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Einfache Messung der Schärfentiefe eines optischen Aufbaus durch Einbringen eines Kalibrier- und Messmusters auf den Objektträger

Kurzfassung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Schärfentiefe eines optischen Aufbaus, insbesondere von optischen Mikroskopen, mit Hilfe eines Glaswürfels, in den ein Kalibrier- oder Messmuster eingeschrieben wurde.

Hintergrund

Die Bestimmung der Schärfentiefe eines optischen Aufbaus wie z.B. eines optischen Mikroskops ist in vielen optischen Untersuchungen, z.B. in der Biologie, Metallurige, Verfahrenstechnik oder in experimentellen optischen Aufbauten von äußerster Wichtigkeit. Hierbei kann man darüber Aufschluss bekommen, wie groß der Bereich der Schärfentiefe ist, bei der man ein scharfes Bild bei den zu untersuchenden Objekten erwarten kann. Das gilt vor allem dann, wenn sich die Objekte (schnell) bewegen oder wenn die Objekte sich in der Tiefe ausdehnen. Beispiele hierfür wären Untersuchungen des Tropfenaufpralls auf Oberflächen oder das Verfolgen von Partikeln oder Organsimen in Mikrokanalströmungen.

Problemstellung

In manchen Fällen, vor allem bei sehr teuren Mikroskopen, kann über einen präzisen Verschiebemechanismus, ein einfaches Kalibrierobjekt, z.B. ein Strichmuster, in der Tiefe verschoben werden. Ebenso gibt es die Möglichkeit die Schärfentiefe (Depth of Field) rechnerisch zu ermitteln. Sich bewegende Objekte mit Hilfe von Auto- und Multifoku sverfahren unter Verwendung eines Sensors, einer Linse oder mit Hilfe von Flüssigkeitslinsen sind meistens aufgrund der Geschwindigkeit der Fokussiermethode nicht realisierbar. Alle diese Verfah ren zur Bestimmung der Schärfentiefe sind sehr zeitaufwändig, führen zu keinen exakten Ergebnissen und benötigen zudem noch eine experimentelle Abklärung.

Lösung

Forscher des Instituts für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt (ITLR) an der Universität Stuttgart haben es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, die experimentelle Bestimmung der Schärfentiefe eines optischen Aufbaus zu vereinfachen und in der Genauigkeit zu verbessern. Dazu legen sie auf den Objektträger eines beliebigen Mikroskops einen Kubus aus Glas. In diesen Glaskubus soll mittels der Glasinnengravur diagonal ein Längenmaß eingraviert werden, welches unterschiedliche Kalibrierungs- oder Messstrukturen aufweisen kann. Diese Strukturen können linear; logarithmisch oder anderweitig skaliert sein. Die Schärfentiefe kann dann von oben durch das Okular, für beliebige Einstellungen des Mikroskops, abgelesen werden. Alternativ kann die Messeinheit durch eine Projektion holografisch in die Messstrecke eingebracht werden. Hierfür kann ein beliebiger technischer Aufbau zum Erzeugen von Hologrammen verwendet werden (z.B. LASER-Muster in Nebel/ pray/etc.).

[Abb: Patrick Foltyn (M.Sc.), Institut für Thermodynamik der Luft-und Raumfahrt, UST]

Vorteile

  • Einfache und genaue Ermittlung der Schärfentiefe (direkt bei der Untersuchung des Objektes)
  • Kostengünstige Herstellung des Glaskubus
  • Flexible Messstrukturen möglich
  • (Schärfentiefe direkt ablesbar)
  • Für jedes optische Mikroskop geeignet

Anwendungsbereiche

Die Erfindung könnte bei allen möglichen Typen von Mikroskopen zum Einsatz kommen, bei denen die Messung der Schärfentiefe eine Rolle spielt.

Exposé
Kontakt
Dipl.-Ing. Julia Mündel
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
muendel(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
TRL 4
Patentsituation
DE 102021206221.0 anhängig
Referenznummer
20/031TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.