DE19754595A1 - Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung zur Mes­ sung der Relativlage zweier Teile. Die Erfindung ist zur Messung von Län­ gen und von Winkeln einsetzbar.

Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtungen werden in großem Umfang bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Dabei ist ein erstes Gitter in Form eines Maßstabes an einem Maschinenteil befestigt und eine Abtasteinheit mit zumindest einem zweiten Gitter an einem zum ersten Maschinenteil verschiebbaren weiteren Maschinenteil befestigt. Durch die Relativverschiebung beider Gitter gegeneinander wird ein meist kollimiertes Lichtbündel einer Lichtquelle positionsabhängig moduliert und von lichtempfindlichen Detektorelementen ein sich periodisch änderndes Abtastsignal erzeugt. Es können die vom Maßstab transmittierenden oder reflektierenden Strahlanteile ausgewertet werden, im ersten Fall spricht man von einem Durchlichtsystem und im zweiten Fall von einem Re­ flexionssystem.

Bei inkrementalen Positionsmeßeinrichtungen ist häufig neben der in­ krementalen Zählspur auf dem Maßstab eine Referenzmarke aufgebracht, die eine absolute Position festlegt und somit eine absolute Zuordnung der inkrementalen Zählsignale zu einem Maschinennullpunkt gestattet. Eine derartige Positionsmeßeinrichtung mit kollimierter Beleuchtung und mit Amplitudengitter ist beispielsweise in der Zeitschrift Feinwerktechnik & Meßtechnik 97 (1989)1-2 auf den Seiten 43 bis 46 beschrieben. In diesem Aufsatz wird auch die Abhängigkeit des Modulationsgrades der Abtastsignale vom Abtastabstand, das heißt vom Abstand der beiden Gitterteilungen aufgezeigt. Maximaler Modulationsgrad tritt in Abständen von

entlang der optischen Achse auf, mit n = 0,1, 2. . .; P = Teilungsperiode;λ = mittlere Strahlungswellenlänge der Lichtquelle.

Das Amplitudenmaximum bei n = 0 kann bei kleinen Teilungsperioden meist praktisch nicht genutzt werden, da die Teilungen bei so dichten Abständen zu leicht verkratzt werden könnten. Aus diesem Grund verwendet man einen Abtastabstand z bei n = 1. Es hat sich aber gezeigt, daß der Mo­ dulationsgrad bei diesem Abstand und bei der Verwendung von Amplituden- Maßstäben bereits relativ stark abfällt, da durch die endliche Divergenz der Lichtquelle bereits eine Verschmierung der Intensitätsmodulation am zweiten Gitter auftritt. Besonders bei den heute gesteigerten Anforderungen der Auflösung und der Meßgenauigkeit ist ein möglichst hoher Modulationsgrad erforderlich. Weiterhin wurde bei der Ausgestaltung der Abtastabstand ohne Berücksichtigung der Referenzmarkenstruktur gewählt.

In dem Artikel von Pettigrew: Analysis of grating imaging and its application to displacement metrology, SPIE Vol. 136 (1977), Seiten 325 bis 333 sind die Vorteile eines Dreigitter-Positionsmeßsystems erläutert, bei dem die Git­ teranordnung anstatt mit kollimiertem Lichtbündel mit einem divergenten Lichtbündel bzw. diffus beleuchtet wird. Das Dreigitter-Positionsmeßsystem besteht aus einem ersten Amplitudengitter mit der Teilungsperiode P1, einem zweiten Gitter in Form eines Amplitudengitters mit einer Teilungsperiode von P2 sowie einem dritten Gitter in Form eines Amplitudengitters der Teilungsperiode P1. Die Lage der Ebenen maximaler Modulation auf der optischen Achse ist durch die Gleichung bestimmt:

mit n = 0, 1, 2, . . . ; P1 = Teilungsperiode des zweiten Gitters; P2 = Teilungs­ periode des ersten und des dritten Gitters; λ = mittlere Strahlungswellen­ länge der Lichtquelle; P1 = 2.P2. Die Divergenz der Lichtquelle beeinflußt bei diesem Abtastverfahren kaum den Modulationsgrad. Allerdings hat es den Nachteil, daß die Intensität des von den Detektoren erfaßten Lichtbündels stark mit dem Abtastabstand abfällt. Dies gilt insbesondere bei Verwendung von Teilungsperioden P1 größer als 30 µm, bzw. P2 größer 15 µm.

Im Aufsatz von Pettigrew ist ein weiterer Dreigittergeber beschrieben, bei dem das zweite Gitter ein Phasengitter mit einem Steg-/Lückenverhältnis von 1 : 1 und mit einem wirksamen Phasenhub von λ/2 ist. Bei einem derartigen Gitter wird die nullte Beugungsordnung unterdrückt. Aus Fig. 9 des Pettigrew-Aufsatzes ist ersichtlich, daß der Modulationsgrad bei derartigen "Diffraction imaging"-Systemen geringer ist als bei "Geometric­ imaging"-Systemen gemäß Fig. 8. Als weiterer Nachteil ist anzuführen, daß dieses System erst ab einem Abstand z von P1.P1/λ mit P1 = P2 einen ausreichenden Modulationsgrad besitzt. Bei großen Teilungsperioden von P1 größer als 30 µm ist somit ein relativ großer Abstand z erforderlich, so daß gerade bei divergenter Beleuchtung die Lichtintensität gering ist.

Alle Betrachtungen im Pettigrew-Aufsatz erfolgten ohne Berücksichtigung einer Referenzmarke.

In der DE 27 14 324 C2 ist ein weiteres inkrementales interferentiell arbei­ tendes Positionsmeßsystem beschrieben, bei dem ein erstes Gitter divergent beleuchtet wird und davon beabstandet ein zweites Gitter in Form eines reflektierenden Amplitudenmaßstabes angeordnet ist, und das reflektierende Licht wiederum durch das erste Gitter tritt. Zur Erhöhung des Modulationsgrades und der Intensität (Signalamplitude) wurde das erste Gitter als Phasengitter mit λ/4 Phasenhub ausgebildet. Es wurde dabei die Erkenntnis ausgenutzt, daß abgesehen von den unvermeidbaren Reflexionsverlusten an Luft/Glas-Flächen bei einem Phasengitter nahezu das gesamte Licht durch das Gitter tritt. Ein Phasengitter mit einem Phasenhub von etwa λ/4 erzeugt Lichtintensitäten in der +1., der -1. sowie in der 0. Beugungsordnung und verhält sich hinsichtlich seiner Beugungscha­ rakteristik ähnlich wie ein Amplitudengitter gleicher Gitterkonstante mit dem Vorteil einer höheren Lichtintensität.

Auch in der DE 27 14 324 C2 wird die Problematik einer Referenzmarken- Abtastung nicht erörtert.

In der EP 0 729 013 A2 ist ein inkrementales Positionsmeßsystem mit zwei Gittern beschrieben. Das erste Gitter ist dabei ein Phasengitter mit einem Phasenhub von λ/2 und das zweite Gitter ein Amplitudengitter. Das erste Gitter ist der Maßstab, auf dem neben dem periodischen Phasengitter zu­ sätzlich eine Referenzmarke in Form einer Amplitudenstruktur aufgebracht ist. Die Beleuchtung des Maßstabes erfolgt mittels kollimiertem Licht. Dies hat den Nachteil, daß kein kompakter Aufbau möglich ist. Dieses Gittersy­ stem ist nur bei Verwendung der kollimierten Beleuchtung einsetzbar und funktionsfähig.

Um einen kompakten Aufbau einer Positionsmeßeinrichtung zu erhalten, ist es weiterhin bekannt, eine Referenzmarke oder allgemein formuliert, eine zusätzliche Markierung in eine periodische inkrementale Teilungsspur zu integrieren. Die DE 25 01 373 A1 zeigt hierzu eine Möglichkeit auf, indem das periodische Muster partiell verändert wird. Gemäß der US 3,985,448 werden Felder des periodischen Musters weggelassen.

Die Integration einer Referenzmarke in ein periodisches Phasengitter ist in der DE 23 62 731 A1 erläutert. Einem Phasengitter mit einem Phasenhub von λ/2 und einem 1 : 1 Steg/Lückenverhältnis ist eine Mikrostruktur überla­ gert, so daß an einer Bezugslage bestimmte Beugungsordnungen verstärkt werden. Die Abtastung erfolgt mittels kollimierter Beleuchtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positionsmeßeinrichtung zur Erzeugung von periodischen Signalen sowie von weiteren Signalen, insbesondere von Referenzmarkensignalen anzugeben, die für alle Signale einen hohen Modulationsgrad aufweist und die sich gleichzeitig einfach und in kleiner Bauform realisieren läßt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruch 1 bzw. 2 gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Vorteile der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung sind in der nach­ folgenden Beschreibung angeführt.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Positions­ meßeinrichtung im Schnitt,

Fig. 2 einen weiteren Schnitt der Positionsmeßein­ richtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht des Maßstabes der ersten Po­ sitionsmeßeinrichtung,

Fig. 4 eine Draufsicht eines weiteren Maßstabes,

Fig. 5 einen Schnitt des Maßstabes gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt eines weiteren Maßstabes,

Fig. 7 die Abhängigkeit des Modulationsgrades vom Abstand z,

Fig. 8 die Abhängigkeit der Intensität des Referenz­ markensignals vom Abstand z,

Fig. 9 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Positions­ meßeinrichtung im Schnitt und

Fig. 10 einen weiteren Schnitt der Positionsmeßein­ richtung gemäß Fig. 9.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein erstes, besonders vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Im Prinzip ist der aus dem Aufsatz von Pettigrew bekannte Aufbau eines Dreigittergebers realisiert. Ein erstes Gitter 1 in Form eines Amplitudengitters mit der Teilungsperiode P1 wird von einer Lichtquelle 4 diffus, insbesondere divergent beleuchtet. Die Verwendung einer diffusen Beleuchtung hat den großen Vorteil, daß kein Kollimator erforderlich ist, der die Baugröße der Abtasteinheit erheblich vergrößern würde. Als Lichtquelle 4 wird beispielsweise eine LED mit einer mittleren Wellenlänge λ von etwa 860 nm eingesetzt.

Das Licht der Lichtquelle 4 durchstrahlt das erste Gitter 1, fällt auf ein zwei­ tes Gitter T,das ein Phasengitter T ist, durchstrahlt dieses ebenfalls und trifft auf ein drittes Gitter 3 in Form eines Amplitudengitters mit mehreren zueinander phasenverschobenen Teilgittern und auf dahinter angeordnete Fotodetektoren 5, 6. Die Fotodetektoren 5, 6 detektieren das transmittierte Licht der ihnen zugeordneten Teilgittern, so daß mehrere gegeneinander phasen-verschobene periodische Abtastsignale erzeugt werden.

Die Teilungsperiode P1 des ersten Gitters 1 und der Teilgitter des dritten Gitters 3 ist beispielsweise 40 µm und die Teilungsperiode P2 des Phasengitters T etwa 20 µm. Die Abstände z zwischen den Gittern 1, T und 3 sind vorteilhafterweise gleich.

Das Prinzip in Fig. 1 zeigt den entfalteten Strahlengang. In der Praxis bildet man das zweite Gitter T als reflektierendes Gitter auf einem Träger 2 aus. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau erreicht, indem das erste Gitter 1 gleichzeitig auch für den Lichtaustritt als drittes Gitter 3 verwendet wird.

In dem genannten Aufsatz von Pettigrew wird ein Dreigittergeber beschrie­ ben, bei dem das zweite Gitter als Amplitudengitter ausgebildet ist und ein Dreigittergeber, bei dem das zweite Gitter als Phasengitter mit einem wirk­ samen Phasenhub von λ/2 ausgebildet ist. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unserer Erfindung werden die Vorteile beider Prinzipien in besonders vorteilhafter Weise kombiniert, nämlich bezüglich des erreichbaren Abtastabstandes z und bezüglich des Modulationsgrades M.

Zum besseren Verständnis wird der Träger 2 des Phasengitters T nachfolgend als Maßstab 2 bezeichnet. Zur besseren Erläuterung der Erfindung ist im Diagramm in Fig. 7 der Modulationsgrad M in Abhängigkeit vom Abstand z nach dem Stand der Technik, also bei Verwendung eines Amplitudengitters als Maßstab, gestrichelt eingezeichnet. Die Abstände z für maximalen Modulationsgrad M sind bei gegebenen Gitterkonstanten P1 größer 30 µm und P2 größer 15 µm ungünstig, da einerseits für n = 0 der Abtastabstand z etwa = 0 nicht realisierbar ist und andererseits jedoch für n = 1 durch die divergente Beleuchtung die Lichtintensität und somit die Signalamplitude zu klein wird. Dieses Problem wird bei unserer Erfindung gelöst, indem als Maßstab 2 ein Phasengitter T mit einem wirksamen Phasenhub von λ/4 eingesetzt wird. Die Abstände z mit maximaler Modulation liegen bei Verwendung eines derartigen Phasengitters T bei (n + 0,5).(P1.P2/λ). Die Abhängigkeit des Modulationsgrades M vom Abstand z ist in Fig. 7 in durchgezogenen Linien eingezeichnet. Es ist ersichtlich, daß das erste Maximum (n = 0) bei einem sehr hohen Niveau liegt und der Abstand z auch in der Praxis vorteilhaft realisierbar ist. In diesem Abstand z = P1.P2/(2.λ) ist die Intensität des divergenten Lichtstrahlenbündels noch ausreichend. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines Phasengitters T anstelle eines Amplitudengitters ist der geringe Lichtverlust, da nahezu das gesamte auftreffende Licht ausgenutzt wird.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß dieser Abstand z = P1.P2/(2.λ) auch zur Abtastung einer Referenzmarke R geeignet ist. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Referenzmarke R auf dem Maßstab 2 neben dem Phasengitter T angeordnet. Einen Schnitt der Positionsmeßeinrichtung in der Ebene der Referenzmarke R ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Draufsicht des Maßstabes 2 zeigt Fig. 3.

Die Referenzmarke R ist auf dem Maßstab 2 als Amplitudenstruktur B1 bis B5 ausgebildet, die im Schattenwurf abgetastet wird. Die Beleuchtung des Phasengitters T und der Referenzmarke R erfolgt gemeinsam durch die divergente Lichtquelle 4. Die Breite DB eines Feldes B1 bis B5 der Referenzmarke R entspricht vorzugsweise der Teilungsperiode P2 oder einem Vielfachen der Teilungsperiode P2 des Phasengitters T, ist also größer als die Breite DT einer Lücke des Phasengitters T. Bei einem Abstand z, der sich durch die vorgegebenen Parameter P1, P2 des Phasengitters T ergibt, wird gemäß der Erfindung auch bei der Abtastung der Referenzmarke R eine ausreichende Intensität I bzw. ein guter Modulationsgrad erreicht. Die Abhängigkeit der Intensität I vom Abstand z ist in Fig. 8 dargestellt. Der sich aus Fig. 7 ergebende Arbeitspunkt ist in beiden Fig. 7 und 8 mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Wird der Maßstab 2 in einem Durchlichtsystem eingesetzt, dann ist der Maßstab 2 aus transparentem Material gefertigt und im Bereich der Refe­ renzmarke R ist eine unregelmäßige Folge von transparenten sowie nicht transparenten Feldern B1 bis B5 in Meßrichtung X angeordnet.

Wird der Maßstab 2 in einem Auflichtsystem eingesetzt, dann ist das ge­ stufte Phasengitter T vollständig reflektierend ausgebildet und im Bereich der Referenzmarke R ist eine unregelmäßige Folge von reflektierenden und nicht reflektierenden Feldern B1 bis B5 in Meßrichtung X angeordnet. Das Phasengitter T besteht dann aus einer transparenten Reliefstruktur mit Lücken und Stegen.

Ein besonders kompakter Aufbau einer Positionsmeßeinrichtung ist möglich, wenn die Referenzmarke R in die Spur des Phasengitters T integriert ist, wie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des Maß­ stabes 20 gemäß Fig. 5 für ein Auflichtsystem. Das Phasengitter T ist ganzflächig reflektierend, mit der Ausnahme des Referenzmarkenbereiches R. Die Felder B1, B3 und B5 der Referenzmarke R sind nicht reflektierende Bereiche und die Felder B2 und B4 sind reflektierende Bereiche.

In Fig. 6 ist ein Schnitt eines weiteren Maßstabes 200 dargestellt. Der Unterschied zum Beispiel gemäß Fig. 4 und 5 besteht darin, daß die Stufen des Phasengitters T auch im Bereich der Felder B1, B3 und B5 vorhanden sind und die Oberflächen dieser Stufen sowie der Lücken nicht reflektierend ausgebildet sind.

Die Integration einer Amplitudenstruktur als Referenzmarke R in ein Pha­ sengitter T hat gegenüber bekannten Ausführungen (US 3,985,448) den Vorteil, daß ein sehr hoher Kontrast zwischen den Feldern B1, B3 und B5 und den Feldern B2, B4 erreicht wird. Gegenüber dem Stand der Technik sind nämlich die zwischen den Feldern B1 und B3 sowie B3 und B5 verbleibenden Felder des Phasengitters T vollständig reflektierend (Auflichtsystem) oder vollständig transparent (Durchlichtsystem).

Die Referenzmarke R kann an einer beliebigen Position in der Phasenteilung T integriert sein. Wenn ein Referenzmarkensignal am Anfang und/oder am Ende des Meßbereiches erforderlich ist, kann sich die Referenzmarke R auch an die Phasenteilung T anschließen.

Die Integration einer Referenzmarke R in die Phasenteilung T kann auch erfolgen, indem auf einer Seite des Maßstabes 2 die Phasenteilung T und auf der Rückseite überlappend mit dem Bereich der Phasenteilung T die Amplitudenstruktur B der Referenzmarke R angeordnet wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines Phasengitters mit λ/4 Phasenhub beschränkt, der Phasenhub kann auch beispielsweise λ/2 sein. Bei der Dimensionierung der Tiefe der Lücken des Phasengitters T muß auch der Einfallswinkel der Lichtbündel berücksichtigt werden, so daß der für das Lichtbündel wirksame Phasenhub dem geforderten Phasenhub, insbesondere λ/4 oder λ/2 entspricht.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Referenzmarken sind bezüglich ihrer Strukturierung nicht zur Abtastung mit divergenter Beleuchtung optimiert. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind nun drei Felder-Anordnungen S, B, A von Referenzmarken R derart aufeinander abgestimmt, daß auch bei der divergenten bzw. diffusen Beleuchtung ein ausgeprägtes Maximum eines durch die Abtastung erzeugten Referenzimpulssignales erzielt wird. In Fig. 2 ist eine Anordnung von Referenzmarkenfelder S, B, A beispielhaft dargestellt. Die Felder S1 bis S5 des ersten Gitters 1, die Felder B1 bis B5 des Maßstabes 2 und die Felder A1 bis A3 des dritten Gitters 3 sind aperiodisch in Meßrichtung X jeweils aufeinanderfolgend angeordnet und die Abfolge der Felder S1 bis S5, B1 bis B5, A1 bis A3 ist unterschiedlich. Die Abfolge bzw. Verteilung der Felder S1 bis S5, B1 bis B5, A1 bis A3 ist derart gewählt, daß ausschließlich in einer Referenzposition möglichst viel Licht und an den übrigen Positionen möglichst wenig Licht der transparenten Felder S1, S3, S5 von den Feldern B1, B3, B5 reflektiert bzw. durchgelassen wird und durch transparente Felder A1, A3 auf den zumindest einen Fotodetektor 7 trifft. Die Abfolge bzw. Verteilung der Felder S1 bis S5, B1 bis B5, A1 bis A3 kann auch derart gewählt sein, daß ausschließlich in einer Referenzposition möglichst wenig Licht und an den übrigen Positionen möglichst viel Licht der transparenten Felder S1, S3, S5 von den Feldern B1, B3, B5 reflektiert bzw. durchgelassen wird und durch transparente Felder A1, A3 auf den zumindest einen Fotodetektor 7 trifft.

Anstelle einer Referenzmarke R können auch mehrere derartige Referenz­ marken auf dem Maßstab 2 aufgebracht sein. Diese Referenzmarken kön­ nen auch durch eine Codierung voneinander unterscheidbar ausgebildet sein oder direkt einen Pseudo-Random-Code (Kettencode) bilden. Mehrere Referenzmarken können durch ihre Ausbildung selbst oder in an sich bekannter Weise durch unterschiedliche gegenseitige Abstände unterscheidbar codiert sein.

In bekannter Weise können auch zwei Referenzmarkensignale erzeugt wer­ den, die miteinander verknüpft, insbesondere in Differenz geschaltet werden und somit ein resultierender Referenzmarkenimpuls erzeugt wird.

Die Lichtquelle 4 und das erste Gitter 1 können auch in nicht gezeigter Weise als gemeinsames Substrat ausgebildet sein. Hierzu kann das Gitter 1 direkt auf die Oberfläche eines flächig lichtemittierenden Halbleitersubstrates aufgebracht sein, oder die transparenten Bereiche des Gitters 1 werden durch streifenförmig lichtemittierende Bereiche ersetzt. Auch die Fotodetektoren 5,6 können mit dem dritten Gitter 3 als ein gemeinsames Substrat ausgebildet werden, indem die Teilgitter direkt auf die Oberfläche eines lichtempfindlichen Halbleitersubstrats aufgebracht werden, oder ein nur streifenförmig lichtempfindliches Halbleitersubstrat verwendet wird. Derartige Ausbildungen des ersten Gitters 1 und des dritten Gitters 3 sind an sich beispielsweise aus der US 5,155,355 und der DE 43 23 712 A1 bekannt.

Derartig strukturierte Lichtquellen und/oder Fotodetektoren können auch vorteilhafterweise zur Abtastung der Referenzmarke R eingesetzt werden.

In den Fig. 9 und 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Positionsmeßeinrichtung schematisch dargestellt. Der Aufbau entspricht weitgehend dem bereits beschriebenen Beispiel, so daß nachfolgend nur die davon abweichenden Details näher erläutert werden.

Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird das erste Gitter 1 von einem Flächenstrahler als Lichtquelle 4 diffus beleuchtet. Der Flächenstrahler hat dabei eine lichtemittierende Fläche, die in Meßrichtung X betrachtet größer ist als 0,5.P1. Bei dem zweiten Beispiel gemäß den Fig. 9 und 10 wird eine Punktlichtquelle 40 eingesetzt, die direkt das Phasengitter T und die Referenzmarke R des Maßstabes 2 divergent beleuchtet. Die Lichtquelle 4 und das erste Gitter 1 wird dabei also von der Punktlichtquelle 40 ersetzt. Die Punktlichtquelle 40 hat dabei eine lichtemittierende Fläche annähernd oder kleiner 0,5.P1 bzw. annähernd oder gleich P2.

Zur Erzeugung eines Referenzmarkensignals sind nur noch zwei Amplitudenstrukturen B und A vorhanden. Die Felder B1 bis B5 der Amplitudenstruktur B, die im Abstand z divergent von der Punktlichtquelle 40 beleuchtet werden sind mit den Feldern A1 bis A3 der Amplitudenstruktur A derart abgestimmt, daß nur an der Referenzposition ein ausgeprägtes Intensitätsmaximum oder Intensitätsminimum zum Fotodetektor 7 geplant. Die beiden Amplitudenstrukturen A und B sind ebenfalls im Abstand z voneinander beabstandet angeordnet.

Claims (8)

1. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung mit

• - einer Lichtquelle (4) zur divergenten Beleuchtung einer ersten peri­ odischen Gitterstruktur (1) einer Gitteranordnung (1, T, 3),
• - einer im Lichtstrahlengang nach der ersten Gitterstruktur (1) ange­ ordneten zweiten periodischen Gitterstruktur in Form eines Phasen­ gitters (T),
• - einer im Lichtstrahlengang nach dem Phasengitter (T) angeordne­ ten dritten Gitterstruktur (3),
• - zumindest einem Fotodetektor (5, 6) zur Erfassung von Lichtstrah­ lenbündeln, welche die Gitteranordnung (1, T, 3) durchlaufen, - einem Träger (2, 20, 200) des Phasengitters (T), der relativ zu der ersten und dritten Gitterstruktur (1, 3) in Meßrichtung (λ) verschiebbar angeordnet ist,
• - einer Referenzmarke (R) auf dem Träger (2, 20, 200) in Form einer Amplitudenstruktur (B1 bis B5),
• - zumindest einem Fotodetektor (7) zur Erfassung von Lichtstrahlenbündeln, welche durch die Amplitudenstruktur (B1 bis B5) moduliert werden.

2. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung mit

• - einer Punktlichtquelle (40) zur divergenten Beleuchtung einer Gitteranordnung (T, 3),
• - einer im Lichtstrahlengang nach der Punktlichtquelle angeordneten periodischen Gitterstruktur in Form eines Phasengitters (T),
• - einer im Lichtstrahlengang nach dem Phasengitter (T) angeordne­ ten weiteren Gitterstruktur (3),
• - zumindest einem Fotodetektor (5, 6) zur Erfassung von Lichtstrah­ lenbündeln, welche die Gitteranordnung (1, T, 3) durchlaufen,
• - einem Träger (2, 20, 200) des Phasengitters (T), der relativ zu der Punktlichtquelle (40) und der weiteren Gitterstruktur (3) in Meßrichtung (X) verschiebbar angeordnet ist,
• - einer Referenzmarke (R) auf dem Träger (2, 20, 200) in Form einer Amplitudenstruktur (B1 bis B5),
• - zumindest einem Fotodetektor (7) zur Erfassung von Lichtstrahlenbündeln, welche durch die Amplitudenstruktur (B1 bis B5) moduliert werden.

3. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter (T) einen wirksamen Phasenhub von λ/4 aufweist, mit λ = mittlere Wellenlänge des Lichtes der Lichtquelle (4, 40).

4. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Amplitudenstruktur (B1 bis B5) auf dem Träger (2) neben dem Phasengitter (T) angeordnet ist.

5. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Amplitudenstruktur (B1 bis B5) mit dem Phasengitter (T) überlagert angeordnet ist.

6. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasengitter (T) ein reflektierendes Stufengitter ist, und die Amplitudenstruktur (B1 bis B5) aus einer aperiodischen Folge von in Meßrichtung (X) angeordneten reflektierenden Feldern (B1, B3, B5) und nicht reflektierenden Feldern (B2, B4) besteht.

7. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (DB) eines Feldes (B1 bis B5) der Amplitudenstruktur der Referenzmarke (R) größer ist, als die Breite (DT) einer Lücke des Phasengitters (T).

8. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenstruktur (B1 bis B5) der Referenzmarke (R) durch eine erste Folge von in Meß­ richtung (X) hintereinander angeordneten Feldern (S1 bis S5) unter­ schiedlicher optischer Eigenschaften beleuchtet wird, und von einer weiteren Folge von in Meßrichtung (X) hintereinander angeordneten Feldern (A1 bis A3) unterschiedlicher optischer Eigenschaften abgeta­ stet wird, wobei die erste Folge von Feldern (S1 bis S5) von der Licht­ quelle (4) divergent beleuchtet wird und der weiteren Folge von Feldern (A1 bis A3) zumindest ein Fotodetektor (7) zur Bildung eines Referenzmarkensignales zugeordnet ist.