DE2715052C2 - Längenmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Längenmeßvorrichtung mit einer quasimonochromatischen Lichtquelle und einem akusto-optischen Modulator, der so angeordnet ist, daß er das von der Lichtquelle kommende Licht mit der von einer Hochfrequenz-Energiequelle stammenden Energie so moduliert, daß das auf den Modulator auffallende Licht um einen vorgegebensn Winkel abgelenkt bzw. gebeugt wird.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (beschrieben in »Principles of Optics« von M. Born und E. Wolf, Pergamon Press 1975, Seite 593 ff.) basiert auf dem Prinzip des Michelson-lnterferometers, wobei eine Laserstrahl-Lichtquelle durch eine Hochfrequenz-Energiequelle moduliert wird. Da auch ein Laser das Ideal einer rein monochromatischen Lichtquelle nicht verwirklicht, wurde hier der Ausdruck »quasi-monochromatisch« für solche Lichtquellen gewählt, die nahezu monochromatisch sind.

Ein Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß sie nicht ohne weiteres geeignet ist, für eine festgelegte, gewünschte Genauigkeit geeicht zu werden. Dies ist jedoch erforderlich, um beispielsweise die bei der Herstellung von Mikroschallkreisen verwendeten photolitographischen Masken genau zu positionieren oder um bearbeitete Teile genau zu vermessen, wobei es unter Umständen darauf ankommt, Längen in der Größenordnung von 10 Zentimetern mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von Nanometern zu messen.

In der Zeitschrift »Feingerätetechnik«, 23. Jahrgang, 1974. Heft 2, Seiten 65 bis 69, sind akustisch-optische Raster als Maßverkörperungen für Längenmessungen mit einer Reihe von technischen Lösungen beschrieben. Bei derartigen Rastern werden Lichtquellen mit weißem oder monochromatischem Licht verwendet, denen ein akustisch-optischer Modulator zugeordnet ist, der von einer Hochfrequenz-Energiequelle erregt wird. Die Rasterabbildungen können visuell oder fotoelektrisch ausgewertet werden. Als Verbundraster werden die akustisch-optischen Raster mit mechanischen Rastern vereinigt. Für die automatische Stabilisierung des von einem akustisch-optischen Raster erzeugten Maßstabes wird die Möglichkeit der frequenzabhängigen Steuerung des akustisch-optischen Rasters benutzt. So wird z. B. mittels eines fotoelektrischen Mikroskops eine durch Temperaturänderungen oder durch Frequenzdrift verursachte Verschiebung der Streifen in der Rasterabbildung abgetastet und daraus ein Steuersignal erzeugt, mit dem die Frequenz des Modulators so verändert

wird, daß die Streifenverschiebung rückgängig gemacht wird.

Aus der DE-OS 22 37 564 ist ein akustisch-optischer Modulator mit zwei Hochfrequenz-Quelien bekannt, die unterschiedliche Frequenzen besitzen. D.irch Varia- '■> tion mindestens einer der Frequenzen läßt sich das Wellenbild im Medium des Modulators in seiner Wanderungsgeschwindigkeit und seiner Bewegungsrichtung steuern.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine in Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß sie für eine festgelegte, gewünschte Genauigkeit geeicht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß in der Nähe und im Licht-Ausgangsweg des \~> Modulators ein bewegliches Beugungsgitter angeordnet ist, dessen Gitterstriche im wesentlichen parallel zu den im Betrieb im Modulator erzeugten Wellenfronten verlaufen und die einen solchen Abstand aufweisen, daß sie das im wesentlichen senkrecht zur Ebene <Ies Gitters einfallende Licht um den vom Modulator vorgegebenen Ablenkwinkel beugen, daß weiterhin die Gitteranordnung in einer zu den Gitierstrichen senkrechten Richtung beweglich ist und daß eine Fokussiervorrichtung vorgesehen ist, die das von der Gitteranordnung 2"> kommende Licht auf einen Photodetektor fokussiert sowie ein dem Photodetektor nachgeschalteter Komparator die Phase des Ausgangssignals des Photodetektors bezüglich der Phase der Hochfrequenz-Energiequelle mißt. J»

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung, bei der anstelle eines Lasers als quasi-monochromatische Lichtquelle auch eine Gasentladungslampe oder eine Leuchtdiode Verwendung finden kann, ist das Ergebnis des Phasenvergleiches zwischen der auf den Photodetektor auffallenden Lichtenergie und der Hochfrequenz-Energiequelle proportional zur Verschiebung der Gitteranordnung. Die Verwendung einer Gitteranordnung ermöglicht es, die Periode der Gitterstriche und die Frequenz dur Hochfrequenz-Energiequelle so einzustellen, daß die angestrebte Genauigkeit erzielt wird, die bis zu 1 :10⁸ betragen kann. Somit ist es also möglich, die erfindungsgemäße Längenmeßvorrichtung durch entsprechende Wahl der Hochfrequenz und der Gitterstrichperiode von vornherein auf eine festgelegte Genauigkeit zu eichen.

Wenn die Verschiebung der Gitteranordnung größer als die Periode der Gitterstriche ist, dann ist die von dem Komparator gemessene Phasenänderung größer als 2 π. Daher ist, um die Möglichkeit einer Mehrdeutigkeit in der Messung zu vermeiden, vorzugsweise ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler vorgesehen, der dazu dient, die Zahl von ganzen Gitterstrich-Perioden zu bestimmen, um die sich die Gitteranordnung bei ihrer Verschiebung bewegt.

Eine andere, eine Mehrdeutigkeit der Messung vermeidende vorteilhafte Meßanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Hochfrequenz-Quelle vorgesehen ist, die unterschiedliche Frequenzen besitzen und die beide das auf den ω Modulator auffallende Licht so modulieren, daß das aus dem Modulator austretende Licht um einen ersten bzw. einen zweiten vorgegebenen Winkel abgelenkt ist, daß weiterhin die Gitteranordnung zwei auf ihr überlagerte Gitterlinien-Serien aufweist, von denen jede eine solche Teilung besitzt, daß das im Betrieb im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gitteranordnung einfallende Licht um diesen ersten bzw. zweiten vorgegebenen Winkel gebeugt wird und daü Fokiissiervorrichtungen die von der Gitteranordnung kommenden Lichtbündel jeweils auf einen Photodetektor fokussieren sowie eine Vergleichsvorrichtung so angeordnet ist, daß sie die Phasenänderung der auf die Photodetektoren auffallenden Lichtbündel bezüglich der entsprechenden Hochfrequenz-Quelle bestimmt und die auf der Verschiebung der Gitteranordnung beruhenden relativen Phasenänderungen zwischen Φ_π, und Φ,,/ vergleicht

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dazu verwendet werden, die Profile bzw. Querschnitte zweier Objekte miteinander zu vergleichen, und in einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Gitteranordnung in zwei unabhängig bewegbare Strukturen aufgeteilt ist, von denen jede dazu dient, gebeugtes Licht zu einer entsprechenden Fokussiervorrichtung zu übertragen, wobei beide Fokussiervorrichtungen einen zugeordneten Photodetektor besitzen, dessen Ausgangssignale an einen Phasenkomparator zur Erzeugung eines Ausgangssignals gegeben werden, das für den Unterschied in der Verschiebung der beiden Gitterstrukturen repräsentativ ist.

Bequemerweise ist die Fokussiervorrichtung eine Linse, in deren Hauptbrennpunkt eine Blendenöffnung angeordnet ist, die so dimensioniert ist, daß sie diejenigen Lichtbündel zurückhält, die sich nicht unter dem vorgegebenen Winkel ausbreiten. Vorzugsweise wird die Gitloranordnung von einem linearen Lager getragen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 in schematischer Form eine Seitenansicht einer Abstandsmeßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 in schematischer Form eine weitere Ausfiihrungsform, bei der eine Vorrichtung vorgesehen ist, die dazu dient, die Zahl der vollständigen Gitterlinicn-Perioden festzustellen, um die sich das Gitter bei seiner Verschiebung bewegt hat,

Fig.3 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Vergleich der Profile zweier Objekte,

Fig. 4 eine Einzelheit der Fühler bzw. Geber zur Verwendung in der Ausführungsform von F i g. 3 und

Fig.5 in schematischer Form eine Vorrichtung zur Herstellung des Gitters.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile.

Die in F i g. 1 dargestellte Abstandsmeßvorrichtung besitzt eine quasi-monochromatische Lichtquelle in der Form eines Lasers 1, der ein Lichtbündel erzeugt, das durch ein durch die einzelne Linse 2 wiedergegebenes Linsensystem in ein paralleles Bündel umgewandelt wird. Das planparallele Bündel wird durch eine Hochfrequenz-Energiequelle 3 moduliert, die in einem akusto-optischen Lichtmodulator 4 vom Raman-Nath-Typ eine Winkelfrequenz w_m erzeugt. Der Modulator 4 umfaßt einen rechtwinkeligen transparenten Block, der aus Glas oder geschmolzenem Quarz hergestellt ist und der optische, polierte, ebene, einander gegenüberliegende, zum Lichtbündel senkrechte Flächen besitzt und in dem eine fortschreitende Longitudinalwelle bzw. eine akustische Scherungs- oder Schubwelle (gekennzeichnet durch die Linien 5) durch einen akustischen Übertrager 6 erzeugt wird, der an dem einer/ Ende des Modulators befestigt ist und mit dem die Hochfrequenz-Energiequelle 3 verbunden ist. Die akustische Wellenenergie in dem Modulator wird durch einen Absorber 7 absorbiert, der an dem dem

Übertrager 6 gegenüberliegenden linde des Modulators befestigt ist. Das auf den Modulator auflallende Lichtbündel ist senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle und wird durch die akustische Welle teilweise in Abhängigkeit von der Leistung bzw. Energie der Hochfrequenzquelle 3 gebeugt bzw. abgelenkt bzw. gebrochen. Weiterhin ist die Leistung der Hochfrequenz-Energiequelle 3 genügend klein gewählt, so daß nur die gebeugten Bündel erster Ordnung eine erhebliche Intensität besitzen, wobei die beiden gebeugten Bündel erster Ordnung 8 bzw. 9 vom Modulator 4 so austreten, daß sie sich unter den Winkeln ±θ bezüglich des nicht gebeugten Lichtbündels 10 bewegen, wobei gilt:

H ^ '' wenn (-)

I :

hierbei ist λ; die Wellenlänge des Lichtes in Luft und A₁ die Schallwellenlänge im Modulatorblock bei der Winkelfrequenz ω,,,.

Der gebeugte Strahl 9 wird hinsichtlich der Frequenz um einen Betrag ω,,, nach oben verschoben, während der Strahl 8 um w_m nach unten verschoben wird, so daß die drei aus dem Modulator austretenden Strahlen Winkelfrequenzen ωο + ω,,,, oil), O)Ii-W,,, besitzen, wobei ω« die Winkelfrequenz bzw. Kreisfrequenz des einfallenden Lichtes ist. Die Strahlen 8,9 und 10, von denen lediglich die Strahlen 8 und 10 weiterhin verwendet werden, treten hierauf durch ein bewegliches Beugungsgitter 11, das in der Nähe des Modulators 4 angeordnet ist.

Das Gitter 11 besteht aus einem lichtempfindlichen Überzug aus Photolack (in Fig. I nicht dargestellt) auf einer Glas- oder Quarzplatte 12 und ein sinusförmig moduliertes Absorptions- oder Phasengitter 13, das eine gleichförmige Teilung gleich der akustischen Wellenlänge A, besitzt, wird in dem lichtempfindlichen Überzug mittels eines im folgenden erläuterten Verfahrens erzeugt, so daß gebeugte Bündel erster Ordnung in dem übertragenen bzw. ausgesandten Licht erzeugt werden, die sieh unter den Winkeln ±θ bezüglich des ungebeugten Lichtes bewegen. Das Gitter 11 ist koplanar mit den polierten ebenen Flächen des Modulators 4 und die Gitterlinien sind auf der vom Modulator 4 abgewandten Oberfläche des Gitters 11 angeordnet. Die Gitterlinien bzw. Gitterstriche 13 sind so angeordnet, daß sie parallel zu den akustischen Weilenfronten 5 im Modulator 4 verlaufen, und das Gitter wird von linearen Lagern (in Fig. 1 nicht dargestellt) so geführt daß es sich in einer Richtung parallel zu den ebenen Oberflächen des Gitters und senkrecht zu den Gitterlinien 13 bewegt wie es durch die Doppelpfeillinie A angegeben ist.

Wie oben festgestellt, werden für jedes der drei auf das Gitter U auffallenden Bündel 8, 9 und 10 zwei zusätzliche gebeugte Bündel erster Ordnung in dem

ί ausgesandten Licht erzeugt, die sich von diesem aus unter Winkeln ±0 bezüglich des ungebeugten Lichtes bewegen. Da jedoch nur das von dem senkrecht zum Gitter einfallenden Lichtbündel 10 erzeugte, gebeugte Lichtbündel Verwendung findet, ist der Klarheit halber

in nur das hierdurch erzeugte, gebeugte Bündel 14 dargestellt. Somit treten zwei Bündel von Bedeutung aus dem Gitter aus. die sich unter einem Winkel θ bezüglich des einfallenden Bündels 10 bewegen, nämlich das im Gitter ί I ungebeugte Bündel 8 und das gebeugte

ι * Bündel eruier Ordnung 14. Die beiden Bündel 8 und 14 werden durch eine Linse 15 gesammelt, die sie durch eine Öffnung 16 in einem Fenster 17 fokussiert. Die Öffnung 16 ist im Hauptfokus der Linse 15 angeordnet, und das Fenster ist so dimensioniert, daß es diejenigen Bündel

.in zurückhält, die sich nicht unter einem Winkel θ bezüglich des einfallenden Bündels 10 ausbreiten bzw. bewegen. Das durch die öffnung 16 hindurchtretende Bündel wird auf einen Photodetektor 18 fokussiert, der einen Photostrom erzeugt, der eine Hochfrequcnz-

r, Komponente mit einer Frequenz ω,,-, besitzt.

Es kann gezeigt werden. da3 das Bündel 14 durch eine Bewegung des Gitters in der durch die Doppelpfeillinie A angegebenen Richtung um einen Betragt phasenverschoben wird, wobei Φ gleich —— ist, wobei λ· die

Verschiebung des Gitters bedeutet.

Die Amplituden E₈ und £Ί₄ der beiden auf den Photodetektor auffallenden Bündel 8 bzw. 14 können daher als die Realteile von

tu = £₈₀exp/('-_r, - i-,_m)t

E]₄ = £l4O exp_/(r.;„r + 0)

ausgedrückt werden, wobei E₈₀ und E-uo die Scheitelamplituden der Bündel 8 bzw. 14 darstellen und wobei konstante Phasenfaktoren, die von der Bewegung des Gitters unabhängig sind, vernachlässigt wurden. Die 3 Gesamtintensität bzw. die kombinierte Intensität auf dem Photodetektor ist /, wobei

I x. ;e₈ + E₁₄P = (E₈ + E₁₄)(E₈* + E₁₄*)

50 ist und * die komplexkonjugierte Größe bezeichnet
Daher gut:

/ χ E₈ E₈* + E₁₄ E₁₄* + E₈ E₁₄* + E₁₄ E₈* χ E₈₀ + £₁₄ο + E₈₀ Εΐ40 [^exP J ('"«.' + '

+ 2E₈₀E₁₄₀ cos(<-._mr + Φ) exp - j(«_>mt + Φ)]

Die Wechselstromkomponente des Photostroms ist daher proportional zu cos (ω,πί+Φ).

Ein Phasenmesser 19 ist so angeschlossen, daß er das Ausgangssignal vom Photodetektor 18 und der Hoch frequenz-Energiequelle 3 empfängt so daß der Photostrom mit dem von der Quelle 3 stammenden Bezugssignal verglichen und ein Ausgangssignal erhalten wird, das proportional zu Φ ist und das natürlich proportional aur Verschiebung des Gitters ist

Ist die Verschiebung des Gitters größer als die Periode der Gitterstriche, so ist die vom Phasenmesser 19 gemessene Phasenänderung größer als 2 ar. Die Phasenänderung hat daher die Form Φπ,+2 π Ν, wobei Φπτ der Meßwert des Phasenmeters ist und Neine ganze Zahl bedeutet, die gleich der Zahl von ganzen Gitterperioden ist, um die sich das Gitter 11 bewegt hat. Daher ist, um eine eindeutige Messung von N zu ermöglichen, ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler 20 an den

Ausgang des Phasenmessers angeschlossen, so daß jedesmal, wenn Φ,,, den Wert 2 π übersteigt, der Zählwert des Zählers 20 um 1 erhöht wird, wenn die Phasenänderung positiv ist, und um 1 erniedrigt wird, wenn die Phasenänderung negativ ist.

Eine alternative Ausführungsform zur Vermeidung einer Mehrdeutigkeit bei der Phasenmessung ist in F i g. 2 dargestellt, in der eine zusätzliche Hochfrequenz-Energiequelle 3' mit dem Modulator 4 verbunden und so angeordnet ist, daß sie mit einer Frequenz schwingt, die von der Frequenz der Hochfrequenz-Energiequelle 3 verschieden ist, so daß das auf den Modulator auffallende Licht mit zwei verschiedenen Frequenzen moduliert wird. Somit wird das aus dem Modulator 4 austretende Licht in erster Ordnung um die Winke! β und β' gemäß der in dem Modulator durch die Quellen 3 bzw. 3' erzeugten akustischen Welle gebeugt, und diese gebeugten Bündel sind mit den Bezugszeichen 8 bzw. 8' gekennzeichnet.

Das Beugungsgitter 11 besitzt zwei Serien von Gitterstrichen bzw. Gitterlinien, die auf ihm überlagert sind, wobei jede Serie so angeordnet ist, daß sie ein senkrecht zur Ebene des Gitters ankommendes Lichtbündel um den Winkel θ bzw. Θ' beugt, und diese Bündel sind mit den Bezugszeichen 14 bzw. 14' bezeichnet. Die Bündel 8 und 14 werden durch die Linse 15 und die Blende 17 auf den Photodetektor 18 fokussiert, während die Bündel 8' und 14' auf einen weiteren Photodetektor 18' mittels einer Linse 15' und eine Blende 17' mit einer öffnung 16' fokussiert werden. Die öffnung 16' ist so dimensioniert, daß sie Bündel zurückhält, die unter vom Winkel Θ' verschiedenen Winkeln auftreffen. Das Ausgangssignal eines jeden Photodetcktors 18, 18' wird einem entsprechenden Phasenmesser 19, 19' zugeführt, in welchem ein Vergleich mit der Phase der Bezugs-Hochfrequenz-Energiequelle 3, 3' durchgeführt wird, um Φ™ und Φ™' herzuleiten, wobei Φ,_π' die Phasenänderung ist, die durch das Signal a>_m' aufgrund der Verschiebung des Gitters erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Phasenmesser 19, 19' sind an einen Komparator 21 angelegt, der dazu dient, die relativen Phasenänderungen zwischen <P_m und <P_m' zu vergleichen und somit eine Gesamtanzeige für den vom Gitter 11 zurückgelegten Abstand zu liefern.

Die Erfindung kann auch dazu verwendet werden, die Profile bzw. Querschnitte von bearbeiteten Teilen zu vergleichen, und eine hierzu geeignete Vorrichtung ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt Das Gitter 11 ist in zwei identische, unabhängig bewegbare Strukturen 111 und 211 aufgeteilt Die Strukturen 111, 211 sind zwischen linearen Lagern 130 bzw. 230 montiert wobei die Bewegungsebene der Gitter 111 und 211 dieselbe ist wie die des in den F i g. 1 und 2 dargestellten Gitters 11. An den Unterseiten der Gitter 111 und 211 sind starre Sonden 131 und 231 befestigt (wie in F i g. 4 dargestellt), die unter dem Einfluß der Schwerkraft auf jeweils einer von zwei miteinander zu vergleichenden Oberflächen 132 bzw. 232 aufliegen. Die Wirkungsweise der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist im wesentlichen gleich der Wirkungsweise der Ausführungsform aus F i g. 1, doch sind hier die von jedem Gitter unter einem Winkel Φ bezüglich der Normalen ausgehenden, gebeugten Bündel für das Gitter 111 mit dem Bezugszeichen 108 und 114 und für das Gitter 211 mit den Bezugszeichen 208 und 214 bezeichnet. Diese Bündelpaare werden getrennt durch gleiche Linsen 115 und 215 gesammelt und durch die jeweiligen öffnungen 116 und 216 auf Photodetektoren 118 bzw. 218 geleitet. Die von den Photodetektoren 118 und 218 erzeugten Photoströme besitzen durch die Hochfrequenz-Energiequelle 3 erzeugte Komponenten mit der Frequenz ω,_η die durch die Bewegung der Gitter 111 bzw. 211

ι« bewirkte Phasenverschiebungen Φ ι und Φ2 aufweisen. Diese Photoströme werden in einem Phasenmesser 119 verglichen, der folglich ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zu Φι — Φι ist und daher proportional zur Differenz der Bewegung der beiden Gitter. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß Temperatureinflüsse in dem akusto-optischen Modulator für beide Gruppen von Bündeln auf den jeweiligen Photodetektoren in gleicher Weise wirksam sind und somit keinen Einfluß auf das Differenz-Ausgangssignal des Phasenmessers 119 haben.

Die beiden Gitter werden über die Oberflächen 132 und 232 in der durch die Doppelpfeillinie B angegebenen Richtung bewegt, und die Sonden können auf den Oberflächen entweder aufgrund der Schwerkraft wie oben beschrieben oder durch eine von außen her angelegte Kraft aufliegen.

Das in der Ausführungsform von F i g. 1 verwendete Beugungsgitter wird unter Anwendung der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung hergestellt, in der ein Laser 1

JO ein paralleles Lichtbündel emittiert, das in zwei im wesentlichen gleiche Teile mit Hilfe eines Bündel bzw. Strahlenteilers 50 aufgeteilt wird. Die aufgeteilten Bündel werden von ebenen Spiegeln 51 bzw. 52 reflektiert und durch im wesentlichen identische Linsen 53 und 54 expandiert bzw. verbreitert. Die verbreiterten Bündel 55 und 56 werden so gerichtet, daß sie dieselbe Fläche einer Aufnahmeplatte 57 beleuchten, die aus einem homogenen, transparenten optischen Element wie z. B. einer optisch ebenen Glasplatte besteht, die mit einer lichtempfindlichen Photolackschicht 58 auf ihrer belichteten Seite beschichtet ist. Die Platte 57 hat von den Linsen 53 und 54 denselben Abstand und ist so ausgerichtet, daß die mittleren Strahlen bzw. Hauptstrahlen der Bündel 55 und 56 symmetrisch zur Normalen der Oberfläche der Platte 57 angeordnet sind. Die Kombination bzw. Vereinigung der Bündel 55 und 56 bildet ein statisches Interferenzmuster, das die licht- bzw. photoempfindliche Oberfläche belichtet und das die Form des gewünschten Gitters aufweist Die Gitterperiode wird dadurch eingestellt, daß man den Winkel zwischen den Hauptstrahlen der Bündel 55 und 56 ändert und um die Gitterperiode über die Oberfläche der Platte 57 hinweg im wesentlichen linear zu halten, wird der Projektionsabstand, der senkrecht von der Oberfläche der Platte 57 zu den Linsen 53 bzw. 54 hin gemessen wird, groß gemacht Nach der Belichtung wird die Platte 57 in geeigneten Chemikalien entwickelt um das gewünschte Absorptions- bzw. Phasen-Gitter zu erzeugen. Um das bei der Ausführungsform von F i g. 2 erforderliche Gitter herzustellen, bei dem zwei Gitterstrich-Serien erforderlich sind, wird ein drittes Bündel auf die Platte 57 projiziert, so daß auf ihr zwei Interferenzmuster gebildet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Längenmeßvorrichtung mit einer quasi-monochromatischen Lichtquelle und einem akusto-optischen Modulator, der so angeordnet ist, daß er das von der Lichtquelle kommende Licht mit der von einer Hochfrequenz-Energiequelle stammenden Energie so moduliert, daß das auf den Modulator auffallende Licht um einen vorgegebenen Winkel ι ο abgelenkt bzw. gebeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe und im Licht-Ausgangsweg des Modulators (4) ein bewegliches Beugungsgitter (11) angeordnet ist, dessen Gitterstriche im wesentlichen parallel zu den im Betrieb im Modulator (4) erzeugten Wellenfronten verlaufen und die einen solchen Abstand aufweisen, daß sie das im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Gitters einfallende Licht um den vom Modulator (4) vorgegebenen Ablenkwinkel (Θ) beugen, daß weiterhin die Gitteranordnung (11) in einer zu den Gitterstrichen senkrechten Richtung beweglich ist und daß eine Fokussiervorrichtung (15) vorgesehen ist, die das von der Gitteranordnung (11) kommende Licht (8,14) auf einen Photodetektor (18) fokussiert, ^5 sowie ein dem Photodetektor nachgeschalteter Komparator (19) die Phase des Ausgangssignals des Photodetektors (18) bezüglich der Phase der Hochfrequenz-Energiequelle (3) mißt.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler (20) vorgesehen ist, der dazu dient, die Zahl von ganzen Gitterstrich-Perioden zu bestimmen, um die sich die Gitteranordnung (11) bei ihrer Verschiebung bewegt.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Hochfrequenz-Quelle (3, 3') vorgesehen ist, die unterschiedliche Frequenzen besitzen und die beide das auf den Modulator (4) auffallende Licht so modulieren, daß das aus dem Modulator (4) austretende Licht (8, 8') um einen ersten bzw. einen zweiten vorgegebenen Winkel (θ, Θ') abgelenkt ist, daß weiterhin die Gitteranordnung (11) zwei auf ihr überlagerte Gitterlinien-Serien aufweist, von denen jede eine solche Teilung besitzt, daß das im Betrieb im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gitteranordnung (11) einfallende Licht um diesen ersten bzw. zweiten vorgegebenen Winkel (θ, Θ') gebeugt wird und daß Fokussiervorrichtungen (15,15') die von der *>o Gitteranordnung kommenden Lichtbündel (8, 14 bzw. 8', 14') jeweils auf einen Photodetektor (18,18') fokussieren sowie eine Vergleichsvorrichtung (19, 19', 21) so angeordnet ist, daß sie die Phasenänderung (Φ™ Φ,_η') der auf die Photodetektoren (18, 18') V5 auffallenden Lichtbündel bezüglich der entsprechenden Hochfrequenz-Quelle (3, 3') bestimmt und die auf der Verschiebung der Gitteranordnung (11) beruhenden relativen Phasenänderungen zwischen Φπ,ηηάΦπ! vergleicht. μ

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnung in zwei unabhängig bewegbare Strukturen (111, 211) aufgeteilt ist, von denen jede dazu dient, gebeugtes Licht zu einer entsprechenden Fokussiervorrichtung (115, *>' 215) zu übertragen, wobei beide Fokussiervorrichtungen einen zugeordneten Photodetektor (118,218) besitzen, dessen Ausgangssignale an einen Phasenkomparator (1J9) zur Erzeugung eines Ausgangssignals gegeben werden, das für den Unterschied in der Verschiebung der beiden Gitterstrukturen (111, 211) repräsentativ ist.

5. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiervorrichtung (15) eine Linse ist, in deren Hauptbrennpunkt eine Blendenöffnung (16, 116, 216) angeordnet ist, die so dimensioniert ist, daß sie diejenigen Lichtbündel zurückhält, die sich nicht unter dem vorgegebenen Winkel (θ, Θ') ausbreiten.

6. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnung (111, 211) von einem linearen Lager (130,230) getragen ist.