DE3872227T2 - Opto-elektronischer skalenlese-apparat. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Verschiebung zwischen einer Skala mit einer periodischen Struktur und einem Lesekopf.
• Eine bekannte Art eines solchen Apparates umfaßt eine Vielzahl von Gittern, von denen eines durch die periodische Struktur der Skala definiert ist. Ein Beleuchtungsmittel wechselwirkt mit einem oder mehreren der Gitter, um ein Wechselwirkungsergebnis zu erzeugen, welches ein räumlich periodisches Streifenfeld enthält. Ein anderes Gitter bildet ein Analysegitter, das in einer koplanaren Position zu dem Streifenfeld angeordnet ist und eine Periodizität aufweist, die im wesentlichen gleich der Periodizität des Streifenfeldes ist, wodurch das Streifenfeld und das Analysegitter zusammenwirken, um eine Lichtmodulation zu erzeugen, falls während des Betriebes die Skala und der Lesekopf relativ zueinander verschoben werden. Mittel zum Erfassen der Lichtmodulationen sind vorgesehen, um die Verschiebung zu messen. Beispiele von solchen Vorrichtungen sind gezeigt in der japanischen Patentanmeldung Nr. JP 59-182312 und in Optical Technology, Vol. 38, Nr. 10, Seiten 588 bis 590.
• Die bekannte Vorrichtung kann entweder Abbildungsoptiken oder eine Anzahl von Gittern im Lesekopf enthalten, die zusammen mit einer Lichtquelle angeordnet sind, um die periodische Struktur auf der Skala zu beleuchten und mit dieser wechselzuwirken, um das Wechselwirkungsergebnis zu erzeugen, welches das Streifenfeld enthält.
• Es ist teuer im Lesekopf Abbildungsoptiken oder Gitter vorzusehen und somit würde es vorteilhaft sein, den Gebrauch von Gittern im Lesekopf zu vermeiden oder die Anzahl von solchen Optiken oder Gittern zu reduzieren.
• Die vorliegende Erfindung ist dargelegt im Anspruch 1.
• Beispiele von Vorrichtungen gemäß dieser Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
• Fig. 1 eine Ansicht eines ersten Beispiels der Vorrichtung ist,
• Fig. 2 eine Draufsicht von Fig. 1 ist,
• Fig. 3 eine auseinandergefaltete Ansicht des optischen Weges durch die Vorrichtung ist,
• Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1 ist, aber ein zweites Beispiel zeigt,
• Fig. 5 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß einem dritten Beispiel ist,
• Fig. 6 eine Draufsicht nach Fig. 5 ist,
• Fig. 7 eine Draufsicht eines vierten Beispiels ist,
• Fig. 8 eine Ansicht eines fünften Beispiels ist, welche zu Fig. 5 korrespondiert, aber eine Verbesserung zeigt,
• Fig. 9 eine Draufsicht nach Fig. 8 ist,
• Fig. 10 eine detailliertere Ansicht von Fig. 9 ist, die den Lichtweg zeigt, und
• Fig. 11 eine Ansicht korrespondierend zur Fig. 8 ist, aber eine weitere Modifikation zeigt.
• Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 3 ist eine reflektierende Skala 10 durch periodische Hell- und Dunkel-Markierungen 11 definiert, welche auf einem länglichen Skalenelement 12 vorgesehen sind, das hinsichtlich der Richtungen X, Y, Z orientiert ist. Die Markierungen 11 liegen in der X-Y Ebene und bilden wirksam ein Beugungsgitter. Ein Lesekopf 13 umfaßt eine Lichtquelle 14 zum Projizieren eines Lichtstrahls 11 auf die Skala, eine Linse 15 zum Kollimieren des Lichtes, ein Prisma 16 mit ebenen, reflektierenden Oberflächen 17, 18 zum Reflektieren des Lichtes zwischen diesen und der Skala, und eine Linse 19 zum Fokussieren des Lichtes, welches schließlich von der Skala auf einen opto-elektronischen Umwandler 20 reflektiert wird. Der Winkel zwischen den Oberflächen 17 und 18 beträgt 90º. Der Lesekopf ist so angeordnet, daß die Oberflächen 17, 18 jeweils unter 45º zur X-Y-Ebene und jeweils unter 90º zu der X-Z-Ebene liegen. Die Oberflächen 17, 18 sind daher konkav in einer longitudinalen Ebene, welche senkrecht zur Skala ist. Die Skala 10 und der Lesekopf 13 sind relativ zueinander in der X-Richtung beweglich, und - wie beschrieben wird - erzeugt die optische Wechselwirkung zwischen der Skala und dem Prisma vom Umwandler 20 lesbare Modulationen des Lichtstrahls L. Eine Zählung des entsprechenden Umwandler-Ausgangssignals durch einen Zähler 21 bildet ein Maß für die Bewegung. Obwohl der Zähler 21 als Teil des Lesekopfes 13 gezeigt ist, kann er in der Praxis separat bereitgestellt sein.
• Genauer betrachtet tritt bei den durch die Linse 15 erzeugten Strahlen R1 eine erste Wechselwirkung mit den Marken 11 auf der Skala an einem Ort A auf, wodurch die Marken zu periodischen Lichtquellen werden, welche Strahlen R2 erzeugen. Die Strahlen R2 werden durch die Oberflächen 17, 18 in Bereichen B, C auf die Skala in einen Bereich D für eine zweite Wechselwirkung mit den Marken 11 zurückreflektiert, wodurch gebeugte Strahlen R3 erzeugt werden, welche zurück in das Prisma projiziert werden. Die Oberflächen 17, 18 reflektieren die Strahlen R3 in den Bereichen E, F für eine dritte Wechselwirkung mit den Marken 11 an einem Ort G zurück auf die Skala, wo die gebeugten Strahlen ein Streifenfeld FF bilden, welches mit den Marken wechselwirkt, um Strahlen R4 zu erzeugen. Das durch die Skala gebildete Gitter ist nicht markiert, um irgendeine spezielle Beugungsordnung zu bevorzugen, und so weist das Streifenfeld FF regelmäßige Abstände auf, die mit den Abständen der Marken 11 übereinstimmen. Während der Relativbewegung wechselwirkt das Streifenfeld FF mit den Marken 11, um die Strahlen R4 so zu modulieren, daß jede Modulation eine einzelne, zyklische Verschiebung zwischen dem Streifenfeld und einem einzelnen Abstand der Markierungen repräsentiert.
• Die auseinandergefaltete Ansicht nach Fig. 3 zeigt, daß die Bewegung der Skala relativ zum Lichtstrahl L in den Bereichen A, D, G in den Richtungen X1, X2, bzw. X3 auftritt. Es ist zu sehen, daß die Richtung X2 wegen der durch die Anordnung der reflektierenden Oberflächen 17, 18 erzeugten Umkehr entgegengesetzt zu den Richtungen X1, X3 ist. Somit passieren bei jedem Überstreichen eines Abstandes der Marken bezüglich des Strahls L im Bereich A vier Streifen des Feldes FF bezüglich jedem Abstand der Marken 11 im Bereich G. Daher erzeugt der Zähler 21 vier Zählschritte für jede Bewegung über einen Abstand der Skala, und auf diese Weise wird eine vierfache Interpolation der Skalenbewegung erreicht. Dies ist ein deutlicher Vorteil gegenüber Vorrichtungen aus dem Stand der Technik.
• Es sollte angemerkt werden, daß die beschriebene Vorrichtung relativ unempfindlich gegenüber dem "stand-off"-Abstand SO zwischen der Skala und dem Reflektor ist. In einer solchen Dreifach-Wechselwirkungs-Vorrichtung ist die Bedingung zur Erzeugung eines Streifenfeldes mit dem benötigten Abstand derart, daß die Weglänge von der ersten Wechselwirkung zur zweiten gleich derjenigen von der zweiten Wechselwirkung zur dritten sein soll. Da beide dieser Weglängen eine Reflexion durch den Reflektor enthalten, hängen sie im gleichen Maß vom "stand-off"-Abstand ab, und die Bedingung ist automatisch erfüllt, falls der "stand-off" variiert.
• Eine Änderung des "stand-off"-Abstandes SO zwischen dem Prisma 16 und der Skala 10 ändert die Phase des Umwandler-Ausgangssignals und zwei oder mehrere (vorzugsweise drei) Prismen mit geeigneten, verschiedenen Abständen SO können verwendet werden, um Phasen-Quadratur-Signale zum Bestimmen der Skalenlese-Richtung und - wenn gewünscht - zur weiteren Interpolation zu bilden. Die Ausgangssignale der jeweiligen Umwandler 20 für jedes Prisma werden so zu einer Schaltung geführt, wie in der internationalen Patentveröffentlichung WO mit Nummer 87/07943 für diesen Zweck beschrieben ist. Ein ähnlicher Effekt wird erreicht durch Positionieren eines einfachen Prismas 16, um so Moire-Streifen im Bereich G zu erzeugen, z.B. durch eine kleine Neigung des Prismas um eine Achse in der X-, Y- oder Z-Richtung. Eine Vielzahl von Umwandlern 20 ist lateral quer über die Skala angeordnet, um so die verschiedenen Phasen der Moire-Streifen zu prüfen, wie in dem oben zitierten Buch von Hutley erklärt ist.
• In einem zweiten Beispiel (Fig. 4) liegt die Skala in Form eines Phasengitters 310 vor, und eine Beugung findet in jedem der Bereiche A, D, G statt. Dies erzeugt eine Quadratur- Modulation der gebeugten Ordnungen in dem Teil des Strahls 3L, welcher aus dem Bereich G stammt, in dem Sinne, daß die -1, 0 und +1 Ordnung verschiedene Phasen der Lichtmodulation aufweisen. Eine Linse 319 fokussiert diese Beugungsordnungen auf drei jeweilige Umwandler 220, deren Ausgangssignale verarbeitet werden, wie in der WO 87/07943 beschrieben ist.
• In einem vierten Beispiel (Fig. 6, 7) ist ein Lesekopf 613 mit drei reflektierenden Oberflächen in Form eines Eck-Würfel-Retroreflektors 616 vorgesehen. Diese Anordnung ist unempfindlich hinsichtlich der Abweichungsfehler, d.h. Fehler in der Relativstellung des Lesekopfes um eine Achse in der Z-Richtung. Ansonsten jedoch arbeitet sie in der gleichen Weise wie im Beispiel der Fig. 1 und 2. Wegen der Abweichungsunempfindlichkeit ist es auch möglich, einen solchen Lesekopf seitlich, quer über die Skala anzuordnen anstatt longitudinal. Ein fünfter Lesekopf 213 mit einem Retroreflektor 216, der in dieser Weise angeordnet ist, ist in Fig. 8 gezeigt. In diesem Fall erfolgt der Betrieb wie im ersten Beispiel, aber Triangulierungs-Fehler infolge von Variationen beim "stand-off"-Abstand werden im wesentlichen eliminiert.
• Bei den Beispielen der Figuren 6 bis 8 ist die Folge der Abweichungs-Unempfindlichkeit, daß Moire-Streifen nicht durch Fehlausrichten des Lesekopfes erzeugt werden können. Die Figuren 9 bis 12 zeigen daher Abänderungen, welche den Erhalt von Phaseninformationen zur Bestimmung der Bewegungsrichtung und zur Interpolation ermöglichen.
• Bezugnehmend auf die Figuren 9 bis 11 ist die gezeigte Vorrichtung im wesentlichen ähnlich zu den obigen Beispielen, insofern als sie eine Skala 10 mit periodischen Marken aufweist, über denen ein Lesekopf 13 in einer longitudinalen Richtung bewegbar ist. Der Lesekopf 13 umfaßt eine Lichtquelle 14 (wie beispielsweise eine lichtemitierende Diode), einen Eckwürfel-Retroreflektor 516, und drei seitlich beabstandete Erfassungsmittel 120, 220, 320. Das Licht von der Quelle 14 wird von einer Linse 15 gesammelt, welche jedoch keinen parallelen, kollimierten Strahl erzeugt - der Strahl ist noch geringfügig divergent, so daß sie als Produzent verschiedener, geringfügig divergenter Strahlen, wie unten beschrieben, angesehen werden kann. Insbesondere drei solcher Strahlen werden nachfolgend beschrieben, wobei es die Strahlen sind, die an den Erfassungsmitteln 120, 220, 320 enden.
• Fig. 8 zeigt, daß der Weg von einem dieser Strahlen eine erste Strecke L1 zu einer Wechselwirkung mit der Skala 10 an einem Punkt A aufweist. Er wird dann entlang einer Strecke L2 reflektiert und retroreflektiert durch den Retroreflektor 510 entlang einer Strecke L3, um eine zweite Wechselwirkung mit der Skala an einem Punkt D zu haben. Die resultierenden Streifen bewegen sich entlang einer Strecke L4 und werden weiter retroreflektiert durch den Retroreflektor entlang einer Strecke L5, um eine dritte Wechselwirkung mit der Skala an einem Punkt G zu haben. Das resultierende, modulierte Licht bewegt sich entlang einer Strecke L6 des Strahls zu dem Erfassungsmittel. In Fig. 10 sind die Strecken L1 bis L6 des Strahls durch dickere Linien gezeigt, während interne Reflektionen innerhalb des Retroreflektors durch dünnere Linien gezeigt sind.
• Wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, ist es das Ergebnis der Reflektion vom Punkt A zum Punkt B ein Streifenfeld am Punkt G zu erzeugen, welches die gleiche Periodizität wie die Skala aufweist. Die Streifen dieses Feldes wechselwirken dann weiter mit der Skala am Punkt G (durch eine Art von "Verschluß"-Effekt), um Lichtmodulationen zu erzeugen, welche durch die Erfassungsmittel 120, 220, 320 erfaßt werden können.
• Anders als die Systeme der vorhergehenden Beispiele sieht die vorliegende Ausführungsform der Erfindung einige Mittel zur Einführung verschiedener Phasenverschiebungen bei den Strahlen vor, welche die Erfassungsmittel erreichen. Insbesondere sind die verschiedenen Strahlen Wechselwirkungen mit der Skala bei verschiedenen Phasenwinkeln des Skalenabstandes unterworfen. Dies ändert die Phaseneinstellung der resultierenden, erfaßten Streifen. Sie können dann analysiert werden, um Richtungsinformationen in einer ähnlichen Weise wie bei den Moire-Streifen zu erzeugen, welche durch eine Fehlausrichtung eines Prismas oder Spiegelreflektors erzeugt wurden.
• In Fig. 9 umfaßt dieses Phasenverschiebungsmittel eine einfache, mit parallelen Seiten versehene Glasplatte, welche innerhalb des Lesekopfes 13 befestigt ist. Wie aus den Fig. 10 und 11 ersehen werden kann, erstreckt sich die Glasplatte 30 nur teilweise über die Breite der Skala 10. Insbesondere beim Betrachten des Strahls 1 in Fig. 11, der ein 'geradedurchgehender'-Strahl von der Quelle 14 zum Zentral-Erfassungsmittel 120 ist, passiert keine der Strecken L1 bis L6 dieses Strahls durch die Platte 30. Konsequenterweise führt die Platte überhaupt keine Phasenverschiebung in diesen Strahl ein. Im Gegensatz dazu passiert der Strahl 2 (welcher zum Erfassungsmittel 220 geht) durch die Platte 30 auf der Strecke L2 (zwischen den Punkten A und D) und auf der Strekke L5 (zwischen den Punkten D und G). Der Durchtritt durch die Glasplatte bei einem schiefen Winkel erzeugt einen Offset im Strahlenweg durch Beugung, so daß der Strahl mit der Skala 10 etwas weiter entlang der Skala bei einem verschiedenen Phasenwinkel des Skalenabstandes wechselwirkt als der Strahl 1. Er bewegt sich eine größere Distanz als es andererseits der Fall sein würde, aber es kann gesehen werden, daß die Zunahme der Weglänge bei den Strecken L2 und L5 die Gleiche ist, so daß dort noch Gleichheit der Weglänge zwischen den Punkten der Wechselwirkung A, D und den Punkten D, G vorliegt. Diese Gleichheit der Weglänge ist wichtig zur Erzeugung der gewünschten Streifen, wie oben erläutert.
• Ein einfacher Lesekopf könnte nur Gebrauch von zwei Strahlen machen, wie Strahl 1 und Strahl 2, welche gerade beschrieben wurden. Die Dicke der Platte 30 ist so gewählt, daß die Erfassungsmittel 120, 220 Quadratur-Sinus- und -Kosinus-Ausgangssignale erzeugen. Diese werden zu einem Zähler und/oder Interpolierer in der bekannten Weise geführt. Da es nun die zwei getrennten Quadratur-Ausgangssignale vom Lesekopf gibt, ist es möglich, die nötigen Richtungsinformationen (genauso wie das Zählen der bewegten Distanz) von dem einzigen Lesekopf abzuleiten, wogegen unsere frühere Anmeldung zwei oder mehrere Leseköpfe zur Bereitstellung dieser Information benötigt hat. Die Richtung ist wie bekannt gegeben durch die relativen Phasen der Quadratur-Ausgangssignale.
• Fig. 11 zeigt auch einen dritten Strahl, Strahl 3, welcher durch die Glasplatte 30 auf den Strecken L3 und L4 verläuft, aber nicht auf den Strecken L2 und L5. Dieser Strahl endet am Erfassungsmittel 320, um eine dritte Phasenverschiebungsausgabe zu erzeugen, welche mit den Ausgangssignalen der Erfassungsmittel 120, 220 kombiniert werden kann. Diese drei Signale können in "Tribliture" angeordnet und durch Schaltungen der Art, wie in Fig. 16 und 17 unserer früheren internationalen Patentbeschreibung Nr. WO 87/07943 offenbart wurde, kombiniert werden, um Quadratur-Ausgangssignale zu erzeugen.
• Obwohl die Fig. 9 bis 11 die Länge der Platte 30 als genügend lang zeigen, daß der Strahl 2 auch durch diese auf den Strecken L1 und L6 auf seinem Weg passieren kann, genauso wie die Strecken L2 und L3, hat dies keine Auswirkungen auf die Praxis. Der Ort an dem es insbesondere gewünscht wird, einen Offset entlang der Skala einzuführen, um so eine relative Phasenabweichung (von gleichem Betrag) zwischen dem resultierenden Streifenmuster vorzugeben, befindet sich zwischen den Punkten A, D und den Punkten D, G.
• Das System ist relativ tolerant hinsichtlich Fehlausrichtungen der Platte 30, so daß sie nicht parallel zur Skala 10 ist. Der Gebrauch eines Retroreflektors bedeutet, daß das System auch relativ tolerant hinsichtlich Abweichungs-Fehl ausrichtungen des Retroreflektors ist, da solch eine Vorrichtung die Eigenschaft aufweist, daß ein einfallender Strahl immer in einer parallelen Richtung zurückgeschickt wird, wie immer seine Ausrichtung ist. Daraus folgt, daß das beschriebene System sehr unempfindlich hinsichtlich Fehlausrichtungen des Lesekopfes im Ganzen relativ zur Skala ist.
• In der Theorie können die drei Ausgangssignale der Erfassungsmittel 120, 220 oder 320, gezeigt in Fig. 11, nicht in der Weise kombiniert werden, wie in Fig. 16 und 17 der Beschreibung Nr. WO 87/07943 beschrieben ist, da die Phasenabweichungen der Erfassungsmittel 320 und 220 relativ zum Erfassungsmittel 120 identisch sind (weil beide, Strahl 2 und Strahl 3, die Glasplatte 30 auf zwei Strecken ihres Weges passiert haben). In der Praxis haben wir jedoch herausgefunden, daß nichts destotrotz brauchbare Resultate erhalten werden. Wir schreiben dies derzeitig den Fehlausrichtungen im Aufbau der Vorrichtung zu, so daß die Phasenverschiebungen des Strahls 2 und des Strahls 3 nicht genau gleich sind.
• Fig. 12 zeigt eine Verbesserung gegenüber Fig. 11, welche beabsichtigt jedem der drei Strahlen, Strahl 1, Strahl 2, Strahl 3, eine verschiedene Phasenverschiebung zu geben. Dabei wird eine Glasplatte benützt, die über den größten Teil ihrer Länge eine Dicke T aufweist, außer für einen zentralen Bereich 30A, der eine doppelte Dicke von 2t hat. Solch eine doppelte Dicke kann leicht durch das miteinander Verbinden zweier Glasstücke der Dicke t erzeugt werden. Das Ergebnis ist, daß Strahl 2, auf seinen Strecken L2 und L5, in einem Bereich die Platte durchschreitet, in dem sie eine einfache Dicke T aufweist; wogegen Strahl 3 das Glas auf seinen Strekken L3 und L4 durchschreitet, an der es eine doppelte Dicke 2t aufweist. Konsequenterweise hat der Strahl 3 den zweifachen Offset und seine Streifen weisen zweimal die Phasenverschiebung (relativ zu Strahl 1) des Strahls 2 auf. In einer anderen Weise ausgedrückt, wird Strahl 1 dem Strahl 2 durch eine Phasenverschiebung voraneilen, welche gleich der Phasenverschiebung ist, um die Strahl 3 dem Strahl 2 hinterhereilt. Solch eine Phasenbeziehung der drei Ausgangssignale der Detektoren ist wegen der Symmetrie der Phasenverschiebungen ideal für die Zuführung an die Tribliture-Kombinatations-Schaltung, die in den Fig. 16 und 17 der internationalen Patentbeschreibung Nr. WO 87/07943 beschrieben ist. Natürlich ist es wahrscheinlich, daß der Phasenunterschied zwischen Strahl 1 und Strahl 2 nicht genau gleich dem zwischen Strahl 2 und Strahl 3 sein wird, aber die in der WO 87/07943 gezeigte Anordnung ist insbesondere entworfen, um Ausgangssignale zu erzeugen, welche gerade in Quadratur (Sinus und Kosinus) von solch unvollkommenen Eingangssignalen sind, um so die Ableitung der Richtungsinformationen und eine Interpolation des Signals zu ermöglichen.
• Die gleiche Wirkung wie in Fig. 12 gezeigt ist, kann auf andere Arten erzeugt werden. Zum Beispiel könnte der Zentralbereich 30A der Platte 30 einen vom Rest der Platte verschiedenen Brechungsindex anstatt einer unterschiedlichen Dicke aufweisen; jedoch könnte dies schwierig in die Tat umzusetzen sein.
• Die eigentliche eingeführte Phasenverschiebung wird auch durch den Winkel der Platte 30 relativ zu der Skala beeinflußt (wenn nicht parallel) und durch den Winkel des Lichtstrahleinfalls auf die Platte (der bestimmt wird durch die relative Orientierung der Quelle und der Detektoren). Um verschiedene Phasenverschiebungen für Strahl 2 und Strahl 3 zu erzeugen, könnte man somit eine komplexe Platte benutzen, die im Bereich der Strecken L3 und L4 um einen verschiedenen Winkel geneigt war gegenüber den Bereichen der Strecken L2 und L5. Alternativ könnten zum Ändern der relativen Orientierung der Quelle und der Erfassungsmittel wie zwischen Strahl 2 und Strahl 3 die Erfassungsmittel in einer diagonalen Linie sowohl longitudinal als auch lateral beabstandet angeordnet werden, wie gezeigt ist bei 120', 220', 320' in Fig. 10. Ein ähnlicher Effekt kann durch das Orientieren des Lesekopfes relativ zur Skala in der in Fig. 8 gezeigten Weise erzeugt werden.
• Es ist zu sehen, daß die angemerkten Nachteile der Fig. 6 bis 8 im wesentlichen durch das Vorhandensein von zumindest zwei Erfassungsmittel im Lesekopf überwunden werden, welche so mit den Wegen der Strahlen zu den jeweiligen Erfassungsmitteln angeordnet werden, um eine Phasenverschiebung eines resultierenden Streifenmusters relativ zum anderen einzuführen. Natürlicherweise ist der Gebrauch einer Glasplatte, wie beispielsweise der Platte 30, nur ein mögliches Mittel zur Erzeugung dieses Endes, und viele andere solcher Mittel zur Einführung einer Phasenverschiebung können in Erwägung gezogen werden.
• Ein Grund zur Bevorzugung einer Dreifach-Wechselwirkung gegenüber einer Zweifach-Wechselwirkung ist daher, daß die Lichtquelle difus und breitbandig (nicht kohärent) sein kann, womit die Kosten einer Laserdiode gespart werden. Weiter erzeugt die doppelte Wechselwirkung für jede einzelne Bewegung über einen Abstand der Skala nur zwei oder drei Zählschritte beim Umwandler anstatt der vier Zählschritte des in Fig. 1 gezeigten Beispiels.
• Es ist auch möglich, eine einfache Version des Systems wie in Fig. 9 zu haben, mit einer Punkt- oder Strich-Quelle und Detektoren und nur zwei Wechselwirkungen (an den Punkten A und D). Wie zuvor wird jedoch bevorzugt, drei Wechselwirkungen zu haben, da dies eine bedeutende Multiplikation der detektierten Wirkung erzeugt und konsequenterweise eine größere Auflösung. Es ermöglicht auch besser den Einsatz von ausgedehnten Quellen und Detektoren als den von Punkt- oder Linienquellen und -detektoren.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Messen einer Verschiebung zwischen einer, eine periodische Struktur aufweisenden Skala (10) und einem Lesekopf (13), umfassend

erste Gittermittel (10);

Beleuchtungsmittel (14, 15) zum Beleuchten der ersten Gittermittel (10) und wechselwirkend damit zur Erzeugung eines ersten Wechselwirkungsergebnisses;

zweite Gittermittel (10), die im Lichtweg des ersten Wechselwirkungsergebnisses angeordnet sind und damit in Wechselwirkung zur Erzeugung eines zweiten Wechselwirkungsergebnisses stehen, welches ein räumlich periodisches Streifenfeld enthält;

dritte Gittermittel (10), die in einer zu dem Streifenfeld co-planaren Position angeordnet sind und im wesentlichen die gleiche Periodizität wie das Streifenfeld aufweisen, wobei das Streifenfeld und das dritte Gittermittel (10) zusammenwirken, um Lichtmodulationen zu erzeugen, falls während des Betriebes die Skala (10) und der Lesekopf (13) relativ zueinander verschoben werden; und

Mittel (19,20) zum detektieren der erwähnten Modulationen; dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Gittermittel (10) durch eine periodische Struktur auf der Skala (10) gebildet sind; und

daß der Lesekopf (13) Reflektormittel (16) umfaßt, die im Lichtweg von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Wechselwirkungsergebnis positioniert sind, um die Wechselwirkungsergebnisse auf die Skala (10) zurückzureflektieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Reflektormittel (16) zwei reflektierende Oberflächen (17, 18) umfaßt, welche so in einem Winkel zueinander stehen, daß sie in einer longitudinalen Ebene senkrecht zur Skala (10) konkav sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reflektormittel (16) einen Retroreflektor (516) umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektiermittel mindestens zwei Detektoren (120, 220, 320, 420) umfaßt, wobei jeder so angeordnet ist, daß Modulationen, erzeugt durch ein jeweiliges Streifenfeld, detektiert werden, und wobei der Lesekopf (16) Phasenverschiebungsmittel (30) zum Verschieben der Phase eines der Streifenfelder relativ zum anderen umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Phasenverschiebungsmittel eine Glasplatte (30) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Retroreflektor (516) ein Eckwürfelretroreflektor ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reflektormittel ein Prisma (16) ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die periodische Struktur auf der Skala (10) durch voneinander getrennte, parallele Linien (11) gebildet ist und die Beleuchtungsmittel (14, 15) und Detektiermittel (19, 20) in Richtung der Abstände der Linien (11) beabstandet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die periodische Struktur auf der Skala (10) durch voneinander getrennte, parallele Linien (11) gebildet ist und die Beleuchtungsmittel (14, 15) und Detektiermittel (19, 20) senkrecht zur Richtung der Abstände der Linien (11) beabstandet sind.