DD242105A1

DD242105A1 - LIGHTING DEVICE FOR MICROSCOPES AND PROJECTORS

Info

Publication number: DD242105A1
Application number: DD28230385A
Authority: DD
Inventors: Alois Erben
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1985-11-01
Publication date: 1987-01-14
Also published as: DE3624687A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung fuer Mikroskope und Projektoren mit dem Ziel, vor allem die Messgenauigkeit zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem, eine gleichmaessige Ausleuchtung der Aperturblende sowie der Mess- oder Einstellebene zu erreichen. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle, der ein Lichtleitfaserbuendel und ein Lichtleitkoerper nachgeordnet sind, zwischen denen sich mindestens eine gekruemmte, abbildende, die Uebertragungsapertur des Lichtleitfaserbuendels an die des Lichtleitkoerpers anpassende, optische Flaeche befindet. Diese mindestens eine optische Flaeche ist durch ein optisches Zwischenabbildungssystem oder durch eine konkave Lichteintrittsflaeche am Lichtleitkoerper realisiert. Die Lichtaustrittsflaeche des Lichtleitkoerpers ist durch eine ebene oder gekruemmte Flaeche realisiert. Fig. 1The invention relates to a lighting device for microscopes and projectors with the aim to increase especially the accuracy of measurement. The main task is to achieve uniform illumination of the aperture diaphragm as well as the measuring or adjustment plane. The illumination device comprises a light source, which is followed by a Lichtleitfaserbuendel and a Lichtleitkoerper, between which there is at least one curved, imaging, the Uebertragungsapertur the Lichtleitfaserbuendels adapting to the Lichtleitkoerpers, optical surface. This at least one optical surface is realized by an optical intermediate imaging system or by a concave Lichteintrittsflaeche the Lichtleitkoerper. The Lichtaustrittsflaeche the Lichtleitkoerpers is realized by a flat or curved surface. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope oder Projektoren, insbesondere für Meßmikroskope oder Meßprojektoren, die mit optoelektronischer Bildauswertung arbeiten.The invention relates to a lighting device for microscopes or projectors, in particular for Meßmikroskope or Meßprojektoren who work with optoelectronic image analysis.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind Beleuchtungseinrichtungen aus der DE-OS 3151108 und DE-OS 3147998 bekannt, bei denen zur gleichmäßigen Ausleuchtung einer Aperturblende ein Lichtleitfaserbündel und unmittelbar daran angeschlossen, ein Lichtleitkörper zur Homogenisierung des aus dem Lichtleitfaserbündel austretenden Lichtes vorgesehen sind. Dieser Lichtleitkörper ist dabei unterschiedlich gestaltet, z. B. zylindrisch oder kegelig. Lichteintritts- und -austrittsflächen der Lichtleitkörper sind eben und besitzen einen runden oder viereckigen Querschnitt. Die Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers schließt sich ohne Zwischenschaltung weiterer abbildender Flächen oder Elemente unmittelbar an die Lichtaustrittsfläche des Lichtleitfaserbündels an.There are lighting devices known from DE-OS 3151108 and DE-OS 3147998, in which for the uniform illumination of an aperture diaphragm an optical fiber bundle and directly connected thereto, a light guide body for homogenizing the light emerging from the Lichtleitfaserbündel light are provided. This light guide is designed differently, z. B. cylindrical or conical. Lichteintritts- and -austrittsflächen the light guide are flat and have a round or square cross-section. The light entry surface of the light guide adjoins directly without the interposition of other imaging surfaces or elements to the light exit surface of the optical fiber bundle.

Diese Einrichtungen besitzen vor allem zwei grundsätzliche Nachteile. Bei Benutzung eines zylindrischen Lichtleitstabes als Lichtleitkörper wird dessen Lichtleitvermögen nurteilweise ausgenutzt, da der Lichtleitstab mit Totalreflexion an der Grenzfläche Glas/Luft eine größere Apertur übertragen kann als ein Lichtleitfaserbündel, in dessen Einzelfasern Totalreflexionen an der Grenzfläche Faserkern/Fasermantel erfolgen. Lichtleitkörper mit verspiegelter Mantelfläche besitzen relativ hohe Lichtverluste, die mit wachsender Zahl der Reflexionen sehr schnell anwachsen. Lichtleitkörper mit vergrößerter Lichtaustrittsfläche sind bezüglich der Lichtmischung ungünstig, da bei ihnen die Zahl der Lichtreflexionen längs des Körpers vermindert ist. Lichtleitkörper mit verkleinerter Lichtaustrittsfläche erschweren die Realisierung genauer Aperturblenden an der Austrittsfläche.Above all, these devices have two fundamental disadvantages. When using a cylindrical Lichtleitstabes as a light guide whose Lichtleitvermögen is only partially exploited, since the Lichtleitstab with total reflection at the interface glass / air can transmit a larger aperture than a Lichtleitfaserbündel, made in the individual fibers total reflections at the interface fiber core / fiber cladding. Fiber optic bodies with mirrored lateral surface have relatively high light losses, which increase very rapidly with increasing number of reflections. Light guide with increased light exit surface are unfavorable with respect to the light mixture, since in them the number of light reflections along the body is reduced. Light guide with reduced light exit surface complicate the realization of accurate aperture at the exit surface.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei Anwendung der bekannten Einrichtungen bei Mikroskopen mit veränderlicher Lage der Einstellebene oder Meßebene des Mikroskopes zur Beleuchtungseinrichtung, wie sie bei Meßmikroskopen mit starr eingebauter Durchlichtbeleuchtungseinrichtung beim Messen von Meßobjekten unterschiedlicher Höhe bzw. Dicke auftritt. In diesem Falle liegt eine zur Einstellebene konjugierte Ebene ortsveränderlich im Lichtleitkörper oder in dessen Nähe. Insbesondere kann diese Ebene auch mit cter Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels zusammenfallen. Da sich die Ausleuchtung der zur Einstellebene konjugierten Ebene längs des Lichtleitkörpers im Sinne zunehmender Homogenisierung von der Lichteintritts- zur Lichtaustrittsfläche ändert, resultiert hieraus eine unterschiedliche Ausleuchtung unterschiedlicher Einstell- oder Meßebenen am Meßobjekt, was bei optoelektronischer 3-D-Messung zu systematischen Meßfehlern führen kann. Fällt die konjugierte Ebene mit der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels zusammen, so erscheint dessen Struktur in der Einstellebene des Mikroskopes, was zu systematischen Fehlern bei optoelektronischer Bildauswertung führt.Another disadvantage arises when using the known devices in microscopes with variable position of the adjustment level or measurement plane of the microscope for illumination device, as occurs in measuring microscopes with rigidly built-through transmitted light illumination device when measuring objects of different heights or thickness. In this case, a plane conjugate to the adjustment plane is spatially variable in the light guide body or in its vicinity. In particular, this plane can also coincide with the light emission surface of the light guide bundle. Since the illumination of the plane conjugate to the adjustment plane changes along the optical waveguide in the direction of increasing homogenization from the light entrance to the light exit surface, this results in different illumination of different adjustment or measurement planes on the test object, which can lead to systematic measurement errors in optoelectronic 3-D measurement , If the conjugate plane coincides with the light exit surface of the optical fiber bundle, its structure appears in the adjustment plane of the microscope, which leads to systematic errors in optoelectronic image evaluation.

Object of the invention

Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Meß-Genauigkeit bei Meßmikroskopen zu erhöhen.It is the purpose of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to increase the measuring accuracy in measuring microscopes.

Essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope oder Projektoren zu schaffen, welche eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung der Aperturblende bei gleichzeitiger guter Ausleuchtung der Einstellebene gestattet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope oder Projektoren, insbesondere für Meßmikroskope oder Meßprojektoren, mit einer Lichtquelle, welcher ein Lichtleitfaserbündel und ein Lichtleitkörper nachgeordnet sind, dadurch gelöst, daß zwischen Lichtleitfaserbündel und Lichtleitkörper mindestens eine gekrümmte.The invention has for its object to provide a lighting device for microscopes or projectors, which allows a very uniform illumination of the aperture with simultaneous good illumination of the adjustment. According to the invention this object is achieved in a lighting device for microscopes or projectors, especially for Meßmikroskope or measuring projectors, with a light source, which are arranged downstream of a Lichtleitfaserbündel and a Lichtleitkörper, that between Lichtleitfaserbündel and Lichtleitkörper at least one curved.

abbildende, die Übertragungsapertur des Lichtleitfaserbündels an die durch den Lichtleitkörper maximal übertragbare Apertur anpassende, optische Fläche vorgesehen ist, derart, daß im Lichtleitkörper eine Aperturvergrößerung in Relation zur Lichtleitfaser existiert.imaging, the transmission aperture of the optical fiber bundle is provided to the maximum transmissible by the light guide body aperture, optical surface is provided such that in the light guide an aperture magnification exists in relation to the optical fiber.

Zur Verbesserung der Ausleuchtung der Einstell- oder Meßebene des Mikroskopes und zur Verschiebung einer im Lichtleitkörper oder in dessen Nähe liegenden, zur Einstellebene konjutierten Ebene von der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels weg ist es günstig, daß an oder in der Nähe der Austrittsfläche des Lichtleitkörpers mindestens eine gekrümmte, abbildende, optische Fläche im Strahlengang vorgesehen ist. Gleiches wird auch erreicht, wenn an der ebenen Lichtaustrittsfläche des Lichtleitstabes eine Plankonvexlinse mit ihrer ebenen Fläche befestigt ist. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn im Raum zwischen Lichtleitfaserbündel und Lichtleitkörper ein optisches Abbildungssystem oder eine Konkavlinse angeordnet ist. Ferner ist es günstig, daß eine plankonkave Linse mit verspiegelter oder polierter Mantelfläche mit ihrer Planfläche fest an der Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Linse gleich dem Durchmesser der Lichteintrittsfläche ist. Desgleichen ist es ferner vorteilhaft, daß die Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers als abbildende Konkavfiäche ausgebildet ist.To improve the illumination of the adjustment or measurement plane of the microscope and to move a plane lying in the light guide body or in the vicinity, adjusts the adjustment plane away from the light exit surface of Lichtleitungsbündels, it is favorable that at or near the exit surface of the light guide at least one curved , Imaging, optical surface is provided in the beam path. The same is also achieved if a plano-convex lens with its flat surface is attached to the flat light exit surface of the light-conducting rod. It is also advantageous if an optical imaging system or a concave lens is arranged in the space between the optical fiber bundle and the optical waveguide. Further, it is favorable that a plano-concave lens with mirrored or polished lateral surface is arranged with its plane surface fixed to the light entry surface of the light guide, wherein the diameter of the lens is equal to the diameter of the light entry surface. Likewise, it is also advantageous that the light entry surface of the light guide is formed as an imaging Konkavfiäche.

Durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung wird in einfacher Weise eine weitere Verbesserung der Ausleuchtung der Aperturblende bei gleichzeitig verbesserter Ausleuchtung der Einstell- oder Meßebene des Mikroskopes erreicht. Es wird eine bessere Lichtmischung durch Vergrößerung der Anzahl der Reflexionen innerhalb des Lichtleitkörpers erreicht. Die Ausleuchtung der Meß- und Einstellebene ist weitgehend unabhängig von deren Lage zur Beleuchtungseinrichtung, was sich besonders günstig bei optoelektronischer Bildantastung bzw. -auswertung auswirkt.The illumination device according to the invention achieves in a simple manner a further improvement in the illumination of the aperture diaphragm while at the same time improving the illumination of the setting or measuring plane of the microscope. A better light mixture is achieved by increasing the number of reflections within the light guide body. The illumination of the measurement and adjustment level is largely independent of their position relative to the illumination device, which has a particularly favorable effect on optoelectronic image detection or evaluation.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained below with reference to exemplary embodiments. In the accompanying drawing show

Fig. 1: eine Beleuchtungseinrichtung als Schema mit Abbildungssystem,1 shows a lighting device as a scheme with imaging system,

Fig.2: eine Beleuchtungseinrichtung mit Bikonkavlinse,2: a lighting device with biconcave lens,

Fig.3: eine Beleuchtungseinrichtung mit am Lichtleitkörper angeordneter Plankonkavlinse,3: a lighting device with the light guide body arranged Plano concave lens,

Fig.4: eine Beleuchtungseinrichtung mit am Lichtleitkörper angeordneter Hohlfläche,4 shows a lighting device with arranged on the light guide hollow surface,

Fig. 5: eine Beleuchtungseinrichtung mit Lichtleitkörper mit konvexer Lichtaustrittsfläche5 shows a lighting device with a light guide body with a convex light exit surface

Fig. 6: eine Beleuchtungseinrichtung mit Lichtleitkörper mit an der Lichtaustrittsfläche angesetzter Plankonvexlinse.FIG. 6 shows a lighting device with a light guide body with a plano-convex lens attached to the light exit surface. FIG.

Die Beleuchtungseinrichtung nach Fig. 1 umfaßt eine Lichtquelle 1 und einen Lichtleitkörper 3, der als lichtleitendes Element einem Lichtleitfaserbündel 2 nachgeordnet ist. Zwischen dem Lichtleitfaserbündel 2 und.dem Lichtleitkörper 3 ist mindestens eine gekrümmte, abbildende, die Übertragungsaperatur cn des Lichtleitfaserbündels 2 an die durch den Lichtleitkörper 3 maximal übertragbare Apertur CI2 anpassende, optische Fläche vorgesehen, welche durch ein Zwischenabbildungssystem 4 realisiert wird. Dem Lichtleitkörper 3 ist ein Kollektor 5 im Strahlengang nachgeordnet.The illumination device according to FIG. 1 comprises a light source 1 and a light-conducting body 3, which is arranged downstream of a light-conducting fiber bundle 2 as a light-conducting element. Between the optical fiber bundle 2 and the light guide body 3, at least one curved, imaging, the transmission taper cn of the optical fiber bundle 2 to the maximum transmissible by the light guide 3 transmissive aperture CI2 optical surface is provided, which is realized by an intermediate imaging system 4. The light guide 3, a collector 5 is arranged downstream in the beam path.

Zur Anpassung der Apertur des Lichtleitfaserbündels 2 an die Übertragungsapertur des Lichtleitkörpers 3 ist gemäß Fig. 2 eine Bikonkavlinse 6 im Raum zwischen dem Lichtleitfaserbündel 2 und dem Lichtleitkörper 3 angeordnet. Fig.3 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Plankonkavlinse 7, welche an der Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers 3 mit einer Planfläche angekittet ist, wobei diese Plankonkavlinse 7 eine verspiegelte oder polierte Mantelfläche 8 besitzt und im Durchmesser mit dem des Lichtleitkörpers 3 übereinstimmt. Durch geeignete Glaskombination der angekitteten Linse und des Lichtleitstabes kann der Farbzerstreuung entgegengewirkt werden. Gemäß Fig. 4 ist die Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers 3 als Konkavfläche 9 ausgebildet. Damit wird der Lichtleitkörper 3 zu einer „dicken Linse".In order to adapt the aperture of the optical fiber bundle 2 to the transfer aperture of the optical waveguide 3, a biconcave lens 6 is arranged in the space between the optical fiber bundle 2 and the optical waveguide 3, as shown in FIG. 3 shows a lighting device with a planoconcave lens 7, which is cemented to the light inlet surface of the light guide body 3 with a planar surface, this Planoconcave lens 7 has a mirrored or polished shell surface 8 and in diameter matches that of the light guide 3. By suitable glass combination of the cemented lens and the light-conducting rod of the color dispersion can be counteracted. According to FIG. 4, the light entry surface of the light guide body 3 is designed as a concave surface 9. Thus, the light guide 3 becomes a "thick lens".

Fig. 5 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung, bei welcher dem Lichtleitfaserbündel 2 ein Lichtleitkörper 3 nachgeordnet ist, welcher eine konkave Lichteintrittsfläche 10 und eine konvexe Lichtaustrittsfläche 11 besitzt, die eine gekrümmte, abbildende, optische Fläche verkörpert. Diese abbildende Lichtaustrittsfläche 11 bildet eine zur Einstellebene 12 oder Meßebene konjugierte Ebene Ei von der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels 1 fort in Richtung der Lichtaustrittsfläche 11 des Lichtleitkörpers 3 in eine Ebene E₂ ab. Betrag und Vorzeichen der gekrümmten Lichtaustrittsfläche 11 hängen von der nachgeschalteten Beleuchtungsoptik 13 bzw. der durch diese bestimmten Lage der konjugierten Ebene E-i ab. Bei Lage der Ebene E₁ im Lichtleitkörper 3 ist eine konvexe Lichtaustrittsfläche 11 vorteilhaft.Fig. 5 shows a lighting device in which the optical fiber bundle 2, a light guide body 3 is arranged downstream, which has a concave light entrance surface 10 and a convex light exit surface 11, which embodies a curved, imaging, optical surface. This imaging light exit surface 11 forms a plane Ei which is conjugate to the adjustment plane 12 or measurement plane from the light exit surface of the light guide bundle 1 in the direction of the light exit surface 11 of the light guide body 3 into a plane E ₂ . The magnitude and sign of the curved light exit surface 11 depend on the downstream illumination optics 13 or the position of the conjugate plane Ei determined by this. When the plane E ₁ in the light guide 3, a convex light exit surface 11 is advantageous.

Gleiches wird mit einem Lichtleitkörper 3 erreicht, welcher an der Lichteintrittsseite eine Plankonkavlinse 14 und an der Lichtaustrittsseite eine mit ihrer ebenen Fläche angekittete Plankonvexlinse 15 besitzt (Fig. 6). Die angekittete Plankonvexlinse 15 kann ferner dazu benutzt werden, chromatische Abbildungsfehler im Beleuchtungsstrahlengang zu korrigieren. Zur weiteren Glättung der Intensitätsverteilung des Lichtes in der Aperturblende und in der Einstellebene bzw. Meßebene bei Meßmikroskopen können die gekrümmten Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen des Lichtleitkörpers 3 mit einer Mattierung versehen sein. * -The same is achieved with a light guide 3, which at the light entrance side a Plankonkavlinse 14 and at the light exit side a pigtailed with its flat surface Plankonvexlinse 15 has (Fig. 6). The cemented plano-convex lens 15 can also be used to correct chromatic aberrations in the illumination beam path. To further smooth the intensity distribution of the light in the aperture diaphragm and in the adjustment plane or measurement plane in Meßmikroskopen the curved light entrance or light exit surfaces of the light guide 3 may be provided with a matting. * -

Claims

claims:

1. Lighting device for microscopes or projectors, especially for Meßmikroskope or Meßprojektoren, with a light source, which are arranged downstream of a Lichtleitfaserbündel and a Lichtleitkörper, characterized in that between Lichtfaserbündel and Lichtleitkörper at least one curved, imaging, the transmission aperture of the Lichtleitfaserbündels by the Lichtleitkörper maximum transmissible aperture adaptive, optical surface is provided, such that in the light guide an aperture magnification exists in relation to the optical fiber.

2. Lighting device according to claim 1, characterized in that at or in the vicinity of the exit surface of the light guide at least one curved, imaging, optical surface is provided in the beam path.

3. Lighting device according to claim 1, characterized in that an optical imaging system or a concave lens is arranged in the space between the optical fiber bundle and Lichtleitkörper.

4. Lighting device according to claim 1, characterized in that a plano-concave lens with mirrored or polished lateral surface is arranged with its plane surface fixed to the light entry surface of the light guide, wherein the diameter of the lens is equal to the diameter of the light entry surface.

5. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light inlet surface of the light guide is formed as an imaging concave surface.

6. Lighting device according to claim 2, characterized in that on the flat light exit surface of the light-conducting rod a Plankonvexlinse is fixed with its flat surface.