DD220147A1

DD220147A1 - Vorrichtung zur veraenderung der brennpunktlage bzw. der objektweite optischer systeme

Info

Publication number: DD220147A1
Application number: DD25433983A
Authority: DD
Inventors: Bernd Vetters
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-08-30
Filing date: 1983-08-30
Publication date: 1985-03-20

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Veraenderung der Brennpunktlage bzw. der Objektweite optischer Systeme, insbesondere fuer automatische bzw. gesteuerte Fokussierungszwecke, soll eine Fokussierung ohne stoerende mechanische Schwingungen und fuer Arbeitsfrequenzen bis in den MHz-Bereich ermoeglicht werden. Aus diesem Grunde soll die steuerbare Fokussierung ohne mechanische Massenbewegungen der optischen Glieder ermoeglicht werden. Erfindungsgemaess wird die Fokussierung durch einen im konvergenten Strahlungsbuendel des optischen Systems angeordneten steuerbaren elektrooptischen Modulator realisiert. Figur

Description

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Titel der Erfindung:

Vorrichtung zur Veränderung der Brennpunktlage bzw. der Objektweite optischer Systeme

Anwendungsgebiet der Erfindung: . '

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung ^v~"'. der Brennpunkt lage bzw. der Objektweite optischer Systeme, bei der die optische Weglänge eines konvergenten Strahlenbündels eines optischen Gliedes veränderbar ist. Anwendung findet die Erfindung insbesondere zu automatischen bzw. gesteuerten Fokussierungszweeken.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Bekannt ist die Veränderung der Brennpunktlage von Ob-. jektiven durch Veränderung des Abstandes zwischen Objektivlinsen. Diese Abstandsänderung kann sowohl mittels Handverstellung (z.B. in Form eines ochrau'btriebes) oder, wie bereits vorgeschlagen, durch motorische Verstellung des Linsenabstandes (z.B. Schrittmotor und mechanisches ¹^ Getriebe) erfolgen. Wegen der Trägheit elektromechanischer Verstellsysteme sind diese jedoch für schnell arbeitende Geräte nicht geeignete

Desweiteren wurde bereits'vorgeschlagen, die Veränderung der Brennpunktlage durch Veränderung der optischen i'/eglänge im optischen System mittels eines longitudinal wir kenden Spiegel-Schwingsystems (Firmendruckschrift VrJB Carl Zeiss JEM, "Maskenüberdeckungsrepeater MPÜR") vorzunehmen. Dabei werden zwei der vier im ,/inkel zueinander

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..angeordneten Spiegel mittels einer elektrischen Schwingspule aus ihrer Ruhelage, ausgelenkt.- Die Auslenkung des Spiegelpaares bewirkt eine entsprechende Änderung der optischen V/eglänge und eine Veränderung der Brennpunkt-

•5 lage. Diese Lösung ist ebenfalls für sehr schnelle Geräte nicht geeignet, da die praktisch mögliche Schwingfxequenz. auf einige 100 Hz. beschränkt. ist. 'Weiterhin regt das Schwingersysteni das optische Gerät zu störenden mechanischen Schwingungen an. Darüberhinaus sind der Platzbedarf für die Spiegel-Schwinger und für die Ansteuerelektronik sowie der Leistungsbedarf (insbesondere für die Schwinger-Leistungsendstufe) hoch, während, die Zuverlässigkeit nicht allen Forderungen gerecht wird. Außerdem ist bereits vorgeschlagen worden, die .Veränderung der Brennpunkt lage eines Objektivs durch mechanische Veresterung des Linsenabstandes mittels piezoelektrischer Wandler vorzunehmen, wobei die Längenänderung der Wandler über mechanische Übertragungsglieder in eine Lageänderung der Linsen umgeformt wird. Auch dieses mechanische System besitzt eine hohe Trägheit und ist nur für langsame Geräte geeignet. Durch die Bewegung der Massen entstehen ebenfalls störende mechanische Schwingungen im Gerät. Aufwand und Platzbedarf sind hoch, die Reprociuzierbarkeit.der Einstellung nur mit aufwendiger Präzisionsmechanik zu realisieren»

Es ist ferner prinzipiell in der Technik bekannt, in optischen Systemen durch äußere Feldeinwirkung Inhomogenitäten zu erzeugen, die eine Beeinflussung eines dieselben passierenden Lichtstrahles bewirken. Dabei ist es bekannt, diese Beeinflussung elektrooptisch (Pockels- oder Kerr-Effekt), magnetooptisch, akustooptisch, mechanisch usw. durchzuführen« Die Erzeugung der Inhomogenitäten optischer Systeme (Glas, dotierte Kunststoffe, Kristalle usw.) wird insbesondere angewendet zur Modulation (z.B. akustooptische und elektrooptisch^ Modulatoren) und ist auch unter dem Begriff der Gradientenoptik

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zur gezielten Erzeugung oder Beseitigung von Abbildungsfehlern bekannt (z.B. US-PS'3 936 149, US-PS 3 486 808, AT-PS 2 jp 3 051). Bei den Modulatoren wird für unterSchied-, liehe Anwendungsmöglichkeiten die Brechzahl des optischen , Mediums periodisch variiert und somit eine Strahlablenkung mit den genannten Mitteln erreicht (z.B. DD-PS 152 866).

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist ein optisches System mit einer zuverlässigen steuerbar veränderlichen Brennpunktlage oder Objekt- bzw. Bildweite ohne störende mechanische Schwingungen und für Arbeitsfrequehzen bis etwa 10 MHz, das einen hohen Wirkungsgrad und einen geringen Raumbedarf besitzt·

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Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst aufwandgeringe steuerbare Fokussierung optischer Systeme ohne mechanische Massenbewegungen zur Veränderung _;der optischen V/eglänge zu erreichen

Erfindüngsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Veränderung der Brennpunktlage bzw. der Objektivweite optischer Systeme, bei der die optische Weglänge eines konvergenten Strahlenbündels eines optischen -Gliedes veränderbar ist, dadurch gelöst, daß im konvergenten Strahlenbündel senkrecht zur optischen Achse ein an sich bekanntes homogenes, planparalleles, elektrooptisches Medium der hexagonalen, rhomboedrisch/trigonalen oder tetragonalen Kristallklasse oder der Kristallklasse 6 mm, 3 m oder 4 mm angeordnet ist, das über Elektroden mit einer Steuerspannung zur Veränderung des Brechungsindex in Verbindung steht, und daß im Strahlengang hinter diesem Medium vorzugsweise in einem parallelen Teil des Strahlenganges ein an sich bekannter Polarisator zur Ausblendung vorzugsweise des außerordentlichen Strahles angeordnet ist.

In den konvergenten Strahlenverlauf eines optischen Gliedes wird ein an sich zu Modulationszwecken eines mit der

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j Richtung der optischen Achse zusammenfallenden Strahlenverlau'fs bekannter elektrooptischer Modulator, des ge-

; nannten Mediums eingebracht, durch dessen Brechzahländerung die optische Weglänge des konvergenten Strahlenbün- dels elektrisch steuerbar verändert wird. Auf diese Art und Weise kann ohne mechanische Bewegung von optischen Gliedern oder dessen Teilen eine Fokussierung des Strahlengang es durch Änderung der elektrischen Feldgröße des Modulators durchgeführt werden. Die Wirkung einer Fokuslagen-Änderung in einer ersten Abbildungsebene (z.B. Objektebene) auf eine zweite Abbildungsebene (z.B. -Bildebene) wird verstärkt, wenn zwischen beiden Abbildungssystenien eine Abbildungsmaßstabsvergrößerung vorliegt.

- Aus führung s bei s ρ ie Ij

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Inder Figur ist eine Anordnung zur Fokussierung für ein Mikroskop mit Objektiv unendlicher Bildweite abgebildet.

Ein in einer Objektebene 1 für den Anfangszustand befindliches Objekt 2 wird in Durch- oder Auflicht (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit natürlichem monochromatischem Licht bestrahlt. Die das Objekt 2 verlassenden natürlichen monochromatischen Strahlen 3 treffen auf einen elektrooptischen Modulator 4, in dem die natürlichen Strahlen in jeweils zwei zueinander senkrecht polarisierte Strahlen, die ordentlichen und die außerordentlichen Strahlen, zerlegt wird. Diese ordentlichen und außerordentlichen Strahlen (Strahlen 5) verlassen : den elektrooptischen Modulator 4 und werden von einem Objektiv 6 gebrochen. Ein nachfolgender Polarisator 7 unterdrückt die außerordentlichen Strahlen und läßt die ordentlichen Strahlen 8 hindurch. Dazu wird eine Polarisationsebene 9 des Polarisators 7 so gewählt, daß sie senkrecht zu der optischenAchseIß desl·,elektrooptischen Modulator s 4 und zur optischen Achse 11·: des

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Mikroskops steht* Die optische Achse 10 ist senkrecht zur optischen Achse 11 ausgerichtet. Die ordentlichen Strahlen 8 gelangen vom Polarisator über eine Tubuslinse 12, einen Brennpunkt F und über ein Okular 13 zum nlchtdargQ£:tellten Beobachter. Der elektrooptische Modulator 4 besteht aus einem ge-. eigneten plattenförmigen elektrooptischen Medium 14 (vorzugsweise Kristall, Keramik oder Textur) mit senkrecht zur optischen Achse 11 stehenden planparallelen Lichtdurchtrittsflächen (nicht explizit dargestellt). An zwei gegenüberliegenden, in Sichtung der optischen Achse 11 orientierten, parallelen Flächen des Mediums 14 • befinden sich zwei metallische Elektroden 15 mit den ; elektrischen Anschlüssen 16, über die eine Steuerspannung zugeführt wird. Als Medium 14 wird ein Material verwendet, das im spannungslbsen Zustand optisch einachsig ist; die optische Achse 10 ist so orientiert, daß die optische Achse 10 senkrecht zu den Elektroden 15 und parallel zu den Lichtdurchtrittsflächen steht. Beim Medium 14 wird durch Beeinflussung eines in Eichtung der optischen Achse 10 des elektrooptischen Modulators 4 die Richtung der optischen Achse nicht verändert* Diese

'" Eigenschaft zeigen z.B. nicht aktive Kristalle des hexagonalen, des rhomboedrisch/trigonalen \und des tetragonalen Kristallsystems für quadratische Meterialien (Kerr-Effekt) und Kristalle der Kristallklassen 6 mm, 3m und*4 mm für lineare Materialien (Pockels-Effekt)» Durch Änderung der Steuerspannung an den Anschlüssen 16 der Elektroden werden im Medium 14 die Brechzahlen der ordentlichen und außerordentlichen Strahlen verändert. Infolge der Brechzahländerung verändert sich auch die optische l/eglänge, welche die Strahlen im Medium 14 des elektrooptischen Modulators 4 zurücklegen· Verändert nun das Objekt 2 seinen Abstand zum Objektiv 6, d.h. wandert es z.B. aus der Objektebene 1 für den

Ausgangs.zustand in die Objektebene 1¹ (dargestellt als Objekt 2'), wird das vom Beobachter registrierte Mikroskopbild unscharf (defokussiert) sein» Durch eine geeignet gewählte Steuerspannung ,an den An-Schlüssen 16 des elektrooptischen Modulators 4 wird die Brechung des abbildungsrelevanten ordentlichen Strahles im Medium 14 des elektrooptischen Modulators 4 so verändert, daß die Objektebene 1¹ bezüglich der ordentlichen Strahlen wieder im Fokus liegt und damit das Mikroskopbild für den Beobachter scharf erscheint» Die. Mikroskopanordnung ist auf elektrooptischen! Wege ohne mechanische Verschiebung optischer Glieder fokussiert.

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Claims

Erfindungsanspruch

Vorrichtung zur Veränderung der Brennpunktlage bzw. der Objektweite optischer Systeme, bei der die optische V/eglänge eines konvergenten Strahlenbündels eines optischen Gliedes veränderbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß im konvergenten Strahlenbündel senkrecht zur optischen Achse ein an sich bekanntes homogenes, planparalleles, elektrooptisches Medium der hexagonalen, rhomboedrisch/trigonalen oder tetragonalen Kristallklasse oder der Kristallklasse 6 mm, 3 m, oder 4 mm angeordnet ist, das über !Elektroden mit einer Steuerspannung zur Veränderung des Brechungsindex in Verbindung steht, und daß im Strahlengang hinter diesem Medium vorzugsweise in einem parallelen Teil des Strahlenganges ein an sich bekannter Polarisator zur Ausblendung vorzugsweise des aiißerordentlichen Strahles angeordnet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung
WG/Rbg/Wi

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