DE2714324C2 - Photoelectric reflected-light distance measuring device - Google Patents
Photoelectric reflected-light distance measuring deviceInfo
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- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Description
du = als optisch wirksamer Gitterkonstante des Maßstabgitters, die mit der optisch wirksamen Gitierkonstante dR des Referenzgitters durch du = as the optically effective grating constant of the scale grid, which passes through with the optically effective gating constant d R of the reference grating
dg = d/u(.l + v) verknüpft ist, und bei der die Empfänger senkrecht zur V^nier-Streifenrichtung je einen gegenseitigen Abstand ungleich dg = d / u (.l + v) linked f t, and in which the recipients perpendicular to the V ^ nier strip direction each have a mutual distance unequal
η·~ mit η= 1,2,3, ...aufweisen, nach Patentη ~ with η = 1,2,3, ..., according to patent
2653545, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzgitter (11) ein Phasengitter ist, dessen Beugungscharakteristik unter Berücksichtigung des Verzerrungsfaktors ν zumindest angenähert mit der des Maßstabgitters (12) übereinstimmt.2653545, characterized in that the reference grating (11) is a phase grating is whose diffraction characteristic taking into account the distortion factor ν at least approximately coincides with that of the scale grid (12).
2. Fotoelektrische Aufllcht-Wegmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenhub zwischen den einzelnen Strukturelementen des Referenzgitters einem optischen Gangunterschied von etwa einer viertel Wellenlänge des wirksamen Beleuchtungslichts entspricht und die körperlich ausgebildete Gitterkonstante des Referenzgitters gleich der optisch wirksamen Gitterkonstanten dK Ist.2. Photoelectric Aufllcht-Wegmeßeinrichtung according to claim 1, characterized in that the phase deviation between the individual structural elements of the reference grating corresponds to an optical path difference of about a quarter wavelength of the effective illuminating light and the physically formed grating constant of the reference grating is equal to the optically effective grating constant d K.
Die Erfindung betrifft eine fotoelektrische Aufllcht-Wegmeßelnrlchtung nach Patent 26 53 545, wie sie sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergibt.The invention relates to a photoelectric transducer device according to patent 26 53 545, as it emerges from the preamble of claim 1.
Die Im Zusammenhang mit dem Hauptpatent dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen als Referenz- und Maßstabgitter jeweils Amplitudengitter. Dabei Ist unmittelbar erkennbar, daß bei einem Steg-/Lückeverhältnls von 1:1 die lichtundurchlässigen Stege des Referenzgitters von vornherein 50% des Beleuchtungslichts unterdrücken. The ones presented in connection with the main patent Exemplary embodiments each show amplitude grids as reference and scale grids. It is immediately recognizable that with a bridge / gap ratio 1: 1 the opaque bars of the reference grid suppress 50% of the illuminating light from the start.
Soweit die Stege diesen Lichtanteil nicht vollständig absorbieren, entstehen empfängerseltlg zusätzlich störende Reflexe. Prozentual dieselben Lichtverluste entstehen beim Austritt des am Maßstabgitter reflektierten Lichts aus dem Meßsystem.As far as the webs do not completely cover this amount of light absorb, there may also be disturbing reflections. The same percentage of light losses arise when the light reflected on the scale grating emerges from the measuring system.
Der vorliegenden Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, eine weitere Ausgestaltung der Im Hauptpatent 26 53 545 verankerten Aufllcht-Wegmeßeinrichtung anzugeben, die lichtstärker und weitgehend frei von störenden Reflexen ist.The present invention therefore has the object based on another embodiment of the main patent 26 53 545 anchored Aufllicht-Wegmeßeinrichtung indicate, the more luminous and largely free from disturbing reflexes.
Mit einer fotoelektrischen Auflicht-Wegmeßelnrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Referenzgitter ein Phasengitter ist, dessen Beugungscharakteristik unter Berücksichtigung des Verzerrungsfaktors ν zumindest angenähert mit der des Maßstabgitters übereinstimmt. Die Verwendung von Phasengittern in fotoelektrischen Wegmeßeinrichtungen, die jedoch nicht zwischen Referenz- und Maßstabgitter einen Abstand nach dem Hauptpatent aufweisen, ist an sich bekannt (z. B. DE-OS 23 62 731).With a photoelectric incident light measuring device of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the reference grid is a phase grating whose diffraction characteristic at least takes into account the distortion factor ν corresponds approximately to that of the scale grid. The use of phase gratings in photoelectric Distance measuring devices which, however, do not have a distance between the reference and scale grids according to the main patent, is known per se (z. B. DE-OS 23 62 731).
Der Phasenhub zwischen den einzelnen Strukturelementen des Referenzgitters kann einem optischen Gangunterschied von etwa einer viertel Wellenlänge des wirksamen Beleuchtungslichts entsprechen, wenn die körperlich ausgebildete Gitterkonstante des Referenzgitters gleich des optisch wirksamen Gitterkc.istanten (Iκ nach der Hauptanmeldung Ist.The phase shift between the individual structural elements of the reference grating can correspond to an optical path difference of about a quarter wavelength of the effective illuminating light if the physically formed grating constant of the reference grating is equal to the optically effective grating constant (Iκ according to the main application.
Ein Ausführungsbelsplel einer erfindungsgemäßen Aufllcht-Wegmeßeinrichtung wird nachfolgend anhand von Figuren beschrieben. Im einzelnen zeigtAn exemplary embodiment of an optical displacement measuring device according to the invention is given below with reference to described by figures. In detail shows
Fig. la die Intensitätsverteilung In den Hauptbeugungsordnungen bei einem Amplitudengitter,Fig. La the intensity distribution in the main diffraction orders with an amplitude grating,
F i g. 1 b die Intensitätsverteilung In den Hauptbeugungsordnungen bei einem Phasengitter mit A/4 Phasenhub,F i g. 1 b the intensity distribution in the main diffraction orders with a phase grating with A / 4 phase deviation,
Flg. 2 eine Auflicht-Wegmeßeinrichtung, bei der das Referenzgitter ein Phasengitter mit A/4 Phasenhub ist.Flg. 2 a reflected light path measuring device in which the Reference grating is a phase grating with A / 4 phase deviation.
Die FI g. 1 a und 1 b zeigen Im Vergleich die Lichtintensitäten in den Hauptbeugungsordnungen bei einem Durchiicht-Amplitudengitter und einem Durchlicht-Phasengitter. Abgesehen von den unvermeidbaren Reflexionsverlusten an Luft/Gas-Flächen tritt beim Phasengitter nahezu das gesamte ankommende Licht durch das Gitter hindurch. Jedes Phasengitter mit von A/2 (A = Wellenlänge des wirksamen Beleuchtungslichts) abweichendem Phasenhub zwischen den einzelnen Strukturelementen weist auch Lichtanteile In der 0. Beugungsordnung auf. Wenn der Phasenhub etwa A/4 entspricht, dann zeigt sich, daß die Llchtlntensltäten In der +1. und der -1. Beugungsordnung zusammen der Lichtintensität In der 0. Beugungsordnung entsprechen. Das Phasengitter verhält sich daher über einen bestimmten Phasenhubberelch hinsichtlich seiner Beugungscharakteristik genauso wie ein Amplltudengltter gleicher Gitterkonstante mit dem Vorteil einer nahezu verdoppelten Lichtstärke.The FI g. 1 a and 1 b show the light intensities in comparison in the main diffraction orders for a transmitted-light amplitude grating and a transmitted-light phase grating. Apart from the inevitable reflection losses on air / gas surfaces, the Phase grating almost all of the incoming light passes through the grating. Each phase grating with from A / 2 (A = wavelength of the effective illuminating light) deviating phase deviation between the individual Structural elements also have light components in the 0th order of diffraction. If the phase deviation is about A / 4, then it can be seen that the light intensities In the +1. and the -1. Diffraction order together correspond to the light intensity In the 0th order of diffraction. The phase grating therefore behaves over a certain phase excursion range with regard to it Diffraction characteristics as well as an amplitude smoother same lattice constant with the advantage of almost doubled light intensity.
Bei der Erklärung des Funktionsprinzips der Ausführungsbeispiele nach der Hauptanmeldung wurde von einem geometrisch-optisch erzeugten Schattenbild ausgegangen, das Im Zusammenwirken des Referenz- und des Maßstabgitters entsteht. Selbstverständlich ließe sich das entstehende Streifenmuster weniger anschaulich auch wellenoptisch durch Interferenzen zwischen gebeugten Strahlenbündeln erklären. Eine solche Erklärung würde unmittelbar auch bei einem Aufbau mit einem Phasengitter als Referenzgitter anwendbar sein, da dieses ja keine anschaulich erklärbaren »Schatten« wirft. Da oben jedoch festgestellt wurde,When explaining the functional principle of the exemplary embodiments according to the main application was made of a geometrically-optically generated silhouette assumed that arises in the interaction of the reference and the scale grid. Of course the resulting stripe pattern could also be less clearly visualized in terms of wave-optics due to interference explain between diffracted beams. Such a declaration would also be immediate for a Structure with a phase grating can be used as a reference grating, since this cannot be clearly explained "Shadow" throws. However, since it was stated above,
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daß sich das Phasengitter unter bestimmten Voraussetzungen beugungsmäßig wie ein Amplitudengitter verhält und experimentell bestätigt wird, daß das Phasengitter dieselbe Funktion ausübt wie das Amplituden-Referenzgitter, wird auch hier dieselbe Darstellungswelse verwendet wie in der Hauptanmeldung.that, under certain conditions, the phase grating is diffractive like an amplitude grating behaves and it is confirmed experimentally that the phase grating performs the same function as the amplitude reference grating, The same representation catfish is used here as in the main application.
In Fig.2 ist das Referenzgitter 11 ein Phasengitter mit vorzugsweise λ/4 Phasenhub zwischen den einzelnen Strukturelementen. Das Meßsystem wird beispielsweise durch eine ausgedehnte Lichtquelle 10 ausgeleuchtet. Die an den Stegen des Maßstabgitters 12 reflektierten Lichtanteile erzeugen nach Wechselwirkung mit dem Maßstabgitter 11 in der Ebene 13 das Vernier-Streifenmuster. Dabei wird in analoger Betrach-I' tungsweise angenommen, daß die Furchen des Phasen- ψ gitters den durchlässigen Bereichen eines Amplitudeng gitters und die Stege den undurchlässigen Bereichen ύ eines Amplitudengitters entsprechen. Diese geome- '?. trisch-optlsche Modellvorstellung ist im Ergebnis in V< Übereinstimmung mit dem Experiment.In FIG. 2, the reference grating 11 is a phase grating with a preferably λ / 4 phase deviation between the individual structural elements. The measuring system is illuminated by an extended light source 10, for example. The light components reflected on the webs of the scale grating 12 produce the vernier stripe pattern after interaction with the scale grating 11 in the plane 13. In this case, it is' tung, assume in an analogous Betrach-I that the grooves of the phase grating ψ the permeable areas of lattice Amplitudeng and the webs of the opaque areas ύ an amplitude grating, respectively. This geome- '?. The result of the trisch-optical model concept is in V <agreement with the experiment.
v- In der Ebene 13 entsteht danach ein aus hellen und j dunklen Streifen bestehendes Vernier-Streifenmusler ■ ''■ ' mit einem Abstand y/5 zwischen den hellen und dunk- : Ien Streifen. Vorzugsweise im Abstand y/4 sind in der v- In the plane 13 then produces a composed of bright and dark stripes j vernier Streifenmusler ■ '■' at a distance y / 5 between the light and dark: Ien strips. Preferably at a distance y / 4 are in the
Ebene 13 fotoelektrische Empfänger 14, 15, 16, 17 ange-, ordnet, die bei einer Relativverschiebung zwischen ■\ Referenz- und Maßstabgitter mit periodisch wechselnden, zueinander phasenverschobenen Lichtflüssen beaufschlagt werden. Die Auswertung der entstehenden elektrischen Signale erfolgt in bekannter Welse. WPlane 13 photoelectric receiver 14, 15, 16, 17 reasonable, rules, which are charged at a relative displacement between ■ \ reference and scale grating with periodically alternating, mutually phase-shifted light fluxes. The evaluation of the resulting electrical signals takes place in a known manner. W.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Claims (1)
ν χ = -with
ν
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