DE509057C

DE509057C - Device for determining the mirror deflection in galvanometers u. like measuring devices

Info

Publication number: DE509057C
Application number: DEZ18398D
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1929-06-06
Filing date: 1929-06-06
Publication date: 1930-10-03

Description

Vorrichtung zur Bestimmung des Spiegelausschlags bei Galvanometern u. dgl. meßgeräten Bei der Bestimmung des Spiegelausschlags von Galvanometern u. dgl. Meßgeräten bedient man sich in der Regel einer aus einem Zeiger und einer Teilung bestehenden Anzeigevorrichtung, bei der das eine der Eleinente mit Hilfe einer Projektionsvorrichtung auf dem anderen abgebildet wird. Wegen der einfacheren Ausführung der Vorrichtung hat man dabei stets den Zeiger projiziert, wobei man den Abbildungsstrahlengang am Spiegel des Meßgerätes einer Ablenkung unterwarf, während die Teilung an einer geeigneten Projektionsfläche fest angebracht war. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Teilungsintervalle je nach der optischen Bildvergrößerung verschiedenen Winkelwerten der Spiegeldrehung entsprechen, so daß man gezwungen war, bei jeder neuen Messung, bei der die gegenseitige Anordnung des Meßgerätes, der Projektionsvorrichtung und der Teilung nicht genau mit der früheren übereinstimmte, eine neue Eichung der Teilung vorzunehmen.Device for determining the deflection of the mirror in galvanometers and the like. Like. Measuring devices are usually used from a pointer and a division existing display device, in which one of the elements with the aid of a projection device is mapped on the other. Because of the simpler design of the device one has always projected the pointer, whereby one has the imaging beam path subjected to a deflection on the mirror of the measuring device, while the division on a was firmly attached to a suitable projection surface. This device has the disadvantage that the division intervals are different depending on the optical image magnification Angular values correspond to the mirror rotation, so that one was forced to with each new measurement, in which the mutual arrangement of the measuring device, the projection device and the division did not exactly coincide with the previous one, a new calibration of the To make division.

Dieser N achteil kann behoben werden, wenn man die Projektionsvorrichtung nach der Erfindung zur Abbildung der Teilung benutzt. Diese Lösung der Aufgabe läßt sich am einfachsten dadurch verwirklichen, daß der Abbildungsstrahlengang der Projektion der Teihtng eine Ablenkung am Spiegel des Meßgerätes erfährt, während man den Zeiger fest auf der Projektionsfläche anbringt, und zwar tun Difterenzablesungen zu vermeiden, zweckmüßig so, claß er mit (lein Nullpunkt des Teilungsbildes bei der Anfangslage des Spiegels zusammenfällt. Eine erneute Eichung der Teilung ist dann unnötig, solange das Meßgerät und die Projektionsvorrichtung mit der als Objekt dienenden Teilung ihre gegenseitige Lage nicht ändern, gleichgültig, wie groß die Entfernung der Projektionsfläche, also die Bildvergrößerung, ist.This disadvantage can be remedied by using the projection device used according to the invention to map the division. This solution to the problem leaves The easiest way to achieve this is that the imaging beam path of the projection the Teihtng experiences a deflection on the mirror of the measuring device while the pointer firmly attached to the projection surface, doing so to avoid differential readings, appropriately so, it includes (a zero point of the division image at the initial position of the mirror collapses. A new calibration of the division is then unnecessary as long as it is the measuring device and the projection device with the division serving as the object do not change their mutual position, no matter how far the projection surface is, so the image enlargement is.

Bei der genannten Ausführung der neuen Lösung der Aufgabe bewegt sich also bei Spiegelausschlägen des Meßgerätes die projizierte Teilung auf der Projektionsfläche. Ist dieses projizierte Bild, wie es beispielsweise bei der Demonstration von Versuchen vor einer größeren Zuhörerschaft erwünscht ist, verhältnismäßig groß, dann benötigt tnan, wenigstens wenn nicht verhältnismäßig dicht beieinanderliegende Teilstriche der Teilung beziffert oder bezeichnet sind, eine unerwünscht große Projektionsfläche, um ohne Schwierigkeit die Zeigerstellung auf der Teilung ablesen zu können. Auch strebt man danach, zu vermeiden, daß bei größeren Spiegelausschlägen ein wesentlicher Teil des Teilungsbildes von der eigentlichen Projektionsfläche abgleitet und auf einer anderen Fläche des Raumes verzerrt erscheint. In Anlehnung an die bekannten Einrichtungen kann man in solchen Fällen so vorgehen. claß man die Abbildung der Teilung fest, den Zeiger dagegen beweglich macht. Das könnte beispielsweise so geschehen, claß man die Projektionsfläche als Zwischenbildebene benutzt, und dieses Zwischenbild mit dem in seiner Ebene liegenden Zeiger durch ein zusätzliches optisches System auf der eigentlichen Projektionsfläche abbildet, wobei in den Abbildungsstrahlengang ein zweiter, mit dem Spiegel des Meßgerätes gekuppelter drehbarer Spiegel zu schalten wäre, durch dessen Drehungen die Bewegungen des Teilungsbildes gerade aufgehoben würden. Der allgemeine, dieser Lösung zugrunde liegende Gedanke, zwei Projektionsvorrichtungen mit gemeinsamer Lichtquelle zur Abbildung der Teilung und des Zeigers zu benutzen, ergibt jedoch dann eine praktisch weniger Schwierigkeiten bietende und einfachere Lösung der Aufgabe, wenn man nur den Zeiger beweglich, die Teilung aber unbeweglich macht. Dabei liegen zwei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten der Ausführung vor, je nachdem ob entweder beide Abbildungsstrahlengänge vollkommen getrennt voneinander sind und nur die projizierten Bilder einander überdecken, oder ob beide Abbildungsstrahlengänge zusammenfallen. Im letzteren Falle erfordert auch eine beliebige Veränderung der Projektionsentfernung und die damit verbundene Verschiebung des Projektionssystems keine neue Eichung der Teilung. Dasselbe gilt im ersteren Falle, da man zu berücksichtigen hat, daß die Benutzung einer gemeinsamen Projektionsfläche bei getrennten Projektionssystemen dazu zwingt, diese beiden Systeme nur einander entsprechend zu verschieben.In the mentioned execution of the new solution to the problem moves So when the mirror deflects of the measuring device, the projected division on the projection surface. Is this projected image, as it is, for example, in the demonstration of experiments is desired in front of a larger audience, relatively large, then required tnan, at least if not relatively close together tick marks the division are numbered or labeled, an undesirably large projection area, in order to be able to read the pointer position on the graduation without difficulty. Even one strives to avoid that with larger mirror deflections an essential Part of the split image slides off the actual projection surface and on another area of the room appears distorted. Based on the familiar Institutions can do this in such cases. let us see the illustration of the Division fixed, the pointer, however, makes it movable. This could be done, for example, The projection surface is used as an intermediate image plane, and this intermediate image with that lying in its plane Pointer by an additional optical system on the actual projection surface, wherein in the imaging beam path to switch a second rotatable mirror coupled to the mirror of the measuring device would be, through whose rotations the movements of the division image just canceled would. The general idea underlying this solution, two projection devices to use with a common light source for mapping the graduation and the pointer, however then results in a practically less difficult and simpler one The solution to the problem, if one only moves the pointer, but the division is immovable power. There are two fundamentally different options for execution before, depending on whether either the two imaging beam paths are completely separate from one another and only the projected images overlap, or whether both imaging beam paths coincide. In the latter case, any change in the Projection distance and the associated displacement of the projection system no new calibration of the division. The same is true in the former case, since one has to take into account has that the use of a common projection surface with separate projection systems forces to shift these two systems only accordingly.

Die Zeichnung stellt in den Abb. i bis 3 drei Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischen Mittelschnitten im Grundriß dar.The drawing shows three exemplary embodiments in FIGS of the invention in schematic middle sections in plan.

Beim ersten Beispiel (Abb. i) handelt es sich um die Bestimmung des Spiegelausschlags eines Galvanometers mit einem Gehäuse a und einem drehbaren Hohlspiegel b. Das Gehäuse a hat ein ebenes Glasfenster c, durch welches Lichtstrahlen zum Spiegel b gelangen. Diese Lichtstrahlen stammen von einer seitlich gelegenen Lichtquelle d in Verbindung mit einem aus zwei plankonvexen Linsensegmenten el-, e' bestehenden Kondensor. Zwischen den Segmenten befindet sich ein gleichschenklig-rechtwinkliges Spiegelprisma f zur Ablenkung der Lichtstrahlen um 9o°. Die ebene Fläche des Segments e2 trägt eine Teilung e°. Dem Fenster c gegenüber befindet sich eine Pröjektionsfläche g.The first example (Fig. I) involves determining the mirror deflection of a galvanometer with a housing a and a rotatable concave mirror b. The housing a has a flat glass window c through which rays of light reach the mirror b. These light rays come from a laterally located light source d in connection with a condenser consisting of two plano-convex lens segments el, e '. Between the segments there is an isosceles right-angled mirror prism f for deflecting the light rays by 90 °. The flat surface of the segment e2 has a division e °. Opposite the window c is a projection surface g.

Der Kondensor bildet die Lichtquelle d auf dem Spiegel ab, der Spiegel b die Teilung e° auf der Projektionsfläche g. Dort, wo der Nullstrich des Teilungsbildes liegt, ist jeweils eine als Zeiger dienende Marke h auf der Fläche g anzugeben. Bei gleichen Schwenkungen des Spiegels b tritt bei beliebiger Entfernung der Projektionsfläche g vom Galvanometer eine Verschiebung des Teilungsbildes um gleichviel Teilungsintervalle gegenüber dein Zeiger h auf. Die Verschiebung dient als Maß für den Ausschlag des Spiegels. Die Teilung e° ist nur einmal zu eichen, solange die angegebene Lage der Lichtquelle d und des Kondensors e1, e= unverändert bleibt.The condenser images the light source d on the mirror, the mirror b the division e ° on the projection surface g. Where the zero line of the graduation image is located, a mark h, which serves as a pointer, is to be indicated on the area g. With the same swiveling of the mirror b, at any distance of the projection surface g from the galvanometer, the graduation image is shifted by the same number of graduation intervals compared to the pointer h. The shift serves as a measure for the deflection of the mirror. The division e ° only needs to be calibrated once, as long as the specified position of the light source d and the condenser e1, e = remains unchanged.

Beim zweiten Beispiel (Abb. 2) ist im Galvanometergehättse a ein ebener Spiegel i drehbar, während eine als Fenster dienende Sammellinse k dem Spiegel i gegenüber in das Gehäuse eingesetzt ist. Dem Fenster k gegenüber befindet sich eine plankonvexe Kondensorlinse 1, deren einer Hälfte durch ein gleichschenklig-rechtwinkliges Spiegelprisma m Lichtstrahlen einer seitlich gelegenen Lichtquelle d zugeführt werden. Dem Fenster k gegenüber ist hinter der Kondensorlinse L ein Projektionsobjektiv st und eine Projektionsfläche ä angeordnet. Die Linse L trägt auf ihrer ebenen Fläche in dem von den Lichtstrahlen zuerst getroffenen Teil eine als Zeiger dienende Marke h, auf dem anderen Teil eine Teilung l'.In the second example (Fig. 2) the galvanometer housing a is a flat one Mirror i rotatable, while a converging lens k serving as a window corresponds to the mirror i opposite is inserted into the housing. There is one opposite the window k Plano-convex condenser lens 1, one half of which is through an isosceles right-angled Mirror prism m light rays are fed to a laterally located light source d. Opposite the window k, behind the condenser lens L, there is a projection objective st and a projection surface ä arranged. The lens L carries on its flat surface in the part first hit by the light rays a mark serving as a pointer h, on the other part a division l '.

Die Abmessungen der Vorrichtung sind so zu wählen, daß die Lichtquelle d durch die Linsen l und k auf den Spiegel i. abgebildet, und dieses Bild durch die Linsen k und L erneut auf dem Objektiv n abgebildet wird. Die Linse l liegt dabei mit ihrer ebenen Fläche in der Brennebene der Linse k, so daß der Zeiger 11 auf der Teilung l', und zwar in der Anfangslage des Spiegels i, zweckmäßig auf deren Nullstrich abgebildet wird. Das Objektiv za entwirft von der Teilung l= nebst dem Zeigerbild ein Bild auf der Projektionsfläche g, bei welchem das Teilungsbild eine unveränderliche Lage hat, während das Zeigerbild . bei Schwenkungen des Spiegels i über dem Teilungsbilde wandert. Die Größe des Spiegelausschlags kann nach einmaliger Eichung der Teilung bei beliebiger Entfernung der Projektionsfläche g aus der Lage des Zeigerbildes auf dem Teilungsbild abgelesen werden.The dimensions of the device are to be chosen so that the light source d through the lenses l and k onto the mirror i. imaged, and this image is imaged again through the lenses k and L on the objective n. The lens l lies with its flat surface in the focal plane of the lens k, so that the pointer 11 on the graduation l ', specifically in the initial position of the mirror i, is expediently mapped onto its zero line. The objective za creates an image on the projection surface g of the graduation l = in addition to the pointer image, in which the graduation image has an unchangeable position, while the pointer image. when the mirror i swings over the division image. After the division has been calibrated once, the size of the mirror deflection can be read from the position of the pointer image on the division image at any distance from the projection surface g.

Beim dritten Beispiel (Abb. 3) ist das einen ebenen, drehbaren Spiegel i enthaltende Galvanometergehäuse a mit einem zylindrischen Glasfenster o ausgestattet. Durch dieses Fenster fallen von einer Lichtquelle d mit einem zweilinsigen Kondensorsystem pi, p= ausgesandte Lichtstrahlen durch ein Projektionsobjektiv q auf den Spiegel i, der sie nach einer Projektionsfläche r ablenkt. Die äußeren Flächen der Linsen pl, p' sind eben; die dem Objektiv q zugekehrte Fläche trägt eine als Zeiger dienende Marke p°. Jenseits der Lichtquelle d befindet sich ein zweites entsprechend gebautes Kondensorsystem sl, s', dessen Linsen durch ein gleichschenklig-rechtwinkliges Spiegelprisma t getrennt sind. Gegenüber der äußeren ebenen Fläche der Linse s', auf der eine Teilung s° angebracht ist, ist ein Projektionsobjektiv zc angeordnet.In the third example (Fig. 3) the galvanometer housing a containing a flat, rotatable mirror i is equipped with a cylindrical glass window o. Through this window fall from a light source d with a two-lens condenser system pi, p = light rays emitted through a projection objective q onto the mirror i, which deflects them towards a projection surface r. The outer surfaces of the lenses pl, p 'are flat; the surface facing the objective q bears a mark p ° serving as a pointer. Beyond the light source d there is a second suitably constructed condenser system sl, s', the lenses of which are separated by an isosceles right-angled mirror prism t. A projection objective zc is arranged opposite the outer flat surface of the lens s', on which a graduation s ° is applied.

Das Verhältnis der Entfernung der Projektionsfläche r vom Meßgerät zur Ausdehnung der Vorrichtung in der Parallelen zur Projektionsfläche r ist praktisch immer sehr viel größer als auf der Zeichnung angegeben, so daß sich die Achsen der vom Objektiv zs und dem Spiegel i zur Projektionsfläche r gesandten Lichtstrahlenbündel unter einem sehr spitzen Winkel schneiden. Die Lichtquelle d wird durch das Kondensorsystem p1, p= am Orte des Objektivs q, vom Kondensorsystem s l, s 2 am Orte des Objektivs 2s abgebildet. Das Objektiv q bildet den Zeiger p°, das Objektiv u die Teilung s° auf der Projektionsfläche r ab.The ratio of the distance of the projection surface r from the measuring device to the extent of the device parallel to the projection surface r is practically always much greater than indicated on the drawing, so that the axes of the light beams sent from the objective zs and the mirror i to the projection surface r are below each other cut at a very acute angle. The light source d is imaged by the condenser system p1, p = at the location of the objective q, by the condenser system sl, s 2 at the location of the objective 2s. The lens q depicts the pointer p °, the lens u the graduation s ° on the projection surface r.

Die unter Umständen störenden Fehler bei großen Spiegelausschlägen lassen sich bei allen Beispielen dadurch vermindern, daß die Vorrichtung so zum Galvanometer angeordnet wird, daß die Spiegeldrehachse in. der Ebene des gezeichneten Hauptschnittes der Vorrichtung liegt. In diesem Falle sind die Zeiger 1a, l1 und p° sowie die Teilungen e°, l= und s° um cgo ':' gedreht gegenüber der gezeichneten Anordnung anzubringen. An Stelle der Lichtquelle d kann in allen Fällen auch ein virtuelles Bild einer solchen benutzt werden. Wegen der Form der Teilungen und Zeiger, die ein schmales Rechteck als beleuchtetes Feld erfordern, können an Stelle der gezeichneten oder ähnlicher, die gleiche Wirkung hervorbringenden sphärischen Linsen Systeme mit zylindrischer Wirkung mit sich rechtwinklig kreuzenden Zylinderachsen mit Vorteil angewandt werden.The errors which may be troublesome with large mirror deflections can be reduced in all examples by arranging the device in relation to the galvanometer in such a way that the mirror axis of rotation lies in the plane of the main section of the device. In this case the pointers 1a, l1 and p ° as well as the divisions e °, l = and s ° are to be attached rotated by cgo ':' in relation to the arrangement shown. Instead of the light source d, a virtual image of such can also be used in all cases. Because of the shape of the divisions and pointers, which require a narrow rectangle as an illuminated field, instead of the drawn or similar spherical lenses producing the same effect, systems with a cylindrical effect with cylinder axes crossing at right angles can be used with advantage.

Claims

Patented T Air LANGUAGE z. Device for determining the mirror deflection in galvanometers and similar measuring devices with the aid of a display device consisting of a graduation and a pointer, in which one of these elements is mapped onto the other by means of a projection device, characterized by a projection device for mapping the graduation.

2. Device according to Claim z, characterized by two projection devices with a common light source for mapping the graduation and the pointer.

3. Apparatus according to claim 2, characterized characterized in that the image plane of the pointer image coincides with the plane of the division coincides.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the pointer and the division is in one plane.