DE9321227U1 - Optische Vorrichtung - Google Patents
Optische VorrichtungInfo
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Description
DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 7. Juli 1992
Optische Vorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere bezieht sich die Vorrichtung auf eine interferentiell arbeitende Positionsmeßeinrichtung
mit hochauflösendem Dreigitter-System, bei dem relativ große Beugungswinkel auftreten.
Ein Dreigitter-Meßsystem ist aus der EO 0 163 362 Bl bekannt. Dort ist angeführt, daß die Fotodetektoren
in der Brennebene einer Linse angeordnet sind. Die Anordnung der Fotodetektoren in einer
Ebene hat aber den Nachteil, daß relativ großflächige Fotodetektoren erforderlich sind, um die
gesamte Intensität der einzelnen Strahlenbündel auf die Fotodetektoren zu konzentrieren.
Bei Meßsystemen mit Teilungsperioden der Größenordnung (<2jum) sind die Beugungswinkel der +1.Ordnung
größer als 26°, wodurch die Abbildung der gebeugten Strahlenbündel mit nur einer einzigen Linse in nur
einer Ebene, nicht mehr möglich oder zumindest ungünstig wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, demgegenüber
eine optische Vorrichtung zu schaffen, bei der die von einer Abbildungsoptik erfaßten Strahlenbündel
definiert und vollständig mit kleinflächigen und somit schnellen Fotodetektoren erfaßt werden
können, und daß Streulichtauswirkungen minimiert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß kleinflächige und somit sehr schnelle Fotodetektoren
eingesetzt werden können, da die Zuordnung der Fotodetektoren zu den Strahlenbündeln
und die Auswahl der optischen Elemente individuell erfolgt und deshalb optimiert werden kann.
Weiterhin werden von den Fotodetektoren die gesamten
Strahlenbündel erfaßt, wodurch eine hohe Intensität der von den Fotodetektoren abgeleiteten
Signale garantiert ist. Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß auch die Randstrahlen der Strahlenbündel
vollständig auf die Fotodetektoren treffen und somit auch der Abtastbereich des Maßstabgitters
vollständig und gleichmäßig auf die Fotodetektoren abgebildet wird.
Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt:
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Figur 1 stark schematisiert den Aufbau und Strahlengang einer Langenmeßeinrichtung gemäß
der Erfindung;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Langenmeßeinrichtung
mit anderer Abbildungsoptik und
Figur 3 eine weitere Variante mit nochmals anderer Abbildungsoptik.
Die in Figur 1 gezeigte lichtelektrische Langenmeßeinrichtung
0 enthält eine Lichtquelle 1, eine Linse 2, eine Abtastplatte 3, 3' mit einem nicht dargestellten
Gitter, ein Maßstabgitter 4 und drei Fotodetektoren 57 6 und 7.
Der Strahlenverlauf wird nur kurz beschrieben, da er ausführlich in der EP 0 163 362 Bl erläutert
ist. Danach wird das von der Lichtquelle 1 erzeugte und der Linse 2 kollimierte Licht beim Durchgang
durch das Gitter der Abtastplatte 3 hauptsächlich in drei verschiedene Richtungen gebeugt. Diese gebeugten
Teilstrahlenbündel 0. und +1. sowie -1. Beugungsordnung sind hier nicht gezeigt, da sie zum
Verständnis der Erfindung an dieser Stelle nichts beitragen.
Am Maßstabgitter 4 werden die Teilstrahlenbündel ein weiteres Mal gebeugt.
Es entstehen nochmals gebeugte Teilstrahlenbündel, die durch das zur Abtastplatte 3,3' gehörige Gitter
treten, dabei erneut gebeugt werden und zur Interferenz kommen. Die dadurch erzeugten weiteren gebeugten
Teilstrahlenbündel 8, 9 und 10 weisen unterschiedliche Neigung auf.
• »at »»· «# ·♦*
Im Strahlengang jedes einzelnen Strahlenbündels 8, 9, 10 befindet sich ein optisches Element, welches
auf den zugehörigen Strahlengang optimiert ist. In diesem Fall sind es drei Linsen 11, 12 und 13, die
jeweils das zugeordnete Strahlenbündel 8, 9 und 10 auf den zugeordneten Fotodetektor 5, 6 und 7 fokussieren.
Die Eigenschaften der optischen Elemente und die Lage der zugeordneten Fotodetektoren lassen sich
optimal aufeinander abstimmen, da ein optisches Element jeweils nur für ein Strahlenbündel ausgelegt
sein muß.
In Figur 2 ist noch weiter schematisiert eine Dreigitter-Meßanordnung
02 gezeigt, bei der die räumlich getrennten Strahlenbündel 82, 92 und 102 von diffraktiven optischen Elementen DOEs 112, 122, 132
auf die zugehörigen Fotodetektoren 52, 62, 72 fokussiert werden. Bei entsprechender Auswahl dieser
Elemente 112, 122, 132 können die Strahlenbündel unter beliebigen Winkeln einfallen, die zugehörigen
Fotodetektoren jedoch in einer Ebene E2 liegen, was herstellungstechnische Vorteile bietet.
Wie Figur 3 zeigt, kann bei einer optischen Vorrichtung 03 der eingangs genannten Art durch die
Auswahlmöglichkeit der optischen Elemente 113, 123, 133 deren Anordnung auch so gewählt werden, daß
sowohl die optischen Elemente 113, 123, 133 als auch die zugehörigen Fotodetektoren 53, 63, 73 in
Ebenen E3, E31 angeordnet sind, die zueinander parallel
verlaufen.
Claims (9)
1. Optische Vorrichtung, insbesondere interferentiell
arbeitende Positionsmeßeinrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung, bei der Intensitätsänderungen
wenigstens zweier, aufgrund von Beugung an Gittern in unterschiedliche Richtungen
geneigter, Strahlenbündel von Fotodetektoren erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur
definierten Abbildung der Strahlenbündel (8, 9, 10; 82, 92, 102; 83, 93, 103) auf die zugehöri-
TO gen Fotodetektoren (5, 6, 7; 52, 62, 72; 53, 63,
73) jeweils im Strahlengang der interferierenden, bereits räumlich getrennten Strahlenbündel
(8, 9, 10; 82, 92, 102; 83, 93, 103) wenigstens ein optisch abbildendes Element (11, 12, 13;
112, 122, 132; 113, 123, 133) vorgesehen ist.
2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (5,
6, 7) vom refraktiven und/oder reflektiven Typ, wie Linsen, Prismen, Hohlspiegel oder dergleichen,
sind.
3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenbündel (8, 9,
10; 82, 92, 102) parallel zu den optischen Achsen der optischen Elemente {11, 12, 13; 112,
122, 132) einfallen.
4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente diffraktive
optische Elemente und/oder Kombinationen von diffraktiven und refraktiven optischen EIementen
sind.
5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strahlenbündel (83, 93, 103) unter verschiedenen Winkeln in die optisehen
Elemente (113, 123, 133) einfallen.
6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 47 dadurch
gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (113, 123, 133) und die zugeordneten Detektoren (53,
63, 73) in zwei parallelen Ebenen (E3, E31) angeordnet
sind.
7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung ein
sogenanntes Dreigitter-Meßsystem (0) ist.
8. Optische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (3, 3!, 4) mit
kollimiertem Licht beleuchtet werden.
9. Optische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter mit unkollimiertem
Licht beleuchtet werden, und daß die Beugungsbilder der Lichtquelle auf den Detektoren
erzeugt werden.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP92112302A EP0579846B1 (de) | 1992-07-18 | 1992-07-18 | Optische Vorrichtung |
| DE4323171A DE4323171A1 (de) | 1992-07-18 | 1993-07-10 | Optische Vorrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9321227U1 true DE9321227U1 (de) | 1996-09-05 |
Family
ID=25927584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9321227U Expired - Lifetime DE9321227U1 (de) | 1992-07-18 | 1993-07-10 | Optische Vorrichtung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9321227U1 (de) |
-
1993
- 1993-07-10 DE DE9321227U patent/DE9321227U1/de not_active Expired - Lifetime
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