變焦顯微鏡制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種模塊化變焦顯微鏡，其具有：可替換物鏡(03、13)；變焦組件(04)，其具有在觀察光路中后置于物鏡(03、13)的至少兩個(gè)可移動(dòng)透鏡組；鏡筒組件(08)，其后置于變焦組件(04)；以及成像單元，其具有后置于鏡筒組件(08)且定位在圖像平面中的圖像傳感器(09)，用于檢測(cè)配置在物體平面中的樣本的圖像。根據(jù)本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)，物鏡(03、13)具有這樣的焦距，使得物鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)位于變焦組件內(nèi)，并且可移動(dòng)透鏡組中的一方包括光圈(07)。此時(shí)，在一個(gè)有利實(shí)施方式中，可移動(dòng)透鏡組在至少一個(gè)第一位置中可如此調(diào)節(jié)，使得變焦組件的入射光瞳位于物鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的變焦顯微鏡。
技術(shù)介紹
在光學(xué)測(cè)量技術(shù)中，尤其是在某些部件的檢查中，需要沒(méi)有透視失真的成像，并且成像比例也在光軸的方向上在限定范圍內(nèi)保持恒定。這意味著，只要遠(yuǎn)心存在于預(yù)定的景深范圍內(nèi)，不同高度但是相同尺寸的物體也在成像中顯現(xiàn)出相同尺寸。為了測(cè)量不同尺寸的物體，應(yīng)當(dāng)盡可能完全地利用成像范圍，因此對(duì)于非常小的物體必須放大成像比例。這是使用一種必須保持遠(yuǎn)心的變焦系統(tǒng)來(lái)完成的。為此，圖像側(cè)遠(yuǎn)心也是有用的。兩側(cè)的遠(yuǎn)心光學(xué)器件在理論上在散焦時(shí)沒(méi)有比例誤差。從現(xiàn)有技術(shù)中已知具有或不具有中間圖像的各種遠(yuǎn)心變焦顯微鏡。沒(méi)有中間圖像的系統(tǒng)具有更短的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，因此有利地尤其是可適用于交替的測(cè)量任務(wù)、觀察任務(wù)和歸檔任務(wù)。此外，當(dāng)在物體側(cè)濾光鏡或者同軸入射光照明應(yīng)耦合入光路中時(shí)，在物體側(cè)遠(yuǎn)心變焦系統(tǒng)才是特別有利的。US2010/0014154A1公開(kāi)了一種變焦顯微鏡，其在使用不同的可互換透鏡時(shí)具有擴(kuò)大的變焦放大率范圍，該變焦顯微鏡通過(guò)在可互換物鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)中配置孔徑光圈來(lái)產(chǎn)生物體側(cè)遠(yuǎn)心。這里的問(wèn)題是，對(duì)于較大焦距的物鏡，需要更多的結(jié)構(gòu)空間。US2004/0246592A1公開(kāi)了一種具有圖像側(cè)遠(yuǎn)心的變焦顯微鏡。變焦系統(tǒng)包括四個(gè)透鏡組，其中中間的兩個(gè)透鏡組移動(dòng)用于設(shè)定放大率。變焦系統(tǒng)在第一透鏡組的物體側(cè)具有與物鏡的出射光瞳大致疊合的入射光瞳。因此，總是需要在變焦系統(tǒng)和物鏡之間的相對(duì)較大的間隔。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
現(xiàn)在，本專(zhuān)利技術(shù)的任務(wù)是提供一種緊湊的顯微鏡，其使優(yōu)選用于測(cè)量目的的物體的無(wú)失真放大成像成為可能。該任務(wù)通過(guò)一種具有權(quán)利要求1的特征的模塊化變焦顯微鏡來(lái)完成。模塊化變焦顯微鏡包括：物體平面，在其上可放置待觀察物體；可替換透鏡，其配置在離載物臺(tái)恒定的距離處；變焦組件；鏡筒透鏡組件；和成像單元，其用于檢測(cè)物體的圖像。在物體平面中，顯微鏡在大多數(shù)情況下以已知的方式設(shè)置有載物臺(tái)。優(yōu)選地，物體平面配置在離物鏡恒定的距離處。物鏡、變焦組件、鏡筒透鏡組和成像單元從物體平面開(kāi)始按該順序配置在光路或者觀察光路中。物鏡具有這樣的焦距，使得物鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)位于變焦組件內(nèi)。變焦組件包括至少兩個(gè)可移動(dòng)透鏡組。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，可移動(dòng)透鏡組中的一方包括光圈。此時(shí)，在一個(gè)有利實(shí)施方式中，可移動(dòng)透鏡組在至少一個(gè)第一位置如此可設(shè)定，使得變焦組件的入射光瞳位于物鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)中。在另外的實(shí)施方式中，還有可移動(dòng)透鏡組的第二或另外的這樣的位置或者設(shè)定。通過(guò)該光圈，大致產(chǎn)生變焦顯微鏡的物體側(cè)和圖像側(cè)的遠(yuǎn)心。變焦組件是無(wú)焦透鏡系統(tǒng)。既不起聚光作用又不起散光作用的透鏡系統(tǒng)被認(rèn)為是無(wú)焦。這就是說(shuō)，平行入射光束雖然在系統(tǒng)內(nèi)以會(huì)聚或發(fā)散的方式折射，然而光路中的另外的透鏡或者反射鏡使光再次平行定向地出射。換句話說(shuō)，平行于光軸入射的光線也再次軸平行地離開(kāi)系統(tǒng)。(來(lái)源：維基百科)有利地，使用根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的變焦顯微鏡，通過(guò)對(duì)于相對(duì)大的物體場(chǎng)在預(yù)定的放大率范圍內(nèi)替換物鏡并操縱變焦，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)約25倍的比例因子。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，光圈具有固定尺寸，但是在替代實(shí)施方式中也可以是尺寸可變的。在一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施方式中，變焦組件包括一個(gè)固定透鏡組和正好三個(gè)可移動(dòng)透鏡組，這些透鏡組從物鏡開(kāi)始按以下順序配置：固定第一透鏡組(正折射力)、可移動(dòng)第二透鏡組(負(fù)折射力)、可移動(dòng)第三透鏡組(正折射力)、可移動(dòng)第四透鏡組(負(fù)折射力)。在本實(shí)施方式中，光圈配置在第三透鏡組上。有利地，三個(gè)可移動(dòng)透鏡組的移動(dòng)如此彼此調(diào)準(zhǔn)，使得通過(guò)第一透鏡組的光圈的(虛擬)成像得到恒定位置。整體移動(dòng)被調(diào)準(zhǔn)到恒定的圖像位置。為了保持遠(yuǎn)心，圖像側(cè)焦點(diǎn)在光圈的(虛擬)圖像的位置。鏡筒透鏡系統(tǒng)以已知的方式優(yōu)選包括用于將圖像聚焦在圖像平面中的多個(gè)透鏡組，在圖像平面中配置有圖像傳感器。當(dāng)例如微透鏡陣列配置在圖像傳感器的前面時(shí)，圖像側(cè)遠(yuǎn)心才尤其是有利的。具有微透鏡陣列的這種傳感器由于前置連接的光學(xué)器件而對(duì)主光線傾斜特別敏感。當(dāng)然，變焦移動(dòng)可以電動(dòng)或許自動(dòng)來(lái)實(shí)施。透鏡組的位置可以以各種方式被檢測(cè)并且應(yīng)用在成像單元或者顯示單元中，以便確定縮放和/或在圖像中實(shí)施測(cè)量。在變焦組件的前面和后面分別存在無(wú)限光線空間，該無(wú)限光線空間已知地特別適合于部分光路、濾光鏡等的耦合入或耦合出。在物體側(cè)無(wú)限空間中可以優(yōu)選耦合入同軸入射光照明。附圖說(shuō)明下面參照附圖描述本專(zhuān)利技術(shù)的特別優(yōu)選實(shí)施方式。在附圖中：圖1示出具有第一物鏡的變焦顯微鏡的特別優(yōu)選實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖；圖2示出變焦顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖，其中，第一物鏡被第二物鏡替換。具體實(shí)施方式圖1用5張圖示出根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的模塊化變焦顯微鏡的特別優(yōu)選實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的光路。變焦顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)包括物體場(chǎng)01，其位于未圖示的載物臺(tái)上或者物體平面中。在物體場(chǎng)01上配置有物體02，其觀察部分在圖a)至圖e)中在其尺寸方面改變。此時(shí)，圖a)示出非常小的物體，圖e)示出填充物體場(chǎng)01的物體。在離物體場(chǎng)01恒定的距離處配置有fo＝80mm的焦距的物鏡03。物鏡03是可替換的。與物鏡03鄰接的是具有變焦因子Γ＝0.5…5的變焦組件04，變焦組件04包括四個(gè)透鏡組：具有正折射力的第一透鏡組LGI以固定方式配置。第二透鏡組LG2沿著光軸06可移動(dòng)并具有負(fù)折射力。第三透鏡組LG3同樣沿著光軸06可移動(dòng)并具有正折射力。第四透鏡組LG4也沿著光軸06可移動(dòng)并具有負(fù)折射力。光圈07設(shè)置在第三透鏡組LG3上。此時(shí)，光圈07優(yōu)選與透鏡組LG3牢固連接并與該透鏡組LG3沿著光軸06可移動(dòng)。在本實(shí)施方式中，光圈具有12.7mm的固定直徑。在圖示的實(shí)施方式中，鏡筒組件08具有焦距fT＝200mm并包括：具有正折射力的透鏡組LG5、具有負(fù)折射力的透鏡組LG6和具有正折射力的透鏡組LG7。鏡筒組件08的透鏡組LG5、LG6和LG7以固定方式配置。在變焦組件04和鏡筒組件08之間存在無(wú)限空間。圖像傳感器09在圖像平面中后置于鏡筒組件08來(lái)配置。圖像傳感器09可以是具有適合于光學(xué)系統(tǒng)的格式和分辨率的任何已知的圖像傳感器。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇合適的圖像傳感器。圖像傳感器是成像單元的一部分，成像單元以本身已知的方式用于檢測(cè)樣本02的圖像。下面，圖示系統(tǒng)的光學(xué)特性數(shù)據(jù)以列表形式列出。此時(shí)，半徑的數(shù)據(jù)是指透鏡的半徑。U被假定是具有半徑＝無(wú)限的平面。間隔分別限定離下一元件的間隔。透鏡組的透鏡材料由折射率ne和阿貝數(shù)ve來(lái)限定。另外，列出各自的透鏡組的圖像側(cè)焦距f'。物鏡f'＝80mm：變焦f'＝100...1000和鏡筒組件：整個(gè)系統(tǒng)具有可變放大率β＝1.25...12.5。在本實(shí)施例中，物體平面與圖像平面的間隔是352mm。作為光路例示出光束11，光束11從遠(yuǎn)離中心的物體點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)變焦顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)多次并且最終聚焦在圖像傳感器上。從圖a)至圖e)根據(jù)光路可以看出，通過(guò)透鏡組LG2、LG3和LG4的軸向位移，不同大小的物體02分別被成像在圖像傳感器09的整個(gè)圖像面上。無(wú)焦變焦的可變望遠(yuǎn)鏡放大率Γ和鏡筒透鏡的焦距產(chǎn)生所得到的焦距f'。下表顯示了可實(shí)現(xiàn)一定的焦距或放大級(jí)所使用的可變間隔V1至V4的設(shè)置：f'100133.36177.84237.12316.24421.68562.32749.921000V125本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種模塊化變焦顯微鏡，其包括：可替換物鏡(03、13)；變焦組件(04)，其具有在觀察光路中后置于所述物鏡(03、13)的至少兩個(gè)可移動(dòng)透鏡組；鏡筒組件(08)，其后置于所述變焦組件(04)；成像單元，其具有后置于所述鏡筒組件(08)且定位在圖像平面中的圖像傳感器(09)，用于檢測(cè)配置在物體平面中的樣本的圖像，其特征在于，所述物鏡(03、13)具有這樣的焦距，使得所述物鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)位于所述變焦組件內(nèi)，并且所述可移動(dòng)透鏡組中的一方包括光圈(07)。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2014.07.31 DE 102014215100.71.一種模塊化變焦顯微鏡，其包括：可替換物鏡(03、13)；變焦組件(04)，其具有在觀察光路中后置于所述物鏡(03、13)的至少兩個(gè)可移動(dòng)透鏡組；鏡筒組件(08)，其后置于所述變焦組件(04)；成像單元，其具有后置于所述鏡筒組件(08)且定位在圖像平面中的圖像傳感器(09)，用于檢測(cè)配置在物體平面中的樣本的圖像，其特征在于，所述物鏡(03、13)具有這樣的焦距，使得所述物鏡的圖像側(cè)焦點(diǎn)位于所述變焦組件內(nèi)，并且所述可移動(dòng)透鏡組中的一方包括光圈(07)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦顯微鏡，其特征在于，所述變焦組件(04)的入射光瞳在所述可移動(dòng)透鏡組的至少一個(gè)第一位置中與所述物鏡(03、13)的所述圖像側(cè)焦點(diǎn)大致重合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變焦顯微鏡，其特征在于，所述變焦組件(04)的所述入射光瞳的位置在整個(gè)變焦范圍內(nèi)是正的，并在整個(gè)變焦范圍內(nèi)至少位于所述物鏡(03、1...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：約翰內(nèi)斯·溫特羅特，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：卡爾蔡司顯微鏡有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：德國(guó);DE