CH451531A - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Description

  



  Beleuchtungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuch  tungseinrichtung    für eine Vorrichtung zum Anzeigen der Relativbewegung zweier, nur geringfügige Unterschiede der Teilung und/oder Orientierung aufweisender, von einer Lichtquelle durchleuchteter und in Richtung der Lichtquelle hintereinander und parallel zueinander angeordneter Strichgitter, mit Hilfe der Querwanderung der   Moiré-Streifen      des Uberlagerungsbildes    dieser Gitter.



   . Es ist bekannt, zum Messen linearer   Verschiebun-    gen zweier relativ zueinander beweglicher Bauteile, zwei Massstäbe mit ungleichen, oder gleichen aber gegeneinander schräggestellten Teilungen zu verwenden. Die erreichte Messgenauigkeit ist dabei um so grösser, je geringer der Unterschied der Teilungen bzw. die   Schräg-    stellung der Teilungen ist. Für   Präzisionsmessgeräte    werden übereinander angeordnete, auf transparenten Unterlagen aufgebrachte Teilungen verwendet, die von einer Lichtquelle her beleuchtet werden und auf der, der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite,   Moiré-Bilder    bilden, die mit photoelektrischen Mitteln ausgewertet werden können.

   Diese Anordnungen sind natürlich nicht auf geradlinige Massstäbe beschränkt, sondern werden auch als Kreisteilungen für die Messung von Drehwinkeln verwendet.



   Wie oben bereits ausgeführt, kann die Genauigkeit der Messung gesteigert werden, wenn der Unterschied zwischen den Teilungen geringer wird, weshalb besonders bei optischen Teilungen jede Forderung nach erhöhter Präzision der Messung zu einer Erhöhung der Anzahl der Teilstriche pro Länge oder Bogeneinheit führte. Diesem Vorgehen sind jedoch Grenzen gesetzt.



  Wenn nämlich die Periode der Teilung in die Grössenordnung der Teilung von Beugungsgittern kommt, treten   Lichtbeugungserscheinungen    auf, die den Hell-Dunkel Kontrast der   Moiré-Streifen    schwächen, was die Ge  nauigkeit    des Ablesens und insbesondere die Auswertung mit photoelektrischen Mitteln nachteilig beeinflusst.



   Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu beheben.



   Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die   Leuchtfläche    der Lichtquelle zwei ungleichlange Symmetrieachsen besitzt und die längere dieser Achsen mindestens angenähert parallel zur Teilung der Strichgitter liegt und die Leuchtdichte der   Leuchtfläche    von der längeren Achse zu den längeren Rändern hin abnimmt.



   Auf diese Weise ist es möglich, die gegenphasigen Nebenmaxima der einzelnen, durch die Teilungen verlaufenden Lichtbündel zu unterdrücken, wodurch ein wesentlich verbesserter Modulationskontrast zwischen den einzelnen   Moiré-Streifen    erreicht werden kann, was besonders wichtig ist, wenn mehrere nebeneinander angeordnete, verhältnismässig schmale Photozellen zur Messung einzelner   Moiré-Streifen    verwendet werden.



   Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figuren und an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.



   Fig.   1    zeigt das Prinzipschema einer optischen Einrichtung zum Beleuchten der Strichgitter und eine Photozelle zum Auswerten der   Moiré-Streifen.   



   Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des als Funktion der Entfernung von der durchleuchteten Teilung messbaren Modulations-Kontrasts für eine Beleuchtungseinrichtung nach der bisher bekannten Art und für eine Beleuchtungseinrichtung nach der Erfindung.



   Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Helligkeitswerte der Abbildung zweier nebeneinanderliegenden Felder eines Beugungsgitters und deren gegenseitige Beeinflussung.



   Fig. 4 zeigt einen stark vergrösserten Teil einer Draufsicht auf einen Beleuchtungsspalt nach der Erfindung.



   Die in Fig.   1    schematisch gezeigte Einrichtung zum Beleuchten von gegeneinander beweglichen Strichgittern und zur Auswertung des beim Durchleuchten der Strichgitter entstehenden   Moiré-Bildes,    enthält einen, an eine nicht gezeigte Stromquelle   anschliessbaren Glüh-    draht 11, der in bekannter Weise in einer (nicht gezeigten) mit Schutzgas gefüllten oder evakuierten Hülle eingebaut ist, und einen aus mehreren Linsen zusammengesetzten Kondensor 12 und eine Blende 13, mit einem in der Zeichnungsebene liegenden Spalt 14, und ein ebenfalls mehrere Linsen enthaltendes Objektiv   15.   



  Weiter ist eine ortsfeste, mit einem Strichgitter 16 versehene Glasplatte 17 und auf der dem Strichgitter 16 gegenüberliegenden Seite der Glasplatte 17 eine Photozelle 18 vorgesehen. Die Photozelle besitzt zwei Anschlussklemmen 23,24, von denen das Photozellensignal an einen (nicht gezeigten) Verstärker oder ein anderes elektronisches Auswertegerät geleitet wird.   tuber    dem Strichgitter 16 ist eine kreisrunde Glasplatte 19 mit einem dem Strichgitter 16 zugekehrten Strichgitter 20 angeordnet. Die kreisrunde Glasplatte 19 ist um eine zur optischen Achse 21 parallele (nicht gezeigte) Achse drehbar. Diese Achse ist so weit aus der Zeichnungsebene verschoben, dass nur der mit dem Strichgitter 20 versehene Rand der kreisrunden Glasplatte 19 über dem Strichgitter 16 der Platte 17 bewegbar ist.

   Der Glühdraht 11 und der Kondensor 12 und die Blende 13 sind so zueinander angeordnet, dass der Kondensor den Glühdraht auf dem in der gleichen Richtung liegenden Spalt 14 der Blende abbildet. Die Blende 13 und das Objektiv 15 sind so zueinander abgestimmt, dass das Objektiv den beleuchteten Spalt 14 im Unendlichen abbildet, d. h. dass ein dem Spalt entsprechendes paralleles Lichtbündel durch die beiden Gitter 20 und 16 hindurchläuft und auf die Photozelle 18 auftrifft. Um dieses zu erreichen, müssen der Glühdraht 11 und der Spalt   14    und die Gitter 20 und 16 im Gegensatz zur Darstellung in Fig.   1,    wo der Glühdraht und der Spalt der besseren zeichnerischen Darstellung wegen gegen die Teilungen um   90  ge-    dreht sind, in der gleichen Richtung verlaufen.

   Zum Erreichen einer optimalen Beleuchtung der Photozelle 18 sind der Abstand zwischen dem Kondensor 12 und dem Objektiv 15 und der Photozelle 18 so gewählt, dass das Objektiv den Ausgang des Kondensors auf der Photozelle abbildet.



   Für die im folgenden zu beschreibenden Messungen wurde ein Objektiv mit einer Brennweite von 50,8 mm und Gitter mit einer Teilung, deren Periode 10 Mikron betrug und eine Photozelle, deren Oberfläche mit Ausnahme eines parallel zur Gitterteilung verlaufenden   1    mm weiten Schlitzes abgedeckt war, verwendet.



   Sobald der Spalt 14 vom Glühdraht 11 ausgeleuchtet wird, entsteht auf der Photozelle 18 eine Folge von   Moiré-Streifen,    deren Lage und Periode von der Art der Gitter 16 und 20 und ihrer Ausrichtung zueinander bedingt ist. Wie die in Fig. 2 gezeichnete Kurve A zeigt, ist der von den oben genannten Bedingungen und bei Verwendung einer Blende mit einem Spalt von 250 Mikron Breite gemessene Modulationskontrast dieses   Moiré-Streifenmusters    eine Funktion des Abstandes zwischen Photozelle 18 und Gitter   16    und erreicht auch im günstigsten Falle nicht einmal 50 %.



  Der Modulationskontrast wird aus der maximalen und der minimalen Helligkeit   (Smax und Sm.)    auf der Photozelle nach der Formel:    
Smax - Smin
M =
Smax + Smin    errechnet.



   Als Ursache, sowohl für den verhältnismässig geringen maximalen Modulationskontrast als auch für dessen Abhängigkeit vom Abstand zwischen Gitter und Photozelle wurden die durch die Beugung des Lichts bewirkten Nebenmaxima erkannt.



   In Fig. 3 sind schematisch die Helligkeit zweier nebeneinander abgebildeter Spaltbilder aufgetragen. Im gezeichneten Falle überlagern sich die Helligkeitsmaxima C, D der Spaltbilder mit den jeweiligen, um eine halbe Wellenlänge phasenverschobenen Nebenmaxima E, F, was eine Schwächung der   Helligkeitsmaxima    C, D bewirkt. Weiter überlagern sich die phasengleichen Nebenmaxima   1,    K den Flanken G, H der Hauptmaxima, was eine Verbreiterung dieser Flanken bewirkt. Obwohl hier der Klarheit wegen nur zwei benachbarte Spaltbilder gezeigt sind, wird in der Praxis jedes Spaltbild mindestens von den beiden ihm unmittelbar benachbarten Spaltbildern in der oben beschriebenen Art nachteilig beeinflusst. Diese   tÇberlage-    rungen wirken einem optimalen Kontrast entgegen.



   Ausgehend von der bekannten Erscheinung, dass die Verringerung der Intensität der höheren   Beugungs-    ordnungen eines Gitters für die Feststellung der Unschärfe des Beleuchtungsspaltes verwendet werden kann, wurde anstelle des bisher üblichen Spaltes 14 mit den scharfkantigen Rändern ein Spalt, entsprechend der Fig. 4, dessen Längsseiten mit quer zur Längsrichtung des Spaltes verlaufenden Zacken 30 von solcher Form versehen waren,   dal3    die Lichtdurchlässigkeit des Spaltes, gemessen quer zur Längsachse 31 einer Gaussschen Fehlerverteilung entsprach und dessen Halbwertsbreite, gemessen zwischen der Längsachse 31 und dem tiefsten Einschnitt zwischen benachbarten Zähnen 200 Mikron betrug, verwendet.

   Mit diesem Spalt als Lichtquelle wurde die oben beschriebene Messung des Modulationskontrastes wiederholt und dabei eine der Kurve B in Fig. 2 entsprechende Reihe von Messpunkten gefunden. Wie der Vergleich der beiden Kurven A und B zeigt, ist es auf diese Weise möglich, den Modulationskontrast insbesondere bei kleinen Abständen zwischen dem Gitter 16 und der Photozelle 18 ganz erheblich zu verbessern.



   Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Verwendung eines entsprechend der Fig. 4 gezahnten Spaltes begrenzt. Anstelle dieses gezahnten Spaltes kann auch einer der bisher verwendeten Spalte mit gleichmässig lichtdurchlässiger Fläche verwendet und dieser Spalt mit einer Platte unterschiedlicher Lichtabsorption dergestalt zum Zusammenwirken gebracht werden, dass die Leuchtdichte des Spaltes quer zu seiner   Längsrich-    tung von der Längsachse her nach beiden Seiten zu abnimmt. Dabei ist es gleichgültig, ob diese Platte in der Richtung des Lichtes gesehen vor oder hinter dem Spalt angeordnet ist. Der als Lichtquelle verwendete Spalt muss auch nicht notwendigerweise die Form eines Rechtecks haben, sondern kann ebenso gut einen eliptischen oder sogar kreisrunden Querschnitt besitzen.

   Für die Funktion der Anordnung ist es auch nicht notwendig,   dal3    das näher an der Photozelle angeordnete Strichgitter ortsfest und das entferntere bewegt ist, sondern diese Anordnung kann ebensogut umgekehrt sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Beleuchtungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Anzeigen der Relativbewegung zweier nur geringfügige Unterschiede der Teilung und/oder Orientierung aufweisender, von einer Lichtquelle durchleuchteter und in Richtung der Lichtquelle hintereinander und parallel zueinander angeordneter Strichgitter, mit Hilfe der Querwanderung der Moiré-Streifen des Oberlagerungs- bildes dieser Gitter, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Leuchtfläche der Lichtquelle zwei ungleichlange Sym- metrieachsen besitzt und die längere dieser Achsen mindestens angenähert parallel zur Teilung der Strichgitter liegt und die Leuchtdichte der Leuchtfläche von der längeren Achse zu den längeren Rändern hin abnimmt.

   UNTERANSPRUCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein beleuchteter Spalt ist.

   2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder an den Längsseiten des Spaltes mit Zacken versehen sind.

   3. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt mit einem gegen die Längs- seiten des Spaltes zunehmende Absorption aufweisenden Diaphragma zusammenwirkt.

   4. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdichte des Spaltes von der Längsachse nach den Längsseiten entsprechend einer Gaussschen Fehlerkurve abnimmt.