DE2225479A1

DE2225479A1 - Mikroskop mit zwei verschiedenen vergroesserungen

Info

Publication number: DE2225479A1
Application number: DE2225479A
Authority: DE
Inventors: Harold Edward Rosenberger
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 1972-01-14
Filing date: 1972-05-25
Publication date: 1973-07-19
Also published as: JPS4881546A; US3743377A

Description

Mikroskop mit zwei verschiedenen Vergrößerungen.

Die vorliegende lilrfindung betrifft optische Systeme mit variabler Vergrößerung und insbesondere optische Systeme mit zwei verschiedenen Vergrößerungen, die eine endliche ObjektzuOrdnung haben.

Preiswerte Mikroskope für Schulkinder im G-rundschul- oder Vorschulalter waren meistens auf Geräte mit einer einzigen festen Vergrößerung beschränkt, was dem Kind nur eine geringe Anregung bietet, um das Interesse für die Umwelt im kleinen zu wecken. Obwohl es einige Instrumente mit zwei verschiedenen, einer niedrigen und einer starken Vergrößerung gab, hatten sie grundsätzlich den Fachteil, entweder zu teuer zu sein, wenn die Bildqualität gut war, oder aber mittelmäßige Bildqualität zu liefern, damit die Kosten im Rahmen der schulischen Mittel lagen.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licm, t/rpi.~vm ix.in-ing.'/->^ci · >un»i_Uiin, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Axial bewegliche Zwischenlinsen zwischen feststehenden Objektiv- und Okularlinsen sind aus der· Fernrohrtechnik bekannt, wobei die Objektzuordnung im Unendlichen liegt. Lan betrachte hierzu beispielsweise das U.S. Patent No. 2,479,792 von R.B. Tackaberry. Bei Mikroskopen, wo die ObjektzuOrdnung nicht nur endlich sondern für gewöhnlich sehr klein ist, wurden mindestens zwei bewegliche Zwischenlinsen verwendet,-die unabhängig voneinander bewegt werden konnten. Da der Betätigungsmechanismus für solche komplizierten Bewegungen ziemlich kostspielig ist, bestehen nur begrenzte Möglichkeiten für eine Verwendung in preiswerten, billigen Mikroskopen.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein gutes, preiswertes Mikroskop mit zwei verschiedenen Vergrößerungen, das einem Kind sowohl eine allgemeine makroskopische Ansicht einer Probe oder eines Objekts mit relativ geringer Vergrößerung als auch eine ausführliche, strukturell . mikroskopische Ansicht mit erheblich stärkerer Vergrößerung bietet, wäre sehr zweckmäßig.

Um nun ein Mikroskop mit zwei Vergrößerungen zu schaffen, daa eine ausgezeichnete Bildqualität liefert und trotzdem die denkbar einfachsten mechanischen Einrichtungen enthält, wurden eine Reihe optischer Bedingungen ausgearbeitet, unter denen ein Mikroskop, das aus nur zwei Haupteinheiten besteht, eine Änderung der Vergrößerung erfährt, indem lediglich eine einzige, positive, relative Bewegung der beiden Einheiten zwischen zwei diskreten Positionen ausgeführt wird. Die eine Einheit e_nthält|eine Objektivlinse und eine Okularlinse in einer festen räumlichen Beziehung zueinander» Die andere Einheit enthält einen Objekttisch und eine Zwischenlinse in einer festen räumlichen Beziehung zueinander, wobei sich die Zwischenlinse zwischen dem Objektiv und dem Okular befindet. Das Mikroskop ist weiterhin mit G-leitvorriehtungen für eine

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axiale .Einstellung der beiden Einheiten, einer Grundplatte und Gehäusevorrictitungen versehen. Die· beiden Haupt einheit en des Mikroskops setzen sioh aus diesen Grundplatten-, Gleiterand Gehäusevorrichtungen zusammen.

Die Erfindung läßt sieh folgendermaßen zusammenfassen: Ein Mikroskop mit zwei verschiedenen Vergrößerungen umfaßt eine Anordnung aus Okular- und Objektivlinsen, die in einer festen Beziehung zueinander stehen, und einer Anordnung aus einem Objekttisch und einer Zwischenlinse mit negativer Brennweite, die eine feste Beziehung zueinander haben, wobei diese beiden Anordnungen koaxial gegeneinander verschiebbar sind und sich die Zwischenlinsenvorrichtung zwischen dem Objektiv und dem Okular befindet. Wenn sich die Okular/Objektiv-AnOrdnung in großer Entfernung zum Objekttisch befindet, sieht man ein Bild mit schwacher Vergrößerung; wenn die Anordnung zum Objekttisch hin bewegt wird, entsteht ein Bild mit starker Vergrößerung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein schematisch.es optisches Diagramm des erfindungsgemäßen Mikroskops und zeigt die Einstellungen für gering.e und starke Vergrößerung, sowie die Beziehung zwischen beiden Einstellungen.

Figur 2 ist ein Seitenriß eines Mikroskops und dient zur .rläuterung der mechanischen Auslegung der Erfindung.

Figur 3 ist eine Seitenansicht eines Teils des Mikroskops und zeigt die Vorrichtung, mit der die beiden hauptsächlichen Anordnungen gegeneinander verschoben werden können.

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Ausführliche Beschreibung der ^rfindun^ 1 ο Mislegimgsbe dingung en:

Kleine Buchstaben beziehen sich auf die schwache Vergrößerung des i.'ikroskops.

Großbuchstaben beziehen sich auf die stärkeren Vergrößerungen.

Die Objektivlinse 52 und die Zwischenlinse 32 werden mit A und ~b bezeich/iet.

Die Objektabstände d. und D₁ sind negativ, wenn das Objekt sich links von der Linse A befindet.

Das O'bj-ektiv und das Okular sind mechanisch miteinander verbunden und bewegen sich im Verhältnis 1:1 um den Abstand C beim Übergang von der Vergrößerungsstellung m nach M und um den Abstand -C bei einem Übergang von I/ nach m.

Die Brennweiten der beiden ersten Linsen sind entsprechend mit ϊ\ und F₇, bezeichnet.

Wenn der Objekt/Bild-Abstand k und die Vergrößerung m gewählt werden, sind der Objektabstand d.., der Linsenabstand t und der Bildabstand dp durch folgende Beziehu-ig festgelegt:

t = 1/2 [k +Tf k² - 4 F_A "F_B a -

(1-m)²

mit a =

-F_A[k -

(1-m) + m t

= k + d.j - t

309829/07 i

Gleichzeitig sind die stärkere Vergrößerung M, der Objekt/ Bildabstand E und die übjektiv/Ckularbewegimg 0 durch folgende Beziehung festgelegt:

v/ —

-Q - KT - 4R

mit Q = d. + t -

j'.f- —/ ^ίΛ ι Til I -"·

mit D₁ = d. + C
D₂ = d₂ - C
E = k - 0 ·
Aus der Zeichnung folgt, daß T = L" + D-D₂ ist.

2. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele: A. Optische Auslegung:

Zur Erläuterung ist in der folgenden Tabelle ein Beispiel eines optischen Systems mit zwei verschiedenen Vergrößerungen angegeben. Die mit einem Stern (*) gekennzeichneten Werte waren, frei gewählt; alle anderen Werte wurden bestimmt und nach den oben stehenden Methoden berechnet und zwar mit F., als jJinheitswert. v/egen der auftretenden quadratischen Beziehung ist ersichtlich, daß nicht "sämtliche Werte für die gewählten Parameter zu reellen und/oder sinnvollen Lösungen führen. 'Dl-3 negativen Vergrößerungen bedeuten, daß die Bilder bei der Vergrößerung umgekehrt werden.

SAO ORIGINAL

0 9 8 2 9 AO713

* F_A= 1.0ÜU C = 2.181

* Pj₃= -1.20G0

* η = -3.CcOJi ι: = -14.914a

* k = 12.GCO E = 9.819 ^₁= -3.575 D₁= -1.397 t = 0.343 T = 2.524 CL₂= 8.079 D₂= 5.898

]3. Mechanische Auslegung:

In Figur 2 ist das Likroskop allgemein mit TO bezeichnet, -i'in tragender Ständer 12 erstreckt sich von einer 'irundplat te 14 nach oben und trägt einen Objekttisch 15 sowie oinea Tubus 18 zur Aufnahme des Mikroskops. In der Innenwand des Tubus 18 ist eine spiralförmige Rille 20 vorgesehen. ..-Jiu Zwischenlinsenträger 22, der ebenfalls Tubus form hat, kann in d>.i Tubus 18 eingeführt werden-» Der Träger 22 ist um einen Stift 24 herum geformt, der in die Rille 20 eingreift, um den Träger 22 längs der Achse des Tubus 16 bewegen zu können, wenn der Träger gegenüber dem Tubus gedreht wird. An der Außenseite des Trägers sind mehrere entlang dem Umfang verlaufende Rillen 26 vorgesehen, in die C-Ringe oder Kreisringe 23 eingepaßt sind. Die Kreisringe 28 ragen etwas über die Rillen 26 nach außen vor und bestehen "vorzugsweise aus einem elastischen, deformiert ar en Material (etwa Silikongummi); das deformierbaro I'iaterial soll eine Gleitbewegung gegenüber der Innenwand des Tubus 18 ermöglichen. Die Kreisringe 28 dienen dazu, den Träger 22 zur irikroskopachse 30 zentriert zu halten; außerdem dienen sie als Lager, die eine Drehbewegung des Trägers 22 mittels Stift 24 und schraubenförmiger Rille 20 erlauben.

Die Zwischenlinse 32 ist in einer entsprechenden öffnung einer Ilontagezelle 34 festgeklemmt. Diese r.:ontag3zelle 34 ist mittels der Ösen 36 am Träger 22 befestigt.

309829/07 13 bad orkwnal

Weiterhin befindest sich ein tubusförmiger Gleiter 38, der längs dem Umfang verlaufende Rillen 40 "bildet, in denen Kreisringe 42 sitzen, in eitier Innenbohrung des Linsenträgers 22. Die Kreisringe 42 sind ans biegsamem, elastischem und deforraierborein Material u.id dienen dazu, den Gleiter auf die Achse 3o zu zentrieren; außerdem bilden sie eine Gleitlagerfläche für der> Gleiter 38, damit sich dieser axial im Träger 22 bewegen kann.

Wie die in Figur 3 dargestellte Seitenansicht zeigt, bildet der Gleiter 3& eine rechteckige Öffnung 44, deren Breite so beinessen ist, daß die zugehörigen senkrechten. Seiten der Zwischenlinsenzelle 34 hineinpassen.

Der Gleiter 38 dient als Befestigung für die Gkula.rlinsen 46 und 48 und für die Objektivlinsenzelle 50. Die Objektivlinsen 52 befinden sich in einer zentralen Bohrung in der Zelle 50 und werden durch ein Teil 54, das außerdem einen Apertur-Verschluß bildet (56), koaxial zur Achse 30 des Mikroskops gehalten, üne Anschianschraube 58 sitzt in einer zweiten G-ewindebohruiig 6C, die sich exzentrisch in der Zelle 50 befindet.

Beim Zusammenbau wird die Zwisclienlinsenzelle 34 zuerst locker in die Öffnung 44 des Gleiters 38 eingebracht, der dann in die Bohrung des Trägers 22 geschoben wird. Danach wird die Zwischenlinsenzelle 34 durch die ösen 36 starr am -Träger 22 befestigte Der Gleiter 38 ist also im Träger 22 eingeschlossen und kann eine Gleitbewegung ausführen, deren Auslenkung nach oben begrenzt wird durch die am oberen iinde der Öffnung 44 anstoßende Oberseite der Linsenzelle 34 und nach unten begrenzt wird durch die einstellbare Anschlagschraube 58, die an den Boden der Zwischenlinsenzeile 34 anstößt. Der iiikroskopaufbau wird vervollständigt durch Einführen des Trägers 22 in den . iikroskophaltetubus 18, wobei der Stift 24 in die Spiralrille 20: eingeführt wird.

309829/0713 ^ßAD original

< ach dam vollständigen Zusammenbau dient der 0-1 e it er 3c· αε,ζη, die s. bielrtivli^een 52 in einer festen raanlichen Seziabung zn den Onilnrliuonn 46, 4('- zn halten, während eier ^r/rag3tändor 12 die Zwischenlinse 32 in einer festen räumlichen Beziehung zum Objekttisch 16 hält ( dabei soll erwähnt werden, daß der Träger 22 gedreht und längs der Achse 3'*· ''^r]'^r '^f'ku,?sierung des rikroskops bewegt werben koiin, daß jedoch, v/enn die Brennweite einmal einger-tul.l t .IhI,, die Zuordnung zwischen der Zwischenlinse 32 nnd dem Objekttisch 16 während des tatsächlichen Gebrauchs des IlikDBskops starr erhalten bleibt).

Wie Piyur 2 ?,ei;rt, befindet sich das mikroskop ±\i der Stellung für i-rerii.c-e Ver/'rößeri; > <■■, wenn d i e Spitae der Ans chlore ehrf.n.bo ^b eri Eodej.¹ der ZwiBchenlinsenKelle 34 anlici^t. w'ern die im frlejter 3ö ein^obcute Cbjektivlirse und die Ckularli] sen als lenzes abwärts bewegt v/erden, iiider; der Gleiter 3& nach unten ver.schoben wird, bis die C^;bjektivlinBenKelle die gestrichelt fez ei ebnete irosition 62 einniiniiit, befi.ndet sich das Mikroskop in der Stel3.ung für starke Vergrößerung.

In der Praxis wird die starke Vergrößerung dadurch eingestellt, daß der Gleiter 3c scjjange her ab ge drückt wird, bis die Oberseite der öffrmng 44 an der Oberseite der Zwischenlinsensalle 34 anliegt. Oazm wird der Träger 22 gedreht, un einen Objektträger ^iencrmter Dicke auf dem Objekttisch. 15 scharf einzustellen, wobei erwähnt werden soll, daß die Brennweiten-Hüllkurve bei starker Vergrößerung sehr schmal ist. Der Gleiter 3B wird dann angehoben, bis die visuelle Beobachtung ein scharfes Bild in der Okularbrennebene 64 bei schwacher Vergrößerung ergibt ₇ wobei die Brermweiten-Hüllkurve bei schwacher Vergrößerung erheblich breiter ist als bei starker Vergrößerung. Die Anschlagschraube t>'o wird darm so eingestellt, daß sie an die Zwischenlinsenaelle einstößt, wenn beste Scharfeinstellung erreicht ist. Der Abstand, um den der Gleiter 3ö bewegt werden kann, entspricht dann der Abmessung C, die in dem Abschnitt über Ausleguiigsbeciingungen erörtert wurde.

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Claims

Ιο) L^rikroskop, gekennzeichnet durch folgende Komponenten, die längs einer optischen Achse atisgerichtet sind:

(a) eine Plattform und Zwischenanordnung mit einem Objekttisch (16), einer Zwischenlinsenvorrichtung (32) und mechanischen Verbindungsvorrichtungen, um die Zwischenlinsenvorrichtung in einer festen Position gegenüber dem Objekttisch zu halten;

(b) eine Okular- und Objektivanordmmg mit einer Objektivlinsenvorrichtung (52), einer Okularlinsenvorrichtung (46, 48) und mechanischen Verbindungsvorrichtungen, um'die Okularlinsenvorrichtung in einer festen Position gegenüber der Objektivlinsenvorrichtung zu halten; und

(c) eine Vorrichtung aus Grundplatte (14), Gleiter (38) und Gehäuse (18), um die beiden Anordnungen (aus (a) und (b) ) gleitend und koaxial zu montieren, wobei die Zwischenlinsenvorrichtung (32) sich zwischen der O-^jektivlirisenvorrichtung (52) und der Okularlinsenvorrichtung (4.6, 48) befindet und längs der Achse um eine Auslenkung bewegt werden kann, wobei·diese Auslenkung mindestens zwei Positionen definiert, die sich aus einem gegenseitigen optischen Zusammenhang zwischen der Objektivlinsenvorrichtung, der Zwischenlinsenvorrichtung, der Okularlinsenvorrichtung und den Objekttisch ergeben, und zwar eine Position für geringe Vergrößerung und eine Position für starke Vergrößerung zur Betrachtung eines Objekts auf dem Objekttisch.

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2. Eikroskop "nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinsenvorrichtung eine Brennweite P. und die Zwischenlinsenvorrichtung eine Brennweite F-g hat, wobei Messungen längs der optischen Achse von der Objektivlinsenvorrichtung aus zur Bildseite hin positiv gezählt werden und wobei Kleinbuchstaben eine geringe Vergrößerung und Großbuchstaben eine starke Vergrößerung· bezeichnen; dabei gilt:

D₁, cL sind die Objektabstände;

T, t sind die Abstände zwischen der Objektivlinsenvorrichtung und der Zwischenlinsenvorrichtung;

D₂, d₂ ist der Abstand zwischen der Zwischenliris envorri chtung und der Okularbrenriebene;

■K, k ist der Abstand zwischen der übjektebene und der Okularbrennebene;

C ist die Länge der erwähnten Auslenkung in Richtung des Bildes gemessen;

M, m ist der Grad der Vergrößerung eines Objekts in der Objektebene, gemessen in der Okularbrennebene;

_a ■■ (1-m)² .

Q = d₁ + t - d₂ ;

R = (P_A + P_B + d₁ - d₂)t - (F_A + d₂)d₁ - (?_A - CL₂)F₁ ;

^d1 ⁼

= 1/2 [k +Yk² - 4 F_A F_B a- - 4k(F_A + F₁) ] ;

-F_A [k - t (1-m)]

1 ⁼ F_A C1-m) + m t = k + d₁ - t ;

D₁ = d₁ + C ;

ϊ D₂ = d₂ - C ;

K = k - C ; T = K + D₁ -

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