DE1763176U

DE1763176U - Einrichtung zur photoelektrischen abtastung der lage eines objektes.

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Publication number: DE1763176U
Application number: DE1953L0008556
Authority: DE
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1953-08-24
Filing date: 1953-08-24
Publication date: 1958-03-13

Description

Verfalzren und EinrichyuU « r

jur I ? bvtoo

Aaktriqghe-Q"

ObJekltwo

Die Erfindung betrifft ein Verehren und eine InyohtMB ae

, 1tì

photoelektrisohen Abtastung der Lage ; der I4 b

'' ;, t.

eines relativ 2 : um Objekt oszillierenden Idohtatrahia

Bei den bekannten Geräten zur photoalektriwh<& AAtaag <

Lage einas Objektes wird <tin Liahtaiger &nf $i & a. v &<,'

hotozeU. angeordneten Spalt abgebildet, wobi twer <

''*'

LichtKOiey odwr dy Spalt von dex Lage dea Okt « w '

..'"

ert worden* Bei Koi% Lzidenz von Mohtzeiger xn&

'-.

die Photozelle den Maximalstem, der, bwii<M)

-'

Vertä : rkung. als Meßwert verwandet wixd. Die< aaaw< tw

,. ;

aber den Nachteil, daß erst bei $inwr Auwandcs :'<Kw M

eigers m dia volle Spaltbrite der Lichtstem <i -

,.,.

d. h. daß die Empfindlichkeit der Anordnung dadurok #fflbtu

ist,deJ6 eina Verschiebung um <tine ganza Salttt e

Mt t tt

Vollausschg des Anxeiginstrumenta ergibt.

Bei derartigen Geräten ist es ferner bekannt, duro) <a W

Liohtseiger aufgezwungen* ahw åer P4 » J

.".'

Wechselstrom zu erzeugen, der atoll 16ioÄr v. . t.. l1"., ,

..,",

Daau Nß im Liohtweg ein entsprechendes AbleBkegm <<<M

; j.,-<","

net werden, z. B. eine au Dreheehwingungen wMere Ma,' ;'

rallelplatte. Der u Drehehiwe re r

."

aenempfindlich gleichgerichtet* Ein leichetroAaaea"-'

,". ; t."

zeigt Abweiohungen dez lage lw

44

>s I&chßaigerg ds e

Burehänge den Lichtzeigers durah den Splt le <m <t\''

'''S

ohenden Liohtipulse eben llen, tm8 die SchaRt. aawoy

.--,

desPhotoellenatro&s wünscht. DeNeatsprechend it <ML< <

- -'

Fall die Fmpfirdlichkeit duroh die

X Ac*etit dw3h i

,,

..

ßind b&i mikroakop1eher Beobachtung nur 1 : 4 DuoWoà'.-

,,"",'

allzu großen A&fwnd duro&führbar beiepilewe) uMe& W<M

wendung von Naßetaben, r$n NaBat&bstriehw ale li&htßtWt

wen benf m hßJl : a}

sigeSchlitze in einer 1. tndurchs1ohtigen Sah1o. h1.,.,..'btlC"\ "

z

sind. Dadurch wird die'erwendungaagliaKkit wh wl...,

eX ir ; X :

. ....'"

t <

Da.a Verfahren nach der Erfindung vrmoidot $11$ iwwt Ste.

dadurch, d&B ein Mohtzeig6r derart auf inen ver <K

zu

gaelle angeordneten Steg einer Doppelapaltbl*ndo abg*butibt

r.'

wird, daß bei ton von Liohtzúger und ßte « k*JÄ gäht

auf die Photozelle : tdlltt =d daß bei einer 0 32 am% jto*

.-.

lichtzeigerst relativ zum Eg

13reite über den Rand des Steg.. durch den 8Ut 41. ,.. l .. ; i

zur

fallenden Lichtstrom die Photozelle selbst, bzw* tor

"'

schalate Verstärker, voll ausge8teuert.. , wad'"4i." ;

', Nt'

amVerstärkerauagag na. chphasen. empfindlioher GleßraMt,

auftretende Spannung, bzw* die Stromat&xke, &lw W<ey$ <% ',

,,.

,.,

ein entsprechendes Anzeigeinatrument gegeben wer&w& w w ..

aentlidheVorteil gegenüber dem Toll e. us$ele'u. Qt te& St% ;

;"

steht darin, daß bei der bekannten Anordnung klei&eye twta) ,,

.'", ï

gungswe1ten als-ein. btriahstärke keine TOU. ÂU. ->I\.'

'-

Photostromes hervorrufen kännen, bei dew neuen Anr&SHWS

' ?

gegen ein Bruchteil der trichatärke bereite TollaNwah<%. '

bedeutet.

"l,".

ßei ungewollt großen Ausschlägen dea Liohteigere wiL <& ?))'$-

effekt umgekehrten Vorzeichens an den AuBeRkentea. de ! ? Tpel-

spltbl$nde durch geeignete knbildung der Spal.. .

beSspiele e AL Fors EinX hrallelogrs « r s¢ « *Bs

oder durch Anordnung von Graukeilen im Dppelepl VttWeden

Soll als Objektlage der Aufschlag einea el&kyieoh& a<An<ty&-

mentes gemessen werden-. s. B, mit dem Lioheigaf 4$y Aa « aM&g

men fL*ßSen we alS 4 g

einenSpiegelinatruaas-oder bei eatstehandea. MtanigM a

tSteg"Tor dr Photoaelle der Faden ein<m ai$kty&m<<ra sä

ergibt sich als weitere Vereinfachung in Sinne der a wu

dieMöglichkeit, daa gleiche Meßinstrument dreh Ü<rla$<xn

ein.. Weohselspannung als Erzeugeæ der R. lat1T. o awi-

sehenl ; : Lcht r uld steg ZU benuZen. X b} *

zu messen. no kann ein solches elektrischen wo

einerrobusten, billigen Ausführung als za&tliehw ? SwtwiB

gungeorzeuger benutzt werden.

Der gemessene Gleichstromwert kann außer4ea naeh..-. hae

empfindlichen Gleichrichtung in einer BakkopylaNaehang

-dem elektrischen Instrument wieder zugefm=t

inpoeitiver Rückkopplung, um geringe Ausaehlägw tm vgr-

ßern oder in Gegenkopplung, um große Auesohläjg « ? ?. koaos.'-

tieren und damit gxoße Genauigkeit und ätabdiit** bei

g 6n mi ße Genadist ta**

ringorerEmpfindlichkeit zu erreichen.

Ist das zu vermessende Objekt so klein, &&S ein Mikrewk$y te*'

nutzt werden =ß-z*B. Elektroiaetertaden oder gt » ims) Uotab-

striche- so bildet das vorliegende Verfahren eeondere Vor-'

te kend belauohW 4

teile.Nährend bei H. llfldbeleuoh. in. ld. 4~. Lage

schwarzerStriche auf hellem Grund ka< me&are aAeMe'

den Phatostroas ergeben wurdeg im Danlgelteld dagegen 4m

geringeStreulicht einen groBs$ ? erwtrea'aa. f<MMB aMfdMte,

erlaubt dieses Verfahren, in einer Umkehrag des Mhgt eoai

Spalt mit voller Apertum der abbildeaden Optik auazul « chten

undverltleinert auf den strich bmw.'ade. abzubU~. Weien

des kleinen Winkelbereiohs, der dabei vom Okul atant

wird, ergibt eioh zusätzlich der V9rtell, 4ei e1n6 -

gierte Mnse, beispielsweise eine starke RegativliNa xt

Okular verwendet werden kann, wodurch auch noch diw oamta'

Baulänge des Instrumente verkürzt wlzdf,

In den Zeichnungen sind mehrere

stellt, und pa

Fig1 wine Anordnung nach d&y Erfindung mit ina Spi<wl-

galvanometer, dessen Ausaehlg geaeaean wMA<M& eoll

und dessen Spiegel durch überlagutu Wltroa

zuSchwingungenangeregtwird,

Fig. 2 und 3 zwei AuafühyungBformen der Dcpjjblendw,

Fig. 4 oina Anordnung nach der Erfindung', >4 det, der Steg

der Doppelapaltblende dureh X3 :

meternersetzt ist,

Fig. 5 eine Anordnung, bei der der Steg d «

durcheinen dünnen Draht, deeae&. Bewgw&wa &&rah

einen Oberflächenprüf taster gesteuert w<&<t er-

setzt ist$

Figt 6 ein einf&ohes elektrisches Instrument « ur ßeua

derRelativachwingung.

der Ptel n,,,

G-emB Fig* 1 wird ein durch eine Lichtquelle 1 ait Xadenaor

2 beleuchtete Spalt 3 durch die Optik 4 Uber » tal 5

einea Galvanometere 6 auf den Mittelster 7 einr Bewl<palt

blende8 abgebildete Die Doppelspaltblende $ id v& einer

2hotozelle 9 angeordnete die mit einem'*xotärker 10 v « bunden

ist.Uber einen phaeenempfindlichen Gleichrioliter li steht d » JC

Verstärkerauagang einerseits mit einem. Anzaigeinstaaw&i 12

andererseits mit der Spule T ? das GalYanoateterw $ i& Tbindn.

Außerdem Megt an elner zweiten Spule 14 de « 6

eine dechseletromquelle. Gegebenenfalls lii an . <a' Galvano-

moterspula 13 och ein$ KompenN&tionssyomq<ll$ t Bt< Atwa

kanten 16 der. Doppelspaltblende 8 s1nd Ton. 8hrl,,- . cr-n. ungen

17 oder durch Graukeile 18ebildet(Fig*2a4 *

Bei der Ausführungsform geNtä8 Pig. 4 wird d<a ? MaSatsaieh 22,

der von der Lichtquelle 21 beleuchtet iet dmröh dOypE 24-

auf den JSlektromatertaden 27 abgebildete Hint « a' A «. Xlkteaap

26 iot die Ihotoaelle 29 ms t, a ts 4Z T

undden phaaenempfindliohen Gleiohrichter31NitM'KttremeteT

26und dm Anseigeinatrument 32 verbanden iat< An < MEtrome--

ter liegt ferner die

Die Figur bs steigt schematisch eine OberflSeheDKfewleMRng,

bet der ein Upal ht t t

beider ein Spalt 42 von der Liehtquelle 4-1 Hber ejL&en endeNer

43 beleuchtet wird. Der Spalt 42 wird durch die Oyti 44 über

den Spiegel 45 eines Galvanometers 46 auf einen dajanes in

einem Rahmen 48 ausgespannten Draht 47 abgebildete Der Rahato

48 trägt außerdem den Prüftaster 57t d er ef deT Meflahe 56

gleitet. Hinter dem Rahmen 48 ist die Photozelle., orda. t,

die über den Verstärker 50 und den phasenemptißdliewa $eioh-

richter 51 sowohl mit der G&lvanometerspul59ale<h it

einem Anzeige-oder Schreibgerät 52 9#4 » weite

54 ist außerdem mit der

,, \

55verbunden*

DasElcMrcmetr ur Brze-amg der Relativaahwi&gß ; « in

Fig 6 dargastellt ist und due btiapieleweine Iz eineg Amrd-

nung nach Fig. 4 verwendbar iat, besteht aa. w eiMa ? J &' 1

ausIsolieraterial, in dea. ein kreofSyNieer Saidit 2 <Sts'*-

geapart tot. jer Schlitz 62 ist mit aw*i als KI&ktruden 63

und 64 dienenden Blechen ausgekleidet, di<t && tiay % &tihw&

Spannungaquelle 65 liegen. Zwischen den b. 14en Elât4""f

und 64 ist ein dümmer Draht 67 au. ag<apamnt Aef adt w<M ?

Weohsßlapannungaquelle 66 verbunden ist.'.

Die Optik 4, 24 44 ist derart baceen, dAB i dr Walwtellu&g

der Rpalt 3i22j42 vorzugsweise auf die ga=e ßzeito 4o » Stegen

* .

7t 27,47 abgebildet wird. Durch den Weohal1ro. ("". tls, an-

nun) der strom- (Spanmmg) q-a. elle 15 35< 59 wit r Spißl

zu

545 bzw. Slektrometrfaden 27 in Schwingungo. vt o

,

daßauch das Bild des Spaltes 3 22, 42 ta. SyssMtt Sahino'

,

gen gegenüber dem Steg 77, 47 schwingt &QA dMNwohwaA"

Licht auf die Thotozelle 9, 29, 49 fällt. In dp ?) K9Mll<t

,

entsteht dadurch ein Wochzeletron, densen positiv*'inii nogati-fe

Amplituden in der Nullstellung gleich groß groß ß PhoSos*Le

9, 29. 49 bzw. der Verstärker 10, 30, 50 ßind ao gholtet,'

daß sie bereits beim Auftreffen ein<es Bruohteile de Liohtatra'

durch den der Spalt 3, 22, 42 abgebildet wird, aaf Ic pho'to- ;

. I

zelle voll ausgesteuert sind. Asw

der Anordnung ga.. ne wesen tlioh erhtSht. I

Wandert der Spiegel 5 oder der Spalt 3, 22 ba.. 4er I1ektro-

t

meterfaden 27 odei der Draht 47 aus der NXU*4* h « a"t da=

j

wandert auch das Bild des MaSatabetricha « asAeM Joh a. M

., 1

steges 7 heraus. Dadurah wird 481'auf die PJs., toMu..,' ; t 29. 49.

fallendeLichtstrcm bei der Schwingung des Spitglw ? -45 b<w.

t

des 27 teils größer teile kleiner..'

damit worden augh die W40haeletroaum litaden der I>bütOZ*UO

variiert. NaCh Verstärkung und phasenempfind11ohar . 1. 1cÄ-

ting wird ein Teil des Ausgemgs'tromea &af di 8ple 1 33

desGalvanometers 6, 46 gegeben, so daß der Spi$g$ 45

soweit gedreht wird, daß eder der Spalt', 42 wieder

genau auf den Steg 7. 47 abgebildet wird, oder M xvisobm

einerRü. ckste3. 1kraft für den Spiegel und der &uyeh 4en SmfM

bewirkten entgegengesetzten Kraft ein Gleiohgewia&t eNateht.

Bei der A. nordnung nach Figur 4-werden die auftre'id. 4811 11,--

iumgen sinngemäß benutzt.

Auf einem Anzeigeinstrument2,3252 das van den ABgngw

straen bxw<-Spannungen geatenert wird, nd a $ae<afll<

gleichh a de chtg St. nh ht

welligen (relativen) Bewegung-des duroh (sn Spalt,. 2. t

symbolisierten Objekts bw. die Bewegungen des Prt'tM

57 abgelesen werden.

Das gleiche MeBprinzi ist in jedem Falle anwenda) de

kleinste Verschiebungen eines Objekts die dBLra <ia< Jht

zeiger <<ur eine Photozelle proiz1ert werden kann. a....... en

werdenrollen.

Claims

A n s p r ü ehe

1) Einrichtung zur photoelektrischen Abtastung der Lage eines Objekts mittels eines durch das Objekt gesteuerten r Lichtzeigers, bei dem dieser Lichtzeiger derart auf einen vor einer Photozelle angeordneten Steg einer Doppelspat- blende abgebildet wird, daß bei Koinzidenz von Lichtzei- ger und Steg keinJLicht auf die Photozelle fällt und daß bereits bei einer Belativauswanderung zwischen Lichtzeiger und Steg um einen Bruchteil ihrer Breite durch den auf die Photozelle fallenden Lichtstrom die Photozelle selbst bzw. 1 der nachgeschaltete Verstärker voll ausgesteuert werden, wobei die am Verstärkerausgang nach phasenempfindlicher Gleichrichtung auftretende Spannung bzw. die Stromstärke als Meßwert auf ein entsprechendes Anzeigeinstrument ge-

1-1 geben werden, bei der eine Relativsohwingung zwischen ! Liohtzeiger und Steg orzwungon wird, dadurch gekennzeioh-

net, daß eine Vorrichtung zur Erzwingung ei : her Relativ- schwingung zwischen Lichtzeiger und Steg vorgesehen ist. : t' 2) Einrichtung nach Anspruch 1t dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtweg ein Spiegelgalvanometer mit zwei Spulen eingeschaltet ist, von denen die eine mit einer Wechsel- stromquelle, die andere mit dem phasenempfindlichen Gleich- richter verbunden ist. 3) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Galvanometerspule mit einer Wechselstromquelle,

die andere mit dem phasenempfindlichen Gleichrichter und einer Gleichstromquelle verbunden ist. 4) Einrichtung nach Anspruch : 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einer Wechselstromuelle liegendes Elektrometer im

Lichtweg angeordnet ist.

5) Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrometer zusätzlich mit dem phasenempfindlichen Gleichrichter verbunden ist.

6) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelspaltblende von dem Prüftaster eines Oberflächenprüfgerätes steuerbar ist.

7) Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Lichtzeiger abgebildete beleuchtete Spalt von dem auszumessenden Objekt steuerbar ist.

8) Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Galvanometerspiegel mittels eines durch die Galvanometerspule fließenden, von der Lage des auszumessenden Objekts abhängigen Gleichstroms steuerbar ist.

9) Doppelspaltblende für eine Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, txäxxz gekennzeichnet durch eine trapez-oder parallelogrammförmige Ausbildung der Außenkanten des Doppelspaltes.

10) Doppelspaltblende für eine Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkanten des Doppelspaltes als Graukeile ausgebildet sind.

11) Elektrometer für eine Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein kreuzförmiger Schlitz in einer Platte aus Isoliermaterial mit zwei als Elektroden dienenden Blechen ausgekleidet ist, die an einer statischen Spannungsquelle liegen, und daß zwischen den Elektroden ein an einer

Wechselspannung liegender Draht ausgespannt ist. .