DE1022390B

DE1022390B - Verfahren zum selbsttaetigen Einstellen eines Mess- oder Beobachtungsgeraets auf denOrt der groessten oertlichen AEnderung der Beleuchtungsstaerke eines Strahlungsfeldes

Info

Publication number: DE1022390B
Application number: DEZ4898A
Authority: DE
Inventors: Dr Gerhard Hansen
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1955-05-07
Filing date: 1955-05-07
Publication date: 1958-01-09

Description

Verfahren zum selbsttätigen Einstellen eines Meß- oder Beobachtungsgeräts auf den Ort der größten örtlichen Anderung der Beleuchtungsstärke eines Strahlungsfeldes Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Einstellen eines Meß- oder Beebachtungsgeräts anf den Ort der größten örtlichen Änderung der Beleuchtungsstärke eines strahlungsfeldes.
Bei den bisher bekannten Verfahren benutzt man zur Einstellung eine bestimmte Bestrahlungsstäfrke im Sehfeld des Beobachtungsgerätx. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil daß eine systematische Abhängigkeit der Einstellung von der absoluten Höhe dieser Bestrah lungsstäfl vorhanden ist. Diese kann sich jedoch im Laufe des Betriebs verändern, wodurch eine Fälschung der Einstellung bewirkt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß zur Einstellung der erste und zweite Differentialquotient des vom strahlungsfeld ausgehenden Lichtstroms verwendet wird. Dabei dienen zur Einstellung zwei Elektromotore, deren einer zur Grobeinstellung dient und der durch eine dem ersten Differentialquotienten des Lichtstroms proportionale elektrische Gröme gesteuert wird. DEr zweite Motor wird zur Feineinstellung verwendet. Die ihm eingeführte elektrische Steuergröße ist dem zweiten D ifterential quotienten des des Lichtstroms proportional. Der zur Grobeinstellung dienende Motor läuft stets in derselben Drehrichtung, so daß das Strahlungsfeld kontinuierlich abgetastet wird. Er wird abgeschaltet, wenn die zu seiner Steuerung dienende eleFktrische Größe einen einstellbaren Maximalwert überschreitet. Sobald dies der Fall ist, wird der zur Feineinstellung dienende Motor eingeschaltet.
Dieser ist phasen-unld amplitudeernempfindlich. Er steht also still, sobald der zweite Differentialquotient des Lichtstroms Null ist, wenn also das Gerät auf den Ort der größten örtlichen Änderung der Beleuchtungsstärke eingestllet ist. ritt eine Veränderung des Strahlungsfeldes, die mit einer Verschiebung des Orts der größten örtlichen Änderung der Belieuchtungsstärke verbunden ist, auf, so unterscheidet die zur Steuerung des grobeinstellnotors dienende elektrische Gröme einen Minimalwert, und dieser Motor wird wiedeer eingeschaltet.
Die Einstellung des Meß- oder Beobachutungsgeräts kann durch Einstellen von Blenden in der Brennebene der Ausbildungsinese bewirkt werden. In vielen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, zur Einstellung das Strahlungsfeld selbst durch Bewegung geeigneter optischer Mittel, beispielsweise durch Drehen eines Spiegels oder Prismas, zu verschieben.
Einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung stellen Anordnungen zur Erzielung elektrischer Größen, insbesondere Spannungen dar, die dem ersten bzw. dem zweiten Differentialquotienten des Lichtstroms proportional sind. Eine Anordnung zur Erzielung einer dem ersten Differentialquotienten des Lichtstroms proportionalen Spannung besteht erfindungsgemäß darin, daß im Strahlungsfeld zwei einander benachbarte Spalte gleicher Breite angeordnet sind, wobei die durch sie hindurchtretenden Lichtströme von einer ÄVech sell i chtblende abwechselnd unterbrochen und danach beide mittels geeigneter optischer Elemente einem gemeinsamen Strahlungsempfänger zugeleitet werden. Dieser liefert eine Wechselspannung, die zur Steuerung des Grob eins tel 1-motors dient.
Eine Anordnung zur Erzielung einer dem zweiten Differnetoialquotienten des Lichtstroms proportionalen elektrischen Größe besteht erfindungsgemäß darin, daß im Strahlungsfeld drei parallele Spalte angeordnet sind, deren mittlerer doppelt so breit ist wie die symmetrisch zu ihm liegenden beiden äußeren. Die durch die beiden äußeren Spalte tretenden Lichtströme werden gemeinsam abwechselnd mit dem von ihnen getrennten, durch den mittleren Spalt tretenden Lichtstrom mittels einer Wechsellichtblende unterbrochen und danach einem gemeinsamen strahlungsempfäönger zugeleitet. Die von diesem gelieferte Spannung wird verstärkt und synchron mit der Unterbrechung der Lichtströme gleichgerichtet. Diese gleichgerichtete Spannung dient zur Speisung des Feineinstellmotors.
Die erfindungsgemäße Anordnung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt dabei Fig. 1 das Strahlungsfeld eines Refraktgometers sowie die graphiesche Darstellung der Verteilung der bE-leuchtungsstärke und die des ersten und des zweiten Differentialquotienten des Lichtstroms.
Fig. 2 die Anordnung zur Erzielung einer dem ersten Differentialquotienten des Lichtstroms proportionalen Spannung, Fig. 3 die Anordnung zur Erzielung einer dem zweiten Differnetialquotienten des Lichtstroms proproteionalen Spannung sowie die STeuerungsvorrichtung zur Einstellung des Geräts.
In Fig. la ist das Strahlungsfeld eines Refraktometer dargestellt. Fig. 1 h zeigt die graphische Darstellung des Lichtstroms in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Beobachtungsgeräts. Wie aus dieser Kurve zu erkennen ist, findet der Übergang von maximaler zu minimaler Helligkeit innerhalb eines gewissen endlichen Bereichs statt. Fig. 1 c zeigt die graphische Dar stellung des ersten D ifferentialquotienten des Lichtstroms, wiederum in Abhängigkeit vom drehwinkel.
Der erste Differentialquotient hat seinen größten Wert dort, wo der Lichtstrom sich mit dem Winkel am stärksten ändert. Dieses Merkmal ist jedoch zur Steuerung eines Antriebsmotors nicht ohne weiteres geeignet. da die Höhe des Maximums der Kurve des ersten Differentialquotienten abhängig ist von der absoluten Größe der Bestrahlungsstärke. \Vie aus Fig. 1 d. welche den zweiten Differentialquotienten des Lichtstroms in Abhängigkeit vom Drehwinkel darstellt, zu erkennen ist. verschwindet dieser an der Stelle der größten Änderung der bestrahlungsstärke.
An dieser Stelle wechselt der zweite Difterentialquotient sein Vorzeichen, so daß also diese Funktion zur Einstellung eines Antriebmotors auf die Stelle der größten Änderung der Bestrahlungsstärke geeignet ist. In größerem Abstand von dieser Stelle wird aber der Betrag des zweiten Differentialquotienten nahezu Null, so daß er also nicht mehr zur Steuerunge $ines Einstellmotors verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß werden sowohl der erste als auch der zweite D ifterenti al quotient zur Einstellung eines NIeß- oder Beobachtungsgeräts auf die Stelle der größten örtlichen Änderung der Bestrahlungsstärke eines strahlungsfeldes verwendet. An der Stelle der größten örtlichen Änderung der Bestrahlungsstärke erreicht der erste Differentialquotient seinen NIaximalwert. Ein grobeinstellmotor. zu dessen Steuerung eine Spannung dient, die proportional dem ersten Differentialquotienten des Lichtstroms ist. und der. mit einem Einstellglied verbunden. mit gleichbleibender Drehrichtung das Strahlungsfeld abtastet. wird abgeschaltet, sobald die Spannung einen gewissen. vorzugsweise einstellb areii Maximalwert überschreitet.
An dieser Stelle wird ein Motor. dessen Drehrichtung durch das Vorzeichen des zweiten Differentialquotienten bestimmt ist. eingeschaltet. Dieser bewirkt nun die Feineinstellung des Meßgeräts. An der Stelle der größten örtlichen Änderung der Beleuchtungsstärke wird der zweite Differentialquotient Null. und auch der Feineinstellmotor steht still. Der Feineinstellmotor allein wäre jedoch zur Steuerung des Geräts nicht zu verwenden, da sich beispielsweise beim Wechsel des Meßgutes die in Fig. 1 a dargestellte Grenzlinie verschiebt und unter einem anderen Winkel wieder auftritt. Ist dies der Fall. so verschwindet vorübergehend der erster Differentialquotient. Erfindungsgemäß wird deshalb bei Unterschreiten eines gewissen und vorzugsweise einstellbaren Betrags der Steuerspannung des Grobei nstellmotors dieser wieder in Gang gesetzt. Der Groheinstellmotor bewirkt nun wieder ein Nachdrehen des Beobachtungsgeräts so lange. bis eine Stelle erreicht ist. an der wiederum der erste Differentialquotient den iengestellten Maxiamlwert ül>erschreitet.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer anordnung zur Erzielung einer dem ersten Differentialquotienten des LKichtstroms proportionalen Spannung.
Das durch den Spalt 1 tretende Licht wird an dem Doppelspiegel 2 in zwei gleich breite Streifen geteilt.
Diese werden nach Reflexion an den Spiegel 21 ahwechselnd durch die rotierende Scheibe 3 unterbrochen und über die Spiegel 4 und den Doppel spiegel 5 auf die Photokathode der Photozelle 6 geworfen. Die von dieser Photozelle erzeugte Spannung ist proportional dem ersten Differentialquotienten des Lichtstroms und dient zur Steuerung des Grobeinstellmotors. Dieser dreht eine Steuerscheibe 7. wie dies im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dargestellt ist. Die Steuerscheibe hat am Rande beispielsweise die Form einer archimedischen Spirale. Auf ihr gleitet der Hel>el 8, der bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Drehung des Meßprismas 9 des Tefraktometers um die Achse 10 dient.
Die Anordnung zur Erzeugung einer dem zweiten Differentialquotienten des Lichtstroms proportionale Spannung ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Das vom Meßprisma 9 kommende Licht tritt durch einen Spalt 11. Hinter diesem ist eine Linse 12 angeordnet, in deren Brennpunkt eine Linse 13 liegt. Diese bildet den Spalt 11 auf die Photokathode der Photozelle 22 ab. Hinter der Linse 13 befindet sich ein Spalt 14. Ein Prisma 15 ist so angeordnet. daß durch seine teilweise verspiegelte Trennfläche 16 eine Aufspaltung des durch den Spalt 14 tretenden Lichtstroms bewirkt wird. Der mittlere Teil dieses Lichtstroms wird nach unten gespiegelt, so daß drei Spalte 17, 18 und 19 entstehen. Die Spalte 17 und 18 liegen dabei symmetrisch zum Spalt 19, und dieser ist doppelt so breit wie jeder der beiden äußeren Spalte. Die durch die äußeren Spalte 17 und 18 tretenden Lichtströme sowie der durch den Spalt 19 tretende Lichtstrom werden durch das Prisma 15 so abgelenkt. daß ihre Achsen parallel zur Lichteintrittsrichtung verschoben werden. Die durch die äußeren Spalte tretenden Lichtströme werden gemeinsam. jedoch getrennt rotl dem durch den mittleren Lichtspalt tretenden Lichtstrom abwechselnd durch die Umlaufscheibe 20 unterbrochen. Alle Lichtströme werden nach Reflexion an den Spiegeln 21 und dem Doppelspiegel 21a der Photokathode der Photozelle 22 zugeführt.
Die von dieser gelieferte Spannung wird im Verstärker 23 verstärkt und im Gleichrichter 24 synchrn mit der LTnterbrec. hung durch die Scheibe 20 gleichgerichtet. Die Gleichrichtung muß synchron mit der Unterbrechung der Scheibe 20 erfolgen. damit der feineinstellmotor 25. der phasen- und amplitudenempfindlich ist. in der einen oder anderen Drehrichtung laufen kann. je nachdem ob von den beiden Teillichtströmen. die auf die Photozelle 22 treffen. der eine oder der andere den größeren Betrag hat. Der Feineinstellinotor 25 dient ebenso wie der Grol>e'instellmotor zur Drehung der Steuerscheibe 7.
In Fig. 2 ist der Grobeinstellmotor sowie die Einstellvorrichtung zur Verstellung des Prismas 9 nicht dargestellt. Die Anordnung ist jedoch ebenso getreffen, wie bei dem in Fig. 3 beim Feineistellmotor 25 dargestellten Beispiel. Ebenso ist aus Gründen der tibersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt, auf welche Weise der Spalt 1 vom Äleßprisma 9 aus beleuchtet wird. Auch hier wird zweckmäßig eine Anordnung gewählt. die der in Fig. 3 dargestellten entspricht.
Zur Einstellung des Geräts können entweder die Blenden in der Brennebene der Abbildungslinse bewegt werden, oder es kann das Strahlungsfeld selbst verschoben werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum selbsttätigen Einstellen eines Meß- oder Beobachtungsgeräts auf den Ort der größten örtlichen Änderung der B eleuchtungs -stärke eines Strahlungsfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Einstellgerät durch einen von einer dem ersten Differentialquotienten des Lichtstroms proportionalen elektrischen Größe gesteuerten Elektromotor grob und von einem von einer dem zweiten Differentialquotienten des Lichtstroms proportionalen elektrischen Größe gesteuerten Elektromotor fein eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Grobeinstellung dienende Motor eingeschaltet wird. sobald di3e zu seiner Steuerung dienende elektrische Größe einen einstellbaren M ininialwert unterschreitet, wobei die Drhrichtung dieses Motors stets dieselbe ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Grobeinstellung dienende Motor zum Stillstand kommt, sobald die bu seiner Steuerung dienende elektrische Größe einen einstellbaren Maximal wert überschreitet.
4. Verfahren nach ANspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Feineinstellung dienende Motor eingeschaltet wird, sobald der zur Grobeinstellung dienende Motor abgeschaltet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4. dadurch gekennzeichnet. daß zur Feineinstellung ein phasen- und amplitudenempfindlicher Elektromotor verwendet wird. welcher zum Stillstand kommt, sobald der zweite D ifferentialquotient des Lichtstroms Null fst
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß als Einstellglied eine in der Brenn- ebene der Abbildungslinse angeordnete blendenkombination bewegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung das Strahlungsfeld selbst durch Bewegung geeigeneter optischer Mittel verschoben wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlungsfeld zwei einander parallele Spalte gleicher Breite angeordnet sind, wobei die durch sie hindurchtretenden Lichtströme von einer Wechsellichtblende abwechselnd unterbrochen und danach beide zur Erzeugung einer zur Steuerung des Grobeinxstellmotors dienenden elektrischen Größe einem gemeinsamen Strahlungsempfänger zugeleitet werden.
9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlungsfeld drei parallele Spalte angeordnet sind, deren mittlerer doppelt so breit ist wie die beiden symmetrisch zu ihm liegenden äußeren, wobei die durch die äußeren Spalte tretenden Lichtströme mittels einer Wechsellichtblende gemeinsam abwechseln mit dem von ihnen getrennten durch den mittelrern Spalt tretenden Lichtstrom unterbrochen werden, und daß nach der Unterbreichung alle Lichtströme ienem gemeinsamen Strahlungsempfänger zugeleitet werden.
10. Anordnung nach anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Strahlungsempfänger gelieferte Wechselspannung verstärkt und synchron mit der Unterbrdhung der Lichtströße glcihgerichtet wird.
11. Anordnung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Spannung zur Speisung des Feineinstellmotors dient In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 649 013.