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Mal3stabteilungen mit Phasenkennzeichnung Zusatz zum Patent 819728
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anwendung des Verfahrens zur genauen Kennzeichnung
einer Kurve im Raum mittels zweier lSohärenter und um 1800 in der Phase gegeneinander
verschobener Lichtwellen, die zur Interferenz miteinander gebracht werden, gemäß
Patent 8I9 728 auf Maßstäbe oder ähnliche Markierungen.
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Es ist bekannt, Maßstabteilungen mit Amplitu4enkennzeichnung durch
das Einritzen oder Kopieren von Strichen herzustellen. Das hat den :NIanSgel, daß
die bei optischer Ablesung anwendbare Vergrößerung durch die Struktur des geritzten
oder kopierten Striches begrenzt ist. Damit liegen auch die Grenzen der Ablesegenauigkeit
fest.
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Die Erfindung hat die Aufgabe diesen Mangel zu beseitigen und zu
einer höheren Ablesegenauigkeit zu kommen. Ia dem Hauptpatent ist ein Verfahren
beschrieben, das zur genauen Kennzeichnung einer Fläche oder Kurve im Raum mittels
interferierender Lichtwellen zwei kohärente und um I80° in der Phase gegeneinander
verschobene Lichtwellen benutzt, die zur Interferenz miteinander gebracht werden.
Dadurch entsteht eine Fläche oder Kurve, längs der die Intensität verschwindet,
welche prinzipiell beliebig scharf realisiert werden kann.
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Die Erfindung besteht darin, daß dieses Verfahren gemäß dem Hauptpatent
angewendet wird auf die Ablesung von Maßstäben od. dgl. Teilungen.
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In den Figuren wird die Erfindung erläutert, und zwar zeigt Fig.
I einen reflektierenden Maßstab mit Phasenkennzeichnung und eine optische Ablesevorrichtung
für Intensitätsbeobachtung im Auflicht, Fig. 2 einen durchsichtigen Maßstab mit
Phasenkennzeichnung, der zur Ablesung in der Objektebene der Ablesevorrichtung angeordnet
ist.
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An Hand der Fig. I soll das erfindungsgemäße Verfahren erläutert
werden.
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Der im Beispiel verwendete Maßstab mit Phasenkennzeichnung besteht
aus dem reflektierenden Maßstabkörper I, auf den Belegungen 2 von solcher Dicke
aufgedampft sind. daß an ihren Kanten 3 die eine Hälfte des beleuchtenden Strahlenbündels
4 gegen die andere um eine halbe \NTellenlänge oder ein ungerades Vielfaches davon
versetzt wird, so daß zwischen ihnen an der gemeinsamen Grenze eine Seiteninterferenz
entsteht, die sich durch ein äußerst scharfes Minimum der Intensität längs der ganzen
Lichtröhre ' kennzeichnet. Das SIinimum wird am ausgeprägtesten. wenn die beiden
Teile der Lichtröhre ' genau gleiche Intensität haben, mit anderen Worten, wenn
die den Phasensprung erzeugende Trennlinie 3 genau symmetrisch in der Lichtröhre
liegt. Diese aus dem Hauptpatent bekanne Tatsache wird dazu benutzt, um eine solche
Trennlinie genau mit einer Lichtröhre einzufangen.
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Denkt man sich eine Reihe solcher Trennlinien 3 auf einem Maßstab
als Intervalle aufgebracht. so kann jede dieser Trennlinien an Hand der WIinimumstrahllrennzeichnung
genau eingefangen werden. Die erfindungsgeinäß hergestellten Maßstäbe I können so
aussehen. daß belegte und unbelegte Intervalle 2, 5 einander abwechseln. Diese können
z. B. in folgender \NTeise mit einer Schablone erzeugt werden.
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Aus einer großen Zahl von genau gleichen aneinandergepreßten Es maßen
oder Glasplatten, die durch einen Halter zusammengehalten werden, wird ein Kamm
gebildet. so lang, wie der gewünschte Maßstab werden soll. Die Dicke der Endmaße
oder Glasplatten richtet sich nach der gewünschten Teilung Dieser Kamm wird über
dem zu teilenden Maßstab in einem sehr geringen. Abstand befestigt, ein ,u Abstand
genügt. Beschichtet man den Maßstab im Vakuum mittels Verdampfung oder Kathodenzerstäubung,
so entsteht in. den frei gelassenen Feldern der gewünschte Belag. Der Maßstab sieht
dann so aus, daß beispielsweise zwischen dem nullten und ersten, zweiten und dritten,
vierten und fünften WIillimeter (bzw. Zoll) usw. Belegungen liegen, während diese
in den Zwischenräumen fehlen.
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Bei einem Maßstab für Auflicht muß die Belegung ebenso reflektieren
wie die Unterlage; hier wird es also angebracht sein, die Kathodenzerstäubung oder
Verdampfwlg von Metall anzuwenden.
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In derDurchsicht, also etwa bei Glasmaßstäben, muß eine durchsichtige
Belegung aufgedampft werden.
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Zur Bedampfung braucht die Quelle nur im richtigen Abstand mit der
richtigen Geschwindigkeit über dem Maßstab entlang gezogen werden.
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Bei der hier gezeigten Beobachtung im Auflicht muß ferner beachtet
werden, daß die unbelegten Stellen im Auflicht genau gleiche Reflexion aufweisen
wie die belegten; das kann man durch nachträgliches, gleidimäfliges Bedampfen des
gesamten MaBstabes nach Entfernung des Kammes erreichen. Bei Durchlicht wird die
Bedingung gleicher Lichtstärke Ider belegten und unbelegten Flächen dann erreicht,
wenn der Brechungsindes der Schicht gleich dem der Unterlage ist und die Schicht
keine Absorption aufweist.
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Zur Ablesung des Maßstabes wird dieser von einer Beleuchtungseinrichtung,
die z. B. aus der Glühlichtquelle 6, dem Kondensor 7 und dem Spalt 8 bestehen kann,
mit einem schmalen Lichtbündel 4 beleuchtet. Bei dem in der Fig. I gezeigten reflektierenden
Maßstab I wird die Intensität des reflektierten Lichtbündels ' über beispielsweise
das Mikroskop 9, I0 und die Photozelle II beobachtet, während der Maßstab relativ
zur Beleuchtungseinrichtung Bewegt wird. Dabei ist die Maßstabteilung in bekannter
Weise in der Eintrittspupille der Ableseeinrichtung 9, I0 angeordnet. Eine Feineinstellang,
die aus einer mikrometrisch bewegbaren planparallelen Platte I2 besteht, wird für
die zur Erzeugung eines ausgeprägten Minimums notwendige genaue Symmetrierung der
Lichtröhre zur Trennlinie 3 durch eine seitliche Versetzung der Lichtröhre 4 vorgenommen.
Bei der oben geschilderten Aiiordnu*g des Maßstabes in der Eintrittspupille der
Ablesevorrichtung gestaltet sich die Ablesung zu einer Intensitätsmessung.
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Dabei stört manchmal der Nachteil, daß die genaue Ablesung nur im
Minimum der Intensität möglich ist. In Weiterführung der Erfindung kann die dabei
auftretende langwierige und etwas unübersichtliche Einstellung zur Ablesung durch
ein wenilger zeitraubendes und übersichtliches Verfahren ersetzt werden, indem die
phasengekennzeichnete Teilung in der für geritzte Maßstäbe üblichen Weise in der
Objektebene des zur Beobachtung benutzten Objektivs angeordnet ist, wie dies in
Fig. 2 gezeigt wird. Dadurch wird die Teilung direkt abgebildet, und aus der bisher
in der M inimumstrahlkennzeichnlun,g üblichen Intensitätsmessung wird eine Winkelmessung;
es kann der Teilstrich genau in der gleichen Weise eingefangen werden wie bisher
der ampl itudengekenuzeichnete Strich, d. h. er ist im ganzen Gesichtsfeld sichtbar
und nicht nur in der Stellung vollkommener Symmetrie des abbildenden Lichtbündels
Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Beispiel eines durchsichtigen Maßstabes sind die
phasensprungerzeugenden Trenukanten so hergestellt. daß auf einem durchsichtigen
Maßstabkörper I Belegungen 2 von solclier Dicke aufgedampft sind, daß an ihren Kanten
3 der eine Teil des beleuchtenden Strahlenbündels gegen den anderen um eine halbe
Wellenlänge (oder ein ungerader Vielfaches davon) versetzt wird. Dadurch entsteht
an den Kanten 3 ein Phasensprung von I80°. Da diese als Markierung dienenden Kanten
3 im Brennpunkt des zur Beobachtung dienenden Objektivs I3 liegen. kann man das
durch
den Phasensprung entstehende Minimum durch eine gewöhnliche
Winkelbeobachtung einfangen, ebenso wie man auch eine z. B. geritzte Markierung
beobachtet.
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Die Einstellung auf eine Trennlinie 3 kann wegen ihrer hohen Schärfe
mit doppelter Vergrößerung und daher auch doppelter Ablesegenauigkeit erfolgen.
Weiterhin nimmt das Bedampfen zur Herstellung einer Maßstab,teilung nur einen Bruchteil
der bisher erforderlichen Zeit ein und die Teilungen sind frei von individuellen
Teilungsfehlern.
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Das Verfahren ist sowohl für Aufsicht wie für Durchsicht zu gebrauchen.
Bei Durchsicht ergibt sich aus der Verwendung von Glas kein Nachteil, wie z. B.
bei den Ritzverfahren durch schlechtere Ritzeigeuschaften des Glases.
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Die Trennlinien werden dem Verwendungszweck entsprechend gestaltet.
Außer den bekannten Anordnungen bei Maßstäben und Skalen kann man auch Striche,
Zeichen, Bildfenster usw., hier als »ähnliche Markierungen« bezeichnet, auf diese
Weise keunzeichnen.