显微镜的制作方法

本发明涉及一种显微镜，用于探测位于物体平面上的物体的图像。

背景技术：

由现有技术已知一种系统，其带有物镜和集成在显微镜本体中同轴照明件。在此，对照适配器被定位在显微镜本体中。该已知的系统包括变焦显微镜，在该显微镜中，同轴的照明馈入件布置在物镜和变焦本体之间。在此可以更换这些物镜。

此外，由现有技术已知一种用于复杂显微镜的垂直光轴，该垂直光轴位于物镜或物镜旋座与观察镜筒之间。

另外由现有技术已知一种用于显微镜的模块化的同轴的照明件，该照明件布置在物镜和变焦件之间。特别地，该已知的同轴模块在立体显微镜中被用作明场同轴照明件。

然而，用于显微镜照明的已知系统具有缺点：单独的照明模块在物镜上方布置在变焦件与物镜之间。此外，为了进行偏光显微和抑制图像中的干扰的亮度背景，在物镜下面安置了λ/4板作为单独的构件。由于布置了单独的照明模块或作为单独构件的λ/4板，在显微镜的观察光路中需要更多的地方。已知的系统因而在其构造高度方面未得到优化。另外，具有单独的照明模块或者具有λ/4板作为单独构件的已知系统的结构相当复杂。此外，单独的照明模块的组件并非特定地用于不同的物镜。由此降低了整个系统的图像质量，因为照明模块必须被设计用于全部可用的物镜。已知系统的另一缺点是，可用于操作物体的净工作距离(即在物镜与物体平面之间的空留空间)。

技术实现要素：

基于已知的现有技术，本发明的目的是，提出一种显微镜，用于探测位于物体平面中的物体的图像，其特征在于小的结构高度、最大的净工作距离、简单的构造和高的图像质量。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的显微镜得以实现。有利的改进在从属权利要求中给出。

利用具有权利要求1的特征的显微镜，实现了小的结构高度、最大的净工作距离、简单的构造和高的图像质量，因为特别是集成到显微镜物镜中的分光器被设置用来输入同轴的垂直照明。

在这里，集成到显微镜物镜中的分光器在观察光路中布置在物体平面与图像平面之间，且在照明光路中布置在光源与物体平面之间，从而由光源产生的光能偏转到位于物体平面中的物体上。观察光路和照明光路优选至少部分地同轴。由此可以实现用于显微镜的同轴照明。另外，通过把集成到显微镜物镜中的分光器布置在观察光路或照明光路中，实现了显微镜的小的结构高度、优化的净工作距离、简单的构造和高的图像质量。

在这里，图像平面可以是视觉的即传统地设有镜筒的显微镜的中间图像平面，或者是数字显微镜的图像检测单元比如图像传感器的摄像平面。同轴的垂直照明相当于利用侧向地输入的光从上面照明物体。在此，用于照明的光源设置在物体平面的上方。另外，观察光路和照明光路在此至少部分地同轴。

有利的是，分光器经过构造，从而由光源产生的光输入到观察光路中。分光器相对于光源经过优选布置，从而由光源产生的光侧向地输入到观察光路中，且侧向地输入到观察光路中的光偏转到位于物体平面中的物体上。由此可以实现侧向地输入由光源产生的光，用于显微镜的同轴照明。

优选地，在照明光路中在光源与物体平面之间，在显微镜座架的面向显微镜物镜的部分中，设置照明视场光圈和孔径光圈，从而满足用于物体照明的科勒条件。由此可以实现对位于物体平面中的物体的科勒照明。

替代于此，光源成像到场平面中，并通过显微镜物镜成像到物体平面中，从而实现对物体的临界照明。由此代替科勒照明，也可以实现对位于物体平面中的物体的临界照明。

根据一种特别优选的实施方式有利的是，在沿着照明方向布置在分光器之后的多个物镜透镜之间设置λ/4板，在照明方向上布置在λ/4板之后的物镜透镜的透镜面经过构造，从而在这些透镜面上反射的光基本上从观察光路中偏转出来。由此可以把具有高折光力的物镜透镜布置在显微镜物镜的面向物体平面的端部上。

λ/4板尤其是位于物镜的被照明光路以及观察光路同样利用的部分中。

此外有利的是，显微镜的特征在于集成到显微镜物镜中的折射部件，其中，显微镜物镜的面向物体平面的部分在观察光路中布置在物体平面与图像平面之间，且在照明光路中布置在光源与物体平面之间，其中，集成到显微镜物镜中的折射部件在照明方向上布置在分光器之前，且在照明光路中在光源与物体平面之间布置在显微镜物镜的面向光源的部分中，从而照明孔径对应于显微镜物镜的物镜孔径。由此可以单独地调整照明孔径，而无需用于同轴照明的复杂的布置。同样，通过可单独地与显微镜物镜适配的折射部件，可以实现在物体场中优化照明的均匀性。

优选在显微镜物镜中设置对照部件。由此可以例如实现清晰地照明位于物体平面中的物体。

此外有利的是，显微镜的特征是集成到显微镜物镜中的接口，用于移入不同的对照部件。由此可以使得这些对照部件灵活地适配于相应的显微镜物镜，或者把按不同方式设计的对照部件引入到照明光路中。

显微镜物镜优选是可拆卸的显微镜物镜，其可安装在显微镜座架上或者可拆下。

根据其它实施例，提出一种显微镜物镜。该显微镜物镜包括显微镜物镜壳体、多个设置在该物镜壳体中的物镜透镜和至少一个集成在物镜壳体中的分光器，该分光器被设置用来输入同轴的垂直照明。

根据其它实施例，提出一种显微镜系统。该显微镜系统包括一种示范性的显微镜、一种示范性的带有分光器的显微镜物镜和至少一个无分光器的其它的可拆卸的显微镜物镜。在此，在安装无分光器的物镜时的工作距离和/或焦距大于在安装带有分光器的物镜时的工作距离和/或焦距。

本发明特别是克服了用于显微镜照明的已知系统的如下缺点。对于放大程度小的物镜，无需在主要情况下进行同轴照明。而对于已知的系统来说，用于同轴照明的分光器固定地与变焦系统连接，由此妨碍了针对放大程度小的物镜优化整个系统。已发现，特别是放大程度小的物镜可以受益于把透镜安置在通常被用于同轴照明的分光器占据的安装空间中。对于折射率小的这些物镜即带有较大焦距的物镜来说，由于透镜数量较少，像差矫正的代价下降，这一事实能实现增大这种物镜的工作距离。附加于此，就已知的系统而言，放大率小的这些物镜的固定地集成的以例如50/50的分度比例为特点的分光器，在探测器上持久地引起较小的亮度。在此，光源亮度的必需的提高引起光源地点的较高的温度以及在样本地点的较高的照明强度。

而本发明却能实现有利于工作距离的优化，其方式为，把分光器集成在物镜中。由此可以实现最大可能的工作距离。由于可以采用利用自己的光源的照明方案，所以采用本发明能够控制光源亮度，而独立于可能同时采用的第二种照明，比如环形光。这对于已知的系统来说是不可能的，因为这里针对两种照明即环形光照明和同轴照明采用了一个光源。附加地，本发明防止对显微镜的非最佳的操作，因为代替用于放大率小的物镜的同轴照明，可以规定另一种照明。

在已知系统的垂直光轴中，分光器物块会摆出来。这虽然防止了较高的照明强度。但在工作距离方面也产生了刚刚提到的那些缺点。另外，这些已知的系统虽然能实现对照或清晰的照明。然而这些已知的系统相当复杂，因为与照明轴固定地连接的对照单元在其特性方面必须涵盖全部被设置应用在显微镜中的物镜。

而本发明却能实现把对照单元在构造上固定地集成到物镜中。这种示范性的应用相比于现有技术具有如下优点：对照单元能满足物镜的特定条件，这导致提高了对照单元的功效。相比之下，就已知的伴有模块化的、同轴的照明的系统而言，通常无法实现对照。

附图说明

本发明的其它特征和优点可由后续说明得到，该说明借助实施例结合附图详述本发明。其中：

图1为示范性的显微镜的示意图，其用于利用图像传感器探测位于物体平面上的物体的图像；

图2为根据图1的示范性的显微镜的示意图，带有成像光路，用于表明对物体的临界照明。

具体实施方式

图1所示为示范性的显微镜10的示意图，其用于利用图像传感器16探测位于物体平面12上的物体14的图像。部件16也可以被认为是中间图像面，进而被认为是用于在显微镜中进行视觉观察的接口。如图1中所示，显微镜10包括显微镜座架18和显微镜物镜20。在这里，显微镜座架18和显微镜物镜20是显微镜10的两个彼此分开的组件。图1中所示的显微镜10还包括集成到显微镜座架18中的光源22。如图1中所示，图像传感器16是安置在显微镜座架18上的探测器11的组成部分。替代地，也可以在视觉系统中设置镜筒。图像传感器16用于探测位于物体平面12上的物体14的两维的图像。

另外在图1中示出在物体平面12与图像传感器16之间的带有轴线13的观察光路以及在光源22和物体平面12之间的照明光路，该照明光路带有与轴线13至少部分地同轴的轴线15。观察光路和照明光路至少部分地同轴。在此，同轴的观察光路或照明光路垂直于物体平面12。照明方向被规定为由光源22产生的光的方向，所述光沿着照明光路15在物体平面12的方向上传播。

如图1中所示，显微镜物镜20包括面向光源22的部分和面向物体平面12的部分。显微镜物镜20还包括集成的分光器24。此外，显微镜物镜20包括集成的折射部件28，该折射部件在照明方向上布置在分光器24之前，并设置在显微镜物镜20的面向光源22的部分中。在折射部件28与分光器24之间设置了对照部件36。此外，显微镜物镜20包括集成的λ/4板26，该板在照明方向上布置在分光器24之后，并设置在显微镜物镜20的面向物体平面12的部分中。λ/4板26布置在多个物镜透镜40a～40d之间，这些物镜透镜在照明方向上布置在分光器24之后。在这里，物镜透镜40a、40b在照明方向上布置在λ/4板26之前，而物镜透镜40c、40d在照明方向上布置在λ/4板26之后。工作距离17等于在显微镜物镜20的面向物体平面12的端面9与物体平面12之间的距离。

显微镜座架18包括面向显微镜物镜20的部分。显微镜座架18的面向显微镜物镜20的该部分包括在照明方向上布置在光源22之后的光学部件38a、38b和在照明方向上布置在光学部件38a、38b之后的照明视场光圈30。显微镜座架18面向显微镜物镜20的部分还包括在照明方向上布置在照明视场光圈30之后的偏光器32。另外，在观察光路13上，在物体平面12与图像传感器16之间，在分光器24的光流下游设有分析器34。在此，分析器34是安置在显微镜座架18上的探测器11的组成部分。

偏光器32的图1中所示的位置例如在座架18中示出。偏光器也可以集成在物镜中。此外，分析器也可以替代地集成在座架上的探测器单元中。

除了显微镜物镜20之外，显微镜10还包括无分光器的另一显微镜物镜42，该显微镜物镜带有多个物镜透镜44a～44c。图1中所示的显微镜系统特别是包括带有分光器24的显微镜物镜20和无分光器的另一显微镜物镜42。在这里，显微镜物镜20、42分别是可拆卸的显微镜物镜。此外，在安装无分光器的物镜42时的工作距离19和/或焦距大于在安装带有分光器24的物镜20时的工作距离和/或焦距。

对于把另一显微镜物镜42在观察光路13中设置在物体平面12与图像传感器16之间的情况，在显微镜10中替代于或附加于垂直照明，规定了透射光照明、斜光照明或环形光照明。这种替代的或附加的照明在图1中未示出。垂直照明通过按图1中所示的方式在物体平面12与图像传感器16之间把显微镜物镜20引入到观察光路13中来实现。

按图1中所示的布置，光源22是发光二极管(led)，光学部件38a、38b是用于照明光路的专用透镜，折射部件28是平凸透镜，物镜透镜40a～40d和44a～44c是分别形成显微镜物镜20或42的物镜透镜系统的透镜。

集成到显微镜物镜20中的分光器24用于把由光源22产生的光侧向地输入到观察光路13中。此外，侧向地输入到观察光路13中的光在使用分光器24的情况下转向到位于物体平面12中的物体14上。为了把同轴光输入到观察光路13中，将分光器24集成到显微镜物镜20中，这样就能实现有利于工作距离地优化整个系统。称为同轴光的光是输入到观察光路中的光，所述光转向到位于物体平面12中的物体14上。像图1中所示的其它显微镜物镜42那样，无需同轴分光器的物镜可以被实现具有较大的工作距离和/或较大的焦距，即放大倍数的较大的变化范围。由此可以有利地利用用于这些物镜的有限的安装空间。像显微镜物镜42那样无需分光器的物镜尤其可以被重量优化，且被实现以较小的体积。这对于使用者来说尤其是在如下方面是有利的：在倾斜式座架上使用这种显微镜系统时，样本比如具有高的构件的印制电路板，可以占用明显较大的体积，而不会在倾翻时使得样本与物镜发生碰撞。

在照明方向上布置在光源22之后的照明视场光圈30用于给位于物体平面12中的物体14提供科勒照明。在此，照明视场光圈30经过适当布置，从而满足用于物体14的照明的所谓的科勒条件。为了给不同的显微镜物镜供应以用于照明物场的光，同轴光路即至少部分地同轴的观察光路或照明光路应满足孔眼成像和小孔成像的可由科勒照明原理导出的条件。如果给定了孔眼和场的严格的指配关系，则场平面f中的光斑延展负责照明场，直至场边缘(feldrand)。在孔径光圈平面中的光斑的最大延展决定了物体中的最大的照明角度。该照明角度应经过适当选择，从而在物体上反射的光束经由观察路径传输至探测器(眼睛或摄像机)。

同样，在同轴光路中可以采用所谓的临界照明。在这种情况下，光源22成像到场平面f中，并利用显微镜物镜20或42成像到也称为样本面的物体平面12的附近。如果要破坏从光源22发出的光的结构，则这可以特定于每个显微镜物镜各自地通过光学平面的磨毛在显微镜物镜20的也称为照明部分的、面向光源22的部分中发生。

图2所示为根据图1的示范性的显微镜10的示意图，其带有成像光路21a、21b，用于表明对物体的临界照明。在图2中未示出位于物体平面12中的物体。图2中所示的成像光路21a、21b涉及由光源22发出的光的中央光束或边缘光束。

为了把光源22成像到场平面f中，以及成像到物体平面12上，采用了在照明方向上布置在光源22之后的光学部件38a、38b。在位于物体平面12中的物体14上反射之后，产生了用于在探测器11的方向上反射的反射光束的相应的光路23a、23b。特别是在图2中仅示意性地示出了成像光路21a、21b。此外，反射光路未被完全地示出，直至示出探测器11的图像传感器16。

集成到显微镜物镜20中的λ/4板26用于影响穿越λ/4板26的光的偏光方向。此外，偏光器32和分析器34被构造成交叉式的偏光器。也就是说，分析器34的穿越方向相对于由偏光器32产生的偏光方向偏转了90°。偏光器32、λ/4板26和分析器34引起了改善的明场偏光显微。改善的明场偏光显微特别是通过安置和适当地定向λ/4板26来实现。此外，通过去除或旋转λ/4板26，也可以实现暗场偏光显微。在这种情况下，λ/4板26相比于明场偏光显微情况下的位置偏转45°。

为了实现改善的明场偏光显微，偏光器32、λ/4板26和分析器34经过适当配置，从而在位于物体平面12中的物体14上反射的光的偏光方向，朝向图像传感器16横穿λ/4板26并到达分析器34，对应于分析器34的穿越方向。在此，由光源22产生的、朝向物体平面12横穿λ/4板26的光的、通过偏光器32调节到的偏光方向，在位于物体平面12中的物体14上反射之后，在朝向图像传感器16再次横穿λ/4板26时，借助于λ/4板26偏转了90°。相反，由光源22产生的、在照明方向上布置在λ/4板26之前的物镜透镜40a、40b的透镜面上反射的、且在反射之后到达分析器34上的光的、由偏光器32引起的偏光方向并不偏转。此外，在照明方向上布置在λ/4板26之后的物镜透镜40c、40d的透镜面强烈地弯曲，从而在这些透镜面上反射的光从观察光路偏转出来。因而仅仅在位于物体平面12中的物体14上反射的、两次地(即在照明方向上和在与照明方向相反的方向上)横穿λ/4板26的光从分析器34穿过，从而该光被图像传感器16探测到。而在物镜透镜40a～40d的透镜面上反射的光并不到达探测器11的图像传感器16。

特别地，在λ/4板26按图1中所示布置于多个物镜透镜40a～40d之间的情况下，在照明方向上布置在λ/4板26之后的物镜透镜40c、40d是具有高折光力的物镜透镜。这对于光学机构设计具有如下优点：物镜透镜的折光力(brechkraft)可以布置在显微镜物镜20的下端，由此增大了工作距离17。该实施方式特别是有利于下面的透镜的高折光力的、进而曲率半径突显的物镜。

替代于图1中所示的布置，λ/4板26优选布置在显微镜物镜20的面向物体平面12的端部上。也就是说，在这种情况下，λ/4板26在观察方向上布置在全部物镜透镜40a～40d之后。由此防止在所有这些物镜透镜40a～40d的透镜面上的反射光到达探测器11的图像传感器16。

在示范性的同轴照明情况下，避免在布置于观察光路中的物镜透镜的透镜面上反射的照明光在所得到的图像中引起干扰的亮度背景(helligkeitsuntergrund)。这通过安置交叉的偏光器即偏光器32和分析器34得到防止。在这里，设置在照明光路中的偏光器32相对于设置在观察光路中的分析器34交叉地朝向。由此可以实现没有照明光能到达图像传感器16，只要光的偏光状态不发生偏转。

根据本发明的一个优选实施例，特别是可以实现两种显微方法。这些方法是暗场偏光显微以及明场偏光显微。

在暗场偏光显微的优选实施方式中，两个偏光器32、34适当地配置，从而全部的光都被阻止，如果其偏光未受到干扰。在这种应用情况下，偏光干扰在否则反射性的样本上仅通过干扰部位进行，从而观察者得到了带有明亮的干扰部位的明显暗淡的图像。

在明场偏光显微的优选实施方式中，偏光器32、λ/4板26和分析器34适当地配置，从而光两次地即来回地经过λ/4板26，由此使得返回的光的偏光方向偏转90°。观察者于是得到明显明亮的图像，因为被物体14反射回去的照明光偏转至分析器34的穿越方向。

通过提供λ/4板26作为显微镜物镜20的集成的组成部分，得到了如下优点。可以增大物镜与物体之间的净工作距离。可以提高光学的成像质量，因为不必在物镜下面安置λ/4板，其会产生不可避免的球形的色像差。也可以给具有高放大率或高分辨率的物镜设有集成的λ/4板。在一种实施方式中，λ/4板并非作为最下面的部件，而是设置在物镜的透镜部件之间，按照这种实施方式，虽然其下面的后续的透镜面的反射光在原则上也能进入视野，但该实施方式具有如下优点：可以实现把透镜的折光力放置在物镜的下端。

λ/4板26优选可转动地安置。由此可以控制图像中的得到偏光的反射光与未得到偏光的反射光的比例。这允许在上述明场场景与暗场场景之间切换。

λ/4板通常可旋转。由此可以随意地调节其对偏光的作用。特别地，在照明光路中的偏光器或偏光滤光器和在观察光路中的分析器在工厂侧被预先调节好，且相互间固定地形成90°。附加地，可以把λ/4板安置在所述地点，该板根据可旋转的姿态允许从物体反射回来的光偏转至分析器的穿越方向。如果使得λ/4板相对于该作用位置转动45°，该板就不会有效地起到任何作用，也就是说，光被分析器挡住了(就好像未安置λ/4板一样)。

集成到显微镜物镜20中的折射部件28用于使得照明孔径匹配于显微镜物镜20的物镜孔径。在这里，折射部件28经过选取，从而用于同轴照明的照明孔径等于相应的设置在观察光路中的显微镜物镜20的物镜孔径。由此对于具有各不相同的物镜孔径的不同物镜的同轴照明无需复杂的照明布置。使得照明孔径总是等于显微镜物镜20的物镜孔径，由此防止相应的显微镜物镜20的分辨能力减小。这里有利的是，照明臂(beleuchtungsarm)的光学机构的一部分，即设置在显微镜物镜20的面向光源22的部分中的折射部件28，是相应的显微镜物镜20的整体的组成部分。由此更换带有物镜的该部分，且允许针对物镜单独地调整照明光束。

此外，借助于集成的折射部件28，利用单独地针对每个物镜规定的折光力，能够实现按下述对同轴光路进行特定的调整：例如改善物体平面12上的均匀度。

通过在折射部件28与分光器24之间把对照部件36引入到照明光路中，可以实现清晰的照明。在这里，对照部件36的造型例如可以包括镰刀形的或圆形的造型，或者包括带直边的造型。这种造型尤其可以满足相应物镜的条件。

示范性的显微镜10特别是包括集成到物镜中的用于输入照明的分光器和照明光路的至少一个集成到物镜中的折光力、固定地集成到物镜中的对照部件、集成到物镜中的用于移入不同的对照部件的接口48或集成到物镜中的λ/4板，其中，该λ/4板可旋转地安置。

通过优选的实施方式，在显微镜中实现了照明接口。特别是在显微镜座架与位于物体平面上的物体之间提供了照明接口。照明接口在此对应于集成到物镜中的分光器、集成到物镜中的λ/4板或集成到物镜中的折射部件。通过照明源与物镜的在构造上的分离，可以实现借助于规定的照明接口简单且灵活地调整不同的物镜。光源在此集成到座架中，这在热量排放方面带来了优点，因为热敏感的光学观察机构或物镜在地点上进而在热学方面与光源明显分开地布置。对照单元集成到物镜中，其由此可以针对物镜中的条件进行专门设计。

附图标记清单

10显微镜

11探测器

12物体平面

13、15光路的轴线

21a、21b、23a、23b光路

14物镜

16图像传感器或图像平面

17、19工作平面

18显微镜座架

20、42显微镜物镜

21显微镜物镜壳体

22光源

24分光器

26λ/4板

28折射部件

30照明视场光圈

32偏光器

34分析器

36对照部件

38a、38b光学部件

40a～40d、44a～44c物镜透镜

46场边缘

48对照部件接口

f场平面