DE1962099A1

DE1962099A1 - Durchlaessiges Indexgitter

Info

Publication number: DE1962099A1
Application number: DE19691962099
Authority: DE
Inventors: Sayce Leonard Alfred
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1968-12-13
Filing date: 1969-12-11
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1231029A; US3600588A; DE1962099C3; DE1962099B2

Description

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N. 180

Augsburg, den 10. Dezember 1969

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74 Victoria Street, London, S.W.l, England

Durchlässiges Indexgitter

Die Erfindung betrifft durchlässige Indexgitter, welche in optischen Geräten verwendet werden und bezieht sich allgemein auf optische derate zur Messung von Längen bzw. Winkeln, welche ein "Skalengitter" aufweisen, das relativ zu einem, eine Quelle kollimierten Lichtes aufweisenden

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"Lesekopf" verschiebbar ist, welche außerdem ein "Indexgitter" aufweisen, dessen Gitterabstände denjenigen des Skalengitters entsprechen und welche mindestens eine Fotozelle aufweisen, die von der Lichtquelle ausgehendes und auf das Skalengitter sowie auf das Indexgitter fallendes Licht empfängt und deren Ausgangsspannung sich entsprechend der Verschiebung des Skalengitters relativ zu dem Lesekopf fe zyklisch ändert und damit ein Maß für diese Relativbewegung darstellt.

Der Ausdruck "Licht" schließt infrarote und ultraviolette Strahlung ein. Der Ausdruck "Gitter" besagt nicht, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung notwendigerweise Beugungserscheinungen verwendet werden, sondern kennzeichnet lediglich eine nach Art herkömmlicher Beugungsgitter gestaltete Anordnung.

™ Gewöhnlich sind sowohl das Skalengitter als auch das Indexgitter übertragende bzw. lichtdurchlässige Gitter und sie bestehen aus aufeinanderfolgend angeordneten lichtundurchlässigen Elementen, welche jeweils durch lichtdurchlässige Zwischenräume voneinander getrennt sind. In diesem Falle wird bei einer typischen Anordnung das von einer Glühlampe mit geradem Glühfaden ausgehende Licht durch eine Linse kollimiert und von dieser normalerweise auf

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das Skalengitter geworfen. Nach dem Durchqueren des Skalengitters und des Indexgitters trifft dieses Licht auf die Fotozelle.

Es wird jedoch häufig gefordert, daß dieses Skalengitter auf einer lichtundurchlässigen Trägerschicht, wie beispielsweise Stahl, angeordnet ist. Xn diesem Falle besteht das Skalengitter aus einer Aufeinanderfolge spiegelartig reflektierender Linien, welche jeweils durch diffusreflektierende oder aber auch durch nichtreflektierende Zwischenräume voneinander getrennt sind. Da ein derartiges Skalengitter lichtundurchlässig ist, ist verständlich, daß eine Anordnung, welche der oben beschriebenen gleicht, nicht verwendet werden kann und daß das Licht, welches die Fotozelle erreicht, zuerst von den spiegelnden Teilen des Skalengitters reflektiert werden muß. DarUberhinaus wird verlangt, daß das auf das Skalengitter einfallende Licht und das reflektierte Licht genau bzw. angenähert senkrecht einfallen. Das ist jedoch unmöglich zu erreichen, da die vorhandenen Fotozellen für senkrecht bzw. angenähert senkrecht einfalle ies Licht ein Hindernis darstellen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Indexgitter so zu verbessern, daß es in optischen Heßgeräten der beschriebenen Art verwendet werden kann,

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GiNAL INSFECTED

und außerdem die Auslegung von Leseköpfen zu verbessern, besonders, jedoch nicht ausschließlich solcher Leseköpfe, bei welchen lichtundurchlässige reflektierende Skalengitter verwendet werden.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung ein durchlässiges Indexgitter zum Gebrauch in optischen Geräten, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß lichtundurchlässige Teile des Gitters Teile einer Festkörper-Fotozelle bilden, die auf Licht anspricht, das auf eine Gitterfläche auffällt, jedoch nicht auf Licht anspricht, welches auf die andere Gitterfläche auffällt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist ein Lesekopf, welcher in optischen Meßgeräten verwendet wird, das im vorhergehenden beschriebene Indexgitter und außerdem eine Einrichtung auf, welche einen kollimierten Lichtstrahl erzeugt, welcher unter angenähert rechtem Winkel auf die der einen Gitterfläche abgewandte Fläche auffällt. Gemäß der Erfindung ist das Gitter durch eine lichtdurchlässige Trägerschicht gekennzeichnet, auf welche ein Muster von mit regelmäßigen räumlichen Abständen angeordneten, jeweils gleichen fotoelektrischen Elementen aufgebracht ist, welch letztere jeweils eine Schicht aus

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fotoelektrischem Material aufweisen, die jeweils zwischen einer Elektrodenschicht aus lichtübertragendem Material und einer weiteren Elektrodenschicht liegt, wobei dieses fotoelektrische Material durch eine Schicht aus lichtundurchlässigem Material von dem auf die eine der zweitgenannten Elektrodenschicht zugeordneten Gitterfläche auffallenden Licht abgeschirmt ist, und welches gemäß der Erfindung ferner durch Einrichtungen gekennzeichnet ist, welche jeweils die erstgenannten bzw. zweitgenannten Elektrodenschichten sämtlicher Bereiche jeweils elektrisch miteinander verbinden.

Ein fotoelektrisches Material ist ein Material, dessen elektrische Eigenschaften sich wegen der stofflichen Eigenschaften des Materiales oder aber wegen unterschiedlicher Eigenschaften verschiedener Teile des Materiales dann ändern, wenn dieses Material der Einwirkung von Licht ausgesetzt wird.

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden als Beispiel im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche im einzelnen zeigen:

Die fig. la, Ib und Ic veranschaulichen Schritte

des Herstellungsverfahrens

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eines erfindungsgemäßen Indexgitters,

Fig. 2 ein Meßsystem nach der Erfindung,

und

Fig. 3 eine weitere Meßanordnung nach

der Erfindung.

Ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Indexgitters nach der Erfindung geht in folgenden Schritten vor sich:

a) eine geeignete Folge jeweils räumlich
voneinander getrennter, paralleler, jeweils
an einem Ende nach Art einer "Sammelschiene" miteinander verbundener Streifen einer lichtundurchlässigen dünnen Metallschicht gemäß
der schematischen Darstellung in Fig. la wird durch Niederschlagen im Vakuum auf eine Glasträgerschicht aufgebracht und daran anschließend durch bekannte photomechanische Verfahren weiter , behandelt.

b) die gesamte Fläche des im Verfahrensschritt a)

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gebildeten Metallschichtgitters wird mit einer dünnen und gleichmäßigen Schicht aus photoelektrischem Material, beispielsweise einer aufgedampften Schicht aus Kadmiumsulfid, welche ihre photoelektrischen Eigenschaften durch in ihre Oberfläche eingebrachte Kupferionen erhält, bedeckt.

c) Diese Schicht aus photoelektrischem Material wird wiederum durch Vakuumaufdampfen mit einer Schicht geeigneter Dicke aus halbdurchlässigem, elektrisch leitendem Material, beispielsweise Gold oder Zinnoxyd, bedeckt.

d) Die elektrisch leitende Schicht wird mit einer Photoschutzschicht bedeckt, auf welche dann das gleiche Muster paralleler Streifen gemäß Verfahrensschritt a) aufgebracht wird. Diese Streifen weisen genau die gleiche Zeilenlagen auf wie die Streifen gemäß Verfahrensschritt a) ...id sind jeweils an einem Ende durch eine "Sammelschiene" miteinander verbunden, welche zwar aus dem gleichen Material wie die parallelen Streifen besteht, jedoch gemäß der Darstellung in Pig. Ib mit Bezug auf Verfahrensschritt a) am entgegen-

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ORIGINAL INSPECTED

gesetzten Ende der parallelen Streifen aufgebracht ist.

e) Nach dem Entwickeln der belichteten Photoschutzschicht bzv. dem Entfernen der unbelichteten Flächen wird die gesamte Anordnung in ein Lösungsmittel sowohl des photoelektrischen Materials als auch der elektrisch leitenden Schicht getaucht. Wenn eine geeignete, lichtdurchlässige Photoschutzschicht verwendet wird, kann die übrigbleibende, belichtete, Photoschutzschicht als dauernder Schutz auf der Anordnung bleiben, andernfalls muß sie durch ein geeignetes Lösungsmittel entfernt werden.

Durch die oben beschriebene Folge von Verfahrensschritten erhält man eine zusammengesetzte Photozelle in Form eines Critters, bei welchem jede Gitterlinie gegenüber einem auf die Qitterrückflache fallenden Licht zwar undurchlässig ist, gegenüber einem an der ditterstirnflache einfallenden Licht jedoch eine Photoempfindlichkeit aufweist.

Das elektrische Ausgangssignal dieses zusammengesetzten Photozellenindexgitters wird über die Sammelschienen

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geliefert, welche jeweils in der anfänglich aufgebrachten, undurchlässigen Schicht bzw. in der abschließend aufgebrachten, elektrisch leitenden halbdurchlässigen Schicht gemäß der Darstellung in Fig. Ic ausgebildet sind.

Ein nach dem beschriebenen Verfahren bzw. nach einem anderen, zu dem gleichen Ergebnis führenden Verfahren hergestelltes photoelektrisches Indexgitter wird gemäß der Darstellung in Pig. 2 in Leseköpfen für reflektierende Skalengitter verwendet. Licht aus einer Glühlampe 1 mit geradem Glühfaden wird durch eine Linse 2 kollimiert, erreicht dann durch Spalte eines photoelektrischen Indexgitters 4 hindurch ein reflektierendes Skalengitter 3 und wird von dort auf das Indexgitter 4 zurückreflektiert. Das Gitter 4 ist zusammen mit einer auf die Lampe 1 ausgerichteten Glasträgerschicht 4a und einer auf das Gitter 3 ausgerichteten Photozelle 4b derart angeordnet, daß es auch das Licht reflektiert, welches von dem Gitter 3 reflektiert wird. Wenn das Skalengitter 3 relativ zum Indexgitter 4 verschoben wird, so ändert sich das die Photozelle 4b erreichende Licht zyklisch und bewirkt damit die Erzeugung des geforderten, zyklischen elektrischen Signales.

Wenn die Achse des kollimierten Lichtstrahles genau senkrecht zur Ebene des Skalengitters 3 verläuft, so läuft

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orig;mal inspected

das an letzterem reflektierte Licht durch die freien Spalte des Indexgitters 4 zurück, durch welche es anfänglich auf seinem Weg zum reflektierenden Skalengitter 3 hindurchlief. Es ist deshalb erforderlich, daß der Einfallswinkel um einen geringen Betrag von der Senkrechten abweicht. Die optimale Abweichung vom rechten Einfallswinkel ändert sich entsprechend dem Abstand zwischen den Gittern und zwischen den Linien des Indexgitters 4. Typische Werte für einen Spalt von 0,76 mm zwischen den Gittern sind jedoch 0,5 bei 40 Linien/mm bzw. 4,8 bei 4 Linien/mm.

Das Indexgitter nach der Erfindung ist zwar besonders für die Anwendung bei Leseköpfen für reflektierende Skalengitter geeignet, es ist jedoch klar, daß es in gleicher Weise auch für eine Anwendung bei durchlässigen Skalengittern geeignet ist. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die der in Pig. 2 dargestellten Anordnung entsprechenden Teile jeweils die gleichen Bezugsziffern tragen. Gemäß der Darstellung in Pig. 3 wird das von der Lampe 1 ausgehende Licht in der oben beschriebenen Weise durch die Linse 2 kollimiert, fällt jedoch nun auf ein durchlässiges Skalengitter 3', geht durch die freien Spalte des Skalengitters 3¹ hindurch, erreicht das Indexgitter 4 und ändert sich wiederum dann zyklisch, wenn das Skalengitter 3' relativ zum Index-

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ORIGINAL INSPECTED

gitter 4 verschoben wird.

Zur Vereinfachung der Beschreibung und der Figuren sind nur Leseköpfe mit jeweils einem Indexgitter dargestellt worden. Im allgemeinen sind jedoch mehr als ein Indexgitter auf einer gemeinsamen Trägerschicht derart angeordnet, daß ihre elektrischen Ausgangssignale in Phase sind.

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Claims

Patent anspr tiche

IJ Durchlässiges Indexgitter zum Gebrauch in optischen Geräten, dadurch gekennzeichnet, daß lichtundurchlässige Teile (4b) des Gitterst) Teile einer Pestkörper-Fotozelle bilden, die auf Licht anspricht, das auf eine Gitterflache auffällt, jedoch nicht auf Licht anspricht, welches auf die andere Gitterfläche auffällt.
2. Gitter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine lichtdurchlässige Trägerschicht (4a), auf welche ein Muster von mit regelmäßigen räumlichen Abständen angeordneten, jeweils gleichen fotoelektrischen Elementen (4b) aufgebracht ist, welch letztere jeweils eine Schicht aus fotoelektrischem Material aufweisen, die jeweils zwischen einer Elektrodenschicht aus lichtabertragendem Material und einer weiteren Elektrodenschicht liegt, wobei dieses fotoelektrische Material durch eine Schicht aus lichtundurchlässigem Material von dem auf die eine der zweitgenannten Elektrodenschicht zugeordneten Gitterfläche auffallenden Licht abgeschirmt ist, und ferner gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche jeweils die erstgenannten bzw. die zweitgenannten

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Elektrodenschichten sämtlicher Bereiche jeweils elektrisch miteinander verbinden.
3. Gritter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus lichtundurchlässigem Material die zweitgenannte Elektrodenschicht bildet.
4. Gitter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoelektrische Material (4b) aus Kadmiumsulfid besteht und daß ein der erstgenannten Elektrodenschicht benachbarter Bereich Kupferionen aufweist.
5· Anwendung eines Indexgitters nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei Leseköpfen, welche in optischen Geräten verwendet werden, gekennzeichnet durch ein Indexgitter (4) und eine Linse (2), welch letztere einen kollimierten Lichtstrahl erzeugt, der unter beinahe senkrechtem Einfallswinkel auf die von der einen Gitterfläche (4) abgewandte andere Gitterfläche fällt.
6. Verfahren zur Herstellung von Indexgittern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

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folgende Schritte:

a) Aufbringen einer dünnen Schicht aus lichtundurchlässigem Material auf eine lichtdurchlässige Trägerschicht zwecks Bildung von Elektrodenschichten einer Polarität sämtlicher fotoelektrischer Bereiche sowie eines diese Elektrodenschichten miteinander verbindenden Elementes,

b) gleichmäßiges Bedecken dieser dünnen Schicht mit fotoelektrischem Material,

c) Entfernen von Teilen dieses fotoelektrischen Materials derart, daß die übrigbleibenden Bereiche die genannten Schichten aus fotoelektrischem Material sämtlicher fotoelektrischer Bereiche bilden,

d) Bedecken des fotoelektrischen Materials mit einer dünnen Schicht aus lichtdurchlässigem, leitendem Material,

e) Entfernen von Teilen dieses lichtdurchlässigen, leitenden Materiales derart, daß die übrig-

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bleibenden Bereiche Elektrodenschichten entgegengesetzter Polarität sämtlicher fotoelektrischer Bereiche und ein Element bilden, welches diese Elektrodenschichten miteinander verbindet.

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