DE2102027A1

DE2102027A1 - Verfahren zum optischen Abgleich

Info

Publication number: DE2102027A1
Application number: DE19712102027
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Phys.Dr. 7030 Böblingen. GOIc 11-16 Schedewie
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1971-01-16
Filing date: 1971-01-16
Publication date: 1972-08-24
Also published as: US3764218A; JPS547175B1; DE2102027C2; FR2122152A5; GB1370368A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-MasAinen Gesellschaft mbH ** ^V ** '

BCblingen, 14. Januar 1971 pr-rx

Amtlich·· Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderint Docket GB 970 018

Verfahren »um optischen Abgleich

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sum optischen Abgleich bei Lichtabtaster», insbesondere zur Anzeige des Kanteneinfanges bei Mefimlkroskopen.

Bei der Abtastung von Flächen durch Lichtstrahlen wird das reflektiert· oder das durchgelassene Licht durch lichtempfindliche Elemente in elektrische Signale umgewandelt, die nach entsprechender Verarbeitung durch geeignete elektrische Anordnungen Kriterien for das Vorliegen bestimmter Gradienten der Reflektivität oder der Transparenz der abgetasteten Flächen liefern. Die Abtastung, kann beispielsweise erfolgen, um das Vorhandensein von Störungen, die absolute oder die relative Lage von Linienkanten, insbesondere deren Abstände, die Form von zu erkennenden Zeichen usw. zu erkennen. Die Lichtpunkt·* abtastung kann aber auch bei der Auswertung von Bildern mit verschiedenen Grauwert- oder Farbwert-Obergängen, wie Ver- μ schattungen* Auswertung von in Form von Grauwert-, Trübung·- oder Farbwertgradienten vorliegenden Analysen- oder Kefiergebnissen oder dergl. dienen.

Bei allen diesen Anwendungen dient der Lichtstrahl nur als "Sonde", deren in Form von Strahlung gelieferte Informationen erst in elektrische Signale umgewandelt werden müssen, die erst nach einer mehr oder weniger komplizierten Verarbeitung durch elektrische Verfahren in die gewünschten Aussagen umgewandelt werden.

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So wird beispielsweise in der Literaturatelle "Automatisches Vermessen und Protokollieren von Präslslonsma&stäben" von K. Beineck·, Maschinenmarkt, 71, Mai 1965, Seite 27, eine Anordnung »it einen Lichtpunktabtaster beschrieben, bei der der abtastende Lichtstrahl bei Vorliegen einer Transparent auf die Kante eines Prismas fällt, durch das er bei genauer Mittellage der Transparent in svei gleiche Komponenten aufgespalten wird. Die Gleichheit der Komponenten wird durch zwei Fotosellen und Vergleich der an ihren Ausgängen auftretenden Ströme festgestellt.

Xm gleichen Aufsats werden Abtastverfahren mit Schwingblenden und eit Lochscheiben beschrieben. Auch bei diesem Verfahren dient das reflektierte oder das durchgelassene Licht nur als *Rohinformation*, die erst in elektrische Impulse umgewandelt werden muft, ehe sie nach weiterer Verarbeitung durch elektrische Verfahren in Aussagen fiber das Vorliegen bestimmter Verhältnisse auf der abgetasteten Fläche umgewandelt werden kann·

Die Anordnungen aur Durchführung der oben erwähnten elektrischen Verfahren können beispielsweise aus Brücken oder aus Gleichrichtern und Differensierglledern xur Durchführung von Hull-Abgleichen, aus Schwellwertschaltungen sur Feststellung von Maximal- oder Minimalwerten oder aus Zeitmefischaltungen sur Messung von Impulsbreiten oder Zmpulsabständen bestehen.

Abgesehen davon, daft bei der Umwandlung der Lichtwerte in elektrische Herte, beispielsweise durch Alterung der lichtelektrischen Wandler, Fehler entstehen können, die insbesondere bei Nullabgleichverfahren die Mefiergebnisse stark verfälschen, sind auch die Anordnungen sur Weiterverarbeitung der möglicherweise schon fehlerbehafteten elektrischen Größen potentielle Störquellen, was insbesondere bei der Verarbeitung von Analogwerten su schwerwiegenden Fehlergebnissen führen kann. Darüber hinaus arbeiten die obengenannten elektrischen Anordnungen zur Weiterverarbeitung der ihnen sugeführten Informationen, 1ns-

am min nift ^BAD OfSfGiNAL

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besonder« wann analog· Informationen mit großer Genauigkeit verArbeitet werden sollen, nit einer gewiesen Zeitverzögerung, was In vielen Anwendungen störend ist*

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung »us, ein Verfahren anzugeben, bei den die Verarbeitung der bei optischen Geräten zunächst In Form von Richtwerten anfallenden Informationen möglichst weitgehend auf optischem Wege erfolgt, so daft bei der zur Erzeugung von Steuer- oder Regelgrößen erforderlichen Umwandlung von Lichtwerten die elektrischen Werte möglichst nur die Regelgrößen selbst darstellen» bzw. nur Digitalwerte umgewandelt werden müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren sum optischen Abgleich bei Liehtabtastern, Insbesondere zur Anzeige des Kanteneinfanges bei Meßmikroekopen gelöst, das dadurch gekennzeichnet 1st, daß auf der abzutastenden Fläche periodisch abwechselnd zwei oder mehr Figuren abgebildet werden, die oder deren Projektionen in bestimmten Richtungen einander durchdringen oder einschließen, und daß das Verhältnis, Insbesondere das Verschwinden der Differenz zwischen den während der Dauer der einzelnen Abbildungen reflektierten und/ oder durchgelassenen Lichtmengen als Kriterium für das Vorliegen bestimmter Reflektivitäts- bzw. Transparenzgradienten verwendet wird. ^

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrene ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Fliehen und der Lichtintensitäten sowie die Symmetrielage der einzelnen Figuren so aufeinander abgestimmt sind, daß die Differenz der reflektierten und/oder durohgelassenen Lichtetröste bei der periodisch abwechselnden Abbildung der einzelnen Figuren bei Vorliegen eines vorgebbaren Helligkeitsgradienten oder bei einer bestimmten Relativlag« zu einem solchen Gradienten verschwindet.

Eine weitere besonders vorteilhafte Au«führung«form des Erfin- Docket GE 97O O18

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dungegedanken« ist dadurch gekennzeichnet« daß die Lichtfiguren Blind··tens paarweise zueinander symmetrisch liegen« gleiche Fliehen und gleiche Lichtintensltlten haben.

Eine andere besonder· vorteilhafte Fortbildung de· erfindungsgemlien Verfahren· let dadurch gekennzeichnet« da» die Lichtfiguren ungleiche Fliehen haben« aber durch gleiche Lichtstrome erzeugt werden.

Sine andere besonder· vorteilhafte Weiterbildung de« Erflndungsgedanken· i*t dadurch gekennzeichnet« daß die Lichtfiguren au· einem Spalt und einem diesen symmetrisch einschließenden Doppelapalt gleicher Fliehe und gleicher Leuchtdichte bestehen·

Eine weitere Ausbildungsform des Erfindungsgedanken· 1st da** durch gekennzeichnet, daft die Lichtfiguren au« zwei eich kreuzenden Rechtecken gleicher Fliehe und Leuchtdichte bestehen»

Eine andere besonder« vorteilhaft· Ausführung des Erfindungsgedanken· iet dadurch gekennzeichnet* daß da« an der abzutastenden Fliehe reflektierte und/oder durchgelassene Licht in einem lichtelektrisch» Wandler in elektrische Signale umgewandelt wird^ deren Verlauf« vorzugsweise deren Verschwinden daa Vorliegen eines bestimmten Helligkeitsfradienten anzeigt.

Eine andere besonders vorteilhafte Aus führung· form des Erflndungsgedankene iet dadurch gekennzeichnet« daß beim Durchlauf der Lichtfiguren durch einen Weiß~8chwarz-Gradlenten eine dinusspannung entsteht« die beim Durchlauf dea Symmetriepunktes 1«- Lichtfigur verschwindet und dann in eine um 180° phasenverschoben· Slnuaapannung übergeht« und daß beim Durchlauf durch Schwers-WelB-Gradienten eine gleichgroße Fhaaenlnderung Slmiaspaiuiuag in entgegengesetzter Richtung erfolgt.

Erfindung wird anschließend anhand der Figuren nlher erllwr t. Es zeigern

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BAD ORiQINAL

Flgn. 1 + la die achematische Darstellung der bei bekannten Abgleichverfahren auftretenden Signalverläufe;

Flg. 2 die schematische Darstellung der Leuchtdichte

bei abwechselnder Beleuchtung durch einen Doppel- und einen Einfachspalt nach dem erfIndungsgsoäeen Verfahren;

Flg. 3 die schematische Darstellung des Signalverlaufs

bei der erfindungsgemiSen optischen Nullabgleichmethode;

Flgn. 4-9 Ausführungsbeisplele zur Verwirklichung des er-

flndungagemäßen Verfahrens·

Aus der Photometric 1st bekannt, das der Abgleich der Helligkeit einer leuchtenden Fläche auf gleiche Helligkeit mit einer Vergleichsfl&che mit viel größerer Genauigkeit vorgenommen werden kann als der Abgleich einer leuchtenden Flache auf Helligkeit*- maxlmum oder Helligkeltsmlnimum. Ebenso 1st es auf dem Gebiet der Frequenzmessung bekannt, daß eine Frequenz durch Oberlagerung mit einer Vergleichsfrequenz und Abgleich auf Schwebungafrequenz null exakter gemessen werden kann als durch Resonanzabstimmung mit einem geeichten Schwingkreis· Der Grund für diese Genauigkeitsunterschiede 1st aus den Flgn. 1 und la ersieht- * lieh. Bei dem Nullabgleichverfahren nach FIg* 1 weist ein Meßaignal y an der Stelle der Meßwertbildung, d.h. im Nulldurchgang seine größte Steigung auf, so daß der Nullabgleich mit optimaler Empfindlichkeit vorgenommen werden kann. Dagegen weist die in Flg. la dargestellte Signalkurve y bei einem Abgleich auf Maximum oder Minimum an der Stelle der Meßwertbildung die Steigung Null auf» so daft das Signal gerade im entscheidenden Bereich von der Meßvarlablen χ unabhängig oder nahezu unabhängig ist« Dies bedingt eine relativ große MeAunsioherhelt, unabhängig davon» ob der Abgleich manuell-visuell oder automatisch durchgeführt wird.

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BAD ORIGINAL

Bei den bekannten Meftmikroskopeft wird der Hefietrahl zur genauen Feststellung des Auftretens einer Kante durch geeignete Mittel gevobbelt, wobei am Ort des gröeten Gradienten der Reflexion bsw. Transmission die «weite Ableitung als Funktion der Ortskoordinate verschwindet. Dabei wird die «weite Ableitung auf elektronischem Wege gebildet, was, wie schon oben beschrieben, mit einer Reihe von Nachteilen verbunden ist.

Xn Flg. 2 wird der Verlauf der Leuchtdichten bei abwechselnder Beleuchtung einer Ebene durch einen Einfachspalt und einen Doppelspalt wiedergegeben, wobei die Leuchtdichte der durch den mittleren Spalt 5 erfolgenden Beleuchtung doppelt so groß 1st wie die Leuchtdichte der durch die beiden seitlichen Spalte 6 und 7 erfolgenden Beleuchtung. Zm oberen Teil der FIo. 3 ist die gleiche Leuchtdichtenverteilung wie in Flg. 2 wiedergegeben. Xm mittleren Bereich der Flg. 3 werden fünf verschiedene Kantenlagen durch mit 0 bis 4 bezeichnete Linien angedeutet. Xm unteren Teil der Fig. 3 wird der Verlauf des durch optischen Abgleich des beim Vorbeigang einer Kante durch die Syiometrlelinle der in Flg. 2 dargestellten Spaltanordnung entstehenden Signals wiedergegeben. Beim durch die Fig. 3 veranschaulichten Verfahren werden anstelle eines gewobbelten Abtastspaltes in periodischem Wechsel •in Spalt und ein Doppelspalt mit demselben Lichtstrom erseugt. Spalt und Doppelspalt liegen in diesem Falle syanetrlsch suelnander. Der MeBort wird durch die Symmetrielinie der Spaltanordnung definiert·

Diese Konfiguration einer "Llchteonde" gewährleistet einen Nulldurchgang des Wechsellichtsignals In dem Moment, wo eine au lokalisierende Hell-Dunkel-Kante mit der Symmetrielinie der Sonde susamnenflllt. Xn Fig. 3 wird der Gesamtverlauf des Signals als Funktion der Kantenlage beschrieben.

Als Ausgangssltuatlon sei angenommen, da» sich die Sonde in ihrer vollen Ausdehnung la einem Dunkelgebiet befindet* Bin KanteafiberfftB« von dunkel auf hell befindet sich in negativer x-Rlchttmg aufterhali^ «I«a Bi&fangbereichet in der mit O beseich-Docket GE 970 018

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BAD ORJGfNAX

noten Lag«. Da» iießobjekt bewegt «ich in positiver x~Richtung, wobei die Kante den Einfangbereich der Lichtsonde überquert« Sie nismt dabei nacheinander die durch die Bezugszeichen X bis 4 angegebenen Lagen ein, die in besug auf den Verlauf des Meftsignals aufgezeichnet sind.

Zn der mit O bezeichnetes* Ausgangs lage entsteht, wie leicht einzusehen ist, kein Signal. Gelangt die Xante aber in den Einfangbereich der Anordnung, so baut sich allnählieh eine Signalamplitude auf, wobei ein Detektor in jeder Halbperiode, in der der Doppelspalt, d.h. die Spalte € und 7 (Fig. 2), ausgeleuchtet ist, einen Hell-!«puls empfangt. Bei weiterer Verschiebung der j Kante in positiver x-Richtung wächst das Signal und erreicht bei d»r mi* 1 bezeichneten Kantenposition ein erstes Maximum, Xn dieser Stellung hat die Kante auch den Bereich des Einzelspaltes 5 (Flg. 2) erreicht so daß auch während der ihm zugeordneten Halbperioden Hell-Xopulse erzeugt werden. Diese wachsen nun bei weiterem Kantenvorschub in positiver x~Richtung an, wahrend die Impulse des Doppelspaltes zunächst konstant bleiben·

Da für die erzeugte SignalanpUtude die Differenz der Helligkeiten in den Halbperioden maßgebend ist, nimat nach der Position 1 das Signal wieder ab. Erreicht die Kante die Position 2, so wird das im unteren Teil der Fig. 3 dargestellte Signal gleich O. Xn dieser Lage sind Spalt und Doppelspalt gleichzeitig zur % Hälfte abgedeckt, so daft in beiden Halbperioden die gleiche Helligkeit empfangen wird. Gelangt die Kante in die mit 3 bezeichnete Position so erreicht die Amplitude des im unteren Teil der rig. 3 dargestellten Signals ein Maximum, dessen Vorzeichen sich j«doch beim Nulldurchgang geändert hat. Man kann diesen Tatbestand auch durch eine Verschiebung der Phasenlage um 180° beschreiben. Macht man die Demodulation des tfechselsignals phasenabhängig, so Oberträgt sich der Vorzeichenwechsel auch auf das adiaodallerte Signal. Gelangt die Kante in die mit 4 bezeichnete Position, so liegt sie außerhalb des Einfangbereich·· der Anordnung, «o da· das im unteren Teil der Fig. 3 wiedergegebene Signal

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wieder auf O »urückgeht. Das im unteren Teil der Flg. 3 dargestellt« Signal weist die für ein NuIlabgleichverfahren typische Font auf. E* 1st außerdem ersichtlich, daß Hell-Dunkelb*w. Dunkel-Hell-überginge durch die Richtung des Nulldurahgang» unterschieden sind.

Bs let leicht einsusehen, daß der größtmögliche Wert der Steilheit la Bereich dee NuIldurchgange· allein von der Schärfe dee mittleren Slnielspaltes der Sonde abhängt. Diese Steilheit wird etwas unter des Optimalwert bleiben, wenn man im Interesse einer möglichst kleinen Gesamtsignalbreite einen sehr kleinen Doppelspaltabstand vrlhlt. Dann tritt eine starke Überlappung der einseinen Komponenten der Sondenkonfiguration und damit Insgesamt eine Abnahme der Maximalamplitude des Signals auf. Ein· möglichst kleine Signalbreite 1st dann erwünscht« wenn Linienbreiten bsw, Abstände gemessen werden sollen« die in der Größenordnung der Xantensignalbreite selbst liegen. Die in den Flgn. 2 und 3 dargestellten Anordnungen stellen einen guten Kompromiß dar* Öle Maxima Λ·β Doppelspaltes fallen auf die ersten Nebenminima des Kinselspaltes. Verwendet man beispielsweise ein Objektiv der numerischen Apertur N. A. ■» O_#6 und das Licht eines HeNe-Lasers mit X - O,63u, so 1st, eine ideal scharfe Xante vorausgesetzt, die Gesamtsignalbreite B ·■ ~£*-f^~ ■ 2,5μ· Xn den ?ign. 4 bis 9 werden verschiedene Anordnungen *ur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wiedergegeben*

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung besteht aus einer Linse 10, toppelbrechenden Kristallen 11 und 12, einem elektro-optischen Element 13, einer Hochfrequensspannungsquelle 14, einer λ/4- ?latte 15, einer Linse Ii und einem in «wei zueinander senkrecht liegenden Richtungen und senkrecht xur Strahlenrichtung verschiebbaren Support 17 auf dem eine auesumessende Fliehe 18 mit «iner Linie 19 angeordnet ist. Die Linse 10 mit der Brennebene lOff ifird durch eine unter 45° xur Seichnungsebene linear polarisierte Strahlung 9 durchsetst. Der doppelbrechende Kristall 11, der beispielsweise aus Kalkspat bestehen kann, ist so geschnitten und

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ao ausgerichtet, daß er von 4er Strahlung 9 unabgelenkt als ordentlicher Strahl ο und unter einem bestimmten Winkel abgelenkt als außerordentlicher Strahl ao durchsetst wird. Die elektrooptische Anordnung 13 besteht aus einen den longitudinalen elektro-optische» Effekt aufweisenden Kristall, beispielsweise aus einem KDP-Xrlstall, der in Fortpflansungarichtung des Lichtes gesehen an gegenüberliegenden Flachen mit durchsichtigen Elektroden versehen 1st. Diese Elektroden werden mit Hilfe einer Hochfrequens-Wechselspannungsquelle 14 erregt, deren Halbwellenamplituden jeweils gleich der sogenannten λ/4-Spannung sind. Das elektro-optische Element 13 1st in bexug auf die Polarisationsebenen der den doppelbrechenden Kristall 11 verlassenden ordent- | liehen und auSerordentllchen Strahlen so angeordnet« daft diese Strahlen bei erregtem Kristall in zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten aufgespalten werden, deren gegenseitige Phasenlagen wahrend der einen Halbwelle der Hochfrequena-Wechselspannungsquelle in einer Richtung und wahrend der anderen Halbwelle In der anderen Richtung um λ/4 gegeneinander verschoben werden. Das hat zur Folge, daft der den doppelbrechenden Kristall 11 senkrecht *ur Zeichnungeebene linear polarisiert verlassende ordentliche Stahl ο bei Vorliegen einer positiven Halbwelle der Hochfrequanx-Wechselspannungscjuelle 14 in eine linksslrkular polarisierte Strahlung und wahrend der negativen Halbwelle der Bochfrequens-Weohaelspannungsquelle 14 in eine rechtssirkular polarisierte Strahlung verwandelt wird. Der den f doppelbrecheaden Kristall 11 parallel sur Zeichnungsebene polarisiert verlassende auSerordentliehe Strahl ao wird im elektrooptischen Element 13 wahrend der positiven Halbwell· der Hoohfrquens-Wecheelspannungequelle 14 In einen rechtssirkular polarisierten Strahl und wahrend der negativen Halbwelle der Hochfrequens-Mechselspannungsqaelle 14 in «inen linksslrkular polarisierten Strahl umgewandelt.

Öle λ/4-Platte 15 1st so geschnitten und so ausgerichtet/ daß die den doppelbrechenden Kristall 11 als ordentlicher Strahl ο verlassend· Strahlung nach Ihrem Durchtritt durch das elektro-

optische Element 13 wahrend einer positiven Halbwelle dec IIochfrequenx-Wechaelspannungequelle 14 die λ/4-Platt« 15 «le «in· senkrecht zur Zeichnungsebene polarisierte Strahlung und wahrend einer negativen Halbwelle der Hochfrequenz-tfechselspannungswelle 14 als eine parallel zur Zeichnungeebene polarisierte Strahlung verlast. Di· den doppelbrechenden Kristall 11 als aueerordentlicher Strahl &o verlassende Strahlung verlädt nach ihrem Durchtritt durch das elektro-optische Clement 13 und die λ/4~ Platte 15 wahrend einer positiven Halbwelle der Hochfrequenztfechseispannungsquelle 14 als parallel xur Zeichnungsebene polarisierte Strahlung und wahrend einer negativen Halbwell· der üochfrequenz-Wechselspannungsquelle 14 als senkrecht sur Zeichnungsebene polarisierte Strahlung. Das hat xur Folge, da0 die den dopp·Ibrechenden Kristall 11 als ordentlicher Strahl ο verlassende Strahlung den doppelbrechenden Xristall 12 wahrend •in«r positiven Halbw«ll· d«r Hochfrequens-Wechselspannungsquelle 14 unabg«lenkt als ordentlicher Strahl durchsetzt, wahrend di· d«n doppelbrechend«n Xristall 11 als auflerordentllcher Strahl ao verlassend· Strahlung im doppelbrechenden Kristall 12 so abgelenkt wird» daft si· sioh mit der den doppelbrechenden Kristall als ordentlicher Strahl ο verlassenden Strahlung vereinigt und nach Durchtritt durch di· Lins· 16 auf der Flache 18 einen •ineigen Punkt oder Spalt 5 bildet, wahrend der negativen Halbwell· d«r von der Hochfrequenx-INichselspannuBgsqu«!!· 14 gelieferten Spannung wird di· den dopp«Ibrechenden Kristall 11 als ordentlicher Strahl ο verlassend« Strahlung im doppelbrechenden Kristall 12 als außerordentlicher Strahl abg«lenkt* wahrend die d«n Kristall als außerordentlicher Strahl ao verlassend· Strahlung den doppelbrechenden Kristall 12 aufgrund der Lage ihrer Polarisationsebene unabgelenkt als ordentlicher Strahl durchsetzt. Dm* hat sur Folg·, dafl wahrend einer negativen Halbwell· der durch di· Hoohfrequenx-wechselspannungsquelle 14 erzeugten Spannung durch die Lins· 16 auf der Flache 18 zwei punkte oder Spalte € und 7 abgebildet werden, die symmetrisch su dem wahrend einer positiven Halbwelle abgebildeten Punkt oder Spalt 5 liegen. Bei Verschiebung de· Supports 17 nach rechte gelangt die Linie 19 in

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dan Bereich der durch die drei Spalte 3_r 6 und 7 gebildeten Lichtsonde· Die Anzeige des Kanteneinfangs erfolgt in der in Susasunenhang mit der Besprechung der Fig. 3 beschriebenen Weise.

Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung ist bis auf den Ersatz der doppelbrechenden Kristalle 11 und 12 durch Wollaston-Prisman Hv und 12w in gleicher Weise aufgebaut. Die durch einen Strahl 9 angedeutete, unter 45° aur Zeichnungsebene linear polarisierte Strahlung wird im Wollaston-Priama Hw in eine senkrecht aur Zeichnungsebene polarisierte und in eine parallel sur Zeichnungeebene polarisierte Komponente aufgespalten. Zm elektro-optischen Element 13, das in gleicher Weise wie das in der Fig. 4 dargestellte elektro-optische Element 13 ausgebildet ist, werden die " beiden Xttmnnmsntcm jeweils in einen außerordentlichen und einen ordentlichen Strahl aufgespalten. Durch die Erregung des elektrooptischen Elements 13 rait Hilfe der die sogenannte λ/4-Spannung erzeugenden üochfrequenz-Wechselspanmmgsquelle 14 werden die ordentlichen Strahlen in bezug auf die außerordentlichen Strahlen in an sich bekannter Weise bei Vorliegen einer positiven Halbwelle der Hochfrequens-Wechselspannungsquelle 14 um eine Viertel Wellenlange in einer Richtung und bei Vorliegen einer negativen Halbwelle der gleichen Spannungsquelle um eine Viertel Wellenlänge in der anderen Richtung in bezug aufeinander verschoben. Das hat sur Folge, daß der das Wollaeton-Prisma Hw senkrecht zur Zeichnung«ebene polarisiert verlassende Strahl das λ doppelbrechende Element 13 bei Vorliegen einer positiven Halbwelle der Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle 14 linksslrkular polarisiert verläßt, während der andere Strahl das elektro-optische Element 13 rechtszirkulär polarisiert verlHBt. Bei Vorliegen einer negativen Kalbwelle der Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle 14 verlast der erstgenannte Strahl das elektro-optische Element 13 rechtazirkulär polarisiert, während der andere Strahl dieses Bienenta linkazlrkular polarisiert verläßt. Beim Verlassen der λ/4-Platte 15 sind die beiden Strahlen bei Vorliegen einer positiven Halbwelle der Bochfrequenz-Wechselspannungsquelle senkrecht bzw. parallel aur Zeichnungsebene und bei Vorliegen·einer negativen Halbwelle parallel bzw. senkrecht aur Zeichnungs-Docket GE 97Ο 018

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ebene polarisiert. Nach ihr·» Durchtritt durah ein« Linse 20 gelangen die Strahl·» sum WollastonHPrlsma I2w, das si· in Abhängigkeit von ihr·» Polarisationssustand entweder als «in mit der optischen Achse susammenfallender Binxelstrahl oder «wei seitlich verlaufende Strahlen verlassen, um entweder einen Bin·* selspalt S oder einen aus den Kinselspalten 6 und 7 bestehenden Doppelspalt auf der Fliehe 18 su erzeugen.

Xn Pig. 6 wird ein anderes Ausfünrungsbeiepiel der Erfindung dargestellt. Die iron einer Lichtquelle 21 ausgehende monochromatische Strahlung durehsetst eine Kollina tor linse 22, und eine Blende 23 und tritt in einen ersten ΙΛ chtablet-»r 24 ein, der ebenso wie der »weite Lichtablenker 2? aus «einer vielmahl von jeweils einen elektro-optisch steuerbaren Rotator und einen doppelbrechenden Kristall enthaltenden Ablenkstufen besteht. Bine derartige Anordnung wird beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 16 23 473.0 beschrieben. Nach dem Lichtablenker 24 ist eine Maske 26 angeordnet* die beispielsweise, wie aus Fig. 6a ersichtlich, aus einer undurchsichtigen Schicht »it einer Anxahl von durchsichtigen Bereichen besteht· Hinter der Maske 26 befindet sich der Lichtablenker 27, ein Strahlenteiler 28, eine Linse 29 und ein in swei senkrecht suelnander stehenden Richtungen und senkrecht *ur Strahlrichtung verschiebbarer Support 17, auf dem die zu vermessende Fliehe 18 mit einem Strich 19 liegt. Die beiden Lichtablenker 24 und

27 werden durch die elektronische Steueranordnung 25 in solcher Meise betätigt, da» der den ersten Lichtablenker verlassende Strahl jeweils einen der Sereiche der Maske 26 durchsetzt und der die Information tragende Strahl durch den «weiten Lieh tab lenker in komplementärer «eise abgelenkt wird, so daß er jeweils an der gleichen Stelle in den Strahlenteiler

28 eintritt.

Durch geeignete Programmierung der Steueranordnung 25 kann der den ersten Strahlenteiler 24 verlassende Strahl beispielsweise abwechselnd auf die Felder 26c und 26d der Maske 26 gerlohtet

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BAD ORIGfNAL

w«rd*n, ao daft auf der Flach« IS abwechselnd jeweils «in einselner Spalt und «in daxu syiwaetrisch liegender Doppel»palt gleicher Gesamtfläche erzeugt wird. Das an der Flache 18 bzw. an der Linie 19 reflektiert« Licht durchsetzt die Linie 29 ein «weite· Mal und wird durch den Strahlenteiler 28 teilweise in Richtung auf den Lichtdetektor 30 geworfen. Gelangt die Kante der Linie 19 in die Symaetriellnle der auf der Flache IS periodisch abgebildeten Spaltanordnung, so wird die an Auegang 31 de« Photodetektor* 30 auftretende Spannung zur Anzeige de« Verschwinden· der «weiten Ableitung gleich O werden. Bine genaue Beschreibung des Vorganges wurde im Zueannenhang Mit der Beschreibung der Fig. 3 gegeben«

Wird die Steueranordnung 25 so programmiert, daft abwechselnd die Felder 26a und 26b der Maske 26 vom Strahl durchsetzt werden, so entsteht auf dar Fläche 18 abwechselnd, wie aus Fig. 8 ersichtlich, die Abbildung eines waagr«chten und eines senkrechten Rechteckes. Erreicht eine abgetastete Kante die Symmetrielinie dieser Anordnung so verschwindet das a» Ausgang 31 de· Lichtdetektors 30 auftretende Signal ebenfalls. Bs ist auch mßglich, eine Abtastung durch eine Punktanordnung vorzunehmen, wie sie in Fig. 9 dargestellt wird. Hit einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Syomtrielage in bezug auf in zwei »«einander senkrecht liegenden Richtungen verlaufenden Xanten feetaueteilen. % Sur Erzeugung der Punktanordnung wird bei der in Flg. 6 dargestellten Anordnung die Steueranordnung 25 so programmiert ,das abwechselnd die Felder 26·, 26f, vom Strahl durchsetzt werden· 8s sind selbstverständlich auch andere Spalt·* oder Punktmuster nOgllch, beispielsweise können die einseinen Spalte unterschiedliche Längen, unterschiedliche Intensitäten und unterschiedliche Symmetrielagen in bezug aufeinander aufweisen. Da· gleiche gilt auch für die Punktanordnungen. Da· an der Fliehe 18 reflektierte Licht kann durch beliebige Anordnungen ausgewertet werden. Selbstverständlich let es auch möglich, die Auswertung bei unterschiedlichen Transparenten der Fläche 18 durchzuführen. In den Fign. 4 und 5 wurden zur Vereinfachung der

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BAD OBiGIMAL

Darttellung die xur automatischen Auswertung «rforderIitäten Strahlenteiler und Lichtdetektoren weggelassen.

In Fig« 7 wird ein anderes Auführungsbelsplel der Erfindung wiedergegeben, das aus einer Lichtquelle 41, einem Kondensor 42, . einer aussumessenden Maske 43, einem KLkroskopobjektiv 44 und einer Photodetektorenanordnung 45 besteht* Die Photodetektorenanordnung 45 ist in Pig. 7a wiedergegeben und besteht aus vier Detektoren 45a, 45b, 45c und 45d. Die nit Ul und U2 b ex ei ebneten Klensten sind mit den Eingingen eines Differential Verstärkers 46 (Fig. 7b) verbunden, dessen Ausgangssignal gleich O wird, wenn die Kante der auf der Maske 43 eingezeichneten Linie die Syraeetrlelinie 47 der Detektorenanordnung 45 erreicht« Die Vorgänge sind die gleichen wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, nur das es sich im suletst genannten Ausfuhrungsbeisplel im Gegensats su den dynamischen Verfahren der ersten drei Ausführungsbelsplele un ein statisches Verfahren handelt.

BAD ORtG(NAl
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Claims

- 15 MSgR ü C H S

Verfahr·» sun optischen Abgleich bei Lieh tab ta« tern, in·*» besondere zur Anzeige de« Kaatenelnf anges bei Meftieikroskopen, dadurch gekennzeichnet, da* auf der abzutastenden Fliehe periodisch abwechselnd zwei oder mehr Figuren abgebildet werden, die oder deren Projektionen in bestimmten Richtungen einander durchdringen oder einschüben und daft das Verhältnis, vorzugsweise das Versehwinden der Differenz der wahrend der Dauer der einzelnen Abbildungen reflektierten und/oder durchgelassenen Lichtenergien als Kriterium für das Vorliegen bestlamter fteflektlvitftts- bsw. | Transparenxgradienten verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daft die Verhältnisse der rittchen und der Liehtlntensitttten sowie die Synaetrlelagen der einzelnen Figuren so aufeinander abgestinstt sind, daB die Differenz der reflektierten und/oder durchgelassenen LlchtstrtfcM bei der periodisch abwechselnden Abbildung der einzelnen Figuren bei Vorliegen einee vorgebbaren Helligkeitsgradienten oder bei einer bestimmten Relativlage zu einem solchen Gradienten verschwinden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennselch- ' net, daft die Lichtfiguren mindestens paarweise zueinander symmetrisch liegen, gleiche Fliehen und gleiche Lichtlntensitttten haben·

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daft die Lichtfiguren ungleiche Flachen haben aber durch gleiche Lichtstrum erzeugt werden«

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daft die Lichtfiguren aus eine» Spalt und einen dles.en synaetrisch einschließenden Doppelspalt gleicher Flüche und

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ORIGINAL

- 16 gleicher Leuchtdicht· bestehet».

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet da· die Lichtfiguren aus swel sich krausenden Rechtecken gleicher Fliehe und Leuchtdichte bestehen.

7. Verfahren nach eine« oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daft das an der abzutastenden Fläche reflektierte und/oder von ihr durchgelassene Licht in «inen lichtelektrischen Wandler in elektrische Signale umgewandelt wird, deren Verlauf am Vorliegen eines bestten Heiligkeitegradienten bsw. das Sinfangen einer Kante anselgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchlauf der Llohtfiguren durch einen weit~Sehwar*-Gradienten eine Sinusspannung erzeugt wird« die bein Durchlauf des eyismtriemittelpunktes der Lichtfiguren verschwindet und dann in eine um 180° phasenverschoben« Sinusspannung fibergeht und daft beim Durchlauf durch einen Schwara-Heifl-Gradienten die Phasenlnderung der sinusspannung in entgegengesetater Sichtung erfolgt.

f. Anordnung but Durchführung de« Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis Bi gekennzeichnet durch ein im Verlauf des Einfangstrahls (9) angeordnetes erstes Element (11, Hw) sur umwandlung des linear polarisierten Einfangs tr ah Is in swei getrennte« senkrecht sueinander linear polarisierte Komponenten (o, ao), ein elektro-optische« Element (13) »ur periodischen umwandlung der linear polarisierten Kompoeten (o, aoi in abwechselnd links- und rechtasirkular bsw, rechts- und linkssirkular polarisierte Komponenten« eine λ/4-Vlatte (15) sur umwandlung der sirkular polarisierten Komponenten in periodisch in jeweils um to° gedrehten und senkrecht sueinander liegenden Richtungen polarisierte Komponenten« ein «weites doppelbrechendes Element (12« 13w) sur periodischen Ver-

Docket OS §70 018 2 0 9 8 3 5/0170

BAD ORIGINAL I

elnlguag und Trennung d«r ihm sugeführten Komponenten in Abhängigkeit von ihr·» periodisch sich verändernden jeweiligen Polarisation«suetAnden und ein abbildendes System (IS) zur abwechselnden Umwandlung der das zweite doppelbrechende Element (12, 12w) verlassenden Strahl«» in einen Kinfachspalt (5) und einen Ooppelspalt (6, 7),

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, die den Xinfachstrahl (9) in zwei Komponenten aufspaltenden Sleaente aus doppelbrechenden Kristallen (11, 12), beispielsweise aus Kalkspat bestehen.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das die den Einfach«trahl (9) jeweils in zwei Komponenten aufspaltenden Elemente aus Wöllastonprisasn (Hw, 12w) bestehen.

12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dad die den Einfangstrahl jeweils In zwei Komponenten aufspaltenden Slestente aus Nikolprlsnen bestehen.

13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen ersten steuerbaren LichtablenJcer (23), eine von de» den Lieh tab- | lenker verlassenden Strahl durchsetzte, mehrere einzeln ansteuerbaxe Felder (26a, 26b ... 26f) mit Spalten (26c) Doppelspalten (26b), Punktgruppen (26e, 26f) usw., ent·· haltende Maske (26), einen zweiten Lichtablenker (27) zur Rezentrierung des die Maske verlassenden Strahls, einen Strahlenteiler (28), ein abbildende· System (28) zur Abbildung der jeweils vom Einfang·«trahl durchsetzten Felder (26a, 26b ...) der Maske (26) auf einer aus sumsenden schient (18), einen Lichtdetektor (30) zur umwandlung der an der Schicht (18) reflektierte» uad Dw Ober de» Strahlenteiler (28) «^geführten Llohtlapulse in elektrische iBpulse, sowie durch elae Steuereinheit (2S)

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aur komplementären Steuerung der Liehtablenker (24, 27)»

14, Anordnung aur Durchführung das Verfahrene nach den Ansprüchen 1 bie 8, gekennaeichnet durch ein« Lichtquelle (41), elnenJCondeneor (42), «inen TrSger für eine «otsume«s«nd« Maske (43), «In Objektiv (44), eine ma» Lichtdetektoren (4S*, 45b, 45c und 45d) bestehende Lichtdetektorenanordnung (45) mit einer Symieetrlellnle (4?) und «inen Dlfferentlalveretarker (46).

BAD ORtGINAU

Docket ei §70 01· 209835/0170

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