DE3527074A1

DE3527074A1 - Anordnung zur bestimmung der oberflaechengestalt von objekten mittels moiretechnik

Info

Publication number: DE3527074A1
Application number: DE19853527074
Authority: DE
Inventors: Kersten DDR 6900 Jena Fonfora; Manfred Dr. Ludwig
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1985-07-29
Publication date: 1986-05-07
Also published as: DD228089A1

Description

Anordnung zur Bestimmung der Oberflächengestalt von Objekten mittels Hoirfctechnik

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Bestimmung der Oberflächengestalt insbesondere medizinischer Objekte und vorzugsweise ia Zusammenwirken ait Operations- und Untersuchung sraikroskopen sowie mit Systemen sur Untersuchung des Auges, sowohl des Augenhintergrundes als auch des vorderen Augenabschnittes· Die Erfindung kann aber auch bei der Bestimmung der Oberflächengestalt mikroskopischer und rein technischer Objekte angewendet werden·

Es sind bereits Lösungen bekannt, bei denen ein periodisches Muster, vorzugsweise ein Sitter, auf das zu untersuchende Objekt aufprojiziert wird· Abweichungen des Objektes von der Ebenheit führen zu einer Verzerrung des aufprojiziert en Critters· Das Bild des Objektes mit dem aufprojizierten Gitter wird auf ein Vergleichegitter abgebildet, wo die Abweichungen ein Moir%muster erzeugen, welches Höhenlinien im Objekt markiert« Eine solche Lösung, jedoch auf ein Gerät zur Untersuchung der Oberflächengestalt des Augenhintergrundes spezialisiert, ist in der DE-OS 3 206 410 beschrieben. Diese Verrichtung basiert auf einer herkömmlichen Funduskamera, in

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die Linsen eingesetzt sind, zwischen denen Beobachtungs- und Projektionsstrahlengang parallel und telezentrisch verlaufen und zwischen denen ein Gitter und ein Vergleichsgitter angeordnet sind· Das Bild des auf den Augenhintergrund projizierten Gitters ergibt durch Überlagerung mit dem Yergleichsgitter ein Moirfcmuster, welches Höhenlinien erkennen läßt, die dem Bild des Augenhintergrundes überlagert sind.

Die Lage der Höhenlinien relativ zum Objekt ist von der zufälligen Lage des Objektes zum optischen Gesamtsystem abhängig und die Einstellung einer Höhenlinie, die durch einen bestimmten Objekt ort geht, ist schwierig und nicht reproduzierbar. Quantitative Messungen sind unter diesen Umständen sehr erschwert und mit hohem Aufwand an Zeit und Erfahrung verbunden·

Darüberhinaus ist das lokale Auflösungsvermögen der bekannten Lösungen für viele Anwendungsfälle nicht ausreichend·

Ziel der Erfindung ist eine Anordnung mit verbesserter Beobachtungsmöglichkeit, die eine reproduzierbare sowie eine quantitative Messung ermöglicht·

Es soll eine Anordnung zur Bestimmung der Oberflächengestalt von Objekten mittels MoirBtechnik für den Einsatz in einem Stereomikroskop, aber auoh für andere Mikroskope bzw· ähnliche Systeme zur Untersuchung, geschaffen werden, die es ermöglicht, die als Moir&muster erzeugten Höhenlinien meßbar zu verschieben ohne die Position des Objektes relativ zum optischen Gesamtsystem zu verändern, und darüberhinaus eine Erhöhung der lokalen Auflösung gestattet· Die Aufgabe wird mit einer Anordnung für ein Stereomikroskop mit einem zugeordneten Projektionssystem für ein Gitter und je ein im Strahlengang des Mikroskopes und des Projektionssystems befindlichen Projektions- bzw ο Referenzgitter

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zur Erzeugung eines Mairfcmusters, erfindungsgemäß daduroh gelöst, daß im Projektionsstrahlengang dem Beferenzgitter nachgeordnet optische Mittel zur Verschiebung des Bildes des aufprojizierten Gitters angeordnet sind· Dieses kann z.B. durch eine dem Projektionsgitter nachgeordnete um eine Drehachse kippbare planparallele Glasplatte realisiert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die planprallele Glasplatte mit einer die Verdrehung anzeigenden Verstelleinrichtung verbunden ist·

Weiter ist besonders vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung des Projektionssystems für Gleichlicht- und Impulsbetrieb geeignet ist und mit einem Steuergerät zum Einstellen der Impulsfolgefrequenz verbunden ist, die planparallele Glasplatte mittels einer Verstelleinrichtung periodisch kippbar ist, die Verstelleinrichtung alt einer Steuervorrichtung zum Einstellen der Phasenlage der periodischen Kippbewegung zu einem Bezugssignal in Verbindung steht und eine Kopplung des Steuergerätes für die Impulsfolgefrequenz der Beleuchtungseinrichtung und der Steuervorrichtung zum Einstellen der Phasenlage besteht, d.h. die Impulsfolgefrequenz als Bezugssignal verwendet wird· Das Projektionssystem projiziert das Gitter, das über Vergrößerungswechsler und Objektiv des Operationsaikroekopes in die Objektebene abgebildet wird und somit das Objekt überdeckt. Im Operationsmikroskop wird ein Bild des mit dem Gitterstreifen überdeckten Objektes auf das im Strahlengang des Operationsmikroskopes befindliche Gitter entworfen·

Das Bild eines ebenen Objektes wird dadurch vom Beobachter umstrukturiert wahrgenommen.

Weist das Objekt Unebenheiten auf, so stimmt das Bild des auf das Objekt aufprojizierten Gitters mit dem Gitter überein und der Beobachter nimmt ein Moirfcauster wahr, welches die Linien gleicher Höhe über einer ia Objekt gedachten Bezugsebene markiert· Die Lage dieser Höhenlinien

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ist von der relativen Lage des Objektes zu Gitter und Vergleichsgitter abhängig·

Darch Verkippen der planparallelen Platte um die Drehachse werden die Höhenlinien beliebig über das Bild des Objektes verschoben· Durch Anzeige der Verdrehung an der Verstelleinrichtung ist die Verschiebung meßbar· Durch periodisches Kippen der optischen Mittel zur BiIdversohiebung, ζ·Β. einer planparallelen Glasplatte, mit niedrigen Frequenzen und bei Gleichlichtbetrieb der Beleuchtungseinrichtung des Projektionssystems entsteht eine resultierende Bewegung der MoirBmuster und damit eine Verbesserung der Beobachtbarkeit·

Durch Arbeit der Beleuchtungseinrichtung bei Impulsbetrieb bei gleichseitigem Kippen der Planprallelplatte wird durch Wahl der Impulsfolgefrequenz in Abhängigkeit der Kippfrequenz die Anzahl der Höhenlinien verändert, wobei das MoirBmuster Über das Bildfeld wandern kann. Dadurch verbessern sich die Darstellung der Oberflächengestalt und die lokale Auflösung·

In dieser Arbeitsweise ist es vorteilhaft, wenn durch an sich bekannte Mittel elektronischer Bildverarbeitung die Kanten der Moirtstreifen mit erhöhtem Kontrast wiedergegeben werden und die Streifenbreite eingegrenzt wird. Es ist die unmittelbare Auswertung des Ergebnisses durch die Anzahl der Höhenlinien zwischen zwei in der Okularfeldebene des Operationsmikroekopes angebrachte Marken möglich·

Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, in dem die erfindungsgemäße Anordnung in einem Operationsmikroskop zum Einsatz kommt, näher erläutert werden*

In der Figur ist ein Operationsmikroskop gezeigt, das entlang einer optischen Achse ein Okular 19 und ein Tubusobjektiv 18, die einen monokularen Okulareinblick

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• ·

20 bilden, zwei ein Galilei-Fernrohr bildende Objektive 14, 15, die einem Vergrößerungsweoksler 23 angehören, aufweist und daß ein dem Vergrb'ßerungsweehsler augeordnet es Front objekt ir 12 besitzt.

Im Vergrößerungsweohsler 23 sind jeweils swei miteinander verbundene analoge Galilei-Fernrohre aus den Objektiven 15, 14 und 1Θ, 11 mit zueinander parallelen optischen Achsen vorhanden.

Das Frontobjektiv 12 ist gemeinsames Objektiv für die beiden Galilei-Fernrohre des Vergrößerungswechslers 23· Das Frontobjektiv 12 ist in ein Gehäuse 24 eingebaut) im Gehäuse 24 ist der Verg^ößerungsweehsler 23 um eine Achse 22 drehbar angeordnet. Ziwschen dem Okulareinbliek 20 und dem Vergröierungswechsler 23 sind zusätzlich swei abbildende Objektive 16, 17 angeordnet. Dem Operations« mikroskop zugeordnet ist ein Projektionssystem, bestehend aus einer Lichtquelle 1, einem Kondenser 3, einem Zwischenobjektiv 25 und einem Objektiv 9· Entlang der optischen Achse des Projektionssystems ist dem Objektiv 9 das dem Vergrößerungswechsler 23 angehörende Galilei-Fernrohr aus den Objektiven 10, 11 naehgeordnet· Eine als Projektions- und Beferensgitter dienende Glasplatte 4 mit einem Strichgitter ist in dem Strahlengang des Projektionssystems »wischen Zwisehenobjektiv 25 und Objektiv 9 und gleichzeitig in dem Strahlengang des Operationsmikroskopβ3 swisohen den Objektiven 16, 17 angeordnet. Sin Objekt 13, das sieh ia der Brennebene des Front objektives 12 befindet, wird vom Beobachter 21 durch den Okulareinbliok 2Θ beobachtet. Erfindungsgemäß ist im Strahlengang des Projektionssystems dem Gitter nachgeordnet eine kippbare planparallele Glasplatte der Dicke d eingebracht· Die Glasplatte ist um eine Drehachse 6 mittels einer Verstelleinrichtung kippbar·

Das Beleuchtungssystem beleuchtet das als Diapositiv wirkende Gitter A und es wird mittels des Objektives 9

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Durch den Vergrößerungswechsler 23 und das Frontobjektiv

12 hindurch in die Objektebene abgebildet. Dabei wird das Objekt 13 von dem aufprojiaierten Gitter überdeckt. Bei Abbildung des Objektes 13 mittels des Front Objektivs durch den Vergrößerungsweehsler 23 hindurch wird durch Objektiv 1§ ein Bild des mit den Gitterstreifen überdeckten Objektes 13 auf das Gitter 4 entworfen. Das Objektiv 17 entwirft ein Bild der Ebene von 4 im Unendlichen, welches mit dem Einblick 20 zu betrachten ist. Unter der Voraussetzung, daß beide im Strahlengang befindliche Partien des Gitters 4 gleich sind, erscheint das durch den EinbSLck 20 su betrachtende Bild eines ebenen Objektes 13 unstrukturiert. Weist das Objekt 13 dagegen Unebenheiten auf, so stimmt das Bild des auf das Objekt

13 aufprojizierten Gitters nicht mehr mit dem ebenen Gitter 4 überein und es entsteht durch diese Verschiedenheit in der Ebene von 4 im Beobachtungsstrahlengang ein Moirfcauster, welches die Linien gleicher Höhe über einer im Objekt gedachten Beasugsebene markiert« Die Lage dieser Höhenlinien ist von der relativen Lage des Objektes 13 BU Gitter und Vergleichsgitter abhängig. Die relative Lage des Objektes 13 au Gitter und Vergleiohsgitter kann nun im einfachsten Fall durch das Verdrehen der planparallelen Glasplatte 5 mittels der Verstelleinrichtung 7 vorgenommen werden. Ist die Verstelleinrichtung 7 *.B. mit Zeiger und Skala ausgerüstet, kann die planparallele Platte 5 um einen meßbaren Betrag gedreht werden, wodurch die Höhenlinien beliebig und meßbar über das Bild des Objektes verschoben werden können. Zwischen der Verschiebung der Höhenlinien und der Verschiebung des Gitters gegenüber dem Vergleichsgitter, die durch die Kippung der Planparallelplatte 5 realisiert wird, einerseits und der Höhe der lokalen Erhebung über die Bezugsebene im Objekt andererseits, besteht ein fester Zusammenhang, so daß an der Verstellvorrichtung 7 abxulesen ist, welche Höhe der Erhebung über der Beaugsebene

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der Verschiebung um einen Linienabstand entspricht· Eine besonders günstige Arbeltsweise gestattet die Anordnung, wenn gemäß der Erfindung die Verstelleinrichtung 7 zum periodischen Kippen der planparallelen Glasplatte 5 ausgelegt ist und mit einer Steuerrorrichtung 8 sum Einstellen der Phasenlage der periodischen Kippbewegung der Platte 5 zu einem Bezugssignal rerbunden ist, wobei die Lichtquelle 1 eine Lichtquelle für Iapulsbetrieb ist, die mit einem Steuergerät 2 zum Einstellen der Impulsfolgefrequenz für die Lichtquelle 1 verbunden ist und das Steuergerät 2 mit der Steuervorrichtung S sum Synchronisieren und Einstellen der Phasenlage der periodischen Änderung der relativen Lage von Gitter und Vergleichsgitter zur Impulsfolgefrequenz der Lichtquelle 1 gekoppelt ist.

Mit der Verstellvorrichtung 7 wird die Planparallelplatte 5 periodisch gekippt. Geschieht dies Kit Kippfrequenzen etwa im Bereich von 0,5 .·· 5 He und wird die Lichtquelle 1 im Gleiohlichtbetrieb verwendet, so ergibt sieh durch die resultierende Bewegung des Systems von Moirestreifen eine erhebliche Verbesserung der Beobachtbarkeit und der Beurteilungsmöglichkeit lokaler Veränderungen der Oberflächengestalt, insbesondere in Bereichen, die bei der Erzeugung statischer Moirtauster zwischen Holzstreifen liegen« Wird die Lichtquelle 1 Über das Steuergerät 2 impulsweise mit einer Frequenz betrieben, die gleich der Kippfrequenz der Planparallelplatte 5 ist, so erscheint ein stehendes Moirfcstreifenmuster· Wird durch die Steuervorrichtung 8 die Phasenlage der Lichtquellenimpulse zu der periodischen Plattenkippung verändert, so wandern die MoIrBstreifen über das Bildfeld und können jedem beliebigen Objektort überlagert werden· Wird die Impulsfrequenz der Lichtquelle 1 durch das Steuergerät 2 auf ei» ga&zzahliges Vielfaches nf^. der Kippfrequenz f_k eingestellt, so wird die Anzahl der sichtbaren stehenden Holzstreifen

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auf das n-faohe erhöht· Durch diese Verdichtung des Feldes der Höhenlinien verbessert sich die Darstellung der Oberflächengestalt und die lokale Auflösung der Topographie. Da die Anzahl der Höhenlinien je Längeneinheit im Bild ein Haß für den Betrag der Höhe über der Bezugsebene ist, kann durch Einstellen von η und Auszählen der Linien, die zwischen zwei im Okular 19 angebrachten Marken fallen, der Höhenunterschied ermittelt werden, welcher im Objekt in dem Bereich zwischen den Harken vorhanden istc Wenn η nicht ganzzahlig eingestellt ist, wandert das verdichtet· System der Höhenlinien und verbessert dadurch die Beobachtbarkeit· Die Wanderungsgeschwindigkeit ist proportional zur Größe des lokalen Anstieges. Für die Auswertung der Moirfcstreifen ist es von Vorteil, das Objekt mit einer 2?V-Kamera durch das beschriebene System hindurch aufzunehmen, die Kantensteilheit der Moirtstreifen mit den bekannten elektronischen Hittein zu erhöhen sowie ihre Breite zu verringern und das Bild über einen Monitor darzubieten.

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-Jö-

- Leerseite -

Claims

Pat entansprüche

1· Anordnung zur Bestimmung der Oberflächengestalt von Objekten mittels MoirSteehnik für ein Stereomikroskop mit einem zugeordneten Projektionssystem für ein Gitter und je einem in einem Beobachtungsstrahlengang des Mikroskopes und im Strahlengang des Projektionssystems "befindlichen Referenz- bzw. Projektionsgitter zur Erzeugung eines Moirfcmusters, dadurch gekennzeichnet, daß im Projektionsstrahlengang dem Projektionsgitter unmittelbar nachgeordnet optische Mittel zur Verschiebung desrBildes des aufprojizierten Gitters angeordnet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Projektionsgitter eine um eine Drehachse kippbare planparallele Glasplatte nachgeordnet ist und diese mit einer die Verdrehung anzeigenden Verstelleinrichtung verbunden ist.

3· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel zum Verschieben des Bildes des aufprojizierten Gitters mit einer Verstelleinrichtung zum periodischen Kippen dieser optischen Mittel verbunden ist, die Verstelleinrichtung mit einer Steuervorrichtung zum Einstellen der Phasenlage der periodischen Kippbewegung zu einem Bezugssignal gekoppelt ist, die Beleuchtungseinrichtung des Projektionssystems für Gleichlichtbetrieb und Impulsbetrieb geeignet ist und mit einem Steuergerät zum Einstellen der Impulsfolgefrequenz in Verbindung steht und eine Kopplung zwischen dem Steuergerät zum Einstellen der Impulsfolgefrequenz und der Steuervorrichtung zum Einstellen der Phasenlage besteht, wobei die Impulsfolgefrequenz als Bezugssignal Verwendung findet.

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