DE10356890B9

DE10356890B9 - Imaging system and imaging method

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Publication number: DE10356890B9
Application number: DE2003156890
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Obrebski
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2023-12-06
Also published as: DE10356890B3

Abstract

Abbildungssystem umfassend:
ein Okular,
ein Objektiv,
eine Anzeige, welche dazu ausgebildet ist, Licht mit einer spektralen Leuchtdichteverteilung zu emittieren, welche wenigstens ein Leuchtdichtemaximum und eine dem wenigstens einen Leuchtdichtemaximum zugeordnete Leuchtdichte-Halbwertsbreite aufweist,
einen Strahlteiler, der in einem ersten Strahlengang zwischen dem Objektiv und dem Okular und in einem zweiten Strahlengang zwischen der Anzeige und dem Okular angeordnet ist,
wobei der Strahlteiler für den ersten Strahlengang eine spektrale Durchlässigkeitsverteilung bereitstellt, welche wenigstens ein Durchlässigkeitsminimum und eine dem wenigstens einen Durchlässigkeitsminimum zugeordnete Durchlässigkeits-Halbwertsbreite aufweist,
wobei gilt:

ΔD < b·(Dmin – 580 nm)2 + c, wobei
D_min eine Wellenlänge des Durchlässigkeitsminimums in nm repräsentiert,
L_max eine Wellenlänge des Leuchtdichtemaximums in nm repräsentiert,
ΔD die Durchlässigkeits-Halbwertsbreite in nm repräsentiert, und
ΔL die Leuchtdichte-Halbwertsbreite in nm repräsentiert,
sowie a = 1, b = 0,001 nm^–1 und c = 5 nm.Imaging system comprising:
an eyepiece,
a lens,
a display which is designed to emit light having a spectral luminance distribution which has at least one luminance maximum and a luminance half-width assigned to the at least one luminance maximum,
a beam splitter, which is arranged in a first beam path between the objective and the eyepiece and in a second beam path between the display and the eyepiece,
wherein the beam splitter for the first beam path provides a spectral transmission distribution having at least one transmission minimum and a transmission half-width assigned to the at least one transmission minimum,
where:

ΔD <b · (D min - 580 nm) 2 + c, in which
D _{min represents} a wavelength of the transmission _minimum in nm,
L _{max represents} a wavelength of the luminance _maximum in nm,
ΔD represents the transmittance half-width in nm, and
ΔL represents the luminance half-width in nm,
and a = 1, b = 0.001 nm ^-1 and c = 5 nm.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abbildungssystem und ein Abbildungsverfahren, insbesondere auf ein Mikroskop.The The present invention relates to an imaging system and an imaging method, in particular a microscope.

Bei vielen Abbildungssystemen, insbesondere Mikroskopen, und hier wiederum besonders bei Operationsmikroskopen, wird zu Dokumentationszwecken aus vom Objekt zum Auge eines Betrachters geführtem Licht ein Teil zu einer Kamera ausgekoppelt. In anderen Abbildungssystemen, Mikroskopen bzw. Operationsmikrosopen wird von einer Anzeige ein Bild bereitgestellt, das in den Abbildungsstrahlengang eingekoppelt wird.at many imaging systems, especially microscopes, and here again especially in surgical microscopes, is for documentation purposes from the light directed from the object to the eye of an observer a part to a Camera decoupled. In other imaging systems, microscopes or surgical microsopes, a picture is provided by a display, which is coupled into the imaging beam path.

Zur Einkopplung bzw. Auskopplung werden üblicherweise dichroitische Spiegel als Strahlteiler eingesetzt, deren Koppelcharakteristik in einer Weise wellenlängenabhängig ist, die zu einem Farbstich in der Abbildung des Objekts führt. Durch diesen Farbstich wird die Abbildung vom Betrachter als in störender Weise verfälscht empfunden.to Coupling or decoupling usually become dichroic Mirror used as a beam splitter whose coupling characteristic is wavelength dependent in a way which leads to a color cast in the image of the object. By This color cast is the image of the viewer as in a disturbing way falsified felt.

Bei anderen Strahlteilern ist der Kopplungsgrad (50:50) wenig frequenzabhängig, aber so groß, dass von dem Objekt ausgehendes Licht in großem Ausmaß aus dem Strahlengang zum Betrachterauge ausgekoppelt wird und daher das Bild verdunkelt wird.at other beam splitters, the degree of coupling (50:50) is little frequency dependent, but so big that from the object emanating light to a large extent from the beam path to Observer eye is disconnected and therefore the image is darkened.

Bei wieder anderen Strahlteilern ist der Koppelgrad gering (z.B. 10:90) und wenig frequenzabhängig. Mit solchen Strahlteilern ist aber keine effiziente Aus- bzw. Einkopplung zu erreichen.at again other beam splitters, the degree of coupling is low (e.g., 10:90) and little frequency dependent. But with such beam splitters is no efficient coupling or coupling to reach.

Beispielsweise offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 64 909 A1 eine Einrichtung zur Helligkeits- bzw. Farbsteuerung in einem Operationsmikroskop. Hierbei wird ein Teil des vom zu betrachtenden Objekt ausgehenden Strahlenbündels mittels eines Strahlteilers über eine Optik zu einer Messeinrichtung gelenkt, aus deren Ausgangssignal vermittels eines Rechners Gesamthelligkeit und Kontraste innerhalb der Abbildung bestimmt werden. Aufgrund dieser wird die Gesamthelligkeit von über eine weitere Optik und einen weiteren Strahlenteiler einzuspiegelnder Information gesteuert, um ein störungs- und überstrahlungsfreies Gesamtbild zu erzeugen.For example, the German Offenlegungsschrift discloses DE 100 64 909 A1 a device for brightness or color control in a surgical microscope. In this case, part of the beam emanating from the object to be viewed is directed by means of a beam splitter via an optical system to a measuring device, from whose output signal by means of a computer overall brightness and contrasts within the image are determined. Because of this, the total brightness is controlled by a further optics and another beam splitter einzuspiegelnder information to produce a noise-free and blinding-free overall picture.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abbildungssystem und -verfahren mit verbesserter Einkopplung bzw. Auskopplung bereitzustellen.task The present invention is an imaging system and method to provide with improved coupling or decoupling.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Abbildungssystem und -verfahren mit einem zwischen Objektiv und Okular angeordneten Strahlteiler vor, der von einer Anzeige ausgesandtes Licht in den Strahlengang zum Betrachterauge einkoppelt, wobei die spektrale Durchlässigkeitsverteilung des Strahlteilers hinsichtlich ihrer spektralen Position an die spektrale Leuchtdichteverteilung der Anzeige angepasst und hinsichtlich ihrer spektralen Breite wellenlängenabhängig begrenzt ist.to solution this task strikes the invention an imaging system and method with an interim Lens and eyepiece arranged beam splitter in front of a Display emitted light in the beam path to the observer eye coupled, wherein the spectral transmission distribution of the beam splitter in terms of their spectral position to the spectral luminance distribution the display adapted and limited in terms of their spectral width wavelength dependent is.

Ferner schlägt die Erfindung ein Abbildungssystem und -verfahren vor, bei dem der Strahlteiler vom Objekt ausgehendes Licht aus dem zum Betrachterauge führenden Strahlengang zu einem Detektionselement hin auskoppelt, wobei die Durchlässigkeitsverteilung hinsichtlich ihrer spektralen Position an die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Detektionselements angepasst ist, und hinsichtlich ihrer spektralen Breite wellenlängenabhängig begrenzt ist.Further beats the invention provides an imaging system and method in which the Beam splitter from the object outgoing light from the object to the observer eye leading Beam path decoupled to a detection element out, the Transmittance distribution in terms of their spectral position to the spectral sensitivity distribution the detection element is adapted, and with respect to their spectral Width limited depending on the wavelength is.

Durch diese Maßnahmen wird bei effizienter Ein- bzw. Auskopplung erreicht, dass der Betrachter ein möglichst helles Bild wahrnimmt, das keinen merklichen Farbstich aufweist.By these measures is achieved with more efficient coupling in and out, that the viewer a preferably perceives a bright image that has no noticeable color cast.

Die Durchlässigkeitsverteilung des Strahlteilers kann zwei oder drei Durchlässigkeitsminima aufweisen, um an eine mehrgipflige Leuchtdichte- bzw. Empfindlichkeitsverteilung angepasst zu sein, oder/und um einen Farbkompensationseffekt zu erreichen.The Transmittance distribution the beam splitter can have two or three transmission minima, to a mehrgipflige luminance or sensitivity distribution to be adjusted, and / or to have a color-compensating effect to reach.

Der Strahlteiler kann eine Mehrzahl von verschiedenen dielektrischen Schichten umfassen. Dadurch ist die Absorption des Strahlteilers gering.Of the Beam splitter can be a plurality of different dielectric Include layers. This is the absorption of the beam splitter low.

Ferner kann der Strahlteiler ein Beugungsgitter umfassen. Durch diese Maßnahme werden eine geringe Durchlässigkeits-Halbwertsbreite, und damit Lichtstärke und Farbstichreduktion erreicht.Further For example, the beam splitter may include a diffraction grating. By this measure are a low transmissivity half width, and thus light intensity and color cast reduction achieved.

Die Erfindung schlägt auch ein Abbildungssystem und -verfahren vor, bei dem zwischen Objektiv und Okular eine Strahlteileranordnung positioniert ist, die beim Auskoppeln eines Teils des vom Objekt ausgehenden Lichts einen Farbstich erzeugt, aus einem im ausgekoppelten Teil des Lichts aufgenommenen Bild ein anzuzeigendes Bild bestimmt, und das angezeigte Bild bei seiner Einkopplung in den zum Auge führenden Strahlengang den zuvor erzeugten Farbstich kompensiert. Hierbei kann über denselben Strahlteiler ein- und ausgekoppelt werden. Es ist bevorzugt, wenn Anzeige und Kamera alternierend betrieben werden, um die Detektion von Streu- oder Restlicht der Anzeige zu unterdrücken.The Invention proposes also an imaging system and method in which between lens and eyepiece a beam splitter array is positioned at the Decoupling a part of the light emanating from the object a color cast generated from a recorded in the decoupled part of the light Image determines an image to be displayed, and the displayed image at its coupling into the beam path leading to the eye the previously compensated for color cast. This can be done via the same beam splitter be coupled and disconnected. It is preferable if display and Operated alternately to detect the detection of scattered or to suppress the remaining light of the display.

Das ausgekoppelte Bild kann ein Emissionsspektrum des Objekts oder ein Fluoreszenzspektrum eines im Objekt enthaltenen Farbstoffs sein, wobei die Durchlässigkeitsverteilung des auskoppelnden Strahlteilers hinsichtlich der spektralen Position und der Halbwertsbreite auf das Emissions- bzw. Fluoreszenzspektrum abgestimmt ist. Dadurch wird das emittierte Licht effizient detektiert, ohne das durch das Okular betrachtete Bild übermäßig abzudunkeln.The decoupled image may be an emission spectrum of the object or a fluorescence spectrum of a dye contained in the object, wherein the transmission distribution of the outcoupling beam splitter with respect to the spectral position and the half-width on the emission or fluorescence zenzspektrum is tuned. Thereby, the emitted light is efficiently detected without excessively darkening the image viewed through the eyepiece.

Im Falle der Fluoreszenzdetektion kann das System ferner eine Fluoreszenzanregungsoptik aufweisen, deren Beleuchtungsspektrum wenigstens teilweise mit dem Fluoreszenzanregungsspektrum des Farbstoffs überlappt. Dadurch wird eine effiziente Anregung der Fluoreszenz er reicht. Ferner kann die Beleuchtung zeitlich moduliert sein, was die Detektion der Fluoreszenz erleichtert. Das Verfahren zum Beobachten der Fluoreszenz kann dann einen Schritt des Demodulierens des Detektorsignals mit der Modulationsfrequenz umfassen, wodurch das für gewöhnlich schwache Fluoreszenzsignal z.B. elektronisch verstärkt werden kann.in the In the case of fluorescence detection, the system may further include fluorescence excitation optics whose illumination spectrum at least partially with the Fluorescence excitation spectrum of the dye overlaps. This will be a efficient excitation of fluorescence he goes. Furthermore, the lighting can be temporally modulated, which facilitates the detection of fluorescence. The method for observing the fluorescence may then be a step of Demodulating the detector signal at the modulation frequency, which makes for usually weak fluorescence signal e.g. be amplified electronically can.

Schließlich schlägt die Erfindung ein Abbildungssystem vor, das eine zwischen Objektiv und Okular angeordnete Strahlteileranordnung aufweist, deren Durchlässigkeitsverteilung zwei derart aufeinander abgestimmte Durchlässigkeitsminima aufweist, dass ein dem zweiten Durchlässigkeitsminimum zugeordnetes kompensatives Minimum mit dem ersten Durchlässigkeitsminimum überlappt. Dadurch wird ein Farbstich reduziert, indem ein Farbstich in der Komplementärfarbe erzeugt wird, so dass sich im überlagerten Strahlengang beide Farben kompensieren.Finally, the invention beats an imaging system, one between the lens and the eyepiece arranged beam splitter arrangement, whose transmission distribution two such coordinated minimum permeability has that a second permeability minimum associated compensative minimum overlaps with the first transmission minimum. This reduces a color cast by adding a color cast to the color cast complement is generated, so that in the superimposed Beam path compensate for both colors.

Die Strahlteiler können jeweils eine Mehrzahl von verschiedenen dielektrischen Schichten aufweisen. Insbesondere können die Strahlteiler auch Beugungsgitter aufweisen. Hierdurch werden spektralenge Kopplungscharakteristiken erreicht.The Beam splitters can each a plurality of different dielectric layers exhibit. In particular, you can the beam splitters also have diffraction gratings. This will be achieved spectral gene coupling characteristics.

Der Begriff Durchlässigkeit kann, je nach der Anordnung des Strahlteilers, jeweils Reflektivität oder Transmission bedeuten: Wenn der Beobachtungsstrahlengang vom Objekt zum Auge des Betrachters den Strahlteiler durchsetzt, ist mit Durchlässigkeit Transmission gemeint; ein Durchlässigkeitsminimum entspricht also einem Transmissionsminimum, bzw. einem Reflektivitätsmaximum. Wenn der Beobachtungsstrahlengang vom Objekt zum Auge des Betrachters am Strahlteiler abknickt, ist mit Durchlässigkeit Reflektivität gemeint; ein Durchlässigkeitsminimum entspricht dann also einem Reflektivitätsminimum, bzw. einem Transmissionsmaximum.Of the Term permeability can, depending on the arrangement of the beam splitter, respectively reflectivity or transmission mean: If the observation beam path from the object to the eye the observer passes through the beam splitter is permeable Transmission meant; a permeability minimum thus corresponds to a transmission minimum, or a reflectivity maximum. When the observation beam path from the object to the eye of the viewer at the beam splitter kinkickt, is meant by permeability reflectivity; a permeability minimum then corresponds to a reflectivity minimum, or a transmission maximum.

Mit einer Strahlteileranordnung ist eine Anordnung eines oder mehrerer Strahlteiler gemeint, die mehrfach strahlteilend wirkt. Beispielsweise kann ein zweiter Strahlengang in den ersten, vom Objekt zum Betrachter geführten Strahlengang eingekoppelt, und ein dritter Strahlengang aus dem ersten ausgekoppelt werden. Ein- und Auskopplung können dabei über zwei, drei oder mehrere getrennte Strahlteiler, über Vorder- und Rückseite desselben Strahlteilers oder über dieselbe Seite eines Strahlteilers bewirkt werden.With A beam splitter arrangement is an arrangement of one or more Beam splitter meant that acts multiple beam splitting. For example can be a second beam path in the first, from the object to the viewer out Beam path coupled, and a third beam path from the first decoupled. Coupling and decoupling can be done over two, three or more separate beam splitters, front and back the same beam splitter or over the same side of a beam splitter can be effected.

Mit einem kompensativen Minimum und einer kompensativen Halbwertsbreite sind Parameter eines kompensativen Spektrums gemeint. Das kompensative Spektrum zu einem gegebenen Spektrum ist dasjenige, das erhalten wird, wenn man jede Wellenlänge des gegebenen Spektrums durch die ihr in einer Normfarbtafel jenseits des Unbuntpunkts diametral gegenüberliegende Wellenlänge des Spektralfarbenzugs ersetzt. Der Unbuntpunkt ist dabei jener Punkt in der Normfarbtafel, bei dem die Normfarbwertanteile alle gleich, also jeweils 1/3 sind.With a compensatory minimum and a compensative half width are meant parameters of a compensative spectrum. The compensative Spectrum to a given spectrum is the one that received if you have any wavelength of the given spectrum by her in a standard color panel beyond of the black spot diametrically opposite wavelength of the spectral color train replaced. The achromatic point is this Point in the standard color chart where the standard color value shares all equal, ie 1/3 each.

Mit einer Durchlässigkeits-Halbwertsbreite ist die volle Breite einer spektralen Durchlässigkeitsverteilung bei halber Durchlässigkeit gemeint, und zwar zwischen den Punkten der Durchlässigkeitsverteilung, an denen die Durchlässigkeit der Mittelwert zwischen einer minimalen Durchlässigkeit und einer maximalen Durchlässigkeit im Spektralbereich des sichtbaren Lichts ist. Wenn eine Durchlässigkeitsverteilung mehrere Minima aufweist, sind die minimale und maximale Durchlässigkeit hierfür nur in solchen Spektralbereichen zu ermitteln, die sich jeweils bis zum Wellenlängen-Mittelwert der einander benachbarten Minima erstrecken.With a transmittance half width the full width of a spectral transmission distribution at half permeability meant, between the points of permeability distribution, where the permeability the mean between a minimum permeability and a maximum permeability in the spectral range of visible light. If a permeability distribution have several minima, the minimum and maximum permeability therefor only to be determined in such spectral ranges, each one to the wavelength mean extend the adjacent minima.

Mit einer Leuchtdichte-Halbwertsbreite ist die volle Breite einer spektralen Leuchtdichteverteilung bei der Hälfte der maximalen Leuchtdichte des zugehörigen Leuchtdichtemaximums gemeint; Entsprechendes gilt für eine Empfindlichkeits- und eine Fluoreszenz-Halbwertsbreite.With a luminance half width is the full width of a spectral one Luminance distribution at half the maximum luminance of the associated luminance maximum meant; The same applies to a sensitivity and a fluorescence half-width.

Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Dabei zeigtpreferred embodiments are the dependent claims, the following description and the drawings. It shows

1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Strahlteiler zur spektralengen Einkopplung eines angezeigten Bilds, 1 a first embodiment of the invention with a beam splitter for the spectral gene coupling of a displayed image,

2 eine Durchlässigkeitsverteilung des Strahlteilers aus 1 und eine Leuchtdichteverteilung des angezeigten Bilds aus 1, 2 a transmission distribution of the beam splitter 1 and a luminance distribution of the displayed image 1 .

3 einen schematischen Querschnitt des Strahlteilers aus 1, 3 a schematic cross section of the beam splitter 1 .

4a 4b zu der in 2 dargestellten alternative Durchlässigkeitsverteilungen mit zwei bzw. drei Durchlässigkeitsminima, 4a 4b to the in 2 illustrated alternative permeability distributions with two or three permeability minima,

5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem Strahlteiler zur spektralengen Auskopplung eines zu detektierenden Bilds, 5 a second embodiment of Er with a beam splitter for the spectral gene decoupling of an image to be detected,

6 eine Kombinations-Variante der ersten und zweiten Ausführungsform in einem Stereo-Mikroskop, 6 a combination variant of the first and second embodiments in a stereo microscope,

7 eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit einer Strahlteileranordnung zur Aus- und Ein kopplung und einer Steuerung zur aktiven Farbstichkompensation, 7 a third embodiment of the invention with a beam splitter arrangement for off and a coupling and a controller for active color cast compensation,

8 eine Durchlässigkeitsverteilung der Strahlteileranordnung aus 7 und eine Leuchtdichteverteilung des angezeigten Bilds aus 7, 8th a transmission distribution of the beam splitter assembly 7 and a luminance distribution of the displayed image 7 .

9 eine vierte Ausführungsform der Erfindung mit einer weiteren Strahlteileranordnung zur Aus- und Einkopplung bei passiver Farbstichkompensation, 9 A fourth embodiment of the invention with a further beam splitter arrangement for coupling and coupling in passive color cast compensation,

10 eine schematische Darstellung einer Normfarbtafel zur Erläuterung des kompensativen Spektrums, 10 a schematic representation of a standard color chart for explaining the compensative spectrum,

11 eine Durchlässigkeitsverteilung der Strahlteileranordnung aus 9 einschließlich des an Hand 10 erhaltenen kompensativen Spektrums, 11 a transmission distribution of the beam splitter assembly 9 including on hand 10 obtained compensative spectrum,

12 eine zu der in 1 dargestellten alternative Anordnung mit abknickendem Beobachtungsstrahlengang, 12 one to the in 1 illustrated alternative arrangement with kinking observation beam path,

13 eine zu der in 2 dargestellten alternative Anordnung mit abknickendem Beobachtungsstrahlengang, 13 one to the in 2 illustrated alternative arrangement with kinking observation beam path,

14 ein beispielhaftes Emissionsspektrum und eine darauf abgestimmte Durchlässigkeitsverteilung der Strahlteileranordnung aus 5, 7 oder 9, und 14 an exemplary emission spectrum and a matched transmission distribution of the beam splitter arrangement 5 . 7 or 9 , and

15 zeigt eine Variante der dritten Ausführungsform von 7, wobei die Strahlteileranordnung nur einen Strahlteiler umfaßt. 15 shows a variant of the third embodiment of 7 wherein the beam splitter arrangement comprises only one beam splitter.

In 1 ist schematisch ein Mikroskop 1 dargestellt, welches ein Bild eines Objekts 3 dem Auge 5 eines Betrachters bereitstellt. Hierzu umfaßt das Mikroskop 1 ein Objektiv 7 mit Objektivlinsen 9 und 11, eine Tubuslinse 13 sowie ein Okular 15 mit Okularlinsen 17 und 19. Von dem Objektiv 7 wird ein erster Strahlengang 21 zu dem Okular 15 geführt. Zwischen Objektiv 7 und Tubuslinse 13 ist ein Strahlteiler 23 angeordnet. Über den Strahlteiler 23 wird vermittels einer Anzeigeoptik 25 ein von einer Anzeige 27 bereitgestelltes Bild in einem zweiten Strahlengang 29 in den ersten Strahlengang eingekoppelt. Die von einer Steuerung 33 angesteuerte Anzeige 27 umfaßt einen Bildschirm 31. Eine Lichtfalle 35 absorbiert Licht, welches vom Objekt 3 kommend am Strahlteiler 23 reflektiert oder vom Bildschirm 31 kommend vom Strahlteiler 23 transmittiert wurde. Statt eines Bildschirms kann auch eine Laser- oder Leuchtdioden-Anzeige oder ein LCD (Liquid Crystal Display) eingesetzt werden.In 1 is schematically a microscope 1 represented, which is a picture of an object 3 the eye 5 a viewer provides. This includes the microscope 1 a lens 7 with objective lenses 9 and 11 , a tube lens 13 as well as an eyepiece 15 with eyepiece lenses 17 and 19 , From the lens 7 becomes a first ray path 21 to the eyepiece 15 guided. Between lens 7 and tube lens 13 is a beam splitter 23 arranged. About the beam splitter 23 is by means of a display optics 25 one from an ad 27 provided image in a second beam path 29 coupled into the first beam path. The one from a controller 33 controlled display 27 includes a screen 31 , A light trap 35 absorbs light from the object 3 coming at the beam splitter 23 reflected or from the screen 31 coming from the beam splitter 23 was transmitted. Instead of a screen, a laser or LED display or an LCD (Liquid Crystal Display) can be used.

2 zeigt schematisch eine beispielhafte Durchlässigkeitsverteilung des Strahlteilers 23 und eine Leuchtdichteverteilung des Bildschirms 31. Die Durchlässigkeitsverteilung (linke Skala) weist ein Minimum bei 605 nm auf, mit einer Durchlässigkeits-Halbwertsbreite von etwa 4 nm. Die Leuchtdichteverteilung (rechte Skala; normiert auf das Leuchtdichtemaximum) weist ein Maximum bei 595 nm und eine Leuchtdichte-Halbwertsbreite von etwa 90 nm auf. Der Abstand zwischen dem Durchlässigkeitsminimum und dem Leuchtdichtemaximum beträgt hier also 10 nm; die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Halbwertsbreiten beträgt 90,1 nm. 2 schematically shows an exemplary transmission distribution of the beam splitter 23 and a luminance distribution of the screen 31 , The transmittance distribution (left-hand scale) has a minimum at 605 nm, with a transmittance half-width of about 4 nm. The luminance distribution (right-hand scale, normalized to the luminance maximum) has a maximum at 595 nm and a half-width of about 90 nm on. The distance between the transmission minimum and the luminance maximum is thus 10 nm here; the square root of the sum of the squares of the half widths is 90.1 nm.

Es hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Durchlässigkeitsverteilung des Strahlteilers 23 kein Farbstich bemerkbar ist. Der reflektierte Spektralbereich (hier im Orange gelegen) ist so eng, dass mit den nicht reflektierten Spek tralanteilen des betreffenden Farbbereichs genügend Licht das Auge 5 erreicht, um einen echtfarbigen Eindruck zu erwecken. Das Durchlässigkeitsminimum liegt auch so nahe am Leuchtdichtemaximum, dass das Licht 29 vom Bildschirm 31 genügend effektiv in den ersten Strahlengang 21 eingekoppelt wird. Das Verhältnis a zwischen dem spektralen Abstand zwischen dem Durchlässigkeitsminimum und dem Leuchtdichtemaximum zu der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Halbwertsbreiten sollte kleiner als Eins sein, bevorzugt kleiner als 0,7, stärker bevorzugt kleiner als 0,5, noch stärker bevorzugt kleiner als 0,3, und besonders bevorzugt kleiner als 0,15. Im Beispiel ist dieses Verhältnis 10:90,1 ≈ 0,11.It has been found that with such a transmission of the beam splitter 23 no color cast is noticeable. The reflected spectral range (here in orange) is so narrow that with the unreflected spectral components of the relevant color range, enough light is available to the eye 5 achieved to give a true color impression. The transmission minimum is also so close to the luminance maximum that the light 29 from the screen 31 sufficiently effective in the first beam path 21 is coupled. The ratio a between the spectral distance between the transmittance minimum and the luminance maximum to the square root of the sum of the squares of the half widths should be less than one, preferably less than 0.7, more preferably less than 0.5, even more preferably less than 0, 3, and more preferably less than 0.15. In the example, this ratio is 10: 90.1 ≈ 0.11.

Als Bemessungsregel ausgedrückt ist der spektrale Abstand zwischen dem Durchlässigkeitsminimum und dem Leuchtdichtemaximum begrenzt durch die Ungleichung

mit a = 1, wobei D_min und L_max die Wellenlängen des Durchlässigkeitsminimums und des Leuchtdichtemaximums repräsentieren. Es ist sukzessive stärker bevorzugt, wenn gilt a = 0,7, a = 0,5, a = 0,3, a = 0,15.Expressed as a design rule, the spectral distance between the transmission minimum and the luminance maximum is limited by the inequality

where a = 1, where D _min and L _{max represent} the wavelengths of the transmission _minimum and the luminance _maximum . It is successively more preferred when a = 0.7, a = 0.5, a = 0.3, a = 0.15.

Es hat sich ferner gezeigt, dass die Anforderung an die Durchlässigkeits-Halbwertsbreite ihrerseits eine spektrale Abhängigkeit aufweist. Besonders streng ist die Anforderung im Gelben, da der entsprechende Spektralbereich sehr schmal ist (etwa 575 nm bis 585 nm). Ein Strahlteiler mit einem Durchlässigkeitsminimum im Gelben muss also besonders spektraleng sein, nämlich eine Durchlässigkeits-Halbwertsbreite von weniger als 5 nm aufweisen. Andernfalls erreicht zu wenig gelbes Licht das Betrachterauge, und ein (violetter) Farbstich resultiert. Andererseits ist die Anforderung an die Durchlässigkeits-Halbwertsbreite im Grünen und Orangen merklich, und im Blauen, Violetten und im Roten deutlich weniger streng, da diese Farbbereiche spektral breiter sind. Dieser Zusammenhang kann so ausgedrückt werden, dass die Abhängigkeit der höchstens zulässigen Durchlässigkeits-Halbwertsbreite von der Wellenlänge in quadratischer Form mit konstantem Glied, nämlich als Ungleichung ΔD < b·(Dmin – 580 nm)2 + cmit b = 0,001 nm^–1 und c = 5 nm geschrieben wird, wobei ΔD die Durchlässigkeits-Halbwertsbreite und D_min die Wellenlänge des Durchlässigkeitsminimums in nm repräsentiert. Der Parameter c begrenzt die zulässige Durchlässigkeits-Halbwertsbreite eines Durchlässigkeitsminimums bei 580 nm. Es ist bevorzugt, wenn der Parameter c = 2 nm ist, stärker bevorzugt 1 nm. Ferner ist bevorzugt, wenn der Parameter b, der das Extra an zulässiger Durchlässigkeits-Halbwertsbreite an den Rändern des sichtbaren Spektrums (bei 380 nm bzw. 780 nm) limitiert, gleich 0,0005 nm^–1 ist, besonders bevorzugt, wenn b = 0,0002 nm^–1, und am stärksten bevorzugt, wenn b = 0 ist.It has also been shown that the requirement for the transmittance half width has a spectral dependence in turn. The requirement in yellow is particularly strict, since the corresponding spectral range is very narrow (about 575 nm to 585 nm). A beam splitter with a minimum permeability in the yellow must therefore be special spectral, namely having a transmission half width of less than 5 nm. Otherwise, too little yellow light will reach the viewer's eye, resulting in a (purple) color cast. On the other hand, the requirement for the transmittance half-width in the green and orange is noticeable, and clearly less strict in the blue, violet and red, since these color ranges are spectrally broader. This relationship can be expressed as the dependence of the maximum permissible transmittance half width on the wavelength in quadratic form with constant term, namely as inequality ΔD <b · (D min - 580 nm) 2 + c with b = 0.001 nm ^-1 and c = 5 nm, where ΔD represents the transmittance half-width and D _{min represents} the wavelength of the transmittance _minimum in nm. The parameter c limits the permissible transmittance half width of a transmission minimum at 580 nm. It is preferred that the parameter c = 2 nm, more preferably 1 nm. Further, it is preferred that the parameter b, which is the extra permissible transmittance half width at the edges of the visible spectrum (at 380 nm and 780 nm, respectively) is 0.0005 nm ^-1 , more preferably when b = 0.0002 nm ^-1 , and most preferably when b = 0.

Darüber hinaus ist es, je nach Anwendung, bevorzugt, wenn der Unterschied zwischen der maximalen Durchlässigkeit im relevanten Teil des sichtbaren Spektralbereichs und der minimalen Durchlässigkeit am Ort des Durchlässigkeitsminimums mehr als 10% (bezogen auf völlige Durchlässigkeit), besonders bevorzugt mehr als 50%, und am stärksten bevorzugt mehr als 90% beträgt. In anderen Anwendungen können auch Durchlässigkeitsunterschiede von rund 5% genügen. In 2 sind zur deutlicheren Darstellung sehr unterschiedliche Durchlässigkeits- und Leuchtdichte-Halbwertsbreiten ΔD und ΔL dargestellt. Für eine effiziente Einkopplung ist es aber bevorzugt, wenn ΔL und ΔD ähnliche Größe haben, ein Verhältnis von ΔD zu ΔL also zwischen 0,5 und 2 liegt, und bevorzugt 0,8 bis 1,25 beträgt.Moreover, it is preferable, depending on the application, if the difference between the maximum permeability in the relevant part of the visible spectral range and the minimum permeability at the location of the transmittance minimum is more than 10% (based on total permeability), particularly preferably more than 50%, and most preferably more than 90%. In other applications, permeability differences of around 5% can also be sufficient. In 2 For clarity of illustration, very different transmissivity and luminance half-width ΔD and ΔL are shown. However, for efficient coupling, it is preferred if ΔL and ΔD have a similar size, ie a ratio of ΔD to ΔL is between 0.5 and 2, and preferably 0.8 to 1.25.

Ein Strahlteiler, mit dem eine sehr spektralenge Durchlässigkeitsverteilung erreicht wird, ist in dem Artikel "Design and Measurement of a Tunable Resonant Grating Filter at Oblique Incidence" von G. Niederer et al., www.csem.ch/corporate/Report2002/pdf/p36.pdf beschrieben. Ein Querschnitt dieses Strahlteilers ist schematisch in 3 dargestellt. Hierin trägt eine Glasplatte 37 eine erste Schicht 39 aus TiO₂, auf diese ist eine Schicht 41 aus SiO₂ aufgebracht, und auf diese wiederum eine Lage von Streifen 43 aus TiO₂. Wie in oben erwähntem Artikel detailliert beschrieben, werden Schichtdicken, Streifenbreiten und Streifenabstände so aufeinander abgestimmt, dass eine spektralenge Reflektion R für unter einem Winkel nahe 45° einfallendes Licht I resultiert, deren Halbwertsbreite unter 1 nm liegt. Das nicht reflektierte Licht wird transmittiert T, die Absorption ist vernachlässigbar. Die Schichtdicken, Streifenbreiten und Streifenabstände liegen bevorzugt im Bereich 30 nm bis 300 nm. Die Streifen erstrecken sich dabei quer, vorzugsweise senkrecht zur Richtung des einfallenden Lichts. Der Winkel des einfallenden Lichts zur Oberflächennormalen beträgt zwischen 35° und 55°, bevorzugt 45° bis 53°.A beam splitter with which a very spectral transmission distribution is achieved is described in the article "Design and Measurement of a Tunable Resonant Grating Filter at Oblique Incidence" by G. Niederer et al., Www.csem.ch/corporate/Report2002/pdf/ p36.pdf. A cross section of this beam splitter is shown schematically in FIG 3 shown. Herein carries a glass plate 37 a first layer 39 made of TiO ₂ , on top of this is a layer 41 made of SiO ₂ applied, and in turn a layer of strips 43 made of TiO ₂ . As described in detail in the above-mentioned article, layer thicknesses, strip widths and strip spacings are coordinated so that a spectral reflection R results for light I incident at an angle close to 45 ° whose half-width is less than 1 nm. The non-reflected light is transmitted T, the absorption is negligible. The layer thicknesses, strip widths and strip spacings are preferably in the range from 30 nm to 300 nm. The strips extend transversely, preferably perpendicular to the direction of the incident light. The angle of the incident light to the surface normal is between 35 ° and 55 °, preferably 45 ° to 53 °.

In 1 ist ein Winkel des Strahlteiler 23 zum einfallenden Licht von der Anzeige 27 von 45° dargestellt; es sind aber auch andere Winkel innerhalb der oben angegebenen Bereiche möglich. Ein um einige Grad geänderter Einfallswinkel resultiert dabei in einem um einige nm verschobenen Durchlässigkeitsminimum. Der Strahlteiler 23 kann also in einer Variante schwenkbar montiert sein, um sein Durchlässigkeitsminimum an ein vorgegebenes Leuchtdichtemaximum eines Bildschirms 31 anzupassen.In 1 is an angle of the beam splitter 23 to the incident light from the display 27 shown at 45 °; but there are also other angles within the above ranges possible. An angle of incidence, which is changed by a few degrees, results in a transmittance minimum shifted by a few nm. The beam splitter 23 can therefore be pivotally mounted in a variant to its transmission minimum to a predetermined maximum luminance of a screen 31 adapt.

Die Durchlässigkeitsverteilung eines solchen Strahlteilers 23 kann statt nur eines Minimums im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, wie in 2 dargestellt, auch mehrere Minima aufweisen, deren reziproke Wellenlängen in einem ganzzahligen Verhältnis stehen, nämlich insbesondere sich wie 2:3 (zwei Minima) verhalten oder wie 3:4:5 (drei Minima). Die 4a und 4b zeigen Durchlässigkeitsverteilungen mit mehreren solchen Minima. Es ist aber auch möglich, eine Durchlässigkeitsverteilung mit zwei nicht kommensurablen Minimumspositionen zu realisieren, indem Vorder- und Rückseite einer Glasplatte 37 unterschiedlich beschichtet werden, beispielsweise mit unterschiedlichen Schichtdicken oder/und Streifenbreiten oder/und -abständen.The transmission distribution of such a beam splitter 23 can instead of only a minimum in the visible part of the electromagnetic spectrum, as in 2 also have several minima whose reciprocal wavelengths are in an integer ratio, namely in particular as 2: 3 (two minima) behave or as 3: 4: 5 (three minima). The 4a and 4b show permeability distributions with several such minima. But it is also possible to realize a transmission distribution with two non-commensurable minimum positions by front and back of a glass plate 37 be coated differently, for example, with different layer thicknesses and / or strip widths and / or distances.

Im Folgenden werden Elemente und Bauteile gleicher oder ähnlicher Funktion wie in der ersten Ausführungsform mit gleichen Zahlen, jedoch unterschiedlichen nachgestellten Buchstaben bezeichnet.in the Below, elements and components are the same or similar Function as in the first embodiment with the same numbers but with different letters designated.

5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Mikroskops 1a, die allerdings mit der ersten Ausführungsform kombiniert werden kann. In der zweiten Ausführungsform ist zwischen Objektiv 11a und Tubuslinse 13a des Mikroskops 1a ein Strahlteiler 23a angeordnet. Dieser koppelt einen Teil des vom Objekt 3 ausgehenden Lichts des ersten Strahlengangs 21a als dritten Strahlengang 51a aus. Der dritte Strahlengang wird durch eine Detektionsoptik 45a auf ein Detektionselement 47a einer Kamera mit einer Registriereinheit 49a, beispielsweise einem Datenspeicher geführt. Die Kamera hat eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung, die im Prinzip ähnlich der in 2 dargestellten Leuchtdichteverteilung ist. Es ist bevorzugt, wenn die Kamera eine Mehrzahl von Detektionselementen 47a aufweist; insbesondere kann es sich um eine CCD-Kamera handeln. Es ist aber auch möglich, mit einer Abtast-Optik 45a das Objekt 3 abzutasten und alle Signale durch dasselbe Detektorelement 47a zeitlich nacheinander zu registrieren. 5 shows a second embodiment of the microscope 1a which, however, can be combined with the first embodiment. In the second embodiment is between lens 11a and tube lens 13a of the microscope 1a a beam splitter 23a arranged. This couples a part of the object 3 outgoing light of the first beam path 21a as a third beam path 51a out. The third beam path is through a detection optics 45a on a detection element 47a a camera with a registration unit 49a , For example, led to a data store. The camera has a spectral sensitivity distribution that is similar in principle to the one in 2 shown luminance distribution is. It is preferred if the camera has a plurality of detection elements 47a having; in particular, it may be a CCD camera. But it is also possible with a scanning optics 45a the object 3 to sample and all signals through the same detector element 47a register in chronological order.

Für die Parameter der Empfindlichkeitsverteilung gelten die gleichen Erwägungen wie oben für die Leuchtdichteverteilung einer Anzeige; daher sind die von dem Strahlteiler 23a einzuhaltenden Bemessungsregeln weitgehend den oben für den Strahlteiler 23 der ersten Ausführungsform angegebenen ähnlich. Es sind lediglich statt der Leuchtdichte-Parameter L_max und ΔL die entsprechenden Empfindlichkeits-Parameter E_max und ΔE einzusetzen.For the parameters of the sensitivity distribution, the same considerations apply as above for the luminance distribution of a display; therefore these are from the beam splitter 23a to comply with the design rules largely the above for the beam splitter 23 similar to the first embodiment. Instead of the luminance parameters L _max and ΔL, the corresponding sensitivity parameters E _max and ΔE are to be used.

Wenn die erste und die zweite Ausführungsform kombiniert werden (ohne Abbildung), weist das Mikroskop sowohl einen in den ersten Strahlengang eingekoppelten zweiten Strahlengang als auch einen aus dem ersten Strahlengang ausgekoppelten dritten Strahlengang auf; die entsprechenden Strahlteiler erfüllen dann jeweils unabhängig die Bemessungsregeln. In einer besonderen Kombinationsvariante wird über denselben Strahlteiler aus- und eingekoppelt (siehe hierzu auch 15); dies ist sogar über dieselbe Seite des Strahlteilers möglich. In diesem Fall werden Ein- und Auskopplungs-Bemessungsregeln mit demselben Parametersatz a, b, c durch diesen Strahlteiler erfüllt. In einer anderen, in 6 dargestellten Kombinationsvariante umfaßt ein Stereomikroskop 1b in dem einen Stereo-Arm 2b' einen einkoppelnden Strahlteiler 23b', in dem anderen Stereo-Arm 2b'' einen auskoppelnden Strahlteiler 23b''. Außerdem ist im objektseitigen Tubusteil 8b in jedem Stereo-Arm 2b', 2b'' ein Zoom 10b', 10b'' angeordnet, um eine Vergrößerung einstellen zu können. Die Anzeige 33b umfaßt einen Bildschirm 31b, dessen Bild von der Anzeigeoptik 25b dem ersten Strahlteiler 23b' zugeführt wird. Aus dem anderen Stereo-Arm 2b'' wird das durch den zweiten Strahlteiler 23b'' ausgekoppelte Bild durch die Kameraoptik 45b auf die Detektorfläche 47b geführt und von der Kamera 49b registriert. Beide Stereo-Arme 2b', 2b'' haben ein gemeinsames Objektiv 7b, aber individuelle Tubuslinsen 13b', 13b'' und Okulare 15b', 15b'', um den beiden Betrachteraugen 5' und 5'' individuelle Bilder zuzuführen.If the first and the second embodiment are combined (not shown), the microscope has both a second beam path coupled into the first beam path and a third beam path coupled out of the first beam path; The corresponding beam splitters then each independently comply with the design rules. In a special combination variant, coupling and decoupling takes place via the same beam splitter (see also 15 ); this is possible even on the same side of the beam splitter. In this case, input and output design rules with the same parameter set a, b, c are fulfilled by this beam splitter. In another, in 6 illustrated combination variant includes a stereomicroscope 1b in the one stereo arm 2 B' a coupling beam splitter 23b ' in the other stereo arm 2 B'' a decoupling beam splitter 23b '' , In addition, in the object-side tube part 8b in every stereo arm 2 B' . 2 B'' a zoom 10b ' . 10b ' arranged to be able to set an enlargement. The ad 33b includes a screen 31b whose image is from the display optics 25b the first beam splitter 23b ' is supplied. From the other stereo arm 2 B'' this will be done by the second beam splitter 23b '' decoupled image through the camera optics 45b on the detector surface 47b guided and from the camera 49b registered. Both stereo arms 2 B' . 2 B'' have a common lens 7b but individual tube lenses 13b ' . 13b '' and eyepieces 15b ' . 15b '' to the two eyes 5 ' and 5 '' to feed individual pictures.

Eine dritte Ausführungsform ist in 7 beschrieben. Hier sind zwischen Objektiv 7c und Tubuslinse 13c ein erster Strahlteiler 23c' und ein zweiter Strahlteiler 23c'' in einer Strahlteileranordnung 55c im ersten Strahlengang 21c hintereinander angeordnet. Der erste Strahlteiler 23c' koppelt einen Teil des vom Objekt ausgehenden Lichts als dritten Strahlengang 51c aus, und der zweite Strahlteiler 23c'' koppelt ein von dem Bildschirm 31c ausgehendes Bild als zweiten Strahlengang 29c in den ersten Strahlengang 21c ein. Vom zweiten Strahlteiler 23c'' ausgekoppeltes Licht vom Objekt 3 sowie vom zweiten Strahlteiler 23c'' transmittiertes Licht von dem Bildschirm 31c wird von der Hornlichtfalle 35c absorbiert. Das Objekt 3 wird von einer Beleuchtungslichtquelle 59c durch einen Kondensor 57c beleuchtet. Eine Bildverarbeitungs- und Steuerungseinheit 53c erfasst das erste Bild von der Detektionseinheit 47c, wertet dessen Farbanteile aus, und berechnet daraus das mit dem Bildschirm 31c darzustellende zweite Bild. Das zweite Bild enthält hauptsächlich oder nur die Farbanteile, die im ersten Strahlengang 21c auf Grund des Durchgangs durch die Strahlteileranordnung 55c stärker als andere abgeschwächt sind. Nach der Überlagerung des ersten Strahlengangs 21c mit dem zweiten Strahlengang 29c sind daher Ungleichheiten der verschiedenen Farbanteile vermindert. Die Beleuchtungseinheit 57c und 59c kann Licht zur Anregung einer Fluoreszenz eines in dem Objekt 3 enthaltenen Fluoreszenzfarbstoffs enthalten; insbesondere kann dann eine Empfindlichkeitsverteilung der Kamera 47c auf das Fluoreszenzspektrum des Farbstoffs abgestimmt sein. Die Beleuchtung wird durch die Bildverarbeitungs- und Steuerungseinheit 53c zeitlich moduliert, und die Detektionseinheit 47c umfaßt zur Steigerung der Detektionseffizienz einen Lock-In-Verstärker als Demodulationseinheit, der mit derselben Modulationsfrequenz wie die Beleuchtungseinheit versorgt wird.A third embodiment is in 7 described. Here are between lens 7c and tube lens 13c a first beam splitter 23c ' and a second beam splitter 23c '' in a beam splitter arrangement 55c in the first beam path 21c arranged one behind the other. The first beam splitter 23c ' couples a part of the light emanating from the object as a third beam path 51c off, and the second beam splitter 23c '' couples one from the screen 31c outgoing image as a second beam path 29c in the first beam path 21c one. From the second beam splitter 23c '' decoupled light from the object 3 as well as from the second beam splitter 23c '' transmitted light from the screen 31c is from the Hornlichtfalle 35c absorbed. The object 3 is from an illumination light source 59c through a condenser 57c illuminated. An image processing and control unit 53c captures the first image from the detection unit 47c , evaluates its color components, and calculates that with the screen 31c second picture to be displayed. The second image contains mainly or only the color components in the first beam path 21c due to passage through the beam splitter array 55c stronger than others are mitigated. After the superposition of the first beam path 21c with the second beam path 29c Therefore, inequalities of the various color components are reduced. The lighting unit 57c and 59c can light to excite a fluorescence in the object 3 contained fluorescent dye contained; in particular, then a sensitivity distribution of the camera 47c be tuned to the fluorescence spectrum of the dye. The lighting is through the image processing and control unit 53c modulated in time, and the detection unit 47c In order to increase the detection efficiency comprises a lock-in amplifier as a demodulation unit, which is supplied with the same modulation frequency as the lighting unit.

Da ein durch den ersten Strahlteiler 23c' auftretender Farbstich in dieser dritten Ausführungsform aktiv durch die Bildverarbeitungs- und Steuerungseinheit 53c kompensiert wird, ist eine spektralenge Auskopplung hier nicht notwendig (aber möglich). Es ist daher, insbesondere wenn eine Fluoreszenz detektiert werden soll, bevorzugt, wenn die Durchlässigkeitsverteilung des ersten Strahlteilers 23c' hinsichtlich spektraler Position und Halbwertsbreiten an das Emissionsspektrum angepasst ist. Die daraus resultierende möglichst weitgehende spektrale Erfassung ist besonders bei der Detektion von Fluoreszenz mit schwacher Intensität vorteilhaft.As one through the first beam splitter 23c ' occurring color cast active in this third embodiment by the image processing and control unit 53c compensated, a spectral coupling is not necessary here (but possible). It is therefore preferred, in particular if fluorescence is to be detected, if the transmission distribution of the first beam splitter 23c ' is adapted to the emission spectrum in terms of spectral position and half-widths. The resulting as far as possible spectral detection is particularly advantageous in the detection of fluorescence with low intensity.

Die bei der dritten Ausführungsform interessierenden Größen sind in der 8 schematisch dargestellt. Es ist der Fall einer blauen Fluoreszenz beispielhaft skizziert. Die Durchlässigkeitsverteilung des ersten Strahlteilers 23c' weist ein 45 nm breites Minimum bei 425 nm auf, das Fluoreszenzspektrum hat ein Maximum bei 445 nm mit 70 nm Halbwertsbreite. Der Abstand der Extrema beträgt also 20 nm, die Quadratwurzel der Summe der quadrierten Halbwertbreiten beträgt 83,2 nm.The sizes of interest in the third embodiment are in 8th shown schematically. It is the case of a blue fluorescence exemplified. The transmission distribution of the first beam splitter 23c ' has a 45 nm wide minimum at 425 nm, the fluorescence spectrum has a maximum at 445 nm with 70 nm half width. The distance of the extrema is therefore 20 nm, the square root of the sum of the squared half-widths is 83.2 nm.

Es hat sich gezeigt, dass eine effektive Auskopplung dann gewährleistet ist, wenn das Verhältnis f des Abstands der Extrema zur Quadratwurzel der Summe der quadrierten Halbwertsbreiten weniger als Eins, bevorzugt weniger als 0,7, stärker bevorzugt weniger als 0,5, und besonders bevorzugt weniger als 0,3 beträgt. Im Beispiel ist dieses Verhältnis 20:83,2 ≈ 0,24. Außerdem ist erfindungsgemäß das Verhältnis d der Durchlässigkeits-Halbwertsbreite zur Fluoreszenz-Halbwertsbreite zwischen 0,05 und 2. Es ist bevorzugt, wenn dieses Verhältnis zwischen 0,3 und 1,5 beträgt, besonders bevorzugt 0,6 bis 1. Im Beispiel ist dieses Verhältnis 45:70 ≈ 0,64.It has been found that effective extraction is ensured when the ratio f of the distance of the extrema to the square root of the sum of the squared half widths is less as one, preferably less than 0.7, more preferably less than 0.5, and most preferably less than 0.3. In the example this ratio is 20: 83,2 ≈ 0,24. In addition, according to the invention, the ratio d of the transmittance half-width to the fluorescence half-width is between 0.05 and 2. It is preferred if this ratio is between 0.3 and 1.5, more preferably 0.6 to 1. In the example this is Ratio 45:70 ≈ 0.64.

Eine vierte Ausführungsform ist in 9 beschrieben. Das Mikroskop weist hierbei, wie in der dritten Ausführungsform und wie in 7 dargestellt, einen ersten Strahlteiler 23d' zur Auskopplung eines dritten Strahlengangs 51d und einen zweiten Strahlteiler 23d'' zur Einkopplung eines zweiten Strahlengangs 29d auf. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich aber von der dritten Ausführungsform darin, dass die Ansteuerung 33d für den Bildschirm 31d unabhängig von der Kamera 47d, 49d ist. Um dennoch einen durch den ersten Strahlteiler 23d' erzeugten Farbstich zu kompensieren, ist die Durchlässigkeitsverteilung des zweiten Strahlteilers 23d'' auf die Durchlässigkeitsverteilung des ersten Strahlteilers 23d' abgestimmt. Diese Abstimmung wird erzielt, indem zunächst aus der Durchlässigkeitsverteilung des zweiten Strahlteilers 23d'' das kompensative Spektrum bestimmt wird, indem an jedem Punkt der Durchlässigkeitsverteilung der entsprechenden Wellenlänge an Hand einer Normfarbtafel ihre kompensative Wellenlänge zugeordnet wird. Die Zuordnung erfolgt durch geradliniges Verlängern einer Linie, die die betreffende Wellenlänge auf dem Spektralfarbenzug S mit dem Unbuntpunkt U der Normfarbtafel verbindet, über den Unbuntpunkt U hinaus wieder bis zum Spektralfarbenzug S. Der Schnittpunkt der verlängerten Linie mit dem Spektralfarbenzug S gibt die kompensative Wellenlänge an. Eine CIE-Normfarbtafel mit Unbuntpunkt U und Spektralfarbenzug S ist zur Erläuterung in 10 skizziert.A fourth embodiment is in 9 described. The microscope has here, as in the third embodiment and as in 7 shown, a first beam splitter 23d ' for decoupling a third beam path 51d and a second beam splitter 23d '' for coupling a second beam path 29d on. However, the fourth embodiment differs from the third embodiment in that the driving 33d for the screen 31d regardless of the camera 47d . 49d is. Nevertheless, one through the first beam splitter 23d ' compensate for color cast, is the transmission distribution of the second beam splitter 23d '' on the transmission distribution of the first beam splitter 23d ' Voted. This tuning is achieved by first from the transmission distribution of the second beam splitter 23d '' the compensative spectrum is determined by assigning its compensative wavelength at each point of the transmission distribution of the corresponding wavelength by means of a standard color chart. The assignment takes place by linearly extending a line which connects the relevant wavelength on the spectral color train S to the solid point U of the standard color chart, beyond the inking point U out again to the spectral color puff S. The intersection of the extended line with the spectral color band S indicates the compensative wavelength , A CIE standard color chart with achromatic point U and spectral color train S is illustrated in FIG 10 outlined.

Das wie beschrieben erhaltene kompensative Spektrum weist den Durchlässigkeitsminima zugeordnete kompensative Minima auf. Analog den Durchlässigkeit-Halbwertsbreiten werden kompensative Halbwertsbreiten festgelegt. Erfindungsgemäß werden die Lage des Durchlässigkeitsminimums des ersten Strahlteilers 23d' und die Lage des kompensativen Minimums des zweiten Strahlteilers 23d'' so aufeinander abgestimmt, dass das Verhältnis e ihres spektralen Abstands zu der Quadratwurzel der Summe der zugehörigen Halbwertsbreiten kleiner als Eins, bevorzugt kleiner als 0,7, stärker bevorzugt kleiner als 0,5, noch stärker bevorzugt kleiner als 0,3, und besonders bevorzugt kleiner als 0,15 ist. Zur Farbstichkompensation, die in der vierten Ausführungsform passiv erfolgt, sollten die Halbwertsbreiten der ersten Durchlässigkeitsverteilung und des kompensativen Spektrums nicht allzu unterschiedlich sein, also im Verhältnis k von 0,5:1 bis 2:1, bevorzugt 0,8:1 bis 1,25:1 stehen. Bei der vierten Ausführungsform sollten aber auch die Tiefen der Durchlässigkeitsminima ähnlich sein; es ist bevorzugt, wenn die jeweiligen Produkte aus Halbwertsbreite und Minimumstiefe, gemessen jeweils zwischen maximaler und minimaler Durchlässigkeit im relevanten sichtbaren Spektralbereich, ähnlich sind, also im Verhältnis von zwischen 0,5:1 bis 2:1, bevorzugt 0,8:1 bis 1,25:1 stehen. Dabei endet der für die beiden Durchlässigkeitsminima jeweils relevante Spektralbereich an der Wellenlänge, die dem arithmetischen Mittelwert der Wellenlängen an den beiden Durchlässigkeitsminima entspricht.The compensatory spectrum obtained as described has compensative minima associated with the transmission minima. Compared to the permeability half-widths, compensative half-value widths are defined. According to the invention, the position of the transmittance minimum of the first beam splitter 23d ' and the location of the compensative minimum of the second beam splitter 23d '' matched so that the ratio e of their spectral distance to the square root of the sum of the associated half-widths less than unity, preferably less than 0.7, more preferably less than 0.5, even more preferably less than 0.3, and particularly preferably is less than 0.15. For color cast compensation, which is passive in the fourth embodiment, the half widths of the first transmission distribution and the compensative spectrum should not be too different, ie in the ratio k of 0.5: 1 to 2: 1, preferably 0.8: 1 to 1, 25: 1 stand. In the fourth embodiment, however, the depths of the permeability minima should also be similar; It is preferred if the respective products of half width and minimum depth, measured in each case between maximum and minimum permeability in the relevant visible spectral range, are similar, ie in the ratio of between 0.5: 1 to 2: 1, preferably 0.8: 1 to 1.25: 1 stand. In this case, the respective relevant spectral range for the two transmission minima ends at the wavelength which corresponds to the arithmetic mean of the wavelengths at the two transmission minima.

In 11 sind die bei der vierten Ausführungsform wichtigen Parameter schematisch zusammengefasst. Die Ordinate K steht für die Durchlässigkeit im kompensativen Spektrum (gestrichelte Linie) der Durchlässigkeitsverteilung des zweiten Strahlteilers 23d'', die Ordinate D für die Durchlässigkeit des ersten Strahlteilers 23d'. In diesem Beispiel hat der erste Strahlteiler 23d' ein Durchlässigkeitsminimum im Blauen bei 470 nm mit 35 nm Halbwertsbreite. Der zweite Strahlteiler 23d'' hat ein Durchlässigkeitsminimum bei 600 nm. Die kompensative Wellenlänge zu 600 nm ist, wie der Skizze in 9 zu entnehmen ist, 490 nm. Die Breite des kompensativen Minimums beträgt 17 nm. Der Abstand der Minima ist also 20 nm, während die Quadratwurzel der Summe der Halbwertsbreiten 38,9 nm beträgt. Das Verhältnis des spektralen Abstands zur Wurzel der Summe der Halbwertsbreiten liegt in diesem Beispiel also geringfügig über dem besonders bevorzugten Wert von 0,5. In diesem Fall ist außerdem das Verhältnis der Durchlässigkeits-Halbwertsbreite zur kompensativen Breite geringfügig größer als 2, nämlich 2,06. Andererseits ist aber das kompensative Minimum mit 90% tiefer als das Durchlässigkeitsminimum mit 80%, so dass sich die Produkte aus Tiefe und Halbwertsbreite wie 28:15,3 verhalten, also in einem Verhältnis kleiner als 2 stehen (nämlich 1,83:1).In 11 the parameters important in the fourth embodiment are schematically summarized. The ordinate K stands for the transmittance in the compensative spectrum (dashed line) of the transmission distribution of the second beam splitter 23d '' , the ordinate D for the transmittance of the first beam splitter 23d ' , In this example, the first beam splitter has 23d ' a minimum transmission in the blue at 470 nm with 35 nm half width. The second beam splitter 23d '' has a transmittance minimum at 600nm. The compensative wavelength at 600nm is like the sketch in 9 The width of the compensative minimum is 17 nm. The distance of the minima is thus 20 nm, while the square root of the sum of the half-value widths is 38.9 nm. The ratio of the spectral distance to the root of the sum of the half-value widths is therefore slightly above the particularly preferred value of 0.5 in this example. In this case, moreover, the ratio of the transmittance half-width to the compensative width is slightly larger than 2, namely 2.06. On the other hand, the compensative minimum is 90% lower than the permeability minimum of 80%, so that the products of depth and half width behave like 28: 15.3, that is, in a ratio smaller than 2 (namely 1.83: 1) ,

12 zeigt eine Variante der ersten Ausführungsform, bei der der erste Strahlengang 21e nicht den Strahlteiler 23e durchsetzt, sondern an ihm in Richtung des Okulars 15e abknickt. Der zweite Strahlengang 29e hingegen durchsetzt in dieser Variante den Strahlteiler 23e. Die übrigen Teile des Mikroskops 1e entsprechen denen in 1. 12 shows a variant of the first embodiment, wherein the first beam path 21e not the beam splitter 23e interspersed, but at him in the direction of the eyepiece 15e bends. The second beam path 29e In contrast, the beam splitter intersperses in this variant 23e , The remaining parts of the microscope 1e correspond to those in 1 ,

In ähnlicher Weise zeigt 13 eine Variante der zweiten Ausführungsform, bei der der dritte, zu einer CCD-Kamera 47f, 49f geführte Strahlengang 51f den Strahlteiler 23f durchsetzt, während der ersten, zum Okular 15f geführte Strahlengang 21f am Strahlteiler 21f abknickt. Die übrigen Teile des Mikroskops 1f entsprechen denen aus 5.In a similar way shows 13 a variant of the second embodiment, wherein the third, to a CCD camera 47f . 49f guided beam path 51f the beam splitter 23f interspersed, during the first, to the eyepiece 15f guided beam path 21f at the beam splitter 21f bends. The remaining parts of the microscope 1f match those out 5 ,

Das Reflektivitäts- und Transmissionsverhalten der in diesen Varianten eingesetzten Strahlteiler 23e, 23f ist gegenüber den vorher beschriebenen invertiert, das heißt, statt ggf. spektralenger Transmissionsminima, entsprechend spektralengen Reflektivitätsmaxima, kommen hier Strahlteiler 23e, 23f mit spektralengen Transmissionsmaxima, also Reflektivitätsminima zum Einsatz. In 14 ist beispielhaft eine Emissionsverteilung (Ordinate E) eines Objekts 3 mit Maximum bei 655 nm einer darauf abgestimmten Transmissionsverteilung (Ordinate T) eines Strahlteilers 23f mit Maximum bei 695 nm gegenübergestellt. Dem Transmissionsmaximum entspricht bei dem Mikroskop 1f ein Durchlässigkeitsminimum des Strahlteilers 23f für den ersten Strahlengang 21f. Die Durchlässigkeits-Halbwertsbreite von 13 nm ist wegen der spektralen Lage im Orange zulässig, d.h., verursacht keinen merklichen Farbstich: Die oben angegebene Bemessungsregel liefert mit den Parametern b = 0,001 nm^–1 und c = 5 nm bei dieser Wellenlänge einen Grenzwert für die Halbwertsbreite von 18,2 nm.The reflectivity and transmission behavior th the beam splitter used in these variants 23e . 23f is opposite to the previously described inverted, that is, instead of spectral if necessary transmission minima, according to spectral reflectivity maxima, here are beam splitters 23e . 23f with spectral gene transmission maxima, so reflectivity minima for use. In 14 is an example of an emission distribution (ordinate E) of an object 3 with maximum at 655 nm of a matched transmission distribution (ordinate T) of a beam splitter 23f compared with maximum at 695 nm. The transmission maximum corresponds to the microscope 1f a transmission minimum of the beam splitter 23f for the first beam path 21f , The transmittance half-width of 13 nm is permissible because of the spectral position in the orange, ie, does not cause noticeable color cast: The above-mentioned rule of dimension provides a limit value for the half-width with the parameters b = 0.001 nm ^-1 and c = 5 nm at this wavelength of 18.2 nm.

In 15 ist eine Variante der dritten Ausführungsform dargestellt, bei der über denselben Strahlteiler 23g ein- und ausgekoppelt wird. In diesem Fall steuert die Bildverarbeitungs- und Steuerungseinheit 53g die Registriereinheit 49g und die Anzeige 27g zeitlich alternierend so, dass das gerade von der Anzeige 27g ausgesandte Licht 29g von der Kamera nicht registriert wird, und die Kamera nur jeweils dann Licht 51g registriert, wenn die Anzeige 27g kein Licht aussendet.In 15 a variant of the third embodiment is shown in which the same beam splitter 23g is coupled and disconnected. In this case, the image processing and control unit controls 53g the registration unit 49g and the ad 27g alternating in time so that just from the display 27g emitted light 29g is not registered by the camera, and the camera only then each light 51g registered when the ad 27g no light is emitted.

Selbst wenn die Auflösung des Bildschirms 31g geringer ist als die des ersten Strahlengangs 21g, führt die Überlagerung des ersten und zweiten Strahlengangs am Strahlteiler 23g zu keiner merklichen subjektiven Bildqualitätsabnahme, da das Farbensehen physiologisch weniger sensitiv auf feine Strukturen ist.Even if the resolution of the screen 31g is less than that of the first beam path 21g , performs the superposition of the first and second beam path at the beam splitter 23g to no appreciable subjective image quality decrease, since color vision is physiologically less sensitive to fine structures.

Zusammengefasst stellt die Erfindung ein Abbildungssystem bereit, das wenigstens einen Strahlteiler zur Ein- oder/und Auskopplung eines zweiten bzw. dritten Strahlengangs in einen ersten Strahlengang umfaßt, wobei ein Durchlässigkeitsminimum des Strahlteilers auf Parameter einer Leuchtdichte-, einer Empfindlichkeits- oder/und einer zweiten Durchlässigkeitsverteilung abgestimmt ist.Summarized the invention provides an imaging system that at least a beam splitter for input and / or output of a second or third beam path in a first beam path, wherein a permeability minimum of the beam splitter to parameters of a luminance, a sensitivity and / or a second permeability distribution is tuned.

Claims

An imaging system comprising: an eyepiece, an objective, a display adapted to emit light having a spectral luminance distribution having at least a luminance maximum and a luminance half-width assigned to the at least one luminance maximum, a beam splitter located in a first beam path between the lens and the eyepiece and in a second beam path between the display and the eyepiece, wherein the beam splitter for the first beam path provides a spectral transmission distribution having at least one transmission minimum and a minimum permeability half-value associated with the at least one transmission minimum, where:

ΔD <b · (D min - 580 nm) 2 + c, wherein D _{min represents} a wavelength of the transmission _minimum in nm, L _{max represents} a wavelength of the _maximum luminance in nm, ΔD represents the transmission half-width in nm, and ΔL represents the luminance half-width in nm, and a = 1, b = 0.001 nm ^{- 1} and c = 5 nm.

An imaging system, in particular in combination with the imaging system of claim 1, wherein the imaging system comprises: an eyepiece, a lens, a camera having at least one light detection element having a spectral sensitivity distribution having at least a sensitivity maximum and a sensitivity half-width associated with the at least one sensitivity maximum comprising a beam splitter, which is arranged in a first beam path between the lens and the eyepiece and in a third beam path between the lens and the camera, wherein the beam splitter for the first beam path has a spectral transmission distribution, which at least one permeability minimum and at least having a transmission minimum associated transmittance half width, where:

ΔD <b '· (D min - 580 nm) 2 + c ', where D _{min represents} a wavelength of the transmission _minimum in nm, E _{max represents} a wavelength of the sensitivity _maximum in nm, ΔD represents the transmittance half width in nm, and ΔE represents the sensitivity half width in nm, and a '= 1, b' = 0.001 nm ^-1 and c '= 5 nm.

An imaging system according to claim 1 or 2, wherein said Transmittance distribution two or three permeability minima and the permeability minima respectively assigned permeability half-widths having.

An imaging apparatus according to claim 3, wherein said Beam splitter a plurality of layers of different dielectric Material includes.

An imaging apparatus according to claim 3 or 4, wherein the beam splitter comprises a diffraction grating.

An imaging system, in particular in combination with the imaging system of any one of claims 1 to 5, wherein the imaging system comprises: a lens, an eyepiece to provide a viewer with a representation of an object, a camera having at least one light detection element, a display, and a Beam splitter arrangement, which is arranged in a first beam path between the lens and the eyepiece, in a second beam path between the display and the eyepiece and in a third beam path between the lens and the camera, wherein: in the first beam path, a color cast is generated by the beam splitter arrangement for the first beam path has such a transmission distribution that a first spectral range is attenuated relative to a second spectral range; the camera captures a first image in at least the first spectral range; and wherein D _{min represents} a wavelength of transmittance _minimum in nm, F _{max represents} a wavelength of emission maximum in nm, ΔD represents transmittance half-width in nm, and ΔF represents fluorescence half-width in nm, and f = 1, d _min = 0 , 05 and d _max = 2.

The imaging device of claim 8, further comprising a fluorescence excitation optics for generating one on the object Directional light beam, which has a lighting spectrum, wherein the illumination spectrum is at least partially with an excitation spectrum of the fluorescent dye overlaps.

An imaging device according to claim 9, wherein the Fluorescence excitation optics is adapted to the light beam to generate time modulated.

An imaging system, particularly in combination with the imaging system of any one of claims 1 to 10, wherein the imaging system comprises: an objective, an eyepiece to provide a viewer with a representation of an object, a beam splitter array disposed in a first optical path between the objective and the eyepiece wherein the beam splitter assembly provides for the first beam path a spectral transmission distribution having at least a first and a second transmission minimum, wherein the second transmission average is associated with a compensating minimum in a standard color chart with respect to an ink dot diametrically opposed, wherein the first transmission minimum a first transmission Half-width and the compensative minimum is assigned a compensative half-width, where:

and k min · ΔK <ΔD <k Max · .DELTA.K where D _{min represents} a wavelength of the first transmission minimum in nm, K _{min represents} a wavelength of the compensative minimum in nm, ΔD represents the transmission half-width in nm, and ΔK represents the compensative half-width in nm, and e = 1, k _min = 0 , 5 and k _max = 2.

A method of observing an object, the method comprising: passing observation light emanating from the object through an objective to an eyepiece, displaying an image with light having a spectral luminance distribution having at least one luminance maximum and one luminance maximum associated with the at least one luminance maximum; Having half-width, superimposing the observation light and the light of the image on a beam splitter providing a spectral transmission distribution for the observation light having at least one transmission minimum and one transmission half-width associated with the at least one transmission minimum, where:

A method of observing an object, particularly in combination with the method of claim 12, the method comprising: passing observation light emanating from the object through an objective to an eyepiece, branching a portion of the observation light passed from the object through the objective to the eyepiece with a beam splitter providing a spectral transmission distribution for the observation light having at least a transmission minimum and a transmission half-width associated with the at least one transmission minimum, and detecting an image in the branched part of the observation light with a light detector having a spectral sensitivity distribution at least one sensitivity maximum and a sensitivity maximum value associated with the at least one sensitivity maximum, where:

ΔD <b '· (D min - 580 nm) 2 + c ', where D _{min represents} a wavelength of transmission _minimum in nm, E _{max represents} a wavelength of _maximum sensitivity in nm, ΔD represents transmission half-width in nm, and ΔE represents sensitivity half-width in nm, and a '= 1, b' = 0.001 nm ^-1 and c '= 5 nm.

Method for observing a fluorescence of a contained in an object fluorescent dye, in particular in combination with the method of claim 12 or 13, wherein the method comprises: light of the object with illumination light, the illumination light containing fluorescence excitation light, Lead by from the object outgoing observation light through a lens to an eyepiece, Branching a fluorescent light of the fluorescent dye containing the first part of the object through the lens observation light guided to the eyepiece, wherein a color cast in a guided to the eyepiece second part of the observation light arises Taking a first image in the branched part the observation light, Show one in dependence from the first image generated second image, Overlay the second image with the second part of the observation light, in which the second image is generated such that the color cast in the guided eyepiece second part of the observation light reduced by the superimposed second image becomes.

The method of claim 14, further comprising: Modulate an illumination light intensity with a modulation frequency; Demodulate a an intensity of the branched off Part of the observation light representing the detector signal with the modulation frequency.

A method of observing an object, in particular in combination with the method of any of claims 12 to 15, the method comprising: passing observation light emanating from the object through an objective to an eyepiece, branching a first portion of the object through the objective to the eyepiece guided observation light or launching of light from a first external light source, and branching of a second part of the guided from the object through the lens to the eyepiece observation light or coupling light of a second external light source with a beam splitter assembly, the spectral transmittance for the observation light which has at least a first and a second permeability minimum, wherein the second permeability minimum is associated with a compensating minimum which is diametrically opposed in a standard color chart with respect to an unblanking point, the first permeability medium being assigned to the first permeability minimum At least a first half-width of permeability and a compensative half-width is assigned to the compensating minimum, where:

and k min · ΔK <ΔD <k Max · .DELTA.K where D _{min is} a wavelength of the first transmission medium represents minimum in nm, K _{min represents} a wavelength of the compensative minimum in nm, ΔD represents the transmittance half-width in nm, and ΔK represents the compensative half-width in nm, and e = 1, k _min = 0.5, and k _max = 2 ,