DE1623699B1 - Photoelektrisches mikroskop - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein photoelektrisches Mikro- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

skop zur Ermittlung der Achsenlage wenigstens eines photoelektrisches Mikroskop anzugeben, dessen EinStriches bezüglich der entsprechenden Einstellachsen, Stellung von der Schwingungsachse des Spiegelvibrabei dem im Strahlengang der Lichtquelle hinter dem tors und von der Schwingungsform der Vibrator-Objektiv eine Blende angeordnet ist und die Abbildung 5 schwingungen unabhängig ist und das auch eine von eines Striches mit Hilfe eines Spiegelvibrators und einer der Amplitude und Frequenz der Vibratorschwingun-Spaltblende von wenigstens einem Strahlungsempfän- gen unabhängige Darstellung des Abstandes zwischen ger abgetastet wird und die Achsenlage eines Striches der Strichachse und der Einstellachse ermöglicht, bezüglich der Einstellachse kennzeichnenden Zeitinter- Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

valle zwischen den durch die Abtastung der Abbildung io die Blende mit einem Basisspalt, dessen Achse als Einverursachten Impulsen an dem Strahlungsempfänger stellachse dient, versehen ist und daß hinter der Blende mit Hilfe einer elektrischen Meßeinrichtung gemessen zur gemeinsamen Abbildung des Basisspaltes der werden. Blende und des Strichbildes in der Ebene der Spalt-

Aus der deutschen Auslegeschrift 1079 336 ist eine blende des Strahlungsempfängers ein zweites Objektiv photoelektrische Vorrichtung zum Einstellen von 15 angeordnet ist und daß durch Messung der Zeitinter-Objekten, insbesondere von Skalenteilstrichen be- valle zwischen den von der Abbildung des Basisspaltes kannt, bei der die Einstellachse das Schwingungs- und des Strichbildes herrührenden Impulsen eine von Zentrum des beweglichen Elementes ist. der Abtastamplitude und Abtastfrequenz des Spiegel-

Ebenso wie bei anderen bekannten photoelektri- vibrators unabhängige Darstellung des Abstandes zwischen Mikroskopen dient hier als Einstellachse die 20 sehen der Strichachse und der Einstellachse erfolgt. Schwingungsachse des beweglichen Elementes (Draht, Es ist vorteilhaft, daß drei Blenden vorhanden sind,

Spiegelvibrator). Dies ergibt zwar einen relativ ein- deren Basisspalte so angeordnet sind, daß die Achse fachen Aufbau, hat aber den Nachteil, daß die Lage des Basisspaltes einen rechten Winkel mit der Achse der Einstellachse wegen Änderungen der Schwingungs- der beiden anderen Basispalte bildet, und daß zwischen achse des beweglichen Elementes auf Grund von 25 den Blenden und dem zweiten Objektiv ein Prismenum-Alterungserscheinungen und von Temperatur- und kehrsystem mit vier Rechteckprismen angeordnet ist, sonstigen Umwelteinflüssen Schwankungen unter- von denen zwei die jeweiligen gemeinsamen Abbildunworfen ist. Dadurch wird die Meßgenauigkeit dieser gen der gleichachsigen Basisspalte der ersten zwei photoelektrischen Mikroskope wesentlich herabgesetzt. Blenden und der entsprechenden Strichbilder in eine Außerdem ist es schwierig, eine von der Schwingungs- 30 um 90° gedrehte Ebene und die beiden anderen Rechtfrequenz und Schwingungsamplitude des beweglichen eckprismen die gemeinsame Abbildung des Basis-' Elementes unabhängige Darstellung des Abstandes Spaltes der dritten Blende und des entsprechenden zwischen der Strichachse und der Einstellachse zu er- Strichbildes in dieselbe Ebene übertragen und sie zuhalten, sätzlich in dieser Ebene um 90° drehen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 233 614 ist eine 35 Vorzugsweise besitzt die elektronische Meßeinrich-Anordnung zur Bestimmung der Lage von Meßmarken tung zur digitalen Messung der Zeitintervalle zwischen nach zwei Koordinaten und ein Verfahren zur Aus- den durch die Abtastung der Abbildung verursachten wertung der Signale bekannt, wobei die Anordnung Impulsen eine Schaltung zur Bewertung der von einem dadurch gekennzeichnet ist, daß bei feststehender Meßimpulsgenerator erzeugten Meßimpulse, die einen Bezugsmarke das Umlaufen des Bildes durch die Rota- 40 Umrechner, an dessen Eingang jeweils für die Dauer tion eines im Strahlengang befindlichen, den Licht- eines formierten, von der Abbildung des Basisspaltes strahl durch Brechung ablenkenden optischen Bau- der Blende herrührenden Impulses Meßimpulse gelanteils erfolgt und das so umlaufende Bild zu sich selbst gen, und einen mit dem Umrechner verbundenen Zähparallel bleibt und daß die Marken die Form eines ler enthält, wobei als Bezugsmaß für die Bewertung der Kreuzes aufweisen, wobei das rotierende optische Bau- 45 Meßimpulse die in die Ebene des Striches transformierte teil eine zur Drehachse schräggestellte planparallele Breite des Basisspaltes der Blende verwendet ist. Platte, eine leicht keilförmige Platte oder eine Doppel- Im folgenden wird der Gegenstand der Erfindung

brechung aufweisende Platte sein kann und das durch zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Zeich-Markenbild angenähert punktförmig ist. Bei dieser nungen näher erläutert. Es zeigt Anordnung ist ein rotierendes optisches Bauteil ver- 50 F i g. 1 einen schematischen Aufbau eines Auswandt, das ein umlaufendes Bild erzeugt, so daß auch führungsbeispiels des photoelektrischen Mikroskops hier die Nachteile wirksam werden, die durch das Ro- gemäß der Erfindung,

tieren eines zur Messung wichtigen optischen Bauteils F i g. 2 eine Draufsicht auf einen mit einem Strichentstehen. * zeichen versehenen Körper,

Die meisten bekannten photoelektrischen Mikro- 55 F i g. 3 einen schematischen Aufbau eines zweiten skope sind in der Hauptsache Nullpunktgeräte, d. h., Ausführungsbeispiels des photoelektrischen Mikrosie besitzen eine große Genauigkeit m dem Bereich, skops gemäß der Erfindung,

wo die Einstellachse nahezu mit der Strichachse zu- F i g. 4 drei in einer Maske vereinigte Blenden mit

sammenfällt. Aber zur Bestimmung der Achsenlage jeweils einem Basisspalt, des Strichs bezüglich der Einstellachse im Bildfeld 60 Fig. 5 a und 5 b ein Prismenumkehrsystem mit vier außerhalb dieses Einstellbereiches ist die Verwendung Rechteckprismen (Draufsicht und Seitenansicht), einer besonderen Ableseeinrichtung notwendig, wobei F i g. 6 ein Blockschaltbild der elektronischen Meßfür die Messung entweder eine Bedienungsperson oder einrichtung für das photoelektrische Mikroskop gedie Darstellung der am Ausgang der elektronischen maß dem ersten Ausführungsbeispiel, Meßeinrichtung des Mikroskops erscheinenden In- 65 F i g. 7 ein Blockschaltbild der elektronischen Meßformation in Längeneinheiten erforderlich ist. In einrichtung für das photoelektrische Mikroskop gebeiden Fällen kann keine hohe Meßgenauigkeit ge- maß dem zweiten Ausführungsbeispiel, währleistet werden. F i g. 8 ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale des

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Strahlungsempfängers des photoelektrischen "Mikro- entstandenen und formierten Impulses, sowie eine skops gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, digitale Recheneinrichtung 40. Die digitale Rechenein-

F i g. 9 einen vergrößerten Ausschnitt A der F i g. 8, richtung 40 besteht aus einer logischen Schaltung 41

F i g. 10 drei Blenden mit jeweils einem Basisspalt zur Abtrennung der durch die Abtastung der Bilder des gemäß F i g. 4 beim Zusammenfallen der Achsen der 5 Basisspaltes 3 der Blende 2 und des Striches 9 erzeugten Basisspalte mit den Achsen der entsprechenden Strich- und formierten Impulse, deren Zeitabstände zu messen bilder, und ins Verhältnis zu setzen sind, einen Umkehrzäh-

F i g. 11 dasselbe mit einem Prismenumkehrsystem, ler 42, ein Pufferregister 43 mit Ziffernanzeige der

F i g. 12 ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale der Meßergebnisse, einen frequenzstabilisierten Meß-Strahlungsempfänger des photoelektrischen Mikro- io impulsgenerator 44 und eine Triggerschaltung 45. skops gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, Die elektronische Meßeinrichtung 8 umfaßt weiter-

F i g. 13 drei Blenden mit jeweils einem Basisspalt hin eine Schaltung 46 zur Bewertung der Meßimpulse gemäß F i g. 4 bei einer willkürlichen Lage des Strich- in Längeneinheiten, die aus einer Koinzidenzschaltung zeichens im Bildfeld des photoelektrischen Mikroskops (Und-Schaltung) 47, einem Umrechner 48, einem bezüglich der Achsen der Basisspalte, 15 Zähler 49 sowie einem Pufferregister 50 mit Zifferan-

F i g. 14 dasselbe mit einem Prismenumkehrsystem. zeige der in einem Längenmaß ausgedrückten Anzahl Ein Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Mi- der Meßimpulse besteht.

kroskops zur Ermittlung der Achsenlage wenigstens Die elektronische Meßeinrichtung 8' der zweiten

eines Striches im Bildfeld bezüglich einer Mikroskop- Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen photoeinstellachse enthält erfindungsgemäß ein Objektiv 1 20 elektrischen Mikroskops (F i g. 7) unterscheidet sich (Fig. 1), hinter dem im Strahlengang eine Blende 2 gegenüber derjenigen der ersten Ausführungsvarianten 8 mit einem schmalen Basisspalt 3 eingebaut ist, dessen durch drei Verstärker 51, 52, 53 und entsprechende Achse als Einstellachse des photoelektrischen Mikro- Impulsformer 54, 55, 56 für die von der Abbildung der skops dient. Hinter der Blende 2 sind ein zweites Basisspalte 19, 20 und 21 der Blenden 16, 17, 18 her-Objektiv 4, ein Spiegelvibrator 5 und ein Strahlungs- 25 rührenden Impulse und durch Impulsformer 57, 58, 59 empfänger 6 mit einer Spaltblende 7 eingebaut, der für die von der Abbildung der Strichbilder 13', 14', 15', mit einer elektronischen Meßeinrichtung 8 verbunden herrührenden Impulse sowie durch einen Kommutator ist. Der Strich 9, dessen Lage bezüglich der Einstell- 60. Der Unterschied der beiden Ausführungsvarianten achse des photoelektrischen Mikroskops zu ermitteln bezüglich der digitalen Recheneinrichtung 40' besteht ist, wird unter Zuhilfenahme eines Kondensors 11 30 darin, daß sie drei Pufferregister 43, 61 und 62 mit durch eine Lichtquelle 10 beleuchtet. jeweils einer Zifferanzeige besitzt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des photoelektri- Die Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels

sehen Mikroskops zur Ermittlung der Achsenlage eines des photoelektrischen Mikroskops ist folgende: auf die Oberfläche eines Körpers 12 (F i g. 2) aufge- Der von der Lichtquelle 10 mit Hilfe des Konden-

tragenen Strichzeichens mit drei Strichen, von denen 35 sors 11 beleuchtete Strich 9 wird durch das Objektiv 1 ein Strich 13 senkrecht zu beiden anderen Strichen 14 in die Ebene der Blende 2 projiziert. Das Objektiv 4 und 15 liegt, enthält nach F i g. 3 ein Objektiv 1, hinter erzeugt in der Ebene der Spaltblende 7, deren Achse dem im Strahlengang drei Blenden 16, 17 und 18 dem Bild des Basisspaltes 3 der Blende 2 parallel ist, (F i g. 4) mit Basisspalten 19,20 und 21 eingebaut sind. ein zusammengesetztes Bild der Blende 2 und des Zwi-Die Blenden sind zu einer Maske 22 vereinigt. Die 40 schenbildes des Striches 9. Dieses gemeinsame Bild Spaltachsen dienen als Einstellachsen des photoelektri- wird durch den Spiegelvibrator 5 und den Strahlungsschen Mikroskops. Die Achse des Basisspaltes 20 liegt empfänger 6 in der zur Achse der Spaltblende 7 senkrechtwinklig zu den Achsen der beiden anderen Basis- rechten Richtung abgetastet.

spalte 19 und 21. Am Ausgang des Strahlungsempfängers 6 erscheint

Auf der Maske 22 mit den Blenden 16,17 und 18 ist 45 bei der Abtastung ein Signal in Form einer Impulsfolge, ein Prismenumkehrsystem angeordnet, das aus vier Diese Impulse kennzeichnen ein zeitlich zerlegtes Rechteckprismen 23, 24, 25 und 26 (F i g. 5 a und 5 b) Bild der Blende 2 mit dem Basisspalt 3 sowie die Lage besteht. Im Strahlengang hinter den Prismen 23,24,25, des Strichbildes 9' in der Ebene der Blende 2 bezüglich 26 sind ein zweites Objektiv4 (Fig. 3), ein Spiegel- der Achse ihres Basisspaltes 3. vibrator 5 und drei Strahlungsempfänger 27,28 und 29 50 F i g. 8 zeigt ein Diagramm der Ausgangssignale bei mit Spaltblenden 30, 31 und 32 angeordnet. In F i g. 3 verschiedenen Lagen des Strichbildes 9' in der Ebene ist die Ebene der Blenden 30 und 32 jeweils um 90° der Blende 2 mit dem Basisspalt 3 für eine sinusförmige gedreht dargestellt. Abtastkurve 63 des Spiegelvibrators 5. Während einer

Das zweite Ausführungsbeispiel des photoelektri- Abtastperiode des Spiegelvibrators 5 bewegt sich das sehen Mikroskops besitzt ebenfalls eine elektronische 55 Bild der Blende 2 mit dem Basisspalt 3 zusammen mit Meßeinrichtung 8'. der Zwischenabbildung des Striches 9 vor der Spalt-

Die elektronische Meßeinrichtung 8 enthält einen blende 7 des Strahlungsempfängers 6 einmal hin und Verstärker 33 (F i g. 6), einen Impulsformer 34 für die einmal her. Liegt der Strich 9 außerhalb des Bildfeldes Impulse von dem Basisspalt 3 der Blende 2, einen des photoelektrischen Mikroskops, wobei dieses Bild-Impulsformer 35 für die Impulse von dem Strich 9, 60 feld von der Abtastamplitude der Abtastkurve 63 des einen Frequenzgenerator 36 zur Erregung des Spiegel- Spiegelvibrators 5 sowie von der Vergrößerung der vibrators 5, eine logische Schaltung 37 zur Erkennung Objektive 4 und 1 abhängt, so kennzeichnet das Signal der linken oder rechten Extremlage des Striches 9 be- 64 am Ausgang des Strahlungsempfängers 6 das zeitzüglich der Einstellachse, eine logische Schaltung 38 lieh zerlegte Bild der Blende 2. Dieses Signal 64 bezur Bestimmung des Zeitpunktes, in dem sich das Bild 65 steht aus negativen Impulsen mit der Dauer T, die des Striches9.in dem Basisspalt3 der Blende2 be- einen zeitlichen Abstand von einer halben Abtastfindet, eine logische Schaltung 39 zur Abtrennung periode aufweisen, eines bei der Abtastung des Basisspaltes 3 der Blende 2 Wenn der Strich 9 sich an der oberen Bildfeldgrenze

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des photoelektiischen Mikroskops befindet, d.h., wenn bei Oe=O(Z₄ = Z₅) fällt die Achse des Striches

das Strichbild 9' in einer Entfernung von Z₁ rechts von mit der Einstellachse zusammen;

der Achse des Basisspaltes der Blende 2 liegt, erscheint _{bei dg < Q (/} < _{7} befindet sich die Achse des}

im Ausgangssignal 65 des Strahlungsempfängers 6 in _{Striches rechts VOQ der Eiastäiafäiae},
der Abtasthalbpenode I₁ — t_z ein zusatzlicher positiver 5

Impuls. Die Entfernung I₁ zwischen der Achse des Die Einstellung der Achse des photoelektiischen Basisspaltes 3 und der Achse des Strichbildes 9' wird Mikroskops auf die Achse des Striches 9 erfolgt durch durch den zeitlichen Abstand T₁ zwischen den von der einen symmetrischen Abgleich der Abstände Z₄ und Z₅ Bewegung der Abbildung des Basisspaltes3 der Blende 2 analog der symmetrischen Abgleichmethode bei der und des Strichbildes 9' herrührenden Impulse gekenn- io Einstellung auf die Strichachse im Bisektor.
zeichnet. Bei weiterer Annäherung des Striches 9 an die Fällt das Strichbild 9' mit dem Basisspalt 3 zusam-Einstellachse, d. h., wenn sich z. B. das Strichbild 9' in men, so zerfällt der negative Impuls im Ausgangssignal einer Entfernung von Z₂ rechts von der Achse des Basis- 68 (F i g. 8) des Strahlungsempfängers 6 in zwei Teile, spaltes 3 der Blende 2 befindet, bewegt sich das Bild des und die Lage der Achse des Strichbildes 9' bezüglich Strichbildes 9' innerhalb der Abtasthalbpenode J₁ — i₂ ¹S der Achse des Basisspaltes 3 der Blende 2 wird durch vor der Schaltblende 7 des Strahlungsempfängers 6 die Zeitintervalle T₄ und T₆ zwischen den jeweiligen einmal hin und einmal her, so daß im Ausgangssignal Impulsflanken des positiven Impulses und der beiden 66 zwei zusätzliche positive Impulse erscheinen. Der negativen Impulse gekennzeichnet.
Abstand Z₂ wird durch das Zeitintervall T₂ gekennzeich- Analog der Berechnung des Abstandes <5_e zwischen net. Befindet sich der Strich 9 rechts von der Einstell- ao der Achse des Strichbildes 9' und der Achse des Basisachse des Mikroskops, d. h. liegt das Strichbild 9' spaltes 3 läßt sich ein entsprechendes Zeitintervall dt links von der Achse des Basisspaltes 3 der Blende 2 im zwischen den Impulsmitten des negativen und des Abstand von Z₃, so erscheinen im Ausgangssignal 67 positiven Impulses angeben
des Strahlungsempfängers 6 zwei zusätzliche positive

Impulse, während der Abtastperiode t_z — f₃, und der 25 „ _ T₄. — T₅

Abstand I₃ wird durch ein Zeitintervall T₃ gekennzeich- ' 2
net,

Liegt also das. Strichbild 9' außerhalb des Basis- Bei ö_t > 0 (T₄ > T₅) liegt die Achse des Striches 9

spaltes 3 der Blende 2, so wird der Abstand zwischen links von der Einstellachse,

der Achse des Strichbildes 9' und derjenigen des 30 bei d_t = 0 (T₄ = T₅) fällt die Achse des Striches 9

Basispaltes 3 durch das Zeitintervall zwischen den- mit der Einstellachse zusam-

auf Grund der Bewegung der Abbildung des Basis- _meQj

spaltes 3 und des Strichbildes 9' erhaltenen Impulse ge- _{bd δ(<0 (r < r} befindet sich die Achse des}

kennzeichnet Auf welcher Seite die Abweichung des Strichest rechts von der Ein-

Stnchbildes 9 von der Achse des Basisspaltes 3 er- 35 stellachse
folgt, wird durch die Abtasthalbperioden festgelegt, in

denen die von der Abbildung des Strichbildes 9' her- Der Absolutwert des Zeitintervalls öt kennzeichnet

rührenden positiven Impulse erscheinen. also den Abstand zwischen der Einstellachse und der

Bei der Messung der Abstände des Strichbildes 9' Achse des Striches 9 und das Vorzeichen des Zeitinter-

von der Achse des Basisspaltes 3, d. h. bei der Ennitt- 40 valls d_t definiert die Abweichungsrichtung dieser Achse

lung des Abstandes der Achse des Striches 9 von der von der Einstellachse.

Einstellachse des photoelektrischen Mikroskops muß Bei einer Messung der Zeitintervalle T₄ und T₅ auf

die Vergrößerung des Objektivs 1 berücksichtigt wer- Grund der Zählung von Meßimpulsen, die von einem

den, das ein umgekehrtes Bild des Striches 9 in der frequenzstabilisierten Meßimpulsgenerator erzeugt wer-

Ebene der Blende 2 erzeugt. 45 den, ergibt sich

Wenn das Strichbild 9' im Bassispalt 3 der Blende 2

erscheint, wird eine zusätzliche Information zur Er- , _ N₄ ~ N₅ j

mittlung der Strichachsenlage bezüglich der Einstell- ' 2
achse erzeugt. In diesem Falle wird der Abstand ö_e

(Fig. 9) zwischen der Achse des Strichbildes 9'und der 50 Hierbei bedeutet Δ τ das Elementarzeitintervall

Einstellachse, die durch die Achse des Basisspaltes 3 zwischen den Meßimpulsen JV₄ und N₅ die Anzahl der

dargestellt wird, aus der Beziehung in den Zeitintervallen T₄ und T₅ erscheinenden Meßimpulse.

j _ j Das erfindungsgemäß aufgebaute photoelektrische

ö_c = 55 Mikroskop gewährleistet eine hohe Genauigkeit der

Mikroskopeinstellung und läßt bedeutende Schwankungen des Schwingungsmittelpunktes des Spiegel-

ermittelt. Hierbei bedeuten Z₄ und Z₅ die Abstände vibrators 5 bei sinusförmiger Abtastung bezüglich der zwischen den Grenzen des Basisspaltes 3 der Blende 2 Achse der Spaltblende 7 des Strahlungsempfängers 6 und den Grenzen des Strichbildes 9'. 60 zu, ohne daß dabei Einstellungsfehler des photoelek-Das Vorzeichen von d_e bestimmt die Abweichungs- irischen Mikroskops auftreten, da für eine eindeutige richtung der Achse des Striches 9 von der Einstell- Mikroskopeinstellung mittels der Achse des Basisachse. Bei spaltes 3 der Blende 2 in erster Linie eine konstante Abtastgeschwindigkeit notwendig ist.

öe= > 0(Z₄>Z₆) 65 Bei sinusförmiger Abtastung mit einer großen

Amplitude Am > L (F i g. 8), wobei L die Breite des

befindet sich die Achse des Striches 9 links von der Ein- Basisspaltes 3 bedeutet, ergibt sich ein bedeutender

stellachse; linearer Abtastbereich, in dem die Abtastgeschwindig-

keit konstant bleibt. In diesem Abtastbereich sind Ausgang des Impulsformers 35 abgenommenen, von

Schwankungen des Schwingungsmittelpunktes des der Abbildung des Strichbildes 9' herrührenden Im-

Vibrators 5 bezüglich der Achse der Spaltblende 7 pulse werden dem Eingang der logischen Schaltung 37

möglich, ohne daß dabei Einstellungsfehler des photo- zugeführt, die die Abweichungsrichtung des Striches 9

elektrischen Mikroskops hervorgerufen werden. 5 bezüglich der Einstellachse ermittelt. Am Ausgang der

Wird an Stelle des Spiegelvibrators 5 eine rotierende logischen Schaltung 37 erscheinen entsprechende Po-Trommel mit einer konstanten Abtastgeschwindigkeit tentiale, welche die Lage des Striches 9, ob links ader im ganzen Bildfeld des photoelektrischen Mikroskops rechts von der Einstellachse des photoelektrischen (bei linearer Abtastung) ausgenutzt, so wird die Mikroskops, kennzeichnen..

Mikroskopeinstellachse eindeutig durch die Achse des io Die logische Schaltung 38 ermittelt die Lage des Basisspaltes 3 bestimmt, und alle Abstände der Strich- Strichbildes 9' bezüglich des Basisspaltes 3 in der achse von der Achse des Basisspaltes 3 weisen gegen- Blende 2, d. h., sie bestimmt die Zeitpunkte, in denen, über den Zeitintervallen der 'entsprechenden Impulse bezogen auf die Abbildung, das Strichbild 9' sich innereinen linearen Zusammenhang auf. halb oder außerhalb des Basisspaltes 3 befindet. Beim

Zur Umwandlung der Zeitintervalle in Abstände, 15 Eintreffen des Signals 68, das die Lage des Strichbildes 9'

d. h. der Zeitmessungen <5« T₁, T₂ und T₃ in Längen- innerhalb des Basisspaltes 3 kennzeichnet und eine

messungen<5_e, I₁, I₂ und I₃ werden die Meßimpulse Addition der von der Abbildung des Strichbildes 9' und

automatisch in Längeneinheiten bewertet, wobei von derjenigen des Basisspaltes 3 herrührenden Im-

als Maßstab die in die Ebene des Striches 9 mit pulse darstellt, wird an der logischen Schaltung 38 ein

Berücksichtigung der Vergrößerung des Objektivs 1 20 Potential erzeugt.

transformierte Breite L des Basisspaltes 3 in der Die den logischen Schaltungen 37 und 38 entnomme-

Blende 2 benutzt wird. Die Bewertung erfolgt nach der nen Potentiale gelangen zu der logischen Schaltung 41

Anzahl der Meßimpulse in der Zeitspanne T, in der die der digitalen Recheneinrichtung 40, die je nach dem

Abtastung der Abbildung von dem Basisspalt 3 vor Potential am Ausgang der logischen .Schaltung 38

dem Strahlungsempfänger 6 erfolgt. Da T — N · Δ τ 25 mittels des Umkehrzählers 42 den Ausdruck ist, so ist

L L' /L-= ^Ta~^Ts

Δτ

β-Ν Ν " *

3o oder die Zeitintervalle T₁, T₂ und T₃ zwischen den

Hierbei bedeutetL die Breite des Basisspaltes 3 der Impulsmitten der von der Abbildung des Basisspaltes3 Blende,2, β die Vergrößerung des Objektivs 1, N die der Blende 2 und derjenigen des Strichbildes 9' her-Anzahl der Meßimpulse in der Zeitspanne T, L' die in rührenden Impulse berechnet. Bei der Berechnung von die Ebene des Striches 9 transformierte Breite L des dt schaltet die logische Schaltung 41 den Umkehrzähler Basisspaltes 3 der Blende 2. ' 35 42 bei der Messung von Τ_Λ auf Addition und bei der

Der reziproke Wert von Δτ, d. h. der Wert Messung von T₅ auf Substraktion um. Als Meßimpulse

dienen dabei die Ausgangsimpulse der Triggerschal-

j£ _ 1 ^ N tung 45, welche die Frequenz des Meßimpulsgenerators

Δτ ~ L' ' 44 halbiert, was bei der Berechnung der Beziehung

ist gleich der Anzähl N der 'Meßimpulse pro Bezugs- T₄. — T, maß L'.. ^δ· = —~2

DaI, und β konstante Größen sind und die GrößeiV

von der schwer zu stabilisierenden Abtastgeschwindig- einer Division durch zwei gleichkommt. Zur Ermittlung keit abhängt, so ergibt sich durch die Bildung des Ver- 45 des Zeitintervalles T₁, T₂ oder T₃ zwischen den Impulshältnisses zwischen einem -Zeitintervall T₁, T₂ oder T₃ mitten der von der Abbildung des Basisspaltes 3 und und der Zeitspanne T eine Darstellung des Abstandes derjenigen des Strichbildes 9' herrührenden Impulse für zwischen der Achse des Striches 9 und der Einstell- den Fall, daß das Strichbild 9' außerhalb des Basisachse ohne Abhängigkeit von der Abtastgeschwindig- Spaltes 3 liegt, wird das jeweilige Zeitintervall, ζ. Β. keit, die durch die ,Abtastamplitude und durch die 50 T₂ des Signals66 in Fig. 8, zwischen der Vorder-Abtastfrequenz des Spiegelvibrators 5 bestimmt wird. flanke des von der Abbildung des Basisspaltes 3 her-

Die über die Lage des Striches 9 bezüglich der Ein- rührenden (negativen) Impulses und der Rückflanke Stellachse des photoelektrischen Mikroskops erhaltene des von der Abbildung des Strichbildes 9' herrührenden Information wird in der elektronischen Meßeinrich- (positiven) Impulses gemessen. Die Messung der Dauer tung 8 verarbeitet. ,Die ,Ausgangsimpuls.e des Strah- 55 T der vqn der Abbildung des Basisspaltes 3 herrührenlungsempf angers 6 werden in dem Verstärker 33 ver- den Impulse erfolgt mit Hilfe von Meßimpulsen vom stärkt und gelangen dann an die Eingänge der Impuls- Ausgang des Meßimpulsgenerators 44. Nach der Beformer 34 und 35. Dabei formiert der eine Impuls- rechnung der Zeitintervalle T₁, T₂, T₃, T₄ und T₅ sowie former 34 den von der Abbildung des Basisspaltes 3 der Beziehung dt durch den Umkehrzähler 42 überherrührenden Impuls mit konstanter Amplitude und 60 mittelt die logische Schaltung 41 die Information von einer der Abtastzeit für die Abbildung des Basis- dem Umkehrzähler 42 in das Pufferregister 43 mit spaltes 3 entsprechenden Dauer. Ziffernanzeige.

Der andere Impulsformer 35 formiert den von-der Die logische Schaltung 39 wählt den von der Abbil-

Abbildung des Strichbildes 9'herrührenden Impuls mit dung des Basisspaltes 3 der Blende 2 herrührenden konstanter Amplitude und einer der Abtastzeit für die 65 Impuls mit der Dauer T aus den verschiedenen Signa-Abbildung des Strichbildes 9' entsprechenden Dauer. len aus, unabhängig davon, ob das Strichbild 9' sich

Die sinusförmige Spannung des Frequenzgenetators innerhalb oder außerhalb des Basisspaltes 3 befindet. 36 zur Erregung des Spiegelvibrators 5 und die am Dieser Impuls mit der Dauer Γ gelangt an den einen

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Eingang der Koinzidenzschaltung (Und-Schaltung) 47, kehrsystems genügt jedoch die Abtastung in nur einer während dem anderen Eingang Meßimpulse von dem Richtung mit Hilfe eines einzigen Spiegelvibrators 5. Generator 44 zugeführt werden. An den Eingang des Es besteht aus vier Rechteckprismen 23,24,25 und 26, Umrechners 48, dessen Umrechnungsfaktor gleich der von denen zwei, 23 und 26, die Abbildung der zwei in die Ebene des Strichs 9 mit Berücksichtigung der 5 gleichachsigen Basisspalte 19 und 21 der zusammen mit Vergrößerung des Objektivs 1 transformierten Breite den Strichbildern 14' und 15' in eine um 90° gedrehte des Basisspaltes 3 der Blende 2 ist, gelangt somit wäh- Ebene übertragen. Die beiden anderen Rechteckrend der Dauer Γ des formierten von der Abbildung des prismen 24 und 25 übertragen die gemeinsame Ab-Basisspaltes 3 herrührenden Impulses eine entsprechen- bildung des Basisspaltes 20 der Blende 17, dessen de Anzahl von Meßimpulsen. io Achse mit derjenigen der Basisspalte 19 und 21 der

Der Umrechner 48 berechnet den Quotienten aus der beiden anderen Blenden 16 und 18 einen rechten Win-Anzahl N von Meßimpulsen in einem von der Abbil- kel bildet und des Strichbildes 13' in dieselbe Ebene dung des Basisspaltes 3 der Blende 2 herrührenden und drehen diese Abbildung in dieser Ebene zusätzlich Impuls der Dauer Γ und der in die Ebene desStriches9 um 90°. Infolgedessen erzeugt das Objektiv 4 in der transformierte Breite L des Basisspaltes 3 und gibt das 15 Ebene der Spaltblenden 30,31 und 32 Abbildungen der Ergebnis in Form von Überschußimpulsen an den drei Basisspalten 19, 20 und 21 und der jeweiligen Zähler 49 weiter. Dabei entspricht die Zahl k der dem . Strichbilder 14', 13' und 15', und zwar so, daß die Eingang des Zählers 49 zugeführten Überschußimpulse Achsen der Basisspalte 19, 20 und 21 aller Blenden 16, der Anzahl der Meßimpulse N pro Bezugsmaß U Yl und 18 zueinander und gleichzeitig bezüglich der

ao Achsen der Spaltblenden 30, 31 und 32 parallel liegen.

, _ JV_ _ 1 · Dadurch wird die Abtastung in nur einer Richtung

~~ L' ~ Δτ entsprechend dem Pfeil C (F i g. 11) mittels eines einzi

gen Spiegelvibrators 5 ermöglicht. Bei der Abtastung

Das Ergebnis wird in der Ziffernanzeige des Puffer- der gemeinsamen Abbildung der Basisspalten 19, 20 registers 50 sichtbar gemacht. 25 und 21 der Blenden 16,17 und 18 und der Strichbilder

In der Ziffernanzeige des Pufferregisters 50 steht so- 13', 14' und 15' vor den Strahlungsempfängern 27, 28 mit eine Zahl mit der Einheit //μ, //Mikrozoll usw., und 29 erscheinen an den Ausgängen der Strahlungsderen Kehrwert der Anzahl N von Meßimpulsen pro empfänger 27, 28 und 29 Signale in Form von Impuls-Bezugsmaß L' entspricht und die für eine gegebene Ver- folgen, welche die in der Zeit, zerlegten Abbildungen größerungjS des Objektivs 1 und eine bestimmte Ab- 30 der Basisspalten 19, 20 und 21 der entsprechenden tastfrequenz des Spiegelvibrators 5 konstant ist. Blenden 16, 17 und 18 sowie die gegenseitige Lage der

Durch Division der in der Ziffernanzeige des Puffer- Strichbilder 13', 14' und 15' und der Achsen dieser registers 43 und der in der Ziffernanzeige des Puffer- Basisspalte 19, 20 und 21 kennzeichnen,
registers 50 stehenden Information ergibt sich eine von Dieses zweite Ausführungsbeispiel des photoelektri-

der Bildfeldgröße des photoelektrischen Mikroskops 35 sehen Mikroskops besitzt dieselbe Wirkungsweise wie unabhängige Ablesung der Abweichung einer Strich- drei einzelne photoelektrische Mikroskope entspreachse von der Mikroskopeinstellachse. chend der ersten Ausführungsvariante und stellt somit

Die Messung der Zeitintervalle T₄ und T₅ kann auch ein photoelektrisches Dreikanalmikroskop dar, bei als Analogieverfahren erfolgen. dem jeder Kanal analog dem photoelektrischen Ein-

Die Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbei- 4° kanalmikroskop der ersten Ausführungsvariante die spiels des erfindungsgemäßen photoelektrischen Mikro- Lage eines ihm zugeordneten Striches bezüglich der skops ist derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechenden Einstellachse ermittelt,
ähnlich. Die Gleichheit der Zeitintervalle T₄ und T₅ in den

Der Unterschied besteht nur darin, daß ein auf die Signalen 69, 70 und 71 (F i g. 12) weist für jeden Oberfläche des Körpers 12 (F i g. 3) aufgetragenes und 45 Kanal darauf hin, daß die Achsen der Striche 13, 14 von der Lichtquelle 10 mittels des Kondensors 11 be- und 15 des Strichzeichens und die Einstellachsen des leuchtetes Strichzeichen mit den drei Stiichen 13, 14 photoelektrischen Mikroskops zusammenfallen,
und 15 (F i g. 2) durch das Objektiv 1 in die Ebene der Die Lage der Strichbilder 14' 13' und 15' (F i g. 13

drei Blenden 16, 17 und 18 (F i g. 4) mit den Basis- und 14) in der Ebene der Blenden 16,17 und 18 bezügspalten 19, 20 und 21 projiziert wird. 50 lieh der Einstellachsen wird durch die in den Signalen

Das Objektiv 4 erzeugt mit Hilfe des aus vier Recht- 72, 73 und 75 (F i g. 12) gezeigten Zeitintervalle T₅, T₁, eckprismen 23, 24, 25 und 26 (F i g. 5 a und 5 b) be- T₈ zwischen den Impulsmitten der von den Abbildunstehenden Prismenumkehrsystems eine gemeinsame gen der Basisspalte 19, 20, 21 und der Strichbilder 14', Abbildung der Basisspalten 19, 20 und 21 der ent-. 13' und 15' herrührenden Impulse gekennzeichnet. Die sprechenden Blenden und der Strichbilder 13', 14' und 55 Abweichungsrichtung der Striche 13, 14, 15 bezüglich 15' in der Ebene der Spaltblenden 30, 31 und 32 der der Einstellachsen wird in jedem Kanal auf Grund des Strahlungsempfänger 27, 28 und 29. · jeweiligen Erscheinens der von der Abbildung der

Da die Achse des Basisspaltes 20 einer Blende 17 Strichbilder 13', 14' und 15' herrührenden Impulse in senkrecht zu der Achse der Basisspalte 19 und 21 der den beiden Abtasthalbperioden I₁ — t₂ und i₂ — /₃ erbeiden anderen Blenden 16 und 18 verläuft, benötigt 60 tnittelt.

man zur Bestimmung der Lage der Strichbilder 13', 14' Die Information über die Lage der Striche 14,13 und

und 15' (Fi g. 10 bis 14) bezüglich der die Einstell- 15 bezüglich der Einstellachsen wird in einer elektroachsen des photoelektrischen Mikroskops darstellen- nischen Meßeinrichtung 8' verarbeitet. Die Ausgangsden Achsen der entsprechenden Basisspalten 20, 19 impulse der Strahlungsempfänger 30,31 und 32 werden bzw. 21 eine Abtastung der Abbildung in der Ebene der 65 in den Verstärkern 51, 52, 53 verstärkt, und von dem Spaltblenden 30, 31 und 32 in zwei zueinander senk- Ausgang jedes Verstärkers gelangen sie sowohl an die rechten Richtungen entsprechend den Pfeilen B und C. Eingänge der Impulsformer 54,55und56, welche indem Bei Verwendung eines entsprechenden Prismenum- jeweiligen Kanal die von den Abbildungen der Basis-

spalte 19, 20 und 21 herrührenden Impulse auesieben und formieren, als auch an die Eingänge der Impulsformer, 57 58 und 59, welche die von den Abbildungen der Strichbilder 14', 13' und 15' herrührenden Impulse aussieben und formieren.

Von den Ausgängen der Impulsformer 54,55,56,57, 58 und 59 gelangen diese formierten Impulse zu dem Kommutator 60, der die Informationen aus je einem Kanal nacheinander den Eingängen der logischen Schaltungen 37 und 38 und der digitalen Recheneinrichtung 40' zuführt, die eine ähnliche Wirkungsweise wie die entsprechenden Schaltungen in der elektronischen Meßeinrichtung 8 aufweisen. Die von dem Umkehrzähler 42 festgehaltene Information über die Lage der Striche 14,13 und 15 in dem jeweiligen Kanal wird von der logischen Schaltung 41 unter Bezugnahme auf die Potentiale des Kommutators 50 in die Ziffernanzeige des jeweiligen Pufferregisters 43, 61 und 62 übertragen.

Die logische Schaltung 39 bewirkt ein Aussieben und Formieren der von der Abbildung des Basisspaltes 19 der Blende 16 herrührenden Impulse.
k Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel steuern

' diese formierten Impulse die Koinzidenzschaltung 47, wodurch über den Umrechner 48 die Anzahl N von Meßimpulsen pro Bezugsmaß L' (mit der Dimension μ, Mikrozoll usw.) bestimmt wird. Das Ergebnis der Umrechnung wird in der Ziffernanzeige des Pufferregisters 50 sichtbar gemacht und dient zusammen mit den in den Ziffernanzeigen der Pufferregister 43,61 und 62 stehenden Informationen der Bestimmung der Lage der Striche 14, 13 und 15 bezüglich der Einstellachsen in dem jeweiligen Kanal.

Ein Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt darin, daß das photoelektrische Mikroskop feststehende, von der Schwingungsachse des Spiegelvibrators unabhängige Einstellachsen besitzt. Dadurch wird die Genauigkeit sowohl der Einstellung als auch der Messung der photoelektrischen Mikroskope erhöht. Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht in der hohen Genauigkeit der Messung der Achsenlage eines Striches bezüglich der entsprechenden Einstellachse auch außerhalb des Einstellungsbereiches und deren Darstellung in einem Längenmaß oder einem entsprechenden Zifferncode.

Schließlich ergibt sich hieraus als Hauptvorteil die Möglichkeit der Anwendung des erfindungsgemäßen photoelektrischen Mikroskops in verschiedenartigen automatischen und programmgesteuerten Einrichtungen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Photoelektrisches Mikroskop zur Ermittlung der Achsenlage wenigstens eines Striches bezüglich der entsprechenden Einstellachsen, bei dem im Strahlengang der Lichtquelle hinter dem Objektiv eine Blende angeordnet ist und die Abbildung eines Striches mit Hilfe eines Spiegelvibrators und einer Spaltblende von wenigstens einem Strahlungsempfänger abgetastet wird und die Achsenlage eines Striches bezüglich der Einstellachse kennzeichnenden Zeitintervalle zwischen den durch die Abtastung der Abbildung verursachten Impulsen an dem Strahlungsempfänger mit Hilfe einer elektronischen Meßeinrichtung gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (2) mit einem Basisspalt (3), dessen Achse als Einstellachse dient, versehen ist und daß hinter der Blende (2) zur gemeinsamen Abbildung des Basisspaltes (3) der Blende (2) und des Strichbildes (9') in der Ebene der Spaltblende (7) des Strahlungsempfängers (6) ein zweites Objektiv (4) angeordnet ist und daß durch Messung der Zeitintervalle zwischen den von der Abbildung des Basisspaltes (3) und des Strichbildes (9') herrührenden Impulsen eine von der Abtastamplitude und Abtastfrequenz des Spiegelvibrators unabhängige Darstellung des Abstandes zwischen der Strichachse und der Einstellachse erfolgt.

2. Photoelektrisches Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Blenden (16, 17 und 18) vorhanden sind, deren Basisspalte (18, 20 und 21) so angeordnet sind, daß die Achse eines Basisspaltes (20) einen rechten Winkel mit der Achse der beiden anderen Basisspalte (19 und 21) bildet, und daß zwischen den Blenden (16, 17 und 18) und dem zweiten Objektiv (4) ein Prismenumkehrsystem mit vier Rechteckprismen (23, 24, 25 und 26) angeordnet ist, von denen zwei (23 und 26) die jeweiligen gemeinsamen Abbildungen der gleichachsigen Basisspalte (19 und 21) der ersten zwei Blenden (16 und 18) und der entsprechenden Strichbilder (14' und 15') in eine um 90° gedrehte Ebene übertragen und die beiden anderen Rechteckprismen (24 und 25) die gemeinsame Abbildung des Basisspaltes (20) der dritten Blende (17) und des entsprechenden Strichbildes (13') in dieselbe Ebene übertragen und sie zusätzlich in dieser Ebene um 90° drehen.

3. Photoelektrisches Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Meßeinrichtung (8) zur digitalenMessung der Zeitintervalle zwischen den durch die Abtastung der Abbildung verursachten Impulsen eine Schaltung (46) zur Bewertung der von einem Meßimpulsgenerator (44) erzeugten Meßimpulse besitzt, die einen Umrechner (48), an dessen Eingang jeweils für die Dauer eines formierten, von der Abbildung des Basisspaltes (3) der Blende (2) herrührenden Impulses Meßimpulse gelangen, und einen mit dem Umrechner (48) verbundenen Zähler (49) enthält, wobei als Bezugsmaß für die Bewertung der Meßimpulse die in die Ebene des Striches (9) transformierte Breite des Basisspaltes (3) der Blende (2) verwendet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen