DE102016211743A1 - Optical arrangement and method for operating in two modes - Google Patents
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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
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
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.
- 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.
- 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
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.
- 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
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
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:
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
Wird statt des Mikroskops
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
In der
Die
Wie in der
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
In der
Ein achtes Ausführungsbeispiel der optischen Anordnung
Die
Die
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
Eine solche Lösung ist im Prinzip in der
Die Baulänge lässt sich drastisch reduzieren indem die Strahlaufweitung über mehrfach kaskadierte Reflexionen erreicht wird. Dies ist in
Eine solche Ausführung lässt sich so kurz gestalten, dass sie in vorhandenen Slider-Positionen des Mikroskops
Die
Durch Drehung des Keils
Chromatische Aberrationen durch die Dispersion des Keils
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
Die
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
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
In
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
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
Zur Auskopplung erfasster Strahlung aus dem Strahlengang
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
Die
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
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
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)
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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-
2016
- 2016-06-29 DE DE102016211743.2A patent/DE102016211743A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
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Legal Events
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