DE1572620A1

DE1572620A1 - Optischer Stellungsabnehmer bzw.-fuehler

Info

Publication number: DE1572620A1
Application number: DE19671572620
Authority: DE
Inventors: Pierre Lostis; Jacques Simon
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1966-09-21
Filing date: 1967-09-18
Publication date: 1970-02-19
Also published as: NL6712737A; SE329921B; LU54491A1; CH486004A; FR92726E; GB1207174A; BE704089A; GB1207173A

Description

PiterrtarwAlt·

DIpI. Ing. C. Wallach

DfpL Ing. G. Koch

Dr. T. Haibach

8 München 2

Kaufinoerstr. 8, Td. 24027S

18. SEP. 1967

11017 -

CENTRE NATIONAL DB LA RECHERCHE SCISNTIFIQUE, Parte / Frankreioh

Optischer Stellungsabnehiier bzw. -fühler

Die Erfindung betrifft eine optische Apparatur zur Nessung der Änderung der optischen Wegllnge zwischen eines Oegenstand punkt und einem Bildpunkt; Apparaturen dieser Art werden auoh als optischer Stellungsabgriff bzw. -abnehmer bezeichnet.

Es 1st bekannt, daß das heikelste Problee im Zusanenhang der Messung der Änderung der optischen Wegllnge zwischen eine« Gegenstands- und eine« Bildpunkt die genaue Laeebestiwung des Bildpunktes 1st.

Bekanntlich hat die Bildschärfe in Wirklichkeit einen Verlauf mit einem stationären Maxlnua, welches der Stelle des geometrischen Bildes entspricht. Die genaue Bestiaeung der Lage

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des Bildes duroh Aufsuchen der Stelle maximaler Bildschärfe ist daher schwierig.

Aus diesem Gründe hat man die Genauigkeit der Bildortung dadurch zu erhöhen vereuoht, daß man bei dieser Ortung bzw. Lokalisierung nicht mehr auf das geometrische Bild, sondern auf eine benachbarte Ebene abstellt, welche bestimmte charakteristische Eigenschaften aufweist und mit hoher Genauigkeit bestimmbar 1st.

So ist es beispielsweise'aus dem französischen Patent 1 259 der Anmelderin bereits bekannt, zwei Gegenstände in Oestalt zweier gleichartiger Visierscheiben bzw. -latten von gleihea Kontrast, welche in Richtung der optischen Ach·· gegeneinander versetzt sind und sich nicht gegenseitig beschatten, zu verwenden und die Bilder dieser beiden Gegenstände in etaer einzigen Ebene zu analysieren, in welcher dies· Bilder gleichen Kontrast besitzen. Diese Bbene, welch« sich auf halbe· Weg« zwischen den beiden geometrischen Bildebenen der beiden Gegenstände befindet, kann auf optleohen wege «dt einer sehr hohen Genauigkeit bestimmt werden.

Dieses vorstehend erwähnte bekannte Verfahren wurde insbesondere zur genauen Bestimmung der Lage eines Gegenstandes vorgeschlagen» welcher eine hinreichend reflektierende Oberfläche aufweist, wobei mit Hilfe eines Nikroskopobjektlvs zwei erste Bilder der

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8AD ORJGfNAL*

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beirinn geßunoinander versetzten Gegenstände zu beiden Seiten dor reflektierenden Oberfläche erzeugt wurden und sodann in der oben erwähnten Weise die Ebene gleichen Kontrasts aufgesucht wird, welche zwischen den beiden neuen, durch die reflektierende Oberfläche reflektierten und in das Mikroskopobjektiv zurückgeworfenen Bildern liegt. Ein Vergleich der Lage rUoser Einstellung mit der Lage einer Einstellung auf eine reflektierende Bezugsebene gestattet die Ermittlung der Versetzung zwischen den beiden reflektierenden Ebenen mit hoher Genau jgceit.

Diese Lösung besitzt Jedoch ?-^Tachteile, die insbesondere darin begründet sind, daß die beiden gegeneinander versetzten Gegenstände notwendigerweise eine verhältnismäßig auegedehnte Oberfläche besitzen, da es eich bei ihnen um Visierecheiben bzw. -latten handelt. Hieraus folgt, daß die reflektierende Ebene, deren Stellung bestimmt werden soll, in einer Zone analysiert wird, die nicht punktförmig ist, waa Jede Möglichkeit einer Feinanalyse der Rauhheiten bzw. Unebenheiten dieser Ebene aus· schließt. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß hierbei zur Ausführung des optischen Visiervorgangs ein Beobachter erforderlich ist. Schließlich weist das bekannte Verfahren alle diejenigen Nachteile auf, die in dsm Umstand begründet sind, daß man die Bilder zweier verschiedener Gegenstände, die daher durch zwei verschiedene Lichtbündel erzeugt werden, miteinander vergleicht, wobei die Ergebnisse dieses Vergleichs der Bilder in diesem Fall daher

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durch von dem optischen System herrührende systematische Fehler beeinflußt werden können.

In dem bereits erv/ähnten französischen Patent 1 259 524 der Anmelderin ;/urdo auch bereits vorgeschlagen, als Gegenstand eine Visierccheibe zu verwenden, welche mit gleichförmiger Geschwindigkeit rechtwinklig zur optischen Achse vorbeigeführt wird, und mit Hilfe eines lichtempfindlichen Organs die einer ersten Nullstelle des Übertragungsfaktors entsprechende Ebene zu ermitteln, wobei diese Nullstelle einer zeitlich stationären Ausgangsgröße des lichtempfindlichen Organs entspricht.

Allen diesen bekannten Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, daß sie die Berechnung des Unterschieds zwischen der Stellung der zu untersuchenden Ebene und der Stellung der Bezugsebene nur im Wege der Durchführung zweier aufeinanderfolgender Meßeinstellungen gestatten, indem die Differenz der jeder dieser

optischen Meßeinstellungen entsprechendeiyWeglängen gebildet wird.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren der eingangs erwähnten Art geschaffen werden, das Insbesondere bei der oben erwähnten besonderen Anwendung einerseits außer der genauen Bestimmung der zu untersuchenden Ebene eine Feinanalyse des Oberflächenzustands dieser Ebene gestattet, und das andererseits die Ermittlung des Abstands zwischen der zu untersuchenden Ebene und. der Bezugsebene mittels einer einzigen Meßeinstellung

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Bad

ermöglicht, wobei dieser Abstand nach Betrag und Vorzeichen bestimmt wird.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Messung der Änderung der optischen WeglMnge eines LichtbUndels zwischen einer Lichtquelle kleiner Abmessung und Ihrem duroh ein optisches System erzeugten Bild.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird in der Weise vorgegangen, daß man mittels einer lichtempfindlichen Vorrichtung die jeweiligen Lichtenergiemengen vergleicht, welche duroh zwei Blenden von gleicher Abmessung» welche auf der einen bzw· auf der anderen Seite des durch das optische Systea erzeugten

angeordnet sind, geometrischen Bildes der Lichtquelle/hindurchtreten.

Dieses Verfahren gemäß der Erfindung gestattet einerseits die Lagebestimmung des geometrischen Gegenatandsbilds mit einer hohen Genauigkeit, da für den Abgleichfall, wenn also die durch die beiden vorstehend erwähnten Blenden nlndurohgelasaenen Lichtenergiemengen gleich groß sind, das geometrische Bild sich genau in gleichem Abstand von den beiden Blenden befindet.

Des weiteren wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung sogleich der Wert - nach Betrag und Vorzeichen - der Verschiebung des Bilds bezogen auf eine in gleichem Abstand zwischen den beiden

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Blenden gelegene Stelle erhalten, da in diesen Falle der Unterschied der Ausgangsgrößen der lichtempfindlichen Vorrichtungen, welche die erste und die zweite Blende Überwachen, nach Betrag und Vorzeichen proportional der Abweichung der Lage des Bildes von der genannten Stelle, welche gleichen Abstand von den beiden Blenden besitzt, ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet auch, gemäß einer auf einer Null-Methode berührenden Variante, die Messung einer

Änderung der optischen Weglänge, Indem man In den Weg de·

einbringt, welche dl· optische Weglänge / Lichtbündels ein oder mehrere planparallele Platten/so be-

, ι

elnflußt, daß man Gleichheit der die beiden erwähnten Blenden durchsetzenden Lichtenergiemengen erhält* Die den verwendeten planparallelen Platten entsprechende bekannt· Versetzung zur Erzielung dieses Abgleiche bringt die Änderung der.optisohen Weglänge zum Ausdruck. '

Um bestimmen zu können, ob" man eich sehr weit außerhalb des Anwendungsbereichs der Apparatur befindet, kann man gemäß der Erfindung mit Hilfe einer elektrischen Anzeigevorrichtung das von jedem der lichtempfindlichen Organe gelieferte Signal messen. Zur bequemen Durchführung des Verfahrens 1st erforderlich, daß die lichtempfindlichen Organe ein elektrisches Signal erzeugen.

Gemäß einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung kann

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^ßA£> OPdGIHAL \

vorgesehen sein, defl man gleichzeitig die Jeweilige durch die beiden Blenden hindurchtretende Lichtenergiemenge mißt, indem man cjan Li dt bündel beispielsweise mittels eines halbdurch-3&:;Gigen Spiegeln aufr,paltet.

Geialiß einex' andei^en AusfUhrunnsform den Verfahrens nach der Erfindung kenn auch die Verwendung nur einer einzigen Blende vorgesehen sein, indem man periodisch die Lage des geometrir

sehen Bildes bezüglich dieser einzigen Blende verschiebt, was in der Weise erreicht werden kann, daß man periodisch die optische Weglänge des LichtbUii !eis durch periodische Zwischenschaltung einer durchlässigen planparallelen Platte bekannter Dicke verändert, derart, daß das lichtempfindliche Organ die Blende analysiert, die von dem abwechselnd diesseits und jenseits der Blende gelegenen Bild der Lichtquelle beleuchtet wird.

In diesem Falle gibt das lichtempfindliche Organ zwei Übereinstimmende Ausgangsgrößen,wenn das Bild periodisch in symmetrischer Weise, bezogen auf die Blende, verschoben wird.

Andererseits gestattet diese Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung in einfacher Weise die Unterscheidung zwischen einer positiven und einer negativen Einstellung, indem man lediglich mittels einer zugehörigen elektrischen Anordnung die Stellung der durchlässigen planparallelen Platte bekannter Dicke ermittele.

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Gemäß einer Abwandlung dieser AusfUhrungsfomi des Verfahrens kann man auch das Bild der Lichtquelle in einer festen Lage belassen, indan man periodisch eine einzige Blende zwischen zwei zu beiden Seiten des Bilds dor Lichtquell· gelegenen Stellungen verschiebt.

Nach einer weiteren bevorzugten AusfUhrungsform des Verfahrene gemäß der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß man die Intensität der Lichtquelle moduliert und die Anzeige des lichtempfindlichen Organs synchron mit dieser Modulation steuert. Man erhält auf diese Weise eine gute Genauigkeit der Messung selbst bei Verwendung photoelektrlsoher Vorrichtungen, welche ein breites Durchlaßband und häufig auch einen erheblichen Rauschpegel besitzen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet eich in erater Linie zur Anwendung für einen Komparator, welcher den Abstand ) zwischen der von einer wenigstens teilweise reflektierenden

Oberfläche eingenommenen Stellung und der Stellung einer

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reflektierenden Bezugsoberfläche nach Betrag und Vorzeichen zu bestimmen gestattet. In diesem Fall 1st zweckeäßig vorgesehen, daß die Stellung der Bezugsebene dea Zustand gleicher Lichtenergiemengen, gemessen an den beiden Blenden, entspricht.

Damit die einfache Differenz zwischen den Ausgangsgrößen der

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beiden lichtempfindlichen Elemente proportional der Versetzung zwischen der zu untersuchenden reflektierenden Oberfläche und der reflektierenden Bezugsoberfläche ist, ist es notwendig, daß die beiden reflektierenden Oberflächen gleiche Reflexionsfaktoren besitzen. Da nun in zahlreichen Fällen diese Reflexionsfaktoren voneinander verschieden .sein können, ißt nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahreno gemäß d«r Erfindung vorgesehen, daß man ein dem Verhältnis der Differenz und der Summe der von den beiden lichtempfindlichen Elementen gelieferten Ausgangsgrößen entsprechendes alektrischee Signal bildet. DIqscs Verhältnis ist prpportianal der Versetzung zwischen den beiden Oberflächen und ist unabhängig vom Reflexionsfaktor der reflektierenden Oberflächen.

Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung i3t eine solche Auslegung des optischen Systeaa vorzuziehen« daß das erste Bild der teilweise reflektierenden Oberfläche mit starker Vergrößerung sichtbar 1st, derart dafl die desjenigen Lichtbünde la, deepen Spitze dieses «ret· BlW wesentlich größer &1b die Öffnung des I#iöhtbtta.d#ls 1st, durch daa zweite Bii>i geht, m dessen Haahbarsohaft ge®13 der Erfindung die Lieht emirgi aß)ön^en gemessen

ih einer abgewanderon Ausfiibrungefnrm eignet sich daa Verfahren gemäß ύ-iv Erfindung auch da?u, um ein mit einer reflek tierenden Oberfläche versehenes Werkstück bzw. einen Prüfling

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in eine bestimmte Lage bezüglich einem mit der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung fest verbundenen Organ zu bringen.

In dieser Welse kann das Verfahren gemäß der Erfindung zur Dickenkontrolle und «mesaung eines gegebenenfalls beweglichen Werkstücks bzw. Prüflings angewandt werden, lndea aan diese« Werkstück bzw. diesen Prüfling zwischen zwei optische Systeee einbringt, deren jedes auf oüer nahe einer Seite des Werkstück» bzw. Prüflings das Bild ainer Punktlichtquell· projiziert, und indem man sodann die durch Jedes der optischen Systeme nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessenen Llohtenergieeeneen miteinander vergleicht*

Das Verfahren gemMB der Erfindung eignet sloh ebenso such zur Messung /on Änderungen des Brechungsindex eines von de· Liehtbündel dui*oh-5«t7t.en Mediums, unter Voraussetzung, daß die georaotr!sehen ikm<8ungen der optischen Qe***tvorrichtung konstant bleiben. -Vuf diese Weise kann aan beisplelewelse »it einer hohen I⁵Ui ik*ι di· Änderungen ies Brechungsindex a ines dasea so : . **a §lne IuBe; st »$βη·ϋβ Ußtereuchung der 3ui;Äuaaenßäl·. iunfe -^! rlatur liases Oaaea g«dtAtt*»t, tn gleicher Weist» kann ;uhi\ : > encreowr Genauigkeit Ändern<r*&<tui Jer Brechunss-Indizes von 11 h^ iur-jhläßsigen Pestkörpern uno Flüssigkeiten, sowie von mit -!lesen Indizes verbundenen physikalischen li bestimmen.

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Die vorstehend aufgeführten Anwendungemöglichkeiten des Verfahrens gemäß der Erfindung aind in keiner Welse erschöpfend und einschränkend, und es ist eine Vielzahl von Pillen vorstellbar, in welchen die Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung sieh als besonders vorteilhaft erweist, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen fürde.

So eignet sich beispielsweise das Verfahren genKS der Erfindung zur Anwendung in einen Rauhheitemeßgerlt, welohes aalt hoher Genauigkeit das Profil von in "iterschiedliohen Ebenen bearbeiteten Oberflächenabschnitten eines Werkstücke zu bestieaen gestattet.

Ebenso eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren Äußerst vorteilhaft zur Anwendung in einer Apparatur zur Analyse i^r Schwingungen von Met alls tUcken, da das beschriebene erflndungsgemäße Verfahren die sofortige Umwandlung der Verschiebungen einer Schwingungen unterworfenen Oberfläche in eine diesen Verschiebungen proportionale elektrische Größe gestattet, und dies ohne, daß es hierbei zu irgendeiner materiellen Berührung zwischen der schwingenden Oberfläche und der Beobachtungsapparatur kommt.

Insbesondere kann der Stellungsabnehmer gemäß der Erfindung

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In einer verhältnismäßig großen Entfernung, beispielsweise In der Größenordnung von einigen Dezimetern, von der zu beobachtenden schwingenden Oberfläche angeordnet werden.

Diese Eigenschaft, die Übrigens fUr sämtliche aufgeführten Anwendungafälle gilt, gestattet in bestimmten Fällen die Durchführung echter Fernmessungen an schwer zugänglichen Stellen.

Auch können erfindungagemäße Apparaturen in Regel- bzw. Servokreise eingebaut werden, derart, daß sie beispielsweise automatisch die Vorstellung eines Werkstücke bzw. Prüflinge in Abhängigkeit von einer an einer bestimmten Stelle Yorgenoanenen Messung bewirken. Beispielsweise kann nan das Verfahren gemäß der Erfindung zur Steuerung eines Maschinenwerkzeuge wie beispielsweise einer automatischen Drehbank verwenden, derart daß man die Jeweilige Stellung des Werkzeugs In Abhängigkeit von den zwischen den bearbeiteten Werkstück und den Modell gemessenen Abweichungen steuert.

Außerdem kann bei dem erfindungsgeoäßen Verfahren in äulerst einfacher Welse durch bloße Änderung der Vergrößerung des Objektivs des optischen Systems ohne Änderung irgendwelcher anderen Einstellmögliohkeiten der Apparatur die Empfindlichkeit der Meßapparatur variieren.

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Die Erfindung betrifft ferner auch einen zur Durchführung des erflndungagenäßen Verfahrens dienenden und naoh diesen Verfahren arbeitenden optischen Stellunjpsabgriff bzw. -abnehmer. Ein derartiger optischer Stellungwhnehaer 1st gealB der Erfindung In der Weise ausgebildet» daß er eine Lichtquelle kleiner Abmessung, ein wenigstens ein Bild dieser Lichtquelle erzeugendes optisches Systee sowie eine Vorrlohtung zur Analyse des Bildlichtbündele In zwei vor bzw. hinter dee Bild der Lichtquelle liegenden Ebene aufweist.

Oemäß einer bevorzugten AuefUhrungsfora der Erfindung kann der Stellungsabnehmer eine Strahlenteilervorriohtung wie beispielsweise einen unter *5° zur Achse des Llohtbündel* geneigten halbdurchlKsslgen Spiegel, zur Auftrennung des Bildlicht blinde Is in zwei Lichtbündel aufweisen. Oe*UU dieser Au*- fUhrungsforra der Erfindung weist der optische Stellungaabnemer ferner zwei Blenden auf, welche vor bzw. hinter der Stellung der beiden Bilder der Lichtquelle angeordnet sind, sowie zwei lichtempfindliche Vorrichtungen zur Analyse der m Ort dieser Blenden durchgelassenen Lichtenergie.

QemSJS einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Analysatorvorrichtung für das Bildlichtbündel eine einzige Blende und eine einzige lichtempfindliche Vorrichtung sowie eine Vorrichtung aufweist, mittels welcher periodisch eine planparallele Platte vor die Blende gebracht

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BAD OR

warden kann.

Nach einer weiteren bevorzugten AusfUhrungafore.der Erfindung ist vorgesehen, daß das optische System ein Mikroskopobjektiv aufweist, dos vor einer wenigstens teilweise reflektierenden Oberfläche angeordnet ist, wobei diese Oberfläche entweder t eine Bezugsoberfläche, deren Lege genau bekannt ist« oder eine Oberfläche sein kann, deren Lage bezogen auf die Bezugsoberfläche bestimmt werden soll.

Der optische Stellungsabnehmer gemäß der Erfindung kann nach einer weiteren AusfUhrungsform Analysatorelemente, d.h. blenden- und lichtempfindliche Organe, aufweisen, die beweglich bezüglich dem Übrigen Teil der Apparatur angeordnet sind und so eine Ablesung nach einem Nullabgleichverfahren gestatten.

Gemäß einer anderen AusfUhrungsform können bei einem derartigen Stellungsabnehmer gemäß der Erfindung die Analyaatororgane auch fest bezüglich dem übrigen Teil der Apparatur angeordnet sein, wobei in diesem Falle die Ablesung aufgrund des Unterschiede zwischen den Ausgangsgrößen der beiden lichtempfindlichen Organe erfolgt.

Oemäß vorteilhaften AusfUhrungsformen kann vorgesehen sein, daß er eine Vorrichtung zur Änderung der Stellung des Objektivs

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dos optischen Systeme gegenüber der wenigstens teilweise reflektierenden Oberfläche aufweist} dabei kenn vorgesehen sein, daß dießo Vorrichtung zur Änderung der Stellung des Objektivs des optischen Systeme gegenüber der wenigstens teilweise reflektierenden Oberfläche ein elektrischer Heizwiderstand ist, mit Hilfe dessen ein das Objektiv des optischen Systeaa mit dem die wenigstens teilweise reflektierende Oberfläche tragenden Teils der Apparatur verbindendes Teil erwärmt oder abgekühlt werden ka?m.

Nach einer weiteren Ausführungsfora kann der optische Stellungsabnehmer gemäß der Erfindung In der WoIeβ ausgebildet sein, daß er unterhalb des Objektivs des optlsohen öyateaa und In Richtung der optischen Achse gleitend gelagert ein starres Tast- bzw. FUhlorgan aufwlst, das Bittele einer Federvorspannung vorzugsweise nach unten vorgespannt 1st und auf der dem Objektiv zugewandten Stirnseite eine reflektierende Oberfläche auftcLst.

Diese Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung de« erfindungs-

gemäßen Stellungsabnehmers zur Ausführung von Stellungsmessungen selbst in dem Fall, wo die Oberfläche des Werkstücke, dessen Lage bestimmt werden soll, nicht reflektierend ist- oder eine erheblich« Rauhigkeit bzw. Unebenheit gegenüber der Stellung, bezüglich welcher sie lokalisiert werden soll, aufweist.

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Vorzugsweise können bei den optischen Stellungsabnehmem gemäß der Erfindung Lichtwellenführungen von kleine« Querschnitt vorgesehen sein, und zwar entweder als Lichtquelle, von weloher aus das optische System beleuchtet wird, oder zum Nachwels der Lichtenergiemenge, welche nach dem Verfahren gemäß der Erfindung in Ebenen in der Nachbarschaft von Bildern der Lichtquelle genessen werden nuß.

Bei derartigen Ausgestaltungen kann vorzugsweise das Ende der Lichtwe11enführung als Oberfläche der Lichtquelle bzw. als Öffnung der Blenden zur Messung der Energie dee LlohtbUndele in dem betreffenden Punkt verwendet werden.

Unter der Bezeichnung "LlchtwellenfUhrungen" werden bekanntlloh optische Systeme verstanden, welche 1« wesentlichen aua Olasfasern bestehen, die biegsam sind und beliebig deformiert werden können und welche die Übertragung eines Llohtbündela von einem Punkt zu einem anderen gestatten« wobei das Lichtbündel ständig im Inneren der Olaafasern eingeschlossen bleibt.

Hierdurch wird erreicht, daß man die eigentliche Lichtquelle sowie die Vorrichtungen zur Messung der Liohtenergie an leicht zugänglichen Stellen anbringen kann, die In einem gewissen Abstand von der Stelle, an welcher sich die Lichtquelle bzw. die Blenden befinden müssen, liegen kann.

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Nach einer bevorzugten AusfUhrungsform des optlaohen Stellungeabnehmers gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein« daß die verschiedenen Blenden des optischen Systems so auegebildet sind, daß die Öffnung der Empfingervorrichtung wesentlich kleiner als die Öffnung des Eingangslichtbündele ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Stellungsabnehaer geaäß der Erfindung unempfindlich gegenüber einer WinkelVersetzung des Lichtbündeis gegenüber seiner richtigen Lage wird.

Oomäß einer besonders vorteilhaften AusfUhrungsfore der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Analysatorvorriohtung für das Bildlichtbündel eine rotierende Vislereoheib« in Fora einer ebenen Scheibe aufweist, welche in miteinander abwechselnde durchlässige und undurchlässige Sektoren unterteilt 1st, daJ symmetrisch bezüglich des Mittelpunkts der Drehscheibe zwei kreiesektor- bzw. kreissegaentfttaaig» planparallele Platten vor der Drehscheibe angeordnet sind, derart, dal Jede Platt· jeweils einen Teil, vorzugsweise ein Viertel, der Oesaatoberfläche der Drehscheibe einnimmt, und daß eine elafctrlsohe Vorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher in Jedes Augenblick die Stellung dar genannten Platten ermittelt werden kann. Durch diese Ausbildung wird dl« Vorrichtung gemäß der Erfindung speziell unempfindlich bezüglich einer seitlichen Versetzung des Bilds, wenn das vom Gegenstand komaende Liohtbündel ebenfalls eine seitliche Versetzung erfährt.

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BAD ORIGjWAL

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer AuBfUhrungsbeispiele näher erläutert; die Beschreibung erfolgt anhand der Zeichnung; in dieser zeigen

Flg. 1 in schematischer Darstellung einen nach den Verfahren gemäß der Erfindung arbeitenden optisohen Stellungsab griff bzw. -fühler;

Flg. 2 das Schaltschema einer elektronischen Sοhaltung zur Verwendung in Verbindung mit des optisohen Stellungsabgriff bzw. -fühler aus Pig. I;

Fig. 3 ein AusfUhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens geaäß der Erfindung;

Flg. 4 eine abgewandelte AusführungsforB der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gealfl der Erfindung;

Flg. 5 in Schnittansicht eine Tast- bzw. Fühlvorrichtung. mittels welcher der optische Stellungsabgraii -fühler gemäß der Erfindung zur Bestimmung der nicht-reflektierender Oberflächen bzw. von Oberflächen, welche eine verhältnismäßig große Oberflächenrauheit aufweisen, verwendet werden kann;

Fig. 6 veranschaulicht eine dynamische Ausführungsform der

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Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche mittel· Durchlasßigkeit arbeitet}

Die Flgg. 6a und 6b veranschaulichen die Auegangegroßen des lichtempfindlichen Organs der Vorrichtung gemäß Pig. 6;

Fig. 7 in Vordoransicht einen Teil des Analysatore der Vorrichtung aus Fig. 6; .

Fig. 8 veranschaulicht eine dynamische AusfUhrungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche mittels Reflexion arbeitet;

Fife. 9 eine Abwandlung der in Flg. 1 gezeigten Aus führung«- form des optischen Stellungsabgriffβ bzw. -fUhlers;

einen der
Flg. 10 veranschaulicht jÜayVorteile der In Flg. 8 gezeigten,

dynamischen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Funktionsschema eines nach de« Verfahren gemäß der Erfindung arbeitenden optischen Stellungsabgriffs bzw. -ftihlers.

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O
CO

ot> Bei deser Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung soll ο

mit hoher Genauigkeit die Stellung eines scheaatisch durch O₀ die wenigstens teilweise reflektierende ebene Oberfläche 1

->a wiedergegebenen Werkstücks in Bezug auf den optischen Stellungsabgriff bzw. -fühler bestimmt werden; dieser optische Stellunge-

BAD ORiGlHAt

abgriff weint gemüß der Erfindung eine Lichtquelle 2 sowie ein Objektiv 3 auf, welches auf der Oberfläche 1 oder in deren unmittelbarer Nähe ein erstes Bild 2a der Lichtquelle entwirft; dar; an der Oberfläche 1 reflektierte Lihtbündel wird durch dan Objektiv 3 und die halbdurchläseigen Spiegel 4 und 5 auf lichtempfindliche Vorrichtungen 6 bzw. 7 gelenkt.

Zur Messung dor Liohtenergie der durch die halbreflektierenden Spjoj'.el h bzv/. 5 voneinander getrennten LiohtbUndel sind den lichtempfindlichen Vorrichtungen 6 bzw. 7 Blenden 8 bzw. 9 von Meiner Öffnung zugeordnet.

Gerviß der Erfindung ist das optische System so ausgetildet, daß en einerseits, mit Hilfe des halbdurchlässigen Spiegels h, ein (In Lichtrichtung gesehen) vor der Blende 8 gelegenes zweites Bild 2b des Bilds 2a, sowie andererseits, mit Hilfe des halbdurchlässigen Spiegels 5, ein (in Lichtrichtung gesehen) hinter der Blende 9 liegendes zweites Bild 2c des Bilds 2a erzeugt.

Man erkennt, daß gemäß dem Verfahren nach der Erfindung die Blenden sich anfänglich nicht in der Bildebene, sondern in Ebenen auf der einen bzw. der anderen Seite des Bildes befinden.

Durch diese orfindungsgetnäße Maßnahme erhält man eine erheblich gesteigerte Meßgenauigkeit, derart daß die Stellung

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BAD ORIGINAL

des Objektivs 3,bezogen auf die Oberfllohe 1, alt einer großen Genauigkeit bestimmt werden kann.

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen AusfUhrungsform dient das Verfahren gemäß der Erfindung zur Erzielung einer hoch-genauen Einstellung der Oberfläche 1 gegenüber der optischen Vorrichtung, oder auch, um nach Betrag und Vorzeichen den Abstand der Jeweiligen Stellung der Oberfllohe 1 von einer Bezugslage zu bestimmen.

Diese Bestimmung kann in der weiter oben beschriebenen Welse vor sich gehen, da dieser Abstand Innerhalb eines bestinten Bereichs proportional des Unterschied der an der Stelle der Blenden 8 und 9 gemessenen Lichtenergien 1st.

Die in Flg. 1 gezeigte /orriohtung kann unschwer für die Anwendung des Verfahrens geaäfl der Erfindung zur Messung von Änderungen des Brechungsindex abgewandelt werden.

Beispielswelse braucht zu dieses Zweck ledlglloh die Lichtquelle 2 in eine bezüglich der Oberfläche 1 ajiMi11rieche Stellung gebracht und einem zweiten Objektiv zugeordnet zu werden« derart, dafi man die Oberfläche 1 fortlassen und in der gleichen Weise,vie in Fig. 1 gezeigt, ein Lichtbundel empfangen kann, das im weiteren Verlauf die beiden vor bzw.

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BAO ORiQiNAL

hinter den Blenden 8 bzw. 9 liegenden Bilder 2b bzw. 2c erzeugt.

Bringt man unter diesen Bedingungen ein Oasvolumen oder ein sonstiges lichtdurchlässiges Medium, dessen Brechungsindex eine Änderung erfahren kann, zwischen die beiden Objektive ein, d.h. in den ursprunglich von der Oberfläche 1 eingenommenen Raum, so erkennt man, daß Jegliche Änderung des Brechungsindex des genannten Mediums dl« gleichzeitige Verschiebung der Bilder 2b und 2o hervorruft, was einer Änderung der optischen Weglänge entspricht. Dieser Weglängen-Untersohied, welcher nach dem Verfahren gemäß der Erfindung mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, gestattet die Messung der Änderungen des Brechungsindex des Jeweiligen untersuchten Mediums mit der gleichen Genauigkeit.

In Pig. 2 1st das Sohaltschema einer elektronischen Schaltung wiedergegeben, mit Hilfe dessen dl· zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung und zur Verarbeitung der daraus gewonnenen Information erforderlichen elektronischen Messungen in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise ausgeführt werden können.

In Fig. 2 ist die Lichtquelle 2 schematisch durch eine Lampe angedeutet. Die optische Vorrichtung aus Pig. 1 ist in Rig. als Ganzes schematisch durch den gestrichelten Block 10 wieder-

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gegeben j das von der Lichtquelle 2 kommende LichtbUndel wird in zwei LichtbUndel unterteilt, welche auf lichtelektrische Vorrichtungen 6 bzw. 7 auftreffen, die im gezeigten Aueführungsbeispiel aua Photodioden bestehen.

Jede der beiden Photodioden 6 bzw. 7 arbeitet Ober einen Vorverstärker 12 bzw. 11 auf einen Differentialverstärker

13, dessen Ausgangsgröße in einem Synchrondetektor 14 analysiert

Ein Oszillator 15 dient zur Modulation der Lichtquelle 2 mit einer geeigneten Frequenz und gewährleistet gleichzeitig den Synchronismus des Detektors 14, welcher auf ein schematisoh angedeutetes Zungenvoltmetor 16 arbeitet.

Das Voltmeter 16 befindet sich theoretisch in seiner Nullstellung, wenn Gleichheit der LichtIntensitäten an den Stellen der Blenden 8 und 9 besteht, d.h. für die Bezuesstellung der Oberfläche 1.

Wie weiter oben erläutert, sind die Abweichungen der Voltmeternadel nach rechts oder nach links nach Betrag und Vorzeichen proportional der Verschiebung der Oberfläche 1 gegenüber der Bezugsoberfläche.

Die Intensitätsmodulation der Lichtquelle 2 gestattet die

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Verwertung von Photodioden als lichtempfindlichen Organen trotz des im allgemeinen erheblichen Rauschpegels derartiger Dioden. Man erhält so in einfacher und wirtschaftlicher Welse eine nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitende Vorrichtung, welche äußerst genaue Messungen der relativen Stellung der beiden Teile, bezogen aufeinander, gestattet.

Der Proportionalitatsfaktor zwischen den Ausschlägen des Voltmeters 16 und den Verschiebungen der Oberfläche 1 1st seinerseitβ wiederum proportional dem Quadrat der Vergrößerung des Objektivs 3. Daraus ergibt sich, daß die Empfindlichkeit des optischen Stellungsabgriffs gemäß der Erfindung in sehr einfacher Weise durch bloße Änderung des Objektivs veränderbar ist.

In Fig. 3 ist scheaatlsoh ein Stellungeabgriff geaäfi der Erfindung wiedergegeben, welcher eine Vorrichtung aufweist, mittels welcher er in einfacher Heise so geregelt werden kann, daß für eine gegebene Stellung der Oberfläche 1 Olelohhelt der an den Stellen der Blenden 8 bzw. 9 aufgenoMMnen Lichtenergleinengen herstellbar ist.

Bei dieser Vorrichtung 1st das Objektiv 3 sdttels einer sehwanenhalsförraigen Halterung 17 fest bezüglich der Fläche eingestellt. Das die Lichtquelle 2, die Blenden 8 und 9 und die ihnen zugeordneten Organe sowie die halbdurohlässlgen

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Spiegel 4 und 5 aufweisende Teil des optischen Systems let mit dem Halter 17 mittels einer Mikrometersohraube 18 verbunden, mit Hilfe welcher der Abstand D zwischen der Lichtquelle 2 und dem Objektiv 3 in bekannter Weise verenderbar ist. Wie bei 19 in Pig. 3 schaoatlsch wiedergegeben, kann die Mikrometerschraube 18 beispielsweise mit einer Anzeige- bzw. Skalenvorrichtung, beispielsweise einem Nonius, versehen sein.

Mit Hilfe der Mikrometerschraube 18 kann man die Lage des durch das Objektiv 3 erzeugten Bilds der Lichtquelle 2 In Bezug auf die Oberfläche 1 mit sehr hoher Oenaulgkeit verändern, unter Berücksichtigung der sehr großen üntemetrung, welche sich als Polge der Vergrößerung de« Objektivs 3 ergibt.

Im Falle der Pig. 4 1st die Fliehe 1 In einem bestimmten und festen Abstand von der Lichtquelle und dem oberen Teil der optisohen Vorrichtung, die soheeatisah bei 20 wiedergegeben sind, angeordnet. Dieser,Teil 20 der VorriohtunmjLst mit der Oberfläche 1 Über einen echwanenhalefCrmlgem Halter 17 verbunden. Bei der in Fig. 4 gezeigten AusfUhrungeform der Vorrichtung ist vorgesehen, dafl das Objektiv 3 gegenüber der Oberfläche 1 mit hinreichender Oenaulgkeit verstellbar ist, um Gleichheit der an den Stellen der Blenden 8 und 9 aufgefangenen Lichtenergiemengen herzustellen. Zu diesem Zweck

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1st das Objektiv 3 mit dem Teil 20 des optischen Systems über eine beispielsweise zylindrische Metallsäule 21 verbunden, welohe von einem elektrischen Widerstand 22 geringer Oröße umgeben ist. Mit Hilfe eines Rheostaten 23 ist die von einer Stromquelle 24 in dem Widerstand 22 erzeugte StroastXrke regelbar, derart daß eine leichte Erwärmung der Säule 21 hervorgerufen werden kann, was eine Verschiebung des Objektivs 3 nach unten bewirkt.

Der Betrag dieser Abwärtsverstellung kann durch Ablesung des Betrags der Stromstärke an einem Mllllampereaeter 23a eruittelt werden.

Mit dieser Vorrichtung 1st der Abstand D zwischen den Objektiv 3 und der Oberfläche 1 in äußerst einfacher und genauer Weise veränderbar.

Es sei darauf hingewiesen, daß, um die Einstellung der Apparatur zu gewährleisten, die Verschiebung dea Objektivs 3 äußerst gering sein muß, beispielsweise in der QrOSenordnung von einigen Mikron oder einigen Bruchteilen von eine« Mikron, derart, dafl ein sehr schwacher Stromfluß durch den Widerstand 22 ausreicht, um durch Wärmeausdehnung die Verstellung des Objektivs hervorzurufen.

Im übrigen ict es nicht erforderlich, dafl der Widerstand 22

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in Berührung mit der Säule steht, vielmehr reicht seine Wärmeausstrahlung aus.

Man kann sich eine Vorstellung von der Genauigkeit der Regelung bzw. Einstellung aus der Tatsache maohen, daß das Objektiv 3 durch bloße Annäherung der Hand an den das Objektiv J> mit der Oberfläche 1 verbindenden schwanenhalsfurmigen Halter 17 um einen Betrag verstellt wird, der ausreicht, um eine merkliche Verstellung bzw. Verstimung der Apparatur hervorzurufen.

Selbstverständlich kann man bei dieser Anordnung gemäß der Erfindung den Widerstand 22 an Jedem beliebigen Punkt der die Oberfläche 1 mit dem Objektiv 3 verbindenden Kette von Gegenständen einwirken lassen.

In Fig. 5 ist ein FUhlorgan wiedergegeben« das vorzugsweise in Verbindung mit dem Stellungsabgriff ..rr »fühler gemäß der Erfindung verwendet werden kann, falls das Werkstück bzw. der _%Prüfling, dessen Lag« bestimmt werden soll, koine reflektierende Oberfläche aufweist, oder auch, falls dieses Werkstück bzw. dieser Prüfling eine OberflÄohenrauhlgkeit besitzt, die größer ist als die bei der Stellungsbestimmung angestrebte Genauigkeit. Zu diesem Zweck umgibt man das Objektiv JJ mit einer Hülse bzw. mit einem Mantel 25, welche in ihrem Inneren eine zur optischen Achse des Objektivs 3 koaxiale zylindrische

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Oberfläche aufweist. Ia Inneren dieser HUlse 25 befindet »loh ein verstellbarer Kolben 26. Dieser Kolben liegt an der Innenfläche der HUlse 25 mitteln GleitflÄohen 27 an. In diesen Gleitflächen 27 sind Kanäle 28 eingearbeitet, uei «ine freie Zirkulation der Luft bei Verschiebungen dee Kolbens 26 zu gewährleisten. An der Oberseite des Kolben· 26 1st rechtwinklig zur optischen Achse des Objektivs 3 «in Planspiegel

29 befestigt.

Am unteren Ende dos Kolbens 26 1st ein Tast- bzw. IOhIstift

30 vorgesehen, der vorzugsweise an seinem unteren Ende abgerundet 1st. Der Kolben 26 wird durch eine Rückstellfeder 31 abwärts gedrückt.

Der FUhlstift 30 konrat gegen die Oberfliehe 10« deren Stellung bestimmt werden 30II, zum Anliegen.

Wie ersichtlich, kann uitor diesen UaetMnden das Verfahren gemäß der Erfindung zur Durchführung von Messungen auch In den Fällen angewandt werden, wo entweder die Obafläche 1 nloht reflektierend 1st, oder wo diese Oberfläche Rauhigkeiten aufweist, welche die Messungen verfälschen könnten.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß nach des Verfahren gemäß der Erfindung die Größe der Fläche der Lichtquelle 2 sowie die Größe der Fläche des von de*- Objektiv auf

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der Oberfläche 1 erzeugten Bildes der Lichtquelle beet Inet werden kann.

Palis diese Fläche äußerst klein« beispielsweise in dar Größenordnung von einigen Quadratmikron, ist, so besteht dl· Möglichkeit, die Oberflttohentopographle des VerkstOoIca bzw. Prüflings 1 mit hoher Genauigkeit zu untersuchen.

Gibt man hingegen den Bild 2a eine größere Fläohe, so läßt sich die Lagobestimmung der Oberfläche I unter Bezug auf eine mittlere Ebene hinsichtlich der verschiedenen Punkte der Jeweiligen Oberfläche durchfuhren.

Bei der in Pig. 6 gezeigten Anordnung wird Mittels eines optischen Systems 602 eine Punktlichtquelle 601 in eine« Punkt 603 abgebildet, der Ib wesentlichen in der Eben· einer rotierenden Analyse-Visierscheibe 6o4 erzeugt.

Vor der Analysierscheibe 6o4 sind zwei Platt«? 605 »it parall·- len Flächen in der au» Flg. 7 ersichtlichen Weise aufgebracht, derart, daß bei einer Drehung der Schelb· daa Bildlichtbündel periodisch die planparallel«n Platten durchläuft, d.h. daß das Bild 603 periodisch versetzt wird.

Ein lichtempfindliches Organ 606 analysiert den duroh dl· Fenster 607 der duroh einen Motor 608 zur einer Drehung Bit

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konstanter Drehzahl angetriebenen Scheibe 604 tretenden LichtfluB.

In Flg. 6a 1st die HUllkurve der Wechsel-Ausgangsgröße des lichtempfindlichen Organs in Abhängigkeit von der Zelt dargestellt, falle die periodische Zwischenschaltung der planparallelen Platten 605 In das Bildlichtbündel das Bild 603 in einer bezüglich der Ebene der Analyeatorsoheibe 6o4 unsymmetrischen Weise versetzt. Die Intervalle 609 und 610, die gleich sein können, geben die Dauer des Durchgangs der planparallelen Platten 605 durch das BlldllohtbUndel wieder.

Fig. 6b zeigt die HUllkurve der Ausgangsweohselgröee des lichtempfindlichen Organe bei syisMtrlscher Versetrung des Bilds 603 bezüglich der Ebene der Analysatorscheibe 6O4.

Es ist klar, daß bei ijibwiiI ι Inulin ι Versetzung des Bilds 603 If bezüglich der Ebene der Analysatorsoheibe 604 jedes Fenster 607 dieser Scheibe ein und dieselbe Llohtenergleaenge erhält.

Dieser optische Stellungsabgriff bzw. -abnehmer gestattet somit die genaue Ermittlung der Lage des Bilds 603·

In Flg. 8 ist ein dynamischer Stellungsabgriff bzw. -abnebawr dargestellt, welcher nach den gleichen Prinzip wie der In den

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Figg. 6 und 7 wiedergegebene Stellungsabnehmer arbeitet; die umlaufende Analyaatorscheibe, die planparallelen Platten, das lichtempfindliche Organ und der Antriebsmotor für die Analysatorscheibe sind in Pig. 8 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Pig. 6 bezeichnet. Jedoch ist ersichtlich, daß die in Fig. ö gezeigte Vorrichtung mittels Reflexion arbeitet. Eine Punktlichtquelle 701 schickt Licht auf einen halbdurchlässigen Spiegel 702 und in ein Objektiv 703, das von der Punktlichtquelle ein erstes Bild 704 auf oder nahe einer reflektierenden Oberfläche 705 erzeugt. Von dieser Oberfläche wird das Licht In das Objektiv 703 zurückgeworfen, derart, daß von dem ersten Bild 704 ein zweites Bild 706 auf oder nahe der Ebene der umlaufenden Analysatorscheibe gebildet wird.

Eine Verschiebung der reflektierenden Oberfläche 705 in Richtung senkrecht zur optischen Achse des Objektivs 703 gestattet eine Verschiebung des Bilds 706 in der gleichen Richtung.

Wie anhand von Fig. 6 gezeigt, läßt sioh das Bild 706 mit sehr hoher Genauigkeit auf die Ebene der Analysatorscheibe 6o4 einstellen, indem man die Lage der reflektierenden Oberfläche 705 variiert. Dieser dynamische Stellungsabnehmer gestattet somit, die Oberfläche 705 in ihrer Lage mit einer sehr großen Genauigkeit auszurichten.

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In Pig. 9 schickt eine Quasipunktlichtquelle 901 Licht auf eine durch eine Blende 903 begrenzte Linse 902. Das aus der Linse 902 austretende Parallel-Llchtbündel gelangt über einen halbdurchlässigen Spiegel 904 in eine Linse 905» welche von der Punktlichtquelle 901 ein erstes Quasipunktbild 906 auf oder nahe einer reflektierenden Oberfläche 907 erzeugt· Von dieser Oberfläche 907 wird das Licht in die Linse 905 k und die Linse 908 zurückgeworfen. Das konvergierende Lichtbündel, welches auf dem von den beiden Linsen 905 und 908 gebildeten optischen System austritt, wird sodann von einer Linse 909 erfaßt, derart, daß die öffnung einer aus zwei Blenden 910a und 910b, zwei Jfchtempfindliehen Organen 9H*# 911b sowie einem halbdurchlässigen Spiegel 912 gebildeten Empfangsvorrichtung wesentlich kleiner als die öffnung des von der Punktlichtquelle 901 ausgehenden Lichtbündeis ist. Dies hat zur Folge, daß bei einer allfälligen unerwünschten Änderung der Orientierung des Spiegels 907 die auf die Empfangsvorrichtung auftreffende Llchtnenge konstant bleibt; durch diese Maßnahme wird daher die Vorrichtung unempfindlich gegenüber kleinen Schwankungen der Orientierung der reflektierenden Oberfläche 907 bezüglich der richtigen Stellung gemacht. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Vorrichtung dieselbe wie die der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

In Fig. 10 ist ein mit Reflexion arbeitender dynamischer Stellungsabgriff bzw. -abnehmer gezeigt, dessen Empfangsteil

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mit den der In Flg. 5 gezeigten Vorrichtung übereInatInet; die einseinen Bmpfangselenente sind daher alt denselben Bezügexlffern wie In PIg. 6 bezeichnet; bei dieser Anordnung wird die reflektierende Oberfläche nittels eines Parallellichtbündels Innerhalb eines verhältnismäßig ausgedienten Bereichs analysiert; dies gestattet die Messung einer eventuellen Krümmung der reflektierenden Oberfläche.

Man erkennt» daß bei einer Veränderung der Orientierung der reflektierenden Oberfläche 101 gegenüber der optischen Achse 102 die Lage des Bilds 103 der Funktliohtquelle 10* seitlich bezüglich der optische» Achse 102 versetzt wird. Falls die Analysatorvorrlchtung eine in am BildliohtbUndel an Blende wäre, so könnte es sein, daß die Versetzung solcher Art wäre, daß kein Licht »ehr durch die Analyaatorblende hindurchtritt. Mit der speziell in Pig. 7 gezeigten Analysator·» vorrichtung in Form einer Scheibe läßt sich dieser Machte 11 vermeiden, da die Spalt· bzw. Fenster dieser Scheibe das Lieht selbst dann durchtreten fassen, wenn das Bild gegenüber der optischen Achse der Apparatur versetzt 1st. Mittels einer Feldlinse 105 kann dae Licht am Ausgang der Analysatorscheibe gesammelt und auf ein lichtempfindliches Organ 606 geworfen werden. Sine derartige Vorrichtung bietet den Vorteil, daß die Apparatur unempfindlich bezüglich seitlicher Versetzungen des Bildes wird. Infolgedessen 1st diese Ausführung besonders vorteilhaft, wenn die reflektierende Oberfläche 101 Änderungen

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der Krltanung unterliegt, da diese Vorrichtung unempfindlich gegen kleine Änderungen der Orientierung de« BildllchtbUndela

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Nessung der Änderung der optischen Wegläng« eines LlchtbUndels zwischen einer Lichtquelle kleiner Abmessung und ihrem durch ein optisches Systea erzeugten Bild« dadurch gekennzelc h η e t , daß nan mittels einer lichtempfindlichen Vorrichtung die Jeweiligen Lichtenergienengen vergleicht, welche durch zwei Blenden von gleicher Abmessung, welche auf der einen bzw. auf der anderen

Seite des durch das optische Syste« erzeugten geometrischen

angeordnet sind,
Bildes der Lichtquelle/hindurchtreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in bekannter Weise entweder daß Objektiv, oder die Vorrichtung oder die beiden Analysatoren verschiebt, derart, daß die Ausgangsgrößen der beiden lichtempfindlichen Vorrichtungen gleich groß werden.

3* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei ohne t , daß man zur Bestimmung der Änderung der optlsohen Weglänge den Unterschied zwischen den von den lichtempfindlichen Vorrichtungen gelieferten Signalgrößen berechnet.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An-

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Sprüche, dadurch gekennzeichnet» daß Mn gleichzeitig die jeweilige durch die beiden Blenden hindurchtretende Lichtenergiemenge mißt, indem man das Lichtbündel beispielsweise mittels eines halbdurchltaslgen Spiegele aufspaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichk net, daß man periodisch die Lage des Bilde der Punktlichtquelle gegenüber einer einzigen Blende durch Einschaltung einer planparallelen Platte bekannter Dicke verschiebt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man periodisch eine einzige Blende zwischen zwei zu beiden Selten des Bilde der Lichtquelle gelegenen

Stellungen verschiebt.

7* Verfahren nach eine« oder mehreren der vorhergehenden An- w Sprüche, dadurch gekennzeichnet , daß man die Intensität der Lichtquelle moduliert und die Anzeige dee lichtempfindlichen Organs synchron »it dieser Modulation steuert.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß man die Empfindlichkeit der Apparatur durch Veränderung der Vergrößerung des Objektivs des optischen Systems variiert.

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9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die von den lichtenpflndlichen Vorrichtungen gelieferten Signale in ein dem Verhältnis aus der Differenz und der Summe der Ausgangsgrößen der llchteapflndlleben Organe entsprechendes Signal umwandelt.

10. Optischer Stellungsabgriff bzw. -abnehmer bzw. -fühler zun Betrieb nach dem Verfahren genau einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Lichtquelle kleiner Abaessung, ein wenigstens ein Bild, dieser Lichtquelle erzeugendes optisches System sowie eine Vorrichtung zur Analyse des Bildlicht blinde Is in zwei vor bzw. hinter den Bild der Lichtquelle liegenden Ebene aufweist.

11. Optischer Stellungsabgriff bzw. -abneheer naoh Anspruch 10» dadurch gekennzeichnet, dsJ dl· Vorrichtung zur Analyse des Bildlicht bundeIe eine Strahlenteilervor- { richtung wie beispielsweise einen halbdurohllasigen Spiegel aufweist, welohe das BiIdIlohtbundel in zwei Llohtbündel aufspaltet.

12. Stellungsabgriff bzw. -abnehmer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Analyse des Bildliohtbündels zwei Blenden, welche vor bzw. hinter den Stellen zweier Bilder der Lichtquelle angeordnet

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nind, sowie zwei lidatempfindliohe Vorrichtungen zur Analyse der an der Stelle dieser Blenden durchgelassen«! Llohtenergle aufweist.

13· Optischer Stellungsabgriff nach Anspruch 10» dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatölvorrichtung für das Bildlichtbündel eine einzige Blend· und eine einzige lichtempfindliche Vorrichtung sowie eine Vorrichtung aufweist, mittels welcher periodisch eine planparallele Platte vor die Blende gebracht werden kann.

l4o Optischer Stellungeabgriff bzw. -abnehmer nach Anspruch 13# dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorvorrichtung für das Bildlichtbundel eine rotierende Vlalerecheibe in Form einer ebenen Scheibe aufweist, welche in miteinander abwechselnde durchlässige und undurehlKssige Sektoren unterteilt ist, daß symmetrisch bezüglich des Mlttelpunkts der Drehscheibe mehrere krelssektor- bzw. krelesegsentförraigö planparallele Platten vor der Drehscheibe angeordnet sind, derart, daß jede Platte jeweils einen Teil der Qesantoberfläche der Drehscheibe elnnimnt, und daß eine elektrische Vorrichtung vorgesehen ist, Mittels welcher In jedes Augenblick die Stellung der genannten Platten emittelt werden kann.

15· Optischer Stellungsabgriff nach Anspruch 10, dadurch g β -

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kennzeichnet, dafi das optische System ein Mikroskopobjektiv aufweist, das vor einer wenigstens teilweise reflektierenden Oberfläche angeordnet let, wobei diese Oberfläche entweder eine Bezugsoberfläche, deren Lag« genau bekannt ist, oder eine Oberfläche sein kann, deren Lage bezogen auf die Bezugsoberfläche bestimmt werden soll.

J.6· Optischer Stellungsabgriff nach einem oder mehreren der

Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorvorrichtung fUr das Blldlichtbündel fest gegenüber dom Übrigen Teil der Apparatur angeordnet 1st.

17»Optischer Stellungsabgriff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, dadurch g ek e η η zeichnet, daß er eine aus den Blenden und den lichtempfindlichen Organen bestehende Analysatorvorrichtung aufweist, welche gegenüber dem übrigen Teil der Apparatur beweglich angeordnet ist·

l8. Optischer Stellungsabgriff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vorrichtung zur ο
° Änderung der Stellung des Objektivs des optischen Systeme

^ gegenüber der wenigstens teilweise reflektierenden Oberfläche

^ aufweist.
ο

^a 19· Optischer Stellungsabgriff nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Änderung

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der Stellung des Objektive des optischen Systems gegenüber der wenigstens teilweise reflektierenden Oberfläche ein elektrischer Heizwiderstand ist« mit Hilfe dessen ein das Obo .fctiv des optischen Systems mit dem die wenigstens teilweise reflektierende Oberfläche tragenden Teils der Apparatur verbindendes Teil erwärmt oder abgekühlt werden kann.

20. Optischer Stellungsabgriff nach Anspruch 15, dadurch g β ^ kennzeichnet, daß er unterhalb des Objektivs

des optischen Systems und in Richtung der optischen Achee gleitend gelagert ein starres Tast- bzw. FUhlorgan aufweist, das mittels einer Federvorspannung vorzugsweise nach unten vorgespannt ist und auf der dem Objektiv zugewandten Stirnseite eine reflektierende Oberfläche aufweist.

21. Optischer Stellungsabgriff naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er Liohtwellenführungen aufweist, mittels welcher Licht der Liohtquelle und den lioht-

w empfindlichen Vorrichtungen zugeführt werden kann.

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^BAD Ofu_Ginal