DD242105A1

DD242105A1 - Beleuchtungseinrichtung fuer mikroskope und projektoren

Info

Publication number: DD242105A1
Application number: DD28230385A
Authority: DD
Inventors: Alois Erben
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1985-11-01
Publication date: 1987-01-14
Also published as: DE3624687A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung fuer Mikroskope und Projektoren mit dem Ziel, vor allem die Messgenauigkeit zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem, eine gleichmaessige Ausleuchtung der Aperturblende sowie der Mess- oder Einstellebene zu erreichen. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle, der ein Lichtleitfaserbuendel und ein Lichtleitkoerper nachgeordnet sind, zwischen denen sich mindestens eine gekruemmte, abbildende, die Uebertragungsapertur des Lichtleitfaserbuendels an die des Lichtleitkoerpers anpassende, optische Flaeche befindet. Diese mindestens eine optische Flaeche ist durch ein optisches Zwischenabbildungssystem oder durch eine konkave Lichteintrittsflaeche am Lichtleitkoerper realisiert. Die Lichtaustrittsflaeche des Lichtleitkoerpers ist durch eine ebene oder gekruemmte Flaeche realisiert. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope oder Projektoren, insbesondere für Meßmikroskope oder Meßprojektoren, die mit optoelektronischer Bildauswertung arbeiten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Beleuchtungseinrichtungen aus der DE-OS 3151108 und DE-OS 3147998 bekannt, bei denen zur gleichmäßigen Ausleuchtung einer Aperturblende ein Lichtleitfaserbündel und unmittelbar daran angeschlossen, ein Lichtleitkörper zur Homogenisierung des aus dem Lichtleitfaserbündel austretenden Lichtes vorgesehen sind. Dieser Lichtleitkörper ist dabei unterschiedlich gestaltet, z. B. zylindrisch oder kegelig. Lichteintritts- und -austrittsflächen der Lichtleitkörper sind eben und besitzen einen runden oder viereckigen Querschnitt. Die Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers schließt sich ohne Zwischenschaltung weiterer abbildender Flächen oder Elemente unmittelbar an die Lichtaustrittsfläche des Lichtleitfaserbündels an.

Diese Einrichtungen besitzen vor allem zwei grundsätzliche Nachteile. Bei Benutzung eines zylindrischen Lichtleitstabes als Lichtleitkörper wird dessen Lichtleitvermögen nurteilweise ausgenutzt, da der Lichtleitstab mit Totalreflexion an der Grenzfläche Glas/Luft eine größere Apertur übertragen kann als ein Lichtleitfaserbündel, in dessen Einzelfasern Totalreflexionen an der Grenzfläche Faserkern/Fasermantel erfolgen. Lichtleitkörper mit verspiegelter Mantelfläche besitzen relativ hohe Lichtverluste, die mit wachsender Zahl der Reflexionen sehr schnell anwachsen. Lichtleitkörper mit vergrößerter Lichtaustrittsfläche sind bezüglich der Lichtmischung ungünstig, da bei ihnen die Zahl der Lichtreflexionen längs des Körpers vermindert ist. Lichtleitkörper mit verkleinerter Lichtaustrittsfläche erschweren die Realisierung genauer Aperturblenden an der Austrittsfläche.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei Anwendung der bekannten Einrichtungen bei Mikroskopen mit veränderlicher Lage der Einstellebene oder Meßebene des Mikroskopes zur Beleuchtungseinrichtung, wie sie bei Meßmikroskopen mit starr eingebauter Durchlichtbeleuchtungseinrichtung beim Messen von Meßobjekten unterschiedlicher Höhe bzw. Dicke auftritt. In diesem Falle liegt eine zur Einstellebene konjugierte Ebene ortsveränderlich im Lichtleitkörper oder in dessen Nähe. Insbesondere kann diese Ebene auch mit cter Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels zusammenfallen. Da sich die Ausleuchtung der zur Einstellebene konjugierten Ebene längs des Lichtleitkörpers im Sinne zunehmender Homogenisierung von der Lichteintritts- zur Lichtaustrittsfläche ändert, resultiert hieraus eine unterschiedliche Ausleuchtung unterschiedlicher Einstell- oder Meßebenen am Meßobjekt, was bei optoelektronischer 3-D-Messung zu systematischen Meßfehlern führen kann. Fällt die konjugierte Ebene mit der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels zusammen, so erscheint dessen Struktur in der Einstellebene des Mikroskopes, was zu systematischen Fehlern bei optoelektronischer Bildauswertung führt.

Ziel der Erfindung

Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Meß-Genauigkeit bei Meßmikroskopen zu erhöhen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope oder Projektoren zu schaffen, welche eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung der Aperturblende bei gleichzeitiger guter Ausleuchtung der Einstellebene gestattet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope oder Projektoren, insbesondere für Meßmikroskope oder Meßprojektoren, mit einer Lichtquelle, welcher ein Lichtleitfaserbündel und ein Lichtleitkörper nachgeordnet sind, dadurch gelöst, daß zwischen Lichtleitfaserbündel und Lichtleitkörper mindestens eine gekrümmte.

abbildende, die Übertragungsapertur des Lichtleitfaserbündels an die durch den Lichtleitkörper maximal übertragbare Apertur anpassende, optische Fläche vorgesehen ist, derart, daß im Lichtleitkörper eine Aperturvergrößerung in Relation zur Lichtleitfaser existiert.

Zur Verbesserung der Ausleuchtung der Einstell- oder Meßebene des Mikroskopes und zur Verschiebung einer im Lichtleitkörper oder in dessen Nähe liegenden, zur Einstellebene konjutierten Ebene von der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels weg ist es günstig, daß an oder in der Nähe der Austrittsfläche des Lichtleitkörpers mindestens eine gekrümmte, abbildende, optische Fläche im Strahlengang vorgesehen ist. Gleiches wird auch erreicht, wenn an der ebenen Lichtaustrittsfläche des Lichtleitstabes eine Plankonvexlinse mit ihrer ebenen Fläche befestigt ist. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn im Raum zwischen Lichtleitfaserbündel und Lichtleitkörper ein optisches Abbildungssystem oder eine Konkavlinse angeordnet ist. Ferner ist es günstig, daß eine plankonkave Linse mit verspiegelter oder polierter Mantelfläche mit ihrer Planfläche fest an der Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Linse gleich dem Durchmesser der Lichteintrittsfläche ist. Desgleichen ist es ferner vorteilhaft, daß die Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers als abbildende Konkavfiäche ausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung wird in einfacher Weise eine weitere Verbesserung der Ausleuchtung der Aperturblende bei gleichzeitig verbesserter Ausleuchtung der Einstell- oder Meßebene des Mikroskopes erreicht. Es wird eine bessere Lichtmischung durch Vergrößerung der Anzahl der Reflexionen innerhalb des Lichtleitkörpers erreicht. Die Ausleuchtung der Meß- und Einstellebene ist weitgehend unabhängig von deren Lage zur Beleuchtungseinrichtung, was sich besonders günstig bei optoelektronischer Bildantastung bzw. -auswertung auswirkt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: eine Beleuchtungseinrichtung als Schema mit Abbildungssystem,

Fig.2: eine Beleuchtungseinrichtung mit Bikonkavlinse,

Fig.3: eine Beleuchtungseinrichtung mit am Lichtleitkörper angeordneter Plankonkavlinse,

Fig.4: eine Beleuchtungseinrichtung mit am Lichtleitkörper angeordneter Hohlfläche,

Fig. 5: eine Beleuchtungseinrichtung mit Lichtleitkörper mit konvexer Lichtaustrittsfläche

Fig. 6: eine Beleuchtungseinrichtung mit Lichtleitkörper mit an der Lichtaustrittsfläche angesetzter Plankonvexlinse.

Die Beleuchtungseinrichtung nach Fig. 1 umfaßt eine Lichtquelle 1 und einen Lichtleitkörper 3, der als lichtleitendes Element einem Lichtleitfaserbündel 2 nachgeordnet ist. Zwischen dem Lichtleitfaserbündel 2 und.dem Lichtleitkörper 3 ist mindestens eine gekrümmte, abbildende, die Übertragungsaperatur cn des Lichtleitfaserbündels 2 an die durch den Lichtleitkörper 3 maximal übertragbare Apertur CI2 anpassende, optische Fläche vorgesehen, welche durch ein Zwischenabbildungssystem 4 realisiert wird. Dem Lichtleitkörper 3 ist ein Kollektor 5 im Strahlengang nachgeordnet.

Zur Anpassung der Apertur des Lichtleitfaserbündels 2 an die Übertragungsapertur des Lichtleitkörpers 3 ist gemäß Fig. 2 eine Bikonkavlinse 6 im Raum zwischen dem Lichtleitfaserbündel 2 und dem Lichtleitkörper 3 angeordnet. Fig.3 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Plankonkavlinse 7, welche an der Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers 3 mit einer Planfläche angekittet ist, wobei diese Plankonkavlinse 7 eine verspiegelte oder polierte Mantelfläche 8 besitzt und im Durchmesser mit dem des Lichtleitkörpers 3 übereinstimmt. Durch geeignete Glaskombination der angekitteten Linse und des Lichtleitstabes kann der Farbzerstreuung entgegengewirkt werden. Gemäß Fig. 4 ist die Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers 3 als Konkavfläche 9 ausgebildet. Damit wird der Lichtleitkörper 3 zu einer „dicken Linse".

Fig. 5 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung, bei welcher dem Lichtleitfaserbündel 2 ein Lichtleitkörper 3 nachgeordnet ist, welcher eine konkave Lichteintrittsfläche 10 und eine konvexe Lichtaustrittsfläche 11 besitzt, die eine gekrümmte, abbildende, optische Fläche verkörpert. Diese abbildende Lichtaustrittsfläche 11 bildet eine zur Einstellebene 12 oder Meßebene konjugierte Ebene Ei von der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitbündels 1 fort in Richtung der Lichtaustrittsfläche 11 des Lichtleitkörpers 3 in eine Ebene E₂ ab. Betrag und Vorzeichen der gekrümmten Lichtaustrittsfläche 11 hängen von der nachgeschalteten Beleuchtungsoptik 13 bzw. der durch diese bestimmten Lage der konjugierten Ebene E-i ab. Bei Lage der Ebene E₁ im Lichtleitkörper 3 ist eine konvexe Lichtaustrittsfläche 11 vorteilhaft.

Gleiches wird mit einem Lichtleitkörper 3 erreicht, welcher an der Lichteintrittsseite eine Plankonkavlinse 14 und an der Lichtaustrittsseite eine mit ihrer ebenen Fläche angekittete Plankonvexlinse 15 besitzt (Fig. 6). Die angekittete Plankonvexlinse 15 kann ferner dazu benutzt werden, chromatische Abbildungsfehler im Beleuchtungsstrahlengang zu korrigieren. Zur weiteren Glättung der Intensitätsverteilung des Lichtes in der Aperturblende und in der Einstellebene bzw. Meßebene bei Meßmikroskopen können die gekrümmten Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen des Lichtleitkörpers 3 mit einer Mattierung versehen sein. * -

Claims

Patentansprüche:

1. Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope oder Projektoren, insbesondere für Meßmikroskope oder Meßprojektoren, mit einer Lichtquelle, welcher ein Lichtleitfaserbündel und ein Lichtleitkörper nachgeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtfaserbündel und Lichtleitkörper mindestens eine gekrümmte, abbildende, die Übertragungsapertur des Lichtleitfaserbündels an die durch den Lichtleitkörper maximal übertragbare Apertur anpassende, optische Fläche vorgesehen ist, derart, daß im Lichtleitkörper eine Aperturvergrößerung in Relation zur Lichtleitfaser existiert.
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in der Nähe der Austrittsfläche des Lichtleitkörpers mindestens eine gekrümmte, abbildende, optische Fläche im Strahlengang vorgesehen ist.
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen Lichtleitfaserbündel und Lichtleitkörper ein optisches Abbildungssystem oder eine Konkavlinse angeordnet ist.
4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine plankonkave Linse mit verspiegelter oder polierter Mantelfläche mit ihrer Planfläche fest an der Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Linse gleich dem Durchmesser der Lichteintrittsfläche ist.
5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers als abbildende Konkavfläche ausgebildet ist.
6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der ebenen Lichtaustrittsfläche des Lichtleitstabes eine Plankonvexlinse mit ihrer ebenen Fläche befestigt ist.