DD280401A1

DD280401A1 - Verfahren zur automatischen justierung der mikroskopbeleuchtung

Info

Publication number: DD280401A1
Application number: DD32635189A
Authority: DD
Inventors: Guenter Schoeppe; Karl-Heinz Geier
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1989-03-08
Filing date: 1989-03-08
Publication date: 1990-07-04
Also published as: DE3942514A1

Abstract

Verfahren zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung, sowie eine Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens, welches vorzugsweise fuer Durchlichtmikroskope mit einer Leuchtfeldblende und/oder einer Aperturblende und/oder einem Kondensor, sowie fuer Durchlichtmikroskope mit einer Phasenkontrasteinrichtung Anwendung findet. Die Aufgabe, eine automatische Justierung fuer die Mikroskopbeleuchtung zu schaffen, bei der fuer alle erforderlichen Justierschritte ein mit einer Sensoreinheit gewinnbares Kriterium ausgewertet wird und die Elemente des Beleuchtungssystemes solange beeinflusst werden, bis alle Kriterien des Koehlerschen Beleuchtungsprinzipes erfuellt sind, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Auswertekriterien durch den besagten Sensor in Verbindung mit, in einem aus einem Abbildungsstrahlengang abgezweigten Messstrahlengang, wahlweise angeordneten optischen Elemente gewonnen werden, dass eine statische und/oder dynamische Messung der Lage, vorzugsweise des Schwerpunktes des Abbildungsstrahles in bezug auf die optische Achse und dass die im Messstrahlengang befindlichen optischen Elemente in einem in den Abbildungsstrahlengang einfuegbaren Einschub angeordnet sind. Figur 1

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Die Einstellung der Beleuchtung von Mikroskopen ist ausschlaggebend für die Ausnutzung seiner Leistungsfähigkeit. Mittel zur

ordnungsgemäßen Justierung mit der Hand sind an allen besseren Mikroskopen vorhanden. Dib Einstellung erfordert jedoch

Sachkenntnis, ist zeitaufwendig und muß bei vielen Untersuchungsverfahren nach jedem Präparatwechsel neu durchgeführt

werden. In der Praxis findet man daher überwiegend schlecht eingestellte, die Leistung ihres Beleuchtungssystems nichtausnutzende Geräte.

Diese Tatsache hat zu vielfältigen Bemühungen geführt, dem Benutzer einen Teii der Einstellungen zu erleichtern bzw.

abzunehmen.

In einer bekannten Lösung (DE-OS 3122538) ist eine Beleuchtungsoptik-Wählvorrichtung beschrieben, bei der ein im Randbereich der Zwischenbildebene angeordneter Lichtdetektor über eine Steuerschaltung und eine Antriebseinrichtung oine Beleuchtungsoptik aus mehreren Beleuchtungsopiiken für das jeweils eingeschaltete Objektiv auswählt. Es sind also mehrere Beleuchtungsoptiken erforderlich, deren Eignung für das eingeschaltete Objektiv erst getestet werden muß. Mehrere Beleuchtungsoptiken zu verwenden, verteuert das Gerät und vergrößert Masse und Volumen. In der Mikroskopie setzt man

üblicherweise nur eine Beleuchtungsoptik aus Kondensor und Kollektor ein, die nach dem Köhlerschen Beleuchtungsverfahrenan das Objektiv angepaßt werden.

Aus einer weiteren bekannten Lösung (DE-OS 2644341) ist ein Verfahren zur automatischen Verwirklichung des Köhlerschen Beleuchtungsprinzips bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem sowie Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt, bei dem, ausgehend von einer Messung der Bildhelligkeit, in der Leuchtfeldbianden-

oder einer dazu konjugierten Ebene in einem Wandler Steuersignale gewonnen werden, und mittels dieser Steuersignale über

Stelleinrichtungen jedoch nur die Öffnung der Leuchtfeldblende und/oder der Aperturblende beziehungsweise die Verschiebung der Pankratik pines pankratischen Kondensors zwecks Bronnweitenvariation beeinflußt wird. Darüber hinaus ist allen gpiiannten Lösungen gemeinsam, daß nur ein Teil der erforderlichen Einstellungen fü' line optimale Boleuchtungseinstelluny durchgeführt wird. Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung sowie der dazu erforderlichen Anordnung, die die genannten Nachteile der bisher bekannten Lösungen nicht aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liogt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung sowie der dazu erforderlichen Anordnung zu schaffen, bei dem für alle erforderlichen Justierschritte ein mit einer Sensoreinheit gewinnbares Kriterium ausgewertet wird und eine Beeinflussung der Elemente des Beleuchtunyssystemes solange erfolgt, bis eine in einer Auswerteeinheit einstellbare Sollgröße deo Justierzustandos des Beleuchtungssystemes erreicht ist, und damit alle Kriterien des Köhlerschen Beleuchtungsprinzips erfüllt sind. Die Aufgabe löst ein Verfahren zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung bei Mikroskopen mit je einer im Beleuchtungssystem angeordneten verstellbaren Leuchtfeld- und Aperturblende zur Beleuchtungsbegrenzung, einem verstellbaren Kondensoi, einem in einer zur Leuchtfeldblendenebene konjugierten Ebene angeordneten Sensor, einer die Signale des Sensors bewertenden und auf den Justieriustand des Beleuchtungssystems abgestimmte Steuersignale bildende Aus«, /erteeinheit und mindestens einer auf mindestens eines der Elemente, Leuchtfeldblende, Aperturblende, Kondensor wirkende, entsprechend den Steuersignalen reagierende Steuereinheit erfindungsgemäß dadurch, daß mittels einer durch einen Sensor in Verbindung mit in einem aus einem Abbildungsstrahlongang abgezweigten Meßstrahlengang, wahlweise angeordneten optischen Elementen vorzunehmenden statischen und/oder dynamischen Messung der Lage, vorzugsweise dos Schwerpunktes des Abbildurigsstrahles in bezug auf die optische Achso in einer Zwischenbüd- und/oder Pupillenbildebene oder zu diesen konjugierten Ebenen Signale abgeleitet werden und daß diese Signale in einer an sich bekannten, auf die Einhaltung aller Kriterien des Köhler-Beleuchtungsprinzips und einen optimalen Justierzustand mindestens eines der Elemente des Beleuchtungssystems abgestimmten Auswerteeinheit in Steuersignal gewandelt werden und mittels dieser Steuersignale die Position mindestens eines der Elemente des Beleuchtungssyster.is zur optischen Achse durch eine Steuereinheit, bis zur optischen Achso durch sine Steuereinheit, bis zur

Erreichung einer in der Auswerteeinheit eingestellten Sollgröße des Justierzustandes des Bsleuchtungssystems, verändert wird.

Zur Durchführung des Verfahrene ist eine Anordnung zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung bei Mikroskopen mit je einer im Beleuchtungsystem angeordneten verstellbaren Leuchtfeld- und Aperturblende zur Beleuchtungsbegrenzung, einem verstellbaren Kondensor, einem in einer zur Leuchtfeldblendenebene konjugierten Ebene angeordneten Sensor bewertenden und auf den Justierzustand des Beleuehtungssystemes abgestimmten Steuersignale bildende Auswerteeinheit und mindestens einer auf mindestens eines der Elemente, Leuchtfeldblende, Aperturblende, Kondensor wirkende, entsprechend den Steuersignalen reagierende Steuereinheit vorgesehen, die erfindungsgemäß

• einen, mittels einem zwischen einem Objektiv (7) und einem Okular (9) angeordneten Strahlenteiler (8), aus einem Abbildungsstrahlengang (A) abgezweigten Meßstrahlengang (M);

• einem vorzugsweise in einer Zwischenbildebene (6) angeordneten Sensor (10);

• zwischen dem Strahlenteiler (8) und dem Sensor (10) angeordnete und wahlweise in den Meßstrahlengang (M) einbringbare optische Elemente (11,12,13,14,15) und

• mindestens einer mit einer Auswerteeinheit (E) in Verbindung stehenden Steuereinheit (S), die mindestens mit einem der Elemente (3,4,5) des Beleuchtungssystems in Wirkverbindung steht, aufweist.

Die wahlweise in den Meßstrahiengang einbringbaren Bilder der Objektebene und/oder der Pupillenbildebene auf den Sensor abbildenden optischen Elemente sind derart vorgesehen,

• daß zwischen dem Strahlenteiler und dem Sensor eine Bertrandlinse verschiebbar gehaltert derart angeordnet ist, daß durch sie das Bild einer Aperturblende auf den Sensor abgebildet wird,

• daß eine dia Apertur nuf vorzugsweise 20% der vollen Apertur begrenzende Blende senkrecht zur optischen Achse des Meßstrahlenganges in einer zur Pupillenbildebene konjugierten Ebene zuwischen dem Strahlenteiler und der Blende eine die Objektivpupille auf die Blende abbildende Linse und zwischen der Blende und dem Sensor in einer zur Ebene des Objektes konjugierten Ebene eine das Bild der Objekiebene auf den Sensor abbildende Linse vorgesehen sind, und daß die Elemente einzeln oder zusammengefaßt in einer Einheit verschiebbar gehaltert sind und

• daß unmittelbar vor dom Sensor vorzugsweise mit einem maximalen Abstand von 5mm eine verschiebbar gehalterte, spaltförmige Blende vorgesehen ist.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsvarianten der Erfindung bestehen darin, daß der Sensor ein positionsempfindlicher Vollflächensensor ist, und darin, daß die Elemente des Meßstrahlenganges in einem Einschub angeordnet sind und der derart gestaltet ist, daß bei Anbringung des Einschubes an das Mikroskop der im Einschub befindliche Strahlenteiler im Abbildungsstrahlengang positioniert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht auf einfache Weise die automatische Justierung von Beleuchtungssystemen, insbesondere zur Verwirklichung des Köhlerschon Beleuchtungssystems, bei Mikroskopen in vollkommener Unabhängigkeit von einer Bedienungsperson. Fokussieren und Zentrieren der Leuchtfeldblende sowie Zentrieren der Aperturblende und einer Ringblende und außerdem die Einstellung der Größe der Leuchtfeld- und Aperturblende werden automatisch durchgeführt, so daß eine Vielzahl von Fehlerquellen ausgeschaltet wird. Darüber hinaus ergibt sich neben der nicht unwesentlichen Zeitersparnis die absolute Reproduzierbarkeit einer einmal erfolgten Einstellung der Beleuchtung. Damit wird der Anwender in die Lage versetzt, sich ganz auf die Beobachtung des Objektes zu konzentrieren, wobei die optimale Leistung der Mikroskope ausgenutzt wird.

Ausführungsbeisplele Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispiclen näher erläutert. In den Figuren ist jeweils schematisch die Anordnung im Zustand für einen Justierschritt zur Einstellung des Beleuchtungssystems dargestellt, es zeigen Fig. 1 - die Anordnung im Zustand zur Leuchtfeldblendenzentrierung Fig. 2 - die Anordnung im Zustand zur Zentrierung der Aperturblende Fig. 3 - die Anordnung im Zustand zur Kondensürfokussierung und Fig. 4 - die Anordnung im Zustand zur Einstellung der Leuchtfeldblendengröße.

In allen Figuren sind die Elemente 1-5 Teile der Beleuchtung. Die Lichtquelle 1 wird in üblicher Weise vom Kollektor 2 in die Aperturblende 4, die eine Iris- oder Ringblende sein kann, die dem Kollektor folgende Leuchtfeldblende 3 vom Kondensor 5 in die Ebene des Objektes β abgebildet.

Die an sich bekannten Zentrierelemer.te der Leuchtfeldblende 3, der Aperturblendu 4 und des Kondensators 5 sind nicht dargestellt, sie stehen mit mindestens einer Steuereinheit S (Motoren, Zugmagne'.e, Piezosteller oder Nachbildungen von Muskeln) in Wirkverbindung. Durch das Objektiv 7 wird das Objekt 6 in die im Okular 9 liegende Zwischenbildobene 6' abgebildet. Ein kloiner Teil des Abbildungtstrehles wird durch den Strahlteiler 8 seitlich in einen Meßstrahlengang M abgezweigt. Konjugiert zur Zwischenbildebene 6' ist in der im Meßstrahlengang M befindlichen Zwischenbildebene 6" ein Sensor 10 angeordnet (siehe Fig. 1). Hat der Mikroskopiker das Objekt 6 aufgelegt, das erforderliche Objekt 7 ausgewählt und auf das Objekt 6 fokussiert, so können alle Einstellungen der Beleuchtung automatisch abgerufen werden.

Wird der Sensor 10 von einer Lichtsti ahlung getroffen, so fließen in den 4 Anschlüssen Ströme. Dabei teilen sich die Ströme an gegenüberliegenden Anschlüssen, unabhängig von der Größe der bestrahlten Fläche und der Intensität, nach der Lage des Schwerpunktes der Strahlung in der jeweiligen Koordinate auf. Diese Eigenschaft des Sensors wird zur Gewinnung der Fehlersignale für alle Justieraramoter ausgenutzt.

Ist das Bild der Leuchtfeldblende 3 gegenüber dem Sensor 10 dezentriert, so sind die Ströme in jeweils gegenüberliegenden Anschlüssen unterschiedlich. Diese Stromdifferenz wird in bekannter Weise in der Auswerteeinheit E bewertet und die abgeleiteten Steuersignale der Steuereinheit S zugeführt, die dann auf das Element 3 einwirkt, bis die Dezentrierung beseitigt ist. Prinzipiell kann die Beseitigung dor Dazentrierung des Leuchtfeldblendenbildes je nach Erfordernissen auch durch Nachz*ntrieren des Kondensors 5 oder Objektives 7 in der beschriebenen Weise erfolgen.

Um die Zentrierung der Ape turblende einzuleiten, ist lediglich die Einschaltung einer Bertrandlinse 11 erforderlich (Fig. 2), die

die Aperturblende auf den Sensor abbildet. Dabei auftretende Stromdifferenzen werden analog ausgewertet und genutzt. Dieser

Justiervorgang hat besondere Bedeutung bei der Durchführung des Phasenkontrastverfahren, weil bei diesem Verfahren bei

jedem Objektiv- und Objektwechsel eine Nachzentrierung einer Ringblende zum Phasenring erforderlich ist.

Zur Kontrolle der Fokussierung der Leuchtfeldblende 3 ins Objekt 6 ist eine Zwischenabbildung der Pupille vor dem Sensor mit

der Linse 12 und die Abbildung dor Objektebene auf dem Sensor 10 mit der Linse 13 erforderlich (Fig. 3). Führt man in der

Ebene 7" des Zwischenbildes der Pupille eine Blende 14 ein, die etwa 20% der Objektivapertur freigibt, und bewegt diese Blende 14 alternierend zur optischen Achse, so wandert der Schwerpunkt der Strahlung auf dem Sensor 10, wenn die Leuchtfeldblende 3 dort unscharf abgebildet ist. Aus der Richtung der Verschiebung, d. h. der Änderung der Ströme relativ zur Bewegung der Blende 14, kann die Richtung der Defokussierung durch Phasenvergleich der die Blende 14 antreibenden mit den

vom Sensor 10 abgegebenen Signalen erkannt und die Fokussierung über die Steuereinheit S bis zum Verschwinden des

Wechselsignales vom Sensor 10 durchgeführt werden. Soll eine bestimmte Blendengröße, z. B. der Leuchtfeldblende 3, eingestellt werden, so wird entsprechend Fig.4 unmittelbar vor

dem Sensor eine spaltförmige Blende 15 eingeführt.

Mit dem öffnen der Leuchtfeldblende 3 verschiebt sich dabei der Schwerpunkt der bestrahlten Fläche aus dem Sensor um den

halben Radius des Blendenbildes. Durch Bildung des Quotienten aus der Differenz und der Summe der Ströme der in

Spaltrichtung liegenden Anschlüsse des Sensors 10 kann unabhängig von der eingestrahlten Intensität ein Signal gewonnen

werden, daß eindeutig die Größe des auf den Sensor 10 abgebildeten Blendenbilcies charakterisiert. Dieses kann dann durch inbekannterWeise durchgeführten Soll-Ist-Wertvergleich in der Auswerteeinheit E und mittels der Steuereinheit S auf die

programmierte Größe eingestellt werden. Diese Funktion läßt sich auch in den in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausgestaltungen der

Anordnung durchführen. Bei Einstellung der Leuchtfeldblende 3 wird ohne Bertrandlinse 11, bei Einstellung der Aperturblende 4 mit eingeschalteter Brandlinse 11 gearbeitet. Wie bei der visuellen Einstellung der Beleuchtung wird eine entsprechende Reihenfolge der Justierschritte durchgeführt. Fs ist

daher für die Durchführung der Gesamtjustierung eine Ablaufsteuerung vorgesehen, in der zu Beginn eine Grundjustierung undanschließend ein Kontrollgang mit Feinjustierung durchgeführt wird.

Ablaufsteuerung:

1. Schließen der Leuchtfeldblende,

2. Zentrierung der Leuchtfeldblende (Abb. 1) grob,

3. Zentrierung der Aperturblende (Abb. 2) fertig,

4. Einstellen der Größe der Aperturblende (= Abb.4) fertig,

5. Fokussieren des Kondensors fertig (Abb. 3),

6. Zentrieren der Leuchtfeldblende fertig (Abb.1),

7. Einteilen der Größe der Leuchtfeldblende fertig (Abb.4).

Bei der Einstellung des Phasenkontrastverfahren ändern sich die Programmschritte 3 und 4 wie folgt:

3. Auswahl der zum Objektiv gehörenden Ringblende (= Abb. 4),

4. Zentrieren der Ringblende zum Phasenring (= Abb. 2).

Ist einmal eine Einstellung des Objektives 6 von Hand erforderlich oder gewünscht, können die Piuo^rammschritte wahlweise über die Auswerteeinhoit E einzeln abgerufen werden.

Eine vorteilhafte, nicht dargestellte, erfindungsgemäße Ausführungsvariante besteht darin, daß die Elemente (8,10,11, '2,13, 14,15) des Meßstrahlenganges (M) in einem Einschub angeordnet sind und der derart gestaltet ist, daß bei Anbringung des Einschubes an das Mikroskop der im Einschub befindliche Strahlenteiler (8) im Abbildungsstrahlengang (A) positioniert ist.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung bei Mikroskopen mit je einer im Beleuchtungssystem angeordneten verstellbaren Leuchtfeld- und Aperturblende zur Beleuchtungsbegrenzung, einem verstellbaren Kondensor, einem in einer zur Leuchtfeldblendenebene konjugierten Ebene a.igec.dneten Sensor, einer die Signale des Sensors bewertenden und auf den Justierzustand des B9leuchtungssystems abgestimmte Steuersignale bildenden Auswerteeinheit und mindestens einer auf mindestens eines der Elemente, Leuchtfeldblende, Aperturblende, Kondensor wirkende, entsprechend den Steuersignalen reagierende Steuereinheit, gekennzeichnet dadurch, daß mittels einer durch einen Sensor (10) in Verbindung mit in einem aus einem Abbildungsstrahlengang (A) abgezweigten Meßstrahlengang (M;, wahlweise angeordneten optischen Elementen (11,12,13, 14,15) vorzunehmenden statischen und/oder dynamischen Messung der Lage, vorzugsweise des Schwerpunktes des Abbildungsstrahles in bezug auf die optische Achse (0) in einer Zwischenbild- und/oder Pupillenbildebene oder zu diesen konjugierten Ebenen (6', 6", T₁ 7") Signale abgeleitet werden und daß diese Signale in einer an dich bekannten, auf die Einhaltung aller Kriterien des Köhler-Beleuchtungsprinzips und einen optimalen Justierzustand mindestens eines der Elemente (3,4, 5) des Beleuchtungssystems abgestimmten Auswerteeinheit (E) in Steuersignale gewandelt werden und mittels dieser Steuersignale die Position mindestens eines der Elemente (3, 4,5) des Beleuchtungssystems zur optischen Achse (0) durch eine Steuereinheit (S), bis zur Erreichung einer in dar Auswerteeinheit (E) eingestellten Sollgröße des Justierzustandes des Beleuchtungssystems, verändert wird.

2. Anordnung zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung bei Mikroskopen mit je einer im Beleuchtungssystem angeordneten verstellbaren Leuchtfelo- und Aperturblende zur Beleuchtungsbegrenzung, einem verstellbaren Kondensor, einem in einer zur Leuchtfeldblendenebene konjugierten Ebene angeordneten Sensor, einer die Signale des Sensors bewertender- und auf den Justierzustand des Beleuchtungssystems abgestimmten Steuersignale bildende Auswerteeinheit und mindestens einer auf mindestens eines der Elemente, LeuchtfeMblende, Aperturblende, Kondensor wirkende, entsprechend den Steuersignalen reagierende Steuereinheit, gekennzeichnet durch

• einen, mittels einem zwischen einrm Objektiv (7) und einem Okular (9) angeordneten Strahlenteiler (8), aus einem Abbildungsstrahlengang (A) abgezweigten Meßstrahlengang (M);

• einem vorzugsweise in einer Zwischenbildebene (6) angeordneten Sensor (10);

• mindestens einer mit einer Auswerteeinheit (E) in Verbindung stehenden Steuereinheit (S), die mindestens mit einem der Elemonte (3,4, 5) dos Beleuchtungssystemes in Wirkverbindung steht.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Sensor (10) ein positionsempfindlicher Vollflächensensor ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Strahlenteiler (S) und dem Sensor (10) eine 3ertrandlinse (11) verschiebbar gehaltert derart angeordnet ist, daß durch sie das Bild einer Aperturblende (4) auf den Sensor (10) abgebildet wird.

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine die Apertur auf vorzugsweise 20% der vollen Apertur begrenzonde Blende (14) senkrecht zur optischen Achse des Meßstrahlenganges (M) in einer zur Pupillenbildebene (7') konjugierten Ebene (7") zwischen dem Strahlenteiler (8) und der Blende (14) eine die Objektivpupille auf die Blende (14) abbildende Linse (12) und zwischen der Blende (14) und dem Sensor (10) in einer zur Ebene des Objektes (6) konjugierten Ebene eine das Bild der Objektebene auf den Sensor (10) abbildende Jnse (13) vorgesehen s;. d, und daß die Elemente (12,13,14) einzeln oder zusammengefaßt in einer Einheit verschiebbar gehaltert sind.

6. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß unmittelbar vor dem Sensor (10), vorzugsweise mit einem maximalen Abstand von 5mm, eine verschiebbar gehalterte, spaltförmige Blende (15) vorgesehen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Elemente (8,10, 11,12,13,14,15) des Meßstrahlenganges (M) in einem Einschub angeordnet sind und der derart gestaltet ist, daß bei Anbringung des Einschubes an das Mikroskop der im Einschub befindliche Strahlenteiler (8) im Abbildungsstrahlengang (A) positioniert ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Justierung der Mikroskopbeleuchtung ist vorzugsweise für Durchlichtmikroskops mit einer Leuchtfeldblende und/oder einer Aperturblende und/oder einem Kondensor sowie für Durchlichtmikroskope mit einer Phasenkontrasteinrichtung anwendbar.