DE3928064A1 - Lichtelektrische positionsmesseinrichtung - Google Patents

Lichtelektrische positionsmesseinrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung zur Messung der relativen Lage zweier Objekte zueinander, bestehend aus einer Lichtquelle, einem Maßstabgitter zum Erzeugen von mindestens zwei gebeugten Teilstrahlen und einem Wellenleiter, der mindestens annähernd parallel zu dem ihm gegenüber verschiebbaren Maßstabgitter angeordnet ist, wobei die Teilstrahlen zur Interferenz gebracht und von Detektoren in elektrische Signale umgewandelt werden.
Derartige Positionsmeßeinrichtungen sind aus der DE-C1- 36 25 327 und dem Zusatzpatent DE-C1-37 05 653 bekannt. Bei ihnen wird ein Maßstabgitter von einer monochromatischen Lichtquelle bestrahlt und die gebeugten Teilstrahlen erster Ordnung werden von Einkoppelgittern in zwei Lichtwellenleiter eingekoppelt. Die Lichtwellenleiter führen zu einem Koppler, in welchem die Teilstrahlen zur Interferenz gebracht werden. An den Ausgängen des Kopplers werden phasenverschobene Signale von Detektoren abgenommen. Wird das Gitter gegenüber der übrigen Anordnung bewegt, dann ändert sich der Interferenzzustand und dessen Auswertung ergibt die Relativbewegung des Maßstabgitters zu den Einkoppelgittern.
Bei diesen bekannten Einrichtungen sind die Einkoppelgitter räumlich voneinander getrennt angeordnet; ihre Verbindung mit dem Koppler erfolgt durch streifenförmige Wellenleiter. Dies hat den Nachteil, daß die Anordnung temperaturempfindlich ist, bzw. für Temperaturgradienten empfindlich ist, was die Meßgenauigkeit beeinflußt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zu schaffen, bei der Temperatureinflüsse zwischen den Einkoppelgittern und den Detektoren keinen oder nur einen sehr geringen Einfluß haben.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein planarer Wellenleiter mit einem Doppelgitter versehen ist, welches entweder die vom Maßstabgitter gebeugten Teilstrahlen in den Wellenleiter einkoppelt, zur Interferenz bringt und zu den Detektoren leitet oder mindestens zwei Teilstralen erzeugt, die vom Maßstabgitter vereinigt, zur Interferenz gebracht und den Detektoren zugeleitet werden.
Die Aufteilung eines Strahlenganges in mehrere Teilstrahlengänge mit Hilfe von mehreren Gittern ist aus der DD-A1-1 32 153 bekannt. Dort wird eine monochromatische Lichtwelle in verschiedene Richtungen abgelenkt durch mehrere Phasengitter mit unterschiedlichen Gitterkonstanten, die kreuzweise oder parallel zueinander angeordnet sind. Dabei werden die Einzelgitter jedoch nur "übereinandergelegt". Die Einzelgitter haben Gitterkonstanten, die ein ganzzahliges Vielfaches einer gemeinsamen Konstanten sind. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Einzelgitter des Doppelgitters - im Gegensatz zur bekannten Einrichtung - unmittelbar einander überlagert, so daß nur eine Oberfläche mit einer mehrfachen Gitterstruktur vorhanden ist. Auch in diesem Fall können die Einzelgitter Gitterkonstanten haben, die ein ganzzahliges Vielfaches einer gemeinsamen Konstanten sind. Dies ist jedoch keine notwendige Bedingung.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gitterfurchen des Doppelgitters so gekrümmt, daß eine Kollimierung oder Fokussierung des Teilstrahles bzw. der Teilstrahlen erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Doppelgitter in zwei oder mehr Teilgitter aufgeteilt; dabei können die Gitterstrukturen gegeneinander versetzt sein, um für mehrere Detektoren phasenverschobene Signale zu erhalten.
Das Maßstabgitter kann aus einem transparenten Material bestehen; dann kann auf seiner dem Wellenleiter abgewandten Seite entweder eine Einrichtung zur Kollimierung der Lichtquelle auf das Maßstabgitter oder eine Einrichtung zur Weiterleitung der am Maßstabgitter gebeugten Teilstrahlen zu den Detektoren angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den Wellenleiter auf der dem Maßstabgitter zugewandten Seite einer Leseeinrichtung anzuordnen, welche aus einem transparenten Substrat besteht, auf dessen anderer Seite ein zweiter Wellenleiter angeordnet ist. Dieser zweite Wellenleiter kann entweder das Licht der Strahlungsquelle mit Hilfe eines Auskoppelgitters auf das Maßstabgitter kollimieren oder er kann die vom ersten Wellenleiter mit dem Doppelgitter erzeugten und am Maßstabgitter gebeugten Teilstrahlen mit Hilfe eines Einkoppelgitters zu den Detektoren leiten. Auch im letzteren Fall ist es vorteilhaft, das Einkoppelgitter in mindestens zwei Teilgitter aufzuteilen, um den Detektoren phasenverschobene Signale zuzuführen.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen sind parallel zum Maßstabgitter auf dessen Träger Absolutmarken aufgebracht. Für deren Detektion sind in einem der Wellenleiter Auskoppelgitter vorgesehen, welche Teilstrahlen auf diese Marken konzentrieren. Die von den Marken reflektierten Teilstrahlen werden von dem anderen Wellenleiter über Einkoppelgitter aufgenommen und Detektoren zugeführt. Besonders günstig ist es, den Marken die Form von mehreren spaltförmigen Bereichen zu geben, deren Reflexionsvermögen sich von ihrer Umgebung unterscheidet. In den Breiten und/oder Abständen dieser Bereiche können die Absolutwerte der jeweiligen Marken codiert sein.
Weitere Einzelheiten gehen aus den Beschreibungen zu den Figuren hervor.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen die
Fig. 1a bis 1d eine Darstellung für das Zusammenwirken von Doppelgitter und Maßstabgitter;
Fig. 2a bis 2d eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Aufspaltung in Teilstrahlen durch das Doppel­ gitter erfolgt;
Fig. 3a bis 3d eine andere bevorzugte Ausführungsform, bei der die Aufspaltung in Teilstrahlen durch das Maßstabgitter erfolgt;
Fig. 4a bis 4e Beispiele für den Aufbau des Doppelgitters aus der Überlagerung von zwei Einzelgittern;
Fig. 5 die Wirkung eines Doppelgitters auf der Ober­ fläche eines planaren Wellenleiters;
Fig. 6 eine vorteilhafte Ausführungsform für die Aufteilung des Doppelgitters in drei Teil­ gitter;
Fig. 7a bis 7d eine Erweiterung der mit den Fig. 2a bis 2d beschriebenen Ausführungsform mit zusätzlichen Absolutmarken;
Fig. 8a und 8b eine entsprechende Erweiterung der mit den Fig. 3a bis 3d beschriebenen Ausführungsform mit zusätzlichen Absolutmarken.
In der Fig. 1 ist mit (11m) ein Maßstabgitter auf einem Maßstabgitterträger (11) bezeichnet, dessen relative Bewegung in Richtung des Doppelpfeiles (11d) gegenüber der noch zu beschreibenden Leseeinrichtung (12) gemessen werden soll. Diese Leseeinrichtung ist in einem Abstand von bis zu wenigen mm vom Maßstabgitter (11m) angeordnet. Sie besteht aus einem Substrat (12s), auf dessen Oberfläche ein planarer Wellenleiter (12w) durch ein bekanntes Verfahren hergestellt ist. In einem Teilbereich dieses Wellenleiters ist durch ein noch zu beschreibendes Verfahren ein Doppelgitter (12d) eingearbeitet, dessen Gitterstruktur aus der Überlagerung von zwei verschiedenen Einzelgittern besteht.
Die Fig. 1b bis 1d stellen Draufsichten auf das Maßstabgitter (11m), den Wellenleiter (12w) mit dem Doppelgitter (12d) und einen noch zu beschreibenden Detektor (19) dar.
Wenn ein Lichtstrahl in Richtung des Pfeiles (14p) durch den planaren Wellenleiter (12w) läuft, dann erfolgt an dem Doppelgitter (12d) eine Auskopplung, wobei - bei monochromatischer Strahlung - durch die zwei verschiedenen Gitterkonstanten zwei kollimierte Teilstrahlen (14t, 14s) mit verschiedenen Auskoppelrichtungen entstehen, wie später anhand der Fig. 5 näher erläutert wird. Diese Wellen werden am Maßstabgitter (11m) gebeugt, wobei durch geeignete Dimensionierung eine Ablenkung in die gleiche Richtung und weitgehende Oberdeckung der beiden Teilstrahlen (14t, 14s) erreicht wird. Zweckmäßigerweise erfolgt diese Überdeckung mindestens nahezu senkrecht zu den Gitteroberflächen.
Die einander überlagerten und daher miteinander interferierenden Teilstrahlen (14t, 14s) fallen auf den Detektor (19), welcher auf der dem Maßstabgitter (11m) abgewandten Seite des Substrats (12s) angeordnet ist. Bei einer Relativbewegung zwischen Leseeinrichtung (12) und Maßstabgitterträger (11) erfahren die interferierenden Teilstrahlen unterschiedliche Phasen- bzw. Dopplerverschiebungen, die in bekannter Weise detektiert und ausgewertet werden.
Dieses mit der Fig. 1 allgemein dargelegte Prinzip wird im Folgenden anhand von in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten beschrieben.
In der Fig. 2 besteht das Doppelgitter (22d), wie durch die Draufsicht in Fig. 2c dargestellt ist, aus drei Teilgittern (22t), die bis auf die Phasenlage der ausgekoppelten Teilstrahlen identisch sind. Die Furchenform der Teilgitter ist so gewählt, daß sie das Licht einer Lichtquelle (23), z.B. einer Laserdiode, in die gewünschten Austrittsrichtungen kollimieren. Die am Maßstabgitter (11m) gebeugten Teilstrahlen (24t, 24s), von denen sich die jeweils zwei zueinander gehörenden weitgehend überdecken und miteinander interferieren, werden von dem fokussierenden Einkoppelgitter (25), das aus drei Teilgittern (25t) besteht, in einen Wellenleiter (22w) eingekoppelt und auf drei Detekoren (29) fokussiert.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Strahlengang umgekehrt. Der wiederum von einer punktförmigen Lichtquelle (23) ausgehende divergierende Lichtstrahl wird durch das (normale) Auskoppelgitter (35) kollimiert und auf das Maßstabgitter (11m) gerichtet. Zwei der dort entstehenden Beugungsordnungen werden als Teilstrahlen (34t, 34s) durch das Dopelgitter (32d) in den Wellenleiter (12w) eingekoppelt und dabei überlagert. Dabei kann das Doppelgitter gleichzeitig fokussierend wirken. Zur Gewinnung eindeutig interpretierbarer Signale sind drei Empfänger (29) vorgesehen und das Doppelgitter ist aus drei Teilgittern (32t) aufgebaut, in denen die Teilgitter jeweils verschiedene Phasenverschiebungen für die eingekoppelten Teilstrahlen gegeneinander bewirken, wie anhand von Fig. 6 näher erläutert wird.
Fig. 4 zeigt mögliche Bauformen von Doppelgittern, welche aus in den Fig. 4a und 4b dargestellten Einzelgittern abgeleitet sind.
In Fig. 4c ist als eine Möglichkeit die additive Überlagerung der Höhenprofile beider Einzelgitter zum gewünschten Doppelgitter gewählt. Bei Einzelgittern mit rechteckförmigem Profil kann das Profil des Doppelgitters auch aus einer logischen Verknüpfung bestehen. In Fig. 4d ist dies für die OR-Verknüpfung und in Fig. 4e für die AND- Verknüpfung dargestellt. Bei der Auswahl des verwendeten Doppelgittertyps ist es möglich, den Herstellungsaufwand gegen den Störeinfluß von Gittergeistern und das Auftreten unerwünschter Beugungsordnungen abzuwägen.
Derartige Doppelgitter lassen sich z.B. durch Doppelbelichtung einer photoempfindlichen Schicht und anschließende Entwicklung und Übertragung des Profiles in die Oberfläche des unter der photoempfindlichen Schicht liegenden planaren Wellenleiters, z.B. mit dem bekannten Ionenätzen, herstellen. Statt eines Oberflächenprofiles kann auch eine andere Struktur im Wellenleiter als Doppelgitter dienen. So ist z.B. eine Variation der Brechzahl, z.B. durch Ionen- Implantation, möglich.
Die Fig. 5 zeigt eine detalliertere Ansicht der Wirkung eines Doppelgitters in einem planaren Wellenleiter (12w). Ein in Richtung des Pfeiles (14p) in dem Wellenleiter laufender monochromatischer, kollimierter Lichtstrahl wird durch das Doppelgitter (12d) in folgende mit Pfeilen angedeutete Teilstrahlen gebeugt:
die +1. Ordnung des ersten Einzelgitters (14t),
die +1. Ordnung des zweiten Einzelgitters (14s),
die -1. Ordnung des ersten Einzelgitters (52),
die -1. Ordnung des zweiten Einzelgitters (53).
Von den höheren Ordnungen tritt bei dem folgenden Zahlenbeispiel nur noch die 12. Ordnung des zweiten Einzelgitters (54) im Substrat (12s) auf.
Nimmt man einen planaren Wellenleiter mit einer Modenbrechzahl von 1,48 und eine Substratbrechzahl von 1,4734 und eine Wellenlänge von 800 nm für den Lichtstrahl an, dann betragen die Winkel zwischen der Normalen (51) und den Teilstrahlen
-1,433° für den Teilstrahl (12t),
+1,433° für den Teilstrahl (12s),
+0,97° für den Teilstrahl (52),
-0,97° für den Teilstrahl (53),
+76,06° für den Teilstrahl (54),
wenn das erste Einzelgitter 1881 und das zweite Einzelgitter 1819 Linien/mm hat. Diese Werte sind einem Maßstabgitter (11m) mit einer Periodenlänge von 16 µm angepaßt.
Durch geeignete Dimensionierung der beiden Einzelgitter läßt sich auch in anderen Fällen erreichen, daß der Winkel zwischen der Normalen (51) und den beiden Teilstrahlen (14t) und (14s) so ist, daß nach der Beugung am Maßstabgitter (11m) kollineare Teilstrahlen entstehen: Wenn eine parallele Lage von Lesevorrichtung (12) zum Maßstabgitter (11m) gewünscht wird und die überlagerten ersten Ordnungen senkrecht zum Wellenleiter laufen sollen, müssen die Winkel zwischen der Normalen (51) und den Teilstrahlen (14t) und (14s) gleich groß bei entgegengesetztem Vorzeichen sein. Durch entsprechend gewählte Geometrie der Gesamtanordnung kann erreicht werden, daß, wenn höhere Ordnungen auftreten, diese nicht nennenswert zum Signal beitragen. Bei einer Anordnung wie in der Fig. 2 erfolgt eine entsprechende Auswahl der verwendeten Ordnungen durch die Doppelgitter (22t). Bei der Anordnung wie in Fig. 3 mit umgekehrtem Strahlengang wird der vom Gitter (35) erzeugte Strahl vom Maßstabgitter (11m) in Teilstrahlen verschiedener Ordnungen gebeugt, von denen nur die Teilstrahlen (34t) und (34s) durch die Doppelgitter (32t) im Wellenleiter überlagert und fokussiert werden.
Für die Berechnung der Einzelgitter eines Doppelgitters mit bestimmten, definierten Eigenschaften wird die folgende Gleichung für den Verlauf der Gitterfurchen in dem vorgesehenen Bereich des Doppelgitters ausgewertet. Für die Einzelgitter, welche das Licht einer Punktquelle (z.B. Faserankopplung oder Laserdiode etc.) in einen kollimierten Strahl überführen, falle der Koordinatenursprung mit der Punktquelle zusammen. Die x-Achse sei die Normale der Wellenleiterebene, und die Hauptabstrahlrichtung der Quelle sei die posivitive y-Richtung. Dann wird der Verlauf der Gitterfurchen für die Einzelgitter auf der Wellenleiterebene beschrieben durch die Gleichung
Dabei ist neff die Modenbrechzahl für die verwendeten Vakuumwellenlänge λ; m durchläuft einen Bereich von positiven ganzen Zahlen und C ist eine Konstante. β ist der Winkel zwischen kollimiertem Strahl und x-Achse, wobei positive Werte für diesen Winkel einer Neigung dieses Strahls in Richtung der positiven y-Achse entsprechen.
Bei Längenmeßverfahren, die auf der Interferenz von Lichtwellen beruhen, ist bekannt, daß es zweckmäßig ist, mindestens zwei gegeneinander phasenverschobene Signale zu erzeugen und auszuwerten. Derartige phasenverschobene Signale lassen sich z.B. dadurch herstellen, daß man die einzelnen Teilgitter (22t oder 32t) des Doppelgitters (22d oder 32d) zueinander versetzt anordnet. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, wobei dort die Striche (61) nicht einzelne Gitterfurchen kennzeichnen, sondern Linien gleicher Überlagerungszustände der zusammengesetzten Einzelgitter, wie sie z.B. in Fig. 4 mit (41) bezeichnet sind. Diese Linien gleicher Überlagerungszustände sind in Fig. 6 der Einfachheit halber geradlinig angenommen. Bei mehreren Teilgittern mit verschiedenen Phasenverschiebungen stellt jedes Teilgitter die Überlagerung von Einzelgittern entsprechend der obigen Formel für zwei verschiedene Werte von β, z.B. β1 und β2, dar. Für die zu β1 gehörigen Gitter wählt man nun beispielsweise denselben Wert für C und für die zu β2 gehörigen Gitter jeweils um λ/4 (bzw. z.B. λ/3) verschiedene Werte für C, falls Phasenverschiebungen von 90° (bzw. 120°) gewünscht werden.
Bei den in der integrierten Optik häufig anzutreffenden niedrigen Aperturen kann man als besonders einfache Lösung auch eine Verschiebung der einzelnen Teilgitter (22t, 32t) zueinander wählen. Diese würden zwar auch eine entsprechende Verschiebung der Fokuslagen bewirken, welche aber in der Regel in Kauf genommen werden kann. Eine derartige Verschiebung läßt sich auch durch eine Verkippung der Leseeinrichtung (12) um eine zum Wellenleiter (12w) senkrechte Achse erreichen.
Die beschriebenen Meßeinrichtungen können zusätzlich mit Absolutmarken ausgerüstet werden, die mit den in den Fig. 7 und 8 beschriebenen Einrichtungen detektiert werden.
Die Fig. 7a zeigt einen Schnitt durch den Maßstabgitterträger (11) und die Leseeinrichtung (12) unter- oder oberhalb der Zeichenebenen in den Fig. 2a und 3a, und zwar in einer Ebene der Absolutmarken (72). Die Absolutmarken können aus kreis- oder spaltförmigen Bereichen bestehen, die auf dem Maßstabgitterträger (11) in parallel zum Maßstabgitter (11m) angeordneten streifenförmigen Zonen (71) aufgebracht sind und deren Reflexionsvermögen von ihrer Umgebung abweicht. Besonders vorteilhaft sind die in Fig. 7b dargestellten spaltförmigen Absolutmarken (72), welche in Form von Spiegelschichten auf den Maßstabgitterträger aufgedampft sind oder als Aussparungen in einer streifenförmigen Spiegelschicht hergestellt werden. Ein unterschiedliches Reflexionsvermögen kann auch durch Interferenz- und Beugungseffekte für die zur Detektion verwendete Wellenlänge, z.B. durch ein entsprechendes Oberflächenprofil, erreicht werden.
Zur Detektion der Marken (72) sind im Wellenleiter (12w) außen neben den bereits aus Fig. 2c bekannten Teilgittern (22t), Auskoppelgitter (76) angeordnet, welche einen Teil des Lichtes der Strahlungsquelle (23) in den Zonen (71) in Form der Absolutmarken konzentrieren. Wenn die Absolutmarken kreisförmig sind, findet eine Fokussierung statt; wenn die Absolutmarken spaltförmig sind, konzentrieren die Koppelgitter die von ihnen erfaßte Strahlung in einen spaltförmigen Bereich. Die vom Maßstabgitterträger reflektierte Strahlung wird von den Einkoppelgittern (77) aufgenommen, die in dem in Fig. 7d dargestellten zweiten Wellenleiter (22w) seitlich neben den aus Fig. 2c bekannten Einkoppelgittern (25t) angeordnet sind. Die Einkoppelgitter (77) konzentrieren die von den Absolutmarken (72) reflektierte Strahlung auf den Detektoren (79). Die Auswertung der Detektorsignale erfolgt auf bekannte Art. Besonders vorteilhaft ist es, mehrere Absolutmarken - wie in Fig. 7b angedeutet - dicht nebeneinander anzuordnen, wobei in ihren Breiten und/oder Abständen zueinander die jeweiligen Absolutwerte des Maßstabgitterträgers codiert sind.
Die in Fig. 7b dargestellte Anordnung der Absolutmarken auf beiden Seiten des Maßstabgitters gestattet zusätzlich eine Detektion von Verdrehungen der Lesevorrichtung um eine zum Wellenleiter (12w) senkrechte Achse.
Auch in diesem Fall ist es - so wie in Fig. 1a - möglich, den Wellenleiter (22w) wegzulassen und Detektoren mit einer Größe wie die Einkoppelgitter (25t, 77) direkt an das Substrat (12s) anzusetzen.
In den Fig. 8a und 8b ist eine Detektionseinrichtung für Absolutmarken dargestellt für den Fall des in den Fig. 3 dargestellten Strahlenganges, bei dem die Funktion von Unter­ und Oberseite der Leseeinrichtung gegenüber Fig. 2 vertauscht ist. Die Beleuchtung der Absolutmarken erfolgt über die Auskoppelgitter (86) und die reflektierte Strahlung wird von den Einkoppelgittern (87) aufgenommen und auf die Detektoren (79) konzentriert.

Claims (10)

1. Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung zur Messung der relativen Lage zweier Objekte (11, 12) zueinander, be­ stehend aus einer Lichtquelle (23), einem Maßstabgitter (11m) zum Erzeugen von mindestens zwei gebeugten Teil­ strahlen (14t, 14s) und einem Wellenleiter (12w), der mindestens annähernd parallel zu dem ihm gegenüber ver­ schiebbaren Maßstabgitter (11m) angeordnet ist, wobei die Teilstrahlen (14t, 14s) zur Interferenz gebracht und von Detektoren (19, 29) in elektrische Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein planarer Wellenleiter (12w) mit einem Doppelgitter (12d, 22d, 32d) versehen ist, welches entweder die vom Maßstabgitter (11m) gebeugten Teilstrahlen (34t, 34s) in den Wellenleiter einkoppelt, zur Interferenz bringt und zu den Detektoren (29) leitet (Fig. 3) oder mindestens zwei Teilstrahlen (24t, 24s) erzeugt, die vcm Maßstabgitter (llm) vereinigt, zur Interferenz gebracht und den Detektoren (29) zugeleitet werden (Fig. 2).
2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gitterfurchen des Doppelgitters (22d, 32d) gekrümmt sind.
3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelgitter (22d, 32d) in zwei oder mehr Teilgitter (22t, 32t) aufgeteilt ist.
4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gitterstrukturen der Teilgitter (22t, 32t) gegeneinander versetzt sind.
5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Maßstabgitter (11m) transparent ist und daß auf seiner dem Wellenleiter (12w) mit Doppelgitter (12d) abgewandten Seite entweder eine Einrichtung zur Kollimierung der Lichtquelle (23) auf das Maßstabgitter (11m) oder eine Einrichtung zur Weiterleitung der am Maßstabgitter (11m) gebeugten Teilstrahlen zu den Detektoren (29) angeordnet ist.
6. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (12w) auf der dem Maßstabgitter (11m) zugewandten Seite einer Lese­ einrichtung (12) angeordnet ist, welche aus einem trans­ parenten Substrat (12s) besteht, auf dessen anderer Seite ein zweiter Wellenleiter (22w) angeordnet ist, der ent­ weder mit Hilfe eines auf ihm angeordneten Einkoppel­ gitters (25) die am Maßstabgitter (11m) gebeugten Teil­ strahlungsbündel zu den Detektoren (29) leitet (Fig. 2) oder mit Hilfe eines Auskoppelgitters (35) das Licht der Lichtquelle (23) auf das Maßstabgitter (11m) kollimiert (Fig. 3).
7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Einkoppelgitter (25) in mindestens zwei Teilgitter (25t) aufgeteilt ist.
8. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Maßstabgitterträger (11) in parallel zum Maßstabgitter (11m) angeordneten streifenförmigen Zonen (71) Absolutmarken (72) aufge­ bracht sind.
9. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Absolutmarken (72) aus spalt­ förmigen Bereichen mit gegenüber der Umgebung verändertem Reflexionsvermögen bestehen und daß jeweils mehrere Ab­ solutmarken dicht nebeneinander angeordnet sind, wobei in ihren Breiten und/oder Abständen zueinander die je­ weiligen Absolutwerte codiert sind.
10. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Wellenleiter (12w, 22w) Auskoppelgitter (76, 86) für in den Zonen (71) konver­ gierende Teilstrahlen und in dem anderen Wellenleiter (12w, 22w) Einkoppelgitter (77, 87) zur Aufnahme der an den Absolutmarken reflektierten Teilstrahlen und zur Weiterleitung an Detektoren (79) vorgesehen sind.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4113046A1 (de) * 1991-04-22 1992-11-05 Jenoptik Jena Gmbh Optoelektronisches positionsmessgeraet
US5271078A (en) * 1991-05-24 1993-12-14 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Device for coupling and/or decoupling beams of light, with an integrated optical component
DE10058239B4 (de) * 2000-11-17 2012-01-26 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmeßeinrichtung
DE102018108347A1 (de) * 2018-04-09 2019-10-10 Picofine GmbH Optischer Encoder und Verfahren zur Erfassung einer Relativbewegung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4113046A1 (de) * 1991-04-22 1992-11-05 Jenoptik Jena Gmbh Optoelektronisches positionsmessgeraet
US5271078A (en) * 1991-05-24 1993-12-14 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Device for coupling and/or decoupling beams of light, with an integrated optical component
DE10058239B4 (de) * 2000-11-17 2012-01-26 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmeßeinrichtung
DE102018108347A1 (de) * 2018-04-09 2019-10-10 Picofine GmbH Optischer Encoder und Verfahren zur Erfassung einer Relativbewegung
DE102018108347B4 (de) * 2018-04-09 2021-02-04 Picofine GmbH Optischer Encoder und Verfahren zur Erfassung einer Relativbewegung

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