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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungsmeßvorrichtung, beispielsweise
eine Bewegungsmeßvorrichtung
vom Laserinterferenztyp.
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2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Gemeinhin
ist eine Bewegungsmeßvorrichtung
vom Laserinterferenztyp bekannt. 11 zeigt eine übliche Bewegungsmeßvorrichtung 100 vom Laserinterferenztyp,
die eine Hauptskalenschiene 110 und einen Meßkopf 120 aufweist.
Die Hauptskalenschiene 110 hat entlang ihrer Längsrichtung
bzw. in Richtung der Längenmessung
ein Beugungsgitter 111 vom Reflexionstyp. Der Meßkopf 120 hat
eine Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 und eine optische
Vorrichtungseinheit 600.
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Die
Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 weist eine Lichtquelle 131 zur
Abgabe von Laserlicht und eine Lichtempfangseinheit 134 zur
Aufnahme von interferierendem Licht, welches von der Hauptskalenschiene 110 reflektiert
wurde, auf.
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Die
optische Vorrichtungseinheit 600 umfaßt einen Strahlteiler 601 zur
Aufteilung des von der Lichtquelle 131 kommenden Lichts,
einen ersten Spiegel 602 zur Reflektion eines vom Strahlteiler 601 abgeteilten
Teillichtstrahls zur Hauptskalenschiene 110 hin, einen
zweiten Spiegel 603 und einen dritten Spiegel 604 zur
Reflektion des anderen vom Strahlteiler 601 abgeteilten
Teillichtstrahls zur Hauptskalenschiene 110 hin, einen
vierten Spiegel 605 zur Reflektion eines von der Hauptskalenschiene 110 reflektierten,
gebeugten Teillichtstrahls zu einem Halbspiegel 607 hin,
sowie einen fünften
Spiegel 606 zur Reflektion des anderen von der Hauptskalenschiene 110 reflektierten,
gebeugten Teillichtstrahls zum Halbspiegel 607 hin.
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In
dieser Konfiguration wird Licht, welches von der Lichtquelle 131 ausgesendet
wird, vom Strahlteiler 601 aufgeteilt, und die derart entstandenen
Teillichtstrahlen werden von der Hauptskalenschiene 110 gebeugt.
Die von der Hauptskalenschiene 110 gebeugten Teillichtstrahlen
interferieren miteinander, nachdem sie durch den Halbspiegel 607 hindurchgegangen
sind und das miteinander interferierende Licht wird von der Lichtempfangseinheit 134 aufgenommen.
Wenn die Hauptskalenschiene 110 bewegt wird, ändert sich
die Helligkeit des interferierten Lichts. Somit kann eine Bewegung
der Hauptskalenschiene 110 über die Änderung der Helligkeit gemessen
werden. Da ein Lichtstrahl in zwei Teile ge spalten wird, und die
von der Hauptskalenschiene 110 gebeugten Teillichtstrahlen
miteinander interferieren, kann die Richtung der Bewegung der Hauptskalenschiene 110 gemessen
werden.
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Um
das Licht zu teilen und zu reflektieren, kann ein Beugungsgitter
verwendet werden. Ein Beugungsgitter wird dann anstelle des Strahlteilers
und der Spiegel verwendet (siehe beispielsweise die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002/372407 ).
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Um
von der Lichtquelle 131 kommendes Licht zu teilen, die
dadurch erzeugten Teillichtstrahlen mittels der Hauptskalenschiene 110 zu
reflektieren und zu beugen, und die derart gebeugten Teillichtstrahlen
miteinander interferieren zu lassen, werden viele optische Bauteile,
wie der Strahlteiler 601, die Spiegel 602 bis 606,
usw., benötigt.
Darüber hinaus
erfordert die Justage der Anordnung und der optischen Achsen der
Spiegel 601 bis 606 usw. einen großen Aufwand.
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Wenn
viele optische Komponenten angeordnet werden, wird die Vorrichtung
größer und
zusätzlich
werden die optischen Wege länger.
Da die Interferenz von Laserlicht in Abhängigkeit von Schwankungen der
Luftdichte variiert, können
längere
optische Wege zu einer geringeren Meßgenauigkeit führen.
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Falls
anstelle eines Strahlteilers und von Spiegeln ein Beugungsgitter
verwendet wird, muß das
von der Hauptskalenschiene reflektierte, gebeugte Licht zur Hauptskalenschiene
zurückgeführt werden,
um die Anzahl an Reflektionen zu erhöhen um die Meßgenauigkeit
zu erhöhen,
und somit müssen
Reflektionsspiegel vorbereitet werden. Dadurch ist es unmöglich, die
Meßgenauigkeit
zu erhöhen
und gleichzeitig die Anzahl der optischen Komponenten zu verringern,
um die optische Weglänge
zu verkürzen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bewegungsmeßvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die sowohl die Meßauflösung als
auch die Unempfindlichkeit gegenüber
Umwelteinflüssen
verbessern kann.
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Die
Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt:
eine Hauptskalenschiene mit einem Beugungsgitter, sowie einem Meßkopf, der
relativ gegenüber
der Hauptskalenschiene beweglich ist und der die Größe der relativen Bewegung
gegenüber
der Hauptskalenschiene mißt, wobei
der Meßkopf
weiterhin umfaßt:
eine Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit, mit einer Lichtquelle
zur Emission von kohärentem
Licht, und Fotodetektoren zur Aufnahme von, von der Hauptskalenschiene
gebeugtem Licht; ein lichtteilendes Beugungsgitter zur Beugung von
von der Lichtquelle stammendem Licht, um dieses Licht in zumindest
zwei gebeugte Teillichtstrahlen unterschiedlicher Ordnung aufzuteilen;
ein lichtablenkendes Beugungsgitter zur Beugung und zur Ablenkung
von Licht, welches vom lichtteilenden Beugungsgitter gebeugt wurde,
derart, daß das
Licht auf einen Punkt der Hauptskalenschiene fällt; ein lichtwiederaussendendes
Beugungsgitter zur Reflexion und Beugung von, von dem Punkt auf
der Hauptskalenschiene kommendem, gebeugtem Licht, um das Licht
in Richtung eines Punkts auf der Hauptskalenschiene wiederauszusenden
und einen multiplexenden Bereich um gebeugtes Licht, welches zur
Hauptskalenschiene hin wiederausgesendet und von dieser gebeugt
wurde, zu multiplexen, um das derart multiplexte Licht miteinander
interferieren zu lassen.
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Bei
der obigen Anordnung wird kohärentes Licht
(beispielsweise Laserlicht) von der Lichtquelle ausgesendet. Das
Licht wird von dem lichtteilenden Beugungsgitter in beispielsweise
zwei Teilstrahlen geteilt. Die Teilstrahlen werden vom lichtablenkenden Beugungsgitter
abgelenkt. Das vom lichtablenkenden Beugungsgitter abgelenkte Licht
wird auf das Beugungsgitter der Hauptskalenschiene gesendet, um
von der Hauptskalenschiene gebeugt zu werden.
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Das
von der Hauptskalenschiene gebeugte Licht wird vom lichtwiederaussendenden
Beugungsgitter reflektiert und gebeugt und so erneut auf die Hauptskalenschiene
gesendet. Das wieder ausgesandte Licht wird erneut von der Hauptskalenschiene gebeugt
und anschließend
wird das wieder ausgesandte Licht durch den multiplexenden Bereich
multiplext, so daß interferiertes
Licht erhalten wird. Das interferierte Licht wird von den Fotodetektoren
aufgenommen. Die Größe der relativen
Bewegung zwischen der Hauptskalenschiene und dem Meßkopf wird
basierend auf dem Ausgangssignal des Fotodetektors gemessen, der
von der Veränderung
des interferierenden Lichts abhängt.
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Gemäß der obigen
Anordnung wird das vom lichtablenkenden Beugungsgitter auf die Hauptskalenschiene
abgestrahlte Licht durch das lichtwiederaussendende Beugungsgitter
reflektiert, um zurück zur
Hauptskalenschiene gesendet zu werden, so daß das Licht zweifach von der
Hauptskalenschiene gebeugt wird. Dementsprechend hat das von den
Fotodetektoren aufzunehmende Licht, verglichen mit Licht, das nur
einfach von der Hauptskalenschiene gebeugt wurde, eine vierfache
Phaseninformation. Aus diesem Grund kann durch die Verwendung von interferierenden
Sinussignalen der Fotodetektoren eine Verschiebung der Hauptskalenschiene
mit vierfacher Auflösung
gemessen werden. Sofern das Licht vom lichtteilenden Beugungsgitter
in Richtung der relativen Bewegung zwischen der Hauptskalenschiene
und dem Meßkopf
geteilt wird, zeigt das durch die Hauptskalenschiene gebeugte Licht
darüber
hinaus Phasenverschiebungen, welche in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung
der Hauptskalenschiene zueinander entgegengesetzt gerichtet sind.
Dadurch kann aus dem von den Fotodetektoren aufgenommenen Licht
eine Information über
die Bewegungsrichtung der Hauptskalenschiene erhalten werden.
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Falls
der Lichtstrahl in zwei Teillichtstrahle geteilt wird und Licht
auf die Hauptskalenschiene zurückgelenkt
wird, werden mehrere optische Vorrichtungen benötigt, welche die Funktion der
Strahlteilung und des Spiegelns übernehmen.
Wenn dagegen diese Funktionen unter Verwendung eines Beugungsgitters
erzielt werden, kann die Anzahl der optischen Einrichtungen reduziert
werden und dadurch können
die Bauteilkosten sowie die Montagekosten verringert werden. Da
die Anzahl der optischen Einrichtungen klein ist, wird darüber hinaus
die Justage der optischen Wege einfach, und dadurch können Meßfehler,
die durch Fehler in der Justage der optischen Wege verursacht werden,
reduziert werden, so daß die
Meßgenauigkeit
verbessert wird. Da durch die Verwendung von Beugungsgittern die
Anzahl der Komponenten verringert werden kann, kann darüber hinaus
die Gesamtanordnung verkleinert werden. Dementsprechend können sämtliche
optischen Wege verkürzt
werden. Da beispielsweise die interferierte Lichtwelle von Laserlicht
in Abhängigkeit
von Schwankungen der Luftdichte fluktuiert, weist die Bewegungsmeßvorrichtung
durch die Verkürzung
der optischen Wege eine hervorragende Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen auf.
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Vorliegend
ist es bevorzugt, daß das
lichtreflektierende Beugungsgitter, das lichtwiederaussendende Beugungsgitter
und das Beugungsgitter der Hauptskalenschiene eine Konfiguration
aufweisen, bei der das gebeugte Licht einer bestimmten Ordnung besonders
stark gebeugt wird. Beispielsweise wird im Falle eines lichtstrahlteilenden
Beugungsgitters eine Konfiguration bevorzugt, bei der das von der Lichtquelle
kommende Licht derart gebeugt wird, daß es in zwei Lichtstrahle geteilt
wird.
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Bei
der obigen Anordnung verstärkt
sich die auf der Formel zur Beugungsbedingung basierende, spezifische
Beugungsordnung gegenseitig. Beispielsweise wird bei einem Beugungsgitter,
das auf seiner Oberfläche
ein konkav-konvexes Relief aufweist, die Höhe des Beugungsgitters mit
1/n (n ist eine positive ganze Zahl) der Wellenlänge des Lichts gewählt oder
es wird ein glän zendes
Beugungsgitter (blazed diffraction grating) verwendet; demgegenüber kann
bei einem Beugungsgitter, das eine sich periodisch verändernde
optische Dichte aufweist, die Periodenlänge des Wechsels festgelegt
werden.
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Weiterhin
ist es bei der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung bevorzugt, daß der
Meßkopf
eine erste Beugungsskalenschiene aufweist, welche mit einem Beugungsgitter vom
transmittierenden Typ versehen ist, und die zwischen der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit
und dem lichtablenkenden Beugungsgitter angeordnet ist, und wobei
das lichtstrahlteilende Beugungsgitter so eingerichtet ist, daß das von
der Lichtquelle kommende Licht vom ersten Beugungsgitter geteilt
wird, während
der multiplexende Bereich so eingerichtet ist, daß von der
Hauptskalenschiene gebeugtes Licht durch die erste Beugungsskalenschiene
multiplext wird.
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Da
gemäß der obigen
Anordnung lediglich ein Beugungsgitter benötigt wird, um einen Lichtstrahl
in zwei Teillichtstrahle zu teilen und die beiden Teillichtstrahle
zu multiplexen, kann die Anzahl der Komponenten verringert werden,
und dadurch kann die gesamte Anordnung verkleinert werden. Da sämtliche
optischen Wege verkürzt
werden können, weist
dementsprechend die Bewegungsmeßvorrichtung
eine ausgezeichnete Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen auf.
Da darüber
hinaus die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann, können die
Kosten für
die Bauteile sowie für
die Montage verringert werden und dadurch kann die Meßgenauigkeit
bei geringeren Kosten verbessert werden.
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Bei
einer Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, daß der Meßkopf eine zweite Beugungsskalenschiene
vom Transmissionstyp aufweist, auf dessen eine Oberfläche vom
lichtstrahlteilenden Beugungsgitter stammendes Licht einfällt, und
aus dessen anderer Oberfläche
transmittiertes und gebeugtes Licht zur Hauptskalenschiene hin austritt;
daß das
lichtablenkende Beugungsgitter ein Beugungsgitter aufweist, welches
auf einer Oberfläche
der zweiten Beugungsskalenschiene angeordnet ist; und daß das lichtwiederaussendende
Beugungsgitter einen Reflektionsbereich aufweist, der auf einer
Oberfläche der
zweiten Beugungsskalenschiene angeordnet ist und so einen Teil des
Beugungsgitters überdeckt
und von der anderen Oberflächenseite
der zweiten Beugungsskalenschiene kommendes Licht reflektiert.
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Gemäß der obigen
Anordnung wird, wenn das von der anderen Oberfläche der zweiten Beugungsskalenschiene
ausgesandte Licht vom reflektierenden Bereich reflektiert wird,
das Licht aufgrund der Funktion des auf einer Oberfläche der
zweiten Beugungsskalenschiene angeordneten Beugungsgitters zusätzlich gebeugt.
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Da
das lichtwiederaussendende Beugungsgitter durch Anordnung eines
Reflektionsbereichs auf der zweiten Beugungsskalenschiene ausgebildet
ist, kann nicht nur das lichtwiederaussendende Beugungsgitter auf
einfache Weise ausgebildet werden, sondern es wird auch die Anzahl
der Bauteile verringert, da das lichtwiederaussendende Beugungsgitter integral
an der zweiten Beugungsskalenschiene ausgebildet ist. Durch Anwendung
des einfachen Verfahrens, auf der zweiten Beugungsskalenschiene
einen reflektierenden Bereich auszubilden, kann ein Beugungsgitter
vom Reflektionstyp mit einer hohen Genauigkeit erzielt werden, auch
wenn durch die gesonderte Ausbildung des Beugungsgitters gewisse
Kosten entstehen.
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In
diesem Zusammenhang kann das lichtwiederaussendende Beugungsgitter
auch auf der anderen Oberfläche
der zweiten Beugungsskalenschiene angeordnet werden. Der Meßkopf weist
nämlich eine
zweite Beugungsskalenschiene vom Transmissionstyp auf, auf dessen
eine Oberfläche
vom lichtstrahlteilenden Beugungsgitter kommendes Licht gesendet
wird, und von dessen anderer Oberfläche transmittiertes und gebeugtes
Licht zur Hauptskalenschiene hin abgestrahlt wird. Das lichtablenkende Beugungsgitter
ist aus dem auf einer Oberfläche
der zweiten Beugungsskalenschiene angeordneten Beugungsgitter ausgebildet;
und das lichtwiederaussendende Beugungsgitter ist aus dem auf der
anderen Oberfläche
der zweiten Beugungsskalenschiene angeordneten Reflektionsbereich,
der einen Teil des Beugungsgitters überdeckt und der von der anderen Oberfläche der
zweiten Beugungsskalenschiene kommendes Licht reflektiert, ausgebildet.
Bei einer solchen Anordnung erwiese es sich jedoch als erforderlich,
daß die
Oberfläche
des Reflektionsbereichs als Beugungsgitter mit einer konkav-konvexen
Struktur ausgebildet ist.
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Im übrigen muß das lichtwiederaussendende Beugungsgitter
nicht unbedingt zusammen mit dem lichtablenkenden Beugungsgitter
auf der zweiten Beugungsskalenschiene angeordnet werden, vielmehr
kann auch ein als lichtwie deraussendendes Beugungsgitter dienendes
Beugungsgitter vom Reflektionstyp separat angeordnet werden.
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Bei
einer Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, daß die Hauptskalenschiene ein
Beugungsgitter vom Reflektionstyp aufweist; daß der Meßkopf eine Beugungsskalenschiene
aufweist, welche auf ihren beiden Seiten mit einem Beugungsgitter
vom Transmissionstyp versehen ist, und die zwischen der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit
und der Hauptskalenschiene angeordnet ist; daß das lichtteilende Beugungsgitter
so eingerichtet ist, daß von
der Lichtquelle stammendes Licht vom Beugungsgitter der Beugungsskalenschiene,
welche auf einer Seite der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit
ausgebildet ist, geteilt wird, während
der multiplexende Bereich derart eingerichtet ist, daß von der
Hauptskalenschiene kommendes gebeugtes Licht multiplext wird; daß das lichtablenkende
Beugungsgitter ein Beugungsgitter der zweiten Beugungsskalenschiene ist,
welches auf der Seite der Hauptskalenschiene ausgebildet ist; und
daß das
lichtwiederaussendende Beugungsgitter ein Beugungsgitter vom Reflektionstyp
aufweist, das so angeordnet ist, daß es einen Teil der auf einer
Seite der Hauptskalenschiene befindlichen Beugungsskalenschiene überdeckt,
und so von der Hauptskalenschiene kommendes reflektiertes und gebeugtes
Licht zur Hauptskalenschiene hin reflektiert und gebeugt wird.
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Da
gemäß der obigen
Anordnung das lichtstrahlteilende Beugungsgitter, der multiplexende
Bereich, das lichtablenkende Beugungsgitter und das lichtwieder aussendende
Beugungsgitter integriert auf einer einzigen Beugungsskalenschiene
angeordnet sind, kann die Anzahl der optischen Bauteile extrem verringert
werden. Dementsprechend können die
Bauteilkosten sowie die Montagekosten verringert werden. Weiterhin
ist die Justage der optischen Wege zum Zeitpunkt der Montage deutlich
vereinfacht. Da die Anzahl der optischen Bauteile extrem verringert
werden kann, können
darüber
hinaus sämtliche
optischen Wege extrem verkürzt
werden. Dementsprechend weist die Bewegungsmeßvorrichtung eine hervorragende
Unempfindlichkeit gegenüber
Umwelteinflüssen
auf.
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Bei
einer Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, daß die Hauptskalenschiene ein
Beugungsgitter vom Reflektionstyp aufweist, und das lichtwiederaussendende
Beugungsgitter das von der Hauptskalenschiene reflektierte und gebeugte
Licht in Verbindung mit der Hauptskalenschiene doppelt oder mehrfach
reflektiert und beugt, so daß derart
gebeugtes und reflektiertes Licht wieder ausgesandt wird.
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Da
gemäß der obigen
Anordnung durch das lichtwiederaussendende Beugungsgitter die Häufigkeit,
mit der Licht erneut auf die Hauptskalenschiene wieder ausgesandt
wird, erhöht
wird, weist das von den Fotodetektoren aufzunehmende Licht im Vergleich
zu Licht, das von der Hauptskalenschiene nur einmal reflektiert
und gebeugt wird, eine mehrfache Phaseninformation auf. Dadurch
kann die Meßgenauigkeit
der relativen Bewegung der Hauptskalenschiene verbessert werden.
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Bei
einer Bauform, bei der das von der Hauptskalenschiene kommende,
reflektierte und gebeugte Licht derart reflektiert und gebeugt wird,
daß es
zwei- oder mehrfach zwischen dem lichtwiederaussendenden Beugungsgitter
und der Hauptskalenschiene wieder ausgesandt wird, kann beispielsweise
die Breite des lichtwiederaussendenden Beugungsgitters groß gewählt werden,
um eine große Reflektionsoberfläche zu erzielen,
so daß das
von der Hauptskalenschiene reflektierte Licht mehrfach vom lichtwiederaussendenden
Beugungsgitter reflektiert wird.
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Bei
der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, daß im Meßkopf die Längsrichtungen der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit,
des lichtstrahlteilenden Beugungsgitters, des lichtablenkenden Beugungsgitters
und des lichtwiederaussendenden Beugungsgitters in Richtung der
Längsrichtung
der Hauptskalenschiene angeordnet sind; und daß ein optisch brechender Bereich,
der durch das vom lichtablenkenden Beugungsgitter gebeugte Licht
zur in Längsrichtung
der Hauptskalenschiene verlaufenden Mittellinie hin bricht, zwischen
dem lichtablenkenden Beugungsgitter und der Hauptskalenschiene angeordnet
ist.
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Gemäß der obigen
Anordnung, kann der optisch brechende Bereich das Licht zur Mittellinie
der Hauptskalenschiene hin brechen. Selbst wenn beispielsweise das
von der Lichtquelle kommende, auf den optisch brechenden Bereich
abgestrahlte Licht im Wesentlichen senkrecht zur Hauptskalenschiene ist,
kann das vom optisch brechenden Bereich emittierte Licht, nachdem
es gebrochen wurde, auf die Hauptskalenschiene emittiert werden.
Da das von der Hauptskalenschiene gebeugte Licht relativ zum zur
Hauptskalenschiene hin ausgesandten Licht einen Winkel aufweist,
kann dementsprechend das von der Hauptskalenschiene gebeugte Licht
längs eines
Weges auf das lichtwiederaussendende Beugungsgitter emittiert werden,
der vom Weg des zur Hauptskalenschiene hin emittierten Lichts abweicht, und
weiterhin kann das von der Hauptskalenschiene gebeugte Licht auf
die Fotodetektoren abgestrahlt werden.
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Sofern
die Lichtquelle Licht in eine im Wesentlichen senkrecht stehende
Richtung aussendet, kann die Breite des lichtstrahlteilenden Beugungsgitters
und des lichtablenkenden Beugungsgitters auf etwa die Größe des Strahldurchmessers
des Laserstrahls verringert werden, wodurch die Abmessung der Bewegungsmeßvorrichtung
in der Breite verringert werden kann. Da die Abmessung in der Breite verringert
wird, kann die Bewegungsmeßvorrichtung verkleinert
werden und sämtliche
optischen Wege können
verkürzt
werden. Dadurch kann die Bewegungsmeßvorrichtung eine ausgezeichnete
Unempfindlichkeit gegenüber
Umwelteinflüssen
erzielen.
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In
diesem Zusammenhang kann es sich bei dem optisch brechenden Bereich
um ein Prisma, eine Linse oder ähnliches
handeln, welche Licht brechen.
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Bei
der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, daß der Meßkopf ein Reflektionsbauteil
aufweist, das das vom multiplexenden Bereich multiplexte Licht zu
einer Seite der Lichtquelle hin reflektiert, und daß in der
Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit die Lichtquelle und die Fotodetektoren
auf der gleichen Seite und gegenüber
einer reflektierenden Oberfläche
des Reflektionsbauteils angeordnet sind.
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Bei
dem obigen Aufbau wird das vom multiplexenden Bereich multiplexte
Licht von der reflektierenden Oberfläche des Reflektionsbauteils
zur Seite mit der Lichtquelle hin reflektiert und die Fotodetektoren
sind auf der gleichen Seite wie die Lichtquelle angeordnet, sofern
das reflektierte Licht von den Fotodetektoren aufgenommen wird.
Da die elektrischen Bauteile wie die Lichtquelle und die Fotodetektoren benachbart
zueinander auf der gleichen Seite angeordnet sind, können die
elektrischen Leitungen leicht zusammengeführt werden, wodurch die Verkabelung vereinfacht
wird.
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In
diesem Zusammenhang kann die reflektierende Oberfläche des
Reflektionsbauteils parallel zu einer Ebene angeordnet werden, welche
senkrecht zur Meßrichtung
der Hauptskalenschiene steht, oder kann parallel zur einer Ebene
angeordnet werden, in welcher die Meßrichtung liegt und die senkrecht
zur Hauptskalenschiene steht.
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Übrigens
ist es bevorzugt, daß die
Lichtquelle und die Fotodetektoren auf der gleichen Seite angeordnet
sind und es ist weiterhin bevorzugt, daß die Lichtquelle und die Fotodetektoren
an einem Ort angeordnet sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
den inneren Aufbau einer Bewegungsmeßvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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2 zeigt
den Basisaufbau der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
sowie dessen optische Wege in perspektivischer Ansicht;
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3 zeigt
die Bewegungsmeßvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
sowie deren optische Wege in Draufsicht, wenn diese senkrecht zur
Meßrichtung
betrachtet wird;
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4 zeigt
eine Seitenansicht der Bewegungsmeßvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
sowie deren optische Wege, wenn diese in Meßrichtung betrachtet wird;
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5 zeigt
eine Bewegungsmeßvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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6 zeigt
eine optische Vorrichtungseinheit der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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7 zeigt
eine Seitenansicht der Bewegungsmeßvorrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sowie deren optische Wege, wenn diese
in Meßrichtung
betrachtet wird;
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8 zeigt
die Bewegungsmeßvorrichtung gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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9 zeigt
eine Seitenansicht der Bewegungsmeßvorrichtung gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sowie deren optische Wege, wenn diese
in Meßrichtung
betrachtet wird;
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10 zeigt
die Bewegungsmeßvorrichtung gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sowie deren optische Wege in Draufsicht,
wenn diese in einer senkrecht zur Meßrichtung stehenden Richtung
betrachtet wird;
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11 zeigt
den Aufbau einer konventionellen Bewegungsmeßvorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Das
erste Ausführungsbeispiel
einer Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nunmehr beschrieben.
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1 zeigt
den inneren Aufbau einer Bewegungsmeßvorrichtung 100 in
perspektivischer Ansicht. 2 zeigt
den Basisaufbau der Bewegungsmeßvorrichtung 100 und
der darin befindlichen optischen Wege.
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Die
Bewegungsmeßvorrichtung 100 umfaßt eine
Hauptskalenschiene 110 und einen Meßkopf 120.
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Die
Hauptskalenschiene 110 ist beweglich in ihrer Längsrichtung
oder in Richtung der zu messenden Länge angeordnet. Die Hauptskalenschiene 110 weist
auf einer Oberfläche,
die dem Meßkopf 120 zugewandt
ist, ein Beugungsgitter 111 vom Reflektionstyp auf, welches
in ihrer Längsrichtung
angeordnet ist.
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Der
Meßkopf 120 sendet
Licht zur Hauptskalenschiene 110 hin aus und nimmt das
von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte Licht auf.
Eine Relativbewegung zwischen der Hauptskalenschiene 110 und
dem Meßkopf 120 wird
dann basierend auf einer Phaseninformation des reflektierten Lichts
gemessen.
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Der
Meßkopf 120 umfaßt eine
Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130, eine optische
Vorrichtungseinheit 140 und einen Rahmen 150.
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Die
Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 sendet Licht aus,
das durch die optische Vorrichtungseinheit 140 hindurch
zur Hauptskalenschiene 110 läuft und nimmt das reflektierte
Licht, das durch die optische Vorrichtungseinheit 140 hindurch
von der Hauptskalenschiene 110 her kommt, auf.
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Die
Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 weist eine Lichtquelle 131,
Fotodetektoren 132A, 132B und Verzögerungsfilme 133A, 133B auf.
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Bei
der Lichtquelle 131 handelt es sich um eine Laserlichtquelle,
die kohärentes
Laserlicht aussendet. Die Art und Weise, auf die von der Lichtquelle 131 kommendes
Laserlicht ausgesendet wird, wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die 2, 3 und 4 beschrieben.
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Die
Fotodetektoren 132A, 132B sind Bauteile, die das
von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte Licht aufnehmen
und eine fotoelektrische Umwandlung des so empfangenden Lichts durchführen, so
daß ein
interferierendes Sinussignal (interfering sinusoidal wave signal)
erzeugt wird. Als Bauteile sind zwei Fotodetektoren 132A, 132B angeordnet und
von dem zur Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 hin
reflektierten Licht werden zwei Lichtbündel von den Fotodetektoren
aufgenommen.
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Die
Verzögerungsfilme 133A, 133B sind
jeweils vor den Fotodetektoren 132A, 132B angeordnet
und verursachen bei den Lichtbündeln,
welche in die Fotodetektoren 132A, 132B einfallen
sollen, eine Phasendifferenz von etwa 90°.
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Die
optische Vorrichtungseinheit 140 ist zwischen der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 und
der Hauptskalenschiene 110 angeordnet und dient der Aufspaltung,
dem Multiplexen und der Reflektion von Licht. Die optische Vorrichtungseinheit 140 ist
in Relation zur Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 starr
angeordnet und bewegt sich gemeinsam mit der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 relativ
zur Hauptskalenschiene 110.
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Die
optische Vorrichtungseinheit 140 weist eine erste Beugungsskalenschiene 141 und
eine zweite Beugungsskalenschiene 143 auf.
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Die
erste Beugungsskalenschiene 141 ist zwischen der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 und
der Hauptskalenschiene 110, sowie seitlich an der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 parallel
zu der Hauptskalenschiene 110 angeordnet. Die erste Beugungsskalenschiene 141 hat
eine flache rechteckige räumliche
Form (flat rectangular solid shape) und ist aus transparentem Material,
wie beispielsweise Glas oder ähnlichem,
hergestellt. Die erste Beugungsskalenschiene 141 hat ein
erstes Beugungsgitter 142 (lichtstrahlteilendes Beugungsgitter,
multiplexender Bereich) vom Transmissionstyp, welches längs der
gleichen Richtung wie das Beugungsgitter 111 der Hauptskalenschiene 110 angeordnet
ist. Das heißt,
daß das
erste Beugungsgitter 142 ein Phasengitter ist, welches
Furchen aufweist, die auf einer Oberfläche der ersten Beugungsskalenschiene 141,
welche der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 gegenüber liegt,
mit einem bestimmten Abstand zueinander ausgebildet sind. Das erste
Beugungsgitter 142 ist so ausgebildet, daß es eine
Gitterstufenhöhe
(grating height) aufweist, derart, daß Licht bestimmter Ordnungen
intensiv gebeugt wird.
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Die
zweite Beugungsskalenschiene 143 ist zwischen der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 und
der Hauptskalenschiene 110 angeordnet und liegt seitlich
und parallel der Hauptskalenschiene 110 Die Beugungsskalenschiene 143 ist
aus einem transparenten Material wie Glas oder ähnlichem hergestellt. Die zweite
Beugungsskalenschiene 143 weist ein Beugungsgitter mit
Furchen auf, welche einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen
und auf einer ihrer Oberflächen
ausgebildet sind, die der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 zugewandt
ist. Das Beugungsgitter ist längs
der gleichen Richtung wie der des Beugungsgitters 111 der Hauptskalenschiene 110 angeordnet.
Das Beugungsgitter ist so ausgebildet, daß es eine Gitterstufenhöhe aufweist,
die das Licht bestimmter Ordnungen intensiv beugt.
-
Die
zweite Beugungsskalenschiene 143 ist auf ihrer der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 zugewandten
Oberfläche
mit einem Metallfilm (Reflektionsbereich) 146 metallisiert,
der sich in Längsrichtung
der Beugungsskalenschiene in deren mittleren Bereich über eine
gewisse Breite erstreckt. Der Metallfilm 146 bildet ei nen
in Breitenrichtung gesehen dritten Teil der zweiten Beugungsskalenschiene 143.
-
Die
zweite Beugungsskalenschiene 143 weist auf beiden Seiten
des Metallfilms 146 ein zweites Beugungsgitter (lichtablenkendes
Beugungsgitter) 144 vom Transmissionstyp auf. Weiterhin
stellt der Metallfilm 146 ein drittes Beugungsgitter (lichtwiederaussendendes
Beugungsgitter) 145 vom Reflektionstyp dar, wenn man die
zweite Beugungsskalenschiene 143 von der Seite der Hauptskalenschiene 110 aus
betrachtet.
-
Die
Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 und die optische
Vorrichtungseinheit 140 sind vom Rahmen 150 aufgenommen
und bilden den Meßkopf 120.
-
2 zeigt
den Basisaufbau der Bewegungsmeßvorrichtung 100 sowie
die darin befindlichen dreidimensional verlaufenden optischen Wege in
perspektivischer Ansicht. 3 zeigt
die Bewegungsmeßvorrichtung 100 sowie
die darin verlaufenden optischen Wege in Draufsicht, wenn diese
in einer senkrecht zur Meßrichtung
stehenden Richtung betrachtet wird. 4 zeigt
eine Seitenansicht der Bewegungsmeßvorrichtung 100 und
der darin befindlichen optischen Wege, wenn diese in Meßrichtung
betrachtet wird.
-
Zunächst wird
ein Laserstrahl L von der Lichtquelle 131 in Richtung der
optischen Vorrichtungseinheit 140 ausgesendet.
-
Betrachtet
man dies zu diesem Zeitpunkt in eine Richtung, die senkrecht zur
Meßrichtung
der Hauptskalenschiene 110 steht, so ist, wie in 3 dargestellt,
die Abstrahlrichtung des Laserstrahls L gegenüber einer senkrechten, längs der
Breitenrichtung der Hauptskalenschiene 110 verlaufenden Oberfläche, geneigt.
Betrachtet man dies in Meßrichtung
der Hauptskalenschiene 110, ist darüber hinaus, wie in 4 dargestellt,
die Abstrahlrichtung des Laserlichts L auch gegenüber einer
senkrechten, in Längsrichtung
der Hauptskalenschiene 110 verlaufenden Oberfläche, geneigt.
Wie in 2 und 4 dargestellt, wird das Laserlicht
L in Richtung eines Punkts P abgestrahlt, der benachbart zu einer
Seite der ersten Beugungsskalenschiene 141 und in deren Breitenrichtung
gesehen entfernt von deren Mittellinie liegt.
-
Das
von der Lichtquelle 131 abgestrahlte Laserlicht L tritt
in die erste Beugungsskalenschiene 141 ein, wird durch
das erste Beugungsgitter 142 gebeugt und tritt als gebeugtes
Licht aus.
-
Zu
diesem Zeitpunkt werden vom ersten Beugungsgitter 142 mehrere
gebeugte Lichtstrahlen erzeugt. Da andererseits das gebeugte Licht
0-ter Beugungsordnung L0 und das gebeugte Licht der (–1)-ten
Beugungsordnung L1 zur Messung verwendet werden, sind in 2 und 4 lediglich
die Lichtstrahlen der 0-ten Beugungsordnung L0 und der (–1)-ten
Beugungsordnung L1 dargestellt. Dementsprechend wird das Laserlicht
L vom ersten Beugungsgitter 142 in Licht 0-ter Beugungsordnung
L0 und Licht (–1)-ter
Beugungsordnung L1 aufgespalten.
-
Bei
der folgenden Erläuterung
wird das Licht 0-ter Beugungsordnung als transmittiertes Licht bezeichnet,
während
das gebeugte Licht (–1)-ter
Beugungsordnung als gebeugtes Licht 1-ter Ordnung bezeichnet wird.
-
Das
vom ersten Beugungsgitter 142 gebeugte Licht 1-ter Ordnung
L1 und das transmittierte Licht L0 treten in das zweite Beugungsgitter 144 der
zweiten Beugungsskalenschiene 143 ein und verlassen dieses
als gebeugtes Licht. Vom gebeugten Licht wird lediglich das gebeugte
Licht 1-ter Ordnung zur Messung verwendet. Das gebeugte Licht 1-ter
Ordnung L2, welches das erste Beugungsgitter 142 verläßt und dem
gebeugten Licht 1-ter Ordnung L1 entspricht, verläßt das zweite
Beugungsgitter 144, während
das gebeugte Licht 1-ter Ordnung L3, welches dem das erste Beugungsgitter 142 verlassenden transmittierten
Licht L0 entspricht, das zweite Beugungsgitter 144 verläßt. Auf
diese Weise werden das gebeugte Licht 1-ter Ordnung L1 und das transmittierte
Licht L0 durch das zweite Beugungsgitter 144 so gebeugt,
daß sie
auf einen Punkt der Hauptskalenschiene 110 auftreffen.
-
Das
gebeugte Licht 1-ter Ordnung L2 und das gebeugte Licht 1-ter Ordnung
L3, das vom zweiten Beugungsgitter 144 kommt, fällt auf
die Hauptskalenschiene 110. Zu diesem Zeitpunkt fallen
das gebeugte Licht 1-ter Ordnung L2 und das gebeugte Licht 1-ter
Ordnung L3 auf einen Punkt P1 der Hauptskalenschiene 110.
Bei der Reflektion durch das Beugungsgitter 111 der Hauptskalenschiene 110 vom
Reflektionstyp werden das gebeugte Licht 1-ter Ordnung L2 und das
gebeugte Licht 1-ter Ordnung L3 gebeugt und gebeugtes Licht L4 sowie
gebeug tes Licht L5 tritt aus dem Punkt P1 als reflektiertes und gebeugtes
Licht des gebeugten Lichts 1-ter Ordnung L2 und des gebeugten Lichts
1-ter Ordnung L3 aus. Zu diesem Zeitpunkt wird gebeugtes Licht,
das in die gleiche Richtung wie die Einfallsrichtung des gebeugten
Lichts 1-ter Ordnung L2, das vom zweiten Beugungsgitter 144 her
kommt, reflektiert wird, als gebeugtes Licht L4 bezeichnet, wohingegen
gebeugtes Licht, das zur gleichen Seite wie die Einfallsrichtung
des gebeugten Lichts 1-ter Ordnung L3, welches vom zweiten Beugungsgitter 144 her
kommt, reflektiert wird, als gebeugtes Licht L5 bezeichnet wird.
-
Das
von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte, gebeugte Licht
L4 und das von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte,
gebeugte Licht L5 treten in das dritte Beugungsgitter 145 der
zweiten Beugungsschiene 143 ein. Bei der Beugung durch
das dritte Beugungsgitter 145 vom Reflektionstyp, werden
das von der Hauptskalenschiene 110 kommende gebeugte Licht
L4 und das von dort kommenden gebeugte Licht L5, gebeugt. Das heißt, das
von der Hauptskalenschiene 110 kommende gebeugte Licht L4
sowie das von dort kommende gebeugte Licht L5 werden vom dritten
Beugungsgitter 145 reflektiert und als gebeugtes Licht
L6 und gebeugtes Licht L7 zur Hauptskalenschiene 110 zurückgesandt.
Zu diesem Zeitpunkt fällt
das vom dritten Beugungsgitter 145 kommende gebeugte Licht
L6 und das von dort kommende gebeugte Licht L7 auf einen Punkt P2
der Hauptskalenschiene 110 ein.
-
Bei
der Reflektion am Punkt 22 durch das Beugungsgitter 111 der
Hauptskalenschiene 110 werden das vom dritten Beugungsgitter 145 kommende
gebeugte Licht L6 und das von dort kommende gebeugte Licht L7 gebeugt
und treten als gebeugtes Licht L8 und als gebeugtes Licht L9 in
das zweite Beugungsgitter 144 der zweiten Beugungsskalenschiene 143 ein.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird gebeugtes Licht, das zur gleichen Seite wie
die Einfallsrichtung des vom dritten Beugungsgitter 145 kommenden
gebeugten Lichts L6 hin reflektiert wird, als gebeugtes Licht L8
bezeichnet, während
gebeugtes Licht, das auf die gleiche Seite wie die Einfallsrichtung
des vom dritten Beugungsgitter 145 kommenden Lichts L7
hin reflektiert wird, als gebeugtes Licht L9 bezeichnet.
-
Das
von der Hauptskalenschiene 110 kommende gebeugte Licht
L8 und das von dort kommende gebeugte Licht L9 werden vom zweiten
Beugungsgitter 144 gebeugt und das dem gebeugten Licht
L8 entsprechende gebeugte Licht 1-ter Ordnung L10 tritt aus, während das
dem gebeugten Licht L9 entsprechende Licht als gebeugtes Licht 1-ter Ordnung
L11 austritt. Somit werden das gebeugte Licht L8 und das gebeugte
Licht L9 derart durch das zweite Beugungsgitter 144 abgelenkt,
daß sie
auf einen Punkt auf der ersten Beugungsskalenschiene 141 einfallen.
-
Das
vom zweiten Beugungsgitter 144 kommende gebeugte Licht
1-ter Ordnung L10 und das von dort kommende gebeugte Licht 1-ter
Ordnung L11 fallen auf einen Punkt P3 auf dem ersten Beugungsgitter 142.
Anschließend
werden das vom zweiten Beugungsgitter 144 kommende gebeugte Licht
1-ter Ordnung L10 und das von dort kommende gebeugte Licht 1-ter
Ordnung L11 durch das erste Beugungsgitter 142 multiplext
und verlassen dieses als miteinander interferierendes Licht. Zu
diesem Zeitpunkt wird gebeugtes Licht, das auf die gleiche Seite
wie die Einfallsrichtung des vom zweiten Beugungsgitter 144 kommenden
gebeugten Lichts 1-ter Ordnung L10 hin gebeugt oder transmittiert
wird, als gebeugtes Licht L12 bezeichnet, während gebeugtes Licht das auf
die gleiche Seite wie die Einfallsrichtung des vom zweiten Beugungsgitter 144 kommenden gebeugten
Lichts 1-ter Ordnung L11 hin gebeugt oder transmittiert wird, als
gebeugtes Licht L13 bezeichnet. Das gebeugte Licht L12 und das gebeugte Licht
L13 werden durch die entsprechenden Verzögerungsfilme 133A, 133B um
90° in ihrer
Phase verschoben und von den entsprechenden Fotodetektoren 132A, 132B empfangen.
-
Wenn
die Hauptskalenschiene 110 bei dem Aufbau, bei dem das
Licht, nachdem es die oben beschriebenen optischen Wege durchlaufen
hat, von den Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommen
wird, verschoben wird, bewegt sich das Beugungsgitter 111 der
Hauptskalenschiene 110. Dadurch verändern sich die Phasen des gebeugten
Lichts und dementsprechend verändern
sich die interferierenden Sinussignale am Ausgang der Fotodetektoren 132A, 132B.
-
Anschließend werden
die interferierenden Sinussignale am Ausgang der Fotodetektoren 132A, 132B von
einer nicht dargestellten Signalverarbeitungseinheit verarbeitet.
Beispielsweise werden die interferierenden Sinussignale am Ausgang
der Fotodetektoren 132A, 132B einer Differenzverstärkung unterzogen
und in Form von Lissajous-Figuren multiplext, und der Betrag der
relativen Bewegung der Hauptskalenschiene 110 wird unter
Verwendung des Bewegungszustands der Lissajous-Figur gemessen.
-
Gemäß dem derart
eingerichteten ersten Ausführungsbeispiel
können
folgenden Effekte erzielt werden:
- 1. Licht,
das durch das zweite Beugungsgitter 144 transmittiert wird
und auf die Hauptskalenschiene 110 fällt, wird vom dritten Beugungsgitter 145 reflektiert
und zur Hauptskalenschiene 110 zurückgeworfen. Das heißt, daß das Licht
von der Hauptskalenschiene 110 doppelt reflektiert und gebeugt
wird. Dementsprechend hat das Licht, das von den Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommen
wird, verglichen mit Licht, das nur einmal von der Hauptskalenschiene 110 reflektiert
und gebeugt wird, eine vierfache Phaseninformation. Das Ergebnis
ist, daß unter
Verwendung der interferierenden Sinussignale am Ausgang der Fotodetektoren 132A, 132B eine
Verschiebung der Hauptskalenschiene 110 mit vierfacher
Auflösung gemessen
werden kann.
- 2. Da das gebeugte Licht 1-ter Ordnung L1 und das transmittierte
Licht L0, welches vom ersten Beugungsgitter 142 aufgespaltet
wurde, in Abhängigkeit
der Bewegungsrichtung der Hauptskalenschiene 110, zueinander
entgegengesetzte Phasenänderungen
anzeigt, kann aus dem von den Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommenen Licht
eine Information über
die Bewegungsrichtung der Hauptskalenschiene 110 erhalten
werden.
- 3. Bei Aufspaltung des Lichts in zwei Lichtteilstrahlen und
Zurückführung des
Lichts zur Hauptskalenschiene 110 werden mehrere optische
Einrichtungen benötigt,
die die Funktion der Strahlaufspaltung und der Spiegelung bereitstellen.
Andererseits kann eine solche Funktion unter Verwendung von zwei
optischen Einrichtungen erzielt werden, nämlich der ersten Beugungsskalenschiene 141 und
der zweiten Beugungsskalenschiene 143. Dadurch kann die
Anzahl der optischen Einrichtungen verringert werden, was sowohl
die Kosten für
die Komponenten, als auch die Kosten für die Montage verringern kann.
Da darüber
hinaus die Anzahl der optischen Einrichtungen klein ist, können die
optischen Wege einfacher justiert werden und die Meßfehler,
die durch Fehler bei der Justage der optischen Wege entstehen, werden
reduziert, was die Meßgenauigkeit
erhöhen
kann.
- 4. Neben der Hauptskalenschiene 110 werden lediglich
die erste Beugungsskalenschiene 141 und die zweite Beugungsskalenschiene 143 als
optische Einrichtungen benötigt
und die geringe Anzahl optischer Bauteile kann den gesamten Aufbau
verkleinern. Dementsprechend können
sämtliche
optischen Wege verkürzt
werden. Da die interferierenden Lichtwellen von Laserlicht in Abhängigkeit
der Änderung
der Luftdichte flukturieren, weist die Bewegungsmeßvorrichtung 100 eine
ausgezeichnete Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen auf, wenn die optischen Wege
verkürzt
werden.
- 5. Das dritte Beugungsgitter 145 wird durch eine Metallbeschichtung
der zweiten Beugungsskalenschiene 143 mit einem Metallfilm
ausgebildet. Dadurch kann das dritte Beugungsgitter 145 auf
einfache Weise hergestellt werden. Aufgrund der integralen Ausbildung
mit der zweiten Beugungsskalenschiene 143 kann die Anzahl
der optischen Bauteile verringert werden. Es ist schwierig, eine Metallplatte
so zu bearbeiten, daß diese
exakt mit Furchen versehen wird, die ein Phasengitter ausbilden.
Andererseits kann durch die Metallisierung des Phasengitters des
zweiten Beugungsgitters 144 mit einem Metallfilm ein Beugungsgitter
vom Reflektionstyp und mit hoher Genauigkeit auf einfache Weise
erhalten werden.
- 6. Da der Metallfilm 146 der Umwelt ausgesetzt ist,
besteht die Befürchtung,
daß der
Metallfilm 146, der das dritte Beugungsgitter 145 ausbildet, einer
Erosion unterliegen könnte
oder sich ablösen
könnte.
Andererseits ist der Metallfilm 146 von der zweiten Beugungsskalenschiene- 143 und
der ersten Beugungsskalenschiene 141 bedeckt und nicht
der Umgebung ausgesetzt. Dadurch ist der Metallfilm 146 geschützt und
seine Haltbarkeit kann erhöht
werden. Selbst wenn die Oberfläche
des Metallfilms 146 einer Erosion unterliegt, beeinträchtigt die
erodierte Oberfläche des
Metallfilms 146 nicht das optische Leistungsvermögen, da
die von der Seite der Hauptskalenschiene 110 aus gesehene
Oberfläche
des zweiten Beugungsgitters 144 als Phasengitter fungiert.
-
Zweites Ausführungsbeispiel
-
Nunmehr
wird das zweite Ausführungsbeispiel
einer Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
-
Der
Basisaufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ähnelt dem
des ersten Ausführungsbeispiels.
Im zweiten Ausführungsbeispiel
weist die optische Vorrichtungseinheit lediglich eine Beugungsskalenschiene
auf.
-
5 zeigt
das zweite Ausführungsbeispiel der
Bewegungsmeßvorrichtung 100 in
perspektivischer Ansicht, bei der eine optische Vorrichtungseinheit 200 zwischen
der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 und der Hauptskalenschiene 110 angeordnet
ist.
-
Wie
in 5 dargestellt ist, weist die optische Vorrichtungseinheit 200 eine
einzelne Beugungsskalenschiene 201 auf. Die Beugungsskalenschiene 201 ist
zwischen der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 und
der Hauptskalenschiene 110 parallel zur Hauptskalenschiene 110 angeordnet. Die
Beugungsskalenschiene 201 weist eine flache, rechteckige,
räumliche
Form auf und ist aus einem transparenten Material wie beispielsweise
Glas hergestellt.
-
Die
Beugungsskalenschiene 201 weist eine mit einem ersten Beugungsgitter 142 versehene Oberfläche auf,
die der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 zugewandt
ist. Die Beugungsskalenschiene 201 ist auf ihrer anderen
Oberfläche,
die der Hauptskalenschiene 110 zugewandt ist, mit einem
zweiten Beugungsgitter 202 versehen. Beim Beugungsgitter 201 ist
die Oberfläche,
die der Hauptskalenschiene 110 zugewandt ist, mit einem Metallfilm 204 metallisiert,
der sich in einem in Breitenrichtung gesehenen mittleren Bereich
in Längsrichtung
der Schiene erstreckt. Der Metallfilm 204 weist eine mit
Furchen versehene Oberfläche
auf, die ähnlich
wie die des zweiten Beugungsgitters 202 eingerichtet ist,
und der Metallfilm 204 bildet ein drittes Beugungsgitter 203 vom
Reflektionstyp.
-
Im
derart ausgeführten
zweiten Ausführungsbeispiel
bewegt sich Licht, welches von der Lichtquelle 131 ausgesandt
wird, längs
der gleichen optischen Wege wie im ersten Ausführungsbeispiel, und das derart
geführte
Licht wird von den Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommen,
so daß die
Größe der relativen
Bewegung der Hauptskalenschiene 110 gemessen wird.
-
Gemäß dem derart
ausgeführten
zweiten Ausführungsbeispiel
können
zusätzlich
zu den Effekten (1) und (2), die durch das erste Ausführungsbeispiel
realisiert werden, folgende Effekte erzielt werden:
- 7. Da die optische Vorrichtungseinheit 200 eine einzige
Beugungsskalenschiene 201 aufweist, kann die Anzahl der
optischen Bauteile extrem verringert werden. Dementsprechend können die Kosten
für die
Bauteile sowie die Kosten für
die Montage verringert werden. Zusätzlich wird die Justage der
optischen Wege zum Zeitpunkt der Montage stark vereinfacht.
- 8. Da die Anzahl der optischen Bauteile extrem verringert werden
kann, können
sämtliche
optischen Wege extrem verkürzt
werden. Da die optische Vorrichtungseinheit 200 eine einzelne
Beugungsskalenschiene 201 aufweist, liegen weiterhin im
Wesentlichen sämtliche
optischen Wege innerhalb der Vorrichtung und die opti schen Wege, die
durch die Luft verlaufen, können
verkürzt
werden. Dementsprechend weist die Bewegungsmeßvorrichtung 100 eine
hervorragende Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen auf.
-
Da
der Metallfilm 204 auf einer der Hauptskalenschiene 110 zugewandten
Oberfläche
der Beugungsskalenschiene 201 angeordnet ist, besteht die Befürchtung,
daß der
Metallfilm 204 vom Meßkopf 120 aus
der Umgebung ausgesetzt sein könnte.
Daher kann der Metallfilm 204 mit einem transparenten Schutzfilm
werden, oder es kann ein Gehäuse
so angeordnet werden, daß es
den Zwischenraum zwischen der Hauptskalenschiene 110 und
dem Meßkopf 120 von
der Umgebung abschließt.
-
Drittes Ausführungsbeispiel
-
Nunmehr
wird das dritte Ausführungsbeispiel der
Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
-
Der
Basisaufbau des dritten Ausführungsbeispiels ähnelt dem
des ersten Ausführungsbeispiels. Im
dritten Ausführungsbeispiel
sind die erste Beugungsskalenschiene 141 und die zweite
Beugungsskalenschiene 143 der optischen Vorrichtungseinheit 140 benachbart
zueinander ausgebildet.
-
Da
das zweite Beugungsgitter 144 Licht zu beugen hat, muß sich ein
Medium, wie beispielsweise Luft, dessen Brechungsindex von dem des
Materials der ersten und der zweiten Beugungsskalenschiene 141, 143 verschieden
ist, zwischen dem zweiten Beugungsgitter 144 und der ersten
Beugungsskalenschiene 141 befinden. Ansonsten kann, falls
die erste Beugungsskalenschiene 141 und die zweite Beugungsskalenschiene 143 aus
unterschiedlichen Materialien gefertigt sind, deren Brechungsindizes
voneinander abweichen, die erste Beugungsskalenschiene 141 bis
zur zweiten Beugungsskalenschiene 144 hin vorstehen. In
diesem Fall kann die erste Beugungsskalenschiene 141 bis an
dem Metallfilm 146 anliegen.
-
Gemäß dem derart
ausgebildeten dritten Ausführungsbeispiel,
kann zusätzlich
zu den Effekten (1) bis (6), die von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
erzielt werden, der folgende Effekt erzielt werden:
- 9. Da die erste Beugungsskalenschiene 141 und die zweite
Beugungsskalenschiene 143 unmittelbar benachbart zueinander
gefertigt sind, kann die gesamte Anordnung verkleinert werden. Dementsprechend
können
sämtliche
optischen Wege verkürzt
werden. Zusätzlich
befinden sich im Wesentlichen sämtliche
optischen Wege innerhalb der Vorrichtung und die durch Luft verlaufenden optischen
Wege können
verkürzt
werden. Dementsprechend wird die Bewegungsmeßvorrichtung 100 besonders
unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen.
-
Viertes Ausführungsbeispiel
-
Im
folgenden wird das vierte Ausführungsbeispiel
der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
-
Der
Basisaufbau des vierten Ausführungsbeispiels ähnelt dem
des ersten Ausführungsbeispiels.
Im vierten Ausführungsbeispiel
ist die Breite des Metallfilms vergrößert. Die Breite des Metallfilms 146 kann
bis zu 2/3 der Breite (Richtung senkrecht zur Längenmeßrichtung) der zweiten Beugungsskalenschiene 143 betragen.
-
Bei
diesem Aufbau wird von der Lichtquelle 131 ausgesandtes
Licht von der optischen Vorrichtungseinheit 140 geteilt
und abgelenkt, und fällt
als gebeugtes Licht L14 auf die Hauptskalenschiene 110.
Das gebeugte Licht L14 wird von der Hauptskalenschiene 110 reflektiert
und gebeugt und fällt
als gebeugtes Licht L15 auf das dritte Beugungsgitter 145.
Das gebeugte Licht L15 wird vom dritten Beugungsgitter 145 reflektiert
und gebeugt, und fällt
auf die Hauptskalenschiene 110. Das Licht wird von der Hauptskalenschiene 110 und
dem dritten Beugungsgitter 145 mehrere Male reflektiert
und gebeugt, und läuft
von der Hauptskalenschiene 110 aus durch das zweite Beugungsgitter 144 und
das erste Beugungsgitter 142, und wird von den Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommen.
-
Gemäß dem derart
ausgebildeten vierten Ausführungsbeispiel
kann zusätzlich
zu den Effekten (1) bis (6), die durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
erzielt werden, der folgende Effekt erzielt werden:
- 10. Da die Breite des Metallfilms 146 vergrößert ist,
kann die Häufigkeit,
mit der das Licht auf die Hauptskalenschiene 110 zurückgeworfen
wird, vergrößert werden.
Dementsprechend hat das von den Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommene
Licht im Vergleich zu Licht, das nur einmal von der Hauptskalenschiene 110 reflektiert
und gebeugt wird, eine mehrfache Phaseninformation. Dadurch kann
die Meßauflösung der
Größe der relativen
Bewegung der Hauptskalenschiene 110 verbessert werden.
Durch die einfache Vergrößerung der
Breite des Metallfilms 146 kann die Anzahl der Reflektionen
am dritten Beugungsgitter 145 erhöht werden und die Meßauflösung kann extrem
verbessert werden.
-
Die
Breite des Metallfilms 146 ist nicht beschränkt, und
kann weiter vergrößert werden,
solange noch ein zweites Beugungsgitter 144 auf der zweiten
Beugungsskalenschiene 143 verbleibt.
-
Fünftes Ausführungsbeispiel
-
Nunmehr
wird das fünfte
Ausführungsbeispiel
der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
-
Der
Basisaufbau des fünften
Ausführungsbeispiels ähnelt dem
des ersten Ausführungsbeispiels.
Beim fünften
Ausführungsbeispiel
weist die optische Vorrichtungseinheit 300 zusätzlich eine
dritte Beugungsskalenschiene 301 auf.
-
Das
heißt,
die optische Vorrichtungseinheit 300 hat eine erste Beugungsskalenschiene 141,
eine zweite Beugungsskalenschiene 142 und eine dritte Beugungsskalenschiene 301.
-
Die
erste Beugungsskalenschiene 141, deren Ausbildung der im
ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen
Ausbildung ähnelt,
weist ein erstes Beugungsgitter 142 auf. Die zweite Beugungsskalenschiene 143 weist
ein zweites Beugungsgitter 144 auf, wie es im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wird, jedoch ist dieses nicht mit einem Metallfilm metallisiert.
-
Die
dritte Beugungsskalenschiene 301 ist im Wesentlichen parallel
zur Hauptskalenschiene 110 zwischen der zweiten Beugungsskalenschiene 143 und
der Hauptskalenschiene 110 angeordnet. Die dritte Beugungsskalenschiene 301 weist
eine flache rechtförmige
räumliche
Form ("flat rectangular
solid shape") auf,
deren Breite verglichen mit der ersten Beugungsskalenschiene 141 und
verglichen mit der zweiten Beugungsskalenschiene 143 geringer
ist. Bei der dritten Beugungsskalenschiene 301 ist die der
zweiten Beugungsskalenschiene 143 zugewandte Oberfläche mit
einem Phasengitter sowie mit einem aufmetallisierten Metallfilm 303 versehen.
Das das Phasengitter mit dem Metallfilm 303 metallisiert ist,
ist ein drittes Beugungsgitter 302 vom Reflektionstyp ausgebildet.
-
Im
derart ausgebildeten fünften
Ausführungsbeispiel
bewegt sich von der Lichtquelle 131 ausgesandtes Licht
entlang der gleichen optischen Wege wie im ersten Ausführungsbeispiel
und das derart gelenkte, von den Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommene
Licht dient zur Messung der Größe der relativen
Bewegung der Hauptskalenschiene 110.
-
Gemäß dem derart
ausgebildeten fünften Ausführungsbeispiel
kann zusätzlich
zu den Effekten (1) und (2), die mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
erzielt werden können,
zusätzlich folgender
Effekt erreicht werden:
- 11. Da die dritte Beugungsskalenschiene 301 separat
von der Beugungsskalenschiene 143 ausgebildet ist und die
dritte Beugungsskalenschiene 301 seitlich der Hauptskalenschiene 110 ausgebildet
ist, kann das dritte Beugungsgitter 302 unmittelbar benachbart
zur Hauptskalenschiene 110 ausgebildet werden. Dementsprechend
können sämtliche
optischen Wege verkürzt
werden. Da die Interferenzwelle von Laserlicht aufgrund von Schwankungen
der Luftdichte fluktuiert, weist die Bewegungsmeßvorrichtung 100 eine
hervorragende Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen auf,
wenn die optischen Wege verkürzt werden.
-
Sechstes Ausführungsbeispiel
-
Nunmehr
wird das sechste Ausführungsbeispiel
der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
-
Der
Basisaufbau des sechsten Ausführungsbeispiels ähnelt dem
des ersten Ausführungsbeispiels.
Im sechsten Ausführungsbeispiel
ist entlang der Breitenrichtung, die senkrecht zur Längenmeßrichtung
steht, ein Prisma (optisch brechender Bereich) vorgesehen, auf das
vom zweiten Beugungsgitter oder vom dritten Beugungsgitter kommendes Licht
fällt,
und von dem aus Licht mit, im Verhältnis zu den Einfallswinkeln,
größeren Brechungswinkeln
auf die Hauptskalenschiene gelenkt wird.
-
Wie
in 9 dargestellt weist die optische Vorrichtungseinheit 400 zusätzlich zur
ersten Beugungsskalenschiene 141 und zur zweiten Beugungsskalenschiene 143 ein
Prisma 401 auf.
-
Das
Prisma 401 ist auf einer der Hauptskalenschiene 110 zugewandten
Oberfläche
der zweiten Beugungsskalenschiene 143 angeordnet. Die Dicke des
Prismas 401 ist in Breitenrichtung, welche senkrecht zur
Längenmeßrichtung
steht, gesehen, im Wesentlichen in der Mitte am größten und
sie wird in Richtung der beiden Seiten linear kleiner.
-
Wenn
das von der Lichtquelle 131 ausgesandte und vom zweiten
Beugungsgitter 144 gebeugte Licht L2 in das Prisma 401 eintritt,
verläßt austretendes
Licht L14 das Prisma 401 in Richtung Hauptskalenschiene 110.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Brechungswinkel des aus dem Prisma 401 austretenden
Lichts L14 größer als
der Einfallswinkel des in das Prisma 401 eintretenden Lichts
L2.
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Dementsprechend
wird der Brechungswinkel groß,
wenn vom dritten Beugungsgitter 145 gebeugtes und reflektiertes
Licht als austretendes Licht L16 aus dem Prisma 401 kommt.
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Wenn
andererseits von der Hauptskalenschiene 110 gebeugtes und
reflektiertes Licht L17 und L18 in das Prisma 401 eintritt,
werden die Brechungswinkel von aus dem Prisma 401 austretendem
Licht L19 und von aus dem Prisma austretendem Licht L20 klein.
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Gemäß dem derart
aufgebauten sechsten Ausführungsbeispiel
kann zusätzlich
zu den Effekten, die von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
erzielt werden, folgender Effekt erreicht werden:
- 12.
Da Licht mit einem Brechungswinkel, der größer als der Eintrittswinkel
ist, durch das Prisma 401 hindurch auf die Hauptskalenschiene 110 fällt, ist
die Abstrahlrichtung, entlang der eine Lichtquelle 131 Licht
auf die erste Beugungsskalenschiene 141 abstrahlt, in der
Nähe der
vertikalen Richtung. Dementsprechend kann die Größe der Bewegungsmeßvorrichtung 100 in
der Breite verringert werden.
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Falls
die Lichtquelle 131 Licht ohne Prisma 401 in im
Wesentlichen vertikaler Richtung abstrahlt, kann das von der Lichtquelle 131 abgestrahlte
Licht und das von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte Licht
miteinander überlappen,
da das Licht vertikal von der Hauptskalenschiene 110 aus
reflektiert wird. Daher kann das von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte
Licht nicht auf das dritte Beugungsgitter 145 fallen und
das von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte Licht kann
von den Fotodetektoren 132A, 132B kaum aufgenommen
werden.
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Da
im sechsten Ausführungsbeispiel
die optische Vorrichtungseinheit 400 ein Prisma 401 aufweist,
kann der Brechungswinkel des aus dem Prisma 401 austretenden
Lichts groß gewählt werden und
somit der Einfallswinkel des auf die Hauptskalenschiene 110 fallenden
Lichts vergrößert werden,
obwohl die Lichtquelle 131 Licht in eine im Wesentlichen
vertikale Richtung abstrahlt. Somit kann das von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte
Licht längs
eines optischen Weges, der von dem des von der Lichtquelle 131 kommenden
Lichts abweicht, auf das dritte Beugungsgitter fallen, und das von
der Hauptskalenschiene 110 reflektierte Licht kann von den
Fotodetektoren 132A, 132B aufgenommen werden.
Da die Lichtquelle 131 Licht in eine im Wesentlichen vertikale
Richtung abstrahlen kann, kann die Breite des zweiten Beugungsgitters 144 auf
eine Breite verringert werden, die ungefähr der Größe des Strahldurchmessers des
Laserlichts entspricht, wodurch die Abmessung der Bewegungsmeßvorrichtung 100 in
der Breite verringert werden kann. Da die Abmessung in der Breite
verringert wird, kann die Bewegungsmeßvorrichtung 100 verkleinert
werden und sämtliche
optischen Wege können
verkürzt
werden. Als Folge wird die Bewegungsmeßvorrichtung 100 in ausgezeichnetem
Maße unempfindlich
gegenüber Umwelteinflüssen.
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Siebtes Ausführungsbeispiel
-
Nunmehr
wird das siebte Ausführungsbeispiel
der Bewegungsmeßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
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Der
Basisaufbau des siebten Ausführungsbeispiels ähnelt dem
des ersten Ausführungsbeispiels.
Im siebten Ausführungsbeispiel
ist ein Reflektionsbauteil 501 vorgesehen, das das von
der Hauptskalenschiene 110 reflektier te und von der ersten
Beugungsskalenschiene 141 gebeugte Licht zu der Seite hin
reflektiert, an der die Lichtquelle 131 angeordnet ist.
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Wie
in 10 dargestellt, weist die Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 500 zusätzlich zur Lichtquelle 131,
den Fotodetektoren 132A, 132B und den Verzögerungsfilmen 133A, 133B ein
Reflektionsbauteil 501 auf. Das Reflektionsbauteil 501 hat
eine reflektierende Oberfläche 502,
die senkrecht zur Gitteroberfläche
des ersten Beugungsgitters 142 der ersten Beugungsskalenschiene 141 und
längs seiner Breitenrichtung
angeordnet ist. Die Reflektionsoberfläche 502 ist der Lichtquelle 131 zugewandt.
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Die
Fotodetektoren 132A, 132B sind beide auf einer
Seite der Lichtquelle 131 angeordnet und einer der Fotodetektoren
oder der Fotodetektor 132A nimmt direkt das vom ersten
Beugungsgitter 142 gebeugte Licht auf, während der
andere bzw. der Fotodetektor 132B das gebeugte Licht aufnimmt,
das aus dem ersten Beugungsgitter 142 austritt und von
der reflektierenden Oberfläche 502 reflektiert
wird.
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Wenn
das von der Hauptskalenschiene 110 reflektierte Licht vom
ersten Beugungsgitter 142 gebeugt wird, werden, wie in 2 des
ersten Ausführungsbeispiels
dargestellt, zwei gebeugte Lichtbündel oder ein auf die Seite
der Lichtquelle 131 hin gerichtetes gebeugtes Lichtbündel und
ein auf die entgegengesetzt zur Lichtquelle 131 liegende
Seite hin gebeugtes Lichtbündel,
herangeführt.
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Beim
Aufbau gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel
wird das auf eine Seite mit der Lichtquelle 131 hin gerichtete
gebeugte Licht direkt vom Fotodetektor 132A aufgenommen,
während
das auf die entgegengesetzt zur Seite mit der Lichtquelle 131 liegende
Seite hin gerichtete gebeugte Licht nach der Reflektion an der reflektierenden
Oberfläche 502 vom
Fotodetektor 132B aufgenommen wird.
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Gemäß dem derart
ausgebildeten siebten Ausführungsbeispiel
kann zusätzlich
zu den Effekten (1) bis (6), die durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
realisiert werden können,
zusätzlicher Effekt
erzielt werden:
- 13. Da das Reflektionsbauteil 501 vorgesehen
ist, wird das Licht zur Lichtquelle 131 hin reflektiert. Dadurch
können
die Lichtquelle 131 und die beiden Fotodetektoren 132A, 132B auf
der gleichen Seite angeordnet werden, wodurch die optischen Bauteile
zum Aussenden und zum Empfang von Licht in einem einzelnen Bereich
angeordnet werden können.
Da insbesondere die Fotodetektoren 132A, 132B auf
der gleichen Seite angeordnet sind, können elektrische Leitungen
zur Übermittlung
von Ausgabesignalen der Fotodetektoren an eine Signalverarbeitungseinheit
verkürzt
werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung gemäß bestimmter,
bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, soll der auf dem Gebiet tätige Fachmann darauf hingewiesen
werden, daß die
vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsbeispiele beschränkt ist,
sondern daß viel mehr
unterschiedliche Abänderungen,
unterschiedliche Aufbauten oder Äquivalente
möglich
sind, ohne daß von
der vorliegenden Erfindung, die ausschließlich durch die angefügten Ansprüche definiert
ist, abgewichen wird.
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Beispielsweise
weist die Hauptskalenschiene 110 in den Ausführungsbeispielen
ein Beugungsgitter 111 vom Reflektionstyp auf, während das
Beugungsgitter der Hauptskalenschiene 110 vom Transmissionstyp
sein kann. In diesem Fall ist das dritte Beugungsgitter (lichtwiederaussendendes
Beugungsgitter) auf einer der Lichtemissions-/Lichtempfangseinheit 130 gegenüberliegenden
Seite basierend auf der Hauptskalenschiene 110 ausgebildet.
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In
den Ausführungsbeispielen
ist der Meßkopf
fest und die Hauptskalenschiene wird bewegt. Demgegenüber kann
die Hauptskalenschiene 110 fest sein, wobei dann der Meßkopf 120 bewegt
wird.
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Die
Gestaltung der Beugungsgitter kann vom rechteckigen Wellentyp, vom
sinusförmigen
Wellentyp oder vom dreieckförmigen
Wellentyp sein, und ist nicht eingeschränkt. Die Beugungsgitter sind
nicht auf Beugungsgitter mit einer konkav-konvexen Gestaltung ihrer
Oberfläche
beschränkt
und es kann sich auch um Phasengitter handeln, bei denen sich der
Brechungsindex innerhalb des Mediums periodisch ändert.
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In
den vorliegenden Ausführungsbeispielen wird
bei vom ersten Beugungsgitter (lichtstrahlteilendes Beugungsgitter,
multiplexender Bereich) 142 aufgespaltenen Teillichtstrahlen
das gebeugte Licht 0-ter Ordnung und das gebeugte Licht 1-ter Ordnung verwendet.
Wird andererseits gebeugtes Licht einer beliebigen Ordnung verwendet,
ist es weiterhin möglich,
interferiertes Licht zu messen, solange es sich beim Licht der Lichtquelle 131 um
kohärentes
Licht handelt. Demzufolge ist die Ordnung des zu verwendenden gebeugten
Lichts nicht beschränkt.