WO2019170695A1 - Kameramodul für ein mikroskop und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Kameramodul für ein mikroskop und verfahren zu dessen betrieb Download PDF

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WO2019170695A1
WO2019170695A1 PCT/EP2019/055478 EP2019055478W WO2019170695A1 WO 2019170695 A1 WO2019170695 A1 WO 2019170695A1 EP 2019055478 W EP2019055478 W EP 2019055478W WO 2019170695 A1 WO2019170695 A1 WO 2019170695A1
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WO
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camera module
beam path
functional element
optical
optical assembly
Prior art date
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PCT/EP2019/055478
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English (en)
French (fr)
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Johannes Winterot
Michael Gölles
Alexander Gaiduk
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Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/241—Devices for focusing
    • G—PHYSICS
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/642—Optical derotators, i.e. systems for compensating for image rotation, e.g. using rotating prisms, mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the present invention initially relates to a camera module for a microscope.
  • the camera module includes one
  • the invention relates to a
  • US Pat. No. 7,345,816 B2 discloses an optical microscope which comprises a mirror with a controllably variable reflecting surface. By changing the surface of the mirror, images can be taken from different focal positions.
  • US 7,269,344 B2 shows an optical device with an imaging optical system having deformable mirrors and a digital zoom function.
  • the electronic magnification should be changeable with high image sharpness.
  • An imaging system for far-field microscopic imaging of a sample comprising an adaptive optical element arranged in a pupil plane between an objective-side component and an image-side component.
  • the adaptive optical element is preferably a membrane mirror or a spatial light modulator.
  • WO 2005/119331 A1 and WO 2007/134264 A2 show a variable focal length optical component and a three-dimensional imaging system with such an optical component.
  • the optical component stops
  • Fresnel mirror array and includes a matrix of
  • This optical device is also referred to as Micro Mirror Array Lens (MMAL) and allows the recording of all-in-focus images.
  • MMAL Micro Mirror Array Lens
  • US Pat. No. 6,943,072 B1 shows a variable focal length optical component which represents a Fresnel mirror array.
  • This optical component comprises a matrix of micromirrors, each with two degrees of freedom
  • each micromirror is controlled by actuators.
  • US 2016/0327779 A1 describes a modularized structure of a microscope system.
  • This microscope module comprises an adjustable
  • Deflection device for diverting an incoming
  • the video adapter includes an optical element for deflecting the
  • Beam path which may be a mirror, which can be pivoted with one motor about an x-axis and with another motor about a y-axis.
  • the engines should be a decoupled image of an object on a Image plane of the camera can be steered.
  • Element can also be a micromirror array.
  • Micro mirrors are to allow focusing, correction of aberrations and adjustment of magnification.
  • the video adapter also includes an optical focus adjustment element on the input of the video adapter.
  • the object of the present invention is to provide a camera module for a microscope, which allows a recording of microscopic images outside a focal plane of the microscope without having to make changes to the microscope. Furthermore, a method for operating the camera module is to be provided.
  • the camera module according to the invention is provided for a microscope for microscopy of a sample.
  • the microscope comprises an objective and optionally a zoom lens and / or a tube lens.
  • the microscope in particular comprises at least one changing device for lenses and / or a
  • the microscope has an imaging beam path in which the sample to be microscoped is imaged.
  • the camera module is intended to be attached to the microscope.
  • the camera module has an optical interface, with which it in the
  • the camera module preferably also has a mechanical
  • the optical interface is preferably integrated in the mechanical interface.
  • Interface is preferably formed by an opening.
  • the mechanical interface is preferred by a
  • the imaging beam path of the microscope forms a plane of the sample to be examined in a microscope
  • the imaging beam path forms a nominal object plane in a nominal intermediate image plane.
  • Different object levels are mapped into different intermediate image planes. This is used when scanning levels of the sample.
  • the camera module is designed so that the nominal intermediate image plane occupies a fixed position with respect to the camera module. In that regard, the nominal
  • the camera module is preferably so
  • the camera module includes an electronic image converter, with which a thrown onto the image converter of the image
  • the microscopic sample is convertible into an electrical signal.
  • the image converter is flat and is
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the camera module comprises a functional element for changing an intermediate image plane, d. H. to change one
  • the functional element is arranged in a beam path of the camera module between the optical interface and the image converter. With the functional element, the
  • Focus positions are taken to determine from these shots an image with extended depth of field (Enhanced Depth of Focus).
  • the functional element is in particular to be positioned in a plane conjugate to an aperture stop of the microscope. Due to the functional element rotationally symmetric phase differences can be generated and it thus effects focusing on other intermediate image planes than the nominal intermediate image plane and preferably also one
  • the camera module further comprises a first optical
  • Components of the microscope comprising at least the first optical assembly and the functional element have a positive refractive power in their entirety from the optical interface to the image converter.
  • the first optical assembly preferably comprises at least one optical lens.
  • the first optical assembly is preferably formed by a lens group.
  • the first optical assembly is disposed in the optical path between the optical interface and the imager.
  • the first optical assembly is in the
  • Beam path preferably between the optical interface and the functional element or preferably between the
  • Function element and the image converter arranged, depending on whether the camera module is to be operated on a microscope with a convergent or divergent pupil beam path.
  • running beam path does not have to lie in a single straight axis, but can, for example, by mirror
  • the beam path of the camera module and the imaging beam path of the microscope at the optical interface and preferably also on the first optical assembly on a common axis.
  • optical assembly and the optical interface
  • the distance between the first optical subassembly and the optical interface that runs along the beam path is the length of the beam path from the first optical subassembly to the optical interface.
  • the inventive feature is equivalent to the variability of the distance along the beam path between the functional element and the optical interface or the distance along the optical path between the first optical assembly and the optical interface a variability of the distance extending along the beam path between the functional element and the nominal intermediate image plane or along the beam path
  • the functional element should be positioned so that the
  • Configuration, eg B. after a change of lens can cause a change in the exit pupil position of the microscope and thus to a necessary other axial position of the
  • a particular advantage of the camera module according to the invention is that it is for example the recording of images with extended depth of field without the need for any changes or extensions to the microscope.
  • the functional element and the optical interface or to allow the distance along the beam path between the first optical assembly and the optical interface is preferably displaceable in a direction parallel to an axis of the beam path.
  • Functional element or the first optical assembly is in the direction parallel to the axis of the beam path or in the axis of the beam path back and forth.
  • the functional element is therefore
  • the functional element is preferably perpendicular to one
  • Camera module is the functional element formed by a microsystem with movable micromirrors.
  • the micromirrors are preferably rotatable in each case with two degrees of freedom and with one degree of freedom.
  • the rotation and displacement of the individual micromirrors is preferably controllable by actuators.
  • the micromirrors are preferred
  • the camera module according to the invention preferably further comprises a beam splitter, which is preferably formed by a pole divider.
  • the beam splitter is in the beam path between the optical interface and the functional element,
  • Image converter happens.
  • the division can in terms of intensity with a neutral divider or polarization optics with a
  • the beam splitter In order to direct the beam which has entered the beam splitter onto the reflective functional element, the beam splitter preferably has a reflective effect, for example that of a
  • partially reflecting mirror which deflects the beam path by 90 ° towards the functional element.
  • the reflected light from the functional element passes through the beam splitter without
  • the beam splitter serves to let the beam entered into the beam splitter pass without a change in direction onto the specular functional element, from which the light of the beam is directed back onto the beam splitter, which directs the beam path through 90 ° towards the beam path
  • the beam splitter is preferred as a polarizing one
  • the camera module according to the invention preferably comprises a mirror, which enters the camera module entering
  • Beam path are aligned.
  • the mirror is preferably used to deflect the beam path emerging from the beam splitter by 90 ° towards the image converter.
  • the portion of the optical path between the optical interface and the beam splitter is parallel and offset from the portion of the optical path between the mirror and the imager.
  • the functional element is parallel to the axis of the beam path of the camera module displaced to the extending along the beam path distance between the functional element and the optical
  • Executable interface changeable.
  • the distance between the functional element and the nominal intermediate image plane is also variable. This is preferred
  • This axis falls at least in this portion of the beam path preferably with the axis of the in the
  • Microscope together so that the unit formed by the functional element, the beam splitter and the mirror preferably also in the axis of entering the camera module
  • Imaging beam path of the microscope is displaced.
  • the distance between the first optical assembly and the optical interface running along the beam path is preferably immutable in this first preferred embodiment. Accordingly, the along the
  • optical assembly and the nominal intermediate image plane invariable.
  • the camera module according to the invention further comprises a second optical assembly having a refractive power.
  • the second optical assembly preferably comprises at least one optical lens.
  • the second optical assembly is preferably formed by a lens group. The second optical
  • Assembly is disposed in the optical path between the mirror and the imager.
  • Interface changeable Accordingly, the distance between the functional element and the nominal
  • Interchangeable layer changeable Preferably, a distance between the through the functional element, the beam splitter and the
  • the beam splitter and the mirror formed unit and the second optical assembly are functional elements.
  • the distance between the first optical assembly and the optical interface extending along the beam path is preferably invariable. Accordingly, the distance running along the beam path is between the first optical assembly and the optical interface extending along the beam path.
  • optical assembly and the nominal intermediate image plane invariable are also preferred. Also preferred is a along the
  • the functional element is preferably parallel to an axis of a between the functional element and the
  • the unit formed by the functional element, the beam splitter and the mirror is preferably in the axis of
  • a variation of the magnification between the nominal intermediate image plane and the image converter is possible by an axial movement of the optical assemblies.
  • the displacement of each optical assembly leads to the variation of the
  • Pupil position after her By coupling the movement of the optical assemblies can be provided for the preservation of the pupil position on the functional element or this can be achieved by tracking the same.
  • the camera module according to the invention further comprises this second optical assembly and a third optical assembly, each having a refractive power.
  • the second optical assembly and the third optical assembly preferably each comprise at least one optical lens.
  • the second optical assembly and the third optical assembly are preferably each formed by a lens group.
  • the second optical assembly and the third optical assembly are in the
  • the distance running along the beam path between the first optical assembly and the optical interface is variable. Accordingly, the along the
  • the distance running along the beam path between the functional element and the optical interface is preferably invariable.
  • the distance running along the beam path between the functional element and the nominal intermediate image plane is invariable.
  • the first optical assembly is in an axis of one between the optical interface and the
  • Beam splitter extending portion of the beam path of the camera module slidably. At least in this section of the beam path, this axis preferably coincides with the axis of the imaging beam path of the microscope entering the camera module, so that the first optical module preferably also extends in the axis of the camera module
  • the second optical assembly and the third optical assembly are individually in an axis of a running between the functional element and the image converter
  • this further comprises a second optical assembly having a refractive power.
  • the second optical assembly preferably comprises at least one optical lens.
  • the second optical assembly is preferably formed by a lens group. The second optical
  • the distance running along the beam path between the first optical assembly and the optical interface is variable.
  • the distance between the first optical assembly and the nominal one running along the beam path is also variable.
  • Functional element and the optical interface preferably immutable.
  • the distance running along the beam path between the functional element and the nominal intermediate image plane is invariable.
  • optical assembly is displaceable in an axis of a running between the optical interface and the beam splitter portion of the beam path. At least in this section of the beam path, this axis preferably coincides with the axis of the camera module entering
  • the first optical assembly is preferably displaceable in the axis of entering the camera module imaging beam path of the microscope.
  • the second optical assembly is displaceable in an axis of a running between the functional element and the image converter portion of the beam path. The displacement of the first optical assembly as well
  • the second optical assembly and the third optical assembly is preferably each controllable by an actuator.
  • a microscope according to the invention comprises an objective and optionally a zoom objective and / or a tube lens.
  • the microscope comprises at least one
  • Microscope also includes the camera module according to the invention.
  • the optical interface of the camera module is with a
  • Camera module is in an intermediate image
  • Microscope preferably comprises one of the described preferred embodiments of the camera module according to the invention.
  • the inventive method is used to operate the
  • Camera module on a microscope.
  • the camera module is attached to the microscope, whereby the optical interface of the camera module in a
  • Microscope is introduced.
  • the distance between the functional element and the optical interface along the beam path or the distance between the first optical module and the optical interface running along the beam path is adjusted according to the invention so that an image of an exit pupil of the
  • Microscope falls on the functional element.
  • the method according to the invention preferably also has features which are specified in connection with the camera module according to the invention.
  • the microscope equipped with the camera module preferably comprises a control unit which is used to carry out the invention
  • Control unit is preferred for coordinating a
  • Configuration of the microscope and the camera module is formed; namely a position of the exit pupil with an image of the exit pupil on the functional element.
  • the control unit is preferably configured to control the microscope and the
  • Camera module to be controlled so that in a basic position of the functional element, an image of the nominal
  • Control unit is preferably configured to a
  • the functional element is thus parallel to the axis of the entering into the camera module together with the beam splitter and the mirror
  • control unit is preferably configured in this first embodiment, from the position of the exit pupil
  • control unit is preferably configured to derive the characteristic of the effect of the functional element from the microscope and to synchronize its functional position with the image converter.
  • the distance between the first optical assembly and the optical interface running along the beam path is preferably not changed in this second preferred embodiment.
  • the control unit is preferably configured in this second embodiment, from the position of the exit pupil
  • control unit is preferably configured to derive the characteristic of the effect of the functional element from the microscope and to synchronize its functional position with the image converter.
  • the first optical subassembly is displaced in the axis of the portion of the beam path extending between the optical interface and the beam splitter, in order to move along the axis of the optical path
  • the first optical assembly is thus preferably in the axis of entering the camera module
  • Transposed imaging beam path of the microscope since this axis coincides at least in this section with the beam path of the camera module.
  • the second optical subassembly and the third optical subassembly are displaced in the axis of the portion of the beam path extending between the functional element and the image converter in order to image the image cast by the first optical subassembly onto the image converter without a scale of magnification changes.
  • the distance between the functional element and the optical interface running along the beam path is preferably not changed in this third preferred embodiment.
  • the control unit is at this third
  • Embodiment preferably configured to from the position of the exit pupil, the displacement of the first optical
  • control unit is preferred in this third embodiment
  • control unit is preferably configured to derive from the microscope the characteristic of the effect of the
  • the first optical subassembly is displaced in the axis of the portion of the beam path extending between the optical interface and the beam splitter in order to move along the axis of the beam path
  • the first optical assembly is thus preferably in the axis of entering the camera module
  • the distance between the functional element and the optical interface running along the beam path is preferably not changed in this fourth preferred embodiment.
  • the control unit is preferred in this fourth embodiment
  • the control unit is at this fourth
  • Embodiment preferably configured to, from the position of the exit pupil or from the displacement of the first
  • control unit in this fourth embodiment is preferably configured to derive from the microscope the characteristic of the action of the functional element and its
  • Fig. 1 a first preferred embodiment of a
  • FIG. 2 shows the first embodiment of the camera module shown in FIG. 1 in a second state
  • FIG. 4 shows the second embodiment of the invention shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the third embodiment of the invention shown in FIG.
  • Fig. 7 a fourth preferred embodiment of
  • the camera module comprises a housing 01, via which the camera module can be attached to a microscope (not shown).
  • the camera module has an optical interface 02 to the microscope (not shown), which is formed by an opening in the housing 01.
  • These Optical interface 02 is integrated in a mechanical interface (not shown) of the camera module.
  • an optical axis (not shown) of an imaging beam path of the microscope brought.
  • the imaging beam path (not shown) of the microscope throws an intermediate image of a sample to be micronized (not shown) into an intermediate image plane, wherein in particular a nominal intermediate image plane 04 is shown, in which a nominal intermediate image is cast when the microscope (not shown) in a Nominal position is.
  • the Strahlteilerorulfei 07 comprises a partially transmissive mirror 08, which acts as a polar divider.
  • Mirror 08 deflects an incident beam path (not shown) by 90 ° so that it is directed onto a functional element 09.
  • the functional element 09 is used for
  • the functional element 09 is a Micro Mirror Array Lens (MMAL) or a Mirror Array Lens System (MALS), as described in WO 2005/119331 A1 and WO 2007/134264 A2.
  • the directed onto the functional element 09 beam path (not shown) is in front of the partially transparent mirror 08th linearly polarized and hits the functional element 09
  • the polarization direction is rotated by 90 ° in a double pass through a 1/4 plate (not shown) between the beam splitter cube 07 and the functional element 09.
  • Beam path (not shown) is mirrored by the functional element 09, so that it is directed back to the Strahlteilerorulfei 07, which he passes without distraction and strikes a mirror 11.
  • the mirror 11 deflects the beam path (not shown) by 90 °, so that the optical axis 03 again undergoes a change in direction of 90 °.
  • Beam path (not shown) is directed to an image converter 12, with which the image of the sample (not shown) cast onto the image converter 12 is converted into an electronic signal.
  • the unit formed by the functional element 09, the beam splitter drum 07 and the mirror 11 is displaceable in the optical axis 03 in order to adjust the distance between the functional element 09 and the nominal intermediate image plane 04 extending along the optical axis 03
  • the image of the sample (not shown) imaged by the first lens group 06 may be incident on the imager 12.
  • An exit pupil (not shown) of the microscope depicted by the first lens group 06 lies on the functional element 09. The distance between the first lens group 06 and the nominal axis extending along the optical axis 03
  • Intermediate image plane 04 is invariable.
  • Nominalposition be imaged sharply on the imager 12. These have at the optical interface 02 a other distance to the optical interface 02 than the nominal intermediate image plane 04 on. From the respective
  • the functional element 09 compensates for this deformation, so that the wavefront (not shown) between the functional element 09 and the image converter 12 has the same shape as the wavefront in the mapping of the nominal
  • Opening aperture in the microscope generally varies with a change of a lens (not shown).
  • the functional element 09 is optically conjugate to the exit pupil (not shown). This conjugation is achieved by a variability of the position of the unit formed by the functional element 09, the beam splitter cube 07 and the mirror 11 along the optical axis 03.
  • FIG. 2 shows the first embodiment of the camera module shown in FIG. 1 in a second state after the unit formed by the functional element 09, the beam splitter drum 07 and the mirror 11 has been displaced in the optical axis 03.
  • FIG. 3 shows a second preferred embodiment of the camera module according to the invention in a first state in a symbolized sectional view.
  • Embodiment initially equals the first embodiment shown in Fig. 1.
  • the second embodiment shown in Fig. 1 the second
  • Embodiment further comprises a second lens group 14 between the mirror 11 and the imager 12.
  • the unit formed by the functional element 09, the beam splitter 07 and the mirror 11 in the optical axis 03 is displaceable so as to adjust the distance along the optical axis 03 between the functional element 09 and the nominal intermediate image plane 04 to be able to do that by the first lens group 06 and the second
  • Lens group 14 of the sample (not shown) on the image converter 12 falls.
  • An exit pupil (not shown) of the microscope depicted by the first lens group 06 lies on the functional element 09.
  • the distance between the first lens group 06 and the nominal intermediate image plane 04 extending along the optical axis 03 is invariable.
  • the along the optical axis 03 extending distance between the second lens group 14 and the nominal intermediate image plane 04 is also
  • FIG. 4 shows the second embodiment of the camera module shown in FIG. 3 in a second state after passing through the functional element 09, the beam splitter drum 07 and the mirror
  • FIG. 5 shows a third preferred embodiment of the camera module according to the invention in a first state in a symbolized sectional view. This third
  • Embodiment initially equals the second embodiment shown in Fig. 3. In contrast to the second embodiment shown in Fig. 3, the third
  • the mirror 11 (shown in Fig. 3) not, so that the beam path (not shown) is not deflected again by 90 ° and the optical axis 03 undergoes no further change in direction.
  • a third lens group 18 is arranged between the second lens group 14 and the image converter 12.
  • the first lens group 06 in the optical axis 03 is displaceable in order to extend along the optical axis 03 extending distance between the first lens group 06 and the nominal
  • the exit pupil (not shown) of the microscope lies on the functional element 09.
  • the distance between the functional element 09 and the nominal intermediate image plane 04 extending along the optical axis 03 is invariable.
  • the image of the sample (not shown) is transformed by the displacement of the first lens group 06 with a variable
  • Transmission length and transmitted with a variable magnification The transmission length and the image scale are kept constant, for which the second
  • optical axis 03 are moved. At each position of a pupil of the microscope (not shown) become a
  • Displacement position of the first lens group 14 with respect to the nominal intermediate image plane 04, a shift position of the second lens group 14 with respect to the image converter 12 and a shift position of the third lens group 18 with respect to the image converter 12 determines, so that
  • FIG. 6 shows the third embodiment of the camera module shown in FIG. 5 in a second state after the first one
  • Lens group 06, the second lens group 14 and the third lens group 18 have been moved in the optical axis 03.
  • optically active components with respect to the optical axis 03 can be exchanged between the nominal intermediate image plane 04 and the image converter 12 in the embodiments shown in FIGS. 1, 2, 5 and 6 without the functionality changes.
  • optically refractive components and deflecting elements without influence on the described functionality is
  • FIG. 7 shows a fourth preferred embodiment of the camera module according to the invention in a first state in a symbolized sectional view. This fourth
  • Embodiment first equalizes the third embodiment shown in Fig. 5.
  • the fourth embodiment shown in Fig. 5 the fourth embodiment shown in Fig. 5.
  • the third lens group 18 (shown in Fig. 5) not on.
  • the first lens group 06 in the optical axis 03 is displaceable in order to extend along the optical axis 03 extending distance between the first lens group 06 and the nominal
  • Intermediate image plane 04 can be adjusted so that the exit pupil (not shown) of the microscope represented by the first lens group 06 lies on the functional element 09.
  • Intermediate image plane 04 is invariable.
  • the imaging scale is kept constant, for which purpose the second lens group 14 is displaced in the optical axis 03.
  • the transmission length is determined by the
  • Function of the functional element 09 in addition to its function to change the intermediate image plane represents. At each position of a pupil of the microscope (not shown) become a
  • Displacement position of the first lens group 14 with respect to the nominal intermediate image plane 04 and a shift position the second lens group 14 with respect to the image converter 12 and an effect of the functional element 09 is determined, so that the magnification does not change.
  • the function of the functional element 09 will be described below by considering an imaging chain from the imager 12 to the sample to be microscoped (not shown). By varying the profile of the functional element 09 formed by a segment mirror, a sensor plane is imaged into a plane shifted by As' to the nominal intermediate image plane 04. This continues along the beam of gravity of the beam path (not shown) into an object space (not shown) of the microscope. Approximately
  • Segment mirror formed functional element 09 is a mapping of objects at a distance As from the object plane (not shown) of the microscope possible.
  • a spherical aberration that scales with the numerical aperture of the microscope appears. This is preferred by a deliberate deviation of the profile of the functional element 09 formed by a segment mirror for a focus shift
  • an object height Ay As ⁇ tan ( ⁇ ) changes. This change is linear in As and is preferably compensated by subsequent image processing.
  • Fig. 8 shows the fourth embodiment of the camera module shown in Fig. 7 in a second state, after the first
  • optical axis 03 have been moved.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Kameramodul für ein Mikroskop. Das Kameramodul umfasst eine optische Schnittstelle (02) zum Einbringen des Kameramoduls in einen ein nominelles Zwischenbild abbildenden Abbildungsstrahlengang des Mikroskops. Weiterhin umfasst das Kameramodul einen elektronischen Bildwandler (12) und ein Funktionselement (09) zum Verändern einer Zwischenbildebene, welches in einem Strahlengang des Kameramoduls zwischen der optischen Schnittstelle (02) und dem Bildwandler (12) angeordnet ist. Das Kameramodul umfasst zudem eine erste optische Baugruppe (06) mit einer Brechkraft, welche in dem Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle (02) und dem Bildwandler (12) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein entlang des Strahlenganges verlaufender Abstand zwischen dem Funktionselement (09) und der optischen Schnittstelle (02) oder ein entlang des Strahlenganges verlaufender Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe (06) und der optischen Schnittstelle (02) veränderbar. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Kameramoduls.

Description

Kameramodul für ein Mikroskop und Verfahren zu dessen Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Kameramodul für ein Mikroskop. Das Kameramodul umfasst einen
elektronischen Bildwandler und eine optische Schnittstelle zum Einbringen des Kameramoduls in einen Abbildungsstrahlengang des Mikroskops. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Betrieb des Kameramoduls.
Aus der US 7,345,816 B2 ist ein optisches Mikroskop bekannt, welches einen Spiegel mit einer steuerbar veränderlichen reflektierenden Oberfläche umfasst. Durch eine Veränderung der Oberfläche des Spiegels können Bilder aus unterschiedlichen fokalen Positionen aufgenommen werden.
Die US 7,269,344 B2 zeigt eine optische Vorrichtung mit einem abbildenden optischen System, welches verformbare Spiegel und eine digitale Zoom-Funktion besitzt. Hierdurch soll die elektronische Vergrößerung bei hoher Bildschärfe veränderbar sein .
Die DE 10 2014 112 199 Al zeigt ein mikroskopisches
Abbildungssystem zur weitfeidmikroskopischen Abbildung einer Probe, welches ein adaptives optisches Element umfasst, das in einer Pupillenebene zwischen einer objektivseitigen Komponente und einer bildseitigen Komponente angeordnet ist. Das adaptive optische Element ist bevorzugt ein Membranspiegel oder ein räumlicher Lichtmodulator.
Die WO 2005/119331 Al und die WO 2007/134264 A2 zeigen ein optisches Bauelement mit veränderbarer Brennweite und ein dreidimensionales Abbildungssystem mit einem solchen optischen Bauelement. Das optische Bauelement stellt ein
Fresnelspiegelarray dar und umfasst eine Matrix von
Mikrospiegeln, welche jeweils mit zwei Freiheitsgraden
rotierbar und mit einem Freiheitsgrad verschiebbar sind.
Dieses optische Bauelement wird auch als Micro Mirror Array Lens (MMAL) bezeichnet und erlaubt die Aufnahme von All-in- Focus-Bildern .
Die US 6,943,072 Bl zeigt ein optisches Bauelement mit veränderbarer Brennweite, welches ein Fresnelspiegelarray darstellt. Dieses optische Bauelement umfasst eine Matrix von Mikrospiegeln, welche jeweils mit zwei Freiheitsgraden
rotierbar und mit einem Freiheitsgrad verschiebbar sind. Die Rotation und Verschiebung der einzelnen Mikrospiegel wird mit Aktuatoren gesteuert.
Die US 2016/0327779 Al beschreibt einen modularisierten Aufbau eines Mikroskopsystems.
Aus der DE 10 2012 017 917 Al ist ein Mikroskopmodul zum
Einbringen in einen Strahlengang eines Lichtmikroskops bekannt. Dieses Mikroskopmodul umfasst eine verstellbare
Umlenkeinrichtung zum Umlenken eines ankommenden
Lichtstrahles .
Die DE 10 2008 041 821 Al und die US 6,056,409 lehren einen Videoadapter für eine Mikroskopkamera. Der Videoadapter umfasst ein optisches Element zur Umlenkung des
Strahlenganges, bei welchem es sich um einen Spiegel handeln kann, der mit einem Motor um eine x-Achse und mit einem weiteren Motor um eine y-Achse geschwenkt werden kann. Mit den Motoren soll ein ausgekoppeltes Bild eines Objektes auf eine Bildebene der Kamera gelenkt werden können. Das optische
Element kann aber auch ein Mikrospiegelarray sein. Die
Mikrospiegel sollen eine Fokussierung, eine Korrektur von Abbildungsfehlern und eine Einstellung der Vergrößerung erlauben. Der Videoadapter umfasst zudem ein optisches Element zur Fokuseinstellung am Eingang des Videoadapters.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein Kameramodul für ein Mikroskop bereitzustellen, welches eine Aufnahme von mikroskopischen Bildern außerhalb einer Fokusebene des Mikroskops erlaubt, ohne dass am Mikroskop veränderte Einstellungen vorgenommen werden müssen. Weiterhin ist ein Verfahren zum Betrieb des Kameramoduls bereitzustellen.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Kameramodul gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 15.
Das erfindungsgemäße Kameramodul ist für ein Mikroskop zum Mikroskopieren einer Probe vorgesehen. Das Mikroskop umfasst ein Objektiv und gegebenenfalls ein Zoom-Objektiv und/oder eine Tubuslinse. Das Mikroskop umfasst insbesondere mindestens eine Wechseleinrichtung für Objektive und/oder eine
Wechseleinrichtung für Tubuslinsen und/oder eine
Vergrößerungswechseleinrichtung. Das Mikroskop weist einen Abbildungsstrahlengang auf, in welchem die zu mikroskopierende Probe abgebildet wird. Das Kameramodul ist dafür vorgesehen, am Mikroskop angebracht zu werden. Das Kameramodul weist eine optische Schnittstelle auf, mit welcher es in den
Abbildungsstrahlengang des Mikroskops einbringbar ist. Das Kameramodul weist bevorzugt auch eine mechanische
Schnittstelle auf, mit welcher es lösbar am Mikroskop befestigbar ist. Die optische Schnittstelle ist bevorzugt in die mechanische Schnittstelle integriert. Die optische
Schnittstelle ist bevorzugt durch eine Öffnung gebildet. Die mechanische Schnittstelle ist bevorzugt durch ein
Befestigungsgewinde oder durch einen Bajonettanschluss gebildet. Der Abbildungsstrahlengang des Mikroskops bildet eine Ebene der zu mikroskopierenden Probe in einer
Zwischenbildebene ab. In einer Nominalstellung des Mikroskops bildet der Abbildungsstrahlengang eine nominelle Objektebene in einer nominellen Zwischenbildebene ab. Unterschiedliche Objektebenen werden in unterschiedliche Zwischenbildebenen abgebildet. Dies wird beim Scannen von Ebenen der Probe ausgenutzt. Das Kameramodul ist so ausgebildet, dass die nominelle Zwischenbildebene eine feste Position in Bezug auf das Kameramodul einnimmt. Insoweit weist die nominelle
Zwischenbildebene einen festen Abstand zu der optischen
Schnittstelle auf. Das Kameramodul ist bevorzugt so
ausgebildet, dass die nominelle Zwischenbildebene innerhalb des Kameramoduls liegt.
Das Kameramodul umfasst einen elektronischen Bildwandler, mit welchem ein auf den Bildwandler geworfenes Bild der zu
mikroskopierenden Probe in ein elektrisches Signal wandelbar ist. Der Bildwandler ist flächig ausgebildet und ist
beispielsweise durch einen CCD- oder CMOS-Sensor gebildet.
Das Kameramodul umfasst ein Funktionselement zum Verändern einer Zwischenbildebene, d. h. zum Verändern einer
Fokusposition bzw. einer Position einer Objektebene. Das Funktionselement ist in einem Strahlengang des Kameramoduls zwischen der optischen Schnittstelle und dem Bildwandler angeordnet. Mit dem Funktionselement kann die
Zwischenbildebene bzw. Fokusposition des Kameramoduls bzw. der aus dem Kameramodul und dem Mikroskop gebildeten Einheit entlang des Strahlenganges verschoben werden, wobei sich die optische Brennweite ändert. Beispielsweise können Aufnahmen der Probe in mehreren Objektebenen analog zu mehreren
Fokuspositionen aufgenommen werden, um aus diesen Aufnahmen ein Bild mit erweiterter Schärfentiefe (Enhanced Depth of Focus) zu bestimmen. Das Funktionselement ist insbesondere in einer zu einer Öffnungsblende des Mikroskops konjugierten Ebene zu positionieren. Durch das Funktionselement sind rotationssymmetrische Phasendifferenzen erzeugbar und es bewirkt damit Fokussierungen auf andere Zwischenbildebenen als die nominelle Zwischenbildebene und bevorzugt auch eine
Korrektur einer durch die Defokussierung im Mikroskop
induzierten sphärischen Aberration. Beispielsweise verursachen unterschiedliche Objektive des Mikroskops oder ein optischer Zoom Variationen einer Austrittspupillenlage, die im
erfindungsgemäßen Kameramodul durch axiale Bewegungen
kompensierbar sind.
Das Kameramodul umfasst weiterhin eine erste optische
Baugruppe, die eine Brechkraft besitzt. Die optischen
Komponenten des Mikroskops, umfassend zumindest die erste optische Baugruppe und das Funktionselement weisen in ihrer Gesamtheit von der optischen Schnittstelle bis zum Bildwandler eine positive Brechkraft auf. Die erste optische Baugruppe umfasst bevorzugt mindestens eine optische Linse. Die erste optische Baugruppe ist bevorzugt durch eine Linsengruppe gebildet. Die erste optische Baugruppe ist in dem Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Bildwandler angeordnet. Die erste optische Baugruppe ist in dem
Strahlengang bevorzugt zwischen der optischen Schnittstelle und dem Funktionselement oder bevorzugt zwischen dem
Funktionselement und dem Bildwandler angeordnet, je nachdem, ob das Kameramodul an einem Mikroskop mit konvergierenden oder divergierenden Pupillenstrahlengang betrieben werden soll.
Der von der optischen Schnittstelle zum Bildwandler
verlaufende Strahlengang muss nicht in einer einzigen geraden Achse liegen, sondern kann beispielsweise durch Spiegel
Richtungsänderungen erfahren. Jedenfalls bildet der
Strahlengang des Kameramoduls eine Fortsetzung des
Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops. Somit weisen der Strahlengang des Kameramoduls und der Abbildungsstrahlengang des Mikroskops an der optischen Schnittstelle und bevorzugt auch an der ersten optischen Baugruppe eine gemeinsame Achse auf .
Erfindungsgemäß ist ein entlang des Strahlenganges
verlaufender Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle und/oder ein entlang des
Strahlenganges verlaufender Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle
veränderbar, um ein Bild einer Austrittspupille des Mikroskops auf das Funktionselement fallen lassen zu können. Dieses Bild wird bevorzugt durch die erste optische Baugruppe oder
alterativ bevorzugt unmittelbar durch den
Abbildungsstrahlengang des Mikroskops entworfen. Bei
denjenigen Ausführungsformen, bei denen der entlang des
Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten
optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle
veränderbar ist, befindet sich die erste optische Baugruppe in dem Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Funktionselement .
Bei dem entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle handelt es sich um die Länge des Strahlenganges von dem
Funktionselement bis zu der optischen Schnittstelle. Bei dem entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle handelt es sich um die Länge des Strahlenganges von der ersten optischen Baugruppe bis zu der optischen Schnittstelle.
Da die nominelle Zwischenbildebene einen festen Abstand zu der optischen Schnittstelle aufweist, ist das erfindungsgemäße Merkmal der Veränderbarkeit des entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstandes zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle oder des entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstandes zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle gleichbedeutend mit einer Veränderbarkeit des entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstandes zwischen dem Funktionselement und der nominellen Zwischenbildebene oder des entlang des Strahlenganges
verlaufenden Abstandes zwischen der ersten optischen Baugruppe und der nominellen Zwischenbildebene.
Zwischen der nominellen Zwischenbildebene relativ zu der optischen Schnittstelle und zu dem Bildwandler liegt
mindestens eine Pupillenebene. In einer dieser Pupillenebenen ist das Funktionselement zu positionieren, sodass das
Funktionselement in dieser Pupillenebene liegt. Eine
Zoombewegung im Mikroskop und/oder eine geänderte
Konfiguration, z. B. nach einem Objektivwechsel kann zu einer Änderung der Austrittspupillenlage des Mikroskops und damit zu einer notwendig anderen axialen Position des
Funktionselementes führen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kameramoduls besteht darin, dass es beispielsweise die Aufnahme von Bildern mit erweiterter Schärfentiefe ermöglicht, ohne dass hierfür Veränderungen oder Erweiterungen am Mikroskop notwendig sind.
Um die erfindungsgemäße Veränderbarkeit des entlang des
Strahlenganges verlaufenden Abstandes zwischen dem
Funktionselement und der optischen Schnittstelle bzw. des entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstandes zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle zu ermöglichen, ist das Funktionselement und/oder die erste optische Baugruppe bevorzugt in eine Richtung parallel zu einer Achse des Strahlenganges verschiebbar. Das
Funktionselement bzw. die erste optische Baugruppe ist in die Richtung parallel zur Achse des Strahlenganges bzw. in der Achse des Strahlenganges hin- und herverschiebbar. Diese
Verschiebebewegung ist bevorzugt durch einen Aktuator
steuerbar .
Für die Änderung der Fokussierung ist durch das
Funktionselement bevorzugt eine rotationssymmetrische
Phasenänderung in den Lichtstrom einzubringen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Funktionselement daher
rotationssymmetrisch ausgebildet .
Das Funktionselement ist bevorzugt senkrecht zu einer
optischen Achse des am bzw. durch das Funktionselement
verlaufenden Strahlenganges angeordnet. Hierdurch wird
gewährleistet, dass eine rotationssymmetrische Phasenänderung durch das Funktionselement in den Lichtstrom eingebracht wird.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Kameramoduls ist das Funktionselement durch ein Mikrosystem mit beweglichen Mikrospiegeln gebildet. Die Mikrospiegel sind bevorzugt jeweils mit zwei Freiheitsgraden rotierbar und mit einem Freiheitsgrad verschiebbar. Die Rotation und Verschiebung der einzelnen Mikrospiegel ist bevorzugt durch Aktuatoren steuerbar. Die Mikrospiegel sind bevorzugt
konzentrisch in einer Ebene angeordnet.
Bei alternativ bevorzugten Ausführungsformen ist das
Funktionselement durch einen deformierbaren Membranspiegel oder durch eine verformbare Linse gebildet. Das
Funktionselement kann auch auf einem anderen Prinzip zur
Veränderung der Zwischenbildebene basieren.
Das erfindungsgemäße Kameramodul umfasst bevorzugt weiterhin einen Strahlteiler, welcher bevorzugt durch einen Polteiler gebildet ist. Der Strahlteiler ist im Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Funktionselement,
bevorzugt zwischen der ersten optischen Baugruppe und dem Funktionselement angeordnet und dient bevorzugt dazu, einen durch den Strahlteiler getretenen axialen Hauptstrahl auf das spiegelnde Funktionselement zu richten, von welchem das Licht des Hauptstrahls reflektiert und zurück auf den Strahlteiler gerichtet wird und den Strahlteiler in Richtung des
Bildwandlers passiert. Die Teilung kann intensitätsmäßig mit einem Neutralteiler oder polarisationsoptisch mit einem
Polarisationsteiler und mit einer die Polarisationsrichtung drehenden Funktionsgruppe zwischen dem optischen
Funktionselement und dem Polarisationsteiler erfolgen. Um den in den Strahlteiler eingetretenen Strahl auf das spiegelnde Funktionselement zu richten, weist der Strahlteiler bevorzugt eine reflektierende Wirkung, beispielsweise die eines
teildurchlässigen Spiegels auf, welche den Strahlengang um 90° hin zum Funktionselement ablenkt. Das vom Funktionselement zurückgeworfene Licht passiert den Strahlteiler ohne
Richtungsänderung . Alternativ bevorzugt dient der Strahlteiler dazu, den in den Strahlteiler eingetretenen Strahl ohne eine Richtungsänderung auf das spiegelnde Funktionselement passieren zu lassen, von welchem das Licht des Strahls zurück auf den Strahlteiler gerichtet wird, welcher den Strahlengang um 90° hin zum
Bildwandler ablenkt.
Der Strahlteiler ist bevorzugt als ein polarisierender
Strahlteilerwürfei ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Kameramodul umfasst bevorzugt einen Spiegel, welcher den in das Kameramodul eintretenden
Strahlengang hin zum Bildwandler richtet, wobei Hauptstrahlen des in das Kameramodul eintretenden Strahlenganges parallel zu Hauptstrahlen des zu dem Bildwandler gerichteten
Strahlenganges ausgerichtet sind. Der Spiegel dient bevorzugt dazu, den aus dem Strahlteiler austretenden Strahlengang um 90° hin zum Bildwandler abzulenken. Somit ist der Abschnitt des Strahlenganges zwischen der optischen Schnittstelle und dem Strahlteiler parallel und versetzt zu dem Abschnitt des Strahlenganges zwischen dem Spiegel und dem Bildwandler.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kameramoduls ist das Funktionselement parallel zu der Achse des Strahlenganges des Kameramoduls verschiebbar, um den entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen
Schnittstelle veränderbar auszuführen. Hierdurch ist auch der Abstand zwischen dem Funktionselement und der nominellen Zwischenbildebene veränderbar. Bevorzugt ist das
Funktionselement gemeinsam mit dem Strahlteiler und dem
Spiegel parallel zu der Richtung der Achse des Strahlenganges des Kameramoduls verschiebbar. Die durch das Funktionselement, den Strahlteiler und den Spiegel gebildete Einheit ist
bevorzugt in der Achse des Strahlenganges des Kameramoduls verschiebbar. Diese Achse fällt zumindest in diesem Abschnitt des Strahlenganges bevorzugt mit der Achse des in das
Kameramodul eintretenden Abbildungsstrahlenganges des
Mikroskops zusammen, sodass die durch das Funktionselement, den Strahlteiler und den Spiegel gebildete Einheit bevorzugt auch in der Achse des in das Kameramodul eintretenden
Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops verschiebbar ist. Der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle ist bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform bevorzugt unveränderlich. Entsprechend ist auch der entlang des
Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten
optischen Baugruppe und der nominellen Zwischenbildebene unveränderlich .
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kameramoduls umfasst dieses weiterhin eine zweite optische Baugruppe, die eine Brechkraft besitzt. Die zweite optische Baugruppe umfasst bevorzugt mindestens eine optische Linse. Die zweite optische Baugruppe ist bevorzugt durch eine Linsengruppe gebildet. Die zweite optische
Baugruppe ist in dem Strahlengang zwischen dem Spiegel und dem Bildwandler angeordnet. Bei dieser zweiten bevorzugten
Ausführungsform ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen
Schnittstelle veränderbar. Entsprechend ist auch der Abstand zwischen dem Funktionselement und der nominellen
Zwischenbildebene veränderbar. Bevorzugt ein Abstand zwischen der durch das Funktionselement, den Strahlteiler und den
Spiegel gebildeten Einheit und der optischen Schnittstelle veränderbar. Hierdurch verändern sich auch ein Abstand
zwischen der durch das Funktionselement, den Strahlteiler und den Spiegel gebildeten Einheit und der ersten optischen
Baugruppe sowie ein Abstand zwischen der durch das
Funktionselement, den Strahlteiler und den Spiegel gebildeten Einheit und der zweiten optischen Baugruppe. Hingegen ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle bevorzugt unveränderlich. Entsprechend ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten
optischen Baugruppe und der nominellen Zwischenbildebene unveränderlich. Auch ist bevorzugt ein entlang des
Strahlenganges verlaufender Abstand zwischen der zweiten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle bevorzugt unveränderlich. Das Funktionselement ist bevorzugt parallel zu einer Achse eines zwischen dem Funktionselement und dem
Bildwandler bzw. zwischen dem Spiegel und dem Bildwandler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschiebbar. Die durch das Funktionselement, den Strahlteiler und den Spiegel gebildete Einheit ist bevorzugt in der Achse des
Strahlenganges des Kameramoduls verschiebbar.
Eine Variation des Abbildungsmaßstabs zwischen der nominellen Zwischenbildebene und dem Bildwandler ist durch eine axiale Bewegung der optischen Baugruppen möglich. Die Verschiebung einer jeden optischen Baugruppe führt zur Variation der
Pupillenposition nach ihr. Durch die Kopplung der Bewegung der optischen Baugruppen kann für den Erhalt der Pupillenposition auf dem Funktionselement gesorgt werden oder dieses ist durch Nachführen desselben zu erreichen.
Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kameramoduls umfasst dieses weiterhin eine zweite optische Baugruppe und eine dritte optische Baugruppe, die jeweils eine Brechkraft besitzen. Die zweite optische Baugruppe und die dritte optische Baugruppe umfassen bevorzugt jeweils mindestens eine optische Linse. Die zweite optische Baugruppe und die dritte optische Baugruppe sind bevorzugt jeweils durch eine Linsengruppe gebildet. Die zweite optische Baugruppe und die dritte optische Baugruppe sind in dem
Strahlengang zwischen dem Strahlteiler und dem Bildwandler angeordnet. Bei dieser dritten bevorzugten Ausführungsform ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle veränderbar. Entsprechend ist auch der entlang des
Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten
optischen Baugruppe und der nominellen Zwischenbildebene veränderbar. Hingegen ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle bevorzugt unveränderlich. Somit ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der nominellen Zwischenbildebene unveränderlich. Die erste optische Baugruppe ist in einer Achse eines zwischen der optischen Schnittstelle und dem
Strahlteiler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges des Kameramoduls verschiebbar. Diese Achse fällt zumindest in diesem Abschnitt des Strahlenganges bevorzugt mit der Achse des in das Kameramodul eintretenden Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops zusammen, sodass die erste optische Baugruppe bevorzugt auch in der Achse des in das Kameramodul
eintretenden Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops
verschiebbar ist. Die zweite optische Baugruppe und die dritte optische Baugruppe sind einzeln in einer Achse eines zwischen dem Funktionselement und dem Bildwandler verlaufenden
Abschnittes des Strahlenganges verschiebbar. Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls umfasst dieses weiterhin eine zweite optische Baugruppe, die eine Brechkraft besitzt. Die zweite optische Baugruppe umfasst bevorzugt mindestens eine optische Linse. Die zweite optische Baugruppe ist bevorzugt durch eine Linsengruppe gebildet. Die zweite optische
Baugruppe ist in dem Strahlengang zwischen dem Strahlteiler und dem Bildwandler angeordnet. Bei dieser vierten bevorzugten Ausführungsform ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle veränderbar. Entsprechend ist auch der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der nominellen
Zwischenbildebene veränderbar. Hingegen ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem
Funktionselement und der optischen Schnittstelle bevorzugt unveränderlich. Somit ist der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der nominellen Zwischenbildebene unveränderlich. Die erste
optische Baugruppe ist in einer Achse eines zwischen der optischen Schnittstelle und dem Strahlteiler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschiebbar. Diese Achse fällt zumindest in diesem Abschnitt des Strahlenganges bevorzugt mit der Achse des in das Kameramodul eintretenden
Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops zusammen, sodass die erste optische Baugruppe bevorzugt auch in der Achse des in das Kameramodul eintretenden Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops verschiebbar ist. Die zweite optische Baugruppe ist in einer Achse eines zwischen dem Funktionselement und dem Bildwandler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschiebbar . Die Verschiebung der ersten optischen Baugruppe sowie
gegebenenfalls der zweiten optischen Baugruppe und der dritten optischen Baugruppe ist bevorzugt jeweils durch einen Aktuator steuerbar .
Ein erfindungsgemäßes Mikroskop umfasst ein Objektiv und gegebenenfalls ein Zoom-Objektiv und/oder eine Tubuslinse. Das Mikroskop umfasst insbesondere mindestens eine
Wechseleinrichtung für Objektive und/oder eine
Wechseleinrichtung für Tubuslinsen und/oder eine
Vergrößerungswechseleinrichtung. Das erfindungsgemäße
Mikroskop umfasst zudem das erfindungsgemäße Kameramodul. Die optische Schnittstelle des Kameramoduls ist mit einer
optischen Schnittstelle des Mikroskops verbunden. Das
Kameramodul ist in einen ein Zwischenbild abbildenden
Abbildungsstrahlengang des Mikroskops eingebracht. Das
Mikroskop umfasst bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kameramoduls.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb des
erfindungsgemäßen Kameramoduls an einem Mikroskop. Hierfür ist das Kameramodul an das Mikroskop angebracht, wodurch die optische Schnittstelle des Kameramoduls in einen ein
nominelles Zwischenbild abbildenden Strahlengang des
Mikroskops eingebracht ist. Der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle oder der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle wird erfindungsgemäß so eingestellt, dass ein Bild einer Austrittspupille des
Mikroskops auf das Funktionselement fällt. Somit wird der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der nominellen Zwischenbildebene oder der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der nominellen
Zwischenbildebene so eingestellt, dass das durch die erste optische Baugruppe geworfene Bild der Austrittspupille des Mikroskops auf das Funktionselement fällt.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer der beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Kameramoduls ausgeführt. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren auch Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kameramodul angegeben sind. Das mit dem Kameramodul ausgestattete Mikroskop umfasst bevorzugt eine Steuereinheit, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens oder einer der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist. Die
Steuereinheit ist bevorzugt zur Koordination einer
Konfiguration des Mikroskops und des Kameramoduls ausgebildet; nämlich eine Lage der Austrittspupille mit einem Bild der Austrittspupille auf dem Funktionselement. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu konfiguriert, das Mikroskop und das
Kameramodul so zu steuern, dass in einer Grundstellung des Funktionselementes eine Abbildung der nominellen
Zwischenbildebene auf den Bildwandler erfolgt. Die
Steuereinheit ist bevorzugt dazu konfiguriert, eine
Funktionsstellung des Funktionselements mit dem Bildwandler zu synchronisieren .
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zum Betrieb der ersten bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls an einem Mikroskop. Bei dieser ersten Ausführungsform wird das
Funktionselement parallel zu der Achse des Strahlenganges verschoben, um den entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen
Schnittstelle einzustellen. Bevorzugt wird das
Funktionselement gemeinsam mit dem Strahlteiler und dem
Spiegel parallel zu der Achse des Strahlenganges des
Kameramoduls verschoben. Das Funktionselement wird somit gemeinsam mit dem Strahlteiler und dem Spiegel parallel zu der Achse des in das Kameramodul eintretenden
Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops verschoben, da diese Achse zumindest in diesem Abschnitt mit dem Strahlengang des Kameramoduls zusammenfällt. Der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle wird bei dieser ersten
bevorzugten Ausführungsform bevorzugt nicht verändert. Die Steuereinheit ist bei dieser ersten Ausführungsform bevorzugt dazu konfiguriert, aus der Lage der Austrittspupille die
Verschiebung des Funktionselements abzuleiten und diese einzuleiten. Weiterhin ist die Steuereinheit bevorzugt dazu konfiguriert, aus dem Mikroskop die Charakteristik der Wirkung des Funktionselementes abzuleiten und dessen Funktionsstellung mit dem Bildwandler zu synchronisieren.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zum Betrieb der zweiten bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls an einem Mikroskop. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird das
Funktionselement parallel zu der Achse des zwischen dem
Funktionselement bzw. dem Spiegel und dem Bildwandler
verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschoben, um den entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle einzustellen. Bevorzugt wird die durch das Funktionselement, den
Strahlteiler und den Spiegel gebildete Einheit parallel zu der Achse des zwischen dem Funktionselement bzw. dem Spiegel und dem Bildwandler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschoben, um den entlang des Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen
Schnittstelle einzustellen. Der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle wird bei dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform bevorzugt nicht verändert. Die Steuereinheit ist bei dieser zweiten Ausführungsform bevorzugt dazu konfiguriert, aus der Lage der Austrittspupille die
Verschiebung des Funktionselements abzuleiten und diese einzuleiten. Weiterhin ist die Steuereinheit bevorzugt dazu konfiguriert, aus dem Mikroskop die Charakteristik der Wirkung des Funktionselementes abzuleiten und dessen Funktionsstellung mit dem Bildwandler zu synchronisieren.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zum Betrieb der dritten bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls an einem Mikroskop. Bei dieser dritten Ausführungsform wird die erste optische Baugruppe in der Achse des zwischen der optischen Schnittstelle und dem Strahlteiler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschoben, um den entlang des
Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle
einzustellen. Die erste optische Baugruppe wird bevorzugt somit in der Achse des in das Kameramodul eintretenden
Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops verschoben, da diese Achse zumindest in diesem Abschnitt mit dem Strahlengang des Kameramoduls zusammenfällt. Zudem werden die zweite optische Baugruppe und die dritte optische Baugruppe in der Achse des zwischen dem Funktionselement und dem Bildwandler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschoben, um das von der ersten optischen Baugruppe geworfene Bild auf den Bildwandler abzubilden, ohne dass sich ein Abbildungsmaßstab ändert. Der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle wird bei dieser dritten bevorzugten Ausführungsform bevorzugt nicht verändert. Die Steuereinheit ist bei dieser dritten
Ausführungsform bevorzugt dazu konfiguriert, aus der Lage der Austrittspupille die Verschiebung der ersten optischen
Baugruppe ableiten und diese einzuleiten. Die Steuereinheit ist bei dieser dritten Ausführungsform bevorzugt dazu
konfiguriert, aus der Lage der Austrittspupille bzw. aus der Verschiebung der ersten optischen Baugruppe die Verschiebung der zweiten und dritten optischen Baugruppe ableiten und diese einzuleiten. Weiterhin ist die Steuereinheit bei dieser dritten Ausführungsform bevorzugt dazu konfiguriert, aus dem Mikroskop die Charakteristik der Wirkung des
Funktionselementes abzuleiten und dessen Funktionsstellung mit dem Bildwandler zu synchronisieren.
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zum Betrieb der vierten bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls an einem Mikroskop. Bei dieser vierten Ausführungsform wird die erste optische Baugruppe in der Achse des zwischen der optischen Schnittstelle und dem Strahlteiler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschoben, um den entlang des
Strahlenganges verlaufenden Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe und der optischen Schnittstelle
einzustellen. Die erste optische Baugruppe wird bevorzugt somit in der Achse des in das Kameramodul eintretenden
Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops verschoben, da diese Achse zumindest in diesem Abschnitt mit dem Strahlengang des Kameramoduls zusammenfällt. Zudem wird die zweite optische Baugruppe in der Achse des zwischen dem Funktionselement und dem Bildwandler verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges verschoben, um die von der Verschiebung der ersten optischen Baugruppe induzierte Änderung des Abbildungsmaßstabes der Abbildung der nominellen Zwischenbildebene auf den Bildwandler zu kompensieren. Die durch die Verschiebung der ersten
optischen Baugruppe induzierte Änderung der Fokuslage der Abbildung der nominellen Zwischenbildebene auf den Bildwandler wird durch eine modifizierte Charakteristik der Wirkweise des Funktionselements kompensiert. Der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement und der optischen Schnittstelle wird bei dieser vierten bevorzugten Ausführungsform bevorzugt nicht verändert. Die Steuereinheit ist bei dieser vierten Ausführungsform bevorzugt dazu
konfiguriert, aus der Lage der Austrittspupille die
Verschiebung der ersten optischen Baugruppe ableiten und diese einzuleiten. Die Steuereinheit ist bei dieser vierten
Ausführungsform bevorzugt dazu konfiguriert, aus der Lage der Austrittspupille bzw. aus der Verschiebung der ersten
optischen Baugruppe die Verschiebung der zweiten optischen Baugruppe abzuleiten und diese einzuleiten. Weiterhin ist die Steuereinheit bei dieser vierten Ausführungsform bevorzugt dazu konfiguriert, aus dem Mikroskop die Charakteristik der Wirkung des Funktionselementes abzuleiten und dessen
Funktionsstellung mit dem Bildwandler zu synchronisieren.
Weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1: eine erste bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten
Zustand; Fig. 2: die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform des Kameramoduls in einem zweiten Zustand;
Fig. 3: eine zweite bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten Zustand;
Fig. 4: die in Fig. 3 gezeigte zweite Ausführungsform des
Kameramoduls in einem zweiten Zustand;
Fig. 5: eine dritte bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten Zustand;
Fig. 6: die in Fig. 5 gezeigte dritte Ausführungsform des
Kameramoduls in einem zweiten Zustand;
Fig. 7: eine vierte bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten Zustand; und
Fig . die in Fig. 7 gezeigte vierte Ausführungsform des
Kameramoduls in einem zweiten Zustand.
Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten Zustand in einer symbolisierten Schnittansicht. Das Kameramodul umfasst ein Gehäuse 01, über welches das Kameramodul an ein Mikroskop (nicht gezeigt) anbringbar ist. Das Kameramodul weist eine optische Schnittstelle 02 zum Mikroskop (nicht gezeigt) auf, welche durch eine Öffnung im Gehäuse 01 gebildet ist. Diese optische Schnittstelle 02 ist in eine mechanische Schnittstelle (nicht dargestellt) des Kameramoduls integriert. Durch die Anbringung des Kameramoduls an das Mikroskop (nicht gezeigt) wird eine optische Achse 03 des Kameramoduls in
Übereinstimmung mit einer optischen Achse (nicht gezeigt) eines Abbildungsstrahlenganges des Mikroskops gebracht. Der Abbildungsstrahlengang (nicht gezeigt) des Mikroskops wirft ein Zwischenbild einer zu mikrokopierenden Probe (nicht gezeigt) in eine Zwischenbildebene, wobei insbesondere eine nominelle Zwischenbildebene 04 dargestellt ist, in welche ein nominelles Zwischenbild geworfen wird, wenn sich das Mikroskop (nicht gezeigt) in einer Nominalstellung befindet.
In der optischen Achse 03 befinden sich zunächst eine erste Linsengruppe 06 und weiterhin ein Strahlteilerwürfei 07. Der Strahlteilerwürfei 07 umfasst einen teildurchlässigen Spiegel 08, welcher als Polteiler fungiert. Der teildurchlässige
Spiegel 08 lenkt einen einfallenden Strahlengang (nicht dargestellt) um 90° ab, sodass dieser auf ein Funktionselement 09 gerichtet wird. Das Funktionselement 09 dient zum
Verschieben einer Zwischenbildebene und ist durch einen variablen Segmentspiegel gebildet, sodass er viele
Spiegelelemente (nicht gezeigt) umfasst, die konzentrisch angeordnet sind. Die Spiegelelemente (nicht gezeigt) weisen einen gleichen Abstand vom Zentrum auf und haben eine gleiche Charakteristik hinsichtlich einer Winkeländerung zwischen einer Spiegelnormale und einer Senkrechten auf den einzelnen Spiegelelementen (nicht gezeigt) in radialer Richtung. Bei dem Funktionselement 09 handelt es sich um ein Micro Mirror Array Lens (MMAL) bzw. um ein Mirror Array Lens System (MALS), wie es in der WO 2005/119331 Al und WO 2007/134264 A2 beschrieben ist. Der auf das Funktionselement 09 gerichtete Strahlengang (nicht dargestellt) wird vor dem teildurchlässigen Spiegel 08 linear polarisiert und trifft das Funktionselement 09
senkrecht. Die Polarisationsrichtung wird durch eine l/4- Platte (nicht dargestellt) zwischen dem Strahlteilerwürfei 07 und dem Funktionselement 09 im zweifachen Durchgang um 90° gedreht. Der auf das Funktionselement 09 gerichtete
Strahlengang (nicht dargestellt) wird von dem Funktionselement 09 gespiegelt, sodass er zurück auf den Strahlteilerwürfei 07 gerichtet wird, welchen er ohne Ablenkung passiert und auf einen Spiegel 11 trifft. Der Spiegel 11 lenkt den Strahlengang (nicht dargestellt) um 90° ab, sodass auch die optische Achse 03 erneut eine Richtungsänderung von 90° erfährt. Der
Strahlengang (nicht dargestellt) ist auf einen Bildwandler 12 gerichtet, mit welchem das auf den Bildwandler 12 geworfene Bild der Probe (nicht gezeigt) in ein elektronisches Signal gewandelt wird.
Bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform ist die durch das Funktionselement 09, den Strahlteilerwürfei 07 und den Spiegel 11 gebildete Einheit in der optischen Achse 03 verschiebbar, um den sich entlang der optischen Achse 03 erstreckenden Abstand zwischen dem Funktionselement 09 und der nominellen Zwischenbildebene 04 so einzustellen zu können, dass das durch die erste Linsengruppe 06 abgebildete Bild der Probe (nicht gezeigt) auf den Bildwandler 12 fällt. Eine durch die erste Linsengruppe 06 abgebildete Austrittspupille (nicht gezeigt) des Mikroskops liegt auf dem Funktionselement 09. Der sich entlang der optischen Achse 03 erstreckende Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 06 und der nominellen
Zwischenbildebene 04 ist unveränderlich.
Erfindungsgemäß sollen Objektebenen außerhalb einer
Nominalposition auf den Bildwandler 12 scharf abgebildet werden. Diese weisen an der optischen Schnittstelle 02 eine andere Entfernung zu der optischen Schnittstelle 02 als die nominale Zwischenbildebene 04 auf. Von der jeweiligen
Zwischenbildebene breitet sich eine Wellenfront (nicht dargestellt) entlang von Mittenstrahlen 13 bis zum
Funktionselement 09 aus. Wegen der Defokussierung und auch damit im Objektraum des Mikroskops (nicht dargestellt) induzierten Aberrationen ist die Wellenfront (nicht
dargestellt) am Funktionselement 09 gegenüber der Wellenfront (nicht dargestellt) der Abbildung der nominellen Objektebene deformiert. Das Funktionselement 09 gleicht diese Deformation aus, sodass die Wellenfront (nicht dargestellt) zwischen dem Funktionselement 09 und dem Bildwandler 12 die gleiche Form wie die Wellenfront bei der Abbildung der nominellen
Zwischenbildebene 04 aufweist und am Bildwandler 12 ein Bild aus der von Nominalstellung des Objekts (nicht dargestellt) des Mikroskops abweichenden Ebene entsteht. Der Ort der
Austrittspupille (nicht dargestellt) als Bild der
Öffnungsblende im Mikroskop (nicht dargestellt) variiert im Allgemeinen bei einem Wechsel eines Objektivs (nicht
dargestellt) , einer Tubuslinse (nicht dargestellt) oder einer Einstellung eines Vergrößerungswechslers (nicht dargestellt) am Mikroskop. Zudem können Zoommikroskope (nicht dargestellt) vergrößerungsabhängige Austrittspupillenlagen aufweisen. Für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kameramoduls ist das Funktionselement 09 optisch konjugiert zur Austrittspupille (nicht dargestellt) anzuordnen. Diese Konjugation wird durch eine Variabilität der Position der durch das Funktionselement 09, den Strahlteilerwürfei 07 und den Spiegel 11 gebildeten Einheit entlang der optischen Achse 03 erreicht. In
Abhängigkeit von der Lage der Austrittspupille (nicht
dargestellt) wird die durch das Funktionselement 09, den Strahlteilerwürfei 07 und den Spiegel 11 gebildete Einheit so weit verschoben, bis die Mittenstrahlen 13 mittig auf das Funktionselement 09 treffen. Diese Anpassung erfolgt bei
Änderung der Austrittspupillenlage (nicht dargestellt) des Mikroskops .
Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform des Kameramoduls in einem zweiten Zustand, nachdem die durch das Funktionselement 09, den Strahlteilerwürfei 07 und den Spiegel 11 gebildete Einheit in der optischen Achse 03 verschoben wurde .
Fig. 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten Zustand in einer symbolisierten Schnittansicht. Diese zweite
Ausführungsform gleicht zunächst der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist die zweite
Ausführungsform weiterhin eine zweite Linsengruppe 14 zwischen dem Spiegel 11 und dem Bildwandler 12 auf.
Auch bei dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die durch das Funktionselement 09, den Strahlteilerwürfei 07 und den Spiegel 11 gebildete Einheit in der optischen Achse 03 verschiebbar, um den sich entlang der optischen Achse 03 erstreckenden Abstand zwischen dem Funktionselement 09 und der nominellen Zwischenbildebene 04 so einzustellen zu können, dass das durch die erste Linsengruppe 06 und die zweite
Linsengruppe 14 abgebildete Bild der Probe (nicht gezeigt) auf den Bildwandler 12 fällt. Eine durch die erste Linsengruppe 06 abgebildete Austrittspupille (nicht gezeigt) des Mikroskops liegt auf dem Funktionselement 09. Der sich entlang der optischen Achse 03 erstreckende Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 06 und der nominellen Zwischenbildebene 04 ist unveränderlich. Der sich entlang der optischen Achse 03 erstreckende Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe 14 und der nominellen Zwischenbildebene 04 ist ebenfalls
unveränderlich .
Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 gezeigte zweite Ausführungsform des Kameramoduls in einem zweiten Zustand, nachdem die durch das Funktionselement 09, den Strahlteilerwürfei 07 und den Spiegel
11 gebildete Einheit in der optischen Achse 03 verschoben wurde .
Fig. 5 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten Zustand in einer symbolisierten Schnittansicht. Diese dritte
Ausführungsform gleicht zunächst der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform weist die dritte
Ausführungsform den Spiegel 11 (gezeigt in Fig. 3) nicht auf, sodass der Strahlengang (nicht dargestellt) nicht erneut um 90° abgelenkt wird und die optische Achse 03 keine weitere Richtungsänderung erfährt. Zudem ist eine dritte Linsengruppe 18 zwischen der zweiten Linsengruppe 14 und dem Bildwandler 12 angeordnet .
Bei dieser dritten bevorzugten Ausführungsform ist die erste Linsengruppe 06 in der optischen Achse 03 verschiebbar, um den sich entlang der optischen Achse 03 erstreckenden Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 06 und der nominellen
Zwischenbildebene 04 so einzustellen zu können, dass das durch die erste Linsengruppe 06, die zweite Linsengruppe 14 und die dritte Linsengruppe 18 abgebildete Bild der Probe (nicht gezeigt) mit konstantem Abbildungsmaßstab auf den Bildwandler
12 fällt. Eine durch die erste Linsengruppe 06 abgebildete Austrittspupille (nicht gezeigt) des Mikroskops liegt auf dem Funktionselement 09. Der sich entlang der optischen Achse 03 erstreckende Abstand zwischen dem Funktionselement 09 und der nominellen Zwischenbildebene 04 ist unveränderlich.
Das Bild der Probe (nicht gezeigt) wird durch die Verschiebung der ersten Linsengruppe 06 mit einer variablen
Übertragungslänge und mit einem variablen Abbildungsmaßstab übertragen. Die Übertragungslänge und der Abbildungsmaßstab werden insgesamt konstant gehalten, wofür die zweite
Linsengruppe 14 und die dritte Linsengruppe 18 in der
optischen Achse 03 verschoben werden. Zu jeder Lage einer Pupille des Mikroskops (nicht gezeigt) werden eine
Verschiebeposition der ersten Linsengruppe 14 in Bezug auf die nominellen Zwischenbildebene 04, eine Verschiebeposition der zweiten Linsengruppe 14 in Bezug auf den Bildwandler 12 und eine Verschiebeposition der dritten Linsengruppe 18 in Bezug auf den Bildwandler 12 bestimmt, sodass sich der
Abbildungsmaßstab nicht ändert.
Fig. 6 zeigt die in Fig. 5 gezeigte dritte Ausführungsform des Kameramoduls in einem zweiten Zustand, nachdem die erste
Linsengruppe 06, die zweite Linsengruppe 14 und die dritte Linsengruppe 18 in der optischen Achse 03 verschoben wurden.
Die Reihenfolge der optisch wirksamen Bauelemente bezogen auf die optische Achse 03 kann bei den in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Ausführungsformen zwischen der nominellen Zwischenbildebene 04 und dem Bildwandler 12 getauscht werden, ohne dass sich die Funktionalität ändert. Die Hinzunahme von weiteren optisch refraktiven Bauelementen und Umlenkelementen ohne Einfluss auf die beschriebene Funktionalität ist
ebenfalls möglich. Fig. 7 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kameramoduls in einem ersten Zustand in einer symbolisierten Schnittansicht. Diese vierte
Ausführungsform gleicht zunächst der in Fig. 5 gezeigten dritten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in Fig. 5 gezeigten dritten Ausführungsform weist die vierte
Ausführungsform die dritte Linsengruppe 18 (gezeigt in Fig. 5) nicht auf.
Bei dieser vierten bevorzugten Ausführungsform ist die erste Linsengruppe 06 in der optischen Achse 03 verschiebbar, um den sich entlang der optischen Achse 03 erstreckenden Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 06 und der nominellen
Zwischenbildebene 04 so einzustellen zu können, dass die durch die erste Linsengruppe 06 abgebildete Austrittspupille (nicht gezeigt) des Mikroskops auf dem Funktionselement 09 liegt. Der sich entlang der optischen Achse 03 erstreckende Abstand zwischen dem Funktionselement 09 und der nominellen
Zwischenbildebene 04 ist unveränderlich.
Das Bild der Probe (nicht gezeigt) wird durch die
verschiebbare erste Linsengruppe 06 mit einer variablen
Übertragungslänge und mit einem variablen Abbildungsmaßstab übertragen. Der Abbildungsmaßstab wird konstant gehalten, wofür die zweite Linsengruppe 14 in der optischen Achse 03 verschoben ist. Die Übertragungslänge wird durch das
Funktionselement 09 konstant gehalten, was eine weitere
Funktion des Funktionselementes 09 neben seiner Funktion zur Veränderung der Zwischenbildebene darstellt. Zu jeder Lage einer Pupille des Mikroskops (nicht gezeigt) werden eine
Verschiebeposition der ersten Linsengruppe 14 in Bezug auf die nominellen Zwischenbildebene 04 und eine Verschiebeposition der zweiten Linsengruppe 14 in Bezug auf den Bildwandler 12 sowie eine Wirkung des Funktionselementes 09 bestimmt, sodass sich der Abbildungsmaßstab nicht ändert.
Die Funktion des Funktionselement 09 wird im Folgenden durch Betrachtung einer Abbildungskette von dem Bildwandler 12 zu der zu mikroskopierenden Probe (nicht gezeigt) beschrieben. Durch Variation des Profils des durch einen Segmentspiegel gebildeten Funktionselementes 09 wird eine Sensorebene in eine um As ' verschobene Ebene zu der nominellen Zwischenbildebene 04 abgebildet. Dies setzt sich entlang von Schwerestrahlen des Strahlenganges (nicht dargestellt) in einen Objektraum (nicht dargestellt) des Mikroskops fort. Näherungsweise gilt
As = As ' / ß2, wobei ß der Abbildungsmaßstab des Mikroskops und As ein Abstand einer Probenebene zu einer nominellen
Objektebene (nicht gezeigt) des Mikroskops ist. Somit ist durch eine gezielte Änderung des Profils des durch einen
Segmentspiegel gebildeten Funktionselementes 09 eine Abbildung von Objekten im Abstand As von der Objektebene (nicht gezeigt) des Mikroskops möglich. Bei einer Nutzung eines Mikroskops (nicht gezeigt) außerhalb seiner designierten Fokuslage tritt eine mit der numerischen Apertur des Mikroskops skalierende sphärische Aberration auf. Diese wird bevorzugt durch eine gezielte Abweichung des Profils des durch einen Segmentspiegel gebildeten Funktionselementes 09 für einen Fokusshift
kompensiert .
Bei einer Abweichung der mikroskopischen Abbildung von der obj ektseitigen Telezentrie ändert sich der Abbildungsmaßstab der aufgenommenen Bilder aus unterschiedlichen
Objektentfernungen. Für einen Mittenstrahlwinkel d ändert sich eine Objekthöhe Ay = As · tan(ö) . Diese Änderung ist linear in As und wird bevorzugt mithilfe einer nachfolgenden Bildverarbeitung kompensiert.
Fig. 8 zeigt die in Fig. 7 gezeigte vierte Ausführungsform des Kameramoduls in einem zweiten Zustand, nachdem die erste
Linsengruppe 06 und die zweite Linsengruppe 14 in der
optischen Achse 03 verschoben wurden.
Bezugszeichenliste
01 Gehäuse
02 optische Schnittstelle
03 optische Achse
04 nominelle Zwischenbildebene
05
06 erste Linsengruppe
07 Strahlteilerwürfel
08 teildurchlässiger Spiegel
09 Funktionselement
10
11 Spiegel
12 Bildwandler
13 Mittenstrahl
14 zweite Linsengruppe
15
16
17
18 dritte Linsengruppe

Claims

Patentansprüche
1. Kameramodul für ein Mikroskop, umfassend:
eine optische Schnittstelle (02) zum Einbringen des Kameramoduls in einen ein nominelles Zwischenbild abbildenden Abbildungsstrahlengang des Mikroskops; einen elektronischen Bildwandler (12);
ein Funktionselement (09) zum Verändern einer
Zwischenbildebene, welches in einem Strahlengang des Kameramoduls zwischen der optischen Schnittstelle (02) und dem Bildwandler (12) angeordnet ist; und
eine erste optische Baugruppe (06) mit einer Brechkraft, wobei die erste optische Baugruppe (06) in dem
Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle (02) und dem Bildwandler (12) angeordnet ist;
und wobei ein entlang des Strahlenganges verlaufender
Abstand zwischen dem Funktionselement (09) und der
optischen Schnittstelle (02) oder ein entlang des
Strahlenganges verlaufender Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe (06) und der optischen Schnittstelle
(02) veränderbar ist.
2. Kameramodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (09) senkrecht zu einer optischen Achse des am Funktionselement (09) verlaufenden
Strahlenganges angeordnet ist.
3. Kameramodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (09) oder die erste optische Baugruppe (06) in eine Richtung parallel zu einer Achse (03) des Strahlenganges verschiebbar ist.
4. Kameramodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin mindestens einen Aktuator umfasst, durch welchen das Verschieben des Funktionselementes (09) oder der ersten optischen Baugruppe (06) in die Richtung
parallel zur Achse (03) des Strahlenganges steuerbar ist.
5. Kameramodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Funktionselement (09) durch ein Mikrosystem mit beweglichen Mikrospiegeln gebildet ist.
6. Kameramodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel jeweils mit zwei Freiheitsgraden rotierbar und mit einem Freiheitsgrad verschiebbar sind.
7. Kameramodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Funktionselement (09) durch einen deformierbaren Membranspiegel oder durch eine verformbare Linse gebildet ist.
8. Kameramodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Strahlteiler (07) umfasst, der im Strahlengang des Kameramoduls zwischen der ersten optischen Baugruppe (06) und dem Funktionselement (09) angeordnet ist.
9. Kameramodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler als ein polarisierender Strahlteilerwürfei (07) ausgebildet ist.
10. Kameramodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Spiegel (11) umfasst, welcher den Strahlengang hin zum Bildwandler (12) richtet, wobei
Hauptstrahlen des in das Kameramodul eintretenden
Strahlenganges parallel zu Hauptstrahlen des zu dem
Bildwandler (12) gerichteten Strahlenganges ausgerichtet sind .
11. Kameramodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement (09) und der optischen Schnittstelle (02) veränderbar ist, wofür das Funktionselement (09) gemeinsam mit dem Strahlteiler (07) und dem Spiegel (11) in der Achse (03) des Strahlenganges des Kameramoduls
verschiebbar ist.
12. Kameramodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite optische Baugruppe (14) umfasst, die im Strahlengang zwischen dem Spiegel (11) und dem Bildwandler (12) angeordnet ist.
13. Kameramodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine zweite optische Baugruppe (14) und eine dritte optische Baugruppe (18) umfasst, die im
Strahlengang zwischen dem Strahlteiler (07) und dem
Bildwandler (12) angeordnet sind, wobei der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe (06) und der optischen Schnittstelle (02) veränderbar ist, wobei die erste optische Baugruppe (06) in der Achse (03) eines zwischen der optischen
Schnittstelle (02) und dem Strahlteiler (07) verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges des Kameramoduls
verschiebbar ist, und wobei die zweite optische Baugruppe (14) und die dritte optische Baugruppe (18) in der Achse eines zwischen dem Funktionselement (09) und dem
Bildwandler (12) verlaufenden Abschnittes des
Strahlenganges des Kameramoduls einzeln verschiebbar sind.
14. Kameramodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine zweite optische Baugruppe (14) umfasst, die im Strahlengang zwischen dem Strahlteiler (07) und dem Bildwandler (12) angeordnet ist, wobei der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe (06) und der optischen Schnittstelle (02) veränderbar ist, wobei die erste optische Baugruppe (06) in der Achse eines zwischen der optischen
Schnittstelle (02) und dem Strahlteiler (07) verlaufenden Abschnittes des Strahlenganges des Kameramoduls
verschiebbar ist, und wobei die zweite optische Baugruppe (14) in der Achse eines zwischen dem Funktionselement (09) und dem Bildwandler (12) verlaufenden Abschnittes des
Strahlenganges des Kameramoduls verschiebbar ist.
15. Verfahren zum Betrieb eines Kameramoduls nach einem der
Ansprüche 1 bis 14 an einem Mikroskop, wobei die optische Schnittstelle (02) des Kameramoduls in einen ein nominell Zwischenbild abbildenden Strahlengang des Mikroskops eingebracht ist, und wobei der entlang des Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen dem Funktionselement (09) und der optischen Schnittstelle (02) oder der entlang des
Strahlenganges verlaufende Abstand zwischen der ersten optischen Baugruppe (06) und der optischen Schnittstelle (02) so eingestellt wird, dass ein Bild einer
Austrittspupille des Mikroskops auf das Funktionselement (09) fällt.
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