专利名称：可反转的光学显微镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学显微镜，它可以由使用者以较少的操作并且在短时间内重新装调，以能够将它用作正像显微镜(Aufrecht-Mikroskop)或倒置显微镜(Invers-Mikroskop)。在公开文献DE 3037556A1中公开了这种显微镜。
背景技术：
大概的第一台可反转显微镜在1887年已经在美国申请专利并且作为专利以编号373,634被公开。如从该文的图1中可以很好地看到的那样，在支架A上可围绕水平延伸的旋转轴旋转地设置臂B。在臂B上，间接地安装了包括镜M和前置镜组的照明单元、显微镜座架I和包括物镜j和镜筒F的成像单元，它们彼此之间具有固定的距离。
为了将显微镜作为倒置显微镜使用(以实线示出)，在成像光程中在镜筒和物镜之间有偏转棱镜。臂位于这样的位置，在该位置中，照明单元被设置在载物台上方并且物镜位于载物台下方。
为了重新装调为正像显微镜，臂被旋转180°，偏转棱镜被去除并且镜筒被固定在物镜轴的伸展的延长线上。通过插拔连接固定在臂上的载物台被翻转并且又被固定在臂的相同位置。
在DE 30 37 556中同样公开了一种光学显微镜，它不但可以作为正像显微镜，而且也可以作为倒置显微镜使用。成像系统和照明系统在此分别被安置在具有外部引导元件(Fuehrungselement)的壳体内。被容纳的(eingehausten)系统通过引导元件以彼此确定的距离相叠地被推入基本框架中。对于正像显微镜，成像系统位于照明系统上方，而对于倒置显微镜则位于照明系统下方。可以设置彼此不同的照明和成像系统。然而，在所有情况中，与在US 373,634中公开的一样，都得到具有透射光照明的显微镜。
既以入射光照明、又以透射光照明工作的可反转显微镜在现有技术中未被公开。
已知既以入射光又以透射光工作的不可反转显微镜，即正像显微镜或倒置显微镜。在此，例如应该提及US 4,210,384。对于入射光照明，与已经说明的解决方案相同，照明单元被与物镜相对对齐地布置。它们彼此之间或与位于其间的载物台的必须的距离通过光学系统的参数确定并且被这样选择，使得物面被最佳地照明并且物体被清晰地成像。照明系统和成像系统表示两个机械上彼此分隔的组件，使得观察光程和照明光程在空间上彼此分隔。
为了以透射光工作，照明光程和成像光程被聚集在一起，即对于这两个光程，使用部分共同的光学元件。其中，或者照明光程通过光学半透偏转元件(Umlenkelement)被耦合至观察光程中，或者如在US 4,210,384中一样，观察光程被耦合至照明光程中。
在此公开的显微镜不能够被重新装调为倒置显微镜。
发明内容
本发明的任务在于，实现一种可反转的光学显微镜，它可以作为正像显微镜以及可选地作为倒置显微镜以入射光和透射光工作。从该任务中得出四种显微镜方案-即以入射光的正像方案、以透射光的正像方案、以入射光的倒置方案和以透射光的倒置方案-应该可以通过使用者以较少的操作并且无需调节被安装。有利地，对于每种方案，所有组件都被使用。
根据本发明，该任务以权利要求1的特征实现。有利的实施方式在从属权利要求中被阐述。
本发明的实质尤其在于，光学部件为了实现分别以入射光照明或透射光照明的正像或倒置方案而被集成到(zusammenfassen)机械上彼此可分离的组件中。其中，组件的接口位于无限的光程中并且位于两个光学成像元件之间，使得使用者通过简单地改变组件彼此的布置以及添加或去除组件就能够改变成像光程和照明光程的几何路径长度以及路径导向(Wegfuehrung)，以便将显微镜可选地作为以透射光或入射光照明的正像或倒置显微镜使用。
以下将借助附图进一步阐述本发明的一些实施例。在此图1a示出了具有后置镜筒的第一实施例的正像方案的原理示意1b示出了根据图1a的实施例的倒置方案的原理示意2a示出了具有前置镜筒的第二实施例的正像方案的原理示意2b示出了根据图2a的实施例的倒置方案的原理示意3a示出了具有前置镜筒的第三实施例的正像方案的原理示意3b示出了根据图3a的实施例的倒置方案的原理示意4a示出了具有L型支架的第四实施例的正像方案的原理示意4b示出了根据图4a的实施例的倒置方案的原理示意5a示出了具有反转支架的第五实施例的正像方案的原理示意5b示出了根据图5a的实施例的倒置方案的原理示意图具体实施方式
在图1a和1b中示出了根据本发明的光学显微镜的第一实施例。主要包括以下组件支架1，物镜模块2，照明模块3，载物台支座4，光源5和镜筒6。图1a所示组件组合给出了具有透射光照明的第一实施例的正像方案。图1b示出了具有入射光照明的倒置方案。
支架1是凹入的并且具有C形的形状，其中一个(下方的)侧边形成支架底座13。这两个(下方和上方的)侧边在其自由端具有彼此相对的直角型凹陷。在凹陷的形成支架1的边界的平面上有上部成像接口S1、上部照明接口S4、下部成像接口S2和下部照明接口S5。与上部或下部照明接口S4、S5平行并且等高地，在支架1的相对外侧上设置上部和下部光源接口S8、S9。
通过将光源5安装在下部光源接口S9并且将照明模块3安装在下照明接口S5上，构成了用于正像方案的透射光照明的完整照明系统(图1a)。为了对于倒置方案的透射光照明，在将光源5安装在上部光源接口S8上并且将照明模块3安装在上部照明接口S4上时产生光学上相同的照明系统，照明接口S4、S5和光源接口S8、S9之间的光学路径是相同的。
为了形成用于透射光照明的照明系统，光源5被固定在光源接口S8、S9之一上并且物镜模块2被固定的相应的相对照明接口S5、S4上。接口在附图中被表示为分别包含一个边沿(Koerperkante)的虚线。实际上，接口在机械上直接彼此紧靠，光学上它们重合，即它们位于一个平面中，相同的光学关系对于二者也相应地适用。所提及的接口位于成像光程或照明光程的一个区域中，具有平行的射线途径。
照明接口S4、S5一方面为了入射光照明系统而与照明侧的照明接口S6结合，另一方面为了透射光照明系统而与物镜模块侧的照明接口S7结合。相应地，入射光照明系统和透射光照明系统必须被这样计算，使得照明侧的照明接口S6中的光学关系和物镜模块侧的照明接口S7中的光学关系相同。
载物台支座4可以在支架1上垂直移动，即可聚焦地设置，以便将固定在其上的载物台8的支承面分别移动到物镜的物面上。为了使载物台8不但适合于入射光照明，而且也适合于透射光照明，它具有通孔，以在中间引入不同物体引导装置(Objektfuehrer)或者其他部件-如佩特里培养皿或微滴定标准溶液板(Mikrotiterplatten)。
除了物镜之外还包括具有分光的偏转元件的入射光反射装置(Auflichteinspieglung)的物镜模块2通过其物镜模块侧的成像接口S3上对于正像方案与上部成像接口S1相连并且对于倒置方案而与下部成像接口S2相连。
相应地，物镜模块2和镜筒6的光学元件与支架1的上侧边(第一光程)中的光学元件结合形成正像方案的成像系统，而与下侧边和侧边连接(第二光程)中的光学元件结合形成倒置方案的成像系统。为了对于两种方案实现相同的成像关系，即为观察者提供相同的图像，在共同观察这两个成像系统时，成像接口S1、S2、S3必须位于彼此共扼的平面中。为了将根据物镜模块2的布置在镜筒6中实现物体成像，通过位于支架1上的操作元件将偏转元件1插入光程中或从中移除。在倒置方案中通过两个图像传输系统(三合透镜)实现镜筒6中直到目镜中间图像(Okularzwischenbild)的图像传输，在这些图像传输系统中，两个中间像平面分别在相邻成像元件的重合的焦平面中得到。成像方向上的第二中间像平面表示正像方案的第一中间像平面。
在通过组件的外部接触面确定的机械接口的范围内，支架1由金属陶瓷材料、金属合金或具有高形状稳定性和高耐磨强度的复合材料构成。有利地，接口的机械连接通过滑动导轨实现，使得物镜模块2和照明模块3可以仅仅在角位(Winkelstellung)被固定在支架1上。分别形成连接的滑动槽和滑动弹簧被这样安装在支架1以及物镜模块2和照明模块3上，使得光轴的偏移非常小。通过借助旋紧或夹紧将滑动弹簧一侧安置在滑动槽上，除去了滑动导轨中的空隙，并且保证了支架1上物镜模块2和照明模块3的可重复定位，其中可重复定位不允许彼此连接的部分的旋转。滑动导轨的方向上的定位容差对于成像质量没有影响。因此，通过滑动导轨的接口构型是特别有利的。然而，它也可以以本领域技术人士常用的其他卡槽连接(Rastverbindung)来实现，其中这些卡槽连接分别仅仅允许彼此之间的一个或两个相对位置。
图2a和2b中所示的第二实施例与第一实施例的不同主要在于，镜筒6在显微镜的操作者看来不是安装在支架1的后面，而是安装在支架1的前面。如果不是从一开始就要求显微镜作为可反转的显微镜，而是要求在这个意义上的可以改型的正像显微镜时，这种实施形式是特别有利的。在支架1中的后壁或侧壁上，可以根据要求而引入倒置模块，倒置模块包括附加的对于倒置方案必需的光学元件。必需的光学元件也可以位于可互换的后壁上。在该实施例中，用于倒置方案的传输光学系统是所谓的4F光学系统，它被构造为两个中继光学系统(Relaisoptik)和镜筒透镜(Tubuslinse)的远焦(afokale)序列。在第一中继光学系统J/K的焦点M中形成的中间图像被第二中继光学系统N/O接收，向无限远成像并且通过镜筒透镜在目镜的中间像平面中被成像。第一中继光学系统的图像侧焦点与第二中继光学系统的物体侧焦点一致。此外，还使用五角棱镜I、两个固定的偏转元件L、P以及通过位于支架1上的操作元件可以在光程中移动的偏转元件Q。可移动的偏转元件Q对于正像和倒置方案之间的转换是必需的。
图3a和3b中所示的第三实施例与第二实施例的区别在于为倒置方案设置的传输光学。对于中间图像M的有利位置，在此在固定的偏转元件P1和镜筒透镜R1之后使用玻璃块W1。随后跟着另一固定的偏转元件L1和场透镜F1、消色差透镜V1、五角棱镜I1和另一消色差透镜x1。通过位于支架1上的操作元件，在此，可在光程中移动的偏转元件Q1与发散透镜N1一同被推移，以引起正像和倒置方案之间的转换。
前三个实施例具有共同的优点，即对于所有方案，所有组件始终都被应用。对于将正像方案重构为倒置方案以及反之，仅仅将物镜模块2和照明模块3交换。为了在入射光照明和透射光照明之间选择，光源5被安装在两个光源接口S8、S9之一上。对于本领域技术人士而言，显然可以使用对于显微镜常用的不同照明源作为光源5。
组件的可变交换在这三个实施例中特别通过以下方式成为可能，即共同的光学系统被这样计算，使得在支架1上存在上部和下部成像接口S1、S2；上部和下部照明接口S4、S5以及上部和下部光源接口S8、S9这些接口对，并且接口对分别具有光学一致的关系。
此外，成像接口S1、S2和照明接口S4、S5必须是彼此光学协调的，以便通过物镜模块2在入射光中不但实现清晰的成像，而且还实现物面的最佳照明。
对于根据第二实施例的作为具有透射光照明的倒置方案的显微镜，确定满足所要求的接口条件的光学数据。这些数据在表1中被示出。为了将数据分配给单个光学部件或标明的面，对于它们在表1中和图2b中使用大写字母。
图4a和4b中所示的第四实施例的区别主要在于，成像光程不通过支架1被引导。支架1包括基板10和垂直设置在其上的三柱架(Stativsaeule)11。基板有利地被U形构造，从而必需的操作元件可以在人类工程学有利的高度上被安装。
在此，物镜模块2也可以为这两种显微镜方案而通过上部和下部照明接口S4、S5被固定在支架1上。光源5同样如前面所描实施例中那样可以可选地被定位在支架1的两个位置上，然而在第四实施例中，光源5仅仅用于入射光照明。对于透射光照明，规定，光源与在前面所描述的实施例中被设置在支架内部的聚光透镜一同作为发光组件5.1在基板10中或在支架臂9上与物镜对准地被安装。对于倒置方案，照明模块3直接设置在照明组件5.1前面，而对于正像方案则被固定在载物台支座4上。
对于正像方案，通过物镜模块2直接在镜筒6中实现物体成像。对于倒置方案，在物镜模块2的物体模块侧成像接口S3和具有镜筒侧镜筒接口S10的镜筒6之间插入中间镜筒12。为了为正像和倒置方案形成相同的光学成像关系，中间镜筒12中的传输光学被这样计算，使得它将物镜模块侧成像接口S3中的光学关系以1∶1的关系传输到镜筒侧镜筒接口S10中。
借助图5a和5b描述根据本发明的第五实施例。在此，支架1被L形地构建，其中在图5a中所示的正像方案中的支架1的正像状态中，由短侧边的长度和深度确定的底面位于支架底座13上。在由长侧边的宽度和深度确定的覆盖面上固定安装物镜模块2。为了将显微镜从正像方案重构为倒置方案，与所有前述实施例不同，不是物镜模块2被安放在支架1的另一接口上，而是物镜模块2被固定安装在其上的支架1被布置“在头顶上”，从而物镜位于载物台8的下方或上方。
对于正像方案，在物镜模块侧的成像接口S3上安装三目镜筒(Trinokulartubus)，它通过用于可视观察的镜筒6和摄像镜筒(Kameratubus)14形成。
对于倒置方案(图5b)，在物镜模块2和镜筒6之间设置中间镜筒12，它将位于镜筒6上的目镜置于对于使用者而言人类工程学有利的高度。
为了为正像和倒置方案形成相同的光学成像关系，中间镜筒12中的传输光学被这样计算，使得它将物镜模块侧成像接口S3中的光学关系转换到镜筒侧的镜筒接口S10中，与通过摄像镜筒14中参与视觉可见成像的光学元件发生的一样。
对于倒置方案的入射光照明，照明组件5.1直接与物镜模块2相连。在支架1的短侧边中与物镜对准地被安装的第二照明组件5.1与相应设置在前面并且固定在载物台支座4上的照明模块3共同形成用于透射光照明的照明系统。
对于本发明领域中的技术人士，显然本发明并不局限于前面示例地列举出的实施形式的细节，而是本发明可以以其它特定形式实现，而不背离本发明的通过所附权利要求确定的范围。
参考标号列表1支架2物镜模块3照明模块4载物台支架5光源5.1 发光组件6镜筒7偏转元件8载物台9支架臂10 基板11 三柱架12 中间镜筒13 支架底座14 摄像镜筒S1 上部成像接口S2 下部成像接口S3 物镜模块侧成像接口S4 上部照明接口S5 下部照明接口S6 照明侧照明接口S7 物镜模块侧照明接口S8 上部光源接口S9 下部光源接口S10 镜筒侧镜筒接口
权利要求
1.可以作为正像或倒置方案装配的可反转光学显微镜，具有支架(1)；包括物镜和镜筒(6)的第一成像系统；包括光源(5)、换向器和聚光器的、用于入射光照明的第一照明系统；以及对于正像方案位于所述物镜下方而对于倒置方案位于所述物镜上方的载物台(8)，其特征在于，所述物镜与装在同一个外壳内的用于入射光反射的分光偏转元件构成物镜模块(2)，所述聚光器容纳地构成照明模块(3)，通过所述物镜模块(2)、所述镜筒(6)和位于所述镜筒(6)与安装在所述载物台(8)上方的物镜模块(2)之间的第一光学路径确定用于实现正像方案的第一成像系统，设置了用于倒置方案的第二成像系统，其中通过所述物镜模块(2)、所述镜筒(6)和位于所述镜筒(6)与安装在所述载物台(8)下方的物镜模块(2)之间的第二光学路径确定所述第二成像系统，并且在所述第一或第二光学路径中存在的光学元件被这样计算，使得物体通过所述第一成像系统的成像与通过所述第二成像系统的成像相同。
2.根据权利要求1的可反转显微镜，其特征在于，所述物镜模块(2)具有物镜模块侧的成像接口(S3)和物镜模块侧的照明接口(S7)，所述照明模块(3)具有照明侧的照明接口(S6)，所述物镜模块(2)与其物镜模块侧的物镜接口(S3)可选地通过上部或下部成像接口(S1)、(S2)与支架(1)相连，以便可选地将所述显微镜作为正像显微镜或作为倒置显微镜使用，所述照明模块(3)与其照明侧的照明接口(S6)可选地通过上部或下部照明接口(S4)、(S5)与支架(1)相连，以便结合所述光源(5)可选地为所述显微镜的正像方案或倒置方案提供入射光照明，所述物镜模块(2)通过其物镜模块侧的照明接口(S7)通过相应的空着的上部或下部照明接口(S4)、(S5)被固定在支架(1)上，与所述照明接口(S4)、(S5)相对地设置下部和上部光源接口(S8)、(S9)，在所述光源接口上可选地安装所述光源(5)，以便为两种显微镜方案可选地配备以入射光或透射光照明，所述支架(1)是凹入的并且第一和第二成像投影系统的位于所述镜筒(6)和所述上部或下部成像接口(S1)、(S2)之间的部分在所述支架内部延伸。
3.根据权利要求2的可反转光学显微镜，其特征在于，所述支架(1)具有C形的形状，其第一侧边形成支架底座(13)，并且所述镜筒(6)被装配在其第二侧边上，其中这两个侧边在其自由端具有彼此相对的直角型凹陷，其中所述凹陷中彼此相对的面给出了所述上部和下部成像接口(S1)、(S2)，并且与其垂直的面形成所述上部和下部照明接口(S6)、(S7)。
4.根据权利要求3的可反转光学显微镜，其特征在于，通过在表1中列出的光学数据确定所述可反转光学显微镜。
5.根据权利要求1的可反转光学显微镜，其特征在于，所述物镜模块(2)具有物镜模块侧的成像接口(S3)和物镜模块侧的照明接口(S7)，所述物镜模块(2)与其物镜模块侧的照明接口(S7)可选地通过上部或下部照明接口(S4)、(S5)与所述支架(1)相连，所述物镜模块侧的成像接口(S3)可选地直接与所述镜筒(6)的镜筒侧镜筒接口(S11)相连或者间接地通过中间镜筒(12)相连。
6.根据权利要求1的可反转光学显微镜，其特征在于，所述物镜模块(2)固定地与所述支架(1)相连，并且所述支架(1)为了将正像方案反转为倒置方案而被180°旋转地、其底面向上地被安装，所述物镜模块(2)具有物镜模块侧的成像接口(S3)，其中所述物镜模块侧的成像接口(S3)可选地间接地通过摄像镜筒(4)或中间镜筒(12)与位于所述镜筒(6)上的镜筒侧镜筒接口(S11)重合，使得通过所述摄像镜筒(14)的参与可见成像的光学元件确定所述第一光学路径，而通过所述中间镜筒(12)的光学元件确定所述第二光学路径。
7.根据权利要求2或5的可反转光学显微镜，其特征在于，所述成像接口(S1)、(S2)、(S3)和所述照明接口(S5)、(S6)、(S7)位于平行的光程中。
全文摘要
本发明涉及一种光学显微镜，它可以由使用者以较少的操作并且在短时间内重新装调，以便能够将它作为正像显微镜或作为倒置显微镜使用。必需的光学元件被安置在机械上彼此可分离的并且可不同地组合的部件中。光学系统被这样计算，使得在所需的部件组合中，通过为此设置的接口形成具有入射光或透射光的正像显微镜或具有入射光或透射光的倒置显微镜。
文档编号G02B21/24GK1860400SQ200480028189
公开日2006年11月8日 申请日期2004年11月4日 优先权日2003年11月7日
发明者托马斯·博驰尔, 汉斯·坦德勒尔, 休伯特·沃尔, 汉斯·布林克曼, 瑞纳尔·米茨库斯, 弗兰兹·米歇尔, 哈拉尔德·沙德温克尔, 彼得·格雷切尔 申请人:卡尔·蔡斯·耶拿有限公司