DE29621092U1 - Arrangement for incident light object lighting - Google Patents
Arrangement for incident light object lightingInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Auflicht-Objektbeleuchtung für ein optisches Meß- oder Beobachtungsgerät, mit mehreren einzelnen Beleuchtungsquellen, die in einem mindestens zweidimensionalen Array um das Objektiv des Gerätes herum angeordnet sind, wobei das geometrische Zentrum des Arrays in der Objektivstrahlachse liegt und die Beleuchtungsrichtungen der einzelnen Beleuchtungsquellen gegen die Objektivstrahlachse geneigt und auf das Objekt gerichtet sind.The invention relates to an arrangement for incident light object illumination for an optical measuring or observation device, with several individual illumination sources which are arranged in an at least two-dimensional array around the lens of the device, wherein the geometric center of the array lies in the lens beam axis and the illumination directions of the individual illumination sources are inclined against the lens beam axis and directed towards the object.
In der optischen Gerätetechnik ist eine Vielzahl von Beleuchtungssystemen bekannt, bei denen sowohl die Auflicht-Hellfeld-Beleuchtung als auch die Auflicht-Dunkelfeld-Beleuchtung zur Anwendung kommen. Die Dunkelfeld-Beleuchtungen sind entweder als Ringlicht, als Ringlicht mit verstellbarem Einfallswinkel oder als Sektorenbeleuchtung ausgeführt. Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist der verhältnismäßig geringe Einfallswinkel des Lichtes auf eine zu beleuchtende Objektoberfläche. Dabei treten bei der Betrachtung von gekrümmten Oberflächen unter den genannten Beleuchtungsbedingungen die Leuchtflächen der Lichtquellen als lichtintensive Reflexe auf der Objektoberfläche in Erscheinung. Außerdem ergeben sich bei strukturierten Oberflächen Abschattungsprobleme, die eine gleichmäßige Ausleuchtung tiefergelegener Regionen verhindern. In beiden Fällen kann eine meßtechnische Auswertung zu fehlerhaften Ergebnissen führen.In optical device technology, a large number of lighting systems are known in which both incident light bright field lighting and incident light dark field lighting are used. Dark field lighting is designed either as a ring light, as a ring light with an adjustable angle of incidence or as sector lighting. The disadvantage of the known solutions is the relatively low angle of incidence of the light on the object surface to be illuminated. When viewing curved surfaces under the lighting conditions mentioned, the luminous surfaces of the light sources appear as light-intensive reflections on the object surface. In addition, structured surfaces cause shading problems that prevent even illumination of deeper regions. In both cases, a measurement evaluation can lead to incorrect results.
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So ist in der DE PS 39 40 383 eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Mikroskopanordnung dargestellt, die eine Lichtquelle mit Glasfaserleitern und einem Reflektor umfaßt, der zwischen der Objektivlinse und dem zubeobachtenden Objekt angeordnet ist. Der Reflektor ist topfförmig ausgebildet, weist objektivseitig eine Zentralöffnung auf und erweitert sich zum Objektiv hin. Das Licht der Lichtquelle ist seitlich durch die Wand des Reflektors geführt. Streulicht von der Innenwand des Reflektors beleuchtet das Objekt indirekt. Die Seitenwand des Reflektors weist eine oder mehrere Öffnungen zur Aufnahme eines oder mehrerer Glasfaser-Lichtleiter auf, welche das Licht der Lichtquelle auf die Innenseite des Reflektors übertragen. Die Innenseite der Reflektorwand ist diffus reflektierend hell eingefärbt. Diese Beleuchtungsvorrichtung kann die oben beschriebenen Nachteile der Abschattung bei strukturierten Oberflächen nicht vollständig aufheben, da immer noch ein Teil des Glasfaserlichtes direkt auf das Objekt trifft. Dazu kommt der weitere Nachteil der notwendig großen Bauhöhe des Reflektors, wodurch dem Erfordernis einer kompakten Gerätkonstruktion nicht entsprochen wird.For example, DE PS 39 40 383 shows a lighting device for a microscope arrangement that includes a light source with glass fiber conductors and a reflector that is arranged between the objective lens and the object to be observed. The reflector is pot-shaped, has a central opening on the objective side and widens towards the objective. The light from the light source is guided laterally through the wall of the reflector. Scattered light from the inner wall of the reflector illuminates the object indirectly. The side wall of the reflector has one or more openings for receiving one or more glass fiber light guides that transmit the light from the light source to the inside of the reflector. The inside of the reflector wall is colored light to diffusely reflect. This lighting device cannot completely eliminate the disadvantages of shadowing on structured surfaces described above, since part of the glass fiber light still hits the object directly. In addition, there is the further disadvantage of the necessarily large height of the reflector, which means that the requirement for a compact device design is not met.
Aus der DE-OS 39 06 555 ist eine Auf licht-Objektbeleuchtungseinrichtung bekannt, die mit mehreren einzelnen schaltbaren Lichtquellen (Selbstleuchter, Glasfasern oder rückseitig beleuchtete Blenden) ausgestattet ist. Die Lichtquellen sind in mehreren konzentrischen Kreisen in unterschiedlichen Ebenen angeordnet, aus denen das Licht mit unterschiedlichen Strahlachsen abgestrahlt wird bzw. werden kann. Die Lichtquellen in den unterschiedlichen Ebenen weisen verschiedene Neigungen relativ zum Objektivstrahlengang auf, wodurch eine Variation des Beleuchtungswinkels möglichFrom DE-OS 39 06 555, a point-of-view object lighting device is known which is equipped with several individual switchable light sources (self-illuminating, glass fibers or back-lit apertures). The light sources are arranged in several concentric circles in different planes, from which the light is or can be emitted with different beam axes. The light sources in the different planes have different inclinations relative to the objective beam path, which makes it possible to vary the angle of illumination.
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ist, wenn Lichtquellen unterschiedlicher Ebenen gesondert und unabhängig von einander eingeschaltet sind. Durch das Umschalten von Beleuchtungsquellen einer Ebene auf Beleuchtungsquellen einer anderen Ebene ist die Variation des Beleuchtungswinkels möglich. Auch diese Anordnung beseitigt nicht die oben angegebenen Nachteile des Standes der Technik, nämlich das Entstehen lichtintensiver Reflexe auf der Objektoberfläche und Abschattungsprobleme bei strukturierten Objektoberflächen.is when light sources on different levels are switched on separately and independently of one another. By switching from lighting sources on one level to lighting sources on another level, the angle of illumination can be varied. This arrangement also does not eliminate the disadvantages of the state of the art mentioned above, namely the creation of light-intensive reflections on the object surface and shading problems on structured object surfaces.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Auflicht-Objektbeleuchtungseinrichtung der oben beschriebene Art so weiterzubilden, daß unter Beibehaltung der vorteilhaften Nutzung von Lichtleitern, die symmetrisch um einen Objektivstrahlengang herum angeordnet sind, Reflexe und/oder Abschattungen vermieden werden.The invention is based on the object of developing an arrangement for incident light object illumination of the type described above in such a way that reflections and/or shadows are avoided while retaining the advantageous use of light guides arranged symmetrically around an objective beam path.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Beleuchtungsstrahlengang zwischen den Beleuchtungsquellen und dem Objekt eine Streuscheibe vorgesehen ist, durch die verhindert ist, das Licht der im Array angeordneten Beleuchtungsquellen unmittelbar auf das Objekt trifft und daß die Streuscheibe in ihrem Zentrum eine Öffnung für den Objektivstrahlengang aufweist, die so bemessen ist, daß der Objektivs tr ahl engang unbeeinflußt durch die Streuscheibe auf das Objekt trifft.According to the invention, the object is achieved in that a diffuser is provided in the illumination beam path between the illumination sources and the object, which prevents the light from the illumination sources arranged in the array from directly striking the object and in that the diffuser has an opening in its center for the objective beam path, which is dimensioned such that the objective beam path strikes the object unaffected by the diffuser.
Mit der vorliegenden Erfindung wird erreicht, daß diffuses Licht unter einem großen Winkelbereich von nahezu 0°-90° ringförmig auf die Objektoberfläche fällt und damit Reflexe und/oder Abschattungen vermieden werden, die gegebenenfalls Beobachtungs- und Meßergebnisse verfälschen wurden.The present invention ensures that diffuse light falls on the object surface in a ring shape over a large angle range of almost 0°-90°, thus avoiding reflections and/or shadows that could potentially distort observation and measurement results.
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Günstige Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sehen vor, daß die Streuscheibe rechtwinklig zum Objektivstrahlengang ausgerichtet und/oder parallel zum Objektivstrahlengang beweglich angeordnet ist. Aufgrund der verschiebbaren Anordnung der Streuscheibe relativ zum Objektivstrahlengang ist gewährleistet, daß einerseits die Ausleuchtung der Streuscheibe optimal gestaltet werden kann und andererseits, in Abhängigkeit des Abstandes der Streuscheibe vom Objekt, der Raumwinkel der Objektbeleuchtung variiert werden kann.Favorable design variants of the invention provide that the diffuser is aligned at right angles to the objective beam path and/or is arranged so that it can move parallel to the objective beam path. Due to the movable arrangement of the diffuser relative to the objective beam path, it is ensured that, on the one hand, the illumination of the diffuser can be optimally designed and, on the other hand, depending on the distance of the diffuser from the object, the solid angle of the object illumination can be varied.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die einzelnen Beleuchtungsquellen des Arrays durch Austrittsöffnungen von Lichtleitfasern gebildet sind, die mit mindestens einer Strahlungsquelle in Verbindung stehen. Der Einsatz von Lichtleitfasern gewährleistet einen einfachen Aufbau der Anordnung, indem einzelne Lichtleitfasern bzw. die Enden der Lichtleitfasern mit ihren Austrittsöffnungen in unterschiedlichsten Anordnungen im Array gruppiert werden können, wobei jede Austrittsöffnung für sich als Beleuchtungsquelle für das Objekt wirkt. Dabei können die Lichtleitfasern mit einer oder wahlweise auch mit mehreren Lichtquellen in Verbindung stehen, deren Strahlung durch die Lichtleitfasern übertragen werden und von deren Austrittsöffnungen zum Objekt gelangen.A particularly advantageous embodiment of the invention is that the individual illumination sources of the array are formed by exit openings of optical fibers that are connected to at least one radiation source. The use of optical fibers ensures a simple structure of the arrangement, in that individual optical fibers or the ends of the optical fibers with their exit openings can be grouped in the array in a wide variety of arrangements, with each exit opening acting as an illumination source for the object. The optical fibers can be connected to one or optionally to several light sources, the radiation of which is transmitted through the optical fibers and reaches the object from their exit openings.
So können vorteilhafterweise vier Lichtleitfasern um 90° zueinander versetzt um den Objektivstrahlengang verteilt angeordnet sein, wobei die einzelnen Lichtleiter mit ihren Austrittsenden unter einem Winkel &agr;, welcher der Neigung der Beleuchtungsrichtung gegen die Objektivstrahlachse ent-Thus, four optical fibers can advantageously be arranged around the lens beam path, offset by 90° to one another, with the individual optical fibers being arranged with their exit ends at an angle α, which corresponds to the inclination of the illumination direction against the lens beam axis.
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spricht, in Lichtleiterhülsen aufgenommen und die Lichtleiterhülsen mechanisch fest mit einem Hülsenträger verbunden seien. Damit sind die Lichtleiter unverrückbar in einer Arrayanordnung mit dem Hülsenträger verbunden und können, sofern eine entsprechende Einrichtung vorgesehen ist, mit diesem parallel zum Objektivstrahlengang verschoben werden, so daß eine ringförmige, diffuse Beleuchtung des Objektes gewährleistet ist.are housed in light guide sleeves and the light guide sleeves are mechanically connected to a sleeve carrier. The light guides are thus immovably connected to the sleeve carrier in an array arrangement and, if a corresponding device is provided, can be moved with it parallel to the lens beam path, so that a ring-shaped, diffuse illumination of the object is guaranteed.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zusätzlich zu den Beleuchtungsquellen im Array eine weitere Lichtquelle zur Auflichtbeleuchtung des Objektes sowie Mittel vorgesehen sind, die zur Einkopplung des Strahlenganges dieser Lichtquelle in den Objektivstrahlengang dienen. Damit ist zusätzlich zu der diffusen Beleuchtung durch die Beleuchtungsquellen des Arrays eine Auflicht-Hellfeld-Beleuchtung möglich, wobei zweckmäßigerweise die Helligkeit der Arraybeleuchtungsquellen und der Lichtquelle für die Auflicht-Hellfeld-Beleuchtung getrennt regelbar sein sollten.A further advantageous embodiment of the invention provides that, in addition to the illumination sources in the array, a further light source is provided for incident illumination of the object, as well as means for coupling the beam path of this light source into the objective beam path. In addition to the diffuse illumination by the illumination sources of the array, incident brightfield illumination is thus possible, whereby the brightness of the array illumination sources and the light source for incident brightfield illumination should expediently be separately controllable.
Zur Realisierung der im Array angeordneten Beleuchtungsquellen können grundsätzlich auch andere Strahlungsquellen verwendet werden, wie z.B. Glühlampen, LED's usw..In principle, other radiation sources can also be used to create the lighting sources arranged in the array, such as light bulbs, LEDs, etc.
Funktionswesentlich und demzufolge bei der konstruktiven Ausführung zu beachten ist die Größe der Öffnung in der Streuscheibe, die so bemessen sein muß, daß sie einerseits keine Beschneidung des Bildfeldes, welches zur Beobachtung bzw. zur Vermessung des Objektes dient, verursacht, andererseits aber gewährleisten muß, daß innerhalb des ,Bildfeldes kein Licht direkt auf das Objekt gelangt.The size of the opening in the diffuser is essential to the function and must therefore be taken into account in the design. It must be dimensioned in such a way that, on the one hand, it does not cause any cropping of the image field used for observing or measuring the object, but on the other hand it must ensure that no light reaches the object directly within the image field.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows:
Fig.l eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen AnordnungFig.l a basic representation of the arrangement according to the invention
In Fig.l sind mehrere einzelne Beleuchtungsquellen in Form der Austrittsenden 11 von Lichtleitfasern 3 in einem zweidimensionalen Array um das Objektiv 1 herum angeordnet. Das geometrische Zentrum dieser Array-Anordnung von Beleuchtungsquellen liegt in der Objektivstrahlachse 2. Die Beleuchtungsrichtung der einzelnen Beleuchtungsquellen ist gegen die Objektivstrahlachse 2 um einen Winkel &agr; geneigt und auf das Objekt 5 gerichtet. Im Beleuchtungsstrahlengang 4 des von den Austrittsenden 11 ausgehenden Lichtes ist eine Streuscheibe 6 vorgesehen, die rechtwinklig zum Objektivstrahlengang 8 ausgerichtet ist.In Fig.l, several individual illumination sources in the form of the exit ends 11 of optical fibers 3 are arranged in a two-dimensional array around the lens 1. The geometric center of this array arrangement of illumination sources is in the lens beam axis 2. The illumination direction of the individual illumination sources is inclined against the lens beam axis 2 by an angle α and directed at the object 5. In the illumination beam path 4 of the light emanating from the exit ends 11, a diffusion disk 6 is provided, which is aligned at right angles to the lens beam path 8.
Die Streuscheibe &dgr; ist wie die Array-Anordnung der Beleuchtungsquellen zentrisch zur Objektivstrahlachse 2 angeordnet. In ihrem Zentrum weist die Streuscheibe 6 eine Öffnung 7 auf, die so bemessen ist, daß der Objektivstrahlengang 8 unbeeinflußt durch die Streuscheibe 6 hindurch auf das Objekt 5 trifft.The diffusion disk δ, like the array arrangement of the illumination sources, is arranged centrally to the objective beam axis 2. In its center, the diffusion disk 6 has an opening 7 which is dimensioned such that the objective beam path 8 passes through the diffusion disk 6 unaffected and hits the object 5.
Die Streuscheibe 6 ist mittels einer mechanischen Halterung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, parallel zum Objektivstrahlengang 8 in Richtung auf das Objektiv 1 bzw. in Richtung auf das Objekt 5 verschiebbar angeordnet.The diffusion screen 6 is arranged so as to be displaceable parallel to the objective beam path 8 in the direction of the objective 1 or in the direction of the object 5 by means of a mechanical holder, which is not shown in the drawing.
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Das Array der Beleuchtungsquellen weist insgesamt vier Austrittsenden 11 von Lichtleitfasern 3 auf, die um 90° zueinander versetzt am Umfang des Objektivstrahlenganges 8 verteilt sind. Dabei sind die einzelnen Austrittsenden 11 unter dem Winkel &agr; in Lichtleiterhülsen 12 aufgenommen, die mechanisch fest mit einem Hülsenträger 13 verbunden sind.The array of illumination sources has a total of four exit ends 11 of optical fibers 3, which are distributed at 90° to one another around the circumference of the objective beam path 8. The individual exit ends 11 are accommodated at the angle α in optical fiber sleeves 12, which are mechanically firmly connected to a sleeve carrier 13.
Zusätzlich zu den Beleuchtungsquellen, die im Array angeordnet sind, sind eine weitere Lichtquelle 9 sowie ein Strahlteiler 10 vorgesehen, der zur Einkopplung des Strahlenganges der Lichtquelle 9 in den Objektivstrahlengang 8 dient. Die Einkopplung des Strahlenganges der Lichtquelle 9 in den Objektivstrahlengang 8 erfolgt in Strahlungsrichtung vor dem Objektiv 1 und damit vor der Streuscheibe 6.In addition to the lighting sources arranged in the array, a further light source 9 and a beam splitter 10 are provided, which serves to couple the beam path of the light source 9 into the objective beam path 8. The coupling of the beam path of the light source 9 into the objective beam path 8 takes place in the radiation direction in front of the objective 1 and thus in front of the diffuser 6.
Durch die Streuscheibe 6 ist verhindert, daß das Beleuchtungslicht der von den Austrittsenden 11 ausgehenden Strahlung unmittelbar auf das Objekt 5 trifft. Zur Beleuchtung des Objektes 5 kann wahlweise entweder nur das aus den Austrittsenden 11 austretende und indirekt auf das Objekt 5 auftreffende Licht oder die von der Lichtquelle 9 ausgehende Strahlung, die als direktes Licht auf das Objekt 5 trifft, genutzt werden. Die Beleuchtung vom Array kann, wenn die Lichtleitfasern von mehreren einzelnen Quellen gespeist werden, aus unterschiedlichen Richtungen mit unterschiedlicher Helligkeit erfolgen, indem die einzelnen Quellen unterschiedlich angesteuert werden. Auch die Kombination aus beiden Beleuchtungsvarianten mit einer getrennten Regelung der Helligkeit für die Lichtquelle 9 einerseits und die Lichtleitfasern 3 andererseits ist denkbar. In Ab-The diffuser 6 prevents the illumination light from the radiation emanating from the exit ends 11 from directly striking the object 5. To illuminate the object 5, either only the light emerging from the exit ends 11 and indirectly striking the object 5 or the radiation emanating from the light source 9, which strikes the object 5 as direct light, can be used. If the optical fibers are fed by several individual sources, the illumination from the array can be from different directions with different brightness by controlling the individual sources differently. The combination of both illumination variants with separate brightness control for the light source 9 on the one hand and the optical fibers 3 on the other is also conceivable. In
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hängigkeit von der Größe der Streuscheibe 6 und deren Ausleuchtung und in Abhängigkeit des Abstandes a der Streuscheibe 6 vom Objekt 5 kann eine Objektbeleuchtung durch indirektes Licht bis zu einem relativ großen Raumwinkel von 0° bis nahe 90° erreicht werden.Depending on the size of the diffuser 6 and its illumination and depending on the distance a of the diffuser 6 from the object 5, object illumination can be achieved by indirect light up to a relatively large solid angle of 0° to almost 90°.
Die in dieser Weise einfach aufgebaute Anordnung ermöglicht die diffuse Ausleuchtung von Oberflächenstrukturen auf dem Objekt 5, ohne daß dabei Abschattungsprobleme auftreten. Insofern sind durch die Erfindungen die Voraussetzungen für eine präzise meßtechnische Auswertung und/oder Beobachtung der Oberfläche des Objektes 5 gegeben.The arrangement, which is simply constructed in this way, enables the diffuse illumination of surface structures on the object 5 without causing shading problems. In this respect, the inventions provide the prerequisites for a precise measurement-based evaluation and/or observation of the surface of the object 5.
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1 Objektiv1 lens
2 Objektivstrahlachse2 Lens beam axis
3 Lichtleitfasern3 optical fibers
4 Beleuchtungsstrahlengang4 Illumination beam path
5 Obj ekt5 Object
6 Streuscheibe6 Diffuser
7 Öffnung7 Opening
8 Objektivstrahlengang8 Objective beam path
9 Lichtquelle9 Light source
10 Strahlteiler10 beam splitters
11 Austrittsenden11 exit ends
12 Lichtleiterhülsen12 light guide sleeves
13 Hülsenträger13 sleeve carriers
&agr; Winkel &agr; angle
a Abstanda distance
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Claims (7)
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| DE29621092U1 true DE29621092U1 (en) | 1997-01-23 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE29621092U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0969304A3 (en) * | 1998-07-02 | 2000-02-23 | Photonic Optics, Optische Geräte GmbH & Co. KG | Optical adapter |
| DE102006018410A1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-10-25 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Contrast enhancement device for ring light illuminators |
| DE102008028490A1 (en) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Illumination arrangement for TIRF microscopy |
-
1996
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Legal Events
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| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20030701 |