DE1623672B1 - Beleuchtungseinrichtung für eine lichtelektrische Abtasteinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung tion der Entfernung von der durchleuchteten Teilung

für eine lichtelektrische Abtastvorrichtung zum An- meßbaren Modulationskontrastes für eine Beleuch-

zeigen der Relativbewegung von zwei in Teilung tungseinrichtung nach der bisher bekannten Art und

und/oder Orientierung nur geringfügige Unterschiede für eine Beleuchtungseinrichtung nach der Erfindung,

aufweisenden, durchleuchteten und in Richtung der 5 F i g. 3 eine schematische Darstellung der Hellig-

Lichtstrahlen hintereinanderliegenden und parallel zu- keitswerte der Abbildung zweier nebeneinanderliegen-

einander angeordnete Gitterstriche aufweisenden der Felder eines Beugungsgitters und deren gegensei-

Strichgitter, mit Hufe der Ausbildung von Moire-Strei- tige Beeinflussung und

fen. Fig. 4 einen stark vergrößerten Teil einer Drauf-

Es ist bekannt, zum Messen linearer Verschiebungen io sieht auf einen Beleuchtungsspalt nach der Erfindung, zweier relativ zueinander beweglicher Bauteile zwei Die in F i g. 1 "schematisch gezeigte Einrichtung zum Maßstäbe mit ungleichen oder gleichen, aber gegen- Beleuchten von gegeneinander beweglichen Stricheinander schräggestellten Teilungen zu verwenden. Die gittern und zur Auswertung des beim Durchleuchten erreichte Meßgenauigkeit ist dabei um so größer, je der Strichgitter entstehenden Moire-Bildes enthält geringer der Unterschied der Teilungen bzw. die schräge 15 einen an eine nicht gezeigte Stromquelle anschließ-Orientierung der Teilungen zueinander ist. Für Prä- baren Glühdraht 11, der in bekannter Weise in einer zisionsmeßgeräte werden übereinander angeordnete, (nicht gezeigten) mit Schutzgas gefüllten oder evakuierauf transparenten Unterlagen aufgebrachte Teilungen ten Hülle eingebaut ist, einen aus mehreren Linsen zuverwendet, die von einer Lichtquelle her beleuchtet sammengesetzten Kondensor 12, eine Blende 13 mit werden und auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden zo einem in der Zeichnungsebene liegenden Spalt 14 und Seite Moire-Bilder bilden, die mit photoelektrischen ein ebenfalls mehrere Linsen enthaltendes Objektiv 15. Mitteln ausgewertet werden können. Diese Anord- Weiter ist eine ortsfeste, mit einem Strichgitter 16 ver- * nungen sind nicht auf geradlinige Maßstäbe beschränkt, sehene Glasplatte 17 und auf der dem Strichgitter 16 f sondern werden auch als Kreisteilungen für die Mes- gegenüberhegenden Seite der Glasplatte 17 eine Photosung von Drehwinkeln verwendet. 25 zelle 18 vorgesehen. Die Photozelle besitzt zwei An-

Wie oben bereits ausgeführt, kann die Genauigkeit schlußklemmen 23, 24, von denen das Photozellender Messung gesteigert werden, wenn der Unterschied signal an einen (nicht gezeigten) Verstärker oder ein zwischen den Teilungen" geringer wird. Daher führte anderes elektronisches Auswertegerät geleitet wird, besonders bei lichtelektrischen Abtastvorrichtungen Über dem Strichgitter 16 ist eine kreisrunde Glasjede Forderung nach erhöhter Präzision der Messung 30 platte 19 mit einem dem Strichgitter 16 zugekehrten zu einer Erhöhung der Anzahl der Teilstriche pro Strichgitter 20 angeordnet. Die kreisrunde Glas-Länge oder Bogeneinheit. Diesem Vorgehen sind je- platte 19 ist um eine zur optischen Achse 21 parallele doch Grenzen gesetzt. Wenn nämlich die Periode der (nicht gezeigte) Achse drehbar. Diese Achse ist so weit Teilung in die Größenordnung der Teilung von Beu- aus der Zeichnungsebene verschoben, daß nur der mit gungsgittern kommt, treten Lichtbeugungserschei- 35 dem Strichgitter 20 versehend Rand der kreisrunden nungen auf, die den Hell-Dunkel-Kontrast der Moire- Glasplatte 19 über dem Strichgitter 16 der Platte 17 Streifen schwächen, was die Genauigkeit des Ablesens bewegbar ist. Der Glühdraht 11 und der Kondensor 12 und insbesondere die Auswertung mit lichtelektrischen und die Blende 13 sind so zueinander angeordnet, daß Mitteln nachteilig beeinflußt. der Kondensor den Glühdraht auf dem in der gleichen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Be- 40 Richtung hegenden Spalt 14 der Blende abbildet. Die

leuchtungseinrichtung zu schaffen, mit der die Ge- Blende 13 und das Objektiv 15 sind so zueinander abge-

nauigkeit der Abtastung über die Steigerung des Modu- stimmt, daß das Objektiv den beleuchteten Spalt 14

lationskontrastes der Moire-Streifen erhöht werden im Unendlichen abbildet, d. h., daß ein dem Spalt ent-

kann. sprechendes paralleles Lichtbündel durch die beiden |

Zur Lösung wird bei einer Beleuchtungseinrichtung 45 Gitter 20 und 16 hindurchläuft und auf die Photo-

der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorge- zelle 18 auftrifft. Dabei müssen der Glühdraht 11 und

schlagen, daß die Leuchtfiäche der Lichtquelle zwei der Spalt 14 und die Gitterstriche der Strichgitter 20

ungleich lange Symmetrieachsen besitzt und die längere und 16 im Gegensatz zur Darstellung in Fig. 1, wo

dieser Achsen mindestens angenähert parallel zu den der Glühdraht und der Spalt der besseren zeichneri-

Gitterstrichen der Strichgitter liegt und die Leucht- 50 sehen Darstellung wegen in Teilungsrichtung liegen,

dichte der Leuchtfläche von der längeren Achse nach d. h. gegen die Richtung der Gitterstriche um 90° ge-

beiden Seiten hin abnimmt. dreht sind, in der gleichen Richtung verlaufen. Zum

Auf diese Weise ist es möglich, die gegenphasigen Erreichen einer optimalen Beleuchtung der Photo-Nebenmaxima der einzelnen, durch die Teilungen ver- zelle 18 sind der Abstand zwischen dem Kondensor 12 laufenden Lichtbündel zu unterdrücken, wodurch ein 55 und dem Objektiv 15 und der Photozelle 18 so gewesentlich verbesserter Modulationskontrast zwischen wählt, daß das Objektiv den Ausgang des Kondensors den einzelnen Moire-Streifen erreicht werden kann, auf der Photozelle abbildet,

was besonders wichtig ist, wenn mehrere nebenein- Für die im folgenden zu beschreibenden Messungen

ander angeordnete, verhältnismäßig schmale Photo- wurde ein Objektiv mit einer Brennweite von 50,8 mm

zellen zur Messung einzelner Moire-Streifen verwendet 60 und Gitter mit einer Teilung, deren Periode 10 Mikron

werden. betrug, und eine Photozelle, deren Oberfläche mit Aus-

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung und an nähme eines parallel zur Richtung der Gitterstriche

einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der verlaufenden lmm weiten Schlitzes abgedeckt war,

Zeichnung zeigt verwendet.

F i g. 1 das Prinzipschema einer optischen Einrich- 65 Sobald der Spalt 14 vom Glühdraht 11 ausgeleuchtung zum Beleuchten der Strichgitter und eine Photo- tet wird, entsteht auf der Photozelle 18 eine Folge von zelle zum Auswerten der Moire-Streifen, Moire-Streifen, deren Lage und Periode von der Art

F i g. 2 eine graphische Darstellung des als Funk- der Gitter 16 und 20 und ihrer Ausrichtung zuein-

ander bedingt ist. Wie die in F i g. 2 gezeichnete Kurve A zeigt, ist der von den obengenannten Bedingungen und bei Verwendung einer Blende mit einem Spalt von 250 Mikron Breite gemessene Modulationskontrast dieses Moire-Streifenmusters eine Funktion des Abstandes zwischen Photozelle 18 und Gitter 16 und erreicht auch im günstigsten Falle nicht einmal 50°/₀. Der Modulationskontrast wird aus der maximalen und der minimalen Helligkeit (S_max und auf der Photozelle nach der Formel:

M =

errechnet.

Als Ursache sowohl für den verhältnismäßig geringen maximalen Modulationskontrast als auch für dessen Abhängigkeit vom Abstand zwischen Gitter und Photozelle wurden die durch die Beugung des Lichtes bewirkten Nebenmaxima erkannt.

In F i g. 3 sind schematisch die Helligkeit zweier nebeneinander abgebildeter Spaltbilder aufgetragen. Im gezeichneten Falle überlagern sich die Helligkeitsmaxima C, D der Spaltbilder mit den jeweiligen, um eine halbe Wellenlänge phasenverschobenen Nebenmaxima E, F, was eine Schwächung der Helligkeitsmaxima C,D bewirkt. Weiter überlagern sich die phasengleichen Nebenmaxima /, K den Flanken G, H der Hauptmaxima, was eine Verbreiterung dieser Flanken bewirkt. Obwohl hier der Klarheit wegen nur zwei benachbarte Spaltbilder gezeigt sind, wird in der Praxis jedes Spaltbild mindestens von den beiden ihm unmittelbar benachbarten Spaltbildern in der oben beschriebenen Art nachteilig beeinflußt. Diese Überlagerungen wirken einem optimalen Kontrast entgegen. -

Ausgehend von der bekannten Erscheinung, daß die Verringerung der Intensität der höheren Beugungsordnungen eines Gitters für die Feststellung der Unscharfe des Beleuchtungsspaltes verwendet werden kann, wurde an Stelle des bisher üblichen Spaltes 14 mit den scharfkantigen Rändern ein Spalt, entsprechend der Fig. 4; dessen Längsseiten mit quer zur Längsrichtung des Spaltes verlaufenden Zacken 30 von solcher Form versehen waren, daß die Lichtdurchlässigkeit des Spaltes, gemessen quer zur Längsachse 31, einer Gaußschen Fehlerverteilung entsprach und dessen Halbwertsbreite, gemessen zwischen der Längsachse 31 und dem tiefsten Einschnitt zwischen benachbarten Zähnen, 200 Mikron betrug, verwendet. Mit diesem Spalt als Lichtquelle wurde die oben besehriebene Messung des Modulationskontrastes wiederholt und dabei eine der Kurve B in F i g. 2 entsprechende Reihe von Meßpunkten gefunden. Wie der Vergleich der beiden Kurven A und B zeigt, ist es auf diese Weise möglich, den Modulationskontrast insbesondere bei kleinen Abständen zwischen dem Gitter 16 und der Photozelle 18 ganz erheblich zu verbessern.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Verwendung eines entsprechend der F i g. 4 gezahnten Spaltes begrenzt. An Stelle dieses gezahnten Spaltes kann auch einer der bisher verwendeten Spalte mit gleichmäßig lichtdurchlässiger Fläche verwendet und dieser Spalt mit einer Platte unterschiedlicher Lichtabsorption dergestalt zum Zusammenwirken gebracht werden, daß die Leuchtdichte des Spaltes quer zu seiner Längsrichtung von der Längsachse her nach beiden Seiten zu abnimmt. Dabei ist es gleichgültig, ob diese Platte in der Richtung des Lichtes gesehen vor oder hinter dem Spalt angeordnet ist. Der als Lichtquelle verwendete Spalt muß auch nicht notwendigerweise die Form eines Rechtecks haben, sondern kann ebensogut einen elliptischen Querschnitt besitzen. Für die Funktion der Anordnung ist es auch nicht notwendig, daß das näher an der Photozelle angeordnete Strichgitter ortsfest und das entferntere bewegt ist, sondern diese Anordnung kann ebensogut umgekehrt sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Beleuchtungseinrichtung für eine lichtelektrische Abtastvorrichtung zum Anzeigen der Relativbewegung von zwei in Teilung und/oder Orientierung nur geringfügige Unterschiede aufweisenden, durchleuchteten und in Richtung der Lichtstrahlen hintereinanderliegenden und parallel zueinander angeordnete Gitterstriche aufweisenden Strichgitter, mit Hilfe der Ausbildung von Moire-Streifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtfläche der Lichtquelle zwei ungleich lange Symmetrieachsen besitzt und die längere dieser Achsen mindestens angenähert parallel zu den Gitterstrichen der Strichgitter liegt und die Leuchtdichte der Leuchtfläche von der längeren Achse nach beiden Seiten hin abnimmt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtfläche der Lichtquelle ein beleuchteter, an den Rändern der Längsseite mit Zacken versehener Spalt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtfläche der Lichtquelle ein beleuchteter, mit einem Diaphragma zusammenwirkender Spalt ist und daß ein gegen die Längsseiten des Spaltes hin zunehmende Absorption aufweisendes Diaphragma vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen