CZ304851B6 - Zařízení pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů - Google Patents

Abstract

Zařízení pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů pomocí čárového testu rozlišovací schopnosti prosvětlovaného zdrojem záření je tvořeno osvětlovacím blokem sestávajícím se z na společné optické ose ležícího zdroje (1) záření, kondenzoru (2) a matnice (3). Na téže optické ose je umístěná pankratická optická soustava (5) s proměnným zvětšením, za kterou je zařazen dělicí hranol (6). Ve směru svazku procházejícího dělicím hranolem (6) je v předmětové rovině měřeného mikroskopového objektivu (7) umístěno rovinné zrcadlo (9). Ve směru svazku zpětně odraženého od dělicího hranolu (6) je umístěna pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti. Čárový test (4) rozlišovací schopnosti je umístěn na společné optické ose za osvětlovacím blokem a jeho umístění je zvoleno tak, že jeho obraz leží v obrazové rovině (.eta..sub.1.n.) měřeného mikroskopového objektivu (7).

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro vizuální i automatizované měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů.

Dosavadní stav techniky

Mikroskopové objektivy jsou jednou z nej důležitějších částí optických mikroskopů. Na jejich zobrazovacích vlastnostech závisí množství informací o vyšetřovaném objektu, jež může mikroskop poskytnout. Čím kvalitnější bude mikroskopický objektiv, tím více informací o vyšetřovaném objektu lze získat a žádným dalším zařízením toto již nelze zlepšit. Kvalita mikroskopového objektivu závisí především na jeho zbytkových aberacích a množství parazitního světla v obraze. Vzhledem ktomu, že mikroskopové objektivy patří knejlépe korigovaným běžně komerčně vyráběným optickým soustavám s vysokou kvalitou zobrazení, je nutné jejich kvalitu zobrazení vhodným způsobem posuzovat. Jedním ze způsobů hodnocení kvality mikroskopových objektivů je měření jejich rozlišovací schopnosti. Obvykle se rozlišovací schopnost hodnotí pozorováním čárových testů o různých prostorových frekvencích. Čárový test je tvořen celou skupinou čar o různých prostorových frekvencích. Maximální prostorová frekvence, určená počtem čar na milimetr, běžně komerčně dostupných čárových testů je 600 čar/mm. Vzhledem k tomu, že každý test obsahuje celou škálu prostorových frekvencí, lze sjeho pomocí testovat rozlišovací schopnost a kvalitu zobrazení řady mikroskopových objektivů. Jakákoliv optická soustava, to je i mikroskopový objektiv, není schopna jednotlivé struktury předmětu, například testu rozlišovací schopnosti, zobrazit se sejným kontrastem a obraz bude tedy mít vždy horší kontrast než předmět. Přitom hrubší struktury předmětu budou zobrazeny s větším kontrastem než jemné struktury. Velmi často se stává, že příliš jemné struktury předmětu nebudou optickou soustavou vůbec zobrazeny, neboť parametry optické soustavy to neumožňují. V případě zobrazení nekoherentním zářením je optická funkce přenosu fyzikálně dokonalé optické soustavy s rovnoměrně osvětlenou a propustnou kruhovou pupilou dána vztahem

kde s = ~kRc, s£< 0,1>

je normovaná prostorová frekvence, λ vlnová délka světla, R prostorová frekvence v obrazové rovině udaná počtem čar na jednotku délky, například počet čar/mm, a c clonové číslo optické soustavy v obrazovém prostoru (např. mikroskopového objektivu). Pro maximální prostorovou frekvenci R_max, kterou je schopen objektiv ještě rozlišit, platí

7?_max = 2Α/λ [čar/mm], kde A značí numerickou aperturu objektivu a λ je vlnová délka světla v mm. Tento vztah umožňuje určit, kolik čar/mm je schopna fyzikálně dokonalá optická soustava s clonovým číslem c rozlišit při zobrazení světlem o vlnové délce λ. Rozlišovací schopnost optické soustavy je tedy dána prostorovou frekvencí 7?_max, kterou daná optická soustava přenese s nulovým kontrastem. Pro maximální frekvenci v obrazovém prostoru platí

- 1 CZ 304851 B6 p' ^Snax

2A_ mk ’ kde m je příčné zvětšení optické soustavy (např. mikroskopového objektivu). Hodnoty maximálních frekvencí, které může optická soustava přenést a rozlišit pro sadu achromatických mikroskopových objektivů pro vlnovou délku λ = 546 nm, jsou uvedeny v následující tabulce.

ml A	K,ax [Čar/mm]	Ámax [čar/mm]
10/0,3	110	1100
20/0,45	82	1640
45/0,65	53	2380
60/0,85	52	3120
100/1,3	48	4800

Z uvedeného vyplývá, že pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů by bylo nutné vyrobit testy rozlišovací schopnosti s velmi vysokou prostorovou frekvencí, což je prakticky obtížně proveditelné a finančně nákladné. Jakje však z tabulky patrné, maximální prostorové frekvence v obrazové rovině jsou v poměru zvětšení menší a lze je tak již jednoduše prakticky realizovat. Abychom se vyhnuli vysokému počtu čar/mm u testů v předmětové rovině mikroskopového objektivu, lze při testování rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů s výhodou užít čárových testů rozlišovací schopnosti na obrazové straně s daleko nižší hodnotou prostorové frekvence.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky metody určování rozlišovací schopnosti mikroskopových pomocí čárových testů na předmětové straně jsou odstraněny zařízením pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů pomocí čárového testu prosvětlovaného zdrojem záření dle tohoto technického řešení, které umožňuje jednoduše testovat rozlišovací schopnost mikroskopických objektivů i pro velmi vysoké prostorové frekvence.

V jednom základním provedení je toto nové zařízení je tvořeno osvětlovacím blokem sestávajícím se z na společné optické ose ležícího zdroje záření, kondenzoru a matnice. Na téže optické oseje umístěná pankratická optická soustava s proměnným zvětšením a dělicí hranol. Ve směru svazku procházejícího dělicím hranolem jev předmětové rovině měřeného mikroskopového objektivu umístěno rovinné zrcadlo. Ve směru svazku zpětně odraženého od dělicího hranolu je pak umístěna pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti. Čárový test rozlišovací schopnosti je umístěn na společné optické ose za osvětlovacím blokem a jeho umístění je zvoleno tak, že jeho obraz leží v obrazové rovině měřeného mikroskopového objektivu.

Pro vizuální zobrazení okem je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti tvořena okulárem se zvoleným zvětšením, jehož předmětová ohnisková rovina splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti.

V uspořádání pro digitální záznam je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti tvořena objektivem se zvoleným zvětšením pro přizpůsobení průměru vystupujícího svazku apertuře za ním zařazené digitální kamery. Předmětová ohnisková rovina

-2CZ 304851 B6 objektivu splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti. Výstup z digitální kamery je pak propojen s vyhodnocovacím počítačem.

Čárový test rozlišovací schopnosti je s výhodou měnitelný. Může být ve výhodném provedení realizován programovatelným transmisním modulátorem světla s variabilní možností změny struktury, prostorové frekvence a orientace testu.

Rovinné zrcadlo je možné opatřit krycím sklem. V případě testování mikroskopových objektivů nekorigovaných pro kiycí sklo se krycí sklo nepoužije.

Ve druhém základním provedení je zařízení tvořeno osvětlovacím blokem realizovaným programovatelným optoelektronickým mikrodisplejem s implementovaným čárovým testem rozlišovací schopnosti s možností variabilně měnit zobrazovaný čárový test rozlišovací schopnosti s různou prostorovou frekvencí a orientací. Čárový test rozlišovací schopnosti je umístěn v obrazové rovině měřeného mikroskopového objektivu. Za tímto programovatelným optoelektronickým mikrodisplejem je na téže optické ose umístěna pankratická optická soustava s proměnným zvětšením a dělicí hranol. Ve směru svazku procházejícího dělicím hranolem je v předmětové rovině měřeného objektivu umístěno rovinné zrcadlo a ve směru svazku zpětně odraženého od dělicího hranolu je umístěna pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti.

Pro vizuální pozorování obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti je pomocná optická soustava tvořena okulárem se zvoleným zvětšením, jehož předmětová ohnisková rovina splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti.

Pro digitální záznam je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti tvořena objektivem se zvoleným zvětšením pro přizpůsobení průměru vystupujícího svazku apertuře za ním zařazené digitální kamery. Předmětová ohnisková rovina objektivu splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu rozlišovací schopnosti. Výstup z digitální kamery je propojen s vyhodnocovacím počítačem.

I v tomto provedení je možné rovinné zrcadlo pokrýt krycím sklem s tím, že v případě testování mikroskopových objektivů nekorigovaných pro krycí sklo se krycí sklo nepoužije.

Objasnění výkresů

Zařízení pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení dvou variant s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je znázorněna schematicky v bokorysu sestava zařízení pro vizuální měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů se zdrojem záření osvětlujícím testovaný obrazec. Na Obr. 2 je uvedena sestava zařízení pro automatizované měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů se zdrojem záření osvětlujícím testový obrazec a na Obr. 3 příklad v podobě sestavy zařízení pro měření rozlišovací schopnosti s programovatelným mikrodisplejem jako zdrojem světla.

Příklady uskutečnění vynálezu

Schéma jedné varianty příkladného zařízení pro vizuální měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů se zdrojem záření osvětlujícím testový obrazec je znázorněno na Obr. 1. Zařízení je zde tvořeno osvětlovacím blokem sestávajícím se z na společné optické ose ležícího zdroje I záření, kondenzoru 2 a matnice 3. Na téže optické ose je umístěna pankratická optická soustava 5 s proměnným zvětšením, za níž je zařazen dělicí hranol 6. Ve směru svazku procházejícího dělicím hranolem 6 je v předmětové rovině ξ měřeného mikroskopového objektivu 7 umís-3CZ 304851 B6 těno rovinné zrcadlo 9, které je v zvěděném příkladu pokryto krycím sklem 8. Ve směru svazku zpětně odraženého od dělicího hranolu 6 je umístěna pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti. Čárový test 4 rozlišovací schopnosti je umístěn na společné optické ose za osvětlovacím blokem a jeho umístění je zvoleno tak, že jeho obraz po zobrazení pankreatickou optickou soustavou 5 leží v obrazové rovině měřeného mikroskopového objektivu 7.

V případě vizuálního zobrazení výsledku okem 11 je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti tvořena okulárem 10 se zvoleným zvětšením. Předmětová ohnisková rovina r^, okuláru 10 splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti. Pokud je zařízení realizováno pro digitální záznam, je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti tvořena objektivem 12 se zvoleným zvětšením pro přizpůsobení průměru vystupujícího svazku apertuře za ním zařazené digitální kamery 13. Předmětová ohnisková rovina r^, objektivu 12 splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti. Výstup z digitální kamery 13 je propojen s vyhodnocovacím počítačem.

Zobrazovaný čárový test 4 může být buď fixní nebo měnitelný, například pomocí otočného kotouče s testy nebo použitím programovatelného transmisního LC mikrodispleje, který umožňuje generovat požadované čárové testy s různou prostorovou frekvencí.

Zdroj záření 1 osvětluje pomocí kondenzoru 2 a matnice 3 čárový test 4 rozlišovací schopnosti. Čárový test 4 rozlišovací schopnosti je dále zobrazen pomocí pankreatické optické soustavy 5 do obrazové roviny ni měřeného mikroskopového objektivu 7. Tímto mikroskopovým objektivem 7 je potom zobrazen do jeho předmětové roviny ξ, v níž je umístěno rovinné zrcadlo 9 pokryté krycím sklem 8. V případě testování mikroskopových objektivů, které nejsou korigovány pro určitou tloušťku krycího skla 8, se krycí sklo 8 pro testování nepoužije. Světlo odražené od rovinného zrcadla 9 znovu prochází měřeným mikroskopovým objektivem 7, po odrazu na dělicím hranolu 6 vytváří obraz čárového testu 4 v předmětové ohniskové rovině okuláru 10, pomocí kterého je potom pozorován okem 11, popřípadě je možné místo okuláru 10 použít objektiv 12 a digitální kameru 13 pro záznam obrazu testu.

Zařízení je možno konstruovat jako zobrazovací adaptér k mikroskopu, který je možno jednoduše začlenit do sestavy mikroskopu, jehož objektivy mají být testovány. Zařízení lze též realizovat variantně s digitálním záznamem obrazu pozorovaného testu a následnou možností automatizovaného počítačového vyhodnocení rozlišovací schopnosti mikroskopového objektivu 7, Obr. 2. Zde je zařízení tvořeno osvětlovacím blokem realizovaným programovatelným optoelektronickým mikrodisplejem 14 s implementovaným čárovým testem 4 rozlišovací schopnosti s možností variabilně měnit zobrazovaný čárový test 4 rozlišovací schopnosti s různou prostorovou frekvencí a orientací. Čárový test 4 rozlišovací schopnosti je umístěn v obrazové rovině rjj měřeného mikroskopového objektivu 7. Za programovatelným optoelektronickým mikrodisplejem 14 je na téže optické ose umístěna pankreatická optická soustava 5 s proměnným zvětšením a dělicí hranol 6. Ve směru svazku procházejícího dělicím hranolem 6 je v předmětové rovině ξ měřeného mikroskopového objektivu 7 umístěno rovinné zrcadlo 9, které opět může být opatřeno krycím sklem 8. Ve směru svazku zpětně odraženého od dělicího hranolu 6 je umístěna pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti. Analogicky jako u první varianty je pro vizuální pozorování obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti použita pomocná optická soustava tvořena okulárem l_0 se zvoleným zvětšením, jejíž předmětová ohnisková rovina 132, splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu 4, rozlišovací schopnosti. Pro digitální záznam je pak pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti tvořena objektivem 12 se zvoleným zvětšením pro přizpůsobení průměru vystupujícího svazku apertuře za ním zařazené digitální kamery 13. Předmětová ohnisková rovina ry, objektivu J_2 splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu 4 rozlišovací schopnosti. Výstup z digitální kamery 13 je propojen s vyhodnocovacím počítačem.

-4CZ 304851 B6

V provedení pro digitální záznam je obraz testu 4 vytvořený v předmětové ohniskové rovině T]2 objektivu 12 zobrazen pomocí tohoto objektivu 12 a digitální kamery 13. Z obrazu zaznamenaného digitální kamerou 13 již lze vyhodnotit pomocí počítače rozlišovací schopnost testovaného mikroskopového objektivu 7.

Varianta zařízení, kde je jako zdroj použít programovatelný optoelektronický mikrodisplej 14, například OLED nebo transmisní displej, je zobrazena na Obr. 3. Na mikrodisplej i 14 lze variabilním způsobem pomocí počítače zobrazovat čárovou strukturu s různou prostorovou frekvencí pro různé části zorného pole mikroskopového objektivu. Tento testový obrazec na mikrodispleji 14 je poté přímo pomocí pankratické soustavy 5 s vhodným zvětšením opět zobrazen do předmětové roviny ξ mikroskopového objektivu 7 a odražené světlo od rovinného zrcadla 9 je tak jako v předchozí variantě pozorováno pomocí objektivu 12 a digitální kamery 13 použít okulár j_0, pomocí kterého je potom obraz čárového testu 4 pozorován okem 11.

Zařízení je možno konstruovat jako zobrazovací adaptér k mikroskopu, kterýje možno jednoduše začlenit do sestavy mikroskopu, jehož objektivy mají být testovány.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů je možno využít pro průmyslovou kontrolu vyráběných mikroskopových objektivů pomocí flexibilního vizuálního popř. automatizovaného měření rozlišovací schopnosti.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů pomocí čárového testu rozlišovací schopnosti prosvětlovaného zdrojem záření, vyznačující se tím, že, je tvořeno osvětlovacím blokem sestávajícím se z na společné optické ose ležícího zdroje (1) záření, kondenzoru (2) a matnice (3), a dále na téže optické ose umístěnou pankratickou optickou soustavou (5) s proměnným zvětšením, za níž je zařazen dělicí hranol (6), kde ve směru svazku procházejícího dělicím hranolem (6) je v předmětové rovině měřeného mikroskopového objektivu (7) umístěno rovinné zrcadlo (9) a ve směru svazku zpětně odraženého od dělicího hranolu (6) je umístěna pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti, přičemž čárový test (4) rozlišovací schopnosti je umístěn na společné optické ose za osvětlovacím blokem a jeho umístění je zvoleno tak, že jeho obraz leží v obrazové rovině (ηι) měřeného mikroskopového objektivu (7).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro vizuální zobrazení okem (11) je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti tvořena okulárem (10) se zvoleným zvětšením, jehož předmětová ohnisková rovina (η₂) splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro digitální záznam je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti tvořena objektivem (12) se zvoleným zvětšením pro přizpůsobení průměru vystupujícího svazku apertuře za ním zařazené digitální kamery (13), kde předmětová ohnisková rovina (η₂) objektivu (12) splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti a kde výstup z digitální kamery (13) je propojen s vyhodnocovacím počítačem.

   -5CZ 304851 B6
4. 4. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že čárový test (4) rozlišovací schopnosti je měnitelný.
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že čárový test (4) rozlišovací schopnosti je realizován programovatelným transmisním modulátorem světla s variabilní možností změny struktury, prostorové frekvence a orientace testu.
6. 6. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že rovinné zrcadlo (9) je pokryté krycím sklem (8).
7. 7. Zařízení pro měření rozlišovací schopnosti mikroskopových objektivů pomocí čárového testu rozlišovací schopnosti prosvětlovaného zdrojem záření, vyznačující se tím, že je tvořeno osvětlovacím blokem realizovaným programovatelným optoelektronickým mikrodisplejem (14) s implementovaným čárovým testem (4) rozlišovací schopnosti s možností variabilně měnit zobrazovaný čárový test (4) rozlišovací schopnosti s různou prostorovou frekvencí a orientací, kde čárový test (4) rozlišovací schopnosti je umístěn v obrazové rovině (ηι) měřeného mikroskopového objektivu (7), a za tímto programovatelným optoelektronickým mikrodisplejem (14) je na téže optické ose umístěna pankratická optická soustava (5) s proměnným zvětšením a dělicí hranol (6), přičemž ve směru svazku procházejícího dělicím hranolem (6) je v předmětové rovině měřeného mikroskopového objektivu (7) umístěno rovinné zrcadlo (9) a ve směru svazku zpětně odraženého od dělicího hranolu (6) je umístěna pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že pro vizuální pozorování obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti je pomocná optická soustava tvořena okulárem (10) se zvoleným zvětšením, jehož předmětová ohnisková rovina (η₂) splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti.
9. 9. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že pro digitální záznam je pomocná optická soustava pro zobrazení obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti tvořena objektivem (12) se zvoleným zvětšením pro přizpůsobení průměru vystupujícího svazku apertuře za ním zařazené digitální kamery (13), kde předmětová ohnisková rovina (η₂) objektivu (12) splývá s rovinou vytvoření obrazu čárového testu (4) rozlišovací schopnosti a kde výstup z digitální kamery (13) je propojen s vyhodnocovacím počítačem.
10. 10. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že rovinné zrcadlo (9) je pokryté krycím sklem (8).