DE2443167C3 - Scharf einstellvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Scharfeinstellvorrichtung für optische Geräte mittels eines Strahlenbündels, das vor dem Objektiv in den Strahlengang des Gerätes einspiegelbar und auf das Objekt als Meßpunkt fokussierbar ist, wobei vorn Meßpunkt ein Bild im Abbildungsstrahlengang erzeugt wird.

Bei Mikroskopen oder anderen optischen Geräten wie Ablesefernrohren wird mit einer Grob- und einer Feinstellschraube nach Gutdünken des Beobachters scharf eingestellt, wobei vom Objektiv ein reelles Zwischenbild entworfen wird, das dann mittels des Okulars betrachtet wird. Bei wenig kontrastreichen Objekten ist diese Methode jedoch unbefriedigend, da der Beobachter unter Umständen keinen Punkt des Objektes findet, der sich genügend von der Umgebung abhebt, so daß er auf ihn einstellen könnte. Bei Reihenuntersuchungen ermüdet zudem das Auge des Beobachters von den Anstrengungen beim Scharfeinstellen schnell. Meistens muß bei Objektwechsel erneut eingestellt werden, wodurch der Vorgang wiederholt wird.

Es sind Einstellhilfen, unter anderem für Mikroskope bekannt, bei denen durch mechanische Abtaster der Abstand zum Objekt ermittelt wird. Dabei kann das Objekt aber deformiert werden. Außerdem setzt,diese Methode voraus, daß das Objekt über größere Teile hinweg gleich hoch ist. Die Justierung eines solchen Abtasters ist schwierig und zudem für jedes Objektiv gesondert durchzuführen. Pneumatisch geregelte Einstellvorrichtungen können ebenfalls das Objekt ungünstig beeinflussen. Außerdem muß es so schwer sein, daß es im Luftstrom nicht wegfliegt. Der Aufwand für fernsehtechnische Einstellvorrichtungen ist äußerst groß.

Weiterhin ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Scharfeinstellung mit einem unsichtbaren Strahlbündel bekannt (DT-OS 21 02 922), bei dem die Objektebene in die Fokusebene zurückgeführt wird. Das Strahlbünde! wird in das Beleuchtungsstrahlenbündel so eingespiegelt, daß das Bild einer Marke nur in einer Hälfte des Querschnitts des Strahlenbündels enthalten ist. Die zur Abbildung dienenden Strahlen gelangen dann durch das Objektiv in diejenige Hälfte des Abbildungsstrahlenhiintli-K. in dem das Bild der Marke bisher nicht enthalten war. Liegt das Objekt jedoch nicht exakt senkrecht zur optischen Achse der Vorrichtung, so wird die MeOmarke nach der Seite hin verschoben und dadurch eine nicht vorhandene Unscharfe vorgetäuscht. Bei welligen Objekten (Auflichtobjekten) entsteht in der Detektorebene überhaupt kein scharfes Bild der Meßmarke. Außerdem kann kein sichtbares Licht als Strahlbündel verwendet werden, da hierdurch die gleichzeitige Beobachtung des Objektes praktisch unmöglich wird.

Der Erfindung liegt dahingegen die Aufgabe zugrunde, eine Scharfstellvorrichtung zu schaffen, die beim Auf- und Durchlichtverfahren sowie unabhängig vom benutzten Objektiv arbeitet und auf das Objekt keinen Einfluß nimmt. Sie soll außerdem auch nachträglich in Auflicht-Mikroskope eingebaut werden können.

Die Lösung der 'Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Strahlenbündel aus Laserlicht besteht, daß das Strahlenbündel durch die volle öffnung des Objektivs hindurchtritt, und daß in dem im Abbildungsstrahlengang erzeugten Bild auf kleinsten Lichtpunkt bzw. größte Fläche der Granulen eingestellt wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß im Abbildungsstrahlengang eine Zusatzlinse eingefügt ist, die ein Beugungsbild des Lichtpunktes in der Zwischenbildebene erzeugt.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Scharfeinstellvorrichtung sind darin zu sehen, daß unabhängig vom Verfahren (Auflicht/Durchlicht), unabhängig vom gerade benötigten Objektiv und bei rauher bzw. welliger Oberfläche des Objekts entweder ein die Beobachtungen nicht störender, auf kleinste Ausdehnung eingestellter und als Justierhilfe dienender Lichtpunkt mitbeobachtet, oder daß während der Beobachtungen das Granulenbild als Nachweis für die richtige Justierung der Vorrichtung kurzzeitig in das Beobachtungsfeld eingeblendet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden mittels zweier Ausführungsbeispiele an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.

Ein prinzipieller Strahlengang ist in F i g. 1 gezeigt. Der Beobachter muß so einstellen, daß das Bild des Lichtpunktes 12, 12' auf die Oberfläche des Objekts kommt, dann hat er scharf eingestellt. Befindet sich die Oberfläche des Objekts 1 ober- oder unterhalb der Objektebene 7, sieht er statt des Punktes 12, 12' einen größeren Lichtfleck. Er muß also so einstellen, daß der Punkt 12 seine kleinste Ausdehnung hat. Der Meßstrahl, dargestellt durch parallele Lichtbündel 2, wird über den Auflichtkondensator 3, den Strahlteiler 4 und die Pupillenebene 5 sowie das Objektiv 6 auf das Objekt 1 gelenkt. Dabei kann die Beleuchtung des Objektivs 1 in üblicher Weise entweder in Auflicht oder Durchlicht erfolgen.

Auf diesen Punkt 12 kleinster Ausdehnung kann mit technischen Mitteln auch automatisch scharf gestellt werden, z. B. durch eine photoelektrische Intensitätsmessung im Bild dieses Punktes 12,12', wobei über einen Regelkreis der Fein- und/oder Grobtrieb motorisch so lange bewegt wird, bis maximale Intensität gemessen wird.

Wird ein Deckgläschen verwendet, so ist beim Durchfahren der Objektebene 7 auf einen zweiten Lichtpunkt (nicht dargestellt) einzustellen. Da die Zwischenbildebene 8 (schematisch dargestellt durch das Okular 9) festliegt, arbeitet die Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung unabhängig vom benutzten Objektiv 6. Die Oberfläche des Objekts 1 braucht nicht

eben zu sein. Der Bereich, in dem der Lichtpunkt fokussiert ist, entspricht der Schärfentiefe des Objektivs 6. Mit zunehmender Objektivvergrößerung und damit der numerischen Apertur wird die Schärfentiefe geringer. Das hat zur Folge, daß bei stark vergrößern- den Objektiven 6 genauer auf die Schärfenebene eingestellt werden kann.

Wird zur Herstellung des Lichtpunktes 12' in der Zwischenbildebene 8 ein Laser benutzt, etwa ein Helium-Neon-Laser, so ergibt sich der Vorteil der günstigen Intensitätsverteilung im Punkte, da nämlich der Laserstrahl 2 in seiner Achse 11 ein deutliches Maximum der Intensität besitzt. Dieses Maximum hat dann auch der Lichtpunkt 12,12', so daß noch leichter auf dieses eingestellt werden kann.

Bei Benutzung von Laserlicht 2, 11 (sieh;; nunmehr F i g. 2) kann die bekannte Erscheinung der Granulation genutzt werden. Die Granulation ist eine Erscheinung, die immer dann auftritt, wenn kohärentes Licht auf eine statistisch streuende Fläche trifft. Die von einem zo streuenden Punkt der Fläche ausgehenden Lichtwellen interferieren mit jeder, von einem anderen Punkt ausgehenden Lichtwelle. Dadurch entsteht eine statistische Hell-Dunkel-Verteilung, die Granulation. Dabei hängt die Größe der Granulen von der Ausdehnung der kohärent beleuchteten Fläche ab. Das Granulationsfeld ist ein Beugungsbild dieser Fläche.

Laserlicht ist in hohem Maße kohärent, also interferenzfähig. Es gibt in der Praxis kaum eine Oberfläche, die so wenig Unregelmäßigkeiten aufweist, daß im Laserlicht keine Granulation auftritt. Der mit Laserlicht 2, 11 erzeugte Lichtpunkt 12, 12' sei nun auf die Oberfläche des Objekts 1 (die Bezugszeichen entsprechen den Teilen der Ausführung nach Fig, I) abgebildet. In der Pupillenebene 5 entsteht das Fraunhofersche Beugungsbild 13 sowohl des Objekts 1 als auch des Lichtpunktes 12. Durch Einbringen einer weiteren Linse, z.B. Bartrand-Linse 14, in den Abbildungsstrahlengang 15 kann die Pupillenebene 5 in die Zwischenbildebene 8 abgebildet und somit betrachtet bzw. ausgemessen werden. Stellvertretend für die Abbildung der gesamten Pupillenebene 5 ist der Abbildungsstrahlengang für einen Punkt auf der optischen Achse 13,13' gestrichelt eingezeichnet.

1st das Objekt 1 deformiert, so ist die vom Laserlicht 2,11 ausgeleuchtete Fläche nicht punktförmig, sondern flächenhaft. Es wird eine mehr oder weniger grobe Granulation betrachtet. Wird das Objekt 1 der Schärfenebene 7 genähert, so wird die vom Laser 2, 11 beleuchtete Fläche immer kleiner, die beobachteten Granulen wachsen schnell an und erreichen ihre maximale Größe, wenn das Objekt I in der Schärfenebene 7 liegt. Der Kontrast im Bild der Pupillenebene 5 ist dann am geringsten. Im Idealfall (Lichtpunkt beugungsbegrenzt, keine Phasenstörungen) wäre die Pupillenebene 5 und damit die Zwischenbildebene 8 gleichmäßig ausgeleuchtet, der Kontrast Null. Auf größte Ausdehnung der Granulen oder auf geringsten Kontrast kann mit bekannten Mitteln auch automatisch eingestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Scharfeinstellvorrichtung für optische Geräte mittels eines Strahlenbündels, das vor dem Objektiv in den Strahlgengang des Gerätes einspiegelbar und auf das Objekt als Meßpunkt fokussierbar ist, wobei vom Meßpunkt ein Bild im Abbildungsstrahlengang erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenbündel (2) aus Laserlicht besteht, daß das Strahlenbündel (2) durch die volle öffnung des Objektes (6) hindurchtritt und daß in dem im Abbildungsstrahlengang erzeugten Bild (12' bzw. 13) auf kleinsten Lichtpunkt bzw. größte Fläche der Granulen eingestellt wird.

2. Scharf einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abbildungsstrahlengang (15) eine Zusatzlinse (14) eingefügt ist, die ein Beugungsbild des Lichtpunktes (12) in der Zwischenbildebene (8) erzeugt.

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