DE2422749C2

DE2422749C2 - Fotoelektrischer Detektor zur Feststellung der relativen Position eines Körpers bezüglich zweier Achsenrichtungen

Info

Publication number: DE2422749C2
Application number: DE19742422749
Authority: DE
Inventors: Shinya Kawasaki Kanagawa Sasayama
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1973-05-12
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1982-07-01
Also published as: GB1466375A; DE2422749A1; JPS5246694B2; JPS503652A

Description

ίο Die vorliegende Erfindung bezieht sich <iuf einen fotoelektrischen Detektor zur Feststellung der relativen Position eines Körpers bezüglich zweier Achsenrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekannter Detektor dieser Art (CH-PS 4 48 416,

t5 Fig. 6) besitzt als Abtast- und Modulationseinrichtung zwei oszillierende Abtastmarken, die rotes bzw. grünes Licht verschieden reflektieren. Diese Abtastmarken sorgen dafür, daß auf einem Reflektor befindliche gekreuzte Linienscharen über Meßmarkenträger und über ein Farbtrennungsprisma auf verschiedene Empfangsfotowandler abgebildet werden. Auf diese Weise können für zwei unterschiedliche Koordinatenachsen unterschiedliche Positionssignale erhalten werden. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist jedoch, daß rotes und grünes Licht verwendet werden und die Menge des auf jeden Empfangsfotowandler auftreffenden Lichts gering ist. Demzufolge müssen die Fotowandler äußerst empfindlich sein, und ihre Ausgangssignale müssen verstärkt werden. Es sind zwei Detektoren erforderlich. Bei einer anderen in dieser Druckschrift beschriebenen Anordnung ist nur ein einziger fotoelektrischer Wandler vorgesehen; hier ist jedoch keine Kreuzmarke am Körper vorgesehen wie bei den gattungsgemäßen Detektoren. Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch mit zwei verschiedenen Frequenzen gearbeitet, so daß für jede Frequenz jeweils ein Oszillator, ein Abstimmverstärker und eine Synchrongleichrichterschaltung vorgesehen werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Detektor der eingangs genannten Art anzugeben, der trotz der Möglichkeit, die relative Position eines Körpers bezüglich zweier Achsen.-ichtungc-n festzustellen, einfacher aufgebaut ist als die bekannten Detektoren.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Detektoranordnung kann die relative Lage eines Körpers bezüglich zweier Achsenrichtungen auf einfache Weise festgestellt werden, ohne daOr hierzu eine aufwendige Anordnung erforderlich wäre. Im Gegensatz zu der oben erläuterten bekannten Anordnung kann mit weißem Licht gearbeitet werden.

Zwar ist aus der DE-AS 17 73 965 bekannt, durch Verwendung einer Kreuzschlitzplatte und zwei Prismen ein in zwei Richtungen schwingendes Lichtbündel zu erzeugen, jedoch läßt sich bezüglich der weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Detektors dieser Druckschrift keine weitere Anregung entnehmen.

Aus der DE-OS 20 17 400 (insbesondere Fig. 2 und 5) ist eine Feinmeßanordnung bekannt, bei der ebenfalls zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz zum Einsatz gelangen, wobei die Signale um 90° phasenversetzt sind. Die phasenversetzten Signale werden auf jeweils ein

elektrooptisches Element gegeben, die mit jeweils einer AM'Platte zusammenarbeiten, so daß mittels eines Wollaston-Prismas entsprechend der jeweiligen positiven und negativen Halbwelle der beiden um 90°

phasenversetzten Signale jeweils ein Lichtpunkt auf dem auf einem Meßtisch angeordneten Meßobjekt erzeugt wird. Durch diese sehr eng in Form eines Vierecks liegenden Abtastpunkte ist es z, B. möglich, die Kantenlage eines Meßobjekts zu erfassen. Allerdings konnte dieser Druckschrift kein Hinweis im Hinblick auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines fotoelektrischen Detektors entnommen werden, weil die bekannte Anordnung auf einem völiij? anderen Prinzip beruht als die gattungsgemäßen Detektoren, bei denen auf dem Körper eine festverbundene Kreuzmarke vorgesehen ist, die mit der Schlitzträgeranordnung zusammenarbeitet. Die Erzeugung von dicht nebeneinanderliegenden Lichtpunkten auf dem Meßobjekt würde bei einer Anordnung der gattungsgemäßen Art zu keinem vernünftigen Ergebnis führen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß Synchrongleichrichterschaltungen, wie sie im kennzeichnenden Teil des Anpruchs 1 angesprochen sind, an sich bekannt sind.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren, und zwar zeigt

F i g. 1 einen fotoelektrischen Detektor,

F i g. 2A und 2B eine Kreuzmarke und einen Schlitz, die bei dem Detektor verwendet werden können und

F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht der Abtasteinrichtung.

Nach Fig. 1 ist ein optisches System so angeordnet, daß eine Kreuzmarke 10 (siehe F i g. 2A), die auf einem anzuzeigenden Körper 1 geformt ist, durch eine Objektivlinse 3 auf Schlitze 18, die kreuzweise in einer Platte 19 angeordnet sind (siehe Fig.2B), fokussiert wird. Hinter dem Schlitz 18 ist ein fotoelektrischer Wandler 11 zur Aufnahme des Lichtes angeordnet, das durch den Schlitz 18 hindurchtritt Die Abtasteinrichtungen Ϊ2 und 13 sind vor den Schlitzen 19 angeordnet und in der in F i g. 3 gezeigten Weise ausgebildet

In Fig.3 bezeichnet 19 eine Glasplatte, um welche eine Spule 20 herumgewickelt ist und welche im Feld eines Magneten 21 durch einen Kupferdraht 22 beweglich aufgehängt ist Die Zufuhr eines sinusförmigen Wechselstroms zur Spule 20 kann eine sinusförmige Schwingung der Glasplatte 19 verursachen. Die Abtasteinrichtungen dienen dazu, den Lichtstrahl in den zwei Längsrichtungen der Schlitze in Schwingungen zu versetzen. Im Zusammenhang mit der Zeichnung wird die horizontale Richtung als AT-Achse bezeichnet und die vertikale Richtung als V-Achse Die Abtasteinrichtungen 12 und 13 sind mechanisch zueinander angeordnet Eine Verzögerungsschaltung 15 zur Umwandlung eines Signals aus einem Oszillator 7 ist ein Signal, das zu diesem um 90° phasenversetzt ist ist zwischen die Abtasteinrichtung 12 und den Oszillator 7 geschaltet, so daß die eine Abtasteinrichtung 13 ein Signal aus dem Oszillator 7 empfängt, während die andere Abtasteinrichtung 12 ein Signal empfängt das um 90° mit Bezug auf das Signal aus dem Oszillator 7 phasenversetzt ist Ein Vorverstärker 14 zur Verstärkung des Signals aus dem fotoelektrischen Wandler 11 ist an seinem Ausgang mit den Eingängen von Synchrongleichrichterschaltungen 16, 17 verbunden. Die eine Synchrongleichrichterschaltung 17 empfängt das Signal aus dem Oszillator 7, während die andere Synchrongleichrichterschaltung 16 das Signal um 90° phasenversetzt mit Bezug auf das Signal aus dem Oszillator 7 empfängt Die Anzeigegeräte 9 und 9 sind mit den Ausgängen der Synchrongleichrichterschaltungen verbunden.

Bei einem solchen Detektor wird das von dem fotoelekti-ischen Wandler 11 abgegebene Signal mit einer Frequenz moduliert die gleich, der Abtastfrequenz ist (die ebenfalls gleich der Frequenz des Oszillators ist) und ferner ist dieses Signal ein zusammengesetztes Signal aus einer Signalkomponente Sx, die durch den X-Achsenteil der Schlitze bei der Abtastung des X-Achsenteils der Kreuzmarke erhalten wird, und aus einer Signalkomponente S_Y, die durch den Y-Achsenteil der Schlitze bei der Abtastung des y-Achsenteils der Kreuzmarke erhalten wird. Zwischen den Signalkomponenten Sx und Sy besteht eine Phasendifferenz. Um die Feststellung der Position des Körpers mit Bezug auf die beiden Achsen zu ermöglichen, müssen diese beiden Signalkomponenten 5* und Sy getrennt und einzeln übernommen werden. Bekanntlich bedeutet eine Synchrongleichrichtung, daß eine Frequenzkomponente übernommen wird, die gleich der Abtastfrequenz ist.

Zwischen der Abtastsignalkomponente für die Y-Richtung und derjenigen für die X-Richtung besteht eine Phasendifferenz von 90°.

Wenn das Signal aus dem Vorverstärker 14 die Synchrongleichrichterschaltungen 16 und 17 verläßt, ist es in synchrongleichgerichtete Signale umgewandelt, die mit Bezug auf die X- und V-Achse getrennt sind.

Diese beiden getrennten Signale bringen dip Zeiger der Meßgeräte 9 zum Ausschlagen und ermöglichen damit die Feststellung der Position des Körpers mit Bezug auf die Richtungen der beiden Achsen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fotoelektrischer Detektor zur Feststellung der relativen Position eines Körpers bezüglich zweier Achsenrichtungen, mit einer mit dem Körper fest verbundenen Kreuzmarke, die über eine Linsenanordnung auf eine Schlitzträgeranordnung mit zwei Schlitzen, die sich in zwei Richtungen erstrecken, abgebildet wird, mit einer Abtast- und Modulationseinrichtung, mit der das die Kreuzmarke abbildende Lichtstrahlenbündel oder die Schlitzträgeranordnung in Schwingungen versetzt wird, was zu einer Modulation des Lichtstrahlenbündels führt, und mit einer der Schlitzträgeranordnung nachgeordneten, das modulierte Lichtsignal empfangenden fotoelektrischen Wandleranordnung, deren Ausgangssignale zwei die Position des Körpers bezüglich der beiden Achsenrichtungen festlegende Meßsignale repräsentieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtast- und Modulationseinrichtung (7, 12, 13, 18) zwei gegeneinander um 90° phasenverschobene, gleichfrequente Signale derart zugeführt sind, daß entweder das die Kreuzmarke (10) abbildende Lichtstrahlenbündel oder die Schlitzträgeranordnung (18) in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen in entsprechend zueinander phasenvertchobene Schwingungen versetzt wird, und daß die fotoelektrische Wandleranordnung durch einen einzigen fotoelektrischen Wandler (11) gebildet ist, dessen Ausgangssignale Synchrongleichrichterschaltungen (16, 17) beaufschlagen, weiche aus den um 90° gegeneinander phasenverschobenen Signalkomponenten, die in den Ausgangssignalen enthalten sind, die beiden Meßsigni..e bilden.

2. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die Abtast- und Modulationseinrichtung einen ersten Modulator (13) aufweist zum Modulieren des die Kreuzmarke abbildenden Lichtstrahlenbündels in einer der beiden Richtungen mit der Frequenz des dem Modulator zugeführten Signals, sowie einen zweiten Modulator (12) zum Modulieren des die Kreuzmarke abbildenden Lichtstrahlenbündels in der anderen der beiden Richtungen mit der Frequenz eines diesem Modulator zugeführten anderen Signals, einen Oszillator (7), mittels welchem dem ersten und dem zweiten Modulator gleichzeitig ein Signal mit einer vorbestimmten Frequenz zugeführt wird, und eine zwischen dem Oszillator und dem zweiten Modulator angeordnete Verzögerungsschaltung (15) zum Anlegen eines Signals an den zweiten Modulator, das gegenüber dem vom Oszillator erzeugten Signal um 90° phasenverschoben ist.

3. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 1 Oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Synchrongleichrichterschaltung (17) vorgesehen ist turn Abtrennen und Abnehmen einer Signalkomponente, die dieselbe Frequenz und dieselbe Phase wie das dem ersten Modulator zugeführte Signal hat, vom elektrischen Ausgangssignal des fotoelektriichen Wandlers (11), sowie eine zweite Synchrongleichrichterschaltung (16) zum Abtrennen und Abnehmen der anderen Signalkomponente, die dieselbe Frequenz und dieselbe Phase wie das dem zweiten Modulator zugeführte Signal hat

4. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Synchron^ gleichrichterschaltung (17) mit dem Oszillator (7) verbunden ist und durch dessen Ausgangssignal gesteuert wird und daß die zweite Synchrongleichrichterschaltung (16) mit der Verzögerungsschaltung (15) verbunden ist und von deren Ausgangssignal gesteuert wird.