DE2525317A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT BY USING A DIFFUSION GRID - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT BY USING A DIFFUSION GRID

Info

Publication number
DE2525317A1
DE2525317A1 DE19752525317 DE2525317A DE2525317A1 DE 2525317 A1 DE2525317 A1 DE 2525317A1 DE 19752525317 DE19752525317 DE 19752525317 DE 2525317 A DE2525317 A DE 2525317A DE 2525317 A1 DE2525317 A1 DE 2525317A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
incident
order
diffraction grating
rays
beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19752525317
Other languages
German (de)
Inventor
Olivier Fuchs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GENEVOISE INSTR PHYSIQUE
Societe Genevoise dInstruments de Physique
Original Assignee
GENEVOISE INSTR PHYSIQUE
Societe Genevoise dInstruments de Physique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GENEVOISE INSTR PHYSIQUE, Societe Genevoise dInstruments de Physique filed Critical GENEVOISE INSTR PHYSIQUE
Publication of DE2525317A1 publication Critical patent/DE2525317A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G02B27/4255Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application for alignment or positioning purposes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4261Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element with major polarization dependent properties

Description

SOCIETE GENEVOISE D'INSTRUMENTS DE PHYSIQUE, Genf (Schweiz)SOCIETE GENEVOISE D'INSTRUMENTS DE PHYSIQUE, Geneva (Switzerland)

Verfahren und Vorrichtung zur Verschiebungsmessung mittels eines Beugungsgitters Method and device for measuring displacement by means of a diffraction grating

Die Erfindung betrifft ein optisches Verfahren und eine optische Vorrichtung zur Verschiebungsmessung mittels der Interferenz von durch ein Gitter gebeugter Strahlen.The invention relates to an optical method and an optical device for displacement measurement by means of the interference of rays diffracted by a grating.

Es gibt bereits FeSvorrichtungen, die Beugungsgitter verwenden, wobei verschiedene Strahlen z. E. mit der Ordnung 0 und 1 oder -1 und 0 in Interferenz kommen. Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie eine Doppelbeugung durch das Gitter benötigenThere are already FeS devices, the diffraction gratings use, with different beams z. E. with the order 0 and 1 or -1 and 0 in interference come. However, these devices have the disadvantage that they require double diffraction by the grating

56-·5380 -HdSl56- · 5380 -HdSl

5098S1/08465098S1 / 0846

- 2 - 2 5 2 b 3 1 7- 2 - 2 5 2 b 3 1 7

und nur mit monochromatischem Licht und homogenen Lichtstrahlen arbeiten können, vas H.ußerst schwierig zu ver-' wirklichen ist.and can only work with monochromatic light and homogeneous light rays, which is extremely difficult to understand. real is.

Es gibt auch andere Vorrichtungen zur Positionierungsmessung durch Eeugung. Um jedoch eine gute Auflösung zu erhalten, müssen miteinander gebeugte Strahlen mit einer Ordnung +n und -n iriterferieren, wobei η relativ g.-'oß ist, z. B. η >- 3, um eine ausreichende Frequenz zu erhalten. Dennoch haben diese gebeugten Strahlen hoher Ordnung nur wenig Energie, so daß man eine besondere Gittergeometrie wählen muß, um die in den verwendeten Strahlen enthaltene Energie selektiv zu verstärken. Dies führt zum Bau sehr komplizierter Gitter mit relativ großer Gitterkonstante.There are also other devices for measuring position by diffraction. However, to get a good resolution to obtain, rays diffracted with each other with an order + n and -n have to iriterate, where η is relatively g .- 'oß, z. B. η> - 3, to a sufficient Frequency. Yet these high-order diffracted rays have little energy, so one a special grid geometry must be chosen in order to selectively the energy contained in the beams used to reinforce. This leads to the construction of very complicated grids with a relatively large grid constant.

Schließlich erfordern die bereits bestehenden Vorrichtungen die Verwendung einer monochromatischen Lichtquelle wie eines Lasers. Bei hohen Beugungsordnungen wird nämlich die Dispersion des weißen Lichts zu groß.Finally, the existing devices require the use of a monochromatic one Light source like a laser. In the case of high diffraction orders, the dispersion of the white light becomes too large.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ortsmessung durch Beugung zu schaffen, die eine Quelle weißen Lichts verwendet, daher einfach und kostengünstig ist, sowie ein leicht zu fertigendes Gitter, das keine besondere Geometrie benötigt, sowie ein entsprechendes Meßverfahren.It is therefore the object of the invention to provide a device for measuring position by diffraction, which uses a source of white light and is therefore simple, inexpensive and easy to manufacture Grid that does not require any special geometry and a corresponding measuring method.

Ein Verfahren zur Messung von Relativverschiebungen zwischen zwei mechanischen Körpern, deren einer ein Beugungsgitter trägt, ist gemäß der Erfindung da-A method for measuring relative displacements between two mechanical bodies, one of which carries a diffraction grating, is according to the invention there-

509851 /0845509851/0845

durch gekennzeichnet, daß auf das Beugungsgitter von einer vom anderen mechanischen Körper getragenen Lichtquelle zwei kohärente einfallende Strahlen symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zum Beugungsgitter projiziert werden; daß symmetrisch zu dieser senkrechten Ebene mindestens ein Strahl der BeugungsOrdnung +n von einem der einfallenden Strahlen mit mindestens einem Strahl der Beugungsordnung -n des anderen einfallenden Strahls zusammengeführt v/erden, um diese jeweils zu zweit interferieren zu lassen, und daß die so erhaltene Modulation in mindestens einem dieser zusammengeführten Strahlen als Maß für die Relativverschiebungen der beiden mechanischen Körper erfaßt wird.characterized in that on the diffraction grating from a light source carried by the other mechanical body two coherent incident rays are projected symmetrically to a plane perpendicular to the diffraction grating will; that symmetrically to this perpendicular plane at least one ray of the diffraction order + n of one of the incident rays with at least one ray of the diffraction order -n of the other incident Beam merged v / ground to let them interfere in pairs, and that the so obtained Modulation in at least one of these combined beams as a measure of the relative displacements of the two mechanical bodies is detected.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Beugungsgitter, das von einem mechanischen Körper getragen ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter eine konstante Geometrie hat, daß eine Lichtquelle vom anderen mechanischen Körper getragen ist, daß eine Einrichtung auf das Beugungsgitter zwei kohärente einfallende Strahlen von der Lichtquelle symmetrisch zu einer Ebene senkrecht auf dem Beugungsgitter projiziert; daß eine Einrichtung symmetrisch zur senkrechten Ebene mindestens einen Strahl der Beugungsοrdnung +n eines der beiden einfallenden Strahlen mit mindestens einem Strahl der BeugungsOrdnung -n des anderen einfallenden Strahls erneut zusammenführt, um diese jeweils zu zweit interferieren zu lassen, und daß eine Einrichtung die so in mindestens einem der zusammengeführten Strahlen erhaltene Modulation erfaßt.An apparatus for carrying out the method according to the invention with a diffraction grating, which is from a mechanical body is, according to the invention, characterized in that the diffraction grating has a constant geometry that a light source is supported by the other mechanical body, that means on the diffraction grating two coherent incident rays from the light source projected symmetrically to a plane perpendicular to the diffraction grating; that a device symmetrical to the vertical plane at least one ray of diffraction order + n of one of the two incident rays with at least one beam of the diffraction order -n of the other incident beam merges again in order to interfere with them in pairs and in that means the modulation thus obtained in at least one of the merged beams recorded.

509851/08509851/08

Lie Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Lie invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 schematisch, wie mittels eines Kösters-Prismas gebeugte Strahlen der Ordnung +n und -n untereinander wieder zusammengeführt werden:Fig. 1 schematically, as by means of a Kösters prism diffracted rays of the order + n and -n are brought together again:

Fig. 2 schematisch die elektrooptisch^ Anordnung eines AusfUhrungsbeispiels der erf indungsger; äßen Vorrichtung; Fig. 2 schematically shows the electro-optical arrangement of a AusfUhrungsbeispiels the inventors; external device;

Fig. 3> die von der Vorrichtung abgegebenen Signale; und3 shows the signals emitted by the device; and

Fig. 4 schematisch eine Abwandlung der Arbeitsweise der Vorrichtung.4 schematically shows a modification of the method of operation of the device.

Das erf indungsger. äße Meßverfahren unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, daß man je zwei gebeugte Strahlen der Ordnung +n und -n, die von zwei verschieden einfallenden Strahlen stammen, miteinander interferieren läßt. Diese einfallenden Strahlen kommen von ein und derselben Lichtquelle, sind untereinander kohärent und symmetrisch relativ zu einer Ebene senkrecht auf der Ebene des Beugungsgitters. Wenn irr. übrigen dafür gesorgt wird, daß die einfallenden und die reflektierten Strahlen derselben Anzahl von Reflexionen unterliegen, ist es auch möglich, mit nicht,monochromatischem Licht zu arbeiten, z. B. mit weißem Licht, was keine der früheren Vorrichtungen erlaubt.The inventor Ae measuring method differs from the state of the art in that there are two diffracted Rays of the order + n and -n, which originate from two different incident rays, interfere with each other leaves. These incident rays come from one and the same light source, are coherent with each other and symmetrical relative to a plane perpendicular to the plane of the diffraction grating. If wrong. rest taken care of becomes that the incident and the reflected rays subject to the same number of reflections, it is also possible to work with non-monochromatic light, z. With white light, which none of the previous devices allow.

In Fig. 1, die schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, sind zwei einfallende Strahlen 21 und 22 zu sehen, die von derselben Lichtquelle 20 stammen, kohärent untereinander undIn Fig. 1, which shows schematically an embodiment of the device according to the invention, two are incident To see rays 21 and 22 coming from the same light source 20, coherent with each other and

509851 /0845509851/0845

symmetrisch zur Normalen auf einen: Gitter ~jl verlaufen sowie auf diesem konvergieren. Die beiden Strahlen 21 und 22 erzeugen nach Beugung Strahlen 23 bzw. 24 der Ordnung -1 und Strahlen 25 und 26 der Ordnung +1. Die gebeugten Strahlen höherer Ordnung sind zwar vorhanden,, jedoch nicht in Fig. 1 abgebildet.symmetrical to the normal on one: lattice ~ jl and converge on it. After diffraction, the two beams 21 and 22 produce beams 23 and 24 of order -1 and beams 25 and 26 of order +1. The higher-order diffracted rays are present, but not shown in FIG.

Durch die nrfindung wird insbesondere angestrebt, die Vorrichtung mit weißem Licht arbeiten zu lassen und damit eine Einrichtung vorzusehen., um die Beugungsspektren der Strahlen der Ordnung -1 und +1 so miteinander interferieren zu lassen, daß die Interferenz für alle V.'ellenlängen stattfindet.The aim of the invention is, in particular, to make the device work with white light and thus to provide a device. In order to interrelate the diffraction spectra of the rays of the order -1 and +1 to let interfere that the interference takes place for all V. 'wavelengths.

Dieses Problem wird z. B. durch Verwendung eines Kösters-Prisnas 18 gelöst. Die beiden Strahlen 24 und 25 bzw. 23 und 26 fallen auf das Prisira l8, vereinigen sich an einer halb.reflektierenden Fliehe 19 und verlassen das Prisma symmetrisch in Form vereinigter Strahlen 27 und 28 bzw. 29 und >0. Damit die Interferenz vollständig in bezug auf einen der vereinigten Strahlen, z. 3. 27, stattfindet, muß die Differenz der Anzahl der Reflexionen des einfallenden Strahls 21 und des gebeugten Strahls 25 relativ zur Anzahl der Reflexionen des einfallenden Strahls 22 und des gebeugten Strahls 24 gleich Null oder geradzahlig sein.This problem is z. B. solved by using a Kösters-Prisnas 18. The two rays 24 and 25 or 23 and 26 fall on the Prisira 18, unite get on a semi-reflective flee 19 and leave the prism symmetrically in the form of combined rays 27 and 28 or 29 and> 0. So that the interference completely with respect to one of the united rays, z. 3. 27, takes place, must be the difference in the number of reflections of the incident beam 21 and the diffracted Ray 25 relative to the number of reflections of the incident ray 22 and the diffracted ray 24 be zero or even.

Die Strahlen 21 und 22 werden aus einem einzigen Strahl 20 durch Zerlegen mittels eines Kösters-Prismas erzeugt, damit sie einer Anzahl von Reflexionen unterworfen werden können, die sich um Eins unterscheidet. Das Kb'sters-Prisma wird ebenfalls verwendet, um die gebeugten Strahlen interferieren zu lassen.The beams 21 and 22 are made from a single beam 20 by decomposition by means of a Kösters prism generated so that they can be subjected to a number of reflections which differ by one. The Kb'sters prism is also used to make the diffracted rays interfere.

509851/0845509851/0845

Die Vorrichtung von Big. 1 zeigt die Interferenzen der gebeugten Strahlen der Ordnung +1 und -1, es versteht sich jedoch, daß die Vorrichtung in derselben Weise mit gebeugten Strahlen höherer Ordnung arbeitet, wenn diese jev/eils zu zweit interferieren.Big's device. 1 shows the interference of the diffracted beams of order +1 and -1, it understands however, that the device works in the same way with diffracted beams of higher order, if these jev / eils interfere in twos.

Die durch die Strahlen 27 bis 30 erhaltene Interferenz hängt nur von der Lage des Beugungsgitters relativ zu den einfallenden Strahlen ab. Tatsächlich erfährt jeder gebeugte Strahl eine Phasenverschiebung vonThe interference obtained by rays 27-30 depends only on the position of the diffraction grating relative to the incident rays. Actually learns each diffracted ray has a phase shift of

= 2-7Γ -= 2-7Γ -

η · -τη · -τ

mit η = Nummer der Ordnungwith η = number of the order

χ = Verschiebung des Beugungsgitters d = Gitterkonstante.χ = displacement of the diffraction grating d = grating constant.

Wenn man einen Strahl der Ordnung +1 und einen Strahl der Ordnung -1 interferieren läßt, ergibt sich für die relative Phasenverschiebung:If one lets a beam of the order +1 and a beam of the order -1 interfere, the result is relative phase shift:

woraus folgt, daß die Interferenz zwei vollständige Perioden beschreibt, wenn das Beugungsgitter um eine Gitterkonstante verschoben wird.from which it follows that the interference describes two complete periods if the diffraction grating is around one Lattice constant is shifted.

Wenn man einen Strahl der Ordnung +2 und einen Strahl der Ordnung -2 miteinander interferieren l;lßt, zeigt die relative Phasenverschiebung ψ = 81T^ , daß die Interferenz vier vollständige Perioden beschreibt, wenn das Beugungsgitter um eine Gitterkonstante verschoben wird, usv/.If a beam of order +2 and a beam of order -2 are allowed to interfere with each other, the relative phase shift ψ = 81T ^ shows that the interference describes four complete periods when the diffraction grating is shifted by one grating constant, and so on.

509851/0845509851/0845

-%--% - 2 5 2 Fi 31 72 5 2 Fi 31 7

Die Vorrichtung von Fig. 1 arbeitet mit weißem Licht, obwohl man die Vorrichtung auch rr.it monochromatischem und kohärentem Licht betreiben kann, ohne ihre Arbeitsweise zu ändern.The device of Fig. 1 operates with white light, although the device can also be operated with monochromatic and coherent light, without its mode of operation to change.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 2 abgebildet.A preferred embodiment of the device according to the invention is shown in FIG.

Das Bild eines Fadens einer Lampe 1 wird durch eine Linse 2 auf ein Beugungsgitter 31 fokussiert, dessen Striche bzw. Eingravierungen senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Der einfallende Strahl 20 wird durch die halb.reflektierende Fläche 19 des Kösters-Prismas 18 in zwei Strahlen 21 und 22 aufgeteilt, die symmetrisch zur Achse des Kösters-Prisir.as l8 und zur normalen auf dem Beugungsgitter 31 verlaufen. Die beiden Strahlen 21 und 22 werden am Beugungsgitter 31 gebeugt, und man erhält die Strahlen 24, der ein gebeugter Strahl der Ordnung -1 des Strahls 22 ist, und 25, der ein gebeugter Strahl der Ordnung +1 des Strahls 21 ist, um sie im Prisma l8 wieder zu vereinigen. Die Strahlen 24 und 25 interferieren auf der halb_2eflektierenden Fläche 19 und verlassen das Kösters-Prisma 18 symmetrisch, und zwar in Form vereinigter Strahlen 27 und 28, deren jeder die Summe des halben Strahls 24 und des halben Strahls ist. In Abhängigkeit von den relativen Phasen der beiden Strahlen 24 und 25 haben die Strahlen 27 und 28 ein Maximum oder ein Minimum der Lichtstärke. Wenn das Beugungsgitter 31 verschoben wird, werden die Strahlen 27 und 28 lichtstärkenmoduliert.The image of a filament of a lamp 1 is focused through a lens 2 onto a diffraction grating 31, the Lines or engravings run perpendicular to the plane of the drawing. The incident beam 20 is through the semi-reflective surface 19 of the Kösters prism 18 divided into two beams 21 and 22 which are symmetrical to the axis of the caster-prisir.as 18 and to the normal the diffraction grating 31 run. The two rays 21 and 22 are diffracted at the diffraction grating 31, and the rays 24 are obtained, which is a diffracted ray of the order -1 of the ray is 22, and 25, which is a diffracted The +1 order beam of the beam 21 is to reunite them in the prism l8. Rays 24 and 25 interfere on the semi-reflective surface 19 and leave the Kösters prism 18 symmetrically, and in the form of combined rays 27 and 28, each of which is the sum of half the ray 24 and half the ray is. Depending on the relative phases of the two beams 24 and 25, beams 27 and 28 have one Maximum or a minimum of the light intensity. When the diffraction grating 31 is shifted, the rays 27 become and 28 light intensity modulated.

Um die Richtung der Verschiebung des Beugungsgitters 31 zu erfassen, wird ein herkömmliches Vorgehen verwendet.In order to detect the direction of displacement of the diffraction grating 31, a conventional procedure is used.

509851/08 A5509851/08 A5

Der Strahl 20 \vird linear durch einen Polarisator 3 polarisiert, dessen Polarisationsrichtung parallel zu den Strichen des Beugungsgitters 31 verläuft. Der gebeugte Strahl 25 durchsetzt ein A/4-Plättchen, das so ausgerichtet ist, daß die lineare Polarisation am Eingang in Kreispolarisation am Ausgang transformiert wird. Der gebeugte Strahl 24 durchsetzt ein Kompensations-Plättchen 5» dessen Dicke so bemessen ist, daß es die Verlängerung des optischen Wegs des Strahls 25 infolge Durchlaufens des p(/4-Plättchens kompensiert. Die Strahlen 27 und 28, die symmetrisch das Kösters-Prisma l8 verlassen, haben zwei überlagerte Teilstrahlen, von denen der eine linear und der andere zirkulär polarisiert ist. Dies ergibt zwei Interferenzsysteme, die um 90 gegeneinander polarisiert und um 90° phasenverschoben sind, die man durch Analysatoren trennen kann.The beam 20 is linearly passed through a polarizer 3 polarized, the polarization direction of which runs parallel to the lines of the diffraction grating 31. The bowed one Ray 25 passes through a ¼ plate that looks like this is aligned that the linear polarization at the input is transformed into circular polarization at the output. The diffracted beam 24 passes through a compensation plate 5 », the thickness of which is so dimensioned that it is the Lengthening of the optical path of the beam 25 as a result of passing through the p (/ 4 plate is compensated Rays 27 and 28 which symmetrically form the Kösters prism Leaving 18, have two superimposed partial beams, one of which is linearly polarized and the other circularly polarized is. This results in two interference systems, which are polarized by 90 against each other and phase shifted by 90 ° that can be separated by analyzers.

Der Strahl 27 wird auf eine Linse 6 und durch die halb,reflektierende Lamelle 7 auf photoelektrische Zellen 10 und 11 fokussiert. Die Analysatoren 8 und 9 sind um 450 geneigt und symmetrisch zur Polarisationsrichtung des Polarisators 3 so ausgerichtet, daß die photoelektrischen Zellen 10 und 11 jeweils eines der beiden Interferenzsysteme wie eben erläutert empfangen. Wenn das Beugungsgitter 3I verschoben wird, werden elektrische Signale I 10 und I 11 von den photoelektrischen Zellen 10 und 11 abgegeben, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind.The beam 27 is focused on a lens 6 and through the semi-reflective lamella 7 on photoelectric cells 10 and 11. The analyzers 8 and 9 are inclined at 45 0 and symmetrically aligned to the polarization direction of the polarizer 3, the photoelectric cells 10 and 11 each receive one of the two interference systems as just explained. When the diffraction grating 3I is shifted, electric signals I 10 and I 11 are output from the photoelectric cells 10 and 11 as shown in FIG.

Der Strahl 28 wird durch die Linse 12 und durch die halb^reflektierende Lamelle 13 auf photoelektrische Zellen l6 und 17 fokussiert. Analysatoren 14 und 15 sind um 45 und symmetrisch relativ zur Polarisationsrichtung des Polarisators 3 ausgerichtet, so daß die photoelektrischen Zellen l6 und I7 jeweils einesThe beam 28 is through the lens 12 and through the semi-reflective lamella 13 on photoelectric Cells 16 and 17 focused. Analyzers 14 and 15 are 45 ° and symmetrical relative to the direction of polarization of the polarizer 3 aligned so that the photoelectric cells l6 and I7 each one

509851/0845509851/0845

der beiden vorgenannten Interferenzsysteme empfangen.of the two aforementioned interference systems received.

Um die elektronische Verarbeitung der von den photoelektrischen Zellen abgegebenen Signale zu erleichtern, wird in herkömmlicher V/eise vorgegangen, indem die Strahlen 24 und 25 an der ha^„reflektierenden Fläche 19 zur Interferenz gebracht v/erden, die aus eine-.- dielektrischen Schicht besteht. W'ihrend dieser Wiedervereinigung erfahren die Strahlen 27 und 28 eine gegenseitige Phasenverschiebung von l8o°.To facilitate the electronic processing of the signals emitted by the photoelectric cells, is proceeded in a conventional manner, in that the rays 24 and 25 on the reflective surface 19 to the Interference brought v / ground, which consists of a -.- dielectric layer. Experienced during this reunion the rays 27 and 28 a mutual phase shift from l8o °.

Wenn das Beugungsgitter 31 verschoben wird, geben die photoelektrischen Zellen Io und 17 elektrische Signale I l6 und I 17 ab, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind.When the diffraction grating 31 is shifted, the photoelectric cells Io and 17 give electrical signals I 16 and I 17 as shown in FIG.

Die Differenz der Signale I l6 - I 10 und I 17 I 11 ergibt zwei Signale I a und I b, die um 90 phasenverschoben und symmetrisch zum Nullpunkt liegen, und zwar unabhängig vom Gesamtlicht und vorn Kontrast der Interferenz.The difference between the signals I 16 - I 10 and I 17 I 11 results in two signals I a and I b, which are 90 out of phase and be symmetrical to the zero point, regardless of the total light and the front contrast of the Interference.

Das elektronische Zahlen der Anzahl der Nulldurchgänge der Signale I a und I b zeigt die Verschiebung an. Die relative Phase der Signale I a und I b, +90° oder -90°, gibt die Verschiebungsrichtung an.The electronic counting of the number of zero crossings the signals I a and I b indicate the shift. The relative phase of the signals I a and I b, + 90 ° or -90 °, indicates the direction of shift.

Für den Fall einer Beleuchtung mit monochromatischem und kohärentem Licht ist eine Abwandlung der Erfindung in Fig. 4 abgebildet.In the case of monochromatic lighting and coherent light, a modification of the invention is shown in FIG.

Wegen der KonochromatizitJt des Lichts kann rnan zwei gebeugte Strahlen beliebiger Ordnung miteinander interferieren lassen. V-/enn mit n, und n~ die Ordnungen der zu interferierenden gebeugten Strahlen bezeichnet werden,Because of the conochromaticity of light, two diffracted rays of any order can interfere with one another. V- / enn with n, and n ~ denote the orders of the diffracted rays to be interfered,

509851 /0845509851/0845

ergibt sich die Anzahl der vollständigen Perioden, die durch die Interferenz beschrieben werden, wenn man das Beugungsgitter urn eine Gitterkonstante verschiebt, zu:results in the number of complete periods that can be described by the interference if the diffraction grating is shifted by a grating constant to:

ifr = 21Tn1 - 2Tn2 , if r = 21Tn 1 - 2Tn 2 ,

4 T/ für Ti1 = +1 und n2 = -1 oder 2 7/ für n. = +1 und n? = 0 .4 T / for Ti 1 = +1 and n 2 = -1 or 2 7 / for n. = +1 and n ? = 0.

In der in Fig. 4 abgebildeten Vorrichtung ist ein einfallender Strahl 1 senkrecht zum Beugungsgitter 2 verwendet. Der Strahl 1 vird in einen Strahl 3 der Ordnung -1 und in einen Strahl 4 der Ordnung +1 gebeugt, die man auf einer halb_jr'eflektierenden Lamelle 6 interferieren läßt. Der Strahl 4 erreicht die Lamelle β durch Reflexion an einen·! Spiegel 5. Die zusammengesetzten Strahlen 7 und 8 sehen am Ort der Interferenz ihre Lichtstärke durch die Verschiebung des Beugungsgitters 2 moduliert.In the device shown in FIG. 4, an incident beam 1 perpendicular to the diffraction grating 2 is used. The beam 1 is diffracted into a beam 3 of the -1 order and a beam 4 of the +1 order, which are allowed to interfere on a semi-reflective lamella 6. The beam 4 reaches the lamella β by reflection at a ·! Mirror 5. The composite beams 7 and 8 see their light intensity modulated by the displacement of the diffraction grating 2 at the point of interference.

Die gesamte Beschreibung von Fig. 2 bleibt auch hier anwendbar, insbesondere, was die Eigenschaften der Strahlen 7 und 8 betrifft, die symmetrisch die Lamelle verlassen, die durch eine dielektrische Schicht gebildet ist, und die Gewinnung von zwei um 90° phasenverschobenen Modulationen durch die Einheit von Polarisator, }/h-Plättchen und Änalysatoren.The entire description of FIG. 2 remains applicable here too, in particular as regards the properties of the beams 7 and 8, which symmetrically leave the lamella formed by a dielectric layer, and the obtaining of two modulations out of phase by 90.degree Unit of polarizer, } / h plate and analyzers.

Beim ersten beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel wi dIn the first exemplary embodiment described wi d

ein Kö'sters-Prisma verwendet, weil dies einen einfachena Kö'sters prism is used because this is a simple one

bei
Aufbau erlaubt, wo/ersichtlich ist, daß dasselbe Ergebnis auch mit Sätzen von reflektierenden und halb-durchlllssigen Spiegeln erreicht werden kann.
at
Construction allows where / it can be seen that the same result can also be achieved with sets of reflective and semi-transparent mirrors.

509851 /0845509851/0845

Um mit weißem Licht zu arbeiten, ν:as vorteilhaft ist, ist es notwendig, den zurückgelegten V,:eg und die Anzahl der Reflexionen der einfallenden Strahlen und der gebeugten Strahlen identisch und die einfallenden Strahlen kohärent zu machen.To work with white light, ν: is as beneficial, it is necessary, the covered V: eg and the number of reflections of the incident rays and the diffracted beams are identical and make the incident rays coherent.

Die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten hauptsächlichen Vorteile sind:The main advantages achieved by the device according to the invention are:

Vervrendung von bedeutend niedrigeren Beugungsordnungen, vorzugsweise - 1, da sie viel Energie enthalten,Use of significantly lower diffraction orders, preferably - 1, since it has a lot of energy contain,

identische geometrische Form der Gitterfurchen, die im übrigen unwichtig ist, was nicht der Fall ist, wenn man höhere Beugungsordnungen benutzt, die nicht genügend Energie aufweisen, weshalb dann die Gitterfurchen genau bestimmte Geometrien haben müssen, die schwierig herzustellen sind,identical geometric shape of the grid grooves, which is otherwise unimportant, which is not the case is, if one uses higher diffraction orders, which do not have enough energy, why then the grid grooves must have precisely defined geometries that are difficult to manufacture,

die Vernachlässigung von Ungenauigkeiten der Gitterkonstanten, da derartige Ungenauigkeiten bedeutend weniger eingehen, wenn die IteugungsOrdnung niedrig ist,the neglect of inaccuracies in the lattice constants, since such inaccuracies are significant enter into less if the design order is low is,

die Verwendung einer sehr kleinen Gitterkonstanten, z. B. 2 /um, v/as eine feine Auflösung erlaubt, z. B. von 0,5 oder 1 /um, und zwar ohne Interpolation und ohne höhere Beugungsordnungen verwenden zu müssen, undthe use of a very small lattice constant, e.g. B. 2 / um, v / as allows fine resolution, e.g. B. of 0.5 or 1 / um, without interpolation and without having to use higher diffraction orders, and

die Verwendung einer beliebigen Lichtquelle, insbesondere weißen Lichts, was bisher bei höheren Beugungsordnungen nicht möglich war, da die Dispersion zu groß wurde.the use of any light source, in particular white light, which has hitherto been the case with higher diffraction orders was not possible because the dispersion became too large.

509851 /08A5509851 / 08A5

Claims (5)

AnsprücheExpectations (JlJ Verfahren zur Messung von Relativverschiebungen bzw. -bewegungen zwischen zwei mechanischen Körpern, deren einer ein Beugungsgitter trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Beugungsgitter von einer vom anderen mechanischen Körper getragenen Lichtquelle zwei kohärente einfallende Strahlen symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zum Beugungsgitter projiziert werden; daß symmetrisch zu dieser senkrechten Ebene mindestens ein Strahl der Beugungsordnung +n von einem der einfallenden Strahlen mit mindestens einem Strahl der BeugungsOrdnung -n des anderen einfallenden Strahls wiedertvereinigt wird, um diese jeweils zu zweit interferieren zu lassen, mit n<^ 3, vorzugsweise gleich 1; und daß die so erhaltene Modulation in mindestens einem dieser wiederivereinigten Strahlen als Maß für die Relativverschiebungen der beiden mechanischen Körper erfaßt wird. (JlJ method for measuring relative displacements or movements between two mechanical bodies, one of which carries a diffraction grating, characterized in that two coherent incident rays are projected symmetrically to a plane perpendicular to the diffraction grating from a light source carried by the other mechanical body ; that symmetrically to this perpendicular plane at least one beam of the diffraction order + n from one of the incident beams is recombined with at least one beam of the diffraction order -n of the other incident beam, so that they interfere in twos, with n <^ 3, preferably equal to 1; and that the modulation thus obtained is detected in at least one of these recombined beams as a measure of the relative displacements of the two mechanical bodies. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Quelle weißen Lichts ist, und daß die Differenz der Anzahl der Reflexionen eines einfallenden Strahls und des entsprechenden gebeugten Strahls gegenüber der Anzahl der Reflexionen des anderen einfallenden Strahls und des entsprechenden gebeugten Strahls Null oder ganzzahlig ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the light source is a source of white light, and that the difference in the number of reflections of an incident ray and the corresponding one diffracted beam versus the number of reflections of the other incident beam and the corresponding one diffracted beam is zero or an integer. 50985 1 /084550985 1/0845 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Beugungsgitter, das von einem mechanischen Körper getragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (31) eine konstante Geometrie hat; daß eine Lichtquelle (20; 1) vom anderen mechanischen Körper getragen ist; daß eine Einrichtung auf das Beugungsgitter zwei kohärente einfallende Strahlen (21, 22) von der Lichtquelle symmetrisch zu einer Ebene (19) senkrecht auf dem Beugungsgitter (31) projiziert; daß eine Einrichtung symmetrisch zur senkrechten Ebene mindestens einen Strahl (25, 26) der Beugungsordnung +n eines (22) der beiden einfallenden Strahlen mit mindestens einem Strahl (23* 24) der Beugungsordnung -n des anderen einfallenden Strahls (21) wieder vereinigt, um diese jeweils zu zweit interferieren zu lassen, mit η <T 3, vorzugsweise gleich 1; und daß eine Einrichtung die so in mindestens einer/, der wieder vereinigten Strahlen (27 - 30) erhaltene Modulation erfaßt.3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or 2, with a diffraction grating carried by a mechanical body, characterized in that the diffraction grating (31) has a constant geometry; that a light source (20; 1) is carried by the other mechanical body; that means projecting onto the diffraction grating two coherent incident beams (21, 22) from the light source symmetrically to a plane (19) perpendicular to the diffraction grating (31); that a device symmetrically to the vertical plane unites at least one beam (25, 26) of the diffraction order + n of one (22) of the two incident beams with at least one beam (23 * 24) of the diffraction order -n of the other incident beam (21), in order to let these interfere in pairs, with η <T 3, preferably equal to 1; and that a device detects the modulation thus obtained in at least one of the recombined beams (27-30). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Kösters-Prisma (18), dessen halbdurchlässige Trennfläche (19) einen von einer Lichtquelle (1) kommenden Strahl (20) in zwei einfallende Strahlen (21, 22) aufteilt und je zwei gebeugte Strahlen (24, 25) der Ordnung -n des einen der einfallenden Strahlen mit den gebeugten Strahlen der Ordnung +n des anderen einfallenden Strahls wieder vereinigt.4. Apparatus according to claim 2, characterized by a Kösters prism (18), the semi-permeable separating surface (19) divides a beam (20) coming from a light source (1) into two incident beams (21, 22) and two diffracted rays (24, 25) of the order -n of one of the incident rays reunites the diffracted rays of order + n of the other incident ray. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch mindestens eine photoelektrische Zelle '10, 11, 16, 17) zur Erfassung der Modulation eines wieder vereinigten gebeugten Strahls (27, 28).5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized by at least one photoelectric cell '10, 11, 16, 17) to detect the modulation of a reunited diffracted beam (27, 28). 509851/0845509851/0845
DE19752525317 1974-06-07 1975-06-06 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT BY USING A DIFFUSION GRID Pending DE2525317A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH779174A CH581824A5 (en) 1974-06-07 1974-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2525317A1 true DE2525317A1 (en) 1975-12-18

Family

ID=4330517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19752525317 Pending DE2525317A1 (en) 1974-06-07 1975-06-06 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT BY USING A DIFFUSION GRID

Country Status (3)

Country Link
CH (1) CH581824A5 (en)
DE (1) DE2525317A1 (en)
FR (1) FR2274023A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2496872A1 (en) * 1980-12-23 1982-06-25 Sopelem Laser system for measurement of angular position - uses separator to generate beams in two incident planes for reflection by target mirror having half-mirrored perpendicular blade

Also Published As

Publication number Publication date
FR2274023A1 (en) 1976-01-02
CH581824A5 (en) 1976-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3306709C2 (en)
EP0021148A1 (en) Method and device for interferometric measurement
DE3702203C2 (en) Procedure for measuring relative movements
DE2413423C2 (en) Method for writing in or reading out from a movable optical information carrier and device for carrying out the method
DE2636211C2 (en) Interferometric method for distance or flatness measurement
DE1541725A1 (en) Magic tea with lattice
DE2237564C3 (en) Method for the non-contact optical measurement of movement quantities, such as speeds and displacement distances and device for carrying out the method
DE3942385B4 (en) Grating displacement meter
DE2643990A1 (en) DEVICE FOR OPTICAL READING OF A RECORDING
DE1921507B1 (en) Device for generating phase-shifted electrical signals
DE2260086C2 (en) Optical correlator
DE2305200C3 (en)
DE1946301B2 (en) Apparatus for measuring a rotation of a first object with respect to a second object
EP3477264B1 (en) Optical positioning device
EP0491749B1 (en) Device for absolute two-dimensional position measurement
EP0017822B1 (en) Apparatus of analyzing the state of polarisation of a radiation
DE2506675A1 (en) OPTICAL INTERFEROMETER
DE2526454A1 (en) SPECTROMETERS AND METHOD OF EXAMINING THE SPECTRAL LIGHT COMPOSITION
DE2525317A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT BY USING A DIFFUSION GRID
DE2401475C2 (en) Method and device for measuring relative movement quantities
DE2255446A1 (en) INTERFEROMETER
DE60202435T2 (en) Optical method and apparatus for measuring geometric quantities
DE3012500C2 (en) Retroreflector
DE102009029822A1 (en) Apparatus and method for monitoring a beam position by the application of an electro-optical effect
DE2003975A1 (en) Device for converting linearly polarized radiation with any plane of polarization into linearly polarized radiation, in which the position of the plane of polarization changes linearly as a function of time

Legal Events

Date Code Title Description
OHJ Non-payment of the annual fee