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DE102007024757A1 - Zoomsystem - Google Patents

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DE102007024757A1
DE102007024757A1 DE102007024757A DE102007024757A DE102007024757A1 DE 102007024757 A1 DE102007024757 A1 DE 102007024757A1 DE 102007024757 A DE102007024757 A DE 102007024757A DE 102007024757 A DE102007024757 A DE 102007024757A DE 102007024757 A1 DE102007024757 A1 DE 102007024757A1
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DE
Germany
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bulkhead
zoom
infinitely
ohara
refractive index
Prior art date
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DE102007024757A
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English (en)
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DE102007024757B4 (de
Inventor
Rolf Wartmann
Michael Brehm
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.)
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss MicroImaging GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss MicroImaging GmbH filed Critical Carl Zeiss MicroImaging GmbH
Priority to DE102007024757.7A priority Critical patent/DE102007024757B4/de
Publication of DE102007024757A1 publication Critical patent/DE102007024757A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007024757B4 publication Critical patent/DE102007024757B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/02—Objectives
    • G02B21/025—Objectives with variable magnification

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zoomsystem zur Anwendung in Mikroskopen, bevorzugt zur Nachvergrößerung von Mikroskopbildern unter Verwendung von beugungsbegrenzten Mikroobjektiven, vorzugsweise mit Pupillendurchmessern von > 10 mm, bestehend aus mindestens vier optischen Baugruppen (G1, G2, G3, G4, G5, G6), von denen zur Veränderung der Vergrößerung des Zoomsystems mindestens eine Baugruppe axial beweglich angeordnet ist, während die anderen Baugruppen ortsfest positioniert sind oder mindestens eine weitere bewegliche optische Baugruppe vorgesehen ist, um die Schnittweite konstant zu halten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zoomsystem zur Anwendung in Mikroskopen, bevorzugt zur Nachvergrößerung von Mikroskopbildern unter Verwendung von beugungsbegrenzten Mikroobjektiven, vorzugsweise mit Pupillendurchmessern von > 10 mm, bestehend aus mindestens vier optischen Baugruppen, von denen zur Veränderung der Vergrößerung des Zoomsystems mindestens eine Baugruppe axial beweglich angeordnet ist während die anderen Baugruppen ortsfest positioniert sind oder mindestens eine weitere bewegliche optische Baugruppe vorgesehen ist, um die Schnittweite konstant zu halten.
  • Konventionelle Objektive mit einer hohen Vergrößerung weisen auch hohe numerische Aperturen auf, wie beispielsweise ein in US 5659425 beschriebenes Objektiv mit einer 100-fachen Vergrößerung. Objektive mit kleineren Vergrößerungen und folglich größeren Objektfeldern haben in der Regel kleinere numerische Aperturen. Der Grund hierfür hängt mit der Dominanz der visuellen Beobachtung zusammen. Da das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges begrenzt ist, macht es wenig Sinn, Objektive kleinerer und mittlerer Vergrößerungen mit hohen Aperturen auszustatten. Der Auflösungsgewinn durch eine hohe Apertur kann vom Auge nicht mehr wahrgenommen werden. Es ist technisch auch wesentlich einfacher, ein Objektiv hoher Vergrößerung mit einer hohen Apertur auszustatten, als eins mit einer kleinen Vergrößerung.
  • Der Trend geht dahin, dass eine visuelle Beobachtung in vielen Anwendungen an Bedeutung verliert und andere Kanäle der Bildaufzeichnung immer mehr an Bedeutung gewinnen. In diesen Kanälen kann man durch eine zusätzliche Nachvergrößerung das Auflösungsvermögen der Objektive voll ausschöpfen. Dabei ist es sinnvoll, mit Objektiven zu arbeiten, die eine hohe Apertur und eine kleine Vergrößerung miteinander verbinden. Die Nachvergrößerung erfolgt dabei üblicherweise über Adapter. Es sind Videoadapter bekannt, die aber nur geringe Zoomfaktoren besitzen. Da die Adapter positive Vergrößerungen aufweisen und virtuelle Zwischenbilder abbilden, kommt es oft zur Vignettierung und zu Reflexbildern. Dabei ist die bildseitige numerische Apertur selten konstant, so dass die Nyquistfrequenz einer Kamera nur selten getroffen werden kann. Beim Einsatz an einem Mikroskop müssten erhebliche Aufbauten vorgenommen werden, die viel Platz beanspruchen und nur geringe Stabilitäten besitzen.
  • Bekannt sind ferner sogenannte "Video-Zoom-Systeme", die aber nur kleine Zoomfaktoren (bis maximal 5×) haben. Obwohl die Bildfehler minimal sind dienen sie lediglich zur Anpassung des Bildfeldes an die Größe eines Kamera-Chips oder einer Video-Kamera.
  • Ausgehend von den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zoomsystem zur Anwendung in Mikroskopen zur Verfügung zu stellen, mit welchem bei einer relativ einfachen Anordnung unter nahezu vollständiger Vermeidung von Reflexbildern ein größerer Zoomfaktor erreicht wird und dabei die bildseitige Apertur bei hinreichend großer numerischer Apertur des Objektivs nahezu konstant ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Zoomsystem der eingangs beschriebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei durch einen telezentrischen oder leicht divergenten Hauptstrahlverlauf bezüglich eines hochreflektiven Kamerachips Reflexe nahezu vollständig vermieden werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 17 angegeben.
  • Die einzelnen optischen Baugruppen befinden sich direkt im Mikroskopgehäuse, so dass kein zusätzlicher, meist instabiler und störender Aufbau erforderlich ist. Zweckmäßigerweise wird dabei der Bauraum hinter dem Binokulareinblick genutzt.
  • Ferner besitzen die Brechkräfte von mindestens drei optischen Baugruppen in Abbildungsrichtung alternierende Vorzeichen, positiv oder negativ beginnend. Hierdurch ist überhaupt nur die große Brennweitenänderung des optischen Systems möglich, die den großen Zoombereich erlaubt.
  • Zum Zwecke der Pupillenlagenanpassung zwischen dem Zoomsystem und dem Mikroobjektiv ist die erste optische Baugruppe als Feldlinse oder Feldlinsengruppe modifiziert und besitzt eine positive Brennweite. Liegen die Pupillen optischer Systeme nicht angepasst zueinander bzw. idealerweise am selben Ort treten zum Feldrand Vignette oder gar Feldbeschnitt ein. Da Mikroobjektive üblicherweise sehr kurze Brennweiten besitzen liegt die Pupille bezüglich des Zwischenbildes im Negativen. Durch die Feldlinse oder Feldlinsengruppe wird die Pupille ins Positive, das heißt in das Zoomsystem hineinverlagert.
  • Es wird eine moderate Schwankung der Eintrittspupillenlage in den verschiedenen Zoomstellungen und damit eine konstante Feldhomogenität (kein Feldbeschnitt) erreicht.
  • Darüber hinaus besitzt wenigstens eine Zoomstellung eine wirksame Begrenzung im Zoomsystem, wobei ein Zoomfaktor von wenigstens 6,5 erreichbar ist.
  • Die wirksame Begrenzung im Zoomsystem bei mindestens einer Zoomstellung ist nötig, weil sonst die bildseitige Apertur nicht näherungsweise konstant gehalten werden kann und damit die Auflösung des optischen Systems nicht in jeder Zoomstellung an die Kameraauflösung angepasst ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zoomsystems ist durch einen gestreckten Strahlengang gekennzeichnet, wobei alle optischen Baugruppen auf der gleichen optischen Achse liegen.
  • In Abhängigkeit vom verfügbaren Bauraum im Mikroskopgehäuse kann es sich als sinnvoll erweisen, einen gefalteten Strahlengang zu verwenden, wobei die Strahlen 2 mal um 90 Grad umgelenkt werden. Die Umlenkung kann dabei mit an sich bekannten Mitteln, wie beispielsweise mit Spiegelelementen oder Prismen vorgenommen werden.
  • Denkbar ist auch, dass das Zoomsystem in den Tubus des Mikroskops integriert ist und beispielsweise nur auf einen vorgesehenen Kameraausgang wirkt. Die bildseitige Apertur wäre dabei auf die Pixelgröße der verwendeten Kamera abzustimmen und ist bedingt durch die erfindungsgemäße Modifizierung des Zoomsystems nahezu konstant.
  • Das erfindungsgemäße Zoomsystem wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1: Linsenschnittdarstellungen des Zoomsystems mit gestrecktem Strahlengang in einer ersten und in einer zweiten Zoomstellung und
  • 2: Linsenschnittdarstellungen des Zoomsystems mit gefaltetem Strahlengang in einer ersten und einer zweiten Zoomstellung.
  • 1 das erfindungsgemäße Zoomsystem mit vier auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordneten optischen Baugruppen G1, G2, G3 und G4 in zwei verschiedenen Zoomstellungen Z1 und Z2, wobei die erste optische Baugruppe G1 als Feldlinsengruppe modifiziert ist und zur Änderung der Zoomstellungen von Z1 in Z2 die Baugruppen G2 und G4 axial beweglich sind.
  • Für die Zoomstellung Z1 mit der Zwischenbildebene ZBE gelten dabei folgende Systemdaten:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 1 unendlich Ohara
    4.50000 STIM8 1.599106 38,97
    2 74.99020
    21.00000 1.000000
    3 76.07810 53,61
    5.00000 Schott 1.716160
    NLAK8
    4 unendlich 1.000000
    243.99000
    G2 5 59.80800 Schott
    3.80000 NBAK2 1.542117 59,44
    6 –18.24600
    1.70000 Schott 1.694134 31.06
    7 –37.72500 NSF8
    3.07100 1.000000
    G3 8 –39.02800 Schott
    1.50000 NBALF4 1.582122 53,95
    9 13.14600
    2.50000 Schott 1.768589 26.32
    10 24.02600 NSF14
    52.95500 1.000000
    G4 11 123.94400 ohara
    2.00000 stim22 1.652221 33.53
    12 25.25600
    2.50000 Schott 1.609937 56.37
    13 –56.02000 NSK2
    197.59600 1.000000
  • Unter folgenden Systemdaten verändert sich die Zoomstellung Z1 in die Zoomstellung Z2:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 1 unendlich Ohara
    4.50000 STIM8 1.599106 38,97
    2 74.99020
    21.00000 1.000000
    3 76.07810 53,61
    5.00000 Schott 1.716160
    NLAK8
    4 unendlich 1.000000
    224.11650
    G2 5 59.80800 Schott
    3.80000 NBAK2 1.542117 59,44
    6 –18.24600
    1.70000 Schott 1.694134 31.06
    7 –37.72500 NSF8
    55.64450 1.000000
    G3 8 –39.02800 Schott
    1.50000 NBALF4 1.582122 53,95
    9 13.14600
    2.50000 Schott 1.768589 26.32
    10 24.02600 NSF14
    3.04410 1.000000
    G4 11 123.94400 Ohara
    2.00000 stim22 1.652221 33.53
    12 25.25600
    2.50000 Schott 1.609937 56.37
    13 –56.02000 NSK2
    247.50690 1.000000
  • In der Zoomstellung Z1 beträgt der Abbildungsmaßstab –0.5, das heißt das Bild wird halb so klein. In der Zoomstellung Z2 ist der Abbildungsmaßstab –4.0, so dass sich insgesamt ein Zoomfaktor von 8 fach ergibt.
  • 2 zeigt das erfindungsgemäße Zoomsystem mit einem gefalteten Strahlengang mit ebenfalls vier optischen Baugruppen G1, G2, G3, und G4 in zwei verschiedenen Zoomstellungen Z1 und Z2. Dabei wird der von der Feldlinsengruppe G1 ausgehende Strahlengang über die als Spiegel S1, S2 und S3 ausgebildeten Umlenkelemente gefaltet. Die Änderung der Zoomstellungen von Z1 in Z2 wird über die ebenfalls axial beweglichen Baugruppen G2 und G4 realisiert.
  • Für die Zoomstellung Z1 mit der Zwischenbildebene ZBE gelten dabei folgende Systemdaten:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 1 unendlich Ohara
    4.50000 STIM8 1.599106 38,97
    2 74.99020
    21.00000 1.000000
    3 76.07810 53,61
    5.00000 Schott 1.716160
    NLAK8
    4 unendlich 1.000000
    24.00000
    Spiegel S1 unendlich 51.00000 1.000000
    Spiegel S2 unendlich 43.08470 1.000000
    Zwischenbild ZWB unendlich 32.70000 1.000000
    Spiegel S3 unendlich 125.14300 1.000000
    G2 5 59.80800 Schott
    3.80000 NBAK2 1.542117 59,44
    6 –18.24600
    1.70000 Schott 1.694134 31.06
    7 –37.72500 NSF8
    3.07100 1.000000
    G3 8 –39.02800 Schott
    1.50000 NBALF4 1.582122 53,95
    9 13.14600
    2.50000 Schott 1.768589 26.32
    10 24.02600 NSF14
    52.95500 1.000000
    G4 11 123.94400 Ohara
    2.00000 stim22 1.652221 33.53
    12 25.25600
    2.50000 Schott 1.609937 56.37
    13 –56.02000 NSK2
    197.59600 1.000000
  • Unter folgenden Systemdaten verändert sich die Zoomstellung Z1 in die Zoomstellung Z2:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 1 unendlich Ohara
    4.50000 STIM8 1.599106 38,97
    2 74.99020
    21.00000 1.000000
    3 76.07810 53,61
    5.00000 Schott 1.716160
    NLAK8
    4 unendlich 1.000000
    24.00000
    Spiegel S1 unendlich 51.00000 1.000000
    Spiegel S2 unendlich 43.08470 1.000000
    Zwischenbild ZWB unendlich 32.70000 1.000000
    Spiegel S3 unendlich 72.56950 1.000000
    G2 5 59.80800 Schott
    3.80000 NBAK2 1.542117 59,44
    6 –18.24600
    1.70000 Schott 1.694134 31.06
    7 –37.72500 NSF8
    55.64450 1.000000
    G3 8 –39.02800 Schott
    1.50000 NBALF4 1.582122 53,95
    9 13.14600
    2.50000 Schott 1.768589 26.32
    10 24.02600 NSF14
    3.04410 1.000000
    G4 11 123.94400 Ohara
    2.00000 stim22 1.652221 33.53
    12 25.25600
    2.50000 Schott 1.609937 56.37
    13 –56.02000 NSK2
    247.50690 1.000000
  • Hier gelten für den Zoombereich und die erreichten Abbildungsmaßstäbe die gleichen Angaben wie im Ausführungsbeispiel nach 1.
  • In einen nachfolgenden Ausführungsbeispiel mit sechs optischen Baugruppen G1, G2, G3, G4, G5, und G6 ist das erfindungsgemäße Zoomsystem durch folgende Systemdaten charakterisiert:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 20.00 1.00000
    1 Plan
    6.00 Schott 1.51872 63.96
    2 –60.781 NBK7
    3.00 Schott 1.62408 36.11
    3 –62.533 F2
    65.00 1.00000
    G2 4 47.744
    4.50 Schott 1.53019 76.58
    5 –15.644 NPK51
    2.30 Schott 1.58482 40.57
    6 –47.035 LF5
    6.24 1.00000
    G3 7 –35.228
    1.40 Schott 1.74791 44.57
    8 9.173 NLAF2
    2.50 Schott 1.81266 25.16
    9 25.121 NSF6
    59.95 1.00000
    G4 10 30.068
    1.50 Schott 1.81266 25.16
    11 15.070 NSF6
    1.80 Schott 1.48914 70.23
    12 18.969 NFK5
    2.90 Schott 1.71616 53.61
    13 –44.990 NLAK8
    7.49 1.00000
    G5 14 –47.657
    1.30 Schott 1.62068 49.54
    15 7.944 NSSK8
    2.90 Schott 1.62408 36.11
    16 41.869 F2
    27.07 1.00000
    G6 17 111.793
    5.50 Schott 1.57487 57.27
    18 –24.951 NBAK1
    2.40 Schott 1.60897 43.43
    19 –121.697 NBAF4
    112.90
  • Unter folgenden Systemdaten verändert sich die Zoomstellung Z1 in die Zoomstellung Z2:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 20.00 1.00000
    1 Plan
    6.00 Schott 1.51872 63.96
    2 –60.781 NBK7
    3.00 Schott 1.62408 36.11
    3 –62.533 F2
    65.00 1.00000
    G2 4 47.744
    4.50 Schott 1.53019 76.58
    5 –15.644 NPK51
    2.30 Schott 1.58482 40.57
    6 –47.035 LF5
    55.56 1.00000
    G3 7 –35.228
    1.40 Schott 1.74791 44.57
    8 9.173 NLAF2
    2.50 Schott 1.81266 25.16
    9 25.121 NSF6
    10.63 1.00000
    G4 10 30.068
    1.50 Schott 1.81266 25.16
    11 15.070 NSF6
    1.80 Schott 1.48914 70.23
    12 18.969 NFK5
    2.90 Schott 1.71616 53.61
    13 –44.990 NLAK8
    28.99 1.00000
    G5 14 –47.657
    1.30 Schott 1.62068 49.54
    15 7.944 NSSK8
    2.90 Schott 1.62408 36.11
    16 41.869 F2
    5.57 1.00000
    G6 17 111.793
    5.50 Schott 1.57487 57.27
    18 –24.951 NBAK1
    2.40 Schott 1.60897 43.43
    19 –121.697 NBAF4
    112.90
  • In der Zoomstellung Z1 beträgt der Abbildungsfaktor –0.63, das heißt das Bild wird verkleinert. In der Zoomstellung Z2 beträgt der Abbildungsmaßstab –5.12, so dass sich insgesamt ein Zoomfaktor von 8.1 fach ergibt.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt das erfindungsgemäße Zoomsystem bei Verwendung von ebenfalls sechs optischen Baugruppen G1, G2, G3, G4, G5 und G6 mit folgenden Systemdaten:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 –34.91 1.00000
    1 107.880
    8.00 Schott 1.48914 70.23
    2 Plan FK5
    88.16 1.00000
    G2 3 24.224
    8.00 Schott 1.51872 63.96
    4 –16.107 NBK7
    2.00 Ohara 1.65803 39.4
    5 –112.829 SNBH5
    1.15 1.00000
    G3 6 –41.869
    2.90 Schott 1.62408 36.11
    7 –7.944 F2
    1.30 Schott 1.62068 49.54
    8 47.657 NSSK8
    27.91 1.00000
    G4 9 44.990
    2.90 Schott 1.71616 53.61
    10 –18.969 NLAK8
    1.80 Schott 1.48914 70.23
    11 –15.070 NFK5
    1.50 Schott 1.81266 25.16
    12 –30.068 NSF6
    15.60 1.00000
    G5 13 –25.121
    2.50 Schott 1.81266 25.16
    14 –9.173 NSF6
    1.40 Schott 1.74791 44.57
    15 35.228 NLAF2
    64.24 1.00000
    G6 16 51.137
    2.30 Schott 1.58482 40.57
    17 18.652 LF5
    6.00 Schott 1.53019 76.58
    18 –60.153 NPK51
    113.40
  • Mit den folgenden Systemdaten verändert sich die Zoomstellung Z1 in die Zoomstellung Z2:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 –34.91 1.00000
    1 107.880
    8.00 Schott 1.48914 70.23
    2 Plan FK5
    88.16 1.00000
    G2 3 24.224
    8.00 Schott 1.51872 63.96
    4 –16.107 NBK7
    2.00 Ohara 1.65803 39.4
    5 –112.829 SNBH5
    26.09 1.00000
    G3 6 –41.869
    2.90 Schott 1.62408 36.11
    7 –7.944 F2
    1.30 Schott 1.62068 49.54
    8 47.657 NSSK8
    2.97 1.00000
    G4 9 44.990
    2.90 Schott 1.71616 53.61
    10 –18.969 NLAK8
    1.80 Schott 1.48914 70.23
    11 –15.070 NFK5
    1.50 Schott 1.81266 25.16
    12 –30.068 NSF6
    59.14 1.00000
    G5 13 –25.121
    2.50 Schott 1.81266 25.16
    14 –9.173 NSF6
    1.40 Schott 1.74791 44.57
    15 35.228 NLAF2
    20.70 1.00000
    G6 16 51.137
    2.30 Schott 1.58482 40.57
    17 18.652 LF5
    6.00 Schott 1.53019 76.58
    18 –60.153 NPK51
    113.40
  • In der Zoomstellung Z1 beträgt der Abbildungsfaktor –0.6, d. h. das Bild wird verkleinert. In der Zoomstellung Z2 beträgt der Abbildungsmaßstab –4.12, so dass sich insgesamt ein Zoomfaktor von 6.9 fach ergibt.
  • Eine weitere Variante eines des erfindungsgemäßen Zoomsystems unter Verwendung von vier optischen Baugruppen G1, G2, G3 und G4 ist in durch folgende Systemdaten charakterisiert:
    Baugruppe Fläche Radiusr Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 36.39 1.000000
    1 unendlich
    5.00 Schott 1.48914 70.23
    2 –161.845 NFK5
    187.6 1.000000
    G2 3 59.80800 Schott
    3.80000 NBAK2 1.542117 59,44
    4 –18.24600
    1.70000 Schott 1.694134 31.06
    5 –37.72500 NSF8
    3.3 1.000000
    G3 6 –39.02800 Schott
    1.50000 NBALF4 1.582122 53,95
    7 13.14600
    2.50000 Schott 1.768589 26.32
    8 24.02600 NSF14
    52.8 1.000000
    G4 9 123.94400 ohara
    2.00000 stim22 1.652221 33.53
    10 25.25600
    2.50000 Schott 1.609937 56.37
    11 –56.02000 NSK2
    197.8 1.000000
  • Mit den folgenden Systemdaten verändert sich die Zoomstellung Z1 in die Zoomstellung Z2:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 36.39 1.000000
    1 unendlich
    5.00 Schott 1.48914 70.23
    2 –161.845 NFK5
    139.6 1.000000
    G2 3 59.80800 Schott
    3.80000 NBAK2 1.542117 59,44
    4 –18.24600
    1.70000 Schott 1.694134 31.06
    5 –37.72500 NSF8
    51.3 1.000000
    G3 6 –39.02800 Schott
    1.50000 NBALF4 1.582122 53,95
    7 13.14600
    2.50000 Schott 1.768589 26.32
    8 24.02600 NSF14
    6.0 1.000000
    G4 9 123.94400 ohara
    2.00000 stim22 1.652221 33.53
    10 25.25600
    2.50000 Schott 1.609937 56.37
    11 –56.02000 NSK2
    244.6 1.000000
  • In der Zoomstellung Z1 beträgt der Abbildungsfaktor –0.6, das heißt das Bild wird verkleinert. In der Zoomstellung Z2 beträgt der Abbildungsmaßstab –4.02, so dass sich insgesamt ein Zoomfaktor von 6.7 fach ergibt.
  • Eine letzte Variante der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zoomsystems mit fünf optischen Baugruppen G1, G2, G3, G4 und G5 ist in der nachfolgenden Tabelle beschrieben:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 15.68 1.000000
    1 44.171
    5.000 Schott 1.48914 70.23
    2 Plan NFK5
    75.32 1.000000
    G2 3 –12.428
    3.00 Schott 1.62286 60.08
    4 52.654 NSK16
    5.88 1.000000
    G3 6 –47.427
    3.00 Schott 1.72308 29.39
    7 31.835 NSF1
    8.00 Ohara 1.75844 52.1
    8 –20.625 SYGH51
    0.10 1.000000
    9 17.083
    3.00 Schott 1.74791 44.57
    10 10.641 NLAF2
    10.00 Ohara 1.49845 81.0
    11 –78.586 SFPL51
    10.00
    G4 12 59.437
    5.00 Schott 1.62286 60.08
    13 11.871 NSK16
    36.00 1.000000
    G5 14 Plan
    5.00 Schott 1.48914 70.23
    15 –26.802 NFK5
    86.40 1.000000
  • Mit den folgenden Systemdaten verändert sich die Zoomstellung Z1 in die Zoomstellung Z2:
    Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl
    G1 15.68 1.000000
    1 44.171
    5.000 Schott 1.48914 70.23
    2 Plan NFK5
    20.00 1.000000
    G2 3 –12.428
    3.00 Schott 1.62286 60.08
    4 52.654 NSK16
    6.56 1.000000
    G3 6 –47.427
    3.00 Schott 1.72308 29.39
    7 31.835 NSF1
    8.00 Ohara 1.75844 52.1
    8 –20.625 SYGH51
    0.10 1.000000
    9 17.083
    3.00 Schott 1.74791 44.57
    10 10.641 NLAF2
    10.00 Ohara 1.49845 81.0
    11 –78.586 SFPL51
    64.64
    G4 12 59.437
    5.00 Schott 1.62286 60.08
    13 11.871 NSK16
    36.00 1.000000
    G5 14 Plan
    5.00 Schott 1.48914 70.23
    15 –26.802 NFK5
    86.40 1.000000
  • In der Zoomstellung Z1 beträgt der Abbildungsfaktor –0.63, d. h. das Bild wird verkleinert. In der Zoomstellung Z2 beträgt der Abbildungsmaßstab –5.04, so dass sich insgesamt ein Zoomfaktor von 8 fach ergibt.
    • 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
    Fläche
    G1, G2, G3, G4, G5, G6
    optische Baugruppe
    ZBE
    Zwischenbildebene
    Z1, Z2
    Zoomstellung
    S1, S2, S3,
    Spiegel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5659425 [0002]

Claims (17)

  1. Zoomsystem zur Anwendung in Mikroskopen, bevorzugt zur Nachvergrößerung von Mikroskopbildern unter Verwendung von beugungsbegrenzten Mikroobjektiven, vorzugsweise mit Pupillendurchmessern von > 10 mm, bestehend aus mindestens vier optischen Baugruppen (G1, G2, G3, G4, G5, G6), von denen zur Veränderung der Vergrößerung des Zoomsystems mindestens eine Baugruppe axial beweglich angeordnet ist während die anderen Baugruppen ortsfest positioniert sind oder mindestens eine weitere bewegliche optische Baugruppe vorgesehen ist, um die Schnittweite konstant zu halten, gekennzeichnet dadurch, dass – die optischen Baugruppen (G1, G2, G3, G4, G5, G6) im Mikroskopgehäuse angeordnet sind, – die Brechkräfte von mindestens drei hintereinander angeordneten optischen Baugruppen (G1, G2, G3, oder G2, G3, G4 oder G3, G4, G5 oder G4, G5, G6) in Abbildungsrichtung alternierende Vorzeichen, positiv oder negativ beginnend, besitzen, – zum Zwecke der Pupillenlagenanpassung zwischen dem Zoomsystem und dem Mikroobjektiv die erste optische Baugruppe (G1) als Feldlinse oder Feldlinsengruppe ausgebildet ist und – wenigstens in einer Zoomstellung (Z1, Z2) die wirksame Begrenzung im Zoomsystem liegt.
  2. Zoomsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Baugruppe (G1) eine positive Brennweite aufweist.
  3. Zoomsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bildseitig in Lichtrichtung ein telezentrischer oder leicht divergenter Hauptstrahlverlauf bezüglich der Bildfläche vorliegt.
  4. Zoomsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bildseitige Apertur auf die Pixelgröße einer verwendeten Kamera abgestimmt ist.
  5. Zoomsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Minimierung des Bauraumes der Strahlengang über Umlenkelemente in Winkeln < 90 Grad mindestens zweimal gefaltet ist.
  6. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen gestreckten Strahlengang, wobei alle optischen Baugruppen (G1, G2, G3, G4) auf der gleichen optischen Achse liegen mit folgenden Systemdaten in einer ersten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 1 unendlich Ohara 4.50000 STIM8 1.599106 38,97 2 74.99020 21.00000 1.000000 3 76.07810 53,61 5.00000 Schott 1.716160 NLAK8 4 unendlich 1.000000 243.99000 G2 5 59.80800 Schott 3.80000 NBAK2 1.542117 59,44 6 –18.24600 1.70000 Schott 1.694134 31.06 7 –37.72500 NSF8 3.07100 1.000000 G3 8 –39.02800 Schott 1.50000 NBALF4 1.582122 53,95 9 13.14600 2.50000 Schott 1.768589 26.32 10 24.02600 NSF14 52.95500 1.000000 G4 11 123.94400 ohara 2.00000 stim22 1.652221 33.53 12 25.25600 2.50000 Schott 1.609937 56.37 13 –56.02000 NSK2 197.59600 1.000000
  7. Zoomsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen gestreckten Strahlengang, wobei alle optischen Baugruppen (G1, G2, G3, G4) auf der gleichen optischen Achse liegen mit folgenden Systemdaten in einer zweiten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 1 unendlich Ohara 4.50000 STIM8 1.599106 38,97 2 74.99020 21.00000 1.000000 3 76.07810 53,61 5.00000 Schott 1.716160 NLAK8 4 unendlich 1.000000 224.11650 G2 5 59.80800 Schott 3.80000 NBAK2 1.542117 59,44 6 –18.24600 1.70000 Schott 1.694134 31.06 7 –37.72500 NSF8 55.64450 1.000000 G3 8 –39.02800 Schott 1.50000 NBALF4 1.582122 53,95 9 13.14600 2.50000 Schott 1.768589 26.32 10 24.02600 NSF14 3.04410 1.000000 G4 11 123.94400 Ohara 2.00000 stim22 1.652221 33.53 12 25.25600 2.50000 Schott 1.609937 56.37 13 –56.02000 NSK2 247.50690 1.000000
  8. Zoomsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen gefalteten (umgelenkten) Strahlengang durch die optischen Baugruppen (G1, G2, G3, G4) in einer ersten Zoomstellung mit folgenden Systemdaten: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 1 unendlich Ohara 4.50000 STIM8 1.599106 38,97 2 74.99020 21.00000 1.000000 3 76.07810 53,61 5.00000 Schott 1.716160 NLAK8 4 unendlich 1.000000 24.00000 Spiegel S1 unendlich 51.00000 1.000000 Spiegel S2 unendlich 43.08470 1.000000 Zwischenbild ZWB unendlich 32.70000 1.000000 Spiegel S3 unendlich 125.14300 1.000000 G2 5 59.80800 Schott 3.80000 NBAK2 1.542117 59,44 6 –18.24600 1.70000 Schott 1.694134 31.06 7 –37.72500 NSF8 3.07100 1.000000 G3 8 –39.02800 Schott 1.50000 NBALF4 1.582122 53,95 9 13.14600 2.50000 Schott 1.768589 26.32 10 24.02600 NSF14 52.95500 1.000000 G4 11 123.94400 Ohara 2.00000 stim22 1.652221 33.53 12 25.25600 2.50000 Schott 1.609937 56.37 13 –56.02000 NSK2 197.59600 1.000000
  9. Zoomsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen gefalteten (umgelenkten) Strahlengang durch die optischen Baugruppen (G1, G2, G3, G4) in einer zweiten Zoomstellung mit folgenden Systemdaten: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 1 unendlich Ohara 4.50000 STIM8 1.599106 38,97 2 74.99020 21.00000 1.000000 3 76.07810 53,61 5.00000 Schott 1.716160 NLAK8 4 unendlich 1.000000 24.00000 Spiegel S1 unendlich 51.00000 1.000000 Spiegel S2 unendlich 43.08470 1.000000 Zwischenbild ZWB unendlich 32.70000 1.000000 Spiegel S3 unendlich 72.56950 1.000000 G2 5 59.80800 Schott 3.80000 NBAK2 1.542117 59,44 6 –18.24600 1.70000 Schott 1.694134 31.06 7 –37.72500 NSF8 55.64450 1.000000 G3 8 –39.02800 Schott 1.50000 NBALF4 1.582122 53,95 9 13.14600 2.50000 Schott 1.768589 26.32 10 24.02600 NSF14 3.04410 1.000000 G4 11 123.94400 Ohara 2.00000 stim22 1.652221 33.53 12 25.25600 2.50000 Schott 1.609937 56.37 13 –56.02000 NSK2 247.50690 1.000000
  10. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Systemdaten in einer ersten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 20.00 1.00000 1 Plan 6.00 Schott 1.51872 63.96 2 –60.781 NBK7 3.00 Schott 1.62408 36.11 3 –62.533 F2 65.00 1.00000 G2 4 47.744 4.50 Schott 1.53019 76.58 5 –15.644 NPK51 2.30 Schott 1.58482 40.57 6 –47.035 LF5 6.24 1.00000 G3 7 –35.228 1.40 Schott 1.74791 44.57 8 9.173 NLAF2 2.50 Schott 1.81266 25.16 9 25.121 NSF6 59.95 1.00000 G4 10 30.068 1.50 Schott 1.81266 25.16 11 15.070 NSF6 1.80 Schott 1.48914 70.23 12 18.969 NFK5 2.90 Schott 1.71616 53.61 13 –44.990 NLAK8 7.49 1.00000 G5 14 –47.657 1.30 Schott 1.62068 49.54 15 7.944 NSSK8 2.90 Schott 1.62408 36.11 16 41.869 F2 27.07 1.00000 G6 17 111.793 5.50 Schott 1.57487 57.27 18 –24.951 NBAK1 2.40 Schott 1.60897 43.43 19 –121.697 NBAF4 112.90
  11. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Systemdaten in einer zweiten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 20.00 1.00000 1 Plan 6.00 Schott 1.51872 63.96 2 –60.781 NBK7 3.00 Schott 1.62408 36.11 3 –62.533 F2 65.00 1.00000 G2 4 47.744 4.50 Schott 1.53019 76.58 5 –15.644 NPK51 2.30 Schott 1.58482 40.57 6 –47.035 LF5 55.56 1.00000 G3 7 –35.228 1.40 Schott 1.74791 44.57 8 9.173 NLAF2 2.50 Schott 1.81266 25.16 9 25.121 NSF6 10.63 1.00000 G4 10 30.068 1.50 Schott 1.81266 25.16 11 15.070 NSF6 1.80 Schott 1.48914 70.23 12 18.969 NFK5 2.90 Schott 1.71616 53.61 13 –44.990 NLAK8 28.99 1.00000 G5 14 –47.657 1.30 Schott 1.62068 49.54 15 7.944 NSSK8 2.90 Schott 1.62408 36.11 16 41.869 F2 5.57 1.00000 G6 17 111.793 5.50 Schott 1.57487 57.27 18 –24.951 NBAK1 2.40 Schott 1.60897 43.43 19 –121.697 NBAF4 112.90
  12. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet folgende Systemdaten in einer ersten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 –34.91 1.00000 1 107.880 8.00 Schott 1.48914 70.23 2 Plan FK5 88.16 1.00000 G2 3 24.224 8.00 Schott 1.51872 63.96 4 –16.107 NBK7 2.00 Ohara 1.65803 39.4 5 –112.829 SNBH5 1.15 1.00000 G3 6 –41.869 2.90 Schott 1.62408 36.11 7 –7.944 F2 1.30 Schott 1.62068 49.54 8 47.657 NSSK8 27.91 1.00000 G4 9 44.990 2.90 Schott 1.71616 53.61 10 –18.969 NLAK8 1.80 Schott 1.48914 70.23 11 –15.070 NFK5 1.50 Schott 1.81266 25.16 12 –30.068 NSF6 15.60 1.00000 G5 13 –25.121 2.50 Schott 1.81266 25.16 14 –9.173 NSF6 1.40 Schott 1.74791 44.57 15 35.228 NLAF2 64.24 1.00000 G6 16 51.137 2.30 Schott 1.58482 40.57 17 18.652 LF5 6.00 Schott 1.53019 76.58 18 –60.153 NPK51 113.40
  13. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Systemdaten in einer zweiten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 –34.91 1.00000 1 107.880 8.00 Schott 1.48914 70.23 2 Plan FK5 88.16 1.00000 G2 3 24.224 8.00 Schott 1.51872 63.96 4 –16.107 NBK7 2.00 Ohara 1.65803 39.4 5 –112.829 SNBH5 26.09 1.00000 G3 6 –41.869 2.90 Schott 1.62408 36.11 7 –7.944 F2 1.30 Schott 1.62068 49.54 8 47.657 NSSK8 2.97 1.00000 G4 9 44.990 2.90 Schott 1.71616 53.61 10 –18.969 NLAK8 1.80 Schott 1.48914 70.23 11 –15.070 NFK5 1.50 Schott 1.81266 25.16 12 –30.068 NSF6 59.14 1.00000 G5 13 –25.121 2.50 Schott 1.81266 25.16 14 –9.173 NSF6 1.40 Schott 1.74791 44.57 15 35.228 NLAF2 20.70 1.00000 G6 16 51.137 2.30 Schott 1.58482 40.57 17 18.652 LF5 6.00 Schott 1.53019 76.58 18 –60.153 NPK51 113.40
  14. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Systemdaten in einer ersten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radiusr Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 36.39 1.000000 1 unendlich 5.00 Schott 1.48914 70.23 2 –161.845 NFK5 187.6 1.000000 G2 3 59.80800 Schott 3.80000 NBAK2 1.542117 59,44 4 –18.24600 1.70000 Schott 1.694134 31.06 5 –37.72500 NSF8 3.3 1.000000 G3 6 –39.02800 Schott 1.50000 NBALF4 1.582122 53,95 7 13.14600 2.50000 Schott 1.768589 26.32 8 24.02600 NSF14 52.8 1.000000 G4 9 123.94400 ohara 2.00000 stim22 1.652221 33.53 10 25.25600 2.50000 Schott 1.609937 56.37 11 –56.02000 NSK2 197.8 1.000000
  15. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Systemdaten in einer zweiten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 36.39 1.000000 1 unendlich 5.00 Schott 1.48914 70.23 2 –161.845 NFK5 139.6 1.000000 G2 3 59.80800 Schott 3.80000 NBAK2 1.542117 59,44 4 –18.24600 1.70000 Schott 1.694134 31.06 5 –37.72500 NSF8 51.3 1.000000 G3 6 –39.02800 Schott 1.50000 NBALF4 1.582122 53,95 7 13.14600 2.50000 Schott 1.768589 26.32 8 24.02600 NSF14 6.0 1.000000 G4 9 123.94400 ohara 2.00000 stim22 1.652221 33.53 10 25.25600 2.50000 Schott 1.609937 56.37 11 –56.02000 NSK2 244.6 1.000000
  16. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Systemdaten in einer ersten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 15.68 1.000000 1 44.171 5.000 Schott 1.48914 70.23 2 Plan NFK5 75.32 1.000000 G2 3 –12.428 3.00 Schott 1.62286 60.08 4 52.654 NSK16 5.88 1.000000 G3 6 –47.427 3.00 Schott 1.72308 29.39 7 31.835 NSF1 8.00 Ohara 1.75844 52.1 8 –20.625 SYGH51 0.10 1.000000 9 17.083 3.00 Schott 1.74791 44.57 10 10.641 NLAF2 10.00 Ohara 1.49845 81.0 11 –78.586 SFPL51 10.00 G4 12 59.437 5.00 Schott 1.62286 60.08 13 11.871 NSK16 36.00 1.000000 G5 14 Plan 5.00 Schott 1.48914 70.23 15 –26.802 NFK5 86.40 1.000000
  17. Zoomsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Systemdaten in einer zweiten Zoomstellung: Baugruppe Fläche Radius r Distanz Medium Brechzahl Abbesche Zahl G1 15.68 1.000000 1 44.171 5.000 Schott 1.48914 70.23 2 Plan NFK5 20.00 1.000000 G2 3 –12.428 3.00 Schott 1.62286 60.08 4 52.654 NSK16 6.56 1.000000 G3 6 –47.427 3.00 Schott 1.72308 29.39 7 31.835 NSF1 8.00 Ohara 1.75844 52.1 8 –20.625 SYGH51 0.10 1.000000 9 17.083 3.00 Schott 1.74791 44.57 10 10.641 NLAF2 10.00 Ohara 1.49845 81.0 11 –78.586 SFPL51 64.64 G4 12 59.437 5.00 Schott 1.62286 60.08 13 11.871 NSK16 36.00 1.000000 G5 14 Plan 5.00 Schott 1.48914 70.23 15 –26.802 NFK5 86.40 1.000000
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