DE10304105A1

DE10304105A1 - Verfahren zur Bestimmung der Fokusabweichung einer optischen Anordnung

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Publication number: DE10304105A1
Application number: DE2003104105
Authority: DE
Inventors: Bernd Spruck
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-02-01
Also published as: DE10304105B4

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Fokusabweichung bei der Abbildung eines Objekts (4) mit einer optischen Anordnung (1), insbesondere einem Mikroskop, die eine Objektiveinrichtung (2) zur Abbildung des Objekts (4) umfasst, wobei auf das Objekt (4) ein erstes Hilfsbild projiziert wird, eine durch die Objektiveinrichtung (2) erfolgende erste Abbildung des Objekts (4) mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild durch eine Aufnahmeeinrichtung (5) aufgenommen wird und eine Analyse der ersten Abbildung zur Bestimmung der Fokusabweichung verwendet wird, wobei das erste Hilfsbild auf eine zur Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung (2) um einen vorgegebenen ersten Neigungswinkel (alpha) geneigte imaginäre erste Hilfsebene (11) scharf projiziert wird, einen ersten Punkt mit einer vorgegebenen ersten Position im ersten Hilfsbild aufweist, der bei korrekter Fokussierung auf der Schnittlinie zwischen der Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung (2; 2') und der ersten Hilfsebene (11) liegt und derart ausgebildet ist, dass aus der ersten Abbildung die Lage eines zweiten Punktes im ersten Hilfsbild bezüglich des ersten Punktes bestimmbar ist, in der ersten Abbildung ein scharf abgebildeter zweiter Punkt des ersten Hilfsbildes bestimmt wird, die Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes bestimmt wird und aus der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes und dem ersten Neigungswinkel (alpha) der ersten Hilfsebene die Fokusabweichung ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Fokusabweichung bei der Abbildung eines Objekts mit einer optischen Anordnung, insbesondere einem Mikroskop, die eine Objektiveinrichtung zur Abbildung des Objekts umfasst. Hierbei wird auf das Objekt ein erstes Hilfsbild projiziert, eine durch die Objektiveinrichtung erfolgende erste Abbildung des Objekts mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild durch eine Aufnahmeeinrichtung aufgenommen und eine Analyse der ersten Abbildung zur Bestimmung der Fokusabweichung verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zur Fokussierung einer optischen Anordnung sowie eine entsprechende optische Anordnung.
Gattungsgemäße Verfahren sind beispielsweise aus dem US-Patent 5,604,344 sowie der europäischen Patentanmeldung EP 0 459 004 A1 bekannt. Bei beiden Verfahren wird als Hilfsbild ein gitterförmiges Schattenmuster auf das Objekt projiziert. Die Projektion erfolgt dabei so, dass das Schattenmuster scharf in die Fokusebene der Objektiveinrichtung projiziert wird. Liegt eine Fokusabweichung vor, so wird das Schattenmuster unscharf auf das Objekt projiziert, was aus der ersten Abbildung durch Analyse des Lichtintensitätsprofils des Schattenmusters ersichtlich wird.
Beim Verstellen des Abstands zwischen der Objektiveinrichtung und dem Objekt verändert sich die Unschärfe des Schattenmusters in der ersten Abbildung. Aus dieser Veränderung wird dann die zur Fokussierung erforderliche Richtung der Verstellbewegung sowie der Betrag der Abstandsänderung ermittelt.
Beide bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, dass wenigstens zwei dieser ersten Abbildungen aufgenommen und analysiert werden müssen, um die Richtung der Fokusabweichung, also die erforderliche Richtung der Verstellbewegung, sowie den Betrag der Fokusabweichung, also die zur Fokussierung erforderliche Abstandsänderung, zu bestimmen. Hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise lange Zeitspanne bis zur Ermittlung der Fokusabweichung, was sich nachteilig auf die erzielbaren Taktzeiten auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine optische Anordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zustellen, welches bzw. welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere eine schnellere Ermittlung der Fokusabweichung gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe ebenfalls ausgehend von einer optischen Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 18 angegebenen Merkmale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man eine besonders einfache und schnelle Ermittlung der Fokusabweichung erzielt, wenn das erste Hilfsbild auf eine zur Fokusebene der Objektiveinrichtung um einen vorgegebenen ersten Neigungswinkel geneigte imaginäre erste Hilfsebene scharf projiziert wird. Infolge dieser Neigung zur Fokusebene der Objektiveinrichtung erscheinen in der ersten Abbildung je nach dem Grad der Fokusabweichung unterschiedliche Bereiche des ersten Hilfsbildes scharf. Erfindungsgemäß ist das erste Hilfsbild so gestaltet, dass aus der jeweiligen ersten Abbildung die Lage des scharf abgebildeten Bereichs des ersten Hilfsbildes zu einem die korrekte Fokuslage repräsentierenden Referenzbereich des ersten Hilfsbildes bestimmbar ist. Aus dieser Lage des scharf abgebildeten Bereichs bezüglich des Referenzbereichs und dem ersten Neigungswinkel lässt sich dann unmittelbar der Betrag und die Richtung der Fokusabweichung bestimmen.
Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass das erste Hilfsbild einen ersten Punkt mit einer vorgegebenen ersten Position im ersten Hilfsbild aufweist, der bei korrekter Fokussierung auf der Schnittlinie zwischen der Fokusebene der Objektiveinrichtung und der Hilfsebene liegt, d. h. bei korrekter Fokussierung scharf durch die Objektiveinrichtung abgebildet wird. Das erste Hilfsbild ist weiterhin derart ausgebildet, dass aus der ersten Abbildung die Lage eines zweiten Punktes im ersten Hilfsbild bezüglich des ersten Punktes bestimmbar ist. In der ersten Abbildung wird dann ein scharf abgebildeter zweiter Punkt des ersten Hilfsbildes bestimmt. Anschließend wird die Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes bestimmt und schließlich aus der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes und dem ersten Neigungswinkel der ersten Hilfsebene die Fokusabweichung ermittelt.
Wie bereits erwähnt, wird hierdurch in vorteilhafter Weise erreicht, dass aus der Aufnahme einer einzigen ersten Abbildung sofort der Betrag und die Richtung der Fokusabweichung ermittelt werden können. Es ist keine weitere Aufnahme einer ersten Abbildung erforderlich, sodass beispielsweise die exakte Fokussierung der optischen Anordnung unmittelbar anhand der aus einer einzigen Aufnahme ermittelten Fokusabweichung erfolgen kann. Hierdurch können erheblich kürzere Taktzeiten erzielt werden.
Es versteht sich, dass der erste Neigungswinkel der ersten Hilfsebene bei Ermittlung der Fokusabweichung aus der ersten Abbildung nicht notwendigerweise unmittelbar in die erforderlichen Berechnungen einfließen muss. So kann bei einem unveränderlichen ersten Neigungswinkel der ersten Hilfsebene beispielsweise vorgesehen sein, dass für die unterschiedlichen Punkte des ersten Hilfsbildes unter Verwendung des ersten Neigungswinkels vorab eine Matrix mit den jeweils zugehörigen Fokusabweichungen berechnet wurde. Zur Bestimmung der aktuellen Fokusabweichung wird dann nach Ermittlung der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes lediglich auf diese Matrix zugegriffen.
Bei Varianten der Erfindung, bei denen eine Verstellung des Neigungswinkels der ersten Hilfsebene möglich ist, fließt der erste Neigungswinkel bevorzugt direkt in die Berechnungen zur Bestimmung der Fokusabweichung ein. Eine solche Verstellung des ersten Neigungswinkels kann beispielsweise vorgesehen sein, um den Fangbereich bei der Fokussierung zu verändern, also den Bereich der Fokusabweichung, innerhalb dessen die Fokusabweichung noch bestimmbar ist. So kann durch eine Erhöhung des ersten Neigungswinkels ein größerer Fangbereich erzielt werden.
Das erste Hilfsbild kann grundsätzlich beliebig gestaltet sein. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass aus der ersten Abbildung die Lage des scharf abgebildeten zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes ermittelt werden kann. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das erste Hilfsbild in eine ausreichend große Anzahl von Bereichen unterteilt ist oder eine ausreichend große Anzahl von Punkten aufweist, von denen jeder für sich eine auf optischem Wege erfassbare Information über seine Lage bezüglich des ersten Punktes aufweist. So kann beispielsweise jedem dieser Bereiche bzw. Punkte eine optisch erfassbare Kodierung zugeordnet sein, die eine Information über die Lage bezüglich des ersten Punktes enthält.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit besonders einfach gestalteten ersten Hilfsbildern ist vorgesehen, dass das erste Hilfsbild in der ersten Hilfsebene ein wenigstens in einer ersten Richtung periodisches Muster aufweist. Bei diesen Varianten lässt sich zusätzlich die Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes besonders einfach durch Abzählen der Perioden bestimmen, wenn das eine vorgegebene Anzahl von Perioden umfassende erste Hilfsbild in der ersten Abbildung vollständig abgebildet ist. Es muss mit anderen Worten aus der ersten Abbildung nur die Nummer der Periode bestimmt werden, welcher der zweite Punkt angehört, um die Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes zu bestimmen, der ebenfalls einer Periode mit einer vorgegebenen Nummer angehört.
Die Bestimmung des scharf abgebildeten zweiten Punktes in der ersten Abbildung kann in beliebiger bekannter Weise erfolgen. So kann dank der bekannten Gestaltung des Musters des ersten Hilfsbildes beispielsweise eine herkömmliche Analyse der Bildschärfe bzw. des Bildkontrastes erfolgen.
Vorzugsweise ist bei den Varianten mit periodischem Muster vorgesehen, dass zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung wenigstens ein Punkt des ersten Hilfsbildes ermittelt wird, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes eine vorgegebene Periodenlänge oder Ortsfrequenz aufweist. Hiermit lässt sich in einfacher Weise der zweite Punkt ermitteln, da aufgrund der Neigung der ersten Hilfsebene der scharf abgebildete Bereich des ersten Hilfsbildes dort liegt, wo das Hilfsbild in der ersten Abbildung eine Periodenlänge oder Ortsfrequenz aufweist, welche der tatsächlichen Periodenlänge oder der tatsächlichen Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes entspricht.
Die lokale Periodenlänge in der ersten Abbildung lässt sich dabei aus den Abständen markanter Punkte des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung bestimmen. Solche markante Punkte stellen beispielsweise die Hell-Dunkel-Übergänge eines periodischem Schattenmusters dar, die sich in bekannter Weise identifizieren lassen. Als Kehrwert der lokalen Periodenlänge lässt sich wiederum die jeweilige lokale Ortsfrequenz bestimmen. Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen das gesamte erste Hilfsbild in der ersten Abbildung erfasst wird, genügt es dank der bekannten relativen Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes, eine auf die Länge des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung bezogene relative Ortsfrequenz zu bestimmen. Der zweite Punkt liegt dann an dem Ort, an dem diese relative Ortsfrequenz der bekannten relativen Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes entspricht.
Wie oben erwähnt, kann es sich bei dem ersten Hilfsbild um ein beliebiges geeignetes Muster handeln. Ist dieses als Gitter, beispielsweise als Streifengitter, ausgebildet, muss es hierbei kein lineares Gitter mit gleich bleibender Periodenlänge sein. Vielmehr kann es sich bei dem Hilfsbild auch um ein nichtlineares Gitter handeln, dessen lokale Periodenlänge sich nach einer vorgegebenen Funktion ändert. Hierbei versteht es sich, dass die Änderung der lokalen Periodenlänge sowohl von Streifen zu Streifen als auch abschnittsweise nach einer vorgegebenen Funktion erfolgen kann. So kann es sich beispielsweise um ein nichtlineares Streifengitter handeln, dessen lokale Periodenlänge sich von Streifen zu Streifen in Form einer arithmetischen Reihe entwickelt. Auch bei diesen Ausführungen kann aufgrund der bekannten Ortsabhängigkeit der Periodenlänge dann aus der im Bereich des zweiten Punktes vorhandenen lokalen Periodenlänge bzw. Ortsfrequenz auf dessen Lage bezüglich des ersten Punktes und damit auf Betrag und Richtung der Fokusabweichungen geschlossen werden.
Um die oben erwähnten markanten Punkte des Hilfsbildes in der ersten Abbildung einfach und zuverlässig zu bestimmen, ist bevorzugt vorgesehen, dass in der ersten Abbildung der Lichtintensitätsverlauf des Musters des ersten Hilfsbildes entlang wenigstens einer ersten Linie analysiert wird, wobei wenigstens eine erste Filterung zur Beseitigung von hochfrequenten Störanteilen vorgenommen wird, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes. Die erste Linie liegt, dabei bevorzugt parallel zur Projektion der ersten Richtung auf die Objektebene.
Bei dem ersten Hilfsbild kann es sich, wie oben erwähnt, um ein beliebiges periodisches Muster handeln. Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das erste Hilfsbild ein Streifengitterbild, welches sich aufgrund seiner einfachen Geometrie in der ersten Abbildung besonders leicht analysieren lässt.
Besonders einfach gestaltet sich die Analyse dabei, wenn das erste Hilfsbild eine besonders einfache Geometrie mit einer symmetrischen Teilung aufweist, d. h. gleiche Abstände zwischen Hell-Dunkel-Übergängen und Dunkel-Hell-Übergängen vorliegen.
Die Analyse vereinfacht sich bei vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter, bei denen die Streifen des ersten Hilfsbildes parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene der Objektiveinrichtung und der ersten Hilfsebene sind, da hierbei ein so weit wie möglich unverzerrtes erstes Hilfsbild in der ersten Abbildung erzielt wird.
Wie bereits oben erwähnt, kann das erste Hilfsbild ein beliebiges Muster aufweisen, welches die Identifizierbarkeit der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes gewährleistet. Dies ist insbesondere bei den oben genannten periodischen Mustern der Fall. Bei diesen kann sich beispielsweise um ein Graustufenmuster mit einer periodischen Variation des Graustufenwertes handeln.
Bei besonders bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit besonders einfacher Analyse der ersten Abbildung ist vorgesehen, dass das erste Hilfsbild in der ersten Hilfsebene ein binäres Muster ist. Hierbei handelt es sich bevorzugt um ein binäres Schattenmuster.
Auch hier kann die Bestimmung des scharf abgebildeten zweiten Punktes in der ersten Abbildung wiederum in beliebiger bekannter Weise erfolgen. So kann dank der bekannten Gestaltung des Musters des ersten Hilfsbildes beispielsweise eine herkömmliche Analyse der Bildschärfe erfolgen.
Bevorzugt wird dabei zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung wenigstens ein Punkt des ersten Hilfsbildes ermittelt, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes ein Kontrastmaximum aufweist.
Um dieses Kontrastmaximum einfach und zuverlässig zu bestimmen, ist auch hier bevorzugt vorgesehen, dass in der ersten Abbildung der Lichtintensitätsverlauf des Musters des ersten Hilfsbildes entlang wenigstens einer ersten Linie analysiert wird, wobei wenigstens eine erste Filterung zur Beseitigung von hochfrequenten Störanteilen vorgenommen wird, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes. Die erste Linie liegt wiederum bevorzugt parallel zur Projektion der ersten Richtung auf die Objektebene.
Bei besonders bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Verbesserung der Ergebnisse ein bereinigter Lichtintensitätsverlauf des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung ermittelt. Dieser kann bei periodischen Mustern des ersten Hilfsbildes beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass die erste Abbildung mit einer weiteren Abbildung verglichen wird, bei der das erste Hilfsbild um eine halbe Periode verschoben ist.
Bevorzugt wird zur Ermittlung des bereinigten Lichtintensitätsverlaufs ein Vergleich der ersten Abbildung mit einer durch die Objektiveinrichtung erfolgenden zweiten Abbildung des Objekts ohne darauf projiziertes erstes Hilfsbild vorgenommen. Durch Differenzbildung zwischen den Lichtintensitätsverläufen dieser beiden Abbildungen kann dann in einfacher Weise der bereinigte Lichtintensitätsverlauf ermittelt werden. Die zweite Abbildung kann dabei vor oder nach der ersten Abbildung aufgenommen werden.
Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Hilfsbild außerhalb der optischen Achse auf das Objekt projiziert wird. Hierdurch ist eine besonders einfache Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt möglich, welche ein besonders gutes Ergebnis bei der Aufnahme der ersten Abbildung ergibt, da auf die Verwendung teildurchlässiger Elemente im Strahlengang verzichtet werden kann.
Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit besonders einfacher Gestaltung der zugehörigen Anordnungen zu dessen Durchführung ist vorgesehen, dass das erste Hilfsbild nach Art einer Auflicht-Beleuchtung auf das Objekt projiziert wird. Die Einkopplung des Hilfsbildes erfolgt dabei bevorzugt zwischen der Objektiveinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung.
Bei anderen bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Hilfsbild nach Art einer Durchlicht-Beleuchtung auf das Objekt projiziert wird. Die Einkopplung des ersten Hilfsbildes erfolgt hier dann bevorzugt in der Leuchtfeldblendenebene.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Fokussierung einer optischen Anordnung, insbesondere eines Mikroskops, bei der Abbildung eines Objekts mit der eine Objektiveinrichtung zur Abbildung des Objekts umfassenden optischen Anordnung. Bei diesem Verfahren wird zunächst die Fokusabweichung ermittelt und dann in Abhängigkeit von der ermittelten Fokusabweichung der Abstand zwischen der Objektiveinrichtung und dem Objekt verändert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Fokusabweichung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Fokusabweichung ermittelt wird. Mit diesem Verfahren lassen sich die oben beschriebenen Vorteile, insbesondere die schnelle Fokussierung der optischen Anordnung, gleichermaßen realisieren, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen verwiesen werden soll.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fokussierung wird aus der ermittelten Fokusabweichung ein Geschwindigkeitsprofil für die Verstellbewegung zwischen der Objektiveinrichtung und dem Objekt ermittelt wird. Hierbei kann es sich um beliebige Geschwindigkeitsprofile handeln, die nach beliebigen vorgebbaren Kriterien ermittelt werden. So kann beispielsweise bei der Ermittlung des Geschwindigkeitsprofils die Anforderung berücksichtigt werden, dass eine minimale Belastung des Objekts oder der optischen Anordnung erfolgt. Ebenso kann die Einhaltung von Beschleunigungsgrenzen berücksichtigt werden.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fokussierung mit minimalen Taktzeiten wird das Geschwindigkeitsprofil derart ermittelt, dass sich eine minimale Verstellzeit ergibt. Hierbei kann beispielsweise ein entsprechender Minimale-Verstellzeit-Algorithmus angewendet werden.
Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zusätzlich zu dem ersten Hilfsbild ein weiteres, zweites Hilfsbild auf das Objekt projiziert wird. Dieses zweite Hilfsbild wird dabei auf eine zur Fokusebene der Objektiveinrichtung um einen vorgegebenen zweiten Neigungswinkel geneigte imaginäre zweite Hilfsebene scharf projiziert. Dieses zweite Hilfsbild kann wie das vorstehend beschriebene erste Hilfsbild ausgestaltet, erzeugt und analysiert werden. Es kann zum einen dazu genutzt werden, eine zweite Bestimmung der Richtung und Betrag der Fokusabweichung vorzunehmen, die dann zur Überprüfung der ersten Bestimmung der Richtung und Betrag der Fokusabweichung aus dem ersten Hilfsbild herangezogen wird. Hierbei kann das Muster des zweiten Hilfsbildes dem Muster des ersten Hilfsbildes entsprechen, es kann aber auch von diesem abweichen.
Das zweite Hilfsbild kann grundsätzlich an beliebiger Stelle auf das Objekt projiziert werden. Bevorzugt wird es in der Nähe des ersten Hilfsbildes, beispielsweise unmittelbar neben dem ersten Hilfsbild, auf das Objekt projiziert, wodurch es zumindest möglich ist, ein und dieselbe Projektionseinrichtung für die Erzeugung des ersten Hilfsbildes und des zweiten Hilfsbildes zu verwenden.
Der zweite Neigungswinkel der zweiten Hilfsebene kann dem ersten Neigungswinkel der ersten Hilfsebene entsprechen. Bevorzugt ist der zweite Neigungswinkel jedoch größer als der erste Neigungswinkel. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Fangbereich einer automatischen Fokussierung erhöht werden. So kann mit Hilfe des zweiten Hilfsbildes eine Grobeinstellung der Fokussierung erfolgen, während dann unter Verwendung des Hilfsbildes eine Feineinstellung erfolgt. Für die Grobeinstellung kann dabei beispielsweise ein gröberes Gitter verwendet werden als für die Feineinstellung.
Sowohl bei der Grobeinstellung als auch bei der Feineinstellung können die oben beschriebenen Vorgehensweisen zu Ermittlung von Betrag und Richtung der Fokusabweichung angewandt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine optische Anordnung, insbesondere ein Mikroskop, mit einer Objektiveinrichtung zur Abbildung eines auf einem Objektträger angeordneten Objekts, einer der Objektiveinrichtung zugeordneten Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der Abbildung des Objekts und einer mit der Aufnahmeeinrichtung verbundenen Fokussiereinrichtung. Die Fokussierungsrichtung weist eine Projektionseinrichtung zur Projektion eines ersten Hilfsbildes auf das Objekt auf. Weiterhin ist die Fokussierungsrichtung zumindest zur Bestimmung der Fokusabweichung unter Verwendung einer durch die Objektiveinrichtung erfolgenden, durch die Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen ersten Abbildung des Objekts mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Hilfsbild auf eine zur Fokusebene der Objektiveinrichtung um einen vorgegebenen ersten Neigungswinkel geneigte imaginäre erste Hilfsebene scharf projiziert ist. Das erste Hilfsbild weist weiterhin einen ersten Punkt mit einer vorgegebenen ersten Position im ersten Hilfsbild auf, der bei korrekter Fokussierung auf der Schnittlinie zwischen der Fokusebene der Objektiveinrichtung und der ersten Hilfsebene liegt. Schließlich ist das erste Hilfsbild derart ausgebildet, dass aus der ersten Abbildung die Lage eines zweiten Punktes im ersten Hilfsbild bezüglich des ersten Punktes bestimmbar ist.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Fokussiereinrichtung zur Bestimmung eines scharf abgebildeten zweiten Punktes des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung ausgebildet ist. Zudem ist die Fokussiereinrichtung zur Bestimmung der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes und zur Bestimmung der Fokusabweichung aus der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes und dem ersten Neigungswinkel der ersten Hilfsebene ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit ihr lassen sich die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile in dem selben Maße erzielen, sodass auch hier lediglich auf die obigen Ausführungen verwiesen werden soll.
Zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung ist die Fokussiereinrichtung vorzugsweise zur Ermittlung wenigstens eines Punktes des ersten Hilfsbildes ausgebildet, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes eine vorgegebene Periodenlänge oder Ortsfrequenz aufweist, wie dies bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurde.
Und bei der Analyse des Lichtintensitätsverlaufs des Musters des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung hochfrequente Störanteile zur eliminieren, weist die Fokussiereinrichtung bevorzugt wenigstens eine erste Filtereinrichtung zur Beseitigung von hochfrequenten Störanteilen auf, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes.
Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist zur einfachen Erzeugung des ersten Hilfsbildes vorgesehen, dass die Projektionseinrichtung einen ersten Hilfsbildträger mit einem dem Muster des ersten Hilfsbildes entsprechenden Projektionsmuster und eine dem ersten Hilfsbildträger zumindest zeitweise zugeordnete Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters umfasst. Hierdurch kann in einfacher Weise durch Beleuchtung des Projektionsmusters ein erstes Hilfsbild mit einem entsprechenden Muster auf das Objekt projiziert werden.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung und der erste Hilfsbildträger zumindest zeitweise im Beleuchtungs- und/oder Abbildungsstrahlengang der Anordnung angeordnet sind, um die Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt zu erzeugen. Um eine einfachere Gestaltung zu erzielen, umfasst die Projektionseinrichtung vorzugsweise jedoch eine der Beleuchtungseinrichtung und dem ersten Hilfsbildträger zugeordnete Umlenkeinrichtung, beispielsweise einen Umlenkspiegel, die zumindest zeitweise im Beleuchtungsund/oder Abbildungsstrahlengang der Anordnung angeordnet ist.
Um in einfacher Weise eine scharfe Projektion des ersten Hilfsbildes auf die imaginäre erste Hilfsebene zu erzielen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Projektionseinrichtung eine Projektionsachse aufweist und die Ebene des Projektionsmusters um eine erste Schwenkachse um den vorgegebenen ersten Neigungswinkel zur Normalebene der Projektionsachse geneigt ist.
Vorzugsweise ist die erste Schwenkachse parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene der Objektiveinrichtung und der ersten Hilfsebene. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein möglichst verzerrungsfreies erstes Hilfsbild in der ersten Abbildung erzielt. Dabei liegt die erste Schwenkachse bevorzugt in einer zur Fokusebene des Objektives konjugierten Ebene, sodass der dem ersten Punkt entsprechende Punkt des Projektionsmusters auf der ersten Schwenkachse liegt.
Um Abbildungen des Objekts ohne das erste Hilfsbild aufnehmen zu können, ist die Projektionseinrichtung bevorzugt so ausgebildet, dass das erste Hilfsbild wahlweise auf das Objekt projiziert werden kann.
Dies kann auf beliebige Weise erfolgen. Bevorzugt umfasst die Projektionseinrichtung eine Umlenkeinrichtung, die zur zumindest zeitweisen Anordnung im Projektionsstrahlengang und bei Anordnung im Projektionsstrahlengang zur Umlenkung der von dem Projektionsmuster ausgehenden Lichtstrahlen auf das Objekt ausgebildet und angeordnet ist.
Hierzu weist die Umlenkeinrichtung vorzugsweise eine zweite Schwenkachse auf, über die sie in den Projektionsstrahlengang einschwenkbar ist. Bei einer solchen Umlenkeinrichtung kann es sich beispielsweise um einen in den Projektionsstrahlengang und den Beleuchtungs- und/oder Abbildungsstrahlengang der Anordnung verschwenkbaren Umlenkspiegel oder dergleichen handeln.
Um das oben bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Streifengitter als erstes Hilfsbild zu erzeugen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Projektionsmuster ein Streifengitter ist. Dieses weist zur Erzielung der oben beschriebenen Vorteile vorzugsweise wiederum eine symmetrische Teilung auf.
Bei weiteren vorteilhaften Varianten der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung vorgesehen, dass die Fokussiereinrichtung zur Ermittlung wenigstens eines Punktes des ersten Hilfsbildes ausgebildet ist, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes ein Kontrastmaximum aufweist, wie dies oben bereits ausführlich beschrieben wurde.
Zur ebenfalls bereits oben beschriebenen Ermittlung des bereinigten Lichtintensitätsverlaufs des ersten Hilfsbildes ist bei bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung vorgesehen, dass die Fokussiereinrichtung zum Vergleich der ersten Abbildung mit einer durch die Objektiveinrichtung erfolgenden zweiten Abbildung des Objekts ohne darauf projiziertes erstes Hilfsbild ausgebildet ist.
Um eine besonders gute Qualität der ersten Abbildung zu erzielen ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Projektionseinrichtung zur Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt außerhalb der optischen Achse ausgebildet ist.
Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist die Projektionseinrichtung zur Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt nach Art einer Auflicht-Beleuchtung ausgebildet. Vorzugsweise ist die. Projektionseinrichtung dann zur Einkopplung des ersten Hilfsbildes im Abbildungsstrahlengang zwischen der Objektiveinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung ausgebildet. Hierzu kann die Projektionseinrichtung oder zumindest ein Teil von ihr zumindest zeitweise im Abbildungsstrahlengang angeordnet sein.
Bei anderen bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist die Projektionseinrichtung zur Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt nach Art einer Durchlicht-Beleuchtung ausgebildet. Bevorzugt ist die Projektionseinrichtung hierbei dann zur Einkopplung des ersten Hilfsbildes in den Objektbeleuchtungsstrahlengang in der Leuchtfeldblendenebene ausgebildet. Hierzu kann die Projektionseinrichtung oder zumindest ein Teil von ihr zumindest zeitweise im Objektbeleuchtungsstrahlengang angeordnet sein.
Um eine Autofokus-Funktion zu realisieren, weist die Fokussiereinrichtung bei vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung eine mit der Objektiveinrichtung verbundene Stelleinrichtung auf, die zur Verstellung des Abstands zwischen der Objektiveinrichtung und dem Objekt in Abhängigkeit von der ermittelten Fokusabweichung ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Stelleinrichtung zu diesem Zweck auch mit dem Objektträger verbunden sein.
Die Fokussiereinrichtung ist hierbei dann bevorzugt zur Ermittlung eines Geschwindigkeitsprofils für die, Verstellbewegung der Stelleinrichtung aus der ermittelten Fokusabweichung ausgebildet, wie dies oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits ausführlich beschrieben wurde. Vorzugsweise ist auch hier wiederum die Fokussiereinrichtung zur Ermittlung des Geschwindigkeitsprofils mit minimaler Verstellzeit ausgebildet.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung weist die Fokussiereinrichtung eine Projektionseinrichtung zur Projektion eines zweiten Hilfsbildes auf das Objekt auf, wobei das zweite Hilfsbild auf eine zur Fokusebene der Objektiveinrichtung um einen vorgegebenen zweiten Neigungswinkel geneigte imaginäre zweite Hilfsebene scharf projiziert ist. Hiermit lässt sich das oben beschriebene zweite Hilfsbild erzeugen.
Die Projektionseinrichtung zur Projektion des zweiten Hilfsbildes kann wie die oben ausführlich geschilderte Projektionseinrichtung zur Projektion des ersten Hilfsbildes ausgebildet sein. Es versteht sich hierbei, dass die Projektionseinrichtung, die zur Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt verwendet wird, auch zur Projektion des zweiten Hilfsbildes ausgebildet sein kann. Ebenso ist es natürlich auch möglich, eine gesonderte Projektionseinrichtung zur Projektion des zweiten Hilfsbildes auf das Objekt vorzusehen.
Bevorzugt umfasst die betreffende Projektionseinrichtung einen zweiten Hilfsbildträger mit einem dem Muster des zweiten Hilfsbildes entsprechenden Projektionsmuster und eine dem zweiten Hilfsbildträger zumindest zeitweise zugeordnete Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters.
Der zweite Neigungswinkel der zweiten Hilfsebene kann dem ersten Neigungswinkel der ersten Hilfsebene entsprechen. Bevorzugt ist der zweite Neigungswinkel jedoch größer als der erste Neigungswinkel. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Fangbereich einer automatischen Fokussierung die Fokussiereinrichtung erhöht werden. So kann durch die Fokussiereinrichtung mit Hilfe des zweiten Hilfsbildes eine Grobeinstellung der Fokussierung erfolgen, während dann unter Verwendung des Hilfsbildes eine Feineinstellung erfolgt. Für die Grobeinstellung kann dabei beispielsweise ein gröberes Gitter verwendet werden als für die Feineinstellung.
Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, können durch die Fokussiereinrichtung sowohl bei der Grobeinstellung als auch bei der Feineinstellung die oben beschriebenen Vorgehensweisen zu Ermittlung von Betrag und Richtung der Fokusabweichung angewandt werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine schematische Ansicht eines Details der Ausführung aus 1;
3A eine schematische Ansicht eines Projektionsmusters zur Erzeugung des ersten Hilfsbildes der Ausführung aus 1;
3B den Lichtintensitätsverlauf des ersten Hilfsbildes aus 3A in der ersten Hilfsebene;
3C den Lichtintensitätsverlauf des ersten Hilfsbildes aus 3A in der ersten Abbildung
4 eine schematische Darstellung einer Weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Form eines okularlosen Mikroskops 1, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
Das Mikroskop 1 umfasst eine Objektiveinrichtung in Form eines durch eine einzige Linse angedeuteten Objektivs 2 mit einer Fokusebene 2.1 und einer optischen Achse 2.2. Durch dieses Objektiv wird ein auf einem Objektträger 3 angeordnetes Objekt 4 auf die Detektoroberfläche 5.1 einer Abbildungseinrichtung in Form eines Detektors 5 abgebildet, der die Abbildung des Objekts 4 aufnimmt.
Das Mikroskop 1 umfasst weiterhin eine Fokussiereinrichtung 6 mit einer Projektionseinrichtung 7, einer mit dem Detektor 5 verbundenen Verarbeitungseinheit 8 und einer mit der Verarbeitungseinheit 8 und dem Objektträger 3 verbundenen Stelleinrichtung 9 zum Fokussieren des Mikroskops 1 durch Verstellen des Abstands zwischen dem Objektiv 2 und dem Objekt 4 entlang der durch den Doppelpfeil 10 angedeuteten Richtung.
Über eine mit der Verarbeitungseinheit 8 verbundene Schnittstelleneinrichtung in Form eines Computers 1.1 mit Tastatur und Monitor wird zum einen die aufgenommene Abbildung an den Benutzer des Mikroskops 1 ausgegeben. Zum anderen kann der Benutzer über die Tastatur Einfluss auf das Mikroskop nehmen. So kann er damit beispielsweise die Stelleinrichtung manuell betätigen, um eine grobe und zusätzlich oder alternativ eine feine Einstellung der Fokussierung vorzunehmen.
Um bereits automatisch eine bestimmte Grobeinstellung der Fokussierung zu erzielen ist eine mit der Verarbeitungseinheit 8 verbundene Leseeinrichtung 1.2 vorgesehen, die einen Code, beispielsweise einen Barcode, auf dem in das Mikroskop 1 eingelegten Objektträger 3 erfasst, dem eine Information über die voraussichtliche Fokuslage zu entnehmen ist. Anhand dieser Information wird dann schon vorab eine Grobeinstellung über die Stelleinrichtung 9 vorgenommen.
Mit der Projektionseinrichtung 7 wird nach Art einer Auflicht-Beleuchtung ein erstes Hilfsbild auf das Objekt 4 projiziert. Das erste Hilfsbild wird dabei scharf auf eine imaginäre erste Hilfsebene 11 projiziert, die einen vorgegebenen ersten Neigungswinkel α zur Fokusebene 2.1 des Objektivs 2 aufweist, die in der Darstellung aus 1 mit der Objektebene 4.1 zusammenfällt.
Wie in 1 durch die Kontur 11.1 angedeutet ist, wird das erste Hilfsbild damit also mit einer ersten Neigung auf das Objekt 4 projiziert. Dies führt dazu, dass in einer ersten Abbildung des Objekts 4 mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild das erste Hilfsbild nur an den ersten Punkten scharf abgebildet wird, an denen die erste Hilfsebene 11 die Fokusebene 2.1 schneidet. Alle übrigen Bereiche des ersten Hilfsbildes erscheinen in der ersten Abbildung unscharf, wobei der Grad der Unschärfe mit zunehmender Entfernung von den ersten Punkten zunimmt.
2 zeigt einen Zustand der Anordnung aus 1, bei dem die Objektebene 4.1 nicht mit der Fokusebene zusammenfällt, also eine bestimmte Fokusabweichung F vorliegt. Während bei korrekter Fokuslage, die durch die gestrichelte Linie 13 und den Punkt P1' angedeutet ist, ein erster Punkt P1' des ersten Hilfsbildes mit bekannter Lage im ersten Hilfsbild in der ersten Abbildung scharf erscheint, erscheint bei der ersten Abbildung mit der Fokusabweichung F ein zweiter Punkt P2 scharf in der ersten Abbildung. Dieser zweite Punkt P2 liegt dabei auf der Schnittlinie zwischen der ersten Hilfsebene 11 und der Fokusebene 2.1.
In der Verarbeitungseinheit 8 wird, wie weiter unten noch eingehend erläutert wird, aus der durch den Detektor 5 aufgenommenen ersten Abbildung des Objekts 4 mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild ein zweiter Punkt P2 bestimmt, der in der ersten Abbildung scharf erscheint.
Das Muster des ersten Hilfsbildes ist, wie weiter unten ebenfalls noch eingehend erläutert wird, so ausgebildet, dass in der Verarbeitungseinheit 8 aus der durch den Detektor 5 aufgenommenen ersten Abbildung des Objekts 4 mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild die Position dieses zweiten Punktes P2 bezüglich des ersten Punktes P1 des ersten Hilfsbildes bestimmt werden kann. Aus dieser Lage des zweiten Punktes P2 bezüglich des ersten Punktes P1 des ersten Hilfsbildes kann zusammen mit dem bekannten ersten Neigungswinkel α unmittelbar der Vektor F der Fokusabweichung, also Betrag und Richtung der Fokusabweichung durch die Verarbeitungseinheit 8 bestimmt werden.
Aus diesem Vektor F der Fokusabweichung berechnet die Verarbeitungseinheit 8 sofort ein Geschwindigkeitsprofil für die Stelleinrichtung 9 und steuert diese entsprechend zur Fokussierung des Mikroskops 1 an. Das Geschwindigkeitsprofil wird dabei so berechnet, dass sich eine minimale Fokussierzeit ergibt. Mit anderen Worten ist es mit der Erfindung also möglich, anhand einer einzigen ersten Abbildung des Objekts 4 mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild eine Ansteuerung der korrekten Fokuslage vorzunehmen.
Um das erste Hilfsbild auf das Objekt 4 zu projizieren weist die Projektionseinrichtung 7 eine Beleuchtungseinrichtung 7.1, einen ersten Hilfsbildträger 7.2 und eine Umlenkeinrichtung in Form eines Umlenkspiegels 7.3 auf. Durch den Umlenkspiegel 7.3 wird das erste Hilfsbild an einer vorgegebenen Position im Abbildungsstrahlengang zwischen dem Objektiv 2 und dem Detektor 5 außerhalb der optischen Achse 2.2 eingekoppelt.
Auf dem lichtdurchlässigen ersten Hilfsbildträger 7.2 ist ein binäres Muster in Form eines in einer ersten Richtung 15 periodischen Streifengitters 14 symmetrischer Teilung angeordnet, das lichtundurchlässige Streifen 14.1 aufweist, wie es im Ausschnitt schematisch in 3A dargestellt ist. Hierdurch wird auf das Objekt 4 ein binäres Schattenmuster als erste Hilfsbild projiziert.
Um das erste Hilfsbild mit dem Streifengitter scharf auf die erste Hilfsebene 11 zu projizieren ist der erste Hilfsbildträger 7.2 um den ersten Winkel α zur Normalebene 7.4 der Projektionsachse 7.5 um eine erste Schwenkachse 7.6 geneigt. Die erste Schwenkachse liegt dabei in einer zur Fokusebene 2.1 konjugierten Ebene 7.4 und verläuft parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene 2.1 und der ersten Hilfsebene 11. Die Streifen 14.1 des Streifengitters 14 verlaufen ebenfalls parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene 2.1 und der ersten Hilfsebene 11, sodass auch die Streifen des ersten Hilfsbildes hierzu parallel verlaufen und sich insgesamt eine weitestgehend verzerrungsfreie Projektion des Streifenmusters ersten Hilfsbildes auf das Objekt 4 ergibt.
Das Projektionsmuster besteht im vorliegenden Beispiel aus einem Streifengitter 14 mit 1000 Linien 14.1, wobei die Schwenkachse 7.6 in der Mitte des Streifengitters 14 auf der Linie mit der Nummer 500 liegt. Der erste Punkt P1 im ersten Hilfsbild, der bei korrekter Fokuslage scharf in der ersten Abbildung erscheint, liegt damit ebenfalls auf dieser Linie 14.1 mit der Nummer 500.
Zur Bestimmung der Position des zweiten Punktes im ersten Hilfsbild aus der ersten Abbildung wird der Lichtintensitätsverlauf des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung analysiert. Hierbei wird ein bereinigter Lichtintensitätsverlauf des ersten Hilfsbildes ermittelt, indem die erste Abbildung mit einer nach der ersten Abbildung aufgenommenen zweiten Abbildung des Objekts ohne das erste, Hilfsbild verglichen wird. Um diese zweite Abbildung zu erhalten wird der Umlenkspiegel 7.3 gesteuert durch die Verarbeitungseinheit um eine zweite Schwenkachse 7.7 aus dem, Abbildungsstrahlengang herausgeschwenkt. Es versteht sich hier im Übrigen, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass die zweite Abbildung vor der ersten Abbildung aufgenommen wurde.
Der bereinigte Lichtintensitätsverlauf wird durch eine Subtraktion der Lichtintensitätsverläufe der ersten und zweiten Abbildurig ermittelt: Es versteht sich, dass hierbei zur Reduktion des Berechnungsaufwandes nur derjenige Bereich der ersten und zweiten Abbildung berücksichtigt wird, in dem in der ersten Abbildung das erste Hilfsbild zu erwarten ist.
Während sich entlang der ersten Richtung 15 in der ersten Hilfsebene 11 ein rechteckförmiger Kontrastverlauf des ersten Hilfsbildes ergibt, wie er in 3B dargestellt ist, ergibt sich aufgrund der Neigung der ersten Hilfsebene 11 zur Fokusebene und der daraus resultierenden Unschärfe bestimmter Bereiche des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung entlang der ersten Richtung 15 ein Kontrastverlauf, wie er in 3C angedeutet ist. Das absolute Kontrastmaximum 16 kennzeichnet dabei den zweiten Punkt, an dem das erste Hilfsbild in der ersten Abbildung scharf erscheint.
Da die Lage des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung aufgrund der festen Position der Projektionseinrichtung 7 bezüglich des Objektivs 2 und des Detektors 5 nicht in Abhängigkeit von der Fokusabweichung ändert, kann aus der Stelle des Detektors 5, and der das Kontrastmaximum 16 detektiert wird unmittelbar auf die Position des zweiten Punktes P2 im ersten Hilfsbild geschlossen werden.
Um das Kontrastmaximum 16, also den maximalen Unterschied zwischen den Lichtintensitätswerten angrenzender Pixel des Detektors 5 zu ermitteln werden die Intensitätssignale eines rechteckförmigen Bereichs des Detektors 5 analysiert, der in Länge und Breite dem gesamten ersten Hilfsbild in der ersten Abbildung entspricht. Die Dimensionierung des Gitters ist dabei so auf den Detektor abgestimmt, dass das Abtasttheorem erfüllt ist, also auf eine Periode des Gitters in der ersten Abbildung wenigstens zwei Abtastungen durch jeweils ein Pixel des Detektors 5 kommen. Im vorliegenden Fall ist die Abstimmung so, dass wenigstens 10 Pixel des Detektors pro Gitterperiode vorgesehen sind.
Um das Kontrastmaximum 16 zu bestimmen werden die Intensitätssignale entlang des Bildes einer ersten Linie 17 in der Mitte des Gitters 14 analysiert. Alternativ kann auch zunächst über die Lichtintensitätssignale in einer Richtung 18 entlang der Streifen 14.1 integriert werden, um so einen Mittelwert zu erhalten, der dann analysiert wird.
Die Lichtintensitätssignale werden dann in einer Filtereinrichtung 8.1 der Verarbeitungseinheit 8 einer digitalen Filterung unterzogen, bei der unter anderem hochfrequente Störsignale herausgefiltert werden, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Gitters des Hilfsbildes in der ersten Abbildung.
Hierzu wird ein Bandpassfilter mit einer Mittenfrequenz f₀ verwendet, die der Ortsfrequenz des Streifengitters 14 auf dem Hilsbildträger 7.2 entspricht. Die Ortsfrequenz berechnet sich dabei als Kehrwert der Periodenlänge d₀ des Streifengitters 14, also dem Abstand von einem Hell-Dunkel-Übergang zum nächsten Hell-Dunkel-Übergang. Die Bandbreite des Filters wird so bestimmt, dass die oben beschriebene Filterung der Störsignale erzielt wird, ohne die Signale mit Frequenzen zu eliminieren, die von den Gittersignalen herrühren könnten.
Aus diesen gefilterten Intensitätssignalen kann dann das Kontrastmaximum 16 bestimmt werden. Verfahren zur Bestimmung des absoluten Kontrastmaximums sind an sich bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden soll.
Wie im Folgenden erläutert wird, wird bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Mikroskops, das dem Mikroskop 1 aus 1 in Aufbau und Funktion entspricht, zur Bestimmung des zweiten Punktes aus den Intensitätssignalen nicht das Kontrastmaximum ermittelt sondern entlang des Bildes der ersten Linie 17 der Ort des Streifengitterbildes in der ersten Abbildung ermittelt, an dem das Streifengitterbild eine vorgegebene relative Ortsfrequenz aufweist, die der relativen Ortsfrequenz des Streifengitters 14 auf dem ersten Hilsbildträger 7.2 entspricht.
Die relative Ortsfrequenz für einen bestimmten Bereich des Streifengitterbildes in der ersten Abbildung bestimmt ich dabei aus dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hell-Dunkel-Übergängen bezogen auf die gesamte Länge des vollständigen Streifengitterbildes in der ersten Abbildung. Weist das vollständige Streifengitterbild auf dem Detektor beispielsweise eine Länge von 10000 Pixel auf und beträgt der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hell-Dunkel-Übergängen 50 Pixel, so berechnet sich die relative Ortsfrequenz zu 200. Die relative Ortsfrequenz des Streifengitters 14 auf dem ersten Hilsbildträger kann in derselben Weise ermittelt werden.
Infolge der Neigung der ersten Hilfsebene 11 zur Fokusebene 2.1 entspricht die relative Ortsfrequenz des Streifengitterbildes nur an der Stelle der relativen Ortsfrequenz des Streifengitters 14, die in der ersten Abbildung scharf abgebildet wird, sodass hieraus die Position des zweiten Punktes P2 bestimmt werden kann.
Es versteht sich hierbei im übrigen, dass infolge der symmetrischen Teilung des Streifengitters 14, also der gleichen Breite der dunklen Streifen 14.1 und der hellen Streifen 14.2, zur Berechnung der relativen Ortsfrequenz auch der Abstand zwischen einem Hell-Dunkel-Übergang und dem nachfolgenden Dunkel-Hell-Übergang verwendet werden kann.
Um die relative Ortsfrequenz des Streifengitterbildes zu ermitteln, wird wiederum der Intensitätsverlauf des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung analysiert. Hierbei wird zunächst wieder eine Filterung mit einem 3-Punkt-Tiefpass vorgenommen, um die oben beschriebenen hochfrequenten Störsignale zu eliminieren.
Anschließend wird die erste Ableitung des Lichtintensitätsverlaufes gebildet, aus der die Lage der Kanten, also der Dunkel-Hell-Übergänge bzw. Hell-Dunkel-Übergänge, des Streifengitterbildes ersichtlich ist. Da auch diese Ableitung noch hochfrequente Störanteile enthält, wird auch sie einer Filterung mit einem Tiefpass, und zwar einem 5-Punkt-Tiefpass mit einer etwas stärkeren Glättung, unterzogen.
Die so geglättete erste Ableitung wird einer weiteren Ableitung unterzogen, welche die zweite Ableitung der Intensitätsverteilung darstellt. Diese kennzeichnet in ihren Nullstellen die Minima und Maxima der ersten Ableitung und damit die Wendepunkte des Lichtintensitätsverlaufes, die gerade den Dunkel-Hell-Übergängen bzw. Hell-Dunkel-Übergängen entsprechen. Aus deren Lage auf dem Detektor kann dann in einfacher Weise wie oben beschrieben die relative Ortsfrequenz des Streifengitterbildes und damit die Lage des zweiten Punktes P2 ermittelt werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroskops, welches sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Das Mikroskop 1' entspricht dabei in seiner grundsätzlichen Funktion demjenigen aus 1, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied besteht bei dieser Variante lediglich darin, dass die Projektionseinrichtung 7' so ausgebildet ist, dass die Projektion des ersten Hilfsbildes über eine Feldlinsenanordnung 19 auf das Objekt 4' nach Art einer Durchlicht-Beleuchtung ausgebildet ist, bei der die Einkopplung des ersten Hilfsbildes in der Leuchtfeldblendenebene erfolgt. Diese Variante eignet sich besonders für Objekte, d. h. Präparate, die im Mikroskop 1' im Durchlicht untersucht werden.
Die Bestimmung des Fokusabweichung, insbesondere die Bestimmung des zweiten Punktes des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung, sowie die Fokussierung des Mikroskops 1' erfolgt bei dieser Ausführung unter Verwendung des Detektors 5', der Verarbeitungseinheit 8' und der Stelleinheit 9' in derselben Weise, wie oben im Zusammenhang mit Mikroskop 1 aus 1 beschrieben wurde, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen verwiesen werden soll.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroskops, welches sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Das Mikroskop 1 entspricht in seiner Funktion demjenigen aus 1, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied zur Ausführung aus 1 besteht darin, dass mit der Projektionseinrichtung 7 nach Art einer Auflicht-Beleuchtung ein zweites Hilfsbild auf das Objekt 4 projiziert wird. Das zweite Hilfsbild wird dabei scharf auf eine imaginäre zweite Hilfsebene 20 projiziert, die einen vorgegebenen zweiten Neigungswinkel β zur Fokusebene 2.1 des Objektivs 2 aufweist, die in der Darstellung aus 5 mit der Objektebene 4.1 zusammenfällt.
Hierzu umfasst die Projektionseinrichtung 7 einen zweiten Hilfsbildträger 7.8, der unmittelbar neben dem ersten Hilfsbildträger 7.2 angeordnet ist. Durch den Umlenkspiegel 7.3 wird das zweite Hilfsbild an einer vorgegebenen Position im Abbildungsstrahlengang zwischen dem Objektiv 2 und dem Detektor 5 außerhalb der optischen Achse 2.2 eingekoppelt.
Auf dem lichtdurchlässigen zweiten Hilfsbildträger 7.8 ist ein binäres Muster in Form eines in einer ersten Richtung 15 periodischen Streifengitters symmetrischer Teilung angeordnet, das lichtundurchlässige Streifen aufweist, wie es im Ausschnitt schematisch in 3A dargestellt ist. Hierdurch wird auf das Objekt 4 ein binäres Schattenmuster als zweites Hilfsbild projiziert.
Um das zweite Hilfsbild mit dem Streifengitter scharf auf die zweite Hilfsebene zu projizieren ist der zweite Hilfsbildträger 7.8 um den zweiten Winkel β zur Normalebene 7.4 der Projektionsachse 7.5 um eine erste Schwenkachse 7.6 geneigt. Die erste Schwenkachse liegt dabei in einer zur Fokusebene 2.1 konjugierten Ebene 7.4 und verläuft parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene 2.1 und der zweiten Hilfsebene 20. Die Streifen des Streifengitters verlaufen ebenfalls parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene 2.1 und der ersten Hilfsebene 11, sodass auch die Streifen des zweiten Hilfsbildes hierzu parallel verlaufen und sich insgesamt eine weitestgehend verzerrungsfreie Projektion des Streifenmusters des zweiten Hilfsbildes auf das Objekt 4 ergibt.
Das Muster des zweiten Hilfsbildes ist, wie oben bereits im Zusammenhang mit dem ersten Hilfsbild ausführlich dargelegt wurde, so ausgebildet, dass in der Verarbeitungseinheit 8 aus der durch den Detektor 5 aufgenommenen ersten Abbildung des Objekts 4 mit dem darauf projizierten zweiten Hilfsbild die Position dieses zweiten Punktes P2 bezüglich des ersten Punktes P1 des zweiten Hilfsbildes bestimmt werden kann. Aus dieser Lage des zweiten Punktes P2 bezüglich des ersten Punktes P1 des zweiten Hilfsbildes kann zusammen mit dem bekannten zweiten Neigungswinkel β unmittelbar der ein zweiter Vektor F2 der Fokusabweichung, also Betrag und Richtung der Fokusabweichung durch die Verarbeitungseinheit 8 bestimmt werden.
Das Projektionsmuster des zweiten Hilfsbildträgers 7.8 besteht im vorliegenden Beispiel aus einem gröberen Streifengitter mit 500 Linien, wobei die Schwenkachse 7.6 in der Mitte des Streifengitters auf der Linie mit der Nummer 250 liegt. Der erste Punkt P1 im zweiten Hilfsbild, der bei korrekter Fokuslage scharf in der ersten Abbildung erscheint, liegt damit ebenfalls auf dieser Linie mit der Nummer 250. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung für das Projektionsmuster auch ein anderes geeignetes Muster verwendet werden kann, insbesondere kann beispielsweise auch ein nichtlineares Gitter oder dergleichen verwendet werden.
Der zweite Neigungswinkel β der zweiten Hilfsebene 7.8 ist größer als der erste Neigungswinkel α der ersten Hilfsebene 7.2. Hierdurch wird der Fangbereich einer automatischen Fokussierung durch die Fokussiereinrichtung 6 erhöht. So erfolgt durch die Fokussiereinrichtung 6 mit Hilfe des zweiten Hilfsbildes zunächst eine Grobeinstellung der Fokussierung, während dann unter Verwendung des ersten Hilfsbildes eine Feineinstellung erfolgt.
So berechnet die Verarbeitungseinheit 8 aus dem zweiten Vektor F2 der Fokusabweichung sofort ein Geschwindigkeitsprofil für die Stelleinrichtung 9 und steuert diese entsprechend zur Grobeinstellung der Fokussierung des Mikroskops 1 an. Nach dieser Grobeinstellung wird der mit Hilfe des ersten Hilfsbildes ermittelte Vektor F der Fokusabweichung in der oben im Zusammenhang mit 1 beschriebenen zur Feineinstellung der Fokussierung verwendet. Das Geschwindigkeitsprofil wird dabei jeweils so berechnet, dass sich eine minimale Fokussierzeit ergibt.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung für das Projektionsmuster auch ein anderes geeignetes Muster verwendet werden kann. So kann beispielsweise auch ein nichtlineares Gitter verwendet werden, bei dem sich die Gitterperiode in Form einer arithmetischen Reihe entwickelt. Als Beispiel sei hier ein nichtlineares Gitter genannt, dessen Periodenlänge sich von Periode zu Periode gemäß folgender Gleichung ändert: an = a1 + (n – 1)∙r,wobei: a_n = Periodenlänge der n-ten Gitterperiode,
a₁ = Periodenlänge der erste Gitterperiode,
n = Anzahl der Gitterperioden,
r = Änderung der Periodenlänge pro Gitterperiode.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Fokusabweichung bei der Abbildung eines Objekts (4; 4') mit einer optischen Anordnung (1; 1'), insbesondere einem Mikroskop, die eine Objektiveinrichtung (2; 2') zur Abbildung des Objekts (4; 4') umfasst, wobei auf das Objekt (4; 4') ein erstes Hilfsbild projiziert wird, eine durch die Objektiveinrichtung (2; 2') erfolgende erste Abbildung des Objekts (4; 4') mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild durch eine Aufnahmeeinrichtung (5; 5') aufgenommen wird und eine Analyse der ersten Abbildung zur Bestimmung der Fokusabweichung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Hilfsbild – auf eine zur Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung (2; 2') um einen vorgegebenen ersten Neigungswinkel (α) geneigte imaginäre erste Hilfsebene (11) scharf projiziert wird, – einen ersten Punkt mit einer vorgegebenen ersten Position im ersten Hilfsbild aufweist, der bei korrekter Fokussierung auf der Schnittlinie zwischen der Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung (2; 2') und der ersten Hilfsebene (11) liegt, und – derart ausgebildet ist, dass aus der ersten Abbildung die Lage eines zweiten Punktes im ersten Hilfsbild bezüglich des ersten Punktes bestimmbar ist, – in der ersten Abbildung ein scharf abgebildeter zweiter Punkt des ersten Hilfsbildes bestimmt wird, – die Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes bestimmt wird und – aus der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes und dem ersten Neigungswinkel (α) der ersten Hilfsebene die Fokusabweichung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild in der ersten Hilfsebene ein wenigstens in einer ersten Richtung (15) periodisches Muster (14) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung wenigstens ein Punkt des ersten Hilfsbildes ermittelt wird, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes eine vorgegebene Periodenlänge oder Ortsfrequenz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Abbildung der Lichtintensitätsverlauf des Musters des ersten Hilfsbildes entlang wenigstens einer ersten Linie analysiert wird, wobei wenigstens eine erste Filterung zur Beseitigung von hochfrequenten Störanteilen vorgenommen wird, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild ein Streifengitterbild (14) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild eine symmetrische Teilung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (14.1) des ersten Hilfsbildes parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene der Objektiveinrichtung und der ersten Hilfsebene sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild in der ersten Hilfsebene ein binäres Muster (14), insbesondere ein binäres Schattenmuster, ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung wenigstens ein Punkt des ersten Hilfsbildes ermittelt wird, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes ein Kontrastmaximum aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Abbildung der Lichtintensitätsverlauf des Musters des ersten Hilfsbildes entlang wenigstens einer ersten Linie analysiert wird, wobei wenigstens eine erste Filterung zur Beseitigung von hochfrequenten Störanteilen vorgenommen wird, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des bereinigten Lichtintensitätsverlaufs des ersten Hilfsbildes ein Vergleich der ersten Abbildung mit einer durch die Objektiveinrichtung (2; 2') erfolgenden zweiten Abbildung des Objekts (4; 4') ohne darauf projiziertes erstes Hilfsbild erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild außerhalb der optischen Achse (2.2) auf das Objekt (4; 4') projiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild nach Art einer Auflicht-Beleuchtung auf das Objekt projiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild nach Art einer Durchlicht-Beleuchtung auf das Objekt projiziert wird.
Verfahren zur Fokussierung einer optischen Anordnung (1; 1'), insbesondere eines Mikroskops, bei der Abbildung eines Objekts (4; 4') mit der eine Objektiveinrichtung (2; 2') zur Abbildung des Objekts (4; 4') umfassenden optischen Anordnung (1; 1'), wobei zunächst die Fokusabweichung ermittelt wird und dann in Abhängigkeit von der ermittelten Fokusabweichung der Abstand zwischen der Objektiveinrichtung (2; 2') und dem Objekt (4; 4') verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokusabweichung mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten Fokusabweichung ein Geschwindigkeitsprofil für die Verstellbewegung zwischen der Objektiveinrichtung und dem Objekt ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsprofil derart ermittelt wird, dass sich eine minimale Verstellzeit ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Hilfsbild auf das Objekt (4) projiziert wird, wobei das zweite Hilfsbild auf eine zur Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung (2) um einen vorgegebenen zweiten Neigungswinkel (β) geneigte imaginäre zweite Hilfsebene (20) scharf projiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Neigungswinkel (β) größer ist als der erste Neigungswinkel (α).
Optische Anordnung, insbesondere Mikroskop, mit einer Objektiveinrichtung (2; 2') zur Abbildung eines auf einem Objektträger (3; 3') angeordneten Objekts (4; 4'), einer der Objektiveinrichtung (2; 2') zugeordneten Aufnahmeeinrichtung (5; 5') zur Aufnahme der Abbildung des Objekts (4; 4') und einer mit der Aufnahmeeinrichtung (5; 5') verbundenen Fokussiereinrichtung (6), die eine Projektionseinrichtung (7; 7') zur Projektion eines ersten Hilfsbildes auf das Objekt (4; 4') aufweist und zumindest zur Bestimmung der Fokusabweichung unter Verwendung einer durch die Objektiveinrichtung (2; 2') erfolgenden, durch die Aufnahmeeinrichtung (5; 5') aufgenommenen ersten Abbildung des Objekts (4; 4') mit dem darauf projizierten ersten Hilfsbild ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Hilfsbild – auf eine zur Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung (2; 2') um einen vorgegebenen ersten Neigungswinkel (α) geneigte imaginäre erste Hilfsebene (11) scharf projiziert ist, – einen ersten Punkt mit einer vorgegebenen ersten Position im ersten Hilfsbild aufweist, der bei korrekter Fokussierung auf der Schnittlinie zwischen der Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung und der ersten Hilfsebene (11) liegt, und – derart ausgebildet ist, dass aus der ersten Abbildung die Lage eines zweiten Punktes im ersten Hilfsbild bezüglich des ersten Punktes bestimmbar ist, und – die Fokussiereinrichtung (6) – zur Bestimmung eines scharf abgebildeten zweiten Punktes des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung ausgebildet ist, – zur Bestimmung der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes ausgebildet ist und – zur Bestimmung der Fokusabweichung aus der Lage des zweiten Punktes bezüglich des ersten Punktes und dem ersten Neigungswinkel (α) der ersten Hilfsebene ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild in der ersten Hilfsebene ein wenigstens in einer ersten Richtung (15) periodisches Muster aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung die Fokussiereinrichtung (6) zur Ermittlung wenigstens eines Punktes des ersten Hilfsbildes ausgebildet ist, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes eine vorgegebene Periodenlänge oder Ortsfrequenz aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (6) zur Analyse des Lichtintensitätsverlaufs des Musters des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung der entlang wenigstens einer ersten Linie ausgebildet ist, wobei wenigstens eine erste Filtereinrichtung zur Beseitigung von hochfrequenten Störanteilen vorgesehen ist, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (7; 7') einen ersten Hilfsbildträger (7.2) mit einem dem Muster des ersten Hilfsbildes entsprechenden Projektionsmuster (14) und eine dem ersten Hilfsbildträger (7.2) zumindest zeitweise zugeordnete Beleuchtungseinrichtung (7.1) zur Beleuchtung des Projektionsmusters (14) umfasst.
Optische Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (7; 7') eine Projektionsachse (7.5) aufweist und die Ebene des Projektionsmusters (14) um eine erste Schwenkachse (7.2) um den vorgegebenen ersten Neigungswinkel zur Normalebene (7.4) der Projektionsachse (7.5) geneigt ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwenkachse (7.6) parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung und der Hilfsebene (11) ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (7; 7') eine Umlenkeinrichtung (7.3) umfasst, die zur zumindest zeitweisen Anordnung im Projektionsstrahlengang und bei Anordnung im Projektionsstrahlengang zur Umlenkung der von dem Projektionsmuster (14) ausgehenden Lichtstrahlen auf das Objekt (4; 4') ausgebildet und angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung eine zweite Schwenkachse (7.7) aufweist, über die sie in den Projektionsstrahlengang einschwenkbar ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmuster ein Streifengitter (14) ist, das insbesondere eine symmetrische Teilung aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (14.1) des ersten Hilfsbildes parallel zur Schnittlinie zwischen der Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung und der Hilfsebene (11) sind.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfsbild in der Hilfsebene ein binäres Schattenmuster ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des zweiten Punktes aus der ersten Abbildung die Fokussiereinrichtung (6) zur Ermittlung wenigstens eines Punktes des ersten Hilfsbildes ausgebildet ist, an dem das Muster des ersten Hilfsbildes ein Kontrastmaximum aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (6) zur Analyse des Lichtintensitätsverlaufs des Musters des ersten Hilfsbildes in der ersten Abbildung der entlang wenigstens einer ersten Linie ausgebildet ist, wobei wenigstens eine zweite Filtereinrichtung zur Beseitigung von hochfrequenten Störanteilen vorgesehen ist, deren Frequenz deutlich höher ist als die maximale Ortsfrequenz des Musters des ersten Hilfsbildes.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des bereinigten Lichtintensitätsverlaufs des ersten Hilfsbildes die Fokussiereinrichtung (6) zum Vergleich der ersten Abbildung mit einer durch die Objektiveinrichtung (2; 2') erfolgenden zweiten Abbildung des Objekts (4; 4') ohne darauf projiziertes erstes Hilfsbild ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (7; 7') zur Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt außerhalb der optischen Achse (2.1) ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (7) zur Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt nach Art einer Auflicht-Beleuchtung ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (7) zur Einkopplung des ersten Hilfsbildes in den Abbildungsstrahlengang zwischen der Objektiveinrichtung (2) und der Aufnahmeeinrichtung (5) ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das die Projektionseinrichtung (7') zur Projektion des ersten Hilfsbildes auf das Objekt nach Art einer Durchlicht-Beleuchtung ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass Projektionseinrichtung (7') zur Einkopplung des ersten Hilfsbildes in den Objektbeleuchtungsstrahlengang in der Leuchtfeldblendenebene ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (6) eine mit der Objektiveinrichtung und/oder dem Objektträger (3; 3') verbundene Stelleinrichtung (9; 9') aufweist, die zur Verstellung des Abstands zwischen der Objektiveinrichtung (2; 2') und dem Objekt (4; 4') in Abhängigkeit von der ermittelten Fokusabweichung ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (6) zur Ermittlung eines Geschwindigkeitsprofils für die Verstellbewegung der Stelleinrichtung (9; 9') aus der ermittelten Fokusabweichung ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (6) zur Ermittlung des Geschwindigkeitsprofils mit minimaler Verstellzeit ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass Fokussiereinrichtung (6) eine Projektionseinrichtung (7) zur Projektion eines zweiten Hilfsbildes auf das Objekt (4) aufweist, wobei das zweite Hilfsbild auf eine zur Fokusebene (2.1) der Objektiveinrichtung (2) um einen vorgegebenen zweiten Neigungswinkel (β) geneigte imaginäre zweite Hilfsebene (20) scharf projiziert ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung (7) einen zweiten Hilfsbildträger (7.8) mit einem dem Muster des zweiten Hilfsbildes entsprechenden Projektionsmuster und eine dem zweiten Hilfsbildträger (7.8) zumindest zeitweise zugeordnete Beleuchtungseinrichtung (7.1) zur Beleuchtung des Projektionsmusters umfasst.
Optische Anordnung nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Neigungswinkel (β) größer ist als der erste Neigungswinkel (β).