DE3503163C1 - Mikroskop-Photometer - Google Patents

Description

daß zur Abschaltung des Lichtunterbrechers ab einer vorgegebenen Scanningfrequenz eine Einrichtung zum Anhalten des Flügelrades (18) in einer Stel-

1. Mikroskop-Photometer mit einem das Bildfeld
des Objektes abtastenden Scanningsystem (22), einer Lichtmeßeinrichtung (16) für das vom Scanningsystem hindurchgelassene Licht und einem einen Antriebsmotor (20) und ein Flügelrad (18) aufweisenden Lichtunterbrecher zur periodischen Unterbrechung des zur Lichtmeßeinrichtung (16) gelan- io zur Konstanthaltung der elektronischen Meßfrequenz genden Lichtes, dadurch gekennzeichnet, regeln, wobei eine Lichtschranke verwendet wird, um

die Istfrequenz zu erfassen, die dann mit der Sollfrequenz verglichen wird. Diese Lichtschranke dient gleichzeitig auch zur Umschaltung von Meßsignal auf

lung, in der das Licht (26') zur Lichtmeßeinrichtung 15 Dunkelstromsignal und umgekehrt.

(16) vollständig durchgelassen wird, vorgesehen ist. Das bekannte Mikroskop-Photometer erlaubt auch

2. Mikroskop-Photometer nach Anspruch 1, bei die Abtastung des Bildes des Objektes mit Hilfe eines dem eine Lichtschranke (24) vorgesehen ist, deren Scanningsystems, wozu der Objekttisch des zugehöri-Lichtweg vom Flügelrad (18) unterbrochen wird und gen Mikroskopes mit Hilfe von Schrittmotoren in zueinderen Ausgangsspannung mit zunehmendem Ein- 20 ander senkrechten Richtungen in Übereinstimmung mit tauchen der Drehkante des Flügelrades (18) in den einer Scanningfrequenz bewegt werden kann. Diese Lichtweg zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß Scanningfrequenz liegt weit unterhalb der Lichtunterzum Anhalten des Flügelrades (18) ab einer vorgege- brecherfrequenz und kann, wenn der Lichtunterbrecher benen Scanningfrequenz in einer Stellung, in der das beibehalten werden soll, nicht erhöht werden, da eine Licht (26') zur Lichtmeßeinrichtung (16) vollständig 25 etwa gleichen Frequenzen von Lichtunterbrecher und durchgelassen wird, die Lichtschranke (24) an einer Scanningsystem vorzunehmende Synchronisation zwi-Stelle angeordnet ist, an der sich die in Drehrichtung sehen Scanningsystem und Lichtunterbrecher aufgrund des Flügelrades (18) hintere Flügelkante im Licht- der diesen Systemen anhaftenden Trägheit nicht mögweg der Lichtschranke (24) befindet, wenn der Licht- lieh ist. Nun kann aber auch bei nichtangetriebenem unterbrecher den Lichtweg zur Lichtmeßeinrich- 30 Lichtunterbrecher das bekannte Mikroskop-Photometung (16) freigibt, und daß eine Steuereinrichtung ter nicht mit einer höheren Scanningfrequenz betrieben mit der Lichtschranke (24) und dem Antriebsmotor werden, da die Position des Lichtunterbrechers bei Still-(20) des Lichtunterbrechers verbunden ist, die dem stand nicht definiert ist. Die Verwendung eines Lichtun-Lichtunterbrecher oberhalb eines Grenzwertes (G) terbrechers in einem Mikroskop-Photometer hat nach der Ausgangsspannung der Lichtschranke (24) eine 35 dem Stand der Technik unweigerlich zur Folge, daß von dieser Ausgangsspannung abhängige und in der dann die Scanningfrequenz relativ klein bleiben muß. Drehrichtung des Lichtunterbrechers positive Be- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein schleunigung und unterhalb des Grenzwertes (G) Mikroskop-Photometer der eingangs genannten Art der Ausgangsspannung der Lichtschranke eine von derart auszubilden, daß es auch bei hohen Scanningfredieser Ausgangsspannung abhängige und in der 40 quenzen betrieben werden kann.

Drehrichtung des Lichtunterbrechers negative Be- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß zur Abschaltung des Lichtunterbrechers ab einer vorgegebenen Scanningfrequenz eine Einrichtung zum Anhalten des Flügelrades in einer Stellung, in der das

schleunigung bis zu dessen Richtungsumkehr erteilt, wobei die maximale negative Beschleunigung größer als die maximale positive Beschleunigung ist.

3. Mikroskop-Photometer nach Anspruch 2, da- 45 Licht zur Lichtmeßeinrichtung vollständig durchgelasdurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ei- sen wird, vorgesehen ist. nen Proportionalverstärker (36) aufweist, dessen
Nullinie am Ausgang um einen den vorgegebenen

Grenzwert (G) der Ausgangsspannung der Licht-

Eine derartige Einrichtung könnte bspw. mit Hilfe von Magneten arbeiten, die wahlweise wirksam werden, um das Flügelrad bei Stillstand in eine definierte Stelschranke (24) entsprechenden Betrag zur Nullinie 50 lung zu fahren und dort zu halten. Gemäß einer bevorbeim Eingang versetzt ist. zugten Ausführungsform der Erfindung, bei der von ei

nem Mikroskop-Photometer mit einer Lichtschranke

ausgegangen wird, deren Lichtweg vom Flügelrad unterbrochen wird, wobei mit zunehmendem Eintauchen 55 der Drehkante des Flügelrades in den Lichtweg die Aus-

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop-Photometer mit gangsspannung der Lichtschranke zunimmt, wird jeeinem das Bildfeld des Objektes abtastenden Scanning- doch zum Anhalten des Flügelrades ab einer vorgegesystem, einer Lichtmeßeinrichtung für das vom Scan- benen Scanningfrequenz in einer Stellung, in der das ningsystem hindurchgelassene Licht und einem einen Licht zur Lichtmeßeinrichtung vollständig durchgelas-Antriebsmotor und ein Flügelrad aufweisenden Licht- 60 sen wird, die Lichtschranke an einer Stelle angeordnet, unterbrecher zur periodischen Unterbrechung des zur an der sich die in Drehrichtung des Flügelrades hintere Lichtmeßeinrichtung gelangenden Lichtes. Flügelkante im Lichtweg der Lichtschranke befindet,

Mikroskop-Photometer dieser Art sind allgemein be- wenn der Lichtunterbrecher den Lichtweg zur Lichtkannt (sh. bspw. Forschungsmikroskop UnivaR von der meßeinrichtung freigibt, und wird eine Steuereinrich-Firma Reichert, Wien). Der Lichtunterbrecher dient da- 65 tung mit der Lichtschranke und dem Antriebsmotor des zu, die Meßgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Lichtunterbrechers verbunden, die dem Lichtunterbre-Messung zu erhöhen. Dabei werden abwechselnd eine eher oberhalb eines Grenzwertes der Ausgangsspan-Messung in der Hellphase (Lichtunterbrecher offen) nung der Lichtschranke eine von dieser Ausgangsspan-

nung abhängige und in der Drehrichtung des Lichtunterbrechers positive Beschleunigung und unterhalb des Grenzwertes der Ausgangsspannung der Lichtschranke eine von dieser Ausgangsspannung abhängige und in der Drehrichtung des Lichtunterbrechers negative Beschleunigung bis zu dessen Richtungsumkehr erteilt, wobei die maximale negative Beschleunigung größer als die maximale positive Beschleunigung ist.

Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung einen Proportionalverstärker auf, dessen Nullinie am Ausgang um einen den vorgegebenen Grenzwert der Ausgangsspannung der Lichtschranke entsprechenden Betrag zur Nullinie beim Eingang versetzt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

F i g. 1 schematisch eine Seitenansicht eines Mikroskop-Photometers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Flügelrad des in F i g. 1 gezeigten Lichtunterbrechers,

Fig.3 das Blockschaltbild einer Steuereinrichtung für den Motor des Lichtunterbrechers und

F i g. 4 Signalverläufe beim Schaltbild der F i g. 3.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Strahlengang des Mikroskop-Photometers schließt sich in der Zeichnung rechts der Strahlengang des an sich bekannten Mikroskops an, wobei durch die Optik des Mikroskops eine Abbildung des beobachteten Objektes in einer Ebene des Mikroskop-Photometers erzeugt wird, in der eine Meßblende 10 angeordnet ist. Mit Hilfe von Sammellinsen 12 und 14 wird das Objektfeld bei der Meßblende 10 nahe der Eintrittsstelle in einen Photomultiplier 16 abgebildet.

Es ist ein Lichtunterbrecher vorgesehen, der ein Flügelrad 18 aufweist, das von einem Motor 20 angetrieben wird. Das Flügelrad 18, das in Draufsicht in Fig.2 gezeigt ist, unterbricht in bekannter Weise den Strahlengang des Mikroskop-Photometers nahe dem Brennpunkt der Sammellinsen 12 und 14, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist.

In F i g. 1 ist außerdem eine Scanningeinrichtung 22 angedeutet, mit der für ein Bildscanning die Meßblende 10 im Objektfeld verschoben werden kann, um so das Objekt Punkt für Punkt lichtmäßig abtasten zu können. Das Bildscanning könnte aber jederzeit auch auf eine andere Weise durchgeführt werden, bspw. indem der Objekttisch, auf dem das zu beobachtende Objekt liegt, mit Hilfe von Schrittmotoren bei stationärer Meßblende in der einen oder anderen Richtung verfahren wird, wobei das schrittweise Verfahren des Objekttisches oder der Meßblende mit einer bestimmten Scannerfrequenz, die einstellbar ist, erfolgt.

Die Frequenz des Lichtunterbrechers ist nach dem Stand der Technik wesentlich höher als die Scannerfrequenz, so daß in den Schrittpausen des Scanners der mit dem Photomultiplier zu messende Lichtstrahl mehrmals durch das Flügelrad 18 unterbrochen wird, um abwechselnd Messungen in der Hell- und in der Dunkelphase zu erhalten, wie dies an sich bekannt ist. Da die Konstanz der Lichtunterbrecherfrequenz meßtechnisch von großer Bedeutung ist, wird die Lichtunterbrecherfrequenz mit Hilfe der in F i g. 3 gezeigten Schaltung geregelt. Die in F i g. 3 gezeigte Schaltung kann aber auch das Flügelrad 18 des Lichtunterbrechers an einer definierten Stelle anhalten, die derart gewählt ist, daß in dieser Stellung des Flügelrades dann das Meßlicht ungehindert in den Photomultiplier 16 gelangen kann. Diese Möglichkeit eines definierten Anhaltens des Lichtunterbrechers erlaubt es, das mit einem Lichtunterbrecher ausgerüstete Mikroskop-Photometer auch bei hohen Scanningfrequenzen zu verwenden, bei denen von einer Zerhakkung des Lichtstrahles wegen der nicht-realisierbaren Synchronisation zwischen Lichtunterbrecher und Scanner abgesehen werden muß.

Um dies zu ermöglichen, ist eine an sich bekannte sogenannte Gabellichtschranke 24 bestehend aus einer Leuchtdiode und einer Photodiode vorgesehen, deren Lichtweg vom Flügelrad 18 unterbrochen wird. Der Ort der Gabelschranke ist dabei derart gewählt, daß, wie es aus F i g. 2 hervorgeht, das Meßlicht 26' vom Lichtunterbrecher nicht unterbrochen wird, wenn sich die in Drehrichtung des zweiflügligen Flügelrades hintere Kante eines Flügels im Lichtweg der Lichtschranke 24 befindet. Die Drehrichtung des Flügelrades ist in F i g. 2 mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Der Signalverlauf am Ausgang der Lichtschranke 24 ist in F i g. 4b gezeigt, wobei in F i g. 4a, die der F i g. 4b zugeordnet ist, die periodische Unterbrechung des Lichtweges der Lichtschranke veranschaulicht ist. Dabei bedeuten die doppelt schraffierten Felder eine völlige Unterbrechung des Lichtweges, während die einfach schraffierten Felder das Eintauchen des Flügels des Flügelrades mit seiner Drehkante in den Lichtweg der Lichtschranke 24 veranschaulichen.

An der Lichtschranke 24 ist ein invertierender Schmitt-Trigger 26 angeschlossen, der das Trapezsignal gemäß Fig.4b in ein Rechtecksignal gemäß Fig.4c umwandelt. Als Schmitt-Trigger kann der Baustein 74 C 14 verwendet werden.

Der Ausgang des Schmitt-Triggers 26 ist mit dem Eingang eines flankengetriggerten und mit Vorzeichengedächtnis ausgestatteten digitalen Phasendetektors 28 verbunden, der auf seinem anderen Eingang die Sollfrequenz gemäß F i g. 4d erhält. Als Phasendetektor kann der Baustein MCl 4046 B verwendet werden, wobei die Eingangsanschlüsse PCAj_n und PCBj_n belegt werden. Am Ausgang PC2_0Ut erscheint dann das in F i g. 4e veranschaulichte Signal. Ein Tiefpaßfilter 30 filtert die vom Phasendetektor 28 abgegebenen Impulse und erzeugt ein Regelsignal, das in F i g. 4f veranschaulicht ist. Nach Durchlauf eines Multiplexers 32 (bspw. MCl 4066 B), der in Abhängigkeit eines LAUF-HALT-Signals umschaltet und in der in F i g. 3 gezeigten Stellung in der Stellung I steht, wenn er das LAUF-Signal erhält, gelangt das in F i g. 4f gezeigte Regelsignal zu einem Proportionalverstärker 34 (bspw. 741), der das Regelsignal verstärkt, das dem trägheitsarmen Gleichstrommotor 20 zum Antrieb des Flügelrades 18 dann zugeleitet wird. Auf diese Weise läßt sich über die Sollfrequenz die Lichtunterbrecherfrequenz vorgeben und regeln, so daß diese möglichst konstant und in der Phasenlage gleich bleibt.

Gelangt an den Multiplexer 32 das HALT-Signal, so schaltet dieser auf II um, wobei anstelle des Regelweges über 26, 28 und 30 nunmehr ein Regelweg über einen Proportionalverstärker 36 eingeschlagen wird, bei dem es sich ebenfalls um den Baustein 741 handeln kann. Dieser Baustein führt eine Pegelverschiebung durch, d. h. daß die Nullinie des Ausgangssignals zur Nullinie des Eingangssignals bei gleichzeitiger Verstärkung des Eingangssignals verschoben wird, wie dies aus einem Vergleich der F i g. 4b und 4g hervorgeht, wobei erstere das Ausgangssignal der Lichtschranke und damit das Eingangssignal des Bausteines 36 darstellt, während letztere das Ausgangssignal des Bausteines 36 darstellt, das dann über den Multiplexer 32 und den Proportionalverstärker 34 an den Gleichstrommotor 20 gelangt. Die Nullinie geht bei dem in F i g. 4g veranschaulichten Aus-

5 6 ,

gangssignal an Stellen hindurch, die Grenzwerten G im **·

Eingangssignal gemäß Fig.4b des Bausteines 36 entsprechen. Diese Grenzwerte G sind so gewählt, daß die Nullinie in F i g. 4g asymmetrisch zum Signalverlauf zu liegen kommt derart, daß die bei unterbrochenem Lichtweg der Lichtschranke auftretende maximale Beschleunigungsspannung Ubs kleiner als die bei offener Lichtschranke mit umgekehrter Polarität auftretende maximale Bremsspannung Ub_r ist. Soll also der Lichtunterbrecher mit dem symmetrischen zweiflügligen Rad ge- ίο stoppt werden, so ist die Bremsverzögerung bei nichtunterbrochener Lichtschranke größer als die Beschleunigung, die während der Zeit auftritt, in der der Flügel des Lichtunterbrechers den Lichtweg der Lichtschranke unterbricht. Das Flügelrad wird also abgebremst, bis es zum Stillstand kommt. Ist die Lichtschranke bei Stillstand des Flügelrades offen, so wird das Flügelrad aufgrund der umgekehrten Polarität der Bremsspannung dann in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden, bis der Flügel mit seiner in der ursprünglichen Drehrichtung hinteren Drehkante den Lichtweg der Lichtschranke unterbricht und wieder in der ursprünglichen Drehrichtung beschleunigt wird. Der Vorgang wiederholt sich, wobei sich schließlich der Flügel in einer stabilen Lage einpendelt, in der seine in der normalen Drehrichtung hintere Kante im Lichtweg der Lichtschranke zu liegen kommt, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.
Ein Verharren des Flügels mit seiner in Drehrichtung

vorderen Kante im Lichtweg der Lichtschranke ist nicht möglich, da dies ein labiler Zustand ist.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß

das Regelsystem I mit den Komponenten 18 bis 34 als

Nachlaufsynchronisation (phase-locked loop) ausge- ,,

führt ist und zur Geschwindigkeitsregelung verwendet /

wird, wobei durch schaltungsmäßige Auslegung ein

möglichst kleines Phasenrauschen erzielt wird. Daher ^

kann sowohl das Signal von der Gabellichtschranke als auch die Sollfrequenz zur Synchronisation mit der

Lichtmessung verwendet werden.
Das Regelsystem II mit den Komponenten 18,20,24,

36, 32, 34 ist als Proportionalregler ausgeführt, wobei sich eine Regelabweichung einstellt, wenn die optische Achse der Gabellichtschranke nicht mit einer Kante des Lichtunterbrechers übereinstimmt. Bevor sich das System stationär einstellen kann, muß es zuerst eine Bremsung des Lichtunterbrechers bewirken. Dies wird durch die Pegelverschiebung bewirkt, wodurch die Regelabweichung, die sich als Antrieb in die Gegenrichtung auswirkt, den Motor mehr abbremst, als er in den Phasen, wo die Regelabweichung ein Wiederbeschleunigen bewirkt, wiederbeschleunigt werden kann. Erst wenn der Motor genügend abgebremst ist, um eine tatsächliche Bewegung in Gegenrichtung kurzzeitig zu erfahren, tritt die Regelung inkraft.

55 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   und eine Messung in der Dunkelphase (Lichtunterbrecher geschlossen) durchgeführt. Die in diesen beiden Phasen abgeleiteten Signale werden dann getrennt als Meßsignale und als Dunkelstromsignal weitergeleitet, wobei dann durch Differenzbildung zwischen Meßsignal und Dunkelstromsignal einerseits der Dunkelstrom kompensiert und andererseits der Nullpunkt dauernd geregelt werden kann.
   Die Drehfrequenz des Lichtunterbrechers läßt sich