DE102024206242A1 - Infinity corrected microscope objective for scanning applications - Google Patents
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Abstract
Ein unendlich korrigiertes Mikroskop-Objektiv (2) für Scan-Anwendungen weist über das gesamte Gesichtsfeld eine hohe Abbildungsqualität und eine von der Etendue (G) abhängige geringe Zahl an Linsen auf, derart, dass es eine erste Etendue (G1) im Bereich von 0,8 mm2bis 1,8 mm2und höchstens neun Linsen (Li; 1 ≤ i ≤ 9) aufweist oder, dass es eine zweite Etendue (G2) im Bereich von mehr als 1,8 mm2und höchstens 15 Linsen (Li; 1 ≤ i ≤ 15) aufweist.An infinitely corrected microscope objective (2) for scanning applications has a high imaging quality over the entire field of view and a small number of lenses depending on the etendue (G), such that it has a first etendue (G1) in the range from 0.8 mm2 to 1.8 mm2 and a maximum of nine lenses (Li; 1 ≤ i ≤ 9) or that it has a second etendue (G2) in the range of more than 1.8 mm2 and a maximum of 15 lenses (Li; 1 ≤ i ≤ 15).
Description
Die Erfindung betrifft ein unendlich korrigiertes Mikroskop-Objektiv für Scananwendungen. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Baugruppe und ein Mikroskop mit einem derartigen Objektiv. Schließlich betrifft die Erfindung eine Verwendung eines entsprechenden Objektivs und ein Verfahren zum automatisierten Scannen einer Probe.The invention relates to an infinitely corrected microscope objective for scanning applications. The invention also relates to an optical assembly and a microscope with such an objective. Finally, the invention relates to a use of a corresponding objective and a method for automated scanning of a sample.
Je nach Anwendungsgebiet müssen Mikroskop-Objektive unterschiedliche Anforderungen erfüllen.Depending on the application, microscope lenses must meet different requirements.
Aus dem Stand der Technik sind Mikroskop-Objektive mit einem hohen Lichtleitwert (Etendue) bekannt.Microscope objectives with a high light conductivity (etendue) are known from the state of the art.
Diese Objektive sind einerseits sehr komplex, andererseits fällt die Abbildungsqualität zum Rand hin stark ab.On the one hand, these lenses are very complex, but on the other hand, the image quality drops off significantly towards the edges.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Mikroskop-Objektiv zu verbessern. Eine besondere Aufgabe besteht insbesondere darin, ein unendlich korrigiertes Mikroskop-Objektiv mit einem vereinfachten Aufbau und verbesserten optischen Eigenschaften bereitzustellen.One object of the invention is to improve a microscope objective. A particular object is to provide an infinitely corrected microscope objective with a simplified structure and improved optical properties.
Diese Aufgabe wird durch ein Mikroskop-Objektiv gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst.This object is achieved by a microscope objective according to the present invention.
Gemäß einem ersten Aspekt kann das Objektiv eine Etendue im Bereich von 0,8 mm2 bis 1,8 mm2 und höchstens 9 Linsen aufweisen. Es kann auch eine Etendue im Bereich von mehr als 1,8 mm2 und höchstens 15 Linsen aufweisen. In diesem Fall kann die Etendue insbesondere kleiner sein als 5,1 mm2.According to a first aspect, the lens may have an etendue in the range of 0.8 mm 2 to 1.8 mm 2 and a maximum of 9 lenses. It may also have an etendue in the range of more than 1.8 mm 2 and a maximum of 15 lenses. In this case, the etendue may in particular be smaller than 5.1 mm 2 .
Die Objektive können insbesondere eine Vignettierung von weniger als 5 % aufweisen.In particular, the lenses may exhibit vignetting of less than 5%.
Sie können insbesondere über eine spektrale Bandbreite von mindestens 200 nm, insbesondere im Bereich von 400 nm bis 800 nm apochromatisch korrigiert sein. Sie können insbesondere über eine spektrale Bandbreite von mindestens 200 nm, insbesondere im Bereich von 400 nm bis 700 nm, apochromatisch korrigiert sein. Sie können insbesondere im Bereich von 460 nm bis 660 nm apochromatisch korrigiert sein.In particular, they can be apochromatically corrected over a spectral bandwidth of at least 200 nm, in particular in the range from 400 nm to 800 nm. In particular, they can be apochromatically corrected over a spectral bandwidth of at least 200 nm, in particular in the range from 400 nm to 700 nm. In particular, they can be apochromatically corrected in the range from 460 nm to 660 nm.
Sie können vorzugsweise eine numerische Apertur von mindestens 0,9 aufweisen.They may preferably have a numerical aperture of at least 0.9.
Die erfindungsgemäßen Objektive sind insbesondere kostengünstig herstellbar. Die führen dennoch zu einer hohen Robustheit des optischen Systems.The lenses according to the invention can be produced particularly cost-effectively. This nevertheless leads to a high level of robustness of the optical system.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die erfindungsgemäßen Objektive trotz ihrer reduzierten Komplexität ein Strehl-Verhältnis von mindestens 0,8, insbesondere mindestens 0,9, aufweisen.According to a further aspect, the lenses according to the invention can have a Strehl ratio of at least 0.8, in particular at least 0.9, despite their reduced complexity.
Sie können insbesondere über mindestens 50%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%, insbesondere mindestens 95% des Gesichtsfeldes, insbesondere über das gesamte Gesichtsfeld, ein derartig hohes Strehl-Verhältnis aufweisen.In particular, they can have such a high Strehl ratio over at least 50%, in particular at least 70%, in particular at least 90%, in particular at least 95% of the field of view, in particular over the entire field of view.
Sie können insbesondere über einen Teilbereich des Gesichtsfeldes mit einer Fläche von mindestens 1 mm2 ein derartig hohes Strehl-Verhältnis aufweisen.They can have such a high Strehl ratio in particular over a partial area of the field of view with an area of at least 1 mm 2 .
Hierdurch wird eine hohe Auflösung über große Bereiche des Gesichtsfeldes, insbesondere über das gesamte Gesichtsfeld, sichergestellt. Dies erleichtert es, eine Mehrzahl von teilweise überlappenden Bildern zu einem Mosaik-Bild zusammen zu setzen.This ensures high resolution over large areas of the field of view, especially over the entire field of view. This makes it easier to combine a number of partially overlapping images into a mosaic image.
Das Gesichtsfeld wird auch als Objektfeld bezeichnet.The visual field is also called the object field.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es insbesondere für Scan-Anwendungen, bei welchen große, insbesondere großflächige, Proben untersucht werden, ein Vorteil ist, wenn die hierfür verwendeten Mikroskop-Objektive ein großes Gesichtsfeld aufweisen und gleichzeitig über das gesamte Gesichtsfeld eine hohe Auflösung bieten. Zur Charakterisierung der Auflösung kann das Strehl-Verhältnis herangezogen werden. Dieses kann für die erfindungsgemäßen Objektive insbesondere über das gesamte Gesichtsfeld mindestens 0,8, insbesondere mindestens 0,83, insbesondere mindestens 0,89, insbesondere mindestens 0,9 betragen.According to the invention, it was recognized that it is an advantage, particularly for scanning applications in which large, especially large-area samples are examined, if the microscope lenses used for this have a large field of view and at the same time offer a high resolution over the entire field of view. The Strehl ratio can be used to characterize the resolution. For the lenses according to the invention, this can be at least 0.8, in particular at least 0.83, in particular at least 0.89, in particular at least 0.9, in particular over the entire field of view.
Insbesondere für Scan-Anwendungen kann es notwendig sein, eine Vielzahl von Bildern aufzunehmen und dann zu einem Mosaik-Bild zusammenzusetzen. Vorzugsweise geschieht dies automatisiert.Especially for scanning applications, it may be necessary to capture a large number of images and then assemble them into a mosaic image. This is preferably done automatically.
Für einen hohen Durchsatz ist die insgesamt benötigte Zeit der Aufnahme der einzelnen Bilder ein kritischer Faktor. Diese Zeit hängt einerseits von der Aufnahmezeit für ein einzelnes Bild, und andererseits von der Anzahl der aufzunehmenden Bilder ab. Es ist stets erstrebenswert, die zur Aufnahme der einzelnen Bilder insgesamt benötigte Zeit zu reduzieren. Dies führt zu schnelleren Ergebnissen und zu einem erhöhten Durchsatz. Allgemein führt dies zu geringeren Kosten.For high throughput, the total time required to capture each image is a critical factor. This time depends on the time required to capture a single image and the number of images to be captured. It is always desirable to reduce the overall time required to capture each image. This leads to faster results and increased throughput. In general, this leads to lower costs.
Ein wichtiger Faktor, welcher einen Einfluss auf die insgesamt benötigte Zeit zur Aufnahme der einzelnen Bilder hat, ist - neben der Aufnahmezeit für ein einzelnes Bild - die Gesichtsfeldgröße des optischen Systems. Eine größere Gesichtsfeldgröße erlaubt es größere Bereiche in einzelnen Bildern aufzunehmen. Dies führt dazu, dass zur Abbildung einer ausgedehnten Probe weniger Einzelbilder benötigt werden. Dies führt zu einer reduzierten Scanzeit und zu einer Reduzierung des Aufwandes, welcher zum Zusammensetzen der Bilder zu einem Mosaik-Bild benötigt wird.An important factor that influences the total time required to capture the individual images - in addition to the capture time for a single image - is the field of view size of the optical system. A larger field of view size allows larger areas to be captured in individual images. This means that fewer individual images are needed to image an extended sample. This leads to a reduced scanning time and a reduction in the effort required to assemble the images into a mosaic image.
Allerdings ist es bei einer Vergrößerung der Gesichtsfeldgröße kritisch wichtig, dass das Objektiv über das gesamte Gesichtsfeld eine hohe Auflösung für alle relevanten Wellenlängenbereiche aufweist. Diese Anforderung einer hohen Auflösung bei einem gleichzeitig großen Gesichtsfeld entspricht einer Vergrößerung, insbesondere einer Maximierung, des Lichtleitwerts (Etendue). Die Etendue ist proportional zum Quadrat der linearen Abmessung, insbesondere des Durchmessers, des Gesichtsfeldes. Sie ist außerdem proportional zum Quadrat der numerischen Apertur (NA).However, when increasing the field of view size, it is critically important that the lens has a high resolution for all relevant wavelength ranges across the entire field of view. This requirement of high resolution with a large field of view corresponds to an increase, in particular a maximization, of the light conductance (etendue). The etendue is proportional to the square of the linear dimension, in particular the diameter, of the field of view. It is also proportional to the square of the numerical aperture (NA).
Gleichzeitig kann es wünschenswert sein, insbesondere für Routineanwendungen, die Komplexität des Mikroskop-Objektivs zu reduzieren. Dies kann insbesondere zu Kosteneinsparungen führen. Unter einer reduzierten Komplexität sei insbesondere eine Reduzierung der Anzahl der benötigten optischen Elemente, insbesondere Linsen, verstanden. Bevorzugt wird insbesondere die Anzahl der asphärischen Linsen reduziert. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einer erheblichen Kosteneinsparung geführt hat.At the same time, it may be desirable, especially for routine applications, to reduce the complexity of the microscope objective. This can lead in particular to cost savings. Reduced complexity is understood in particular to mean a reduction in the number of optical elements required, in particular lenses. Preferably, the number of aspherical lenses is reduced in particular. It has been shown that this has led to considerable cost savings.
Schließlich kann es für vielerlei Anwendungen von Vorteil sein, wenn Objektive mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere mit unterschiedlichen Vergrößerungen, auswechselbar verwendet werden können. Dies ermöglicht es beispielsweise, zunächst ein Übersichtsbild mit einer relativ geringeren Auflösung aufzunehmen. Das Übersichtsbild kann genutzt werden, um Bereiche von Interesse (ROI, Regions of interest) aufzunehmen. Diese können anschließend mit einem hochauflösenden Objektiv detailliert untersucht werden.Finally, it can be advantageous for many applications if lenses with different properties, especially with different magnifications, can be used interchangeably. This makes it possible, for example, to first take an overview image with a relatively lower resolution. The overview image can be used to record regions of interest (ROI). These can then be examined in detail with a high-resolution lens.
Um den Austausch von Objektiven zu vereinfachen, sowie um eine Kompatibilität mit Standard Mikroskop-Stativen zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn das Objektiv unendlich korrigiert ist. Hierunter sei verstanden, dass es für eine Unendlich-Optik ausgelegt ist. In diesem Fall verlässt das Abbildungslicht das Objektiv als paralleles Strahlenbündel. Dies ermöglicht die Verwendung eines Tubus beliebiger Länge.To simplify the exchange of lenses and to ensure compatibility with standard microscope stands, it is advantageous if the lens is infinity corrected. This means that it is designed for infinity optics. In this case, the imaging light leaves the lens as a parallel beam. This enables the use of a tube of any length.
Erfindungsgemäß wurde weiter erkannt, dass die Komplexität der Objektive generell mit zunehmenden Lichtleitwert ansteigt. Das Objektiv kann daher eine von der Etendue (G) abhängige Zahl an Linsen aufweisen.According to the invention, it was further recognized that the complexity of the lenses generally increases with increasing light conductance. The lens can therefore have a number of lenses that depends on the etendue (G).
Erfindungsgemäßen Objektive weisen eine erheblich reduzierte Komplexität, insbesondere eine geringere Anzahl an Linsen bei einem gegebenen Lichtleitwert auf. Sie können insbesondere aufgrund ihres hohen Strehl-Verhältnisses dennoch eine hohe Auflösung über das gesamte Gesichtsfeld gewährleisten.Lenses according to the invention have a significantly reduced complexity, in particular a smaller number of lenses for a given light conductance value. They can nevertheless ensure a high resolution across the entire field of view, in particular due to their high Strehl ratio.
Die Objektive mit höchstens neun Linsen können eine Objektfeldhöhe, d. h. einen halben Objektfelddurchmesser von mehr als 0,3 mm aufweisen.The lenses with a maximum of nine lenses can have an object field height, i.e. half an object field diameter, of more than 0.3 mm.
Die Objektive mit höchstens 15 Linsen können eine Objektfeldhöhe, d. h. einen halben Objektfelddurchmesser von mehr als 0,6 mm aufweisen.The lenses with a maximum of 15 lenses can have an object field height, i.e. half an object field diameter, of more than 0.6 mm.
Die Vignettierung kann höchstens 5 %, insbesondere höchstens 3 % betragen.The vignetting may not exceed 5%, in particular not exceed 3%.
Im Falle eines Objektivs mit 9 Linsen, können diese beispielsweise in 6 Untergruppen angeordnet sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um 3 Einzellinsen und 3 Zweifach-Kittglieder handeln.In the case of a lens with 9 lenses, these can be arranged in 6 subgroups. These can be, for example, 3 single lenses and 3 double cemented elements.
Im Falle eines Objektivs mit höchstens 15 Linsen können diese in 8 oder 9 Untergruppen angeordnet sein. Die Untergruppen können 2 Dreifach-Kittglieder, 3 Zweifach-Kittglieder und 3 Einzellinsen umfassen oder 2 Dreifach-Kittglieder, 2 Zweifach-Kittglieder und 5 Einzellinsen.In the case of a lens with a maximum of 15 lenses, these can be arranged in 8 or 9 subgroups. The subgroups can comprise 2 triple cemented elements, 3 double cemented elements and 3 single lenses, or 2 triple cemented elements, 2 double cemented elements and 5 single lenses.
Mit derartigen Anordnungen der Linsen konnten sich besonders vorteilhafte optische Eigenschaften erzielen lassen.With such arrangements of lenses, particularly advantageous optical properties could be achieved.
Gemäß einem Aspekt kann das Objektiv als Trockenobjektiv ausgebildet sein. Es kann eine numerische Apertur (NA) im Bereich von 0,9-1,0 aufweisen. Dies führt zu einer besonders hohen Auflösung.According to one aspect, the lens can be designed as a dry lens. It can have a numerical aperture (NA) in the range of 0.9-1.0. This leads to a particularly high resolution.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Objektiv als Immersions-Objektiv ausgebildet sein. Es kann eine numerische Apertur (NA) von mindestens 1,0, insbesondere mindestens 1,1, aufweisen. Dies führt zu einer besonders hohen Auflösung des Objektivs.According to a further aspect, the lens can be designed as an immersion lens. It can have a numerical aperture (NA) of at least 1.0, in particular at least 1.1. This leads to a particularly high resolution of the lens.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Objektiv vollständig ohne asphärische Linsen ausgebildet sein. Hierdurch wird die Komplexität des Objektivs weiter reduziert. Dies führt insbesondere zu einer Reduzierung der Kosten.According to a further aspect, the lens can be designed completely without aspherical lenses. This further reduces the complexity of the lens. This leads in particular to a reduction in costs.
Im Falle von 9 Linsen diese aus mindestens 5, insbesondere mindestens 6, insbesondere mindestens 7, insbesondere mindestens 8 unterschiedlichen Glassorten hergestellt sein.In the case of 9 lenses, these must be made of at least 5, in particular at least 6, in particular at least 7, in particular at least 8 different types of glass.
Im Falle eines Objektivs mit höchstens 15 Linsen können diese aus mindestens 8, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 12 unterschiedlichen Glassorten hergestellt sein.In the case of a lens with a maximum of 15 lenses, these can be made of at least 8, in particular at least 10, in particular at least 12 different types of glass.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine geeignete Auswahl unterschiedlicher Glassorten besonders gute optische Eigenschaften des Objektivs erzielbar sind.It has been shown that particularly good optical properties of the lens can be achieved by a suitable selection of different types of glass.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die zweite Linsengruppe des Objektivs zwei Kittglieder aufweisen.According to a further aspect, the second lens group of the objective may comprise two cemented elements.
Bei einem Objektiv mit einer Etendue die weniger als 1,8 mm2 kann es sich hierbei um Zweifach-Kittglieder handeln.For a lens with an etendue of less than 1.8 mm2, these may be double cemented elements.
Bei einem Objektiv mit einer Rettung die von mehr als 1,8 mm2 kann es sich hierbei um Dreifach-Kittglieder handeln.For a lens with a clearance of more than 1.8 mm 2, these may be triple cemented elements.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Objektiv über eine Bandbreite von mindestens 200 nm, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 800 nm, insbesondere im Bereich von 400 nm bis 700 nm, insbesondere im Bereich von 460 nm bis 660 nm, apochromatisch korrigiert sein. Es hat sich gezeigt, dass durch eine Reduzierung der Bandbreite, über welche das Objektiv apochromatisch korrigiert ist, die Zahl der benötigten Linsen reduziert werden konnte.According to a further aspect, the lens can be apochromatically corrected over a bandwidth of at least 200 nm, in particular in a wavelength range between 400 nm and 800 nm, in particular in the range from 400 nm to 700 nm, in particular in the range from 460 nm to 660 nm. It has been shown that by reducing the bandwidth over which the lens is apochromatically corrected, the number of lenses required can be reduced.
Unter apochromatisch korrigiert sei verstanden, dass die maximale Abweichung der Fokusposition innerhalb des Spektrums in Bezug auf die Bezugswellenlänge innerhalb der Schärfentiefe liegt.Apochromatically corrected means that the maximum deviation of the focus position within the spectrum with respect to the reference wavelength lies within the depth of field.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die dritte Linsengruppe drei Untergruppen (G31, G32 und G33) aufweisen. Hierbei kann die erste Untergruppe (G31) eine positive Brechkraft aufweisen. Die zweite Untergruppe (G32) kann eine negative Brechkraft aufweisen. Die dritte Untergruppe (G33) kann eine negative Brechkraft aufweisen.According to a further aspect, the third lens group can have three subgroups (G31, G32 and G33). The first subgroup (G31) can have a positive refractive power. The second subgroup (G32) can have a negative refractive power. The third subgroup (G33) can have a negative refractive power.
Hier und im Folgenden wird die Reihenfolge der optischen Elemente des Objektivs in Richtung vom Objektfeld zum Bildfeld angegeben. Im Bezug auf das Objektiv bezeichnet „vorne“ die dem Objektfeld zugewandte Seite und „hinten“ die dem Objektfeld abgewandte Seite.Here and in the following, the order of the optical elements of the lens is given in the direction from the object field to the image field. In relation to the lens, "front" refers to the side facing the object field and "back" refers to the side facing away from the object field.
Im Folgenden werden weitere mögliche Details des Objektivs beschrieben. Further possible details of the lens are described below.
Das Objektiv kann einem relativ kurzen Arbeitsabstand aufweisen. Es kann insbesondere gelten:
Der Arbeitsabstand des Objektivs kann auch folgende Bedingungen erfüllen:
Bezeichnet man den größten Abstand von Lichtstrahlen, welche von einem Objekt auf der optischen Achse ausgehen, zur optischen Achse in den drei Untergruppen G31, G32 und G33 der dritten Linsengruppe G3 mit h1, h2 und h3 so können diese Größen insbesondere folgende Ungleichungen erfüllen:
Bei einem Objektiv mit höchstens 9 Linsen kann die dritte Linsengruppe G3 eine erste Linse mit positiver Brechtkraft und eine zweite Linse mit negativer Brechkraft aufweisen.In a lens with a maximum of 9 lenses, the third lens group G3 can have a first lens with positive refractive power and a second lens with negative refractive power.
Zusammen mit einer Tubuslinseneinheit, insbesondere mit einer Tubuslinse mit einer Brennweite von 200 mm oder mit einer Brennweite von 164,5 mm, kann das Mikroskop-Objektiv gemäß der vorhergehenden Beschreibung eine optische Baugruppe bilden.Together with a tube lens unit, in particular with a tube lens with a focal length of 200 mm or with a focal length of 164.5 mm, the microscope objective according to the preceding description can form an optical assembly.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Mikroskop, insbesondere für Scan-Anwendungen, insbesondere für optische Kartierung (Optical mapping) zu verbessern.A further object of the invention is to improve a microscope, in particular for scanning applications, in particular for optical mapping.
Diese Aufgabe wird durch ein Mikroskop mit einem Objektiv gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus den vorhergehenden beschriebenen.This task is solved by a microscope with an objective as described above. The advantages arise from those described above.
Das Mikroskop kann eine automatisierte Scaneinrichtung aufweisen. Die Scaneinrichtung kann eine eindimensionale (lineare) Verlagerung der Probe, eine zweidimensionale Verlagerung der Probe oder eine dreidimensionale Verlagerung der Probe ermöglichen. Neben linearen Verlagerungen kann die Scan-Einrichtung auch einen, zwei oder drei rotatorische Freiheitsgrade aufweisen. Dies ermöglicht es, die Proben sehr flexibel anzuordnen, insbesondere zu verlagern.The microscope can have an automated scanning device. The scanning device can enable a one-dimensional (linear) displacement of the sample, a two-dimensional displacement of the sample or a three-dimensional displacement of the sample. In addition to linear displacements, the scanning device can also have one, two or three rotational degrees of freedom. This allows the samples to be arranged, and in particular moved, very flexibly.
Die Scan-Einrichtung kann eine Bilderfassungs-Einrichtung, insbesondere eine digitale Bilderfassungs-Einrichtung, insbesondere eine digitale Kamera, aufweisen.The scanning device can comprise an image capture device, in particular a digital image capture device, in particular a digital camera.
Die Scan-Einrichtung kann eine Bildverarbeitungs-Einrichtung aufweisen. Diese kann insbesondere eine automatisierte Verarbeitung ermöglichen. Hierdurch wird insbesondere ein Zusammenfügen („Stitching“) von Einzelbildern zu einem Mosaik-Bild erleichtert.The scanning device can have an image processing device. This can in particular enable automated processing. This makes it easier, in particular, to stitch individual images together to form a mosaic image.
Die vorhergehenden beschriebenen Mikroskop-Objektive sind besonders vorteilhaft für die Verwendung in Scan-Anwendungen, insbesondere zur optischen Kartierung (Optical mapping). Sie erleichtern insbesondere ein automatisiertes Scannen großer, insbesondere großflächiger, Proben.The microscope objectives described above are particularly advantageous for use in scanning applications, especially for optical mapping. They facilitate automated scanning of large, particularly large-area, samples.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum automatisierten Scannen einer Probe zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:
- - Bereitstellen eines Mikroskops gemäß der vorhergehenden Beschreibung,
- - Bereitstellen einer zu untersuchenden Probe,
- - Aufnahme mindestens zweier Bilder unterschiedlicher Ausschnitte der Probe, wobei die Ausschnitte einen Überlappungsbereich aufweisen und
- - Zusammensetzen der Bilder zu einem Mosaik-Bild.
- - Providing a microscope according to the previous description,
- - Providing a sample to be examined,
- - taking at least two images of different sections of the sample, with the sections having an overlapping area and
- - Putting the pictures together to form a mosaic image.
Beim Verfahren kann es sich insbesondere um einen optisches Kartierungsverfahren handeln.The method can in particular be an optical mapping method.
Vor dem Zusammensetzen der Bilder können diese durch einen Bildverarbeitungsalgorithmus analysiert und/oder bearbeitet werden. Hierdurch kann das Zusammensetzen der Bilder vereinfacht und/oder verbessert werden.Before the images are assembled, they can be analyzed and/or processed using an image processing algorithm. This can simplify and/or improve the assembly of the images.
Es ist auch möglich, das zusammengesetzte Mosaik-Bild nach dem Zusammensetzen der Bilder durch einen Bildverarbeitungsalgorithmus zu analysieren und/oder zu bearbeiten. Hierdurch kann die Qualität weiter verbessert werden.It is also possible to analyze and/or edit the composite mosaic image after the images have been assembled using an image processing algorithm. This can further improve the quality.
Zur Aufnahme von Bildern unterschiedlicher Ausschnitte der Probe kann diese linear, zweidimensional oder dreidimensional verlagert werden. Die kann insbesondere schrittweise verlagert werden.To take pictures of different sections of the sample, it can be moved linearly, two-dimensionally or three-dimensionally. In particular, it can be moved step by step.
Die Verlagerung der Probe und die Aufnahme sukzessiver Bilder unterschiedlicher Ausschnitte der Probe kann insbesondere automatisiert erfolgen.The movement of the sample and the acquisition of successive images of different sections of the sample can be carried out in an automated manner.
Andere Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
-
1 schematisch den Aufbau eines Mikroskops, -
2 einen schematischen Längsschnitt durch die optischen Bauelemente des Mikroskop-Objektivs gemäß einer ersten Variante (E1), -
3 einen schematischen Längsschnitt durch die optischen Bauelemente des Mikroskop-Objektivs gemäß einer zweiten Variante (E2), -
4 einen schematischen Längsschnitt durch die optischen Bauelemente des Mikroskop-Objektivs gemäß einer dritten Variante (E3), -
5 eine Gegenüberstellung der Objektfeldhöhe (hobj) und der numerischen Apertur der drei Objektive gemäß den Varianten E1, E2 und E3, -
6-8 schematisch den Verlauf des Strehl-Verhältnisses über das Gesichtsfeld bei Licht unterschiedlicher Wellenlängen und -
9-11 schematisch den Verlauf einer Intensität der Auflichtbeleuchtung über das Gesichtsfeld der drei Objektive gemäß den Varianten E1, E2 und E3.
-
1 schematically the structure of a microscope, -
2 a schematic longitudinal section through the optical components of the microscope objective according to a first variant (E1), -
3 a schematic longitudinal section through the optical components of the microscope objective according to a second variant (E2), -
4 a schematic longitudinal section through the optical components of the microscope objective according to a third variant (E3), -
5 a comparison of the object field height (h obj ) and the numerical aperture of the three lenses according to the variants E1, E2 and E3, -
6-8 schematically the course of the Strehl ratio over the field of view for light of different wavelengths and -
9-11 schematically the course of an intensity of the incident light illumination over the field of view of the three objectives according to the variants E1, E2 and E3.
In der
Das Mikroskop 1 weist eine Unendlich-Optik auf. Dies bedeutet, dass der Strahlengang 3 hinter dem Objektiv 2 parallel verläuft. Der Bereich zwischen dem Objektiv 2 und einer Tubuslinse 5 einer Tubuslinseneinheit 6 wird auch als Unendlich-Raum 4 bezeichnet. Mittels der Tubuslinseneinheit 6 wird ein Zwischenbild in einer Zwischenbildebene 7 erzeugt. Das Zwischenbild kann mithilfe eines Okulars 8 betrachtet werden. Es kann auch zu einer Bilderfassungseinrichtung, insbesondere in Form einer Kamera 9, geleitet werden. Bei der Kamera 9 kann es sich insbesondere um eine Digitalkamera handeln.The
Exemplarisch dargestellt ist in der
Die Beleuchtungseinrichtung 10 kann außerdem einen Strahlteiler 12 aufweisen. Mithilfe des Strahlteilers 12 kann die Beleuchtungsstrahlung 3 durch das Objektiv 2 zu einer zu betrachtenden Probe 13 geführt werden. The
Der in der
Ebenfalls schematisch dargestellt ist in der
Zur Verdeutlichung des Arbeits-Abstandes des Objektivs 2 ist in der
Als d0 ist der Abstand von einer Objektebene 18 zum Scheitel 19 der vordersten Linsenfläche 17 eingezeichnet.The distance from an
L bezeichnet den Gesamt-Abstand zwischen der Objektebene 18 und dem Scheitel 19 der in Strahlrichtung hintersten Linsenoberfläche des Objektivs 2. Letztere ist in der
Das Mikroskop 1 kann eine Stellfläche („footprint“) mit einer Breite b von höchstens 250 mm, insbesondere höchstens 205 mm aufweisen.The
Sämtliche Varianten (E1, E2 und E3) sind zur Verwendung mit Deckgläsern 16 mit einer Dicke von 0,17 mm, einer Brechzahl von nd=1,523 und der Abbezahl vd=54,52 (bezogen auf eine d-Linie von 587,562 nm) geeignet.All variants (E1, E2 and E3) are suitable for use with
In den
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Figuren mechanische Bestandteile des Objektivs 2 nicht dargestellt.For reasons of clarity, mechanical components of the
In den
Beim Objektiv 2 handelt es sich insbesondere um ein apochromatisches Objektiv 2.
Bei der in der
Das Objektiv 2 gemäß
Die optischen Designdaten des Objektivs 2 gemäß
Die Angaben zur Brechzahl (nd) und zur Abbezahl (vd) beziehen sich auf die d-Linie (587,562 nm).The information on the refractive index (nd) and the Abbe number (vd) refer to the d-line (587.562 nm).
Weitere Daten des Objektivs 2:
- Vergrößerung: 40 fach
- Magnification: 40x
Das Objektiv 2 ist zur Verwendung mit einer Tubuslinse 5 mit einer Brennweite von 200 mm geeignet.The
Das Objektiv 2 weist drei Linsengruppen G1, G2 und G3 auf. Die erste Linsengruppe G1 weist eine positive Brechtkraft auf. Sie umfasst die Linsen L1, L2 und L3.The
Die zweite Linsengruppe G2 weist eine positive Brechtkraft auf. Die zweite Linsengruppe G2 umfasst die Linsen L4, L5, L6 und L7.The second lens group G2 has a positive refractive power. The second lens group G2 includes the lenses L4, L5, L6 and L7.
Die Linsen L4 und L5 bilden ein Zweifach-Kittglied.The lenses L4 and L5 form a double cemented element.
Die Linsen L6 und L7 bilden ein Zweifach-Kittglied.The lenses L6 and L7 form a double cemented element.
Die dritte Linsengruppe G3 weist eine negative Brechtkraft auf.The third lens group G3 has a negative refractive power.
Die dritte Linsengruppe G3 umfasst die Linsen L8 und L9.The third lens group G3 includes the lenses L8 and L9.
Die Linsen L8 und L9 bilden ein Zweifach-Kittglied. Die Linse L8 ist auch als optisches Element OE31 bezeichnet. Sie weist eine positive Brechkraft auf.The lenses L8 and L9 form a double cemented element. The lens L8 is also known as optical element OE31. It has a positive refractive power.
Die Linse L9 ist auch als optisches Element OE32 bezeichnet. Sie weist eine negative Brechkraft auf.The lens L9 is also known as optical element OE32. It has a negative refractive power.
Das in der
In der
Das Objektiv 2 gemäß
Die erste Linsengruppe G1 umfasst die Linsen L1 bis L4.The first lens group G1 includes the lenses L1 to L4.
Die zweite Linsengruppe G2 umfasst die Linsen L5 bis L10.The second lens group G2 includes the lenses L5 to L10.
Die Linsen L5 bis L7 bilden ein Dreifach-Kittglied.The lenses L5 to L7 form a triple cemented element.
Die Linsen L8 bis L10 bilden ein Dreifach-Kittglied.The lenses L8 to L10 form a triple cemented element.
Die dritte Linsengruppe G3 weist die Linsen L11 bis L15 auf.The third lens group G3 has the lenses L11 to L15.
Die Linse L11 bildet die Untergruppe G31.The lens L11 forms the subgroup G31.
Die Linsen L12 und L13 der Untergruppe G32 bilden ein Zweifach-Kittglied.The lenses L12 and L13 of the subgroup G32 form a double cemented element.
Die Linsen L14 und L15 der Untergruppe G33 bilden ein Zweifach-Kittglied.The lenses L14 and L15 of the subgroup G33 form a double cemented element.
Das Objektiv 2 gemäß
Bei dem Objektiv 2 gemäß
Die optischen Designdaten des Objektivs 2 gemäß
Die Angaben zur Brechzahl (nd) und zur Abbezahl (vd) beziehen sich auf die d-Linie (587,562 nm).The information on the refractive index (nd) and the Abbe number (vd) refer to the d-line (587.562 nm).
Weitere Daten des Objektivs 2 gemäß
- Vergrößerung: 20 fach
- NA: 0,95
- L: 107,99 mm
- d: 0,411 mm
- d0: 0,894 mm
- d:L = 3,8 x 10-3
- d0:L = 8,3 x 10-3
- hobj: 0,625 mm
- G = 3,4799 mm²
- Magnification: 20x
- NA: 0.95
- L: 107.99 mm
- d: 0.411 mm
- d0: 0.894 mm
- d:L = 3.8 x 10 -3
- d0:L = 8.3 x 10 -3
- h obj : 0.625 mm
- G = 3.4799 mm²
Das Objektiv 2 ist zur Verwendung mit einer Tubuslinse 5 mit einer Brennweite von 164,5 mm geeignet.The
Bezeichnet man den größten Abstand von Lichtstrahlen, welche von einem Objekt auf der optischen Achse ausgehen, zur optischen Achse in den drei Untergruppen G31, G32 und G33 der dritten Linsengruppe G3 mit h1, h2 und h3 so gilt:
- h1 = 14,36 mm,
- h2 = 11,00 mm,
- h3 = 7,71 mm und damit
- h1 : h2 = 1,305 und
- h2 : h3 = 1,427.
- h1 = 14.36 mm,
- h2 = 11.00 mm,
- h3 = 7.71 mm and thus
- h1 : h2 = 1.305 and
- h2 : h3 = 1.427.
In der
Beim Objektiv 2 gemäß
Die optischen Designdaten des Objektivs 2 gemäß
Die Angaben zur Brechzahl (nd) und zur Abbezahl (vd) beziehen sich auf die d-Linie (587,562 nm).The information on the refractive index (nd) and the Abbe number (vd) refer to the d-line (587.562 nm).
Weitere Daten des Objektivs 2 gemäß
- Vergrößerung: 20 fach
- NA: 1,0 (Wasser-Immersion)
- L: 169,78 mm
- d: 0,302 mm
- d0: 0,302 mm
- d:L = 1,8 x 10-3
- d0:L = 1,8 x 10-3
- hobj: 0,625 mm
- G = 4,6649 mm2
- Magnification: 20x
- NA: 1.0 (water immersion)
- L: 169.78 mm
- d: 0.302 mm
- d0: 0.302 mm
- d:L = 1.8 x 10-3
- d0:L = 1.8 x 10-3
- hobj: 0.625 mm
- G = 4.6649 mm 2
Das Objektiv 2 ist zur Verwendung mit einer Tubuslinse 5 mit einer Brennweite von 164,5 mm geeignet.The
Das Objektiv 2 (E3) gemäß
Bezeichnet man den größten Abstand von Lichtstrahlen, welche von einem Objekt auf der optischen Achse ausgehen, zur optischen Achse in den drei Untergruppen G31, G32 und G33 der dritten Linsengruppe G3 mit h1, h2 und h3 so gilt:
- h1 = 16,55 mm,
- h2 = 13,78 mm,
- h3 = 9,79 mm
- h1 : h2 = 1,301 und
- h2 : h3 = 1,408
- h1 = 16.55 mm,
- h2 = 13.78 mm,
- h3 = 9.79 mm
- h1 : h2 = 1.301 and
- h2 : h3 = 1.408
In der
In den
Wie man den Figuren entnehmen kann, ist das Strehl-Verhältnis über das gesamte Gesichtsfeld größer als 0,8. Für einzelne Wellenlängen oder einen eingeschränkten Wellenlängenbereich ist das Strehl-Verhältnis über das gesamte Gesichtsfeld sogar noch größer, insbesondere größer als 0,83, insbesondere größer als 0,9.As can be seen from the figures, the Strehl ratio over the entire field of view is greater than 0.8. For individual wavelengths or a limited wavelength range, the Strehl ratio over the entire field of view is even greater, in particular greater than 0.83, in particular greater than 0.9.
In den
Wie man den Figuren entnehmen kann, führen die Objektive 2 bei einer Auflichtbeleuchtung zu einer homogenen Ausleuchtung des Gesichtsfeldes bei einer kleinen Vignettierung.As can be seen from the figures, the
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 9746658 [0004]US 9746658 [0004]
- US 8350904 [0004]US 8350904 [0004]
- US 9939622 [0004]US 9939622 [0004]
- US 8988780 [0004]US 8988780 [0004]
- JP 2011075982 [0004]JP 2011075982 [0004]
- DE 102011109783 [0004]DE 102011109783 [0004]
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Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102023005453.4 | 2023-07-04 | ||
DE102023005453 | 2023-07-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102024206242A1 true DE102024206242A1 (en) | 2025-01-09 |
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ID=93931504
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102024206242.1A Pending DE102024206242A1 (en) | 2023-07-04 | 2024-07-03 | Infinity corrected microscope objective for scanning applications |
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