DD240611A1

DD240611A1 - Verfahren zur einstellung der fokussierung in optischen einrichtungen

Info

Publication number: DD240611A1
Application number: DD28022085A
Authority: DD
Inventors: Werner Menzel
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-09-02
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1986-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Fokussierung optischer Einrichtungen, vorzugsweise bei Mikroskopen. Ziel der Erfindung ist eine Einstellung der Fokussierung bei optischen Einrichtungen genauer und schneller als bei visuellen Beobachtungen mit geringem technisch-oekonomischen Aufwand. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, dass ein genaues automatisches Fokussieren der optischen Einrichtung gewaehrleistet und optoelektronisch die Fokussierung der optischen Abbildungssysteme ueber den Strahlengang des zu fokussierenden optischen Systems und dessen Bildebene erhalten wird. Das wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass das Bild vorzugsweise einer Strichfigur auf einen fotoelektrischen Wandler mit in Reihe angeordneten Sensoren so abgebildet wird, dass mindestens eine Strichbildkante mit den Sensoren einen Winkel a, der senkrecht um die optische Achse drehbar ist, bildet und dass aus einem Vergleich des Bildkantengraubereiches eine Information fuer einen Ort optimaler Fokussierung fuer die einzustellende Fokussierung gewonnen wird. Fig. 1

Description

und daß aus einem Vergleich des Bildkantengraubereiches eine Information für einen Ort optimaler Fokussierung für die einzustellende Fokussierung der optischen Einrichtung gewonnen wird. Vorteilhaft ist es, daß aus dem von einer Strichbildkante abgestrahlten und auf dem fotoelektrischen Wandler gesammelten Licht ein Fokussierungssignal aus dem Gradienten des Graubereiches der Beleuchtungsstärke erhalten wird und das zur Bestimmung des Ortes optimaler Fokussierung der auf den Sensoren abgebildete Bildkantengraubereich von dem fotoelektrisch^ Wandler mit einer nachgeordneten Elektronik von hell zu dunkel oder umgekehrt ausgewertet wird. Weiterhin istes von Vorteil, daß von den Sensoren des fotoelektrischen Wandlers beide Strichbildkanten oder die Strichbildkanten mehrerer nebeneinander liegender Strichfiguren zur Signalvervielfachung erfaßt werden. Durch die Erfindung wird eine genauere und schnellere Einstellung der Fokussierung optischer Einrichtungen ohne Nacheinstellungen erhalten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Prinzipdarstellung der Erfindung für ein Mikroskop Figur 2-4: Diagrammdarstellungen zur Ermittlung des Kontrastvergleiches

Figur 1 zeigt den optischen Strahlengang in einem Mikroskop mit Auf-und Durchlicht. Zur Einstellung der Fokussierung d.h. der Bestimmung der Lage einer Objektebene 1 zu einer Bildebene wird in den Abbildungsstrahlengang, umfassend ein Objektiv 2, eine Tubuslinse 3 und einen Teiiungsspiegel 4 das Bild einer Strichfigur 9 abgebildet, die über einen Beleuchtungsstrahlengang, umfassend eine Lampe 6, einen Kollektor 7 und einen Kondensor 8, eingespiegelt wird. Die abgebildete Strichfigur 9 wird dann über einen Teilungsspiegel 10 in die Objektebene 1 abgebildet und von dem zu fokussierenden optischen System, dem Objektiv 2 auf einen fotoelektrischen Wandler 11 mit in Reihe angeordneten Sensoren so abgebildet, daß mindestens eine Kante der Srichfigur 9 mit den Sensoren einen Winkel a, der senkrecht um eine optische Achse 12 drehbar ist, bildet. Die abzubildende Strichfigur 9 kann dabei in den Auf- oder Durchlichtstrahlengang des Mikroskopes eingeblendet werden und nach Durchlaufen des Abbildungsstrahlenganges wieder ausgeblendet werden, oder sie besteht aus Licht solcher Wellenlängen, die den Abbildungsstrahlengang nicht stören. Die abzubildende Strichfigur 9 kann auch die Form eines schmalen Rechteckes besitzen, so daß von den Sensoren des fotoelektrischen Wandlers 11 beide Bildkanten der Strichfigur 9 oder die Strichkanten mehrerer nebeneinander angeordneter Strichfiguren zur Signalvervielfachung erfaßt werden. Die Figuren 2-4zeigen die fotometrische Darstellung des über die Bildkante liegenden Graubereiches aus dem das Signal für die optimale Fokussierung ermittelt wird. Der Ort optimaler Fokussierung wird bestimmt, indem die den Graubereich darstellenden Intensitätssignale von einer festgelegten Anzahl Sensoren des fotoelektrischen Wandlers 11 addiert und in zwei gleiche Teile geteilt werden. Den Intensitätsverlauf des über der Strich bildkante 9 liegenden Graubereiches bei einer Kantenerfassungsbreite von 20 Sensoren der von einem Rechner ermittelt wird, zeigen:

Figur 2 nach der Formel: s « η

η "2

/+_ Maximum/

s = Sensorsignal η » festgelegte Anzahl der Sensoren

Figur 3 nach der Formel: s = η

s^ n-nx

nx

/+ Maximum/

Figur 4 nach der Formel:

nx s = η O s= n-nx

n+nx

S - /+ Maximum/

n-nx ""

Dabei ist die Lage des Ortes optimaler Fokussierung von der Positionierung des Strichkantenbildes 9 auf dem fotoelektrischen Wandler 11 innerhalb des Positionierbereiches unabhängig.

Die Einstellung der Fokussierung kann auch ohne Einblenden einer Strichfigur ermittelt werden, wenn das abzubildende Objekt geeignete Strichstrukturen enthält, die auf den fotoelektrischen Wandler 11 abgebildet werden. Solche Objektstrukturen sind auf Mikroschaltkreisen fast immer vorhanden. Enthalten die aneinander grenzenden Objektstrukturen gleiches Reflexions- bzw. Transmissionsvermögen und ihre gemeinsame Kante erscheint als dünne dunkle oder helle Linie, z. B. bei einer Dunkelfeldbeleuchtung, so entsteht das in Figur 4 dargestellte Diagramm. Für die Fokussierungssignalgewinnung genügt eine Strichbildkante, wird die zweite Strichbildkante mit einbezogen, so steht zur Einstellung der Fokussierung eine doppelte Signalgröße zur Verfugung. Eine weitere Vervielfachung der Signalgröße, kann mit einem Gitter als Testfigur erhalten werden. Es ist dabei unabhängig, ob der Kantenkontrast von hell zu dunkel, oder umgekehrt vorliegt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einstellung der Fokussierung in optischen Einrichtungen, bei dem die Lage der Objektebene zu einer Fokussierungsebene des optischen Abbildungssystems mit einer in den Abbildungsstrahlengang eingeblendeten und in die Objektebene abgebildeten Testfigur eingestellt und die Fokussierung optoelektronisch ermittelt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Bild vorzugsweise einer Strichfigur auf einen fotoelektrischen Wandler mit in Reihe angeordneten Sensoren so abgebildet wird, daß mindestens eine Strichbildkante mit den Sensoren einen Winkel der senkrecht um die optische Achse drehbar ist, bildet und daß aus einem Vergleich des Bildkantengraubereiches eine Information für einen Ort optimaler Fokussierung für die einzustellende Fokussierung der optischen Einrichtung gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß aus dem von einer Strichbildkante abgestrahlten und auf dem . fotoelektrischen Wandler gesammelten Licht ein Fokussierungssignal aus dem Gradienten des Graubereiches der Beleuchtungsstärke erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Bestimmung des Ortes optimaler Fokussierung der auf den Sensoren abgebildete Bildkantengraubereich von dem fotoelektrischen Wandler mit einer nachgeordneten Elektronik von hell zu dunkel oder umgekehrt ausgewertet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß von den Sensoren des fotoelektrischen Wandlers beide Strichbildkanten oder die Strichbildkanten mehrerer nebeneinander liegender Strichfiguren zur Signalvervielfachung erfaßt werden.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird zur Einstellung der Fokussierung, vorzugsweise bei Mikroskopen angewendet, bei denen optoelektronisch die Fokussierung der optischen Abbildungssysteme ermittelt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind technische Lösungen und Verfahren zur automatischen Fokussierung im Auf-und Durchlicht innerhalb sowohl außerhalb zugeordneter optischer Abbildungssysteme bekannt.

Aus der DE-OS 2944161, DE-OS 3122027 und der DE-OS 2851464 sind Sensoranordnungen bekannt, die in Richtung der optischen Achse angeordnet sind, wobei in der DE-OS 2944161 die darauf abgebildete Beleuchtungsstärke vor und hinter einer Trennlinie gemessen und ausgewertet wird, in der DE-OS 3122027 wird zur Fokussierung eines Objektivs Licht einer beleuchteten Testfigur schräg zur optischen Achse durch das zu fokussierende Objektiv über einen vor dem Objektiv festangeordneten teildurchlässigen Spiegel auf die Sensoranordnung abgebildet und in der DE-OS 2851464 wird vom zu fokussierenden optischen System ein Teil des Lichtstromes des abzubildenden Objektes auf der Sensoranordnung gesammelt und die Beleuchtungsstärke links und rechts einer Mittellinie gemessen und ausgewertet. Der Nachteil dieser technischen Lösungen besteht darin, daß die Signalgewinnung für die Einstellung der Fokussierung von der Gestalt des abzubildenden Objektes, von den im Objekt vorhandenen Strukturen und seiner Leuchtdichteverteilung abhängig ist, oder wie in der DE-OS 3122027 nur eine Korrektur der von Umwelteinflüssen abhängigen Brennweite des Objektives erhalten wird. In der DE-OS 2836428 wird ein fotoelektrisches Verfahren zur Fokussierung optischer Systeme beschrieben, in dem in zwei über Teilungsspiegel realisierten konjugierten Abbildungsebenen rechtwinklig zur optischen Achse fotoelektrische Wandler vor und hinter einer Fokussierungsebene angeordnet sind. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe technische Aufwand für zwei optische Systeme. In der DE-PS 3021622 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem bei spiegelnden ebenen Objektflächen die Lage der Fokussierungsebene aus einer seitlichen Testbildverschiebung ermittelt wird. Nachteilig ist hier die Verwendung ebener, spiegelnder Objektflächen und daß das zu fokussierende optische System nicht direkt an der Signalgewinnung beteiligt ist, sondern nur über Verbindungselemente verbunden ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile und das insbesondere mit möglichst geringem technischökonomischen Aufwand die Einstellung der Fokussierung optischer Einrichtungen genauer und schneller als bei einer visuellen Beobachtung erhalten wird.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung der Fokussierung in optischen Einrichtungen zu schaffen, das ein genaues automatisches Fokussieren der optischen Einrichtung gewährleistet und optoelektronisch die Fokussierung der optischen Abbildungssysteme über den Strahlengang des zu fokussierenden optischen Systems und dessen Bildebene erhalten wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Einstellung der Fokussierung, bei dem die Lage der Objektebene zur Fokussierungsebene des optischen Abbildungssystems mit einer in den Abbildungsstrahlengang eingeblendeten und in die Objektebene abgebildeten Testfigur eingestellt und die Fokussierung optoelektronisch ermittelt wird, dadurch gelöst, daß das Bild vorzugsweise einer Strichfigur auf einen fotoelektrischen Wandler mit in Reihe angeordneten Sensoren so abgebildet wird, daß mindestens eine Strichbildkante mit den Sensoren einen Winkel a, der senkrecht um die optische Achse drehbar ist, bildet