EP1595403A1 - Elektronisches mikroskop - Google Patents

Elektronisches mikroskop

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Publication number
EP1595403A1
EP1595403A1 EP04712044A EP04712044A EP1595403A1 EP 1595403 A1 EP1595403 A1 EP 1595403A1 EP 04712044 A EP04712044 A EP 04712044A EP 04712044 A EP04712044 A EP 04712044A EP 1595403 A1 EP1595403 A1 EP 1595403A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image sensor
optical system
resolution
microscope according
microscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP04712044A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Meissner
Holger WIEDERHÖFT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
Original Assignee
VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VEB Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Publication of EP1595403A1 publication Critical patent/EP1595403A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0008—Microscopes having a simple construction, e.g. portable microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/361—Optical details, e.g. image relay to the camera or image sensor

Definitions

  • the invention relates to a microscope with an optical system that images an object on an image sensor and a screen that displays image data output by the image sensor as an image and is the only output medium for a visual observation of the object.
  • Imaging images are known. The lack of direct optical insight enables a small, compact design of the microscope and minimizes the need for optical components. In this regard, they are clearly superior to conventional microscopes with an additional attached camera that feeds a screen, as are known, for example, from US Pat. No. 4,202,037 or US Pat Installation slot of a computer is integrated shows. The same applies to a generic microscope as it is offered by Olympus ' under the product name EV10. However, these known solutions use very complex optics; here there is a need for simplifications or production cost reductions.
  • the invention is therefore based on the object of simplifying a microscope of the type mentioned at the outset in such a way that the optical complexity can be kept as low as possible.
  • This object is achieved according to the invention with a microscope of the type mentioned at the outset, in which the imaging performance of the optical system and the resolution A of the image sensor satisfy the relationship F x N / M ⁇ 0.5 A, where F is a factor, N the numerical aperture of the optical system , M indicate the magnification factor of the optical system and A the resolution of the image sensor in pixels per millimeter.
  • the concept according to the invention provides for the optics upstream of the image sensor and the resolution of the sensor to be matched to one another.
  • electronic microscopes were mostly obtained by simply combining known microscope optics with an image sensor.
  • the resolution of the optical system is "oversized" with respect to the image sensor, ie, unnecessary effort is put into the optical system.
  • the relationship according to the invention between the resolution of the optical system and the image sensor makes it possible to avoid this unnecessary effort, which is not only due to the final possible selling price of a device, but also affects the size.
  • this enables the resolution achievable by the image sensor to be optimally used, and it is ensured that no unnecessary optical effort is used.
  • the optical system is fully utilized by the image sensor with regard to the resolution. Overall, a cost-saving production of the device can be achieved. Elaborate optical systems that generate information in the form of resolution that ultimately could not be used by the image sensor are avoided. The maximum result can be achieved with minimal optical effort.
  • This aspect is particularly important in the current increasing resolution of CCD image sensors, since it can sometimes happen that in the future the optical system becomes more and more the resolution-limiting element, whereas the optical performance of the image sensor is currently decisive for the overall system ,
  • the factor contained in the dimensioning rule according to the invention is preferably wavelength-dependent and ensures that the left-hand side of the relationship according to the invention essentially indicates the resolution reproduced by the optical system.
  • the wavelength L can in particular be the average wavelength of the optical radiation used.
  • the value 0.00582 mm can be used for light.
  • the factor F not only serves to reflect a possible wavelength dependency of the resolution performance of an optical system, but is also intended to take into account a slight deviation from the above-mentioned optimal adaptation, as can be the case, for example, due to manufacturing conditions.
  • the invention now enables adaptation both in such a way that the optics can be adapted to the image sensor and vice versa. Mutual coordination is also possible.
  • the invention achieves a particular advantage in that, in the case of an optical system with adjustable magnification, the effective resolution of the image sensor is adapted to the magnification factor of the optical system by means of a control device.
  • This adjustment ensures that the resolution of the optical system and the image sensor match each other even with variable magnification factors, i.e. that there is no "empty" enlargement that does not bring any additional information gain. This procedure makes it possible to achieve a maximum result even with variable enlargement with minimal optical or image sensor technology.
  • a particularly easy to implement system for adapting the effective resolution of the image sensor is a changing device with several image sensors that have different resolutions and can be switched into the beam path of the microscope.
  • the changing device can be designed, for example, as a switchable optical unit, which optionally brings one of several image sensors into the beam path of the optical system.
  • a change wheel carrying several image sensors can be used, which switches the image sensors to adjust the resolution.
  • the effective resolution of the image sensor can also be changed electronically by connecting a plurality of pixels of the image sensor to larger units. This is known to those skilled in the art as pixel binning.
  • the interconnection can take place either directly at the sensor level or through a subsequent image processing in the control device, which can be designed, for example, as a computer.
  • the approaches mentioned for adapting the resolution of the image sensor can of course not only be used individually but also in combination.
  • a field of view can also be adapted, the field of view being imaged on the image sensor by the optical system in such a way that part of the image sensor is exposed which corresponds to the desired resolution of the field of view.
  • the optical system has an adjustable magnification and that a device for changing the numerical aperture of the optical system and a control device are provided which adapt the numerical aperture to the magnification of the optical system and / or the effective resolution by the aforementioned Maintain connection as far as possible.
  • the concept according to the invention enables a very compact microscope. It is therefore preferred that a housing is provided in which the optical system and the control device are integrated.
  • the compact design enables an almost unlimited half-space to be available as the volume for the object to be examined.
  • the housing has an object support located on the upper side of the housing and an incident light source integrated in the housing, which lies below the upper side of the housing, in order to illuminate the object.
  • the resolution of the image sensor is greater than or equal to the resolution of the screen.
  • the image sensor does this determining element for the overall resolution of the system can and should advantageously be.
  • the screen can also contribute to the enlargement.
  • the screen size is of course essential. For high magnifications it is important therefore prefer a screen as large as possible.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an optical path in a microscope
  • FIG. 2 is an electronic microscope
  • FIG. 3 shows the microscope of FIG. 1 with the housing partially cut away
  • FIG. 4 shows an exchange unit with several image sensors used in the microscope of FIG. 1
  • FIGS. 5-7 show alternative configurations of the exchange unit of FIG. 4.
  • a microscope 1 is shown schematically in FIG. In a beam path 2, an object 5 is created using an objective 3 and an eyepiece designed as zoom optics 4 shown enlarged on a CCD sensor 6. An optical view is not provided for the microscope 1.
  • Figure 2 shows the microscope 1 in a perspective view.
  • a housing 8 of the microscope is arranged on a table 7 and contains both the optics and the control electronics in the form of a computer.
  • An image of the object to be examined in the microscope 1 is displayed on an LCD screen 9.
  • the housing has an upper side 10 on which an object support 11 is located.
  • the microscope 1 is operated by means of a handwheel 12 for focusing and an operating panel 13.
  • FIG. 3 there is an installation space 14 for the optics shown schematically in FIG. 1, and the CCD sensor 6; for the sake of clarity, however, these are not shown in FIG. 3.
  • a control unit 15 designed as a computer, which contains a processor as well as storage units and interfaces for input / output of data.
  • the control device 15 supplies the required image data to the LCD screen 9.
  • the resolution of objective 3 and zoom optics 4 of microscope 1 is adapted to the resolution of image sensor 6 according to the following relationship: F x N / M ⁇ 0.5 A, where F is a factor, N is the numerical aperture of the optical system, M is the magnification factor of Optics system and A indicate the resolution of the image sensor in pixels per millimeter; the factor F for a light microscope is between 2,800 and 3,200.
  • F 10 / (0.61 L) applies, the wavelength of the radiation used being in millimeters.
  • the equation for F can also be based on the use of light, but here the dimensioning according to the above interval is easier.
  • a changing device for exchanging the image sensor is provided in the installation space 14.
  • a changing wheel 16 is used, which is rotatably mounted on an axis 17 and carries several sensors 6, 6 ', 6 "and 6'". The change wheel 16 is rotated into the beam path 3 of the microscope 1 so that the image sensor with the desired resolution is used.
  • the change wheel is designed as an annular disk which is connected to the axis 7 via a plurality of arms 18. This design makes it possible to increase the number of sensors 6 again.
  • an angled beam path 19 can also be used, in which the beam path 2 is deflected to an image sensor 6 by means of a deflection mirror 20.
  • the opposite arrangement of the deflecting mirror 20 and the CCD sensor 6 ensures that rotation of the change gear 16 exchanges the active CCD sensor.
  • This construction is space-saving compared to the construction of FIG. 4, since the CCD sensors are parallel to the axis 17. In the construction shown in FIG. 6, they are perpendicular to the change gear 16.
  • FIG. 7 shows a further alternative for the changing device, in which the number of moving components is minimized.
  • the change wheel 16 is fixed, and a deflection prism 21 is attached to the axis of rotation as a rotatable deflection unit, which deflects the angled beam path 19 onto the respectively selected CCD sensor 6.
  • a particularly large number of CCD sensors 6 can be used with a space-saving construction.
  • these CCD sensors 6 can be hard-wired since they do not have to be movable themselves.
  • a field of view can also be adapted, in which the field of view is imaged on the CCD sensor by the zoom optics 4 in such a way that the field of view exposes that part of the CCD sensor 6 which corresponds to the resolution that is required to maintain the above relationship.
  • the numerical aperture of the optical system formed by objective 3 and zoom optic 4 is therefore adapted to the changed magnification.
  • the pixels that are not illuminated on the CCD sensor are hidden by the control device 15 and are not displayed on the LCD screen 9.

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Abstract

Es wird ein Mikroskop mit einem Optiksystem beschrieben, das ein Objekt auf einen Bildsensorabbildet, und einem Bildschirm, der vom Bildsensor abgegebene Bilddaten als Bild anzeigt und das einzige Ausgabemedium für eine visuelle Betrachtung des Objektes ist, bei dem die Abbildungsleistung des Optiksystems und die Auflösung A des Bildsensors folgendem Zusammenhang genügt: F x N/M ≤ 0,5 A, wobei F einen Faktor, N die numerische Apertur des Optiksystems, M den Vergrösserungsfaktor des Optiksystems und A die Auflösung des Bildsensors in Pixel pro Millimeter angeben.

Description

Elektronisches Mikroskop
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskop mit einem Optiksystem, das ein Objekt auf einen Bildsensor abbildet, und einem Bildschirm, der vom Bildsensor abgegebene Bilddaten als Bild anzeigt und das einzige Ausgabemedium für eine visuelle Betrachtung des Objektes ist.
Solche elektronischen Mikroskope, die ein Objekt mittels Optiken auf einen elektronischen
Bildgeber abbilden, sind bekannt. Der Verzicht auf einen direkten opti Ischen Einblick ermöglicht dabei eine kleine kompakte Bauform des Mikroskops und die Min mierung des Bedarfs an optischen Komponenten. Sie sind diesbezüglich herkömmlichen M kroskopen mit zusätzlich angebrachter einen Bildschirm speisenden Kamera, wie sie beispielsweise aus der US 4.202.037 oder US 5.694.242 bekannt sind, deutlich überlegen, wie beispielsweise die gattungsbildenden DE 196 09 288 A1 , bei der ein Mikroskop in den Einbauschacht eines Computers integriert wird, zeigt. Gleiches gilt für ein gattungsgemäßes Mikroskop wie es von Olympus' unter der Produktbezeichnung EV10 angeboten wird. Diese bekannten Lösungen verwenden jedoch sehr aufwendige Optiken; hier besteht Bedarf für Vereinfachungen bzw. Produktionskostenreduktion.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop der eingangs genannten Art dahingehend zu vereinfachen, daß der optische Aufwand so gering wie möglich gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Mikroskop der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Abbildungsleistung des Optiksystems und die Auflösung A des Bildsensors dem Zusammenhang F x N/M < 0,5 A genügt, wobei F einen Faktor, N die numerische Apertur des Optiksystems, M den Vergrößerungsfaktor des Optiksystems und A die Auflösung des Bildsensors in Pixel pro Millimeter angeben. Das erfindungsgemäße Konzept sieht vor, die dem Bildsensor vorgeschaltete Optik und die Auflösung des Sensors aneinander anzupassen. Im Stand der Technik wurden elektronische Mikroskope meist durch einfach Kombinationen einer bekannten Mikroskopoptik mit einem Bildsensor erhalten. Dabei ist jedoch in aller Regel das Optiksystem hinsichtlich seiner Auflösung gegenüber dem Bildsensor „überdimensioniert", d.h. es wird unnötiger Aufwand beim Optiksystem betrieben. Der erfindungsgemäße Zusammenhang zwischen Auflösung von Optiksystem und Bildsensor erlaubt es, diesen unnötigen Aufwand zu vermeiden, was sich nicht nur auf den endgültig möglichen Verkaufspreis eines Gerätes, sondern auch auf die Baugröße auswirkt.
Der erfindungsgemäße Zusammenhang zwischen numerischer Apertur und Vergrößerung des Optiksystems sowie Auflösung des Bildsensors geht überraschenderweise in Abkehr von dem im Stand der Technik verfolgten Ansatz nunmehr davon aus, daß auch der Bildsensor ein auflösungsbegrenzendes Element sein kann, wie die Ungleichung zeigt. Ein optimales Zusammenspiel ist dann erreicht, wenn die linke Seite und die rechte Seite der erfindungsgemäßen Bemessungsregel möglichst gleich sind.
Damit kann einerseits die vom Bildsensor erreichbare Auflösung optimal ausgenutzt werden, und es ist sichergestellt, daß kein unnötiger optischer Aufwand betrieben wird. Das Optiksystem wird andererseits vom Bildsensor hinsichtlich der Auflösung voll ausgenutzt. Insgesamt ist damit eine kostensparende Produktion des Gerätes erreichbar. Aufwendige Optiksysteme, die einen Informationsgewinn in Form von Auflösung erzeugen, der letztlich vom Bildsensor gar nicht verwertet werden könnte, ist vermieden. Es kann mit minimalem optischem Aufwand das maximale Resultat erreicht werden.
Dieser Gesichtspunkt wird insbesondere bei dem sich zur Zeit stetig steigernden Auflösungsvermögen von CCD-Bildsensoren wichtig, da mitunter der Fall eintreten kann, daß in Zukunft das Optiksystem mehr und mehr das auflösungsbegrenzende Element wird, wogegen derzeit die optische Leistung des Bildsensors bestimmend für das Gesamtsystem ist.
Der in der erfindungsgemäßen Bemessungsregel enthaltene Faktor ist vorzugsweise wellenlängenabhängig und sorgt dafür, daß die linke Seite des erfindungsgemäßen Zusammenhangs im wesentlichen die vom Optiksystem wiedergegebene Auflösung angibt. Im sichtbaren Strahlungsbereich ist dabei ein Faktor von etwa 3000 zweckmäßig, da dann die linke Seite des Zusammenhangs die optische Auflösung einer Mikroskopoptik besonders exakt wiedergibt. Möchte man in einer noch genaueren Annäherung die Wellenlängenabhängigkeit der Auflösung berücksichtigen, sollte F = 10/(0,61 L) eingehalten werden, wobei L eine in Millimeter angegebene Wellenlänge der vom Optiksystem erfaßten und auf den Bildsensor fokussierten optischen Strahlung ist. Bei der Wellenlänge L kann es sich dabei insbesondere um die mittlere Wellenlänge der verwendeten optischen Strahlung handeln. Für Licht kann hierbei der Wert 0,00582 mm Verwendung finden.
Der Faktor F dient aber nicht nur dazu, eine etwaige Wellenlängenabhängigkeit der Auflösungsleistung eines Optiksystems widerzuspiegeln, sondern soll auch eine geringe Abweichung von der oben erwähnten optimalen Anpassung berücksichtigen, wie sie beispielsweise durch fertigungstechnische Rahmenbedingungen gegeben sein kann.
Die Erfindung ermöglicht nun eine Anpassung sowohl derart, daß die Optik an den Bildsensor angepaßt werden kann, als auch umgekehrt. Ebenso ist eine beiderseitige Abstimmung möglich.
Einen besonderen Vorteil erreicht die Erfindung in einer Weiterbildung dadurch, daß bei einem Optiksystem mit verstellbarer Vergrößerung die wirksame Auflösung des Bildsensors mittels einer Steuereinrichtung an den Vergrößerungsfaktor des Optiksystems angepaßt wird. Durch diese Anpassung bleibt sichergestellt, daß Auflösung von Opliksystem und Bildsensor auch bei veränderlichen Vergrößerungsfaktoren zueinander passen d.h. daß keine „leere" Vergrößerung, die keinen zusätzlichen Informationsgewinn bringt, auftritt. Dieses Vorgehen ermöglicht es, auch bei veränderlicher Vergrößerung mit minimalem optischen bzw. bildsensortechnischen Aufwand ein maximales Ergebnis zu erzielen.
Ein besonders einfach zu realisierendes System zur Anpassung der wirksamen Auflösung des Bildsensors ist eine Wechselvorrichtung mit mehreren Bildsensoren, die unterschiedliche Auflösungen haben und in den Strahlengang des Mikroskops geschaltet werden können. Die Wechselvorrichtung kann beispielsweise als umschaltbare Optikeinheit ausgebildet werden, die wahlweise einen von mehreren Bildsensoren in den Strahlengang des Optiksystems bringt. Beispielsweise kann ein mehrere Bildsensoren tragendes Wechselrad verwendet werden, das die Bildsensoren zur Anpassung der Auflösung umschaltet.
Alternativ kann auch eine elektronische Veränderung der wirksamen Auflösung des Bildsensors erfolgen, indem jeweils mehrere Pixel des Bildsensors zu größeren Einheiten zusammengeschaltet werden. Dies ist dem Fachmann als Pixel-Binning bekannt. Die Zusammenschaltung kann dabei entweder direkt auf Sensorebene oder durch eine nachgeschaltete Bildverarbeitung in der Steuereinrichtung, die beispielsweise als Computer ausgebildet sein kann, erfolgen. Die erwähnten Ansätze zum Anpassen der Auflösung des Bildsensors können natürlich nicht nur einzeln sondern auch in Kombination eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Anpassung der Auflösung des Bildsensors kann auch eine Sehfeldanpassung erfolgen, wobei das Sehfeld durch das Optiksystem jeweils so auf den Bildsensor abgebildet wird, daß ein Teil des Bildsensors belichtet wird, der der gewünschten Auflösung des Sehfeldes entspricht. Es ist deshalb bevorzugt, daß das Optiksystem eine verstellbare Vergrößerung aufweist und daß eine Vorrichtung zur Veränderung der numerischen Apertur des Optiksystems sowie eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die die numerische Apertur an die Vergrößerung des Optiksystems und/oder die wirksame Auflösung anpaßt, um den eingangs erwähnten Zusammenhang möglichst einzuhalten.
Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht ein sehr kompaktes Mikroskop. Es ist deshalb bevorzugt, daß ein Gehäuse vorgesehen ist, in das das Optiksystem und die Steuereinrichtung integriert sind. Die kompakte Bausweise ermöglicht dabei, daß als Volumen für das zu untersuchende Objekt ein nahezu unbegrenzter Halbraum zur Verfügung steht. Diesbezüglich ist es deshalb bevorzugt, daß das Gehäuse eine an der Gehäuseoberseite gelegene Objektauflage sowie eine im Gehäuse integrierte Auflichtquelle, die unterhalb der Gehäuseoberseite liegt, aufweist, um das Objekt zu beleuchten.
Um die erwähnte „leere", d.h. keinen weiteren Informationsgewinn bringende Auflösung zu vermeiden, ist es zu bevorzugen, daß die Auflösung des Bildsensors größer oder gleich der Auflösung des Bildschirmes ist. Auch hier findet sich wieder die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis, daß der Bildsensor das bestimmende Element für die Gesamtauflösung des Systems sein kann und vorteilhafterweise auch sein sollte. Natürlich kann der Bildschirm mit zur Vergrößerung beilragen. Für die Gesamtvergrößerung, mit der ein Bild des Objektes auf den Bildschirm dargeboten wird, ist natürlich die Bildschirmgröße wesentlich. Für starke Vergrößerungen ist deshalb ein möglichst großer Bildschirm zu bevorzugen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Strahlengangs in einem Mikroskop, Fig. 2 ein elektronisches Mikroskop,
Fig. 3 das Mikroskop der Figur 1 mit teilweise aufgeschnitten dargestellten Gehäuse, Fig. 4 eine im Mikroskop der Figur 1 verwendete Wechseleinheit mit mehreren Bildsensoren und Fig. 5-7 alternative Ausgestaltungen der Wechseleinheit der Figur 4.
In Figur 1 ist ein Mikroskop 1 schematisch dargestellt. In einem Strahlengang 2 wird dabei mittels eines Objektivs 3 und eines als Zoomoptik 4 ausgebildeten Okulares ein Objekt 5 vergrößert auf einen CCD-Sensor 6 abgebildet. Ein optischer Einblick ist für das Mikroskop 1 nicht vorgesehen.
Figur 2 zeigt das Mikroskop 1 in perspektivischer Darstellung. Auf einem Tisch 7 ist ein Gehäuse 8 des Mikroskops angeordnet, in dem sich sowohl die Optik als auch die Steuerungselektronik in Form eines Computers befindet. Ein Bild des im Mikroskop 1 zu untersuchenden Objektes wird auf einem LCD-Bildschirm 9 dargestellt. Das Gehäuse weist eine Oberseite 10 auf, auf der sich eine Objektauflage 11 befindet. Mittels eines Handrades 12 zur Fokussierung sowie eines Bedienpultes 13 wird das Mikroskop 1 bedient.
Im Gehäuse 8 befindet sich, wie Figur 3 zeigt, ein Bauraum 14 für die in Figur 1 schematisch dargestellte Optik sowie den CCD-Sensor 6; diese sind jedoch der Übersichtlichkeit halber in Figur 3 nicht dargestellt. Unterhalb des Bauraumes 14 befindet sich ein als Computer ausgebildetes Steuergerät 15, das einen Prozessor sowie Speichereinheiten und Schnittstellen für Ein/Ausgabe von Daten enthält. Insbesondere liefert das Steuergerät 15 die erforderlichen Bilddaten an den LCD-Bildschirm 9.
Die Auflösung von Objektiv 3 und Zoomoptik 4 des Mikroskops 1 ist an die Auflösung des Bildsensors 6 gemäß folgendem Zusammenhang angepaßt: F x N/M ≤ 0,5 A, wobei F einen Faktor, N die numerische Apertur des Optiksystems, M den Vergrößerungsfaktor des Optiksystems und A die Auflösung des Bildsensors in Pixel pro Millimeter angeben; der Faktor F liegt dabei für ein Lichtmikroskop zwischen 2.800 und 3.200. Für ein Mikroskop, daß optische Strahlung außerhalb oder am Rande des sichtbaren Bereiches verwendet, gilt F=10/(0,61 L), wobei die Wellenlänge der verwendeten Strahlung in Millimeter angibt. Natürlich kann die Gleichung für F auch bei Verwendung von Licht ∑ugrundegelegt werden, jedoch ist hier die Bemessung gemäß obigem Intervall einfacher.
Unter der Objektauflage 11 befindet sich ein Schacht, in dem das Objektiv 3 angeordnet ist. Es ist dabei über einen Verschluß lösbar befestigt, so daß das Mikroskop 1 durch einen Objektivwechsel an unterschiedliche Aufgaben angepaßt werden kann. Um den erwähnten Zusammenhang möglichst als Gleichung auch bei einem Austausch des Objektivs oder bei einer Verstellung der Zoomoptik 4 einzuhalten, ist im Bauraum 14 eine Wechselvorrichtung zum Austausch des Bildsensors vorgesehen. In einer ersten Ausführungsform dieser Wechselvorrichtung, die in Figur 4 dargestellt ist, wird ein Wechselrad 16 verwendet, das auf einer Achse 17 drehbar gelagert ist und mehrere Sensoren 6, 6', 6" und 6'" trägt. Das Wechselrad 16 wird so in den Strahlengang 3 des Mikroskops 1 gedreht, daß der Bildsensor mit der gewünschten Auflösung verwendet wird. ln einer alternativen Ausgestaltung, die in Figur 5 gezeigt ist, ist das Wechselrad als Ringscheibe ausgebildet, die über mehrere Arme 18 mit der Achse 7 verbunden sind. Diese Bauweise ermöglicht es, die Zahl der Sensoren 6 nochmals zu erhöhen.
Alternativ zur Verwendung eines Wechselrades 16 kann auch ein gewinkelter Strahlengang 19 verwendet werde, bei dem der Strahlengang 2 mittels eines Umlenkspiegels 20 zu einem Bildsensor 6 umgelenkt wird. Durch gegenüberliegende Anordnung von Umlenkspiegel 20 und CCD-Sensor 6 ist erreicht, daß eine Drehung des Wechselrades 16 den aktiven CCD-Sensor austauscht. Diese Bauweise ist gegenüber der Bauweise der Figur 4 platzsparender, da die CCD-Sensoren parallel zur Achse 17 liegen. In der in Figur 6 dargestellte Bauweise stehen sie senkrecht auf dem Wechselrad 16.
Figur 7 zeigt eine weitere Alternative für die Wechselvorrichtung, bei der die Zahl an beweglichen Bauteilen minimiert ist. Das Wechselrad 16 steht fest, und auf der Drehachse ist als drehbare Umlenkeinheit ein Umlenkprisma 21 angebracht, das den gewinkelten Strahlengang 19 auf den jeweils ausgewählten CCD-Sensor 6 lenkt. Mit dieser Bauform kann bei platzsparendem Aufbau eine besonders große Anzahl an CCD-Sensoren 6 verwendet werden. Gleichzeitig können diese CCD-Sensoren 6 fest verdrahtet werden, da sie selbst nicht beweglich sein müssen.
Alternativ oder zusätzlich zum Wechseln des CCD-Sensoren 6 kann auch eine Sehfeldanpassung erfolgen, bei der das Sehfeld durch die Zoomoptik 4 jeweils so auf den CCD-Sensor abgebildet wird, daß das Sehfeld denjenigen Teil des CCD-Sensors 6 belichtet, der der Auflösung entspricht, die zum Einhalten obigen Zusammenhangs erforderlich ist. Es wird also die numerische Apertur des aus Objektiv 3 und Zoomoptik 4 gebildeten Optiksystems an die veränderte Vergrößerung angepaßt. Die nicht auf dem CCD-Sensor ausgeleuchteten Pixel werden von der Steuereinrichtung 15 ausgeblendet und nicht auf dem LCD-Bildschirm 9 dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Mikroskop mit einem Optiksystem (3, 4), das ein Objekt (5) auf einen Bildsensor (6) abbildet, und einem Bildschirm (9), der vom Bildsensor (6) abgegebene Bilddaten als Bild anzeigt und das einzige Ausgabemedium für eine visuelle Betrachtung des Objektes (5) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsleistung des Optiksystems (3, 4) und die Auflösung A des Bildsensors (6) folgendem Zusammenhang genügt: F x N/M ≤ 0,5 A, wobei F einen Faktor, N die numerische Apertur des Optiksystems (3, 4), M den Vergrößerungsfaktor des Optiksystems (3, 4) und A die Auflösung des Bildsensors (6) in Pixel pro Millimeter angeben.
2. Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß F = 3000 oder F = 10/(0,61 x L) gilt, wobei L eine in Millimeter angegebene Wellenlänge der vom Optiksystem (3, 4) erfaßten und auf dem Bildsensor (6) fokussierten Strahlung, vorzugsweise die mittlere Wellenlänge der Strahlung ist.
3. Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Optiksystem (3, 4) eine verstellbare Vergrößerung M aufweist und daß eine Vorrichtung (17) zum Verändern der wirksamen Auflösung A des Bildsensors (6) sowie eine Steuereinrichtung (15) vorgesehen ist, die die wirksame Auflösung A an den Vergrößerungsfaktor M anpaßt.
4. Mikroskop nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Wechselvorrichtung (17, 21 ) mit mehreren Bildsensoren (6).
5. Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselvorrichtung eine umschaltbare Optikeinheit (17, 21) aufweist, die wahlweise einen der mehreren Bildsensoren (6) in den Strahlengang (2) des Optiksystems (3, 4) bringt.
6. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Optikeinheit als mehrere Bildsensoren (6) tragendes Wechselrad (16) ausgebildet ist.
7. Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) zum Anpassen der wirksamen Auflösung des Bildsensors (6) durch Pixel-Binning mehrere Pixel des Bildsensors (6) zusammenschaltet.
8. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Optiksystem (3, 4) eine verstellbare Vergrößerung A aufweist und daß eine Vorrichtung zur Veränderung der numerischen Apertur N des Optiksystems (3, 4) sowie eine Steuereinrichtung (15) vorgesehen ist, die die numerische Apertur N an die Vergrößerung M und/oder die wirksame Auflösung A anpaßt.
9. Mikroskop nach Anspruch 3 oder 8, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (8), in das das Optiksystem (3, 4) und die Steuereinrichtung (15) integriert sind.
10. Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) eine Gehäuseoberseite 10 sowie eine dort gelegene Objektauflage (11) und eine Auflichtquelle zur Beleuchtung des Objektes (5) aufweist.
11. Mikroskop nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösung A des Bildsensors (6) größer oder gleich der Auflösung des Bildschirms (9) ist.
EP04712044A 2003-02-19 2004-02-18 Elektronisches mikroskop Ceased EP1595403A1 (de)

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DE10306970.4A DE10306970B4 (de) 2003-02-19 2003-02-19 Elektronisches Mikroskop
DE10306970 2003-02-19
PCT/EP2004/001559 WO2004080076A1 (de) 2003-02-19 2004-02-18 Elektronisches mikroskop

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EP1595403A1 true EP1595403A1 (de) 2005-11-16

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04712044A Ceased EP1595403A1 (de) 2003-02-19 2004-02-18 Elektronisches mikroskop

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US (1) US7586688B2 (de)
EP (1) EP1595403A1 (de)
JP (1) JP2006520013A (de)
DE (1) DE10306970B4 (de)
WO (1) WO2004080076A1 (de)

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