DE2451668A1 - Anordnung zur geometrischen trennung von lichtfluessen in abbildungssystemen - Google Patents

Anordnung zur geometrischen trennung von lichtfluessen in abbildungssystemen

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DE2451668A1 DE19742451668 DE2451668A DE2451668A1 DE 2451668 A1 DE2451668 A1 DE 2451668A1 DE 19742451668 DE19742451668 DE 19742451668 DE 2451668 A DE2451668 A DE 2451668A DE 2451668 A1 DE2451668 A1 DE 2451668A1
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Description

Fromund Hock 29.10.74·
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Morgenweide 32
Anordnung ζ ur geometrischen Trennung von liohtflüssen in Äbbildungssystemen^
Abbildungssysteme, die mit hin- and rücklaufenden Strahlen genutzt werden, wie z.B. Hohlspiegelsysteme, oder Systeme, deren Bild- oder Objektebene nicht anmittelbar zugänglich, sind, bereiten in ihrer Nutzung in der Strahlführung Schwierigkeiten. Spiegelt man in den Strahlengängen mit sol* chen Äbbildungssystemen, über den gesamten freien Durchmesser der Systeme wirksam, mit Hilfe von teildurchlässigen Spiegeln Licht ein und trennt mit Hilfe des gleichen teildurchMssigen Spiegels ein- and auslaufendes licht, so ergeben sich zusätzliche Kontrast und Bildgüte mindernde Schwierigkeiten duroh Nebenreflexe, Streulicht, Astigmatismus geneigter Platten usw, "3in Ausweg aus einem Teil dieser Schwierigkeiten erreicht man durch die geometrische Trennung mit der Zuordnung von hin— Und rücklaufendem licht zu verschiedenen Teilen des Objekt- oder Bildfeldes, die dabei auf einander abgebildet werden können. Das Verfahren wird z.B. in Autokollimationsfernrohren angewendet.
In Äbbildungssystemen durchlaufen Strahlen, die verschiedene Objekt-bzw. Bildflächenteile durchsetzen, falls sie gleiche Richtungen aufweisen, die gleichen Flächenelemente der bezüglich der Objekt- bzw. Bildfläche im Unendlichen liegenden Pourierehene des Systems.
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Morgenweide 32
Dadurch werden die Verhältnisse noch komplizierter, falls Strahlen, die das Objekt bzw, Bildfeld durchlaufen und untereinander verschiedene Richtungen haben, von einander getrennt werden müssen, weil zeB» ihre Lichtflüsse, verschiedenen Messparametern zugehörig,,mit unterschiedlichen Frequenzen, Phasen und Amplituden moduliert sind.
Ziel diese© Anmeldung ist es Anordnungen anzugeben, die sowohl die Lichttrennung nach Objekt-bzw. Bildf^ädhenteilen, als auch nach Strahlrichtungen in diesen Flächenteilen erlaubt, ohne dass die Abbildungsflächen oder Fourierebene unmittelbar zugänglich sind.
Anwendungsbeispiele für die gefundene Lösung sind in ein- oder zwei Koordinaten messende photoelektrische Schrittgeber, die mittels Hohlspiegel-Linsensystemen grosse geebnete Objekt bzw. Bildfelder mit guter chromatischer Korrektur erzeugen können. Bei der Abbildung von besonders günstige Lichtausbeuten und Signaleigensohaften liefernden Phasengittern aufeinander entstehen durch die Relativbewegung von Gitter und Gitterbild Lichtflüsse, die je nach Beugungsrichtung mit unterschiedlicher Phasenlage moduliert sind, sodass JJioht untere schiedlioher Richtungen verschiedenen Empfängern zugeordnet werden muss. Die Lösung der Aufgabe, Lichtflüsse sowohl nach Lage im Bündelquerschnitt, als auch nach Strahlriohtung zu trennen, wird dadurch erreicht, dass einem die Objektabbildung leistenden System ein Hilfsabbildungssystem (110, 114, 11 a b, 215, 210, 222, 223, 225) zugeordnet ist, mit dem mindestens zwei zusätzliche Bildflachen festgelegt sind, die zu unterschiedlichen, vorzugsweise im Unendlichen (komplementär) zueinander liegenden Flächen des Objektabbildungssystems ( 19, 119, 4+6, 20, 120) konjugiert liegen,
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und wobei die zusätzliche , zur Objekt- Bildebene des Objektabbildungssystems konjugiert liegende, Fläche durch optische Mittel in Teilflachen zerlegt wird, die die jeweiligen Teillichtflüsse durch diese Teilflächen so voneinander trennt, dass durch jede dieser Teilflächen eine konjugierte Fläche zur komplementär zur Objekt- Bildfläche des Objektabbildungssystems liegenden Fläche optisch zumindest ausschnittsweise übertragen wird, und dass Mittel vorgesehen sind, ' um iarorbestimmten Teilen dieser konjugierten Fläche Lichtquellen ( 1ÖI1, 1 ) und licht Umformer ( 209) so zuzuordnen, dass vorbestimmten lacht richtungen durch die Objekt- Bildfläche diesen vorbestimmten Teilen der konjugierten Fläche entsprechen.
Diese Erfindung wird in drei durch Fig. 1 ,2, 3 schematisierten Anwendungen, als den Erfindungsinhalt nicht ausschöpfende Beispiele, dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Xängensehrittgeber mit einer im Durchlicht genutzten Massverkörperung (12) für ein oder zwei lineare Messkoordinaten, bei dem das Hilfsabbildungssystem ( 11a£>) örtlich und dinglich vom Objektabbildungssystem ( 13, 14) getrennt ist.
Fig. 2 stellt einen Auflicht- Längenschrittgeber dar, bei dem Hilfsabbildungssystem ( 114, 110) und Objektabbildungssystem ( 113, 120 ) teilweise miteinander vereinigt sind. Fig. 3 ist eine konstruktive Ausgestaltung der Fig. 2. In Fig. 1 ist die Kombination aus dem Hohlspiegel (14) mit der Spiegelfläche ( 20) und der als Kollimator wirkenden Line se (13) ein an sich bekanntes, leicht für grosse ebene Felder (6+4) mit guter chromatischer Krrekfeur
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ausführbares Objektabbildungssystem^ bei dem die Objekt- und die Bildfläche für eine 1 t 1 Abbildung zusammenfallen, ( 0· G. Wynne in "Optical Instruments and Techniques 1969'1 Oriel Press 1970 ISBN 085362 0652 ) Zur Vermeidung der eingangs geschilderten Schwierigkeiten mit Strahlenteilern wird eine halbkreisbegrenzte Feldhälfte ( 4) auf die daneben liegende Feldhälfte C 6) abgebildetBei feinen Strukturen in der Ebene (19) müäsen grosse Objekiiaperturen durch die Flächen (4) und insbesondere (6) übertragen werden, sodass in dem Kaum des aus (12) austretenden lüohtes das Gebiet der Beleuchtungsstrahlen mit beansprucht wird, sadass ohne starke Feldverlusfce ein- und auslaufende Strahlen nicht unabhängig voneinander geführt werden können. Mit dem Hilf sabbildungssystem (11a, 11b) wird ohne grosse Anforderungen an die Abbildungsqualität sowohl die Fläche (20) in die Fläche (18), als auch die Fläche (19) mit den Halbfaldern ( 4.und 6) in die Halbfelder ( 2 und 8) abgebildet. Beide Bildflächen sind ohne Störung der Gerätefunktion, wie Berührung der bewegten Gittermassverkörperung (12) unmittelbar zugänglich, sodass ohne Feldverlust durch die als Feidteiler wirkenden linsen ( 10,15) mit parallelen an den Bündelrand gesetzten optischen Achsen das ein- und auslaufende Moht getrennt werden kann. Über die Kondensorlinse (10) wird das Licht der Quelle (1) als Lichtquel-.lenbild (3) schräg in den Bereich der optischen Achse projeziert. Falls notwendig kann in der Fläche (18) durch eine Blende die Beleuchtungsapertur begrenzt werden. Eine Blende, die die Feldfläche (2) z.B· auf der Planfläche von (10) eingrenzt, legt die (12) beleuchtende Fläche (4) des Gittermasstabes fest.
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Das Feld (A-) wird mit den in (A-) enthaltenen Details nach (6) abgebildet. Wie und welche Details durch (13 und 1A-) nach (6) übertragen werden, richtet sich danach, welche Teile der Kugelfläche (20) (der Brennfläche) spiegelnd ausgebildet sind. Zur Erzeugung eines Gitterbildes ist es lediglich notwendig zwei zu einander kohärente gebeugte Teilbilder, z.B. ( 5b, 5c) der Lichtquelle (1 , 3) zu reflektieren. Die nochmalige Beugung in dem Feld (6) erzeugt weitere JQiohtquellenbilder (7b, 7o)> cLie mit gesteigerter Neigung der Strahlen gegen die optische Achse verbunden sind. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit sind nicht alle Strahlen, die das Feld (8) erreichen, bis zu den von den linsen (15 und 16) erzeugten Lichtquellenbilder (9 a b c) dargestellt. Nicht dargestellt sind auch die Mittel, die den Ort der lichtquelle(1) und die Photoempfänger (9), die den vervielfachten Liohtquellenbildern nach Fläche und lage angepasst sind, zueinander festlegen.
In Fig. 2 wird mit demselben Typ des Objektabbildungssystems eine reflektierende Massverkörperung vom Feld (10A-) nach BeId (106) abgebildet. Das Hilfsabbildungssystem benutzt den Hohlspiegelträger (11A-) als Glied positiver Brechkraft um der Gitterebene (119) eine konjugierte Ebene (102, 108) zuzuordnen. Die in dieser Ebene angeordneten brechenden Keile knicken die, den Teilfeldern ( 102, 108) zugeordneten Strahlen so weit, dass in der Fläche (117) die lichtquelle (101) und in den Lichtquellenbildern (109) die Photoempfänger an vorbestimmten Orten festgelegt werden können. Die Linse (110) zusammen mit einem geringen Brechkraft anteil der Linse (11A-) legt die konjugierte lage der Flächen (120 und 117) zueinander fest.
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Durch die linse (113) ist die Fläche (120) ihrerseits im Unendlichen komplementär zu der Fläche (119) gelegen. Die Auflichtbeleuchtung macht sich zunutze, dass die als Phasengitter aisgebildete Massverkörperung (112) kein Licht in die nullte Beugungsordnung reflektiert, äojclass das Zentrum des Spiegelscheitels als Beleuehtungsaperturblende lichtdurchlässig bleib&L kann« ITur die mit (105) gekennzeichneten Flächenanteile der Fläche (120) sind zur Reflexion der Lichtquellenbilder verspiegelt«, Yon allen mit (107) gekennzeichnete^ durch die G-itterbeugung vervielfachten Lichtquellenbildern werden daher nur die auf die Spiegelflecken (105) fallenden Bilder nicht als Bilder (109) in die Fläche (117) projeziert,,
ügur 3 zeigt, wie zugunsten eines gedrungenen Aufbaues die Erfindung konstruktiv mit erhöhtem Bauteileaufwand abgewa»- delt wurde. Eine Elektroluminiszenzdiode wird durch die Sammelglieder (226) vergrössert und dtiroh eine Blende begrenzt als virtuelle lichtquelle (101) verwendet. Die Linsen (210) bilden die Lichtquelle in den Scheitel der Fläche (220) ab. Der Spiegel(222) und die Spiegelfläche des Prismas (223) dienen zur Feldtrennung der zu (104) und (106) konjugierten Felder (102 und 108). Die Prismen (225 und 221) dienen lediglich der Verringerung der Baulänge. ®aac aas System (215) hat als konjugierte Flächen die Spie gel- Linienfläche (220) und die Vielfaohphotodiode (209), die das licht in Komponenten eines elektrischen sin, cos Drehfeldsignales (224) umsetzt. Die nicht zu dieser Erfindung gehörige Funktion, der in Fig. 1 - 3 dargestellten Gittergeber ist in dem Tagungsband eonferenoe on "Moire Fringe Technolog/5 19. »2Oe<June 1972 Birnihill Institute, National Engineering laboratory, last Kilbride Glasgow als Paper 8 a von F. Hock dargelegt.
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Die Figur *25 dieses Beitrages zeigt den Stand der Technik der Strahlführung vor der geschilderten Erfindung.
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Claims (8)

  1. Fromund Hook 29.10,74
    •633 Wetzlar
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    Ansprüche
    Optische Anordnung zur geometrischen Trennung von Ii.oh.tf lüssen in Abbildungssystemen nach lage und Richtung in Bündelquer— schnitten, dadurch gekennzeichnet,dass einem die Objektabbildung vermittelnden System (13, 14, 113, 120, 213, 220) ein Hilfsabbildungssystem (110, 114, 11ab, 210, 215,222, 223, 225) zugeordnet ist mit dem mindestens zwei zusätzliche Bilflfläohen (18, 2 + 89 117, 102 + 108) festgelegt sind, die zu unterschiedlichen, vorzugsweise im Unendlichen Q komplementär ) zueinander liegenden Flächen des Objektabbildungssystems ( 19j 119, 4 -f 6, 20, 120) konjugiert liegen, wobei die zusätzliche, zur Objekt- Bildebene des Objektabbildungssystems konjugiert liegende Fläche durch optische Mittel in Teilflächen ( 2§ 8, 1O29 108) zerlegt wird, die die jeweiligen Teillichtfliisse durch diese Teilflächen so Ton einander trennen, dass durch jede dieser Teilf lachen eine konjugierte (17» 117s K59)? komplementär zur Objekt- Bildfläohe des Objekt-Abbildungssystems liegenden Fläche (220, 12O8 20) optisch zumindest ausschnittweise übertragen' wird, und dass Mittel vorgesehen sind um vorbestimmten Teilen dieser konjugierten Fläche (17»117) lichtquellen (101, 1 ) und Lichtumformer (209) so zuzuordnen, dass vorbestimmten Mohtrichtungen duroh die Objekt-Bildfläche diesen vorbestimmten Teilen der konjugierten Fläche (17,117) entsprechen.
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  2. 2. Anordnung naoh Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet dass,
    das Hilfsabbildungssystem zumindestens teilweise Bauelemente (114) des Objektabbildungssyfetems enthält.
  3. 3. Anordnung 3. nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet dass, als optische Mittel zur Zerlegung der zur Objekt-Bildflache konjugiert liegenden Fläche Spiegelflächen (222, 223) unterschiedlicher Neigung verwendet werden, die zumindest mit einer jeweiligen Trennkante in der Umgebub.gfi.er zur Objekt- Bildfläche konjugiert liegenden Fläche angeordnet sind.
  4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1. und 2. dadurch gekennzeichnet dass, als Mittel zur Zerlegung in Teilflächen aneinander grenzende ünsenteile mit nicht zusammenfallenden optischen Achsen verwendet werden.
  5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1. und 2. dadurch gekennzeichnet dass, als Mittel zur Zerlegung in Teilflächen aneinander grenzende brechende Keile unterschiedlicher Orientierung verwendet werden.
  6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1. und 2. dadurch gekennzeichnet dass, in dem Hilfsabbildungssystem Blenden angeordnet sind.
  7. 7. Anordnung nach den Ansprüchen 1. und 2. dadurch gekennzeichnet dass, die Mittel zur Zuordnung von Lichtquellen und lichtUmformern zu vorbestimmten Idchtrichtungen durch die Objekt- Bildfläche Justierglieder aufweisen.
  8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 1. und 2. dadurch gekennzeichnet dass, die Mittel zur Zuordnung von lichtquellen und licht Umformern zu vorbestimmten üchtrichtungen durch die Objekt- Bildfläche Steckbaugruppen mit vorjustierten optp elektronischen Bauelementen enthalten.
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    «10
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