DD298852A5 - focusing - Google Patents

Abstract

Fokussiereinrichtung zur Anwendung in optischen Geraeten, insbesondere Mikroskopen, zum teil- oder automatischen Fokussieren auf in diesen Geraeten zu untersuchende Objekte. Die Aufgabe, einen sehr kleinen Meszspot in der Objektebene beweglich zu fuehren und seine Position im Objektfeld in einem Zwischenbild des optischen Geraetes laufend groeszen- und seitenrichtig zu erkennen, wird erfindungsgemaesz durch eine an sich bekannte Fokussiereinrichtung dadurch geloest, dasz die optischen Elemente zur Fuehrung, Beeinflussung und Erfassung des vorzugsweise infraroten Meszstrahles separat zum Beleuchtungsstrahlengang in dem optischen Geraet angeordnet sind und, dasz zur Einkopplung des Meszstrahles und des Hilfsstrahles in den Strahlengang eine spezielle, eine um zwei Achsen schwenkbare, teildurchlaessige planparallele Platte aufweisende Ablenkeinheit vorgesehen ist. Fig. 1{Fokussiereinrichtung; beweglicher Fokussierfleck; Fokussierbewegungsanzeige}Focusing device for use in optical devices, in particular microscopes, for partial or automatic focusing on objects to be examined in these devices. The task of guiding a very small measuring spot movably in the object plane and continuously recognizing its position in the object field in an intermediate image of the optical apparatus is achieved according to the invention by a focusing device which is known per se, ie the optical elements for guidance, Influencing and detection of the preferably infrared Meszstrahles are arranged separately to the illumination beam path in the optical device and, that is provided for coupling the Meszstrahles and the auxiliary beam in the beam path a special, a pivotable about two axes, tetrelike plane-parallel plate deflecting unit. Fig. 1 {focussing device; moving focus spot; Fokussierbewegungsanzeige}

Description

Erfindungsgemäß löst die Aufgabe eine Fokusslereinrichtung für optische Geräte, die eine vorzugsweise IR-Licht aussendende Lichtquelle und mindestens einen Empfänger für den Meßstrahl, eine zweite einen sichtbaren Hilfsstrahl aussendende Lichtquelle, sowie optische Elemente zur Führung und Beeinflussung des Meßstrahles und dos HilfsStrahles aufweist, dadurch, daß die optischen Elemente zur Führung, Beeinflussung und Erfassung des Meßstrahles separat zum Beleuchtungsstrahlengang in dem optischen Gerät angeordnet sind, daß zur Einkopplung des Meßstrahls und des HilfsStrahls in den Strahlengang des optischen Gerätes eine zwischen einem Objektiv und einer Tubuslinse angeordnete Ablenkeinheit vorgesehen ist, wobei die Ablenkeinheit eine um zwei Achsen schwenkbare, teildurchlässige planparallele Platte enthält.According to the invention, the object is achieved by a focusing device for optical devices, which has a preferably IR-emitting light source and at least one receiver for the measuring beam, a second light source emitting a visible auxiliary beam, and optical elements for guiding and influencing the measuring beam and the auxiliary beam, characterized that the optical elements for guiding, influencing and detecting the measuring beam are arranged separately from the illumination beam path in the optical device, that for coupling the measuring beam and the auxiliary beam in the beam path of the optical device, a deflection unit is provided between an objective and a tube lens, wherein the Deflection unit comprises a pivotable about two axes, partially transparent plane-parallel plate.

Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsform der Ablenkeinheit besteht darin, daß die teildurchlässige planparallele Platte der Ablenkeinheit in einer Halterung gehaltert ist, daß diese Halterung schwenkbar in einem Gabelstück und das Gabelstück selbst schwenkbar in einem Gestell gelagert sind, und daß an sich bekannte Stellmittel, Fedei jlemente mindestens ein Winkelhebel und eine mit der Halterung verbundene Koppelfläche für das Schwenken der planparallelen Platte vorgesehenAn advantageous embodiment of the invention the deflection unit is that the partially transmitting plane-parallel plate of the deflection unit is mounted in a holder, that this holder are pivotally mounted in a fork and the fork itself pivotable in a frame, and that per se known actuating means, Fedei jlemente at least an angle lever and a coupling surface connected to the holder for pivoting the plane-parallel plate provided

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht darin, daß durch die um zwei sich schneidende und unter 90 Grad stehende Achsen schwenkbare, teildurchlässige planparallele Platte der Ablenkeinheit 1 bestimmte definierte Objektstellen nahezu punktweise erfaßt werden. Diese Erfassung beliebiger, auch im Objektfeld außerhalb der optischen Achse liegender Punkte erfolgt mit einem Meßstrahl, der vorzugsweise mit infrarotem Licht arbeitet.The advantageous effect of the invention is that certain defined object locations are detected almost pointwise by the intersecting two intersecting and 90 degrees axes standing, partially transparent plane-parallel plate of the deflection unit. This detection of arbitrary, also lying in the object field outside the optical axis points is carried out with a measuring beam, which preferably operates with infrared light.

Der Meßstrahl und der Hilfsstrahl werden durch die Ablenkeinheit zwischen Objektiv und Tubuslinse in den parallelen Strahlengang des optischen Gerätes eingeblendet.The measuring beam and the auxiliary beam are superimposed by the deflection unit between the objective and the tube lens in the parallel beam path of the optical device.

Der bezüglich des Meßstrahles auf die teildurchlässige planparallele Platte justierte Hilfsstrahl zeigt im Zwischenbild die jeweilige Position des Meßspots im Objektfeld an.The auxiliary beam, which is adjusted with respect to the measuring beam to the partially transparent plane-parallel plate, indicates in the intermediate image the respective position of the measuring spot in the object field.

Durch die zum Beleuchtungsstrahlengang separate Einblendung des Meß- und des HilfsStrahles ergibt sich keine Beeinflussung der Beleuchtung durch die schwenkbare planparallele Platte der Ablenkeinheit.Due to the illumination beam path separate insertion of the measuring and the auxiliary beam results in no influence on the illumination by the pivotable plane-parallel plate of the deflection.

Meß- und Hilfsstrahl können auch Strahlenbündel mit geringem Querschnitt sein.Measuring and auxiliary beam can also be beam bundles with a small cross-section.

Weiterhin ist es denkbar, vorteilhaft die Elemente zur Führung, Beeinflussung und Erfassung des Meßstrahles in einem Modul anzuordnen, der bei Bedarf in das optische Gerät an entsprechend vorgesehener Stelle eingebracht wird.Furthermore, it is conceivable to advantageously arrange the elements for guiding, influencing and detecting the measuring beam in a module, which is introduced into the optical device at a correspondingly provided point as required.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Fokussiereinrichtung ermöglicht eine vorteilhaftere Verwendung in optischen Geräten mit Dunkelfeldbeleuchtung, differentiellem Interferenzkontrast oder Polarisationsanordnungen.The inventive design of the focusing device allows a more advantageous use in optical devices with dark field illumination, differential interference contrast or polarization arrangements.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung wird nachstehend anhar/l eines möglichen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figuren zeigen in schematischer DarstellungThe invention will be explained in more detail below anhar / l a possible embodiment. The figures show a schematic representation

Fig. 1: einen Teilabschnitt des Strahlenganges eines optischen Gerätes mit erfindungsgemäßer Fokussiereinrichtung Fig. 2 u. 3: die Elemente einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Ablenkeinheit.1: a partial section of the beam path of an optical device with inventive focusing device Fig. 2 u. 3: the elements of an advantageous embodiment of the deflection unit.

Fig. 1 zeigt, der über eine Lichtleitfaser oder Blende von der Leuchtdiode 1 ausgehende infrarote Meßstrahl M wird durch ein Linsensystem 2 kollimiert und über das Umlenkelement 3a und die planparallele Platte 141 dem Objektiv 4 zugeführt.FIG. 1 shows that the infrared measuring beam M emanating from the light-emitting diode 1 via an optical fiber or diaphragm is collimated by a lens system 2 and fed to the objective 4 via the deflecting element 3a and the plane-parallel plate 141.

Der Durchmesser des Meßstrahles M ist so gewählt, daß durch eine Schwenkbewegung der planparallelen Platte 141 die Objektivaustrittspupille je nach Anforderung vollständig oder teilweise ausgeleuchtet ist.The diameter of the measuring beam M is selected so that the lens exit pupil is completely or partially illuminated as required by a pivoting movement of the plane-parallel plate 141.

In der Objektebene 5 entsteht das Bild der Lichtquelle, Leuchtdiode 1, entsprechend dem Querschnitt der verwendeten Lichtleitfaser oder Blende und wird im fokussierten Fall nach Reflexion am Objekt durch das Objektiv 4 wieder ins Unendliche und über die planparallele Platte 141 zum Umlenkelement 3b, einem optischen Teilungselement, abgebildet, von diesen in gleiche Intensitäten geteilt, durch die Linsensysteme 6a und 6bzwischen eine intra- und eine extrafokal angeordnete Blende 7 aIn the object plane 5, the image of the light source, light emitting diode 1, corresponding to the cross section of the optical fiber or aperture used and is in the focused case after reflection on the object through the lens 4 back to infinity and the plane-parallel plate 141 to the deflection element 3b, an optical division element , imaged, divided by these into equal intensities, through the lens systems 6a and 6b between an intra- and an extrafocal arranged aperture 7 a

bzw. 7 b fokussiert und von den Empfängerdioden 8a und 8b registriert. >7b and registered by the receiver diodes 8a and 8b. >

Zur Sichtbarmachung des durch die schwenkbare planparallele Platte 141 in der Objektebene 5 bewegten Meßspots wird eine Blende 10, ausgeleuchtet durch einen Hilfsstrahl H, einer im visuellen Spektralbereich arbeitende Lichtquelle 9, über ein Linsensystem 11 kollimiert und nach Reflexion an der zweiten Reflexionsfläche der schwenkbaren planparalleten Platte 141 durch eine Tubuslinse 12 in die Zwischenbildebene 13 des optischen Gerätes abgebildet.To visualize the measuring spots moved by the pivotable plane-parallel plate 141 in the object plane 5, an aperture 10 illuminated by an auxiliary beam H, a light source 9 operating in the visual spectral range, is collimated via a lens system 11 and after reflection at the second reflecting surface of the pivotable plane-parallel plate 141 imaged through a tube lens 12 in the intermediate image plane 13 of the optical device.

Der Durchmesser der Blende 10 ist so gewählt, daß die Größe des in der Zwischenbildebene 13 erzeugten Lichtfleckes der Größe des Meßspots entspricht.The diameter of the diaphragm 10 is selected so that the size of the light spot generated in the intermediate image plane 13 corresponds to the size of the measuring spot.

Der Hilfsstrahl H muß nur einmal bezüglich des Meßstrahls M auf die schwenkbare planparallele Platte 141 einjustiert werden.The auxiliary beam H must be adjusted only once with respect to the measuring beam M on the pivotable plane-parallel plate 141.

Bei Änderung der Ortslage des, mittels des Meßstrahls M in der Objektebene erzeugten, Meßspots durch Schwenken der planparallelen Platte 141 bewegt sich der mittels des Hilfsstrahl H erzeugte Lichtfleck ebenfalls und hat in der Zwischenbildebene 13 die gleiche obje*torientierte Lage.When changing the spatial position of, generated by means of the measuring beam M in the object plane, measuring spots by pivoting the plane-parallel plate 141, the light spot generated by the auxiliary beam H also moves and has in the intermediate image plane 13, the same obje * oriented-oriented position.

Figur 2 und 3 zeigen eine mögliche vorteilhafte Ausgestaltungsform der Ablenkeinheit.Figures 2 and 3 show a possible advantageous embodiment of the deflection.

Die planparallele Platte 141 ist um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen χ und y schwenkbar gelagert. Der Schnittpunkt der beiden Drehachsen fällt mit dem Schnittpunkt des auf die planparallele Platte 141 auftreffenden Meßstrahls M und der optischen Achse 0 zusammen. Die planparallele Platte 141 ist mittels einer Halterung 142 mit der Drehachse 147 um χ verbunden. Mit dem gestellfesten Stellmittel 145a wird über den im Gestell 143 gelagerten Winkelhebel 144 die Justierbewegung auf die um χ gelagerten planparallele Platte 141 übertragen. Der Winkelhebel 144 liegt nur punktförmig an der Koppelfläche 149 an.The plane-parallel plate 141 is pivotally mounted about two mutually perpendicular axes χ and y. The intersection of the two axes of rotation coincides with the intersection of the incident on the plane-parallel plate 141 measuring beam M and the optical axis 0 together. The plane-parallel plate 141 is connected by means of a holder 142 with the axis of rotation 147 to χ. With the frame-fixed actuating means 145a, the adjusting movement is transmitted to the plane-parallel plate 141 mounted on the frame 143 via the angle lever 144. The angle lever 144 is only punctiform on the coupling surface 149.

Die Halterung 142 ist in einem Gabelstück 143a und dieses drehbar um die Drehachse um y 148 in dem Gestell 143 gelagert.The holder 142 is mounted in a fork piece 143a and this rotatably about the rotational axis by y 148 in the frame 143.

Das Gestell an sich ist im nicht dargestellten optischen Gerät befestigt. Mit dem Stellmittel 145b erfolgt die Justierbewegung derThe frame itself is mounted in the optical device, not shown. With the adjusting means 145b, the adjustment movement of the

planparallelen Platte 141 um diey-Achse.plane-parallel plate 141 around the y axis.

Die Bewegungsübertragung von den Stellmitteln 145a, 145b auf die die planparallele Platte 141 halternden Elemente 142 undThe motion transmission from the adjusting means 145a, 145b on the plane-parallel plate 141 supporting elements 142 and

143a erfolgt kraftschlüssig mittels Federelemente 146a und 146b.143a is frictionally by means of spring elements 146a and 146b.

Die Stellmittel 145a und 145b sind an sich bekannte Mittel und werden entsprechend dem konzipierten AutomatisierungsgradThe adjusting means 145a and 145b are known per se and are according to the conceived degree of automation

der Fokussiereinrichtung gewählt Un₁ sind mit den jeweiligen Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtungen verbunden. Da diesethe focusing device selected Un ₁ are connected to the respective control or regulating devices. This one

Mittel an sich bekannt sind, werden sie nicht weiter erläutert.Means are known per se, they are not explained further.

Claims (2)

1. Fokussiereinrichtung für optische Geräte, die eine vorzugsweise IR-Licht aussendende Lichtquelle und mindestens einen Empfängerfür den Meßstrahl, eine zweite einen sichtbaren Hilfsstrahl aussendende Lichtquelle, sowie optische Elemente zur Führung und Beeinflussung des Meßstrahles und des HilfsStrahles aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die optischen Elemente (1,2,3a, 3b, 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b) zur Führung, Beeinflussung und Erfassung des Meßstrahles (M) separat zum Beleuchtungsstrahlengang in dem optischen Gerät angeordnet sind, daß zur Einkopplung des Meßstrahls (M) und des HilfsStrahls (H) in den Strahlengang (B) des optischen Gerätes eine zwischen einem Objektiv (4) und einer Tubuslinse (12) angeordnete Ablenkeinheit (14) vorgesehen ist, wobei die Ablenkeinheit (14) eine um zwei Achsen schwenkbare, teildurchlässige planparallele Platte (141) enthält.1. Focusing device for optical devices having a preferably IR light emitting light source and at least one receiver for the measuring beam, a second a visible auxiliary beam emitting light source, and optical elements for guiding and influencing the measuring beam and the auxiliary beam, characterized in that the optical Elements (1,2,3a, 3b, 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b) for guiding, influencing and detecting the measuring beam (M) are arranged separately to the illumination beam path in the optical device, that for coupling the measuring beam (M ) and the auxiliary beam (H) in the beam path (B) of the optical device between a lens (4) and a tube lens (12) arranged deflecting unit (14) is provided, wherein the deflecting unit (14) pivotable about two axes, partially transmitting plane-parallel plate (141) contains. 2. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die teildurchlässige planparallele Platte (141) der Ablenkeinheit (14) in einer Halterung (142) gehaltert ist, daß diese Halterung (142) schwenkbar in einen Gabelstück (143a) und das Gabelstück (143a) selbst schwenkbar in einem Gestell (143) gelagert sind, und daß an sich bekannte Stellmittel (145 a, 145 b), Federelemente (146a, 146b) mindestens ein Winkelhebel (144) und eine mit der Halterung (142) verbundene Koppelfläche (149) für das Schwenken der planparallelen Platte (141) vorgesehen sind.2. Focusing device according to claim 1, characterized in that the partially transmitting plane-parallel plate (141) of the deflection unit (14) in a holder (142) is mounted, that this holder (142) pivotally in a fork piece (143 a) and the fork piece (143 a ) are pivotally mounted in a frame (143), and in that known actuating means (145 a, 145 b), spring elements (146 a, 146 b) at least one angle lever (144) and one with the holder (142) connected to the coupling surface (149 ) are provided for pivoting the plane-parallel plate (141). Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Fokussiereinrichtung findet Anwendung in optischen Geräten, insbesondere Mikroskopen, zum teil- oder automatischen Fokussieren auf in diesen Geräten zu untersuchenden Objekte.The focusing device is used in optical devices, in particular microscopes, for partial or automatic focusing on objects to be examined in these devices. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Zur teil- und automatischen Fokussierung sind eine Vielzahl von technischen Lösungen bekannt, die den Anforderungen bezüglich der Variierbarkeit gegenüber dem gewählten Beleuchtungs- und Kontrastverfahren sowie der Größe und Positionierbarkeit des Meßspots mehr oder weniger gut genügen.For partial and automatic focusing a variety of technical solutions are known that more or less well meet the requirements in terms of variability with respect to the chosen illumination and contrast method and the size and positioning of the measuring spot. So ist ein Verfahren und Anordnung bekannt, daß nach dem Prinzip der Blendenkonjugation arbeitet, bei dem ein Signal auf einen Extremwert eingestellt wird. Dies geschieht durch gezieltes Abtasten im statischen System oder in einem dynamisch arbeitenden, z. B. schwingenden System, durch Bestimmung der Einstellrichtung. Dieses Verfahren verwendet relativ große zur Mikroskopachse ortsfeste Bezugsflächen, die auch außerhalb des genutzten Sehfeldes liegen können (DE-PS 3339970). In diesen Fällen ist eine Anzeige der Position über ortsfeste) Strichmarken im Zwischenbild möglich bzw. nicht erforderlich. Bei einer anderen bekannten Lösung werden Fokussiersignale erzeugt, indem fokusabhängig Marken oder deren Bilder in Pupillen bzw. deren konjugierten Ebenen oder in bestimmten Zwischenbildebenen verschoben werden. P· sitionsempfindliche Detektoren liefern dann ein Richtungssignal für die Einstellung oder auch Betrag und Richtung (DE PS 3219503). Diese Anordnung ist ebenfalls meist ortsfest zur optischen Achse oder hat auch große Bezugsflächen. Die Positionsanzeige ist wiederum über feste Strichmarken im Mikroskop möglich bzw. nicht erforderlich. Nachteilig ist, daß die Position des Meßspots mit Hilfe eines Spezialobjektes ermittelt werden muß. Dieses ist ohne Kenntnis derZielposition suchenderweise zu verschieben, bis die automatische Fokussierung reagiert. '~Thus, a method and arrangement is known that operates on the principle of aperture conjugation, in which a signal is set to an extreme value. This is done by selective scanning in the static system or in a dynamically operating, z. B. oscillating system, by determining the adjustment direction. This method uses relatively large to the microscope axis stationary reference surfaces, which may also lie outside of the used field of view (DE-PS 3339970). In these cases, an indication of the position on stationary) line marks in the intermediate image is possible or not required. In another known solution, focusing signals are generated by shifting marks or their images into pupils or their conjugate planes or in certain intermediate image planes, depending on the focus. Position sensitive detectors then supply a direction signal for the adjustment or else the amount and direction (DE PS 3219503). This arrangement is also usually stationary to the optical axis or also has large reference surfaces. The position display is again possible via fixed line marks in the microscope or not required. The disadvantage is that the position of the measuring spot must be determined by means of a special object. This is to be moved without knowing the target position until the automatic focusing reacts. '~ Anschließend wird dann ein Strichkreuz zur Marke des Spezialobjektes zentriert. Diese Arbeitsweise ist relativ aufwendig und erschwert eine häufige Änderung der Meßspot-Positionseinstellung. Auch die Kontrolle der Position ist erschwert. Eine angegebene Hilfsbeleuchtung, die in analoger Weise eingespiegelt wird, hat den Nachteil, daß die Marke der Hilfsbeleuchtung immer separat nachgestellt werden muß. Dazu ist die Suche der konkreten Fokussier-Bezu&sfleckposition mit Hilfe des Spezialobjektes erforderlich. Eine stete Zuordnung zur Bezugsfleckposition bei dessen Verstellung besteht nicht.Subsequently, a line cross is then centered to the mark of the special object. This operation is relatively expensive and makes it difficult to frequently change the measuring spot position setting. Also, the control of the position is difficult. A specified auxiliary lighting, which is mirrored in an analogous manner, has the disadvantage that the brand of auxiliary lighting must always be readjusted separately. For this purpose, the search of the concrete focusing position with the help of the special object is required. A constant assignment to the reference spot position during its adjustment does not exist. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist eine Fokussiereinrichtung, die die Nachteile der genannten bekannten Lösungen nicht aufweist und mit geringem technischen Aufwand herstellbar ist.The aim of the invention is a focusing device that does not have the disadvantages of the known solutions mentioned and can be produced with little technical effort. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fokussiereinrichtung zu schaffen, die einen sehr kleinen Meßspot, Bezugsfleck, im Objektfeld erzeugt, wobei der Meßspot verschiebbar und seine Position in einem im Strahlengang des optischen Gerätes vorgesehenen Zwischenbild größen- und seitenrichtig erkennbar ist.The invention has for its object to provide a focusing device that generates a very small measurement spot, reference spot in the object field, the measurement spot displaceable and its position in one provided in the beam path of the optical device intermediate image size and page is recognizable.