Mikroskop
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Einrichtung zur photoelektrischen Ermittlung der Einstellung eines Objektes aus der Achsenlage min destens eines Objektstriches in bezug auf eine Einstellachse, bei welchem die vor einem lichtelektrischen Wandler erzeugte Stmchabbildüng mittels eines Spiegelabtasters und einer Spaltblende abgetastet wird, und bei welchem zur Beurteilung der Strichachsenlage bezüglich der Eiastellachse mit Hilfe einer elektrischen MeJ3ein- richtung die Zeitintervalle zwischen den vom Wandler abgegebenen Impulsen gemessen werden,, und welches im folgenden kurz photoelektrisches Mikroskop ge nannt wird.
Es sind photoelektrische Mikroskope zur Bestim- mung der Achsenlage eines einzigen Objektstriches. bekannt, bei welchen die in der Strichebene liegende Abbildung eines leuchtenden Spaltes abgetastet wird oder bei welchem mittels eines Spiegelvibrators eine Strichabbildung abgetastet wird, die in einer Abbildungs- ebene vor mindestens einem Lichtstrahlungsempfänger einer photoelektrischen Einrichtung liegt, und mit Hilfe einer elektrischen Messeinrichtung Zeitintervalle zwischen den Ausgangsimpulsen des Strahlungsempfängers gemessen werden, nach denen die Lage der Strichachse bezüglich der Einstellachse des Mikroskops beurteilt wird.
Bei den bekannten photoelektrischen Mikroskopen dient als Einstellachse der Mittelpunkt der Vibrator- sinusschwingungen. Infolgedessen besteht ihr Nachteil darin, dass die Einstellachse wegen der zeit-, temperaturund kerngrössenbedingten Schwankungen des Schwin gungsmittelpunktes des Vibrators unstabil ist. Dadurch wird die Messgenauigkeit der erwähnten photoelektri- schen Mikroskope bedeutend herabgesetzt.
Ausserdem erfolgt bei den bekannten photoelektri- schen Mikroskopen die Einstellung auf die Achse nur eines Striches, das heisst das photoelektrische Mikroskop orientiert einen Körper mit auf seiner Oberfläche aufge tragenen Strichen nur nach einer Linienkoordinate. In vielen Fällen muss die Einstellung auf ein Strichzeichen erfolgen, das aus drei auf die Körperoberfläche aufgetragenen Strichen besteht, von denen ein Strich senkrecht zu den beiden anderen liegt, um den Korper nach zwei Linienkoordinaten und einer Winkelkoordinate zu orientieren, das heisst in eine Grundstellung zu bringen,, die durch drei Einstellachsen des photoelektrischen Mikroskops bestimmt wird.
Ein photoelektrisches Mikroskop zu Bestimmung der Strichzeichenlage muss die Einstellung nach drei Achsen ermöglichen. Die Orientierung eines Körpers in einer Ebene nach drei Koordinaten (zwei Linlienkoordinaten und eine Winkelkoordinate), das heisst die Einstellung der erwähnten photoelektrischen Mikroskope mit nur einer Einstellachse auf ein Strichzeichen ist schwierig, da man zu diesem Zweck drei einzelne zu einem einheitlichen Gerät vereinigte photoelektrische Mikroskope verwenden muss, um jedem Strich die Einstellachse jedes der drei photoelektrischen Mikroskope zuzuordnen.
Eine derartige Lösung kann keine beständige Vorgabe der durch die Lage der Einstellachsen eines photoelektrischen Mikroskops bestimmten Körpergrundstellung gewährleisten und der Aufbau solcher Einrichtungen ist kompliziert.
Die bekannten photoelektrischen Mikroskope sind in der Hauptsache Nullpunktgeräte, das heisst sie stellen mit grosser Genauigkeit nur den Zeitpunkt der Einstellung auf die Strichachse fest. Aber zur Bestimmung der Strichlage im Bildfeld des Mikroskops bezüglich der Einstellachse ist entweder die Verwendung einer besonderen Ableseeinrichtung notwendig, wobei an der Messung eine Bedienungsperson teilnehmen muss, oder es ist vorhergehend die Darstellung der am Ausgang der elektronischen Einrichtung des Mikroskops erscheinen.- den Information in Längeneinheiten erforderlich, wobei keine hohe Messgenauigkeit gewährleistet werden kann.
Durch all diese Mängel wird das Anwendungsgebiet der bekannten photoelektrischen Mikroskope für auto matische und programmgesteuerte Einrichtungen wesent- lich eingeschränkt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die beschriebenen Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein photoelektrisches Mikroskop zur Bestimmung der Lage mindestens eines Objektstriches in bezug auf eine Einstellachse zu entwickeln, die vom Mittelpunkt der Vibra torschwingungen und von der Form seiner Schwingungen unabhängig ist. Das zu entwickelnde Mikroskop sollte die Bestimmung der Lage des auf die Oberfläche eines Körpers aufgetragenen Strichzeichens mit drei Strichen, davon mit einem zu den beiden anderen senkrechten Strich, gewährleisten und somit die Orientierung eines Körpers in einer Ebene nach drei Koordinaten in einer durch Einstellachsen vorgegebenen Grundstellung ermöglichen.
Das Mikroskop sollte auch die Möglichkeit geben, nicht nur den Zeitpunkt der Einstellung seiner Einstellachse auf die Strichachse zu bestimmenn, sondern auch die Entfernung der Strichachse von der Einstellachse des Mikroskops zu ermitteln und die Ausgangs- information in Längeneinheiten darzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein photoelektrisches Mikroskop gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass im Strahlengang hinter einem ersten Objektiv mindestens eine Blende mit einem Basisspalt, dessen Achse als Einstellachse dient, und hinter der Blende ein zweites Objektiv angeordnet ist, welches die Blende mit dem Basisspalt und die vom ersten Objektiv in der Ebene der Blende erzeugte Zwi- schenabbildung des Objektstriches in der Ebene einer vor dem lichtelektrischen Wandler angeordneten Spaltblende abbildet,
und dass die Einrichtung zur Ermittlung der Achsenlage Mittel zu Messung der beim Abtasten der in der Ebene der Spaltblende erzeugten Abbildung zwischen den Kanten des Basisspaltbildes und den des Strichbildes auftretenden Zeitintervalle und zur Bestim- mung der Achsenlage aus der Länge dieser Zeitinter- valle enthält.
Um die Lage eines aus zwei parallelen Strichen und einem dazu senkrechten Strich bestehenden Objektstrich- zeichens nach zwei Linienkoordinaten und einer Winkel- koordinate zu bestimmen, können im Strahlengang hinter dem ersten Objektiv drei Blenden eingebaut sein, deren Basisspalte so ausgerichtet sind, dass die Achse eines Basisspaltes rechtwinklig zu den Achsen der beiden anderen Basisspalte liegt, und es kann hinter den Blenden vor dem zweiten Objektiv ein dreiteiliges Prisme- system angeordnet sein, von welchem zwei Systemteile Ablenkprismen sind, welche die Abbildung der beiden Blenden mit den zueinander parallel verlaufenden Basisspalten und der Zwischenabbildung der zwei parallelen Objektstriche in eine zur Blendenebene senkrechten Ebene legen,
und der dritte Systemteil als Umkehrprisma ausgebildet ist, welches die Abbildung der dritten Blende mit dem rechtwinklig zu den beiden genannten Basisspalten verlaufenden Basisspalt und die Zwischen- abbildung des entsprechenden dritten, Objektstriches in der genannten senkrechten Abbildungsebene gleichzeitig um 90 dreht
Zu automatischen Darstellung der Ausgangsinfor- mation kann die Messung der Zeitintervalle zwischen den vom lichtelektrischen Wandler abgegebenen Impulsen durch Austastung der Zeitintervalle mit Mess- impulsen erfolgen, und die elektrische Einrichtung zur Messung der Zeitintervalle kann neben einem Messimpulsgenerator zur Erzeugung der Messimpulse eine Schaltung enthalten,
welche die Breite der einzelnen Messimpulse in einer Längeneinheitbewertet,und zu welcher ein Umrechner gehören kann, dessen Eingang die Messimpulse bei Vorhandensein bei jeder Abtastung des Basisspaltes der Blende erzeugten Impulses zugeführt werden, und welcher die Anzahl der bei jeder Abtastung erhaltenen Messimpulse durch die als Bezugslänge dienende in die Ebene des Objektstriches trans formierten Breite des Basisspaltes dividiert, so dass an einem Zähler der Schaltung, welcher Zähler an den Ausgang des Umrechners angeschlossen ist, eine Zahl angezeigt wird, die der Anzahl Messimpulse pro Längen- einheit der Basisspaltbreite entspricht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen :
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Mikroskops gemäss der Erfindung ;
Fig. 2 ein Strichzeichen, auf welches das photoelek- trische Mikroskop gemäss der Erfindung eingestellt wird ;
Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Mikroskops gemäss der Erfindung ;
Fig. 4 drei in einer Maske vereinigte Blenden mit Basisspalten, die für das Mikroskop nach Fig. 3 verwendet werden ;
Fig. 5a und b ein Prismenumkehrsystem für das Mikroskop nach Fig. 3 (Draufsicht und Seitenansicht) ;
Fig. 6 eine elektronische Messeinrichtung des Mikroskops nach Fig. 1 ;
Fig. 7 eine elektronische Messeinrichtung des Mikroskops nach Fig. 3 ;
Fig. 8 ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale des Mikroskops nach Fig. 1 ;
Fig. 9 den vergrösserten Abschnitt A der Fig. 8 ;
Fig. 10 drei Blenden mit Zwischenabbildungen der Striche beim Zusammenfallen der Einstellachsen des Mikroskops nach Fig. 3 mit den Strichachsen des Strichzeichens ;
Fig. 11 dasselbe mit einem Prismenumkehrsystem ;
Fig. 12 ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale des Mikroskops nach Fig. 3 ;
Fig. 13 drei Blenden mit Basisspalten bei einer willkürlichen Lage des Strichzeichens im Bildfeld des Mikroskops nach Fig. 3 ;
Fig. 14 dasselbe mit einem Prismenumkehrsystem.
Das in Fig. 1 dargestellte photoelektrische Mikroskop zur Bestimmung der Lage eines Striches im Bildfeld bezüglich der Mikroskopeinstellachse enthält ein erstes Objektiv 1, hinter dem im Strahlengang eine Blende 2 mit einem schmalen Basisspalt 3 eingebaut ist, dessen Achse als EinsteHachse des photoelektrischen Mikroskops dient. Hinter der Blende 2 sind ein zweites Objektiv 4, ein Spiegelvibrator 5 und ein Strahlungs- empfänger 6 mit der Spaltblende 7 eingebaut. Das photoelektrische Mikroskop besitzt auch eine elektro- nische Messeinrichtung 8.
Den auf einem Körper be findlichen Strich 9, dessen Achsenlage bezüglich der Einstellachse des photoelektrischen Mikroskops ermittelt werden soll, beleuchtet eine Lichtquelle 10 durch einen Kondensor 11.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des photoelektri- schen Mikroskops zur Bestimmung der Lage eines auf die Oberfläche eines Körpers 12 (Fig. 2) aufgetragenen Strichzeichens mit drei Strichen, von denen ein Strich 13 senkrecht zu den beiden anderen Strichen 14 und 15 liegt, enthält nach Fig. 3 ein erstes Objektiv 1, hinter dem im Strahlengang drei Blenden 16, 17 und 18 (Fig. 4) mit Basisspalten 19, 20 und 21 eingebaut sind.
Die Blenden sind zu einer Maske 22 vereinigt. Die Spaltachsen dienen als Einstellachsen des photoelektri- schen Mikroskops. Die Achse des Basisspaltes 20 liegt rechtwinklig zu den Achsen der beiden anderen Spalten 19 und 21.
Auf der Maske 22 mit den Blenden 16, 17 und 18 ist ein Prismenumkehrsystem angeordnet, das aus vier Rechteckprismen 23, 24, 25 und 26 (Fig. 5a und b) besteht. Im Strahlengang hinter den Prismen sind ein zweites Objektiv 4 (Fig. 3), ein Spiegelvibrator 5 und drei Strahlungsempfänger 27, 28 und 29 mit Spaltblen, den 30, 31 und 32 eingebaut. In Fig. 3 ist die Ebene der Blenden 30, 31 und 32 der Übersichtlichkeit wegen um 90 gedreht dargestellt.
Das zweite Ausführungsbeispiel des photoelektri- schen Mikroskops besitzt ebenfalls eine elektronische Messeinrichtung 8'.
Im ersten Ausführungsbeispiel enthält die. elektronische Messeinrichutng 8 einen Verstärker 33 (Fig. 6), einen Impulsformer 34 für dem Basisspalt 3 in der Blende 2 zugeordnete Impulse, einen Impulsformer 35 für dem Objektstrich 9 zugeordnete Impulse, einen Oszillator 36 zur Erregung des Spiegelvibrators 5, eine e logische Schaltung 37 zur Feststellung ob sich der Strich 9 links oder rechts der Einstellachse befindet, eine logische Schaltung 38 zur Feststellung des Zeitpunktes, in dem sich das Bild des Striches 9 im Basisspalt 3 der Blende 2 oder ausserhalb dieses Spaltes befindet, eine logische Schaltung 39 zur Abtrennung eines bei der Abtastung des Basisspaltes 3 in der Blende 2 erzeugten und geformten Impulses,
sowie eine digitale Recheneinrichtung 40 mit einer logischen Schaltung 41 zur Abtrennung der durch Abtastung der Bilder vom Basisspalt 3 der Blende 2 und vom Strich 9 erzeugten und geformten Impulse, deren Zeitabstände zu messen und in eine noch anzugebende Beziehung zueinander zu setzen sind, einen Umkehrzähler 42, ein Pufferregister 43 zu Zifferanzeige von Messergebnissen, einen frequenz- stabilisierten Messimpulsgenerator 44 und eine Trigger- schaltung 45.
Zur elektronischen Messeinrichtung 8 gehört auch eine Schaltung 46 zur Bewertung der Messimpulsbreite in Längeneinheiten, die aus einer Koinzidenzschaltung (Und-Schaltung) 47, einem Umrechner 48, einem Zähler 49 sowie einem Pufferregister 50 zur Zifferanzeige der in einer Längeneinheit vorhandenen Anzahl Messimpulse besteht.
Die in Fig. 7 gezeigte elektronische Messeinrichtung 8'dles zweiten Ausführungsbeispieles unterscheidet sich von der beschriebenen elektronischen Messeinrichtung 8 dadurch, dass sie drei Verstärker 51, 52, 53, drei Impuls, former 54, 55, 56 für die aus der Abbildung der Basisspalte 19, 20 und 21 in den Blenden 16, 17, 18 erzeugten Impulse und drei Impulsformer 57, 58, 59 für die durch Abtastung der Bilder der auf dem Körper befindlichen Striche 13, 14 und 15 erzeugten Impulse, sowie einen Kommutator 60 enthält.
Der Unterschied der im zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten digitalen Recheneinrichtung40von der digitalen Rechenem- richtung 40 des ersten Ausführungsbeispieles besteht darin, dass sie drei Pufferregister 43, 61 und 62 hat, die zur Ziffernanzeige von Messergebnissen dienen, welche die Lage der Striche 13, 14 und 15 bezüglich der Einstellachsen anzeigen.
Das photoelektrische Mikroskop nach dem ersten Ausführungsbeispiel funktioniert folgendermassen.
Das Objektiv 1 erzeugt von dem Strich 9, der von der Lichtquelle 10 durch den Kondensor 11 beleuchtet wird, eine Zwischenabbildung in der Ebene der Blende 2. Das zweite Objektiv 4 bildet die Blende 2 und das Zwischenbild des Striches 9 in der Ebene der Spaltblende 7 ab, deren Spalt zum Basisspalt 3 der Blende 2 parallel ist. Der Spiegelvibrator 5 vor dem Strahlungsempfänger 6 bewirkt, dass dieses Bild in zur Achse der Spaltblende 7 senkrechter Richtung schwingt und durch den Spalt der Spaltblende 7 abgetastet wird.
Am Ausgang des Strahlungsempfängers 6 erscheint bei der Abtastung ein Signal in Form einer Impulsfolge.
Diese Impulsfolge besteht aus den durch Abtastung des Bildes der Blende 2 mit dem Basisspalt 3 erzeugten Impulsen, welche im folgenden kurz Spalt-Impulse genannt werden, und den durch Abtastung des Bildes des Objektstriches 9 erhaltenen Impulsen, welche im folgenden kurz mit StricKImpulse bezeichnet werden.
Die Impulsfolge gibt demnach in einem zeitlich zerlegten Bild der Blende 2 mit dem Basisspalt 3 die Lage der Abbildung des Striches 9 in der Ebene der Blende 2 in bezug auf die Achse ihres Basisspaltes 3 wieder.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm der Ausgangssignale bei verschiedenen Lagen der vom Strich 9 in der Ebene der Blende 2 mit dem Basisspalt 3 erhaltenen Abbildung 9'für eine durch den Vibrator 5 erzeugte sinusförmige Abtastkurve 63 des Bildes der Blende 2. Während einer Schwingungsperiode des Vibrators 5 bewegt sich das Bild der Blende 2 mit dem Basisspalt 3 zusammen mit der Zwischenabbildung des Striches 9 zweimal über die Spaltblende 7 des Strahlungsempfängers 6 hinweg.
Liegt der Strich 9 ausserhalb des Bildfeldes des photoelektrischen Mikroskops, wobei dieses Bildfeld von der Abtastamplitude bei der Abtastung in der Ebene der Spaltenblende 7 abhängt, die rückwärts in die Ebene des Striches 9 durch die Objektive 4 und 1 vergrössert abgebildet wird, so gibt das Signal 64 am Ausgang des Strahlungsempfängers 6 nur das zeitlich zerlegte Bild der Blende 2 wieder und es erscheinen negative Spalt- Impulses. der Dauer T, von welchen jeder dem Bild des Basisspaltes 3, dessen Breite gleich L ist, entspricht.
Wenn sich der Strich 9 an der Bildfrequenzgrenze des photoelektrischen Mikroskops befindet, das heisst, wenn seine Abbildung 9'in einer Entfernung 11 rechts des Basisspaltes 3 der Blende 2 liegt, so erscheinen im Ausgangssignal 65 des Strahlungsempfängers 6 in den Abtasthalbperioden t-t2 und t3--t4, das heisst, wenn der Vibrator 5 aus der Mittellage nach rechts ausgeschwungen ist, durch das Strichbild 9'erzeugte positive Strich-Impulses.. Die Entfernung 11 der Achse des Basisspaltes 3 von der Achse des Strichbildes 9'wird durch den zeitlichen Abstand Tz der Mittellinien der Spalt-und Strich-Impulse wiedergegeben.
Bei Annäherung des Striches an die Einstellachse, das heisst, wenn n sich das Strichbild 9'in der Entfernung Ig rechts der Achse des Basisspaltes 3 der Blende 2 befindet, be wegt sich das Bild des Striches 9 in den erwähnten Abtasthalbperioden je zweimal über die Spaltblende 7 des Strahlungsempfängers 6 hinweg, und im Ausgangs- signal des letzteren erscheinen in diesen, Halbperioden zwei positive Strich-Impulses.. Der Abstand 12 wird durch das Zeitintervall T2 zwischen Spalt-Impulse und Strich-Impulsp wiedergegeben. Befindet sich der Strich
9 rechts der Einstellachse des Mikroskops,
so liegt seine Abbildung 9'links der Achse des Basisspaltes 3 und der Blende 2 im Abstand 13 und im Ausgangssignal 67 des Strahlungsempfängers 6 erscheinen die positiven Strich-Impulsennurwährend der Abtastperiode t2-t3, wobei der Abstand 13 durch das Zeitintervall Ts wieder- gegeben ist.
Liegt also die Abbildung des Striches 9 ausserhalb des Basisspaltes 3 der Blende 2, so wird der Abstand der Achse der Abbildung 9'des Striches 9 von der Achse des Basisspaltes 3 durch das Zeitintervall zwischen den Mittellinien der Spalt-und Strich-Impulse wieder- gegeben, und die Lage des Strichbildes 9'links bzw. rechts der Achse des Basisspaltes 3 wird durch die Abtasthalbperioden definiert, in denen positive Strich Impulse erscheinen.
Bei der Messung der erwähnten Abstände in der Ebene des Striches 9, das heisst bei der Ermittlung des Abstandes der Achse des Striches 9 von der Einstell achse des photoelektrwschen Mikroskopls, muss d'ite Vergrösserung des Objektives 1 berücksichtigt werden, das ein umgekehrtes Bild des Striches 9 in der Ebene der Blende 2 erzeugt.
Wenn das Strichbild 9'im Basisspalt 3 der Blende 2 erscheint, wird eine zusätzliche Information zur Ermittlung der Strichachsenlage bezüglich der Einstellachse erzeugt. In diesem Falle wird dar Abstand #1 (Fig. 9) der Achse des Strichbildes 9' von der Einstellachse, die, wie erwähnt, durch die Achse des Basisspaltes 3 dargestellt wird, aus der Beziehung l4-l5 #e=
2 ermittelt. Hierbei bedeuten 14 und 15 die Abstände zwischen den Kanten des Basisspaltes 3 der Blende 2 und den Grenzen der vom Strich 9 erhaltenen Abbildung 9'.
Das Vorzeichen von bl bestimmt die Abweichungs- richtung der Bildachse des Striches 9 von der Einstellachse. Und zwar bei bl > 0 ; (14 > 15) befindet sich die Achse des Striches 9 links von der Einstellachse ; bei b1 = 0 ; (lu = 15) fällt die Strichachse mit der Einstellachse zusammen ; bei bl < 0 ; (14 < l5) befindet sich die Strichachse rechts von der Einstellachse.
So erfolgt die Einstellung der Achse des photoelek- trischen Mikroskops auf die Achse des Striches 9 durch einen symmetrischen Abgleich der Abstände 14 und 15 analog der symmetrischen Abgleichmethode bei der Ein stellung auf die Strichachse im Bisektor.
Liegt das Strichbild 9'im Basisspalt 3, so zerfällt der Spalt-Impulsp im Ausgangssignal 68 (Fig. 8) des Strahlungsempfängers 6 in zwei Teile, und die Lage der Achse des Strichbildes 9'bezüglich der Achse des in der Blende 2 ausgeschnittenen Basisspaltes 3 wird durch den Wert der Beziehung 6t von Zeitintervallen T4 und T5 der von den Grenzen des : Basisspaltes 3 der Blende 2 und des Strichbildes 9' erhaltenen Impulse gekennzeichnet: T4-T5 #t=
2 Bei f5t > 0 ; (T4 > T5) liegt die Achse des Striches 9 links der Einstellachse, bei 6t = 0 ; (T4 = T5) fällt die Achse des Striches 9 mit der Einstellachse zusammen ; bei #t < 0;
(T4 < T5) befindet sich die Achse des Striches 9 rechts der Einstellachse.
Der Absolutwert der transformierten Beziehung bt der Zeitintervalle kennzeichnet also den Abstand der Einstellachse von der Achse des Striches 9 und das Vorzeichen dieser Beziehung definiert die Abweichungs- richtung dieser Strichachse von der Einstellachse.
Bei der Messung der Zeitintervalle T4 und T5 mittels eines frequenzstabilisierten Messimpulsgenerators ergibt sich #t = N4 - N5/2 ##
Hierein bedeutet AT das Elementarzeitintervall zwischen den Messimpulsen, N4 und N die Anzahl der in den Zeitintervallen T4 und T5 erscheinenden Messimpulse.
Das derart aufgebaute photoelektrische Mikroskop gewährleistet eine hohe Stabilität der Mikroskopein- stellachse und lässt bedeutende Schwankungen des Schwingungsmittelpunktes bei sinusförmiger Abtastung bezüglich der Achse der Spaltblende 7 des Strahlungs- empfängers 6 zu, ohne dass dabei Schwankungen der Einstellachse des photoelektrischen Mikroskops auftreten, da für eine eindeutige Vorgabe der Mikroskop einstellachse durch die Achse des Basisspaltes 3 in der Blende 2 nur eine stabile Abtastgeschwindigkeit bei der Abtastung der Abbildung des Spaltes 3 vor dem Strahlungsempfänger 6 gewährleistet werden muss.
Bei sinusförmiger Abtastung mit einer Auslenk- amplitude Am, die wesentlich grösser als die Spalt- weite L, das heisst Am # L ist (Fig. 8), ergibt sich ein bedeutender linearer Abtastbereich, in dem die Abtast gescbwindigkeit konstant bleibt. In diesem Abtastbereich sind Schwankungen des Schwingungsmittelpunktes, das heisst Verschiebungen des Vibrators 5 bezüglich der Achse der Spaltblende 7 möglich, ohne dass dabei Schwankungen der Einstellachse des photoelektrischen Mikroskops hervorgerufen werden.
Wird anstelle des Spiegelvibrators eine Spiegel tragende rotierende Trommel mit einer konstanten Abtast- geschwindigkeit im ganzen Bildfeld des photoelektrischen Mikroskops (bei linearer Abtastung) verwendet, so ist die Mikroskopeinstellachse eindeutig durch die Achse des Blendenbasisspaltes bestimmt, und alle Längenmessungen der Strichachsenlage im Bildfeld werden eindeutig in Messungen der Zeitintervalle zwischen den von den Grenzen des Basisspaltbildes und von dem Strichbild erzeugten Impulsen und Ermittlung des Wertes der vorstehend genannten Beziehung dieser Zeitintervalle umgewandelt.
Zur Umwandlung von Zeitmessungen in Längen messungen, das heisst zum Übergang von : at zu d1 und von T1, To und T3 zu li, 12 und ls wird ein Messimpuls automatisch in. Längenmassen bewertet, wobei das Mass stabelement die in die Ebene des Striches 9 mit Berück- sichtigung der Vergrösserung des Objektives 1 trans formierte Breite L des Basisspaltes 3 in der Blende 2 benutzt wird. Die Impulsbewertung erfolgt nach der Anzahl der Messimpulse in der Zeitspanne T, in der die Abtastung der Abbildung des Basisspaltes 3 vor dem Strahlungsempfänger 6 erfolgt.
Da T = N'/h-ist, so ist
L L' ##= = , ss.N N wobei ## das Elementarzeitintervall zwischen den Mess- impulsen, L die Breite des Basisspaltes in der Blende 2, ss die Vergrösserung des Objektives 1, N die Anzahl, der Messimpulse in der Zeitperiode T und L', die in die Ebene des Striches 9 transformierte Breite des Basisspaltes 3 der Blende 2 ist.
Der reziproke Wert von AT, das heisst der Wert
K= 1 = N
ZIT L' ist gleich der Anzahl Messimpulse in einem Längenmass.
Da L und j8 konstante Grössen sind und die Grösse N von der schwer zu stabilisierenden Abtastgeschwindig- keit abhängt, so ergibt sich bei Benutzung des Verhältnisses als Längenwert eines Messimpulses eine Darstellung von Längenabständen zwischen der Achse des Striches 9 und der Einstellachse ohne Abhängigkeit von der Abtastgeschwindigkeit, die durch die Abtastampli- tude und-frequenz des Vibrators 5 bestimmt wird.
Die von der Lage des Striches 9 bezüglich der Einstellachse des photoelektrischen Mikroskops erhaltene Information wird in der elektronischen Messeinrichtung 8 (Fig. 6) verarbeitet. Die Ausgangsimpulse des Strahlungsempfängers 6 werden im Verstärker 33 verstärkt und gelangen dann an die Eingänge der Impulsformer 34 und 35, von denen der Impulsformer 34 ständig Spalt-Impulsen abgibt, von welchem jeder konstante Amplitude und einer Dauer hat, die der Abtastzeit für das Bild des Spaltes 3 vor dem Strahlungsempfänger 6 gleich ist.
Der andere Impulsformer 35 gibt ständig Strich-Impulses, ab, von welchen jeder konstante Am plitude und eine Dauer hat, die der Abtastzeit für die Abbildung des Striches 9 vor dem Strahlungsempfänger 6 gleich ist. Die auf diese Weise geformten Impulse aus den Abbildungen des Basisspaltes 3 in der Blende 2 und des Striches 9 werden zu weiteren Verarbeitung zur Information über die Grösse der Zeitintervalle und deren Beziehungen weitergeleitet.
Die sinusförmige Spannung des Generators 36 zur Erregung des Vibrators 5 und die vom Ausgang des Impulsformers 35 abgenommenen Strich-Impulsen wer den dem Eingang der logischen Schaltung 37 zugeführt, die entsprechend den Halbperioden der Erregungs- spannung des Generators 36, das heisst den Abtast- halbperioden des Vibrators 5, in denen Strich-Impulsen erscheinen die Abweichungsrichtung des Striches 9 bezüglich der Einstellachse ermittelt. Am Ausgang der logischen Schaltung 37 enscheinen entsprechende Potentiale, welche die Lage des Striches 9 links oder rechts von der Einstellachse des photoelektrischen Mikroskops angeben.
Die logische Schaltung 38 ermittelt die Lage der Abbildung des Striches 9 bezüglich des Basisspaltes 3 in der Blende 2, das heisst sie bestimmt die Zeitpunkte, in denen sich die Abbildung des Striches 9 innerhalb des Basisspaltes 3 oder ausserhalb desselben befindet. Das
Potential am Ausgang der Schaltung 38, das die Lage des Strichbildes 9'im Basisspalt 3 angibt, wird beim Eintreffen des Signals 68 (Fig. 8) mit zweiteiligen Spalt- Impulsen erzeugt.
Die der logischen Schaltung 37 entnommene Information über die Lage des Striches 9 bezüglich der Einstellachse und die Information der logischen Schaltung 38 gelangen zur logischen Schaltung 41 der digitalen Recheneinrichtung 40, die beim Erscheinen des von der logischen Schaltung 38 abgenommenen und die Lage des Strichbildes 9'im Basisspalt 3 kennzeichnenden Potentials mittels des Umkehrzählers 42 den Ausdruck
T4-T6 #t=
2 berechnet, und bei der Lage des Strichbildes ausserhalb des Basisspaltes 3 die Zeitintervallle Tt, T2 und T3 (Fig. 8) zwischen den Mittellinien der Spalt-und Strich Impulse ermittelt.
Zur Ausrechnung von at schaltet die logische Schaltung 41 den Umkehrzähler 42 bei der Messung von T4 auf Summierung und bei der Messung von T6 auf Subtraktion um. Als Messimpulse dienen die Ausgangsimpulse der Triggerschaltung 45, welche die Fnequenz des Messimpulsgenerators 44 halbiert, um bei der Ausrechnung von $ T4T5
2 den Vorgang der Division durch zwei durchzuführen.
Zur Ermittlung von Zeitintervallen T1, T2, T3 zwischen den Mittellinien der Spalt-und Strich-Impulse im Falle, wenn die Abbildung des Striches 9 ausserhalb des Basisspaltes 3 liegt, wird, wie in Fig. 8 für das Signal 66 dargestellt ist, das Zeitintervall T'2 zwischen der Vorder- flanke des Spalt-Impulses und der Hinterflanke des Strich-Impulses gemessen.
Bei der Messung der Dauer T der Spalt-und Strich-Impulse benutzt man hierbei die Messimpulse vom Ausgang der Triggerschaltung 45, die zur Vorgabe der Mittellinien der erwähnten Impulse dienen, und das restliche Zeitintervall zwischen den Flanken der erwähnten Impulse wird mit Hilfe der Messimpulse gemessen, die vom Ausgang des Gene rators 44 zugeführt werden. Nach der Ausrechnung der Zeitintervalle Ti, Ts, Tg, T4 und Ta sowie ihrer Verhältnisse durch den Umkehrzähler 42 übermittelt die logische Schaltung 41 die Information vom Umkehrzähler 42 in das Pufferregister 43 zur Ziffennanzeige.
Die logische Schaltung 39 trennt ständig einen aus der Abbildung des Basisspaltes 3 der Blende 2 hervor gerufenen Impuls mit der Dauer T ab sowohl im Falle, wenn die Abbildung von Strich 9 im Spalt 3 liegt, als auch wenn sie sich ausserhalb dieses Spaltes befindet.
Der Impuls mit der Dauer T gelangt an einen Eingang der Koinzidenzschaltung (Und-Schaltung) 47, und dem anderen, Eingang dieser Schaltung werden Messimpulse vom Generator 44 zugeführt. An den Eingang des Umrechners 48, dessen Umrechnungsfaktor gleich der in die Ebene des Striches 9 mit Berücksichtigung der Vergrösserung des Objektives 1 transformierten Breite des Basisspaltes 3 der Blende 2 ist, gelangen somit Impulse, von welchen jeder aus einem geformten, eine entsprechende Anzahl von Messimpulsen enthalten- den Spaltimpuls besteht.
Die am Ausgang des Umrechners 48 erscheinenden Impulse (deren Anzahl dem Wert des Quotienten aus der Division der Anzahl N der in einem Spalt-Impuls mit der Dauer T liegenden Messimpulse durch die in die Ebene des Striches 9 transformierte Breite des Basisspaltes 3 entspricht) werden von dem Zähler 49 erfasst.
Dabei entspricht die Zahl der dem Eingang des Zählers 49 zugeführten Impulse der Anzahl der Messimpulse je Längeneinheit, in welcher die Spaltbreite gemessen ist (Mikron, Mikrozoll usw.). Somit rechnet der Umnechner 48 zusammen mit dem Zähler 49 die Beziehung
N k==¯
L'T aus.
Nach der Ausrechnung dieser Beziehung übermittelt die logische Schaltung 39 die Information vom Zähler 49 in das Pufferregister 50 zur Zifferanzeige.
Das Pufferregister 50 bewirkt die kontinuierliche Anzeige der Anzahl der Messimpulse je Längeneinheit (Mikron, Mikrozoll usw.), und der reziproke Wert dieser Zahl gibt einem einzelnen Messimpuls bei einer gegebenen Grösse des Mikroskopbildfeldes und einer bestimmten Abtastfrequenz des Vibrators 5 zugeordnete Länge an.
Somit ermöglicht das photoelektrische Mikroskop gemäss der Erfindung eine automatische Datendarstellung bei der Umwandlung von Zeitmessergebnissen in Längen- messergebnisse sowie eine von der Bildfeldgrösse des Mikroskops unabhängige Ablesung der Abweichung einer Strichachse von der Mikroskopeinstellachse. Zu diesem Zweck wird die konstante Breite des Basisspaltes in einer Blende als Massstab benutzt.
Die Messung der erwähnten Zeitintervalle T4 und TJ kann auch als Analogieverfahren erfolgen,.
Die Wirkungsweise des nach dem zweiten, Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung aufgebauten photoelektri- schen Mikroskops ist der des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
Der Unterschied besteht nur darin, dal3 ein auf die Oberfläche eines Körpers 12 (Fig. 3) auf getragenes und von der Lichtquelle 10 mittels eines Kondensors 11 beleuchtetes Strichzeichen durch das Objektiv 1 in die Ebene der drei Blenden 16, 17 und ! 19 (Fig. 4) mit Basisspalten 19, 20 und 21 projiziert wird.
Das Objektiv 4 erzeugt mit Hilfe eines Prismen umkehrsystems ein gemeinsames Bild der erwähnten Blenden mit Basisspalten und der Zwischenabbildungen der Striche 13, 14 und 15 in der Ebene der Spaltblenden 30, 31 und 32 der Strahlungsempfänger 27, 28 und 29.
Da die Achse des Basisspaltes 20 einer Blende 17 senkrecht zu den Achsen der Basisspalten, 19 und 21 der beiden anderen Blenden 16 und 18 verläuft, so muss zur Analyse der Lage von Abbildungen 13', 14' und 15' (Fig. 10) der Striche 13, 14 und 15 bezüglich der Achsen dieser Basisspalte, welche die Einstellachsen des photoelektrischen Mikroskops darstellen, die Abtastung in zwei zueinander senkrechten Richtungen nach den Pfeilen B und C vorgenommen werden, damit die Achsen der Spaltblenden 30, 31 und 32 parallel zu den Achsen der Basisspalten 19, 20 und 21 liegen.
Beim betreffenden photoelektrischen Mikroskop erfolgt die Abtastung aber in einer Richtung und mit einem Spiegelvibrator 5, und zwar mittels eines Prisme- umkehrsystems mit vier Rechteckprismen, von denen zwei Prismen 23 und 26 die Abbildnug der zwei Blenden 16 und 18 mit parallelliegenden Basisspaltachsen zusammen mit den Abbildungen 14'und 15'der Striche
14 und 15 in eine zur Blendenebene senkrechte Ebene übertragen.
Zwei andere Prismen 24 und 25 übertragen die Abbildung der Blende 17, bei der die Achse des Basisspaltes 20 einen rechten Winkel mit den Achsen der Basisspalten 19 und 21 beider anderen Blenden
16 und 18 bildet, zusammen mit der Abbildung 13'des Striches 13 in dieselbe senkrechte Ebene und drehen diese Abbildung in dieser Ebene gleichzeitig um 90 .
Infolgedessen erzeugt das Objektiv 4 in der Ebene der Spaltblenden 30, 31 und 32 die Abbildungen der er wähnten drei Blenden mit Basisspalten zusammen mit der Zwisohenabbildung der Striche, so dal3 die Achsen der Basisspalten 19, 20 und 21 aller Blenden zu einander und zu den Achsen der Spaltenblenden 30, 31 und 32 parallel liegen. Dies ermöglicht es, die Abtastung in einer Richtung nach dem Pfeil C (Fig. 11) mittels eines Spiegelvibrators 5 vorzunehmen.
Bei der Abtastung der vor den Strahlungsempfängern 27, 28 und 29 liegenden Abbildung der Blenden 16, 17, 18 mit ihren Basisspalten 19, 20, 21 und der Zwischenabbildungen der Striche 13, 14 und 15 erscheinen am Ausgang jedes Strahlungsempfängers Signale in Form einer Folge von Impulsen, welche die in der Zeit zerlegten Abbildungen der entsprechenden Blenden 16, 17 und 18 mit ihren Basisspalten 19, 20 und 21 sowie die Lagen der Abbildungen von Strichen 13, 14 und 15 bezüglich der Achsen erwähnter Basisspalte, kennzeichnen.
Dieses nach dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaute photoelektrische Mikroskop funktioniert wie drei einzelne photoelektrische Mikroskope nach der ersten Ausführungsvariante und stellt somit ein photoelektri- sches Dreikanal-Mikroskop dar, bei dem jeder Kanal, ähnlich wie beim vorher beschriebenen photoelektrischen Einkanal-Miknoskop, die Lage eines ihm zugeordneten Striches bezüglich der eigenen Einstellachse ermittelt.
Die Gleichheit der Zeitintervalle T4 und T5 in den Signalen 69, 70 und 71 (Fig. 12) weist für jeden Kanal darauf hin, dass die Achsen der Striche 13, 14 und 15 auf die Einstellachsen eingestellt sind.
Die Lage der Abbildungen 14', 13'und 15' (Fig. 13 und 14) von Strichen 14, 13 und 15 in der Ebene der Blenden 16, 17 und 18, bezüglich der Einstellachsen, wird durch die in den Signalen 72, 73 und 74 (Fig. 12) gezeigten Zeitintervalle T6, T7, T8 zwisohen den Mittel- linien der von den Abbildungen der Basisspalte 19, 20, 21 und der Striche 14, 13 und 15 entstandenen Impulse gekennzeichnet.
Die linke oder rechte Abweichung der Lage dieser Striche bezüglich der Einstellachsen wird nach den Abtasthalbperioden tt-trts-t4-t5-tG beim Er- scheinen der Impulse von den Abbildungen der Striche 14, 13 und 15 in jedem Kanal ermittelt.
Die Information über die Lage der Striche 13, 14 und 15 bezüglich der Einstellachsen wird in einer elektrischen Messeinrichtung 8' (Fig. 7) verarbeitet. Die Aus gangsimpulse der Strahlungsempfänger 27, 28 und 29 werden in den Verstärkern 51, 52, 53 verstärkt und den Eingängen der Impulformer 54, 55 und 56, welche die aus den Abbildungen der Basisspalten 19, 20 und 21 resultierenden Spaltimpulse im jedem Kanal ständig von der Eingangsimpulfolge abtrennen und formen, sowie den Eingängen der Impulsformer 57, 58 und 59, welche die aus den Abbildungen der Striche 14, 13 und 15 resultierenden Strich-Impulse abtrennen und formen, zugeführt.
Von den Ausgängen der Impulsformer 54, 55, 56, 57, und 58 und 59 gelangen die geformten Spalt-und Strich-Impulse zu einem Kommutator 60, der die Spaltund Strich-Impulse jedes Kanals nacheinander den Eingängen der logischen Schaltungen 37 und 38 und der Ziffernrecheneinrichtung 40'zufiihrt, die ähnlich den entsprechenden Schaltungen in der elektrischen Messeinrichtung 8 funktionieren. Die von dem Umkehrzähler 42 festgehaltene Information von der Lage der Striche
14, 13 und 15 in jedem Kanal, wird von der logischen Schaltung 41 unter Bezugnahme auf die Potentiale des Kommutators 60 in Pufferregister 43, 61 und 62 zur Zifferanzeige übertragen.
Die logische Schaltung 39 bewirkt eine kontinuier- liche Abtrennung und Formung der aus der Abbildung des Basisspaltes 19 der Blende 16 abgeleiteten Impulse und führt damit die konstante, als Massstabelement benutzten Breite L des Basisspaltes in der erwähnten Blende in die Messungen ein. Dieses Messstabelement dient wiederum zur Bewertung eines Messimpulses in Längeneinheiten bei der Bestimmung der Lage der Striche 14, 13 und 15 in den drei Kanälen.
Das Pufferregister 50 zeigt ständig die Anzahl der Messimpulse in einem Längenmass (Mikron, Mikrozoll usw.) in Ziffernform. Die reziproke Grosse dieser Anzahl ist der in einem Längenmass ausgedrückte Wert eines Messimpulses, der zur Umrechnung der von den Pufferregistern 43, 61 und 62 angezeigten Information über die Lage der Striche 14, 13 und 15 in jedem Kanal bezüglich der Einstellachsen in Längenmasse dient.
Die beschriebenen photoelektrischen Mikroskope besitzen stabile Einstellachsen, die vom Schwingungsmittel- punkt des Vibrators unabhängig sind. Dies erhöht die Genauigkeit der photoelektrischen Mikroskope bei ihrem Betrieb und erweitert ihr Anwendungsgebiet.
Ausserdem gestatten die erfindungsgemässen photoelektrischen Mikroskope nicht nur den Zeitpunkt mit grosser Genauigkeit zu bestimmen, in dem die Einstel- lung auf die Strichachse erfolgt, sondern auch die Strichachsenlage bezüglich der Mikroskopeinstellachse im Bildfeld des Mikroskops zu ermitteln und die Ausgangsinformation von der Strichlage in einem Längenmass oder als Ziffernkode darzustellen.
All diese Eigenschaften schliessen die Teilnahme einer Bedienungsperson am Messvorgang aus und ermöglichen die Anwendung der beschriebenen photoelektrischen Mikroskope für verschiedenartige automatische und programmgesteuerte Einrichtungen.