DE3535749A1

DE3535749A1 - Einrichtung zur helligkeitsregelung in mikroskopen

Info

Publication number: DE3535749A1
Application number: DE19853535749
Authority: DE
Inventors: Siegfried 7082 Oberkochen Gerber; Bernd Dipl.-Ing. 7072 Heubach Spruck
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-10-07
Publication date: 1986-10-16
Also published as: US4714823A; DE3535749C2

Description

Firma Carl Zeiss, 7920 Heidenheim (Brent)

Einrichtung zur Helligkeitsregelung in Mikroskopen

85015 P DE 85015 G DE

Beschreibung:

Einrichtung zur Helligkeitsregelung in Mikroskopen

Beim Mikroskopieren sind die Augen des Benutzers oft stark unterschiedlichen Lichtverhältnissen ausgesetzt. Beispielsweise liefern unterschiedliche Kontrastierungsverfahren wie Hellfeld, Dunkelfeld, Phasenkontrast verschiedene Bildhelligkeiten und auch beim Wechseln der Objektive ändert sich die Bildhelligkeit in Abhängigkeit von der numerischen Apertur des gerade verwendeten Objektivs. Diese Helligkeitsänderungen treten bei Umschaltvorgängen schlagartig auf. Dazu kommen Schaltblitze, wenn z.B. beim Umschalten des Objektivsrevolvers oder der Auflichtreflektoren Licht auf die Fassungen der Wechseloptiken auftrifft und direkt in die Okulare reflektiert wird.

Diese Umschalt-Vorgänge führen zu einer Blendung des Beobachters. Um das zu vermeiden dreht der Beobachter üblicherweise die Mikroskopierbeleuchtung am Potentiometer der Helligkeitsregelung vor dem Umschalten zurück und anschließend wieder vorsichtig auf. Diese Vorgehensweise ist jedoch umständlich und gewöhnungsbedürftig und verhindert nicht mit Sicherheit, daß der Beobachter durch übermäßige Helligkeit geblendet wird.

Aus der EP-AI-O 124 241 ist eine Einrichtung zur Helligkeitsregelung in einem Mikroskop bekannt. Die bekannte Einrichtung verwendet einen Rechner, der aus den Daten des in Arbeitsstellung befindlichen Objektivs, der Blenden u.a. die optimale Bildhelligkeit errechnet und die Lichtquelle und zusätzliche Filter entsprechend steuert. Einen Schutz gegen Lichtblitze bei Umschaltvorgängen bietet diese Einrichtung nicht.

In der DE-PS 32 22 915 ist eine automatische Helligkeitsregelung für das Bild einer in den Strahlengang des Mikroskops eingespiegelten Marke beschrieben. Diese Automatik enthält einen Sensor im Beobachtungsstrahlengang und paßt die Helligkeit der eingespiegelten Marke durch Regelung der Intensität der Hilfslichtquelle an die Bildhelligkeit im Beobachtungsstrahlengang an. Die eigentliche Mikroskopierbeleuchtung wird von dieser Automatik jedoch nicht beeinflußt und ein Blendschutz für Umschaltvorgänge ist ebenfalls nicht vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache Einrichtung zur Helligkeitsregelung in Mikroskopen zu schaffen, von der einmal die visuell wahrgenommene Bildhelligkeit im wesentlichen konstant gehalten wird und die außerdem eine Blendung des Beobachters bei Umschaltvörgän-·· gen vermeidet.

Diese Aufgabe wird gemäß dem im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß der Sensor sowohl mit einer Schaltung zur Regelung der Intensität der Lichtquelle fur die Objektbeleuchtung als auch mit einer Anordnung für die Abdunkelung des Strahlenganges bei einem Umschalten optischer Elemente verbunden ist.

Die genannte Anordnung kann beispielsweise eine Steuerschaltung für die Betätigung einer den Strahlengang zwischen Lichtquelle und Okuldreinblick unterbrechenden Blende, vorzugsweise einer elektromagnetisch be¹-tätirjten Einschlagblende sein. Diese Blende wird entweder im Beleuch-

j^strahlengang selbst oder im Beobachtungsstrahlengang, zweckmäßig in der Nähe des Okulareinblicks angeordnet.

Die Anordnung kann jedoch auch mit ihrem Ausgang auf die Schaltung Regelung der Intensität der Lichtquelle wirken und diese bei Überschreitung bzw. Unterschreitung voreingestellter Helligkeitswerte dunkelsteuern. Vorzugsweise enthält die Anordnung einen oder mehrere Schwellwert-Schalter, mit denen die Beleuchtung immer bei Überschreiten einer ein*· stellbaren Maximallichtstärke oder bei Unterschreiten einer einstellbaren Minimallichtstärke unterbrochen oder dunkelgesteuert werden kann. Um die Arbeitsgeschwindigkeit der Anordnung zu erhöhen ist es weiter zweckmäßig, wenn die Anordnung einen Differenzierer enthält, der starke Änderungen der Lichtintensität bereits vor Erreichen der eingestellten Schwelle erkennt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines mit einer Einrichtung zur keitsregelung versehenen Mikroskops dargestellt,'

Fig. 2 ist die Prinzipskizze eines besonders vorteilhaften zweiten Ausführungsbeispiels.

Die Optik des Beobachtungsstrahlenganges des in Fig. 1 dargestellten Mikroskops umfaßt ein Objektiv 1, darüber angeordnet einen Auflichtspiegel 2, der beispielsweise für den Wechsel unterschiedlicher Beleuchtungsarten auf einem Schieber, Revolver o.a. befestigt ist, und ein Prisma 3 zur Ausspiegelung des Strahlenganges in Richtung auf das Okular 4. Das Prisma 3 ist als Strahl teiler ausgebildet. Darüber ist eine Aufsetzkamera 7 angeordnet, vor der sich ein zweiter Strahl teiler 5 zur Ausspiegelung eines geringen Prozentsatzes des vom Objektiv 1 kommenden Lichtes auf einen Photoempfanger 6 befindet. Dem Empfänger 6 ist ein Verstärker 10 nachgeschaltet.

Normalerweise wird der Empfänger 6 als Belichtungsmesser verwendet und steuert den Verschluß ότ Aufsetzkamera 7. Erfindungsgemäß dient er zusätzlich dazu die Intensität der Lichtquelle 8 der vereii .;. c-rändargfestellten Auflichbeleuchtungseinrichtung 9 zu steuern.

Dazu ist das Ausgangssignal des Verstärkers 10 einem Summationsglied zugeführt. Dort werden die Spannungen am Abgriff eines Potentiometers für die manuelle Helligkeitseinstellung und die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 gegenphasig überlagert und das resultierende Signal der Leistungsendstufe 11 der Lampenstromversorgung zugeführt. Bei korrekter Einstellung der Verstärkungsfaktoren ändert sich die am Potentiometer eingestellte Grundhelligkeit des Zwischenbildes im Okular 4 z.B. bei einem Objektivwechsel nicht, da die im Strahlengang verursachten Helligkeitsänderungen vom Detektor 6 erkannt und durch Ändern der Lampenspannung automatisch ausgeregelt werden.

Der Ausgang des Verstärkers 10 ist zusätzlich mit einer Schaltung 14 verbunden, die im wesentlichen einen Schwellwert-Schalter und das Steuerteil für die Ansteuerung eines Elektromagneten 15 enthält. Der Elektromagnet 15 betätigt eine vor dem Okular 4 angeordnete Einschlagblende 16.

Überschreitet die vom Sensor 6 gemessene Helligkeit den eingestellten

Schwellwert, weil z.B. die Nachleuchtdauer der relativ tragen Glühlampe ein sofortiges Ausregeln des Helligkeitsanstieges verhindert, so tritt die Blende 16 in Aktion und deckt den Beobachtungsstrahlengang solange ab, bis über den Regelkreis 6/8/10/11 die eingestellte Grundhelligkeit wieder hergestellt ist.

Die erfindungsgemäße Helligkeitsregelung kann selbstverständlich auch bei einem Mikroskop ohne Aufsetzkamera verwendet werden und der Empfänger 6 an anderer Stelle im Beobachtungsstrahlengang, z.B. unmittelbar vor der Blende 16 angeordnet werden.

Weiterhin ist es möglich die Geschwindigkeit der Blendenbetätigung durch ein zusätzliches Differenzierglied in der Schaltung 14 zu erhöhen.

Der optische Aufbau des in Fig. 2 skizzierten Mikroskops entspricht im wesentlichen dem des Mik-oskops nach Fig. 1. Auf eine nochmalige Beschreibung der Teile 101-104 und 109 kann deshalb verzichtet werden. Das in Fig. 2 dargestellte Mikroskop ist allerdings nicht mit einer Aufsatikamera versehen. Diese ist vielmehr entfernt und an ihrer Stelle an dem entsprechenden Ausgang am Tubus des Mikroskops einer als abnehmbares Zusatzteil ausgebildete Baueinheit 117 angesetzt. Diese Baueinheit enthält den Empfänger 106 für die Lichtregelung.

Das Ausgangssignal des Empfängers 106 ist der vom Beobachter am Okular 104 wahrgenommenen Bildhelligkeit proportional. Das Signal wird einem Verstärker 110 zugeführt und gelangt danach zum Summatiönsglied 112, wo es dem Signal des für die manuelle Helligkeitseinstellung dienenden Potentiometers 113 gegenphasig addiert wird. Das Summensignal gelangt über einen Spannungsteiler 121 an den Eingang der Leistungsendstufe 111 der Lampenstromversorgung für die Lichtquelle 108 der Auflichtbeleuchtung des Mikroskops.

Durch den beschriebenen Regelkreis wird die vom Beobachter wahrgenommene Grundhelligkeit konstant gehalten.

Vor den Empfänger 106 sind eine Blende 118, eine sammelnde Fresnellinse 119 und ein Farbfilter 120 aus Blauglas, z.B. BG 39 gesetzt. Die Elemente 118-.120 befinden sich ebenfalls in der Baueinheit 117. Die Sammellinse 119 fokussiert das vom Objektiv 101 kommende Licht nach Art eines Kollimators auf den Empfänger 106. Dadurch ist sichergestellt, daß auch beim Schwenken des Objektivs 101 der beleuchtete Probenbereich auf den Empfänger 106 abgebildet bleibt. Das Farbfilter 120 dient dazu die spektrale Empfindlichkeit des Empfängers 106 mit seinem im Roten liegenden Maximum an die des menschlichen Auges anzugleichen. Das Filter 120 verhindert außerdem, daß sich im Zuge der beschriebenen Helligkeitsregelung die Farbtemperatur des Lichtes stark ändert. Wenn nämlich beim Umschalten der Mikroskopoptik auf Hellfeld oder ein Objektiv mit geringem Abbildungsmaßstäb die Regelung die Lampenspannung herabsetzt, würde dies ohne Filter zu einer relativ starken Änderung der Farbtemperatur des Beleuchtungslichts führen. Da das Abgleiten in Richtung größerer Wellenlängen bedingt durch die Filterkennlinie aber eine Verringerung der auf den Sensor 116 auffallende. ii.tintensität zur Folge hat, wird dem entgegengewirkt.

Der Ausgang des Verstärkers 110 ist außerdem mit dem Eingang eines sogenannten PD-Verstärkers 114 verbunden. Dieser Verstärker enthält einen Differenzierer. Am Ausgang des PD-Verstärkers 114 liegt daher ein Signal, das neben einem dem Eingangssignal proportionalen Anteil einen der Eingangssignaländerung, d.h. dem Helligkeitsanstieg oder -abfall entsprechenden Anteil enthält. Dieses Signal wird zwei parallel geschalteten, auf eine obere und eine untere Schwelle eingestellten Komparatoren 115a und 115b zugeführt. Über- oder unterschreitet das Signal die eingestellten Grenzwerte der Komparatoren 115a und 115b, wird ein Schalter 116 betätigt, der den Spannungsteiler 121 in Funktion setzt und die Steuerspannung für die Lampenversorgung herabsetzt.

Die Funktion der durch die Elemente 114-116 gebildeten Anordnung ist folgende:

Ein plötzlicher Helligkeitsanstieg wie er beim Umschalten von Dunkelfeldauf Hellfeldbeleuchtung auftreten kann wird über den PD-Verstärker schnell weitergeleitet. Daraufhin spricht der auf die obere Schaltschwelle gesetzte Komparator 115a an und schließt den Schalter 116. Infolge des

geschlossenen Schalters 116 wird die Lampe 108 bei niedriger Helligkeit "geklemmt", bis der Helligkeitsanstieg vorbei ist und die Regelschleife über das Summierglied 112 sich auf die veränderten Verhältnisse eingestellt hat.

Außerdem kann es vorkommen, daß im Zuge des UmschaltVorganges, z.B. beim Wegschwenken des Objektivs 101, erst einmal gar kein Licht auf den Em-¹· pfänger 106 fällt. Die Regelschleife über den Summierer 112 würde versuchen diesem Zwischenzustand durch Hellsteuerung der Lampe 108 2u be^J gegnen. Beim anschließenden Einschwenken des neuen Objöktivs mit gerin"· gerem Abbildungsmaßstab müßte die Lampenhelligkeit dann relativ schnell wieder heruntergeregelt werden, was aber wegen der Trägheit der Wendel der Glühlampe Schwierigkeiten bereitet. Der auf die untere Schwelle gesetzte Komparator 115b detektiert diesen Zwischenzustand verminderter Bildhelligkeit beim Umschalten und setzt ebenfalls über den Schalter die I ampenspannung herab, und /vor noch während der Schwenkbewegung -!es Objektivs. Die anschließende Einregelung auf den für das neue Ol .-..iv · passenden Helligkeitswert erfolgt dann von einem abgedunkelten Zustand ausgehend, so daß Blendungen des Beobachters sicher vermieden sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Helligkeitsregelung in Mikroskopen mit einem Sensor zur Ermittlung der Bildhelligkeit im Beobachtungsstrahlengang, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6,106) sowohl mit einer Schaltung (11,12; 111,112) zur Regelung der Intensität der Lichtquelle (8,108). für die Objektbeleuchtung als auch mit einer Anordnung (14,15; 114,115) für die Abdunkelung des Strahlenganges bei einem Umschalten optischer Elemente (1,101) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ahord'-nung ( 14) eine den Strahlengang zwischen Lichtquelle (8) und Okular-^ einblick (4) unterbrechende Blende (16) betätigt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) eine elektromagnetische Einschlagblende ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) in der Nähe des Qkulareinblicks (4) angeordnet ist*

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Anordnung (114,115) auf die Schaltung (111,112) zur Regelung der Intensität der Lichtquelle wirkt und diese bei Überschreitung bzw. Unterschreitung voreingestellter Helligkeitswerte dunkelsteuert.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (14,15; 114,115) einen oder mehrere Schwellwert-Schalter enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (14,15; 114,115) einen Differenzierer enthält.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (106) ein Farbfilter (120) vorgeschaltet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor eine vorzugsweise als Fresnellinse ausgebildete Sammellinse (119)

vorgeschaltet ist.

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10. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (106) die Sammellinse (119) und das Farbfilter (120) zu einer an einem Ausgang des Mikroskoptubus befestigbaren Baueinheit (117) zusammengefaßt sind.