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变焦显微镜

阅读：364发布：2020-05-12

IPRDB可以提供变焦显微镜专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种模块化变焦显微镜，其具有：可替换物镜(03、13)；变焦组件(04)，其具有在观察光路中后置于物镜(03、13)的至少两个可移动透镜组；镜筒组件(08)，其后置于变焦组件(04)；以及成像单元，其具有后置于镜筒组件(08)且定位在图像平面中的图像传感器(09)，用于检测配置在物体平面中的样本的图像。根据本发明，物镜(03、13)具有这样的焦距，使得物镜的图像侧焦点位于变焦组件内，并且可移动透镜组中的一方包括光圈(07)。此时，在一个有利实施方式中，可移动透镜组在至少一个第一位置中可如此调节，使得变焦组件的入射光瞳位于物镜的图像侧焦点中。，下面是变焦显微镜专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种模块化变焦显微镜，其包括：

可替换物镜(03、13)；

变焦组件(04)，其具有在观察光路中后置于所述物镜(03、13)的至少两个可移动透镜组；

镜筒组件(08)，其后置于所述变焦组件(04)；

成像单元，其具有后置于所述镜筒组件(08)且定位在图像平面中的图像传感器(09)，用于检测配置在物体平面中的样本的图像，其特征在于，所述物镜(03、13)具有这样的焦距，使得所述物镜的图像侧焦点位于所述变焦组件内，并且所述可移动透镜组中的一方包括光圈(07)。

2.根据权利要求1所述的变焦显微镜，其特征在于，所述变焦组件(04)的入射光瞳在所述可移动透镜组的至少一个第一位置中与所述物镜(03、13)的所述图像侧焦点大致重合。

3.根据权利要求2所述的变焦显微镜，其特征在于，所述变焦组件(04)的所述入射光瞳的位置在整个变焦范围内是正的，并在整个变焦范围内至少位于所述物镜(03、13)的所述图像侧焦点附近。

4.根据权利要求3所述的变焦显微镜，其特征在于，所述入射光瞳的位置在所述变焦组件(04)的变焦范围内不单调变化。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的变焦显微镜，其特征在于，所述变焦组件(04)的所述入射光瞳的位置在变焦范围内具有至少两个相同值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的变焦显微镜，其特征在于，所述变焦组件(04)包括一个固定透镜组和正好三个可移动透镜组。

7.根据权利要求6所述的变焦显微镜，其特征在于，所述变焦组件(04)的所述透镜组从所述物镜(03、13)开始按以下顺序配置：固定第一透镜组、可移动第二透镜组、可移动第三透镜组、可移动第四透镜组。

8.根据权利要求7所述的变焦显微镜，其特征在于，所述光圈(07)配置在所述第三透镜组上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦显微镜，其特征在于，所述光圈(07)在其尺寸方面是可变的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的变焦显微镜，其特征在于，所述物镜(03、13)配置在离所述物体平面恒定的距离处。

说明书全文

变焦显微镜

技术领域

[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的变焦显微镜。

背景技术

[0002] 在光学测量技术中，尤其是在某些部件的检查中，需要没有透视失真的成像，并且成像比例也在光轴的方向上在限定范围内保持恒定。这意味着，只要远心存在于预定的景深范围内，不同高度但是相同尺寸的物体也在成像中显现出相同尺寸。

[0003] 为了测量不同尺寸的物体，应当尽可能完全地利用成像范围，因此对于非常小的物体必须放大成像比例。这是使用一种必须保持远心的变焦系统来完成的。为此，图像侧远心也是有用的。

[0004] 两侧的远心光学器件在理论上在散焦时没有比例误差。

[0005] 从现有技术中已知具有或不具有中间图像的各种远心变焦显微镜。

[0006] 没有中间图像的系统具有更短的结构长度，因此有利地尤其是可适用于交替的测量任务、观察任务和归档任务。

[0007] 此外，当在物体侧滤光镜或者同轴入射光照明应耦合入光路中时，在物体侧远心变焦系统才是特别有利的。

[0008] US 2010/0014154 A1公开了一种变焦显微镜，其在使用不同的可互换透镜时具有扩大的变焦放大率范围，该变焦显微镜通过在可互换物镜的图像侧焦点中配置孔径光圈来产生物体侧远心。这里的问题是，对于较大焦距的物镜，需要更多的结构空间。

[0009] US 2004/0246592 A1公开了一种具有图像侧远心的变焦显微镜。变焦系统包括四个透镜组，其中中间的两个透镜组移动用于设定放大率。变焦系统在第一透镜组的物体侧具有与物镜的出射光瞳大致叠合的入射光瞳。因此，总是需要在变焦系统和物镜之间的相对较大的间隔。

发明内容

[0010] 现在，本发明的任务是提供一种紧凑的显微镜，其使优选用于测量目的的物体的无失真放大成像成为可能。

[0011] 该任务通过一种具有权利要求1的特征的模块化变焦显微镜来完成。

[0012] 模块化变焦显微镜包括：物体平面，在其上可放置待观察物体；可替换透镜，其配置在离载物台恒定的距离处；变焦组件；镜筒透镜组件；和成像单元，其用于检测物体的图像。

[0013] 在物体平面中，显微镜在大多数情况下以已知的方式设置有载物台。优选地，物体平面配置在离物镜恒定的距离处。

[0014] 物镜、变焦组件、镜筒透镜组和成像单元从物体平面开始按该顺序配置在光路或者观察光路中。

[0015] 物镜具有这样的焦距，使得物镜的图像侧焦点位于变焦组件内。

[0016] 变焦组件包括至少两个可移动透镜组。根据本发明，可移动透镜组中的一方包括光圈。

[0017] 此时，在一个有利实施方式中，可移动透镜组在至少一个第一位置如此可设定，使得变焦组件的入射光瞳位于物镜的图像侧焦点中。在另外的实施方式中，还有可移动透镜组的第二或另外的这样的位置或者设定。

[0018] 通过该光圈，大致产生变焦显微镜的物体侧和图像侧的远心。

[0019] 变焦组件是无焦透镜系统。

[0020] 既不起聚光作用又不起散光作用的透镜系统被认为是无焦。这就是说，平行入射光束虽然在系统内以会聚或发散的方式折射，然而光路中的另外的透镜或者反射镜使光再次平行定向地出射。换句话说，平行于光轴入射的光线也再次轴平行地离开系统。(来源：维基百科)

[0021] 有利地，使用根据本发明的变焦显微镜，通过对于相对大的物体场在预定的放大率范围内替换物镜并操纵变焦，可以实现高达约25倍的比例因子。

[0022] 在一个优选实施方式中，光圈具有固定尺寸，但是在替代实施方式中也可以是尺寸可变的。

[0023] 在一个特别优选实施方式中，变焦组件包括一个固定透镜组和正好三个可移动透镜组，这些透镜组从物镜开始按以下顺序配置：固定第一透镜组(正折射力)、可移动第二透镜组(负折射力)、可移动第三透镜组(正折射力)、可移动第四透镜组(负折射力)。在本实施方式中，光圈配置在第三透镜组上。有利地，三个可移动透镜组的移动如此彼此调准，使得通过第一透镜组的光圈的(虚拟)成像得到恒定位置。整体移动被调准到恒定的图像位置。

[0024] 为了保持远心，图像侧焦点在光圈的(虚拟)图像的位置。

[0025] 镜筒透镜系统以已知的方式优选包括用于将图像聚焦在图像平面中的多个透镜组，在图像平面中配置有图像传感器。

[0026] 当例如微透镜阵列配置在图像传感器的前面时，图像侧远心才尤其是有利的。具有微透镜阵列的这种传感器由于前置连接的光学器件而对主光线倾斜特别敏感。

[0027] 当然，变焦移动可以电动或许自动来实施。

[0028] 透镜组的位置可以以各种方式被检测并且应用在成像单元或者显示单元中，以便确定缩放和/或在图像中实施测量。

[0029] 在变焦组件的前面和后面分别存在无限光线空间，该无限光线空间已知地特别适合于部分光路、滤光镜等的耦合入或耦合出。

[0030] 在物体侧无限空间中可以优选耦合入同轴入射光照明。

附图说明

[0031] 下面参照附图描述本发明的特别优选实施方式。在附图中：

[0032] 图1示出具有第一物镜的变焦显微镜的特别优选实施方式的光学系统的原理图；

[0033] 图2示出变焦显微镜的光学系统的原理图，其中，第一物镜被第二物镜替换。

具体实施方式

[0034] 图1用5张图示出根据本发明的模块化变焦显微镜的特别优选实施方式的光学系统的光路。

[0035] 变焦显微镜的光学系统包括物体场01，其位于未图示的载物台上或者物体平面中。在物体场01上配置有物体02，其观察部分在图a)至图e)中在其尺寸方面改变。此时，图a)示出非常小的物体，图e)示出填充物体场01的物体。

[0036] 在离物体场01恒定的距离处配置有fo＝80mm的焦距的物镜03。物镜03是可替换的。

[0037] 与物镜03邻接的是具有变焦因子Γ＝0.5…5的变焦组件04，变焦组件04包括四个透镜组：具有正折射力的第一透镜组LGI以固定方式配置。第二透镜组LG2沿着光轴06可移动并具有负折射力。第三透镜组LG3同样沿着光轴06可移动并具有正折射力。第四透镜组LG4也沿着光轴06可移动并具有负折射力。

[0038] 光圈07设置在第三透镜组LG3上。此时，光圈07优选与透镜组LG3牢固连接并与该透镜组LG3沿着光轴06可移动。在本实施方式中，光圈具有12.7mm的固定直径。

[0039] 在图示的实施方式中，镜筒组件08具有焦距fT＝200mm并包括：具有正折射力的透镜组LG5、具有负折射力的透镜组LG6和具有正折射力的透镜组LG7。镜筒组件08的透镜组LG5、LG6和LG7以固定方式配置。在变焦组件04和镜筒组件08之间存在无限空间。

[0040] 图像传感器09在图像平面中后置于镜筒组件08来配置。图像传感器09可以是具有适合于光学系统的格式和分辨率的任何已知的图像传感器。本领域技术人员可以选择合适的图像传感器。

[0041] 图像传感器是成像单元的一部分，成像单元以本身已知的方式用于检测样本02的图像。

[0042] 下面，图示系统的光学特性数据以列表形式列出。

[0043] 此时，半径的数据是指透镜的半径。U被假定是具有半径＝无限的平面。间隔分别限定离下一元件的间隔。透镜组的透镜材料由折射率ne和阿贝数ve来限定。另外，列出各自的透镜组的图像侧焦距f'。

[0044] 物镜f'＝80mm：

[0045]

[0046] 变焦f'＝100...1000和镜筒组件：

[0047]

[0048]

[0049] 整个系统具有可变放大率β＝1.25...12.5。在本实施例中，物体平面与图像平面的间隔是352mm。

[0050] 作为光路例示出光束11，光束11从远离中心的物体点出发，通过变焦显微镜的光学系统偏转多次并且最终聚焦在图像传感器上。

[0051] 从图a)至图e)根据光路可以看出，通过透镜组LG2、LG3和LG4的轴向位移，不同大小的物体02分别被成像在图像传感器09的整个图像面上。无焦变焦的可变望远镜放大率Γ和镜筒透镜的焦距产生所得到的焦距f'。

[0052] 下表显示了可实现一定的焦距或放大级所使用的可变间隔V1至V4的设置：

[0053]f' 100 133.36 177.84 237.12 316.24 421.68 562.32 749.92 1000
V1 25.26 24.40 23.01 20.05 16.70 15.63 14.83 13.33 11.23
V2 1.88 8.69 16.72 25.18 33.69 45.38 60.61 78.57 99.49
V3 76.76 58.70 45.89 38.83 32.46 23.23 15.72 10.44 6.55
V4 19.26 31.37 37.54 39.10 40.30 38.92 31.99 20.81 5.89

[0054] 在所描述的实施方式中，针对正好四个放大级设立入射光瞳的位置，该位置在物体侧和图像侧提供最广泛的远心。当必须绝对保持远心时，优选使用这些位置。为此，透镜组的相应间隔或者绝对位置和附属的放大率作为固定的“远心”放大级被存储在变焦显微镜的控制单元中，并且在需要时以限定的方式来处理。

[0055] 利用这种设计，整个系统具有放大率β＝1.25...12.5和最大数值孔径NAmax＝0.15。

[0056] 图2示出上述光学系统，但不同之处在于，物镜03已经被具有焦距fo＝40mm的物镜13替换。当然，这里相同的附图标记表示相同的部件，从而这里省去进一步描述。

[0057] 在图a)至图e)中，不同尺寸的物体02再次被成像在图像传感器09的整个表面上，其中，变焦组件的可移动透镜组LG2、LG3和LG4具有不同位置。利用这种设计，整个系统具有放大率β＝2.5...25和最大数值孔径NAmax＝0.3。

[0058] 附图标记列表

[0059] 01 物体平面

[0060] 02 物体

[0061] 03 物镜

[0062] 04 变焦组件

[0063] 05 -

[0064] 06 光轴

[0065] 07 光圈

[0066] 08 镜筒组件

[0067] 09 图像传感器

[0068] LG1…LG4 变焦组件的透镜组

[0069] LG5…LG7 镜筒组件的透镜组

标题	发布/更新时间	阅读量
扫描显微镜-专利编号CN107924048A	2020-05-12	548
变焦显微镜-专利编号CN106575029A	2020-05-12	364
显微镜载物台-专利编号CN102540441B	2020-05-13	522
显微镜载物台-专利编号CN102540441A	2020-05-13	715
电子束显微镜-专利编号CN110310876A	2020-05-13	864
显微镜-专利编号CN104423027A	2020-05-11	356
显微镜-专利编号CN107340584B	2020-05-11	763
变焦显微镜-专利编号CN106575029B	2020-05-12	150
显微镜-专利编号CN107340584A	2020-05-11	457
显微镜-专利编号CN108535854A	2020-05-11	898

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