DE3700906A1

DE3700906A1 - Verschluessler

Info

Publication number: DE3700906A1
Application number: DE19873700906
Authority: DE
Inventors: Koh Ishizuka; Tetsuharu Nishimura; Osamu Kasahara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1987-07-16
Anticipated expiration: 2007-01-15
Also published as: GB8700784D0; US5036192A; DE3700906C2; GB2185314A; GB2185314B

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Verschlüßler und insbesondere auf einen Verschlüßler, in dem ein kohärenter Lichtstrahl zum Einfallen auf ein an einem dreh- oder bewegbaren Objekt angebrachten Beugungsgitter gebracht wird, vom Beugungsgitter gebeugte Teilstrahlen zur Interferenz miteinander gebracht werden, um Interferenzstreifen zu bilden, und die Anzahl der in den Interferenzstreifen enthaltenen hellen sowie dunklen Bänder gezählt wird, um die Größe der Bewegung des Beugungsgitters, d. h. die Größe des Weges oder der Drehung des Objekts, zu messen.

Auf dem Gebiet der Präzisionsmaschinen, wie der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und Halbleiter-Druckvorrichtungen, hat sich in jüngerer Zeit die Forderung nach Präzisionsmeßinstrumenten erhoben, die imstande sind, Messungen in Einheiten von 1 µm oder weniger (Submikron) auszuführen.

Als ein typisches Meßinstrument, mit dem man in der Lage ist, Messungen in Submikron-Maßeinheiten auszuführen, ist bisher ein linearer Verschlüßler bekannt, der Interferenzstreifen verwendet, wobei ein kohärenter Lichtstrahl, z. B. ein Laserstrahl, dazu benutzt wird, einen von einem sich bewegenden Objekt gebeugten Strahl zu erhalten, so daß die Interferenzstreifen gebildet werden.

Diese Art eines linearen Verschlüßlers ist beispielsweise in den US-PS′en Nr. 37 28 753 und 37 26 595, in der JP-GM- OS Nr. 81 510/1982 und in den JP-Patent-OS′en Nr. 2 07 805/1982, Nr. 19 202/1982 sowie Nr. 98 302/1985 offenbart.

Die beigefügte Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für einen linearen Verschlüßler nach dem Stand der Technik, der einen Laser 1, einen Kollimatorobjektiv 2 und ein Beugungsgitter 3 mit einer Gitterteilung oder einem Gittergrundmaß d umfaßt, wobei das Beugungsgitter 3 an einem (nicht gezeigten) bewegbaren Objekt angebracht ist und beispielsweise mit einer Geschwindigkeit v in den Richtungen des Doppelpfeils bewegt wird.

Der lineare Verschlüßler umfaßt des weiteren λ/4-Plättchen 4 ₁ und 4 ₂, Dachprismen oder Corner-Cube-Umlenkspiegel 5 ₁ und 5 ₂, um eine Verschiebung der optischen Achse eines erneut gebeugten (wiedergebeugten) Strahls durch die Neigung des Beugungsgitters 3 zu verhindern, einen Strahlenteiler 6, Polarisationsplatten 7 ₁ und 7 ₂, deren Polarisationsachsen sich rechtwinklig schneiden und so angeordnet sind, daß sie mit Bezug zu den jeweiligen Polarisationsachsen der g/4-Plättchen 4 ₁ und 4 ₂ einen Winkel von 45° bilden, sowie Lichtempfangselemente 8 ₁ und 8 ₂.

Gemäß Fig. 1 wird der vom Laser 1 ausgesandte Laserstrahl durch das Kollimatorobjektiv 2 zu einem im wesentlichen parallelen Strahl kollimiert, der dann zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht wird. Positives und negatives, durch das Beugungsgitter 3 zur "positiven und negativen m-Ordnung" gebeugtes Licht wird jeweils durch die λ/4- Plättchen 4 ₁ und 4 ₂ geführt, worauf durch die Corner-Cube- Umlenkspiegel 5 ₁ und 5 ₂ eine Reflexion erfolgt. Die jeweils reflektierten Strahlen werden wieder zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht, dann wieder zur "positiven und negativen m-Ordnung" gebeugt und einander überlagert. Der überlagerte Strahl wird durch den Strahlenteiler 6 in zwei Lichtstrahlen geteilt, die jeweils durch die Polarisationsplatten 7 ₁ und 7 ₂ hindurch zum Einfallen auf die Lichtempfangselemente 8 ₁ und 8 ₂ gebracht werden.

Die auf die Lichtempfangselemente 8 ₁ und 8 ₂ einfallenden Strahlen sind durch die Kombination der λ/4-Plättchen 4 ₁, 4 ₂ und der Polarisationsplatten 7 ₁, 7 ₂ unter 90° mit Bezug zueinander phasenverschoben, und diese einfallenden Strahlen werden für eine Unterscheidung oder Bestimmung der Bewegungsrichtung des Beugungsgitters 3 benutzt. Die Größe der Bewegung des Beugungsgitters 3 wird durch Zählen der Anzahl der hellen und dunklen Bänder der von den Lichtempfangselementen 8 ₁ und 8 ₂ aufgenommenen Interferenzstreifen berechnet.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für einen linearen Verschlüßler nach dem Stand der Technik, der einen gebeugten Strahl, welcher übertragen wird, verwendet. Um die Gesamtbreite des Systems zu vermindern, wird, wie Fig. 2 zeigt, ein Reflexionsprisma 9 verwendet, um den vom Laser 1 ausgesandten Strahl abzulenken, wobei als ein gebeugter Strahl ein übertragener gebeugter Strahl verwendet wird. Die übrige Anordnung ist zu derjenigen des linearen Verschlüßlers von Fig. 1 gleich.

Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten linearen Verschlüßlern wird der Lichtstrahl mit Hilfe von Reflexionseinrichtungen, wie Dachprismen und Corner-Cube-Umlenkspiegel, wieder zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht.

Bei dieser Anordnung wird, selbst wenn die Wellenlänge des Lasers 1 verändert wird, z. B. durch solche Faktoren wie die Umgebungstemperatur, und wenn der Beugungswinkel des Beugungsgitters 3 geändert wird, das Beugungsgitter 3 wieder durch die jeweiligen Strahlen konsequent unter demselben Winkel beleuchtet, womit die zwei wiedergebeugten Strahlen zwangsweise einander überlagert werden, so daß die Signalstörverhältnisse der von den Lichtempfangselementen 8 ₁ und 8 ₂ ausgegebenen Signale in geeigneter Weise eingehalten werden.

Wenn jedoch die Dachprismen und die Corner-Cube-Umlenkspiegel angeordnet werden sollen, so müssen sie an solchen Stellen angebracht werden, an denen sie einen gebeugten Strahl der 0. Ordnung nicht auffangen. Wenn beispielsweise die Gitterteilung des Beugungsgitters 3 gleich 3,2 µm und die Wellenlänge des vom Laser 1 verwendeten Strahls gleich 0,83 µm ist, dann ist, wenn ein gebeugter Strahl 1. Ordnung zur Anwendung kommt, der Beugungswinkel sin^-1(0,83/32) = 15°. Um den gebeugten Strahl 0. Ordnung und die Reflexionseinrichtungen zu trennen, wenn die Reflexionseinrichtungen an einer Stelle, beispielsweise 15 mm von der Senkrechten zum Beugungsgitter 3 (die Richtung der optischen Achse der zur 0. Ordnung gebeugten Strahls) weg angeordnet sind, und zwar an einem Ort, an dem der Strahl auf das Beugungsgitter 3 einfällt, dann müssen die Reflexionseinrichtungen an einer Stelle angeordnet werden, die vom Beugungsgitter 3 um 15/tg 15° = 56 (mm) entfernt ist. Deshalb kann durch die Verwendung der Dachprismen und der Corner-Cube- Umlenkspiegel ein Anwachsen in der Gesamtgröße des Systems nicht vermieden werden.

Drehende Verschlüßler (Kodedrehgeber) der Interferenzstreifen- Ermittlungsarten wurden bereits in den US-Patentanmeldungen Nr. 7 70 753, Nr. 8 80 207 und Nr. 8 83 052 (der Anmelderin) offenbart. Wenn bei diesen Arten von drehenden Verschlüßlern Dachprismen und Corner-Cube-Umlenkspiegel verwendet werden, um einen auf ein Beugungsgitter einfallenden Strahl zur Beugung zu bringen, so ist das ein großes Hindernis in bezug auf eine Verminderung in der Gesamtgröße des Systems.

Dachprismen und Corner-Cube-Umlenkspiegel weisen im allgemeinen den Nachteil auf, daß eine sehr genaue Bearbeitung erforderlich ist, so daß die Herstellung schwierig ist und hohe Kosten aufgewendet werden müssen.

Es ist insofern die Aufgabe der Erfindung, einen Verschlüßler zu schaffen, dessen Gesamtgröße durch die Verwendung einer bestimmten Art von Reflexionseinrichtungen vermindert wird, um die oben herausgestellten Probleme zu überwinden.

Ein Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, einen drehenden Verschlüßler zu schaffen, der eine geringe Größe und dennoch eine hohe Auflösung aufweist.

Ein Verschlüßler umfaßt gemäß der Erfindung Lichtquelleneinrichtungen, um einen kohärenten Lichtstrahl auf ein an einem beweg- oder drehbaren Objekt ausgebildetes Beugungsgitter zu richten, Reflexionseinrichtungen, um einen von dem vorgenannten Beugungsgitter austretenden gebeugten Strahl wieder auf das Beugungsgitter zum Einfallen zu bringen, optische Einrichtungen, um unter Verwendung des durch das Beugungsgitter erneut gebeugten Strahls Interferenzstreifen zu bilden, und Lichtempfangseinrichtungen, um die Interferenzstreifen auf photoelektrische Weise umzuwandeln. Die genannten Reflexionseinrichtungen werden mit einer Reflexionsebene oder -fläche in der Nachbarschaft einer Stelle angeordnet, an der der gebeugte Strahl konvergiert wird.

Ein erfindungsgemäßer drehender Verschlüßler umfaßt auch Einrichtungen, um einen kohärenten Lichtstrahl auf unterschiedliche Stellen des Beugungsgitters, das in der Drehrichtung eines sich drehenden Objekts ausgebildet ist, zu richten, ein konvergierendes optisches System mit einer in der Nachbarschaft einer Stelle, an der der gebeugte Strahl konvergiert wird, befindlichen Reflexionsebene, wobei dieses System den davon austretenden gebeugten Strahl wieder auf die unterschiedlichen Stellen zum Einfallen bringt, Interferenzeinrichtungen, um die durch die erwähnten unterschiedlichen Stellen wieder gebeugten Strahlen zum wechselseitigen Überlagern zu bringen, so daß sie miteinander interferieren, und Lichtempfangseinrichtungen, um die durch die Interferenzeinrichtungen erhaltenen Interferenzstreifen auf photoelektrische Weise umzuwandeln.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Beispiel für einen linearen Verschlüßler nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 schematisch ein weiteres Beispiel für eien Verschlüßler nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verschlüßlers in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des Lichtweges (Strahlenganges) eines gebeugten Strahls in dem in Fig. 3 gezeigten Verschlüßlers;

Fig. 5, 6 und 7 schematisch Beispiele für die Konstruktion einer Reflexionseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des optischen Systems eines Verschlüßlers in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 9 schematisch das optische System der ersten Ausführungsform eines Verschlüßlers gemäß der Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Schrägansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen drehenden Verschlüßlers;

Fig. 11 eine Schrägansicht einer dritten Ausführungsform eines drehenden Verschlüßlers gemäß der Erfindung;

Fig. 12 eine Schrägansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines drehenden Verschlüßlers gemäß der Erfindung;

Fig. 13 eine Schrägansicht einer fünften Ausführungsform eines drehenden Verschlüßlers gemäß der Erfindung;

Fig. 14 eine Schrägansicht einer sechsten bevorzugten Ausführungsform eines drehenden Verschlüßlers gemäß der Erfindung;

Fig. 15A und 15B eine schematische Front- und Seitenansicht eines drehenden Verschlüßlers in einer siebenten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Reflexionseinrichtung;

Fig. 17A und 17B eine Front- bzw. Seitenansicht einer achten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen drehenden Verschlüßlers;

Fig. 18A und 18B jeweils schematisch eine Front- und Seitenansicht eines drehenden Verschlüßlers in einer neunten bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 19A und 19B eine Front- bzw. Seitenansicht in zu den Fig. 15A und 15B ähnlicher Weise, die jedoch schematisch ein System zeigen, in dem eine die optische Weglänge korrigierende Funktion dem drehenden Verschlüßler der Fig. 15A und 15B zugefügt ist.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, wobei zu Fig. 1 gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente bezeichnen, wird ein vom Laser 1 ausgesandter kohärenter Lichtstrahl durch das Kollimatorobjektiv 2 zu einem im wesentlichen parallelen Lichtstrahl kollimiert, der zum Einfallen auf einen Polarisationsstrahlenteiler 11 ₁ gebracht wird, durch den der einfallende Strahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, nämlich einen übertragenen und einen reflektierten Strahl, die jeweils linear polarisiert sind. Der reflektierte Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 4 ₁ zirkular polarisiert und dann zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht. Ein gebeugter Strahl bestimmter Ordnung, der durch das Beugungsgitter 3 übertragen wird, wird durch ein erstes System, das einen Strahl konvergiert und eine Sammel- oder Positivlinse 13 ₁, eine Strahlbegrenzungsmaske 15 ₁ sowie einen Umlenkspiegel 14 ₁ umfaßt, konvergiert. Nach seiner Rückkehr längs des im wesentlichen gleichen Strahlenganges wird der Strahl wieder zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht.

Die Fig. 5 zeigt das bei dieser Ausführungsform eingegliederte erste Strahlkonvergenzsystem. Da der Umlenkspiegel 14 ₁ im wesentlichen in der Brennebene der Sammellinse 13 ₁ angeordnet ist, kann die parallele Komponente des gebeugten Strahls bestimmter Ordnung, der in die Sammellinse 13 ₁ eintritt, durch eine Apertur der Maske 15 ₁ treten, worauf er durch den Umlenkspiegel 14 ₁ reflektiert und auf demselben Strahlengang zurückgeführt wird. In diesem Fall werden die gebeugten Strahlen anderer Ordnung von der Maske 15 ₁ abgefangen, so daß sie nicht zum Beugungsgitter 3 zurückkehren können.

Gemäß Fig. 3 wird der vom Beugungsgitter 3 erneut gebeugte Strahl durch das λ/4-Plättchen 4 ₁ linear polarisiert, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorherigen Einfalls um 90° verschoben wird. Der linear polarisierte Strahl wird durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 übertragen, dann durch das λ/4-Plättchen 4 ₂ zirkular polarisiert und durch einen Umlenkspiegel 16 ₁ reflektiert. Anschließend wird der Strahl durch das g/4-Plättchen 4 ₂ linear polarisiert, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorherigen Einfalls um 90° verschoben wird, und dann wird der Strahl durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 ₁ zu einem λ/2-Plättchen 12 reflektiert. Durch das λ/2-Plättchen wird die Polarisationsachse des reflektierten Strahls um 90° gedreht, und der Strahl wird durch einen Polarisationsstrahlenteiler 11 ₂ übertragen. Nachdem der Strahl durch ein λ/4-Plättchen 4 ₅ zirkular polarisiert worden ist, wird er durch einen Strahlenteiler 17 in zwei Lichtstrahlen gespalten, die jeweils durch die Polarisationsplatten 7 ₁ sowie 7 ₂ linear polarisiert und auf die Lichtempfangselemente 8 ₁ sowie 8 ₂ zum Einfallen gebracht werden.

Andererseits wird der durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 ₁ übertragene, linear polarisierte Strahl durch das λ/2-Plättchen 12 axial um 90° gedreht und dann vom Polarisationsstrahlenteiler 11 ₂ reflektiert. Der umgelenkte Strahl wird durch ein λ/4-Plättchen 4 ₃ zirkular polarisiert und zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht. Anschließend wird gebeugtes Licht einer bestimmten Ordnung durch das Beugungsgitter 3 übertragen. Nachdem der Strahl durch ein zweites Strahlkonvergenzsystem, das dem in Fig. 5 gezeigten gleichartig ist, so daß er längs desselben optischen Weges zurückkehrt, wird der zurückgeführte Strahl dann wieder zu Zwecken einer Wiederbeugung zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht. Der wiedergebeugte Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 4 ₃ linear polarisiert und dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 ₂ übertragen. Der übertragene Strahl wird durch ein λ/4-Plättchen 4 ₃ linear polarisiert und dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 ₂ übertragen. Der übertragene Strahl wird durch ein λ/4-Plättchen 4 ₄ zirkular polarisiert und durch einen Umlenkspiegel 16 ₂ reflektiert. Anschließend wird der reflektierte Strahl durch das λ/4-Plättchen 4 ₄ linear polarisiert, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorausgehenden Einfalls um 90° verschoben wird, und der auf diese Weise erhaltene Strahl wird durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 ₂ zum λ/4-Plättchen 4 ₅ umgelenkt. Der Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 4 ₅ zirkular polarisiert und dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 ₂ reflektiert. Durch den Strahlenteiler 17 wird der reflektierte Strahl in zwei Teilstrahlen geteilt. Nachdem die jeweiligen Strahlen durch die Polarisationsplatten 7 ₁ und 7 ₂ getreten sind, werden sie jeweils zum Einfallen auf entsprechende Lichtempfangselemente 8 ₁ sowie 8 ₂ gebracht. Die einfallenden Strahlen werden dem gebeugten Strahl, der durch das erste Strahlkonvergenzsystem eingeführt wird, überlagert, so daß Interferenzstreifen gebildet werden.

Die Fig. 4 zeigt die optischen Wege der gebeugten Strahlen positiver und negativer Ordnung, die bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung auftreten. Der durch eine ausgezogene Linie dargestellte Strahl in Fig. 4, der nach einer Reflexion vom Umlenkspiegel 14 ₁ durch das Beugungsgitter 3 gebeugt wird, hat die gleiche optische Weglänge wie der gestrichelt dargestellte Strahl, der durch das Beugungsgitter 3 nach einer Reflexion vom Umlenkspiegel 14 ₂ gebeugt wird. Auf diese Weise ermöglicht die Gleichstellung der optischen Weglängen der beiden Strahlen, die gegenseitig überlagert werden sollen, um Interferenzstreifen zu bilden, die Anordnung eines optischen Systems, das gegenüber Änderungen in den optischen Weglängen, die durch äußere Einflüsse, wie eine Temperaturänderung, verursacht werden können, Widerstandsfähig ist.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird die Phase eines zur Ordnung m gebeugten Strahls bei einer Bewegung des Beugungsgitters 3 um eine Teilung um 2m π verschoben. Da die Lichtempfangselemente 8 ₁ und 8 ₂ jeweils die Interferenz der Strahlen empfangen, die der positiven und negativen Beugung der Ordnung m zweimal unterworfen wurden, werden demzufolge Sinuswellensignale in der Anzahl 4m erhalten, wenn das Beugungsgitter 3 um eine (1) Teilung bewegt wird.

Wenn beispielsweise die Teilung des Beugungsgitters 3 gleich 3,2 µm ist und ein gebeugter Strahl 1. Ordnung (m = 1) zur Anwendung kommt, so erzeugen die Lichtempfangselemente 8 ₁ und 8 ₂ bei einer Bewegung des Beugungsgitters 3 um 3,2 µm insgesamt vier sinusförmige Wellen. Das heißt mit anderen Worten, daß ein Viertel der Teilung des Beugungsgitters 3, d. h. 3,2/4 = 0,8 µm, als Auflösung pro sinusförmiger Welle erhalten wird.

Eine Kombination der λ/4-Plättchen 4 ₁-4 ₅ und der Polarisationsplatten 7 ₁ sowie 7 ₂ liefert einen Phasenunterschied von 90° zwischen den von den Lichtempfangselementen 8 ₁ sowie 8 ₂ abgegebenen Signalen, so daß eine Unterscheidung oder Bestimmung der Bewegungsrichtung des Beugungsgitters 3 ermöglicht wird. Es ist zu bemerken, daß dann, wenn lediglich die Größe der Bewegung des Gitters 3 gemessen wird, ein einzelnes Lichtempfangselement vorgesehen werden kann.

Bei der die zwei Strahlenkonvergenzsysteme mit dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau verwendenden Ausführungsform wird der zu einer gewünschten Ordnung gebeugte einzelne Strahl der vom Beugungsgitter 3 gebeugten Strahlen durch die zugeordnete Maske 15 ₁ reflektiert und zu Zwecken einer Wiederbeugung verwendet. Die gebeugten Strahlen anderer Ordnung können durch die Maske 15 ₁ ohne Schwierigkeiten eliminiert werden.

Wenn ein Winkel zwischen dem gebeugten Strahl gewünschter Ordnung und einem anderen gebeugten Strahl nächstliegender Ordnung gleich ϑ und die Brennweite der Sammellinse 13 ₁ gleich f ist, dann sind die Stellen, an denen die beiden Strahlen auf den Umlenkspiegel 14 ₁ konvergiert werden, voneinander um f · tg ϑ getrennt. Wenn der Durchmesser der Apertur in der Strahlbegrenzungsmaske 15 gleich f · tg ϑ oder geringer ist, so ist es insofern möglich, zu unerwünschten Ordnungen gebeugte Strahlen zu eliminieren. Bei den oben erwähnten Beispielen, wobei die Gitterteilung oder das Grundmaß des Beugungsgitters 3 gleich 3,2 µm und die Wellenlänge der Lichtquelle 1 gleich 0,83 µm ist, ist, wenn die einzelnen zur Ordnung ± 1 gebeugten Strahlen reflektiert werden, der Winkel ϑ zwischen gebeugten Strahlen 0. und 1. Ordnung gleich 15°. Wird f gleich 6 mm als die Brennweite der Sammellinse 13 ₁ gewählt, dann wird f · tg ϑ = 1,6 mm erhalten. Insbesondere können, wenn die Apertur in der Strahlbegrenzungsmaske 15 ₁ kreisförmig mit einem Durchmesser von 1,6 mm ausgebildet wird, die gebeugten Strahlen 0. Ordnung eliminiert werden. Da diese Wirkung nichts mit dem Abstand zwischen dem Beugungsgitter 3 und der Sammellinse 13 zu tun hat, kann die Linse 13 kurz hinter dem Beugungsgitter 3 angeordnet werden. Insofern ist in dem oben erwähnten Fall, wobei eine Sammellinse mit einer Brennweite von 6 mm verwendet wird, ein Abstand von etwa 10 mm zwischen dem Beugungsgitter 3 und dem Umlenkspiegel 14 ausreichend, so daß ein äußerst dünner Verschlüßler geschaffen werden kann.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform hat jedes Strahlkonvergenzsystem eine in der Nachbarschaft seiner Brennebene angeordnete Reflexionsebene. Insofern kann, selbst wenn der Beugungswinkel geringfügig verändert wird, z. B. durch Änderungen in der Schwingungswellenlänge des Laserstrahls, und damit der Einfallswinkel auf die Sammellinse in gewissem Ausmaß geändert wird, der Strahl längs des im wesentlichen gleichen optischen Weges umgekehrt werden. Als Folge dessen werden die positiv und negativ gebeugten Strahlen einander in geeigneter Weise überlagert, so daß eine Verminderung in den Signalstörverhältnissen der Ausgangssignale von den Lichtempfangselementen 8 ₁ und 8 ₂ verhindert wird.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Strahlkonvergenzsysteme, die der oben beschriebenen Ausführungsform eingegliedert sind, beispielsweise gemäß der Fig. 6 als integrierte Ausbildung der Sammellinse 18 ₁, der Maske 18 ₃ und des Umlenkspiegels (Reflexionsebene) 18 ₂ aufgebaut werden können.

Wie die Fig. 7 zeigt, wird die Linse von Fig. 6 durch eine Gradientindexlinse gebildet, beispielsweise eine Selfoc- Micro-Lens (Warenzeichen), gefertigt durch Nippon Sheet Glass Co., Ltd., wobei ein Umlenkspiegel lediglich an der Mitte ihrer ebenen Fläche durch Aufdampfen ausgebildet wird. Mit der in Fig. 7 gezeigten Gradientindexlinse 19 ₁ mit dem Reflexionsteil (Umkehrspiegel) 19 ₂ ist es möglich, dieselbe Wirkung wie mit dem in Fig. 6 gezeigten System zu erzielen, wobei jedoch die Fertigung keine Schwierigkeiten bereitet und das gesamte System klein und einfach hergestellt werden kann.

Gemäß der Erfindung kann anstelle einer Mehrzahl von gebeugten Strahlen ein einzelner gebeugter Strahl zur Anwendung kommen, wie die Fig. 8 zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird ein einzelner gebeugter Strahl bestimmter Ordnung abgeleitet und einem durch einen Umlenkspiegel 20 reflektierten Strahl überlagert, worauf er in die Lichtempfangselemente 8 ₁ und 8 ₂ geführt wird, so daß sinusförmige Wellensignale erhalten werden.

Im einzelnen wird gemäß Fig. 8 der vom Laser 1 ausgesandte Strahl durch das Kollimatorobjektiv 2 in einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, der durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 in einen reflektierten sowie einen übertragenen Strahl geteilt wird.

Das Verhältnis der Intensitäten des reflektierten und des übertragenen Strahls, die der Polarisationsstrahlenteiler 11 teilt, wird durch die Beziehung zwischen der Polarisationsachse des vom Laser 1 ausgesandten Strahls und derjenigen der Aufspaltungsebene des Polarisationsstrahlenteilers 11 bestimmt.

Der durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 reflektierte Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 4 ₁ in einen zirkular polarisierten Strahl umgewandelt und zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht, durch das er gebeugt wird. Ein hierbei gebeugter Strahl bestimmter Ordnung wird auf den Umlenkspiegel 14 durch die Sammellinse 13 und die Maske 15 konvergiert. Nach seiner Reflexion durch den Umlenkspiegel 14 wird der Strahl längs desselben Strahlenganges zurückgeführt und wieder zum Einfallen auf das Beugungsgitter 3 gebracht.

Wenn der Strahl wieder auf das Beugungsgitter 3 einfällt, so wird er durch dieses Gitter 3 erneut gebeugt, worauf der wiedergebeugte Strahl durch das g/4-Plättchen 4 ₁ wieder polarisiert wird und dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 geht.

Andererseits wird der andere Strahl, der durch das Kollimatorobjektiv 2 zum Einfallen auf dem Polarisationsstrahlenteiler 11 gebracht und durch diesen übertragen wurde, durch das λ/4-Plättchen 4 ₂ zirkular polarisiert und dann zum Einfallen auf den Umlenkspiegel 20 gebracht. Nach seiner Reflexion am Umlenkspiegel 20 wird der Strahl auf dem gleichen optischen Weg zurückgeführt und durch das λ/4-Plättchen 4 ₂ linear polarisiert. Der Strahl wird durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 reflektiert und dem oben erwähnten erneut gebeugten Strahl, der durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 tritt, überlagert.

Die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform führt zu einem linearen Verschlüßler, der eine im Vergleich zu der Ausführungsform von Fig. 3 sehr viel kleinere und einfachere Konstruktion hat.

Tatsächlich ist das bei der Erfindung zur Anwendung gelangende Beugungsgitter ein Beugungsgitter der sog. Amplituden- Bauart, das Lichtabblendteile und Lichtdurchlaßteile aufweist, oder ein Beugungsgitter der Phasen-Bauart, das Teile hat, deren Brechungsindices zueinander unterschiedlich sind. Insbesondere kann das Beugungsgitter der Phasen-Bauart (Phasengitter) beispielsweise dadurch erhalten werden, daß man längs der Peripherie einer transparenten Scheibe eine schroffe Reliefstruktur ausbildet, wobei es durch dieses Merkmal möglich ist, Beugungsgitter leistungsfähig in einer Massenfertigung durch Pressen oder Prägen zu erzeugen. Darüber hinaus können Reflexions-Phasengitter ohne Schwierigkeiten durch Ausbildung eines Reflexionsfilms an der schroffen Reliefstruktur durch Aufdampfen erzeugt werden.

Wie sich aus dem Obigen deutlich ergibt, wird durch die Verwendung der Strahlkonvergenzsysteme gemäß der Erfindung, von denen jedes seine Reflexionsebene in der Nachbarschaft seines Brennpunktes hat, die Ausbildung eines linearen Verschlüßlers von hoher Genauigkeit, dessen Gesamtgrößenabmessung vermindert und dessen Produktion einfach ist, ermöglicht.

Die Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Systems eines drehenden Verschlüßlers (Kodedrehgebers) in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Ein herkömmlicher photoelektrischer Kodedrehgeber hat ein sog. Meßmarkensystem mit einer Hauptskala und einer festen Indexskala, wobei die Hauptskala Lichtdurchlaßteile sowie Lichtabblendteile aufweist, die mit gleichen Abständen längs des Umfangs einer mit einer Drehwelle verbundenen Scheibe angeordnet sind, während die feste Indexskala durch lichtdurchlässige Teile und Lichtabblendteile mit gleichen, den Abständen der Hauptskala entsprechenden Abständen gebildet wird. Die Haupt- und Indexskala werden einander gegenüberliegend angeordnet und zwischen Lichtemitter- sowie Lichtempfangseinrichtungen eingefügt. Da es möglich ist, ein Signal synchron mit den Abständen zwischen den Lichtdurchlaß- und Lichtabblendteilen in den beiden Skalen bei einer Drehung der Hauptskala zu erhalten, werden bei diesem System Änderungen in der Umlaufgeschwindigkeit der Drehwelle durch eine Frequenzanalyse des Signals erfaßt. Aus diesem Grund kann, wenn die Abstände zwischen den Lichtdurchlaß- und Lichtabblendteilen verkleinert werden, die Genauigkeit in der Erfassung gesteigert werden. Die Verminderung in den Abständen in den Skalen führt jedoch zu dem Nachteil, daß der Einfluß von gebeugten Strahlen das Signalstörverhältnis des Ausgangssignals von den Lichtempfangseinrichtungen vermindert, so daß die Genauigkeit in der Erfassung herabgesetzt wird. Wenn die Anzahl der die Lichtdurchlaß- und Lichtabblendteile bildenden Gitter an der Hauptskala insgesamt fest ist und die Abstände zwischen den übertragenen sowie abblendenden Teilen in dem Ausmaß vergrößert werden sollen, daß keine Beeinflussung durch den gebeugten Strahl auftritt, so wird folglich der Durchmesser der Scheibe der Hauptskala vergrößert, womit des weiteren die Dicke der Hauptskalenscheibe und damit die Gesamtabmessung des Systems vergrößert wird, was zum Ergebnis hat, daß eine anwachsend große Last auf das dem Meßvorgang unterliegende drehende Objekt aufgebracht wird.

Jeder in den Fig. 9-19 gezeigten drehenden Verschlüßler ist jedoch ein System, in dem eine auf das dem Meßvorgang unterliegende drehende Objekt aufgebrachte Belastung klein ist, so daß eine zufriedenstellende Verminderung in der Größenabmessung erlangt werden kann, während andererseits das System eine hohe Auflösung hat.

Der in Fig. 9 gezeigte drehende Verschlüßler weist eine Quelle 30 für kohärentes Licht, z. B. einen Laser, ein Kollimatorobjektiv 31 sowie Polarisationsstrahlenteiler 32 und 33 auf, die so angeordnet sind, daß ihre jeweiligen Polarisationsachsen mit Bezug zum linear polarisierten Strahl vom Laser 30 unter 45° verschoben sind. Der Verschlüßler umfaßt ferner λ/4-Plättchen 41-45, Zylinderlinsen 51-54, ein Beugungsgitter 61, das von einer Scheibe gebildet wird, auf der beispielsweise eine Gitterstruktur von übertragenden sowie reflektierenden Teilen mit einem gleichen Zentriwinkel ausgebildet ist, und eine Drehwelle 70 eines (nicht gezeigten) drehenden Prüfstücks. Ferner umfaßt der Verschlüßler Umlenkspiegel 91 und 92, ein λ/2-Plättchen 100, einen Strahlenteiler 110, Polarisationsplatten 121 und 122, Lichtempfangselemente 131 und 132, konvergent-konkave Linsen 141 und 142, Umlenkspiegel 151 und 152, die in der Nachbarschaft der Brennebene der konkaven Linsen 141, 142 angeordnet sind, und an der Frontseite der Spiegel 151, 152 befindliche Strahlbegrenzungsmasken 161 sowie 162. Bei dieser Ausführungsform bildet eine Kombination der konkaven Linse 141, des Umlenkspiegels 151 und der Maske 161 ein optisches System als Teil der Reflexionseinrichtung.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des drehenden Verschlüßlers von Fig. 9 beschrieben. Der vom Laser 30 ausgesandte Strahl wird durch das Kollimatorobjektiv 31 zu einem im wesentlichen parallelen Lichtstrahl kollimiert, dann zum Einfallen auf den Polarisationsstrahlenteiler 32 gebracht, durch den er übertragen und mit einer im wesentlichen gleichen Lichtmenge reflektiert wird. Der übertragene Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 41 zirkular polarisiert und beleuchtet durch die Zylinderlinse 51 eine Stelle M ₁ auf dem Beugungsgitter 61.

Die Zylinderlinse 51 ist so angeordnet, daß sie das Beugungsgitter 61 mit einem zur radialen Richtung dieses Gitters senkrechten Lichtstrahl linear beleuchtet. Diese lineare Beleuchtung ermöglicht eine Herabsetzung im Teilungsfehler der durch die übertragenden und reflektierenden Teile gebildeten Gitterstruktur in Übereinstimmung mit dem Teil des Beugungsgitters 61, der durch den Strahl beleuchtet wird.

Der Strahl, der die Stelle M ₁ des Beugungsgitters 61 linear beleuchtet, wird durch dieses Gitter 61 in einen gebeugten Strahl L 1 einer bestimmten Ordnung umgesetzt und durch die Zylinderlinse 52 zu einem im wesentlichen parallelen Lichtstrahl ausgebildet, der zum Einfallen auf die konkave Linse 141, die einen Teil des optischen Systems bildet, gebracht wird. Da der Umlenkspiegel 151 im wesentlichen in der Brennebene der konvexen Linse 141 angeordnet ist, wird der auf diese Linse 141 in paralleler Form fallende Strahl durch die Maske 161 hindurch auf den Umlenkspiegel 151 konvergiert. Der auf diese Weise konvergierte Strahl wird durch den Umlenkspiegel 151 reflektiert und längs des gleichen optischen Weges zurückgeführt, so daß er wieder die Stelle M ₁ des Beugungsgitters 61 beleuchtet. Der an der Stelle M ₁ erneut gebeugte Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 41 geführt und durch den Polarisationsstrahlenteiler 32 zum λ/4-Plättchen 42 hin umgelenkt. Der umgelenkte Strahl wird ferner durch den Umlenkspiegel 91 über das λ/4-Plättchen 42 reflektiert und wieder über dieses Plättchen 42 sowie durch den Polarisationsstrahlenteiler 32 zum λ/2-Plättchen 100 übertragen. Durch das λ/2-Plättchen 100 wird die Polarisationsachse des Strahls um 90° verschoben, der dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 zum λ/4-Plättchen 45 hin umgelenkt wird. Der durch das λ/4-Plättchen 45 tretende Strahl wird durch den Strahlenteiler 110 in zwei Teilstrahlen geteilt, die dann jeweils über die Polarisationsplatten 121, 122 von den Lichtempfangselementen 131 und 132 aufgenommen werden.

Andererseits wird der vom Laser 30 ausgesandte Strahl durch den Polarisationsstrahlenteiler 32 umgelenkt und durch das λ/2-Plättchen 100, durch das die Polarisationsachse des Strahls um 90° verschoben wird, geführt. Der Strahl wird dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 übertragen, durch das λ/4-Plättchen 43 zirkular polarisiert und zum Umlenkspiegel 92 weitergeführt. Nach der Reflexion des zirkular polarisierten Strahls durch den Spiegel 92 wird er wiederum durch das λ/4-Plättchen 43 linear polarisiert und dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 umgelenkt. Der durch das λ/4-Plättchen 44 sowie die Zylinderlinse 53 getretene umgelenkte Strahl beleuchtet linear eine Stelle M ₂ des Beugungsgitters 61.

Es ist darauf hinzuweisen, daß sich die Stellen M ₁ und M ₂ im wesentlichen in symmetrischer Lagebeziehung mit Bezug zur Drehachse 0 des drehenden Prüfstücks befinden.

Ein gebeugter Strahl L ₂ bestimmter Ordnung der an der Stelle M ₂ gebeugten Strahlen wird durch die Zylinderlinse 54 zu einem im wesentlichen parallelen Lichtstrahl in der gleichen Weise wie der gebeugte Strahl L ₁ geformt. Der parallele Lichtstrahl L ₂ wird zum Einfallen auf die konvexe Linse 142 gebracht und dann durch die Strahlbegrenzungsmaske 162 hindurch am Umlenkspiegel 152 konvergiert. Der auf diese Weise konvergierte Strahl wird durch den Spiegel 152 reflektiert und längs desselben optischen Weges zurückgeführt, so daß er wieder den Punkt M ₂ am Beugungsgitter 61 beleuchtet. Der an der Stelle M ₂ erneut gebeugte Strahl wird des weiteren längs desselben Strahlenganges zurückgeführt und dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 übertragen, in dem er dem gebeugten Strahl L ₁ von der Stelle M ₁ überlagert wird. Durch den Strahlenteiler 33 wird der überlagerte Strahl in zwei Teilstrahlen gespalten, die dann jeweils von den Lichtempfangselementen 131, 132 empfangen werden. Bei der Drehung des Prüfstücks wird die Frequenz des an der Stelle M ₁ gebeugten Strahls L ₁ um Δ f = r ωsin ϑ _m/λ verschoben, worin r den Abstand zwischen der Drehachse 0 und der Stelle M ₁, ω die Winkelgeschwindigkeit, ϑ _m den Beugungswinkel des gebeugten Strahls L ₁ der Ordnung m und λ die Wellenlänge des Lasers 30 wiedergeben.

Da der gebeugte Strahl L ₁ durch die Reflexionseinrichtung reflektiert und an der Stelle M ₁ erneut gebeugt wird, wenn er zum Einfallen auf die Lichtempfangselemente 131, 132 gebracht wird, wird seine Frequenz im 2 Δ f verschoben. In gleichartiger Weise wird, wenn der an der Stelle M ₂ gebeugte Strahl L ₂ zum Einfallen auf die Lichtempfangselemente 131, 132 gebracht wird, dessen Frequenz um -2 Δ f verschoben.

Demzufolge werden die Frequenzen der Ausgangssignale von den Lichtempfangselementen 131 und 132 durch 4 Δ f wiedergegeben. Wenn die Teilungen der Gitterstrukturen an den Stellen M ₁ und M ₂ jeweils durch P wiedergegeben werden, dann wird aus den Beugungsbedingungen sin ϑ _m = m λ/P erhalten, weshalb die Frequenz des Ausgangsignals vom Lichtempfangselement folglich F = 4 Δ f = 4mr ω/P ist.

Wenn die Gesamtanzahl der Gitterstrukturen des Beugungsgitters 61 gleich N und ein konstanter Teilungswinkel gleich Δ ist, dann wird F = 2mN ω/π aus P = r Δ ϕ (Δ ϕ = 2 π/N) erhalten. Wenn die Wellenzahl des Ausgangssignals des Lichtempfangselements während einer Zeit Δ t gleich n und der Drehwinkel des Beugungsgitters 61 während der Zeit Δ t gleich ϑ ist, dann wird aus n = F Δ t, 0 = ω Δ t die folgende Gleichung (1) erhalten:

n = 2mN j/π (1)

Demzufolge wird der Drehwinkel ϑ des Beugungsgitters 61 aus der Gleichung (1) berechnet, indem die Wellenzahl n der Ausgangssignale von den jeweiligen Lichtempfangselementen gezählt wird. Bei der Ausführungsform von Fig. 9 mit dem oben beschriebenen Aufbau läßt die Verwendung eines gebeugten Strahls zu, ein feines Gitter mit einem kleinen Durchmesser als Beugungsgitter 61 einzusetzen. Insofern weist diese Ausführungsform den Vorteil auf, daß der Durchmesser des gesamten Systems herabgesetzt und dem drehenden Prüfstück keine große Belastung vermittelt wird. Zusätzlich werden die konvexen Linsen 141, 142 und die Umlenkspiegel 151, 152 als Reflexionseinrichtungen für die erneute Beleuchtung der Stellen M ₁ und M ₂ mit den gebeugten Strahlen L ₁, L ₂ verwendet. Im Vergleich mit dem Fall, bei dem Corner-Cube-Umlenkspiegel zur Anwendung kommen, ist es bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform möglich, die Reflexionseinrichtungen und das Beugungsgitter 61 nahe bei-einander anzuordnen und auch die Produktionskosten zu vermindern.

Da die Wellenlänge des auf das Beugungsgitter 61 einfallenden Strahls durch Änderungen in der Umgebungstemperatur verändert wird oder die Drehachse 0 des drehenden Prüfstücks nicht mit der Drehachse 0 des Beugungsgitters 61 übereinstimmt, werden die Beugungswinkel der gebeugten Strahlen L ₁ und L ₂ in dem Fall verändert, daß die Teilung der Gitterstruktur bei einer Drehung des Beugungsgitters 61 an den Einfallstellen M ₁ und M ₂ verändert wird.

Bei dem Erfindungsgegenstand, wobei das optische System als Reflexionseinrichtung, wie oben beschrieben wurde, angeordnet ist, ist es jedoch möglich, nachdem die auf die konvexen Linsen 141, 142 einfallenden Strahlen durch die Umlenkspiegel 151 und 152 reflektiert wurden, die Strahlen von den konvexen Linsen 141, 142 unter einem zu den jeweiligen Einfallswinkeln gleichen Winkel austreten zu lassen, so daß die reflektierten Strahlen längs der jeweiligen gleichen optischen Wege zurückgeführt werden können. Zusätzlich ermöglicht die Anordnung der Strahlbegrenzungsmasken 161, 162 kurz vor den zugeordneten Umlenkspiegeln 151 und 152 die Eliminierung von gebeugten Strahlen, wie des gebeugten Strahls 0. Ordnung oder irgendeines Strahls außer dem gebeugten Strahl L ₁, L ₂ bestimmter Ordnung. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den Abstand zwischen dem Beugungsgitter 61 und jeder Gruppe, die die Reflexionseinrichtung 141 und 142, die Umlenkspiegel 151 und 152 sowie die Masken 161 und 162 umfaßt, zu vermindern. Wenn beispielsweise die Teilung der Gitterstruktur an den Stellen M ₁ und M ₂ gleich 10 µm und die Wellenlänge des einfallenden Strahls gleich 0,83 µm ist sowie der gebeugte Strahl 1. Ordnung das Beugungsgitter wieder unter Verwendung einer flachen konvexen Mikrolinse mit einem Radius von 3 mm für jede der konvexen Linsen 141 und 142 beleuchten soll, so wird der gebeugte Strahl 0. Ordnung auf die Mikrolinsen 141, 142 unter einem Winkel von 4,8° zum gebeugten Strahl 1. Ordnung zum Einfallen gebracht. Wenn die Aperturen in den Strahlbegrenzungsmasken 161, 162 jeweils mit einem Radius von (die Brennweite der Mikrolinse = 6 mm) × (tg 4,8°) = 0,5 mm oder weniger gebildet werden, kann folglich der gebeugte Strahl 0. Ordnung eliminiert werden. Ein Abstand von etwa 15 mm zwischen dem Beugungsgitter 61 und den Umlenkspiegeln 151, 152 ist hier ausreichend. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, jede der konvexen Linsen 141 und 142, jeden der Umlenkspiegel 151 und 152 sowie jede der Strahlbegrenzungsmasken 161 und 162 auf einfache Weise zu fertigen. Im Vergleich mit dem Fall, wobei Corner-Cube-Umlenkspiegel verwendet werden, besteht also u. a. der Vorteil einer Verminderung der Produktionskosten.

Es ist zu bemerken, daß die Umlenkspiegel 151, 152 durch konkave Spiegel, deren Krümmungsmittelpunkte die Hauptpunkte der konvexen Linsen 141 und 142 sind, anstelle von flachen Spiegeln gebildet werden können. Es ist vorzuziehen, daß das als Reflexionseinrichtung dienende optische System, wie Fig. 6 zeigt, durch konvexe Linsen und Masken einstückig ausgebildet wird, so daß das gesamte System vereinfacht werden kann.

Darüber hinaus ist die konvexe Linse von Fig. 6 durch eine Gradientindexlinse gemäß Fig. 7 ausgebildet, die eine Selfoc- Micro-Lens (Warenzeichen), hergestellt durch Nippon Sheet Glass Co., Ltd., ist, an der eine Reflexionsebene durch Aufdampfen allein an der Mitte ihrer ebenen Fläche ausgestaltet ist, so daß die Fertigung leicht zu bewerkstelligen ist und das gesamte System klein und einfach wird.

Obwohl diese Ausführungsform sich auf die Nutzung eines gebeugten Strahls, der übertragen wird, bezieht, können die mit der Erfindung verfolgten Ziele in gleichartiger Weise durch Nutzung eines gebeugten Strahls, der reflektiert wird, erreicht werden.

Wie oben gesagt wurde, kann durch die Verwendung der Reflexionseinrichtungen, die optische Systeme umfassen, deren Reflexionsflächen in ihren Brennebenen angeordnet sind, ein drehender Verschlüßler von hoher Präzision geschaffen werden, bei dem dem drehenden Prüfstück keine große Belastung auferlegt wird, wobei dennoch die Gesamtgrößenabmessung vermindert werden kann.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der drehende Verschlüßler der beschriebenen Ausführungsform wie im Fall des zuvor beschriebenen linearen Verschlüßlers in der Weise angeordnet ist, daß die optischen Weglängen von zwei gebeugten, zu überlagernden Strahlen zueinander gleich sind, womit folglich optische Systeme gebildet werden, die im wesentlichen frei von Störungseinflüssen sind.

Die Fig. 10 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Kodedrehgebers gemäß der Erfindung in einem System, das gegenüber dem Kodedrehgeber von Fig. 9 weiter vereinfacht und miniaturisiert ist.

Zu Fig. 9 gleiche Elemente sind in Fig. 10 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei in dem System von Fig. 10 λ/4-Plättchen 40 und 50, eine Scheibe 60 und Reflexionselemente 8 sowie 9 der in Fig. 7 gezeigten Art vorhanden sind.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird der vom Laser 30 ausgesandte Strahl durch das Kollimatorobjektiv 31 zu einem parallelen Strahl kollimiert, der zum Einfallen auf den Strahlenteiler 32 gebracht wird, durch den er in zwei linear polarisierte Strahlen gespalten wird, nämlich einen reflektierten und einen übertragenen Strahl mit im wesentlichen gleicher Lichtmenge. Der reflektierte Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 40 zirkular polarisiert und dann an der Stelle M ₁ auf der Scheibe 60, die mit einem zu vermessenden drehenden Objekt verbunden ist sowie radiale Beugungsgitter aufweist, zum Einfallen gebracht. Ein gebeugter Strahl bestimmter Ordnung, der vom Beugungsgitter 61 durchgelassenen gebeugten Strahlen wird von dem Reflexionselement 8 reflektiert und längs des gleichen optischen Weges zurückgeführt. Der Strahl wird wieder zum Einfallen an im wesentlichen der gleichen Stelle M ₁ am Beugungsgitter 61 gebracht. Der vom Beugungsgitter 61 wiedergebeugte Strahl bestimmter Ordnung fällt auf den Polarisationsstrahlenteiler 32 in linear polarisierter Form durch das λ/4-Plättchen 40, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorherigen Einfalls um 90° verschoben wird.

Bei dieser Ausführungsform läuft der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und der Reflexionseinrichtung 8 längs des gleichen optischen Weges vorwärts und rückwärts. Die Verwendung der Reflexionseinrichtungen 8 und 9, die vorher beschrieben wurden, ermöglicht dem gebeugten Strahl die Rückkehr längs des im wesentlichen gleichen optischen Weges, selbst wenn der Beugungswinkel durch Änderungen in der Schwingungswellenlänge mehr oder weniger schwankt.

Der übertragene Strahl der beiden aufgespalteten Strahlen, die durch den Polarisationsstrahlenteiler 32 gebildet werden, wird durch ein λ/4-Plättchen 50 zirkular polarisiert und an der Stelle M ₂, die mit Bezug zur Stelle M ₁ am Beugungsgitter 61 auf der Scheibe 60 im wesentlichen punktsymmetrisch zur Achse der Drehwelle angeordnet ist, zum Einfallen gebracht. Ein Strahl bestimmter Ordnung des übertragenen, vom Beugungsgitter 61 gebeugten Strahls wird durch die Reflexionseinrichtung 9 in zur Reflexionseinrichtung 8 gleichartiger Weise längs desselben optischen Weges zurückgeführt, und dieser zurückgeführte Strahl wird wieder zum Einfallen an der im wesentlichen gleichen Stelle M ₂ des Beugungsgitters 61 gebracht. Der erneut vom Beugungsgitter 61 gebeugte Strahl bestimmter Ordnung fällt durch das λ/4- Plättchen 50 in linear polarisierter Form auf den Polarisationsstrahlenteiler 32, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorherigen Einfalls um 90° verschoben wird.

Wie im Fall des vorher beschriebenen reflektierten Strahls wird der vom übertragenen Strahl abgeleitete gebeugte Strahl bestimmter Ordnung ebenfalls längs des gleichen optischen Weges zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und dem Reflexionselement 9 vorwärts und rückwärts geführt. Nachdem dieser gebeugte Strahl dem vom Reflexionselement 8 eintretenden gebeugten Strahl überlagert worden ist, wird der überlagerte Strahl durch das λ/4-Plättchen 45 zirkular polarisiert und dann durch den Strahlenteiler 110 in zwei Strahlen gespalten. Diese Strahlen werden durch die Polarisationsplatten 121 und 122, die mit ihren Polarisationsachsen unter 45° zueinander geneigt angeordnet sind, geführt und mit einem Phasenunterschied von 90° zwischen den beiden Strahlen linear polarisiert. Die jeweils linear polarisierten Strahlen werden zum Einfallen auf die zugeordneten Lichtempfangselemente 131 sowie 132 gebracht, und es wird eine Ermittlung in bezug auf die Intensität der Interferenzstreifen der beiden Strahlen, die durch die Lichtempfangselemente 131, 132 erzeugt werden, durchgeführt.

Auch bei dieser zweiten Ausführungsform ändert sich, wenn die Scheibe 60 um eine Teilung des Beugungsgitters 61 gedreht wird, die Phase des zur Ordnung m gebeugten Strahls um 2m π. In gleichartiger Weise wird der zur Ordnung n vom Beugungsgitter 61 wiedergebeugte Strahl um 2n π geändert. Als Ergebnis dessen erzeugen die Lichtempfangselemente Sinuswellen von (2m-2n) insgesamt. Bei dieser Ausführungsform wird die Größe der Drehung durch Ermitteln dieser sinusförmigen Wellen gemessen.

Wenn beispielsweise die Beugungsgitterteilung 3,2 µm ist und zur ±1. Ordnung gebeugte Strahlen verwendet werden sowie das drehende Objekt mit einer Teilung von 3,2 µm gedreht wird, dann erzeugen die Lichtempfangselemente insgesamt vier sinusförmige Wellen. Insbesondere ist die Auflösung pro sinusförmiger Welle 3,2/4 = 0,8 µm, was einem Viertel einer Teilung des Beugungsgitters äquivalent ist.

Der Strahl wird auch bei dieser zweiten Ausführungsform durch den Strahlenteiler 110 in zwei Strahlen gespalten und die Polarisationsplatten 131, 132 liefern einen Phasenunterschied von 90° zwischen den beiden Strahlen, so daß es ebenfalls möglich ist, die Drehrichtung des drehenden Objekts zu bestimmen.

Wenn allein die Größe der Drehung gemessen werden soll, so ist die Verwendung des Strahlenteilers 110, der Polarisationsplatten 121 sowie 122 und auch eines der Lichtempfangselemente 131, 132 nicht notwendig.

Auf der Exzentrizität zwischen der Drehachse des drehenden Objekts und dem Zentrum des Beugungsgitters beruhende Meßfehler können bei dieser zweiten Ausführungsform durch Nutzung des an den Stellen M ₁ und M ₂, die mit Bezug zur Drehachse in Punktsymmetrie angeordnet sind, gebeugten Strahls vermindert werden.

Obwohl die Anordnung gemäß der zweiten Ausführungsform das von den Punkten M ₁ und M ₂, die im wesentlichen in punktsymmetrischer Beziehung zueinander stehen, gebeugte Licht verwendet, so ist darauf hinzuweisen, daß es möglich ist, im wesentlichen die gleiche Wirkung unter Verwendung eines von einer Mehrzahl von Stellen zusätzlich zu den punktsymmetrischen Stellen gebeugten Strahls zu erreichen. Beispielsweise kann wirksam ein von drei Stellen, die zueinander um 120° beabstandet sind, gebeugter Strahl zur Anwendung kommen.

Zusätzlich werden zwei Strahlen einander derart überlagert, daß die Strahlkomponente des einen, der Mitte der Drehwelle näheren Strahls auf die Strahlkomponente des anderen, der Mitte der Drehwelle näheren Strahls überlagert wird, und in gleichartiger Weise werden die Strahlkomponenten der von der Drehmitte entfernteren Strahlen einander überlagert, womit der aus der Differenz zwischen den Teilungen an der Innen- und Außenseite abgeleitete Einfluß der Wellenfrontaberration beseitigt wird.

Darüber hinaus wird bei der zweiten Ausführungsform der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und dem jeweiligen Reflexionselement 8 sowie 9 längs desselben optischen Weges vorwärts und rückwärts geführt, so daß die beiden Strahlen im Polarisationsstrahlenteiler 32 einander ohne Schwierigkeiten überlagert werden können, wodurch die Genauigkeit im Zusammenbau des gesamten Systems erhöht wird.

Die Fig. 11-14 zeigen schematisch eine dritte bis sechste Ausführungsform eines optischen Systems gemäß der Erfindung, wobei zu Fig. 10 gleiche oder entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.

Bei der in Fig. 11 gezeigten dritten Ausführungsform sind Prismen 181 und 182 mit innerer Reflexion, die zwei Reflexionsebenen haben, zwischen dem Strahlenteiler 32 und dem Beugungsgitter 61 angeordnet, so daß die Länge in Richtung der Achse der Drehwelle 70 vermindert und damit die Gesamtabmessung des Systems verkleinert sowie die Genauigkeit der zusammengebauten Anordnung verbessert wird. Der Lichteinfallswinkel auf das Beugungsgitter 61 ist so festgesetzt, daß er im wesentlichen senkrecht zu den Linien des Gitters verläuft.

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dieser Ausführungsform das λ/4-Plättchen 40 zwischen dem Prisma 181 und dem Beugungsgitter 61 angeordnet werden kann, wobei diese Anordnung in entsprechender Weise auch für das λ/4-Plättchen 50 gilt.

Bei der in Fig. 12 gezeigten vierten Ausführungsform sind zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und dem Beugungsgitter 61 Umlenkspiegel 168, 169, 171 und 172 angeordnet, wobei der vom Laser 30 ausgesandte Strahl in Querrichtung geführt wird, so daß die axiale Länge längs der Drehwelle weiter vermindert und das gesamte System in seiner Abmessung verkleinert wird.

Bei der in Fig. 13 gezeigten fünften Ausführungsform werden anstelle der Umlenkspiegel 168, 169, 171 und 172, die bei der vierten Ausführungsform (Fig. 12) zur Anwendung kommen, Innenreflexionsprismen 191, 192, 201 und 202 verwendet. Die Prismen 191 und 192 sind jeweils so ausgebildet, daß sie zwei Reflexionsebenen haben, wodurch die Toleranzen zur Montage der Prismen 191, 192 vergrößert werden. Da darüber hinaus der Laser und die Prismen im wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet sind, wird das System sowohl hinsichtlich seiner Größe wie Breite verkleinert.

Die Fig. 14 zeigt die sechste Ausführungform, wobei in diesem Fall ein Prisma 220 die Funktionen sowohl des Polarisationsstrahlenteilers wie des Innenreflexionsprismas erfüllt. Hierbei tritt der Strahl vom Laser 30 über das Kollimatorobjektiv 31 in das Polarisationsprisma 220 ein. Nachdem der Strahl von einer inneren Ebene 220 a reflektiert und zum Einfallen auf eine Polarisationsfläche S gebracht worden ist, wird er in zwei Strahlen, die jeweils verschiedene Polarisationsachsen haben, aufgespalten. Derjenige Strahl der beiden Strahlen, der von der Polarisationsebene S reflektiert wird, wird von einer inneren Fläche 220 c wieder zu einer anderen inneren Fläche 220 a reflektiert. Der von der Innenfläche 220 a reflektierte Strahl wird über das λ/4-Plättchen 40 zum Einfallen auf das Beugungsgitter 61 gebracht. Der einfallende Strahl wird von diesem Gitter 61 gebeugt, dann vom Reflexionselement 8 reflektiert und vom Gitter 61 erneut gebeugt. Der wiedergebeugte Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 40 und das Prisma 230 in das Polarisationsprisma 220 geführt. Im Prisma 220 wird der Strahl von den inneren Flächen 220 a sowie 220 c reflektiert und nach seinem Durchtritt durch die Polarisationsebene S tritt der reflektierte Strahl vom Polarisationsprisma 220 nach Reflexion an einer Innenfläche 220 b aus. Anschließend wird der Strahl in der gleichen Weise wie im Fall der Fig. 11 zum Einfallen auf die Lichtempfangselemente 131 und 132 durch das λ/4-Plättchen 45, den Strahlenteiler 110 und die Polarisationsplatten 121 sowie 122 gebracht.

Andererseits wird der durch die Polarisationsebene S übertragene Strahl von den inneren Ebenen 220 b und 220 d reflektiert, und nach dem Austritt des reflektierten Strahls vom Polarisationsprisma 220 wird er über das Prisma 240 sowie das λ/4-Plättchen 50 zum Einfallen auf das Beugungsgitter 61 gebracht. Der vom Gitter 61 gebeugte Strahl wird von der Reflexionseinrichtung 9 reflektiert und vom gleichen Gitter 61 wieder gebeugt. Der erneut gebeugte Strahl wird durch das λ/4-Plättchen 50 und das Prisma 240 in das Polarisationsprisma 220 geführt. Nachdem der Strahl an den inneren Flächen 220 b, 220 d und der Polarisationsebene S reflektiert worden ist, wird er des weiteren an der inneren Ebene 220 b reflektiert, worauf er aus dem Polarisationsprisma 220 austritt. Anschließend wird in zur Ausführungsform von Fig. 11 gleichartiger Weise der Strahl zum Einfallen auf die Lichtempfangselemente 131 und 132 durch das λ/4-Plättchen 45, den Strahlenteiler 110 und die Polarisationsplatten 121 sowie 122 gebracht.

Die Prismen 230 und 240 können bei der sechsten Ausführungsform durch Umlenkspiegel ersetzt werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird durch die Verwendung des Polarisationsprismas 220 von spezieller Gestaltung die Anzahl der verwendeten optischen Elemente vermindert und die Genauigkeit in der Montage der optischen Elemente gesteigert sowie die Gesamtabmessung des Systems herabgesetzt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen die λ/4-Plättchen 40 und 50 frei irgendwo zwischen den Reflexionseinrichtungen und dem Polarisationsstrahlenteiler 32 oder dem Polarisationsprisma 220 angeordnet werden können.

Des weiteren kann bei all diesen Ausführungsformen ein gebeugter Strahl, der reflektiert wird, für einen gebeugten Strahl, der übertragen oder durchgelassen wird, zur Anwendung kommen.

Das bei der sechsten Ausführungsform verwendete Beugungsgitter ist entweder ein solches der Amplituden-Bauart, das Lichtdurchlaß- und Lichtabblendteile hat, oder ein solches der Phasen-Bauart, das Teile mit zueinander unterschiedlichen Brechungsindices aufweist. Das Phasenbeugungsgitter vor allem kann dadurch gefertigt werden, daß eine schroffe Reliefstruktur längs der Peripherie einer transparenten Scheibe beispielsweise ausgebildet wird, was eine Massenproduktion durch ein Preß- oder Prägeverfahren ermöglicht.

In Übereinstimmung mit den jeweiligen Ausführungsformen wird ein gebeugter Strahl bestimmter Ordnung zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und der Reflexionseinrichtung entlang des im wesentlichen gleichen optischen Weges vorwärts und rückwärts geführt, was zum Ergebnis hat, daß die Überlagerung der gebeugten Strahlen erleichtert wird und der Drehungszustand eines drehenden Objekts mit hoher Präzision gemessen werden kann, wobei jedoch die Möglichkeit gegeben ist, einen drehenden Verschlüßler zu erlangen, bei dem das gesamte System in der Größe vermindert ist.

Die Fig. 15A und 15B sind schematisch Darstellungen der siebenten Ausführungsform des drehenden Verschlüßlers gemäß der Erfindung, wobei eine Abwandlung der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform in einer Front- und Seitenansicht dargestellt ist.

In Fig. 15A und 15B werden für gleiche Elemente wie in Fig. 11 dieselben Bezugszeichen verwendet und zusätzlich sind trapezförmige optische Elemente 180 sowie 190 vorhanden, die mit den Prismen 181 und 182 jeweils zusammengeklebt sind.

Bei dieser Ausführungsform wird der vom Laser 30 ausgesandte Strahl durch das Kollimatorobjektiv 31 zu einem parallelen Strahl kollimiert, der dann in den Strahlenteiler 32 eintritt, in dem er in zwei linear polarisierte Strahlen gespalten wird, nämlich einen reflektierten und einen übertragenen Strahl, die jeweils eine gleiche Lichtmenge haben. Der reflektierte Strahl der beiden Strahlen wird durch das λ/4-Plättchen 40 zirkular polarisiert, er tritt durch das Prisma 181 mit zwei Reflexionsebenen und fällt dann auf das optische Glied 180, das ein Prisma enthält. Der einfallende Strahl tritt über das optische Glied 180 in die Stelle M ₁ des Beugungsgitters 61 ein, welches an der Scheibe 60, die mit dem drehenden, einem Meßvorgang unterworfenen Objekt verbunden ist, ausgebildet ist. Der vom Prisma 181 in der zu den Linien des Beugungsgitters 61 senkrechten Richtung austretende Strahl wird zum Einfallen auf das Gitter 61 gebracht, so daß ein von diesem Gitter 61 zu einer bestimmten Ordnung gebeugter Strahl vom Beugungsgitter 61 in einer im wesentlichen senkrechten Richtung austreten kann, indem die Gestaltung des optischen Glieds 180 so, wie sie in Fig. 15B gezeigt ist, bestimmt wird. Auf diese Weise wird der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung, der durch das Beugungsgitter 61 tritt, zur Reflexionseinrichtung 8 hin geführt. Die Reflexionseinrichtung 8 schließt beispielsweise ein Strahlkonvergenzglied, wie eine konvergente Linse, und einen Umlenkspiegel, der aus einem ebenen oder einem gekrümmten Spiegel gebildet ist, ein. Die Reflexionseinrichtung 8 ist derart angeordnet, daß die Primärstrahlen des einfallenden gebeugten Strahls, der durch das Konvergenzglied tritt, vom Umlenkspiegel reflektiert werden, worauf der Strahl im wesentlichen entlang desselben optischen Weges wie bei dem vorherigen Einfall zurückkehrt. Der in die optische Einrichtung 8 eingeführte gebeugte Strahl wird also entlang des im wesentlichen gleichen optischen Weges wie auf seinem Einfallsweg zurückgeführt und dann wieder zum Einfallen auf im wesentlichen dieselbe Stelle M ₁ am Beugungsgitter 61 gebracht. Der Strahl bestimmter Ordnung, der vom Beugungsgitter 61 erneut gebeugt wird, wird durch das λ/4-Plättchen 40 linear polarisiert, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorherigen Einfalls um 90° verschoben wird, und dann tritt der Strahl in den Polarisationsstrahlenteiler 32 ein.

Bei dieser siebenten Ausführungsform wird der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung vorwärts und rückwärts längs des gleichen optischen Weges zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und der Reflexionseinrichtung 8 geführt.

In gleicher Weise wie zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen kann auch diese Ausführungsform mit den Reflexionseinrichtungen 8 und 9 mit der in den Fig. 5-7 gezeigten Konstruktion versehen werden.

Der übertragene oder durchtretende Strahl der zwei gespaltenen Strahlen (Fig. 15A und 15B), die durch den Polarisationsstrahlenteiler 32 erzeugt werden, wird durch das λ/4- Plättchen 50 zirkular polarisiert, durch das zwei Reflexionsebenen aufweisende Prisma 182 geführt und tritt in das ein Prisma enthaltende optische Glied 190 ein. Über das optische Glied 190 wird der Strahl an der Stelle M ₂ des Beugungsgitters 61 der Scheibe 60 zum Einfallen gebracht, wobei die Stelle M ₂ sich mit Bezug zur Drehwelle 70 in punktsymmetrischer Beziehung zur Stelle M ₁ am Beugungsgitter 61 befindet. Der vom Prisma 181 in senkrechter Richtung zu den Linien des Beugungsgitters 61 austretende Strahl wird auf das Beugungsgitter 61 zum Einfallen gebracht, so daß ein zu einer bestimmten Ordnung vom Beugungsgitter 61 gebeugter Strahl von diesem Gitter in einer im wesentlichen senkrechten Richtung hierzu austreten kann, indem die Gestaltung des optischen Glieds 190 in der gleichen Weise wie im Fall des oben beschriebenen reflektierten Strahls entsprechend bestimmt wird. Der Strahl bestimmter Ordnung, der durch das Beugungsgitter 61 nach der Beugung übertragen wird, wird durch die zur Reflexionseinrichtung 8 gleichartige Reflexionseinrichtung 9 längs desselben optischen Weges zurückgeführt und zum Einfallen auf die im wesentlichen gleiche Stelle M ₂ am Beugungsgitter 61 gebracht. Der vom Beugungsgitter 61 erneut gebeugte Strahl bestimmter Ordnung wird durch das λ/4-Plättchen 50 zirkular polarisiert, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorausgehenden Einfalls um 90° verschoben wird, und dann tritt der Strahl in den Polarisationsstrahlenteiler 32 ein.

Auch im Fall des übertragenen Strahls wird in gleichartiger Weise wie bei dem reflektierten Strahl der zu einer bestimmten Ordnung gebeugte Strahl zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und der Reflexionseinrichtung 9 auf demselben optischen Weg vorwärts und rückwärts geführt. Der von der Reflexionseinrichtung 9 reflektierte Strahl wird dem von der Reflexionseinrichtung 8 in den Polarisationsstrahlenteiler 32 eintretenden gebeugten Strahl überlagert, worauf der überlagerte Strahl durch das g/4-Plättchen 45 zirkular polarisiert wird. Nachdem der zirkular polarisierte Strahl durch den Strahlenteiler 110 in zwei Strahlen aufgespalten worden ist, werden die jeweiligen Strahlen durch die Polarisationsplatten 121 und 122 geführt, die mit ihren Polarisationsachsen mit Bezug zueinander um 45° versetzt sind, worauf die Strahlen mit einer Phasendifferenz von 90° zwischen ihnen linear polarisiert und dann zum Einfallen auf die zugeordneten Lichtempfangselemente 131, 132 gebracht werden. Folglich wird eine Ermittlung mit Bezug auf die Intensität der Interferenzstreifen der beiden Strahlen, die durch die Lichtempfangseinrichtungen 131 und 132 erzeugt wurden, ausgeführt.

Wenn bei dieser siebenten Ausführungsform das drehende, dem Meßvorgang unterliegende Objekt um eine Teilung des Beugungsgitters 61 gedreht wird, wird ein zur Ordnung m gebeugter Strahl in der Phase um 2m π verändert. In gleichartiger Weise wird der vom Beugungsgitter 61 zur Ordnung n wiedergebeugte Strahl um 2n π verändert. Als Folge dessen erzeugen die Lichtempfangseinrichtungen sinusförmige Wellen von (2m-2n) insgesamt. Diese sinusförmigen Wellen werden erfaßt, womit die Größe der Drehung des Objekts gemessen wird.

Wenn beispielsweise die Teilung des Beugungsgitters 3,2 µm beträgt und der zur ±1. Ordnung gebeugte Strahl verwendet wird sowie das drehende Objekt um eine Teilung vom 3,2 µm gedreht wird, dann erzeugen die Lichtempfangselemente vier sinusförmige Wellen insgesamt. Die Auflösung pro sinusförmiger Welle beträgt ein Viertel einer Teilung des Beugungsgitters, d. h. 3,2/4 = 0,8 µm.

Bei dieser Ausführungsform wird der Strahl durch den Strahlenteiler 110 in zwei Strahlen aufgespalten, so daß auch die Drehrichtung des Objekts durch Herstellen einer Phasendifferenz von 90° zwischen den beiden Strahlen bestimmt werden kann.

Falls allein die Größe der Drehung gemessen wird, so ist es nicht notwendig, den Strahlenteiler 110, die Polarisationsplatten 121 sowie 122 und eines der Lichtempfangselemente 131 und 132 zu verwenden.

Meßfehler, die auf der Exzentrizität zwischen der Drehachse des drehenden Objekts und dem Zentrum des Beugungsgitters beruhen, können bei dieser Ausführungsform vermindert werden, indem der von den Stellen M ₁ und M ₂, die punktsymmetrisch mit Bezug zur Drehachse angeordnet sind, gebeugte Strahl genutzt wird.

Obwohl bei dieser Anordnung der von den Punkten M ₁ und M ₂, die eine im wesentlichen punktsymmetrische Beziehung zueinander haben, gebeugte Strahl verwendet wird, so ist es möglich, den im wesentlichen gleichen Effekt dadurch zu erreichen, daß zusätzlich zu den Strahlen von den punktsymmetrischen Stellen ein von einer Mehrzahl von Stellen gebeugter Strahl verwendet wird. Beispielsweise kann das wirksam geschehen, wenn Strahlen, die von drei zueinander unter 120° beabstandeten Stellen zur Verwendung kommen.

Darüber hinaus werden zwei Strahlen einander derart überlagert, daß die Strahlkomponente des einen Strahls, der näher zur Achse der Drehwelle ist, der Strahlkomponente des anderen Strahls, der näher zum Zentrum der Drehwelle liegt, überlagert wird, und in gleichartiger Weise werden die Strahlkomponenten der von der Drehachse entfernten Strahlen einander überlagert, so daß der aus dem Unterschied zwischen den Teilungen an der Innen- und Außenseite herrührende Einfluß der Wellenfrontaberration beseitigt wird.

Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und der zugeordneten Reflexionseinrichtung 8 bzw. 9 längs desselben optischen Weges vorwärts und rückwärts geführt, so daß die beiden Strahlen im Polarisationsstrahlenteiler 32 einander ohne Schwierigkeiten überlagert werden können, wodurch die Genauigkeit im Zusammenbau des gesamten Systems gesteigert wird.

Gemäß Fig. 16 ist der konkave Spiegel 145 so angeordnet, daß sein Krümmungsmittelpunkt mit der Austrittspupille des konvergenten Elements 141 übereinstimmt, so daß ein Primärstrahl 144 des auf das konvergente Element unter vorgegebenen Winkeln einfallenden gebeugten Strahls bestimmter Ordnung längs des im wesentlichen gleichen optischen Weges wie demjenigen zur Zeit des vorherigen Einfalls zurückgeführt wird. Diese Anordnung vermindert Fehler im Zusammenbau und steigert die Meßgenauigkeit.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Anordnungen kann die Reflexionseinrichtung in irgendeiner Weise angeordnet werden, so daß ein dem Primärstrahl der vom Beugungsgitter gebeugten Strahlen äquivalenter gebeugter Strahl im wesentlichen längs des gleichen optischen Weges wie der optische Einfallsweg zurückgeführt wird.

Die Verwendung derartiger optischer Einrichtungen bietet den Vorteil, daß beispielsweise, selbst wenn Änderungen in der Schwingungswellenlänge eines Laserstrahls den Beugungswinkel mehr oder weniger ändern, der Strahl im wesentlichen den gleichen optischen Weg verfolgen kann.

Die Fig. 17A und 17B zeigen die achte Ausführungsform des Kodedrehgebers gemäß der Erfindung, und zwar in einer Abwandlung des in Fig. 12 dargestellten drehenden Verschlüßlers in einer Front- und Seitenansicht. Der Verschlüßler ist so angeordnet, daß ein zu einer bestimmten Ordnung gebeugter Strahl vom Beugungsgitter in der hierzu im wesentlichen senkrechten Richtung austreten kann.

Bei dieser Ausführungsform ersetzen Umlenkspiegel 171 und 172 die Prismen 181 und 182 von Fig. 15 und Umlenkspiegel 168, 169 ersetzen die optischen Glieder 180 und 190, die jeweils ein Prisma enthalten. Ein vom Beugungsgitter 61 zu einer bestimmten Ordnung gebeugter Strahl tritt vom Gitter 61 in der hierzu im wesentlichen senkrechten Richtung aus, indem die Neigungen der Umlenkspiegel 168 und 169 entsprechend justiert werden. In Bezug auf die anderen Elemente ist diese Ausführungsform zu der in Fig. 12 gezeigten im wesentlichen gleich.

Die in Fig. 18A und 18B gezeigte neunte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen drehenden Verschlüßlers stellt eine Abwandlung des in Fig. 14 gezeigten Kodedrehgebers dar.

Der in Fig. 18A und 18B in einer Front- und Seitenansicht gezeigte Kodedrehgeber ist so angeordnet, daß ein vom Beugungsgitter 61 zu einer bestimmten Ordnung gebeugter Strahl von diesem Gitter in einer dazu im wesentlichen senkrechten Richtung austreten kann.

Bei dieser neunten Ausführungsform sind die Prismen 181, 182 und der Polarisationsstrahlenteiler 32, die in Fig. 15 gezeigt sind, als ein Teil zusammengefügt, womit das System weiterhin vereinfacht und dessen Gesamtabmessung vermindert wird. Die Prismen 160 und 170 sind entlang einer Verbindungsebene S miteinander verklebt, und der vom Laser 30 kommende Strahl wird an dieser Verbindungsebene S in zwei Strahlen gespalten. Zusätzlich wird der Einfall des Strahls auf das Beugungsgitter 61 unter Verwendung von kleinen Prismen 230 und 240, die jeweils eine Reflexionsebene haben, bewirkt.

Ein vom Beugungsgitter 61 zu einer bestimmten Ordnung gebeugter Strahl wird durch Einstellen der Neigungen der kleinen Prismen 230, 240 zum Austritt aus dem Gitter in einer dazu im wesentlichen senkrechten Richtung gebracht. Im übrigen entspricht die Anordnung im wesentlichen der in Fig. 14 gezeigten.

Wie beschrieben wurde, wird der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und den Reflexionseinrichtungen längs desselben optischen Weges geführt. Darüber hinaus wird ein vom Beugungsgitter zu einer bestimmten Ordnung gebeugter Strahl zum Austreten in einer im wesentlichen zu den Linien des Beugungsgitters rechtwinkligen Richtung gebracht, so daß es möglich ist, die Gesamtabmessung des Systems zu vermindern und die Genauigkeit im Zusammenbau zu steigern.

Es ist darauf hinzuweisen, daß in den beschriebenen einzelnen Ausführungsformen die λ/4-Plättchen 40 und 50 irgendwo zwischem dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und den Reflexionseinrichtungen 8 sowie 9 angeordnet werden können. Ferner kann bei diesen Ausführungsformen ein gebeugter Strahl, der reflektiert wird, anstelle eines gebeugten Strahls, der durchgelassen oder übertragen wird, zur Anwendung kommen.

Das bei der neunten Ausführungsform verwendete Beugungsgitter ist entweder ein Amplituden-Beugungsgitter, das Lichtdurchlaß- und Lichtabblendteile hat, oder ein Phasen-Beugungsgitter, das Teile mit zueinander unterschiedlichen Brechungsindices aufweist. Vor allem kann das Phasen-Beugungsgitter beispielsweise durch Ausbilden einer höckerigen Reliefstruktur längs der Peripherie einer transparenten Scheibe gebildet werden, was zum Ergebnis hat, daß eine Massenfertigung durch Präge- oder Stanzvorgänge ermöglicht wird.

Gemäß dieser Ausführungsform wird ein vom Beugungsgitter zu einer bestimmten Ordnung gebeugter Strahl zum Austreten aus dem Gitter in einer dazu im wesentlichen senkrechten Richtung gebracht, wobei der Strahl zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und den Reflexionseinrichtunge vorwärts und rückwärts längs des im wesentlichen gleichen optischen Weges geführt wird, so daß als Ergebnis dessen der Drehungszustand des drehenden Objekts mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, wobei es jedoch möglich ist, einen Kodedrehgeber zu erlangen, bei dem das gesamte System in seiner Größe vermindert ist.

Die Fig. 19A und 19B zeigen eine zehnte Ausführungsform eines drehenden Verschlüßlers gemäß der Erfindung, wobei dem Kodedrehgeber der Fig. 15A und 15B eine Korrekturfunktion für die optische Weglänge zugefügt ist.

Bei dieser Ausführungsform sind keilförmige Prismen 180, 190 und 200 vorhanden.

Wie zu den einzelnen Ausführungsformen bereits erläutert wurde, ist ein Laser zur Verwendung als Lichtquelle bei dem Erfindungsgegenstand besonders gut geeignet. Insbesondere werden in einem Fall, da der Laserstrahl ein drehendes Prüfstück beleuchtet, Interferenzstreifen von dem vom drehenden Prüfstück zurückkehrenden Strahl gebildet, wobei der Drehungszustand des Prüfstücks durch die Ausnutzung der Interferenzstreifen gemessen wird. Hierbei ist es jedoch notwendig, die Stabilität der Schwingungswellenlänge des Lasers und die optischen Weglängen der beiden Strahlen, die miteinander zur Interferenz gebracht werden, genau einzustellen. Da ein Halbleiterlaser eine geringe Größe hat, ist er als Laserstrahlquelle von Vorteil, weil die Gesamtabmessung des Systems vermindert werden kann. Jedoch neigt die Schwingungswellenlänge zu einer Abhängigkeit von beispielsweise Temperaturänderungen. Aus diesem Grund tritt, wenn die Gesamtabmessung des Systems bei Verwendung des Halbleiterlasers vermindert werden soll, eine Änderung zwischen den optischen Weglängen der beiden miteinander zu interferierenden Strahlen auf, was eine Verschlechterung in der Meßgenauigkeit zum Ergebnis hat.

Die zehnte Ausführungsform schafft einen Kodedrehgeber, bei dem, wenn der Drehungszustand eines drehenden, zu prüfenden Objekts unter Verwendung von Interferenzstreifen, die von zwei von einer Lichtquelle, wie einem Halbleiterlaser, ausgesandten Strahlen gebildet werden, gemessen werden soll, die optischen Weglängen der beiden Strahlen ohne Schwierigkeiten und ohne Rücksicht auf einen gewissen Änderungsgrad in der Schwingungswellenlänge justiert werden können und eine in hohem Maß genaue Messung ermöglicht wird, jedoch andererseits dem drehenden Prüfstück keine große Belastung auferlegt und die Gesamtabmessung des Systems ohne Schwierigkeiten verkleinert wird.

Gemäß Fig. 19 wird der vom Laser 30 ausgesandte Strahl durch das Kollimatorobjektiv 31 zu einem im wesentlichen parallelen Strahl kollimiert, der in den Polarisationsstrahlenteiler 32 eintritt. Der Strahlenteiler 32 spaltet den Strahl in zwei linear polarisierte Strahlen, nämlich einen reflektierten sowie einen übertragenen Strahl, die jeweils im wesentlichen die gleiche Lichtmenge haben. Durch das λ/4- Plättchen 40 wird der reflektierte Strahl zirkular polarisiert, worauf er durch die Prismen 181 und 180 tritt und an der Stelle M ₁ des Beugungsgitters 61, das radial an der mit dem dem Meßvorgang unterliegenden drehenden Objekt verbundenen Scheibe 60 ausgebildet ist, zum Einfallen gebracht wird. Der Strahl wird in der Weise zum Einfallen gebracht, daß der zu einer bestimmten Ordnung vom Beugungsgitter 61 gebeugte Strahl von diesem in einer im wesentlichen senkrechten Richtung hierzu austreten kann. Ein zu einer bestimmten Ordnung vom Beugungsgitter 61 gebeugter Strahl aus dem reflektierten Strahl wird von der Reflexionseinrichtung 8 reflektiert und längs des gleichen optischen Weges zurückgeführt. Der Strahl wird wieder zum Einfallen an der gleichen Stelle M ₁ am Beugungsgitter gebracht. Der vom Beugungsgitter 61 erneut gebeugte Strahl der bestimmten Ordnung tritt in den Polarisationsstrahlenteiler 32 durch das λ/4-Plättchen 40 in linear polarisierter Form ein, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorherigen Einfalls um 90° verschoben wird.

Auch bei dieser Ausführungsform wird der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und der Reflexionseinrichtung 8 auf demselben optischen Weg vorwärts und rückwärts geführt.

Der übertragene oder durchgelassene Strahl der beiden von dem Polarisationsstrahlenteiler 32 gespaltenen Strahlen wird durch das λ/4-Plättchen 50 zirkular polarisiert. Nachdem der zirkular polarisierte Strahl durch die Prismen 182, 190 getreten ist, wird er zum Einfallen am Punkt M ₂ gebracht, der mit Bezug zum Punkt M ₁ am Beugungsgitter 61 der Scheibe 60 im wesentlichen punktsymmetrisch zur Achse der Drehwelle 70 liegt. Ein Strahl bestimmter Ordnung des übertragenen, vom Beugungsgitter 61 gebeugten Strahls wird durch die Reflexionseinrichtung 9 in zur Reflexionseinrichtung 8 gleichartiger Weise längs des gleichen optischen Weges zurückgeführt, worauf der zurückgeführte Strahl wieder im wesentlichen an der gleichen Stelle M ₂ des Beugungsgitters 61 zum Einfallen gebracht wird. Der gebeugte Strahl bestimmter Ordnung, der vom Beugungsgitter 61 wieder gebeugt wurde, tritt durch das λ/4-Plättchen 50 wieder in den Polarisationsstrahlenteiler 32 in linear polarisierter Form ein, wobei die Polarisationsachse mit Bezug zu derjenigen zur Zeit des vorausgehenden Einfalls um 90° verschoben wird.

Wie im Fall des vorher beschriebenen reflektierten Strahls wird hierbei der aus dem übertragenen Strahl abgeleitete gebeugte Strahl bestimmter Ordnung ebenfalls zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und der Reflexionseinrichtung 9 längs desselben optischen Weges vorwärts und rückwärts geführt. Nachdem dieser gebeugte Strahl dem von d 09312 00070 552 001000280000000200012000285910920100040 0002003700906 00004 09193er Reflexionseinrichtung 8 kommenden gebeugten Strahl überlagert worden ist, wird der überlagerte Strahl durch das λ/4-Plättchen 45 zirkular polarisiert und dann durch den Strahlenteiler 110 in zwei Strahlen aufgespalten. Diese beiden Strahlen werden durch die Polarisationsplatte 121 bzw. 122, deren Polarisationsachsen mit Bezug zueinander um 45° geneigt sind, geführt und mit einer Phasendifferenz zwischen ihnen von 90° linear polarisiert. Die linear polarisierten Strahlen werden jeweils zum Einfallen auf die zugeordneten Lichtempfangseinrichtungen 131 sowie 132 gebracht, und es wird eine Ermittlung in bezug auf die Intensität der Interferenzstreifen der beiden Strahlen, die von den Lichtempfangseinrichtungen erzeugt werden, durchgeführt.

Bei der zehnten Ausführungsform ist der Polarisationsstrahlenteiler 32 am Scheitelpunkt einer im wesentlichen senkrechten Halbierenden, die die Einfallspunkte M ₁ und M ₂ am Beugungsgitter 61 verbindet, oder in der Richtung senkrecht zu der im wesentlichen rechtwinkligen Halbierenden angeordnet, so daß die optischen Weglängen der beiden Strahlen gleich gemacht werden.

Auch bei dieser Ausführungsform wird, wenn das dem Meßvorgang unterliegende drehende Objekt um eine Teilung des Beugungsgitters 61 gedreht wird, die Phase des zur Ordnung m gebeugten Strahls um 2m π verändert. In gleichartiger Weise wird der vom Beugungsgitter 61 erneut zur Ordnung n gebeugte Strahl um 2n π verändert. Als Ergebnis dessen liefern die Strahlempfangseinrichtungen sinusförmige Wellen von (2m-2n) insgesamt. Die Größe der Drehung wird durch Ermittlung dieser sinusförmigen Wellen gemessen.

Wenn beispielsweise die Teilung des Beugungsgitters gleich 3,2 µm ist und gebeugte Strahlen der Ordnung ± 1 verwendet werden sowie das drehende Objekt um eine Teilung von 3,2 µm gedreht wird, dann liefern die Strahlempfangselemente vier sinusförmige Wellen insgesamt. Die Auflösung pro sinusförmiger Welle ist 3,2/4 = 0,8 µm, was einem Viertel einer Teilung des Beugungsgitters gleich ist.

Wenn eine Schwingungswellenlänge λ des als Lichtquelle dienenden Lasers unter dem Einfluß von Faktoren, wie Temperaturzuständen, verändert wird, so ist eine Phasenverschiebung Δ ϕ zwischen den beiden Strahlen: worin d der Unterschied zwischen den optischen Weglängen der beiden Strahlen ist.

Wird ein von den Lichtempfangseinrichtungen ausgegebenes Synchronisationssignal durch X, beispielsweise durch elektronische Teilung, dividiert und in numerische Daten umgesetzt, so beeinflußt die Phasenverschiebung Δ ϕ zwischen den beiden Strahlen, die auf Änderungen in der Schwingungswellenlänge des Lasers beruht, die Charakteristik nicht wesentlich, indem die folgende Ungleichung erfüllt wird:

Wenn beispielsweise λ = 780 nm, Δ λ = 0,3 nm (basierend auf der "mode hop") und X = 4 sind, so folgt:

Bei dieser Ausführungsform werden Justiereinrichtungen vorgesehen, um die obigen Bedingungen zu erfüllen, wobei eine Einstellung derart durchgeführt wird, daß die optischen Weglängen der beiden Strahlen im wesentlichen vergleichmäßigt werden.

Die Justiereinrichtungen und das Justierverfahren werden im folgenden erläutert.

a) Von den Reflexionseinrichtungen 8 und 9 wird die eine in der Richtung der optischen Achse bewegt, wie das in Fig. 19A durch den Doppelpfeil Y 1 angegeben ist.
b) Alle Elemente, die in Fig. 19A durch eine gestrichelte Linie 300 umschlossen sind, werden als eine Einheit geneigt, wie durch den Doppelpfeil Y 2 in Fig. 19A angedeutet ist.
c) Das Keilprisma 180 wird in der Nachbarschaft des Beugungsgitters 61 in Richtung des Doppelpfeils Y 3 (Fig. 19A) bewegt, um die Dicke des Prismas 180 physikalisch einzustellen.
d) Die Keilprismen 190 und 200 werden in der Nachbarschaft des Beugungsgitters 61 einander überlagert, um eine ebene Platte zu bilden, deren gegenüberliegende Flächen zueinander parallel sind, wobei wenigstens eines der Prismen in Richtung des Doppelpfeils Y 4 verschoben wird.
e) Zwei Umlenkspiegel oder ein Prisma mit zwei Reflexionsflächen werden benutzt, um eine der optischen Weglängen zu verändern.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Beispielen kann jegliche Justiereinrichtung, die die optische Weglänge von einem der beiden Strahlen ändert, zur Anwendung kommen, wobei diese Justiereinrichtung auch irgendwo in dem System angeordnet werden kann.

Bei der zehnten Ausführungsform wird der Strahl in zwei Teilstrahlen durch den Strahlenteiler 110 aufgespalten und zwischen diesen ein Phasenunterschied von 90° hergestellt, wodurch es auch möglich ist, die Drehrichtung des drehenden Objekts zu bestimmen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn allein die Größe der Drehung gemessen wird, die Verwendung des Strahlenteilers 110, der Polarisationsplatten 121 sowie 122 und einer der Lichtempfangseinrichtungen 131, 132 unnötig ist.

Auf der Exzentrizität zwischen der Drehmitte des drehenden Objekts und der Mitte des Beugungsgitters beruhende Meßfehler können bei dieser Ausführungsform unter Ausnutzung des an den Stellen M ₁ sowie M ₂, die punktsymmetrisch mit Bezug zur Drehmitte liegen, gebeugten Strahls vermindert werden.

Obwohl die beschriebene Anordnung die an den im wesentlichen punktsymmetrisch zueinander liegenden Stellen M ₁ und M ₂ gebeugten Strahlen ausnutzt, so ist es möglich, die im wesentlichen gleiche Wirkung durch Verwendung von an einer Mehrzahl von Stellen zusätzlich zu den punktsymmetrischen Stellen gebeugten Strahlen zu erreichen. Beispielsweise ist es wirksam, an drei Stellen, die mit Bezug zueinander um 120° beabstandet sind, gebeugte Strahlen zu verwenden.

Darüber hinaus werden zwei Strahlen einander derart überlagert, daß die Strahlenkomponente des einen, zur Mitte der Drehwelle näheren Strahls der Strahlkomponente des anderen, zur Achse der Drehwelle näheren Strahls überlagert wird. In gleichartiger Weise werden die Strahlkomponenten der von der Drehachse entfernteren Strahlen einander überlagert, womit der aus dem Unterschied zwischen den Teilungen an der Innen- und Außenseite beruhende Einfluß der Wellenfrontaberration eliminiert wird.

Bei der zehnten Ausführungsform werden die gebeugten Strahlen bestimmter Ordnung jeweils zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 32 und der zugeordneten Reflexionseinrichtung 8 und 9 längs des gleichen optischen Weges vorwärts und rückwärts geführt, so daß die beiden Strahlen ohne Schwierigkeiten im Polarisationstrahlenteiler 32 einander überlagert werden können, wodurch die Genauigkeit im Zusammenbau des gesamten Systems gesteigert wird.

Auch kann bei dieser Ausführungsform ein gebeugter Strahl, der reflektiert wird, für einen gebeugten Strahl, der übertragen wird, zur Anwendung kommen.

Das bei der zehnten Ausführungsform zur Anwendung gelangende Beugungsgitter ist ein Amplituden-Beugungsgitter, das Strahlenübertragungs- und Strahlenabblendteile hat, oder ein Phasen-Beugungsgitter mit Teilen von zueinander unterschiedlichen Brechungsindices. Vor allem kann das Phasen- Beugungsgitter beispielsweise durch Ausbildung einer höckerigen Reliefstruktur längs des Umfangs einer transparenten Scheibe erzeugt werden, was zum Ergebnis hat, daß durch Präge- oder Preßverfahren eine Massenproduktion ermöglicht wird.

Gemäß der zuletzt beschriebenen Ausführungsform wird die optische Weglänge eines der beiden Strahlen unter Verwendung von Justiereinrichtungen eingestellt, so daß die optischen Weglängen der beiden Strahlen im wesentlichen vergleichmäßigt werden. Damit ist es möglich, die mit der Verwendung einer Lichtquelle, z. B. eines Halbleiterlasers, deren Schwingungswellenlänge zu Schwankungen neigt, zusammenhängende Verschlechterung in der Meßgenauigkeit zu verhindern, was zum Ergebnis hat, daß der Drehungszustand des drehenden Objekts mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, wobei es trotzdem möglich ist, einen drehenden Verschlüßler zu schaffen, bei dem das gesamte System in seiner Größe vermindert ist.

Claims

1. Verschlüßler für die Ermittlung des Bewegungszustandes eines Gitters, gekennzeichnet

- durch einen kohärenten Lichtstrahl auf ein bewegbares Beugungsgitter (3, 61) richtende Einrichtungen (1, 2, 4 ₁, 4 ₃, 11, 30, 31, 33)
- durch Reflexionseinrichtungen (8, 9, 13, 14, 18, 19, 141, 142, 151, 152), die einen gebeugten Lichtstrahl bestimmter Ordnung, der an einer vorgegebenen Stelle von dem Beugungsgitter austritt, konvergieren, den gebeugten Lichtstrahl bestimmter Ordnung reflektieren und ihn zum Wiedereinfallen an der vorgebenen Stelle bringen,
- durch unter Verwendung der durch die Reflexionseinrichtungen erhaltenen wiedergebeugten Lichtstrahlen Interferenzstreifen bildende Interferenzeinrichtungen (17, 32, 110) und
- durch Veränderungen in der Intensität der Interferenzstreifen ermittelnde Lichtempfangseinrichtungen (8 ₁, 8 ₂, 131, 132).

2. Verschlüßler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionseinrichtungen den gebeugten Lichtstrahl konvergierende Linsen (13 ₁, 13 ₂, 18 ₁, 19 ₁, 141, 142) und wenigstens ein in der Nachbarschaft eines Konvergenzpunkts, auf den die Linsen den gebeugten Strahl konvergieren, angeordnetes Reflexionsglied (14 ₁, 14 ₂, 151, 152) umfassen.

3. Verschlüßler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzpunkt dem Brennpunkt der Linsen entspricht.

4. Verschlüßler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine vor dem Reflexionsglied (14 ₁, 14 ₂, 151, 152) angeordnete Strahlbegrenzungsmaske (15 ₁, 15 ₂, 161, 162).

5. Verschlüßler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (18 ₁, 19 ₁) einstückig mit dem Reflexionselement (18 ₂, 19 ₂) ausgebildet ist.

6. Verschlüßler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reflexionselement zugewandte Fläche der Linse eine ebene Fläche ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine Gradientindexlinse (19 ₁) mit einander gegenüberliegenden ebenen Flächen ist.

8. Verschlüßler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsglied in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Krümmung gerundet ist.

9. Verschlüßler für die Ermittlung eines Bewegungszustandes eines Gitters, gekennzeichnet

- durch einen kohärenten Lichtstrahl auf unterschiedliche Stellen (M ₁, M ₂) an einem bewegbaren Beugungsgitter (3, 6) richtende Einrichtungen (1, 2, 4 ₁, 4 ₃, 30, 31, 33),
- durch Reflexionseinrichtungen (8, 9, 13, 14, 18, 19, 141, 142, 151, 152), die einen gebeugten Lichtstrahl bestimmter Ordnung, der an den unterschiedlichen Stellen von dem bewegbaren Beugungsgitter austritt, konvergieren, die gebeugten Lichtstrahlen bestimmter Ordnung reflektieren und diese zum Wiedereinfallen an den unterschiedlichen Stellen bringen,
- durch Inerferenzseinrichtungen (17, 32, 110), die durch Überlagerung der von den unterschiedlichen Stellen austretenden wiedergebeugten Lichtstrahlen Interferenzstreifen bilden, und
- durch Lichtempfangseinrichtungen (8 ₁, 8 ₂, 131, 132), die Veränderungen in der Intensität der Interferenzstreifen erfassen.

10. Drehender Verschlüßler für die Ermittlung eines Drehungszustandes eines Objekts, gekennzeichnet

- durch optische, einen kohärenten Lichtstrahl auf ein entlang der Drehrichtung eines drehenden Objekts (60) ausgebildetes Beugungsgitter (61) richtende Einrichtungen (30, 31, 33),
- durch Reflexionseinrichtungen (8, 9, 18, 19, 141, 142, 151, 152), die einen gebeugten Strahl bestimmter Ordnung, der von dem Beugungsgitter an einer vorgegebenen Stelle austritt, konvergieren, den gebeugten Lichtstrahl bestimmter Ordnung reflektieren und diesen zum Wiedereinfallen an der vorgegebenen Stelle bringen,
- durch unter Verwendung eines durch die Reflexionseinrichtungen erhaltenen wiedergebeugten Lichtstrahls Interferenzstreifen bildende Interferenzeinrichtungen (17, 32, 110) und
- durch Veränderungen in der Intensität der Interferenzstreifen ermittelnde Lichtempfangseinrichtungen (131, 132).

11. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen eine einen kohärenten Lichtstrahl aussendende Lichtquelle (30) und Aufspaltungseinrichtungen (32, 33) zur Erzeugung eines ersten sowie zweiten Lichtstrahls aus dem kohärenten Lichtstrahl umfassen, wobei der erste und zweite Lichtstrahl zum Einfallen an unterschiedlichen Stellen des Beugungsgitters (61) gebracht wird.

12. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionseinrichtungen umfassen:

- die gebeugten Lichtstrahlen konvergierende Linsen (141, 142) und
- wenigstens ein an einem Konvergenzpunkt, an dem die gebeugten Lichtstrahlen durch die Linsen konvergiert werden, angeordnetes Reflexionsglied (151, 152).

13. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine vor dem Reflexionsglied angeordnete Strahlbegrenzungsmaske (161, 162).

14. Drehender Verschlüßler nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gebeugte Licht bestimmter Ordnung in einer zu einer Fläche, auf der das Beugungsgitter (61) ausgebildet ist, rechtwinkligen Richtung austritt.

15. Drehender Verschlüßler nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzeinrichtungen (32) durch gegenseitige Überlagerung von wiedergebeugten, an den unterschiedlichen Stellen (M ₁, M ₂) des Beugungsgitters (61) austretenden Lichtstrahlen Interferenzstreifen bilden.

16. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Stellen von einem Stellenpaar (M ₁, M ₂) gebildet sind, dessen Stellen mit Bezug zur Drehmitte (0) des drehenden Objekts (60) zueinander punktsymmetrisch liegen.

17. Drehender Verschlüßler nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (131, 132) ein Paar von photoelektrischen Elementen umfassen, die die Drehrichtung des drehenden Objekts (60) durch einen Vergleich der Ausgänge von dem Elementenpaar bestimmen.

18. Drehender Verschlüßler zur Ermittlung eines Drehungszustandes eines Objekts, gekennzeichnet

- durch eine einen kohärenten Lichtstrahl abgebende Lichtquelle (30),
- durch Aufspalteinrichtungen (32, 33, 220), die den kohärenten Lichtstrahl in mehrere Teilstrahlen, welche auf unterschiedliche Stellen (M ₁, M ₂) eines längs der Drehrichtung des drehenden Objekts (60) ausgebildetes Beugungsgitter (61) gerichtet werden, aufspalten,
- durch Reflexionseinrichtungen (8, 9, 151, 152), die die auf die unterschiedlichen Stellen des Beugungsgitters einfallenden sowie an diesen Stellen aus dem Beugungsgitter austretenden gebeugten Lichtstrahlen bestimmter Ordnung zum Wiedereinfallen sowie zur Wiederbeugung an den unterschiedlichen Stellen durch Rückführung längs des gleichen optischen Weges bringen, worauf die Aufspalteinrichtungen (32, 220) die reflektierten Strahlen einander überlagern, und
- durch Änderungen in der Intensität der Interferenzstreifen durch Empfang des von den Aufspalteinrichtungen überlagerten Lichtstrahls ermittelnde Lichtempfangseinrichtungen (131, 132)

19. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtspaltebene der Aufspalteinrichtung (32, 220) auf einer im wesentlichen vertikalen, die Drehachse (0, 70) des drehenden Objekts (60) und dessen Drehrichtung enthaltenden Ebene liegt.

20. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Halbleiterlaser ist.

21. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspalteinrichtung ein Polarisationsstrahlenteiler (32, 220) ist.

22. Drehender Verschlüßler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengängen der vom Polarisationsstrahlenteiler erzeugten Teilstrahlen wenigstens ein λ/4-Plättchen (40, 41, 44, 45) angeordnet ist.

23. Verschlüßler zur Ermittlung des Bewegungszustandes eines Gitters, gekennzeichnet

- durch eine einen kohärenten Lichtstrahl liefernde Lichtquelle (30),
- durch den kohärenten Lichtstrahl auf ein längs der Bewegungsrichtung eines Objekts (60) ausgebildetes Beugungsgitter (61) richtende Einrichtungen (31, 40, 50, 180, 181, 182, 190),
- durch unter Verwendung von mehreren gebeugten, vom Beugungsgitter austretenden Lichtstrahlen Interferenzstreifen bildende Einrichtungen (32, 110),
- durch Änderungen in der Intensität der Interferenzstreifen ermittelnde Lichtempfangseinrichtungen (131, 132), und
- durch die optische Weglänge korrigierende Einrichtungen (8, 180, 200, 300), die die optischen Weglängen der mehreren gebeugten Lichtstrahlen gleichsetzen.