DE1448504A1 - Fotoelektrische Einrichtung zur Messung von Laengen - Google Patents

Description

• Fotoelektrische Einrichtung zur Messung von Längen Es sind fotoelektrische Einrchtungen zur Messung von Langen bekannt, bei denen ein optisches Beugungsgitter als Maßstab und eine entsprechende Gitterstrichplatte zu dessen Abtastung verwendet wird. Gittermaßstab und Gitterstrichplatte werden von einem Lichtbündel durchsetzt, welches entsprechend der relativen 3tellung der beiden Teile mehr oder weniger abgeschattet wird. Man war selbstverständlich auch bisher schon bestrebt, das Verhältnis von Maximalwert zu Minimalwert des durchgelassenen Lichtstromes mUglichst hoch zu treiben. In der Praxis sind diesem Ziel jedoch Grenzen gesetzt.
• Eine den geometrischen Abmessungen der absorbierenden und transparenten Striche der Gitterteilungen genau entsprechende Abschattung Wurde sich nämlich nur dann ergeben, wenn sich die Gitterstrichplatte in zu in derselben Ebene befände wie der Gittermaßstab. Da ein unmittelbares Aufeinandergleiten wegen der zu erwartenden Beschädigung der Gitterstriche nicht in Frage kommt; hat man bereits zwischen Maßstab und Strichplatte ein optisch abbildenles System zwischengeschaltet, welches den-Maßstab genau in die Ebene der Strichplatte abbilden sollte. Man erzielte hiermit bei Gittern mit relativ großer Gitterkonstante gute Erfolge, jedoch ist das Verfahren bei Gittern mit kleinerer Gitterkonstante, z.B. 10 Am und darunter, schwer anzuwenden, da die Abbildungsoptik hierzu eine sehr große Oeffnung besitzen muß, was andere Nachteile, wie geringe Schärfentiefe, mit sich bringt, Außerdem gelingt es schwer, einen befriedigenden Kontrast bei derart feinen Gittern zu erzielen.
• Man hat deshalb bereits vorgeschlagen, die Gitterstrichplatte in möglichst geringem Abstand (z.B. 5 Am, siehe deutsches Gebrauchsmuster 1 835 607) am Gittermaßstab vorbeizubewegen. Die genaue Einhaltung dieses Abstandes -ist zwar möglich, erfordert jedoch große Sorgfalt, zumal schon geringfügige Abstandserh5hungen in diesem Entfernungsbereich eine fühlbare Verschlechterung des Kontrastes nach sich ziehen.
• Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß ein wesentlich verbesserter Kontrast, der nicht kritisch von der genauen Einhaltung des Abstandes abhängt, dadurch erzielt wird, daß der Abstand zwischen Gittermaßstab k#a2 und Gitterstirchplatte gleich gewählt wird, wobe # k eine positive ganze Zahl, a die Gitterkonstante und Ä der spektrale Empfindlichkeitsschwerpunkt der gesamten fotoelektrischen Einrichtung ist. Dieser Schwerpunkt hängt ab von den spektralen Verteilungen sowohl der Emission der Lampe, als auch der Durchlässigkeit der verschiedenen im Strahlengang befindlichen Gläser und ggfs. Filter, wie auch der Empfindlichkeit der fotoeleX-trischen Bauelemente. Er ist leicht experimentell oder rechnerisch zu ermitteln.
• Die besten Ergebnisse erzielt man dabei, wenn k klein ist, z.B. k = 1. So ergibt sich bei einem Gitter mit der Gitterkonstante 10 µm und einem spektralen Empfindlichkeitsschwerpunkt der ganzen Anordnung bei ca. 1,1 µm ein gEn-100 stigster Abstand von µm, das sin ca. 90 µm. Die 1,1 genaue Einhaltung dieses Abstandes ist jedoch nicht kritisch. Gute Ergebnisse werden bei dem angeführten Beispiel in dem ganzen Bereich zwischen 80 und 100 µm erzielt.
• Abgesehen davon, daß sich diese Toleranz ohne große Schwierigkeit einhalten läßt, hat diese Anordnung auch noch den Vorteil, daß der relativ große Abstand zwischen Maßstab und Strichplatte eine erhöhte Sicherheit gegen Verschleiß der Teilungen durch Staub- und Schmutzparkikel bedeutet.
• Bei der üblichen Ausbildung der Gitter, bei denen die absorbierenden Bereiche etwa die gleiche Breite haben wie die transparenten Bereiche, ergibt sich in Abhängigkeit von der Verschiebung der Abtaststrichplatte gegen den Gittermaßstab in Teilungsrichtung ein Lichtstromverlauf, der aus scharf ausgeprägten schmalen Spitzen und verhältnismäßig breiten Bereichen geringen Lichtstromes besteht.
• Für manche Zwecke ist es jedoch erwilzischt, daß der Lichtstromverlauf wenigstens angenähert einer Sinus- bzw.
• Sinus2-Kurve gleicht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann deshalb zu diesem Zweck das Verhältnis der Breite eines absorbierenden zu der Breite eines transparenten Striches des Gittermaßstabes merklich kleiner als 1:1 sein. Uberraschenderweise wächst dabei der Restlichtstrom in der Stellung größtmöglicher Abschattung nieht in dem Maße an, wie dies nach der Verbreiterung der transparenten Bereiche zu erwarten wäre. Dafür steigt aber der Höchstwert der Lichtstromkurve in nahezu demselben Verhältnis an. Wesentlich aber ist, daß eine starke Annäherung der Signalkurve an eine Sinus 2-Kurve erreicht wird.
• Das Ergebnis steht im Gegensatz zu der an sich naheliegenderen Annahme, daß eine Verbesserung der Signalkurve durch eine Vergroßerung,des Verhältnisses der Breite eines absorbierenden zu der Breite eines transpareten Stridhes des Gittermaßstabes wegen des dann zu erwartenden hSheren Kontrastes zu vermuten wäre.
• In einem praktisch ausgeführten Beispiel gemäß der Erfindung ergab sich eine einer Sinus2-Kurve sehr gut angenäherte Signalkurve dadurch, daß das Verhältnis der Breite eines absorbierenden zu der Breite eines transparenten Striches des Gittermaßstabes gleich3:7 war, während das entsprechende Verhältnis der zugehörigen Abtaststrichplatte 1:1 war.
• In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, während Fig. 2 und 3 Signalkurven darstellen. Der Maßstab 1 ist ein Gittermaßstab, der auf einem transpare@ten Träger, z.B. Glas, absorbierende Striche, z. B. in Form von Metallbelegungen, aufweist. In der Zeichnung sind die absorbierenden Bereiche dunkler als die lichtiurchlässigen Bereiche gezeichnet.
• Die Abtaststrichplatte 2 ist ebenfalls ein Absorptionsgitter. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat sowohl der Gittermaßstab 1 wie auch die Abtaststrichplatte 2 eine Gitterkonstante von 10 Am. Bei dem gezeigten Äusführungsbeispiel ist angenommen, daß der spektrale Empfindlichkeitsschwerpunkt, der durch die spektralen Verteilungen der emission der Lampe 3, der Durchlässigkeit der Kollimatorlinsen 4 und 5 und der Trägergläser 6 und7 sowie der Empfindlichkeit des fotoelektronischen Bauelementes, z. B. der Fotodiode 8 gegeben ist, bei 1,1 Am liegt. Deshalb beträgt der Abstand zwischen Gittermaßstab und Abtastplatte 2 in diesem Fall 90 Am. In diesem Abstand bewegt sich die Abtaatstrichplatte 2 an dem Gittermaßstab 1 vorbei. Bei dem gezeichneten Größenverhältnis der absorbierenden und transparenten Bereiche, nämlich 3 Rm/7 Am des Gittermaßstabes 1 bzw. 5 Am/5 Am der Abtaststrichplatte 2 ergibt sich in Abhängigkeit von der Verschiebung s der Abtaststrichplatte 2 gegenüber dem Maßstab 1 eine annähernd sinus2-formige Signalkurve (Fig. 2). Das Verhältnis von Maximal- zu Minimalwert dieser Kurve ist nicht viel ungünstiger als das -der Kurve nach Fig. 3, welche entsteht, wenn bei sonst gleicher Anordnung das Verhältnis der absorbierenden und transparenten Bereiche auf dem Gittermaßstab 1 5 Am zu 5 A m beträgt. Für gewisse Arten der Auswertung ist jedoch eine mehr sinusförmige Signalkurve ähnlich der Fig. 2 vorzuziehen.

Claims (3)

1. ANSPRUCHE 1.) Fotoelektrische Einrichtung zum Messen von Langen mittels eines aus einem optischen Beugungsgitter bestehenden Maßstabes und einer entsprechenden Gitterstrichplatte, welche sich in geringem Abstand am Gittermaßstab vorbeibewegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen GittermaB-2 stab (1) und Gitterstrichplatte (2) beträgt1 wobei k eine positive ganze Zahl, a die Gitterkonstante und Ä der spektrale Empfindlichkeitsschwerpunkt der gesamten fotoelektrischen Einrichtung ist.
2. 2.) Fotoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k = 1.
3. 3.) Fotoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verh"altnis der Breite eines absorbierenden zu der Breite eines transparenten Striches des Gittermaßstabes merklich kleiner als 1:1 ist.