Оптические кодеры, такие как стеклянные весычасто используются для измерений линейного положения, требующих разрешения на микронном уровне. Но для применения в таких отраслях, как полупроводниковая и аэрокосмическая, особенно в тех, которые связаны с оптикой, требуются возможности измерения в нанометровом и даже пикометровом диапазонах, что превышает разрешение большинства оптических датчиков на основе шкалы. Для этих применений технологии прямых бесконтактных измерений, такие как интерферометрические лазерные энкодеры, могут обеспечить разрешение вплоть до пикометрового диапазона.

Интерферометрические лазерные энкодеры — также называемые лазерными интерферометрическими энкодерами или лазерными датчиками перемещения — интерпретируют интерференцию двух лазерных лучей для определения положения или движения целевого объекта. Принцип действия основан на лазерном источнике, луч которого разделяется на два идентичных луча, но направленных по разным траекториям.

Один луч направляется на эталонное зеркало, в то время как другой направляется на зеркало на измеряемом объекте (измеряемая величина). Затем два луча отражаются обратно соответствующими зеркалами и объединяются, прежде чем попасть на детектор. Однако из-за различий в расстояниях прохождения двух лучей они расходятся по фазе, поэтому, когда они рекомбинируются, они создают интерференционную картину.

Интерференция может быть конструктивной, когда объединенные длины волн создают яркую полосу, или разрушительной, когда объединенные длины волн создают темную полосу. Это изменение интенсивности комбинированного света является циклическим, и один цикл изменения происходит каждый раз, когда измерительный луч (и, следовательно, измеряемая величина) смещается на половину длины волны лазера. Детектор использует это изменение интенсивности и его зависимость от длины волны лазера для определения величины перемещения измеряемой величины.

Разрешающая способность и повторяемость лазерного интерферометрического энкодера напрямую связаны с длиной волны лазерного луча и стабильностью длины волны. Поскольку на стабильность длины волны влияют условия окружающей среды, такие как изменения температуры, давления или влажности (все это влияет на показатель преломления воздуха), датчики лазерных интерферометров включают электронику компенсации воздействия окружающей среды для обеспечения постоянной длины волны даже при изменяющихся условиях окружающей среды.

В дополнение к очень высокая точность и разрешение одним из основных преимуществ лазерного интерферометрического энкодера является то, что измерительное зеркало может быть установлено непосредственно в интересующей точке, уменьшая или устраняя Ошибка аббатаиз-за смещения между местом измерения и интересующей точкой. И хотя для лазерной интерферометрии требуется множество компонентов — источник луча, разветвители, зеркала и детекторы, в кодерах лазерных интерферометров обычно используются всего два или три компонента — лазерный источник и один или два детектора, причем такие функции, как компенсация окружающей среды и управление лучом, интегрированы в эти основные компоненты.

Хотя приложения, требующие измерения положения на нанометровом и субнанометровом уровнях, обычно имеют очень малые расстояния перемещения, такие как линейный двигатель или пьезокаскадеры, используемые в полупроводниковой литографии, интерферометрические лазерные энкодеры также могут обеспечивать измерения с высоким разрешением на очень больших расстояниях перемещения. Типичные возможности измерения составляют до нескольких метров, а некоторые лазерные интерферометрические энкодеры могут измерять длину до 30 или 40 метров. Возможность измерения положения в субмикронном диапазоне на больших расстояниях особенно полезна для портальных систем, таких как ЧПУ и CMM (координатно-измерительные станки), где требуется обратная связь с высоким разрешением на расстоянии нескольких метров и по нескольким осям.