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Messgerät mit optischen und lichtelektrischen Mitteln
Die Erfindung betrifft ein Gerät mit optischen und lichtelektrischen Mitteln zur Feinstmessnng von Lageänderungen eines nahen Gegenstandes durch Einwirkung des von einem Leuchtfleck der Oberfläche dieses Gegenstandes ausgestrahlten Lichtes auf eine lichtelektrische Einrichtung, z. B. ein System von Photozellen.
Für ein derartiges Gerät ist bereits vorgeschlagen worden, dass im bildseitigen Strahlengang eines den Leuchtfleck abbildenden Linsensystems ein System von Blenden bzw. Spiegeln angeordnet ist, welches den Lichtstrom derart in zwei auf die lichteiektrische Einrichtlmg einwirkende Teillichtströme zerlegt, dass sie in der Messnullstellung des Leuchtfleckes gleich gross sind und bei Lageänderungen des Leuchtfleckes in Richtung der optischen Achse des abbildenden Linsensystems relative Intensitätsänderungen erleiden, so dass in der lichtelektrischen Einrichtung Spannungsänderungen auftreten, welche ein Mass für die Lageänderung sind.
Bei einem solchen Gerät sind die Blenden bzw. Spiegel ausserhalb der Ebene angeordnet worden, in die der in seiner Messnul1stellung befindliche Leuchtfleck durch das Linsensystem abgebildet wird.
Dieses vorgeschlagene Gerät beruht auf einer räumlichen Aufteilung des Strahlenganges in zwei Teillichtströme und auf einer Ausblendung zur Bildung von Restlichtströmen, deren Intensitäten miteinander verglichen werden.
Ein anderer Intensitätsvergleich ohne die räumliche Trennung in zwei Lichtströme bietet sich erfindungsgemäss, wenn Mittel vorgesehen werden, die eine fortwährend schwingende Relativbewegung des Leuchtfleckbildes gegenüber einer Blende in der Richtung der optischen Achse des Linsensystems herbeiführen, so dass Intensitätsänderungen infolge der Ausblendung auftreten, und die lichtelektrische Enrichtung so eingerichtet wird, dass das in ihrem Ausgangskreis liegende Anzeigegerät bei der Messnullstellung des Leuchtfleckes den Wert Null anzeigt. Dies kann erzielt werden durch eine fortwährend längs der optischen Achse um das Bild des Leuchtfleckes schwingende Blende, z. B. eine Lochblende. Dabei entsteht eine etwa sinusförmige bis mäanderförmige Lichtstromschwankung der doppelten Blendenschwingfrequenz.
Diese kommt dadurch zustande, dass beim Durchgang der Blende durch die Bildlage des Leuchtfleckes einMa- ximum der Intensität auftritt, zu beiden Seiten der Schwingmittenlage sich aber Intensitätsminderungen durch Abblendung ergeben. Tritt jetzt eine Lageänderung des Messobjektes ein, dann verschiebt sich auch die Lage des Bildes des Leuchtfleckes zur Schwinglage der Blende, wodurch die Intensitätsminderungen in den beiden Schwingendlagen verschieden werden. Der Lichtstromschwankung mit doppelter Blendenschwing- frequenz wird somit eine Lichtstromschwankung mit der Blendenschwingfrequenz selbst überlagert, die nach ihrer Amplitude und Phase ein Mass für die Lageänderung des Messobjektes gibt.
Die Trennung dieser beiden Frequenzen kann im anschliessenden elektrischen Geräteteil nach bekannten Methoden erreicht werden. Es ist auch hier zweckmässig, Abweichungen von der Messnullstellung durch Kompensation zurückzu- fuhren und die Rückführung eines z. B. optischen Kompensators als Mass für die Lage des Objektes zu be- nutzen.
Die gleiche Wirkung lässt sich auch dadurch erreichen, dass die Blende feststeht und der bildseitige Strahlengang in Längsschwingungen versetzt wird, so dass das Bild des Leuchtfleckes nacheinander vor und hinter der feststehenden Blende liegt, was elektrisch wieder die oben beschriebene Wirkung zeigt.
Eine solche oszillierende Längsbewegung des Lichtstrahlenganges kann beispielsweise durch Schwingungen eines im Bildstrahlengang liegenden optischen Gliedes erzeugt werden, z. B. einer Negativlinse, die in Richtung der optischen Achse des Linsensystems bewegbar angeordnet ist, oder eines senktecht zu dieser Achse bewegbar angeordneten Glaskeiles, der einem System von zwei Glaskeilen angehört, deren
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gegenseitige Verstellung die Wirkung hat, die Dicke einer planparallelen Glasplatte zu ändern.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist in schematischer Darstellung in der Zeichnung veranschaulicht.
Mit 1 ist ein zu messender Gegenstand bezeichnet, dessen Oberfläche nicht selbstleuchtend ist, sondern auf der ein für die Messung zu benutzender Leuchtfleck Bt erst erzeugt werden muss. Zu diesem Zweck ist im abbildenden Strahlengang eines Objektivs 2 ein halbdurchlässiger Spiegel 3 angeordnet, mittels dessen die von einer punktförmigen Lichtquelle 4 kommenden Lichtstrahlen dem Objektiv 2 zugeführt werden.
Die Lichtquelle wird auf den Gegenstand 1 als Leuchtfleck B, abgebildet, während das Objektiv 2 diesen Leuchtfleck in eine Ebene B'1 abbildet. Zwischen dem Messgegenstand 1 und dem Objektiv 2 ist ein Kompensator angeordnet, der zwei eine planparallele Platte bildende Glaskeile 5 und 6 enthält, von denen der erste senkrecht zur optischen Achse des Objektivs 2 verschiebbar ist, um die Dicke der planparallelen Platte verändern zu können. Damit können Abweichungen von der Messnullstellung durch Kompensation zurückgeführt und die Rückführung des Kompensators als Mass für die Lage des Objekts benutzt werden.
Eine fortwährend schwingende Relativbewegung des Leuchtfleckbildes gegenüber einer Blende 7 in der Richtung der optischen Achse des Objektivs 2 wird dadurch erzeugt, dass von einem hinter dem Objektiv angeordneten Glaskeilsystem, das nach Art des Kompensators 5,6 zwei Keile 8 und 9, von denen der eine (9) senkrecht zur optischen Achse des Objektivs 2 bewegbar angeordnet ist und durch eine nur durch ihre Umrisse angedeutete Einrichtung 10 in dieser Bewegungsrichttirig Schwingungen erfahren kann, die eine fortwährende Änderung der Dicke der durch die beiden Keile 8 und 9 gebildeten planparallelen Platte und damit jene fortwährend, schwingende Relativbewegung des Leuchtbildfleckes gegenüber der Blende 7 zur Folge hat.
Die dazugehörige lichtelektrische Einrichtung, von der nur die Photozelle 11 dargestellt ist, ist so einzurichten, dass das in ihrem Ausgangskreis liegende Anzeigegerät bei der Messnullstellung des Leuchtfleckes den Wert Null anzeigt.