DE3536700A1 - Geraet zum ermitteln des lokalen abstandes einer pruefflaeche von einer referenzflaeche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Ermitteln des Abstandes einer Prüffläche von einer Referenzfläche gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Ein derartiges Gerät ist in der Zeitschrift "Applied Optics", Band 22, Nummer 24, Seiten 3983-3987 beschrieben. Bei ihm erfolgt die Messung kleiner Abstandsänderungen zwischen Prüffläche und Referenzfläche, indem man direkt das Ausgangs­ signal des Differenzverstärkers als Meßsignal verwendet. Das Ausgangssignal dieses Differenzverstärkers ändert sich aber nur in einem verhältnismäßig kleinen Bereich linear mit Änderungen im Abstand zwischen Prüffläche und Meßfläche. Bei dem bekannten Gerät wird deshalb bei größeren Änderungen im zu messenden Abstand der gesamte Meßkopf bezüglich des Referenzfläche verfahren, und der Abstand der Meßkopfes von der Referenzfläche wird durch ein gesondertes Interferome­ ter ermittelt. Die so erhaltenen Grobabstandsmessung wird zu der durch das Ausgangssignal des Referenzverstärkers gebildeten Feinabstandsmessung rechnerisch hinzugezählt.

Nun sind Interferometer verhältnismäßig teuer und müssen sorgfältig auf die Referenzfläche einjustiert werden. Außer­ dem ist der Meßvorgang dann, wenn ein Oberflächenpofil nur unter zusätzlicher Verschiebung des Meßkopfes als ganzem ausgemessen werden kann, sehr zeitraubend und ungenau.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Gerät zum Ermitteln des Abstandes zwischen einer Prüffläche und einer Referenzfläche gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ge­ schaffen werden, bei welchem der Meßbereich, welcher ohne Nachfahren des Meßkopfes als ganzem überstrichen werden kann, vergrößert ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Gerät gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers nicht direkt als Meßsignal verwendet, dient vielmehr nur zum Verstellen der Speiseschaltung eines das Objektiv in Richtung der Geräteachse entgegen einer Vor­ spannkraft bewegenden Elektromagneten. Die Wandleranordnung und der Differenzverstärker werden somit nur für den Null- Abgleich eines Regelkreises verwendet, während das eigentli­ che Meßsignal ein der Größe des Magnetspeisestromes zugeord­ netes Signal ist. Der Meßbereich des erfindungsgemäßen Ge­ rätes ist somit nicht mehr durch den nutzbaren Arbeitsbe­ reich der Wandleranordnung beschränkt, ergibt sich vielmehr aus dem axialen Hub der Objektivverstellung. Letztere kann aber mit verhältnismäßig kleinem Aufwand recht groß gewählt werden.

Es sind zwar an sich Einrichtungen zur automatischen Fokus­ sierung einer Lichtquelle auf eine Prüffläche bekannt, bei denen von einem durch einen Magneten axial entgegen Vor­ spannkraft verfahrbaren Objektiv Gebrauch gemacht wird, wobei auch die Einstellung des Magnetspeisestromes unter Verwendung eines Differenzverstärkers ausgehend von den Ausgangssignalen zweier Wandler erfolgt, die mit zwei durch ein Prisma hergestellten Teilstrahlen des von der Prüfflä­ che zurückgeworfenen Lichtes derart beaufschlagt sind, daß sich ihre Ausgangssignale bei Defokussierung gegensinnig ändern. Eine derartige automatische Fokussierungseinrich­ tung zur Verwendung an Compact-Disc-Plattenspielern oder Bildplatten ist in der DE-OS 29 14 122 beschrieben. Eine Entfernungsmessung findet dort aber nicht statt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 läßt sich auf einfache Weise die Nicht-Linearität der zum Vor­ spannen des Objektives in der einen Richtung verwendeten Federanordnung kompensieren. Man kann so den axialen Ver­ stellweg des Objektives größer wählen als den linearen Be­ reich der Federcharakteristik der Vorspannfedern, was wie­ derum im Hinblick auf einen möglichst großen Meßbereich des Gerätes von Vorteil ist.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird durch die das Objektiv vorspannende Feder zugleich ein Zen­ trieren des Objektives auf die Geräteachse erhalten.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im Hinblick auf eine in weitem Bereich lineare Charakteristik der Vorspannfeder von Vorteil.

Eine magnetische Radiallagerung des Objektives gemäß An­ spruch 5 und eine magnetische Vorspannung des Objektives in seine axiale Ruhelage gemäß Anspruch 6 sind im Hinblick auf das Vermeiden temperaturbedingter Meßfehler und mecha­ nischer Hemmungen von Vorteil.

Bei vielen auszumessenden Oberflächen steht der zu einem betrachteten Zeitpunkt das Meßlicht reflektierende kleine Oberflächenabschnitt der Prüffläche oft nicht senkrecht auf der Geräteachse. Derartige stärker geneigte Oberflächen­ abschnitte finden sich insbesondere an rauhen Oberflächen. Wird das Licht von der Prüffläche unter starkem Winkel zur Einfallsrichtung zurückgeworfen, gelangt es aber nicht mehr auf die Wandleranordnung, so daß auch keine Abstandsmessung mehr möglich wäre. Mit der Weiterbildung der Erfindung ge­ mäß Anspruch 8 wird erreicht, daß derart unter starkem Win­ kel zur Einfallsrichtung zurückgeworfene Lichtstrahlen von der Reflektoreinrichtung im wesentlichen in sich selbst zum gerade gemessenen Oberflächenabschnitt der Prüffläche zu­ rückgeworfen werden, von welchem sie ein zweites Mal unter zum ersten Mal im wesentlichen gleichen Bedingungen reflek­ tiert werden, so daß das zurückgeworfene Licht insgesamt im wesentlichen auf der Geräteachse zurückläuft. Mit einem Gerät gemäß Anspruch 8 lassen sich somit auch stark geneig­ te Oberflächenabschnitte der Prüffläche exakt ausmessen. Ein Gerät gemäß Anspruch 8 eignet sich somit insbesondere auch zum Ermitteln des Mikroprofiles rauher Oberflächen, wobei das Gerät längs einer vorgegebenen Abtastlinie über die Prüffläche hinwegbewegt wird und das Meßsignal aufge­ zeichnet wird. Ein weiterer Vorteil des Gerätes gemäß An­ spruch 8 ist der, daß abgesehen von der Reflektoreinrich­ tung die übrigen optischen Elemente nur geringe Abmessung im zum Lichtweg senkrechter Richtung zu haben brauchen.

Die im Anspruch 9 angegebene Reflektoreinrichtung hat zum einen besonders einfachen mechanischen Aufbau, und dadurch, daß Randstrahlen das Objektiv zweimal im wesentlichen in der gleichen Ringzone durchsetzen, erfolgt auch ein weitge­ hender Ausgleich der Verzeichnungsfehler des Objektives, obwohl kleinere Verkippungen des zurückgeworfenen Licht­ strahles hinter dem Objektiv gegenüber der exakt axialen Ideal-Lage keinen gravierenden Einfluß auf das Meßergebnis haben, da der Null-Durchgang des Ausgangssignales des Dif­ ferenzverstärkers gegenüber Strahlverkippungen von größen­ ordnungsmäßig bis zehn Grad unempfindlich ist. Nur die bei Defokussierung maximal erhaltene Amplitude des Ausgangs­ signales des Differenzverstärkers nimmt bei Verkippungen ab. Da bei dem erfindungsgemäßen Gerät aber nur der Null- Durchgang (Vorzeichenwechsel) des Ausgangssignales des Dif­ ferenzverstärkers ausgewertet wird, bleiben kleine Strahl­ verkippungen, wie sie sich aus Verzeichnungsfehlern des op­ tischen Gesamtsystems ergeben, ohne Einfluß.

Da planparallele Platten von Hause aus eine Korrektur der Verzeichnungsfehler von Sammellinsen bewerkstelligen können, wird mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 eine weitere Verbesserung in der Abstandsmessung stark ge­ neigter Oberflächenabschnitte der Prüffläche erhalten.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 gestattet die Verwendung kleinen Durchmesser aufweisender Standardob­ jektive, wie sie zum Abtasten von Compact-Disks und Bild­ platten verwendet werden. Derartige Objektive werde in gro­ ßen Stückzahlen gefertigt und sind preisgünstig erhältlich.

Bei Verwendung starker Lichtquellen wie Lasern kann man als zugleich die Randverzeichnung des Linsenobjektives korrigie­ rende Reflektoreinrichtung ein Reflexionshologramm verwen­ den, welches unter Verwendung einer entsprechend asphärisch korrigierten Linse aufgenommen wurde. Während derartige Linsen an sich teuer herzustellen sind, können unter Ver­ wendung einer derartigen Musterlinse einmal hergestellte Reflexionshologramme auf einfache Weise phototechnisch ver­ vielfältigt werden.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 ist eben­ falls im Hinblick auf die preiswerte Herstellung eines asphä­ risch korrigierten, großen Durchmesser aufweisenden Objekti­ ves von Vorteil. Da Hologramme auf sehr dünnen Substraten hergestellt werden können, wird mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 auch eine Verkleinerung der bewegten Masse des Objektives erhalten, was im Hinblick auf die Regelkonstante bei der automatischen Brennpunktnachfüh­ rung von Vorteil ist.

Werden zur Ausmessung der Lage des auf die Wandleranordnung fallenden Lichtes Wandler verwendet, wie sie im Anspruch 15 angegeben sind, so ist das Ausgangssignal der Wandler und damit auch des Differenzverstärkers weitgehend unabhängig von der speziellen Geometrie der Strahlquerschnitte, da diese Wandler im Effekt über die vom Licht beleuchtete Flä­ che integrieren und ein der Lage des Intentsitätsschwerpunk­ tes des Strahlquerschnittes zugeordnetes Signal bereitstel­ len, welches von der speziellen Querschnittsform unabhängig ist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16 ist im Hinblick auf den Aufbau der Speiseschaltung aus preiswerten, gängigen digitalen Bausteinen von Vorteil und ermöglicht darüber hinaus eine einfache Anzeige des Meßergebnisses.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 17 wird erreicht, daß nicht nur ein sehr kleiner Oberflächenabschnitt der Prüffläche sondern gleichzeitig auch ein größerer um diesen herum liegender ringförmiger Abschnitt der Prüfflä­ che ausgemessen wird. Das Ausgangssignal des zweiten Dif­ ferenzverstärkers entspricht dem mittleren Abstand von Prüf­ fläche und Referenzfläche in der Nachbarschaft des eigent­ lichen Meßpunktes. Durch die angegebene Geometrie der opti­ schen Wege ist eine Entkopplung der beiden Meßkanäle gewähr­ leistet.

Bei einem Gerät gemäß Anspruch 18 hat man eine gleichzei­ tige absolut scharfe Abbildung beider Lichtquellen, wie sie mit einer konventionellen Optik nur für sehr nah benachbarte Wellenlängen realisierbar ist. Stark unterschiedliche Wel­ lenlängen sind aber im Hinblick auf ein sauberes Trennen der beiden reflektierten Lichtbündel unter Verwendung nicht zu teurer Filter von Vorteil.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 19 er­ folgt im Hinblick auf eine Entkopplung von Spotmessung und integraler Messung.

Bei einem Gerät gemäß Anspruch 20 kann man wahlweise den mittleren Abstand eines größeren Ausschnittes der Prüfflä­ che und den Abstand eines kleinen Meßfleckes der Prüffläche von der Referenzfläche messen.

Da ein erfindungsgemäßes Gerät auch für sehr kleine Abstands­ änderungen zwischen Prüffläche und Referenzfläche große Aus­ gangssignale erzeugt, spricht ein solches Gerät auch empfind­ lich auf durch mechanischen Führungen nicht vollständig aus­ räumbare erschütterungsbedingte Relativbewegungen zwischen Meßkopf und Prüffläche an. Mit der Weiterbildung der Erfin­ dung gemäß Anspruch 21 wird erreicht, daß derartige Erschüt­ terungen bei der Abstandsbestimmung außer Betracht bleiben.

Dieser Effekt wird mit der Weiterbildung der Erfindung ge­ mäß Anspruch 22 bzw. 23 ohne zusätzliche mechanische Maß­ nahmen durch spezielle Auswertung der Ausgangssignale des ersten oder vorzugsweise zweiten Differenzverstärkers er­ halten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1: Ein Gerät zum mikroskopisch genauen Ausmessen ei­ ner Prüffläche auf einem Werkstück;

Fig. 2: Einen axialen Schnitt durch den Meßkopf des in Fig. 1 gezeigten Gerätes sowie ein Blockschalt­ bild der zugehörigen Auswerteschaltung;

Fig. 3: Eine perspektivische Ansicht eines der im Meßkopf nach Fig. 2 verwendeten optoelektrischen Wandler;

Fig. 4 bis 8: Schematische Schnittansichten von abgewan­ delten Objektiv/Spiegeleinheiten zur alternativen Verwendung im Meßkopf gemäß Fig. 2;

Fig. 9: Einen axialen Schnitt durch einen abgewandelten Objektiv-Stellmotor für den in Fig. 2 gezeigten Meßkopf; und

Fig. 10: Eine abgewandelte Erschütterungs-Detektorschaltung für den Meßkopf nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Werkstück 10 auf einer Anreißplatte 12. Zum Ausmessen des Mikroprofiles der oberen Stirnfläche 14 des Werkstückes 10 ist über letzterer ein Meßkopf 16 vorge­ sehen, welcher einen Lichtstrahl 18 in vertikaler Richtung auf die Stirnfläche 14 schickt und einen von dieser reflek­ tieren Lichtstrahl 20 wieder aufnimmt. Einzelheiten des Meßkopfes 16 sowie einer elektronischen Auswerteschaltung weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.

Der Meßkopf 16 ist über ein Gleitstück 22 spielfrei auf einer horizontalen Führungsstange 24 verschiebbar. Letztere ist von einem weiteren Gleitstück 26 getragen, das spiel­ frei auf einer vertikalen Führungsstange 28 verschiebbar ist.

Zur Messung des Abstandes des Gleitstückes 22 von der Füh­ rungsstange 28 ist ein erster Entfernungsmesser vorgesehen, welcher einen vom Gleitstück 22 getragenen Spiegel 30 und eine mit letzteren zusammenarbeitenden optische Fühlerein­ heit 32 aufweist. Ähnlich ist zum Bestimmen des Abstandes des Gleitstückes 26 über der Oberseite der Anreißplatte 12 ein vom Gleitstück 26 getragener Spiegel 34 und eine auf der Anreißplatte 12 angeordnete Fühlereinheit 36 vorgesehen. Die beiden den Gleitstücken zugeordneten Entfernungsmesser können insgesamt wie Interferometer aufgebaut sein, wie an sich bekannt. Auch kann für die dritte Koordinatenrichtung eine senkrecht zur Zeichenebene wirksame Führungseinrich­ tung zusammen mit einem dritten Entfernungsmesser vorgese­ hen sein.

Der Meßkopf 16 ist über eine Leitung 38 mit einer Zentral­ einheit 40 verbunden, Leitungen 42, 44 dienen zum Verbin­ den der Fühlereinheiten 32 und 36 mit der Zentraleinheit. Letztere hat ein erstes Anzeigefeld 46 für das dem Mikro­ profil der Stirnfläche 14 zugeordnete Ausgangssignal des Meßkopfes 16, ein zweites Anzeigefeld 48 für den lokalen Gesamtabstand zwischen dem gerade ausgemessenen Bereich der Stirnfläche 14 und der Oberseite der Anreißplatte 12 sowie ein drittes Anzeigefeld 50 für die der Fühlereinheit 32 zugeordnete horizontale Koordinate.

Ein Tastenfeld 52 dient zur Voreinstellung der Arbeitsweise des Meßgerätes, zum Beispiel dessen, ob der Meßkopf 16 ei­ nen sehr kleinen Bereich der Stirnfläche 14 erfassen soll (Spotmessung) oder einen ausgedehnten Bereich der Stirnflä­ che 14 erfassen soll (Integralmessung). Außerdem können über das Tastenfeld 52 die Koordinatennullpunkte verschoben werden. An die Zentraleinheit 40 ist ferner ein Schreiber 54 angeschlossen, mit dem das Ausgangssignal des Meßkopfes 16 in Abhängigkeit von der horizontalen Meßkopfstellung aufgezeichnet werden kann.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat der Meßkopf 16 ein insge­ samt mit 56 bezeichnetes becherförmiges Gehäuse, von dessen Boden ein im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufwei­ sender Rohrstutzen 58 in Fig. 2 nach links läuft. Beim Boden des Rohrstutzens ist eine Laserdiode 60 angeordnet, welche einen Lichtstrahl 62 kleinen Durchmessers auf das Werkstück richtet. Die Laserdiode 60 ist von einer ringför­ migen zweiten Lichtquelle 64 umgeben, die zum Beispiel durch eine zu einem Ring geschlossene Glühwendel oder durch eine Gasentladungseinheit gebildet sein kann. Die Lichtquelle 64 erzeugt ein im wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweisendes Lichtbündel 66, welches ebenfalls auf das Werk­ stück 10 fällt. Die Wellenlänge des von der Laserdiode 60 abgegebenen Lichtes ist so gewählt, daß sie sich nicht mit dem Spektrum des von der Lichtquelle 64 abgegebenen Licht­ bündels überlappt.

Beim offenen Ende des Gehäuses 56 ist ein Objektiv 68 vorge­ sehen, welches den Lichtstrahl 62 und das Lichtbündel 66 auf die Stirnfläche 14 des Werkstückes 10 abbildet. Das Objektiv 68 sitzt in einer Fassung 70, die ihrerseits in einer magnetischen Stellhülse 72 positioniert ist. Hierzu hat die Innenfläche der Magnethülse 72 einen radial nach innen stehenden Positionierbund 74, welcher zwei ringför­ mige Anschlagschultern vorgibt.

An der in Fig. 2 rechts gelegenen Anschlagschulter des Positionierbundes 74 ist ein kreisförmiger Spiegel 76 posi­ tioniert, welcher einen lichtdurchlässigen, plattenförmigen Grundkörper 78 aufweist, auf dessen vom Objektiv abgelege­ ner Oberfläche eine Metallschicht 80 aufgebracht ist, wobei die Metallschicht 80 eine kreisförmige mittige Öffnung 82 hat, deren Durchmesser dem Durchmesser der Lichtquelle 64 entspricht.

Die Stellhülse 72 ist bei ihren axialen Enden durch kegeli­ ge ringförmige Federelemente 84, 86 gelagert, deren radial innen liegende Enden in die Außenfläche der Stellhülse 72 eingreifen und deren außen liegende Ränder in der Umfangs­ wand des Gehäuses 56 festgelegt sind. Die kegeligen Berei­ che der Federelemente 84, 86 sind mit Schlitzen 88 versehen, so daß man eine Mehrzahl in Umfangsrichtung verteilter Fe­ derarme erhält, und die Federelemente eine besser lineare Federcharakteristik bekommen. Die Federelemente 84, 86 zen­ trieren so die Stellhülse 72 und damit auch das Objektiv 68 auf die Geräteachse, also die Achse des Rohrstutzens 58 und den auf dieser von der Laserdiode 60 abgegebenen Licht­ strahl.

Im Rohrstutzen 58 sind hintereinander liegend zwei insge­ samt mit 90 bzw. 92 bezeichnete Kombi-Prismen angeordnet. Letztere bestehen jeweils aus einem der Laserdiode 60 zuge­ wandten 90-Grad-Prisma 94, an dessen Basisfläche ein modi­ fiziertes 90-Grad-Prisma 96 angesetzt ist, welches auf ei­ ner seiner Kathetenflächen zwei zusammen ein Strahlteiler­ prisma bildende, einen stumpfen Winkel einschließende Be­ grenzungsflächen 98, 100 aufweist. Beim Kombi-Prisma 90 weisen die Begrenzungsflächen 98, 100 in Fig. 2 nach unten, während diese Flächen beim Kombi-Prisma 92 in Fig. 2 nach oben weisen.

An den Rohrstutzen 58 angeformte Zwischenwände 102, welche senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 2 stehen, untertei­ len den den Rohrstutzen 58 umgebenden Gehäuseinnenraum in einen oberen Gehäuseraum 104 und einen unteren Gehäuseraum 106, die optisch entkoppelt sind.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die auszumessende Stirnfläche 14 nicht exakt eben, sondern rauh. Die Normale desjenigen Oberflächenabschnittes, auf welchen der Lichtstrahl 62 auf­ fällt, ist in der Zeichnung mit 108 bezeichnet. Sie ist gegen die Geräteachse stark verkippt, so daß der Lichtstrahl 62 von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt in den Randbe­ reich des Objektives 68 reflektiert wird. Da das Objektiv 68 so steht, daß der beleuchtete Oberflächenabschnitt der Stirnfläche 14 im Brennpunkt liegt oder diesem benachbart ist, wird der reflektierte Lichtstrahl 62 vom Objekiv 68 im wesentlichen parallel zur Geräteachse gebrochen und fällt im wesentlichen senkrecht auf den senkrecht auf der Geräte­ achse stehenden Spiegel 76. Von dort kehrt der Lichtstrahl wie gestrichelt angedeutet zum Objektiv 68 zurück und wird wieder auf denjenigen Oberflächenabschnitt der Stirnfläche 14 fokussiert, zu dem die Normale 108 gehört. Bei der nun erfolgenden zweiten Reflexion des Lichtstrahles 62 an die­ sem Oberflächenabschnitt wird der Lichtstrahl wieder im wesentlichen in die Geräteachse zurückgelegt und läuft zum Kombi-Prisma 90 zurück. Dort wird ein Teil des zurückkeh­ renden Lichtstrahles von der Spiegelfläche des Kombi-Pris­ mas in Fig. 2 nach unten umgelenkt und durch das angeformte Dachkant-Prisma in zwei Teilstrahlen 110, 112 aufgespalten. Diese gelangen über ein schmalbandiges Interferenz-Durchlaß­ filter 114 auf zwei optoelektrische Wandler 116, 118, wel­ che bei exakter Lage des reflektierenden Oberflächenabschnit­ tes der Stirnfläche 14 im Brennpunkt des Objektives 68 sym­ metrisch bezüglich der Teilstrahlen 110, 112 liegen und damit gleiche Ausgangssignale bereitstellen. Wird der Ab­ stand zwischen dem Objektiv 68 und dem reflektierenden Ober­ flächenabschnitt der Stirnfläche 14 geändert, so wandern die Teilstrahlen 110, 112 in entgegengesetztem Sinne in seitlicher Richtung auf den Wandlern 116, 118, so das sich deren Ausgangssignale gegensinnig ändern.

Die Ausgänge der Wandler 116, 118 sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 120 verbunden. Dessen Ausgang ist über einen Umschalter 122 und ein Verzögerungsglied 124 mit den einen Eingängen eines UND-Gliedes 126 bzw. ei­ nes NAND-Gliedes 128 verbunden, deren zweite Eingänge über ein weiteres UND-Glied 130 mit dem Ausgang eines freilau­ fenden Taktgebers 132 verbunden sind. Wie später noch ge­ nauer beschrieben werden wird, erhält ein zweiter Eingang des UND-Gliedes 130 immer dann ein Aufsteuersignal, wenn der Meßkopf 16 keinen unzulässigen Erschütterungen ausge­ setzt ist.

Der Ausgang des UND-Gliedes 126 ist mit der Aufwärtszähl­ klemme eines Auf/Ab-Zählers 134 verbunden. Die Abwärts­ zählklemme des letzteren ist mit dem Ausgang des NAND-Glie­ des 128 verbunden. Das Ausgangssignal des Auf/Ab-Zählers 134 wird auf den Eingang eines Digital/Analog-Wandlers 136 gegeben, dessen Ausgangssignal durch einen Verstärker 138 verstärkt wird und zur Erregung einer ringförmigen Magnet­ spule 140 dient. Letztere umgibt in enger Spielpassung die magnetische Stellhülse 72 und ist an der Umfangswand des Gehäuses 56 festgelegt.

Wie oben schon dargelegt, ist das Ausgangssignal des Diffe­ renzsverstärkers 120 proportional zum Abstand des momentan reflektierenden Oberflächenabschnittes der Stirnfläche 14 vom Brennpunkt des Objektives 68. Über die durch das UND- Glied 126 und das NAND-Glied 128 gebildete elektronische Weiche wird gemäß dem Vorzeichen des Ausgangssignales des Differenzverstärkers 120 unter Verwendung der vom Taktgeber 132 bereitgestellten Impulse der Stand des Auf/Ab-Zählers 134 derart verändert, daß der Speisestrom für die Magnet­ spule 140 so erhöht oder erniedrigt wird, daß durch axiale Verstellung der mit der Magnetspule 140 zusammenarbeitenden Stellhülse 72 der Brennpunkt des Objektives 68 exakt auf den momentan reflektierenden Oberflächenabschnitt der Stirn­ fläche 14 gelegt wird. Der Stand des Auf/Ab-Zählers 134 ist somit ein Maß für den Abstand des momentan reflektierenden Oberflächenabschnittes des Werkstückes von einer Referenz­ fläche, zum Beispiel der vorderen oder hinteren Stirnfläche des Gehäuses 56 des Meßkopfes 16.

Da die Federelemente 84, 86 für sehr große Auslenkungen der Stellhülse 72 nicht mehr exakt lineare Federcharakteristik haben, wird das Ausgangssignal des Auf/Ab-Zähles 134 auf einen Kennlinienkreis 146 gegeben, welcher zum Beispiel in durch das Ausgangssignal des Auf/Ab-Zählers 134 adressier­ ten Speicherzellen die bezüglich der Nichtlinearität der Federelemente 84, 86 korrigierten Objektiv-Verstellwege ent­ hält.

Das Ausgangssignal des Kennlinienkreises 146 wird zur An­ steuerung des Anzeigefeldes 46 verwendet und über eine Lei­ tung 148 zur Ansteuerung des Schreibers 54 oder zu anderwei­ tiger Datenverarbeitung bereitgestellt. Mit dem Ausgangssig­ nal des Kennlinienkreises 146 ist ferner der eine Eingang eines Summierkreises 150 verbunden, dessen zweiter Eingang das Ausgangssignal eines Auf/Ab-Zählers 152 erhält, der ein­ gangsseitig mit der Fühlereinheit 36 verbunden ist. Das Aus­ gangssignal des Summierkreises 150 entspricht somit dem Ge­ samtabstand des gerade ausgemessenen Oberflächenabschnittes der Stirnfläche 14 von der Oberseite der Anreißplatte 12 und wird am Anzeigefeld 48 ausgegeben.

Durch das Kombi-Prisma 92 wird das durch Reflexion des Licht­ bündels 66 erhaltene rücklaufende Lichtbündel in Fig. 2 nach oben umgelenkt und in zwei Teilbündel 154, 156 zerlegt. Letztere gelangen auch zu wiederum symetrisch zu den Soll­ achsen der Teilbündel angeordneten opto-elektrische Wand­ lern 158, 160, vor denen jeweils ein Filter 162 angeordnet ist, welches die Wellenlänge des Lichtstrahles 62 sperrt und das Spektrum des Lichtbündel 66 teilweise oder ganz durchläßt.

Die Ausgänge der Wandler 158, 160 sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 164 verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Kontakt des Umschalters 122 verbunden ist. Durch Umlegen des Umschalters 122 kann man somit die Brenn­ punktnachführung durch axiales Verstellen des Objektives 68 wahlweise auch in Abhängigkeit vom gemittelten Abstand eines größeren ausgeleuchteten Oberflächenbereiches der Stirnfläche 14 vom Brennpunkt des Objektives 68 durchführen.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 164 ist ferner mit einem Sperrsteuerkreis 166 verbunden. Letzterer überprüft das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 164 darauf hin, ob in diesem Signal höherfrequente Anteile enthalten sind. Ist dies nicht der Fall, so erzeugt der Sperrsteuerkreis 166 an seinem Ausgang ein hochpegeliges Signal; werden hoch­ frequente Anteile im Ausgangssignal des Differenzverstär­ kers 164 festgestellt, ist der Ausgang des Sperrsteuerkrei­ ses 166 niederpegelig. Da die Wandler 158, 160 mit Licht beaufschlagt sind, welches einer optischen Mittelung über einen größeren Oberflächenbereich entspricht, bedeuten Wech­ selanteile im Ausgangssignal des Differenzverstärkers 164, daß der Abstand zwischen Objektiv und auszumessender Ober­ fläche durch Störeinflüsse wie Erschütterungen verändert worden ist. Da unter derartigen Bedingungen der zweite Ein­ gang des UND-Gliedes 130 nicht mehr mit Signal beaufschlagt ist, wird die automatische Brennpunktnachstellung so lange unterbunden, wie mechanische Störeinflüsse vorliegen. Da das Verzögerungsglied 124 vorgesehen ist, kann der Sperr­ steuerkreis 166 das UND-Glied 130 sperren, bevor erschüt­ terungsbedingte Änderungen des Ausgangssignales des Diffe­ renzverstärkers 120 wirksam werden.

Der Sperrsteuerkreis 166 kann zusätzlich über eine Leitung 168 ein Signal erhalten, welches anzeigt, ob der Meßkopf 16 in einer zur Stirnfläche 14 pararllelen Ebene verschoben wird, wobei dann für die Dauer der Verschiebung ein kleiner Anteil von Wechselkomponenten im Ausgangssignal des Diffe­ renzverstärkers 164 toleriert wird, wie er möglicherweise übrig bleibt, wenn die ringförmige Fläche, über die das Lichtbündel 66 mittelt, sehr große Unregelmäßigkeiten ent­ hält. Der Sperrsteuerkreis 166 kann zum Beispiel aus einem Hochpaßfilter mit nachgeschaltetem Gleichrichter und Inver­ ter bestehen.

Das Ausgangssignal des Sperrsteuerkreises 166 wird auch auf einer Leitung 169 bereitgestellt und kann so z.B. dazu ver­ wendet werden, Motoren zum Verfahren des Meßkopfes 16 über der Stirnfläche 14 solange anzuhalten, bis nach Abklingen von Erschütterungen am jeweiligen Standpunkt des Meßkopfes ein korrektes Meßsignal gewonnen wurde.

Steht vor dem in Fig. 2 gezeigten Meßkopf ein Oberflächen­ abschnitt der Stirnfläche 14, dessen Normale zur Geräteachse gar nicht oder nur wenig verkippt ist, so gelangt der re­ flektierte Lichtstrahl durch das Objektiv und die Öffnung 82 in der Metallschicht 80 direkt zurück zum Detektionssy­ stem.

In Fig. 2 sind von den durch Aufteilung des Lichtstrahles 62 bzw. des Lichtbündels 66 erhaltenen Teilstrahlen bzw. Teilbündeln zur besseren Übersichtlichkeit nur diejenigen eingezeichnet, welche für das Erhalten des Meßergebnisses relevant sind. Für das ringförmigen Querschnitt aufweisende Lichtbündel 66 sind auch nur die Strahlen für senkrecht auf der Geräteachse stehende Reflexionsflächen des Werkstückes eingezeichnet; es versteht sich, daß bei den sehr vielen, unterschiedlich zur Geräteachse stärker verkippten vom Licht­ bündel 66 beleuchteten Oberflächenabschnitten der Stirnflä­ che 14 jeweils ähnliche Strahlengänge erhalten werden, die nach Reflexion an der Metallschicht 80 wieder im wesentli­ chen auf die Geräteachse zurückführen, wie dies im einzel­ nen für den Lichtstrahl 62 eingezeichnet ist.

Wird bei einem gegenüber Fig. 2 vereinfachten Meßkopf 16 auf die Möglichkeit einer Integralmessung verzichtet, so kann man den Eingang des Sperrsteuerkreises 166 auch an den Ausgang des Differenzverstärkers 120 anschließen. In weiterer Abwandlung des in Fig. 2 gezeigten Ausführungs­ beispieles kann man den in Fig. 2 oberen Eingang des UND- Gliedes 130 auch unter Verwendung eines am Gehäuse 56 be­ festigten, Beschleunigungen in Richtung der Gehäuseachse messenden Beschleunigungsfühlers beaufschlagen.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines der im Meßkopf 16 gemäß Fig. 2 verwendeten Wandler 116, 118 bzw. 158, 160. Der dort wiedergegebene Wandler 116 hat stab­ förmige Geometrie und besteht aus einer p-leitenden Schicht 170 sowie einer n-leitenden Schicht 172. Zwischen diesen Schichten liegt ein mit 174 bezeichneter p-n-Übergang. Auf die einen Stirnflächen der Schichten 170, 172 sind Elektro­ den 176, 178 aufgesetzt. In Fig. 3 ist der durch das auf­ fallende Lichtbündel 110 erzeugte Lichtfleck mit 180 bezei­ chnet.

Fällt auf den Wandler 116 kein Licht, so muß durch den Wand­ ler geschickter Strom die beiden Schichten 170 und 172 voll­ ständig durchqueren und wird von einer auf die in Fig. 3 links gelegene Stirnfläche aufgebrachten Elektrode 182 von der einen Schicht in die andere Schicht geleitet. Fällt dagegen Licht auf den Wandler auf, so wird an der Auftreff­ stelle über den p-n-Übergang ein Kurzschluß zwischen den beiden Schichten 170, 172 hergestellt. Man erkennt, daß so der zwischen den Elektroden 176, 178 gemessene Widerstand des Wandlers direkt proportional zum mit L bezeichneten Abstand des Lichtfleckes 180 vom in Fig. 3 rechts gelege­ nen Ende des Wandlers 116 ist.

Man erkennt ferner, daß bei vorgegebener Gesamtintensität des auffallenden Lichtes bei dem in Fig. 3 gezeigten Wand­ ler der Widerstand zwischen den Elektroden 176, 178 durch den geometrischen Schwerpunkt des Lichtfleckes 180 bestimmt ist, auf die spezielle Form der Begrenzungskontur des Licht­ fleckes 180 kommt es nicht an, da sich positive und negative Mittenabweichungen der Fleckpunkte herausheben.

Fig. 4 zeigt schematisch eine abgewandelte Objektiv/Spie­ geleinheit, bei welcher die verspiegelte Oberfläche des Grundkörpers 78 des Spiegels 76 zusätzlich zur Kompensation starker Randverzeichnung des Objektives 68 gewölbt ist. Wie auch in Fig. 2 sind die Krümmungsverhältnisse der opti­ schen Elemente nicht maßstäblich.

Fig. 5 zeigt eine weiter abgewandelte Objektiv/Spiegelein­ heit, bei welcher ein Hohlspiegel 76′ verwendet wird. Die­ ser hat eine mittige Öffnung 82′, in welche das kleinen Durchmesser aufweisende Objektiv 68′ eingekittet ist. Der Hohlspiegel 76′ hat einen Krümmungsradius, der der Brenn­ weite des Objektives 68′ entspricht, so daß der Mittel­ punkt M des Hohlspiegels 76′ und der Brennpunkt F des Ob­ jektives 68′ zusammenfallen. Auch bei der Anordnung nach Fig. 5 werden von der reflektierenden Prüffläche unter starker Verkippung zur optischen Achse des Gerätes zurück­ geworfene Strahlen durch den Hohlspiegel 76′ in sich zu­ rückgeworfen, an der Prüffläche ein zweites Mal unter glei­ chen Bedingungen reflektiert und im wesentlichen auf der optischen Geräteachse dem Detektionssystem zugeführt.

In Abwandlung des in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispie­ les kann man den Hohlspiegel 76′ auch in Fig. 5 nach rechts verschieben, bis sein Rand in der Ebene des Objektives 68′ liegt. Der Krümmungsradius des Hohlspiegels 76′ wird ent­ sprechend angepaßt, das Objektiv 68′ über mehrere in Umfangs­ richtung verteilte axiale Träger 184 am Hohlspiegel 76′ befestigt, wie in Fig. 8 gezeigt. Die Objektiv/ Spiegel­ einheit nach Fig. 8 kann auch sehr nahe an die Prüffläche heranbewegt werden.

Fig. 6 zeigt eine Objektiv/Spiegeleinheit, bei welcher der zugleich Verzeichnungsfehler korrigierende Grundkörper 78 des Spiegels 76 nach Fig. 4 durch ein äquivalentes Korrek­ tur-Reflexionshologramm 186 ersetzt ist, dessen unterschied­ lich geschwärzte Bereiche schematisch als unterbrochene Be­ schichtung eines transparenten Grundkörpers angedeutet ist. Hinter dem Reflexionshologramm 186 liegt ein Spiegel 188, welcher in der Mitte wieder mit einer einer Öffnung 82 ver­ sehen ist.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Objektiv/Spiegeleinheit ist das Linsenobjektiv 68 von Fig. 2 durch ein Transmissions­ hologramm 190 ersetzt, bei welchem wieder die unterschied­ lichen Schwärzungsbereiche schematisch durch eine unterbro­ chene Beschichtung eines transparenten Grundkörpers ange­ deutet sind. Das Transmissionshologramm 190 ist eine repro­ duktionstechnisch gewonnene Kopie eines Original-Hologram­ mes, welches unter Verwendung eines als Einzelstück gefer­ tigten hochkorrigierten, verzeichnungsfreien Objektives aufgenommen wurde, dessen Brennweite derjenigen des Objek­ tives 68 entspricht. Zusammen mit dem Transmissionsholo­ gramm 190 kann der ebene Spiegel 76 unverändert verwendet werden.

Für die kombinierte Spotmessung und Integralmessung mit zwei verschiedenen monochromatischen Lichtquellen besteht das Transmissionshologramm aus der Überlagerung von zwei unterschiedlich gefärbten "Schwärzungs"-Mustern, von denen das eine für die erste Wellenlänge, das andere für die an­ dere Wellenlänge transparent ist. Diese "Schwärzungs"-Mus­ ter sind jeweils unter exakten Fokussierungsbedingungen unter Verwendung des oben erwähnten hochkorrigierten Objek­ tives und jeweils einer der verwendeten Wellenlängen her­ gestellt.

Alternativ kann man ein analoges Kombi-Transmissionsholo­ gramm auch für Spotmessung und Integralmessung unter Ver­ wendung unterschiedlich polarisierten Lichtes verwenden.

Fig. 9 zeigt einen abgewandelten Stellmotor zum axialen Verstellen des Objektives, wobei oberhalb und unterhalb der Geräteachse zwei geringfügig unterschiedliche Ausführungs­ beispiele gezeigt sind.

Die Stellhülse 72 ist permanent in radialer Richtung mag­ netisiert wie durch Pfeile angedeutet. Um sie herum ist eine permanent radial magnetisierte Lagerhülse 190 angeord­ net, die am Meßkopfgehäuse festgelegt ist. Wie gezeigt, sind die Magnetisierungsrichtungen von Stellhülse 72 und Lager­ hülse 190 entgegengesetzt, sodaß sich diese beiden Hülsen in radialer Richtung abstoßen und damit die Stellhülse 72 im Inneren der Lagerhülse 190 reibungsfrei radial gelagert ist.

Bezüglich der Vorspannung der Stellhülse 72 in eine mittlere Ruhestellung unterscheiden sich der obere und unter Teil von Fig. 9. Im oberen Ausführungsbeispiel ist die Lagerhülse 190 bei ihrer axialen Mitte stärker aufmagnetisiert, wie durch einen dickeren Pfeil angedeutet. Die Stellhülse hat bei ihrer Mitte eine Umfangsnut 194, welche dem Positionier­ bund 74 folgt, und ist im übrigen homogen magnetisiert. Damit sucht sich die Stellhülse 72 axial so einzustellen, daß die Umfangsnut 194 dem stärker magnetisierten Bereich der Lagerhülse 190 gegenüberliegt. Beim unteren Ausführungs­ beispiel hat die Stellhülse 172 einen zugleich den Positio­ nierbund 74 bildenden mittleren Hülsenabschnitt 196, der gleich polarisiert ist wie die Lagerhülse 190, so daß wie­ derum eine Ausrichtung der Stellhülse 72 auf die axiale Mitte der Lagerhülse 190 erhalten wird.

Zum Auslenken der Stellhülse 72 aus ihrer axialen Mitten­ stellung in der einen oder anderen Richtung ist wiederum die Ringspule 140 vorgesehen.

Anders als bei Metallfedern ist bei Verwendung von magne­ tischen Federn, wie sie soeben unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert wurden, die Federcharakteristik praktisch tem­ peraturunabhängig. Die Federcharakteristik läßt sich auch durch unterschiedliche Wahl des Magnetisierungprofiles und/ oder der Geometrie der gegenüberliegenden Umfangsflächen von Stellhülse 72 und Lagerhülse 190 in weiten Grenzen auf einfache Weise variieren.

Sich axial ändernde Magnetisierungen aufweisende Hülsenkör­ per, wie sie oben beschrieben wurden, können z.B. durch Ver­ kleben in sich homogen magnetisierter Ringkörper erhalten werden.

Anstelle des unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten Sperr­ steuerkreises 166, welcher auf Frequenzbasis arbeitet, kann man gemäß Fig. 10 auch die Ausgangssignale der beiden Dif­ ferenzverstärker 120 und 164 auf die Eingänge eines Summier­ verstärkers 198 geben, wobei zur Anpassung der Grundempfind­ lichkeit der beiden Licht-Meßkanäle (z.B. bedingt durch unterschiedliche Helligkeit der Lichtquellen) ein Anpas­ sungsnetzwerk vorgesehen wird, das hier als an den Ausgang des Differenzverstärkers 164 angeschlossener einstellbarer Ableitwiderstand 200 gezeigt ist.

Bei erschütterungsbedingter Defokussierung ändern sich die Ausgangssignale der Differenzverstärker 120 und 164 gleich­ sinnig, so daß man ein Ausgangssignal des Summierverstärkers 198 erhält. Bei durch die Prüffläche bedingter Defokussie­ rung ändern sich diese Ausgangssignale der Differenzverstär­ ker dagegen in entgegengesetzter Richtung, so daß kein Aus­ gangssignal am Summierverstärker 198 erhalten wird. Damit kann dieses Ausgangssignal nach Umkehrung in einem Inverter 202 zur Ansteuerung des UND-Gliedes 130 von Fig. 2 dienen.

Claims (23)

1. Gerät zum Ermitteln des lokalen Abstandes einer Prüf­ fläche von einer Referenzfläche, mit einer kleinen Durchmesser aufweisenden Lichtquelle, mit einem Objektiv zum Abbilden der Lichtquelle auf einen lokalen Bereich der Prüffläche und zum Abbilden des dort von der Lichtquelle erzeugten Lichtfleckes auf eine photoelektrische Wandler­ anordnung, mit einer Umlenkeinrichtung zum räumlichen Tren­ nen des von der Prüffläche zurückgeworfenen Lichtes vom auf sie auffallenden Licht, die auf der optischen Achse des Gerätes zwischen dem Objektiv und der Lichtquelle angeord­ net ist, mit einem Strahlteiler, welcher im Lichtweg hinter der Umlenkeinrichtung angeordnet ist und das zurückgewor­ fene Licht in zwei Teilstrahlen aufspaltet, von denen je­ weils einer auf einen zugeordneten Wandler der Wandleranord­ nung fällt, und mit einem Differenzverstärker, der mit den Ausgangssignalen der beiden Wandler beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (68) in eine axiale Stellung vorgespannt ist und durch einen Elektromagneten (74, 140) entgegen der Vorspannkraft axial verlagerbar ist; daß eine Speiseschal­ tung (126 bis 138) den Speisestrom des Elektromagneten (74, 140) in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Ausgangssignales des Differenzverstärkers (120) erhöht oder erniedrigt; und daß ein dem Speisestrom zugeordnetes Signal als dem zu mes­ senden Abstand zugeordnetes Meßsignal bereitgestellt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kenn­ linienkreis (146), welcher eingangsseitig mit einem zum Speisestrom proportionalen Signal beaufschlagt ist und dies gemäß einer die Nichtlinearität der mechanischen Vor­ spannkraft kompensierenden Kennlinie modifiziert, wobei das Ausgangssignal des Kennlinienkreises (146) das Meßsignal darstellt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (68) von mindestens einem auf die op­ tische Geräteachse zentrierten ringförmigen Federele­ ment (84, 86) gehalten ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den inneren Rändern der ringförmigen Federelemente (84, 86) einzelne Federarme vorgebende Schlitze (88) ausge­ hen.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (68) durch eine magnetisches Radiallager (72, 190) auf die Geräteachse zentriert ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Radiallager (72, 190) eine magnetische In­ homogenität aufweist, durch welche das bewegliche Lager­ teil in eine axiale Ruhestellung vorgespannt ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromagnet eine zur optischen Ge­ räteachse koaxiale, außerhalb des Weges des Objektives (68) angeordnete Ringspule (140) sowie ein mit dem Objektiv (68) verbundenes rotationssymetrisches Magnetteil (74) auf­ weist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein aktiver mittiger Bereich des Objekti­ ves (68), welcher von der Prüffläche (14) zurückgewor­ fenes Licht direkt auf die Wandler (116, 118) abbildet, von einer rotationssymetrischen Reflektoreinrichtung (68, 76; 76′; 186, 188; 76) umgeben ist, welche von der Prüf­ fläche (14) unter starker Neigung zur Geräteachse zurückge­ worfene Lichtstrahlen jeweils im wesentlichen in sich zur Prüffläche (14) zurückschickt.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung durch eine sich an den mittleren Bereich des großen Durchmesser aufweisenden Objektives (68) anschließenden Objektivrandbereich sowie einen hinter diesem angeordneten, im wesentlichen ebenen und senkrecht auf der Geräteachse stehenden Spiegel (76) gebildet ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (76) einen transparenten Grundkörper (78) und eine vom Objektiv (68) abliegende Spiegelschicht (80) aufweist, welche in der Mitte eine den direkt aktiven mitt­ leren Bereich des Objektives (68) vorgebende Öffnung (82) hat.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verspiegelte Oberfläche des Spiegelgrundkör­ pers (78) zur Kompensation der Randverzeichnung des Ob­ jektives (68) gewölbt ist.

12. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung einen Hohlspiegel (76′) aufweist, der auf seiner Achse eine Öffnung (82′) hat, deren Durchmesser demjenigen des kleinen Durchmesser aufweisenden Objektives (68′) entspricht, und daß der Krümmungsmittel­ punkt (M) des Hohlspiegels (76′) mit dem prüfflächenseiti­ gen Brennpunkt (F) des Objektives (68′) zusammenfällt.

13. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung ein Reflexionshologramm (186), wel­ ches Randverzeichnungen des Objektives (68) kompensiert, sowie einen dahinter liegenden Spiegel (188) mit einer den direkt aktiven mittleren Bereich des Objektives (68) vorge­ benden Öffnung (82) aufweist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Objektiv durch ein Tranmissionsholo­ gramm (190) gebildet ist.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandler (116, 118) jeweils durch eine gestreckte, balkenförmige p-n-Struktur (170 bis 174) ge­ bildet sind, wobei die Ebene des p-n-Überganges (174) im we­ sentlichen senkrecht auf der Einfallsrichtung des Lichtes steht und die Wandlerachse parallel zu derjenigen Richtung verläuft, in welcher das auffallende Licht (110) bei Defo­ kussierung des Objektives (68) wandert.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speiseschaltung einen Auf/Ab-Zähler (134) aufweist, dessen Zählklemmen über eine in Abhän­ gigkeit vom Ausgangssignal des Differenzverstärkers (120) geschaltete Weiche (126, 128) mit dem Ausgang eines frei­ laufenden Taktgebers (132) verbindbar sind.

17. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine zweite, ringförmige Lichtquelle (64), welche ein Lichtbündel (66) mit vom Licht der ersten Lichtquel­ le (60) unterschiedlichem Spektrum bereitstellt und im we­ sentlichen in der selben Ebene wie die erste Lichtquelle angeordnet ist, so daß das Objektiv (68) auf der Prüffläche (14) neben dem sehr kleinen Durchmesser aufweisenden Licht­ fleck ersten Spektrums einen Lichtring unterschiedlichen, zweiten Spektrums mit verglichen mit dem Lichtfleck großem Durchmesser erzeugt; daß zwischen der Lichtquellenanordnung (60, 64) und dem Objektiv (68) eine zweite Umlenkeinrich­ tung (92 )vorgesehen ist, welche eine zweite Teilmenge des zurückgeworfenen Lichtes über einen weiteren Strahlteiler (96, 98) auf eine zweite Wandleranordnung (158, 160) wirft, die von der ersten Wandleranordnung (116, 118) räumlich getrennt ist, dieser vorzugsweise bezüglich der Geräteachse gegenüberliegt; daß vor der ersten Wandleranordnung (116, 118) ein Durchlaßfilter (114) für die erste Lichtsorte und vor der zweiten Wandleranordnung (158, 160) ein Durchlaßfil­ ter (162) für die zweite Lichtsorte steht; daß die von der zweiten Umlenkeinrichtung (92) umgelenkte Teilmenge des zu­ rückgeworfenen Lichtes durch den zweiten Strahlteiler (96, 98) in zwei räumlich getrennte Teilbündel (154, 156) zer­ legt wird, mit welchen zwei räumlich getrennte Wandler (158, 160) der zweiten Wandleranordnung beaufschlagt sind; und daß diese beiden Wandler (158, 160) mit Eingängen eines zweiten Differenzverstärker (164) verbunden sind.

18. Gerät nach Anspruch 17 in Verbindung mit Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtquelle (60) und die zweite Lichtquelle (64) Licht mit zwei unter­ schiedlichen Wellenlängen oder zwei unterschiedlichen Pola­ risationen bereitstellen, und das Transmissionshologramm (190) eine Überlagerung von zwei Teilhologrammen ist, wel­ che jeweils für das Licht einer Lichtquelle aktiv und für das Licht der anderen Lichtquelle inaktiv sind und jeweils mit dem betrachteten Licht unter idealen Fokussierungsbe­ dingungen unter Verwendung derselben Master-Optik herge­ stellt sind.

19. Gerät nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch eine Zwischenwand (102) des Gehäuses (56), welche die Sichtverbindung zwischen den beiden Wandleranordnungen unterbricht.

20. Gerät nach einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeich­ net durch einen Umschalter (122), über welchen wahlwei­ se der Ausgang des ersten Differenzverstärkers (120) bzw. der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (164) mit der Steuerklemme der Speiseschaltung (130 bis 138) verbind­ bar ist.

21. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch einen vom Gerätegehäuse (56) getragenen, in Rich­ tung der Geräteachse wirksamen Beschleunigungsfühler (64, 68, 158, 160, 164, 166 bzw. 198) und durch einen der Steuerklemme der Speiseschaltung zugeordneten Sperrkreis (130), welcher durch ein Beschleunigungen des Gerätes an­ zeigendes Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers in den Sperrzustand gestellt wird.

22. Gerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsfühler einen ein Frequenzfilter enthal­ tenden Sperrsteuerkreis (166) aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers (120) oder vorzugsweise mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstär­ kers (164) verbunden ist und dessen Ausgang mit der Steuer­ klemme des Sperrkreises (130) verbunden ist.

23. Gerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsfühler einen mit den Ausgangssignalen der beiden Differenzverstärker (120, 164) beaufschlagten Summierverstärker (198) aufweist.