DE1235605B - Messeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer Teile - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT G02b

DeutscheKl.: 42 d-2/10

Nummer: 1235 605

Aktenzeichen: T 22156IX b/42 d

1235 605 Anmeldetag: 22.Mai 1962

Auslegetag: 2. März 1967

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, von denen eines ein Skalenraster und das andere eine optische Ablesevorrichtung trägt, nach dem Zweiphasenprinzip unter Ausnutzung der durch das Zusammenwirken von Skala und Ablesevorrichtung erzielten Lichtintensitätsmodulation und einer mittels der Ablese vorrichtung bewirkten Trennung der modulierten Lichtstrahlen und deren Intensitätsdifferenzbildung.

Es sind Meßeinrichtungen bekannt, die zwei oder mehr photoelektrische Meßgeräte aufweisen, welche so angeordnet sind, daß sie auf verschiedene Phasenstreifen der Skala ansprechen. Bei bekannten Verfahren werden die Mehrphasensignale, welche den verschiedenen Phasenstreifen der Skala entsprechen, in Analog- oder Digitalwerte von Bruchteilen eines Abstandes der Relativstellungen oder -bewegungen der Skala und der Ablesevorrichtung umgewandelt. Bei einer bekannten Anordnung zur Ablesung derartiger Skalen weist die Ablesevorrichtung ein optisches Gitter auf, welches einem Beugungsgitter ähnlich ist, z. B. ein aus Stäben und Schlitzen bestehendes Gitter. Die Gitterkonstante ist gleich dem Abstand der Skalenteilstriche, und die Linien oder Stäbe liegen in einer Ebene, die parallel zu der der Skala und nahe bei dieser liegt. Die Linien sind jedoch bezüglich der Teilstriche der Skala geneigt, so daß ein »Moire«-Muster hervorgerufen wird. Die photoelektrischen Meßgeräte sind mehrfach empfindlich für die verschiedenen Teile dieses »Moire«-Musters.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung weist die Ablesevorrichtung mehrere gesonderte Gitter auf, von denen jedes eine Gitterkonstante hat, die gleich dem Abstand der Teilstriche der Skala ist. Sie haben jedoch entlang der Skala einen Abstand voneinander, der gleich einer größeren Zahl von Teilstrichabständen plus oder minus einer räumlichen Phasendifferenz von weniger als 360° ist. Eine entsprechende Anzahl von photoelektrischen Meßgeräten sprechen mehrfach auf das die verschiedenen Gitter durchlaufende Licht an.

Diese bekannten Anordnungen haben einmal den Nachteil, daß die Beugungsgitter einen Teil des einfallenden Lichtes behindern; außerdem wird, da die mehrfachen photoelektrischen Meßgeräte auf Licht aus verschiedenen Teilen der Skala ansprechen, ein Fehler in oder auf der Skala, z.B. an bestimmten Stellen vorhandener Schmutz, zu einer Zeit nur ein Meßgerät beeinträchtigen und so einen Ablesefehler hervorrufen. In ähnlicher Weise kann auch eine Meßeinrichtung zur genauen optischen
Bestimmung der Verschiebung zweier relativ
zueinander bewegbarer Teile

Anmelder:

British Aircraft Corporation (Operating) Ltd.,
Stevenage, Hertfordshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:
David George Brake,
Langley, Buckinghamshire;
Derek John Ball,

Maidenhead, Berkshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 23. Mai 1961 (18 632)

ungleiche Ausleuchtung der Skala einen Ablesefehler bewirken.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile vermieden werden und die bei relativ einfachem und kostensparendem Aufbau es gestattet, den gesamten Bereich der Ablesevorrichtung wirksamer auszunutzen und für viele verschiedene Anwendungen geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Meßeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, von denen eines den Skalenraster und das andere eine optische Ablesevorrichtung trägt, nach dem Zweiphasenprinzip unter Ausnutzung der durch das Zusammenwirken von Skala und Ablesevorrichtung erzielten Lichtintensitätsmodulation und einer mittels der Ablesevorrichtung bewirkten Trennung der modulierten Lichtstrahlen und deren Intensitätsdifferenzbildung erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ablesevorrichtung in an sich bekannter Weise aus planparallelen lichtdurchlässigen Plättchen besteht, daß die Plättchen in Gruppen mit jeweils verschiedener optischer Achse angeordnet sind, daß jedes Plättchen eine zur Skala gerichtete lichtdurch-

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lässige ebene Randfiäche und mindestens eine weitere lichtdurchlässige ebene Randfläche zum jeweils zugeordneten lichtempfindlichen Empfänger hin aufweist, daß der gegenseitige Abstand der Plättchen einer Gruppe einem ganzzahligen Vielfachen einer Skalenperiode entspricht und daß zwischen den Plättchen einer Gruppe Plättchen einer oder mehrerer anderer Gruppen angeordnet sind.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß das auf die lichtempfindlichen Empfänger gelenkte Licht im wesentlichen von allen Bereichen der zu beobachtenden Skala stammt; dieses trifft für beide Strahlengänge zu, so daß bei einer Verunreinigung eines Teiles der Skala beide Lichtwege in der gleichen Weise beeinflußt werden und somit die Photozellen gemeinsam mehr oder weniger Licht erhalten. Auf diese Weise werden die Einflüsse von Unregelmäßigkeiten oder Verunreinigungen der Skala ausgeschaltet.

Im Vergleich zu den bekannten Systemen mit Beugungsgittern oder Stab-Schlitz-Gittern, bei denen nur die Hälfte des Bereichs des Empfängers bzw. der Meßeinrichtung wirksam ist, ermöglicht es die Erfindung in vorteilhafter Weise, daß der gesamte Bereich aktiv ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Ablesevorrichtung aus zwei Gruppen trapezförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen, die beide eine gemeinsame, der Skala zugewandte große Grundfläche und durch Seitenvertauschung zwei gegeneinander versetzt angeordnete kleine Grundflächen aufweisen.

Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Ablesevorrichtung aus zwei Gruppen dreieckförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen, die so einander zugeordnet sind, daß jeweils eine der Kathetenflächen beider Gruppen eine der Skala zugewandte lichtdurchlässige Fläche ist und daß die Hypotenusenflächen beider Gruppen senkrecht aufeinander verlaufen.

Eine Ausführungsform, bei der die Skala nicht durchsichtig ist, ist so ausgebildet, daß die Ablesevorrichtung aus zwei Gruppen vieleckförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen besteht, die so einander zugeordnet sind, daß beide Gruppen eine gemeinsame der Skala zugewandte lichtdurchlässige Fläche und eine zweite gemeinsame lichtdurchlässige Fläche aufweisen und daß die beiden Gruppen je eine dritte lichtdurchlässige, gegeneinander versetzt angeordnete Fläche aufweisen, die so angeordnet sind, daß ein durch die gemeinsame lichtdurchlässige Fläche eintretendes Lichtbündel durch die der Skala zugewandten Fläche tritt, von der Skala auf Grund der Winkelbeziehung reflektiert und entsprechend der Aufteilung zu den gegeneinander versetzten, jeweils einer Gruppe zugeordneten lichtdurchlässigen Flächen verläuft.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß mindestens eine Seite jedes Plättchens mit einem undurchsichtigen, reflektierenden Überzug aus einem Material versehen ist, dessen Brechungsindex wesentlich verschieden von dem des Plättchenmaterials ist, und daß jedes Plättchen so geformt ist, daß nicht lichtdurchlässig vorgesehene Begrenzungsflächen des Plättchens das Licht, welches durch eine lichtdurchlässige Fläche eintritt, zur dem lichtempfindlichen Empfänger zugewandten Fläche reflektieren. Außerdem können nicht lichtdurchlässige Abstandsstücke

zwischen einigen oder allen nebeneinanderliegenden Plättchen vorgesehen sein.

Eine weitere Ausführungsform ist so ausgebildet, daß die aneinanderliegenden Flächen der Plättchen senkrecht zur Längserstreckung der Skala angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Ausdehnung der zur Skala gerichteten lichtdurchlässigen Fläche und der Abstand zur nächsten lichtdurchlässigen Fläche gleich der Hälfte eines Skalenxo teiles ist.

Die Skalen derartiger Meßeinrichtungen können lichtreflektierend oder lichtdurchlässig sein. Sie sind gewöhnlich sehr fein durch im wesentlichen im einheitlichen Abstand angeordnete, nichtreflektierende oder relativ undurchlässige Linien oder Streifen unterteilt. Die Skalen sind häufig geradlinig. Die Erfindung wird der Einfachheit halber in Verbindung mit derartigen geradlinigen Skalen beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf kreisförmige oder spiralförmige Skalen anwendbar, welche sich in einem oder mehreren Umläufen über eine Ebene oder zylindrische Oberfläche erstrecken. In * diesen Fällen sind die der Skala zugeordneten Ableseelemente in einer Fläche angeordnet, die ähnlieh der ist, welche die Skala enthält. Durch Betrachtung der linearen Abwicklung derartiger gekrümmter Skalen wird die Anwendung der Erfindung auf sie offensichtlich.

Der Einfachheit halber wird in der folgenden Be-Schreibung der Abstand der Skalenstriche einer Skala mit 360° räumlicher Phasendifferenz angenommen. Angaben über Phase, Phasenstreifen und Phasendifferenz sind in diesem Sinne zu verstehen. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 die Stirnansicht der wesentlichen Teile einer Zweiphasen-Meßeinrichtung und einer durchsichtigen Skala,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Meßeinrichtung und der Skala nach Fig. 1,

F i g. 3 eine gedrehte Draufsicht eines Teiles der Fläche der der Skala zugeordneten AbIesevorrichtung nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausiuhrungsform der Zweiphasen-Meßeinrichtung nach den F i g. 1 und 2,

F i g. 5 den Querschnitt einer Zweiphasen-Meßeinrichtung zur Verwendung mit einer lichtundurchlässigen reflektierenden Skala,
F i g. 6 den Querschnitt einer weiteren Anordnung zur Verwendung mit einer lichtundurchlässigen reflektierenden Skala,

Fig. 7 eine nur die Plättchen zeigende Teilseitenansicht einer weiteren Zweiphasen-Meßeinrichtung zur Verwendung mit einer durchsichtigen Skala,

F i g. 8 eine Stirnansicht einer Ausführungsform einer Zweiphasen-Meßeinrichtung für eine lichtundurchlässige reflektierende Skala,

Fig. 9 eine Stirnansicht einer Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 8,

Fig. 10 eine Seitenansicht eines Teiles der in F i g. 9 dargestellten Abwandlung und

Fig. IIa, IIb und lic Aufstellungen, welche die Beziehung zwischen der Zahl der verschiedenen Phasen der Ablesevorrichtung, der Länge des Wirkungsbereiches der Ablesevorrichtung, der Länge der einzelnen ersten Randflächen (oder der Dicke der Plättchen) und der Länge oder Dicke irgendwelcher

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Zwischenplättchen veranschaulichen, wobei die Lan- äußeren Lichtübertragungskanäle weisen in diesem gen in Werten des Skalenteilstrichabstandes an- Fall kleine Luftspalte zwischen den Randflächen 20 b gegeben und entsprechende Seitenansichten der und 21 b und Mittel 26 und 27 zur Feststellung einer Skaleneinteilungen und Plättchen schematisch dar- Lichtintensität auf. Die Mittel 26 und 27 brauchen gestellt sind. 5 nur aus visuell beobachtbaren durchscheinenden

Nach den F i g. 1 und 2 arbeitet die dargestellte Schirmen zu bestehen; vorzugsweise sind sie jedoch Zweiphasen-Meßeinrichtung mit einer ebenen, licht- fotoempfindliche Einrichtungen, wie mit Galvanodurchlässigen Skala 22 zusammen, welche licht- metern verbundene fotoelektrische Zellen, undurchlässige Teilstriche 23 trägt. Die Teilstriche Die Lichtstrahlen verlaufen gebündelt oder nicht haben einen einheitlichen Abstand und sind durch io gebündelt in der durch die Pfeile angedeuteten Weise durchscheinende oder durchsichtige Streifen 24 von- in der Vorrichtung. Das Licht wird von einer geeinander getrennt. Die Skala 22 kann an einem be- eigneten Lichtquelle auf die Skala 22 geworfen und weglichen Teil einer Maschine, z. B. einem Werk- tritt durch die durchsichtigen Streifen zwischen den zeugmaschinenschlitten oder Drehsupport, befestigt undurchsichtigen Teilstrichen 23 der Skala hindurch, sein, damit sie relativ zu einer an einem festen Teil 15 Der Hauptteil des einfallenden Lichtes tritt durch der Maschine angebrachten Ablesevorrichtung 25 die ersten Randflächen 20 a und 21a der beiden eine translatorische Bewegung ausführen kann. Die Plättchengruppen hindurch auf die zweiten Rand-Ablesevorrichtung 25 besteht aus zwei Gruppen von flächen 20 έ und 21 b. Die Intensität der so zu den je sieben Plättchen 20 bzw. 21. Jedes dieser Plätt- betreffenden Randflächen gelangenden Lichtstrahlen chen besteht aus einem durchsichtigen Material, wie 20 ist in Abhängigkeit von der Lage der jeweiligen z. B. Glas, oder vorzugsweise einem relativ elastischen Randflächen 20 α und 21a relativ zu den Teilstrichen thermoplastischen oder thermostatoplastischen durch- 23 moduliert. Wenn die Randflächen 20 α der Plättsichtigen Kunstharz. Die Dicke jedes der Plättchen chengruppe 20 sich einheitlich relativ zu der Skala 20 und 21 ist halb so groß wie der Teilstrichabstand, um einen Teilstrichabstand oder um 360° bezüglich oder sie beträgt mit anderen Worten 180°, bezogen 25 der Skala bewegen, ändert sich die Intensität der auf die räumliche Periode der Teilstriche 23. Die aus der Randfläche 20 b tretenden Lichtstrahlen von Plättchen der beiden Gruppen sind abwechselnd einem Maximum über ein Minimum zu einem nebeneinander angeordnet und berühren einander; Maximum. In gleicher Weise ändert sich die Intensie sind jedoch optisch voneinander isoliert, was z. B. sität der aus den Randflächen 21 & tretenden Lichtdurch lichtundurchlässige und vorzugsweise licht- 30 strahlen, jedoch mit einer räumlichen Phasenreflektierende Überzüge auf den Seitenflächen ge- Versetzung (bezogen auf die Skala) von 180°. Die schehen kann, z. B. durch dünne Metallschichten durch das Mittel 26 festgestellte Lichtintensität führt aus Silber od. dgl. oder durch durchsichtige Über- daher für jede Relatiwerschiebung der Ablesezüge aus einem Material mit einem von dem vorrichtung 25 und der Skala 22 um einen vollen des Plättchenmaterials beträchtlich verschiedenen 35 Teilstrichabstand, d. h. um eine räumliche Phase von Brechungsindex. 0 bis 360° einen vollständigen Wechselzyklus von

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, haben die Plättchen einem Maximum zu einem Minimum und zurück zu 20 und 21 Trapezform; sie sind vorzugsweise bezüg- einem Maximum aus. Entsprechend nimmt die von lieh ihrer Form und Abmessungen identisch. Die dem Mittel 27 festgestellte Lichtintensität im Ver-Plättchen 21 sind bezüglich der Plättchen 20 um- 40 lauf einer Relatiwerschiebung von 180 bis 540° von gekehrt.Die Plättchen 20 besitzen je eine erste ebene einem Maximum zu einem Minimum ab und nimmt lichtdurchlässige Randfläche 20 a und eine zweite wieder zu einem Maximum zu. Durch Abzählen der lichtdurchlässige Randfläche 20 δ. In gleicher Weise Anzahl von Zunahme- und Abnahmezyklen des auf besitzen die Plättchen 21 erste und zweite lichtdurch- jedes der Mittel 26 und 27 fallenden Lichtes kann lässige Randflächen 21a bzw. 216. Der Rest des 45 die Gesamtanzahl von Teilstrichabständen, um welche Randes, die Seiten 20 c und 21c der Plättchen, sind sich die Skala 22 und die Ablesevorrichtung 25 relaeben und bezüglich der Normalen der ersten Rand- tiv zueinander bewegt haben, gemessen werden; soflächen 20 a bzw. 21a geneigt, so daß in die Rand- mit ist eine erste Annäherung an den Betrag der flächen 20 a und 21a im wesentlichen normal zu Relativbewegung gegeben. Durch Messung der Diffeihnen eintretendes Licht von der Skala 22 innen 50 renzen von auf die Mittel 26 und 27 fallenden Lichttotalreflektiert wird, um teilweise auf die zweiten Intensitäten kann eine wesentlich genauere Messung Randflächen 20 b und 21b und teilweise auf die des Betrages der Relativbewegung der Ableseflachen Seiten 20d und lld zu fallen. Die beiden vorrichtung 25 und der Skala 22 erhalten werden. Seiten 20d und 21a" sind derart bezüglich der Nor- Bei der schematisch in Fig. 4 dargestellten Anmalen der ersten Randflächen 20 a und 21a geneigt, 55 Ordnung haben die Plättchen die Form eines geringclaß das innen an den Seiten 20 c und 21c reflelc- fügig abgestumpften rechtwinkligen dreieckförmigen tierte und auf sie (die Seiten 20 a* und 21a*) auf- Prismas. Die Ablesevorrichtung besteht wieder aus treffende Licht zu den zweiten Randflächen 20 b und zwei Gruppen von Plättchen 28 und 29, die abwech-Ilb innen totalreflektiert wird. Die Seiten 20c, 20df, selnd und zueinander seitenverkehrt angeordnet sind. lic und 21 d können so ausgebildet sein, daß sie 60 In jedem Plättchen besteht die zweite Randfläche äas Licht innen reflektieren, aber auch mit licht- 28 & oder 29 & aus einem ebenen Randbereich, der indurchlässigen und vorzugsweise lichtreflektieren- senkrecht auf der ebenen ersten Randfläche 30 steht. :en Überzügen versehen sein. Diese Überzüge kön- Der Hauptteil des übrigen Randes ist eine ebene ien auch zusätzlich zu der reflektierenden Aus- Oberfläche 28 c oder 29 c, welche um 45° gegenüber Mldung der Seiten angebracht werden. Wie in den 65 der ersten bzw. zweiten Randfläche geneigt ist. F i g. 1 und 2 dargestellt ist, sind den zweiten Rand- Bei dieser Anordnung sind die Mittel 31 und 32 dachen 20 b und 21 b jeweils getrennte äußere Licht- zur Feststellung einer Lichtintensität auf gegenüberibertragungskanäle zugeordnet. Diese getrennten liegenden Seiten der Ablesevorrichtung angeordnet,

um das Licht von der ersten Plättchengruppe 28 bzw. von der zweiten Plättchengruppe 29 zu empfangen. Im übrigen ist die Anordnung nach der F i g. 4 den in den F i g. 1, 2 und 3 beschriebenen ähnlich.

Aus einer nicht dargestellten Lichtquelle stammendes gebündeltes Licht tritt durch die Skala 33 hindurch in die ersten Randflächen 30 der beiden Plättchengruppen. Das eingetretene Licht wird innen an den ebenen Randflächen 28 c und 29 c totalreflektiert und fällt durch die zweiten Randflächen 28 & und 29 b hindurch auf die Mittel 31 und 32.

Bei der in Fig.5 dargestellten Anordnung wird eine lichtundurchlässige reflektierende Skala 34 verwendet. In diesem Fall nehmen die Plättchen die Form von einspringenden fünfeckigen Prismen an, damit eine dritte Randfläche zur Beleuchtung der Skala 34 geschaffen wird und damit die Mittel 35 und 36 zur Messung einer Lichtintensität in zweckmäßiger Weise getrennt werden. In diesem Fall sind die Plättchen 37 und 38 nicht identisch.

Jedes der Plättchen 37 und 38 besitzt eine erste Randfiache 39, eine sich von der Randfläche unter einem ziemlich kleinen Winkel bezüglich der Normalen wegerstreckende Randseite 40 und eine dritte Randfläche 41, deren Normale einen kleinen Winkel mit der Normalen der Randflache 39 einschließt. Bezüglich dieser Maße sind die Plättchen 37 und 38 der beiden Gruppen identisch. Die Plättchen 37 haben jedoch einen ebenen Randseitenbereich 42, welcher an dem seitlichen Ende der dritten Randfläche 41 einen einspringenden Winkel bildet. Der Seitenbereich 42 schließt einen solchen Winkel mit der ersten Randfläche 39 und der Skala 34 ein, daß das durch die dritte Randfläche 41 eingetretenes und von einem Teil der Skala 34 reflektiertes und schließlich auf den Bereich 42 auffalendes Licht innen total auf die zweite Randfläche 35 reflektiert wird, die außerdem direkt von anderen Teilen der Skala 34 durch die erste Randfläche 39 reflektiertes Licht empfängt, was in F i g. 5 durch Pfeile angedeutet ist. Entsprechend hat jedes Plättchen 38 einen ebenen Randseitenbereich 43, der einen solchen Winkel mit der ersten Randflache 39 einschließt, daß das auf einen Teil der Skala 34 von der dritten Randfläche 41 aus einfallende, von der Skala reflektierte und auf den Bereich 43 fallende Licht innen total auf die zweite Randfläche 38 a reflektiert wird. Auf den anderen Teil der Skala 34 von der Randfläche 41 her fallendes Licht wird direkt zu der zweiten Randfläche 38 a reflektiert.

Bei der in F i g. 6 schematisch dargestellten Anordnung, bei der eine lichtundurchlässige reflektierende Skala 44 verwendet wird, hat jedes Plättchen wieder drei Randflächen; die zweiten Randflächen 45 a der von den Plättchen 45 gebildeten einen Gruppe sind jedoch bezüglich der zweiten Randflächen 46 a der von den Plättchen 46 gebildeten anderen Gruppe geneigt, so daß das aus den Plättchen der beiden Gruppen austretende Licht an den Randflächen 45 a und 46 a in verschiedener Weise gebrochen wird, um in getrennte Mittel 66 und 67 zur Feststellung der Lichtintensität einzutreten.

In dem in F i g. 6 veranschaulichten Fall dient eine Kondensorlinse 48 dazu, das Licht von allen zweiten Randflächen 45 a und 46 a zu sammeln und auf die Mittel 66 bzw. 67 zur Lichtintensitätsbestim-

mung zu richten. Die Lichtwege sind in F i g. 5 wieder durch Pfeile dargestellt.

In F i g. 7 ist eine weitere Möglichkeit der Trennung des Lichtes aus den zweiten Randflächen der beiden Plättchengruppen einer Zweiphasen-Ablesevorrichtung veranschaulicht. In diesem Fall sind die zweiten Randflächen der Plättchen eben. Die Randflächen 49 & der Plättchen 49 der einen Phase sind bezüglich der Mittelebenen der Plättchen in einem

ίο Sinne geneigt, während die Randflächen 50 b der Plättchen 50 bezüglich der Mittelebenen der Plättchen im entgegengesetzten Sinne geneigt sind, so daß das aus den beiden Plättchengruppen austretende Licht in entgegengesetzten Richtungen auf getrennte äußere Wege gelenkt wird.

Bei der in den F i g. 9 und 10 schematisch dargestellten Anordnung sind die Plättchen ziemlich ähnlich denen in F i g. 5 geformt. In diesen Fällen ist jedoch jedes Plättchen mit einer Verlängerung 51

ao der gleichen Stärke wie das Plättchen selbst versehen. Diese Verlängerungen 51 sind vorzugsweise ein Teil der Plättchen und dienen als »Lichtleiter«, die das Licht durch innere Totalreflexion an ihren Berandungen führen. Somit wird die Übertragung des Lichtes

_a5 von einem zum anderen Ende gewährleistet. Die zweiten Randflächen der Plättchen befinden sich also tatsächlich an dem freien Ende der Verlängerungen. Die Verlängerungen 51 jeder Plättchengruppe sind sehr dünn und bestehen vorzugsweise aus elastischem Material. Sie können also leicht gebogen und gruppenweise zu Bündeln zusammengefaßt werden. Das der einen Gruppe oder Phase entsprechende Bündel wirkt mit einem Mittel 52 zur Bestimmung der Lichtintensität, das der anderen Gruppe entsprechende Bündel mit einem weiteren Mittel 53 zur Bestimmung der Lichtintensität zusammen (Fig. 9 und 10). Alternativ kann nach F i g. 8 eine einfache Mattscheibe oder ein ähnlicher durchscheiender Schirm 65 mit allen Plättchenbündein zusammenarbeiten.

Alle in Verbindung mit den Fig. 1 bis 10 beschriebenen Anordnungen sind Zweiphasenanordnungen. Durch Verwendung mehrerer Gruppen von abwechselnd aufeinandergelegten Plättchen können jedoch zahlreiche Anordnungen mit anderen Phasenzahlen und verschiedenen Phasenfolgen verwirklicht werden. Die Fig. IIa, IIb und lic enthalten Aufstellungen, welche eine Anzahl derartiger möglicher Anordnungen wiedergeben.

In der Spalte η der Fig. 11a, IIb und lic ist die Phasenzahl angegeben, d. h., die Anzahl verwendeter Plättchengruppen. Die Spalte R gibt die minimale Länge des Plättchenstapels der Ablesevorrichtung in Werten des Teilstrichabstandes P der Teilstriche der Skala an. Diese minimale Länge des Plättchenstapels kann natürlich um irgendein ganzzahliges Vielfaches gesteigert werden. Die Spalte / gibt die Länge der ersten Randflächen oder die Stärke der Plättchen in Werten des Abstandes P der Skalenteilstriche wieder. In einigen Fällen ist es erwünscht, daß lichtundurchlässige Zwischenplättchen oder solche, die kein Licht übertragen, zwischen benachbarte Plättchen gelegt werden. Die Spalte S gibt die Länge oder Stärke derartiger Zwischenplättchen wieder. Die rechte Spalte veranschaulicht schematisch die Anordnung der Plättchen, Zwischenplättchen und der Skala. Die Phasen der betreffenden Gruppen von Plättchen sind mit den Zahlen 2, 3 usw. bezeichnet.

Claims (9)

1 Damit ist die Bedeutung der Aufstellung der Fig. IIa, IIb und lic klargestellt. Wenn der Teilstrichabstand der Skala extrem klein ist und auch in anderen Fällen kann es unzweckmäßig sein, jedem Plättchen eine Stärke zu geben, die gleich oder vergleichbar mit dem Teilstrichabstand ist. In diesem Fall kann jedes Plättchen eine Dicke haben, die gleich oder vergleichbar mit einem ganzzahligen Vielfachen des Teilstrichabstandes der Skala ist. Die ersten lichtübertragenden Randflächen jedes Plättchens können dann ein aus Stäben und Schlitzen bestehendes oder ähnliches Gitter sein. Im Fall einer Vielphasen-Ablesevorrichtung können die einzelnen Plättchen mehrere Teilstrichabstände der Skala überdecken; die Stäbe und Schütze irgendeines Plättchens unterscheiden sich im Abstand von denen eines anderen Plättchens um ein ganzzahliges Vielfaches des Teilstrichabstandes plus oder minus der räumlichen Phasenverschiebung, welche der Anzahl zu verwendender Phasen entspricht. ao Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, von denen eines ein Skalenraster und das andere eine optische Ablesevorrichtung trägt, nach dem Zweiphasenprinzip unter Ausnutzung der durch das Zusammenwirken von Skala und Ablesevorrichtung erzielten Lichtintensitätsmodulation und einer mittels der Ablesevorrichtung bewirkten Trennung der modulierten Lichtstrahlen und deren Intensitätsdifferenzbildung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung in an sich bekannter Weise aus planparallelen lichtdurchlässigen Plättchen (20, 21) besteht, daß die Plättchen in Gruppen (20 und 21) mit jeweils verschiedener optischer Achse angeordnet sind, daß jedes Plättchen eine zur Skala (22, 33, 34, 44) gerichtete lichtdurchlässige ebene Randfläche (20 a, 21«, 30, 39) und mindestens eine weitere lichtdurchlässige ebene Randfläche (206, 216, 286, 296, 37α, 38α, 45a, 46a) zum jeweils zugeordneten lichtempfindliehen Empfänger hin aufweist, daß der gegenseitige Abstand der Plättchen einer Gruppe einem ganzzahligen Vielfachen einer Skalenperiode entspricht und daß zwischen den Plättchen einer Gruppe Plättchen einer oder mehrerer anderer Gruppen angeordnet sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung aus zwei Gruppen trapezförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen (20, 21) besteht, die beide eine gemeinsame, der Skala (22) zugewandte große Grundfläche (20 a, 21a) und durch Seitenvertauschung zwei gegeneinander versetzt angeordnete kleine Grundflächen (206,216) bilden.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung aus

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zwei Gruppen gleicher, dreieckförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen (28, 29) besteht, die so einander zugeordnet sind, daß jeweils eine der Kathetenflächen beider Gruppen eine der Skala (33) zugewandte üchtdurchlässige Fläche (30) ist und daß die Hypotenusenflächen (28 c, 29 c) beider Gruppen senkrecht aufeinander verlaufen.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung aus zwei Gruppen vieleckförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen (37, 38) besteht, die so einander zugeordnet sind, daß beide Gruppen eine gemeinsame der Skala (34) zugewandte lichtdurchlässige Fläche (39) und eine zweite gemeinsame lichtdurchlässige Fläche (41) bilden und daß die beiden Gruppen je eine dritte lichdurchlässige, gegeneinander versetzt angeordnete Fläche (37 a, 38 a) aufweisen, die so angeordnet sind, daß ein durch die gemeinsame lichtdurchlässige Fläche (41) eintretendes Lichtbündel durch die der Skala (34) zugewandte Fläche (39) tritt, von der Skala (34) auf Grund der Winkelbeziehung reflektiert und entsprechend der Aufteilung zu den gegeneinander versetzten, jeweils einer Gruppe zugeordneten lichtdurchlässigen Flächen (37 a, 38 a) verläuft.

5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite jedes Plättchens mit einem undurchsichtigen, reflektierenden Überzug aus einem Material versehen ist, dessen Brechungsindex wesentlich verschieden von dem des Plättchenmaterials ist.

6. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Plättchen so geformt ist, daß nicht lichtdurchlässig vorgesehene Begrenzungsflächen des Plättchens das Licht, welches durch eine lichtdurchlässige Fläche eintritt, zur dem lichtempfindlichen Empfänger zugewandten Fläche reflektieren.

7. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nicht lichtdurchlässige Abstandsstücke zwischen einigen oder allen nebeneinanderliegenden Plättchen vorgesehen sind.

8. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Flächen der Plättchen senkrecht zur Längserstreckung der Skala angeordnet sind.

9. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der zur Skala gerichteten lichtdurchlässigen Fläche und der Abstand zur nächsten lichtdurchlässigen Fläche gleich der Hälfte eines Skalenteiles ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 662 681, 1136 834; deutsche Patentanmeldung M5291IX/42d (bekanntgemacht am 26.2.1953);
britische Patentschriften Nr. 558501, 782 831.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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