Verfahren und Adapter zur Adaption eines Mikroskopobjektivs an ein Digitalmikroskop

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Adapter zur Adaption eines Standard-Analog-Mikroskop-Obj ektivs ,

nachfolgend generell als Mikroskopobjektiv bezeichnet an ein Digitalmikroskop .

Aus dem Stand der Technik sind generell Schnittstellen und Koppelstellen, auch elektronischer Art für Mikroskopobjektive und Kameraobjektive bekannt.

Mikroskop-Anwender besitzen oft eine größere Anzahl von

Objektiven in ihrem Bestand, die sie auch gerne weiter an den neuen Digitalmikroskopen nutzen würden. Damit besteht der Wunsch, traditionelle, codierte oder nichtcodierte

Mikroskopobjektive oder Spezialobjektive verschiedener

Hersteller an einem Digitalmikroskop betreiben zu können. In DE 3202461 Cl ist eine mechanischen Adaption des Objektivs über ein Bajonett am Objektivrevolver eines Mikroskops beschrieben. Das Objektiv kann eine Codierung zur

Verschlüsselung technischer Daten tragen, die beim

Einschwenken des Revolvers von einer gehäusefesten

Leseeinrichtung erfasst und zur Steuerung von Gerätefunktionen verwendet werden können.

Die DE 10 2006 001 722 AI offenbart eine Anschlussvorrichtung für eine Kamera mit automatischem Belichtungsbetrieb an einem optischen System. Ein Adaptertubus ist als

mechanisch/elektrische Verbindung mit einem ersten Ende an der Kamera und einem zweiten Ende an dem optischen System

befestigt. Ein am ersten Ende angeordnetes Anschlusselement weist eine Vielzahl von elektrischen Kontaktstiften auf, die mit den entsprechenden elektrischen Kontakten an der Kamera zusammenwirken .

In DE 10 2004 048 099 AI wird eine zum Einbau in ein Mikroskop bestimmte Optik- oder Optikanbau-Komponente beschrieben, an der ein elektronischer Speicherbaustein und zwei Kontaktfelder vorgesehen sind, welche elektrisch mit Anschlüssen des

Speicherbausteins verbunden sind und über welche der

Speicherbaustein bei eingebauter Komponente elektrisch

kontaktierbar ist und mit Energie versorgt wird. Damit wird eine Komponentenerkennung realisiert.

WO 2011/095609 AI beschreibt eine mechanisch-elektronische Bajonettschnittstelle für Mikroskopobjektive. Über diese mechanische Schnittstelle können auch Daten transferiert oder die elektrische Versorgung für die angekoppelte optische

Komponente vorgenommen werden

In DE 8 701 482 Ul wird eine Baj onettverschluss-Halterung für ein Wechselobjektiv einer fotografischen Kamera beschrieben. An der Baj onettverschluss-Halterung befinden sich auch

elektrische Kontakte, um eine in dem Objektiv befindliche elektrische Schaltung mit einer im Kameragehäuse befindlichen elektrischen Schaltung zu verbinden und dadurch den Austausch von Informationen zu ermöglichen, die für den Autofokusbetrieb notwendig sind.

Stellvertretend für zahlreiche, in der Patentliteratur beschriebene Objektivadapter sei DE 10 2007 006 066 B4 genannt. Diese Anordnung betrifft eine Vorrichtung zum

schnellen Wechseln von Objektiven mit Gewindebefestigung an einem optischen Gerät mittels Kopplung einer Bajonettfassung mit einem Bajonettsockel. Die US 5 703 714 A beschreibt ein Mikroskopsystem, welches optische Elemente, wie Helligkeit einer

Beleuchtungseinrichtung oder Blenden in Abhängigkeit der

Beobachtungsbedingungen steuert. In einem Speicher des Systems sind in Tabellen Einstellbedingungen gespeichert.

Aus der DE 10 2010 001 604 AI ist eine Befestigungsvorrichtung zur einfachen und genauen Befestigung eines Objektivs am

Stativ oder Revolver eines Mikroskopes bekannt, welcher auch eine elektrische Schnittstelle zur Komponentenerkennung und einen Datenspeicher aufweisen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein traditionelles codiertes oder nichtcodiertes Mikroskopobjektiv oder

Spezialobjektiv eines beliebigen Herstellers an einem

Digitalmikroskop verwendbar zu machen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Adapter mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Dabei geht es nicht um eine bloße mechanische, optische und elektronische Adaption der Objektive an das Digitalmikroskop, sondern es soll eine vollständige Integration dieser Objektive über einen intelligenten Adapter und ein Interface mittels Interaktion über die System-Firmware und -Software in das digitalmikroskopische Gesamtsystem erreicht werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Adaption eines

Standardobjektives an eine elektronische Schnittstelle eines Digitalmikroskopes umfasst die Schritte Vermessen und/oder Auslesen und Speichern optischer Eigenschaften des

Standardobjektives; Vermessen und Speichern mechanischer Eigenschaften des Standardobjektives; Bereitstellen der optischen und mechanischen Daten an die Schnittstelle.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die optischen Eigenschaften ausgewählt aus der Gruppe:

Abbildungsmaßstab ß, Verzeichnungscharakteristik,

Farblängsfehler, Farbquerfehler, Zentrierfehler (lateraler Bildstandsfehler) . Der Fachmann kennt solche optischen

Spezifikationen, deren Bezeichnungen auch zwischen

verschiedenen Herstellern differieren können.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die mechanischen Eigenschaften ausgewählt aus der Gruppe:

Arbeitsabstand, Anschlussgröße, Anschlussart, Baulänge und optische Abgleichlänge. Bei der Anschlussgröße handelt es sich beispielsweise um ein Gewindemaß oder einen

Anschlussdurchmesser. Die Anschlussart kann beispielsweise durch Gewinde, Bajonett oder weitere definiert werden. Die optische Abgleichlänge kann beschrieben werden durch die

Baulänge und die obj ektseitige Schnittweite. Der Fachmann kennt die mechanischen Eigenschaften der Objektive und kann eine entsprechend erforderliche Auswahl treffen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den optischen und/oder den mechanischen Eigenschaften Korrekturdaten bestimmt, die zur Anpassung der Arbeitsweise des Digitalmikroskops an das Mikroskopobjektiv erforderlich sind. Beispielhaft seinen an dieser Stelle als Korrekturdaten genannt: Δ Abbildungsmaßstab, Farbvergrößerungsdifferenz , lateraler Bildversatz, Verzeichnung, Farblängsfehler,

Fokuskorrektur. Der Fachmann kennt diese Spezifikationen und Begriffe und kann entsprechend erforderliche Korrekturdaten bei Kenntnis der Systeme einfach bestimmen und anwenden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Korrekturdaten an die elektronische Schnittstelle

bereitgestellt. Diese können beispielsweise als update in die Mikroskopsoftware eingespielt werden oder beim Betrieb des Digitalmikroskopes laufend von der Schnittstelle abgefragt werden .

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform werden

Identifikationsdaten des Mikroskopobjektivs an die

elektronische Schnittstelle übermittelt. Damit kann das

Digitalmikroskop beispielsweise definierte Arbeitsabläufe für das jeweilige Objektiv ausführen oder auch verbieten (z. B. Fluoreszenz, Phasenkontrast, Beleuchtungssteuerung,

Komponentenerkennung) .

Bei Kenntnis der optischen und mechanischen Eigenschaften des Mikroskopobjektivs und des Digitalmikroskops kann der Fachmann mit verschiedenen Hilfsmitteln des Optikdesigns eine

erforderlich optische Anpassung ermitteln.

Ein erfindungsgemäßer Adapter zum Koppeln eines

Mikroskopobjektives mit einem Digitalmikroskop umfasst eine mechanische Schnittstelle mit Justiermitteln zur Justierung der optischen Komponenten des Standardobjektivs; einen digitalen Speicher und eine elektronische Schnittstelle und mindestens eine elektronische Komponente zur Bereitstellung der Daten des digitalen Speichers an die elektronische

Schnittstelle .

Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind auch in den Unteransprüchen angegeben. Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass der Kunde seine vorhandenen (teuren) Objektive mit modernsten Digitalmikroskopen verwenden kann.

Eine typische Systemstruktur und die grundsätzliche

Wirkungsweise der digitalen Mikroskopie sind in Fig. 2

dargestellt, eine solche Systemstruktur wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als Digitalmikroskop verstanden. Die bloße Kopplung eines klassischen Mikroskops mit einer

Digitalkamera oder einem digitalen Bildsensor wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ausdrücklich nicht als

Digitalmikroskop verstanden. Ein erfindungsgemäßer Adapter bietet damit für ein

konventionelles Objektiv dieselbe Funktionalität wie ein digitales Objektiv, d.h. wie ein Objektiv, das zum Einsatz an einem Digitalmikroskop geeignet ist, welches die Realdaten der Optik und Mechanik intern gespeichert hat, die damit im

Digitalmikroskop zur Verbesserung bzw. Optimierung der

Bildgebung sowie der Anwendung verwendbar sind. Durch die Codierung und die damit verbundenen internen

Speichermöglichkeit aktueller, realer optischer Objektivdaten (z. B. reale Arbeitsabstände, Objektschnittweiten, reale

Abbildungsmaßstäbe, reale optische Korrektionszustände oder auch komplexere Charakteristika wie z.B. die reale

Definitionshelligkeit als Quadratsumme der realen Zernike- Koeffizienten) besteht die Möglichkeit, diese Realdaten zur Optimierung der Bildgebung zu nutzen. Dies kann z.B. durch ein Systemoffset oder eine variable, applikationsbezogene

Regelung optischer Arbeitspunkte (z. B. applikationsbezogener optischer Wellenlängen) , durch eine sensorgestützte interne Vermessung der optischen Objektiv- Qualitäten oder auch eine stetige Rechnung des Live-Bildes erfolgen. Damit können durch Berücksichtigung der realen, exemplarischen optischen Restfehler des mit dem Adapter ausgestatteten

Mikroskopobjektivs oder des Digitalobjektivs und ihrer

nachgeschalteten codierten optischen Systeme (z.B. Tubuslinsen oder optische Zoomsysteme) in bestimmten Grenzen Fehler kompensiert und im Sinne einer Verbesserung der digitalen Bildgebung genutzt werden. So kann beispielsweise durch Einspeicherung von Verzeichnungs- Charakteristika des Standard-Analog-Mikroskopobj ektivs in den Speicher des Adapters eine rechnerische Verzeichnungskorrektur unter Einbeziehung des nachgeschalteten optischen Zoomsystems digital, d. h. nichtoptisch mit geringerem Aufwand

durchgeführt werden.

Weitere Möglichkeiten der optischen Restfehlerkompensation ergeben sich durch adaptive, dynamische optische Elemente (z.B. verschiebbare Linsen), die zusätzlich in dem Adapter angeordnet sind und mit denen in definierten Grenzen

Temperatur- und/oder Brechzahländerungen von Immersionsmedien oder eine Deckglasdickenänderung korrigiert werden können. Damit kann durch eine digitale Nachregelung optischer

Parameter eine gleichbleibend hohe Bildqualität garantiert werden.

Das rein optisch-mechanische System traditioneller

Mikroskopobjektive kann durch den Adapter erfindungsgemäß als Digitalobjektiv mit seinen wesentlichen Merkmalen verwendet werden:

- Komplexes optisch-mechatronisches System, umfassend

optische, mechanische, elektronische Baugruppen sowie Firmware/Software-Funktionen, eine mechanisch-elektronische Schnittstelle (z.B.

Mehrkontakt-E-Baj onett-Schnittstelle) zur definierten optisch-mechanischen Positionierung des Objektivs am Mikroskop, zur Zuführung von Energie und zum

Datenaustausch,

Speicherung von Identifikationsdaten, optischen Realdaten oder Messdaten, elektronische Systemkomponenten - Definition z.B. als CAN - Komponente,

Optionale Integration weiterer Funktionen wie z.B.

Beieuchtungseinrichtungen (Hei1- /Dunkelfeldbeleuchtung, Segmentbeleuchtung) , Sensoren (Annäherungssensor, aktiver Präparate- /Kollisionsschutz, aktive Kompensations ^¬ mechanismen wie z.B. Autokorrektur- , Autofokus-,

Autoimmersionsfunktion, Innenfokussierung, aktive

Bildstabilisierung, Übersichtssensor, zusätzliche

optische Schnittstelle zur Lichteinkopplung) ,

Integration des Prozessings (Prozessoren und

entsprechende prozessornahe elektronische Hardware) , damit die objektiv-eigenen spezifischen Daten in das mikroskopische Gesamtsystem einlesbar sind, auch beim Obj ektivwechsel

Durch das Zusammenwirken aller codierten mikroskopischen

Systemkomponenten, inclusive der Digitalobjektive bzw. mit dem erfindungsgemäßen Adapter aufgewerteten Mikroskopobjektive in einem internen mikroskopischen Netzwerk, wird entsprechend der hinterlegten Systemalgorithmik (in Firmware oder Software) die Systemoptimierung im Sinne eines optimalen

Bildentstehungsprozesses entweder als einmalige

Systemkalibrierung oder einmaliger System-Offset oder als laufender Prozess in der digitalen Quasi-Echtzeit- Bildgenerierung durchgeführt. Die Auskopplung und Darstellung der digitalen Bilder bzw. Bilddaten auf einem Monitor, All-In- One-PC, Tablet-PC oder Smartphone sowie die Einbindung in umgebende Netzwerke, Clouds, Datenbanken bzw. das Internet geschieht ausschließlich über bekannte digitale Schnittstellen (z.B. USB, Ethernet, W-LAN oder mobile Technologien für größere Datenvolumen wie z.B. UMTS, HSPA, LTE) .

Damit entwickelt sich das klassische, eher statische und technikorientierte mikroskopische System von einer

vorzugsweisen stand-alone Lösung Mikroskop-Digitalkamera-PC- digitales Netzwerk hin zu einem zunehmend „Thinking System", einer zeitgemäßen, rein applikationsbezogenen smarten

digitalen Systemlösung mit all ihren genannten Vorteilen.

Die Erfindung und Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig.l: Eine Prinzipskizze eines Digitalmikroskops und

Einbindung eines analogen Mikroskopobjektivs mittels eines erfindungsgemäßen Adapters;

Fig. 2: Eine Systemstruktur eines Digitalmikroskops gemäß dem

Stand der Technik;

Fig. 3: eine Prinzipskizze eines Adpaters in einer ersten

Ausführungsform;

Fig. 4: eine Prinzipskizze eines Adpaters in einer zweiten

Ausführungsform;

Fig. 5: eine Prinzipskizze eines Adpaters in einer dritten

Ausführungsform;

Fig. 6: eine Prinzipskizze eines Adpaters in einer vierten

Ausführungsform; Fig. 7: eine Prinzipskizze einer ersten Variante der optischen Anpassung des Standardobjektivs an das

Digitalmikroskop; Fig. 8: eine Prinzipskizze einer zweiten Variante der

optischen Anpassung des Standardobjektivs an das Digitalmikroskop .

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze der Einbindung eines analogen Mikroskopobjektivs 1 in ein Digitalmikroskop 2, hier in einer Variante eines inversen Mikroskops. Das Mikroskopobjektiv 1 wird mittels eines Adapters 3 erfindungsgemäß an das

Digitalmikroskop 2 angekoppelt, so dass es die volle

Funktionalität eines Digitalobjektivs 4 erfüllt. Einzelheiten dieser Ankopplung werden später detaillierter erläutert.

Der Adapter 3 hat eine mechanische Schnittstellenfunktion mit vorzugsweise folgenden wählbaren Merkmalen (einzeln oder in Kombination) :

- Adaption eines Gewinde-Anschlusses (z.B. M27x0.75) auf einen Baj onett-Anschluss ,

- Adaption verschiedener Objektiv-Gewindearten und - Durchmesser,

- Ausgleich verschiedener Objektiv-Übertragungslängen (z.B. 45 mm auf 60 mm) ,

- Möglichkeit der Zentrierung des optischen Kernsystems,

- Vorteilhafte definierte azimutale Ausrichtung und

Justierbarkeit des optischen Kernsystems,

- Kollisions- und Präparateschutz,

- Mechanische Aufnahme- und Integrationsmöglichkeit optischer Korrekturglieder, optischer Kontrasteinrichtungen,

Beleuchtungseinrichtungen sowie eine mechanische

Schnittstelle 5 zur Lichteinkopplung von externen

Beieuchtungseinrichtungen, - Mechanisch-optische Adaption von Fremdsystemen

(Spezialobjektive, z. B. telezentrische Objektive, Long- Distance-Objektive, z.B. der Fa. MITUTOYO, EDMUND OPTICS oder anderer Hersteller) .

Die mechanische Schnittstellenfunktion des Adapters umfasst die mechanischen Anpassung des Objektivs an die mechanische Digitalmikroskop-Objektivschnittstelle hinsichtlich der genauen Positionierung, erforderlichenfalls auch der

Justierbarkeit des optischen Objektiv-Systems zum optischen System des Digitalmikroskops 2 (z.B. Zoomsystem oder

Tubuslinse) oder bei endlich abbildenden Objektiven direkt zum integrierten Sensor 6 des Digitalmikroskops. Im Falle einer zusätzlich erforderlichen optischen Adaption des

Mikroskopobjektivs 1 an das optische System des

Digitalmikroskops 2 übernimmt der Adapter 3 die genaue

Positionierung und Zentrierung dieser zusätzlichen Optik zwischen Objektiv 1 und einem optischen System 7 des

Digitalmikroskops 2. Gegebenenfalls werden im Adapter 3 auch noch weitere optische Elemente, z.B. POL-Filter, DIC-Prismen oder adaptive optische Elemente mechanisch gehalten und im Adapter 3 positioniert.

Des Weiteren übernimmt der Adapter 3 die Bereitstellung von genügend mechanischem Bauraum, damit eine möglichst

platzsparende Integration der gesamten erforderlichen

elektronischen Hardware, wie z.B. Controller- und Processing- Platinen, elektrische Antriebe, LED/OLED-Beleuchtungs- einrichtungen und elektronische Sensorik erfolgen kann. Der Adapter 3 hat weiterhin eine optische

Schnittstellenfunktion, die durch folgende Merkmale (einzeln oder in Kombination) charakterisiert ist.

- Bei Bedarf: Adaption des Mikroskopobjektivs durch ein

optisches Korrekturglied zum Vermitteln verschiedener Definitionen der Schnittstelle zwischen einem Objektiv und einer Tubusoptik des Mikroskops und der Pupillenlage des Objektives (z. B. für ZEISS - Objektive wie unter anderem beschrieben in WO 2005/088378 AI)

Bei Bedarf: Integration dynamischer oder adaptiver Optiken oder Blenden für spezifische Korrekturaufgaben,

Innenfokussierung,

Beleuchtungsadaption (Dunkelfeld-Objektive, z.B. Integration eines LED-Ringes) ,

Optische Kontraste: z.B. DIC-/POL-Integration,

Zusätzliche optische Schnittstelle (z.B. zur

Lichteinkopplung für Fluoreszenzkontrast) ,

Integration einer Phasenplatte zur optischen

Wellenfrontmanipulation,

Spezifische optisch-mechanische Adaption von Fremd- oder Katalogobjektiven (Objektive anderer Hersteller), d.h.

Objektiven, die nicht dem optischen Konzept des

Digitalmikroskops entsprechen,

Datenablage im Speicher (theoretische oder reale, spezifische Daten) wie z . B . :

Abbildungsmaßstab,

Arbeitsabstand,

Verzeichnungskorrektur,

Reflexkorrektur,

Ablage verschiedener PSF,

Ablage realer optischer Definitionshelligkeiten bzw. der realen Zernike-Koeffizienten,

Farbquerfehlerkorrektur,

Ablage von Beleuchtungscharakteristika,

Einstellung optischer Arbeitspunkte,

adaptive Korrekturen,

optisch - mechanische Korrekturen, wie z.B.

Bildstandskorrektur . Der Adapter 3 hat außerdem eine elektronische

Schnittstellenfunktion, die durch folgende Merkmale

gekennzeichnet ist:

- Bestromung des Adapters für Beleuchtung, Prozessing,

Algorithmik, Datenspeicherung, Motorik und Sensorik,

- Speicher-, Prozessor-, und Controller-Integration (zur

Bauraumminimierung Ausführung in SMD-Technologie auf

miniaturisierten, hochintegrierten Platinen, z.B. in

Mehrlagen- und/oder Starrflex-Technologie) ,

- Definition eines Kommunikationsstandards, z.B. CAN 29,

übereinstimmend mit dem, der im Digitalmikroskop 2 eingesetzt wird,

- Elektrische Signalübertragung über mechanische Kontakte, wie z.B. Druckfederkontakte der Fa. PRECI-DIP oder Einsatz moderner Funktechnologien, z.B. der NFC-Technologie,

- Sensorik: Entfernungssensor, Annäherungssensor,

Temperatursensor, Übersichtssensor,

- Elektronische Hardware-Voraussetzungen zur Updatefähigkeit von Firmware und Software,

- Elektronische Hardware-Voraussetzungen für set up ' s - zur mechanischen, optischen, beleuchtungsseitigen Kalibrierung des Objektivs 1 im Zusammenwirken mit dem digitaloptischen System inklusive Servicebarkeit/Ferndiagnose (z.B. über AXEDA Remote Service) bzw. Remote Control

Als ein Beispiel für die oben genannten elektronischen

Schnittstellenfunktionen des Adapters sei die Speicherfunktion von optischen und/oder systemischen Parameterdaten genannt. Diese sind beispielhaft in Tabelle 1 für die Adaption eines 5x-Objektivs mit seinen realen optischen Parametern und einer zu integrierenden und steuerbaren LED-Beleuchtung aufgeführt. Gleichzeitig werden die Parameter-File-Definitionen der Daten abgeleitet, die während eines Kalibrierprozess dann im Speicher (z.B. EPROM) des Objektiv-Interfaces gespeichert werden .

Tabelle 1

Das digitalmikroskopische Systemkonzept (siehe auch Fig. 2) definiert sich aus der ganzheitlichen Betrachtung des optischdigitalen Bildentstehungsprozesses von einem Objekt 8 bis zur digitalen Bildgebung auf dem Bildsensor 6 und der Ausgabe über eine oder mehrere digitale Schnittstellen, z.B. auf einem Monitor 9 oder einem digitalen Okular 11. Das heißt, der theoretischen Verknüpfung eines rein optischen Systems mit dem Bildsensor 6, einschließlich verschiedener

Bilderfassungstechnologien in der Mikroskopie, wie Weitfeld- Laser-Scanning- , Spinning Disc-, Fluoreszenzmikroskopie und andere, weiterhin unter Verwendung digitaler

Bildverarbeitungstools und -methoden (inclusive Hardware und Software) unabhängig von der Hardware- und

Schnittstellenstruktur des Mikroskops.

Im Sinne einer Systemoptimierung wird abgeleitet, welche bildgebende bzw. bildwandelnde Funktion mit welchem Mittel erzeugt wird. Das heißt, je nach optischer Eigenschaft und Aufwand kann für eine Systemoptimierung im Sinne der

Verbesserung der Bildvisualisierung und/oder Bildinformation entschieden werden, ob diese Eigenschaft rein optisch oder mit „digitalen" Software - Tools erzeugt wird. Das gesamte

optische Konzept ist auf den Bildsensor 6 und die digitalen Bildverarbeitungskomponenten optimiert und garantiert einen bestmöglichen, verlustarmen Bilddatentransfer bis zur

Visualisierung auf dem Monitor 9 oder anderem Anzeigegerät und ggf. Speicherung und/oder Verteilung. Auf Basis dieser Systemableitung definieren sich die Modulbzw. Komponenten-Schnittstellen neu, das heißt, auf nicht zwingend nötige optische Schnittstellen kann verzichtet werden, der Anteil der optischen „Hardware" wird reduziert und die funktionsunterstützende Optomechanik wird auf das

erforderliche Maß beschränkt. Viele optischer Fehler bzw.

Abweichungen lassen sich bei Kenntnis des optischen Systems mit moderner Bildverarbeitung korrigieren, sodass aufwändige Korrekturoptiken nicht benötigt werden. Auf diese Weise kann neben dem Performancegewinn ein Kostenminimum für das optomechanische System erreicht werden. Bei lichtsensitiven mikroskopischen Applikationen (z. B. Fluoreszenz- oder

Multiphotonenmikroskopie) bringt die Reduzierung der Glas- Transmissionsverluste durch „weniger Optik" im

bildübertragenden Gesamtsystem deutliche

Sensitivitätsvorteile.

Im Rahmen der Bild- und Performanceverbesserung, sowie einer Datenverlustminimierung und einer deutlich schnelleren und qualitativ besseren Bildgebung wird die traditionelle

Kameraschnittstelle abgelöst und durch eine direkte

Integration des Bildsensors 6 in das Mikroskop. Die

Verlagerung von ursprünglichen PC-Funktionen (bei Verwendung der Kameraschnittstelle) in die umgebende Mikroskop-Hardware (z.B. FPGA - u. Mediaprozessoren für eine schnelle Echtzeit - Bildgebung und Bildverarbeitung) als „embedded PC" erreicht.

Durch leistungsfähige Firmware- und/oder Software-Tools kann das digitale Bild im Rahmen der digitalen

Applikationsanforderungen weiter verbessert bzw. verrechnet und in Quasi-Echtzeit zur Anzeige gebracht werden. Gleiches wäre mit einer traditionellen Digitalkamera an der

Kameraschnittstelle und anschließender Bilddatenverarbeitung auf einem externen PC nicht oder nur mit großem technischen Aufwand (extrem leistungsfähiger und teurer PC) möglich.

Durch die Verwendung des digitalen Okulars 11 und ggf. die Verwendung einer zusätzlichen Übersichtskamera 12, die in Echtzeit vorzugsweise Übersichtsbilder vom mikroskopischen Objekt 8 liefert, ergeben sich eine Reihe weiterer

systemischer Vorteile:

- Die Mikroskopkonstruktion in aufrechter und umgekehrter Bauart ist nicht mehr an eine ergonomische Okulareinblickhöhe gebunden, das schafft Freiheiten im applikationsbezogenen Funktionsaufbau und spart durch den Wegfall der sonst notwendigen optischen Tuben und

Zusatzoptiken Kosten. Insbesondere bei einem inversen Mikroskop kann auf die zusätzliche Zwischenabbildung verzichtet werden und der erhebliche Aufwand für

Binokular-, Trinokular- oder Ergotuben entfällt.

Durch den Wegfall der optischen Korrekturen für die

Okularauskopplung vereinfacht sich der optische Aufwand weiter. Aufgrund der fehlenden Notwendigkeit, die

Sehfelder für klassische optische Okulare mit

Sehfeldzahlen 20 bis 25 mm bereitzustellen, können die Abbildungen auf die Sensoren ohne den vorgehaltenen

Glasweg auf diese optimal angepasst werden. Des Weiteren reduziert sich der Aufwand für die Adaptionsoptik für die Kamera- oder Scannerauskopplung hauptsächlich um den Anteil der Rückkompensation des optischen Glasweges.

Die Stativkonstruktion vereinfacht sich und die

Probenzugänglichkeit insbesondere bei inversen Stativen verbessert sich durch den Wegfall der vorgelagerten Tuben Die mikroskopische „Hardware" muss nicht zwingend in unmittelbarer Erreichbarkeit des Nutzers (Einblick in die Okulare) stehen, da die Interaktion des Nutzers nur noch mit dem vorzugsweise digitalen Eingabemedium, z.B. dem Monitor (Touch-Screen) oder anderen bekannten

ortsvariablen digitalen Eingabeeinrichtungen (Touchpads, digitalen Drehgebern, Joysticks, Maus oder dergleichen) erfolgt. Bei gewünschter optionaler Beobachtung über digitale Okulare - z.B. über hochauflösende

Miniaturdisplay-Okularbeobachtung (mit HD-, 2K- oder 4K- Displaytechnologie) oder beispielsweise ein Head-Up- Display oder eine VR-Brille, oder die ZEISS VR ONE als Smartphone/Smart-App-Technologie - ist eine nicht an ein Stativ ortsgebundene Beobachtung und Steuerung von

Mikroskopfunktionen möglich, da die neuen Visualisierungsund Steuerungstechniken meist drahtlos (z.B. über Wi-Fi oder Bluetooth) oder lediglich drahtgebunden (z.B. über USB) mit dem Stativ bzw. Mikroskopkörper gekoppelt sind.

In den Figuren 3 bis 6 sind verschiedene erfindungsgemäße

Adapterkonfigurationen als Prinzipskizzen dargestellt.

Es existiert eine Vielzahl verschiedenartiger Objektive, die sich hinsichtlich ihrer optischen Korrektionskonzepte,

Schnittstellendefinitionen, ihrer Abbildungsmaßstäbe, ihrer speziellen optischen Kontrastverfahren, Komplexität und

technisch-applikativen Ausstattungsmerkmalen unterscheiden.

Tabelle 2 zeigt einen beispielhaften Auszug verfügbarer

Mikroskopobjektive und die große applikative Vielfalt dieser Mikroskopobj ektive .

Objektiv - Objektiv - Ausführungen

Auswahlkriterium

Objektivklassen A-Plan, LD A-Plan, Achoplan/N-Achroplan, W

Achroplan/W N-Achroplan, C-Achroplan, Fluar, Ultrafluar, alpha Plan-Fluar, Plan-Neofluar , EC Plan-Neofluar, LD Plan-Neofluar, LCI Plan- Neofluar, LCI Plan-Apochromat, Plan-Apochromat SF20, Plan-Apochromat SF23, Plan-Apochromat SF25, W Plan-Apochromat, C-Apochromat, LD C- Apochromat, Epiplan, EC Epiplan, LD Epiplan, Epiplan-Neofluar , EC Epiplan-Neofluar , LD Epiplan-Neofluar, EC Epiplan-Apochromat ,

Abbildungsmaßstab l.Ox, 1.25x, 2.5x, 5x, lOx, 20x, 25x, 32x, 40x,

50x, 63x, lOOx, 150x

Kontrastverfahren/ H BrightField, HD BrightField/Dark Field, DIC Applikation Differential Interference Contrast, RL DIC

Reflected Light DIC, HC DIC High Contrast DIC, C DIC DIC ith circular polarized light,

PlasDIC Polarization-Optical DIC, TIC Total Interference Contrast, PH Phase Contrast, VAREL Objektiv - Objektiv - Ausführungen

Auswahlkriterium

Contrast, HMC Hoffmann Modulation Contrast, POL Polarization Contrast, FL Fluorescence, TIRF Total Internal Reflection Fluorescence,

Confocal Microscopy, NLO-IR / 2 Photon, Apo Tome, Microdissection

Technische ohne Immersion, Wasser- /Öl- /Glycerin- Optionen Immersion, Korr-Funktion, Blenden-Funktion, LD

(Long Distance) , Anschlussgewinde-Ausführungen in WO.8x1/36", M27x0.75, M32x0.75, neue

Objektive (nach neuem Korrektionsprinzip) , Staffelung der NA (Numerische Apertur) in den Bereichen 0.02-0.19, 0.20-0.49, 0.50-0.79, 0.80-0.99, >1.00, WD (working Distance) < 1.0 mm, 1.0-4.0 mm, 4.0-10.0 mm, > 10.0 mm, ohne Deckglaskorrektur, mit Deckglaskorrektur, variable Deckglasdicken-Korrektur,

Spezialobj ektive Telezentrische Objektive, Messobjektive,

Zoomobj ektive , Makroskop-Obj ektive ,

Stereomikroskop-Obj ektive ,

Tabelle 2

In Fig. 3 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der

Erfindung dargestellt. Dabei wird zumindest eine Optik 13 des Mikroskopobjektivs ohne das ursprüngliche Objektivgehäuse als embedded System in den Adapter 3 eingebaut und dort mit mechanischen Mitteln ausgerichtet. Dabei ist der Bauraumgewinn vorteilhaft. Weiterhin weist der Adapter 3 eine mechanische Schnittstelle 14 zur Ankopplung an das Digitalmikroskop auf. Eine elektronische Schnittstelle 16 dient zur Kommunikation mit und/oder der Energieversorgung der weiteren elektronischen Komponenten im Adapter 3, wie Speicher 17, Ringbeleuchtung 18, Kontrastmodul 19, Übersichtskamera 20 oder Steuermodul 21. Mit punktierten Linien sind Kommunikationsverbindungen des

Steuermoduls 21 zu den Komponenten dargestellt.

Vorteilhafterweise weist der Adapter 3 eine optische

Schnittstelle 22 zur Einkopplung von Licht für eine

Auflichtbeleuchtung und/oder ein internes Auflichtmodul 23 auf . Im Speicher 17 sind Realdaten der Optik 13, die durch Vermessung ermittelt wurden, gespeichert. Weiterhin kann der Speicher 17 weitere Informationen über eingebaute Module und Optionen umfassen. Die Montage, Vermessung, Konfiguration und Kalibrierung erfolgt dabei werksseitig, d.h. diese Option wird vorzugsweise von einem Hersteller des Digitalmikroskops angeboten, an das das Objektiv adaptiert werden soll.

Für den Betrieb von motorischen Funktionseinheiten (z.B.

Autofocus) bzw. der integrierten Ringlicht- Beleuchtungseinrichtung müssen über die elektronische

Schnittstelle 16 des Adapters 3 neben den für den

Datentransfer vorgesehenen elektrischen Kontakten entweder zusätzlich Kontakte vorgesehen werden, die der elektrischen Energieübertragung zur Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Leistung dienen oder die vorhandenen Kontakte schaltungstechnisch dafür ausgelegt werden. Beim Einsatz einer kontaktlosen Technologie, wie z.B. NFC-Funktechnologie als elektrische Schnittstelle ist für den Betrieb dieser

energieintensiveren Funktionseinheiten in der elektrischen Schaltungsdimensionierung auf eine ausreichend große

elektrische Leistungsübertragung zu achten.

Durch die Möglichkeit der Nachrüstung optischer

Kontrastverfahren mittels des Kontrastmoduls 19 im Adapter 3 wird auch an Digitalmikroskopen eine technische Alternative eröffnet, die ursprünglich nicht für POL-, DIC- oder

Fluoreszenz-Kontrast vorgesehen bzw. ausgestattet sind.

Dadurch kann der Applikationsumfang der Digitalmikroskope deutlich erweitert werden. Die Verfahren und die Anordnungen der optischen Elemente oben genannter Kontrastverfahren sind bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.

Durch zusätzlich in den Adapter integrierbare Sensoren, wie z.B. einen Entfernungssensor 24, Autofokus-Sensoren oder die Übersichtskamera 20 kann die Systemperformance weiter erhöht und Arbeitsabläufe rationalisiert werden.

Die dargestellten Zusatzkomponenten sind teilweise als optionale Komponenten zu verstehen, die auch in den

Ausführungsformen gemäß der Figuren 4 bis 6 vorhanden sein können.

Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Lösung als Embedded System, bei der ein komplettes Mikroskopobjektiv 25 in den Adapter 3 eingebaut ist. Die Montage, Vermessung, Konfiguration und Kalibrierung erfolgt auch hier vorzugsweise werksseitig. Die werksseitige Objektivintegration als Embedded System gemäß der Figuren 3 und 4 hat den Vorteil, dass sämtliche

notwendigen Adaptionsarbeiten werksseitig durchgeführt werden können, wie z.B.

- Vermessung des zu Mikroskopobjektivs 25 hinsichtlich seiner optischen Realdaten,

- Montage, Justierung und Kalibrierung der Optik 13 oder des kompletten Mikroskopobjektivs 25,

- Ggf. Integration und Justage weiterer optischer

Korrekturglieder bzw. weiterer optischer oder motorisierter Komponenten und Baugruppen,

- Elektrisch- / elektronische Inbetriebnahme,

- Update mit aktuellen Firmware- u. Softwareversionen,

- Justierung, Kalibrierung und Prüfung des Komplettsystems.

Damit entfällt für den Kunden bei werksseitig adaptierten Objektiv vorteilhaft eine zusätzliche Konfiguration und

Kalibrierung des Adapters. In den Ausführungsvarianten gemäß der Fig. 5 und 6 werden entweder werksseitig oder kundenseitig die zu adaptierenden Mikroskopobjektive 25 aus dem eigenen, herstellerspezifischen Lieferprogramm als so genannte Add-on-Systeme mit entsprechend ausgeführten Adapter 3 gekoppelt. Dabei besitzt der Adapter 3 eine zu den zu adaptierenden Objektiven kompatible mechanische Schnittstelle 26, z.B. ein entsprechendes Gewinde oder

Bajonett. Bei der werksseitigen Ausführungsform (Fig. 5) werden wieder alle Konfigurations- und Kalibrieraufgaben vorteilhaft beim Hersteller ausgeführt und beim Nutzer

entfallen weitere Konfigurations- und Kalibrieraufgaben. Hier kann in der Regel das Objektiv 25 nicht mehr vom Adapter 3 getrennt werden, d.h. diese Kombination bleibt erhalten und der Kunde kann keine weiteren Objektive an dem Adapter 3 betreiben.

Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform ist ein Add-on-System, bei der der Kunde die mechanische Anbindung an den Adapter 3, sowie die Konfiguration und Kalibrierung selbst vornehmen kann.

Hier müssen alle erforderlichen Daten für das zu adaptierende Mikroskopobjektiv 25 als Datei 27, z.B. als Download aus einer Datenbank 28 oder Cloud 29 zur Verfügung stehen und über die elektronische Schnittstelle 16 in dem Speicher 17 abgelegt werden. Das sind die Daten, die für alle Objektive dieses Typs identisch sind, z.B. Bezeichnungen zur Identifikation oder optische Restfehlerkorrekturen (z. B. Verzeichnungskorrektur), die exemplarisch nur gering variieren. Weiterhin kommen individuelle Objektivdaten hinzu, die erst in einer über die Software/Firmware des Digitalmikroskops angebotenen

Kalibrierroutine unter Nutzung eines Kalibrier-Slides vom Kunden gemessen und gespeichert werden müssen. In einer weiteren Ausbaustufe können auch noch - wenn das Digitalmikroskop über entsprechende Sensorik (z. B. ein integrierter Wellenfrontsensor) verfügt - die Qualität des Mikroskopobjektivs 25 beschreibende objektive

Bildgütekriterien wie z.B. die Point-Spread-Funktion (PSF) oder die Strehlsche Definitionshelligkeit (aus gemessenen Nijboer-Zernike-Koeffizienten berechnet) gemessen und als realoptische Systemdaten mit in den digitalen

Bildentstehungsworkflow eingehen bzw. gemessene optische

Restfehler über implementierte adaptive optische Elemente oder wie bei motorisierten Korr . -Obj ektiven über einstellbare

Linsenglieder in bestimmten Grenzen korrigiert werden.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Kunde

unterschiedliche Objektive aus seinem Bestand mit dem Adapter 3 nutzen kann, nachdem er die oben beschriebenen Updates und Kalibrierroutinen ausgeführt hat. Selbstverständlich muss der Adapter die dafür notwendigen hardwareseitigen Voraussetzungen haben, z.B. das Vorhandensein einer objektiv-typgebundenen oder herstellerspezifischen Korrekturlinse/Korrekturoptik 30 im Adapter 3 oder die entsprechende herstellerspezifische mechanische Schnittstelle 26.

Die Ausführungsformen gemäß der Figuren 5 und 6 können auch mit Fremdobjektiven, d.h. Objektiven aus dem Lieferprogramm anderer Hersteller, als so genannte Add-On-Systeme mit

entsprechend ausgeführtem Adapter 3 realisiert werden. Dabei besitzt der Adapter 3 die zu den Fremdobjektiven kompatible mechanische Schnittstelle 26, z.B. ein entsprechendes Gewinde und in den meisten Fällen eine notwendige optische Adaption durch weitere optische Korrekturglieder.

Entscheidend für die Einbindung von Objektiven anderer

Hersteller in den digitalen Bildgebungsprozess in Digitalmikroskopen ist die Kenntnis und Verfügbarkeit ihrer relevanten Daten. Durch die Möglichkeit der Einbindung von geeigneten Objektiven anderer Hersteller, insbesondere auch von Spezialobjektiven, wie z. B. telezentrische Objektive, LD- Objektive oder Zoomobjektive erweitert sich die

Anwendungsbreite der Digitalmikroskope beträchtlich.

Stellvertretend für die o.g. verschiedenartigen optischen Schnittstellenfunktionen sei in einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 die optische Adaption eines Objektivs an ein Digitalmikroskop angeführt.

Mikroskope mit °°-Obj ektiven beinhalten die Bestandteile

Objektiv und Tubuslinse. Zwischen beiden ist der als

Unendlichraum benannte Abstand 60. Genormt ist die

Vergrößerung als Verhältnis von Bild zu Objektgröße. Das

Objekt liegt dabei in der Nähe des vorderen Brennpunktes des Objektivs und das Bild entsprechend in der Nähe des hinteren Brennpunktes der Tubuslinse. Mit den Grundgesetzen der

geometrischen Optik sind Bildhöhe durch Brennweite der

Tubuslinse und Objektgröße durch Objektivbrennweite zu

ersetzen. Aus unterschiedlichen Gründen werden Tubuslinsen mit unterschiedlichen Brennweiten und auch mit unterschiedlichem Korrektionen eingesetzt. Ein Austausch der Objektive ist damit oft schon aus optischen Gesichtspunkten nicht ohne

Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit gegenüber der

zugrundeliegenden Originalkonfiguration möglich. Mit Kenntnis der Korrektionsprinzipien der Tubuslinsen ist die Ermittlung der Differenz für Mischkonstellationen möglich. Für einige Konstellationen gibt es Lösungen, nicht kompatible

Konfigurationen durch Hinzufügen von Anpassungsgliedern im Unendlichraum zu korrigieren. Figur 7 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Adapters mit einem optischen Korrekturglied 100 am Beispiel eines Zooms 200 in einem Digitalmikroskop (nicht dargestellt) entsprechend der Beschreibung in DE 10 2013 000 999 AI und einem Objektiv

(nicht dargestellt) für eine Tubuslinse nach Beschreibung in WO2005088378A1 (dort Fig.2) . Der Zoom 200 bildet von °° auf einen Sensor 300 in der Bildebene mit variabler Brennweite f ^x zoom ab. Zwischen dem Objektiv und dem Zoom 200 ist das optische Korrekturglied 100 in Form eines afokalen Kittglieds in der Pupillenebene des Zooms 200 angeordnet. Das vom Objekt emittierte oder reflektiert, das Objektiv, das Korrekturglied 100 und den Zoom 200 durchlaufende Licht (Strahlengang

dargestellt mit 50) wird in der Bildebene fokussiert. Das Korrekturglied 100 korrigiert die systematischen Differenzen der Aberrationen zwischen denen für den Zoom 200 ausgelegten Objektiven und denen für WO2005088378A1 Fig.2 ausgelegten Objektiven. Dies sind in diesem Beispiel Farblängs- und

Farbquerfehler und lassen sich durch den Adapter mit dem

Korrekturglied 100 korrigieren. Schnittweiten und

Vergrößerungsdifferenzen sind nicht zu korrigieren. Aus diesem Grund ist das Korrekturglied 100 afokal mit

Fernrohrvergrößerung 1 ausgelegt.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung zur optischen Anpassung eines Objektivs an einen Zoom-Tubus des Digitalmikroskops.

Dargestellt ist der prinzipielle Aufbau eines optischen

Adapters mit einem Korrekturglied 101 am Beispiel eines Zooms 201 im Digitalmikroskop entsprechend der Beschreibung in

DE 10 2013 000 999 AI und einem Objektiv für eine Tubuslinse nach Beschreibung in US-8576482 B2. Der Zoom 201 bildet von °° auf einen Sensor 301 in der Bildebene mit variabler Brennweite f ^x zoom ab. Zwischen dem Objektiv und dem Zoom 201 ist der afokale optische Adapter als Korrekturglied 101 in Form eines Galileiteleskops aus zwei Kittgliedern 102, 103 in der Pupillenebene des Zooms 201 angeordnet. Das vom Objekt

reflektierte oder emittierte, das Objektiv, den Adapter und den Zoom 201 durchlaufende Licht wird in der Bildebene 301 fokussiert. Der Adapter mit dem optischen Korrekturglied 101 korrigiert die systematischen Differenzen der Aberrationen, zwischen denen für den Zoom 201 ausgelegten Objektiven und denen für US-8576482 B2 ausgelegten Objektiven. Dies sind Farblängs- und Farbquerfehler sowie Vergrößerungsdifferenz und diese lassen sich durch zwei Achromate bzw. die Kittglieder 102, 103 korrigieren. Schnittweiten werden nicht korrigiert. Aus diesem Grund ist das Korrekturglied 101 afokal ausgelegt. Die Vergrößerungsdifferenz wird durch die Fernrohrvergrößerung des Korrekturgliedes 101 behoben.

In den Ausführungsbeispielen zu Patent US-8576482 B2 ist eine Tubuslinse eines Herstellers offenbart. Die Einzelheiten sind dort in Tabelle 19 und Darstellung 25 ersichtlich. Die

zwischen der dort angegebenen Tubuslinse und der Korrektion des Zooms-Tubus (z. B. aus DE 10 2013 000 999 AI) bestehenden Unterschiede sind Brennweite, Farblängsfehlerkorrektion,

Farbquerfehlerkorrektion und Bildfeldwölbung. Dies sind

Fehler, die sich im Unendlichraum mittels des Korrekturgliedes 101 korrigieren lassen. Das Korrekturglied 101 korrigiert über die Relation der Brennweiten der beiden Achromate bzw.

Kittglieder 102, 103 die Differenz der Brennweiten zwischen einer Referenzbrennweite des Zoomsystems 201 und dem zu der Tubuslinse aus US-8576482 B2 2013/11/05 korrigierten Objektiv. Die Auswahl von Krön- und Flintglas in den beiden Kittgliedern 102, 103 gestattet in Kombination die Korrektion der übrigen benannten Fehler.

Die Fernrohrvergrößerung des Korrekturgliedes 101 beträgt Γ=1,08. Farbquer- und Farblängsfehler sowie Koma und Astigmatismus sind deutlich reduziert. Das Korrekturglied 101 hat praktisch keinen Einfluss auf die Verzeichnungen. Diese sind vorteilhafterweise digital korrigierbar.

Das Korrekturglied 101 umfasst einen ersten Achromaten

(Kittglied 102) mit positiver Brechkraft mit vorangestelltem Flint in der Sammellinse und einem zweiten Achromaten

(Kittglied 103) mit negativer Brechkraft mit endständigem Krön in der Sammellinse.

Nachfolgende Tabelle gibt eine mögliche exakte Ausführungsform des in Fig. 8 beschriebenen optischen Korrekturgliedes 101 an. Dabei sind r der Radius der jeweiligen Linse, a der Abstand zur nächsten Linse, n _e die Brechzahl, v _e die Abbe-Zahl der Linse und f die Brennweite.

Bezugs zeichenliste

1 Mikroskopobjektiv 100 optisches Korrekturglied

2 Digitalmikroskop 101 optisches Korrekturglied

3 Adapter 102 Kittglied

4 Digitalobjektiv 103 Kittglied

5 optische Schnittstelle 200 Zoom

6 Bildsensor 201 Zoom

7 Optik 300 Sensor

8 Objekt 301 Sensor

9 Monitor

10 -

11 digitales Okular

12 Übersichtskamera

13 Optikkomponente

14 mechanische Schnittstelle

15 -

16 elektronische Schnitt ^¬ stelle

17 Speicher

18 Ringbeleuchtung

19 Kontrastmodul

20 Übersichtskamera

21 Steuermodul

22 optische Schnittstelle

23 Auflichtmodul

24 Entfernungssensor

25 Mikroskopobjektiv

26 mechanische Schnittstelle

27 Datei

28 Datenbank

29 Cloud

50 Strahlengang

60 Abstand