DE102016211743A1 - Optical arrangement and method for operating in two modes - Google Patents

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Martin Kielhorn
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Lars Elsmann
Kai Wicker
Matthias Wald
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Abstract

Die optische Anordnung (2) umfasst ein Objektiv (OL), das zur Erfassung von Strahlung ausgebildet ist, die aus einem Sichtfeld des Objektivs (OL) auf das Objektiv (OL) trifft, wobei die erfasste Strahlung mittels des Objektivs (OL) in einen Strahlengang (4) der optischen Anordnung (2) geführt ist, eine Bilderzeugungsoptik (TL, OL) zur Erzeugung einer Abbildung erfasster Strahlung eines nominalen Objektfelds als ein nominales Bildfeld in einer Bildebene (B1), wobei das nominale Objektfeld ein Ausschnitt des Sichtfelds ist und als Randstrahlen (RS) erfasste Strahlung von außerhalb des nominalen Objektfelds vor Erreichen der Bildebene (B1) durch einen Beschnitt des Strahlengangs (4) aus dem Strahlengang (4) entfernt sind. Gekennzeichnet ist die optische Anordnung (2) dadurch, dass eine optische Einheit (E) vorgesehen ist, die reversibel zwischen dem Objektiv (OL) und der Bildebene (B1) in den Strahlengang (4) einbringbar ist und die optische Einheit (E) derart ausgebildet ist, dass der Beschnitt des Strahlengangs (4) reduziert oder aufgehoben ist, so dass wenigstens ein Anteil der Randstrahlen (RS) neben der aus dem Bildfeld stammenden Strahlung in der Bildebene (B1) abgebildet oder abbildbar ist.The optical arrangement (2) comprises an objective (OL) which is designed to detect radiation which impinges on the objective (OL) from a field of view of the objective (OL), wherein the detected radiation by means of the objective (OL) into a Beam path (4) of the optical arrangement (2) is guided, an imaging optics (TL, OL) for generating a map detected radiation of a nominal object field as a nominal image field in an image plane (B1), wherein the nominal object field is a section of the field of view and Radiation detected as marginal rays (RS) from outside the nominal object field before reaching the image plane (B1) is removed from the beam path (4) by trimming the beam path (4). The optical arrangement (2) is characterized in that an optical unit (E) is provided which can be reversibly inserted between the objective (OL) and the image plane (B1) in the beam path (4) and the optical unit (E) in such a way is formed, that the trimming of the beam path (4) is reduced or canceled, so that at least a portion of the marginal rays (RS) in addition to the originating from the image radiation in the image plane (B1) is imaged or imaged.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb der optischen Anordnung in zwei Betriebsarten.The invention relates to an optical arrangement according to the preamble of claim 1 and a method for operating the optical arrangement in two modes.

Verfahren der Bildgebung, bei denen ein Ausschnitt eines Objektes, einer Fläche oder eines Raums, beispielsweise einer Probe, der Atmosphäre oder des Weltalls, abgebildet werden soll, erfordern typischerweise die Schritte des Lokalisierens eines abzubildenden Objektfelds (nachfolgend auch: nominales Objektfeld) und die Abbildung des ausgewählten Objektfelds in hinreichender Qualität.Imaging techniques in which a portion of an object, surface or space, such as a sample, the atmosphere or the universe is to be imaged, typically require the steps of locating an object field to be imaged (hereafter also nominal object field) and the image of the selected object field in sufficient quality.

Konventionell wird zum Auffinden (Lokalisieren) des abzubildenden Ausschnitts ein Objektiv mit geringer Vergrößerung, also mit einer langen Fokallänge, oder mit einem separaten Sucher verwendet. Nachdem ein Ausschnitt lokalisiert und der Ausschnitt sowie die optischen Achse beispielsweise des Mikroskops relativ zueinander ausgerichtet wurden, wird mittels eines Objektivwechselmechanismus ein hochwertigeres Objektiv, z. B. ein Objektiv mit hoher Vergrößerung (kurze Fokallänge), in den Strahlengang des Mikroskops gebracht. In der Astronomie wird oftmals die separate hochwertige Optik für die eigentlichen Aufnahmen verwendet.Conventionally, a lens with a low magnification, ie with a long focal length, or with a separate viewfinder is used to locate (localize) the image to be imaged. After a section has been located and the cutout and the optical axis of the microscope, for example, have been aligned relative to one another, a higher-quality objective, for example a lens, is produced by means of a lens change mechanism. B. a lens with high magnification (short focal length), brought into the beam path of the microscope. In astronomy, the separate high-quality optics are often used for the actual recordings.

Ein Wechsel des Objektivs ist wegen des dazu erforderlichen Mechanismus und dessen potenzieller Störungsanfälligkeit nachteilig. Außerdem erfordert ein Objektivwechsel einen erheblichen Aufwand für die Steuerungsvorgänge sowie z. B. den Aufwand für einen par-fokalen Abgleich. Es besteht bei einem Objektivwechsel die Gefahr einer Beschädigung der Probe oder des Objektivs und es sind darüber hinaus mehrere Objektive vorzuhalten, was zusätzliche Kosten verursacht und einen erhöhten Platzbedarf bedingt. Nicht zuletzt kann ein Objektivwechsel zu unerwünschten Veränderungen der Positionen der Elemente einer optischen Anordnung relativ zueinander führen. Eine reproduzierbare Objektivposition ist daher nur mit erheblichem Aufwand sicherzustellen. Wird zudem ein Immersionsmedium benutzt, muss dieses nach einem Objektivwechsel erneuert werden.A change of the lens is disadvantageous because of the required mechanism and its potential susceptibility to interference. In addition, a lens change requires a considerable effort for the control operations and z. As the effort for a par-focal alignment. There is a risk of damage to the sample or the lens with a lens change and there are also several lenses vorzuhalten, which causes additional costs and requires an increased space requirement. Last but not least, a change of objective can lead to undesired changes in the positions of the elements of an optical arrangement relative to one another. A reproducible lens position is therefore only with considerable effort to ensure. In addition, if an immersion medium is used, it must be renewed after a lens change.

Aus dem Stand der Technik sind optische Linsen bekannt, die direkt vor einem Detektor, z. B. einer Kamera, oder anstelle des Okulars eingesetzt werden und ein Objektfeld vergrößert beziehungsweise verkleinert in die Bildebene abbilden. Beispielsweise werden Barlow-Linsen zur Bildvergrößerung eingesetzt, indem mittels dieser die Brennweite verlängert wird. Dagegen dienen Shapley-Linsen, die auch als „Reduzierer“ bezeichnet werden, zur Verkürzung der Brennweite und damit zur Bildverkleinerung.From the prior art, optical lenses are known which directly in front of a detector, for. As a camera, or instead of the eyepiece are used and an object field magnified or reduced in the image plane. For example, Barlow lenses are used for image magnification, by means of which the focal length is extended. In contrast, Shapley lenses, also referred to as "reducers", serve to shorten the focal length and thus to reduce the image.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine optische Anordnung vorzuschlagen, mittels der ohne Objektivwechsel sowohl ein Lokalisieren eines abzubildenden Ausschnitts des Objekts als auch eine qualitativ hochwertige Abbildung ermöglicht ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lokalisierung und zur Abbildung des Ausschnitts des Objekts vorzuschlagen.The invention has for its object to propose an optical arrangement by means of the lens without changing both a localization of a part of the object to be imaged and a high-quality image is possible. A further object of the invention is to propose a method for locating and imaging the detail of the object.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der optischen Anordnung durch die Gegenstände des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved with regard to the optical arrangement by the subject matters of independent claim 1. With regard to the method, the object is achieved by a method according to claim 15. Advantageous developments and refinements are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe wird mittels einer optischen Anordnung gelöst, wobei diese
ein Objektiv umfasst, das zur Erfassung von Strahlung ausgebildet ist, die aus einem Sichtfeld des Objektivs auf das Objektiv trifft, wobei die erfasste Strahlung mittels des Objektivs in einen Strahlengang der optischen Anordnung geführt ist,
und eine Bilderzeugungsoptik zur Erzeugung einer Abbildung erfasster Strahlung eines nominalen Objektfelds als ein nominales Bildfeld in einer Bildebene vorhanden ist, wobei das nominale Objektfeld ein Ausschnitt des Sichtfelds ist und als Randstrahlen erfasste Strahlung von außerhalb des nominalen Objektfelds vor Erreichen der Bildebene durch einen Beschnitt des Strahlengangs aus dem Strahlengang entfernt sind.
The object is achieved by means of an optical arrangement, wherein these
comprises an objective which is designed to detect radiation which impinges on the objective from a field of view of the objective, the detected radiation being guided by the objective into a beam path of the optical arrangement,
and an imaging optics for generating a map of detected radiation of a nominal object field as a nominal image field in an image plane, wherein the nominal object field is a portion of the field of view and as peripheral rays detected radiation from outside the nominal object field before reaching the image plane by trimming the beam path are removed from the beam path.

Erfindungsgemäß ist eine optische Einheit vorgesehen, die reversibel zwischen dem Objektiv und der Bildebene in den Strahlengang einbringbar ist. Die optische Einheit ist derart ausgebildet, dass der Beschnitt des Strahlengangs reduziert oder aufgehoben ist, so dass wenigstens ein Anteil der Randstrahlen neben der aus dem nominalen Objektfeld stammenden Strahlung in der Bildebene abgebildet oder abbildbar ist.According to the invention, an optical unit is provided which can be introduced reversibly between the objective and the image plane into the beam path. The optical unit is designed such that the trimming of the beam path is reduced or canceled, so that at least a portion of the marginal rays in addition to the radiation originating from the nominal object field can be imaged or imaged in the image plane.

Objektive, insbesondere Mikroskopobjektive, sind für ein definiertes nominales Bildfeld spezifiziert und gegebenenfalls korrigiert, in dem ein zugeordnetes nominales Objektfeld mit einer gewünschten Abbildungsqualität abgebildet wird.Lenses, in particular microscope objectives, are specified and optionally corrected for a defined nominal image field in which an associated nominal object field having a desired imaging quality is imaged.

Das nominale Objektfeld ist ein Ausschnitt des Sichtfelds des Objektivs. Unter einem Sichtfeld wird im Rahmen dieser Beschreibung das gesamte Feld verstanden, aus dem kommend Strahlung durch das Objektiv gesammelt werden kann. Im Folgenden wird vereinfachend auch ein Ausschnitts des Sichtfelds als Sichtfeld bezeichnet, wenn dieser Ausschnitt nicht mit dem nominalen Objektfeld identisch ist beziehungsweise wenn nicht ausdrücklich eine andere Bedeutung angegeben ist.The nominal object field is a section of the field of view of the objective. In the context of this description, a field of vision is understood to be the entire field from which radiation can be collected through the objective. In the following, for simplicity, a section of the field of view is also referred to as a field of view, if this section is not identical to the nominal object field or if another meaning is not explicitly stated.

Strahlen, die zwar aus dem Sichtfeld, jedoch von außerhalb des nominalen Objektfelds kommend durch das Objektiv erfasst werden, sind hier vereinfachend als Randstrahlen bezeichnet. Rays that are detected by the lens from the field of view but coming from outside the nominal object field are referred to as marginal rays for simplicity.

Als erfasste Strahlung wird die Gesamtheit der durch das Objektiv gesammelten Strahlung verstanden.Detected radiation is the entirety of the radiation collected by the objective.

Als reversibel in den Strahlengang einbringbar wird eine optische Einheit dann angesehen, wenn diese ohne eine Demontage beziehungsweise ohne (erneute) Montage der optischen Anordnung, insbesondere eines Gehäuses, in dem der Strahlengang verläuft, möglich ist.As reversible in the beam path can be introduced, an optical unit is considered if it is possible without dismantling or without (re) assembly of the optical arrangement, in particular a housing in which the beam path extends.

Nicht reversibel in einen Strahlengang einbringbar ist eine optische Einheit beispielsweise dann, wenn dazu das Gehäuse der optischen Anordnung wenigstens abschnittsweise aufgeschraubt oder aufgeklappt werden muss oder wenn beispielsweise das Objektiv vorübergehend aus der optischen Anordnung entfernt werden muss.An optical unit can not be introduced reversibly into a beam path, for example if the housing of the optical arrangement has to be screwed or unfolded at least in sections or if, for example, the objective must be temporarily removed from the optical arrangement.

Als Beschnitt wird hier jegliche gewollte und/oder zwangsläufige technische Maßnahme verstanden, die ein Erreichen der Bildebene durch Randstrahlen verhindert.As trimming is here any intentional and / or inevitable technical measure understood that prevents reaching the image plane by marginal rays.

Die Erfindung basiert auf der Beobachtung, dass mit einem hochvergrößernden Objektiv auch Strahlen von weit außerhalb des nominalen Objektfelds, typischerweise nach Unendlich, abbildbar sind, wenn auch mit verminderter Qualität. Normalerweise tragen Strahlen von außerhalb des nominalen Objektfeldes nicht zur Abbildung des nominalen Objektfelds in dem nominalen Bildfeld bei. Diese Randstrahlen treffen meist nicht auf die Bilderzeugungsoptik, sondern werden beispielsweise durch Blenden im Strahlengang abgeschirmt. Randstrahlen werden auch durch Fassungen anderer Elemente der optischen Anordnung sowie durch ein Gehäuse der optischen Anordnung an einem Auftreffen in der Bildebene gehindert.The invention is based on the observation that, with a high magnification lens, also rays from far outside the nominal object field, typically to infinity, can be imaged, albeit at a reduced quality. Normally, rays from outside the nominal object field do not contribute to the imaging of the nominal object field in the nominal image field. These marginal rays usually do not affect the imaging optics, but are shielded for example by diaphragms in the beam path. Edge beams are also prevented by sockets of other elements of the optical arrangement and by a housing of the optical arrangement of an impact in the image plane.

Beispielsweise ist es in der Fluoreszenzmikroskopie oft schwierig, ein fluoreszierendes Objekt durch „abscannen“ einer Region unter großer Vergrößerung zu finden. Für diese Aufgabe des Auffindens ist ein optisch qualitativ schlechtes Bild ausreichend.For example, in fluorescence microscopy, it is often difficult to find a fluorescent object by "scanning" a region under high magnification. For this task of finding an optically poor quality picture is sufficient.

Es ist erfindungswesentlich, dass das optische Element möglichst nahe nach dem Objektiv angeordnet beziehungsweise anordenbar ist. Dabei ist weniger auf eine physische Nähe zum Objektiv abzustellen, sondern auf einen Abschnitt des Strahlengangs nach dem Objektiv, in dem keine oder nur ein geringer Anteil der Randstrahlen beschnitten sind.It is essential to the invention that the optical element is arranged as close as possible to the objective or can be arranged. It is less a physical proximity to the lens, but on a portion of the beam path after the lens in which no or only a small proportion of the marginal rays are cropped.

Mittels des optischen Elements ist es ermöglicht, auch Randstrahlen mittels der Bilderzeugungsoptik auf die Bildebene abzubilden. Eine weitgehende Vermeidung des Beschnitts der Randstrahlen im vorgenannten Sinne ist wesentlich für die Erfindung. Eine reine Verkleinerung der Abbildung der erfassten Strahlung reicht zur Lösung der Aufgabe nicht aus.By means of the optical element, it is possible to also image edge rays by means of the imaging optical system on the image plane. An extensive avoidance of the cut of the marginal rays in the aforementioned sense is essential to the invention. A mere reduction of the image of the detected radiation is not sufficient to solve the problem.

Die Qualität der Abbildung mit den Randstrahlen kann hierbei zwar deutlich schlechter sein als die Qualität der Abbildung des nominalen Objektfelds, beispielsweise des zentralen Sichtfeldes. Für Aufgaben wie z. B. die Lokalisation interessierender Bereiche in einer Objektebene, ist die Qualität dieser Abbildung aber ausreichend.Although the quality of the image with the marginal rays can be significantly worse than the quality of the image of the nominal object field, for example the central field of view. For tasks such. However, the quality of this figure is sufficient, for example, the localization of areas of interest in an object plane.

Die Strahlenbündel der Randstrahlen weisen große Relativwinkel zur optischen Achse auf und werden im Unendlichkeitsstrahlengang der optischen Anordnung durch die endlich dimensionierten Elemente der optischen Anordnung und/oder durch eine vorhandene Umhausung der optischen Anordnung beschnitten, so dass diese Randstrahlen nur zu einem sehr geringen Anteil oder überhaupt nicht zum erzeugten nominalen Bildfeld (nachfolgend vereinfachend auch als Bild bezeichnet) beitragen. Dies kann wegen der verringerten Qualität bei der Abbildung dieser Randstrahlen aber sogar erwünscht sein. Die für eine Abbildung minderwertigen Anteile der erfassten Strahlung werden bisweilen sogar durch Verwendung einer Feldblende gezielt beschnitten.The beams of the marginal rays have large relative angles to the optical axis and are trimmed in the infinity beam path of the optical arrangement by the finely dimensioned elements of the optical arrangement and / or by an existing enclosure of the optical arrangement, so that these marginal rays only to a very small extent or at all do not contribute to the generated nominal image field (hereinafter also referred to as image). This may even be desirable because of the reduced quality in imaging these marginal rays. The inferior portions of the detected radiation for a mapping are sometimes even selectively cropped by using a field stop.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, die Randstrahlen abzubilden:

  • 1. Auskopplung der erfassten Strahlung aus dem primär zur Bildgebung verwendeten Strahlengang der optischen Anordnung (Primärstrahlengang) in einen alternativen Strahlengang (Sekundärstrahlengang) und Abbildung sowie Detektion in einer in dem alternativen Strahlengang befindlichen Bildebene, so dass ursprünglich beschnittene Randstrahlen umgelenkt werden und zum erzeugten Bild (nominales Bildfeld) beitragen.
  • 2. Modifizierung des Primärstrahlengangs, so dass ursprünglich beschnittene Randstrahlen so innerhalb des Strahlengangs umgelenkt werden, dass diese zum erzeugten Bild beitragen können.
Basically, there are two ways to map the marginal rays:
  • 1. decoupling the detected radiation from the beam path of the optical arrangement (primary beam path) used primarily for imaging into an alternative beam path (secondary beam path) and imaging as well as detection in an image plane located in the alternative beam path, so that originally trimmed edge beams are deflected and the image produced (nominal field of view).
  • 2. Modification of the primary beam path, so that originally trimmed edge beams are deflected within the beam path so that they can contribute to the generated image.

Beide Prinzipien können so realisiert werden, dass das so erzeugte nominale Bildfeld entweder ein größeres nominales Objektfeld abbildet oder dass die Größe des nominalen Objektfelds gleich bleibt aber einen anderen Ausschnitt des Sichtfelds abbildet. In weiteren möglichen Ausführungen der optischen Anordnung sowie in weiteren möglichen Ausgestaltungen des Verfahrens sind auch Kombinationen der vorgenannten Prinzipien möglich.Both principles can be realized such that the nominal field of view thus produced either maps a larger nominal object field or the size of the nominal object field remains the same but depicts another section of the field of view. In further possible embodiments of the optical arrangement and in further possible embodiments of the method, combinations of the aforementioned principles are also possible.

Wenn das erzeugte Bild ein größeres nominales Objektfeld abbildet, so kann es sein, dass das Bild von einem in der Bildebene angeordneten Detektor nicht mehr vollständig erfasst wird. Beispielsweise kann das so vergrößerte Bild größer als der Chip der als Detektor verwendeten Kamera oder größer als die durch einen als Detektor verwendeten Scanner erfassbare Fläche sein. In diesem Fall kann

  • 1. ein größerer Chip oder ein Scanner mit größerer Winkelauslenkung verwendet werden,
  • 2. ein Detektor verwendet werden, der eine eigene verkleinernde abbildende Optik beinhaltet, z. B. eine Kamera mit Frontlinse, die ein größeres Bild auf einen kleineren Chip abbilden kann,
  • 3. der vorhandene, zu kleine Sensor an eine andere Stelle des erzeugten Bildes verschoben wird oder
  • 4. durch eine umlenkende Optik, beispielsweise mindestens einen verstellbaren Spiegel oder eine Linse, ein frei wählbarer Teilbereich des erzeugten Bildes auf dem Detektor dargestellt werden.
If the generated image depicts a larger nominal object field, then it may be that the Image of a detector arranged in the image plane is no longer completely detected. For example, the image thus enlarged may be larger than the chip of the camera used as a detector or larger than the area detectable by a scanner used as a detector. In this case can
  • 1. a larger chip or a scanner with greater angular excursion are used
  • 2. a detector may be used which includes its own demagnifying imaging optics, e.g. B. a front-lens camera that can image a larger image on a smaller chip,
  • 3. the existing, too small sensor is moved to another location of the generated image or
  • 4. be represented by a deflecting optics, for example, at least one adjustable mirror or lens, a freely selectable portion of the image generated on the detector.

Alternativ kann das optische Element so ausgelegt sein, dass zusätzlich zur Abbildung der erfassten Strahlung inklusive der Randstrahlen eine verkleinerte Abbildung des Sichtfelds beziehungsweise eines Ausschnitts des Sichtfelds erzeugt wird, so dass das Sichtfeld beziehungsweise der Ausschnitt mit dem vorhandenen Detektor aufgenommen werden kann.Alternatively, the optical element can be designed so that in addition to the imaging of the detected radiation including the marginal rays a reduced image of the field of view or a section of the field of view is generated so that the field of view or the section can be recorded with the existing detector.

Bei allen Ausführungsformen findet der Eingriff nahe hinter dem als ein Detektionsobjektiv fungierendem Objektiv statt, da hier die Randstrahlen aus den äußeren Bereichen des Sichtfelds noch nicht beschnitten und noch zugänglich sind. Durch Wirkung des optischen Elements sind Randstrahlen nicht mehr oder nur noch teilweise beschnitten und können in der Bildebene abgebildet und mittels des Detektors erfasst werden.In all embodiments, the engagement takes place close behind the objective acting as a detection objective, since here the marginal rays from the outer regions of the field of view are not yet cropped and still accessible. Due to the effect of the optical element, marginal rays are no longer or only partially cropped and can be imaged in the image plane and detected by means of the detector.

Der Detektor kann beispielsweise eine Kamera, insbesondere mit einem Chip wie einen CCD-Chip oder einen CMOS-Chip oder ein Scanner sein.The detector can be for example a camera, in particular with a chip such as a CCD chip or a CMOS chip or a scanner.

Das Objektiv dient als Detektionsobjektiv und kann beispielsweise durch eine einzelne optische Linse oder durch eine Gruppe optischer Linsen gebildet sein.The objective serves as a detection objective and may, for example, be formed by a single optical lens or by a group of optical lenses.

Das optische Element kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass die erfasste Strahlung sowohl des nominalen Objektfelds als auch des Sichtfelds modifiziert werden, wodurch ein Bild des Sichtfelds erzeugt beziehungsweise erzeugbar ist.By way of example, the optical element can be designed in such a way that the detected radiation of both the nominal object field and the field of view is modified, as a result of which an image of the field of vision is generated or can be generated.

Vorteilhafte Ausführungen der optischen Anordnung sind beispielsweise gegeben, wenn die Bilderzeugungsoptik durch die optische Einheit reversibel ersetzbar ist und die optische Einheit zur Abbildung der aus dem nominalen Objektfeld stammenden Strahlung und der Randstrahlen in die Bildebene ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausführung wird die Anzahl der im Strahlengang vorhandenen Optiken in einer ersten Betriebsart der optischen Anordnung mit der Bilderzeugungsoptik und in einer zweiten Betriebsart der optischen Anordnung mit dem optischen Element nicht oder nur geringfügig erhöht.Advantageous embodiments of the optical arrangement are given, for example, if the imaging optical system is reversibly replaceable by the optical unit and the optical unit is designed to image the radiation originating from the nominal object field and the marginal rays into the image plane. In such an embodiment, the number of optics present in the beam path is not or only slightly increased in a first operating mode of the optical arrangement with the imaging optical system and in a second operating mode of the optical arrangement with the optical element.

Möglich ist ferner eine Ausführung, in der die Bilderzeugungsoptik durch die optische Einheit optisch ersetzbar ist. Beispielsweise wird die Funktion der Bilderzeugungsoptik ganz oder teilweise durch die optische Einheit übernommen.Also possible is an embodiment in which the imaging optical system is optically replaceable by the optical unit. For example, the function of the imaging optics is wholly or partly taken over by the optical unit.

Die Bilderzeugungsoptik kann wechselbar ausgebildet sein. Dabei kann eine substantielle Verkleinerung (z. B. mehr als 2-fach) des nominalen Bildfelds hinsichtlich seiner Ausdehnungen in der Bildebene bewirkt sein. Der Wechsel der Bilderzeugungsoptik kann mechanisch und/oder motorisiert, beispielsweise mittels eines Motors, insbesondere eines Schrittmotors, erfolgen.The imaging optics may be designed to be changeable. In this case, a substantial reduction (for example more than 2 times) of the nominal image field can be effected with regard to its dimensions in the image plane. The change of the imaging optics can be done mechanically and / or motorized, for example by means of a motor, in particular a stepping motor.

Alternativ kann die Bilderzeugungsoptik auch aus dem Strahlengang oder entlang des Strahlengangs verfahrbar ausgebildet sein. Die Bilderzeugungsoptik kann auch durch eine entsprechende Linse oder optische Gruppe an anderer (optischer) Stelle zur Erzeugung des Bilds (Primärbild) ersetzt werden.Alternatively, the imaging optics can also be designed to be movable from the beam path or along the beam path. The imaging optics may also be replaced by a corresponding lens or optical group at another (optical) location for generating the image (primary image).

Die optische Einheit kann mit Wirkung für die Randstrahlen als eine Fokuseinheit ausgebildet sein, durch deren Wirkung die Randstrahlen unter Relativwinkeln zur optischen Achse in den Strahlengang geführt sind, bei denen kein oder ein reduzierter Beschnitt auftritt. Die Relativwinkel wurden in der Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2016 002 460 als Abgangswinkel bezeichnet.The optical unit can be formed with effect for the marginal rays as a focus unit, by the effect of the marginal rays are guided at relative angles to the optical axis in the beam path, in which no or a reduced cropping occurs. The relative angles were in the application with the file number DE 10 2016 002 460 referred to as the departure angle.

Es ist auch möglich, dass die optische Einheit mindestens ein erstes strahllenkendes Element zur Auskopplung der Strahlung aus dem Strahlengang in den alternativen Strahlengang und ein zweites strahllenkendes Element zur Wiedereinkopplung der ausgekoppelten Strahlung aus dem alternativen Strahlengang in den Strahlengang aufweist. Strahllenkende Elemente sind beispielsweise Spiegel oder teilverspiegelte Prismen, die teiltransparent ausgebildet sein können. Die Wiedereinkopplung kann vor oder nach der Bilderzeugungsoptik erfolgen.It is also possible that the optical unit has at least one first beam-directing element for coupling the radiation out of the beam path into the alternative beam path and a second beam-directing element for re-coupling the coupled-out radiation from the alternative beam path into the beam path. Beam-directing elements are, for example, mirrors or partially mirrored prisms, which can be designed to be partially transparent. Recoupling may occur before or after the imaging optics.

Dabei ist es möglich, dass sowohl die komplette zusätzliche Optik und/oder Optomechanik bewegt wird oder dass nur die strahllenkenden Elemente und gegebenenfalls in dem alternativen Strahlengang angeordnete optische Bauteile eigeschoben, eingeklappt oder in den Strahlengang rotiert werden.It is possible that both the complete additional optics and / or optomechanics is moved or that only the beam-directing elements and possibly arranged in the alternative beam path optical components are eigeschoben, folded or rotated in the beam path.

Die optische Einheit kann beispielsweise in einer der folgenden Varianten ausgebildet sein:

  • A) eine Kombination einer konkaven und einer konvexen Linse oder die Kombination eines konvexen Hohlspiegels (z. B. verspiegelte Kugeloberfläche) mit einem konkaven Hohlspiegel;
  • B) eine Kombination mehrere bikonvexer oder plankonvexer Linsen;
  • C) wie B) mit der Erzeugung eines dem Primärbild vorgelagerten Zwischenbildes, wenn in der zweiten Betriebsart beispielsweise ein 4f-System eingesetzt wird.
The optical unit can be designed, for example, in one of the following variants:
  • A) a combination of a concave and a convex lens or the combination of a convex concave mirror (eg mirrored spherical surface) with a concave concave mirror;
  • B) a combination of several biconvex or plano-convex lenses;
  • C) as B) with the generation of an intermediate image preceded by the primary image, if, for example, a 4f system is used in the second operating mode.

Die von der Bilderzeugungsoptik sichtbare Objektivpupille und das auf dem Detektor (oder im Auge) abgebildete Objektfeld sind durch Wirkung des optischen Elements vergrößert, es wird also eine Objektverkleinerung auf dem Detektor im Vergleich zur ersten Betriebsart erzielt. Es ist zusätzlich möglich mindestens eine, optional variabel einstellbare, Pupillenblende in einer Aperturebene einzubringen, um somit (auf Kosten der Lichtstärke) die Abbildungsqualität durch Unterdrückung aberrierter Strahlen zu erhöhen.The objective pupil visible by the imaging optical system and the object field imaged on the detector (or in the eye) are magnified by the action of the optical element, ie an object reduction on the detector is achieved compared to the first operating mode. It is additionally possible to introduce at least one, optionally variably adjustable, pupil diaphragm in an aperture plane in order thus to increase (at the expense of the light intensity) the imaging quality by suppressing aberrated beams.

Der alternative Strahlengang kann in weiteren Ausführungen als ein Teleskop ausgebildet sein.The alternative beam path may be formed in further embodiments as a telescope.

Weitere mögliche Ausführungen sind nachfolgend angeführt.Further possible embodiments are listed below.

Wenn sich mehrere Bildfelder (auf Kosten der Lichtstärke) überlagern dürfen, können durch eine geeignete Wahl der Winkel Bildfelder übereinander geschoben werden. Zum Auffinden beispielsweise von GFP-gefärbten Zellen (GFP = Grünfluoreszierendes Protein) kann so ein überlagertes Bildfeld sinnvoll sein, insbesondere wenn beim Verschieben auch Teilstrahlen abgeblendet werden können. Dieses kann insbesondere in Kombination mit dem 0,5x-Optovar realisiert sein. Möglich sind auch Anordnungen, die durch einen kleinen Schieber unter Verwendung halbdurchlässiger Spiegel die (partielle) Überlagerung der verschiedenen Bildfelder erzeugen.If several image fields may overlap (at the expense of the light intensity), image fields can be superimposed by a suitable choice of the angles. To find, for example, GFP-stained cells (GFP = green fluorescent protein), a superimposed image field can thus be useful, in particular if sub-beams can be dimmed when moving. This can be realized in particular in combination with the 0.5x Optovar. Arrangements are also possible which generate the (partial) superposition of the different image fields by means of a small slider using semitransparent mirrors.

Es ist auch möglich, eine Anordnung zu schaffen die es erlaubt das maximal mögliche Bildfeld (Sichtfeld) in der Umgebung „abzusuchen“. Dazu kann die Ausführung gemäß der 13 und 14 abgeändert sein, indem ein variabler Keil wie folgt gebaut und verwendet wird: Man nehme eine plan-konvexe und eine plan-konkave Linse mit gleichem Krümmungsradius, füge sie, gegebenenfalls mit einem Schmiermedium (z. B. Öl-basiert) mit gleichem Brechungsindex, aneinander. Durch Verdrehen kann man den Keilwinkel verändern und ohne Objektbewegung ein größeres Bildfeld abscannen. Es wäre möglich dazu zwei kleine Drehknöpfe zu verwenden, die direkt außen am optischen Element angebracht sind.It is also possible to create an arrangement which allows to "search" the maximum possible field of view (field of view) in the environment. For this purpose, the execution according to the 13 and 14 construct and use a variable wedge as follows: take a plano-convex and a plano-concave lens with the same radius of curvature, add it, optionally with a lubricating medium (eg oil-based) of the same refractive index, together. By twisting you can change the wedge angle and scan without object movement a larger field of view. It would be possible to use two small knobs, which are mounted directly on the outside of the optical element.

Ein Slider, der z. B. in der Bertrandlinsenposition oder (besser) in der DIC-Slider-Position eingebracht wird, besteht nur aus einem Trägermaterial (z. B. Glas) auf dem ein Beugungsgitter, beispielsweise ein gekreuztes Beugungsgitter, eingeschrieben ist. Bei dem Gitter kann es sich um ein Amplituden- aber (vorzugsweise) auch um ein Phasengitter handeln. Die verschiedenen Beugungsordnungen des Gitters realisieren gleichzeitig den Effekt vieler verschiedener Keile ähnlich zu 13 und 14. Die Gitter können z. B. durch einen iterativen Fourier Transformations Algorithmus ähnlich der Beschreibung in Abrahamsson, S. et al. ( S. Abrahamsson, M. McQuilken, S. B. Mehta, A. Verma, J. Larsch, R. Ilic, R. Heintzmann, C. I. Bargmann, A. S. Gladfelter, R. Oldenbourg, Optics Express 23, 7734–7754, 2015 ) so optimiert sein, dass z. B. neun Beugungsordnungen fast konstanter Stärke entstehen. Man kann allerdings auch ein herkömmliches Kreuzgitter verwenden. Vorteilhaft kann bei beiden Gitterarten auch sein, das Gitter als hexagonales Gitter auszubilden, so dass eine isotropere Bildfelderhöhung erreicht wird. Durch Wahl der Gitterkonstante lässt sich die relative effektive Bildverschiebung einstellen. Das Gitter führt effektiv zu einer Reihe sich überlagernder Bildfelder, die alle gleichzeitig durch das Okular im Auge oder auf der Kamera abgebildet werden. Trotzdem kann ein geübter Mikroskopiker daran erkennen, dass es in der Nähe der aktuellen Probenposition eine interessante (z. B. GFP-gefärbte) Zelle oder einen anderen interessierenden Bereich gibt.A slider, the z. B. in the Bertrand lens position or (better) is introduced in the DIC slider position, consists only of a carrier material (eg., Glass) on which a diffraction grating, for example, a crossed diffraction grating is inscribed. The grating can be an amplitude but (preferably) also a phase grating. The various diffraction orders of the grating simultaneously realize the effect of many different wedges similar to 13 and 14 , The grid can z. By an iterative Fourier transform algorithm similar to the description in Abrahamsson, S. et al. ( Abrahamsson, M. McQuilken, SB Mehta, A. Verma, J. Larsch, R. Ilic, R. Heintzmann, CI Bargmann, AS Gladfelter, R. Oldenbourg, Optics Express 23, 7734-7754, 2015 ) be optimized so that z. B. nine diffraction orders of almost constant strength arise. However, one can also use a conventional cross grid. It can also be advantageous in the case of both grating types to form the grating as a hexagonal grating, so that an isotropic image field increase is achieved. By selecting the lattice constant, the relative effective image shift can be adjusted. The grid effectively results in a series of overlapping image fields, all simultaneously imaged through the eyepiece in the eye or on the camera. Nevertheless, a skilled microscopist can appreciate that there is an interesting (eg, GFP stained) cell or other region of interest near the current sample position.

Die hier beschriebene Anordnung wird in allen Ordnungen, außer des direkten Strahls (Nullte Ordnung), zu einer chromatischen Verschmierung führen. Dies hat den Vorteil, dass man dem verschmiert Objekt (z. B. eine nur gering „nach rechts“ verschmierte Zelle = plus erste rechte Ordnung) ansehen kann, wo es sich im Vergleich zum gewünschten zentralen Sehfeld befindet. Die sonst als nachteilig angesehene spektrale Verschmierung ist hier also ein überraschender Vorteil.The arrangement described here will result in chromatic blurring in all orders except the direct (zero order) beam. This has the advantage of being able to view the smeared object (eg, a cell smeared only slightly "to the right" = plus first right order), where it is in comparison to the desired central visual field. The otherwise considered disadvantageous spectral smearing is therefore a surprising advantage.

Ein weiterer Vorteil ist, dass so ein als Einschub oder Slider ausgebildetes optisches Element sehr einfach konstruiert werden kann undsehr fehler-unanfällig ist. EWeiterhin kann eine geringfügige durch den Benutzer bedienbare Drehbarkeit um die optische Achse auch sinnvoll sein, um die Zuordnung zum richtigen sich überlappenden Sehfeld zu erleichtern.Another advantage is that such an optical element formed as a drawer or slider can be constructed very simply and is very error-prone. EWeiterhin a slight user-operable rotation about the optical axis may also be useful to facilitate the assignment to the correct overlapping field of view.

Analog zur vorgenannten Ausführung wird ein Einschub (optisches Element) an der DIC-Slider-Position oder an der Bertrandlinsenposition eingebracht. Hier soll ein ähnlicher Multi-Keil-Effekt erzielt werden allerdings ohne große durch das Gitter verursachte chromatische Aberrationen. Es wird ein sehr kleines Multifacetten-Prisma genutzt, das die Pupille in mehrere Teile oder Bereiche teilt, die jeweils einen Keil unterschiedlicher Steigung und Richtung sehen. Dies hat einen nicht unerheblichen Licht- und auch Auflösungsverlust zur Folge, ist aber zum Auffinden interessierender Bereiche oder Objekte im Sichtfeld trotzdem sinnvoll und ausreichend. Ein Prisma verursacht weit weniger chromatische Aberrationen als ein Gitter. Durch die Verwendung von Grisms (Prisma-Gitterkombinationen) kann die entstehende chromatische Verschmierung weiter verringert werden.Analogously to the aforementioned embodiment, a slot (optical element) is introduced at the DIC slider position or at the Bertrand lens position. Here is a similar multi-wedge effect can be achieved, however, without large caused by the grid chromatic aberrations. It uses a very small multi-faceted prism that divides the pupil into several parts or areas, each with a wedge of different pitch and direction. This has a not inconsiderable light and also Loss of resolution results, but is still useful and sufficient to find interesting areas or objects in the field of view. A prism causes far fewer chromatic aberrations than a grating. By using grisms (prism grid combinations), the resulting chromatic smearing can be further reduced.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mehrere hintereinander angebrachte keilförmige doppelbrechende Materialien analog zu Wollaston Prismen zu verwenden. Auch damit lässt sich eine Überlagerung vieler verschobener Bilder herbeiführen. Es entsteht ein Lichtverlust, die Auflösung bleibt aber weitestgehend erhalten.Another possibility is to use several wedge-shaped birefringent materials attached in succession analogous to Wollaston prisms. This can also be used to superimpose many shifted images. The result is a loss of light, but the resolution remains largely intact.

Um eine gleichzeitige sehr effiziente Überlagerung mehrerer Bildfelder zu erreichen ist es auch möglich, ein Multifacetten-Prisma an einer Position etwa auf halbem Weg zwischen der Pupillenebene und der Tubuslinse (Bilderzeugungsoptik) einzubringen. Jede Prismenfläche ist dabei sowohl dafür zuständig einen Teil des vergrößerten Gesamt-Bildfeldes, welches normalerweise außerhalb des durch die Kamera oder die Okulare (und letztlich durch die Tubuslinse) beschränkten Beobachtungsfeldes liegt, durch die durch das Prisma veränderte Strahlkippung auf die Tubuslinse zu lenken als auch durch die Strahlkippung das Bildfeld in einen für die Kamera, das Auge, oder allgemeiner: den Detektor, sichtbaren Bereich zu verschieben. Dies wird nur teilweise gelingen, da ein Zentrieren zu einer Überkompensation führt, aber dadurch dass ein Beschneiden der Pupille akzeptiert wird, also dieses Prisma mit etwas kleineren Abständen gestaltet wird, lässt sich eine Bildfeldvervielfachung erreichen.In order to achieve a simultaneous very efficient superimposition of several image fields, it is also possible to introduce a multifaceted prism at a position approximately halfway between the pupil plane and the tube lens (imaging optics). Each prism surface is responsible both for a part of the enlarged total field of view, which is normally outside of the limited by the camera or the eyepieces (and ultimately through the tube lens) field of view, to steer by the prism modified beam tilting on the tube lens and by the beam tilting the image field in one for the camera, the eye, or more generally: the detector to move visible range. This will only be partially successful, since centering leads to overcompensation, but by accepting a pruning of the pupil, ie, designing this prism with slightly smaller spacings, it is possible to achieve an image field multiplication.

Es ist ferner möglich, dass das optische Element als ein Strahlaufweiter ausgebildet ist, durch dessen Wirkung die Randstrahlen unter Relativwinkeln in den Strahlengang geführt sind, die eine Abbildung in der Bildebene ermöglichen.It is also possible that the optical element is designed as a beam expander, by the effect of the edge beams are guided at relative angles in the beam path, which allow imaging in the image plane.

Der Strahlaufweiter kann in einer Ausführungsform mehrere Reflexionsflächen aufweisen, die derart zueinander angeordnet sind, dass erfasste Strahlung nach mehrfachen, insbesondere kaskadierten, Reflexionen in den Strahlengang geführt sind.In one embodiment, the beam expander can have a plurality of reflection surfaces which are arranged relative to one another such that detected radiation is guided into the beam path after multiple, in particular cascaded, reflections.

Das optische Element kann in einer weiteren Ausführung der optischen Anordnung als ein Keil ausgebildet sein, durch dessen Wirkung Randstrahlen in den Strahlengang geführt sind.The optical element may be formed in a further embodiment of the optical arrangement as a wedge, by the effect of edge beams are guided in the beam path.

Der Keil kann dabei ein integriertes diffraktives Gitter aufweisen, so dass vorteilhaft auftretende Dispersionen der Strahlung kompensiert sind.The wedge may have an integrated diffractive grating, so that advantageously occurring dispersions of the radiation are compensated.

Ferner ist es möglich, dass das optische Element als mindestens ein Spiegel ausgebildet ist, durch dessen Wirkung Randstrahlen in den Strahlengang geführt sind.Furthermore, it is possible that the optical element is designed as at least one mirror, by the effect of which edge beams are guided into the beam path.

Auch eine Ausführung des optischen Elements als ein Fresnelspiegel oder ein Beugungsgitter, insbesondere ein geblaztes Beugungsgitter ist möglich. Ein geblaztes Beugungsgitter ist für eine hohe Beugungseffizienz hinsichtlich einer Beugungsordnung in einer Wellenlänge optimiert.Also, an embodiment of the optical element as a Fresnel mirror or a diffraction grating, in particular a blazed diffraction grating is possible. A blazed diffraction grating is optimized for high diffraction efficiency with respect to a diffraction order in one wavelength.

Die optische Anordnung kann in einer weiteren Ausführung ein optisches Element als ein Träger aus einem optisch leitenden Material aufweisen. Das optischen Element weist mindestens eine Fresnelzone und/oder ein Beugungsgitter auf, wobei mittels der Fresnelzone und/oder dem Beugungsgitter aus dem Strahlengang ausgekoppelte erfasste Strahlung in dem Träger mittels Totalreflektion geführt ist.The optical arrangement may, in another embodiment, comprise an optical element as a carrier of an optically conductive material. The optical element has at least one Fresnel zone and / or a diffraction grating, wherein detected radiation coupled out of the beam path by means of the Fresnel zone and / or the diffraction grating is guided in the carrier by means of total reflection.

In einer weiteren Ausführung ist das optische Element als eine facettierte Anordnung teiltransparenter Spiegel ausgebildet.In a further embodiment, the optical element is designed as a faceted arrangement of semitransparent mirrors.

Das optische Element kann in weiteren Ausführungen oder in Kombination mit einer beschriebenen Ausführung um eine optische Achse der optischen Anordnung gesteuert drehbar ausgebildet sein.The optical element may be rotatably controlled in further embodiments or in combination with a described embodiment about an optical axis of the optical arrangement controlled.

Eine Nachrüstung eines optischen Geräts mit einem optischen Element kann vorteilhaft an einer Sliderposition erfolgen, die normalerweise für den Einschub von Bertrand-Linsen verwendet wird. Die Nachrüstung kann alternativ oder zusätzlich an einer Einschubposition erfolgen, die normalerweise für DIC-Prismen verwendet wird.Retrofitting an optical device with an optical element can advantageously be done at a slider position that is normally used for inserting Bertrand lenses. Retrofitting may alternatively or additionally be done at an insertion position normally used for DIC prisms.

Es ist ferner möglich, dass das optische Element derart ausgebildet ist beziehungsweise derart auf die optischen Eigenschaften des Objektivs und/oder der optischen Anordnung abgestimmt ist, dass in der zweiten Betriebsart auftretende Abbildungsfehler reduziert und/oder korrigiert sind.It is also possible for the optical element to be designed in such a way or adapted to the optical properties of the objective and / or the optical arrangement that aberrations occurring in the second operating mode are reduced and / or corrected.

Das optische Element kann in weiteren Ausführungen ein zweites Objektiv mit geringer Brennweite und ein drittes Objektiv mit dazu relativ längerer Brennweite aufweisen. Das zweite Objektiv ist umgedreht im Strahlengang anordenbar, wodurch in Zusammenwirken mit dem dritten Objektiv ein reelles Bild wiederum nach Unendlich abgebildet wird.In other embodiments, the optical element may have a second objective with a small focal length and a third objective with a relatively longer focal length. The second lens can be arranged reversed in the beam path, whereby in cooperation with the third lens, a real image is again imaged to infinity.

Das zweite Objektiv ist in einer möglichen Ausführung baugleich mit dem als Detektionsobjektiv dienendem Objektiv.The second lens is in one possible embodiment identical to the serving as a detection objective lens.

Ferner kann das zweite Objektiv eine Fokallänge aufweisen, die um das Verhältnis der Brechungsindizes (objektseitiger Brechungsindex und Brechungsindex zwischen den beiden eingebrachten Objektiven) verändert ist, so dass die Abbe-Sinusbedingung und die Herschelbedingung näherungsweise beide erfüllt werden können.Furthermore, the second lens may have a focal length which is about the ratio of Refractive indices (object-side refractive index and refractive index between the two introduced lenses) is changed so that the Abbe sine condition and the Herschel condition can be fulfilled approximately both.

Die zweiten und dritten Objektive können als ein optisches Bauteil gefertigt sein. Das verwirklichte Prinzip kann wiederum sein: Erzeugung eines reellen Zwischenbildes und Abbildung mit langer Brennweite.The second and third lenses may be manufactured as an optical component. The realized principle can again be: creation of a real intermediate image and long focal length imaging.

Die optische Anordnung kann in weiteren Ausführungen eine Umlenkeinheit aufweisen, mittels der erfassten Strahlung mit einer kurzbrennweitigen Tubuslinse oder einem umgedrehten Objektiv in der zweiten Betriebsart auf den Detektor gelenkt ist.In other embodiments, the optical arrangement can have a deflection unit, by means of which the detected radiation with a short focal length tube lens or an inverted lens is directed onto the detector in the second operating mode.

Es ist in einer weiteren Ausführung möglich, dass die erfasste Strahlung nach dem primären Objektiv (Detektionsobjektiv) ausgelenkt und hinter der Bilderzeugungsoptik wieder durch ein strahllenkendes Element auf den Detektor geleitet ist.In a further embodiment, it is possible for the detected radiation to be deflected towards the primary objective (detection objective) and guided back onto the detector behind the imaging optics by a beam-directing element.

In einer weiteren Ausführung wird in dem alternativen Strahlengang in der zweiten Betriebsart eine Abbildung der Pupillenebene des Objektivs durch ein oder mehrere optische Bauteile erreicht.In a further embodiment, an image of the pupil plane of the objective is achieved by one or more optical components in the alternative beam path in the second mode.

Die optische Anordnung weist in einer weiteren Ausführung mindestens zwei Bilderzeugungsoptiken auf, die wahlweise in der ersten beziehungsweise in der zweiten Betriebsart verwendbar sind.In a further embodiment, the optical arrangement has at least two imaging optics which can be used optionally in the first and in the second operating mode.

Ist die Bildgebung des Sichtfelds erreicht, so ist eine eventuelle Verkleinerung von untergeordneter Bedeutung. Prinzipiell kann das Sichtfeld auch abgebildet werden, indem ein größerer Detektor verwendet wird oder der Detektor entsprechend verschoben wird.If the imaging of the field of view is achieved, a possible reduction of minor importance. In principle, the field of view can also be imaged by using a larger detector or by shifting the detector accordingly.

Auch eine Auskopplung in den alternativen Strahlengang und auf einen separaten Detektor muss nicht bildverkleinernd stattfinden, solange ein entsprechend großer Detektor vorhanden ist.A decoupling into the alternative beam path and to a separate detector does not have to be image-reducing, as long as a correspondingly large detector is present.

Weist der separate Detektor eine eigene Optik auf, muss lediglich gewährleistet sein, dass das erzeugte Zwischenbild über den gesamten gewünschten Bereich von dem Detektor aufgenommen werden kann.If the separate detector has its own optical system, it merely has to be ensured that the intermediate image produced can be recorded by the detector over the entire desired area.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Betrieb der optischen Anordnung gelöst, wobei die optische Anordnung alternierend in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart betrieben wird, wobei
in der ersten Betriebsart eine Abbildung von erfasster Strahlung eines nominalen Objektfelds als ein nominales Bildfeld in einer Bildebene erzeugt wird, wobei das nominale Objektfeld ein Ausschnitt des Sichtfelds ist und als Randstrahlen erfasste Strahlung von außerhalb des nominalen Objektfelds vor Erreichen der Bildebene durch einen Beschnitt des Strahlengangs aus dem Strahlengang entfernt werden und,
in einer zweiten Betriebsart die optische Einheit in den Strahlengang eingebracht wird und neben der aus nominalen Objektfeld stammenden Strahlung die Randstrahlen in der Bildebene abgebildet werden.
The object is further achieved by a method for operating the optical arrangement, wherein the optical arrangement is operated alternately in the first operating mode and the second operating mode, wherein
in the first operating mode, an image of detected radiation of a nominal object field is generated as a nominal image field in an image plane, wherein the nominal object field is a section of the field of view and radiation detected as marginal rays from outside the nominal object field before reaching the image plane by trimming the beam path be removed from the beam path and,
In a second operating mode, the optical unit is introduced into the beam path and, in addition to the radiation originating from the nominal object field, the marginal rays are imaged in the image plane.

Die optische Anordnung kann vorteilhaft in einem Mikroskop, einem Fernrohr, einem Fernglas, einem Fotoapparat oder einer Kamera verwendet oder angeordnet sein.The optical arrangement may advantageously be used or arranged in a microscope, a telescope, a pair of binoculars, a camera or a camera.

Unter einer ersten Betriebsart wird ein Modus (Abbildungsmodus) der optischen Anordnung verstanden, in dem ein nominales Bildfeld möglichst hoher Qualität mit dem Objektiv in der Bildebene erzeugt wird.A first operating mode is understood to mean a mode (imaging mode) of the optical arrangement in which a nominal image field of the highest possible quality is produced with the objective in the image plane.

Unter einer zweiten Betriebsart wird ein Modus (Lokalisationsmodus) der optischen Anordnung verstanden, in dem eine Abbildung des Sichtfelds in der Bildebene erfolgt. Die zweite Betriebsart wird zum Auffindens eines zu untersuchenden Objekts oder eines zu untersuchenden Teils des Objekts verwendet.A second operating mode is understood to be a mode (localization mode) of the optical arrangement in which an image of the field of view takes place in the image plane. The second mode is used for finding an object to be examined or a part of the object to be examined.

Es können in der ersten beziehungsweise in der zweiten Betriebsart eins oder mehrere Bilder aufgenommen werden, bevor in die jeweils andere Betriebsart gewechselt wird.One or more pictures can be taken in the first or in the second operating mode before changing to the other operating mode.

Die Qualität der optischen Bildgebung in der zweiten Betriebsart wird oft nicht ideal sein, da das hochvergrößernde Objektiv nur für ein bestimmtes nominales Bildfeld optimiert wurde. Für die gestellte Aufgabe „Lokalisieren eines interessierenden Objektes“ ist die optische Qualität des Bildes insbesondere im Randbereich aber sekundär.The quality of optical imaging in the second mode of operation will often not be ideal because the high magnification lens has been optimized for only a particular nominal field of view. For the stated task "localization of an object of interest", the optical quality of the image is secondary, especially in the edge region.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 1 a schematic representation of a first embodiment of the optical arrangement according to the invention;

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 2 a schematic representation of a second embodiment of the optical arrangement according to the invention;

3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 3 a schematic representation of a third embodiment of the optical arrangement according to the invention;

4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 4 a schematic representation of a fourth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 5 a schematic representation of a fifth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 6 a schematic representation of a sixth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

7 eine schematische Darstellung eines siebenten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 7 a schematic representation of a seventh embodiment of the optical arrangement according to the invention;

8 eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 8th a schematic representation of an eighth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

9 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung; 9 a schematic representation of an optical arrangement;

10 eine schematische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 10 a schematic representation of a ninth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

11 eine schematische Darstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 11 a schematic representation of a tenth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

12 eine schematische Darstellung eines elften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 12 a schematic representation of an eleventh embodiment of the optical arrangement according to the invention;

13 eine schematische Darstellung eines zwölften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 13 a schematic representation of a twelfth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

14 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Keilanordnung; 14 a schematic representation of an embodiment of a wedge assembly;

15 eine schematische Darstellung eines dreizehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 15 a schematic representation of a thirteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

16 eine schematische Darstellung eines vierzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung in einer Ausgangskonfiguration mit zentralem Sehfeld; 16 a schematic representation of a fourteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention in a central field of view output configuration;

17 eine schematische Darstellung des vierzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung mit Randstrahlen 17 a schematic representation of the fourteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention with marginal rays

18 eine schematische Darstellung des vierzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung mit zentralem Sehfeld und Randstrahlen; 18 a schematic representation of the fourteenth embodiment of the optical arrangement with central field of view and marginal rays according to the invention;

19 eine schematische Darstellung eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 19 a schematic representation of a fifteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

20 eine schematische Darstellung eines sechzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 20 a schematic representation of a sixteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

21 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines facettierten optischen Elements; 21 a schematic representation of an embodiment of a faceted optical element;

22 eine schematische Darstellung eines siebzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 22 a schematic representation of a seventeenth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

23 eine schematische Darstellung eines achtzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 23 a schematic representation of an eighteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

24 eine schematische Darstellung eines neunzehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung und 24 a schematic representation of a nineteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention and

25 eine schematische Darstellung eines zwanzigsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung; 25 a schematic representation of a twentieth embodiment of the optical arrangement according to the invention;

Die folgenden Ausführungsbeispiele sind schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Elemente, falls nicht ausdrücklich anders angegeben.The following embodiments are shown schematically and not to scale. Like reference numerals denote like elements unless expressly stated otherwise.

Die 1 stellt ein Mikroskop 1 mit einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 2 dar. Entlang einer optischen Achse 3 der optischen Anordnung 2 sind ein Objekt Obj, ein als Detektionsobjektiv ausgebildetes Objektiv OL, ein reversibel (durch den Doppelpfeil symbolisiert) in den Strahlengang 4 der optischen Anordnung 2 einbringbares optisches Element E, eine optionale Bilderzeugungsoptik TL sowie ein Detektor D angeordnet. Der Strahlengang 4 fällt mit der optischen Achse 3 zusammen. Mittels des derart vereinfacht dargestellten abbildenden Systems, ist ein Bild eines nominalen Objektfelds in einer Bildebene B1 (2 bis 5, 7 bis 13, 15 bis 20, 22 bis 25) auf dem Detektor D erzeugbar. Durch die Wirkung des optischen Elements E ist die Abbildung auf dem Detektor D verkleinert, so dass das Gesamtsystem in der dargestellten zweiten Betriebsart der optischen Anordnung 1 zum Auffinden einer interessanten Region des Objekts Obj eingesetzt werden kann. Hierbei ist es im Allgemeinen unerheblich, ob im optischen Element E die optische Achse 3 in dem Strahlengang 4 oder in einem alternativen Strahlengang 5 (siehe 3, 6, 7 und 8) ausgekoppelt wird oder nicht.The 1 puts a microscope 1 with an optical arrangement according to the invention 2 dar. Along an optical axis 3 the optical arrangement 2 are an object Obj, designed as a detection objective lens OL, a reversible (symbolized by the double arrow) in the beam path 4 the optical arrangement 2 insertable optical element E, an optional imaging optical system TL and a detector D arranged. The beam path 4 coincides with the optical axis 3 together. By means of the imaging system thus simplified, an image of a nominal object field in an image plane B 1 (FIG. 2 to 5 . 7 to 13 . 15 to 20 . 22 to 25 ) can be generated on the detector D. Due to the effect of the optical element E, the image on the detector D is reduced, so that the overall system in the illustrated second operating mode of the optical arrangement 1 can be used to find an interesting region of the object Obj. In this case, it is generally immaterial whether the optical axis E is the optical axis 3 in the beam path 4 or in an alternative beam path 5 (please refer 3 . 6 . 7 and 8th ) is decoupled or not.

Wird statt des Mikroskops 1 beispielsweise ein Gallileo-Teleskop verwendet, entspräche das Objektiv OL der ersten (Objektiv-)Linse und die Bilderzeugungsoptik TL entspräche einer kurzbrennweitigen konkaven Linse (Okular) zusammen mit der Optik des Auges, die das Bild auf der Retina erzeugt.Will instead of the microscope 1 For example, if a Gallileo telescope is used, the objective OL would correspond to the first (objective) lens and the imaging optics TL would correspond to one short-focal concave lens (eyepiece) together with the optics of the eye, which produces the image on the retina.

Man beachte, dass die Optiken auch jeweils als Linsensystem und nicht nur als Einzellinsen ausgebildet sein können. Weiterhin ist zu beachten, dass das Objektiv OL auch direkt ein Bild („Primärbild“) auf dem Detektor D ohne eine nötige weitere Bilderzeugungsoptik TL erzeugen kann. In diesem Fall erzeugt dann auch das optische Element E direkt ein Bild. Es ist aber auch möglich, dass das Primärbild durch die (optionale) Bilderzeugungsoptik TL wieder abgebildet wird.It should be noted that the optics can also be designed in each case as a lens system and not only as individual lenses. Furthermore, it should be noted that the objective OL can also directly generate an image ("primary image") on the detector D without the need for further imaging optics TL. In this case, then also the optical element E directly generates an image. But it is also possible that the primary image is reproduced by the (optional) imaging optics TL again.

Die optische Anordnung 2 ist in einem Mikroskop 1 vorhanden.The optical arrangement 2 is in a microscope 1 available.

In der 2 ist bespielhaft die Abbildungsoptik eines modernen Mikroskops 1 mit Unendlichstrahlengang in einer ersten Betriebsart gezeigt, also für ein gewähltes und spezifiziertes Objektiv OL. Eine Objektebene B0 wird durch das Objektiv OL, typischerweise einem der Abbe-Sinusbedingung gehorchenden Linsensystem, nach Unendlich abgebildet. Die objektseitigen und bildseitigen Fokusdistanzen sind mit fOL bezeichnet. Vereinfacht sind hier nur paraxiale Strahlen gezeichnet und die schematischen Linsen stimmen in den vereinfachten 1 bis 8 mit den Referenzebenen (durch senkrechte unterbrochene Linien symbolisiert) überein. Bildseitig folgt also in einer Fokusdistanz fOL nach dem Objektiv OL die Pupille P1 des Objektivs OL. Die Bilderzeugungsoptik TL, die als eine Tubuslinse ausgebildet ist, erzeugt nach der Distanz fTL ein reelles Bild der Objektebene B0 in der Bildebene B1. Die hier gezeigte optische Anordnung 2 ist der Übersichtlichkeit halber in 4f-Anordnung („konfokal“, also die jeweiligen Foci der Linsen liegen übereinander) gezeichnet, auch wenn viele real existierenden Mikroskopsysteme davon abweichen und den Abstand der Bilderzeugungsoptik TL zum Objektiv OL verkürzen. Weiterhin ist der Übersichtlichkeit halber die Vergrößerung recht klein gewählt. In einem tatsächlichen System ist diese meist um ein Vielfaches größer.In the 2 is exemplarily the imaging optics of a modern microscope 1 shown with infinite beam path in a first mode, ie for a selected and specified lens OL. An object plane B 0 is imaged to infinity by the lens OL, typically a lens system obeying the Abbe sine condition. The object-side and image-side focal distances are designated f OL . Simplified here only paraxial rays are drawn and the schematic lenses are in the simplified 1 to 8th coincides with the reference planes (symbolized by vertical broken lines). On the image side, the pupil P 1 of the objective OL follows in a focus distance f OL after the objective OL. The imaging optical system TL, which is designed as a tube lens, generates a real image of the object plane B 0 in the image plane B 1 after the distance f TL . The optical arrangement shown here 2 is for clarity's sake in 4f arrangement ("confocal", so the respective foci of the lenses are superimposed) drawn, even if many existing real microscope systems deviate from it and shorten the distance of the imaging optical system TL to the lens OL. Furthermore, the magnification is chosen to be quite small for clarity. In an actual system, this is usually many times greater.

Die 3 zeigt analog zu 2 die optische Situation nach Einschub des optischen Elements E in den Strahlengang 4. Das optische Element E ist mit einer gestrichelten gezeichneten Box umrandet und zeigt, dass hier eine Strahlumlenkungseinheit eingeschoben ist, die eine erfasste Strahlung aus dem Strahlengang 4 in einen alternativen Strahlengang 5 auskoppelt und wieder in den Strahlengang 4 einkoppelt. Das optische Element E weist zwei zueinander senkrecht stehend angeordnete planare Spiegel als ein erstes strahllenkendes Element S1 und ein zweites strahllenkendes Element S2 auf. Die strahllenkenden Elemente S1, S2 können auch jeweils durch ein außen verspiegeltes Prisma realisiert werden. Die Pupille P1 befindet sich im alternativen Strahlengang 5 hinter (hier unter) dem ersten strahllenkenden Element S1, ebenso eine Zwischenbildebene BE. Der alternative Strahlengang 5 passiert nun ein 4f-System (2-mal fE1 und 2-mal fE2) welches durch zwei Linsen E1 und E2 gebildet ist. Die Strahlung wird durch zwei weitere als Spiegel ausgebildete strahllenkende Elemente S3 und S4, die z. B. auch als Totalreflexion in einem Prisma realisiert sein können, reflektiert und mittels des zweiten strahllenkenden Elements S2 wieder in den Strahlengang 4 eingekoppelt. Durch eine geeignete Wahl der Gesamtlänge des Teleskops kann sogar die Lage der Austrittspupille PE des Teleskops, die zugleich Eintrittspupille der Bilderzeugungsoptik TL ist, wie hier näherungsweise angedeutet, mit der ursprünglichen Pupillenlage P1 (siehe 2) optisch in Übereinstimmung gebracht werden. Eine solche Übereinstimmung der Pupillen P1 und PE ist aber nicht unbedingt für eine gute Abbildung nötig. Es kann auch sinnvoll sein, die Linse E2 an anderer Stelle, z. B. zwischen den strahllenkenden Elementen S3 und S4 anzuordnen.The 3 shows analogously to 2 the optical situation after insertion of the optical element E in the beam path 4 , The optical element E is surrounded by a dashed box and shows that here a beam deflection unit is inserted, which detects a detected radiation from the beam path 4 in an alternative beam path 5 decoupled and back into the beam path 4 couples. The optical element E has two planar mirrors arranged perpendicular to one another as a first beam-directing element S 1 and a second beam-directing element S 2 . The beam directing elements S1, S2 can also be realized in each case by an externally mirrored prism. The pupil P 1 is located in the alternative beam path 5 behind (here below) the first beam steering element S 1 , as well as an intermediate image plane B E. The alternative beam path 5 Now a 4f-system (2 times f E1 and 2 times f E2 ) happens which is formed by two lenses E 1 and E 2 . The radiation is formed by two further designed as a mirror beam steering elements S3 and S4, the z. B. can also be implemented as total reflection in a prism, reflected and by means of the second beam steering element S 2 back into the beam path 4 coupled. By a suitable choice of the total length of the telescope even the position of the exit pupil P E of the telescope, which is also entrance pupil of the imaging optics TL, as approximately indicated here, with the original pupil position P 1 (see 2 ) are optically matched. However, such a matching of the pupils P 1 and P E is not necessarily necessary for a good imaging. It may also be useful to the lens E 2 elsewhere, z. B. between the beam steering elements S 3 and S 4 to arrange.

Wie in der 3 gezeigt, kann das optische Element E zu einer Bildumkehr im Vergleich zur ersten Betriebsart (ohne dem optischen Element E im Strahlengang 4) führen. Dies lässt sich entweder durch optische Bauteile wie beispielsweise Bildrotationsprismen, oder durch eine entsprechende Software bei der Datenaufnahme mit einem Computer beheben, so dass bei einem Nutzer keine Verwirrung in Bezug auf die erforderliche Bewegung des Objekts Obj zur Lokalisation und Zentrierung einer interessanten und zu untersuchenden Region des Objekts Obj entsteht.Like in the 3 2, the optical element E can be used to reverse the image in comparison to the first mode of operation (without the optical element E in the beam path 4 ) to lead. This can be remedied either by optical components such as image rotation prisms, or by an appropriate software in the data acquisition with a computer, so that no confusion in terms of the required movement of the object Obj for localization and centering of an interesting and to be examined region with a user of the object Obj arises.

Die Linsen E1, E2 sind unabhängig von ihrer tatsächlichen Ausgestaltung in den Abbildungen dieser Beschreibung einheitlich durch elliptische, bikonvexe Symbole dargestellt.The lenses E 1 , E 2 are uniformly represented by elliptical, biconvex symbols regardless of their actual configuration in the figures of this description.

Die 4 zeigt eine vierte Ausführungsmöglichkeit der optischen Anordnung 2, bei der das optische Element E direkt auf der ursprünglichen optischen Achse 3 realisiert ist. Die Linse E1 ist als konkave Linse kurzer Brennweite ausgebildet und Linse E2 ist eine konvexe Linse längerer Brennweite. Dies erlaubt ein Bild mit derselben Orientierung wie in der ersten Betriebsart, allerdings stimmen die bildseitigen Pupillenebenen in beiden Betriebsarten nicht mehr überein.The 4 shows a fourth embodiment of the optical arrangement 2 in which the optical element E is directly on the original optical axis 3 is realized. The lens E 1 is formed as a short focal length concave lens and the lens E 2 is a longer focal length convex lens. This allows an image with the same orientation as in the first mode, but the image-side pupil planes do not match in both modes.

5 zeigt ein optisches Element E mit zwei Objektiven E1 und E2 zur Reduktion der Gesamtvergrößerung. Das erste Objektiv E1 besitzt eine kurze Brennweite und kann z. B. mit dem hochvergrößernden Objektiv OL baugleich sein. Es wird im Vergleich zu dem Objektiv OL andersherum in den Strahlengang 4 eingebracht und erzeugt ein kleines reelles Bild. Das zweite Objektiv E2 hat dagegen eine relativ längere Brennweite, welche zur gewünschten Bildverkleinerung in der Bildebene B1 führt. Falls das Objektiv OL in der ersten Betriebsart eine sehr hohe numerische Apertur hat, so wird ein erheblicher Anteil der erfassten Strahlung oft nicht durch das zweite Objektiv E2 eingesammelt, was zu einem Verlust an Helligkeit führen kann. Dennoch kann auch in solchen Fällen der gering vergrößernde Lokalisationsmodus (zweite Betriebsart) zum Auffinden einer Objektregion oder eines Objekts Obj genutzt werden. 5 shows an optical element E with two lenses E 1 and E 2 to reduce the overall magnification. The first lens E 1 has a short focal length and z. B. with the high magnification lens OL be identical. It is the other way around in the beam path compared to the lens OL 4 introduced and creates a small real picture. The second lens E 2 , however, has a relatively longer focal length, which to the desired Image reduction in the image plane B 1 leads. If the objective OL has a very high numerical aperture in the first operating mode, then a significant portion of the detected radiation is often not collected by the second objective E 2 , which can lead to a loss of brightness. Nevertheless, even in such cases, the low-magnification localization mode (second mode) can be used to find an object region or object Obj.

6 zeigt das Einbringen einer Strahlumlenkung möglichst nahe dem Objektiv OL. Die Strahlumlenkung erzeugt über eine kurzbrennweitige Tubuslinse E1 ein Bild in der ausgespiegelten Bildebene B´1. In dieser ausgespiegelten Bildebene B´1 kann direkt eine Lokalisationskamera 6 (z. B. auch mit kleinem Pixelabstand) untergebracht sein, die beim Lokalisieren und Einstellen einer gewünschten Objektposition nutzbar ist. Die kurzbrennweitige Tubuslinse E1 kann auch selbst ein Objektiv sein. Für manche Anwendungen kann es, insbesondere bei einer Lokalisationskamera 6 mit sehr kleinen Pixeln, von Vorteil sein, wenn auch hier ein zu dem Objektiv OL baugleiches Objektiv in umgekehrter Durchstrahlrichtung angeordnet wird. 6 shows the introduction of a beam deflection as close to the lens OL. The beam deflection produces an image in the image plane being reflected B'1 via a tube lens with short focal length E. 1 In this being reflected image plane B'1 can directly localization camera 6 (Also, for example, with a small pixel pitch) can be accommodated, which is useful in locating and setting a desired object position. The short focal length tube lens E 1 can also be a lens itself. For some applications it can, especially with a localization camera 6 with very small pixels, be an advantage, even if here a to the lens OL identical lens is arranged in the reverse transmission direction.

In der 7 ist ein siebentes Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem derselbe Detektor D sowohl in der ersten Betriebsart (Abbildungsmodus oder Normalmodus) als auch in der zweiten Betriebsart (Lokalisationsmodus) benutzbar ist. Hier wird die Bilderzeugungsoptik TL durch Einbringen des optischen Elements E, umfassend die strahllenkenden Elemente S1 und S2 in Form von Spiegeln, umgangen und durch eine kurzbrennweitige Linse E2 nah an dem Detektor D ersetzt. Die Linse E1 ist hier in 2f zu 2f eingebracht, so dass sie direkt ein gleichgroßes Bild der Pupille P1 an der Stelle der Pupille PE erzeugt.In the 7 a seventh embodiment is shown, in which the same detector D is usable in both the first mode (imaging mode or normal mode) and in the second mode (localization mode). Here, the imaging optical system TL by the introduction of the optical element E, comprising the beam directing elements S 1 and S 2 in the form of mirrors, bypassed and replaced by a short focal length lens E 2 close to the detector D. The lens E 1 is introduced here in 2f to 2f, so that it directly produces an equally large image of the pupil P 1 at the location of the pupil P E.

Ein achtes Ausführungsbeispiel der optischen Anordnung 2 ist in der 8 gezeigt. Durch Änderung des Strahlengangs 4 in der ersten Betriebsart ist ein optisch vorteilhaftes einfaches Umschalten zwischen erster Betriebsart und zweiter Betriebsart ermöglicht. Hier wird ausgenutzt, dass in der ersten Betriebsart (Normalbetrieb; Bilderzeugungsoptik TL mit einer Fokusdistanz fTLN des Normalbetriebs) der Strahlweg einen (langen) Strahlengang 4 beschreibt und in der zweiten Betriebsart (Lokalisation) eine Tubuslinse TLL mit substantiell kürzerer Brennweite fTLL verwendet wird. Dazu wird bei Einbringen des optischen Elements E die erfasste Strahlung nach dem Objektiv OL mittels des strahllenkenden Elements S1 ausgekoppelt, in dem alternativen Strahlengang 5 mit der kurzbrennweitigen Tubuslinse TLL gelenkt und mittels des strahllenkenden Elements S2 wieder in den Strahlengang 4 vor der Bildebene B1 eingekoppelt.An eighth embodiment of the optical arrangement 2 is in the 8th shown. By changing the beam path 4 in the first mode, a visually advantageous simple switching between the first mode and the second mode is possible. In this case, use is made of the fact that in the first operating mode (normal operation, image generation optics TL with a focal distance f TLN of normal operation), the beam path has a (long) beam path 4 describes and in the second mode (localization) a tube lens TLL with substantially shorter focal length f TLL is used. For this purpose, upon introduction of the optical element E, the detected radiation is coupled out after the objective OL by means of the beam-directing element S 1 , in the alternative beam path 5 directed with the short focal length tube lens TLL and by means of the beam directing element S 2 back into the beam path 4 coupled in front of the image plane B 1 .

Die 9 zeigt den Strahlengang 4 eines Mikroskops 1. Die Bilderzeugungsoptik TL in Form einer Tubuslinse, die den Unendlichkeitsstrahlengang in ein Bild wandelt, hat eine Ausdehnung, die eine Übertragung der Randstrahlen RS erlauben würde. In realen Aufbauten ist dies nicht gegeben, da die gezeigten Randstrahlen RS beispielsweise durch die als gestrichelte Kästen dargestellte Fassungen der Bilderzeugungsoptik TL beschnitten würden und nicht zum Bild beitrügen.The 9 shows the beam path 4 a microscope 1 , The imaging optics TL in the form of a tube lens, which converts the infinity beam path into an image, has an extent that would allow transmission of the marginal rays RS. In real constructions, this is not the case, since the marginal rays RS shown would be trimmed, for example, by the versions of the imaging optical system TL shown as dashed boxes and do not contribute to the image.

Die 10 zeigt dasselbe Mikroskop 1, das um ein optisches Element E in Form eines Linsensystems aus zwei Linsen erweitert ist. Bei diesem optischen Element E handelt es sich um einen Strahlaufweiter (oder Beam Expander) aus zwei Linsen mit einer zusätzlichen 3-fachen Strahlaufweitung/Bildverkleinerung.The 10 shows the same microscope 1 which is extended by an optical element E in the form of a lens system of two lenses. This optical element E is a beam expander (or beam expander) made of two lenses with an additional 3-fold beam expansion / image reduction.

Diese Strahlaufweitung hat zwei Wirkungen: a) Sie führt zu einer Verkleinerung der Relativwinkel der Randstrahlen RS, weshalb diese die Tubuslinse der Bilderzeugungsoptik TL zentraler treffen und deshalb auch bei einer kleineren (Tubus-)Linse nicht beschnitten würden und somit zum Bild beitragen können (Vergrößerung des Sichtfeldes). b) Zugleich führt die Strahlaufweitung zu einer Verkleinerung des Abbildungsmaßstabes, sodass das größere Sichtfeld immer noch auf einem Detektor D unveränderter Größe abgebildet werden kann.This beam expansion has two effects: a) It leads to a reduction in the relative angle of the peripheral rays RS, which is why they make the tube lens of the imaging optical unit TL more central and therefore would not be trimmed even with a smaller (tube) lens and thus contribute to the image (magnification the field of view). b) At the same time, the beam expansion leads to a reduction of the image scale, so that the larger field of view can still be imaged on a detector D of unchanged size.

Um die erfindungsgemäße optische Anordnung 2 an bestehenden Mikroskopen 1 einfach nachrüsten zu können, wäre es von Vorteil, wenn sich der benötigte Bauraum gegenüber der oben beschriebenen Teleskoplösung verkleinern ließe. Hierzu eignen sich Spiegeloptiken, die es ermöglichen den Strahlengang 4 in sich zurück zu falten und somit die benötigte Länge deutlich zu reduzieren.To the optical arrangement according to the invention 2 on existing microscopes 1 easy to retrofit, it would be advantageous if the required space could be reduced compared to the telescope solution described above. For this purpose, mirror optics are suitable, which make it possible the beam path 4 to fold back in and thus significantly reduce the required length.

Eine solche Lösung ist im Prinzip in der 11 gezeigt. Der Beam-Expander ist wie ein Spiegelteleskop angeordnet, was zur Folge hat, dass ein Teil des Strahlengangs 4 in sich zurückgefaltet wird, wodurch eine geringere Baulänge erreicht wird.Such a solution is in principle in the 11 shown. The beam expander is arranged like a reflector telescope, which has the consequence that part of the beam path 4 folded back into itself, whereby a smaller overall length is achieved.

Die Baulänge lässt sich drastisch reduzieren indem die Strahlaufweitung über mehrfach kaskadierte Reflexionen erreicht wird. Dies ist in 12 anhand einer Strahlaufweitung in einem kompakten Feldstecher gezeigt. Nach Eintritt in das optische Element E, das in Form eines Trägers TR aus einem optisch leitenden Material ausgebildet ist, wird an dessen Rückseite durch eine Fresnel-Zone FF1 oder ein diffraktives Gitter FF1 eine Reflexion mit Winkelablenkung nach unten erzielt. Optional kann diese Zone auch eine Linsenwirkung haben. Weitere Reflexionen im optischen Element E werden über Totalreflexion erreicht, so dass die Eintrittsfläche der erfassten Strahlung bei deren zweiten Auftreffen als eine Spiegelfläche wirkt. Nach einer kaskadierten Reflexion mit Strahlaufweitung erfolgt eine weitere Reflexion mit Winkelablenkung und optionaler Linsenwirkung an einer Fläche FF2. Durch die Verwendung zweier solcher Träger TR lässt sich der resultierende laterale Strahlversatz wieder rückgängig machen, sodass effektiv eine Strahlaufweitung im Strahlengang 4 ähnlich der in 10 gezeigten erzielt wird, allerdings bei signifikant geringerem Bauraum.The overall length can be drastically reduced by the beam expansion over multiple cascaded reflections is achieved. This is in 12 shown by a beam expansion in a compact binoculars. After entering the optical element E, which is formed in the form of a carrier TR of an optically conductive material, a reflection with angular deflection is achieved at the back by a Fresnel zone FF1 or a diffractive grating FF1 down. Optionally, this zone can also have a lens effect. Further reflections in the optical element E are achieved by total reflection, so that the entrance surface of the detected radiation at its second impact as a mirror surface acts. After a cascaded reflection with beam expansion, a further reflection with angular deflection and optional lens action takes place on a surface FF2. By using two such carriers TR, the resulting lateral beam offset can be reversed again, so effectively a beam expansion in the beam path 4 similar to the one in 10 shown is achieved, however, with significantly less space.

Eine solche Ausführung lässt sich so kurz gestalten, dass sie in vorhandenen Slider-Positionen des Mikroskops 1, z. B. in der für das Einfügen einer Bertrand-Linse von oft nur 1 cm Größe eingeführt werden kann.Such an embodiment can be made so short that they are in existing slider positions of the microscope 1 , z. B. in which for the insertion of a Bertrand lens of often only 1 cm in size can be introduced.

Die 13 zeigt eine Variante, die durch einen Keil 7 den Winkel aller Strahlenbündel der erfassten Strahlung verändert. Dies führt bei gleichbleibendem Abbildungsmaßstab dazu, dass Randstrahlen RS durch die Bilderzeugungsoptik TL geführt und in der Bildebene B1 abgebildet werden, während die zentralen Strahlenbündel nun beschnitten werden. Dies führt dazu, dass ein anderer Bereich des Sichtfeldes auf dem Detektor D abgebildet wird.The 13 shows a variant by a wedge 7 changed the angle of all radiation beams of the detected radiation. At a constant magnification, this results in edge beams RS being guided through the imaging optical system TL and being imaged in the image plane B 1 , while the central beam bundles are now trimmed. This results in that another area of the field of view is imaged on the detector D.

Durch Drehung des Keils 7 können andere Bereiche des Sichtfelds adressiert werden, so dass beispielsweise durch sechs Drehstellungen sequentiell das komplette Sichtfeld detektiert werden kann, was in 14 schematisch gezeigt ist. Die Drehung des Keils 7 lässt sich auch dadurch realisieren, dass mehrere entsprechend gedrehte Keile 7 nebeneinander angeordnet sind, die durch eine lineare Bewegung getauscht werden können. Ein Keil 7 in Pupillennähe verlagert einen Ausschnitt des Sichtfelds, der außerhalb des nominalen Objektfelds liegt, ins Zentrum der Bildebene B1 (siehe z. B. 13). Durch Rotation des Keils 7 kann beispielsweise ein 3-fach größerer Ausschnitt des Sichtfelds aufgenommen werden.By turning the wedge 7 Other areas of the field of view can be addressed, so that, for example, by six rotational positions sequentially the complete field of view can be detected, which in 14 is shown schematically. The rotation of the wedge 7 can also be realized in that several correspondingly rotated wedges 7 are arranged side by side, which can be exchanged by a linear movement. A wedge 7 near the pupil shifts a section of the field of view, which is outside the nominal object field, into the center of the image plane B 1 (see, for example, FIG. 13 ). By rotation of the wedge 7 For example, a 3-times larger section of the field of view can be recorded.

Chromatische Aberrationen durch die Dispersion des Keils 7 beziehungsweise des durch die Keile 7 gebildeten Prismas sind vernachlässigbar, können aber durch eine Kombination mit einem im Keil 7 integrierten Gitter kompensiert werden.Chromatic aberrations due to the dispersion of the wedge 7 or by the wedges 7 formed prism are negligible, but can by a combination with one in the wedge 7 integrated gratings are compensated.

Der beschriebene Effekt der Winkeländerung ließe sich alternativ zur Keil-Lösung auch durch geeignet angeordnete Spiegel realisieren.The described effect of the angle change could also be realized by suitably arranged mirrors as an alternative to the wedge solution.

Die 15 zeigt eine schematische Darstellung eines dreizehnten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Anordnung 1. Die optische Anordnung 1 ist zum Parallelversatz von Randstrahlen RS ausgebildet. Ein zentraler Bereich der erfassten Strahlung bleibt unverändert.The 15 shows a schematic representation of a thirteenth embodiment of the optical arrangement according to the invention 1 , The optical arrangement 1 is designed for parallel displacement of edge beams RS. A central region of the detected radiation remains unchanged.

Die 16 und17 zeigen eine Doppelspiegelanordnung, die auf der optischen Anordnung 1 gemäß 15 aufbaut. Diese Doppelspiegelanordnung aus den strahllenkenden Elementen S5 und S6 führt zu einem Versatz der dem Randbereich entsprechenden Pupille. Die dazugehörigen Strahlenbündel werden nicht mehr beschnitten und können abgebildet werden, der Pupillenversatz führt dabei aber nicht zu einem Bildversatz, so dass der zentrale Bereich und ein Randbereich mit den Randstrahlen RS zusammen als vergrößertes Sichtfeld abgebildet werden. Um ein erweitertes Sichtfeld abzubilden, muss die Anordnung der strahllenkenden Elementen S5 und S6 um die optische Achse 3 rotiert werden.The 16 and 17 show a double mirror arrangement, which on the optical arrangement 1 according to 15 builds. This double mirror arrangement of the beam directing elements S5 and S6 leads to an offset of the pupil corresponding to the edge region. The associated ray bundles are no longer cropped and can be imaged, but the pupil offset does not lead to an image offset, so that the central region and an edge region with the marginal rays RS are imaged together as an enlarged field of view. In order to image an extended field of view, the arrangement of the beam directing elements S5 and S6 must be about the optical axis 3 be rotated.

Eine optionale Verkleinerung des entstehenden Bildes kann später durch eine geeignete Optik erfolgen, die die so versetzten Strahlenbündel nicht mehr beschneidet. Beispielsweise ist eine verkleinernde Tubuslinse angeordnet. Andere Randbereiche des Sichtfelds können adressiert werden, indem der gezeigte Doppelspiegel aus den strahllenkenden Elementen S5 und S6 um die optische Achse 3 gedreht wird. Bei einer kontinuierlichen Rotation kann das komplette vergrößerte Sichtfeld integrierend abgebildet werden, z.B. auf einem Kamerasensor oder im Okular. Die dadurch etwas dunkler dargestellten Randbereiche können durch entsprechende Bildbearbeitung wieder heller dargestellt werden. Anstelle einer Rotation können ähnlich der Lösung gemäß 13 und 14 auch verschiedene Spiegelkombinationen unterschiedlicher Orientierung nebeneinander platziert und durch lineares Verschieben adressiert werden.An optional reduction of the resulting image can be done later by a suitable optics, which no longer truncates the beams thus offset. For example, a shrinking tube lens is arranged. Other edge regions of the field of view can be addressed by the illustrated double mirror from the beam directing elements S5 and S6 about the optical axis 3 is turned. In a continuous rotation, the entire enlarged field of view can be displayed integrating, for example on a camera sensor or in the eyepiece. The slightly darker edge areas can be displayed brighter by appropriate image editing. Instead of a rotation similar to the solution according to 13 and 14 Different mirror combinations of different orientations are placed side by side and addressed by linear displacement.

Das gezeigte Prinzip des Parallelversatzes der Randstrahlen RS lässt sich erweitern, so dass mehrere Randbereiche gleichzeitig zugänglich gemacht werden. Eine Rotation des Spiegeloptik ist dann nicht mehr nötig. Der gegenüberliegende Randbereiche werden zugänglich gemacht, indem zwei weitere, zu den strahllenkenden Elementen S5 und S6 symmetrisch angeordnete strahllenkende Elemente S7 und S8, beispielsweise als Spiegel, verwendet werden, die die neuen Randbereiche zugänglich machen, wie in 18 gezeigt. Da sich die dargestellten Strahlen durchdringen, bzw. durch die für die jeweils andere Randabbildungen benötigten Spiegel S5 und S8 behindert werden, müssen diese als semitransparente Spiegel ausgeführt werden. Ein Teil der erfassten Strahlung geht hierdurch verloren, was zu einer dunkleren Abbildung der Randbereiche führt, die später digital korrigiert werden kann.The illustrated principle of the parallel offset of the marginal rays RS can be extended, so that several edge regions are made accessible at the same time. A rotation of the mirror optics is then no longer necessary. The opposite edge regions are made accessible by using two further beam-directing elements S7 and S8 arranged symmetrically to the beam-directing elements S5 and S6, for example as mirrors, which make the new edge regions accessible, as in FIG 18 shown. Since the illustrated rays penetrate, or are obstructed by the mirrors S5 and S8 required for the respective other edge images, these must be implemented as semitransparent mirrors. Part of the detected radiation is lost as a result, resulting in a darker image of the peripheral areas, which can later be digitally corrected.

In 19 sind die Doppelspiegel, die strahllenkenden Elemente S5 bis S8, unter einem leicht anderen Winkel angeordnet. Der Strahlengang (zur besseren Übersicht als vergrößerter Auszug gezeigt) zwischen zwei strahllenkenden Elemente S5 und S6 beziehungsweise S7 und S8, verläuft somit nicht mehr senkrecht zur optischen Achse 3, sondern leicht zurück in Richtung Objekt Obj (nicht gezeigt). Ein Verlauf in die andere Richtung wäre in einer weiteren Ausführung ebenso möglich. Dadurch können strahllenkenden Elemente wie gewöhnliche Spiegel verwendet werden.In 19 the double mirrors, the beam directing elements S5 to S8, are arranged at a slightly different angle. The beam path (shown for clarity as an enlarged excerpt) between two beam-steering elements S5 and S6 or S7 and S8, thus does not run more perpendicular to the optical axis 3 but slightly back towards object Obj (not shown). A course in the other direction would be possible in a further embodiment as well. As a result, beam directing elements such as ordinary mirrors can be used.

Allerdings werden in diesem Beispiel nun die Strahlen des zentralen Sehfeldbereichs geblockt. Dies kann umgangen werden, wenn die strahllenkenden Elemente S5 und S8 semitransparent ausgebildet sind.However, in this example, the rays of the central field of view are now blocked. This can be avoided if the beam-directing elements S5 and S8 are formed semitransparent.

Eine weitere Möglichkeit den parallelen Strahlversatz zu realisieren ist die Umlenkung der Strahlen mit Fresnelzonen oder Beugungsgittern anstelle von Spiegeln und der Führung der Strahlen innerhalb des Trägersubstrats TR der Fresnelzonen/Gitter FF1 (zur besseren Übersicht als vergrößerter Auszug in 20 gezeigt). Dieses Prinzip der Umlenkung ist ähnlich dem der Auskopplung in 19. Eine zweite Fresnelzone/Gitter führt hier allerdings zu einer Umlenkung in ursprünglicher Strahlrichtung, so dass das Prinzip des Strahlversatzes aus 15 bis 18 erfüllt ist.Another possibility for realizing the parallel beam offset is the deflection of the beams with Fresnel zones or diffraction gratings instead of mirrors and the guidance of the beams within the carrier substrate TR of the Fresnel zones / grating FF1 (for a better overview as an enlarged excerpt in FIG 20 shown). This principle of the deflection is similar to that of the extraction in 19 , However, a second Fresnel zone / grid leads here to a deflection in the original beam direction, so that the principle of the beam offset from 15 to 18 is satisfied.

Werden die Gitter FF1 als Volumenhologramme gefertigt, so kann erzielt werden, dass die Umlenkung winkelselektiv nur für die Randstrahlen RS erfolgt, die Zentralbündel sich aber ungehindert weiter ausbreiten können.If the grids FF1 are produced as volume holograms, then it can be achieved that the deflection takes place angle-selectively only for the marginal rays RS, but the central bundles can continue to propagate unhindered.

Durch weitere Kopien der semitransparenten Spiegelanordnung bei Drehung um die optische Achse 3 können auch Randbereiche unter anderen Orientierungen gleichzeitig erfasst werden. Ein solch facettiertes System aus teiltransparenten Spiegeln ist in 21 schematisch gezeigt. Gezeigt sind zwei Elemente, eine Innenspiegelanordnung 8 und eine Außenspiegelanordnung 9, die jeweils aus sechs teilreflektierenden Flächen bestehen. Die von diesen Flächen eingeschlossenen Innenbereiche sind frei, d.h. komplett transparent. Die durchgehenden Pfeile zeigen exemplarisch einen gewünschten parallelen Strahlversatz, die gepunkteten Linien zeigen die unerwünschten Teilreflexionen. Ein ankommender Strahl trifft auf eine der teilreflektierenden Flächen der Außenspiegelanordnung 9, wird durch eine der teilreflektierenden Flächen der Innenspiegelanordnung 8 hindurch reflektiert und trifft auf eine weitere, gegenüberliegende Fläche der Innenspiegelanordnung 8, von der aus der Strahl weiter parallel zur optischen Achse 3 reflektiert wird. Es tritt ein Strahlversatz auf.By further copies of the semitransparent mirror arrangement upon rotation about the optical axis 3 Edge areas under other orientations can also be detected simultaneously. Such a faceted system of partially transparent mirrors is in 21 shown schematically. Shown are two elements, an interior mirror assembly 8th and an outside mirror assembly 9 , each consisting of six partially reflecting surfaces. The enclosed inside areas are free, ie completely transparent. The continuous arrows show an example of a desired parallel beam offset, the dotted lines show the unwanted partial reflections. An incoming beam hits one of the partially reflective surfaces of the outside mirror assembly 9 is through one of the partially reflective surfaces of the interior mirror assembly 8th through and meets a further, opposite surface of the inner mirror assembly 8th , from which the beam continues parallel to the optical axis 3 is reflected. There occurs a beam offset.

Zur Auskopplung erfasster Strahlung aus dem Strahlengang 4 kann ein unter einem Winkel von etwa 45° angeordnetes strahllenkendes Element wie ein Spiegel verwendet werden. Weitere Möglichkeiten sind die Verwendung eines kleinen Spiegels, der nur etwas mehr als die Größe der regulären Objektivpupille P1 abdeckt. Dieser koppelt dann auch nur wenige Strahlenbündel, also nur einen Teil der hinter dem Objektiv OL noch verfügbaren erfassten Strahlung, aus. Die ausgekoppelten Bündel erfasster Strahlung und damit auch die diesen Bündeln zugeordneten Sichtfeldausschnitte können durch eine Verschiebung des Spiegels senkrecht zur optischen Achse 3 realisiert werden. Integriert ergibt sich nach der Abbildung auf dem Detektor D dann das gesamte Sichtfeld.For decoupling detected radiation from the beam path 4 For example, a beam steering element disposed at an angle of about 45 °, such as a mirror, may be used. Other possibilities are the use of a small mirror, which covers only slightly more than the size of the regular objective pupil P 1 . This then couples only a few beams, so only a portion of the still available behind the lens OL detected radiation from. The decoupled bundles of detected radiation and thus also the bundles associated field of view cut-outs can by a displacement of the mirror perpendicular to the optical axis 3 will be realized. Integral results after the image on the detector D then the entire field of view.

Möglich ist auch die Verwendung eines Fresnel-Spiegels oder eines (geblazten) Beugungsgitters anstelle eines gewöhnlichen Spiegels. Auch hiermit wird die Baulänge des Elements reduziert, so dass es in einem Slider integriert werden kann. Gegebenenfalls ist noch eine Bildverkleinerung zur Anpassung an die Größe des Detektors D nach der Auskopplung außerhalb des Mikroskops 1 möglich.It is also possible to use a Fresnel mirror or a (blazed) diffraction grating instead of an ordinary mirror. This also reduces the overall length of the element so that it can be integrated in a slider. Optionally, there is still an image reduction to adapt to the size of the detector D after the coupling out of the microscope 1 possible.

Die 22 bis 25 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele zur Auskopplung erfasster Strahlung mittels optischer Elemente E in Form von Trägern TR aufweisend Fresnelzonen oder Beugungsgitter bei gleichzeitiger Führung durch Totalreflexion im Material des Trägers TR. Eine zweite Fresnelzone/Gitter führt zu einer Umlenkung in die ursprüngliche Strahlrichtung, so dass das Prinzip des Strahlversatzes (siehe z. B. 15) verwirklicht ist.The 22 to 25 show various embodiments for decoupling detected radiation by means of optical elements E in the form of carriers TR having Fresnel zones or diffraction gratings with simultaneous guidance by total reflection in the material of the carrier TR. A second Fresnel zone / grid leads to a deflection in the original beam direction, so that the principle of the beam offset (see, for example, FIG. 15 ) is realized.

Werden die Gitter als Volumenhologramme gefertigt, so wird erreicht, dass die Umlenkung winkelselektiv nur für die Randstrahlen RS erfolgt, die Zentralbündel sich aber ungehindert weiter ausbreiten können.If the grids are manufactured as volume holograms, it is achieved that the deflection takes place in an angle-selective manner only for the marginal rays RS, but the central bundles can continue to propagate unhindered.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Mikroskop microscope
22
optische Anordnung optical arrangement
33
optische Achse optical axis
44
Strahlengang beam path
55
alternativer Strahlengang alternative beam path
66
Lokalisationskamera location camera
77
Keil wedge
88th
Innenspiegelanordnung Interior mirror arrangement
99
Außenspiegelanordnung Exterior mirror assembly
ObjObj
Objekt object
TLTL
Bilderzeugungsoptik Imaging optics
OLOIL
Objektiv lens
PE P E
Pupille pupil
P1 P 1
Pupille des Objektivs Pupil of the lens
DD
Detektor detector
Ee
optisches Element optical element
fOL f OL
Fokusdistanz focus distance
fTL f TL
Distanz distance
S1S1
strahllenkendes Element beam-directing element
S2S2
strahllenkendes Element beam-directing element
S3S3
strahllenkendes Element beam-directing element
S4 S4
strahllenkendes Element beam-directing element
S5S5
strahllenkendes Element beam-directing element
S6S6
strahllenkendes Element beam-directing element
S7S7
strahllenkendes Element beam-directing element
S8S8
strahllenkendes Element beam-directing element
TLLTLL
Tubuslinse tube lens
fE1 f E1
Distanz distance
fE2 f E2
Distanz distance
fTLL f TLL
Brennweite Tubuslinse TLL Focal length tube lens TLL
E1 E 1
Linse lens
E2 E 2
Linse lens
B0 B 0
Objektebene object level
B‘1 B ' 1
Bildebene (ausgespiegelt) Image plane (mirrored)
B1 B 1
reelles Bild /Bildebene real picture / picture plane
BE B E
Zwischenbildebene Intermediate image plane
FF1FF1
Fresnel Zone / diffraktives Gitter Fresnel zone / diffractive grating
FF2FF2
Fresnel Zone / diffraktives Gitter Fresnel zone / diffractive grating
TRTR
Träger carrier
RSRS
Randstrahlen marginal rays

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102016002460 [0035] DE 102016002460 [0035]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • S. Abrahamsson, M. McQuilken, S. B. Mehta, A. Verma, J. Larsch, R. Ilic, R. Heintzmann, C. I. Bargmann, A. S. Gladfelter, R. Oldenbourg, Optics Express 23, 7734–7754, 2015 [0044] S. Abrahamsson, M. McQuilken, SB Mehta, A. Verma, J. Larsch, R. Ilic, R. Heintzmann, CI Bargmann, AS Gladfelter, R. Oldenbourg, Optics Express 23, 7734-7754, 2015 [0044]

Claims (15)

Optische Anordnung (2), umfassend – ein Objektiv (OL), das zur Erfassung von Strahlung ausgebildet ist, die aus einem Sichtfeld des Objektivs (OL) auf das Objektiv (OL) trifft, wobei die erfasste Strahlung mittels des Objektivs (OL) in einen Strahlengang (4) der optischen Anordnung (2) geführt ist, – eine Bilderzeugungsoptik (TL, OL) zur Erzeugung einer Abbildung erfasster Strahlung eines nominalen Objektfelds als ein nominales Bildfeld in einer Bildebene (B1, B´1), wobei das nominale Objektfeld ein Ausschnitt des Sichtfelds ist und als Randstrahlen (RS) erfasste Strahlung von außerhalb des nominalen Objektfelds vor Erreichen der Bildebene (B1) durch einen Beschnitt des Strahlengangs (4) aus dem Strahlengang (4) entfernt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – eine optische Einheit (E) vorgesehen ist, die reversibel zwischen dem Objektiv (OL) und der Bildebene (B1) in den Strahlengang (4) einbringbar ist und – die optische Einheit (E) derart ausgebildet ist, dass der Beschnitt des Strahlengangs (4) reduziert oder aufgehoben ist, so dass wenigstens ein Anteil der Randstrahlen (RS) neben der aus dem Objektfeld stammenden Strahlung in der Bildebene (B1) abgebildet oder abbildbar ist.Optical arrangement ( 2 ), comprising - a lens (OL), which is designed to detect radiation which impinges on the objective (OL) from a field of view of the objective (OL), wherein the detected radiation is directed into a beam path by means of the objective (OL). 4 ) of the optical arrangement ( 2 ) Is guided, - an imaging lens (TL, OL) for forming an image of detected radiation from a nominal object field as a nominal image field in an image plane (B 1, B '1), wherein the nominal object field is a section of the field of view and (as marginal rays RS) detected radiation from outside the nominal object field before reaching the image plane (B 1 ) by trimming the beam path ( 4 ) from the beam path ( 4 ), characterized in that - an optical unit (E) is provided, the reversible between the lens (OL) and the image plane (B 1 ) in the beam path ( 4 ) can be introduced and - the optical unit (E) is formed such that the trimming of the beam path ( 4 ) is reduced or canceled, so that at least a portion of the marginal rays (RS) in addition to the originating from the object field radiation in the image plane (B 1 ) is imaged or mapped. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungsoptik (TL) durch die optische Einheit (E) reversibel ersetzbar ist und die optische Einheit (E) zur Abbildung der aus dem nominalen Objektfeld stammenden Strahlung und der Randstrahlen (RS) in die Bildebene (B1) ausgebildet ist.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the imaging optics (TL) is reversibly replaceable by the optical unit (E) and the optical unit (E) for imaging the radiation originating from the nominal object field and the marginal rays (RS) in the image plane ( B 1 ) is formed. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (E) für die Randstrahlen (RS) als eine Fokuseinheit ausgebildet ist, durch dessen Wirkung die Randstrahlen (RS) in den Strahlengang (4) geführt sind.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the optical unit (E) for the marginal rays (RS) is designed as a focus unit, by whose effect the marginal rays (RS) in the beam path (RS) ( 4 ) are guided. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (E) mindestens ein erstes strahllenkendes Element (S1) zur Auskopplung der Strahlung aus dem Strahlengang (4) in einen alternativen Strahlengang (5) und ein zweites strahllenkendes Element (S2) zur Wiedereinkopplung der ausgekoppelten Strahlung aus dem alternativen Strahlengang (5) in den Strahlengang (4) aufweist.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the optical unit (E) at least one first beam-directing element (S1) for coupling out the radiation from the beam path ( 4 ) in an alternative beam path ( 5 ) and a second beam-directing element (S2) for the re-coupling of the coupled-out radiation from the alternative beam path (US Pat. 5 ) in the beam path ( 4 ) having. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der alternative Strahlengang (5) ein Teleskop ist.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 4, characterized in that the alternative beam path ( 5 ) is a telescope. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (E) als ein Strahlaufweiter ausgebildet ist, durch dessen Wirkung die Randstrahlen (RS) in den Strahlengang (4) geführt sind.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the optical element (E) is designed as a beam expander, by the effect of the edge beams (RS) in the beam path ( 4 ) are guided. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlaufweiter mehrere Reflexionsflächen aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass erfasste Strahlung nach mehrfachen Reflexionen in den Strahlengang (4) geführt ist. Optical arrangement ( 2 ) according to claim 6, characterized in that the beam expander has a plurality of reflection surfaces, which are arranged in such a way that detected radiation after multiple reflections in the beam path ( 4 ) is guided. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (E) als ein Keil (7) ausgebildet ist, durch dessen Wirkung Randstrahlen (RS) in den Strahlengang (4) geführt sind.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the optical element (E) as a wedge ( 7 ) is formed by the effect of edge beams (RS) in the beam path ( 4 ) are guided. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (7) ein integriertes diffraktives Gitter aufweist, so dass auftretende Dispersionen der Strahlung kompensiert sind.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 8, characterized in that the wedge ( 7 ) has an integrated diffractive grating, so that occurring dispersions of the radiation are compensated. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (E) als mindestens ein Spiegel (S1) ausgebildet ist, durch dessen Wirkung Randstrahlen (RS) in den Strahlengang (4) geführt sind.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the optical element (E) as at least one mirror (S1) is formed by the effect of edge beams (RS) in the beam path ( 4 ) are guided. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (E) als ein Fresnelspiegel oder ein geblaztes Beugungsgitter ausgebildet ist.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the optical element (E) is designed as a Fresnel mirror or a blazed diffraction grating. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (E) als ein Träger (TR) aus einem optisch leitenden Material aufweisend mindestens eine Fresnelzone und/oder ein Beugungsgitter (FF1) ausgebildet ist, wobei mittels der Fresnelzone und/oder dem Beugungsgitter (FF1) aus dem Strahlengang (4) ausgekoppelte erfasste Strahlung in dem Träger (TR) mittels Totalreflektion geführt ist.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 11, characterized in that the optical element (E) as a support (TR) of an optically conductive material comprising at least one Fresnel zone and / or a diffraction grating (FF1) is formed, wherein by means of the Fresnel zone and / or the diffraction grating (FF1) from the beam path ( 4 ) coupled out detected radiation in the carrier (TR) is guided by total reflection. Optische Anordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (E) als eine facettierte Anordnung teiltransparenter Spiegel ausgebildet ist.Optical arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the optical element (E) is formed as a faceted arrangement of semi-transparent mirror. Optische Anordnung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (E) um eine optische Achse (3) der optischen Anordnung (2) gesteuert drehbar ist.Optical arrangement ( 2 ) according to one of claims 6 to 10, characterized in that the optical element (E) about an optical axis ( 3 ) of the optical arrangement ( 2 ) is rotatably controlled. Verfahren zum Betrieb einer optischen Anordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die optische Anordnung (2) alternierend in einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart betrieben wird, wobei in der ersten Betriebsart eine Abbildung von erfasster Strahlung eines nominalen Objektfelds als ein nominales Bildfeld in einer Bildebene (B1) erzeugt wird, wobei das nominale Objektfeld ein Ausschnitt des Sichtfelds ist und als Randstrahlen (RS) erfasste Strahlung von außerhalb des nominalen Objektfelds vor Erreichen der Bildebene (B1) durch einen Beschnitt des Strahlengangs (4) aus dem Strahlengang (4) entfernt werden und, in einer zweiten Betriebsart die optische Einheit (E) in den Strahlengang (4) eingebracht wird und neben der aus nominalen Objektfeld stammenden Strahlung die Randstrahlen (RS) in der Bildebene (B1) abgebildet werden.Method for operating an optical arrangement ( 2 ) according to one of claims 1 to 14, wherein the optical arrangement ( 2 ) is alternately operated in a first mode of operation and a second mode of operation, wherein in the first mode of operation an image of detected radiation of a nominal object field generates as a nominal image field in an image plane (B 1 ) is, wherein the nominal object field is a section of the field of view and as edge rays (RS) detected radiation from outside the nominal object field before reaching the image plane (B 1 ) by trimming the beam path ( 4 ) from the beam path ( 4 ) and, in a second mode, the optical unit (E) in the beam path ( 4 ) and, in addition to the radiation originating from the nominal object field, the marginal rays (RS) are imaged in the image plane (B 1 ).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE947528C (en) * 1954-10-28 1956-08-16 Gerd Denecke Gallilean type viewfinder for photographic cameras with a diaphragm which can be pushed into the effective viewfinder beam path and which has at least two different sections
DE2441377A1 (en) * 1973-09-04 1975-03-13 Hauser Raimund DEVICE FOR PERFORMING A HOLOGRAPHIC-INTERFEROMETRIC OR MOIREMETRIC PROCESS
DE102009011681A1 (en) * 2009-02-23 2010-08-26 Obrebski, Andreas, Dr. Changer for optical elements
DE102010018498A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 Andreas Obrebski Optical arrangement
DE102016002460A1 (en) 2016-03-01 2016-09-29 Daimler Ag Method for effecting at least one function of a motor vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE947528C (en) * 1954-10-28 1956-08-16 Gerd Denecke Gallilean type viewfinder for photographic cameras with a diaphragm which can be pushed into the effective viewfinder beam path and which has at least two different sections
DE2441377A1 (en) * 1973-09-04 1975-03-13 Hauser Raimund DEVICE FOR PERFORMING A HOLOGRAPHIC-INTERFEROMETRIC OR MOIREMETRIC PROCESS
DE102009011681A1 (en) * 2009-02-23 2010-08-26 Obrebski, Andreas, Dr. Changer for optical elements
DE102010018498A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 Andreas Obrebski Optical arrangement
DE102016002460A1 (en) 2016-03-01 2016-09-29 Daimler Ag Method for effecting at least one function of a motor vehicle

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. Abrahamsson, M. McQuilken, S. B. Mehta, A. Verma, J. Larsch, R. Ilic, R. Heintzmann, C. I. Bargmann, A. S. Gladfelter, R. Oldenbourg, Optics Express 23, 7734–7754, 2015

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