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DE1946301B2 - Vorrichtung zum Messen einer Rotation eines ersten Gegenstandes in Bezug auf einen zweiten Gegenstand - Google Patents

Vorrichtung zum Messen einer Rotation eines ersten Gegenstandes in Bezug auf einen zweiten Gegenstand

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DE1946301B2
DE1946301B2 DE1946301A DE1946301A DE1946301B2 DE 1946301 B2 DE1946301 B2 DE 1946301B2 DE 1946301 A DE1946301 A DE 1946301A DE 1946301 A DE1946301 A DE 1946301A DE 1946301 B2 DE1946301 B2 DE 1946301B2
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DE
Germany
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area
grid
mirror
polarization
concave
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DE1946301A
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DE1946301C3 (de
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Gijsbertus Eindhoven Bouwhuis
Hendrik De Delft Lang
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Publication of DE1946301B2 publication Critical patent/DE1946301B2/de
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • G01D5/26—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen einer Rotation eines ersten Gegenstandes in bezug auf einen zweiten Gegenstand, wobei der erste Gegenstand starr mit einem Raster verbunden ist, dessen Rillen sich nahezu quer zur Rotationsrichtung erstrecken, während eine Strahlenquelle und ein optisches System mit dem zweiten Gegenstand derart verbunden sind, daß ein erstes Gebiet des Rasters auf einem zweiten Gebiet dieses: Risters abgebildet wird, welche Abbildung sich bei Bewegung des Rasters in einer dem zweiten Gebiet entgegengesetzten Richtung bewegt, wobei die Strahlung, nachdem sie polarisierende und polairisationstrennende Bauelemente durchlau- fen hat, schließlich auf mindestens zwei photoelektrische Elemente geworfen wird, deren Ausgangssignale periodische Funktionen der Rotation sind und aufgrund ihrer Phasenlage die Rotation festlegen. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-AS 1217 637 bekannt In der bekannten Vorrichtung besteht das optische System aus einer Vielzahl von Elementen, wie flachen Spiegeln und Linsen.
Dieses bekannte optische Syütem hat den Nachteil, daß die Anforderungen, die in bezug auf die zulässigen Aberrationen gestellt werden, sich nur schwer erfüllen lassen.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben und ein optisches System zu schaffen, mit dessen Hilfe mit einfachen Mitteln eine befriedigende Abbildungsgü te über einem großen Sehbereich erhalten wird.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß im Gang des Strahlenbündels zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet ein polarisationstrennender flacher Spiegel und zwei Hohlspiegel angeordnet sind, während ferner zwischen dein flachen Spiegel und jedem der Hohlspiegel je eine Ji · λ/4-Platte fn=ungerade) in diagonaler Lage angeordnet ist so daß die an den Hohlspiegeln reflektierten Strahlenbündel zueinander orthogonal zirkulär polarisiert sind.
Eine gedrängte Ausführungsform der Vorrichtung, bei der außerdem die Drehachse des Gegenstandes weder in der Bahn der Strahlung liegt, noch teilweise mit einem Teil des optischen Systems zusammenfällt, wird dadurch erhalten, daß jeweils ein System von flachen Spiegeln im Strahlengang in unmittelbarer Nähe des ersten bzw. des zweiten Gebietes angeordnet ist, wobei der erste Spiegel dieses Systems einen Winkel von 45° mit der Fläche des Rasters und mit den
Rasterlinien einschließt, während der zweite Spiegel des Systems zu der Fläche des Rasters senkrecht angeordnet ist und die Schnittlinie dieses Spiegels mit der Fläche des Rasters einen derartigen Winkel mit den Rasterlinien einschließt, daß das System im ersten Gebiet und das System im zweiten Gebiet in bezug auf die Fläche des Rasters um 90° verschieden orientiert sind. Auf diese Weise kann die Vorrichtung in der Nähe eines beliebigen Schnittes der Rotationsachse angeordnet werden.
Eine aberrationsarme Form der Vorrichtung nach der Erfindung wird vorteilhafterweise dadurch erhalten, daß in unmittelbarer Nähe des ersten bzw. des zweiten Gebietes jeweils eine plankonvexe Linse angebracht ist, deren kugelige Grenzfläche den gleichen Krümmungsmittelpunkt wie der jeweilige Hohlspiegel hat, daß die Krümmungsradien der Hohlspiegel gleich dem optischen Abstand des ersten bzw. des zweiten Gebietes von den Hohlspiegeln sind und daß die Krümmungsmittelpunkte diametral zu der Rotationsachse auf dem Raster liegen. Es sei bemerkt, daß es aus »Journal of the Optical Society of America« vom Juli 1959, S. 713, bekannt ist, daß eine aberrationsarme 1 :1-Abbildung eines Gegenstandes in der Nähe der ebenen Grenzfläche einer plankonvexen Linse erhalten werden kann, wenn der Krümmungsmittelpunkt der kugeligen Grenzfläche der Linse mit dem eines Hohlspiegels genau oder nahezu genau zusammenfällt
Ferner ist es günstig, eine mittlere öffnung in dem polarisationstrennenden flachen Spiegel anzubringen. Man kann dann das natürliche Licht der Lichtquelle durch diese öffnung auf das Raster fallen lassen, das in diesem Falle als ein Reflexionsraster ausgebildet ist Die am ersten Gebiet des Rasters reflektierten Teilbündel der Ordnungen +1 und —1 werden an dem flachen Spiegel in orthogonal polarisierte Komponenten aufgespalten. Eine Komponente wird reflektiert und die andere wird durchgelassen. Nach Durchgang durch eine π ■ λ/4-PIatte und Reflexion an einem Hohlspiegel fällt jede Komponente wieder auf den flachen Spiegel. Nun wird die letztere Komponente reflektiert und wird die erstere durchgelassen. Sie werden beide am zweiten Gebiet des Rasters reflektiert Die reflektierten, gleichgerichteten, orthogonal polarisierten Teilbündel oder Ordnungen ( + 1, +1) und (—1, —1) durchlaufen die mittlere öffnung des Spiegels und treten durch ein Loch in einem der Hohlspiegel aus dem System heraus. Mit verhältnismäßig einfachen Mitteln hat man ein gedrängtes Rotationssystem erhalten, bei dem sich eine Richtungsdetektion leicht durchführen läßt
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen für einige Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrchtung zum Messen einer Rotation eines ersten Gegenstandes in bezug auf einen zweiten Gegenstand,
Fig.2a und 2b Einzelheiten der Vorrichtung nach F i g. 1 und
F i g. 3,4a und 4b eine zweite Ausführungsform.
In der Vorrichtung nach F i g. 1 wird das aus einer Lichtquelle 1 austretende natürliche Licht von einer Kondensorlinse 2 im Spalt 51 eines Hohlspiegels 3 abgebildet. Dieser Spalt kann somit als die Quelle betrachtet werden, aus der ein divergierendes Lichtbündel austritt Dieses Lichtbündel fällt auf ein Teilprisma 5, das aus zwei Teilen aufgebaut ist, die längs einer Fläche 6 zusammengekittet sind. Die Fläche 6 ist mit Ausnahme des MittelDunktes 7 und der diesen Mittelpunkt umgebenden Zone, mit einer Verspiegelung versehen. Das Bündel, von dem der Einfachheit halber nur ein Strahl 30 angegeben ist, durchläuft unbehindert die mittlere öffnung 7 und fällt auf ein optisches System, das
■5 in der Nähe des auf der Scheibe 10 angebrachten Rasters 50 liegt Dieses optische System ist aus einer plankonvexen Linse 11, einem Prisma 15 und einem Prisma 13 aufgebaut die in dieser Reihenordnung vom Bündel durchlaufen werden. Die Teile des Systems sind
ίο zusammengekittet, so daß die flache Grenzfläche der plankonvexen Linse 11 an einer Rechteckfläche des dreiseitigen Prismas 12 und die andere Rechteckfläche des Prismas 12 an einer Rechteckfläche des dreiseitigen Prismas 13 festgekittet ist Die Hypotenusefläche des Prismas 12 ist zu der Fläche des Rasters 50 senkrecht Die Schnittlinie der Hypotenusefläche und der Fläche des Rasters schließt mit den Rasterrillen, von denen in F i g. 2a einige dargestellt sind, einen scharfen Winkel ein.
Das Raster 50 ist als ein reflektierendes Phasenraster ausgebildet Es besteht z. B. aus einem Glassubstrat, auf dem eine aus Aluminium bestehende periodische Linienstruktur angebracht ist Die Höhe der Linienstruktur ändert sich mit der Periode p. Der Höhenunter- schied zwischen benachbarten Linien ist derartig, daß der Phasenunterschied zwischen an benachbarten Linien reflektierten Strahlen π oder nahezu π Radiane beträgt. Das zu der Fläche des Rasters parallele, auf die kugelige Grenzfläche der Linse 11 auffallende divergie rende Strahlenbündel 30 fällt nach vollständiger
Reflexion, zunächst an der Hypotenusefläche 15 des Prismas 12 und dann an der Hypotenusefläche 16 des Prismas 13, auf das Raster 50 auf. Das divergierende Bündel 30 wird an der kugeligen
Grenzfläche der Linse 11 derart gebrochen, daß das auf das Raster 50 auffallende Bündel als ein kollimiertes Bündel betrachtet werden kann. Das kollimierte Bündel wird an der mit 14 bezeichneten Stelle des Rasters 50 reflektiert Die reflektierten kohärenten Teilbündel der
Ordnungen +1 und — 1 können durch:
und
A sini Ott — Ιτι — I V pj
dargestellt werden, wenn ω die Kreisfrequenz der
so Strahlung, ρ die Periode und χ die lineare Verschiebung des Rasters ist
In den Teilbündeln, von denen der Einfachheit halber nur der Strahl 31 der Ordnung +1 und der Strahl 32 der Ordnung — 1 dargestellt sind, sind die elektrooptischen Kristalle 53 und 54 angeordnet, die z. B. aus Kaliumdihydrophosphat hergestellt sein können. Mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Wechselspannungsquelle wird ein axiales elektrisches Feld mit einer Größe von A) sin Ωο,ί an die Kristalle 53 und 54 gelegt. Die Wechselspannung
bo hat eine hohe Frequenz f, z. B. /= 1 MHz, so daß Ωο = 2π · 106 ist. Die Amplitude der Wechselspannung wird klein gewählt, so daß die Kristalle mit einer niedrigen Spannung betrieben werden.
Wenn angenommen wird, daß das auf den Kristall 53
bzw. 54 auffallende Bündel in zwei orthogonal polarisierte Teilbündel aufgespaltet ist, wird eines der Bündel im betreffenden Kristall in bezug auf das andere Bündel in diesem Kristall verzögert. Denn der
Brechungsindex für eines der Bündel, z. B. dasjenige Bündel, dessen Polarisationsrichtung zu der Zeichnungsebene parallel ist, nimmt zu, während der Brechungsindex für das andere Bündel abnimmt, und zwar um einen Betrag, der eine Funktion der augenblicklichen Feldstärke Ao sin ßoi ist. Die Phasenverzögerung im Kristall 53 für das Teilbündel, dessen Polarisationsrichtung zu der Zeichnungsebene parallel ist, beträgt
Δψ\=φ sin ßoi,
während für das Teilbündel, dessen Polarisationsrichtung zu der Zeichnungsebene senkrecht ist, diese Verzögerung
Δψ2— —ψ sin ßoi
Es wird gesichert, daß die Hauptrichtung des Kristalls 54 zu der des Kristalls 53 senkrecht ist. Die Phasenänderung im Kristall 54 für das Teilbündel, dessen Polarisationsrichtung zu der Zeichnungsebene parallel ist, beträgt dann:
Δφ3= —Δψ\ = —φ sin ßof,
während die Phasenänderung für das Teilbünde!, dessen Polarisationsrichtung zu der Zeichnungsebene senkrecht ist, dann beträgt:
Δφ* = — Δψ2 = φ sin ßoi.
Die vier Teilbündel fallen auf die Trennfläche 6 des Teilprismas 5. Die Dicke der Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex, die auf der Trennfläche angebracht sind, wird derart gewählt, daß, wenn das Licht etwa unter dem Brewster-Winkel auf die Trennfläche einfällt, das Licht, dessen Schwingungsrichtung in der Zeichnungsebene liegt, größtenteils durchgelassen wird, während das Licht, dessen Schwingungsrichtung quer zur Zeichnungsebene liegt, größtenteils reflektiert wird.
Das an der Fläche 6 reflektierte Bündel der Ordnung +1 kann durch
A1 sin (int - 2.-r — + (/ sin L>ot\
dargestellt werden, während das Bündel der Ordnung — 1 durch
A2 sin (ini + 2.7 - ν sinIi01)
\ P J
dargestellt werden kann.
Das von der Fläche 6 durchgelassene Bündel der Ordnung + 1 kann durch
A1 sin im t - 2 .τ — + ν sin Q0 ί J ,
während das Bündel der Ordnung — 1 durch
A1 sin im! + 2 π — + <i sin U0 η
dargestellt werden kann.
Die vier Teilbündel, von denen der Einfachheit halber nur je ein Strahl, nämlich 33, 34 bzw. 35, 36 dargestellt ist, durchlaufen λ/4-Platten, und zwar 8 bzw. 9, die in diagonaler Lage angeordnet sind, d. h., daß die Hauptachsen der Platten einen Winkel von 45° mit der Zeichnungsebene einschließen. Die Teilbündel werden dann am Hohlspiegel 3 bzw. 4 reflektiert und durchlaufen wieder dieselben λ/4-Platten. Sie haben also gleichsam eine in diagonaler Lage angeordnete λ/2-Platte durchlaufen, d. h., daß ihre Polarisationsebene sich um 90° gedreht hat.
Die am Hohlspiegel 3 reflektierten Bündel sind,
·-) nachdem sie wieder die λ/4-Platte durchlaufen haben, in einer zu der Zeichnungsebene senkrechten Ebene polarisiert und werden daher an der Trennfläche 6 des Teilprismas 5 völlig reflektiert.
Die am Hohlspiegel 4 reflektierten Bündel sind,
ίο nachdem sie wieder die λ/4-Platte durchlaufen haben, in einer zu der Zeichnungsebene parallelen Ebene polarisiert und werden daher an der Trennfläche 6 des Prismas 5 völlig durchgelassen.
Die vier Teilbündel werden paarweise wieder vereinigt. In der Zeichnung sind sie der Einfachheit halber wieder mit einem einzigen Strahl dargestellt, und zwar dem Strahl 37 für die Ordnung +1 und dem Strahl 38 für die Ordnung — 1. Sie durchlaufen ein optisches System, das aus der plankonvexen Linse 21, dem Prisma 22 und dem Prisma 23 besteht Dieses System entspricht dem die plankonvexe Linse 11, das Prisma 15 und das Prisma 13 enthaltenden System. Diese Systeme sind in bezug aufeinander um 90° verschoben. Der Krümmungsmittelpunkt der kugeligen Grenzfläche jeder der plankonvexen Linsen 11 und 21 und der der Hohlspiegel 3 und 4 fallen zusammen, und zwar etwa an den beiden zueinander diametral liegenden Stellen 14 und 24 des Rasters.
Die im Gebiet 14 des Rasters reflektierten Strahlen,
jo die zu zwei parallelen Bündeln 31 und 32 vereinigt sind,. werden auf die Spiegel 3 und 4 fokussiert Die an den Spiegeln 3 und 4 reflektierten Bündel divergieren und werden von der Linse 21 in parallele Bündel umgewandelt, die im Gebiet 24 vom Raster reflektiert werden. Von den am Reflexionsraster reflektierten Teilbündeln werden diejenigen selektiert, die gleichgerichtet sind und die mittlere öffnung 7 in der verspiegelten Fläche 6 durchlaufen, und zwar die kohärenten Bündel der Ordnung (+1, +1) und der Ordnung (—1,-1).
Das Teilbündel der Ordnung (+1, +1) mit einer zu der Zeichnungsebene parallelen Polarisationsrichtung kann durch:
(Ix \
mt - 2:τι h ν sinfiof J
dargestellt werden.
Das Teilbündel der Ordnung (+1, +1) mit einer zu der Zeichnungsebene senkrechten Polarisationsrichtung kann durch:
/ 2x \
.44 sin ( vi t — 2 .τ « sin U011
\ P J
dargestellt werden.
Das Teilbündel der Ordnung (—1, -1) mit einer zu der Zeichnungsebene parallelen Polarisationsrichtung kann durch:
(2x \
in t + 2 7x ψ sin ß0 1 1
dargestellt werden.
Das Teilbündel der Ordnung (-1, -1) mit einer zu der Zeichnungsebene senkrechten Polarisationsrichtung kann durch:
hrJ . / 2 X . \
4 \"'+ * "7" +'''sin Wy dargestellt werden.
7 8
Die vier Teilbündel fallen durch die mittlere öffnung nungsebene parallel ist, durchgelassen und fallen auf die
52 auf den Hohlspiegel 4 und durch die Kondensorlinse Photozelle 26. Die Teilbündel, deren Polarisationsebene
17 auf das Polarisationstrennungsprisma 18. zu der Zeichnungsebene senkrecht ist, werden völlig
An der Trennfläche 25 des Prismas 18 werden die reflektiert und fallen auf die Photozelle 27.
Teilbündel, deren Polarisationsebene zu der Zeich- 5 Für die Summe der ersteren Teilbündel gilt:
(Ix \ / 2 χ \ / 2 χ \
idt — 2 π + sin Ωοt) 4- A4 sin ( mt + 2 π η sin U01) = 2 A4 sin »11 cos( 2 ^ η sin O0t). P /VP / VP /
Für die Summe der letzteren Teilbündel gilt:
A4 sin (int — 2π — sin Ωοί) + Α* sin ( «>t + 2π + sin U01) = 2 AA sin<»t ■ cos(2π y sin U0A.
V P / V P J \ P J
Der Wechselteil der von der Photozelle 26 bzw. 27 erzeugten Photosignale ist
(4x \ / 4 χ \
2 ir 2 9- sin O0 ί l bzw. cos ( 2 rr 1- 2 γ sin Ωο t\.
cos
Auf einfache Weise läßt sich ein Phasenunterschied von 90° in diesen beiden Signalen erhalten, so daß eine Richtungsdetektion durchgeführt werden kann. Einer der Hohlspiegel 3 und 4 muß etwas um eine in der Ebene des betreffenden Spiegels liegende Achse und unter einem Winkel von 45° mit der Zeichnungsebene gedreht werden. Das von diesem Spiegel auf dem zweiten Rastergebiet erzeugte Bild des Gegenstandes (des ersten Rastergebietes) ist dann bei passender Wahl der Drehwinkel in bezug auf das von dem anderen Hohlspiegel erzeugte Bild um Vi 6 Rasterperiode verschoben.
Die Signale können dann als
os ( 2 π 2 0 sin ß01 )
VP /
(4 χ \
2 rr f- 2 0 sin ß01)
P /
35
40
geschrieben werden.
Diese Signale werden mit Hilfe eines Bandfilters mit einer mittleren Frequenz Ωο und einer Bandbreite 2ümax (ßma*=der maximal auftretende Wert von Ω) filtriert. Dann werden die Signale
Vi = dji (2φ) sin 4Ωί sin Ωοί und
V2 = C2Ji (2φ) cos 4Ω f sin Ωοί
gebildet.
Dabei stellen Ci und C2 Konstanten dar und ist ]\ die Besselsche Funktion der ersten Ordnung. Vi und V2 bezeichnen amplitudenmodulierte Signale mit unterdrückter Trägerwelle. Die Detektion dieser Signale kann durch verschiedene an sich bekannte Verfahren stattfinden. Weil ßo groß gewählt wird, sind die elektronischen Kreise verhältnismäßig einfach.
Bei einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach F1 g. 1 war der Rasterdurchmesser 150 mm. Die Periode ρ betrug 64 Bogensekunden. Bei jeder Rotation des
Rasters über yz=4 Bogensekunden wird ein Nulldurchgang eines der den Photozellen 26 und 27 entnommenen Signale erhalten.
Die Vorrichtung nach F i g. 3 ist im großen Ganzen der der F i g. 1 ähnlich, aber hat eine einfachere Bauart. Zur Veranschaulichung sind in den Fig.4a und 4b Strahlengänge in zu der Zeichnungsebene der F i g. 2 senkrechten Ebenen dargestellt.
60 Das von der Lichtquelle 60 herrührende natürliche Licht wird von der Linse 61 auf der Hypotenmsefläche des dreiseitigen Rechteckprismas 62 abgebildet Das völlig an dieser Hypotenusefläche reflektierte und zu der Fläche des Rasters 65 parallele Bündel wird vom Objektiv 63, das ein Mikroskopobjektiv ist, in ein paralleles Bündel umgewandelt, das an der Hypotenusefläche des Prismas 64 völlig reflektiert wird und anschließend auf das Raster 65 fällt
Die am Raster reflektierten Teilbündel der Ordnungen +1 und -1 werden von der Linse 63 in Brennpunkten fokussiert, die zu beiden Seiten des Brennpunktes auf der Hypotenusefläche des Prismas 62 für das Teilbündel der nullten Ordnung liegen.
In diesen Brennpunkten sind auf ähnliche Weise wie in der Vorrichtung der F i g. 1 zwei elektrooptische Kristalle mit zueinander senkrechten Hauptachsen angebracht Die Teilbündel fallen dann auf die Trennfläche 84 des Prismas 69 und diese Trennfläche wirkt wieder als ein Polarisationstrennspiegel. Die an dieser Fläche reflektierten bzw. durchgelassenen Teilbündel durchlaufen eine λ/4-PIatte 70 bzw. 71, werden an dem Hohlspiegel 73 bzw. 72 reflektiert und durchlaufen wieder die λ/4-Platte 70 bzw. 71. Die Polarisationsrichtung der zu dem Prisma 69 zurückkehrenden Bündel ist wieder zu der der aus dem Prisma austretenden und sich in Richtung auf die Hohlspiegel bewegenden Teilbündel senkrecht Im Prisma 69 werden die vom Hohlspiegel 72 bzw. 73 herrührenden Teilbündel reflektiert bzw. durchgelassen. Sie werden von der Linse 75 in zwei kollimierte Bündel umgewandelt. Denn die Hohlspiegel 72 und 73 liegen in der Bildebene der Linsen 63 und 75, wahrend ihre Krümmungsmittelpunkte in den Brennpunkten der Linsen 63 und 75 liegen. Die Hohlspiegel dienen somit als Feldlinsen. Die beiden Bündel werden an der Hypotenusefläche des Prismas 76 reflektiert und fallen auf das zweite Gebiet des Rasters 65, das diametral zu dem ersten Gebiet liegt.
Die am Reflexionsraster reflektierten kohärenten Bündel der Ordnungen ( + 1, +1) und (—1, -1), die gleichgerichtet sind, werden nach vollständiger Reflexion an der Hypotenusefläche des Prismas 76 nach Durchgang durch die Linse 75 und nach vollständiger Reflexion an der Hypotenusefläche des Prismas 74 zu dem Polarisationstrennungsprisma 78 geführt Es ist einleuchtend, daß die den Photozellen 79 und 80 entzogenen elektrischen Signale die gleiche Form wie die den Photozellen 26 und 27 der Vorrichtung nach
19 4(5 301
F i g. 1 entzogenen Signale haben.
Richtungsdetektion wird dadurch erhalten, daß im Strahlengang der Teilbündel — 1 und +1 dem Prisma 69 eine dicke doppelbrechende Platte 68 mit schräger optischer Achse nachgeordnet wird. Das Bild der Strahlen, deren Polarisationsrichtung zu der Zeich-
nungsebene senkrecht ist, ist dann in bezug auf das Bild der Strahlen, deren Polarisationsrichtung zu der Zeichnungsebene parallel ist, etwas verschoben.
Es versteht sich, daß statt Reflexionsraster auch Transmissionsraster angewandt werden können. Dadurch wird der Aufbau der Vorrichtungen vereinfacht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Messen einer Rotation eines ersten Gegenstandes in bezug auf einen zweiten Gegenstand, wobei der erste Gegenstand starr mit einem Raster verbunden ist, dessen Rillen sich nahezu quer zur Rotationsrichtung erstrecken, während eine Strahlenquelle und ein optisches System mit dem zweiten Gegenstand derart verbunden sind, daß ein erstes Gebiet des Rasters auf einem zweiten Gebiet dieses Rasters abgebildet wird, welche Abbildung sich bei Bewegung des Rasters in einer dem zweiten Gebiet entgegengesetzten Richtung bewegt, wobei die Strahlung, nachdem sie polarisierende und polarisationstrennende Bauelemente durchlaufen hat, schließlich auf mindestens zwei photoelektrische Elemente geworfen wird, deren Ausgangssignale periodische Funktionen der Rotation sind und aufgrund ihrer Phasenlage die Rotation festlegen, dadurch gekennzeichnet, daß im Gang des Strahlenbündels zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet (14 bzw. 24) ein polarisationstrennender flacher Spiegel (6; 84) und zwei Hohlspiegel (3,4; 72, 73) angeordnet sind, während ferner zwischen dem flachen Spiegel (6; 84) und jedem der Hohlspiegel (3, 4; 72, 73) je eine π ■ λ/4-Platte (8, 9; 70, 71, λ=ungerade) in diagonaler Lage angeordnet ist, so daß die an den Hohlspiegeln (3, 4; 72, 73) reflektierten Strahlenbündel zueinander orthogonal zirkulär polarisiert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein System von flachen Spiegeln (15,16) im Strahlengang in unmittelbarer Nähe des ersten bzw. des zweiten Gebietes (14 bzw. 24) angeordnet ist, wobei der erste Spiegel (16) dieses Systems (15,16) einen Winkel von 45° mit der Fläche des Rasters (50) und mit den Rasterlinien einschließt, während der zweite Spiegel (15) des Systems (15, 16) zu der Fläche des Rasters (50) senkrecht angeordnet ist und die Schnittlinie dieses Spiegels (15) mit der Fläche des Rasters (50) einen derartigen Winkel mit den Rasterlinien einschließt, daß das System im ersten Gebiet (14) und das System im zweiten Gebiet (24) in bezug auf die Fläche des Rasters (50) um 90° verschieden orientiert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des ersten bzw. des zweiten Gebietes (14 bzw. 24) jeweils eine plankonvexe Linse (U bzw. 21) angebracht ist, deren kugelige Grenzfläche den gleichen Krümmungsmittelpunkt wie der jeweilige Hohlspiegel (3 bzw. 4) hat, daß die Krümmungsradien der Hohlspiegel gleich derh optischen Abstand des ersten bzw. des zweiten Gebietes (14 bzw. 24) von den Hohlspiegeln sind und daß die Krümmungsmittelpunkte diametral zu der Rotationsachse auf dem Raster (50) liegen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Hohlspiegel (72 bzw. 73) und dem ersten bzw. dem zweiten Gebiet je eine Linse (63 bzw. 75) im Krümmungsmittelpunkt der Hohlspiegel (72 buw. 73) angeordnet ist (F ig. 3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im polarisationstrennenden flachen Spiegel (6) eine mittlere Öffnung (7)
angebracht ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlspiegel (3 und 4) derart orientiert sind, daß von einem Spiegel (3) erzeugte Bild des ersten Gebietes (14) auf dem zweiten Gebiet (24) in bezug auf das vom anderen Spiegel (4) erzeugte Bild um Vie Rasterperiade verschoben ist (F i g. 1).
7. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gang des Strahlbündels zwischen dem ersten Gebiet (14) und dem polarisationstrennenden flachen Spiegel (84) eine dicke doppelbrechende Platte (68) mit schräger optischer Achse angeordnet ist, die eine derartige Dicke halt und derart orientiert ist, daß für die beiden Polarisationsrichtungen eine Bildverschiebung von Vie Periode auftritt (F i g. 3).
DE1946301A 1968-09-26 1969-09-12 Vorrichtung zum Messen einer Rotation eines ersten Gegenstandes in Bezug auf einen zweiten Gegenstand Expired DE1946301C3 (de)

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DE1946301A1 DE1946301A1 (de) 1970-04-02
DE1946301B2 true DE1946301B2 (de) 1978-08-17
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DE (1) DE1946301C3 (de)
FR (1) FR2018964A1 (de)
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NL (1) NL6813749A (de)
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