DE4124003C2 - Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten von klar-transparenten Prüfobjekten, für die Untersuchung der Prüfobjekte auf Fehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten klar-transparenter Prüfobjekte, für die Untersuchung der Prüfobjekte auf Fehler, enthaltend eine Lichtquelle, eine Auflage mit einer Auflageebene für die Prüfobjekte und eine zur Anpassung an die Prüfobjekte einstellbare Beleuchtungsoptik mit mindestens einem die Systemachse koaxial umgebenden Reflektor zur Beleuchtung der Prüfobjekte in Dunkelfeldbeleuchtung.

Es ist bekannt, Objekte in einem Mikroskop mittels "Dunkelfeldbeleuchtung" zu beleuchten. Bei einer solchen Dunkelfeldbeleuchtung wird ein Objekt durch eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik (Kondensor) so beleuchtet, daß das Beleuchtungslichtbündel selbst nicht in den Strahlengang des Mikroskops gelangt. Beobachtet wird dann nur das von dem Objekt in den Strahlengang gestreute Licht.

Es sind Beleuchtungsoptiken für Dunkelfeldbeleuchtung bekannt, bei denen im Strahlengang eine zentrale Blendenscheibe angeordnet ist, welche den mittleren Teil des Beleuchtungsbündels abdeckt. Auf eine Kondensorlinse fällt dann ein ringförmiges Beleuchtungslichtbündel, das von den Randteilen der Kondensorlinse in der Ebene des Objekts gesammelt und dann seitlich an dem Strahlengang der Mikroskopoptik vorbeigeleitet wird.

Es ist auch ein sog. "Kardioidkondensor" bekannt, bei welchem ein ringförmiges Beleuchtungslichtbündel an einer objektseitigen, konkaven Fläche einer ersten Linse total reflektiert wird. Das so nach außen abgelenkte Lichtbündel fällt auf eine im wesentlichen zylindrische Mantelfläche einer zweiten Linse. Von dieser Mantelfläche wird das Lichtbündel wieder total reflektiert. Die zweite Linse sammelt das vom Rand her einwärts reflektierte Lichtbündel wieder in der Ebene des Objekts. Von dort aus läuft das Lichtbündel wieder konisch an dem Strahlengang des Mikroskops vorbei (Grimsehls Lehrbuch der Physik, 11. Aufl. (1943) Bd. 2, Verl. B.G. Teubner, Seiten 707-708). Bei diesen bekannten Anordnungen handelt es sich um die Beleuchtung von Objekten in einem Mikroskop mit einer unveränderlichen Beleuchtungsoptik.

Eine bekannte Beleuchtungsvorrichtung (EP 0 162 120 A1) enthält einen Laser als Lichtquelle, eine Glasplatte mit einer Auflageebene als Träger für das Prüfobjekt und eine Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung des Prüfobjektes in Auflicht- oder Durchlicht-Dunkelfeldbeleuchtung. Die Beleuchtungsoptik ist so ausgebildet, daß der Laserstrahl aufgeweitet und über einen Abtastspiegel dem Prüfobjekt zugeleitet wird. Objektive für die Auflicht- und Durchlichtbeobachtung sind auf gegenüberliegenden Seiten des Prüfobjektes angeordnet. Beiden Objektiven sind jeweils an der dem Prüfobjekt abgewandten Seite ringförmige Wellenleiteranordnungen zugeordnet, die über einen zugehörigen Photodetektor mit einer Auswerteschaltung verbunden sind. Die ringförmigen Wellenleiteranordnungen sind zur Änderung ihres Beleuchtungswinkels parallel zur optischen Achse verschiebbar. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, bei der Beleuchtungsoptik einen Kardioidkondensor zu verwenden und die von dem Prüfobjekt ausgehende Streustrahlung mit Hilfe einer digitalen Bildverarbeitung zu untersuchen.

Bei einem bekannten Gerät (DE 38 39 683 A1) zur Prüfung von Flaschenböden auf die Anwesenheit von Fremdkörpern in Durchsicht-Dunkelfeldbeleuchtung ist eine ringförmig ausgebildete Lichtquelle unterhalb des Flaschenbodens angeordnet und der Flaschenboden wird durch einen zwischen Abschirmplatten gebildeten Spalt beleuchtet. Es wird darin auch eine Beleuchtungsoptik mit einer Abschirmplatte beschrieben, die umfangseitig von einer zur optischen Achse geneigten Spiegelfläche umgeben ist, durch die das Licht schräg einfallend zum Flaschenboden umgelenkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 4 Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten klar-transparenter Prüfobjekte für die Untersuchung der Prüfobjekte auf Fehler zu schaffen, welche die Fehler deutlich erkennbar zu machen gestattet.

Prüfobjekte können dabei optische Elemente wie Linsen oder auch Brillengläser, Kontaktlinsen etc. sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Beleuchtungseinrichtung so auszubilden, daß sie eine automatische Fehlerauswertung durch Beobachtung der Prüfobjekte mittels einer elektronischen Bildaufnahmevor­ richtung und Bildverarbeitung gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• (a) ein erster in der Systemachse angeordneter Reflektorkörper unter der Auflage angeordnet ist und eine zu der Auflageebene der Auflage im wesentlichen parallele Stirnfläche aufweist, die einen Objekthintergrund für die Prüfobjekte bildet,
• (b) der erste Reflektorkörper weiterhin einen der besagten Stirnfläche abgewandten konvex-konischen ersten Reflektor der Beleuchtungsoptik aufweist, dessen Konusachse mit einer senkrecht zu der Stirnfläche verlaufenden Systemachse zusammenfällt,
• (c) die Lichtquelle auf der Systemachse angeordnet ist, und
• (d) ein zweiter Reflektor der Beleuchtungsoptik an einem zweiten Reflektorkörper in Form eines konkaven Ringreflektors ausgebildet ist, der gleichachsig zu der Systemachse und den ersten Reflektorkörper umgebend angeordnet ist.

Auf diese Weise kann durch geeignete Einstellung der Beleuchtungsoptik eine an die Abmessungen und Form der Prüfobjekte angepaßte Beleuchtung erreicht werden, welche Fehler wie Lunker, Risse, o. dgl. als deutliche Kontraste erscheinen läßt. Die so erscheinenden Kontraste können durch eine elektronische Bildaufnahmevorrichtung erfaßt und mit Mitteln der Bildverarbeitung zur Fehlererkennung ausgewertet werden. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Darstellung von Fehlern klar-transparenter Prüfobjekte als Kontraste mittels einer Dunkelfeldbeleuchtung möglich ist, daß es aber hierzu erforderlich ist, die Beleuchtungsoptik einstellbar zu machen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt einer Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten klar-transparenter Prüfobjekte in Dunkelfeldbeleuchtung.

In der Zeichnung ist mit 10 ein zentraler erster Reflektorkörper bezeichnet. Der erste Reflektorkörper 10 weist eine ebene, obere Stirnfläche 12 auf. Die obere Stirnfläche 12 erstreckt sich senkrecht zu einer Systemachse 14.

Anschließend an die Stirnfläche 12 weist der Reflektorkörper 10 eine zu der Systemachse 14 koaxiale, zylindrische Mantelfläche 16 auf. Auf der Unterseite bildet der Reflektorkörper 10 einen konvex-konischen, ersten Reflektor 18. Die Konusachse des Reflektors 18 fällt mit der Systemachse 14 zusammen.

Unterhalb des Reflektorkörpers 10 ist auf der Systemachse 14 eine Lichtquelle 20 angeordnet. Von der Lichtquelle 20 fällt ein zentrales Lichtbündel 22 auf den konvex-konischen, ersten Reflektor 18. Das Lichtbündel 22 wird von dem ersten Reflektor 18 radial auseinandergefächert. In der Zeichnung sind die Randstrahlen 24 und der längs der Systemachse 14 verlaufende Zentralstrahl 26 des Lichtbündels 22 vor und nach der Reflexion an dem ersten Reflektor 18 dargestellt.

Das radial auseinandergefächerte Lichtbündel 22 fällt auf einen zweiten Reflektor 28. Der zweite Reflektor 28 ist konkav-zylindrisch und koaxial zu der Systemachse 14. Der zweite Reflektor 28 ist an einem zweiten Reflektorkörper 30 angebracht. Der zweite Reflektorkörper weist eine ringförmige, ebene Stirnfläche 32 auf. An die Stirnfläche 32 schließt sich innen der zylindrische Reflektor 28 an. Auf der Außenseite weist der Reflektorkörper 30, anschließend an die Stirnfläche 32, eine zylindrische Mantelfläche 34 koaxial zu dem Reflektor 28 auf. Anschließend an die zylindrische Mantelfläche 34 bildet der Reflektorkörper 30 einen konischen Abschnitt 36. An den konischen Abschnitt 36 schließt sich ein zylindrischer, mit einem Außengewinde versehener Abschnitt 38 an. Auf der Innenseite schließt sich an den zylindrischen Reflektor 28 ein konischer Abschnitt 40 an. Unten bildet der Reflektorkörper 30 eine untere Stirnfläche 42 mit einer zentralen Öffnung 44. Durch diese Öffnung 44 ragt die Lichtquelle 20 in das Innere des Reflektorkörpers 30.

Auf der oberen Stirnfläche 32 des Reflektorkörpers 30 liegt eine klar-transparente Platte 46, welche mit ihrer planen Oberseite eine Auflage 48 für die Prüfobjekte bildet. Die von der Auflage 48 definierten Auflageebene ist senkrecht zur Systemachse 14 und dementsprechend parallel zu der Stirnfläche 12 des ersten Reflektorkörpers 10. Die Platte 48 ist oben und unten mit reflexmindernden Schichten 50, 52 versehen. Hierbei bildet die obere Schicht 50 die Auflageebene. Der konkav- zylindrische zweite Reflektor 28 reflektiert das radial auseinandergefächerte Lichtbündel 22 so, daß es fast streifend in der Mitte der Auflage 48 in einem Lichtfleck gesammelt wird.

Der zweite Reflektorkörper 30 ist mit dem mit Außengewinde versehenen Abschnitt 38 in einen mit einem Innengewinde 54 versehenen, topfförmigen Gehäuseteil 56 eingeschraubt. Der Gehäuseteil 56 trägt innen auf der Systemachse 14 einen Sockel 58 für die Lichtquelle 20. Außerdem sind im Boden des topfförmigen Gehäuseteils 56 Tragstangen 60 gehaltert, welche den ersten Reflektorkörper 10 tragen. Die Tragstangen 60 sind durch fluchtende Durchbrüche im Boden des Gehäuseteils 56 sowie durch eine Querbohrung 62 von Klemmschrauben 64 geführt. Die Klemmschrauben 64 sitzen in radialen Gewindebohrungen 66 im Boden des Gehäuseteils 56 zwischen den besagten fluchtenden Durchbrüchen. Die Klemmschrauben 64 können gelöst werden. Dann sind die Tragstangen 60 und damit der erste Reflektorkörper 10 relativ zu dem topfförmigen Gehäuseteil 56 höhenverstellbar. Es ist so eine Justage des Reflektorkörpers 10 relativ zu der Lichtquelle 20 möglich. Der Gehäuseteil 56, die Lichtquelle 20 und der erste Reflektorkörper 10 bilden eine zusammenhängende Baugruppe 70, die als Ganzes über das Innengewinde 54 und den mit Außengewinde versehenen Abschnitt 38 des zweiten Reflektorkörpers 30 relativ zu dem zweiten Reflektorkörper 30 und damit zu dem zweiten Reflektor 28 und der Auflage 48 in Richtung der Systemachse 14 verstellbar ist (oder umgekehrt).

Durch diese Verstellung wird einmal der in der Auflageebene erzeugte Lichtfleck an die Abmeßungen der Prüfobjekte angepaßt. Weiterhin kann das Gerät so eingestellt werden, daß sich optimaler Kontrast für die Fehlererkennung ergibt.

Die Reflektoren 18 und 28 können spiegelnd ausgebildet sein. Die Oberflächen des ersten und des zweiten Reflektors 18 und 28 können aber auch teildiffus-reflektierend ausgebildet sein.

Eine alternative Lösung kann darin bestehen, daß die Lichtquelle ein Kaltleiter-Ringlicht ist. Die Einstellbarkeit der Beleuchtungsgeometrie kann dann darin bestehen, daß die Abstrahlcharakteristik des Kaltleiter-Ringlichts an die Geometrie des Prüfobjekts anpaßbar ist.

Claims (9)

1. Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten klartransparenter Prüfobjekte, für die Untersuchung der Prüfobjekte auf Fehler, enthaltend eine Lichtquelle (20), eine Auflage (48) mit einer Auflageebene (50) für die Prüfobjekte und eine zur Anpassung an die Prüfobjekte einstellbare Beleuchtungsoptik (18, 28) mit mindestens einem die Systemachse (14) koaxial umgebenden Reflektor (28) zur Beleuchtung der Prüfobjekte in Dunkelfeldbeleuchtung, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) ein erster in der Systemachse (14) angeordneter Reflektorkörper (10) unter der Auflage (48) angeordnet ist und eine zu der Auflageebene der Auflage (48) im wesentlichen parallele Stirnfläche (12) aufweist, die einen Objekthintergrund für die Prüfobjekte bildet,
• (b) der erste Reflektorkörper (10) weiterhin einen der besagten Stirnfläche (12) abgewandten konvex-konischen ersten Reflektor (18) der Beleuchtungsoptik (18, 28) aufweist, dessen Konusachse mit einer senkrecht zu der Stirnfläche (12) verlaufenden Systemachse (14) zusammenfällt,
• (c) die Lichtquelle (20) auf der Systemachse (14) angeordnet ist und
• (d) ein zweiter Reflektor (28) der Beleuchtungsoptik (18, 28) an einem zweiten Reflektorkörper (30) in Form eines konkaven Ringreflektors ausgebildet ist, der gleichachsig zu der Systemachse (14) und den ersten Reflektorkörper (10) umgebend angeordnet ist.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Ringreflektor zylindrisch ist.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (20) mit dem ersten Reflektor (18) in einer Baugruppe (70) vereinigt ist, die längs der Systemachse (14) relativ zu dem zweiten Reflektorkörper (30) und der Auflage (48) verstellbar ist.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reflektorkörper (10) gegenüber dem zweiten Reflektorkörper (30) verstellbar in einem Gehäuseteil (56) für die Beleuchtungsoptik (18, 28) gehaltert ist.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Kaltleiter-Ringlicht ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlcharakteristik des Kaltleiter-Ringlichts an die Geometrie des Prüfobjekts anpaßbar ist.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufnahme (48) für das Prüfobjekt eine beidseitig mit einer Antireflexschicht (50, 52) versehene Platte (46) vorgesehen ist.

8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erster und der zweite Reflektor (18, 28) spiegelnd ausgebildet sind.

9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des ersten und des zweiten Reflektors (18, 28) teildiffus­ reflektierend ausgebildet sind.