"Устройство автоматической наводки на резкость системы "объектив микроскопа - объект" Советский патент 1993 года по МПК G01M11/00 G01B9/02 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для автофокусировки в микроскопах.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона фокусировки.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства автофокусировки; на фиг. 2 - оптическая система; на фиг. 3 - блок-схема нормирующего преобразователя.

Устройство автофокусировки (фиг.1) содержит объектив 1 микроскопа, столик 2 с образцом 3, оптическую систему 4, оптически связанную с образцом 3 и выполненную в виде интерферометра перемещения без переноса спектра сигнала, блок 5 формирования управляющего напряжения, содержащий последовательно соединенные нормирующий преобразователь 6, ключ 7 задания фокуса, реверсивный счетчик 8, схему 9 сравнения и схему 10 управления приводом 11 столика 2.

Оптическая система (фиг,2), выполненная в виде интерферометра без переноса спектра сигнала, содержит оптически связанные лазер 12, светоделительный кубик 13, две фазовые пластимки 14 и 15, уголковый отражатель 16, зеркало 17, светоделительный кубик 18, поляроиды 19 и 20, фотоприемники 21 и 22. зеркало 23.

Нормирующий преобразователь (фиг.З), содержит усилители 24 и 25, выходы которых соединены с входами формирователей 26 и 27 прямоугольных импульсов, выходы которых соединены с входами формирова00

ю о о о

VI

еля 28 счетных импульсов и определения направления смещения фокуса объектива.

Способ и работа устройства осуществяются следующим образом.

Фокус объектива (фиг.1) инфракрасного ИК) микроскопа (не показан) совмещают с выбранной плоскостью автофокусировки, параллельной поверхности образца 3. Это достигается путем перемещения по оси стоика 2 или объектива 1. Выбор плоскости автофокусировки производится, например, визуально по неоднородности поверхности образца 3 или по неоднородностям его внутренней структуры. Затем облучают поверхность образца 3 информационным лучом, генерируемым лазером 12(фиг.2). Принятие фазы луча, отраженного от поверхности образца 3 за исходную, осуществляется путем установления связи между фазой и содержимым реверсивного счетчика 8 посредством оптической системы 4 (фиг.11, выполненной в виде интерферометра перемещения без переноса спектра сигнала, нормирующего преобразователя 6 и ключа 7 задания фокуса. Для этого на управляющий вход ключа 7 задания фокуса подают управляющий сигнал, в результате чего ключ 7 выбора фокуса коммутирует выходы нормирующего преобразователя 6 и соответствующие входы реверсивного счетчика 8. При этом в реверсивный счетчик 8 и схему 9 сравнения предварительно записаны числа, соответствующие половине объема реверсивного счетчика 8. Преобразование изменения фазы отраженного от поверхности образца 3 информационного луча при дефокусировке объектива 1 микроскопа в первую или вторую последовательности электрических импульсов, в зависимости от направления дефокусировки объектива 1 микроскопа, осуществляют посредством оптической системы 4 и нормирующего преобразователя 6. Для этого исходный луч. генерируемый лазером 12, делится в свето- делительном кубике 13 на опорный и информационный лучи. Информационный луч, пройдя фазовую пластинку 14, направляется на поверхность образца 3 посредством зеркала 17. Отраженный от поверхности образца 3 и зеркала 23, расположенного пер- пендикулярно оптической оси информационного луча, направляется све- тоделительным кубиком 18 всветоделитель- ный кубик 13, где на его внутренней грани разделяется на два взаимно перпендикулярных луча. Опорный луч, пройдя фазовую пластинку 15, направляется уголковым отражателем 16 в светоделительный кубик 13, где он также разделяется на два взаимно перпендикулярных лучэ, совпадающих с лучами, полученными при делении отраженного информационного луча. Пройдя поляроиды 19 и 20, полученные таким образом лучи рекомбинируют. Фотоприемники 21 и

22 преобразуют интенсивности падающего на них света в электрические синусоидальные сигналы. Введение фазовых пластин 14 и 15 и поляроидов 19 и 20 необходимо для того, чтобы получить интерферирующие лучи, разность фаз между изменениями интен- сивностей которых составляет 90°, причем фаза интенсивности одного интерферирующего луча будет опережать или отставать от фазы интенсивности другого интерферирующего луча, в зависимости от направления смещения фокуса объектива 1 микроскопа по оси. Это свойство используется для определения направления смещения фокуса объектива 1 микроскопа. Далее синусоидальные сигналы с фотоприемников 21 и 22 поступают на усилители 24 и 25 нормирующего преобразователя б (фиг.З), которые усиливают их до необходимых для работы формирователей 26 и 27 прямоугольных импульсов напряжения. Прямоугольные импульсы, полученные на выходах формирователей 26 и 27, поступают на первый и второй входы формирователя 28 счетных импульсов и определения направления

смещения фокуса объектива 1 микроскопа по оси, который формирует последовательность счетных импульсов напряжения через каждые п I 4 изменения фазы отраженного информационного луча. За счет этого разрешающая способность автофокусирующего устройства повышается до А/8, гдеЯ- длина волны лазера 12. Счетные импульсы появляются на первом или на втором выходе формирователя 28, в зависимости отсоотношения фаз интерферирующих лучей. Счетные импульсы через ключ 7 выбора фокуса поступают на первый или второй входы реверсивного счетчика 8, который суммирует число импульсов, поступивших на первый

входили вычитает число импульсов,поступив- ших на второй вход из числа предварительно записанного в нем и соответствующего положению фокуса объектива 1 в плоскости автофокусировки. Определение направления и

степени дефокусировки осуществляется посредством схемы 9 сравнения. Полученное в результате сложения или вычитания число, представленное в двоичном коде, поступает на схему 9 сравнения. Схема 9 с записанным

в ней числом сравнивает полученное. В случае, если число, пришедшее с реверсивного счетчика 8,больше числа, записанного в схеме 9 сравнения, что соответствует положительной разности количества импульсов в последовательностях, то на ее первом выходе формируется напряжение высокого уровня (логическая единица), которое поступает на первый вход схемы 10 управления приводом 11 столика 2. При этом привод 11 пере- мещает столик 2 в сторону уменьшения дефокусировки и содержимое реверсивного счетчика 8 будет уменьшаться, пока не сравняется с числом, заданным в схеме 9 сравнения, что будет соответствовать нулевой разности количества счетных импульсов в последовательностях. При этом на обеих ее выходах появятся нулевые потенциалы (логические нули). Привод 11 прекратит смещение столика 2, а фокус объектива 1 будет находиться в выбранной плоскости автофокусировки. В случае, если число, пришедшее с реверсивного счетчика 8 меньше числа, записанного в схеме 9 сравнения, что соответствует отрицательной разности ко- личества счетных импульсов в последовательностях, тогда напряжение высокого уровня появится на втором выходе схемы 9 сравнения. Это напряжение поступит на второй вход схемы 10 управления приводом столика 2, привод 11 отработает в сторону уменьшения дефокусировки. При этом содержимое реверсивного счетчика 8 будет увеличиваться, пока не сравняется с числом, заданным в схеме 9 сравнения.

Формула изобретения

1.Устройство автоматической наводки на резкость системы объектив микроскопа - объект, содержащее столик для установки объекта с приводом, оптическую систему контроля положения объекта и блок формирования управляющего напряжения, подключенный к приводу столика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона фокусировки, оптическая система контроля положения выполнена в виде интерферометра перемещения без переноса спектра сигнала с фотоприемниками на выходе его, соединенными с входами блока формирования управляющего напряжения, который содержит последовательно соединенные нормирующий преобразователь, ключ задания фокуса, реверсивный счетчик, схему сравнения и схему управления приводом.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что нормирующий гфеобразователь выполнен в виде двух усилителей, выходы которых соединены с входами формирователей прямоугольных импульсов, выходы которых соединены с входами формирователя счетных импульсов и определения направления смещения фокуса объектива.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано, для автоблокировки в микроскопах. Сущность изобретения: устройство содержит объектив микроскопа, столик с образцом, оптическую систему, оптически связанную с образцом, блок формирования управляющего напряжения, соединенный с приводом столика. Новым в устройстве является то, что оптическая система выполнена в виде интерферометра перемещения без переноса спектра сигнала, выходы которого соединены с входами блока формирования управляющего напряжения, который содержит последовательно соединенные нормирующий преобразователь, ключ задания фокуса, реверсивный счетчик, схему сравнения и схему управления приводом. Кроме того, нормирующий преобразователь содержит два усилителя, выходы которых соединены с входами формирователей прямоугольных импульсов, выходы которых в свою очередь соединены с входами формирователя счетных импульсов и определения направления смещения фокуса обьектива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

упр. &х.

фиг.г

г