das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zu empfangen, um zwei Wege von Schwebungsfrequenzsignalen zu bilden; und wobei bei einem Weg davon es sich darum handelt, dass die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden, während bei dem anderen Weg es sich darum handelt, dass die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden; und wobei das Signalverarbeitungssystem dazu verwendet wird, eine Differenzrechnung für die beiden Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lesekopf einen Reflektor, ein polarisierendes Strahlteilerprisma, eine erste Viertelwellenplatte, eine zweite Viertelwellenplatte, einen mit einem Reflexionsfilm beschichteten Kompensationsspiegel, ein Kreiselprisma und ein Brechungselement umfasst; wobei der Reflektor auf einem ausfallenden Lichtweg der Lichtquelle angeordnet ist, um das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht vertikal auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters zu reflektieren, wodurch ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung erzeugt werden; und wobei das Brechungselement auf einem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet ist, um das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zu brechen, so dass das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma auf einem Transmissionslichtweg des Brechungselements angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils auf die erste Viertelwellenplatte zu reflektieren sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils auf die zweite Viertelwellenplatte zu transmittieren; und wobei die erste Viertelwellenplatte auf einem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und diese ins Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma auf einem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils zweimal zu reflektieren, so dass die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und wobei die zweite Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt werden und dann in den Kompensationsspiegel einfallen; und wobei der Kompensationsspiegel auf einem Transmissionslichtweg der zweiten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils zu reflektieren, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die zweite Viertelwellenplatte ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma weiterhin dazu verwendet wird, die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul zu transmittieren sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul zu reflektieren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie das Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen; und wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie das anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass, wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Dicke des Kompensationsspiegels der Hälfte einer Länge des Kreiselprismas entspricht, um einen Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu kompensieren, so dass der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich wie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lesekopf weiterhin ein erstes rechteckiges Prisma und ein zweites rechteckiges Prisma umfasst, die jeweils auf dem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet sind, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit einem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lesekopf ein polarisierendes Strahlteilerprisma, eine erste Viertelwellenplatte, eine mit einem Reflexionsfilm beschichtete zweite Viertelwellenplatte und ein Kreiselprisma umfasst; wobei das polarisierende Strahlteilerprisma auf einem ausfallenden Lichtweg der Lichtquelle angeordnet ist und dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht zu empfangen, das zweite polarisierte Licht auf die erste Viertelwellenplatte zu transmittieren und das erste polarisierte Licht auf die zweite Viertelwellenplatte zu reflektieren, und wobei die erste Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses in das Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma auf einem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht zurückzustrahlen, so dass das zweite polarisierte Licht durch die erste Viertelwellenplatte durchgeht und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; und wobei die zweite Viertelwellenplatte auf einem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprisma angeordnet ist, um das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln, das durch den Reflexionsfilm reflektiert wird, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgeht und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma weiterhin dazu verwendet wird, das ins P-polarisierte Licht umgewandelte erste polarisierte Licht zu transmittieren und das ins S-polarisierte Licht umgewandelte zweite polarisierte Licht zu reflektieren, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, um durch Beugen das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu erzeugen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lesekopf weiterhin ein Brechungselement und eine dritte Viertelwellenplatte umfasst; wobei das Brechungselement auf einem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet ist, um das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu brechen, so dass das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in die dritte Viertelwellenplatte einfallen; und wobei die dritte Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des Brechungselements angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins S-polarisierte Licht umzuwandeln und dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen, sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins P-polarisierte Licht umzuwandeln und dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma dazu verwendet wird, die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die erste Viertelwellenplatte zu reflektieren sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die zweite Viertelwellenplatte zu transmittieren; und wobei die erste Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und ins Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma verwendet wird, so dass die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zweimal zurück auf die erste Viertelwellenplatte reflektiert und ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden, dann nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen und durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul transmittiert werden; und wobei die zweite Viertelwellenplatte verwendet wird, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und durch den Reflexionsfilm reflektiert werden, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgehen und ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und dann ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen sowie durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul reflektiert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu empfangen sowie das Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen; und wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie das anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass, wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich sind, und die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung gleich sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lesekopf weiterhin ein erstes rechteckiges Prisma und ein zweites rechteckiges Prisma umfasst, die jeweils auf dem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet sind, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit einem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter zur Verfügung, umfassend die folgenden Schritte:

S1: Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, mittel einer Lichtquelle, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist;
S2: Eintreten des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts jeweils in einen Lesekopf und Einfallen dieses nach dem Brechen durch den Lesekopf jeweils auf eine Oberfläche des eindimensionalen Messgitters, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, zu erzeugen, wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung wieder über den Lesekopf jeweils in ein photoelektrische Empfangsmodul einfallen;
S3: Empfangen des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch das photoelektrische Empfangsmodul; wobei die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden, während die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden;
S4: Durchführen einer jeweiligen Differenzrechnung für die beiden Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durch ein Signalverarbeitungssystem, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schritt S2 insbesondere die folgenden Schritte umfasst:

S201: Reflektieren des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts vertikal auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters durch einen Reflektor des Lesekopfs, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung zu erzeugen;
S202: Brechen des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch ein Brechungselement des Lesekopfs, so dass das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in ein polarisierende Strahlteilerprisma des Lesekopfs einfallen;
S203: jeweiliges Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf eine erste Viertelwellenplatte des Lesekopfs durch das polarisierende Strahlteilerprisma und jeweiliges Transmittieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf eine zweite Viertelwellenplatte des Lesekopfs;
S204: jeweiliges Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein linksdrehend polarisiertes Licht durch die erste Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieser in ein Kreiselprisma des Lesekopfs; anschließendes jeweiliges zweimaliges Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch das Kreiselprisma, so dass die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und jeweiliges Umwandeln der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht durch die zweite Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieser in einen Kompensationsspiegel des Lesekopfs; anschließendes Reflektieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch den Kompensationsspiegel, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die zweite Viertelwellenplatte ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen;
S205: Transmittieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Dicke des Kompensationsspiegels der Hälfte einer Länge des Kreiselprismas entspricht, um einen Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu kompensieren, so dass der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich wie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schritt S2 insbesondere die folgenden Schritte umfasst:

S201': Einfallen des ersten polarisierten Licht und des zweiten polarisierten Licht in ein polarisierende Strahlteilerprisma des Lesekopfs, Transmittieren des zweiten polarisierten Lichts auf eine erste Viertelwellenplatte des Lesekopfs durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren des ersten polarisierten Lichts auf eine zweite Viertelwellenplatte des Lesekopfs;
S202': Umwandeln des zweiten polarisierten Lichts in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht durch die erste Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieses in ein Kreiselprisma; Zurückstrahlen des zweiten polarisierten Lichts durch das Kreiselprisma, so dass das zweite polarisierte Licht durch die erste Viertelwellenplatte durchgeht und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; und Umwandeln des ersten polarisierten Lichts durch die zweite Viertelwellenplatte in ein linksdrehend polarisiertes Licht, das durch einen Reflexionsfilm reflektiert wird, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgeht und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt;
S203': Transmittieren des ins P-polarisierte Licht umgewandelten ersten polarisierten Lichts durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren des ins S-polarisierte Licht umgewandelten zweiten polarisierten Lichts, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, um durch Beugen das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu erzeugen;
S204': Brechen des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und des gebeugten Lichts der +1-Ordnung durch ein Brechungselement des Lesekopfs, so dass das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in eine dritte Viertelwellenplatte des Lesekopfs einfallen;
S205': Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins S-polarisierte Licht durch die dritte Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma, sowie Umwandeln der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins P-polarisierte Licht und Einstrahlen dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma;
S206': Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die erste Viertelwellenplatte durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Transmittieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die zweite Viertelwellenplatte;
S207': Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte in ein linksdrehend polarisiertes Licht und Einstrahlen dieses ins Kreiselprisma; nachdem durch das Kreiselprisma die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zweimal zurück auf die erste Viertelwellenplatte reflektiert und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurden, werden sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul transmittiert; und wobei durch die zweite Viertelwellenplatte die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und durch den Reflexionsfilm reflektiert werden, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgehen und ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und dann ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen sowie durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul reflektiert werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich sind, und die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung gleich sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung empfängt sowie das Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A erzeugt und dieses ans Signalverarbeitungssystem überträgt; und wobei der zweite Empfänger die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung empfängt sowie das anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A erzeugt und dieses ans Signalverarbeitungssystem überträgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass, wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_Bƒ_A+2Δƒ ändert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das durch Beugen des eindimensionalen Messgitters erzeugte gebeugte Licht der +1-Ordnung und gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils in ein erste rechteckige Prisma und ein zweite rechteckige Prisma einfallen, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit einem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter zur Verfügung, eine Lichtquelle, die dazu verwendet wird, zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, zu erzeugen, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht sind; dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Lesekopf, ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem umfasst; wobei der Lesekopf zum Empfangen des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts verwendet wird, die jeweils auf eine Oberfläche des sich bewegenden zweidimensionalen Messgitters einfallen, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer zweiten Dimension zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension dann über den Lesekopf jeweils ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen; und wobei das photoelektrische Empfangsmodul dazu verwendet wird, jeweils in Übereinstimmung mit dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension ein entsprechendes Schwebungsfrequenzsignal zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; und wobei das Signalverarbeitungssystem dazu verwendet wird, eine Differenzrechnung jeweils für die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale und die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension und der zweiten Dimension zu realisieren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B ist; wobei der Lesekopf ein polarisierendes Strahlteilerprisma, eine erste Viertelwellenplatte, eine mit einem Reflexionsfilm beschichtete zweite Viertelwellenplatte, eine dritte Viertelwellenplatte, ein Kreiselprisma und ein Brechungselement umfasst; wobei das polarisierende Strahlteilerprisma dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht zu empfangen, das zweite polarisierte Licht auf die erste Viertelwellenplatte zu transmittieren und das erste polarisierte Licht auf die zweite Viertelwellenplatte zu reflektieren, und wobei die erste Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach dieses in das Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma auf einem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht zurückzustrahlen, nachdem das zweite polarisierte Licht nochmals durch die erste Viertelwellenplatte durchging und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; und wobei die zweite Viertelwellenplatte auf einem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach zu reflektieren, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchging und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma weiterhin dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht zu transmittieren und das zweite polarisierte Licht zu reflektieren, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach in die dritte Viertelwellenplatte einfallen; und wobei die dritte Viertelwellenplatte auf einem Lichtweg angeordnet ist, durch den das polarisierende Strahlteilerprisma das erste polarisierte Licht transmittiert, und dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einzustrahlen sowie das zweite polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einzustrahlen, und wobei das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht jeweils gebeugt werden, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension zu erzeugen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension umfasst, wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension umfasst, und wobei das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lesekopf weiterhin ein auf einem Beugungslichtweg des zweidimensionalen Messgitters angeordnetes Brechungselement umfasst, um das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu brechen, so dass das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension parallel zueinander ausgerichtet sind und in die dritte Viertelwellenplatte einfallen; wobei die dritte Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein S-polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen, sowie die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein P-polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die erste Viertelwellenplatte zu reflektieren und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die zweite Viertelwellenplatte zu transmittieren; und wobei die erste Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses nochmals ins Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zweimal zu reflektieren und auf die erste Viertelwellenplatte auszustrahlen, nachdem sie in ein P-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma ins photoelektrische Empfangsmodul transmittiert; und wobei die zweite Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und dann dieses zu reflektieren, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchding und in ein S-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird es ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma jeweils ins photoelektrische Empfangsmodul reflektiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger, einen zweiten Empfänger, einen dritten Empfänger und einen vierten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der dritte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der vierte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden;
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die durch den ersten Empfänger, den zweiten Empfänger, den dritten Empfänger und den vierten Empfänger jeweils empfangenen ersten polarisierten Lichtkomponenten und zweiten polarisierten Lichtkomponenten jeweils einmal durch das Kreiselprisma durchgehen, wobei ihre Lichtwege in dem Lesekopf gleich sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung in der ersten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der ersten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert; dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung in der zweiten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem dritten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem vierten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Signalverarbeitungssystem dazu verwendet wird, eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem zweiten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension zu realisieren, und eine Differenzrechnung für das von dem dritten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem vierten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der zweiten Dimension zu realisieren.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter zur Verfügung, umfassend die folgenden Schritte:

S1: Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, mittel einer Lichtquelle, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist;
S2: Eintreten des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts jeweils in einen Lesekopf und Einfallen dieses nach Reflektieren und Transmittieren durch den Lesekopf jeweils auf eine Oberfläche des sich bewegenden zweidimensionalen Messgitters, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer zweiten Dimension zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension wieder über den Lesekopf jeweils in ein photoelektrische Empfangsmodul einfallen;
S3: Erzeugen eines entsprechenden Schwebungsfrequenzsignals durch das photoelektrische Empfangsmodul jeweils in Übereinstimmung mit dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension und Senden dieses an ein Signalverarbeitungssystem;
S4: Durchführen einer Differenzrechnung durch das Signalverarbeitungssystem jeweils für die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale und die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension und der zweiten Dimension zu realisieren.

S201: das erste polarisierte Licht wird durch ein polarisierende Strahlteilerprisma auf eine zweite Viertelwellenplatte reflektiert, wobei das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und danach reflektiert wird, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchging und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; und das zweite polarisierte Licht wird durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf eine erste Viertelwellenplatte transmittiert, nachdem das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt wurde, fällt es in ein Kreiselprisma ein, und wobei das zweite polarisierte Licht durch das Kreiselprisma zurückgestrahlt wird, nachdem das zweite polarisierte Licht nochmals durch die erste Viertelwellenplatte durchging und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück;
S202: das polarisierende Strahlteilerprisma transmittiert das erste polarisierte Licht und reflektiert das zweite polarisierte Licht, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach in eine dritte Viertelwellenplatte einfallen; wobei die dritte Viertelwellenplatte das erste polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umwandelt und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einstrahlt sowie das zweite polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umwandelt und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einstrahlt, und wobei das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht jeweils gebeugt werden, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension zu erzeugen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension umfasst, wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension umfasst, und wobei das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass es nach dem Schritt S202 weiterhin die folgenden Schritte umfasst:

S203: nachdem das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension durch ein Brechungselement gebrochen wurden, sind sie parallel zueinander ausgerichtet und fallen vertikal in die dritte Viertelwellenplatte ein;
S204: die dritte Viertelwellenplatte wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein S-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma ein, sowie wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein P-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma ein;
S205: das polarisierende Strahlteilerprisma reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die erste Viertelwellenplatte und transmittiert die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die zweite Viertelwellenplatte;
S206: die zweite Viertelwellenplatte wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht um und reflektiert dann dieses, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchding und in ein S-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird es ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma jeweils ins photoelektrische Empfangsmodul reflektiert; und die erste Viertelwellenplatte wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein linksdrehend polarisiertes Licht um und strahlt dieses nochmals ins Kreiselprisma ein; das Kreiselprisma reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zweimal und strahlt diese auf die erste Viertelwellenplatte aus, nachdem sie in ein P-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma ins photoelektrische Empfangsmodul transmittiert.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger, einen zweiten Empfänger, einen dritten Empfänger und einen vierten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der dritte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der vierte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die durch den ersten Empfänger, den zweiten Empfänger, den dritten Empfänger und den vierten Empfänger jeweils empfangenen ersten polarisierten Lichtkomponenten und zweiten polarisierten Lichtkomponenten jeweils einmal durch das Kreiselprisma durchgehen, wobei ihre Lichtwege in dem Lesekopf gleich sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung in der ersten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der ersten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert; dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung in der zweiten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem dritten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem vierten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Signalverarbeitungssystem eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem zweiten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchführt, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension zu realisieren, und eine Differenzrechnung für das von dem dritten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem vierten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchführt, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der zweiten Dimension zu realisieren.
Im Vergleich zum Stand der Technik kann eine 4-fache optische Unterteilung bei der vorliegenden Erfindung durch die Einzelbeugung an der Oberfläche des eindimensionalen Messgitters und des zweidimensionalen Messgitters realisiert werden, wodurch der Einfluss der Formgenauigkeit der Gitteroberfläche und des Gitterhaltungsfehlers auf die Messgenauigkeit wirksam vermieden wird, darüber hinaus werden die Vorteile einer einfachen Struktur, einer geringen Größe, eines geringen Gewichts, einer einfacher Installation und einer bequemen Anwendung usw. erzielt, gleichzeitig kann auch die Methode der sekundären Beugung oder der Mehrfachbeugung kombiniert werden, um ein höheres Vielfache der optischen Unterteilung zu realisieren.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein schematisches Diagramm des Prinzips eines Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines ersten Schwebungsfrequenzsignals in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines zweiten Schwebungsfrequenzsignals in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein schematisches Diagramm des Prinzips zum Realisieren einer 8-fachen optischen Unterteilung in Kombination mit einer sekundären Beugung in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Ablaufdiagramm eines Messverfahrens mit heterodynem eindimensionalem Gitter in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein schematisches Diagramm des Prinzips eines Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines ersten Schwebungsfrequenzsignals in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines zweiten Schwebungsfrequenzsignals in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Ablaufdiagramm eines Messverfahrens mit heterodynem eindimensionalem Gitter in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt ein schematisches Diagramm des Prinzips zum Realisieren einer 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung eines Messgeräts mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt ein schematisches Diagramm des Übertragungsprinzips des optischen Strahls vor der Strahlbeugung in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines ersten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines ersten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt ein schematisches Diagramm des Erzeugungsprinzips eines zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
17 zeigt eine Ablaufdiagramm eines Verschiebungsmessverfahrens mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle;
2: Lesekopf;
201: Reflektor;
202: Polarisierendes Strahlteilerprisma;
203: Erste Viertelwellenplatte;
204: Zweite Viertelwellenplatte;
205: Kreiselprisma;
206: Brechungselement;
207: Kompensationsspiegel;
208: Erstes rechteckiges Prisma;
209: Zweites rechteckiges Prisma;
301: Erster Empfänger;
302: Zweiter Empfänger;
4: Signalverarbeitungssystem;
5: Messgitter.

Bezugszeichenliste

1': Lichtquelle;
2': Lesekopf;
201': Polarisierendes Strahlteilerprisma;
202': Erste Viertelwellenplatte;
203': Zweite Viertelwellenplatte;
204': Dritte Viertelwellenplatte;
205': Kreiselprisma;
206': Brechungselement;
207': Erstes rechteckiges Prisma;
208': Zweites rechteckiges Prisma;
301': Erster Empfänger;
302': Zweiter Empfänger;
4': Signalverarbeitungssystem;
5': Messgitter.

Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle;
201: Polarisierendes Strahlteilerprisma;
202: Erste Viertelwellenplatte;
203: Zweite Viertelwellenplatte;
204: Dritte Viertelwellenplatte;
205: Kreiselprisma;
206: Brechungselement;
301: Erster Empfänger;
302: Zweiter Empfänger;
303: Dritter Empfänger;
304: Vierter Empfänger;
4: Signalverarbeitungssystem;
5: Zweidimensionales Messgitter.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Vorliegende Erfindung im Folgenden näher erläutert in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen und spezifischen Ausführungsbeispiele, damit das Ziel, die technischen Lösungen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung klarer werden. Es versteht sich, dass die hier geschilderten spezifischen Ausführungsbeispiele nur zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen und keine Einschränkung für die vorliegende Erfindung bilden.
Bei dem Messgerät mit heterodynem Gitter gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Messgitter an einem Messobjekt befestigt und als Lineal zur Verschiebungsmessung verwendet, wenn das Messgitter sich mit dem Messobjekt bewegt, wird die Verschiebungsmessung des Messobjekts durch die Verschiebungsmessung des Messgitters realisiert.
Im Stand der Technik wird die 4-fache oder höhere optische Unterteilung durch die sekundäre Beugung oder die Mehrfachbeugung realisiert, was die optische Struktur des Messsystems komplizierter macht, und die Mehrfachbeugung verwendet das gebeugte Licht an verschiedenen Positionen des Gitters, wodurch die Formgenauigkeit der Gitteroberfläche und der Gitterhaltungsfehler einen großen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben. Bei dem Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Lesekopf eine spezielle Konstruktion auf, so dass, wenn die von der Lichtquelle emittierten zwei Strahlen von polarisierten Lichtern mit einer festen Frequenzdifferenz durch den Lesekopf auf die Oberfläche des Messgitter einfallen, eine 4-fache optische Unterteilung durch die Einzelbeugung realisiert werden kann, um den Einfluss der Formgenauigkeit der Gitteroberfläche und des Gitterhaltungsfehlers auf die Messgenauigkeit zu vermeiden, darüber hinaus weist der Lesekopf der vorliegenden Erfindung eine einfache Struktur, eine kleine Größe und ein geringes Gewicht auf, wodurch die Komplexität der optischen Struktur in dem Messsystem vereinfacht werden kann. Die vorliegende Erfindung kann auch in Kombination mit einer sekundären Beugung oder einer Mehrfachbeugung höheres Vielfache der optischen Unterteilung erreichen.
Das Messgitter kann ein eindimensionales Messgitter oder ein zweidimensionales Messgitter sein, dem eindimensionalen Messgitter entsprechend ist das Messgerät mit heterodynem Gitter ein Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter, und dem zweidimensionalen Messgitter entsprechend ist das Messgerät mit heterodynem Gitter ein Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter.
Mit dem Beispiel, dass eine 4-fache optische Unterteilung durch die Einzelbeugung realisiert wird, wird das Messgerät mit heterodynem Gitter gemäß der vorliegenden Erfindung im Folgenden in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Ausführungsbeispiel 1
Wie in 1 bis 4 dargestellt, ein Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Lichtquelle 1, einen Lesekopf 2, ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem 4; wobei die Lichtquelle 1 zum Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern verwendet wird, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen und als Messstrahlen verwendet werden, und wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B ist, und wobei die Lichtquelle 1 ein Doppelfrequenzlasergerät 1 oder zwei Lasergeräte mit einer festen emittierten Frequenzdifferenz sein kann; und wobei der Lesekopf 2 verwendet wird, so dass zwei Strahlen von polarisierten Lichtern auf eine Oberfläche des sich bewegenden eindimensionalen Messgitters 5 einfallen, und wobei nach dem Beugen durch die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters 5 die beiden Strahlen von polarisierten Lichtern ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die die Messinformationen tragen, erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, und wobei die erste polarisierte Lichtkomponente und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung sowie die erste polarisierte Lichtkomponente und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils über den Lesekopf 2 ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen.
Der Lesekopf 2 umfasst einen Reflektor 201, ein polarisierendes Strahlteilerprisma 202, eine erste Viertelwellenplatte 203, eine zweite Viertelwellenplatte 204, ein Kreiselprisma 205, ein Brechungselement 206 und einen mit einem Reflexionsfilm beschichteten Kompensationsspiegel 207, wobei der Reflektor 201 auf dem ausfallenden Lichtweg der Lichtquelle 1, das Brechungselement 206 auf dem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters 5, das polarisierende Strahlteilerprisma 202 auf dem Transmissionslichtweg des Brechungselements 206, die erste Viertelwellenplatte 203 auf dem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas 202, die zweite Viertelwellenplatte 204 auf dem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas 202, das Kreiselprisma 205 auf dem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte 203 und der Kompensationsspiegel 207 auf dem Transmissionslichtweg der zweiten Viertelwellenplatte 204 angeordnet ist.
Der Reflektor 201 reflektiert das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht vertikal auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters 5, das nach dem Beugen erzeugte gebeugte Licht der +1-Ordnung und gebeugte Licht der -1-Ordnung sind nach dem Brechen durch das Brechungselement 206 parallel zueinander ausgerichtet und fallen vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma 202 ein; das polarisierende Strahlteilerprisma 202 reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die erste Viertelwellenplatte 203 und transmittiert die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die zweite Viertelwellenplatte 204.
Die erste Viertelwellenplatte 203 wandelt die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils in ein linksdrehend polarisiertes Licht um und strahlt diese ins Kreiselprisma 205 ein; wobei das Kreiselprisma 205 jeweils zweimal die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung reflektiert, so dass die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung nochmals durch die erste Viertelwellenplatte 203 ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden und dann nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma 202 einfallen, und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma 202 die ins P-polarisierte Licht umgewandelte erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung an den ersten Empfänger 301 transmittiert und die ins P-polarisierte Licht umgewandelte erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung an den zweiten Empfänger 302 transmittiert.
Die zweite Viertelwellenplatte 204 wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht um und strahlt diese in den Kompensationsspiegel 207 ein; wobei die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung nach dem Reflektieren durch den Kompensationsspiegel 207 nochmals zu der zweiten Viertelwellenplatte 204 zurückkehren, so dass die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und dann nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma 202 einfallen, und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma 202 die ins S-polarisierte Licht umgewandelte zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung an den zweiten Empfänger 302 reflektiert und die ins S-polarisierte Licht umgewandelte zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung an den ersten Empfänger 301 reflektiert.
Da die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch das Kreiselprisma 205 durchgehen, während die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung nicht durch das Kreiselprisma 205 durchgehen, führt es dazu, dass der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung unterschiedlich, sowie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung unterschiedlich sind, deshalb wird durch den Kompensationsspiegel 207 der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung kompensiert.
In einem spezifischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entspricht die Dicke (h/2) des Kompensationsspiegels 207 der Hälfte der Länge (h) des Kreiselprismas 205, so dass der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung, die nach zweimaligem Durchgehen durch den Kompensationsspiegel 207 in den zweiten Empfänger 302 einfällt, gleich wie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung, die durch das Kreiselprisma 205 in den ersten Empfänger 301 einfällt, ist, und der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die nach zweimaligem Durchgehen durch den Kompensationsspiegel 207 in den ersten Empfänger 301 einfällt, gleich wie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die durch das Kreiselprisma 205 in den zweiten Empfänger 302 einfällt, ist, um eine Kompensation für den Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu realisieren.
Es gibt zwei Zwecke der Kompensation des Lichtwegs:

erster Zweck: Sicherstellen, dass ein optischer Wegunterschied einen konstanten Wert hat, wenn die Messstrahlen in den ersten Empfänger 301 und den zweiten Empfänger 302 eintreten;
zweiter Zweck: wenn sich die Umgebungstemperatur des optischen Verschiebungsmesssystems mit heterodynem Gitter ändert, ändert sich der optischer Wegunterschied der Messstrahlen auf die gleiche Weise, was nicht durch die thermische Ausdehnung und Kontraktion der optischen Elemente des Lesekopfs 2 beeinflusst wird, wodurch kein Messfehler eingeführt wird.

Das photoelektrische Empfangsmodul umfasst einen ersten Empfänger 301 und einen zweiten Empfänger 302, wobei der erste Empfänger 301 dazu verwendet wird (wie in 3 dargestellt), die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen, nachdem die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferierten und ein erstes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A bildeten, überträgt der erste Empfänger 301 das erste Schwebungsfrequenzsignal ans Signalverarbeitungssystem 4; und wobei der zweite Empfänger 302 dazu verwendet wird (wie in 4 dargestellt), die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen, nachdem die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferierten und ein zweites Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A bildeten, überträgt der zweite Empfänger 302 das zweite Schwebungsfrequenzsignal ans Signalverarbeitungssystem 4.
Wenn sich das eindimensionale Messgitter 5 entlang der Gittervektorrichtung bewegt, unterzieht sich aufgrund des Doppler-Frequenzverschiebungseffekts des Gitters das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, so dass sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger 301 ausgegebenen ersten Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger 302 ausgegebenen zweiten Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_Bƒ_A+2Δƒ ändert.
Das Signalverarbeitungssystem 4 wird dazu verwendet, das von dem ersten Empfänger 301 und dem zweiten Empfänger 302 übertragene erste Schwebungsfrequenzsignal und zweite Schwebungsfrequenzsignal zu empfangen sowie eine Differenzrechnung für das erste Schwebungsfrequenzsignal und das zweite Schwebungsfrequenzsignal durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters 5 zu realisieren. Da die Differenzrechnung zum Stand der Technik gehört, wird sie hier nicht wiederholt.
Die vorliegende Erfindung kann auch in Kombination mit einer sekundären Beugung eine 8-fache optische Unterteilung realisieren. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Lesekopf 2 weiterhin ein erstes rechteckiges Prisma 208 und ein zweites rechteckiges Prisma 209, wobei das erste rechteckige Prisma 208 und das zweite rechteckige Prisma 209 jeweils auf dem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters 5 angeordnet sind, und wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektiert und mit dem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters 5 eingestrahlt werden, um eine sekundäre Beugung zu realisieren, wodurch zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern erzeugt werden, und wobei die beiden Strahlen von neuen gebeugten Lichtern von der Oberfläche des eindimensionalen Messgitters 5 vertikal ausfallen und ins polarisierende Strahlteilerprisma 202 vertikal einfallen. Durch eine sekundäre Beugung des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung wird das Vielfache der optischen Unterteilung verdoppelt, wodurch die Messauflösung verbessert wird.
Ausführungsbeispiel 2
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt die Struktur eines Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter, dem Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend stellt das zweite Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Gitterverschiebungsmessung unter Verwendung des Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem ersten Ausführungsbeispiel zur Verfügung.
6 zeigt einen Ablauf eines Messverfahrens mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 6 dargestellt, umfasst das Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:

S1: Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, mittel einer Lichtquelle, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒA und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist;
S2: das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht treten jeweils in einen Lesekopf ein und fallen nach dem Brechen durch den Lesekopf jeweils auf eine Oberfläche des eindimensionalen Messgitters ein, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, zu erzeugen, wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung wieder über den Lesekopf jeweils in ein photoelektrische Empfangsmodul einfallen;

S201: Reflektieren des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts vertikal auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters durch einen Reflektor des Lesekopfs, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung zu erzeugen;
S202: Brechen des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch ein Brechungselement des Lesekopfs, so dass das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in ein polarisierende Strahlteilerprisma des Lesekopfs einfallen;
S203: jeweiliges Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf eine erste Viertelwellenplatte des Lesekopfs durch das polarisierende Strahlteilerprisma und jeweiliges Transmittieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf eine zweite Viertelwellenplatte des Lesekopfs;
S204: jeweiliges Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein linksdrehend polarisiertes Licht durch die erste Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieser in ein Kreiselprisma des Lesekopfs; anschließendes jeweiliges zweimaliges Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch das Kreiselprisma, so dass die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und jeweiliges Umwandeln der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht durch die zweite Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieser in einen Kompensationsspiegel des Lesekopfs; anschließendes Reflektieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch den Kompensationsspiegel, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die zweite Viertelwellenplatte ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; wobei die Dicke des Kompensationsspiegels der Hälfte der Länge des Kreiselprismas entspricht, um den Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu kompensieren, so dass der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich wie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ist;
S205: Transmittieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul durch das polarisierende Strahlteilerprisma, und Reflektieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul;

S3: Empfangen des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung das photoelektrische Empfangsmodul; wobei die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden, während die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden; das photoelektrische Empfangsmodul umfasst einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei durch den ersten Empfänger die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung empfangen werden und die beiden einander interferieren, um ein erstes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses an ein Signalverarbeitungssystem zu übertragen; und wobei durch den zweiten Empfänger die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung empfangen werden und die beiden einander interferieren, um ein zweites Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen; wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung bewegt, unterzieht sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen ersten Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen zweiten Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert;
S4: Durchführen einer jeweiligen Differenzrechnung für die beiden Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durch ein Signalverarbeitungssystem, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren.

Das Signalverarbeitungssystem führt eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger ausgegebene erste Schwebungsfrequenzsignal und das von dem zweiten Empfänger ausgegebene zweite Schwebungsfrequenzsignal durch, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren. Da die Differenzrechnung zum Stand der Technik gehört, wird sie hier nicht wiederholt.
Um ein höheres Vielfache der optischen Unterteilung zu realisieren, können das durch Beugen des eindimensionalen Messgitters erzeugte gebeugte Licht der +1-Ordnung und gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils in ein erste rechteckige Prisma und ein zweite rechteckige Prisma einfallen, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit dem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen. Durch eine sekundäre Beugung des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung wird das Vielfache der optischen Unterteilung verdoppelt, wodurch die Messauflösung verbessert wird.
Ausführungsbeispiel 3
Wie in 7 bis 9 dargestellt, ein Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Lichtquelle 1', einen Lesekopf 2', ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem 4'; wobei die Lichtquelle 1' zum Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern verwendet wird, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen und als Messstrahlen verwendet werden, und wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B ist, und wobei die Lichtquelle 1' ein Doppelfrequenzlasergerät oder zwei Lasergeräte mit einer festen emittierten Frequenzdifferenz sein kann; und wobei der Lesekopf 2' verwendet wird, so dass zwei Strahlen von polarisierten Lichtern auf eine Oberfläche des sich bewegenden eindimensionalen Messgitters 5' einfallen, und wobei nach dem Beugen durch die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters 5' die beiden Strahlen von polarisierten Lichtern ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die die Messinformationen tragen, erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, und wobei die erste polarisierte Lichtkomponente und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung sowie die erste polarisierte Lichtkomponente und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils über den Lesekopf 2' ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen.
Der Lesekopf 2' umfasst ein polarisierendes Strahlteilerprisma 201', eine erste Viertelwellenplatte 202', eine mit einem Reflexionsfilm beschichtete zweite Viertelwellenplatte 203', eine dritte Viertelwellenplatte 204', ein Kreiselprisma 205' und ein Brechungselement 206', wobei das polarisierende Strahlteilerprisma 201' auf dem ausfallenden Lichtweg der Lichtquelle 1', das Brechungselement 206' auf dem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters 5', die erste Viertelwellenplatte 202' auf dem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas 201', die zweite Viertelwellenplatte 203' auf dem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas 201', die dritte Viertelwellenplatte 204' auf dem Transmissionslichtweg des Brechungselements 206' und das Kreiselprisma 205' auf dem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte 202' angeordnet ist.
Das polarisierende Strahlteilerprisma 201' empfängt das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht, transmittiert das zweite polarisierte Licht auf die erste Viertelwellenplatte 202' und reflektiert das erste polarisierte Licht auf die zweite Viertelwellenplatte 203', wobei die erste Viertelwellenplatte 202' wandelt das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht um und strahlt dieses ins Kreiselprisma 205' ein; und wobei das Kreiselprisma 205' strahlt das zweite polarisierte Licht zurück, so dass das zweite polarisierte Licht durch die erste Viertelwellenplatte 202' durchgeht und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma 201' zurückkehrt; und wobei die zweite Viertelwellenplatte 203' das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umwandelt, das durch den Reflexionsfilm reflektiert wird, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte 203' durchgeht und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma 201' zurückkehrt; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma 201' das ins P-polarisierte Licht umgewandelte erste polarisierte Licht transmittiert und das ins S-polarisierte Licht umgewandelte zweite polarisierte Licht reflektiert, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters 5' einfallen, um durch Beugen das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu erzeugen; und wobei das Brechungselement 206' das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung bricht, das so dass das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in die dritte Viertelwellenplatte 204' einfallen; und wobei die dritte Viertelwellenplatte 204' die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins S-polarisierte Licht umwandelt und dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma 201' einstrahlt, sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins P-polarisierte Licht umwandelt und dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma 201' einstrahlt; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma 201' die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die erste Viertelwellenplatte 202' reflektiert sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die zweite Viertelwellenplatte 203' transmittiert; und wobei die erste Viertelwellenplatte 202' die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils in ein linksdrehend polarisiertes Licht umwandelt und diese ins Kreiselprisma 205' einstrahlt; und wobei das Kreiselprisma 205' die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zweimal zurück auf die erste Viertelwellenplatte 202' reflektiert, nachdem sie ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurden, werden sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma 201' eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma 201' auf das photoelektrische Empfangsmodul transmittiert; und wobei die zweite Viertelwellenplatte 203' die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umwandelt, und wobei sie durch den Reflexionsfilm reflektiert werden, nachdem sie nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte 203' durchgingen und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wurden, werden sie ins polarisierende Strahlteilerprisma 201' eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma 201' auf das photoelektrische Empfangsmodul reflektiert.
Da die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung sowie die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung jeweils einmal durch das Kreiselprisma 205' durchgehen, sind die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in dem Lesekopf 2' gleich, und die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung in dem Lesekopf 2' gleich, dadurch werden die Funktionen an zwei Aspekten erzielt:

am ersten Aspekt wird es sichergestellt, dass ein optischer Wegunterschied einen konstanten Wert hat, wenn die Messstrahlen ins photoelektrische Empfangsmodul eintritt;
am anderen Aspekt ändert sich, wenn sich die Umgebungstemperatur des Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter ändert, der optischer Wegunterschied der Messstrahlen auf die gleiche Weise, was nicht durch die thermische Ausdehnung und Kontraktion der optischen Elemente des Lesekopfs 2' beeinflusst wird, wodurch kein Messfehler eingeführt wird.

Das photoelektrische Empfangsmodul umfasst einen ersten Empfänger 301' und einen zweiten Empfänger 302', wobei der erste Empfänger 301' dazu verwendet wird, die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen, nachdem die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferierten und ein erstes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A bildeten, überträgt der erste Empfänger 301' das erste Schwebungsfrequenzsignal ans Signalverarbeitungssystem 4'; und wobei der zweite Empfänger 302' dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen, nachdem die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferierten und ein zweites Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A bildeten, überträgt der zweite Empfänger 302' das zweite Schwebungsfrequenzsignal ans Signalverarbeitungssystem 4'.
Wenn sich das eindimensionale Messgitter 5 entlang der Gittervektorrichtung bewegt, unterzieht sich aufgrund des Doppler-Frequenzverschiebungseffekts des Gitters das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, so dass sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger 301' ausgegebenen ersten Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger 302' zweiten ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Das Signalverarbeitungssystem 4' wird dazu verwendet, die von dem ersten Empfänger 301' und dem zweiten Empfänger 302' übertragenen Schwebungsfrequenzsignale zu empfangen sowie eine Differenzrechnung für zwei Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters 5' zu realisieren. Da die Differenzrechnung zum Stand der Technik gehört, wird sie hier nicht wiederholt.
Ausführungsbeispiel 4
Das dritte Ausführungsbeispiel zeigt die Struktur eines anderen Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter, dem Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechend stellt das vierte Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Gitterverschiebungsmessung unter Verwendung des Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem dritten Ausführungsbeispiel zur Verfügung.
10 zeigt einen Ablauf eines Messverfahrens mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 10 dargestellt, umfasst das Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter in dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:

S1: Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, mittel einer Lichtquelle, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist;
S2: das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht treten jeweils in einen Lesekopf ein und fallen nach dem Brechen durch den Lesekopf jeweils auf eine Oberfläche des eindimensionalen Messgitters ein, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, zu erzeugen, wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung wieder über den Lesekopf jeweils in ein photoelektrische Empfangsmodul einfallen; wobei der Schritt S2 insbesondere die folgenden Schritte umfasst:
S201': das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht fallen in ein polarisierende Strahlteilerprisma des Lesekopfs ein, Transmittieren des zweiten polarisierten Lichts auf eine erste Viertelwellenplatte des Lesekopfs durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren des ersten polarisierten Lichts auf eine zweite Viertelwellenplatte des Lesekopfs;
S202': Umwandeln des zweiten polarisierten Lichts in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht durch die erste Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieses in ein Kreiselprisma; Zurückstrahlen des zweiten polarisierten Lichts durch das Kreiselprisma, so dass das zweite polarisierte Licht durch die erste Viertelwellenplatte durchgeht und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; und Umwandeln des ersten polarisierten Lichts durch die zweite Viertelwellenplatte in ein linksdrehend polarisiertes Licht, das durch einen Reflexionsfilm reflektiert wird, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgeht und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt;
S203': Transmittieren des ins P-polarisierte Licht umgewandelten ersten polarisierten Lichts durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren des ins S-polarisierte Licht umgewandelten zweiten polarisierten Lichts, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, um durch Beugen das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu erzeugen;
S204': Brechen des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und des gebeugten Lichts der +1-Ordnung durch ein Brechungselement des Lesekopfs, so dass das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in eine dritte Viertelwellenplatte des Lesekopfs einfallen;
S205': Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins S-polarisierte Licht durch die dritte Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma, sowie Umwandeln der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins P-polarisierte Licht und Einstrahlen dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma;
S206': Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die erste Viertelwellenplatte durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Transmittieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die zweite Viertelwellenplatte;
S207': Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte in ein linksdrehend polarisiertes Licht und Einstrahlen dieses ins Kreiselprisma; nachdem durch das Kreiselprisma die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zweimal zurück auf die erste Viertelwellenplatte reflektiert und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurden, werden sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul transmittiert; und wobei durch die zweite Viertelwellenplatte die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und durch den Reflexionsfilm reflektiert werden, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgehen und ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und dann ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen sowie durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul reflektiert werden.

Da die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung sowie die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung jeweils einmal durch das Kreiselprisma durchgehen, sind die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in dem Lesekopf gleich, und die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung in dem Lesekopf gleich, dabei sind die Funktionen an zwei Aspekten widergespiegelt:

am ersten Aspekt wird es sichergestellt, dass ein optischer Wegunterschied einen konstanten Wert hat, wenn die Messstrahlen ins photoelektrische Empfangsmodul eintritt;
am zweiten Aspekt ändert sich, wenn sich die Umgebungstemperatur des Messgeräts mit heterodynem eindimensionalem Gitter ändert, der optischer Wegunterschied der Messstrahlen auf die gleiche Weise, was nicht durch die thermische Ausdehnung und Kontraktion der optischen Elemente des Lesekopfs beeinflusst wird, wodurch kein Messfehler eingeführt wird;
S3: Empfangen des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung das photoelektrische Empfangsmodul; wobei die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden, während die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden;
wobei das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses an ein Signalverarbeitungssystem zu übertragen; und wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie ein anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen;
wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung bewegt, unterzieht sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.

Um ein höheres Vielfache der optischen Unterteilung zu realisieren, können das durch Beugen des eindimensionalen Messgitters erzeugte gebeugte Licht der +1-Ordnung und gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils in ein erste rechteckige Prisma und ein zweite rechteckige Prisma einfallen, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit dem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen. Durch eine sekundäre Beugung des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung wird das Vielfache der optischen Unterteilung verdoppelt, wodurch die Messauflösung verbessert wird.
S4: Durchführen einer jeweiligen Differenzrechnung für die beiden Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durch ein Signalverarbeitungssystem, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren.
Das Signalverarbeitungssystem führt eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger ausgegebene erste Schwebungsfrequenzsignal und das von dem zweiten Empfänger ausgegebene zweite Schwebungsfrequenzsignal durch, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren. Da die Differenzrechnung zum Stand der Technik gehört, wird sie hier nicht wiederholt.
Ausführungsbeispiel 5
11 zeigt die Struktur eines Messverfahrens mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 11 dargestellt, ein Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Verfügung, umfassend eine Lichtquelle 1, einen Lesekopf, ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem 4; wobei die Lichtquelle 1 zum Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern verwendet wird, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, und wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B ist, und wobei die Lichtquelle 1 ein Doppelfrequenzlasergerät 1 oder zwei Lasergeräte mit einer festen emittierten Frequenzdifferenz sein kann; und wobei der Lesekopf dazu verwendet wird, zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern auf eine Oberfläche des sich bewegenden zweidimensionalen Messgitters 5 einzustrahlen, nachdem die beiden Strahlen von linear polarisierten Lichtern durch die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters 5 gebeugt wurden, werden ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer zweiten Dimension erzeugt, wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension wieder in den Lesekopf einfallen und am Ende aus dem Lesekopf ausfallen und ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen; und wobei das photoelektrische Empfangsmodul dazu verwendet wird, das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen, vier Wege von Schwebungsfrequenzsignalen zu erzeugen und eine 4-fache optische Unterteilung zu realisieren, und wobei das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger 301, einen zweiten Empfänger 302, einen dritten Empfänger 303 und einen vierten Empfänger 304 umfasst; und wobei der erste Empfänger 301 und der zweite Empfänger 302 dazu verwendet werden, das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen, zwei Wege von Schwebungsfrequenzsignalen zu erzeugen und diese ans Signalverarbeitungssystem 4 zu senden, und wobei der dritte Empfänger 303 und der vierte Empfänger 304 dazu verwendet werden, das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen, zwei Wege von Schwebungsfrequenzsignalen zu erzeugen und diese ans Signalverarbeitungssystem 4 zu senden, und wobei das Signalverarbeitungssystem 4 dazu verwendet wird, die von dem ersten Empfänger 301, dem zweiten Empfänger 302, dem dritten Empfänger 303 und dem vierten Empfänger 304 übertragenen Schwebungsfrequenzsignale zu empfangen, und eine Differenzrechnung für die von dem ersten Empfänger 301 und dem zweiten Empfänger 302 übertragenen Schwebungsfrequenzsignale durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters 5 in der ersten Dimension zu realisieren, sowie eine Differenzrechnung für die von dem dritten Empfänger 303 und dem vierten Empfänger 304 übertragenen Schwebungsfrequenzsignale durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters 5 in der zweiten Dimension zu realisieren.
Der Lesekopf umfasst ein polarisierendes Strahlteilerprisma 201, eine erste Viertelwellenplatte 202, eine zweite Viertelwellenplatte 203, eine dritte Viertelwellenplatte 204, ein Kreiselprisma 205 und ein Brechungselement 206; wobei das polarisierende Strahlteilerprisma 201 dazu verwendet wird, das S-polarisierte Licht zu reflektieren und das P-polarisierte Licht zu transmittieren; und wobei die erste Viertelwellenplatte 202 auf dem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas 201 und die zweite Viertelwellenplatte 203 auf dem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas 201 angeordnet ist, und wobei eine Oberfläche der zweiten Viertelwellenplatte 203 mit einem Reflexionsfilm beschichtet ist, um eine Reflexion des Lasers zu realisieren; und wobei die dritte Viertelwellenplatte 204 auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Viertelwellenplatte 203, nämlich auf dem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas 201 in anderer Richtung, angeordnet ist; und wobei das Kreiselprisma 205 auf dem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte 202 angeordnet ist, um Umdrehen des Lasers zu realisieren; und wobei das Brechungselement 206 auf dem Beugungslichtweg des zweidimensionalen Messgitters 5 angeordnet ist, um ein Brechen des Lasers zu realisieren.
12 zeigt das Prinzip der Lichtwegübertragung vor der Strahlbeugung im fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 12 dargestellt, ist der Lichtweg des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts, bevor sie ins zweidimensionale Messgitter 5 einfallen und gebeugt werden, wie folgt: das von der Lichtquelle 1 emittierte erste polarisierte Licht fällt ins polarisierende Strahlteilerprisma 201 ein, das erste polarisierte Licht wird durch das polarisierende Strahlteilerprisma 201 auf die zweite Viertelwellenplatte 203 reflektiert und in ein linksdrehend polarisiertes Licht umgewandelt, durch den an der zweiten Viertelwellenplatte 203 beschichteten Reflexionsfilm wird das erste polarisierte Licht zurück auf die zweite Viertelwellenplatte 203 reflektiert, die zweite Viertelwellenplatte 203 wandelt das erste polarisierte Licht in ein P-polarisiertes Licht um und das erste polarisierte Licht kehrt zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas 201 zurück; das von der Lichtquelle 1 emittierte zweite polarisierte Licht fällt ins polarisierende Strahlteilerprisma 201 ein, das zweite polarisierte Licht wird durch das polarisierende Strahlteilerprisma 201 auf die erste Viertelwellenplatte 202 transmittiert und in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt, danach fällt das zweite polarisierte Licht ins Kreiselprisma 205 ein, das Kreiselprisma 205 reflektiert das zweite polarisierte Licht zurück auf die erste Viertelwellenplatte 202, die erste Viertelwellenplatte 202 wandelt das zweite polarisierte Licht in ein S-polarisiertes Licht um, und das zweite polarisierte Licht kehrt zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas 201 zurück; das polarisierende Strahlteilerprisma 201 transmittiert das erste polarisierte Licht (das P-polarisierte Licht) und reflektiert das zweite polarisierte Licht (das S-polarisierte Licht), so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach in die dritte Viertelwellenplatte 204 einfallen; die dritte Viertelwellenplatte 204 wandelt das erste polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht um und strahlt dieses auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters 5 ein und wandelt das zweite polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht um und strahlt dieses auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters 5 ein.
Nach Beugen durch das zweidimensionale Messgitter 5 erzeugt das erste polarisierte Licht ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension; und nach Beugen durch das zweidimensionale Messgitter 5 erzeugt das zweite polarisierte Licht ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension.
Die erste Dimension und die zweite Dimension beziehen sich auf die Dimensionsteilungen gemäß der Richtung der Striche des zweidimensionalen Messgitters 5, d.h. zwei Richtungen der Striche auf der Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters 5.
Das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension enthalten jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente.
Die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension erzeugen ein erstes Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension.
Die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension erzeugen ein zweites Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension.
Die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension erzeugen ein erstes Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension.
Die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension erzeugen ein zweites Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension.
13 bis 16 zeigen das Erzeugungsprinzip des ersten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension, des zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension, des ersten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension und des zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension im fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 13 bis 16 dargestellt, nachdem das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension durch das Brechungselement 206 gebrochen wurden, sind sie parallel zueinander ausgerichtet und fallen vertikal in die dritte Viertelwellenplatte 204 ein.
Die dritte Viertelwellenplatte 204 wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein S-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma 201 ein, sowie wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein P-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma 201 ein.
Das polarisierende Strahlteilerprisma 201 reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die erste Viertelwellenplatte 202 und transmittiert die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die zweite Viertelwellenplatte 203.
Die zweite Viertelwellenplatte 203 wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht um und reflektiert dann dieses durch den Reflexionsfilm, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte 203 durchding und in ein S-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird es ins polarisierende Strahlteilerprisma 201 eingestrahlt sowie durch das polarisierende Strahlteilerprisma 201 reflektiert und jeweils in den ersten Empfänger 301, den zweiten Empfänger 302, den dritten Empfänger 303 und den vierten Empfänger 304 eingestrahlt.
Die erste Viertelwellenplatte 202 wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein linksdrehend polarisiertes Licht um und strahlt dieses nochmals ins Kreiselprisma 205 ein; das Kreiselprisma 205 reflektiert zweimal die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, die entlang dem einfallenden Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension ausfällt und in die erste Viertelwellenplatte 202 zurückkehrt; das Kreiselprisma 205 reflektiert zweimal die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, die entlang dem einfallenden Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension ausfällt und in die erste Viertelwellenplatte 202 zurückkehrt; das Kreiselprisma 205 reflektiert zweimal die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension, die entlang dem einfallenden Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension ausfällt und in die erste Viertelwellenplatte 202 zurückkehrt; das Kreiselprisma 205 reflektiert zweimal die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension, die entlang dem einfallenden Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension ausfällt und in die erste Viertelwellenplatte 202 zurückkehrt; die ersten polarisierten Lichtkomponenten in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension gehen nochmals durch die erste Viertelwellenplatte 202 durch und werden in ein P-polarisiertes Licht umgewandelt, sie fallen nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma 201 ein und werden durch das polarisierende Strahlteilerprisma 201 transmittiert, dann fallen sie jeweils in den zweiten Empfänger 302, den ersten Empfänger 301, den vierten Empfänger 304 und den dritten Empfänger 303 ein.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die durch den ersten Empfänger 301, den zweiten Empfänger 302, den dritten Empfänger 303 und den vierten Empfänger 304 empfangenen ersten polarisierten Lichtkomponenten und zweiten polarisierten Lichtkomponenten jeweils einmal durch das Kreiselprisma 205 durchgehen, wobei ihre Lichtwege in dem Lesekopf gleich sind, dadurch werden die Funktionen an zwei Aspekten erzielt:

am ersten Aspekt wird es sichergestellt, dass der optischer Wegunterschied einen konstanten Wert hat, wenn das Messsignal in den ersten Empfänger 301, den zweiten Empfänger 302, den dritten Empfänger 303 und den vierten Empfänger 304 eintritt;
am zweiten Aspekt ändert sich, wenn sich die Umgebungstemperatur des Messgeräts mit heterodynem zweidimensionalem Gitter ändert, der optischer Wegunterschied der Messstrahlen auf die gleiche Weise, was nicht durch die thermische Ausdehnung und Kontraktion der optischen Elemente des Lesekopfs beeinflusst wird, wodurch kein Messfehler eingeführt wird.

Der erste Empfänger 301 wird dazu verwendet, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein erstes Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ins Signalverarbeitungssystem 4 zu übertragen.
Der zweite Empfänger 302 wird dazu verwendet, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein zweites Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ins Signalverarbeitungssystem 4 zu übertragen.
Der dritte Empfänger 303 wird dazu verwendet, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein erstes Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ins Signalverarbeitungssystem 4 zu übertragen.
Der vierte Empfänger 304 wird dazu verwendet, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein zweites Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ins Signalverarbeitungssystem 4 zu übertragen.
Wenn sich das zweidimensionale Messgitter 5 entlang der Gittervektorrichtung in der ersten Dimension bewegt, unterzieht sich aufgrund des Doppler-Frequenzverschiebungseffekts des Gitters das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, so dass sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger 301 ausgegebenen ersten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension zu (ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ) und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger 302 ausgegebenen zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension zu (ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ) ändert.
Wenn sich das zweidimensionale Messgitter 5 entlang der Gittervektorrichtung in der zweiten Dimension bewegt, unterzieht sich aufgrund des Doppler-Frequenzverschiebungseffekts des Gitters das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, so dass sich die Frequenz des von dem dritten Empfänger 303 ausgegebenen ersten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension zu (ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ) und die Frequenz des von dem vierten Empfänger 304 ausgegebenen zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension zu (ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ) ändert.
Das Signalverarbeitungssystem 4 wird dazu verwendet, eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger 301 ausgegebene erste Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension und das von dem zweiten Empfänger 302 ausgegebene zweite Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension durchzuführen, um die Verschiebungsmessung mit heterodynem Gitter der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung in der ersten Dimension zu realisieren, und eine Differenzrechnung für das von dem dritten Empfänger 303 ausgegebene erste Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension und das von dem vierten Empfänger 304 ausgegebene zweite Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension durchzuführen, um die Verschiebungsmessung mit heterodynem Gitter der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung in der zweiten Dimension zu realisieren.
Ausführungsbeispiel 6
Das fünfte Ausführungsbeispiel zeigt die Struktur eines Messgeräts mit heterodynem zweidimensionalem Gitter, dem Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in dem fünften Ausführungsbeispiel entsprechend stellt das sechste Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Gitterverschiebungsmessung unter Verwendung des Messgeräts mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in dem fünften Ausführungsbeispiel zur Verfügung.
17 zeigt einen Ablauf eines Messverfahrens mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 17 dargestellt, umfasst das Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:

S1: Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen und jeweils ein erstes polarisiertes Licht im S-Polarisationszustand und ein zweites polarisiertes Licht im P-Polarisationszustand sind, mittel einer Lichtquelle; wobei die Lichtquelle ein Doppelfrequenzlasergerät 1 oder zwei Lasergeräte mit einer festen emittierten Frequenzdifferenz sein kann; und wobei die Lichtquelle zwei Strahlen von Lasern mit einer festen Frequenzdifferenz emittiert, die jeweils ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B ist;
S2: das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht treten jeweils in einen Lesekopf ein und fallen nach Reflektieren und Transmittieren durch den Lesekopf jeweils auf eine Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters ein, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer zweiten Dimension zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension wiederüber den Lesekopf jeweils in ein photoelektrische Empfangsmodul einfallen; und wobei der Schritt S2 insbesondere die folgenden Schritte umfasst:

S201: das erste polarisierte Licht wird durch ein polarisierende Strahlteilerprisma auf eine zweite Viertelwellenplatte reflektiert, wobei das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und danach reflektiert wird, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchging und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; und das zweite polarisierte Licht wird durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf eine erste Viertelwellenplatte transmittiert, nachdem das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt wurde, fällt es in ein Kreiselprisma ein, das Kreiselprisma strahlt das zweite polarisierte Licht zurück, wenn das zweite polarisierte Licht nochmals durch die erste Viertelwellenplatte durchging und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück;
S202: das polarisierende Strahlteilerprisma transmittiert das erste polarisierte Licht und reflektiert das zweite polarisierte Licht, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach in eine dritte Viertelwellenplatte einfallen; wobei die dritte Viertelwellenplatte das erste polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umwandelt und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einstrahlt sowie das zweite polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umwandelt und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einstrahlt, das erste polarisierte Licht wird gebeugt, um ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension zu erzeugen, das zweite polarisierte Licht wird gebeugt, um ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu erzeugen.

Das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension enthalten jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente.
S203: nachdem das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension durch einBrechungselement gebrochen wurden, sind sie parallel zueinander ausgerichtet und fallen vertikal in die dritte Viertelwellenplatte ein;
S204: die dritte Viertelwellenplatte wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein S-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma ein, sowie wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein P-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma ein;
S205: das polarisierende Strahlteilerprisma reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die erste Viertelwellenplatte und transmittiert die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die zweite Viertelwellenplatte;
S206: die zweite Viertelwellenplatte wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht um und reflektiert dann dieses, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchding und in ein S-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird es ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma jeweils ins photoelektrische Empfangsmodul reflektiert; die erste Viertelwellenplatte wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein linksdrehend polarisiertes Licht um und strahlt dieses nochmals ins Kreiselprisma ein; das Kreiselprisma reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zweimal und strahlt diese auf die erste Viertelwellenplatte aus, nachdem sie in ein P-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma ins photoelektrische Empfangsmodul transmittiert.
S3: das photoelektrische Empfangsmodul erzeugt jeweils in Übereinstimmung mit dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension ein entsprechendes Schwebungsfrequenzsignal und sendet dieses an ein Signalverarbeitungssystem;
und wobei das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger, einen zweiten Empfänger, einen dritten Empfänger und einen vierten Empfänger umfasst; und wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein erstes Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; und wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein zweites Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; und wobei der dritte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein erstes Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; und wobei der vierte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein zweites Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension mit einer Frequenz (ƒ_B-ƒ_A) zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden.
Wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung in der ersten Dimension bewegt, unterzieht sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, so dass sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen ersten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der ersten Dimension zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert; wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung in der zweiten Dimension bewegt, unterzieht sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ, so dass sich die Frequenz des von dem dritten Empfänger ausgegebenen ersten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem vierten Empfänger ausgegebenen zweiten Schwebungsfrequenzsignals in der zweiten Dimension zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
S4: Durchführen einer Differenzrechnung durch das Signalverarbeitungssystem jeweils für die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale und die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension und der zweiten Dimension zu realisieren.
Genauer gesagt, wird das Signalverarbeitungssystem dazu verwendet, eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger ausgegebene erste Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension und das von dem zweiten Empfänger ausgegebene zweite Schwebungsfrequenzsignal in der ersten Dimension durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension zu realisieren, und eine Differenzrechnung für das von dem dritten Empfänger ausgegebene erste Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension und das von dem vierten Empfänger ausgegebene zweite Schwebungsfrequenzsignal in der zweiten Dimension durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der zweiten Dimension zu realisieren.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich die Erläuterung im Zusammenhang mit den Fachwörtern „einem Ausführungsbeispiel“, „einigen Ausführungsbeispielen“, „einem Beispiel“, „einem spezifischen Beispiel“ oder „einigen Beispielen“ darauf, dass die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel oder Beispiel erläuterten spezifischen Merkmalen, Strukturen, Materialien oder Merkmalen in zumindest einem Ausführungsbeispiel oder Beispiel der vorliegenden Erfindung enthalten sind. In der vorliegenden Beschreibung beziehen sich die schematischen Darstellungen der obigen Fachwörter nicht notwendigerweise auf dasselbe Ausführungsbeispiel oder dasselbe Beispiel. Darüber hinaus können die erläuterten spezifischen Merkmale, Strukturen, Materialien oder Merkmale in einem oder mehreren Ausführungsbeispielen oder Beispielen auf geeignete Weise kombiniert werden. Im Falle ohne Konflikte können Fachleute auf diesem Gebiet zusätzlich verschiedene Ausführungsbeispiele oder Beispiele, die in dieser Beschreibung erläutert sind, oder die Merkmale in den verschiedenen Ausführungsbeispielen oder Beispielen verbinden und kombinieren.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung oben dargestellt und erläutert werden, versteht es sich, dass die obigen Ausführungsbeispiele beispielhaft sind und nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung verstanden werden sollten. Der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung die Änderungen, Modifikationen, Ersetzungen und Variationen für die Ausführungsbeispiele durchführen.
Die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden keine Einschränkung für den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung. Alle anderen entsprechenden Änderungen und Modifikationen, die gemäß dem technischen Konzept der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, sollen als von dem Schutzumfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 202010953637 [0001]
WO 202010953635 [0001]
WO 202010953595 [0001]
WO 202010953663 [0001]

Claims

Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter, umfassend eine Lichtquelle, die dazu verwendet wird, zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, zu erzeugen, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist; dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Lesekopf, ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem umfasst; wobei der Lesekopf zum Empfangen des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts verwendet wird, die jeweils auf eine Oberfläche des sich bewegenden eindimensionalen Messgitters einfallen, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils über den Lesekopf ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen; und wobei das photoelektrische Empfangsmodul dazu verwendet wird, das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zu empfangen, um zwei Wege von Schwebungsfrequenzsignalen zu bilden; und wobei bei einem Weg davon es sich darum handelt, dass die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden, während bei dem anderen Weg es sich darum handelt, dass die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden; und wobei das Signalverarbeitungssystem dazu verwendet wird, eine Differenzrechnung für die beiden Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesekopf einen Reflektor, ein polarisierendes Strahlteilerprisma, eine erste Viertelwellenplatte, eine zweite Viertelwellenplatte, einen mit einem Reflexionsfilm beschichteten Kompensationsspiegel, ein Kreiselprisma und ein Brechungselement umfasst; wobei der Reflektor auf einem ausfallenden Lichtweg der Lichtquelle angeordnet ist, um das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht vertikal auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters zu reflektieren, wodurch ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung erzeugt werden; und wobei das Brechungselement auf einem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet ist, um das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der - 1-Ordnung zu brechen, so dass das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der - 1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma auf einem Transmissionslichtweg des Brechungselements angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils auf die erste Viertelwellenplatte zu reflektieren sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils auf die zweite Viertelwellenplatte zu transmittieren; und wobei die erste Viertelwellenplatte auf einem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und diese ins Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma auf einem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils zweimal zu reflektieren, so dass die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und wobei die zweite Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt werden und dann in den Kompensationsspiegel einfallen; und wobei der Kompensationsspiegel auf einem Transmissionslichtweg der zweiten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung jeweils zu reflektieren, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die zweite Viertelwellenplatte ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma weiterhin dazu verwendet wird, die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul zu transmittieren sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul zu reflektieren.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie das Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen; und wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie das anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Kompensationsspiegels der Hälfte einer Länge des Kreiselprismas entspricht, um einen Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu kompensieren, so dass der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich wie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ist.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesekopf weiterhin ein erstes rechteckiges Prisma und ein zweites rechteckiges Prisma umfasst, die jeweils auf dem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet sind, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit einem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesekopf ein polarisierendes Strahlteilerprisma, eine erste Viertelwellenplatte, eine mit einem Reflexionsfilm beschichtete zweite Viertelwellenplatte und ein Kreiselprisma umfasst; wobei das polarisierende Strahlteilerprisma auf einem ausfallenden Lichtweg der Lichtquelle angeordnet ist und dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht zu empfangen, das zweite polarisierte Licht auf die erste Viertelwellenplatte zu transmittieren und das erste polarisierte Licht auf die zweite Viertelwellenplatte zu reflektieren, und wobei die erste Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses in das Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma auf einem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht zurückzustrahlen, so dass das zweite polarisierte Licht durch die erste Viertelwellenplatte durchgeht und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; und wobei die zweite Viertelwellenplatte auf einem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprisma angeordnet ist, um das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln, das durch den Reflexionsfilm reflektiert wird, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgeht und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma weiterhin dazu verwendet wird, das ins P-polarisierte Licht umgewandelte erste polarisierte Licht zu transmittieren und das ins S-polarisierte Licht umgewandelte zweite polarisierte Licht zu reflektieren, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, um durch Beugen das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu erzeugen.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesekopf weiterhin ein Brechungselement und eine dritte Viertelwellenplatte umfasst; wobei das Brechungselement auf einem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet ist, um das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu brechen, so dass das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in die dritte Viertelwellenplatte einfallen; und wobei die dritte Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des Brechungselements angeordnet ist, um die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins S-polarisierte Licht umzuwandeln und dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen, sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins P-polarisierte Licht umzuwandeln und dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma dazu verwendet wird, die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die erste Viertelwellenplatte zu reflektieren sowie die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die zweite Viertelwellenplatte zu transmittieren; und wobei die erste Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und ins Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma verwendet wird, so dass die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zweimal zurück auf die erste Viertelwellenplatte reflektiert und ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden, dann nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen und durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul transmittiert werden; und wobei die zweite Viertelwellenplatte verwendet wird, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und durch den Reflexionsfilm reflektiert werden, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgehen und ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und dann ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen sowie durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul reflektiert werden.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu empfangen sowie das Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen; und wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung zu empfangen sowie das anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu übertragen.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich sind, und die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung gleich sind.
Messgerät mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesekopf weiterhin ein erstes rechteckiges Prisma und ein zweites rechteckiges Prisma umfasst, die jeweils auf dem Beugungslichtweg des eindimensionalen Messgitters angeordnet sind, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit einem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: S1: Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, mittel einer Lichtquelle, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist; S2: Eintreten des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts jeweils in einen Lesekopf und Einfallen dieses nach dem Brechen durch den Lesekopf jeweils auf eine Oberfläche des eindimensionalen Messgitters, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung, die jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten, zu erzeugen, wobei das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung wieder über den Lesekopf jeweils in ein photoelektrische Empfangsmodul einfallen; S3: Empfangen des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch das photoelektrische Empfangsmodul; wobei die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden, während die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung einander interferieren, um ein anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu bilden; S4: Durchführen einer jeweiligen Differenzrechnung für die beiden Wege von Schwebungsfrequenzsignalen durch ein Signalverarbeitungssystem, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des eindimensionalen Messgitters zu realisieren.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S2 insbesondere die folgenden Schritte umfasst: S201: Reflektieren des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts vertikal auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters durch einen Reflektor des Lesekopfs, um ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung und ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung zu erzeugen; S202: Brechen des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch ein Brechungselement des Lesekopfs, so dass das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in ein polarisierende Strahlteilerprisma des Lesekopfs einfallen; S203: jeweiliges Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf eine erste Viertelwellenplatte des Lesekopfs durch das polarisierende Strahlteilerprisma und jeweiliges Transmittieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf eine zweite Viertelwellenplatte des Lesekopfs; S204: jeweiliges Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein linksdrehend polarisiertes Licht durch die erste Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieser in ein Kreiselprisma des Lesekopfs; anschließendes jeweiliges zweimaliges Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch das Kreiselprisma, so dass die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; und jeweiliges Umwandeln der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht durch die zweite Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieser in einen Kompensationsspiegel des Lesekopfs; anschließendes Reflektieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch den Kompensationsspiegel, so dass die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die zweite Viertelwellenplatte ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und danach ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen; S205: Transmittieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins P-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung, die ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden, auf das photoelektrische Empfangsmodul.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Kompensationsspiegels der Hälfte einer Länge des Kreiselprismas entspricht, um einen Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zu kompensieren, so dass der Lichtweg der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich wie der Lichtweg der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ist.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S2 insbesondere die folgenden Schritte umfasst: S201': Einfallen des ersten polarisierten Licht und des zweiten polarisierten Licht in ein polarisierende Strahlteilerprisma des Lesekopfs, Transmittieren des zweiten polarisierten Lichts auf eine erste Viertelwellenplatte des Lesekopfs durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren des ersten polarisierten Lichts auf eine zweite Viertelwellenplatte des Lesekopfs; S202': Umwandeln des zweiten polarisierten Lichts in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht durch die erste Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieses in ein Kreiselprisma; Zurückstrahlen des zweiten polarisierten Lichts durch das Kreiselprisma, so dass das zweite polarisierte Licht durch die erste Viertelwellenplatte durchgeht und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; und Umwandeln des ersten polarisierten Lichts durch die zweite Viertelwellenplatte in ein linksdrehend polarisiertes Licht, das durch einen Reflexionsfilm reflektiert wird, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgeht und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wird und danach zu dem polarisierenden Strahlteilerprisma zurückkehrt; S203': Transmittieren des ins P-polarisierte Licht umgewandelten ersten polarisierten Lichts durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Reflektieren des ins S-polarisierte Licht umgewandelten zweiten polarisierten Lichts, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, um durch Beugen das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung zu erzeugen; S204': Brechen des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und des gebeugten Lichts der +1-Ordnung durch ein Brechungselement des Lesekopfs, so dass das gebeugte Licht der -1-Ordnung und das gebeugte Licht der +1-Ordnung parallel zueinander ausgerichtet sind und vertikal in eine dritte Viertelwellenplatte des Lesekopfs einfallen; S205': Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins S-polarisierte Licht durch die dritte Viertelwellenplatte und Einstrahlen dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma, sowie Umwandeln der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung ins P-polarisierte Licht und Einstrahlen dieses vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma; S206': Reflektieren der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die erste Viertelwellenplatte durch das polarisierende Strahlteilerprisma und Transmittieren der zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung auf die zweite Viertelwellenplatte; S207': Umwandeln der ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung durch die erste Viertelwellenplatte in ein linksdrehend polarisiertes Licht und Einstrahlen dieses ins Kreiselprisma; nachdem durch das Kreiselprisma die ersten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung zweimal zurück auf die erste Viertelwellenplatte reflektiert und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurden, werden sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul transmittiert; und wobei durch die zweite Viertelwellenplatte die zweiten polarisierten Lichtkomponenten des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und des gebeugten Lichts der -1-Ordnung in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und durch den Reflexionsfilm reflektiert werden, nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchgehen und ins S-polarisierte Licht umgewandelt werden und dann ins polarisierende Strahlteilerprisma einfallen sowie durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf das photoelektrische Empfangsmodul reflektiert werden.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung gleich sind, und die Lichtwege der ersten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung und der zweiten polarisierten Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung gleich sind.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung empfängt sowie das Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A erzeugt und dieses ans Signalverarbeitungssystem überträgt; und wobei der zweite Empfänger die erste polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der -1-Ordnung und die zweite polarisierte Lichtkomponente des gebeugten Lichts der +1-Ordnung empfängt sowie das anderes Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A erzeugt und dieses ans Signalverarbeitungssystem überträgt.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich das eindimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht der +1-Ordnung einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert.
Messverfahren mit heterodynem eindimensionalem Gitter nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Beugen des eindimensionalen Messgitters erzeugte gebeugte Licht der +1-Ordnung und gebeugte Licht der -1-Ordnung jeweils in ein erste rechteckige Prisma und ein zweite rechteckige Prisma einfallen, wobei das erste rechteckige Prisma und das zweite rechteckige Prisma jeweils das gebeugte Licht der +1-Ordnung und das gebeugte Licht der -1-Ordnung zweimal reflektieren, die mit einem Beugungsaustrittswinkel nochmals auf die Oberfläche des eindimensionalen Messgitters einfallen, und wobei zwei Strahlen von neuen gebeugten Lichtern vertikal auf das polarisierende Strahlteilerprisma einfallen.
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter, umfassend eine Lichtquelle, die dazu verwendet wird, zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, zu erzeugen, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht sind; dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Lesekopf, ein photoelektrisches Empfangsmodul und ein Signalverarbeitungssystem umfasst; wobei der Lesekopf zum Empfangen des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts verwendet wird, die jeweils auf eine Oberfläche des sich bewegenden zweidimensionalen Messgitters einfallen, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer zweiten Dimension zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension dann über den Lesekopf jeweils ins photoelektrische Empfangsmodul einfallen; und wobei das photoelektrische Empfangsmodul dazu verwendet wird, jeweils in Übereinstimmung mit dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension ein entsprechendes Schwebungsfrequenzsignal zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; und wobei das Signalverarbeitungssystem dazu verwendet wird, eine Differenzrechnung jeweils für die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale und die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension und der zweiten Dimension zu realisieren.
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B ist; wobei der Lesekopf ein polarisierendes Strahlteilerprisma, eine erste Viertelwellenplatte, eine mit einem Reflexionsfilm beschichtete zweite Viertelwellenplatte, eine dritte Viertelwellenplatte, ein Kreiselprisma und ein Brechungselement umfasst; wobei das polarisierende Strahlteilerprisma dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht zu empfangen, das zweite polarisierte Licht auf die erste Viertelwellenplatte zu transmittieren und das erste polarisierte Licht auf die zweite Viertelwellenplatte zu reflektieren, und wobei die erste Viertelwellenplatte auf einem Transmissionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach dieses in das Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma auf einem Transmissionslichtweg der ersten Viertelwellenplatte angeordnet ist, um das zweite polarisierte Licht zurückzustrahlen, nachdem das zweite polarisierte Licht nochmals durch die erste Viertelwellenplatte durchging und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; und wobei die zweite Viertelwellenplatte auf einem Reflexionslichtweg des polarisierenden Strahlteilerprismas angeordnet ist, um das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach zu reflektieren, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchging und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma weiterhin dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht zu transmittieren und das zweite polarisierte Licht zu reflektieren, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach in die dritte Viertelwellenplatte einfallen; und wobei die dritte Viertelwellenplatte auf einem Lichtweg angeordnet ist, durch den das polarisierende Strahlteilerprisma das erste polarisierte Licht transmittiert, und dazu verwendet wird, das erste polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einzustrahlen sowie das zweite polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einzustrahlen, und wobei das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht jeweils gebeugt werden, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension zu erzeugen.
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension umfasst, wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension umfasst, und wobei das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten.
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesekopf weiterhin ein auf einem Beugungslichtweg des zweidimensionalen Messgitters angeordnetes Brechungselement umfasst, um das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu brechen, so dass das gebeugte Licht der -1Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension parallel zueinander ausgerichtet sind und in die dritte Viertelwellenplatte einfallen; wobei die dritte Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein S-polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen, sowie die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein P-polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma einzustrahlen; und wobei das polarisierende Strahlteilerprisma dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die erste Viertelwellenplatte zu reflektieren und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die zweite Viertelwellenplatte zu transmittieren; und wobei die erste Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein linksdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und dieses nochmals ins Kreiselprisma einzustrahlen; und wobei das Kreiselprisma dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zweimal zu reflektieren und auf die erste Viertelwellenplatte auszustrahlen, nachdem sie in ein P-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma ins photoelektrische Empfangsmodul transmittiert; und wobei die zweite Viertelwellenplatte dazu verwendet wird, die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umzuwandeln und dann dieses zu reflektieren, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchding und in ein S-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird es ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma jeweils ins photoelektrische Empfangsmodul reflektiert.
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger, einen zweiten Empfänger, einen dritten Empfänger und einen vierten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der dritte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der vierte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden;
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den ersten Empfänger, den zweiten Empfänger, den dritten Empfänger und den vierten Empfänger jeweils empfangenen ersten polarisierten Lichtkomponenten und zweiten polarisierten Lichtkomponenten jeweils einmal durch das Kreiselprisma durchgehen, wobei ihre Lichtwege in dem Lesekopf gleich sind.
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung in der ersten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der ersten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert; dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung in der zweiten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem dritten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem vierten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_Bƒ_A+2Δƒ ändert.
Messgerät mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungssystem dazu verwendet wird, eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem zweiten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension zu realisieren, und eine Differenzrechnung für das von dem dritten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem vierten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchzuführen, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der zweiten Dimension zu realisieren.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: S1: Erzeugen von zwei Strahlen von linear polarisierten Lichtern, die einander überlappen sowie orthogonale Polarisationen und eine feste Frequenzdifferenz aufweisen, mittel einer Lichtquelle, wobei die linear polarisierten Lichter jeweils ein erstes polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_A und ein zweites polarisiertes Licht mit einer Frequenz ƒ_B sind, und wobei das erste polarisierte Licht ein S-polarisiertes Licht und das zweite polarisierte Licht ein P-polarisiertes Licht ist; S2: Eintreten des ersten polarisierten Lichts und des zweiten polarisierten Lichts jeweils in einen Lesekopf und Einfallen dieses nach Reflektieren und Transmittieren durch den Lesekopf jeweils auf eine Oberfläche des sich bewegenden zweidimensionalen Messgitters, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in einer zweiten Dimension zu erzeugen, und wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension wieder über den Lesekopf jeweils in ein photoelektrische Empfangsmodul einfallen; S3: Erzeugen eines entsprechenden Schwebungsfrequenzsignals durch das photoelektrische Empfangsmodul jeweils in Übereinstimmung mit dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und dem gebeugten Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension und Senden dieses an ein Signalverarbeitungssystem; S4: Durchführen einer Differenzrechnung durch das Signalverarbeitungssystem jeweils für die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale und die durch das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension erzeugten Schwebungsfrequenzsignale, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension und der zweiten Dimension zu realisieren.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S2 insbesondere die folgenden Schritte umfasst: S201: das erste polarisierte Licht wird durch ein polarisierende Strahlteilerprisma auf eine zweite Viertelwellenplatte reflektiert, wobei das erste polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umgewandelt und danach reflektiert wird, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchging und ins P-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; und das zweite polarisierte Licht wird durch das polarisierende Strahlteilerprisma auf eine erste Viertelwellenplatte transmittiert, nachdem das zweite polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umgewandelt wurde, fällt es in ein Kreiselprisma ein, und wobei das zweite polarisierte Licht durch das Kreiselprisma zurückgestrahlt wird, nachdem das zweite polarisierte Licht nochmals durch die erste Viertelwellenplatte durchging und ins S-polarisierte Licht umgewandelt wurde, kehrt es zu dem polarisierenden Strahlteilerprismas zurück; S202: das polarisierende Strahlteilerprisma transmittiert das erste polarisierte Licht und reflektiert das zweite polarisierte Licht, so dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht kombiniert werden und danach in eine dritte Viertelwellenplatte einfallen; wobei die dritte Viertelwellenplatte das erste polarisierte Licht in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht umwandelt und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einstrahlt sowie das zweite polarisierte Licht in ein linksdrehend polarisiertes Licht umwandelt und danach vertikal auf die Oberfläche des zweidimensionalen Messgitters einstrahlt, und wobei das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht jeweils gebeugt werden, um ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension zu erzeugen.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der ersten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension umfasst, wobei das gebeugte Licht der ±1-Ordnung in der zweiten Dimension ein gebeugtes Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und ein gebeugtes Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension umfasst, und wobei das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension jeweils eine erste polarisierte Lichtkomponente und eine zweite polarisierte Lichtkomponente enthalten.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Schritt S202 weiterhin die folgenden Schritte umfasst: S203: nachdem das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und das gebeugte Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension durch ein Brechungselement gebrochen wurden, sind sie parallel zueinander ausgerichtet und fallen vertikal in die dritte Viertelwellenplatte ein; S204: die dritte Viertelwellenplatte wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein S-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma ein, sowie wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein P-polarisiertes Licht um und strahlt dieses vertikal ins polarisierende Strahlteilerprisma ein; S205: das polarisierende Strahlteilerprisma reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die erste Viertelwellenplatte und transmittiert die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension auf die zweite Viertelwellenplatte; S206: die zweite Viertelwellenplatte wandelt die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein rechtsdrehend polarisiertes Licht um und reflektiert dann dieses, nachdem es nochmals durch die zweite Viertelwellenplatte durchding und in ein S-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird es ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma jeweils ins photoelektrische Empfangsmodul reflektiert; und die erste Viertelwellenplatte wandelt die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension in ein linksdrehend polarisiertes Licht um und strahlt dieses nochmals ins Kreiselprisma ein; das Kreiselprisma reflektiert die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension, dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zweimal und strahlt diese auf die erste Viertelwellenplatte aus, nachdem sie in ein P-polarisiertes Licht umgewandelt wurde, wird sie nochmals ins polarisierende Strahlteilerprisma eingestrahlt und durch das polarisierende Strahlteilerprisma ins photoelektrische Empfangsmodul transmittiert.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Empfangsmodul einen ersten Empfänger, einen zweiten Empfänger, einen dritten Empfänger und einen vierten Empfänger umfasst; wobei der erste Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der zweite Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der ersten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der dritte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden; wobei der vierte Empfänger dazu verwendet wird, die erste polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension und die zweite polarisierte Lichtkomponente in dem gebeugten Licht der +1-Ordnung in der zweiten Dimension zu empfangen sowie ein Schwebungsfrequenzsignal mit einer Frequenz ƒ_B-ƒ_A zu erzeugen und dieses ans Signalverarbeitungssystem zu senden.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den ersten Empfänger, den zweiten Empfänger, den dritten Empfänger und den vierten Empfänger jeweils empfangenen ersten polarisierten Lichtkomponenten und zweiten polarisierten Lichtkomponenten jeweils einmal durch das Kreiselprisma durchgehen, wobei ihre Lichtwege in dem Lesekopf gleich sind.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang einer Gittervektorrichtung in der ersten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der ersten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der ersten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem ersten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem zweiten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A+2Δƒ ändert; dass, wenn sich das zweidimensionale Messgitter entlang der Gittervektorrichtung in der zweiten Dimension bewegt, sich das gebeugte Licht der -1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Rückwärtsfrequenzverschiebung -Δƒ und das gebeugte Licht +1-Ordnung in der zweiten Dimension einer Vorwärtsfrequenzverschiebung +Δƒ unterzieht, wobei sich die Frequenz des von dem dritten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_B-ƒ_A-2Δƒ und die Frequenz des von dem vierten Empfänger ausgegebenen Schwebungsfrequenzsignals zu ƒ_Bƒ_A+2Δƒ ändert.
Messverfahren mit heterodynem zweidimensionalem Gitter nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungssystem eine Differenzrechnung für das von dem ersten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem zweiten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchführt, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der ersten Dimension zu realisieren, und eine Differenzrechnung für das von dem dritten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal und das von dem vierten Empfänger ausgegebene Schwebungsfrequenzsignal durchführt, um die Verschiebungsmessung der 4-fachen optischen Unterteilung durch die Einzelbeugung des zweidimensionalen Messgitters in der zweiten Dimension zu realisieren.