DE102006022276A1

DE102006022276A1 - Mikroskop mit Kameraabgang und Kameraadapter

Info

Publication number: DE102006022276A1
Application number: DE102006022276A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr. Weiss; Michael Dr. Ganser
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: DE102006022276B4; US8643711B2; WO2007131832A1; US20090195646A1

Abstract

Ein Mikroskop mit einem Kameraabgang in einem Abbildungsstrahlengang, bei dem an den Kameraausgang ein Kameraadapter und eine Kamera adaptierbar sind und mit dem das Bild einer Probe auf einen Sensor der Kamera abbildbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Abbildungsstrahlengang in dem Kameraadapter eine Zwischenabbildung mit einer Pupillenebene aufweist, in deren Nähe der Abbildungsstrahlengang einen reduzierten Strahlenquerschnitt aufweist, und dass im Bereich des reduzierten Strahlenquerschnitts mindestens ein optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist. In dem Kameraadapter ist in der Pupillenebene ein optisches Mittel bzw. eine Wechseleinrichtung mit mehreren optischen Mitteln, wie beispielsweise Filtern, plaparallelen Platten odere Keilplatten, integriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Kameraabgang in einem Abbildungsstrahlengang, wobei an den Kameraausgang ein Kameraadapter und eine Kamera adaptierbar sind und wobei das Bild einer Probe auf einen Sensor der Kamera abbildbar ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Kameraadapter für ein Mikroskop mit einem Kameraabgang in einem Abbildungsstrahlengang, wobei der Kameraadapter mit einer Kamera an den Kameraausgang adaptierbar ist und wobei das Bild einer Probe durch den Kameraadapter auf einen Sensor der Kamera abbildbar ist.
Es ist bekannt, dass auf den Kameraabgang eines solchen Mikroskops ein Kameraadapter und darauf eine Kamera aufgesetzt wird. Die Verbindung zwischen dem Kameraadapter und der Kamera bildet eine genormte mechanische Schnittstelle, die als C-Mount-Schnittstelle bekannt ist.
Zusätzlich kann zwischen dem Kameraadapter und der Kamera mittels weiterer C-Mount-Schnittstellen ein separater Filterwechsler mit verschiedenen Filtern angeordnet werden, die wahlweise in den Abbildungsstrahlengang einfügbar sind. Solche Filterwechsler sind handelsüblich verfügbar (beispielsweise von der Firma Optical Insights, Tucson/Arizona, USA unter der Bezeichnung Extender^TM). Durch die zusätzlich benötigten C-Mount-Schnittstellen und die Abmessungen des Filterwechslers, der als separates Bauteil auf dem Mikroskop bzw. dem Kameraadapter angebracht wird, wird der Gesamtaufbau über dem Mikroskop sehr hoch. Wegen der Größe der Filter, die den gesamten Strahlquerschnitt abdecken müssen, sind die Filter und damit der Filterwechsler ziemlich schwer. Damit ist der Filterwechsler schwer und träge und benötigt entsprechend lange Umschaltzeiten beim Wechsel zwischen den Filtern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop mit Kameraabgang sowie einen Kameraadapter für ein solches Mikroskop anzugeben, mit dem ein kompakterer Aufbau des gesamten Systems mitsamt Kamera und Filtern erreicht wird.
Erfindungsgemäß ist ein Mikroskop mit einem Kameraabgang in einem Abbildungsstrahlengang, bei dem an den Kameraausgang ein Kameraadapter und eine Kamera adaptierbar sind und mit dem das Bild einer Probe auf einen Sensor der Kamera abbildbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

– dass der Abbildungsstrahlengang in dem Kameraadapter eine Pupillenebene aufweist, in deren Nähe der Abbildungsstrahlengang einen reduzierten Strahlquerschnitt aufweist,
– und dass im Bereich des reduzierten Strahlquerschnitts mindestens ein optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist.

Der Abbildungsstrahlengang des Mikroskops wird daher so aufgebaut, dass eine Zwischenabbildung mit einer Pupillenebene in dem Kameraadapter liegt. Dadurch entsteht zugleich in der Pupillenebene und in einem kleinen Bereich darum ein sehr reduzierter Strahlquerschnitt des Abbildungsstrahlengangs, in ein optisches Mittel eingefügt werden.
Ein erfindungsgemäßer Kameraadapter für ein Mikroskop mit einem Kameraabgang in einem Abbildungsstrahlengang zeichnet sich dadurch aus, dass in den Kameradapter mindestens ein optisches Mittel in einem Bereich einfügbar ist, in dem der Abbildungsstrahlengang einen reduzierten Strahlquerschnitt aufweist.
Ein solcher Kameraadapter erzeugt eine Zwischenabbildung mit einer Pupillenebene. In dieser Pupillenebene liegt ein sehr kleiner Strahlquerschnitt vor, beispielsweise kleiner als 5 mm. Diese kleiner Strahlquerschnitt erlaubt das Einfügen kleiner Filter oder die Integration einer Wechselvorrichtung, die mehrere optische Mittel trägt, in den Kamera-Adapter. Der Kameraadapter kann eine c-mount-Schnittstelle zur Kamera-Seite hin aufweisen.
In einer speziellen Ausgestaltung kann der Kameraadapter an verschiedene Pupillenebenen, zum Beispiel bei verschiedener Strahlengänge an unterschiedlichen Mikroskopen, angepasst werden. Ein solcher Kameraadapter weist zur Anpassung an beliebige Positionen der Pupillenebene mindestens ein zusätzliches optisches Abbildungsmittel auf, mit er die Lage der Pupillenebene so anpassen kann, dass sie mit der Position des optischen Mittels bzw. der Wechseleinrichtung zusammenfällt. Damit ist eine beliebige, vom Einfügebereich des optischen Mittels abweichende Position der Pupillenebene korrigierbar, indem die beliebig positionierte Pupillenebene in den Einfügebereich des optischen Mittels bzw. der Wechseleinrichtung verschiebbar ist.
Das Filter bzw. die Wechseleinrichtung liegt dabei in der Pupillenebene oder, wegen der räumlichen Abmessungen des optischen Mittels oder der Wechselvorrichtung, in einem Bereich um die Pupillenebene, wo ein sehr reduzierter Strahlquerschnitt des Abbildungsstrahlengangs besteht. Dadurch ist die Verwendung von sehr kleinen Filtern mit geringer Masse möglich. Dies erlaubt wegen der geringen Trägheit ein sehr schnelles Umschalten der Wechseleinrichtung.
Die Wechseleinrichtung, auf der mehrere optische Mittel angeordnet sein können, ist in den Kameraadapter integriert. Dabei hat die Verwendung von optischen Mitteln, zum Beispiel Filtern, exakt gleicher Dicke den Vorteil, dass beim Umschalten zwischen den verschiedenen optischen Mitteln Fokusdifferenzen vermieden werden. Es ist eine feste Bestückung oder auch eine variable Bestückung der Wechseleinrichtung mit optischen Mitteln möglich. Bei letzterer ist eine vom Kunden selbst wechselbare Bestückung mit optischen Mitteln der Wechseleinrichtung vorgesehen.
Es ist möglich, dass die Wechseleinrichtung als ein Linearschieber ausgebildet ist. Dabei ist durch Linearverschiebung des Linearschiebers ein ausgewähltes optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist. Die Wechseleinrichtung kann als eine Drehscheibe ausgebildet sein. In diesem Fall wird ein ausgewähltes optisches Mittel durch eine entsprechende Drehung der Drehscheibe in den Abbildungsstrahlengang eingefügt.
Die Betätigung der Wechseleinrichtung kann sowohl manuell als auch mit einem motorischen Antrieb erfolgen, z.B. mittels eines eines entsprechend gesteuerten Schrittmotors oder Synchronmotors. Dabei ist eine Triggerung bzw. Synchronisierung von Kamerabild und der Ansteuerung der Steuerung der Wechseleinrichtung möglich. Die Wechseleinrichtung kann fest in den Kameraadapter eingebaut sein. Alternativ kann der Kameraadapter so ausgestaltet sein, dass die Wechseleinrichtung reversibel in den Kameraadapter einfügbar ist. Dazu weist der Kameraadapter eine Aufnahmeeinrichtung in der Pupillenebene zum Aufnehmen einer Wechseleinrichtung, zum Beispiel eines Filterscheiben-Schiebers, auf, der dann die Filterscheibe mit den Filtern und die Antriebseinheit (z.B. Schrittmotor und Zahnriemen-Antrieb) beinhaltet.
Als optische Mittel können beispielsweise Filter, zum Beispiel ein Spektralfilter, ein Neutralfilter oder ein ansteuerbares Flüssigkristall-Filter, vorhanden sein.
Auch eine Ausgestaltung des optischen Mittels als eine planparallele Platte ist möglich. Dabei kann die planparallele Platte eine definierte Dicke aufweisen, die eine gezielte Veränderung der Fokuslage in der Probe bewirkt im Gegensatz zur Fokuslage ohne eingefügte planparallele Platte. Auf diese Weise ist ein Bild einer definierten z-Ebene der Probe abbildbar, welche ohne die im Abbildungsstrahlengang eingefügte planparallele Platte nicht abgebildet würde. Durch Anordnung von mehreren planparallelen Platten unterschiedlicher Dicken auf einer Wechseleinrichtung wird ein Hilfsmittel zur Schnellfokussierung in verschiedenen Fokusebenen, also Z-Positionen, in der Probe bereitgestellt. Dies ist beispielsweise bei transparenten bzw. semitransparenten Proben oder bei Proben mit einer strukturierten oder schrägen Oberfläche nützlich. Durch Umschalten der Wechseleinrichtung wird zwischen den planparallelen Platten unterschiedlicher Dicke gewechselt, so dass ein schnelles Durchfokussieren in vorgegebenen Stufen möglich ist.
Das optische Mittel kann auch als eine Blende ausgebildet sein, welche den Querschnitt des Abbildungsstrahlengangs begrenzt. Eine Auswahl von Blenden auf einer Wechseleinrichtung erlaubt schnell und bequem eine schrittweise Verringerung bzw. Erweiterung des Querschnitts des Abbildungsstrahlengangs. Weiterhin kann das optische Mittel als eine Keilplatte mit einem Keilwinkel ausgebildet sein. Zusätzlich kann die Keilplatte auch die Eigenschaften eines Spektralfilters oder Neutralfilters aufweisen. Der Keilwinkel der Keilplatte erzeugt einen definierten lateralen Versatz des Bildes der Probe auf dem Sensor der Kamera.
Dies erlaubt in einer speziellen Ausgestaltung eine Anwendung als Hochauflösungsmodul. Dazu wird in zwei Positionen der Wechseleinrichtung jeweils eine geeignete Keilplatte eingebaut. Jede Keilplatte bewirkt einen Versatz des Mikroskopbildes auf dem Kamerasensor um die Größe eines Pixels (z.B. um 7 μm). In der einen Position der Wechseleinrichtung wird das Bild um ein Pixel in x-Richtung, in der anderen Position um ein Pixel in der y-Richtung verschoben. Dadurch kann jedes Pixel mit den drei Farben der Bayermatrix aufgenommen werden, was zu einer Erhöhung der Auflösung um Faktor 2 führt. Durch die sehr kurzen Umschaltzeiten der kleinen und leichten, in den Kameraadapter integrierten Wechseleinrichtung kann ein höher aufgelöstes Bild (z.B. für Dokumentations-Zwecke) sehr schnell aufgenommen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beipiels und der schematischen 1 erläutert.
1. zeigt ein Mikroskop 1 mit einem Tubus 2, auf dem ein Kameraadapter 3 aufgesetzt ist. Darauf ist mittels einer C-Mount-Schnittstelle 4 eine Kamera 5 angeordnet.
Ein schematisch dargestellter Abbildungsstrahlengang entlang einer optischen Achse 6 besitzt als abbildende Optik eine erste Linse 7a und eine zweite Linse 7b. Im Abbildungsstrahlengang liegt eine Zwischenbild-Ebene 8 und eine Pupillenebene 9.
Damit liegt um die Pupillenebene innerhalb des Kameraadapters eine deutlich reduzierter Strahlquerschnitt vor, in dem optische Mittel angeordnet werden können. Hier handelt es sich um eine Wechseleinrichtung 10, die hier als eine Filterscheibe ausgebildet ist. Die Wechseleinrichtung 10 trägt ein erstes Filter 11, das in den Strahlengang eingeschwenkt ist, und ein zweites Filter 12, das aus dem Strahlengang ausgeschwenkt ist. Die Verstellung der Wechseleinrichtung 10 erfolgt mit einem Motor 13 durch Drehung um dessen Motorachse. Die Drehbewegung ist mit einem Pfeil angedeutet. Das geringe Gewicht der Filter 11, 12 und der Wechseleinrichtung 10 erlauben schnelle Schaltvorgänge. Dadurch wird zusätzlich eine Synchronisierung mit der Kameraaufnahme, z.B. Triggerung der Kameraufnahme mit dem Schaltsignal oder eine Triggerung des Schaltvorgangs mit dem Aufnahmesignal der Kamera ermöglicht.
Über den Abbildungsstrahlengang wird ein Objekt 14 durch das Objektiv 15 in die Bildebene 16, die auf dem Sensor der Kamera 5 liegt.
Der sehr geringe Strahldurchschnitt des Abbildungsstrahlengangs in der Pupillenebene bzw. in dem engen Bereich darum erlaubt die Verwendung sehr kleiner Filter 11, 12. Entsprechend kann auch die Wechseleinrichtung 10 und der Motorantrieb mit dem Motor 13 sehr klein ausgebildet. Dadurch erhält man einen sehr kompakten Aufbau des Kameraadapters 3, obwohl die Wechseleinrichtung 10 integriert ist. Der Gesamtaufbau von Mikroskop 1 mit Kameraadapter 3 und aufgesetzter Kamera 5 ist deutlich niedriger und kompakter als bei den vorkannten Aufbauten, bei denen ein separater Filterwechsler und mehrere C-Mount-Schnittstellen erforderlich waren.

1: Mikroskop
2: Tubus
3: Kamera-Adapter
4: C-Mount-Schnittstelle
5: Kamera
6: optische Achse
7a: erste Linse
b: zweite Linse
8: Zwischenbild-Ebene
9: Pupillen-Ebene
10: Wechseleinrichtung, hier: Filterscheibe
11: Filter im Strahlengang
12: Filter, ausgeschwenkt
13: Motor
14: Objekt
15: Objektiv
16: Bildebene

Claims

Mikroskop mit einem Kameraabgang in einem Abbildungsstrahlengang, wobei an den Kameraausgang ein Kameraadapter und eine Kamera adaptierbar sind und wobei das Bild einer Probe auf einen Sensor der Kamera abbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsstrahlengang in dem Kameraadapter eine Pupillenebene aufweist, in deren Nähe der Abbildungsstrahlengang einen reduzierten Strahlquerschnitt aufweist, und dass im Bereich des reduzierten Strahlquerschnitts mindestens ein optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als ein Spektralfilter oder ein Neutralfilter oder ein ansteuerbares Flüssigkristall-Filter ausgebildet ist.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als eine planparallele Platte ausgebildet ist.
Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die planparallele Platte eine definierte Dicke aufweist, durch die ein Bild einer definierten z-Ebene der Probe abbildbar ist, welche ohne die im Abbildungsstrahlengang eingefügte planparallele Platte nicht abbildbar ist.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als eine Keilplatte mit einem Keilwinkel ausgebildet ist, wobei der Keilwinkel einen definierten lateralen Versatz des Bildes der Probe auf dem Sensor der Kamera erzielt.
Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilplatte zugleich als Spektralfilter oder als Neutralfilter ausgebildet ist.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als eine Blende ausgebildet ist, welche den Querschnitt des Abbildungsstrahlengangs begrenzt.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere optische Mittel auf einer Wechseleinrichtung angeordnet sind, die in den Kameraadapter einfügbar ist.
Mikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung als ein Linearschieber ausgebildet ist, wobei durch Linearverschiebung des Linearschiebers ein ausgewähltes optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist.
Mikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung als eine Drehscheibe ausgebildet ist, wobei durch Drehung der Drehscheibe ein ausgewähltes optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung fest in den Kameraadapter eingebaut ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung reversibel in den Kameraadapter einfügbar ist.
Mikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfügen der Wechseleinrichtung motorisch oder manuell ausführbar ist.
Kameraadapter für ein Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kameradapter mindestens ein optisches Mittel in einem Bereich einfügbar ist, in dem der Abbildungsstrahlengang des Mikroskops eine Pupillenebene und somit einen reduzierten Strahlquerschnitt aufweist.
Kameraadapter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung an beliebige Positionen der Pupillenebene mindestens ein zusätzliches optisches Abbildungsmittel vorhanden ist, mit denen eine beliebige, vom Einfügebereich des optischen Mittels abweichende Position der Pupillenebene korrigierbar ist und mit dem die beliebig positionierte Pupillenebene in den Einfügebereich verschiebbar ist.
Kameraadapter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als ein Spektralfilter oder ein Neutralfilter oder ein ansteuerbares Flüssigkristall-Filter ausgebildet ist.
Kameraadapter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als eine planparallele Platte ausgebildet ist.
Kameraadapter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die planparallele Platte eine definierte Dicke aufweist, durch die ein Bild einer definierten z-Ebene der Probe abbildbar ist, welche ohne die im Abbildungsstrahlengang eingefügte planparallele Platte nicht abbildbar ist.
Kameraadapter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als eine Keilplatte mit einem Keilwinkel ausgebildet ist, wobei der Keilwinkel einen definierten lateralen Versatz des Bildes der Probe auf dem Sensor der Kamera erzielt.
Kameraadapter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilplatte zugleich als Spektralfilter oder als Neutralfilter ausgebildet ist.
Kameraadapter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel als eine Blende ausgebildet ist, welche den Querschnitt des Abbildungsstrahlengangs begrenzt.
Kameraadapter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere optische Mittel auf einer Wechseleinrichtung angeordnet sind, die in den Kameraadapter einfügbar ist.
Kameraadapter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung als ein Linearschieber ausgebildet ist, wobei durch Linearverschiebung des Linearschiebers ein ausgewähltes optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist.
Kameraadapter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung als eine Drehscheibe ausgebildet ist, wobei durch Drehung der Drehscheibe ein ausgewähltes optisches Mittel in den Abbildungsstrahlengang einfügbar ist.
Kameraadapter nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung fest in den Kameraadapter eingebaut ist.
Kameraadapter nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseleinrichtung reversibel in den Kameraadapter einfügbar ist.
Kameraadapter nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfügen der Wechseleinrichtung motorisch oder manuell ausführbar ist.