DE2443167C3

DE2443167C3 - Focusing device

Info

Publication number: DE2443167C3
Application number: DE19742443167
Authority: DE
Inventors: Diether Dipl-Phys Dr 6141 Hahnlein Haina
Original assignee: Gesellschaft fur Strahlen und Um weltforschung mbH, 8000 München
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1977-08-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Scharfeinstellvorrichtung für optische Geräte mittels eines Strahlenbündels, das vor dem Objektiv in den Strahlengang des Gerätes einspiegelbar und auf das Objekt als Meßpunkt fokussierbar ist, wobei vorn Meßpunkt ein Bild im Abbildungsstrahlengang erzeugt wird.The invention relates to a focusing device for optical devices by means of a beam that in front of the lens in the beam path of the device and on the object as a measuring point can be focused, an image being generated in the imaging beam path at the measuring point.

Bei Mikroskopen oder anderen optischen Geräten wie Ablesefernrohren wird mit einer Grob- und einer Feinstellschraube nach Gutdünken des Beobachters scharf eingestellt, wobei vom Objektiv ein reelles Zwischenbild entworfen wird, das dann mittels des Okulars betrachtet wird. Bei wenig kontrastreichen Objekten ist diese Methode jedoch unbefriedigend, da der Beobachter unter Umständen keinen Punkt des Objektes findet, der sich genügend von der Umgebung abhebt, so daß er auf ihn einstellen könnte. Bei Reihenuntersuchungen ermüdet zudem das Auge des Beobachters von den Anstrengungen beim Scharfeinstellen schnell. Meistens muß bei Objektwechsel erneut eingestellt werden, wodurch der Vorgang wiederholt wird.With microscopes or other optical devices such as reading telescopes, a coarse and a Fine adjustment screw set in focus at the discretion of the observer, with a real one from the lens Intermediate image is designed, which is then viewed through the eyepiece. With little contrast Objects, however, this method is unsatisfactory because the observer may not be able to see a point of the Finds an object that stands out enough from its surroundings that it could adjust to it. at Series examinations also tire the observer's eye from the exertion of focusing fast. In most cases, the setting must be made again when the object is changed, which means that the process is repeated will.

Es sind Einstellhilfen, unter anderem für Mikroskope bekannt, bei denen durch mechanische Abtaster der Abstand zum Objekt ermittelt wird. Dabei kann das Objekt aber deformiert werden. Außerdem setzt,diese Methode voraus, daß das Objekt über größere Teile hinweg gleich hoch ist. Die Justierung eines solchen Abtasters ist schwierig und zudem für jedes Objektiv gesondert durchzuführen. Pneumatisch geregelte Einstellvorrichtungen können ebenfalls das Objekt ungünstig beeinflussen. Außerdem muß es so schwer sein, daß es im Luftstrom nicht wegfliegt. Der Aufwand für fernsehtechnische Einstellvorrichtungen ist äußerst groß.There are adjustment aids, including known for microscopes, in which the mechanical scanner Distance to the object is determined. In doing so, the object can be deformed. Also, this one sets Method assumes that the object is of the same height over larger parts. Adjustment of such a Scanner is difficult and also to be carried out separately for each lens. Pneumatically controlled adjustment devices can also adversely affect the property. Besides, it must be so hard that it does not fly away in the air stream. The cost of setting devices for television technology is extremely high large.

Weiterhin ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Scharfeinstellung mit einem unsichtbaren Strahlbündel bekannt (DT-OS 21 02 922), bei dem die Objektebene in die Fokusebene zurückgeführt wird. Das Strahlbünde! wird in das Beleuchtungsstrahlenbündel so eingespiegelt, daß das Bild einer Marke nur in einer Hälfte des Querschnitts des Strahlenbündels enthalten ist. Die zur Abbildung dienenden Strahlen gelangen dann durch das Objektiv in diejenige Hälfte des Abbildungsstrahlenhiintli-K. in dem das Bild der Marke bisher nicht enthalten war. Liegt das Objekt jedoch nicht exakt senkrecht zur optischen Achse der Vorrichtung, so wird die MeOmarke nach der Seite hin verschoben und dadurch eine nicht vorhandene Unscharfe vorgetäuscht. Bei welligen Objekten (Auflichtobjekten) entsteht in der Detektorebene überhaupt kein scharfes Bild der Meßmarke. Außerdem kann kein sichtbares Licht als Strahlbündel verwendet werden, da hierdurch die gleichzeitige Beobachtung des Objektes praktisch unmöglich wird.Furthermore, a method and a device for focusing with an invisible beam is known (DT-OS 21 02 922), in which the object plane is returned to the focal plane. The beam frets! is reflected into the illuminating beam in such a way that the image of a mark is only contained in one half of the cross-section of the beam. The rays used for imaging then pass through the objective into that half of the imaging beam hiintli-K. in which the image of the brand was not previously included. However, if the object is not exactly perpendicular to the optical axis of the device, the MeO mark is shifted to the side, thereby simulating a non- existent blurring. In the case of wavy objects (reflected light objects), there is no sharp image of the measurement mark at all in the detector plane. In addition, no visible light can be used as a bundle of rays, since this makes it practically impossible to observe the object at the same time.

Der Erfindung liegt dahingegen die Aufgabe zugrunde, eine Scharfstellvorrichtung zu schaffen, die beim Auf- und Durchlichtverfahren sowie unabhängig vom benutzten Objektiv arbeitet und auf das Objekt keinen Einfluß nimmt. Sie soll außerdem auch nachträglich in Auflicht-Mikroskope eingebaut werden können.The invention is based, on the other hand, the object to provide a focus device that when Incident and transmitted light processes and works independently of the lens used and does not affect the object Influence. It should also be able to be retrofitted in reflected light microscopes.

Die Lösung der 'Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Strahlenbündel aus Laserlicht besteht, daß das Strahlenbündel durch die volle öffnung des Objektivs hindurchtritt, und daß in dem im Abbildungsstrahlengang erzeugten Bild auf kleinsten Lichtpunkt bzw. größte Fläche der Granulen eingestellt wird.The 'object is achieved according to the invention in that the beam consists of laser light, that the beam passes through the full opening of the objective, and that in the imaging beam path generated image is set to the smallest point of light or largest area of the granules.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß im Abbildungsstrahlengang eine Zusatzlinse eingefügt ist, die ein Beugungsbild des Lichtpunktes in der Zwischenbildebene erzeugt.A further development of the invention provides that an additional lens is inserted in the imaging beam path, which generates a diffraction image of the light point in the intermediate image plane.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Scharfeinstellvorrichtung sind darin zu sehen, daß unabhängig vom Verfahren (Auflicht/Durchlicht), unabhängig vom gerade benötigten Objektiv und bei rauher bzw. welliger Oberfläche des Objekts entweder ein die Beobachtungen nicht störender, auf kleinste Ausdehnung eingestellter und als Justierhilfe dienender Lichtpunkt mitbeobachtet, oder daß während der Beobachtungen das Granulenbild als Nachweis für die richtige Justierung der Vorrichtung kurzzeitig in das Beobachtungsfeld eingeblendet werden kann.The particular advantages of the focusing device according to the invention can be seen in the fact that regardless of the process (incident light / transmitted light), regardless of the objective currently required and with rough or a wavy surface of the object, either one that does not interfere with the observations, to the smallest extent set light point serving as an adjustment aid is also observed, or that during the Observations of the granule image as evidence for the correct adjustment of the device briefly in the Observation field can be displayed.

Die Erfindung wird im folgenden mittels zweier Ausführungsbeispiele an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.The invention is illustrated below by means of two exemplary embodiments with reference to FIGS. 1 and 2 closer explained.

Ein prinzipieller Strahlengang ist in F i g. 1 gezeigt. Der Beobachter muß so einstellen, daß das Bild des Lichtpunktes 12, 12' auf die Oberfläche des Objekts kommt, dann hat er scharf eingestellt. Befindet sich die Oberfläche des Objekts 1 ober- oder unterhalb der Objektebene 7, sieht er statt des Punktes 12, 12' einen größeren Lichtfleck. Er muß also so einstellen, daß der Punkt 12 seine kleinste Ausdehnung hat. Der Meßstrahl, dargestellt durch parallele Lichtbündel 2, wird über den Auflichtkondensator 3, den Strahlteiler 4 und die Pupillenebene 5 sowie das Objektiv 6 auf das Objekt 1 gelenkt. Dabei kann die Beleuchtung des Objektivs 1 in üblicher Weise entweder in Auflicht oder Durchlicht erfolgen.A basic beam path is shown in FIG. 1 shown. The observer must adjust so that the image of the Light point 12, 12 'comes onto the surface of the object, then he has focused. Is the On the surface of the object 1 above or below the object plane 7, he sees a point instead of the point 12, 12 ' larger light spot. He must therefore adjust so that point 12 has its smallest dimension. The measuring beam, represented by parallel light bundles 2, is via the incident light condenser 3, the beam splitter 4 and the The pupil plane 5 and the objective 6 are directed onto the object 1. The illumination of the lens 1 in usually done either in incident light or transmitted light.

Auf diesen Punkt 12 kleinster Ausdehnung kann mit technischen Mitteln auch automatisch scharf gestellt werden, z. B. durch eine photoelektrische Intensitätsmessung im Bild dieses Punktes 12,12', wobei über einen Regelkreis der Fein- und/oder Grobtrieb motorisch so lange bewegt wird, bis maximale Intensität gemessen wird.Technical means can also be used to automatically focus on this point 12 of the smallest extent be e.g. B. by a photoelectric intensity measurement in the image of this point 12,12 ', with a The control loop of the fine and / or coarse drive is moved by a motor until the maximum intensity is measured will.

Wird ein Deckgläschen verwendet, so ist beim Durchfahren der Objektebene 7 auf einen zweiten Lichtpunkt (nicht dargestellt) einzustellen. Da die Zwischenbildebene 8 (schematisch dargestellt durch das Okular 9) festliegt, arbeitet die Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung unabhängig vom benutzten Objektiv 6. Die Oberfläche des Objekts 1 braucht nichtIf a cover slip is used, a second one is available when passing through the object plane 7 Adjust light point (not shown). Since the intermediate image plane 8 (shown schematically by the Eyepiece 9) is fixed, the adjustment device according to the invention works independently of the one used Lens 6. The surface of the object 1 does not need

eben zu sein. Der Bereich, in dem der Lichtpunkt fokussiert ist, entspricht der Schärfentiefe des Objektivs 6. Mit zunehmender Objektivvergrößerung und damit der numerischen Apertur wird die Schärfentiefe geringer. Das hat zur Folge, daß bei stark vergrößern- den Objektiven 6 genauer auf die Schärfenebene eingestellt werden kann. to be even. The area in which the point of light is focused corresponds to the depth of field of the objective 6. With increasing objective magnification and thus the numerical aperture, the depth of field becomes smaller. The consequence of this is that, in the case of strongly magnifying lenses 6, it is possible to set the focal plane more precisely.

Wird zur Herstellung des Lichtpunktes 12' in der Zwischenbildebene 8 ein Laser benutzt, etwa ein Helium-Neon-Laser, so ergibt sich der Vorteil der günstigen Intensitätsverteilung im Punkte, da nämlich der Laserstrahl 2 in seiner Achse 11 ein deutliches Maximum der Intensität besitzt. Dieses Maximum hat dann auch der Lichtpunkt 12,12', so daß noch leichter auf dieses eingestellt werden kann. If a laser, such as a helium-neon laser, is used to produce the light point 12 'in the intermediate image plane 8, the advantage of the favorable intensity distribution in the point results, since the laser beam 2 has a clear maximum intensity in its axis 11. The light point 12, 12 'then also has this maximum , so that it can be adjusted to this even more easily.

Bei Benutzung von Laserlicht 2, 11 (sieh;; nunmehr F i g. 2) kann die bekannte Erscheinung der Granulation genutzt werden. Die Granulation ist eine Erscheinung, die immer dann auftritt, wenn kohärentes Licht auf eine statistisch streuende Fläche trifft. Die von einem zo streuenden Punkt der Fläche ausgehenden Lichtwellen interferieren mit jeder, von einem anderen Punkt ausgehenden Lichtwelle. Dadurch entsteht eine statistische Hell-Dunkel-Verteilung, die Granulation. Dabei hängt die Größe der Granulen von der Ausdehnung der kohärent beleuchteten Fläche ab. Das Granulationsfeld ist ein Beugungsbild dieser Fläche. When using laser light 2, 11 (see ;; now Fig. 2), the known phenomenon of granulation can be used. Granulation is a phenomenon that occurs whenever coherent light hits a statistically scattering surface. The light waves emanating from a scattering point on the surface interfere with every light wave emanating from a different point. This creates a statistical light-dark distribution, the granulation. The size of the granules depends on the size of the coherently illuminated area. The granulation field is a diffraction image of this area.

Laserlicht ist in hohem Maße kohärent, also interferenzfähig. Es gibt in der Praxis kaum eine Oberfläche, die so wenig Unregelmäßigkeiten aufweist, daß im Laserlicht keine Granulation auftritt. Der mit Laserlicht 2, 11 erzeugte Lichtpunkt 12, 12' sei nun auf die Oberfläche des Objekts 1 (die Bezugszeichen entsprechen den Teilen der Ausführung nach Fig, I) abgebildet. In der Pupillenebene 5 entsteht das Fraunhofersche Beugungsbild 13 sowohl des Objekts 1 als auch des Lichtpunktes 12. Durch Einbringen einer weiteren Linse, z.B. Bartrand-Linse 14, in den Abbildungsstrahlengang 15 kann die Pupillenebene 5 in die Zwischenbildebene 8 abgebildet und somit betrachtet bzw. ausgemessen werden. Stellvertretend für die Abbildung der gesamten Pupillenebene 5 ist der Abbildungsstrahlengang für einen Punkt auf der optischen Achse 13,13' gestrichelt eingezeichnet.Laser light is to a high degree coherent, i.e. capable of interference. In practice there is hardly any Surface with so few irregularities that no granulation occurs in the laser light. The one with Laser light 2, 11 generated light point 12, 12 'is now on the surface of the object 1 (the reference numerals correspond to the parts of the embodiment according to Fig, I) pictured. The Fraunhofer diffraction image 13 of both the object 1 is created in the pupil plane 5 as well as the light point 12. By inserting a further lens, e.g. beard edge lens 14, into the Imaging beam path 15 can imaged the pupil plane 5 in the intermediate image plane 8 and thus viewed it or measured. The is representative of the mapping of the entire pupil plane 5 Imaging beam path for a point on the optical axis 13, 13 'is shown in dashed lines.

1st das Objekt 1 deformiert, so ist die vom Laserlicht 2,11 ausgeleuchtete Fläche nicht punktförmig, sondern flächenhaft. Es wird eine mehr oder weniger grobe Granulation betrachtet. Wird das Objekt 1 der Schärfenebene 7 genähert, so wird die vom Laser 2, 11 beleuchtete Fläche immer kleiner, die beobachteten Granulen wachsen schnell an und erreichen ihre maximale Größe, wenn das Objekt I in der Schärfenebene 7 liegt. Der Kontrast im Bild der Pupillenebene 5 ist dann am geringsten. Im Idealfall (Lichtpunkt beugungsbegrenzt, keine Phasenstörungen) wäre die Pupillenebene 5 und damit die Zwischenbildebene 8 gleichmäßig ausgeleuchtet, der Kontrast Null. Auf größte Ausdehnung der Granulen oder auf geringsten Kontrast kann mit bekannten Mitteln auch automatisch eingestellt werden.If the object 1 is deformed, the area illuminated by the laser light 2, 11 is not point-shaped, but rather extensive. A more or less coarse granulation is considered. If the object 1 of the When the focal plane 7 is approached, the laser 2, 11 The illuminated area becomes smaller and smaller, the observed granules grow quickly and reach theirs maximum size if the object I lies in the focal plane 7. The contrast in the image of the pupil plane 5 is then the least. In the ideal case (point of light diffraction-limited, no phase disturbances) that would be The pupil plane 5 and thus the intermediate image plane 8 are uniformly illuminated, the contrast zero. on Largest expansion of the granules or the lowest contrast can also be done automatically with known means can be set.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen For this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims;

1. Focusing device for optical devices by means of a beam which can be mirrored in front of the lens in the beam path of the device and can be focused on the object as a measuring point, an image being generated in the imaging beam path from the measuring point, characterized in that the beam (2) consists of laser light consists that the beam (2) passes through the full opening of the object (6) and that in the image (12 'or 13) generated in the imaging beam path, the smallest light point or largest area of the granules is set.

2. focus adjustment device according to claim 1, characterized in that in the imaging beam path (15) an additional lens (14) is inserted, which a diffraction image of the light point (12) in the Intermediate image plane (8) generated.

2020th