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Lid htfleck-Abtastsystem Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum
Zählen und zur Größenbestimmung von Teilchen mit einem Lichtfleck-Abtastsystem zum
Abtasten eines zu prüfenden Objekts, auf dem die zu bestimmenden Teilchen niedergeschlagen
sind, mit wenigstens zwei in benachbarten Zeilen geführten Lichtbündeln, welche
das Objekt in zwei benachbarten Zeilen gleichzeitig abtasten, wobei für jede Zeile
eine eine gesonderte Fotozelle verwendende Zählvorrichtung vorhanden ist.
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Diese Mehrfach-Lichtfleck-Abtastsysteme wurden bereits für Teilchenzählapparate
vorgeschlagen, welche mit einer »Überwachungsbündeltechnik« arbeiten. Diese Technik
ermöglicht die Feststellung, ob ein Teilchen bei der Abtastung von einem Hauptabtastbündel
zuerst oder zuletzt getroffen wird. Weiterhin kann mit dieser Technik die Mehrfachzählung
eines großen, zwei oder mehr Abtastzeilen überlappenden Teilchens vermieden werden.
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Ferner wurden auch schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen, nach
denen zwei Abtastbündel einer einzigen Lichtfleckquelle entnommen werden können.
Zum Beispiel, wenn ein Lichtfleckabtaster in Form einer Elektronenstrahlröhre verwendet
wird, so kann das Elektronenbündel ein hin- und hergehender Lichtfleck sein, so
daß effektiv zwei Abtastbündel mit dem gewünschten Abtastzeilenabstand erhalten
werden. Bei einem weiteren Beispiel wurden zwei Abtastlichtbündel vorgeschlagen,
welche den gewünschten gegenseitigen Abstand und verschiedene optische Eigenschaften
haben, z. B. von verschiedenem Polarisationszustand oder von verschiedener Farbe
sind.
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Beide Systeme haben bestimmte Nachteile. Beim Verfahren mit hin- und
hergehendem Lichtfleck ist es unter Umständen schwierig, den Abstand zwischen den
beiden Bündeln über das ganze Bildraster mit der gewünschten Genauigkeit aufrechtzuerhalten,
und bei polarisierten oder gefärbten Abtastbündeln veranlassen die optischen Elemente
einen wesentlichen Lichtverlust.
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Die Erfindung bezweckt daher, ein optisches System zu schaffen, das
das erforderliche Mehrfachabtastbündel zur Abtastung eines Objektes, z. B. eines
Staubteilchenmusters, erzeugt und aus verhältnismäßig wenigen und einfachen optischen
Elementen großer Lichtstärke besteht.
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Die angeführten Schwierigkeiten werden erfindungsgernäß bei der Anwendung
der eingangs erwähnten Art dadurch beseitigt, daß vor einer Lichtfleckquelle, z.
B. einem Lichtfleckabtaster in Form einer Elektronenstrahlröhre, eine erste Linse
bzw. ein erstes Linsensystem angeordnet ist, das in seiner Bildebene ein scharfes
Bild der Lichtfleckquelle erzeugt, wobei zwischen Linsensystem und Lichtfleck ein
optisches Brechungselement zum Verschieben eines Teils des in das Linsensystem eintretenden
Lichtes vorgesehen ist, so daß in der Bildebene ein zweites scharfes Bild des Lichtflecks
mit dem gewünschten Abstand vom ersten Lichtfleckbild erscheint, und daß hinter
der Bildebene eine zweite Linse bzw. ein zweites Linsensystem derart angeordnet
ist, daß auf einem Bildschirm od. dgl. von jedem Lichtfleckbild der Bildebene eine
diskret beleuchtete Stelle erzeugt wird.
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Ein abzutastendes Objekt, z. B. ein lichtdurchlässiges, auf einem
Objektträger niedergeschlagenes Staubteilchenmuster, kann an der ersten Bildebene
derart angebracht werden, daß es von den beiden Abtastbündeln abgetastet wird, und
eine Aufnahmevorrichtung, z. B. eine Fotozelle, kann an der zweiten Bildebene oder
in der Nähe der zweiten Bildebene jeder diskret beleuchteten Stelle zugeordnet werden,
so daß diese Vorrichtung ein elektrisches Signal ergibt, welches das Vorhandensein
und die Verteilung der vom zugeordneten Abtastbündel getroffenen Teilchen in der
Amplitude und Zeit wiedergibt. Diese Signale können, wie dies bereits vorgeschlagen
wurde, zum Zählen und/oder zur Größenmessung verwendet werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung des optischen Systems, Fig. 2 eine
Darstellung des optischen Systems mit dem zur Erzeugung mehrerer Punktbilder erforderlichen
optischen Brechungselement,
Fig. 3 eine schematische Darstellung
eines optischen Systems nach der Erfindung.
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In Fig. 1 ist eine ein Abtastraster beschreibende Lichtquelle S als
Lichtfleckabtaster 1 in Form einer Elektronenstrahlröhre dargestellt, aber auch
eine andere Lichtfleckabtasterart ist verwendbar. Eine erste Linse oder Linsensystem
L i projiziert ein fokussiertes Bild S 1 des Lichtflecks auf die Bildebene IP
1 und eine zweite Linse oder Linsensystem L., welche bzw. welches eine für
die Aufnahme der meist divergierenden Strahlen von der Bildebene IPl hinreichend
große Apertur hat, erzeugt eine belichtete Stelle A1A2 an der Bildebene 1P2, welche
in Wirklichkeit ein Bild der Linse oder des Linsensystems Li ist.
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Eine Betrachtung der das Bild Si erzeugenden Strahlengänge zeigt,
daß die beleuchtete Stelle Al O aus sämtlichen durch die untere Hälfte der Linse
Li passierten Strahlen gebildet ist, während die Stelle <42O aus sämtlichen durch
die obere Hälfte der Linse L, passierten Strahlen gebildet ist.
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In Fig. 2 ist ein Brechungselement R, das ein optisches Teil, wie
ein Prisma oder eine Schicht aus durchsichtigem Material, z. B. Glas oder Kunststoff,
von dem gewünschten Brechungsindex und der gewünschten Form sein kann, in der Nähe
der Linse bzw. des Linsensystems L, in einer solchen Lage angeordnet, daß die in
die untere Linsenhälfte eintretenden Lichtstrahlen der Quelle S gebrochen werden.
Dabei entsteht ein Duplikatbild S2 des Bildes S1 auf der Bildebene IPi, wie in Fig.
2 angegeben, wobei der Abstand vom Bild S, dann von den Eigenschaften und von der
Anordnung des Brechungselementes R abhängig ist. Bemerkt wird, daß dieses Element
lediglich die auf die untere Hälfte der Linse Li auftreffenden Lichtstrahlen als
Ganzes abgelenkt, so daß das Bild S2 sich in der Lage befindet, die von einem Bild
eingenommen werden würde, das von der Linse Li ohne das Brechungselement R und mit
der Ouelle S nach der Lage S3 verschoben erzeugt wird. Das Duplikatbild S2 wird
daher von sämtlichen durch die untere Hälfte der Linse L1 passierten Strahlen und
das Bild S, von sämtlichen durch die obere Hälfte der Linse L, passierten Strahlen
gebildet.
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Fig. 3 zeigt dieses Brechungssystem in Anwendung auf die in der Fig.
1 dargestellte Anordnung. Durch Anbringen weiterer optischer Elemente, wie Spiegel
dIl und M2, an oder nahe der Bildebene IP2 können die das Bild Si erzeugenden Lichtstrahlen
in eine Aufnahmevorrichtung, wie eine Fotozelle PE1, und die das Bild SZ erzeugenden
Strahlen in eine solche Vorrichtung PE2 gerichtet werden.
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Wenn ein solches optisches System z. B. zum Abtasten eines auf einem
Mikroskopgläschen niedergeschlagenen Staubteilchenmusters benutzt wird, so kann
es erwünscht sein, eine Elektronenstrahlröhre der Projektionsart zur Erzeugung des
Lichtflecks S zu benutzen und ein solches Linsensystem L, zu verwenden, daß das
Doppelbündelabtastraster an der Bildebene IPi von der gewünschten Größe zur Abtastung
des Musters oder eines gewünschten Teiles desselben ist. Bei einem praktischen Beispiel
kann dieses projizierte Raster viereckig sein mit einer Seite von 100 Mikron Länge.
Das Gläschen wird genau an der Bildebene IPl angeordnet, so daß es von den scharf
fokussierten Bildern Si und S, des Lichtflecks S abgetastet wird. Die von den Aufnahmevorrichtungen
erzeugten Signale können zum Zählen der Teilchen benutzt werden, so daß ein großes,
zwei oder mehr Abtastzeilen überlappendes Teilchen nur einmalig gezählt wird, oder
auch zur Bestimmung der Größenverteilung der Teilchen.
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Änderungen zur Anpassung der Anwendung an in der Praxis auftretende
besondere Verhältnisse sind möglich. So können z. B. zwecks Erhaltung optischer
Symmetrie in der beschriebenen Ausführungsform zwei Brechungselemente verwendet
werden. Ferner kann die Vorrichtung in gleicher Weise auf die Erzeugung von drei
oder mehr Lichtflecken einer einzigen Lichtquelle ausgedehnt werden. Ferner kann
das Brechungselement so angeordnet werden, daß ein Abtastfleck erhalten wird, der
in einer anderen Ebene fokussiert ist als die in der der andere Fleck bzw. die anderen
Flecke fokussiert sind, so daß ein Muster anschließend der Tiefe nach untersucht
werden kann.