DE10024685A1 - Anordnung zur konfokalen Autofokussierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur konfokalen Autofokussierung von optischen Geräten, bevorzugt zur Feinfokussierung von Mikroskopen, bei denen ein Beleuchtungsstrahlengang (2) auf ein Beobachtungsobjekt (7) gerichtet ist, aus dem vom Beobachtungsobjekt (7) in ein Objektiv (6) reflektierten Licht sowohl Bildinformationen von der Oberfläche des Beobachtungsobjektes (7) als auch Informationen über die Fokuslage gewonnen werden und anhand dieser Informationen mittels einer Auswerte- und Einstelleinheit eine Korrektur der Fokuslage veranlaßt wird. DOLLAR A Bei einem Gerät der eingangs beschriebenen Art sind die Fokuslage in verschiedenen, örtlich voneinander getrennt verlaufenden optischen Zweigen geführt. Dabei verläuft im Zentrum des Objektivstrahlenganges ein Lichtbündel (11) als Bildübertragungszweig und in der Peripherie des Objektivstrahlenganges ein Autofokussierungszweig mit drei optischen Kanälen (13, 14, 15), von denen ein erster ein extrafokales, ein zweiter ein intrafokales und ein dritter ein konjugiertes Signal in entsprechende Autofokussierungsbildebenen (21, 22, 23) liefert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur konfoka­ len Autofokussierung von optischen Geräten, bevorzugt von Mikroskopen, bei denen ein Beleuchtungsstrahlengang auf ein Beobachtungsobjekt gerichtet ist, aus dem vom Beobachtungs­ objekt in ein Objektiv reflektierten Licht sowohl Bildin­ formationen von der Oberfläche des Beobachtungsobjektes als auch Informationen über die Fokuslage gewonnen werden und anhand dieser Informationen mittels einer Auswerte- und Einstelleinheit eine Korrektur der Fokuslage veranlaßt wird.

Für eine sichere und nach Möglichkeit selbsttätige Fokus­ sierung von optischen Geräten, wie beispielsweise von Mi­ kroskopen oder Projektoren, wird zum Fokussieren bzw. "Scharfeinstellen" häufig das optische Hauptübertragungssy­ stem nutzen, das heißt aus dem Objektivstrahlengang werden sowohl die Bildinformationen über das zu beobachtende Ob­ jekt als auch die Informationen zur Bewertung der Fokuslage gewonnen. Letztere werden vor allem in kontinuierlich ab­ laufenden Fertigungsprozessen, in denen das Produkt bzw. dessen Oberfläche kontrolliert werden muß, zur Fokusnach­ stellung genutzt, wenn die Fokusposition aus irgendwelchen Gründen auswandert bzw. das Bild "unscharf" wird.

Dies ist insbesondere auch bei Anordnungen der Fall, bei denen das Abbildungsobjekt bzw. die Objektebene punktweise angetastet wird. Dabei werden zwar bezüglich der Auflösung in Richtung der optischen z-Achse meist ausreichende Ergeb­ nisse erzielt, nachteiligerweise aber ist eine hochgenaue Nachfokussierung auf höhen- oder reflexionsstrukturierte Flächen, Kanten sowie auf Dünnschichtsysteme immer noch mit Problemen behaftet.

Werden Fokus-Meßlichtbündel dichromatisch in den Haupt­ strahlengang eingekoppelt, ergeben sich Probleme vor allem aufgrund der Rückkopplung eines Fokusflecks in das Haupt­ bild infolge unzureichender Sperrung im Empfindlichkeitsbe­ reich des Empfängers, wegen des Auftretens von z-Offsets bei der "Schärfe-Detektion" im Autofokusbündel relativ zum Hauptbündel durch chromatische Abberation sowie aus opti­ schen Fehlfunktionen des Übertragungssystems im Wellenlän­ genbereich des Autofokussystems.

Punktabtastende bzw. konfokale Systeme werden in der Mikro­ skopie genutzt, um sowohl eine gute Tiefenauflösung als auch eine gute Kontrastierung zu erzielen. Dabei spielen scannende Systeme mit Nipkowscheibe, wie beispielsweise in DE 195 11 937 C2 beschrieben oder auch spezielle Locharrays für einen linear scannenden Bildaufbau eine entscheidende Rolle. In diesem Zusammenhang sind neben schnellen An­ tastprinzipien auch hochauflösende Autofokussysteme erfor­ derlich. Der scannende Bildaufbau unter Verwendung von Lo­ charrays ist beispielsweise in der Zeitschrift "Material­ prüfung" Jg. 39/1997, Heft 6, Seiten 264 ff. beschrieben.

Um eine genaue Autofokussierung zu erreichen, werden bei den bisher bekannten Verfahren und Anordnungen mehrere Meß­ bündel genutzt, um aus den örtlich gemittelten Messungen Informationen über ein Höhenprofil oder über anderweitige Oberflächeneigenschaften eines Beobachtungsobjektes ermit­ telt gewinnen zu können.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur konfokalen Autofo­ kussierung der eingangs beschriebenen Art so weiter zu ent­ wickeln, daß eine schnelle und sichere Überwachung der Fo­ kussierung auf strukturierte Flächen, Kanten sowie Dünn­ schichtsysteme gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß verlaufen bei einem Gerät der eingangs be­ schriebenen Art die Bildinformationen und die Informationen über die Fokuslage in verschiedenen, örtlich voneinander getrennten optischen Zweigen innerhalb des Objektivstrah­ lenganges.

Aufgrund der getrennten Führung je mindestens eines Bild­ übertragungs- und eines Autofokussierungszweiges wird das insgesamt übertragbare Bildbündel sowohl zur Übertragung eines Hauptbildfeldes als auch eines Autofokusbildfeldes ausgenutzt und außerdem ein breiter Fangbereich für die Au­ tofokussierung erzielt.

In vorteilhafter Ausgestaltung verläuft dabei der Bildüber­ tragungszweig im Zentrum und der Autofokussierungszweig an der Peripherie des Objektivstrahlenganges, wobei der Bild­ übertragungszweig und der Autofokussierungszweig zumindest abschnittsweise parallel verlaufen. Beide Zweige werden mit Licht aus einer gemeinsamen Beleuchtungsquelle gespeist.

Die Auskopplung des Autofokussierungszweiges kann durch ei­ nen im Beleuchtungsstrahlengang vor einer Zwischenbild­ ebene angeordneten Strahlteiler erfolgen, der zu diesem Zweck eine für das auf die Oberfläche des Beobachtungsob­ jektes gerichtete Beleuchtungslicht durchlässige und für das im Autofokussierungszweig von der Oberfläche des Beob­ achtungsobjektes kommende Licht reflektierende Schicht auf­ weist.

Weiterhin sind erfindungsgemäß Mittel zur Ausbildung und Auswertung dreier innerhalb des Autofokussierungszweiges verlaufender optischer Kanäle vorgesehen, von denen ein er­ ster ein extrafokales, ein zweiter ein intrafokales und ein dritter ein in Richtung der optischen Achse konjugiertes Signal für jeweils eine Autofokussierungsbildebene liefert.

Um einen defokussierten Zustand sicher erfassen zu können, sind die optischen Kanäle vorteilhafterweise nebeneinander­ liegend angeordnet, und jeder Kanal weist einen konfokalen und einen nicht konfokalen Bereich in seinem Strahlquer­ schnitt auf.

Die konfokalen Querschnittsbereiche der einzelnen Kanäle werden in vorteilhafter Ausgestaltung mittels Pinholes ge­ bildet, die in Zeilen und/oder Spalten angeordnet und in den betreffenden Querschnittsbereich des jeweiligen Kanales eingebracht sind.

Bevorzugt sind die Pinholes auf Bereichen mit spaltenförmi­ gem bzw. schmalem rechteckigen Umriß vorgesehen, die zur Formung der Kanäle in den Beleuchtungsstrahlengang einge­ ordnet sind. Die so entstehenden spaltenförmigen Kanäle korrespondieren mit jeweils einer Empfängerzeile der Aus­ werte- und Einstelleinheit, wobei bevorzugt jeder Kanal ei­ ne Oberflächenregion des Beobachtungsobjektes auf die zuge­ ordnete Empfängerzeile abbildet.

Soll bei dieser Abbildung in allen Kanälen der gleiche Ab­ bildungsmaßstab erzielt werden, müssen die Empfängerzeilen einzeln entsprechend der Lage des jeweils zugeordneten Ka­ nals, bezogen auf die optische Achse, versetzt angeordnet werden.

Allerdings ist es auch denkbar, für alle drei Kanäle Emp­ fängerzeilen vorzusehen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, wodurch vorteilhaft erstens die zeitgleiche Erfas­ sung der Informationen aus allen Kanälen möglich ist und zweitens eine Empfängerbaugruppe (bevorzugt mit mehreren Empfängerzeilen) für alle Kanäle genutzt werden kann. Dabei ergeben sich zwar unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe, was sich jedoch nicht nachteilig auswirkt, da die Erfassung des Fokussierzustandes über eine Kontrastmessung erfolgt; bei der Erfassung der Fokuslage mittels Kontrastmessung sind unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe in der Empfängerebene vernachlässigbar.

Zur Auswertung der einzelnen Objektregionen sowie zur Kor­ rektur der Fokuslage sind die Ausgänge der Empfängerzeilen mit den Signaleingängen der Auswerte- und Einstelleinheit verbunden.

Infolge der Verwendung derselben Beleuchtungsquelle für die Objektbeobachtung und für das Autofokussystem erfolgt die Autofokussierung nahezu optisch vollständig konjugiert. Die spaltenförmige Ausbildung der Kanäle, der Objektregionen und der Empfänger hat außerdem den Vorteil, daß neben dem Hauptbildfeld ein überschaubares Autofokusbildfeld sichtbar ist.

Der seitliche Versatz der Autofokusmeßszene in X- und Y- Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Hauptachse Z, der dann auftritt, wenn eine Unebenheit am Beobachtungsob­ jekt zu einer unterschiedlichen Bildschärfe im Autofokus- und Hauptbildfeld führt, kann durch dynamische Regelparame­ ter über die Auswerte- und Einstelleinheit kompensiert wer­ den.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß in der Abbildungsebene des op­ tischen Kanals, der das konjugierte Signal überträgt, ein Spektralapparat angeordnet ist und sich außerdem im Objek­ tivstrahlengang zwischen Tubuslinse und Objektiv ein Chro­ matobjektiv zur definierten Einführung eines Farblängsfeh­ lers befindet.

Dabei ist die Auswertung eines Falschfarbenspektrums mit dem Spektralapparat ein zusätzliches Kriterium für die Be­ stimmung der Fokusebene. Die Auswertung erfolgt durch einen Vergleich der aktuell erfaßten Farbinformation mit der ge­ speicherten Farbinformation für ein ideales Höhenprofil. Dieses an sich bekannte Verfahren ist beispielsweise be­ schrieben in DE 197 13 362 A1 und DE 196 12 846 A1.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, die insbesondere zur konfokalen Autofokussierung bei einem Mikroskop geeig­ net ist, sieht als Hauptbildteiler ein Polarisator vor, wo­ bei außerdem zwischen dem Objektiv und der Tubuslinse eine λ/4-Platte angeordnet ist und der vom Beobachtungsobjekt reflektierte, nunmehr durch den Polarisator gelangende An­ teil des polarisierten Lichtes auf eine in der Beobach­ tungsbildebene liegende Reflexionsfläche gerichtet ist.

Der an dieser Fläche reflektierte Lichtanteil gelangt er­ neut auf die Oberfläche des Beobachtungsobjektes und an­ schließend nach doppeltem Durchgang durch die λ/4-Platte und den Polarisator und schließlich, nach entsprechender Polarisationsdrehung von der Teilerschicht des Polarisators reflektiert, in den Autofokussierungszweig. Die Verwendung von polarisiertem Licht ermöglicht vorteilhaft eine sehr gute Trennung von Falschlicht und eine theoretisch um den Faktor 2 verbesserte Lichtleistung in den Empfängerebenen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden. In den dazugehörenden Zeichnungen zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Anordnung zur Auto­ fokussierung an einem Mikroskop,

Fig. 2 die Aufteilung des Beleuchtungsbildfeldes mit erfindungsgemäßer Anordnung der optischen Kanä­ le,

Fig. 3 ein Beispiel für Intensitätsfunktionen in Abhän­ gigkeit vom Fokusparameter z,

Fig. 4 ein Beispiel für Kontrastfunktionen in Abhängig­ keit vom Fokusparameter z,

Fig. 5 den Aufbau der Anordnung mit spektraler Auswer­ tung,

Fig. 6 die Darstellung eines nicht konfokalen Zeilen­ kontrastes auf einer höhenstrukturierten Wafer­ oberfläche,

Fig. 7 die Darstellung eines konfokalen Zeilenkontra­ stes auf einer höhenstrukturierten Waferoberflä­ che,

Fig. 8 den Vergleich eines nicht konfokalen mit einem konfokalen Zeilenkontrast,

Fig. 9 den Aufbau der Anordnung mit polarisiertem Licht.

Fig. 1 zeigt beispielhaft das Prinzip der erfindungsgemäßen konfokalen Autofokussierung anhand eines Strahlenganges zur konfokalen Mikroskopie.

Der von einer Beleuchtungsquelle 1 ausgehende Beleuchtungs­ strahlengang 2 ist über die teilreflektierende Schicht 3 eines Haupbildteilers 4, eine Tubuslinse 5 und ein fokus­ sierendes Objektiv 6 auf ein Beobachtungsobjekt 7 gerich­ tet.

Das vom Beobachtungsobjekt 7 reflektierte oder gestreute Licht gelangt zur teilreflektierenden Schicht 3 zurück und durch diese hindurch in eine Beobachtungsbildebene 8, wo die Bewertung des beobachteten Oberflächenabschnittes des Beobachtungsobjektes 7 vorgenommen wird. Gleichzeitig er­ folgt eine Teilreflexion an der teilreflektierenden Schicht 3 in eine Zwischenbildebene 9.

Erfindungsgemäß werden die der Objektbeobachtung dienende Bildinformation und die Information über die Fokuslage in verschiedenen, örtlich voneinander getrennt verlaufenden optischen Zweigen geführt.

Dazu befindet sich zwischen der Beleuchtungsquelle 1 und der Zwischenbildebene 9 ein Autofokussierungsteilerprisma 10, wobei das Beleuchtungslicht für den Autofokussierungs­ zweiges noch vor der Zwischenbildebene 9 das Autofokussie­ rungsteilerprisma 10 durchdringt und dann an der Peripherie des Strahlenganges 2 verläuft.

Der Autofokussierungszweig verläuft zwischen dem Beobach­ tungsobjekt 7 bzw. der Objektebene und der teilreflektie­ renden Schicht 3 parallel neben dem Bildbündel 11 und ge­ langt von dort auf dem Rückweg wieder in den Beleuchtungs­ strahlengang.

Im Autofokussierungszweig sind drei nebeneinander liegende optische Kanäle 13, 14 und 15 ausgebildet, wobei der Kanal 13 ein extrafokales Signal in eine extrafokale Ebene 16, der Kanal 14 ein intrafokales Signal in eine in­ trafokale Ebene 17 und der Kanal 15 ein in Richtung der op­ tischen Achse 12 konjugiertes Signal in eine konjugierte Ebene 18 liefern. Die Ebene 18 befindet sich in optischer Konjunktion zur Leuchtfeldblende des Hauptstrahlenganges.

Fig. 2 zeigt in einem Schnitt AA aus Fig. 1 die Aufteilung des Beleuchtungsstrahlenganges 2 mit der Anordnung der op­ tischen Kanäle 13, 14, 15 innerhalb des insgesamt übertra­ genen Lichtbündels.

Jeder der optischen Kanäle 13, 14, 15 weist einen konfoka­ len und einen nicht konfokalen Strahlquerschnittsbereich auf, wobei die konfokalen Strahlquerschnittsbereich der Ka­ näle 13, 14, 15 durch in den Ebenen 16, 17, 18 angeordnete Blenden mit Zeilen und/oder Spalten aus Pinholes gebildet werden.

Fig. 2 zeigt außerdem das Hauptbildfeld, welches ein konfo­ kales Bild des Beobachtungsobjektes 7 erzeugt und daher strukturiert ist.

Das Autofokussierungsteilerprisma 10, wirksam nur für den Autofokussierungszweig bzw. für die Kanäle 13, 14 und 15, separiert einen Sensorzweig 19, der beim Autofokussierungs­ teilerprisma 10 beginnt (vgl. Fig. 1).

Die drei optischen Kanäle 13, 14 und 15, die dicht neben­ einander liegende, spaltenförmige Abschnitte des Beobach­ tungsobjektes 7 wiedergeben, werden über den Sensorzweig 19 mittels einer Übertragungsoptik 20 auf spaltenförmig ausge­ bildete sowie zueinander versetzt angeordnete Empfänger ab­ gebildet, deren Empfangsflächen in den in Fig. 1 dargestell­ ten Autofokussierungsbildebenen 21, 22 und 23 positioniert sind.

Die Verarbeitung der über die optischen Kanäle 13, 14 und 15 gelieferten und mit den Empfängern opto-elektronisch ge­ wandelten Signale erfolgt mittels einer in den Zeichnungen nicht dargestellte Auswerte- und Einstelleinheit.

Fig. 3 und Fig. 4 dienen der nachfolgenden Erläuterung der Auswertung und Umsetzung der Signale in Stellbefehle für eine Fokusnachstellung.

Zwecks Erzeugung eines möglichst großen Fangbereiches wird als Kontrastfunktion lediglich die Summe der von den Emp­ fängern ermittelten Pixelintensität in den nicht konfokalen Strahlquerschnittsbereichen gebildet. Dabei entstehen, wie in Fig. 3 dargestellt, für jeden optischen Kanal 13, 14 und 15 gesonderte, jeweils von einem gesonderten Fokusparameter z abhängige Intensitätsfunktionen, wobei die Intensitäts­ funktion 24 dem extrafokalen Kanal 13, die Intensitätsfunk­ tion 25 dem intrafokalen Kanal 14 und die Intensitätsfunk­ tion 26 dem konjugierten Kanal 15 entsprechen.

Die Intensitätsfunktionen 24, 25 und 26 sind glockenkurven­ artige Funktionen, die in z-Richtung verschoben sind und zur Generierung eines Fokusrichtungssignales ausgenutzt werden, wobei für einen angenommenen Fokusort z1 für den extrafokalen Kanal 13 ein Wert Ie(z1), für den intrafokalen Kanal 14 ein Wert Ii(z1) und für den konjugierten Kanal 15 ein Wert Ik(z1) gemessen wird.

Eine erforderliche Fokuskorrektur wird dabei wie folgt er­ mittelt:

• 1. Sofern Ie(z1) kleiner ist als Ii(z1), erfolgt eine Fo­ kussierung in extrafokaler Richtung;
• 2. sofern Ie(z1) größer ist als Ii(z1), erfolgt eine Fo­ kussierung in intrafokale Richtung;
• 3. ist Ie(z1) gleich Ii(z1), erfolgt keine Fokussierung.

Hierbei gilt als Randbedingung, daß Ik(z1) größer ist als Ie(z1) und Ii(z1).

Zur Feinfokussierung mit einer hohen Auflösung werden die Konfokalbereiche in den Kanälen 13, 14 und 15 ausgewertet. Als Kontrastfunktionen werden dabei bespielsweise die Sum­ men über den Quadraten der Abweichung der Pixelintensität von der mittleren Intensität in den konfokalen Bereichen gebildet.

So entstehen drei konfokale steilflankige Kontrastfunktio­ nen, nämlich eine extrafokale Kontrastfunktion 27, eine in­ trafokale Kontrastfunktion 28 und eine konjugierte Kon­ trastfunktion 29, deren Abhängigkeit vom Fokusparameter z zusammen mit den Intensitätsfunktionen 24, 25 und 26 des nichtkonfokalen Bereiches in Fig. 4 dargestellt ist. Hier ergeben sich drei Funktionen mit geringer Halbwertsbreite, die jeweils innerhalb der breiten Intensitätsfunktionen 24, 25 und 26 nach Fig. 3 liegen und stark von den Konfokalpara­ metern Pinholedurchmesser, Abbildungsapertur und Abbil­ dungsvergrößerung abhängig sind.

Die Notwendigkeit zur Feinfokussierung wird wie folgt be­ stimmt:

• 1. Messung der Kontrastfunktionen im gleichen Fokusort z1, wobei die Kontrastfunktion für den extrafokalen Kanal 13 als Wert Ke(z1), für den intrafokalen Kanal 14 als Wert Ki(z1) und für den konjugierten Kanal 15 als Wert Kk(z1) definiert wird;
• 2. sofern Ke(z1) kleiner ist als Ki(z1), erfolgt die Fein­ fokussierung in extrafokaler Richtung;
• 3. sofern Ke(z1) größer ist als Ki(z1), erfolgt die Fein­ fokussierung in intrafokaler Richtung;
• 4. ist Ke(z1) gleich Ki(z1), erfolgt keine Fokussierung.

Hierbei gilt die Randbedingung, daß Kk(z1) größer ist als Ke(z1) sowie Ki(z1) und Ke(z1) ungefähr Ki(z1) ist.

Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung dahingehend wei­ terentwickelt, daß in der Autofokussierungsbildebene des konjugierten Kanals 15 (vgl. Fig. 1) ein Spektralapparat 30 angeordnet ist, während sich in der Autofokussierungsbild­ ebene des extrafokalen Kanals 13 ein spaltenförmiger Empfän­ ger 31 und in der Autufokussierungsbildebene des intrafoka­ len Kanals 14 ein spaltenförmiger Empfänger 32 befindet. Zur definierten Einführung eines Farblängsfehlers ist im Objektivstrahlengang zwischen der Tubuslinse 5 und dem Ob­ jektiv 6 ein Chromatobjektiv 35 angeordnet.

Die Verwendung des Spektralapparates 30 in Verbindung mit dem Chromatobjektiv 35 erbringt durch die Auswertung eines Falschfarbenspektrums des konjugierten optischen Kanals 15 eine zusätzliche Information zur Feineinstellung der Foku­ sebene, wobei die Auswertung in der Auswerteeinheit durch einen Vergleich der aktuell ermittelten Farbinformation mit der gespeicherten Farbinformation für ein richtig fokus­ siertes Höhenprofil erfolgt.

Wegen der Höhenstrukturierung des Beobachtungsobjektes 7 ergibt sich bei konfokaler Bildgenerierung im Hauptbildfeld eine sehr differenzierte Situation bei der "Scharfeinstel­ lung einer Objektszene". Es entsteht, wie in Fig. 7 darge­ stellt, eine mehrdeutige Kontrastfunktion 34 im Hauptbild als Funktion des Fokuswertes z.

Fig. 7 zeigt das Charakteristikum bei stark konfokaler Ab­ bildung, das heißt bei Beobachtungsobjekten mit Tiefencha­ rakter sowie mehreren reflektierenden Beobachtungsebenen des Beobachtungsobjektes 7. Somit werden verschiedene Bil­ der des Beobachtungsobjektes 7 über den Fokuswert z ent­ sprechend der Eigenschaften des Beobachtungsobjektes 7, wie Höhenprofil und Reflexionseigenschaften, in verschiedenen Objektebenen erzeugt.

Eine eindeutige Unterscheidung von Objektebenen ist daher möglich, sie setzt jedoch eine Höhenkodierung voraus.

Der konjugierte Kanal 15 wird hierbei komplett konfokal er­ zeugt und beleuchtet den Eintrittsspalt des Spektralappara­ tes 30. Die Fokussierung erfolgt analog der bereits weiter oben dargelegten Verfahrensweise. Gleiches trifft auf die Auswertung der optischen Signale im extra- und intrafokalen Kanal 13 bzw. 14 bezüglich der nichtkonfokalen Strahlquer­ schnittsbereiche zu. Dazu sind in Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 verschiedene Kontrastfunktionen dargestellt.

Um die Fokusebene eindeutig bestimmen zu können, wird zu­ sätzlich das Falschfarbenspektrum des konjugierten Kanals 15 ausgewertet. Bei Verwendung einer breitbandigen Beleuch­ tungsquelle 1 weist dieses Spektrum einen festen Abstand der Farbmaxima zueinander auf. Eine Reflexionsebene wird durch Fokussierung des Beobachtungsobjektes 7 und nachfol­ gende Beobachtung des Spektrums so gewählt, daß das zugehö­ rende Maximum auf die kurzwelligste Farbe des Beleuchtungs­ spektrums eingestellt wird.

Für die weitere Feinfokussierung werden wiederum die Konfo­ kalbereiche der extra- und intrafokalen Kanäle 13 und 14 ausgewertet. Eine endgültige Feinfokussierung der vorausge­ wählten Reflexebene erfolgt dabei wie bereits beschrieben.

Eine zusätzliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anord­ nung ist in Fig. 9 dargestellt. Anstelle des Hauptbildtei­ lers 4 (Fig. 1 und Fig. 5) wird ein Polarisator 36 verwendet. Ferner befinden sich zwischen dem Objektiv 6 und der Tubus­ linse 5 eine λ/4-Platte 37.

Über eine in der Empfängerbildebene 8 angeordnete Refle­ xionsfläche 40 gelangt ein vom Beobachtungsobjekt 7 reflek­ tierter sowie durch den Polarisator hindurchgehender Anteil des polarisierten Lichtes erneut auf das Beobachtungsobjekt 7 und wird dann durch die Anordnung der λ/4-Platte 37 über die teilreflektierende Schicht 3 des Polarisators 36 in den Autofokussierungszweig abgelenkt.

In diesem Falle werden, entsprechend einer bereits be­ schriebenen Ausgestaltung, die durch die Kanäle 13, 14, 15 definierten Objektregionen über die Übertragungsoptik 20 auf nur einem Empfänger 33 abgebildet.

Der Empfänger 33 ermöglicht eine zeitgleiche Auswertung des extrafokalen, des intrafokalen sowie des konjugierten Si­ gnales. Die sich dabei ergebenden Unterschiede in den Ab­ bildungsmaßstäben sind, wie bereits beschrieben, für die Bestimmung der Fokuslage unerheblich.

Bezugszeichenliste

1

Beleuchtungsquelle

2

Strahlengang

3

teilreflektierende Schicht

4

Hauptbildteiler

5

Tubuslinse

6

Objektiv

7

Beobachtungsobjekt

8

Beobachtungsbildebene

9

Zwischenbildebene

10

Autofokussierungsteilerprisma

11

Bildbündel

12

optische Achse

13

extrafokaler Kanal

14

intrafokaler Kanal

15

konjugierter Kanal

16

extrafokale Ebene

17

intrafokale Ebene

18

konjugierte Ebene

19

Sensorzweig

20

Übertragungsoptik

21

,

22

,

23

Autofokussierungsbildebene

24

Intensitätsfunktion extrafokaler Kanal

25

Intensitätsfunktion intrafokaler Kanal

26

Intensitätsfunktion konjugierter Kanal

27

Kontrastfunktion extrafokaler Kanal

28

Kontrastfunktion intrafokaler Kanal

29

Kontrastfunktion konjugierter Kanal

30

Spektralapparat

31

Empfängerzeile für extrafokalen Ka­ nal

32

Empfängerzeile für intrafokalen Ka­ nal

33

Empfänger

34

Kontrastfunktion

35

Chromatobjektiv

36

Polarisator

37

λ/4-Platte

39

Lichtanteil polarisierten Lichtes

40

Reflexionsfläche

Claims (10)

1. Anordnung zur konfokalen Autofokussierung von optischen Geräten, bevorzugt von Mikroskopen, bei denen ein Be­ leuchtungsstrahlengang (2) auf ein Beobachtungsobjekt (7) gerichtet ist, aus dem vom Beobachtungsobjekt (7) in ein Objektiv (6) reflektierten Licht sowohl Bildin­ formationen von der Oberfläche des Beobachtungsobjektes (7) als auch Informationen über die Fokuslage gewonnen werden und anhand dieser Informationen mittels einer Auswerte- und Einstelleinheit eine Korrektur der Fokus­ lage veranlaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildinformationen und die Informationen über die Fokus­ lage in verschiedenen, örtlich voneinander getrennt verlaufenden optischen Zweigen innerhalb des Objektiv­ strahlenganges geführt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des Objektivstrahlenganges ein Lichtbündel (11) als Bildübertragungszweig und in der Peripherie des Objektivstrahlenganges ein Autofokussierungszweig verlaufen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bildübertragungszweig und der Autofokus­ sierungszweig mit einer gemeinsamen Beleuchtungsquelle (1) optisch verbunden sind.

4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Mittel zur Ausbildung und Auswertung dreier innerhalb des Autofokussierungszwei­ ges verlaufender optischer Kanäle (13, 14, 15) vorgesehen sind, von denen ein erster ein extrafokales, ein zwei­ ter ein intrafokales und ein dritter ein in Richtung der optischen Achse (12) konjugiertes Signal für je­ weils eine Autofokussierungsbildebene (21, 22, 23) lie­ fert.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Kanäle (13, 14, 15) nebeneinander verlau­ fend angeordnet sind und jeder Kanal (13, 14, 15) einen konfokalen und einen nicht konfokalen Bereich in seinem Strahlquerschnitt aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Kanäle (13, 14, 15) spaltenförmige Blenden in den Beleuchtungsstrahlengang eingeordnet sind, wobei die Blenden in den konfokalen Bereichen in Zeilen und/oder Spalten angeordnete Pinholes aufweisen.

7. Anordnung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils einer der Kanäle (13, 14, 15) mit einer Empfangseinrichtung der Auswerte- und Einstelleinheit korrespondiert, wobei jeder der Kanäle (13, 14, 15) eine Region der Oberfläche des Beobachtungsobjektes (7) auf jeweils eine Empfängerzeile (30, 31, 32) abbildet.

8. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Objektivstrahlengang zwi­ schen der Tubuslinse (5) und dem Objektiv (6) ein Chro­ matobjektiv (35) und in der Autofokussierungsbildebene (23) des ein konjugiertes Signal liefernden Kanals (15) ein Spektralapparat (30) vorgesehen sind.

9. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Auskopplung des Autofo­ kussierungszweiges aus dem Beleuchtungsstrahlengang vor einer Beleuchtungsbildebene (9) ein Strahlteiler (10) mit einer für das von der Beleuchtungsquelle (1) kom­ mende und auf die Oberfläche des Beobachtungsobjektes (7) gerichtete Beleuchtungslicht durchlässigen und für das im Autofokussierungszweig von der Oberfläche des Beobachtungsobjektes (7) kommende Licht reflektierenden Schicht angeordnet ist.

10. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, insbe­ sondere ausgebildet zur konfokalen Autofokussierung bei einem Mikroskop, bei dem der Hauptbildteiler (4) als Polarisator (36) ausgebildet ist, zwischen dem Objektiv (6) und der Tubuslinse (5) eine λ/4-Platte (37) ange­ ordnet ist, der vom Beobachtungsobjekt (7) reflektier­ te, durch den Polarisator (36) in die Beobachtungsbild­ ebene (8) gelangende Anteil des polarisierten Lichtes (39) auf eine in der Beobachtungsbildebene (8) liegende Reflexionsfläche (40) gerichtet ist, das polarisierte Licht (39) im rückwärtigen Strahlengang erneut auf das Beobachtungsobjekt (7) trifft und schließlich nach dem vierten Durchlauf durch die λ/4-Platte (37) eine Pola­ risationsrichtung hat, bei der es von der Teilerschicht des Polarisators (36) als Autofokussignal zum Sensor­ zweig hin abgelenkt wird.