DE3739223A1 - Method for autofocusing of microscopes, and microscopes with an autofocusing system - Google Patents
Method for autofocusing of microscopes, and microscopes with an autofocusing systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Autofokussierung eines Mikroskops mit kontinuierlich oder diskontinuierlich veränderbarer Objektivvergrößerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Mikroskop mit kontinuierlich oder diskontinuierlich variierbarer Objektivvergrößerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 24.The invention relates to a method for autofocusing a microscope with a continuously or discontinuously variable objective magnification according to the preamble of claim 1 . The invention further relates to a microscope with continuously or discontinuously variable objective magnification according to the preamble of claim 24 .
Bei mikroskopischen Untersuchungen ist vielfach notwendig, rasch zwischen verschiedenen Vergrößerungen wechseln zu können, wobei Objektive zur Anwendung kommen, deren Vergrößerung über weite Bereiche variiert, beispielsweise von 5× bis 150× und darüber. Da derartige Mikroskope auch zur Überwachung in der Produktion, d. h. zu Routineuntersuchungen, beispielsweise bei der Waverherstellung, in großem Maße Anwendung finden, und der visuelle Fokussierungsvorgang für die Bedienungsperson äußerst ermüdend ist, wird in verstärktem Maße versucht, Autofokussierungssysteme zum Einsatz zu bringen, die rasch eine automatische und in Einzelfällen auch genauere Scharfeinstellung auf das Objekt ermöglichen, als dies visuell möglich wäre. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die herkömmlichen Autofokussierungssysteme, insbesondere wenn sie mit einer Strahlung arbeiten, die eine Beschädigung oder Veränderung der zu beobachtenden Halbleiterplättchen ausschließt, überfordert sind, wenn die Objektivvergrößerung in einem größeren Bereich variiert, wie er beispielhalber vorstehend angegeben wurde. Dies ist zum einen darauf zurückzuführen, daß bei zunehmender Vergrößerung im Objekt enthaltene oder auf dem Objekt erzeugte Strukturen bezüglich des Kantenkontrastes verwaschen werden, was zu einer zunehmenden Ungenauigkeit führt, wenn dieser Kontrast oder daraus abgeleitete Größen, wie der Gehalt an hohen Ortsfrequenzen, zur Scharfeinstellung herangezogen werden. Ein weiteres Problem ist nach Erkenntnis der Anmelderin darin zu sehen, daß mit steigender Vergrößerung bildseitig die Tiefenschärfe zunimmt, und zwar mit dem Quadrat der Vergrößerung des Objektivs, was in einem erheblichen Maße zu dem zum Teil unerklärlichen Versagen der herkömmlichen Autofokussierungssysteme bei unterschiedlicher Vergrößerung beitragen dürfte. Die Anmelderin hat daher ein in der Patentanmeldung P 37 07 487.4 beschriebenes Verfahren zur Autofokussierung und ein Mikroskop mit einer Autofokussierung geschaffen, welche in der Lage sind, auch bei stark differierenden Objektivvergrößerungen eine sichere und optimale automatische Scharfeinstellung auf das Objekt zu ermöglichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Art der Autofokussierung nur dann vollständig funktioniert, wenn am Objekt genügend Details sichtbar sind. Insbesondere bei Auflichtverfahren ist es oft notwendig, Objektstellen mit wenig Details (beispielsweise Waver in der Elektronikindustrie in einem ersten Beschichtungsstadium) oder im Extremfall sogar reine Oberflächenspiegel zu fokussieren.In microscopic examinations is multiple necessary, quickly between different magnifications to switch, using lenses, whose magnification varies over wide ranges, for example, from 5x to 150x and above. Because such Microscopes also for monitoring in production, d. H. to routine examinations, for example in the Waverherstellung, find application to a large extent, and the visual focusing process for the Operator is extremely tiring, is in Increased dimensions are trying to autofocusing systems To deploy an automatic and rapid in Individual cases also more precise focus on the Object as it would be visually possible. It has However, it has been shown that the conventional Autofocusing systems, especially when using a Radiation work that is damaged or damaged Change in the observed semiconductor chip excludes, are overwhelmed when the Lens magnification varies in a wider range, as stated above by way of example. This is due to the fact that with increasing Magnification included in the object or on the object generated structures with respect to the edge contrast be washed out, resulting in an increasing inaccuracy leads, if this contrast or derived from it Sizes, such as the content of high spatial frequencies, for Focusing be used. Another one Problem is according to the Applicant's knowledge see that with increasing magnification on the image side Selective focus increases, with the square of the Magnification of the lens, resulting in a considerable extent to the sometimes inexplicable failure of conventional Autofocusing systems at different magnifications should contribute. The Applicant therefore has one in the patent application P 37 07 487.4 described Method of autofocusing and a microscope with an autofocus created, which is capable are, even with strongly differing Lens enlargements a safe and optimal automatic focusing on the object too enable. However, it has been shown that this type the autofocusing only works completely if enough details are visible on the object. Especially with reflected light methods, it is often necessary Objects with little detail (for example Waver in the electronics industry in a first Coating stage) or in extreme cases even pure Focus surface mirror.
Aber auch dann, wenn genügend Details sichtbar sind, kann es vorkommen, daß bei schneller Bewegung des Objekttisches bei gleichzeitig starker Objektivvergrößerung das Bild so schnell durch die optimale Scharfeinstellung fährt, daß es von der Elektronik nicht mehr als scharf oder unscharf wahrgenommen werden kann.But even if enough details are visible, can it happens that with rapid movement of the Object table at the same time strong Lens enlargement the picture so fast through the optimal focus drives it from the Electronics no more than sharp or out of focus can be perceived.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde das eingangs beschriebene Autofokussierungssystem dahingehend weiter zu entwickeln, daß es insbesondere beim Auflichtbetrieb auch bei Objekten die selbst nur geringe Details aufweisen eine sichere Scharfeinstellung gewährleistet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 1 wiedergegeben ist, sowie durch ein Mikroskop gemäß Anspruch 24. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Das auf das Objekt projizierte Muster erzeugt dort ein Bild, welches reflektiert wird und zur Scharfeinstellung verwendet wird. Der hier verwendete Begriff "Signale" umfaßt sowohl optische als auch elektrische Signale, wobei in dem Autofokussierungssystem zunächst optische Signale entstehen, welche durch elektro-optische Wandler in elektrische Signale umgewandelt werden, die einer elektronischen Weiterverarbeitung unterzogen werden können, und nach ihrer Weiterverarbeitung zumindest ein Steuersignal liefern, welches eine Verschiebung von Objekt und/oder Objektiv in Richtung auf die optimale Scharfeinstellung in an sich bekannter Weise, beispielsweise über entsprechende Elektromotore und -antriebe, bewirken kann.The present invention is therefore the object of the beginning described autofocusing system to this effect to develop it, especially in reflected light operation even with objects the only small details have ensured a secure focus. This object is achieved by a method dissolved, as set forth in claim 1, as well as by a microscope according to claim 24. Preferred Further developments are described in the subclaims. The pattern projected onto the object creates there Image which is reflected and for focusing is used. The term "signals" used here includes both optical and electrical signals, wherein in the autofocusing system first optical Signals are generated by electro-optical converters be converted into electrical signals, the one be subjected to electronic processing can, and after their further processing at least one Provide control signal, which is a shift of Object and / or lens towards the optimal Focusing in a known manner, for example via corresponding electric motors and drives, can cause.
Das Muster wird bevorzugt in einer zur Objektebene konjugierten Ebene angeordnet und von hinten beleuchtet, wobei als Muster mit Vorteil ein Strich- oder Kreuzgitter verwendet wird. Die Einspiegelung des Musters erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines teildurchlässigen Spiegels oder Prismas der im Abbildungsstrahlengang angebracht ist. Damit insbesondere bei Dunkelfeldbeleuchtung das dem Objekt im Einblick des Mikroskops überlagerte Bild des Musters nicht stört wird die Beleuchtung des Musters nur während der Relativbewegung zwischen Objekt und Objektiv eingeschaltet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, für die Beleuchtung des Musters und zur Durchführung der Autofokussierung Licht eines Wellenlängenbereichs zu verwenden, der im Abbildungsstrahlengang vor dem Einblick und/oder einer Aufzeichnungseinrichtung wieder ausgefiltert wird, für den jedoch die Optiken korrigiert sind. Besonders zweckmäßig ist es, wenn zur Beleuchtung des Musters Licht mit einem Wellenlängenbereich verwendet wird, der außerhalb des für die Abbildung wirksam verwendeten Wellenlängenbereiches liegt, und zur Kompensation der hierdurch bedingten Brennpunktverschiebungen das Muster oder eine das Muster abbildende Optik in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Mikroskopobjektiv in eine vorbestimmte Lage verschoben wird, welche die wellenlängenbedingte Brennpunktverschiebung kompensiert. The pattern is preferred in one to the object plane arranged in a conjugate plane and illuminated from behind, as a pattern with advantage a dash or cross lattice is used. The reflection of the pattern takes place suitably by means of a partially permeable Mirror or prism in the imaging beam path is appropriate. Especially with Dark field illumination that the object in the glimpse of Microscope overlaid image of the pattern is not disturbed the illumination of the pattern only during the Relative movement between object and lens switched on. Another possibility is for the illumination of the pattern and to carry out the Autofocusing light of a wavelength range too use that in the imaging beam path before the glimpse and / or a recording device again is filtered out, but corrected for the optics are. It is particularly useful when lighting of the pattern uses light with a wavelength range that takes effect outside of the picture used wavelength range, and the Compensation of this conditional Focus shifts the pattern or one pattern imaging optics depending on the respective used microscope objective in a predetermined position which is the wavelength-dependent Focus shift compensated.
Gemäß einer alternativen Lösung erfolgt die Beleuchtung des Musters mit polarisiertem Licht, das im Abbildungsstrahlengang vor dem Einblick und/oder einer Aufnahmeeinrichtung durch komplementäre Polarisationsfiltermittel ausgefiltert wird.According to an alternative solution, the lighting takes place of the pattern with polarized light in the Picture beam path before the glimpse and / or one Recording device by complementary Polarizing filter means is filtered out.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden bevorzugt für den Ausgleich der durch einen Wechsel in der Objektivvergrößerung bedingten Änderungen der Signale optische Mittel verwendet, mit welchen die optischen Signale vor ihrer Umwandlung in elektrische Signale eine Anpassung erfahren. Alternativ oder zusätzlich hierzu können für den Ausgleich der durch einen Wechsel in der Objektivvergrößerung bedingten Änderungen der Signale elektronische Mittel eingesetzt werden, welche die elektrischen Signale beeinflussen oder verarbeiten, wie beispielsweise Gradationsverstärkungen oder Verschiebungen im Frequenzverhalten elektrischer Filter, Integratorschaltungen usw. Die praktische Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die optischen Mittel die Wirksamkeit zeigen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als optische Signale von dem Objekt zwei voneinander getrennte Abbildungen auf separaten elektro-optischen Wandlern oder auf separaten Bereichen eines elektro-optischen Wandlers erzeugt, wobei die durch Rückprojektion der die Abbildungen aufnehmenden Wandler oder Bereiche eines Wandlers entstehenden Fokusebenen voneinander getrennt und vor bzw. hinter der Scharfeinstellungsebene für das Objekt liegen. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß es bei Auf- und Durchlichtbeleuchtung in gleicher Weise anwendbar ist. Mit Vorteil werden als optische Mittel Linsen bzw. Linsensysteme verwendet, die bei der Formung der optischen Signale das vom Objektiv erzeugte Bild maßstäblich verändern, und insbesondere eine Verkleinerung desselben bewirken, damit die Stufenkontraste erhöht und die bildseitige Tiefenschärfe verringert wird. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Maßstabsveränderung stufenweise durchgeführt, indem beispielsweise entsprechend dem jeweils verwendeten Objektiv eine zugehörige Linse oder ein zugehöriges Linsensystem in den Fokussierungsstrahlengang eingeschwenkt wird, wobei die Linsen oder Linsensysteme, beispielsweise auf einem Revolver, angeordnet sein können.According to a particularly preferred embodiment of Invention are preferred for the balance of a change in the lens magnification conditional Changes in the signals optical means used with which the optical signals before their conversion into electrical signals undergo adaptation. alternative or in addition to this can compensate for the a change in the lens magnification conditional Changes in the signals electronic means used which affect the electrical signals or process such as gradation gains or shifts in the frequency response electrical Filters, integrator circuits, etc. The practical However, experience has shown that the optical means show the effectiveness. According to a particularly preferred Embodiment of the method according to the invention as optical signals from the object two from each other separate images on separate electro-optical Converters or on separate areas of a produced by electro-optical transducer, the by Rear projection of the transformers receiving the images or areas of a converter resulting focal planes separated from each other and before or behind the Focusing plane for the object. The particular advantage of this method is to be seen in that in incident and transmitted light illumination in the same Way is applicable. Advantageously, as optical Medium lenses or lens systems used in the Forming the optical signals generated by the lens Scale the picture, and especially one Reduction of the same effect, so that the Increases level contrasts and the image-side depth of field is reduced. According to a variant of The method according to the invention becomes the scale change carried out step by step, for example according to the lens used in each case associated lens or an associated lens system in the Focusing beam is pivoted, the Lenses or lens systems, for example on one Revolver, can be arranged.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Maßstabsveränderung jedoch kontinuierlich mittels eines Zoomobjektivs, das in den Strahlengang des Fokussierungssystems eingesetzt ist. Die Vergrößerung des Objektivs kann hierdurch zumindest soweit aufgehoben werden, daß der nachteilige Einfluß der bildseitigen Tiefenschärfenzunahme eliminiert werden kann, und daß für die vergrößerungsbedingten Verflachungen der Kantenkontraste bei starken Vergrößerungen soweit reduziert werden, daß bei einem Vergleich der zur Scharfeinstellung herangezogenen Referenzsignale ein sicheres Unterscheidungskriterium erreichbar ist.According to the preferred embodiment of the invention However, the scale change takes place continuously by means of a zoom lens, which is in the beam path of the Focusing system is used. The enlargement of the Lens can thereby at least waived be that the adverse influence of the image-side Depth of field increase can be eliminated, and that for the enlargement related flattenings of Edge contrast at high magnifications so far be reduced, that in a comparison of the Focusing referenced reference signals secure differentiation criterion is achievable.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Maßstabsveränderung gekoppelt mit der Veränderung der Objektivvergrößerung und automatisch, wobei jedoch eine manuelle Beeinflußung vorgenommen werden kann, die u. U. bei schwachen Bildkontrasten notwendig ist, um einen von dem Autofokussierungssystem verwertbaren Kontrastbereich herauszugreifen.Appropriately, the scale change takes place coupled with the change in lens magnification and automatically, but with manual intervention can be made, the u. U. in weak Image contrast is necessary to get one of the Autofocusing system utilizable contrast range single out.
Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Maßstabsveränderung nach einer Herausführung der optischen Signale aus dem Abbildungsstrahlengang des Mikroskops erfolgt, um letzteren nicht nachteilig zu beeinflußen. Mit Vorteil werden dabei die optischen Mittel zur Maßstabsänderung vor Aufspaltung in zwei voneinander getrennte optische Signale verwendet. Als zweckmäßig hat es sich des weiteren erwiesen, wenn die optischen Signale vor der Bildung der voneinander getrennten Abbildungen zumindest bei Einnahme des optimalen Fokussierungszustandes bildgrößen- und helligkeitsmäßig abgeglichen werden, d. h. wenn man bei Einnahme des optimalen Fokussierungszustandes gleich große und gleich helle Abbildungen erhält, was normalerweise aufgrund der unterschiedlichen Abbildungsverhältnisse und der unterschiedlichen Anzahl von Reflexionen oder der unterschiedlichen Anzahl von durchlaufenen Glasflächen nicht unbedingt der Fall ist. Einfache, in einem der Strahlengänge angebrachte Sammel- bzw. Zerstreuungslinsensysteme bzw. entsprechende Graufilter ermöglichen ohne großen Aufwand die Durchführung dieser Maßnahmen.In the practical implementation of the process it has proved to be particularly useful when the Scale change after a lead out of optical signals from the imaging beam path of Microscope is done so as not to adversely affect the latter influence. Advantageously, the optical Means for scaling before splitting in two used separate optical signals. When expedient, it has further proved, if the optical signals before the formation of each other separate illustrations at least when taking the optimal focus state image size and brightness adjusted, d. H. if you join Taking the optimum focus state equal big and equally bright pictures get what usually due to the different ones Picture ratios and the different numbers of reflections or the different number of through glass surfaces is not necessarily the case. Simple collection in one of the beam paths or diverging lens systems or equivalent Gray filters allow the effortlessly Implementation of these measures.
Insbesondere nach einem derartigen Abgleich der beiden für die Fokussierung verwendeten Signale läßt sich zur Grobfokussierung die Helligkeit der beiden Abbildungen verwenden, ein Kriterium, das beispielsweise auch dann wirksam ist, wenn die Rückprojektionen der beiden Abbildungen in den Objektraum den eigentlichen Scharfeinstellungsbereich nicht einschließen.Especially after such a comparison of the two for the focusing signals used for Coarse focusing the brightness of the two pictures use, a criterion that, for example, even then is effective when the back projections of the two Illustrations in the object space the actual Do not include focus area.
Zumindest für die Feinfokussierung werden die einen hohen Ortsfrequenzbereich entsprechenden Inhalte der Signale verwendet, welche optisch durch entsprechende Gitter oder elektrisch durch entsprechende Filter herausgegriffen werden können. Als elektro-optischer Wandler wird vorzugsweise zumindest eine TV-Aufnahmevorrichtung verwendet, wobei die getrennten Abbildungen mit Vorteil benachbart zueinander auf zumindest einem TV-Bildschirm wiedergegeben werden. Dieser erlaubt eine visuelle Kontrolle der Scharfeinstellung und läßt daneben erkennen, ob eine bezüglich der Autofokussierung günstige, d. h. kontrastreiche, Stelle des Objekts verwendet ist, die eine Verschiebung des Objekts oder eine Maßstabsänderung im Autofokussierungssystem angebracht erscheinen läßt.At least for the fine focusing, the one high Spatial frequency range corresponding contents of the signals used, which optically through appropriate lattice or electrically through appropriate filters can be picked out. As electro-optical Transducer is preferably at least one TV recording device used, with the separate Images with advantage adjacent to each other on at least a TV screen to be played. This allows a visual control of the Focusing and lets next to see if a in terms of autofocusing, d. H. high-contrast, the object used is the object a displacement of the object or a scale change in the autofocusing system.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von dem Objekt Teilbilder in unterschiedlichen Maßstäben nebeneinander oder überlagert auf eine Detektorvorrichtung abgebildet, wobei die Auswertelektronik die Scharfeinstellung anhand des hierfür geeignetsten Ortsfrequenzbereichs bewirkt, der den Teilbildern zu entnehmen ist.According to a further embodiment of the invention The method will be part of the drawing in different scales next to each other or superimposed imaged on a detector device, wherein the Auswertelektronik the focus on the basis of For this most suitable spatial frequency range causes the the sub-pictures can be seen.
Das erfindungsgemäße Mikroskop nach dem Anspruch 24 bewirkt, daß nicht nur bei stark wechselnder Objektivvergrößerung, sondern auch bei schwachen Objektivkontrasten eine sichere und exakte automatische Fokussierung bewirkt werden kann. Die Beleuchtungsquelle, welche das Muster beleuchtet, weist bevorzugt einen bestimmten Wellenlängenbereich auf oder es ist ein selektives Farbfilter vor dem Muster angeordnet und es ist in den Abbildungsstrahlengang vor dem Einblick und/oder einer Aufnahmevorrichtung z. B. einer Photokamera, einem Videoaufnahmegerät oder Filmkameras ein komplementäres Farbfilter angebracht. Vorzugsweise ist daher in Richtung der Lichtausbreitung gesehen vor dem Muster ein Langpaßfilter und im Abbildungsstrahlengang vor dem Einblick und/oder einer Aufnahmevorrichtung ein korrespondierendes Kurzpaßfilter eingebracht. Als alternative Lösung kann in Richtung der Lichtausbreitung gesehen vor dem Muster ein Polarisationsfilter und in dem Abbildungsstrahlengang vor dem Einblick und/oder der Aufnahmevorrichtung ein komplementären Polarisationsfilter angebracht sein.The inventive microscope according to claim 24 causes safe and accurate automatic focusing can be effected not only in strongly changing lens magnification, but also in weak lens contrasts. The illumination source which illuminates the pattern preferably has a specific wavelength range or a selective color filter is arranged in front of the pattern and it is in the imaging beam path in front of the view and / or a receiving device z. As a photo camera, a video recorder or film cameras attached a complementary color filter. Preferably, therefore, in the direction of the light propagation, a long-pass filter is introduced in front of the pattern and a corresponding short-pass filter is introduced in the imaging beam path in front of the view and / or a recording device. As an alternative solution, in the direction of the light propagation, a polarization filter can be arranged in front of the pattern and a complementary polarization filter in the imaging beam path in front of the viewing and / or the recording device.
Als zweckmäßig hat es sich ferner erwiesen, wenn das Gitter oder eine Linse, welche das Gitter abbildet, längs des Projektionsstrahlenganges verschiebbar angeordnet ist und mit einer Stellvorrichtung in Wirkverbindung steht, welche eine Verschiebung des Gitters in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Mikroskopobjektiv bewirkt. Vorzugsweise enthält das optische System, welches im Autofokussierungssystem die Maßstabsänderung bewirkt, ein Zoomsystem, das prinzipiell jedoch auch durch eine Reihe von in den Strahlengang separat einbringbaren Linsen und Linsensystemen ersetzt sein kann, die beispielsweise auf einem Revolver angeordnet sind. Zweckmäßigerweise ist ein Kopplungsmechanismus vorgesehen, welcher bewirkt, daß bei einem Objektivwechsel oder bei einer Änderung der Objektivvergrößerung die Brennweite des in den Strahlengang des Autofokussierungssystems eingebrachten oder einbringbaren zumindest einen optischen Systems entsprechend variiert wird. Eine, insbesondere bei schlechten Kontrasten, u. U. notwendige Nachjustierung läßt sich besonders einfach bewerkstelligen, wenn der Kopplungsmechanismus für jede vorgegebene Vergrößerung des Objektivs eine entsprechende Grundeinstellung der Brennweite für das zumindest eine optische System bewirkt und daneben eine manuelle Eingriffsmöglichkeit zur Brennweitenverstellung bietet.As appropriate, it has also proved, if the Grid or a lens, which images the grid, along the projection beam path is slidably disposed and is in operative connection with an actuating device, which a shift of the grid in dependence of causes the particular microscope objective used. Preferably, the optical system included in Autofocusing system causes the scale change Zoom system, but in principle also by a series of separately insertable into the beam path lenses and Lens systems can be replaced, for example, on a revolver are arranged. Conveniently, a Coupling mechanism provided which causes when changing the lens or changing the Lens magnification the focal length of the in the Beam path of the autofocusing system introduced or insertable at least one optical system is varied accordingly. One, especially at bad contrasts, u. U. necessary readjustment is particularly easy to accomplish if the Coupling mechanism for any given magnification of the lens a corresponding basic setting of Focal length for the at least one optical system causes and next to a manual intervention possibility for Focal length adjustment offers.
Gemäß einer baulich besonders einfachen Ausführungsform eines Mikroskops mit Auflicht- und/oder Durchlichtbeleuchtung und zwei Detektoreinrichtungen, welche derart angeordnet sind, daß ihre Rückprojektionen mittels der Optiken des Autofokussierungssystems und des Objektivs in voneinander getrennten Fokusebenen benachbart zur Scharfeinstellungsebene des Objekts liegen, wird das optische System zur Erzeugung einer Maßstabsänderung der auf den Detektoreinrichtungen erzeugten Abbildungen des Objekts in einen Bereich des Fokussierungsstrahlengangs angeordnet oder ist in diesem anbringbar, welcher von den zu den beiden Detektoreinrichtungen verlaufenden Strahlenbündeln gemeinsam durchlaufen wird. In einer alternativen Ausgestaltung dieses Mikroskops wird je ein optisches System zur Erzeugung einer Maßstabsänderung der auf den Detektoreinrichtungen erzeugten Abbildungen des Objekts in dem separat zu der jeweiligen Detektoreinrichtung führenden Bereich des Strahlengangs angebracht. Die beiden den Detektoreinrichtungen zugeordneten optischen Systeme können unterschiedlich ausgebildet sein, und zwar möglichst derart, daß sie gleichzeitig einen Hellabgleich und/oder einen Größenabgleich im Zustand der Scharfeinstellung sicherstellen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem Abbildungsstrahlengang des Mikroskops eine Strahlenteilervorrichtung derart angebracht, daß von dem hierdurch ausgelenkten Fokussierungsstrahlenbündel ein Zwischenbild des Objekts erzeugt wird, welches mit Hilfe des zumindest einen optischen Systems im Maßstab verändert direkt oder über ein weiteres Zwischenbild auf die Detektoreinrichtungen abgebildet wird. Mit Vorteil ist dem optischen System ein Kollimator derart vorgeschaltet, daß der die Pupille des Mikroskopobjektivs in die Pupille des zugehörigen optischen Systems abbildet. Für die Detektoreinrichtungen wird vorzugsweise zumindest eine TV-Aufnahmeeinrichtung verwendet, auf der aneinander angrenzend, vorzugsweise nebeneinander, zwei in der Größe identische Bilder des Objekts gebildet werden, die bei optimaler Fokussierung gleich hell und gleich unscharf sind. An die TV-Aufnahmeeinrichtung sind elektronische Signalverarbeitungsmittel angeschlossen, welche die Verschiebung des Objekttisches und/oder des Mikroskopobjektivs steuern, bis eine optimale Fokussierung erreicht ist. Zur visuellen Beobachtung kann ein Bildschirm angeschlossen sein.According to a structurally particularly simple embodiment a microscope with incident light and / or Transmitted light illumination and two detector devices, which are arranged such that their rear projections by means of the optics of the autofocusing system and the Lens in separate focal planes adjacent to the focus plane of the object lie, the optical system for generating a Scale change on the detector devices generated images of the object in an area of the Focusing beam path is arranged or is in this attachable, which of the two Detector devices extending beams go through together. In an alternative Design of this microscope is ever an optical System for generating a scale change on the Detector devices generated images of the object in the separate to the respective detector device leading portion of the beam path attached. The both the detector devices associated optical Systems can be designed differently, namely possibly in such a way that they simultaneously a light balance and / or a size adjustment in the state of Ensure focus. According to a special preferred embodiment of the invention is in the Microscope imaging ray path Beam splitter device mounted such that of the This deflected focusing beam Intermediate image of the object is generated, which with the help of the at least one optical system in scale changes directly or via another intermediate image the detector devices is imaged. With advantage the optical system is a collimator preceded by that of the pupil of the microscope objective into the pupil of the associated optical system maps. For the detector devices is preferably at least one TV recording device used on the adjacent to each other, preferably next to each other, two formed in size identical images of the object be the same bright and with optimal focus are just out of focus. To the TV recording device are electronic signal processing means connected, which the displacement of the object table and / or the Microscope lens control until optimal Focusing is achieved. For visual observation can be connected to a screen.
Bei Verwendung einer einzigen TV-Aufnahmeeinrichtung, welche beide Abbildungen erfaßt, ist eine elektronische Schaltung mit einem Differenzverstärker angeschlossen, wobei ein Umschalter nach jedem Abtastintervall der TV-Aufnahmeeinrichtung, das gleich der Breite einer der auf der Aufnahmeleitung selbst erzeugten Abbildungen ist, das gegebenenfalls aufbereitete Signal aus der Aufnahmeeinrichtung auf den jeweils anderen Eingang des Differenzverstärkers umschaltet.When using a single TV recording device, which captures both figures is an electronic one Circuit connected to a differential amplifier, wherein a switch after each sampling interval of TV recording device, which is equal to the width of one of Pictures produced on the recording line itself is the possibly prepared signal from the Recording device on the other input of the Switched differential amplifier.
Die Elektronik ist des weiteren vorzugsweise so ausgelegt, daß Änderungen in den Signalen, die auf die Relativbewegung zwischen Objekt und Objektiv während des Fokussierungsvorganges zurückzuführen sind, zu keiner Verfälschung der Meßergebnisse führen.The electronics are furthermore preferably so designed that changes in the signals on the Relative movement between object and lens during the Focusing process are attributed to none Lead to falsification of the measurement results.
Die beiliegenden Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung:The accompanying drawings of an embodiment serve to further explain the invention:
Fig. 1 zeigt schematisch den Strahlengang eines erfindungsgemäßen Mikroskops mit Autofokussierung; Fig. 1 shows schematically the beam path of a microscope according to the invention with autofocusing;
Fig. 2 zeigt eine elektronische Schaltung, die an die in Fig. 1 gezeigte Fernsehkamera anzuschließen ist; Fig. 2 shows an electronic circuit to be connected to the television camera shown in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt Signalverläufe, die sich bei der Schaltung der Fig. 2 ergeben. Fig. 3 shows waveforms resulting from the circuit of Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht aus dem in Fig. 1 gezeigten Strahlengang von einer praktischen Ausführungsform des Mikroskops. Fig. 4 shows a detail view from the state shown in FIG. 1, the beam path of a practical embodiment of the microscope.
In Fig. 1 sind schematisch die wichtigsten Bereiche des Strahlengangs eines Mikroskops und dessen Autofokussierungssystems dargestellt. Die optische Achse des Mikroskops ist mit X-X bezeichnet. Mit O ist eine längs der optischen Achse X-X des Mikroskops, wie durch die Pfeile f-f′ angedeutet, verstellbare Objektebene bezeichnet. Das Mikroskop ist für Auflicht- und Durchlichtbeleuchtung ausgerichtet. Im Falle einer Auflichtbeleuchtung wird Licht, das von einer Lichtquelle LA herkommt, über einen halbdurchlässigen Spiegel 2 in den Strahlengang X-X eingespiegelt. Im Falle einer Durchlichtbeleuchtung fällt Licht, das von einer Lichtquelle LD herkommt, nach Durchlaufen eines Kondensors 4 ebenfalls auf die Objektebene O. In einem lediglich schematisch angedeuteten Objektivrevolver 6 ist eine Reihe von Objektiven mit unterschiedlicher Vergrößerung derart gehaltert, daß diese bei Drehen des Revolvers 6 aufeinanderfolgend in den Strahlengang X-X einbringbar sind. Aus Gründen der Vereinfachung sind lediglich zwei Objektive dargestellt, von denen das Objektiv 8 nicht im Strahlengang und das Objektiv 10 im Strahlengang angeordnet ist. Die Fokussierung erfolgt durch Verschiebung der Objektebene O in Richtung der Pfeile f bzw. f′. Mit P ist die Pupille des Objektivs 10 bezeichnet. In dem vom Objektiv 10 zu einem nicht gezeigten Okular oder Binotubus führenden Strahlengang, ist eine Tubuslinse 12 angebracht, sowie anschließend an diese ein halbdurchlässiger Spiegel 14, der ein Fokussierungsstrahlenbündel aus dem Strahlengang X-X auslenkt, dessen optische Achse durch das Bezugszeichen 16 angedeutet ist und er zu einer mit TV bezeichneten Fernsehkamera führt. Im letzten Bereich vor der Fernsehkamera TV ist der Strahlengang 16 durch einen Teilerspiegel in zwei Teilstrahlen 16 a und 16 b aufgespalten, wobei der Teilstrahl 16 b durch einen Umlenkspiegel 20 derart umgelenkt wird, daß er parallel zum Teilstrahl 16 a verläuft. Beide Teilstrahlen 16 a und 16 b treffen auf eine lichtempfindliche Schicht 22 der Fernsehkamera auf, bei der die Aufnahmelinse entfernt ist. Die Teilstrahlen 16 a und 16 b erzeugen auf der lichtempfindlichen Schicht 22 als Bildebene O′′′ zwei Abbildungen 22 a und 22 b eines in der Objektebene O befindlichen Objektes. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß die Abbildungen 22 a und 22 b möglichst eng aneinanderliegen, sich aber nicht überlappen. Bei einer Rückprojektion des zur Abbildung 22 a gehörigen Flächenanteils der lichtempfindlichen Schicht 22 in den Objektbereich erhält man eine Fokusebene a, bei der Rückprojektion des der Abbildung 22 b zugehörigen Flächenanteils der lichtempfindlichen Schicht 22 eine Fokusebene b. Wenn sich die Objektebene O in der Fokusebene a befindet, wird das Objekt auf dem lichtempfindlichen Flächenanteil 22 a der lichtempfindlichen Schicht 22 scharf abgebildet werden, während die Abbildung auf dem lichtempfindlichen Flächenanteil 22 b der lichtempfindlichen Schicht 22 unscharf ist, und umgekehrt. In Fig. 1 befindet sich die Objektebene O in der Mitte zwischen den beiden Fokusebenen a und b, so daß die beiden Abbildungen 22 a und 22 b in gleichem Maße unscharf sind, wobei eine Linse 24 im Teilstrahlengang 16 b bewirkt, daß die Teilbilder 22 a und 22 b gleich groß sind. Im Teilstrahlengang 16 a kann des weiteren ein Graufilter 26 angebracht sein, welches dem Umstand Rechnung trägt, daß längs des Teilstrahlengangs 16 b mehr Licht absorbiert wird als längs des Teilstrahlengangs 16 a, so daß auch ein Helligkeitsabgleich der Teilbilder 22 a und 22 b erfolgt. Wie man aus Fig. 1 erkennt, erfolgt die Abbildung des Objekts mittels des Fokussierungsstrahlengangs 16 nicht unmittelbar auf die Flächenanteile 22 a bzw. 22 b der lichtempfindlichen Schicht 22, sondern über Zwischenbilder, wobei im vorliegenden Falle zwei Zwischenbilder O′ und O′′ zur Anwendung kommen. Das Zwischenbild O′ wird von dem Objektiv 10 und der Tubuslinse 12 erzeugt, wobei die Größe bzw. der Maßstab des vom Objekt in der Zwischenbildebene O′ erzeugten Bildes von der Vergrößerung des Objektivs 10 abhängt. Die Lage des Zwischenbilds O′ bleibt jedoch unverändert. Würde man die des weiteren vor dem Strahlenteiler 18 angeordneten Linsen 28 und 30 derart wählen, daß sie ein in der Zwischenbildebene O′ erzeugtes Bild des Objekts auf die lichtempfindliche Schicht 22 abbilden würden, würden die Objektdetails in den auf den lichtempfindlichen Flächenanteilen 22 a und 22 b erzeugten Abbildungen entsprechend der Vergrößerung des jeweils verwendeten Objektivs unterschiedlich groß wiedergegeben werden.In Fig. 1, the most important areas of the beam path of a microscope and its autofocusing system are shown schematically. The optical axis of the microscope is marked XX . O denotes an object plane which can be adjusted along the optical axis XX of the microscope, as indicated by the arrows ff ' . The microscope is designed for incident and transmitted light illumination. In the case of epi-illumination, light originating from a light source LA is reflected into the beam path XX via a semitransparent mirror 2 . In the case of transmitted light illumination, light which originates from a light source LD also passes to the object plane O after passing through a condenser 4 . In a merely schematically indicated nosepiece 6 is a series of lenses with different magnifications is held such that it can be inserted with rotation of the turret 6 sequentially into the beam path XX. For the sake of simplicity, only two lenses are shown, of which the lens 8 is not arranged in the beam path and the lens 10 in the beam path. The focusing takes place by displacement of the object plane O in the direction of the arrows f and f ' . With P , the pupil of the lens 10 is designated. In the light path leading from the objective 10 to an eyepiece or binocular, not shown, a tube lens 12 is attached, and then to this a semitransparent mirror 14 , which deflects a focusing beam from the beam path XX , whose optical axis is indicated by the reference numeral 16 and he leads to a marked TV television camera. In the last region in front of the television camera TV is the beam path 16 through a splitter mirror into two sub-beams 16 a and split 16 b, wherein the sub-beam b is deflected by a deflection mirror 20 so 16 that it is parallel to the sub-beam 16 a. Both partial beams 16 a and 16 b are incident on a photosensitive layer 22 of the television camera, in which the taking lens is removed. The partial beams 16 a and 16 b generate on the photosensitive layer 22 as the image plane O ''' two images 22 a and 22 b of an object located in the object O object. The arrangement is made such that the images 22 a and 22 b as close to each other, but do not overlap. In a rear projection of the area belonging to Figure 22 a portion of the photosensitive layer 22 in the object area to obtain a focal plane a , in the back projection of the Figure 22 b associated surface portion of the photosensitive layer 22 a focal plane b . When the object plane O is in the focal plane a , the object on the photosensitive area portion 22 a of the photosensitive layer 22 will be sharply imaged, while the image on the photosensitive area portion 22 b of the photosensitive layer 22 is blurred, and vice versa. In Fig. 1 is the object plane O in the middle between the two focal planes a and b , so that the two images 22 a and 22 b are equally blurred, with a lens 24 in the partial beam path 16 b causes the sub-images 22nd a and 22 b are the same size. In the partial beam path 16 a can further be a gray filter 26 may be attached, which takes into account the fact that along the partial beam path 16 b more light is absorbed as along the partial beam path 16 a , so that a brightness balance of the partial images 22 a and 22 b occurs. As can be seen from Fig. 1, the imaging of the object by means of the focusing beam path 16 is not directly on the surface portions 22 a and 22 b of the photosensitive layer 22 , but via intermediate images, in the present case, two intermediate images O ' and O'' to Application come. The intermediate image O 'is generated by the objective 10 and the tube lens 12, the size and the scale of the object in the intermediate image plane O' image produced depends on the magnification of the objective 10th The position of the intermediate image O ' , however, remains unchanged. If one were to select the lenses 28 and 30 arranged further in front of the beam splitter 18 such that they would image the object produced in the intermediate image plane O ' on the photosensitive layer 22 , the object details in the photosensitive surface portions 22 a and 22 b reproduced images of different magnifications according to the magnification of each lens used.
Eine derartige Bildvergrößerung bewirkt jedoch, wie bereits eingangs erwähnt, eine Verflachung der Kantenkontraste, d. h., eine Verringerung der hohen Ortsfrequenzen, die beispielsweise in einer nachfolgenden Steuerungselektronik als Scharfeinstellungskriterium verwendbar sind. Zum anderen wird hierdurch, wie bereits ebenfalls vorstehend erwähnt, durch eine erhöhte Objektivvergrößerung die bildseitige Tiefenschärfe, d. h., die Tiefenschärfe im Bereich der lichtempfindlichen Schicht 22, größer, so daß auch aus diesem Grunde eine Fokussierung immer schwieriger wird. Als Gegenmaßnahme wird das Zwischenbild O′ mittels eines Zoomsystems 32, sowie im dargestellten Beispiel eines Kollimators 34 in eine ortsfeste zweite Zwischenbildebene O′′ abgebildet. Der Kollimator 34 bewirkt, daß dem Zoomsystem 32 paralleles Licht zugeführt wird. Er bildet des weiteren die Pupille P des Objektivs 10 in die Pupille P′ des Zoomsystems 32 ab. Das Zoomsystem 32 und der Kollimator 34 erzeugen somit in der Zwischenbildebene O′′ ein verkleinertes Bild des in der Zwischenbildebene O′ erzeugten, vom Objektiv 10 vergrößert wiedergegebenen Bilds des Objektes O. Durch eine geeignete Wahl der Verkleinerung kann erreicht werden, daß unabhängig von der Vergrößerung des jeweils verwendeten Mikroskopobjektivs in der Zwischenbildebene O′′ ein Bild des Objektes O entsteht, dessen Größe sich nicht oder nur wenig verändert. Dies kann durch einen Koppelungsmechanismus 36 bewerkstelligt werden, der automatisch mit der Verstellung des Objektivrevolvers 6 die Brennweite des Zoomsystems 32 und damit dessen Vergrößerungs- bzw. Verkleinerungswirkung auf entsprechende Grundwerte einregelt, wobei ein manuell betätigbares Stellglied 38 ein gewollt unterschiedlich oder zusätzliche Brennweitenverstellung des Zoomsystems 32 ermöglicht, die in Sonderfällen, wie beispielsweise bei besonders schwachen Objektkontrasten u. U. wünschenswert ist.However, such an image magnification causes, as already mentioned, a flattening of the edge contrast, ie, a reduction of the high spatial frequencies, which can be used, for example, in a subsequent control electronics as focusing adjustment criterion. On the other hand, as already mentioned above, the image-side depth of field, ie, the depth of focus in the region of the photosensitive layer 22 , increases as a result of increased objective magnification, so that focusing becomes increasingly difficult for this reason as well. As a countermeasure, the intermediate image O 'is imaged by means of a zoom system 32 , and in the illustrated example of a collimator 34 into a stationary second intermediate image plane O'' . The collimator 34 causes the zoom system 32 is supplied with parallel light. It further images the pupil P of the objective 10 into the pupil P 'of the zoom system 32 . The zoom system 32 and the collimator 34 thus generate in the intermediate image plane O '' a reduced image of the image generated in the intermediate image plane O ' , magnified by the lens 10 reproduced image of the object O. By a suitable choice of the reduction can be achieved that regardless of the magnification of the particular microscope objective used in the intermediate image plane O '' an image of the object O arises whose size does not change or only slightly. This can be accomplished by a coupling mechanism 36, which automatically regulates the adjustment of the lens turret 6, the focal length of the zoom system 32 and therefore its magnification or reduction effect on corresponding base values, where a manually operable actuator 38 an intentionally different or additional zooming of the zoom system 32 allows, in special cases, such as in very weak object contrasts u. U. is desirable.
Die folgende Tabelle gibt Beispiele für eine derartige Grundeinstellung wieder.The following table gives examples of such Basic setting again.
ZoomsystemFocal length;
Zoom system
Die Kollimatorlinse hat dabei beispielsweise eine Brennweite von 70 mm, die Linse 40 eine Brennweite von 40 mm und die Linse 30 eine Brennweite von 25 mm, wenn auf einer Fernsehkamera mit 2/3′′ zwei identische Bilder nebeneinander erzeugt werden sollen.The collimator lens has, for example, a focal length of 70 mm, the lens 40 has a focal length of 40 mm and the lens 30 has a focal length of 25 mm, if two identical images are to be generated side by side on a 2/3 "television camera.
Fig. 1 zeigt ferner in schematisierter Darstellung die Einspiegelung eines Musters in die Objektebene O. Das Muster ist im dargestellten Falle von einem Gitter 40 gebildet, das mit einem Motortrieb 41 verbunden ist, der eine Verschiebung des Gitters 40 längs der optischen Achse des Abbildungsstrahlenganges 42 ermöglicht. Das Gitter ist in einer zur Objektebene O konjugierten Ebene angebracht. Es wird von einer Lampe 43 über einen Kollektor 44 und einem Filter 45 beleuchtet, mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 46 in den Strahlengang eingeblendet und über den halbdurchlässigen Spiegel 14, die Linse 12 sowie das jeweilige Objektiv 8 des Objektivrevolvers 10 in die Objektebene O projiziert. In Betrachungsstrahlengang X-X ist eine bezüglich seiner Wellenlängendurchlässigkeit komplementäres Filter 47 angebracht. (Wenn das Filter 45 ein Langpaßfilter z. B. für 670 nm ist, dient als Filter 47 ein entsprechendes Kurzpaßfilter z. B. für 670 nm). Die Verwendung der Filter 45 und 47 verhindert, daß das auf dem Objekt O erzeugte Bild des Gitters 40 im Einblick des Mikroskops sichtbar wird. FIG. 1 also shows in a schematic representation the reflection of a pattern into the object plane O. FIG . The pattern is formed in the illustrated case of a grid 40 which is connected to a motor drive 41 , which allows a displacement of the grating 40 along the optical axis of the imaging beam path 42 . The grid is mounted in a plane conjugate to the object plane O. It is illuminated by a lamp 43 through a collector 44 and a filter 45, is displayed in the beam path by means of a semitransparent mirror 46 and the half mirror 14, the lens 12 and the respective objective 8 of the lens turret 10 is projected in the object plane O. In viewing beam path XX , a filter 47 which is complementary in terms of its wavelength transmission is mounted. (If the filter 45 is a long-pass filter, for example for 670 nm, a corresponding short-pass filter serves as the filter 47 , for example for 670 nm). The use of the filters 45 and 47 prevents the image of the grating 40 produced on the object O from becoming visible in the microscope's view.
Durch Auswahl einer Filterwellenlänge für das Filter 45, die im Infrarotem liegt, läßt sich der gleiche Effekt erzielen und das Filter 47 könnte entfallen. Wenn jedoch die Objektive, wie üblich, nicht für Infrarot korrigiert sind, würde dies jedoch dazu führen, daß das Gitter 40 nicht scharf abgebildet wird und je nach Objektiv 8 unterschiedliche Fokuslagen in der Bildebene O′′′ einnähme. Dies wird durch den Motortrieb 41 ausgeglichen, welcher das Gitter 40 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Objektiv 8, beispielsweise durch ein nicht gezeigtes durch die Verstellung des Objektivrevolvers betätigtes Stellglied entsprechend längs der optischen Achse 42 verschiebt.By selecting a filter wavelength for the filter 45 which is in the infrared, the same effect can be achieved and the filter 47 could be omitted. However, if the lenses are not corrected for infrared, as usual, this would result in the grating 40 not being sharply imaged and having 8 different focal positions in the image plane O ''', depending on the lens. This is compensated by the motor drive 41 , which shifts the grid 40 as a function of the respective objective 8 , for example by means of an actuator (not shown) actuated by the adjustment of the objective turret along the optical axis 42 .
Die in Fig. 4 gezeigte teilschematisierte Detaildarstellung der für die Autofokussierung verwendeten Optik-Baugruppen gilt ein praktisches Ausführungsbeispiel wieder. Die der schematischen Darstellung von Fig. 1 entsprechenden Bandelemente sind mit den gleichen Bezugszeichen belegt. Daneben erkennt man einen zusätzlichen Spiegel 48 der das von der Lichtquelle 43 kommende Beleuchtungslicht auf das in der zur Objektebene konjugierten Ebene O* belegene Gitter 40 umlenkt und eine nach dem Zoomobjektiv angebrachte Blende 50. Die Lichtquelle 43 enthält eine Reflektorlampe 49, die in einem mit Kühlrippen versehenen Lampengehäuse 51 aufgenommen ist, welches auch das Filter 45 haltert. Das komplementäre Filter 47 im Beobachtungsstrahlengang ist in dieser Detailansicht nicht dargestellt.The partially schematized detailed representation shown in FIG. 4 of the optical assemblies used for the autofocusing applies again to a practical embodiment. The band elements corresponding to the schematic representation of FIG. 1 are assigned the same reference numerals. In addition, one recognizes an additional mirror 48, which deflects the illumination light coming from the light source 43 onto the grating 40 located in the plane O * conjugate to the object plane, and an aperture 50 attached after the zoom lens. The light source 43 includes a reflector lamp 49 , which is accommodated in a provided with cooling fins lamp housing 51 , which also holds the filter 45 . The complementary filter 47 in the observation beam path is not shown in this detail view.
An die Fernsehkamera TV von Fig. 1 ist beispielsweise die in Fig. 2 gezeigte elektronische Schaltung angeschlossen. Das Ausgangssignal aus der Fernsehkamera TV gelangt in einen Eingangsverstärker A und hat die in den Signalverlaufdiagrammen der Fig. 3 unter I gezeigte Form, und zwar unter der Voraussetzung, daß sich die Objektebene O näher an einer der beiden Fokusebenen a, b befindet. Nehmen wir an, es sei dies die Fokusebene a. Dann wird die auf dem lichtempfindlichen Flächenanteil 22 a erzeugte Abbildung schärfer als die auf dem lichtempfindlichen Flächenanteil 22 b erzeugte Abbildung sein, so daß der über die gesamte Breite der lichtempfindlichen Schicht laufende Abtaststrahl der Fernsehkamera TV das unter I gezeigte elektrische Signal ergibt, bei dem der Oberwellenanteil sehr groß ist, solange der Abtaststrahl den lichtempfindlichen Flächenanteil 22 a durchläuft, und sehr niedrig, wenn er den lichtempfindlichen Flächenanteil 22 b durchläuft. Begrenzt wird so eine Abtastzeile auf beiden Seiten von den horizontalen Synchronisationssignalen, die ebenfalls in der Fig. 3 I dargestellt sind.To the television camera TV of Fig. 1, for example, the electronic circuit shown in Fig. 2 is connected. The output signal from the television camera TV enters an input amplifier A and has the form shown in the waveform diagrams of FIG. 3 under I , on the condition that the object plane O is closer to one of the two focal planes a , b . Suppose it is the focal plane a . Then, the image formed on the photosensitive area portion 22 a be sharper than the image formed on the photosensitive area portion 22 b be so that the running across the entire width of the photosensitive layer scanning the TV camera TV results in the electrical signal shown under I, wherein the Harmonic content is very large, as long as the scanning beam passes through the photosensitive surface portion 22 a , and very low when it passes through the photosensitive surface portion 22 b . Thus, a scan line on both sides is limited by the horizontal synchronization signals, which are also shown in FIG .
An den Eingangsverstärker A ist ein Hochpaßfilter B angeschlossen, der die hochfrequenten Schwingungen bevorzugt durchläßt. An diesen wiederum ist ein Nachverstärker C angeschlossen. An den elektronischen Schalter F sind in Parallelschaltung zwei elektronische Schalter G und H angeschlossen, auf die in Reihe zwei Demodulatoren D und E folgen, von denen der eine an den positiven Eingang und der andere an den negativen Eingang eines Leistungsdifferenzverstärkers I angeschlossen ist, dessen Ausgang ein Stellglied J steuert, das die Objektebene O verstellt. Zwischen dem Eingangsverstärker A und dem Hochpaßfilter B ist eine Abzweigung vorgesehen, die zu einer Einheit K für die vertikale Synchronisationserkennung führt und deren Ausgang den elektronischen Schalter F steuert. Diese Einheit K öffnet den Schalter F, solange vertikale Synchronisationsimpulse ankommen, und schließt den Schalter F während der übrigen Zeit, in der die lichtempfindliche Schicht 22 über beide Flächenanteile 22 a und 22 b hinweg Zeile für Zeile abgetastet wird, bis diese Fläche einmal vollständig abgetastet worden ist, so daß während der Ankunft der vertikalen Synchronisationsimpulse eine Ansteuerung des Stellmotors J ausgeschlossen ist. To the input amplifier A , a high-pass filter B is connected, which preferably passes the high-frequency oscillations. At this turn, a post-amplifier C is connected. To the electronic switch F two electronic switches G and H are connected in parallel, followed in series by two demodulators D and E , one of which is connected to the positive input and the other to the negative input of a power differential amplifier I whose output controls an actuator J , which adjusts the object plane O. Between the input amplifier A and the high-pass filter B , a branch is provided which leads to a unit K for the vertical synchronization detection and whose output controls the electronic switch F. This unit K opens the switch F, as long as vertical synchronizing pulses arrive, and closes the switch F during the remaining time in which the photosensitive layer 22 on both surface portions 22 a and 22 b away line is scanned by line until this surface once fully scanned has been so that a control of the servomotor J is excluded during the arrival of the vertical synchronization pulses.
Zwischen dem Eingangsverstärker A und dem Hochpaßfilter B ist auch noch eine Einheit L für die horizontale Synchronisationserkennung angeschlossen, deren Ausgang an einem Monoflop M angeschlossen ist, dessen Ausgang seinerseits zum elektronischen Schalter E und über einen weiteren Monoflop N zum elektronischen Schalter H geführt ist. Über die Einheit L wird der Monoflop M jedesmal dann angesteuert, wenn ein horizontaler Synchronisationsimpuls eingeht. Der Monoflop M schließt dann über die halbe Länge einer Abtastzeile, also solange der Abtaststrahl den Flächenanteil 22 a der lichtempfindlichen Schicht 20 durchläuft, den elektronischen Schalter G, während der elektronische Schalter H offen ist, und triggert nach der vorgegebenen Zeit den Monoflop N an, wobei der elektronische Schalter G gleichzeitig geöffnet wird. Ist der Monoflop N beaufschlagt worden, schließt der Halter H die voreingestellte Zeit, nämlich über die Zeit, die zum Durchlaufen der zweiten Hälfte der Abtastzeile über die Breite des Flächenanteils 22 b der lichtempfindlichen Schicht 20 hinweg benötigt wird, den elektronischen Schalter H. Die vor den Demodulatoren D und E anliegenden elektrischen Signale sehen daher aus wie es unter II und III der Fig. 3 gezeigt ist.Between the input amplifier A and the high-pass filter B , a unit L for the horizontal synchronization recognition is also connected, the output of which is connected to a monoflop M whose output in turn is led to the electronic switch E and via a further monoflop N to the electronic switch H. Via the unit L , the monoflop M is activated each time a horizontal synchronization pulse is received. The monoflop M then closes over half the length of a scanning line, so long as the scanning beam passes through the surface portion 22 a of the photosensitive layer 20 , the electronic switch G , while the electronic switch H is open, and triggers the monoflop N after the predetermined time, wherein the electronic switch G is opened at the same time. If the monoflop N has been applied, the holder H closes the preset time, namely the time required to pass the second half of the scan line across the width of the area fraction 22b of the photosensitive layer 20 , the electronic switch H. The applied before the demodulators D and E electrical signals therefore look like it is shown in II and III of FIG. 3.
Aus den Demodulatoren D und E kommt ein Gleichspannungssignal, dessen Wert umso größer ist, je größer der Oberwellenanteil in den an die Demodulatoren D und E ankommenden elektrischen Signalen ist, d. h. im vorliegenden Beispiel, daß das Ausgangssignal des Demodulators D sehr groß ist, während das Ausgangssignal aus dem Demodulator E sehr klein ist. Die Gleichspannungen aus den Demodulatoren D und E verändern sich praktisch innerhalb einer Bildzeile nicht.From the demodulators D and E is a DC signal whose value is greater, the greater the harmonic content in the incoming to the demodulators D and E electrical signals, ie in the present example that the output signal of the demodulator D is very large, while the Output signal from the demodulator E is very small. The DC voltages from the demodulators D and E do not change practically within a picture line.
Unter IV ist in Fig. 3 die Gleichspannung aus dem Demodulator D punktiert und die Gleichspannung aus dem Demodulator E gestrichelt aufgetragen in Abhängigkeit von der Stellung der Objektebene O, wobei auch die Fokusebenen a und b angegeben sind. Liegt bspw. die Objektebene O in der Fokusebene a, dann erreicht die Gleichspannung aus dem Demodulator D ihr Maximum, während die Gleichspannung aus dem Demodulator E ihr Minimum, als praktisch Null, erreicht. Umgekehrt liegen die Verhältnisse, wenn sich die Objektebene in der Fokusebene b befindet. Der Leistungsverstärker I bildet nun das Differenzsignal zwischen der punktiert gezeichneten Spannung und der gestrichelt gezeichneten Spannung, wobei zu berücksichtigen ist, daß die eine Spannung ja am positiven und die andere Spannung am negativen Eingang anliegt, so daß sich am Ausgang des Leistungsverstärkers eine Umkehrung der Polarität ergibt. Diese Ausgangsspannung ist mit durchgehender Linie eingezeichnet. Mit Hilfe dieser Spannung kann nun einfach der als Stellmotor dienende Gleichstrommotor J beaufschlagt werden, der die Objektebene O verfährt. Der Stellmotor J wird die Stelle aufsuchen, wo die durchgezogene Spannungslinie die Abszisse kreuzt. Das ist genau in der Mitte zwischen den Fokusebenen a und b. Der Regelkreis ist somit geschlossen.Under IV in Fig. 3, the DC voltage from the demodulator D is dotted and the DC voltage from the demodulator E dashed lines applied in dependence on the position of the object plane O , wherein the focal planes a and b are indicated. If, for example, the object plane O lies in the focal plane a , then the DC voltage from the demodulator D reaches its maximum, while the DC voltage from the demodulator E reaches its minimum, as practically zero. The situation is reversed when the object plane is in the focal plane b . The power amplifier I now forms the difference signal between the dotted drawn voltage and the voltage drawn in dashed lines, wherein it should be noted that the one voltage yes on the positive and the other voltage is applied to the negative input, so that at the output of the power amplifier, a reversal of polarity results. This output voltage is indicated by a solid line. With the help of this voltage can now be applied to serve as a servomotor DC motor J, which moves the object plane O. The servomotor J will go to the place where the solid line of tension crosses the abscissa. This is exactly in the middle between the focal planes a and b . The control loop is thus closed.
Claims (39)
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| DE19873739223 DE3739223A1 (en) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | Method for autofocusing of microscopes, and microscopes with an autofocusing system |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3739223A1 (en) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991018313A1 (en) * | 1990-05-21 | 1991-11-28 | Interactive Video Systems, Inc. | Projected image focus system and method of use |
| EP0529458A1 (en) * | 1991-08-22 | 1993-03-03 | Applied Imaging International Ltd. | An automatic focusing system |
| FR2690531A1 (en) * | 1992-04-23 | 1993-10-29 | Moeller J D Optik | Operating microscope. |
| US5270527A (en) * | 1991-10-11 | 1993-12-14 | Leica Ag | Method for autofocusing of microscopes and autofocusing system for microscopes |
| FR2725532A1 (en) * | 1994-10-10 | 1996-04-12 | Nova Measuring Instr Ltd | AUTOFOCUS MICROSCOPE |
| US6974938B1 (en) | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
| WO2009043472A2 (en) | 2007-09-26 | 2009-04-09 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Method for the microscopic three-dimensional reproduction of a sample |
| DE102009012293A1 (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-16 | Sensovation Ag | Light auto-focusing method for use in microscope, involves arranging detector elements such that profiles of radiation property registered by detector elements are different and focus position is set based on profiles |
| DE19721112B4 (en) * | 1996-05-20 | 2010-12-02 | Mitutoyo Corp., Kawasaki-shi | autofocusing |
| DE102009047249B4 (en) * | 2008-11-28 | 2014-08-28 | Mitutoyo Corp. | Autofocus device |
| CN111788508A (en) * | 2018-03-01 | 2020-10-16 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | Digital microscope and method for changing the magnification of a digital microscope |
| US10877258B2 (en) | 2014-10-06 | 2020-12-29 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Microscope |
| US10928619B2 (en) | 2014-10-06 | 2021-02-23 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Microscope |
| US10928618B2 (en) | 2014-10-06 | 2021-02-23 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Microscope |
| CN114488501A (en) * | 2018-04-25 | 2022-05-13 | 卡尔蔡司医疗技术股份公司 | Microscope system and method for operating a microscope system |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2102922B2 (en) * | 1971-01-22 | 1977-12-22 | ARRANGEMENT FOR INDEPENDENT FOCUSING ON OBJECTS TO BE VIEWED IN OPTICAL DEVICES | |
| US4255029A (en) * | 1978-09-04 | 1981-03-10 | Karl Vockenhuber | Focusing device |
| DE2812593C2 (en) * | 1977-03-23 | 1982-07-15 | Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo | Device for automatic focusing of the optical system of a microscope |
| DE3339970A1 (en) * | 1983-11-04 | 1985-05-15 | Karl Süss KG, Präzisionsgeräte für Wissenschaft und Industrie GmbH & Co, 8046 Garching | DEVICE FOR AUTOMATIC FOCUSING OF OPTICAL DEVICES |
| DE3707487A1 (en) * | 1986-05-16 | 1987-11-26 | Reichert Optische Werke Ag | METHOD FOR AUTOFOCUSING MICROSCOPES AND MICROSCOPE WITH AN AUTOFOCUSING |
-
1987
- 1987-11-19 DE DE19873739223 patent/DE3739223A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2102922B2 (en) * | 1971-01-22 | 1977-12-22 | ARRANGEMENT FOR INDEPENDENT FOCUSING ON OBJECTS TO BE VIEWED IN OPTICAL DEVICES | |
| DE2812593C2 (en) * | 1977-03-23 | 1982-07-15 | Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo | Device for automatic focusing of the optical system of a microscope |
| US4255029A (en) * | 1978-09-04 | 1981-03-10 | Karl Vockenhuber | Focusing device |
| DE3339970A1 (en) * | 1983-11-04 | 1985-05-15 | Karl Süss KG, Präzisionsgeräte für Wissenschaft und Industrie GmbH & Co, 8046 Garching | DEVICE FOR AUTOMATIC FOCUSING OF OPTICAL DEVICES |
| DE3707487A1 (en) * | 1986-05-16 | 1987-11-26 | Reichert Optische Werke Ag | METHOD FOR AUTOFOCUSING MICROSCOPES AND MICROSCOPE WITH AN AUTOFOCUSING |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991018313A1 (en) * | 1990-05-21 | 1991-11-28 | Interactive Video Systems, Inc. | Projected image focus system and method of use |
| EP0529458A1 (en) * | 1991-08-22 | 1993-03-03 | Applied Imaging International Ltd. | An automatic focusing system |
| US5270527A (en) * | 1991-10-11 | 1993-12-14 | Leica Ag | Method for autofocusing of microscopes and autofocusing system for microscopes |
| FR2690531A1 (en) * | 1992-04-23 | 1993-10-29 | Moeller J D Optik | Operating microscope. |
| FR2725532A1 (en) * | 1994-10-10 | 1996-04-12 | Nova Measuring Instr Ltd | AUTOFOCUS MICROSCOPE |
| DE19721112B4 (en) * | 1996-05-20 | 2010-12-02 | Mitutoyo Corp., Kawasaki-shi | autofocusing |
| US6974938B1 (en) | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
| US7016110B2 (en) | 2000-03-08 | 2006-03-21 | Tibotec Bvba | Microscope suitable for high-throughput screening having an autofocusing apparatus |
| WO2009043472A3 (en) * | 2007-09-26 | 2009-07-30 | Zeiss Carl Microimaging Gmbh | Method for the microscopic three-dimensional reproduction of a sample |
| WO2009043472A2 (en) | 2007-09-26 | 2009-04-09 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Method for the microscopic three-dimensional reproduction of a sample |
| US9697605B2 (en) | 2007-09-26 | 2017-07-04 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Method for the microscopic three-dimensional reproduction of a sample |
| DE102009047249B4 (en) * | 2008-11-28 | 2014-08-28 | Mitutoyo Corp. | Autofocus device |
| DE102009012293A1 (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-16 | Sensovation Ag | Light auto-focusing method for use in microscope, involves arranging detector elements such that profiles of radiation property registered by detector elements are different and focus position is set based on profiles |
| US10877258B2 (en) | 2014-10-06 | 2020-12-29 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Microscope |
| US10928619B2 (en) | 2014-10-06 | 2021-02-23 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Microscope |
| US10928618B2 (en) | 2014-10-06 | 2021-02-23 | Leica Microsystems (Schweiz) Ag | Microscope |
| CN111788508A (en) * | 2018-03-01 | 2020-10-16 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | Digital microscope and method for changing the magnification of a digital microscope |
| CN111788508B (en) * | 2018-03-01 | 2022-08-23 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | Digital microscope and method for changing the magnification of a digital microscope |
| CN114488501A (en) * | 2018-04-25 | 2022-05-13 | 卡尔蔡司医疗技术股份公司 | Microscope system and method for operating a microscope system |
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