DE1928432A1

DE1928432A1 - Arrangement for stabilizing the focus of the objective of an optical instrument

Info

Publication number: DE1928432A1
Application number: DE19691928432
Authority: DE
Inventors: Roland Le Go; Marcel Locquin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1968-06-07
Filing date: 1969-06-04
Publication date: 1969-12-11
Also published as: ES368124A1; CH508890A; GB1260245A; LU58775A1; BE733535A; NL6908620A; FR1577489A; DE1928432B2

Description

PstentonwMto Wpl.-Ing. R. Bsetz U.PstentonwMto Wpl.-Ing. R. Bsetz U.

4.6.19694.6.1969

Commissariat dl I¹ Energie Atomique> Paris (Frankreich)Commissariat dl I ¹ Energie Atomique> Paris (France)

Anordnung zum Stabilisieren der Scharfeinstellung des Objektivs eines optischen InstrumentsArrangement for stabilizing the focusing of the objective of an optical instrument

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Stabilisieren der Scharfeinstellung des Objektivs eines optischen Instruments, insbesondere eines Mikroskopes und genauer auf eine Anordnung) die eine automatische Nachführung der Scharfeinstellung des Objektivs auf ein Bild des beobachteten Gegenstandes zwecks Kompensation entweder von Verschiebungen des Objektes selbst oder von Unregelmäßigkeiten der Oberfläche der Grundplatt· oder des Objektes oder von noch anderen mechanischen Unvollkommenheiten während der Abtastbewegung oder schließlich von thermischen Ausdehnungsersctieinungen bei Beobachtungen von längerer Dauer gestattet. ■[--"■■ ■;■;■_. . ■ . .-. ' .; ."'. ■The invention relates to an arrangement for stabilizing the focus setting of the objective of an optical instrument, in particular a microscope, and more precisely to an arrangement) which automatically adjusts the focus of the objective to an image of the observed object for the purpose of compensating either for displacements of the object itself or of Irregularities of the surface of the base plate or of the object or of still other mechanical imperfections during the scanning movement or, finally, of thermal expansion observations during long-term observations. ■ [- "■■ ■; ■; ■ _.. ■ . .-. '.;."'. ■

Die erfindungsgemäße Anordnung sum Stabilisieren der Scharfeinstellung des Objektivs eine« optischen Instrumentes besitzt eine Einrichtung, die dies·» Objekti* Trane-■ 1ationsbewegungen entlang einer au dessen optischer Achse ■im wesentlichen parallele Richtung aufprägen kann, undThe inventive arrangement to stabilize the sum Focusing the lens an «optical instrument has a device that allows this ·» Objecti * Trane- ■ 1ation movements along an optical axis ■ can impress a substantially parallel direction, and

«HO (B 269^-3>-Df-r (?) 609850/0918«HO (B 269 ^ -3> -Df-r (?) 609850/0918

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

eine Einrichtung zum Ermitteln von Änderungen in der Scharfeinstellung gegenüber einer fest vorgegebenen Bildebene, die ihrerseits die Einrichtung zur Wiederherstellung der Scharfeinstellung steuern, und ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Organ, das den aus dem Objektiv austretenden Bildstrahlen eine Aberration aufzwingt, die bei Änderung der Scharfeinstellung je nach deren Sinn eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung der Strahlhelligkeit zur Folge hat, und ein photoempfindliches Detektorsystem enthält, das die Bildstrahlen zugeführt erhält und sie in einen Steuerstrom für die Scharfeinstelleinrichtung umsetzt.means for detecting changes in focus compared to a fixed image plane, which in turn provides the facility to restore the Control focus, and is mainly through it characterized in that it is an organ which imposes an aberration on the image rays emerging from the lens, which when the focus is changed, depending on its purpose, results in an increase or decrease in the brightness of the beam, and a photosensitive detector system contains, which receives the image beams fed and converts them into a control current for the focusing device implements.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich aus der nachstehenden Beschreibung ersehen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine allerdings lediglich als die Erfindung erläuterndes, nicht aber einschränkendes Beispiel anzusehende Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Anordnung für die Scharfeinstellung de· Objektiv» eines optischen Instrumentes behandelt« Further advantages and features of the invention can be seen from the following description that treats but illustrative purposes only, the invention but not limiting example, to be regarded embodiment of an inventive arrangement for focusing de · Lens "an optical instrument with reference to the drawing"

Die einzige Figur der Zeichnung veranschaulicht, wie erfindungsgemäß vorgegangen wird, um während der Beobach tung die Scharfeinstellung eines Mikroskops aufrecht zu er halten, dessen Objektiv und dessen Grundplatte in der Zeichnung schematisch angedeutet und mit den Bezugszahlen 1 und The only figure of the drawing illustrates how the procedure according to the invention is carried out in order to keep the focus of a microscope upright during observation, the lens and the base plate of which are indicated schematically in the drawing and with the reference numerals 1 and

2 bezeichnet sind* Das Objektiv 1 ist in eine dünne Platte2 are designated * The lens 1 is in a thin plate

3 eingeschraubt, die den Boden eines Behälters ^ bildet. Die Platte 3 1st in der Mitte τοη einer ringförmigen Öffnung durchbrochen, in die eine deformierbare Membran 5 aus Weicheisen eingesetzt ist· Ein ringförmiger Elektromagnet 6» welcher der Membran 5 gegenüber angeordnet ist, dient dazu, je nach der Intensität seines Erregeratrome» die Membran 5 mehr oder weniger stark ansusiehen und damit den Abstand tu variieren, der das Objektiv 1- von der Grundplatte 2 trennt. 3 screwed, which forms the bottom of a container ^. The plate 3 is perforated in the middle of an annular opening into which a deformable membrane 5 made of soft iron is inserted Close up more or less and thus vary the distance that separates the objective 1 from the base plate 2.

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_ 3 _ 1 9 2 8 A 3_ 3 _ 1 9 2 8 A 3

Die Erregerwicklung des Elektromagneten 6 wird von einem Generator 7 aus mit stabilisiertem Gleichstrom versorgt, und in den Erregerstromkreis sind zwei Potentiometer 8 und 9 in Reihe mit einer Schmelzsicherung 10 eingefügt. Das Potentiometer 9,dient der Regelung der Empfindlichkeit für die Bewegung der Membran 5» indem es die zulässige Erregerstromstärke für die Erregerwicklung des Elektromagneten 6 begrenzt. Das Potentiometer 8 steuert die Bewegung der Membran 5, indem es den Elektromagneten 6 mehr oder weniger stark erregt.The excitation winding of the electromagnet 6 is supplied with stabilized direct current from a generator 7, and there are two potentiometers in the excitation circuit 8 and 9 inserted in series with a fuse 10. The potentiometer 9 is used to regulate the sensitivity for the movement of the membrane 5 »by setting the permissible Excitation current for the excitation winding of the electromagnet 6 is limited. The potentiometer 8 controls the movement of the membrane 5 in that it excites the electromagnet 6 to a greater or lesser extent.

Die Verformung der Membran 5 stellt keine lineare Funktion der Erregung des Elektromagneten 6 dar und daher ist das Steuerpotentiometer 8 so gewickelt,* daß es seinerseits für die gewünschte Linearität sorgt.The deformation of the membrane 5 is not a linear function of the excitation of the electromagnet 6 and therefore the control potentiometer 8 is wound so * that it in turn ensures the desired linearity.

Das von dem Objektiv 1 entworfene Bild wird durch ein bei 11 angeordnetes Binokular in zwei Teilbilder aufgespalten. Das eine dieser Teilbilder dient entweder, wie in der Zeichnung dargestellt, einer unmittelbaren Beobachtung oder der Aufnahme von photographischen oder kinetnatograpnisehen Bildern, während das zweite Teilbild für die Erkennung von Änderungen in der Scharfeinstellung und deren automatische Kompensation durch Verschieben des Objektivs 1 gedacht ist, wozu es eine Einwirkung auf den Erregerstrom für den Elektromagneten 6 zur Folge hat.The image designed by the lens 1 is through a at 11 arranged binocular split into two partial images. One of these partial images is either used for direct observation, as shown in the drawing or the recording of photographic or kinetic images Images, while the second sub-image for the detection of changes in focus and whose automatic compensation is intended by moving the lens 1, for which purpose there is an effect on the Exciting current for the electromagnet 6 has the consequence.

Zu diesem Zwecke ist bei 12 in den Strahlengang des nicht für die Beobachtung gedachten Bildes ein Variator für sphärische Aberration eingefügt» der dem Bild eine starke sphärische Aberration aufprägt. Unter diesen Bedingungen führt, nachdem durch Betätigen des Potentiometers 8 die Scharfeinsteilung vorgenommen ist» bei einer mittleren von dem Beobachter gewählten Lage des in der Zeichnung schematisch bei 13 auf der Grundplatte 2 angedeuteten Objektes eine Änderung dieser ScharfeinstellungFor this purpose there is a variator at 12 in the beam path of the image not intended for observation for spherical aberration added to the image impresses strong spherical aberration. Under these conditions results after pressing the potentiometer 8 the focus has been made »for a middle position selected by the observer of the indicated schematically in the drawing at 13 on the base plate 2 Subject to a change in this focus setting

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zu einer Änderung des Kontrastes in den Einzelheiten des Bildes, die sich ihrerseits je nach dem Sinne der Abweichung von der Scharfeinstellung durch eine Erhellung oder durch eine Verdunkelung der beobachteten Zone bemerkbar macht· Daher genügt es dann, diese Änderungen im Lichtstrom zu ermitteln, sie in elektrische Signale zu wandeln und diese Signale in den Speisekreis für den Elektromagneten einzuführen, um die Scharfeinstellung zu korrigieren. to a change in the contrast in the details of the Picture, in turn, depending on the meaning of the deviation noticeable from the focus by a lightening or a darkening of the observed zone power · It is therefore sufficient to determine these changes in the luminous flux and to convert them into electrical signals and to feed these signals into the solenoid feed circuit to correct the focus.

FUr diesen Zweck läßt sich jeder photoempfindliche Detektor, also beispielsweise eine Photozelle oder ein Photowiderstand, der in diesen Speisekreis eingefügt ist und das von der sphärischen Aberration betroffene Bildlicht zugeführt erhält, verwenden. Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung gewährleistet jedoch nicht nur eine Erkennung der Scharfeinstellung, sondern bewirkt außerdem eine automatische Kompensation parasitärer Änderungen in der Helligkeit des Bildfeldes in der Weise, daß sie nur auf die Änderungen in dem Bildkontrast anspricht, die auf Änderungen in der Scharfeinstellung zurückgehen. Diese Schaltung besteht im wesentlichen aus einer Photozelle 14 und einem Photowiderstand 15, von denen jeder von einem bei 16 angeordneten Binokular über Linsen 17 bzw. 18 ein deformiertes Bild des Objektes 13 zugeführt erhält. Die Lage der Linse 18 ist so gewählt, daß der Photowiderstand 15 den gesamten durch das Gesichts« feld hindurchtretenden Lichtstrom in der von dem Beobachter gewählten Ebene für die Scharfeinstellung zugeführt erhält. Die Lage der Linse 17 ist dagegen so gewählt, daß die Photozelle 14 den entsprechenden Lichtstrom aus dem gleichen Gesichtsfeld, jedoch außerhalb der Scharfeinsteil· ebene integriert.Any photosensitive can be used for this purpose Detector, for example a photocell or a photoresistor, which is inserted into this feed circuit and receives the image light affected by the spherical aberration supplied. The one in the drawing However, the circuit shown not only ensures that the focus setting is recognized, but also causes it in addition, an automatic compensation for parasitic changes in the brightness of the image field in such a way that that it responds only to changes in image contrast due to changes in focus. This circuit consists essentially of a photocell 14 and a photoresistor 15, of over which each of a dissecting microscope located at 16 Lenses 17 and 18 a deformed image of the object 13 receives fed. The position of the lens 18 is chosen so that the photoresistor 15 extends through the face. The luminous flux passing through the field is fed to the plane selected by the observer for focusing receives. The position of the lens 17, however, is chosen so that the photocell 14 the corresponding luminous flux from the same field of view, but outside of the fine focus level integrated.

Die Photozelie 1.4 und der Pbotowiderstand 15 sind in Serie zueinander in den Speisekreis für den Elektromagne-The photo cell 1.4 and the Pboto resistor 15 are in Series to each other in the supply circuit for the electromagnetic

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ten 6 zwischen dem Generator 7 und der Schmelzsicherung 10 eingefügt. Auf diese Weise werden mittels überlegter Wahl der Kenngrößen für den Photowiderstand 15 und die Photozelle 14 und nach einer korrekten Einstellung des Stromes in dem Erregerkreis mit Hilfe des Steuerpotentiometers 8 die Änderungen des Erregerstromes für den Elektromagneten 6 lediglich durch Änderungen in dem Kontrast hervorgerufen, die ihrerseits auf Änderungen in der Scharfeinstellung des Objektivs 1 zurückgehen.th 6 between the generator 7 and the fuse 10 inserted. In this way, be means of judicious choice the parameters for the photoresistor 15 and the photocell 14 and after correct setting of the current in the excitation circuit using the control potentiometer 8 the changes in the excitation current for the electromagnet 6 caused only by changes in the contrast, which in turn go back to changes in the focus of the lens 1.

Tritt nämlich beispielsweise im Laufe der Beobachtung eine Vergrößerung entweder der Helligkeit des Gesichtsfeldes oder der Opazität des beobachteten Präparates auf, so kommt es an der Stelle des Photowiderstandes 15 zu einer Vergrößerung Δ r des Widerstandes in dem Erregerstromkreis für den Elektromagneten 6, die" ihrerseits zu einer Verkleinerung Δι des entsprechenden Erregerstromes führt, während der von der Photozelle 15 in den Erregerstromkreis eingespeiste Strom eine Vergrößerung ^.!erfährt, welche die parasitäre Änderung ^ r des Widerstandes in dem Erregerstromkreis gerade kompensiert. If, for example, an increase in either the brightness of the field of view or the opacity of the observed preparation occurs in the course of the observation, then so it comes at the location of the photoresistor 15 to a Increase Δ r of the resistance in the excitation circuit for the electromagnet 6, which "in turn leads to a reduction Δι of the corresponding excitation current, while that of the photocell 15 in the excitation circuit fed-in current an enlargement ^.! learns which the parasitic change ^ r in the resistance in the excitation circuit just compensated.

Tritt dagegen eine Verringerung in der Beleuchtung des Gesichtsfeldes oder der Opazität des beobachteten Präparates auf, die zu einer Vergrößerung des Stromes durch den Photοwiderstand 15 führt, so wird diese Vergrößerung des Erregerstromes automatisch durch eine Verringerung des von der Photozelle lh in den Erregerstromkreis für den Elektromagneten 6 eingespeisten Stromes, kompensiert. The other hand, there occurs a reduction in the illumination of the visual field or the opacity of the observed specimen, which leads to an increase of the current οwiderstand by the Phot 15, these magnification of the exciting current automatically by a reduction of of the photocell lh in the exciting current circuit for the Electromagnet 6 fed current, compensated.

Da auf diese Weise jede parasitäre' Änderung des Stromes in dem Erregerstromkreis für den Elektromagneten 6 durch die Wirkung der Photozelle i4 automatisch ausgeschaltet wird, führt eine Änderung der Scharfeinstellung des Objektivs 1 im Sinne einer Verringerung des Abstandes zwi schen dem Objektiv 1 und dem beobachteten Gegenstand 13 Since in this way any parasitic change in the current in the excitation circuit for the electromagnet 6 is automatically switched off by the action of the photocell i4, a change in focus of the lens 1 leads to a reduction in the distance between the lens 1 and the observed object 13th

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infolge der Defokussierung oder der Anwesenheit einer sphärischen Aberration zu einer Verminderung des von dem Photowiderstand 15 aufgefangenen Lichtstromesi Der Erregerstrom für den Elektromagneten 6 erfährt damit eine Vergrößerung, was wiederum zur Folge hat, daß das Objektiv Ί von der Grundplatte 2 wegbewegt und so die Scharfeinstellung wiederhergestellt wird. In gleicher Weise führt eine Änderung der Scharfeinstellung des Objektivs 1 in Richtung einer Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Objektiv 1 und dem Gegenstand 1.3 zu einer Vergrößerung des von dem Photowiderstand 15 aufgefangenen Lichtstromes, der Erregerstrom für den Elektromagneten 6 erfährt dementsprechend eine Verringerung, und diese hat ihrerseits eine Annäherung des Objektivs 1 an die Grundplatte 2 zur Folge, wodurch ebenfalls die Scharfeinstellung wiederhergestellt wird οas a result of defocusing or the presence of a spherical aberration leads to a reduction in the luminous flux captured by the photoresistor 15 for the electromagnet 6 thus experiences an enlargement, which in turn has the consequence that the lens Ί is moved away from the base plate 2 and thus the focus is restored. In the same way, a Change the focus of lens 1 in direction an enlargement of the distance between the objective 1 and the object 1.3 to an enlargement of the Photoresistor 15 captured luminous flux, the excitation current for the electromagnet 6 experiences accordingly a reduction, and this in turn results in the lens 1 approaching the base plate 2, as a result of which focus is also restored will ο

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die einzige oben lediglich der Erläuterung halber beschriebene und in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsform beschränkt ist, sondern: daß sie sich vielmehr auch auf alle Varianten dieser Ausführungsform oder von Teilen davon, die im Äquivalenzbereich verbleiben, und auf alle Anwendungsmöglichkeiten für derartige Anordnungen erstreckt· Insbesondere liegt es auf der Hand, daß, obwohl in den beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Kompensationsschaltung behandelt ist,, bei welcher der Photowiderstand den durch das beobachtete Gesichtsfeld genau in der Ebene der Scharfeinstellung hindurchtretenden Lichtstrom zugeführt erhält, während die Photozelle den entsprechenden Lichtfluß durch das gleiche Gesichtsfeld, jedoch außerhalb der Scharfeinsteilebene integriert, die Anordnung und daeit die Aufgabenstellung von Photozeile und Widerstand ebensogut auch umgekehrt sein können. It goes without saying that the invention is not restricted to the only embodiment described above for the sake of explanation and illustrated in the drawing, but rather: that it also applies to all variants of this embodiment or parts thereof which remain in the range of equivalents, and extends to all possible uses for such arrangements the photocell integrates the corresponding light flow through the same field of view, but outside the focal plane, the arrangement and the task of the photocell and resistor can just as well be reversed.

ORIGINAL INSPECTED qn9850/0918ORIGINAL INSPECTED qn9850 / 0918

Claims

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Claims

1. Arrangement for stabilizing the focus of the objective of an optical instrument with a device for recognizing deviations in the focus setting from a predetermined image plane and one of this Device controlled device for moving the lens along a parallel to its optical axis Direction, characterized that they have an organ (12) which imposes an aberration on the image rays emerging from the lens (i), when changing the focus, depending on the purpose, an enlargement or reduction of the Beam brightness results in j and contains a photosensitive detector system (photocell 14, photoresistor 15), which receives the image rays and converts them into a control current for the focusing device (soft iron membrane 5t electromagnet 6).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the photosensitive detector system is a photoresistor (15) is.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the photosensitive detector system is a photocell

(14) is

h »arrangement according to claim, t characterized in that the system 1st photοempfindliche a circuit for the purpose of automatic compensation of parasitic variations in the background brightness of the image rays in series to each other, a photocell (14) and a Photοwiderstand

(15), one of which contains the entire luminous flux through the field of view captured by the lens (1) in

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gets fed to the focusing plane while the other the corresponding light flux fed through the same field of view, but outside the plane of focus receives or vice versa.

5. Arrangement according to one of Claims 4 to k, characterized in that the focusing device is a magnetic device.

6. Arrangement according to claim 5 »characterized in that the magnetic device has an electromagnet (6), a supply source (7) for the electromagnet (6) and a thin metal plate carrying the lens (1) in its center (3), which is arranged opposite the electromagnet (6) and deformed by its action, is bar, with a change in the intensity of the excitation current for the electromagnet (6) a shift in the Objective (i) along its optical axis results in »

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