DE102004032501A1

DE102004032501A1 - Optical arrangement comprising a compact microscope

Info

Publication number: DE102004032501A1
Application number: DE102004032501A
Authority: DE
Inventors: Udo Sonnhof
Original assignee: SPI SCIENT PREC INSTR GmbH; SPI SCIENTIFIC PRECISION INSTRUMENTS GmbH
Current assignee: SPI SCIENT PREC INSTR GmbH; SPI SCIENTIFIC PRECISION INSTRUMENTS GmbH
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2005-11-10
Also published as: DE202004021612U1; WO2005101085A1; EP1738211A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, umfassend ein Kompakt-Mikroskop, dessen Okular durch einen fotoelektrischen Wandler, vorzugsweise eine Schwarz-Weiß- oder farbtaugliche CCD-Matrixkamera ersetzt ist, sowie mit einem Videoausgangsanschluss und einer mechanischen oder elektromotorischen Verstelleinrichtung zur Anpassung der Vergrößerungsverhältnisse. Erfindungsgemäß sind am Mikroskoptubus Mittel zum lösbaren Befestigen eines unabhängig von der Verstelleinrichtung betätigbaren Varioobjektivs vorgesehen, welches sich im montierten Zustand vor dem Mikroskopobjektiv befindet, um durch geeignetes Verstellen des oder der Variolinsen des Varioobjektivs unterschiedliche, insbesondere auch größere Betrachtungsabstände mit ausreichender Vergrößerung zu realisieren.The invention relates to an optical arrangement comprising a compact microscope, the eyepiece is replaced by a photoelectric converter, preferably a black-and-white or color CCD matrix camera, as well as a video output terminal and a mechanical or electromotive adjusting device for adjusting the magnification ratios. According to the invention, means are provided on the microscope tube for detachably attaching a variator lens which can be actuated independently of the adjusting device, which is in front of the microscope objective in the mounted state in order to realize different, in particular also larger viewing distances with sufficient magnification by suitably adjusting the zoom lens or lenses of the zoom lens.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, umfassend ein Komptakt-Mikroskop, dessen Okular durch einen fotoelektrischen Wandler, vorzugsweise eine Schwarz-Weiß- oder farbtaugliche CCD-Matrixkamera ersetzt ist, sowie mit einem Videoausgangsanschluss und einer mechanischen oder elektromotorischen Verstelleinrichtung zur Anpassung der Vergrößerungsverhältnisse gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an optical arrangement comprising a compact microscope whose eyepiece by a photoelectric converter, preferably a black and white or color-compatible CCD matrix camera is replaced, as well as with a video output connector and a mechanical or electromotive adjustment to adjust the magnification ratios according to the generic term of claim 1

Bei üblichen Lichtmikroskopen wird ein Objekt durch optische Abbildung mit Linsen vergrößert. Hierbei wird das vom Objekt kommende Licht durch eine Kombination von mindestens zwei Linsensystemen, nämlich dem Objektiv und dem Okular optisch abgebildet. Dabei bildet zunächst das Objektiv das Objekt in ein reales Zwischenbild ab, welches durch das Okular analog zur Lupe vergrößert betrachtet wird. Bei vielen Mikroskopen sind in der Regel die Objektive auswechselbar, so dass die Vergrößerung der jeweiligen Aufgabenstellung angepasst wird. Beispielsweise ermöglicht ein Objektivrevolver einen schnellen Objektivwechsel durch Drehen des jeweils gewünschten Objektivs in den Strahlengang.At usual Light microscopes become an object through optical imaging with lenses increased. in this connection the light coming from the object is replaced by a combination of at least two lens systems, namely the lens and the eyepiece optically mapped. This forms the first Lens the object into a real intermediate image, which through the Eyepiece is magnified analogous to the magnifying glass. In many microscopes, the lenses are usually interchangeable, so that the enlargement of the appropriate task is adapted. For example, one allows Lens revolver a quick lens change by turning the respectively desired Lens in the beam path.

Zum Stand der Technik gehören weiterhin technisch industrielle Miniaturmikroskope, welche auch dann einsetzbar sind, wo herkömmliche Mikroskope schon aufgrund der Größe scheitern. Bei derartigen Minimaturmikroskopen besteht die Möglichkeit, ohne Objektivwechsel über eine stufenlose Zoomfunktion bis zu 400 fach eine Vergrößerung vorzunehmen. Allerdings sinkt mit steigender Vergrößerung der Arbeitsabstand.To the State of the art belong still technically industrial miniature microscopes, which also then be used where conventional Microscopes fail because of their size. In such miniaturized microscopes, it is possible to without lens change over a continuous zoom function up to 400 times to make a magnification. However, the working distance decreases with increasing magnification.

Ein derartiges industrielles Mikroskop, welches unter dem Markennamen „TIMM", zurückgehend auf die SPI Scientific Presision Instruments GmbH, Oppenheim, entwickelt und vertrieben wurde, besitzt kein Okular, sondern erzeugt über eine eingebaute Schwarz-Weiß- oder Farb-CCD-Kamera ein Videobild, welches auf einem Monitor oder dergleichen dargestellt werden kann. Die Vergrößerung dieses Miniaturmikroskops wird mit Hilfe einer Rändelschraube am Ende des Mikroskops eingestellt. Durch den geringeren Bildausschnitt der CCD-Kamerafläche kann unter Verzicht auf das Okular eine bessere Vergrößerung erreicht werden.One such industrial microscope, which under the brand name "TIMM", dating back developed for SPI Scientific Presision Instruments GmbH, Oppenheim and has been distributed, has no eyepiece, but generated over a built-in black and white or color CCD camera a video image, which on a monitor or The like can be shown. The magnification of this miniature microscope is done with the help of a thumbscrew set at the end of the microscope. Due to the smaller image detail the CCD camera surface can achieve a better magnification waiving the eyepiece become.

Problematisch ist jedoch die Tatsache, dass, wie bereits erwähnt, bei steigender Vergrößerung der Arbeitsabstand sinkt und mit anderen Worten ist jede Vergrößerung einem festen Arbeitsabstand zugeordnet.Problematic However, the fact is that, as already mentioned, with increasing magnification of the working distance sinks and in other words, each magnification is a fixed working distance assigned.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte optische Anordnung, umfassend ein Kompakt-Mikroskop, dessen Okular durch einen fotoelektrischen Wandler, vorzugsweise eine Schwarz-Weiß- oder farbtaugliche CCD-Matrixkamera ersetzt ist, sowie mit einem Videoausgangsanschluss anzugeben, welche es ermöglicht, einen frei wählbaren Arbeitsabstand für eine Vielzahl von Anwendungen des Mikroskops zu realisieren.Out The above, it is therefore an object of the invention, a further developed optical arrangement comprising a compact microscope whose eyepiece by a photoelectric converter, preferably a black and white or color-compatible CCD matrix camera is replaced, as well as with a video output connector indicate which makes it possible a freely selectable Working distance for one To realize variety of applications of the microscope.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine optische Anordnung, umfassend ein Kompakt-Mikroskop gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The solution the object of the invention is achieved by an optical arrangement, comprising a compact microscope according to the features of the patent claim 1, wherein the dependent claims at least expedient embodiments and represent further education.

Erfindungsgemäß wird demnach das Kompakt-Mikroskop mit einem Vario- oder Zoomobjektiv ergänzt. Bei dem Zoomobjektiv handelt es sich um eine solche optische Einrichtung, bei welcher durch zueinander verschiebbare Linsen die Brennweite und damit der Bildausschnitt veränderbar ist.Accordingly, according to the invention the compact microscope supplemented with a zoom or zoom lens. at the zoom lens is such an optical device, in which by mutually displaceable lenses, the focal length and thus the picture section changeable is.

Konkret sind bei der vorgestellten Kombination am Mikroskoptubus Mittel zum lösbaren Befestigen des unabhängig von der Vergrößerungs-Verstelleinrichtung betätigbaren Varioobjektivs vorgesehen, wobei sich das Varioobjektiv im montierten Zustand vor dem Mikroskopobjektiv befindet, um durch geeignetes Verstellen des oder der Variolinsen des Varioobjektivs unterschiedliche, insbesondere auch größere Betrachtungsabstände mit ausreichender Vergrößerung zu realisieren.Concrete are at the presented combination at the microscope tube means to the detachable Attaching the independent from the magnification adjustment device actuated Vario lens provided with the zoom lens mounted in the Condition in front of the microscope lens is to be by suitable Adjusting the zoom lens (s) of the zoom lens, especially larger viewing distances with sufficient magnification too realize.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht das Kompakt-Mikroskop aus einem rohrförmigen Gehäuse, an dessen Objektivseite ein Gewindeabschnitt zur Befestigung des Varioobjektivs befindlich ist, wobei das Varioobjektiv ebenfalls in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist, dessen eines Ende ein entsprechendes Komplementärgewinde aufweist.at According to a preferred embodiment of the invention, the compact microscope consists of a tubular housing whose lens side is a threaded portion for mounting the zoom lens is, wherein the zoom lens is also arranged in a tubular housing is one end of which is a corresponding complementary thread having.

Das Gehäuse des Varioobjektivs weist eine teilumfangsseitig vorgesehene Aussparung auf, über welche eine Betätigungseinrichtung, insbesondere ein Rändelring zur Linsenverstellung zugänglich ist.The casing the zoom lens has a partial circumference provided recess on, over which an actuating device, in particular a knurled ring accessible for lens adjustment is.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Mikroskop eine integrierte Beleuchtungseinrichtung aufweisen, die vorzugsweise aus Weißlicht lichtemittierenden Dioden (LEDs) besteht.at an embodiment According to the invention, the microscope can be an integrated illumination device comprising, preferably, white light emitting diodes (LEDs).

Das Befestigungsmittel für das Varioobjektiv kann bei einer Alternative auch als Bajonettverschluss ausgebildet sein.The Fasteners for The Varioobjektiv can also be used as a bayonet lock in an alternative be educated.

Die Übertragung der Videosignale des Kompakt-Mikroskops kann drahtgebunden, aber auch drahtlos erfolgen.The transfer The video signals of the compact microscope can be wired, but also done wirelessly.

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, die mit dem Varioobjektiv ergänzte Kompakt-Mikroskop-Anordnung mit einer Ringbeleuchtung oder einer Köhlerbeleuchtung zu versehen.Of course, there is the possibility of the supplemented with the zoom lens Compact microscope arrangement with ring lighting or Köhlerbeleuchtung to provide.

Mit der vorgestellten Kombination ist eine Vergrößerungsvariation von 1:4 bis 1:8 und mehr möglich, ohne dass eine Bindung an einen festen Arbeitsabstand besteht. Der erreichte Arbeitsabstand kann zwischen nahezu unendlich und in etwa 50 bis 100 mm variieren, wobei bei jedem Arbeitsabstand die Variation der Vergrößerung bei 1:5 bis 1:10 fach liegt, so dass sich eine Gesamtvergrößerungsvaration von mindestens 1:300 ergibt.With The presented combination is a magnification variation of 1: 4 to 1: 8 and more possible, without being bound to a fixed working distance. Of the reached working distance can be between almost infinite and about 50 to 100 mm, with each working distance, the variation the enlargement 1: 5 to 1:10 fold, so that a Gesamtvergrößerungsvaration of at least 1: 300.

Es liegt im Sinne der Erfindung, eine Erweiterung der maximalen Vergrößerung durch an sich bekannte, zusätzliche Linsensysteme zu erreichen.It is within the meaning of the invention, an extension of the maximum magnification known, additional To reach lens systems.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to an embodiment and below With the help of figures closer explained become.

Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:

1 eine Strahlengang-Verlaufsdarstellung, wobei das Objekt außerhalb der doppelten Brennweite der verwendeten Variolinse liegt, 1 an optical path gradient representation, wherein the object lies outside twice the focal length of the variola used,

2 eine Darstellung des Strahlengangs, wobei das Varioobjektiv derart nahe am Objekt aufgebaut ist, dass das Objekt innerhalb der doppelten Brennweite des Varioobjektivs liegt, nicht jedoch innerhalb der Fokuslänge und 2 a representation of the beam path, wherein the zoom lens is constructed so close to the object that the object is within the double focal length of the zoom lens, but not within the focal length and

3 eine Schnittdarstellung des Varioobjektivs. 3 a sectional view of the zoom lens.

Bei der Darstellung nach 1 erfolgt der Aufbau der Anordnung derart, dass das Bild, welches im Varioobjektiv erzeugt wird, dann innerhalb oder nahe an der doppelten Fokuslänge des Mikroskops, aber noch außerhalb der Fokuslänge selbst liegt.In the presentation after 1 the arrangement of the arrangement is such that the image which is generated in the zoom lens is then within or close to twice the focal length of the microscope, but still outside the focal length itself.

Eine Vergrößerung wird jetzt dadurch aufgebaut, dass das Bild von der entsprechenden Linse des Mikroskops erfasst und dort vergrößert wird. Auch dann, wenn das reale Bild, das von der Linse im Varioobjektiv einer Verkleinerung unterliegt, resultiert auf jeden Fall bei der vorgestellen Anordnung eine Vergrößerung des Objekts. Bei einer konkreten Ausführungsform wird die gegebene Vergrößerung noch über die Blindvergrößerung zusätzlich um den Faktor 68 vergrößert. Der Faktor 68 der Blindvergrößerung ergibt sich aus dem Verhältnis von der Diagonale des CCD-Halbleiterchips zur Bildschirmdiagonale, wobei angenommen wird, dass die Bildschirmdiagonale von einem 17 Zoll Monitor präsentiert wird.A Enlargement becomes now constructed by taking the picture from the corresponding lens of the Microscope recorded and enlarged there. Even if the real image of the lens in the zoom lens of a reduction definitely results in the vorgestellen arrangement an enlargement of the Object. In a specific embodiment, the given Enlargement still over the Blind enlargement in addition to increased the factor 68. Of the Factor 68 of the blind magnification results out of proportion from the diagonal of the CCD semiconductor chip to the screen diagonal, assuming that the screen size of a 17 Inch monitor presents becomes.

Wird die Vergrößerung im Mikroskop erhöht, dann wird normalerweise das Bild unscharf, wenn der Abstand zwischen Objekt und Mikroskop nicht verkleinert wird. Durch eine Verstellung der Linse im Varioobjektiv in Richtung des Mikroskops kann jetzt die Bildschärfe entsprechend neu zu der erhöhten Vergrößerung eingerichtet werden, ohne dass hierbei das Mikroskop auf das Objekt zuzubewegen ist.Becomes the magnification in the Microscope raised, then normally the picture is out of focus when the distance between Object and microscope is not reduced. By an adjustment the lens in the zoom lens in the direction of the microscope can now the picture sharpness correspondingly new to the raised Enlargement set up without moving the microscope onto the object is.

In der Figur ist dieser Vorgang dargestellt. Die Linse in dem Varioobjektiv ist bei einem konkreten Beispiel um ca. 18 mm zu verstellen. Um die Bildschärfe im Mikroskop bei einer Erhöhung der Vergrößerung auszugleichen, muss dann die Variolinse in Richtung des Mikroskops (mit TIMM bezeichnet) verstellt werden. Hierbei wird das Bild von der Variolinse zwar verkleinert, diese Verkleinerung ist aber unwesentlich und umso bedeutungsloser, je größer der Arbeitsabstand gewählt wird. Wird die Variolinse um einen geringen Betrag vom Gegenstand entfernt, dann ist das Bild, welches nunmehr entsteht, zwar kleiner, aber es hat einen geringeren Abstand zum Fokus des Mikroskops. Damit resultiert eine Vergrößerung des Bildes durch die Lage im Bereich der doppelten Fokuslänge des Mikroskops oder aber in einem Bereich nahe an der doppelten Fokuslänge.In The figure shows this process. The lens in the zoom lens is to be adjusted by approx. 18 mm in a concrete example. Around the picture sharpness in the microscope at an increase compensate for the magnification, then the vario lens must be in the direction of the microscope (labeled TIMM) be adjusted. In this case, the image of the Variolinse indeed reduced, but this reduction is immaterial and all the more meaningless, the larger the Working distance selected becomes. Will the Variolinse by a small amount of the object removed, then the picture, which is now created, although smaller, but it has a smaller distance to the focus of the microscope. In order to results in an enlargement of the image by the position in the region of the double focal length of the microscope or in an area close to twice the focal length.

Gemäß 2 ist das Varioobjektiv so nahe am Objekt aufgebaut, dass das Objekt innerhalb der doppelten Brennweite des Varioobjektivs liegt, aber nicht innerhalb der Fokuslänge.According to 2 For example, the zoom lens is so close to the object that the object is within twice the focal length of the zoom lens, but not within the focal length.

Aus der vorgenannten Anordnung resultiert schon prinzipiell eine Vergrößerung des Bildes. Da das Varioobjektiv derart nahe an dem Mikroskop angebracht und mit diesem verbunden ist, dass das Bild innerhalb der doppelten Brennweite des Mikroskops entsteht, ergibt sich nunmehr eine sehr effektive Vergrößerung, da das Bild bereits optisch vergrößert wird und noch zusätzlich durch die Blindvergrößerung eine weitere Vergrößerung resultiert. In dieser Anordnung können Vergrößerungen von 300 fach und mehr erreicht werden, wobei der Arbeitsabstand dann etwa zwischen 50 und 100 mm liegt.Out the aforementioned arrangement already results in principle an enlargement of the Image. Because the zoom lens is mounted so close to the microscope and connected with this is that the picture within the double Focal length of the microscope arises, now gives a very effective enlargement, because the picture is already optically enlarged and additionally through the blind enlargement one further enlargement results. In this arrangement can enlargements of 300 times and more can be achieved, with the working distance then is between about 50 and 100 mm.

In dieser Anordnungssituation ist eine Vergrößerung des Bildes zu erreichen, wenn das Varioobjektiv in Richtung des Objekts verschoben wird. Wie der 2 entnommen werden kann, reicht bereits eine Verstellung um ca. 5 mm aus, um die Vergrößerung um den Faktor 5 zu variieren.In this arrangement situation, an enlargement of the image is achieved when the zoom lens is moved in the direction of the object. Again 2 can be removed, already sufficient adjustment by about 5 mm to vary the magnification by a factor of 5.

Konkret folgt aus den vorgestellten Anordnungen, dass die Frontlinse des Varioobjektivs, aber auch das Mikroskop selbst, nicht in ihrer Lage verändert Konkret folgt aus den vorgestellten Anordnungen, dass die Frontlinse des Varioobjektivs, aber auch das Mikroskop selbst, nicht in ihrer Lage verändert werden müssen, um die Vergrößerung um mindestens den Faktor 5 zu ändern. Im Übrigen steigt die Gesamtvergrößerung umso mehr, je näher das Varioobjektiv dem Gegenstand angenähert werden kann.Specifically, it follows from the presented arrangements that the front lens of the zoom lens, but also the microscope itself, does not change its position Specifically, it follows from the presented arrangements that the front lens of the zoom lens, but also the microscope itself, need not be changed in their position in order to change the magnification by at least a factor of 5. Incidentally, the closer the zoom lens can be to the object, the more the overall magnification increases.

Der Aufbau des Varioobjektivs soll anhand der 3 näher erläutert werden.The structure of the zoom lens is based on the 3 be explained in more detail.

In einem Zylindergehäuse befindet sich ein Führungsteil 9, welches eine Linse 4 aufnimmt. Das Teil 9 stützt sich über eine Führungshülse 5 an der Innenwandung des Gehäuses 10 gleitbeweglich ab. Über einen Zylinder 6 und einen Gegenzylinder 7, die mit einem Außen- bzw. einem Innengewinde versehen sind, ist es möglich, die Führungshülse 5 mitsamt der Linse 4 in Längsachsenrichtung der Anordnung zu verstellen.In a cylinder housing is a guide part 9 which is a lens 4 receives. The part 9 is supported by a guide sleeve 5 on the inner wall of the housing 10 slidably off. About a cylinder 6 and a counter-cylinder 7 , which are provided with an external or an internal thread, it is possible, the guide sleeve 5 together with the lens 4 to be adjusted in the longitudinal axis direction of the arrangement.

Eine Ausnehmung im Gehäuse 10 ermöglicht den Zugang zu einem Teil des Gegenzylinders 7, welcher an seiner Außenoberfläche eine Riffelung nach Art eines Rändelrings aufweist.A recess in the housing 10 allows access to a part of the counter-cylinder 7 which has on its outer surface a corrugation in the manner of a knurled ring.

Durch Ausführen einer Drehbewegung an dieser Rändelung rotiert der Gegenzylinder 7 mit der Folge der vorerwähnten Verschiebebewegung des Zylinders 6, der über die Führungshülse 5 abgestützt ist.By performing a rotary motion on this knurling, the counter-cylinder rotates 7 with the consequence of the aforementioned displacement movement of the cylinder 6 that is above the guide sleeve 5 is supported.

Der Optikhalter 3 kann optional eine weitere Linse zur Erhöhung des Vergrößerungsfaktors aufnehmen.The optics holder 3 Optionally can take another lens to increase the magnification.

Der Gegenzylinder 7 ist mit Hilfe eines Lagers gegen die Innenfläche des Gehäuses 10 abgestützt. Ein Gewindehals 1 ist mit Hilfe einer Mutter 2 im Optikhalter 3 (linker Bildteil) gesichert.The counter-cylinder 7 is by means of a bearing against the inner surface of the housing 10 supported. A threaded neck 1 is with the help of a mother 2 in the optics holder 3 (left part of the picture) saved.

Der Optikhalter 3 im rechten Bildteil weist eine Bohrung mit Innengewinde auf, so dass das Varioobjektiv am Mikroskop durch Verschrauben befestigt werden kann. Hierfür besitzt das Mikroskop ein Systemschraubgewinde am Kopfende.The optics holder 3 in the right part of the image has a hole with internal thread, so that the zoom lens can be attached to the microscope by screwing. For this purpose, the microscope has a system screw thread at the head end.

Claims

Optical arrangement comprising a compact microscope whose eyepiece is replaced by a photoelectric converter, preferably a black and white or color CCD matrix camera, as well as with a video output terminal and a mechanical or electromotive adjusting device for adjusting the magnification ratios, characterized in that the Microscope tube means are provided for releasably securing a independently operable by the adjustment zoom lens, which is in the mounted state in front of the microscope objective to realize by suitably adjusting the zoom lens or lenses of the zoom lens different, especially larger viewing distances with sufficient magnification.

Optical arrangement according to Claim 1, characterized that the compact microscope consists of a tubular housing, on the lens side a threaded portion for fixing the zoom lens is located is, wherein the zoom lens is also arranged in a tubular housing is one end of which is a corresponding complementary thread having.

Optical arrangement according to Claim 2, characterized that the case of the zoom lens has a part-circumferential side recess over which a knurled ring or the like means for lens adjustment is accessible.

Optical arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the microscope is an integrated illumination device having.

Optical arrangement according to claim 4, characterized the illumination device is light-emitting diodes, in particular white-light LEDs includes.

Optical arrangement according to Claim 1, characterized that the fastening means are designed as a bayonet closure.

Optical arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the video output signal transmission wired or wireless over a telemetry route takes place.