<Desc/Clms Page number 1>
Meetinrichting voor het bepalen van de verplaatsing van een beweegbaar voorwerp.
De uitvinding heeft betrekking op meetinrichting voor het bepalen van de verplaatsing van een beweegbaar voorwerp in samenwerking met een met het voorwerp verbonden schaalverdelingselement dat tenminste een spoor bevat dat gevormd is uit een aantal opeenvolgende rasterstroken die zieh uitstrekken dwars op de bewegingsrichting van het voorwerp, welke meetinrichting bevat tenminste een stralingsbron voor het genereren van straling en een bijbehorend optisch stelsel voor het omzetten van de straling in een gemiddeld evenwijdige stralingsbundel en voor het geleiden van deze stralingsbundel naar het schaalverdelingselement en een stralingsgevoelig detectiestelsel voor het omzetten van straling afkomstig van het schaalverdelingselement in een elektrisch signaal.
Een meetinrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US-A 3, 973, 119. In de aldaar beschreven meetinrichting wordt een met het voorwerp mechanisch verbonden raster geprojecteerd op een veelvoudige fotocel-detector. Deze detector bestaat uit een rij van strookvormige, nagenoeg identieke fotocellen, die na elkaar door een elektrische schakelaar met een elektrische schakeling verbonden zijn die het in de fotocellen opgewekte signaal verwerkt. Met behulp van de elektrische schakelaar kan ervoor gezorgd worden dat de detector als referentieraster kan dienen. Bij voorkeur wordt het raster 1 : 1 afgebeeld op het fotocel-array.
Om bij een dergelijke afbeelding zo weinig mogelijk leesfouten te introduceren als gevolg van een scheve projectie van de rasterstroken op de detector, dient de straling afkomstig van de stralingsbron omgezet te worden in een aftastbundel die evenwijdig is in de doorsnede loodrecht op de rasterstroken. In de doorsnede evenwijdig met de rasterstroken is geen evenwijdigheid vereist.
In de in het genoemde Amerikaanse octrooischrift beschreven meetinrichting wordt de straling afkomstig van de stralingsbron via een halfdoorlatende spiegel naar een collimatorlens geleid. De door de collimatorlens gevormde evenwijdige
<Desc/Clms Page number 2>
aftastbundel valt vervolgens in op het schaalverdelingselement. Na reflectie aan het schaalverdelingselement gaat de bundel via de collimatorlens naar de halfdoorlatende spiegel waardoor de bundel in de richting van de detector wordt gereflecteerd.
Een nadeel van de bekende meetinrichting is dat het optisch stelsel voor het genereren van een evenwijdige aftastbundel een combinatie is van standaardlenzen en -spiegels en bijgevolg relatief veel plaats inneemt. Een verder nadeel is de geringe lichtopbrengst. De halfdoorlatende spiegel laat slechts ongeveer de helft van de daarop invallende straling door, zodat slechts ongeveer een kwart van de door de stralingsbron uitgezonden straling de detector bereikt.
De uitvinding beoogt een meetinrichting voor het bepalen van de verplaatsing van een beweegbaar voorwerp te verschaffen die compacter is en tegelijkertijd een aftastbundel heeft met in principe een groter vermogen en tenminste dezelfde mate van evenwijdigheid.
De meetinrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat dat het optische stelsel een reflectief optisch stelsel is en tenminste een collimerend element bevat.
Door het optische stelsel uit te voeren met behulp van reflecterende elementen kan de vereiste optische weglengte tussen de stralingsbron en het schaalverdelingselement gerealiseerd worden binnen een kleinere afmeting van de meetinrichting.
Hierdoor wordt een relatief compacte meetinrichting verkregen. Het collimerend element om de straling van de stralingsbron om te zetten in een evenwijdige aftastbundel maakt deel uit van het refectief optisch stelsel.
Een uitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het collimerend element een off-axis gedeelte is van een omwentelingssymmetrische omwentelingsparabololde in het brandpunt waarvan zieh de stralingsbron bevindt.
Een bijzonder geschikt collimerend element voor toepassing in de onderhavige uitvinding is een off-axis gedeelte van een omwentelingssymmetrische omwentelingsparaboloide. Op een omwentelingssymmetrische omwentelingsparaboloide invallende straling die afkomstig is vanuit het brandpunt van de parabololde zal door de paraboloid worden gereflecteerd als een evenwijdige stralingsbundel. Opdat een
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
evenwijdige stralingsbundel zou worden gegenereerd die rechtstreeks op het schaalverdelingselement kan invallen zonder dat gedeeltelijk reflecterende, uitkoppelelementen in de lichtweg dienen te worden geplaatst, wordt gebruik gemaakt van een off-axis gedeelte.
In principe kan als stralingsbron zowel gebruik gemaakt worden van een licht-emitterende diode (LED) als van een halfgeleiderlaser. Enerzijds heeft een halfgeleiderlaser het voordeel dat de stralingsbundel een relatief kleine divergentie heeft, terwijl anderzijds de levensduur relatief kort is in vergelijking met een LED. Bijgevolg wordt vanwege de langere levensduur de voorkeur gegeven aan een LED. Aangezien een LED echter straling uitzendt in alle richtingen, is het van belang de door de LED uitgezonden straling zo efficient mogelijk te benutten en zoveel mogelijk van die straling naar de detector te geleiden.
Daartoe vertoont een voorkeursuitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat het collimerend element een parabolisch cilindrische spiegel is waarvan de cilinder-as evenwijdig is aan een vlak gevormd door een rasterstrook en de normaal op het schaalverdelingselement en waarvan de doorsnede loodrecht op het genoemde vlak parabolisch is en dat het optisch stelsel verder tussen deze spiegel en de stralingsbron een elliptisch cilindrische spiegel omvat waarvan de cilinder-as loodrecht op de rasterstroken gelegen is en waarvan de doorsnede in een vlak parallel aan de rasterstroken elliptisch is.
Een verdere uitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het optische stelsel tenminste een vlakke vouwspiegel bevat.
Door toevoeging aan het optische stelsel van één of meer vlakke vouwspiegels kan de lichtweg nog verder worden opgevouwen, wat de compactheid van de meetinrichting ten goede komt. Een dergelijke spiegel kan op verschillende posities in de lichtweg tussen de stralingsbron en het schaalverdelingselement geplaatst worden.
Een verdere uitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de stralingsbron en het detectiestelsel zieh in een huis bevinden, en de elementen van het reflectief optische stelsel in de wanden van het huis zijn opgenomen.
Het huis kan bijvoorbeeld door middel van spuitgieten worden verkregen en daarbij voorzien worden van vensters waaraan meteen de gewenste vorm kan worden gegeven. Doordat het optische stelsel uit reflecterende elementen bestaat, volstaat het op
<Desc/Clms Page number 4>
de vensters aanbrengen van een laag reflecterend materiaal, langs de binnen-of de buitenwand van het huis, om de gewenste optische component te verkrijgen. Bovendien zijn op deze manier de reflectieve optische componenten meteen geintegreerd met het huis waarin zieh tevens de stralingsbron en de detector zieh bevinden, waardoor een compacte meetinrichting wordt verkregen.
Al de genoemde uitvoeringsvormen van de meetinrichting volgens de uitvinding kunnen als verder kenmerk hebben dat van de elementen van het optische stelsel tenminste het collimerend element een asferisch oppervlak heeft.
Onder een asferisch oppervlak wordt verstaan een oppervlak waarvan de grondvorm een regelmatige is, dus in verband met de onderhavige uitvinding parabolisch, cilindrisch of toroïdal, maar waarvan de werkelijke vorm kleine afwijkingen vertoont om te corrigeren voor aberraties in het door de grondvorm gemodificeerde golffront van een stralingsbundel.
Door in de onderhavige meetinrichting een of meer van de bundelvormende oppervlakken asferisch te maken, kan de kwaliteit van de aftastbundel verhoogd worden zonder dat extra correctie-elementen nodig zijn.
De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.
Figuur 1 toont schematisch en in doorsnede een voorstelling van een uitvoeringsvoorbeeld van de meetinrichting volgens de uitvinding ;
Figuur 2 toont in detail de stralengang tussen de stralingsbron, het collimerend element onder de vorm van een off-axis paraboloide, het schaalverdelingselement en de detector voor een meetinrichting volgens de uitvinding ;
Figuur 3 toont schematisch en in doorsnede een voorstelling van een uitvoeringsvoorbeeld van een compacte uitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding ;
Figuur 4 toont schematisch en in perspectief een voorstelling van een uitvoeringsvoorbeeld volgens de uitvinding met een cilindrisch elliptische en een cilindrisch parabolische spiegel ;
Figuren 5a en 5b tonen twee uitvoeringsvoorbeelden van een meetinrichting volgens de uitvinding, waarin de stralingsbron, de detector en het optische stelsel in
<Desc/Clms Page number 5>
eenzelfde huis zijn gemtegreerd ; en
Figuur 6 toont in perspectief en in doorsnede een praktische uitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding.
De in figuur 1 schematisch voorgestelde meetinrichting 1 omvat een stralingsbron 3, een reflecterend, collimerend element 5 en een detector 7. De stralingsbron 3 en de detector 7 kunnen bijvoorbeeld op een optisch transparante plaat 9 gemonteerd zijn. De door de stralingsbron 3 uitgezonden straling valt in op het element 5, dat de straling als gecollimeerde bundel 11 naar een schaalverdelingselement 13 reflecteert. Het schaalverdelingselement 13 is mechanisch verbonden met het voorwerp (niet getekend) waarvan de verplaatsing te bepalen is. Het schaalverdelingselement 13 kan bijvoorbeeld een staalband zijn, waarop een spoor 15 is aangebracht onder de vorm van een raster bestaande uit een aantal rastervormige stroken 16 (figuur 2), bijvoorbeeld als goudraster, welke stroken 16 in de richting loodrecht op het vlak van de tekening van figuur 1 naast elkaar gelegen zijn.
Deze richting is tevens de bewegingsrichting van het voorwerp.
De detector kan bijvoorbeeld een veelvoudige fotocel-detector zijn, zoals beschreven in het genoemde Amerikaanse octrooischrift, waarop het spoor 1 : 1 wordt afgebeeld. Op die manier wordt een bepaalde rasterstrook binnen de stralingsbundel afgebeeld op een bepaald gedeelte van de detector voor een bepaalde positie van het schaalverdelingselement 13 ten opzichte van de detector 7. Daarbij is het van belang dat de stralingsbundel bij inval op het schaalverdelingslelement gemiddeld evenwijdig is in de doorsnede loodrecht op de richting waarin de rasterstroken zieh uitstrekken. De van het element 5 afkomstige bundel kan worden beschouwd als een aantal opeenvolgende deelbundels in de richting loodrecht op het vlak van de tekening die elk een rasterstrook belichten.
Indien de stralingsbundel in de betreffende richting niet evenwijdig is, wordt de kwaliteit van het uitleessignaal afhankelijk van de afstand tussen het schaalverdelingselement 13 en de detector 7. Bij afwijking van de nominale afstand ontstaan dan afleesfouten. Indien de deelbundels niet evenwijdig zijn aan elkaar, zal elke deelbundel de corresponderende rasterstrook onder een andere hoek op de detector afbeelden, zodat, in de boven aangenomen positie, niet elke rasterstrook precies op de bijbehorende fotocel wordt afgebeeld. Het gevolg daarvan is dat er leesfouten zullen optreden. In
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
het vlak van de tekening daarentegen is geen evenwijdigheid van de stralingsbundel vereist.
Uit de praktijk is gebleken dat voor, bijvoorbeeld, een afstand van ongeveer 1 mm tussen het spoor en de detector en de eis dat de maximale afwijking van de meetinrichting lgm bedraagt, de afwijking van de onderlinge evenwijdigheid van de hoofdstralen tussen het spoor en de detector niet meer dan 0. mag bedragen. De bundel heeft in de richting evenwijdig met de bewegingsrichting van het voorwerp een zodanige afmeting dat tegelijkertijd een aantal rasterstroken op het schaalverdelingselement worden afgetast en afgebeeld op de detector. Op die manier zullen onregelmatigheden in het raster uitgemiddeld worden. De gecollimeerde stralingbundel 11 wordt aan het schaalverdelingselement gereflecteerd naar de detector 7.
Het schaalverdelingselement 13 kan in de plaats van met het zojuist beschreven reflectieraster met een transmissieraster worden uitgevoerd. In dat geval bestaat het schaalverdelingselement 13 uit bijvoorbeeld een liniaal van glas dat aangebracht is op een staalband als drager en waarop op het naar de meetinrichting gerichte oppervlak het spoor 15 onder de vorm van een raster is aangebracht. De evenwijdige stralingsbundel 11 die invalt op het schaalverdelingselement gaat door de liniaal, wordt aan de staalband gereflecteerd en gaat via het spoor in de richting van de detector. Op die manier wordt het raster in transmissie op de detector afgebeeld.
De stralingsbron 3 kan in principe zowel een halfgeleiderlaser als een licht-emitterende diode (LED) zijn. Een halfgeleiderlaser heeft het voordeel dat de straling geleverd wordt onder de vorm van een stralingsbundel met een relatief kleine divergentie. Het volstaat de laser onder een bepaalde hoek a te orienteren om voldoende straling op de geschikte plaats op het collimerend element te doen terechtkomen, zoals schematisch is aangegeven in figuur 1. Een nadeel van een halfgeleiderlaser is echter de relatief beperkte levensduur, zodat bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een LED.
Verder heeft een LED het voordeel een relatief goedkope stralingsbron te zijn. Een nadeel van een LED is echter een geringere bruikbare lichtopbrengst. Een LED zendt namelijk straling uit in alle richtingen. Om toch zoveel mogelijk straling naar het schaalverdelingselement 13 en vervolgens naar de detector 7 te leiden, kan een collimerend element met een grote numerieke apertuur gebruikt worden. Bij een grote numerieke apertuur is het echter moeilijker de evenwijdigheid van de bundel in de doorsnede loodrecht op de richting van de rasterstroken 15 te realiseren. Door een gebrek aan evenwijdigheid in de doorsnede loodrecht op de richting van de rasterstroken zullen
<Desc/Clms Page number 7>
04 leesfouten worden gemtroduceerd.
Daarom wordt volgens een verder aspect van de onderhavige uitvinding voorgesteld het optische stelsel aan te passen, zodanig dat ook met een LED een relatief hoge lichtopbrengst kan worden verkregen zonder dat daarbij verhoging van de elektrische stroom door de LED noodzakelijk is.
Een uiterst geschikt reflecterend, collimerend element voor toepassing in de onderhavige uitvinding is een omwentelingssymmetrische omwentelingsparaboloide waarvan de omwentelingsas evenwijdig is met de richting van de gemiddeld evenwijdige stralinsgbundel en waarbij de stralingsbron 3 zieh in het brandpunt van de paraboloide bevindt. Om zonder gedeeltelijk reflecterende, uitkoppelende elementen die de lichtweg kunnen hinderen, de evenwijdige stralingsbundel 11 naar het schaalverdelingselement 13 te sturen, is het element 5 bij voorkeur uitgevoerd als een off-axis gedeelte van een omwentelingssymmetrische omwentelingsparaboloide. Figuur 2 toont de lichtweg tussen de stralingsbron 3 en de detector 7 van een meetinrichting met een dergelijk collimerend element 5.
In de getekende positie van het element 13 wordt een rasterstrook 16 van het spoor 15 afgebeeld op één fotocel 17 van de detector 7. In de praktijk kunnen dat ook meer fotocellen zijn.
Een doel van de onderhavige uitvinding is een compacte meetinrichting te verschaffen. Een dergelijke meetinrichting neemt relatief weinig plaats in op de meetslede van het apparaat waarin ze wordt gebruikt. Verder wordt wanneer de meetinrichting compact is het dynamisch gedrag van de totale siede niet gehinderd door de afmetingen van de meetinrichting.
Om in de afbeelding van het spoor 15 op de detector 7 de afzonderlijke rasterstroken 16 nog van elkaar te kunnen onderscheiden, een minimale optische weglengte tussen het spoor 15 en de detector 7 vereist. Het aanbrengen van het collimerend element 5 in de lichtweg tussen de stralingsbron 3 en het spoor 15 betekent dat deze minimale optische weglengte nu moet gelden tussen de stralingsbron 3 en het collimerend element 5.
Volgens een verder aspect van de uitvinding kan door het aanbrengen van een verder reflecterend element de genoemde optische weglengte gerealiseerd worden met een kortere geometrische afstand tussen de stralingsbron en het collimerend element en kan bijgevolg de meetinrichting compacter gemaakt worden.
Een mogelijkheid bestaat erin tussen de stralingsbron en de off-axis parabolische spiegel 5 een of meer vlakke vouwspiegels aan te brengen. Hierdoor wordt
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
de lichtweg verder opgevouwen en kan de meetinrichting 1 aanzienlijk compacter worden uitgevoerd. Een uitvoeringsvoorbeeld met één vouwspiegel wordt getoond in figuur 3. Eenvoudigheidshalve is de bundel, net zoals in figuur 1, weergegeven door zijn hoofdstraal.
De paraboloïde kan asferisch zijn uitgevoerd. Dat betekent dat de vorm kleine afwijkingen zal vertonen ten opzichte van de regelmatige grondvorm. Op die manier kan gecorrigeerd worden voor aberraties veroorzaakt in het door de grondvorm gemodificeerde golffront van de stralingsbundel.
De bovengenoemde uitvoeringsvormen waarin het collimerend element 5 een off-axis gedeelte van een omwentelingssymmetrische omwentelingsparaboloïde is, heeft het voordeel relatief eenvoudig te verwezenlijken te zijn.
Een uitvoeringsvoorbeeld van een uitvoeringsvorm van de meetinrichting volgens de uitvinding waarin echter de lichtopbrengst met een factor vijf verhoogd kan worden en waarin ook de afstand tussen de stralingsbron 3 en het collimerend element 5 verkleind is, wordt getoond in perspectief in figuur 4. Eenvoudigheidshalve is de detector niet getoond in deze figuur. Deze bevindt zieh rechts van het schaalverdelingselement 13, bijvoorbeeld in het vlak van de stralingsbron 3. In deze uitvoeringsvorm is een reflecterend element 21 aangebracht tussen de stralingsbron 3 en het collimerend element 5, welk reflecterend element 21 uitgevoerd is als een elliptisch cilindrische spiegel. De cilinder-as van deze cilindrische spiegel staat loodrecht op de richting van de rasterstroken en de doorsnede in het vlak parallel aan de richting van de rasterstroken is elliptisch.
Op die manier wordt de numerieke apertuur in de richting van de rasterstroken van het schaalverdelingselement 13 aanzienlijk verhoogd, waardoor het reflecterend element 21 de rol speelt van collector. Elk bronpunt van de LED wordt door de elliptisch cilindrische spiegel afgebeeld als een strook in de richting loodrecht op de richting van de rasterstroken 16. Het collimerend element 5 is daarbij uitgevoerd als een parabolisch cilindrische spiegel waarvan de cilinder-as evenwijdig is aan een vlak dat gevormd wordt door een rasterstrook 15 en de normaal op het schaalverdelingselement 13 en waarvan de doorsnede loodrecht op vlak dat parabolisch is. De vergroting van de elliptisch cilindrische spiegel 21 kan zodanig gekozen worden dat de afbeelding van de LED aangepast is op de afmeting van de detector in de richting loodrecht op de richting van de rasterstroken.
Alzo wordt de door de LED uitgezonden straling optimaal benut. Ook bij deze uitvoeringsvorm kan de meetinrichting nog compacter worden
<Desc/Clms Page number 9>
uitgevoerd door in de lichtweg tussen de stralingsbron 3 en het schaalverdelingselement 13, bijvoorbeeld tussen het collecteren element 21 en het collimerend element 5, een vlakke vouwspiegel (niet getekend) aan te brengen.
Een belangrijk aspect bij de hierboven beschreven meetinrichting is eventuele vervuiling. Vooral wanneer de meetinrichting wordt toegepast voor metingen aan werkstukken die op een gereedschapsmachine zoals een draaibank worden vervaardigd, is het van belang dat de meetresultaten betrouwbaar blijven ondanks een bepaalde mate van vervuiling. Dergelijke vervuiling kan namelijk een gedeeltelijke asymmetrische afdekking van het spoor 15 op het schaalverdelingselement 13 en/of de detector 7 veroorzaken, waardoor een gedeelte van de detector 7 of het spoor 15 onbruikbaar wordt en het signaal vervormd wordt. Hierdoor is de eis op evenwijdigheid van de stralingsbundel 11 relatief streng.
Wanneer de volledige oppervlakte van de detector bruikbaar is, mag de numerieke apertuur van het collecteren element in de richting evenwijdig met de rasterstroken nog relatief groot zijn, terwijl wanneer de detector voor bijvoorbeeld 85 % vervuild is de leesfout in dat geval zou kunnen oplopen tot enkele m. Bij een relatief grote numerieke apertuur in de doorsnede evenwijdig aan de rasterstroken neemt namelijk de evenwijdigheid aan de uiteinden van de langwerpige stralingsbundel af. Bijgevolg zal een reductie in numerieke apertuur van het collecteren element in de richting van de rasterstroken de evenwijdigheid van de stralingsbundel 11 en dus de nauwkeurigheid van de meetinrichting ten goede komen. Dit gaat echter ten koste van de lichtopbrengst.
In de uitvoeringsvorm met de off-axis parabolische spiegel is een dergelijke vervuiling minder hinderlijk voor de nauwkeurigheid omdat vanwege de kleine numerieke apertuur minder aberraties en dus ook minder afwijking in evenwijdigheid zal optreden. De lichtopbrengst is echter een factor vijf lager, maar voor veel toepassingen wel voldoende.
In de uitvoeringsvorm met zowel een elliptisch als een parabolisch cilindrische spiegel wordt bij voorkeur een diafragma aangebracht, waarmee de numerieke apertuur van de elliptisch cilindrische spiegel in de richting van de rasterstro- ken van het schaalverdelingselement kan worden begrensd indien nodig. Een grotere numerieke apertuur levert een hogere lichtopbrengst ten koste van de evenwijdigheid van de stralingsbundel, welke keuze de voorkeur zal genieten bij weinig of geen vervuiling van het spoor of de detector. Een kleinere numerieke apertuur zal een
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
stralingsbundel opleveren waarvan de gedeelten op grotere afstand van de bundel-as nog voldoende evenwijdig zijn, maar gaat ten koste van de lichtopbrengst.
Het gebruik van het diafragma zal vooral van toepassing zijn wanneer de meetinrichting wordt gebruikt in een sterk vervuilende omgeving.
Door tenminste de parabolisch cilindrische spiegel asferisch te maken, kan de evenwijdigheid van de stralingsbundel aan de uiteinden verbeterd worden, zodat het collecterend element een grotere numerieke apertuur mag hebben dan bij de regelmatige grondvorm en dus een hogere lichtopbrengst kan worden verkregen.
Indien ter verhoging van de signaal-ruisverhouding een hogere lichtopbrengst gewenst is, is het mogelijk twee of meer LED's ter belichting van het zelfde spoor achter elkaar te plaatsen in de richting evenwijdig met de richting van de rasterstroken op het schaalverdelingselement. Een andere mogelijkheid om de signaalruisverhouding te vergroten bestaat erin de scanfrequentie van de detector of de LEDstroom variabel te maken.
Een verdere optimalisatie van de meetinrichting volgens de uitvinding bestaat erin de stralingsbron 3 en de detector 5 in te bouwen in een huis 25 waarmee het volledige reflectieve optische stelsel geintegreerd is. Een dergelijk huis kan bijvoorbeeld vervaardigd worden door middel van spuitgieten en daarbij meteen voorzien worden van vensters 27, 29 met de voor de reflecterende elementen gewenste geometrie. Door het op die vensters aanbrengen van een laag van reflecterend materiaal worden vervolgens de gewenste optische, reflectieve componenten verkregen. De optisch transparante plaat 9 kan in dit geval dienen als bodem en afdekplaat van het huis 25. Figuren 5a en 5b tonen enkele uitvoeringsvoorbeelden van een meetinrichting waarvan het optisch stelsel gemtegreerd is met het huis waarin zieh tevens de detector 7 en de stralingsbron 3 bevinden.
Figuur 5a toont het uitvoeringsvoorbeeld volgens het schema van figuur 1, waarbij de straling van de stralingsbron rechtstreeks invalt op het collimerend element 5. Het collimerend element 5 is nu gemtegreerd met het venster 27 van het huis 25.
Figuur 5b toont het uitvoeringsvoorbeeld volgens het schema van figuur 4, waarbij het collimerend element een parabolische cilindrische spiegel is en geïntegreerd is met het venster 27 en waarbij een collecteren element is toegevoegd onder de vorm van een elliptische cilindrische spiegel en gemtegreerd is met het venster 29. Een eventuele vlakke vouwspiegel om de lichtweg tussen de stralingsbron en het schaalverdelingsele-
<Desc/Clms Page number 11>
ment korter te maken kan met een in een van de andere wanden van het huis voorziene venster gemtegreerd worden.
In geval van integratie van het optische stelsel, de stralingsbron en de detector in eenzelfde huis, kan een optimum tussen leesfouten en lichtopbrengst in de uitvoeringsvorm met de elliptisch en parabolisch cilindrische spiegels bereikt worden door het huis 25 te voorzien van een binnenhuis (niet getekend) dat voorzien is van een diafragma waarmee de numerieke apertuur van de elliptisch cilindrische spiegel in de richting van de rasterstroken gereduceerd kan worden. Met een dergelijk binnenhuis kan tevens ongewenst strooilicht ingevangen worden.
Zoals in het Amerikaanse octrooischrift US-A 3, 973, 119 beschreven is, kan de veelvoudige fotocel-detector gebruikt worden als referentieraster door een speciale aansturing van de fotocellen. Om de meetinrichting te calibreren kan naast het incrementele spoor 15 een tweede spoor aangebracht worden op het schaalverdelingselement als calibratiespoor. Beide sporen kunnen dan elk met behulp van een aparte stralingsbundel, al dan niet afkomstig van dezelfde stralingsbron, worden afgebeeld op de detector. Vervolgens worden de metingen afkomstig van beide sporen door een verwerkingseenheid met elkaar vergeleken.
De hierboven beschreven meetinrichting kan geschikt gemaakt worden voor absolute metingen door het tweede, absolute spoor uit te voeren als een pseudorandom spoor of door een of meer steken van het incrementele spoor te markeren. Een absolute meetinrichting waarin een pseudorandom spoor gebruikt wordt als absoluut spoor wordt beschreven in de Europese octrooiaanvrage EP 0 503 716 AI. In de aldaar beschreven absolute meetinrichting bestaat het incrementeel spoor uit rasterstroken, waarbij de breedte van twee opeenvolgende stroken de steek bepaalt. Het absolute spoor bevindt zieh bij voorkeur zo dicht mogelijk naast het incrementele spoor op het schaalverdelingselement en heeft bijvoorbeeld dezelfde optische steek.
Beide sporen kunnen met behulp van dezelfde stralingsbron-optisch stelsel combinatie belicht worden door gebruik te maken van een bundelsplitser die de stralingsbundel verdeelt over de twee sporen of door ervoor te zorgen dat de langwerpige stralingsbundel breed genoeg is om de twee sporen tegelijkertijd te belichten. Een andere mogelijkheid bestaat erin voor elk spoor een aparte meetinrichting te gebruiken. Nog een andere mogelijkheid bestaat erin het incrementele spoor en het absolute spoor te combineren in een enkel samengesteld spoor zoals beschreven wordt in de genoemde Europese octrooiaanvrage.
<Desc/Clms Page number 12>
In dat geval kan volstaan worden met een enkele meetinrichting, al dan niet een meetirnichting waarvan de stralingsbron, de detector en het optische stelsel in eenzelfde huis geintegreerd zijn.
In de inrichting volgens de uitvinding zijn de hoofdelementen, die de stralingsweg en de lengte daarvan vastleggen reflectieve elementen. Deze elementen kunnen eventueel aangevuld worden met refractieve elementen voor het uitvoeren van correcties.
Figuur 6 toont een praktische uitvoeringsvorm van de meetinrichting 1.
De straling van de stralingsbron 3 valt volgens de optische as 4 in op een eerste vlakke vouwspiegel 19 waaraan de straling gereflecteerd wordt naar een tweede vlakke vouwspiegel 20 die de straling verder reflecteert naar het collimerend element 5. Het element 5 heeft de vorm van een off-axis gedeelte van een omwentelingssymmetrische omwentelingsparaboloide. De daardoor gecollimeerde bundel gaat vervolgens naar het schaalverdelingselement (niet getekend) zal reflecteren. Beide vlakke vouwspiegels 19, 20 en de parabolische spiegel zijn met het huis 25 geintegreerd. Het huis 25 is verder voorzien van een veerkrachtig element 31. Aangezien het huis bij voorkeur door middel van spuitgieten vervaardigd is, zal het materiaal van het huis gevoelig zijn voor thermische uitzetting.
Door nu het huis te voorzien van het veerkrachtig element 31 zal de door element 5 gecollimeerde stralingsbundel een zodanige positie behouden dat bij de uitlezing fouten tengevolge van thermische uitzetting worden voorkomen. Door de integratie van de optiek en het elastisch element 31 in een zelfde huis 25 ten behoeve van uitzettingscompensatie wordt een mechanisch en optisch stabiele meetinrichting verkregen.