DE2240968A1 - Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung

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Description

ERNST LEITZ GMBH
Unser Zeichen: A 1873/jB 27^*3 633 Wetzlar, den, 7· August
Pat Se/GG
Optisches Verfahren zur Messung der relativen Verschiebung eines Beugungsgitters sowie Einrichtungen zu seiner Durchführung
Die Erfindung betrifft ein optisches Verfahren zur Messung der relativen Verschiebung eines ein- oder zweidimensLonaLen Beugungsgitters in seiner Teilungsebene nach einer oder zwei Koordinatenrichtungen mit Beleuchtung des Gitters durch einen Lichtfluß in einem definierten Raumwinkelbereich, der kleiner als die entsprechenden Deugungswlnkel des Gitters ist, und Auswertung der am Gitter gebeugten TeIlliohtflüsse, sowie Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens .
Bekanntlich liefern die interferometrischen Verfahren dor Optik Längen- oder' Winkelmessungeu honor Qualität. Bei den Zwoiö trahl-Xnterf eroinetern, die den Anordnungen nrich Mi.ohuL-son, ilach-Zchnder, Sagnac oder auch Git tor interiVjrenzauordiirmgen entsprechen, liefert die mit dem Jeweiligen Meßvorgang verbundene Gangunterschieds-, bzv. Phasenänderung zwischen den beiden Teilstrahlen noch keine Information über das Vorzeichen der entsprechenden Moßgrößenänderung. Durch verschiedene bekannte Verfahren und Geräte kann diese Information zusätzlich gewonnen und meßtechnisch ausgewertet werden. Diesen Meßverfahren liegt die prinzipielle Erkenntnis zugrunde, daß phasenverschobene verkettete periodische Signale, die aus den Interferenzerscheinungen abgeleitet werden, ein elektrisches ürehfeld mit Kichtungss inn darstellen. Dabei, können die Meßinformation darstellende Kelativänderungen zwischen den interferierenden Teilstrahlen nicht nur durch verschiedene optische Weglängen der TeIlstrahlen erzeugt werden. Bewegt man,das zur Strahlenteilung
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/erwendete Bauelement senkrecht zum einfallenden Strahl in einer Kicntung, weiche in einer Ebene enthalten ist, die auch zumindest zwei aus dem Deleuchtungsstrahlenbündel aufgespaltene TeilstrahienbündeI enthält, so erhalten bei
Orth^gonaLität zwischen geteilter Fläche und Beleuchtungsstrahlenbündel die austretenden Tei Istrahlenbünde I eine gegenläufig symmetrische geschwindigkeitsproportionale Dopp lerverschiebung ihrer Lichtfrequenz und damit eine entsprechende Anderungsgeschwindigkeit ihrer Phasendifferenz zueinander.
Nachteilig bei derartigen Meßverfahren sind einmal die Amplitudenabhängigkeit der Meßergebnisse und zum anderen die damit verbundenen üriftprobleme in den verwendeten Verstärkern und fotoelektrischen Empfängern.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie Einrichtungen zu seiner Durchführung anzugeben, weiche die dargelegten Nachteile vermeiden und gleichzeitig nur die von mit stetig ortsperiodisch variierenden, fotoeiektrischeti Signalen arbeitenden inkrementalen Meßsystemen bekannten kleinen relativen Meßunsicherheiten aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, daß unter Verwendung eines Beleuchtungsstrahlenbündels mit zwei annähernd gleich intensiven Polarisationskomponenten, die komplementär zueinander polarisiert sind und unterschiedliche Lichtfrequenz aufweisen, ein zum Differenzsignai dieser Komponenten phasetikorreliertes elektrisches Referenzsignal erzeugt wird, daß das Beleuchtungsstrahlenbündel mittels eines optischen Baugliedes in zwei gegeneinander geneigte Teilstrahlenbündel zerlegt wird, daß dann mittels eines weiteren optischen Baugliedes mindestens zwei Teilstrahlenbündel zu mindestens einem Paar gleichgerichteter, aus zu^einander
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komplementären Teilwellen mit unterschiedlichen optischen Schicksalen bestehender Teilstrahlenbündel vereinigt werden, wobei das Beugungsgitter als zerlegendes oder vereinigendes Bauteil verwendet ist, daß aus jedem Paar gleichgerichteter, wiedervereinigter komplementär polarisierter Teilbündel unterschiedlicher Frequenz nach Durchlaufen eines Polarisationsanalysators mit vorzugsweise zwei Ausgängen mittels fotoelektrischer Wandler die durch eine Verschiebung des Gitters nach Phase und Frequenz modulierte Differenzfrequenz zwischen den komplementären Teilstrahlenbündeln als Meßsignal gebildet wird, und daß das Referenzsignal und das Meßsignal in einer elektrischen Vergleichseinrichtung miteinander verglichen und dabei als Maß für die jeweilige Verschiebekomponente des Gitters die Relativphase der beiden Signale gemessen wird, und daß die Zahl der Schwebungen entsprechend dem Vorzeichen der Differenzfrequenz vorzeichenrichtig gespeichert wird. Dabei kann zu den durch die Meßgitterverschiebung erzeugten Frequenz- bzw. Phasenunter-" schieden zwischen den Teilstrahlenbündeln des Meßstrahlenganges ztisätzlich vor oder nach der Strahlveceinigung mittels' mechanisch-optischer, elektro-mechanisch-optischer oder elektro-optischer Bauelemente in einem Steuer- oder Regelkreis eine Phasenänderung zwischen diesen Teilbündeln erzeugt werden. Auch ist es möglich, daß mit Hilfe eines rotierenden Polarisators ein Beleuchtungsbündel mit rotierender linearer Polarisationsrichtung erzeugt wird, das aus komplementären zirkulär polarisierten Teilwellen mit einer Differenzfrequenz gleich der doppelten Rotationsfrequenz des Polarisators besteht»
Einrichtungen zur Durchführung des neuen Verfahrens sind so gestaltet, daß einer ein Beleuchtungsstrahlenbündel mit zwei annähernd gleich intensiven Polarisationskomponenten, die komplementär zueinander polarisiert sind und unterschiedliche Lichtfrequenz aufweisen, erzeugenden Lichtquelle eine ein zum
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Differenzsignal dieser K.omponente/7 phasenkorreliertes elektrisches Signal erzeugende Referenzstufe nachgeschaltet ist, daii ferner im Beleuchtungsstrahlenbündel ein optisches Bauglied zum Zerlegen des Beleuchtungsstrahlenbündels in zwei gegeneinatvder geneigte Teilstrahlenbündel sowie ein weiteres optisches Bauglied zum Vereinigen mindestens zweier Teilstrahlenbündel zu mindestens einem Paar gleichgerichteter, aus zueinander komplementären Teilwellen mit unterschiedlichen optischen Schicksalen bestehender Teilbündel vorgesehen sind, wobei eines dieser optischen Bauglieder das relativ zum Strahlengang verschiebbare Beugungsgitter ist, daß nachfolgend im Strahlengang ein Polarisationsanalysator mit vorzugsweise zwei Ausgängen vorhanden ist, dem fotoelektrische Wandler zugeordnet sind, und daß den fotoelektrischen Empfängern eine elektrische Vergleichseinrichtung sowie gegebenenfalls eine Anzeigestufe und/oder ein Speicher und/oder ein Servokreis nachg--eschaltet sind. Dabei kann als Lichtquelle ein in seinem einzigen axialen Mode schwingender Laser mit polarisationsisotropem Resonator vorgesehen sein, dessen Schwingungsmode durch ein axiales Magnetfeld in zwei frequenzverschobene, komplementär zirkulär polarisierte Teilwellen gleicher Richtung aufgespalten wird. Auch ist es möglich, daß als Lichtquelle ein Laser mit polarisationsisotropem Resonator vorgesehen ist, der so dimensioniert ist, daß nur zwei axiale, senkrecht zueinander polarisierte Schwingungsmoden unterschiedlicher Frequenz zur Lichterzeugung beitragen. Mit Vorteil ist im Strahlengang zusätzlich ein die Phasenlage zwischen den Teilbündeln änderndes mechanisch-optisches, elektro-mechanisch-optisches oder elektrisch-optisches Bauelement vorgesehen. Das verwendete Gitter kann als Phasengitter so ausgeführt sein, daß es mit bevorzugten Intensitäten Licht nur in Jeweils zwei koplanare Beugungsordnungen umlenkt. Die dem Meßgitter zugeordneten, die Rieh tungs änderungen bewirkenden Bauelemente können als polarisierende
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Bauelemente, wie Wollastonprismen, analoge doppelbrechende Schiebelinsenpaare oder Linearpolarisationskomponenten trennende dielektrische Spiegelflächen ausgebildet sein. Schließlich ist es möglich, die dem Meßgitter zugeordneten, die Richtungsänderungen bewirkenden Bauelemente als polarisationsneutrale Bauelemente, wie Phasen- oder Amplitudengitter oder teildurchlässige Spiegel auszuführen.
Ein besonderer Vorteil des neuen Verfahrens gegenüber Be-
kanntem liegt darin, daß die Signalverarbeitung in einem Frequenzbereich erfolgen kann, der nur geringe zusätzliche Rauscheinflüsse gewährleistet.
Ausführungsbeispiele für Einrichtungen zur Durchführung des neuen Verfahrens sind schematisch in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zun Messen nach einer Koordinatenrichtung mit einem reflektierenden, x±±se strahlenzusammenführenden Bauteil,
Fig. 2 eine Einrichtung zum Messen nach einer Koordinatenrichtung mit parallelem Strahlengang und Ortsfrequenzblende,
Fig. 3 eine Einrichtung zum Messen nach zwei Koordinatenrichtungen,
Fig. 4 eine weitere Einrichtung zum Messen nach einer Koordinatenrichtung.
In Fig.1 ist einem von einer ein koaxial zum Resonator liegendes Magnetfeld erzeugenden magnetischen Einrichtung 2 umgebenen Zweifrequenzlaser 1 ein polarisationsneutraler Teiler 3 nachgesehaltet. Der Laser kann beispielsweise ein im magnetfeldfreien Raum nur eine Lichtfrequenz im TEM Mode liefernder HeNe-Gaslaser mit polarisationsisotropem Resonator sein, der xmmucx polarisiertes Licht abstrahlt.
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Wie in J.Appl.Phys. 3_3_/2319-2321 , 1962, von Statz Paananen und Kosterer gezeigt wurde, beginnt bei Erregung eines zum Resonator koaxialen Magnetfeldes durch die Einrichtung 2 die Polarisationsebene des Lasers mit einer Frequenz, die der Feldstärke proportional ist, zu rotieren.
Diese rotierende Linearpolarisation kann auch durch ein Paar von gleichstarken rechts und links zirkulär polarisierten Wellen mit einer Lichtfrequenzdifferenz, die der doppelten Rotationsfrequenz entspricht, beschrieben werden, so daß auch eine Lichtquelle mit natürlicher oder einfacher Zirkularpolarisation mit einem nachgeschalteten stetig oder pendelnd rotierenden Linearpolarisator den dem Erfindungsgedanken entsprechenden Lichtwellentyp erzeugen würde.
Das eine am Teiler 3 entstehende Teilstrahlenbündel ist über eine -r -Platte 5 auf ein Wollastonprisma 6 gerichtet, dem ein spiegelndes Bauelement 7 und ein Phasengitter k folgen. Dem Gitter k ist je eine sammelnde Optik 10·, eine mit ihrer Achse um k$ gegen die Aufspaltungsrichtung des WoIlastonprismas 6 geneigte doppelbrechende Platte 11 ' und je ein fotoelektrisches Empfängerpaar 8*, P' zugeordnet. Dieses Empfängerpaar ist mit den Eingangsklemmen eines Differenzverstärkers 12· verbunden, dessen Ausgangssignale einer Differenzbildner- und Phasenmeßstufe 13 zugeführt sind. Der Stufe 13 fcxffc ein Vor-Rückwärts-Zähler 14 sowie ein Schwebungsbruchteil-Anzeiger 15·
Die soweit beschriebene Einrichtung funktioniert wie folgt: Der Laser 1 erzeugt eine rechts- und eine linkszirkular polarisierte Komponente, deren Frequenzunterschied durch das von der Einrichtung 2 erzeugte Magnetfeld steuerbar ist und die sich zu einem linear"polarisierten Strahl zusammensetzen, dessen Polarisationsebene mit einer dem Frequenzunterschied entsprechenden Differenzfrequenz umläuft.
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Der polarisationsneutrale Teiler 3 greift einen Teilstrahl ab, der durch die Optik 10 Lichtpunkte auf den Empfängern 8, 9 entwirft. Die beiden Lichtpunkte entsprechen^ den senkrecht zueinander polarisierten ordentlichen und außerordentlichen Strahlen, die durch die unter 45 zur optischen Achse geschnittene doppelbrechende Platte 11 geometrisch getrennt werden. Die als Analysator mit Gegentaktausgängen wirkende Platte 11 setzt die Polarisationsmodulation des Lichtes in Amplitudenmodulationen um» Der Differenzverstärker 12 liefert als Referenzsignal ein reines Wechselstromsignal an die Auswerteelektronik I3 (Differenzstufe und Phasenmeßstufe), welches der Lichtfrequenz-Differenzfrequenz V - V„ entspricht. Der Meßstrahl, der durch den Teiler 3 hindurchgegangen ist, wird durch die τ- -Platte 5 von dem rechts und links zirkulär polarisierten komplementären Wellenpaar in ein komplementäres Wellenpaar linear, parallel und senkrecht polarisiert umgewandelt, welche die Lichtfrequenz V 1 und V9 haben»
Die j- -Platte ist zu dem Wollastonprisnia 6 so orientiert, daß das parallel und senkrecht polarisierte Wellenpaar durch sax das Wollastonprisma entsprechend dem Aufspaltwinkel geometrisch getrennt wird. Das spiegelnde Bauelement 7, z.B. ein Glasblock, reflektiert mit den planen Außenflächen die beiden Teilbündel so, daß der zwischen einem Paar von homologen Strahlen eingeschlossene ebene Winkel der Winkeldifferenz zwischen den am Phasengitter 4 gebeugten Strahlen +1. und -I.Ordnung entspricht, so daß das nur dargestellte Paar von senkrecht zueinander polarisierten, in der Richtung wiedervereinigten Strahlenbündel/? entsteht. Durch eine Meßbewegung des Phasengitters werden die Lichtfrequenzen V 1 und f„ entsprechend dem Dopplereffekt verändert, so daß das Wellenpaar die Frequenzen V^ + Δν und V2-Oi/ erhält. Die Bauelemente 10 * 5 11 *; 8 ' ; 9 ·; 1 2 * wirken entsprechend den dem Referenzstrahl zugeordneten Bauelementen. . ο
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Die Platte 11 muß mit ihren Hauptschnittrichtungen dazu unter k3 zu den Polarisationsrichtungen des Wellenpaares orientiert sein.
Das Meßsignal wird in der Stufe 13 nach Frequenz und Phase mit dem Referenzsignal verglichen. Vorzeichenrichtige Zählimpulse steuern einen Vor-Rückwärtszähler ik. Bei ruhenden oder langsam bewegten Gittern liefert der Anzeiger der Schwebungsperiodenbruchteile 15 eine Feinmessung aufgrund des Phasenunterschiedes zwischen dem fotoelektrischen Signalpaar.
In der in Fig·2 gezeigten Variante weisen entsprechende Bezugszeichen auf der Anordnung nach Fig.1 analoge Bauteile hin. Der r -Platte 5 ist hier zunächst ein feststehendes Phasengitter 16 als Sttahlentrenner nachgeordnet, das sich in der vorderen Brennebene einer Linee 17 befindet. Diese bewirkt zusammen mit einer weiteren Linse 17* eine telezentrisch^ 1:1-Abbildung des Gittere 16 auf das Gitter k. Zwischen den Linsen 17 und 17* ist in ihrer gemeinsamen Brennebene eine Ortefrequenzfilter-Blende 19 angeordnet, deren Öffnungen 20, 21 mit Polarisationsfiltern 22, 23 gekreuzter Durchlaßrichtungen versehen sind. Die zueinander gekreuzten Polarisationsfilter 22, 23 in den Teilstrahlen der +1. und-1 .Beugungsordnungen sorgen dafür, daß für jede der beiden Einstrahlrichtungen auf das Gitter k nur eine Schwingungsrichtung und damit auch nur eine Lichtfrequenz wirksam wird. Durch die Blendenöffnungen 20, 21 wird die Ausblendung aller vom Gitter 16. erzeugten unerwünschten Beugungsordnungen bewirkt, die zu Strahlen mit nicht benötigten Dopplerfrequenzverschiebungen führen würden. Zwischen dem beweglichen Phasengitter k und der sammelnden Optik 10' ist eine Phasenkorrekturvorrichtung 18 vorgesehen, mit der die Phase zwischen den komplementär polarisierten Strahlanteilen verschoben werden kann.
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Diese Vorrichtung kann beispielsweise aus einer Pockelszelle 18 bestehen, die beim Anlegen einer Korrektuspannung eine zusätzliche Phasenverschiebung zwischen den am im Azimut unter 45 orientierten Polarisationsteiler 11' interferenzfähig gemachten Teilstrahlen bewirkt. Der Meß- . wert, ausgegeben von den Baugruppen 14 und 15» kann innerhalb eines kleinen Bereiches durch Variation der Pockelszellenspannung ohne Bewegung des Meßgitters 4 korrigierend schnell beeinflußt werden«
In Fig.3 ist eine nach zwei Koordinatenrichtungen messende Einrichtung dargestellt. Ein polarisationsisotroper Laserresonator 1 * ist so lang, daß er höchstens in zwei linearen zueinander senkrecht polarisierten Schwingungsmoden mit einigen hundert MHz Frequenzabstand im TEM Moden—Typ schwingend erregt werden kann. Die Resonatorlänge wird so stabilisiert, daß die beiden Moden gleiche Intensität aufweisen, was mittels der Trennung nach Polarisationsrichtungen sowie einer Differenzfotodiode in einer Regelschleife bewirkt wird«, Zur Abzweigung beider Komponenten für ein Referenzsignal ist eine dünne, unverspiegelte Glasplatte 26f geeignet, die unter dem Brewster-Winkel gegen den rückwärtigen Laserstrahl geneigt ist und unter .45 zu den Polarisationsrichtungen der beiden Moden in der Winkellage aus der Zeichenebene heraus orientiert ist. Um die Schwingungsrichtungen, der beiden Moden raumfest zu machen, wird ein Permanentmagnet 21 neben dem Laser 1' angeordnet,dessen Streufeld etwa senkrecht auf der Resonatorachse steht. Der als Fenster- und Zerstreuungslinse wirkende Resonatorspiegel 31 bildet zusammen mit einem Objektiv 32 ein Strahlaufweitungsfernrohr, um mit einem ausreichenden Bünde!querschnitt über ein größeres Gitterfeld zu mitteln.
Das als Phasengitter mit Unterdrückung der O.Beugungsordnung ausgebildete Kreuzgitter 4' trennt das Beleuchtungsstrahlen-
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bündel in eine große Zahl von Bcugungsordnungeri, von welchen die vier intensivsten Strahlen der 1.1.1 Beugungsordnungen paarweise vereinigt werden. Nur das eine Paar ist in der Zeichenebene dargestellt, die beiden anderen Strahlen liegen in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene. Als Strahlvereiniger 27 dient eine polarisierende strahlte Llende Spiegelschicht 27'» so daß in den beiden vereinigten Strahlenpaaren jeweils die senkrecht zueinander polarisierten Komponenten der -1.Beugungsordnungen einer Koordinate vereinigt sind. Als polarisierende Teiler wirken doppelbrechende Platten 11, 11', die im Azimut unter 45 zu den Schwingungsrichtungen orientiert sind, um die Interferenz der Strahlenpaare in Gegentaktpaaren zu erzwingen. Ein Gegentaktverstärker 12' erzeugt ein kombiniertes Meßsignal für die entsprechende Koordinate ο Unter Verwendung des gleichen Referenzsignals werden die Positionssignale nach den Meßkoordinaten unabhängig voneinander erzeugt und in Meß- oder Lageregelkreisen weiterverarbeitet.
Um die hohen Trägerfrequenzen, die durch einen Zweimodenlaser vorgegeben sind, leichter verarbeiten zu können, ist es möglich, das Referenz- und Meßsignal mit einem gemeinsamen elektrischen Hilfsoszillator durch Differenzfrequenzbildung in einem Modulator z.B. in das durch kommerzielle Bauteile leicht verarbeitbare Zwischenfrequenzband der Fernsehtechnik zu transponieren.
Der Betrieb der Fotodioden mit dieser Hilfsfrequenz bringt bereits die Differenzfrequenzbildung zwischen Lichtmodulation und Hilfssignalο
Fig.k zeigt einen weiteren Gittergeber zur Messung nach > einer Koordinatenrichtung. Der als Beleuchtungequelle dienende Laser 1" ist hier mit einem Längenregelkreis 2" versehen, welcher seine Regelgröße aus dem den Laser rückwärts ver-
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lassenden Licht erhält. Aus diesem Licht wird auch, wie dargestellt, das mit dem Meßsignal zu vergleichende Referenzsignal gewonnen. Durch ein Wollastonprisma 6 wird der Hauptstrahl des Lasers 1" in zwei Komponenten orthogonaler Polarisation aufgespalten, welche mittels einer Afokaloptik 7' den Beugungswinkeln des Gitters h entsprechend auf diesem vereinigt werden. Durch eine in die Afokaloptik 7' eingefügte τ- -Platte 5 werden die orthogonalen Polarisationszustände der beiden Strahlkomponenten in gegensinnig zirkuläre Polarisationen umgesetzt. Bei Bewegung des Gitters k in einem Winkel zu seinen Teilstrichen erfahren die an diesem Gitter in eine Richtung vereinigten und interferierenden Teilstrahlenbündel eine richtungsabhängige Modulation der Wechselfrequenz ihrer Lichtstärke. Mittels einer nachgeschalteten Faradayzelle 18', einer Optik 10, eines polarisierenden Strahlenteilers 11, eines Fotoempfängerpaares &, y und eines Differenzverstärkers 12 wird diese Lichtmodulation, wie schon in Fig.2 beschrieben, in elektrische Signalinodulati on umgesetzt. Auch die Auswertung dieser elektrischen Signale ist schon zu Fig.2*be-: schrieben, nur ist liier dem Vergleicher 13 mit Vor-rückwärtszähler 1^ ein Schwebungsphasenmesser 25 mit Nullabgleich nebengeordnet. Dieser Nullabgleich erfolgt mn vom Schwebungsphasenmesser 25 aus durch Steuern der Faradayzelle 1 8.'.
Die verwendeten Gitter können als Lineargitter, Kreuasgitter oder Radialgitter ausgebildet sein.
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Claims (1)

  1. 224096C
    Ansprüche
    Optisches Verfahren zur Messung der relativen Verschiebung eines ein- oder zweidimensionalen Beugungsgitters in seiner Teilungsebene nach einer oder zwei Koordinatenrichtungen mit Beleuchtung des Gitters durch einen Lichtfluß in einem definierten Kaumwinkelbereich, der kleiner ist als die entsprechenden Beugungswinkel des Meßgitters, und Auswertung der am Gitter gebeugten Teillichtflüsse, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) unter Verwendung eines Beleuchtungsstrahlenbündels mit zwei annähernd gleich intensiven Polarisationskomponenten, die komplementär zueinander polarisiert sind und unterschiedliche Lichtfrequenz aufweisen, ein zum Differenzsignal dieser Komponenten phasenkorreliertes elektrisches Referenzsignal erzeugt wird, daß
    b) das Beleuchtungsstrahlenbündel mittels eines opti-
    minde&iens
    sehen Baugliedes in zwei gegeneinander geneigte Teilstrahlenbündel zerlegt wird, daß dann mittels eines weiteren optischen Baugliedes mindestens zwei Tel!strahlenbündel zu mindestens einem Paar gleichgerichteter, aus ziueinander komplementären Teilwellen mit unterschiedlichen optischen Schicksalen bestehender Teilstrahlenbündel vereinigt werden, wobei das Beugungsgitter als zerlegendes oder vereinigendes Bauteil verwendet ist, daß
    c) aus jedem Paar gleichgerichteter, wiedervereinigter komplementär polarisierter Teilbündel unterschiedlicher Frequenz nach Durchlaufen eines Polarisationsanalysators mit vorzugsweise zwei Ausgängen mittels fotoelektrischer Wandler die durch eine Verschiebung des Gitters nach Phase und Frequenz modulierte Differenzfrequenz zwischen den komple-
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    mentareη Teilstrahlenbündeln als Meßsignal gebildet wird und daß
    d) das Referenzsignal und das Meßsignal in einer elektrischen Vergleichseinrichtung miteinander verglichen und dabei als Maß für die jeweilige Ver- . Schiebekomponente, des Gitters die Relativphase der beiden Signale gemessen wird, und daß die Zahl der Schwebungen entsprechend dem Vorzeichen der Differenzfrequenz vorzeichenrichtig gespeichert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den durch die Meßgitterverschiebung erzeugten Frequenz- bzw. Phasenunterschieden zwischen den Teilstrahlenbündeln des Meßstrahlenganges zusätzlich vor oder nach der Strahlvereinigung mittels mechanischoptischer, elektro-mechanisch-optischer oder elektrooptischer Bauelemente in einem Steuer- oder Regelkreis eine Phasenänderung zwischen diesen Teilbündeln erzeugt wird.
    3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines rotierenden Polarisators ein Beleuchtung sbündel mit rotierender linearer Polarisationsrichtung erzeugt wird, das aus komplementären zirkulär polarisierten Teilwellen mit einer Differenzfrequenz gleich der doppelten Rotationsfrequenz des Polarisators besteht.. .
    k. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer ein Beleuchtungsstrahlenbündel mit zwei annähernd gleich intensiven Polarisatinnskomponenten, die komplementär zueinander polarisiert sind und unterschiedliche Lichtfrequenz aufweisen, erzeugende«Licht-
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    quelle (1; 11; 1") eine ein zum Differenzsignal dieser Komponenten phasenkorreliertes elektrisches Signal erzeugende Referenzstufe (8-12) nachgeschaltet ist, daß ferner im Beleuchtungsstrahlenbündel ein optisches Bauglied (6, 16, k*) zum Zerlegen des Beleuchtungsstrahlenbündels in zwei gegeneinander geneigte Teilst rah Ie nbündel sowie ein weiteres optisches Bauglied (k, 27) zum Vereinigen mindestens zweier Teilstrahlenbündel zu mindestens einem Paar gleichgerichteter, aus zueinander komplementären Teilwellen mit unterschiedlichen optischen Schicksalen bestehender Teilbündel vorgesehen sind, wobei eines dieser optischen Bauglieder das relativ zum Strahlengang verschiebbare Beugungsgitter (U) ist, daß nachfolgend im Strahlengang ein Polarisationsanalysator (ii) mit vorzugsweise zwei Ausgängen vorhanden ist, dem fotoelektrische Wandler (8f, 9') zugeordnet sind, und daß den fotoelektrischen. Wandlern eine elektrische Vergleichseinrichtung (13) sowie gegebenenfalls eine Anzeigestufe (15) und/oder ein Speicher (i4) und/oder ein Servokreis nachgeschaltet sind.
    Einrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (1; 1'; 1") ein in seinem einzigen axialen Mode schwingender Laser mit polarisationsisotropem Resonator vorgesehen ist, dessen Schwingungsmpde durch ein axiales Magnetfeld in zwei frequenzverschobene, komplementär zirkulär polarisierte Teilwellen gleicher Richtung aufgespalten wird.
    Einrichtung nach Anspruch kt dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Laser mit polarisationsisotropem Resonator vorgesehen ist, der so dimensioriert ist, daß nur zwei axiale, senkrecht zueinander polarisierte Schwingungsmoden unterschiedlicher Frequenz zur Lichterzeugung beitragen. -l«i-
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    7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zusätzlich ein die Phasenlage zwischen den Teilbündeln änderndes mechanisch-optisches, elektro-mechanisch-optisches oder elektrisch-optisches Bauelement (,18) vorgesehen ist.
    8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 zur Messung nach einer Koordinatenrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Lichtquelle vorgesehenen Laser (i) mit magnetischer Einrichtung (2) zur Frequenzaufspaltung ein Strahlenteiler (3) zugeordnet ist, wobei diesem Strahlenteiler (3) in Richtung auf. das als Meßobjekt wirksame Phasengitter (4) eine ζ- -Platte (5) folgt, der vor dem Gitter (4) ein strahlaufspaltendes polarisierendes Bauteil (6) und eine strahlzusammenführende Einrichtung (7) nachgeschaltet sind, daß dem Gitter (4) und der zweiten Austrittsfläche des Teilers (3) je eine sammelnde Optik (1O, 10'), ein polarisierender Teiler (11, 11*) und zwei . fotoelektrische Empfänger (8, 9 bzw. 81, 9*) folgen, deren Ausgänge an den Eingängen je eines Differenzverstärkers (12, 12') liegen, und daß die Ausgänge der Verstärker (12, 12·) mit einer Phasenmeßeinrichtung (13) verbunden sind, der ein Vor-Rückwärtszähler (14) sowie ein Schwebungsbruchteilahzeiger (15) nachgeschaltet sind.
    9· Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 zur Messung nach einer Koordinatenrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der 7- -Platte (5) nach Anspruch 8 ein Phasengitter. (16), eine Unendlichoptik (17, 17') und dem Phasengitter (4) eine Phasenschieber-Einrichtung (18) nachgeschaltet ist, wobei innerhalb der Unendlichoptik (17, 17') eine Ortsfrequenzfilter-Blende (19-) mit zwei Durchlässen (20, 21) für die -1.Beugungsordnung des Gitters
    409810/0571 ' ~l6~
    (i6) liegt und den Durchlässen (20, 21 ) zwei Polarisationsfilter (22, 23) mit gekreuzten, zur r- -Platte (5) orientierten Durchlaßrichtungen nachgeordnet sind.
    10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 zur Messung nach einer Koordinatenrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Laser (1") mit Längenregelkreis (2") in Richtung auf das als Meßobjekt wirksame Phasengitter (4) ein strahlaufspaltendes polarisierendes Bauteil (6) in der vorderen Brennebene einer nachfolgenden Afokaloptik (71) zugeordnet ist, daß im parallelen Strahlengang der Afokaloptik (7f) eine unter 45 zu den Strahlpolarisationsrichtungen orientierte r· Platte (5) angeordnet ist, daß sich das Gitter (4) in der hinteren Brennebene der Optik (7*) befindet, daß dem Gitter (4) als Schwebungsphasenregler eine Faradayzelle (181) nachgeschaltet ist, daß der Faradayzelle (i8f) eine sammelnde Optik (1O), ein polarisierender Teiler (ii) und zwei fotoelektrische Empfänger (8, 9) folgen, deren Ausgänge an den Eingängen eines Differenzverstärkers (12) liegen, daß dem Längenregelkreis (2") zur Erzeugung eines Referenzsignals ein fotoelektrischer Empfänger (81) nebst zugehörigem Verstärker (12*) zugeordnet ist, und daß die Ausgänge der Verstärker (12, 12') mit einem Vergleicher (13) verbunden sind, dem ein Vor-Rückwärtszähler (14) sowie ein Schwebungsphasenmesser (25) nachgeschaltet sind.
    11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 zur Messung nach zwei Koordinatenrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Lichtquelle vorgesehenen Laser (I1) mit Frequenzstabilisierungssystem (21) einseitig ein als Meßobjekt wirksames Kreuzgitter, vor-
    zugsweise ein Kreuzphasengitter (41) mit r- -Phasen-
    409810/0571
    . ο. ι y (<z.
    sprung zugeordnet ist, daß dem Gitter (M) in seinen beiden StrahlaufSpaltungsebenen^ je eine strahlvereinigende Einrichtung nachgeschaltet ist, welche aus einem Umlenkspiegel (2.6) und einem polarisierenden Strahlvereiniger (27) besteht, daß den Ausgangskanälen der Strahlvereiniger (27) je eine sammelnde Optik (Ϊ0, 10·), ein polarisierender Teiler (11, 11*) und zwei fotoelektrische Empfänger (81, 9' bzw. 8", 9") zugeordnet sind, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Gegentaktverstärkers (i2f) verbunden sind, daß der zweiten Austrittsfläche des Lasers (1J) unter dem Brewster-Winkel zum Laserstrahl und unter 45 zu den Polarisationsrichtungen geneigt eine Glasplatte (26*) zugeordnet ist, der ein fotoelektrischer Empfänger (8) mit angeschlossenem Verstärker (12) folgt, und daß die Ausgänge der Verstärker (12, 12') mit einer Auswerteelektronik (33» 33') verbunden sind, der ein Vor-Rückwärtszähler (i4, 14J) sowie ein .Phasenmesser (35» 35') nachgeschaltet sind.
    12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter (4) so ausgeführt ist, daß es mit bevorzugten Intensitäten Licht nur in jeweils zwei koplanare Beugungsordnungen umlenkt.
    13· Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Meßgitter (4) zugeordneten, die Richtungsänderungen bewirkenden Bauelemente (6, 16, 17) als polarisierende Bauelemente, wie Wollastonprismen, analoge doppelbrechende Schiebelinsenpaare oder Linearpolarisationskomponenten trennende dielektrische Spiegelflächen ausgebildet sind.
    14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da-
    409810/0571
    24096C"
    durch gekennzeichnet, daü die dem Meügitter (k) zugeordneten, die Richtungsänderungen bewirkenden Bauelemente (6, 16, 17) als polarisationsneutrale Bauelemente, wie Phasen- oder Amplitudengitter oder teildurchlässige Spiegel ausgeführt sind#
    40981 0/0571
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