Die Erfindung betrifft ein Zoommikroskop gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der optischen Messtechnik sind insbesondere bei der

Inspektion bestimmter Teile Abbildungen erforderlich, die frei von perspektivischen Verzerrungen sind, und der

Abbildungsmaßstab auch in Richtung der optischen Achse innerhalb eines definierten Bereiches konstant bleibt. Das heißt, dass unterschiedlich hohe aber gleich große Objekte auch in der Abbildung gleich groß erscheinen, solange die Telezentrie in einem vorgegebenen Tiefenschärfe-Bereich vorliegt .

Für die Vermessung verschieden großer Objekte soll der

Abbildungsbereich möglichst vollständig ausgenutzt werden, daher muss bei sehr kleinen Objekten der Abbildungsmaßstab vergrößert werden. Dies geschieht mit einem Zoomsystem, dass die Telezentrie aufrecht erhalten muss. Dazu ist auch eine bildseitige Telezentrie nützlich.

Eine beidseitig telezentrische Optik weist theoretisch keine Maßstabsfehler bei Defokussierung auf.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene telezentrische Zoommikroskope mit oder ohne Zwischenbild bekannt.

Systeme ohne Zwischenbild haben eine kürzere Baulänge und sind deshalb vorteilhaft insbesondere für wechselnde Mess-,

Beobachtungs- und Dokumentationsaufgaben anwendbar.

Objektseitig telezentrische Zoomsysteme sind weiterhin besonders vorteilhaft dann anwendbar, wenn objektseitig Filter oder eine koaxiale Auflichteleuchtung in den Strahlengang eingekoppelt werden sollen.

Aus der US 2010/0014154 AI ist ein Zoommikroskop mit einem erweiterten Vergrößerungsbereich des Zooms bei Verwendung verschiedener Wechselobjektive bekannt, das ein eine

objektseitige Telezentrie durch die Anordnung einer

Aperturblende im bildseitigen Brennpunkt des Wechselobjektivs herstellt. Problematisch hierbei ist, dass bei Objektiven größerer Brennweite mehr Bauraum benötigt wird.

Aus der US 2004/0246592 AI ist ein Zoommikroskop mit

bildseitiger Telezentrie bekannt. Das Zoomsystem umfasst vier Linsengruppen, von denen zur Einstellung der Vergrößerung die mittleren beiden Linsengruppen bewegt werden. Das Zoomsystem hat eine Eintrittspupille auf der Objektseite der ersten Linsengruppe, die im Wesentlichen mit einer Austrittspupille des Objektives zusammenfällt. Daher ist stets ein relativ großer Abstand zwischen dem Zoomsystem und dem Objektiv erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein kompaktes Mikroskop bereitzustellen, das eine verzerrungsfreie

vergrößerte Abbildung eines Objektes vorzugsweise zu

Messzwecken ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch ein modulares Zoommikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das modulare Zoommikroskop umfasst eine Objektebene, in der ein zu beobachtendes Objekt platzierbar ist, ein

auswechselbares Objektiv, das in konstanter Entfernung zum Objekttisch angeordnet ist, eine Zoombaugruppe, eine Tubuslinsenbaugruppe und eine Abbildungseinheit zum Erfassen eines Abbildes des Objektes.

In der Objektebene ist beim Mikroskop in den meisten Fällen in bekannter Weise ein Objekttisch vorgesehen. Vorzugsweise ist die Objektebene in konstanter Entfernung zum Objektiv

angeordnet .

Objektiv, Zoombaugruppe, Tubuslinsengruppe und

Abbildungseinheit sind ausgehend von der Objektebene in dieser Reihenfolge in einem optischen Pfad bzw. einem

Beobachtungsstrahlengang angeordnet .

Das Objektiv hat eine solche Brennweite, dass ein bildseitiger Brennpunkt des Objektives innerhalb der Zoombaugruppe liegt.

Die Zoombaugruppe umfasst mindestens zwei bewegliche

Linsengruppen. Eine der beweglichen Linsengruppen umfasst erfindungsgemäß eine Blende.

Die beweglichen Linsengruppen sind dabei in einer

vorteilhaften Ausführungsform in mindestens einer ersten Lage so einstellbar, dass eine Eintrittspupille der Zoombaugruppe im bildseitigen Brennpunkt des Objektives liegt. In weiteren Ausführungsformen gibt es weiterhin eine zweite oder weitere solcher Lagen bzw. Einstellungen der beweglichen

Linsengruppen .

Durch diese Blende wird im Wesentlichen eine objektseitige und bildseitige Telezentrie des Zoommikroskopes hergestellt.

Die Zoombaugruppe ist ein afokales Linsensystem. Als afokal bezeichnet man ein Linsensystem, das weder sammelnd noch zerstreuend wirkt. Das heißt parallel eintreffende

Strahlenbündel werden zwar innerhalb des Systems konvergent beziehungsweise divergent gebrochen, weitere Linsen oder Spiegel im Strahlengang bewirken jedoch, dass das Licht wieder parallel gerichtet austritt. Anders ausgedrückt: ein parallel zur optischen Achse eintreffender Strahl verlässt das System auch wieder achsparallel. {Quelle: Wikipedia)

Vorteilhafterweise kann mit dem erfindungsgemäßen

Zoommikroskop durch Auswechseln des Objektives und Betätigung des Zooms in einem vorbestimmten Vergrößerungsbereich bei einem vergleichsweise großen Objektfeld ein Maßstabsfaktor bis etwa 25-fach erreicht werden.

Die Blende hat in einer bevorzugten Ausführungsform eine feste Größe, kann aber in alternativen Ausführungsformen auch größenvariabel sein. Wenn die Blende in ihrer Größe variierbar ist, kann der Tiefenschärfebereich verändert werden.

Die Zoombaugruppe umfasst in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine feste und genau drei bewegliche

Linsengruppen, welche ausgehend vom Objektiv in folgender Reihenfolge angeordnet sind: feste erste Linsengruppe

(positive Brechkraft), bewegliche zweite Linsengruppe

(negative Brechkraft), bewegliche dritte Linsengruppe

(positive Brechkraft) , bewegliche vierte Linsengruppe

(negative Brechkraft) . In dieser Ausführungsform ist die Blende an der dritten Linsengruppe angeordnet. Die Bewegungen der drei beweglichen Linsengruppen sind vorteilhafterweise so aufeinander abgestimmt, dass die (virtuelle) Abbildung der Blende durch die erste Linsengruppe einen konstanten Ort ergibt. Die Gesamtbewegung ist auf eine konstante Bildlage abgestimmt . Für die Einhaltung der Telezentrie ist der bildseitige

Brennpunkt am Ort des (virtuellen) Bildes der Blende.

Das Tubuslinsensystem umfasst in bekannter Weise vorzugsweise mehrere Linsengruppen zur Fokussierung der Abbildung in einer Bildebene, in der ein Bildsensor angeordnet ist.

Die bildseitige Telezentrie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beispielsweise ein Mikrolinsenarray vor dem Bildsensor angeordnet ist. Solche Sensoren mit Mikrolinsenarray sind aufgrund der vorgeschalteten Optik besonders empfindlich gegen eine Hauptstrahlneigung.

Selbstverständlich können die Zoombewegungen motorisch ggf. automatisiert ausgeführt werden.

Stellungen der Linsengruppen können auf verschiedenste Weisen erfasst und in der Abbildungseinheit oder einer

Darstellungseinheit verwendet werden, um Skalierungen zu ermitteln und/oder Messungen im Bild auszuführen.

Vor und hinter der Zoombaugruppe ist jeweils ein ünendlich- Strahlenraum vorhanden, der sich bekannterweise besonders für die Ein- oder Auskopplung von Teilstrahlengängen, Filtern oder dergleichen eignet.

In den objektseitigen Unendlichraum kann vorzugsweise eine koaxiale Auflichtbeleuchtung eingekoppelt werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipskizze eines optischen Systems einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Zoommikrsokops mit einem ersten Objektiv; Fig. 2: eine Prinzipskizze des optischen Systems des

Zoommikroskopes, wobei das erste Objektiv gegen ein zweites Objektiv ausgewechselt ist.

Fig. 1 zeigt mit fünf Abbildungen einen Strahlengeng eines optischen Systems einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen .nodularen Zoommikroskopes.

Das optische System des Zoommikroskopes umfasst ein Objektfeld 01, das sich auf einem nicht dargestellten Objekttisch bzw. in einer Objektebene befindet. Auf dem Objektfeld 01 ist ein Objekt 02 angeordnet, dessen beobachteter Teil in den

Abbildungen a) bis e) in seiner Größe variiert. Dabei zeigt Abbildung a) ein sehr kleines Objekt und Abb. e) ein das Objektfeld 01 ausfüllendes Objekt.

In konstanter Entfernung zum Objektfeld 01 ist ein Objektiv 03 mit einer Brennweite f _o =80mm angeordnet. Das Objektiv 03 ist auswechselbar.

An das Objektiv 03 schließt sich eine Zoombaugruppe 04 mit einem Zoomfaktor Γ = 0,5 ... 5 an, welche vier Linsengruppen umfasst: eine erste Linsengruppe LG1 mit einer positiven Brechkraft ist feststehend angeordnet. Eine zweite

Linsengruppe LG2 ist entlang einer optischen Achse 06

verschiebbar und hat eine negative Brechkraft. Eine dritte Linsengruppe LG3 ist ebenfalls entlang der optischen Achse 06 verschiebbar und hat eine positive Brechkraft. Eine vierte Linsengruppe LG4 ist auch entlang der optischen Achse 06 verschiebbar und besitzt eine negative Brechkraft.

Eine Blende 07 ist an der dritten Linsengruppe LG3 vorgesehen. Die Blende 07 ist dabei vorzugsweise fest mit der Linsengruppe LG3 verbunden und mit dieser entlang der optischen Achse 06 verschiebbar. Die Blende hat in dieser Ausführungsform einen festen Durchmesser von 12,7mm.

Eine Tubusbaugruppe 08 hat in der dargestellten

Ausführungsform eine Brennweite fT=200mm und umfasst eine Linsengruppe LG5 mit einer positiven Brechkraft, eine

Linsengruppe LG6 mit einer negativen Brechkraft und eine Linsengruppe LG7 mit einer positiven Brechkraft. Die

Linsengruppen LG5, LG6 und LG7 der Tubusbaugruppe 08 sind fest angeordnet. Zwischen der Zoombaugruppe 04 und der

Tubusbaugruppe 08 liegt ein Unendlichraum vor.

Ein Bildsensor 09 ist der Tubusbaugruppe 08 nachgeordnet in einer Bildebene angeordnet. Der Bildsensor 09 kann jeder bekannte Bildsensor sein, der ein für das optische System geeignetes Format und Auflösungsvermögen hat. Der Fachmann kann den geeigneten Bildsensor auswählen.

Der Bildsensor ist Teil einer Abbildungseinheit, die in an sich bekannter Weise der Erfassung eines Abbildes der Probe 02 dient.

Nachfolgend sind die optischen Kenndaten für das dargestellte System tabellarisch angegeben.

Dabei bedeutet die Angabe eines Radius' den Radius einer Linse. U ist als Ebene mit dem Radius=ünendlich angenommen. Der Abstand definiert jeweils den Abstand zum nächsten

Element. Das Linsenmaterial einer Linsengruppe wird definiert durch die Brechzahl n _e und die Abbe-Zahl v _e . Außerdem ist die beidseitige Brennweite f' der jeweiligen Linsengruppe

angegeben.

Das Gesamtsystem weist eine variable Vergrößerung ß=l, 25...12, 5 auf. Der Abstand Objektebene-Bildebene beträgt in dieser Ausführungsform 352mm.

Exemplarisch ist als Strahlengang ein Strahlenbündel 11 dargestellt, das von einem zentrumsfernen Objektpunkt ausgeht, durch das optische System des Zoommikroskopes mehrfach abgelenkt und schließlich auf dem Bildsensor fokussiert wird.

Wie aus den Abbildungen a) bis e) anhand des Strahlenganges ersichtlich ist, werden verschieden große Objekte 02 jeweils durch axiale Verschiebung der Linsengruppen LG2, LG3 und LG4 jeweils auf der vollen Bildfläche des Bildsensors 09

abgebildet. Die variable Fernrohrvergrößerung Γ des afokalen Zooms und die Brennweite der Tubuslinse ergeben eine

resultierende Brennweite f.

Nachfolgende Tabelle zeigt Einstellungen der variablen

Abstände VI bis V4, mit denen bestimmte Brennweiten bzw.

Vergrößerungsstufen erreichbar sind:

In der beschriebenen Ausführungsform wird für genau vier

Vergrößerungsstufen eine Lage der Eintrittspupille geschaffen, die eine weitestgehende Telezentrie objektseitig und

bildseitig bereitstellt. Diese Lagen werden bevorzugt

verwendet, wenn Telezentrie unbedingt eingehalten werden muss. Dazu sind die entsprechenden Abstände bzw. absoluten

Positionen der Linsengruppen und die zugehörige Vergrößerung als feste „telezentrische" Vergrößerungsstufen in einer

Steuereinheit des Zoommikroskopes gespeichert und werden bei Bedarf definiert angefahren.

Mit dieser Ausstattung weist das Gesamtsystem eine Vergrößerung ß=l, 25...12, 5 und eine maximale numerische Apertur NA _max =0, 15 auf.

Figur 2 zeigt das zuvor beschriebene optische System, jedoch mit dem Unterschied, dass das Objektiv 03 gegen ein Objektiv 13 mit einer Brennweite f _o =40mm ausgetauscht wurde. Gleiche Bezugsziffern bedeuten hierbei selbstverständlich gleiche Komponenten, so dass auf eine weitere Beschreibung hier verzichtet wird.

In den Abbildungen a) bis e) sind wiederum unterschiedlich große Objekte 02 auf dem Bildsensor 09 vollflächig abgebildet, wobei die beweglichen Linsengruppen LG2, LG3 und LG4 der

Zoombaugruppe unterschiedliche Positionen aufweisen. Mit dieser Ausstattung weist das Gesamtsystem eine Vergrößerung b=2,5...25 und eine maximale numerische Apertur NA _max =0,3 auf. Bezugszeichenliste

01 Objektebene

02 Objekt

03 Objektiv

04 Zoombaugruppe

05

06 optische Achse

07 Blende

08 Tubusbaugruppe

09 Bildsensor

LG1 ... LG4 Linsengruppen der Zoombaugruppe LG5 ... LG7 Linsengruppen der Tubusbaugruppe