DE3821403A1

DE3821403A1 - Anordnung zum beleuchten und visuellen abtasten eines gegenstandes unter anwendung eines optischen systems

Info

Publication number: DE3821403A1
Application number: DE3821403A
Authority: DE
Inventors: Mojmir Dr Petran; Milan Dr Hadravsky; Miroslav Dr Maly
Original assignee: Jednotne Zemedelske Druzstvo
Current assignee: Jednotne Zemedelske Druzstvo
Priority date: 1987-06-29
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS265145B1; US4917478A; CS481687A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beleuchten und visuellen Abtasten eines Gegenstandes unter Anwendung eines optischen Systems, das mit Spiegeln, einem halb durchlässigen Spiegel und einem Objektiv so aufgebaut ist, daß der auf das Objekt fallende Beleuchtungs-Licht strahl und der vom Objekt reflektierte Abtast-Licht strahl bei ihrem Weg vom halbdurchlässigen Spiegel durch das Objektiv zum Objekt und zurück in ein und derselben Bahn verlaufen und dabei im halbdurchlässigen Spiegel vereinigt und wieder getrennt werden.

Derartige optische Systeme werden dort angewandt, wo es darum geht, ein Objekt mit hoher Auflösung zu unter suchen. Mit einem derartigen System läßt sich der Beleuch tungsstrahl exakt auf einzelne Punkte des Objektes auch durch enge Öffnungen richten und die Oberfläche des Ob jektes läßt sich sehr genau beobachten bzw. optisch ab tasten. Man hat derartige optische Systeme mit Hilfe von Prismen aufgebaut, ist aber davon abgekommen, weil durch Prismen eine Reihe von Störreflektionen in das Abtastbild gelangen. Daher arbeitet man in derartigen optischen Sy stemen im allgemeinen mit halbdurchlässigen Spiegeln, bei denen die dem Objekt zugewandte Seite eine Verspiegelung trägt, die den Beleuchtungslichtstrahl in ausreichender Stärke durchtreten läßt und den Abtaststrahl in ausrei chender Stärke reflektiert. Dabei ist es gleichgültig, ob der Beleuchtungsstrahl oder der Abbildungsstrahl am halb durchlässigen Spiegel reflektiert wird. Mit einem solchen halbdurchlässigen Spiegel hat man dann nur noch eine Stör reflektion, die von der nicht verspiegelten Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegels ausgeht. Da sich diese Störreflek tion technisch nicht vermeiden läßt, hat man die halbdurch lässigen Spiegel sehr dünn gebaut, um das von einer Stör reflektion erzeugte Bild, z.B. eines Striches, möglichst weitgehend mit dem über die verspiegelte Fläche erzeugten gewünschten Bild dieses Striches zusammenfallen zu lassen. Solche halbdurchlässigen Spiegel stellt man mit einer fast vernachlässigbaren Dicke her (etwa 1 bis 5 Mikrometer) und spannt sie in einen festen Ring ein. Technologische Schwierigkeiten und ungleichartiges Rohmaterial führen hier jedoch zu schwer reproduzierbaren Eigenschaften solcher Spiegel, was für eine industrielle Serienfertigung nachteilig ist.

Ein optisches System der eingangs genannten Art läßt sich auch für die optische punktweise Abtastung von Objekten z.B. mit einer Nipkow-Scheibe verwenden. Die parallele Strahlführung des Beleuchtungslichtstrahles und des Ab tastlichtstrahles und des aus diesen beiden Strahlen zu sammengesetzten Strahles sind eine gute Voraussetzung für diese punktweise Abtastung, wenn es gelingt, die un erwünschte Reflektion an der nichtverspiegelten Fläche des halbdurchlässigen Spiegels möglichst gering zu halten.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei der op tischen Abtastung eines Objektes mit dem eingangs ge nannten optischen System die von der nicht verspiegelten Fläche des halbdurchlässigen Spiegels ausgehende Reflek tion zu unterdrücken und dadurch eine besonders hohe Auflösung und einen besonders starken Kontrast bei der Abbildung des Objektes mit einfachen Mitteln zu erreichen.

Die Erfindung besteht darin, daß man den unerwünscht an der nicht verspiegelten Fläche des halbdurchlässigen Spiegels reflektierten Strahl mit Hilfe einer Rasterscheibe abfängt und nicht durch diese Rasterscheibe durchtreten läßt. Die Rasterscheibe ist eine bewegte, z.B. rotierende Scheibe oder eine Scheibe mit wechselnd durchlässigen Teilen. Die Rasterscheibenanordnung ist derart, daß sowohl der Be leuchtungs- als auch der Abbildungsstrahl in definierter Weise durch das Raster hindurchtreten.

Das läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß der Beleuchtungslichtstrahl und der Abtastlichtstrahl in einem Bereich vor dem halbdurchlässigen Spiegel zumindest genähert parallel zueinander verlaufen, daß in diesem Be reich eine einer Nipkow-Scheibe ähnliche Rasterscheibe mit spiralförmig angeordneten Elementaröffnungen vorgesehen ist, daß auf dieser Rasterscheibe jeweils einer Elementar öffnung für den Durchtritt des Beleuchtungslichtstrahles eine gleichweit von der Drehachse der Rasterscheibe ent fernte Elementaröffnung für den Durchtritt des Abtast lichtstrahles - von der Drehachse aus gesehen diametral gegenüberliegend - angeordnet ist, wobei die bildseitigen Elementaröffnungen so angeordnet und die Stärke des halb durchlässigen Spiegels so gewählt ist, daß der von der nicht verspiegelten Oberfläche ausgehende reflektierte Abtast strahl nicht auf eine Elementaröffnung trifft, sondern auf einen für Licht undurchlässigen Teil der Rasterscheibe.

Mit dieser Anordnung läßt sich so auf höchst einfache Weise der unerwünscht von der nichtverspiegelten Fläche reflektierte Abtaststrahl dadurch unterdrücken, daß er nicht durch die Rasterscheibe hindurchtreten kann. Dieses mechanische Abfangen der unerwünschten Reflektion führt zu einer sehr hohen Auflösung und zu einem hervorragenden Kontrast. Die dabei angewandten Mittel sind höchst ein fach, insbesondere dann, wenn man sowieso eine aufeinander folgende Abtastung der einzelnen Oberflächenpunkte des Objektes mit Hilfe einer Rasterscheibe vorgenommen hätte. Die Erfindung nutzt dabei den Wegunterschied des vom Objekt reflektierten Lichtes. Denn die Erfindung beruht auf der Er kenntnis, daß der Weg für das am Objekt reflektierte Licht unterschiedlich lang ist, je nachdem, ob das Licht in er wünschter Weise an der verspiegelten Fläche oder in unerwünschter Weise an der nicht verspiegelten Fläche reflektiert wird. Es ist daher zweckmäßig, wenn der Entfernungsunterschied für je den von der nicht verspiegelten Oberfläche des halbdurch lässigen Spiegels reflektierten Abtaststrahles gegenüber jedem von der verspiegelten Oberfläche das halbdurchlässigen Spiegels reflektierten Abtaststrahl zwischen dem Objekt und der Ebene der Rasterscheibe so gewählt ist, daß der von der nicht verspiegelten Oberfläche ausgehende reflek tierte Strahl auf einen lichtundurchlässigen Teil der Rasterscheibe trifft.

Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Entfernungsunterschied wenigstens gleich ist dem Durchmesser einer Elementaröffnung.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei spieles näher erläutert.

Die dargestellte Anordnung besitzt eine um ihre Dreh achse 12 drehbare Rasterscheibe 1 mit einer Anzahl spi ralförmig angeordneter Öffnungen 11 für den Lichtdurch tritt, wobei jeweils einer Öffnung 11 a dieser Raster scheibe 1 eine gegenüber der Drehachse 12 diametral liegende Elementaröffnung 11 b dieser Rasterscheibe gegenüberliegt. Die Anordnung besitzt ferner eine Lichtquelle 6, ein System 5 für das Aufteilen des Lichtes mit drei Spiegeln 511, 512, 513 mit undurchlässigen spiegelnden Schichten und einem Spiegel 52 mit einer halbdurchlässigen spiegelnden Schicht 521, die im ge zeichneten Ausführungsbeispiel an der unteren Oberfläche des Spiegels 52 vorgesehen ist. Unterhalb dieses Spiegels 52 befindet sich ein Objektiv 2 des Mikroskopes, welches auf den untersuchten Gegenstand 14 (das Objekt) scharf eingestellt ist.

Ein Teil der Rasterscheibe 1 wird im Bereich eines Be leuchtungsfeldes 3 durch die Lichtquelle 6 derart be leuchtet, daß einzelne Beleuchtungslichtstrahlen 7 durch Öffnungen 11 a der Rasterscheibe 1 weitergeleitet werden und zuerst auf den Spiegel 511 auftreffen, von welchem sie durch den Spiegel 512 senkrecht nach unten reflek tiert werden. Ein Teil dieses Beleuchtungslichtstrahles 7 wird durch die halbdurchlässige spiegelnde Schicht 521 des halbdurchlässigen Spiegels 52 zum Objektiv 2 durchge lassen und trifft auf den zu untersuchenden Gegenstand 14 auf (strichliert gezeichnet). Durch Reflexion von diesem Gegenstand 14 kehrt ein Teil des Lichtes als reflektierter Bild- bzw. Abtaststrahl 8 zurück ins Objektiv 2 und ver läuft weiter gegen die spiegelnde Schicht 521 des Spie gels 52, (strichliert gezeichnet) von welcher dieser Lichtstrahl gegen den Spiegel 513 reflektiert wird und von diesem wiederum als Bild- bzw. Abtaststrahl 8 der Raster scheibe 1 zugeführt wird, wo dieser Abtastlichtstrahl durch eine der Elementaröffnungen 11 b der Rasterscheibe 1 dem Okular 9 des Mikroskopes für Beobachtung des Objektes 14 zugeführt wird. Und zwar fällt dieser Beleuchtungslicht strahl durch diejenige Öffnung 11 b, die der Elementaröffnung 11 a gegenüber der Drehachse 12 der Rasterscheibe diametral gegenüberliegt, durch die das Licht ursprüng lich geleitet wurde.

Gleichzeitig wird jedoch der in das System 5 eintretende Beleuchtungsstrahl 7 von der anderen, nicht verspiegelten Oberfläche 522 des Spiegels 52, die keine spiegelnde Schicht trägt, ebenfalls gegen den Spiegel 513 reflek tiert (siehe die punktierte Linie 13), von wo dieser unerwünscht reflektierte Abtastlichtstrahl 13 gegen die Rasterscheibe 1 gerichtet wird, wo er jedoch von lichtundurchlässigen Teilen der Rasterscheibe 1 aufge fangen wird.

Dadurch werden unerwünschte Reflexionen von der nicht verspiegelten Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegels 52 von undurchsichtigen Teilen der Rasterscheibe aufge fangen, so daß sie nicht in das Okular 9 gelangen, wo durch ein Verdoppeln des Bildes verhindert wird und ein Bild hoher Güte erzielt wird.

Liste der Bezugszeichen   1 Rasterscheibe
11 Elementaröffnung
12 Drehachse
  2 Objektiv
  3 Beleuchtungsfeld
  4 Bildfeld
  5 Lichtaufteilungssystem
511 Spiegel
512 Spiegel
513 Spiegel
52 halbdurchlässiger Spiegel
521 obere Oberfläche des Spiegels 52
522 untere Oberfläche des Spiegels 52
  6 Lichtquelle
  7 Beleuchtungsstrahlenbündel
  8 Bildstrahlenbündel
  9 Okular
10 Anprall des Bildstrahlenbündels auf die
    untere Fläche der Rasterscheibe
13 reflektiertes Bildstrahlenbündel (punktiert)
14 untersuchter Gegenstand

Claims

1. Anordnung zum Beleuchten und visuellen Abtasten eines Gegenstandes unter Anwendung eines optischen Systems, das mit Spiegeln, einem halbdurchlässigen Spiegel und einem Objektiv so aufgebaut ist, daß der auf das Objekt fallende Beleuchtungs-Lichtstrahl und der vom Objekt reflektierte Abtast-Lichtstrahl bei ihrem Weg vom halbdurchlässigen Spiegel durch das Objektiv zum Objekt und zurück in ein und derselben Bahn verlaufen und dabei im halbdurchlässigen Spiegel vereinigt und wieder getrennt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Beleuchtungslichtstrahl (7) und der Abtast lichtstrahl (8) in einem Bereich vor dem halbdurch lässigen Spiegel (52) zumindest genähert parallel zu einander verlaufen,
daß in diesem Bereich eine einer Nipkowscheibe ähn liche Rasterscheibe (1) mit spiralförmig angeordneten Elementaröffnungen (11) vorgesehen ist,
daß auf dieser Rasterscheibe jeweils einer Elementar öffnung (11 a) für den Durchtritt des Beleuchtungslicht strahles (7) eine gleichweit von der Drehachse (12) der Rasterscheibe (1) entfernte Elementaröffnung (11 b) für den Durchtritt des Abtastlichtstrahles (8) - von der Drehachse (12) aus gesehen diametral gegenüberlie gend - angeordnet ist, wobei die bildseitigen Elementaröffnungen (11 b) so an geordnet und die Stärke des halbdurchlässigen Spiegels (52) so gewählt ist, daß der von der nicht verspiegelten Oberfläche (522) ausgehende reflektierte Abtaststrahl (13) nicht auf eine Elementaröffnung (11 b) trifft, sondern auf einen für Licht undurchlässigen Teil der Rasterscheibe (1).

2. Anordnung nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsunterschied für jeden von der nicht verspiegelten Oberfläche (522) des halbdurchlässigen Spiegels (52) reflektierten Abtaststrahles (13) gegen über jedem von der verspiegelten Oberfläche (521) des halbdurchlässigen Spiegels (52) reflektierten Abtast strahl (8) zwischen dem Objekt und der Ebene der Rasterscheibe (1) so gewählt ist, daß der von der nicht verspiegelten Oberfläche (522) ausgehende reflektierte Strahl (13) auf einen lichtundurchlässigen Teil der Rasterscheibe trifft.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsunterschied wenigstens gleich ist dem Durchmesser einer Elementaröffnung.