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DE102007049651A1 - Anordnung zur Videomikroskopie von Objekten - Google Patents

Anordnung zur Videomikroskopie von Objekten Download PDF

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DE102007049651A1
DE102007049651A1 DE200710049651 DE102007049651A DE102007049651A1 DE 102007049651 A1 DE102007049651 A1 DE 102007049651A1 DE 200710049651 DE200710049651 DE 200710049651 DE 102007049651 A DE102007049651 A DE 102007049651A DE 102007049651 A1 DE102007049651 A1 DE 102007049651A1
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lens system
imaging
lens
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variable
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DE200710049651
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Edmund Koch
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Technische Universitaet Dresden
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Technische Universitaet Dresden
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    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Videomikroskopie von Objekten, die umfasst - ein Abbildungs-Linsensystem (2) mit einer Brennweite (f1) zur Abbildung der Objektes (G) und - ein zweites Linsensystem (3) mit einer Brennweite (f2), das nach dem Abbildungs-Linsensystem (2) platziert ist und zur Erzeugung eines Bildes (B) der Objektes (G) auf einer Aufnahmefläche (5) eines Detektors (6) vorgesehen ist. Die Aufgabe besteht darin, dass eine schnelle und vibrationsarme Scharfstellung insbesondere auf bewegte Objekte gewährleistet werden kann, und es soll eine einfache Vermessung der Oberflächen von bewegten Objekten ermöglicht werden. Die Lösung besteht darin, dass das zweite Linsensystem (3) im hinteren Brennpunkt (F'1) des Abbildungs-Linsensystems (2) angeordnet und mit einer variablen Brennweite (f2) ausgebildet ist, wobei das zweite Linsensystem (3) und das Abbildungs-Linsensystem (2) ein fokussierbares telezentrisches Abbildungssystem (7) bilden und die Positionen (P1, P2) der Objekte (G), auf die das Abbildungs-Linsensystem (2) in Verbindung mit dem zweiten Linsensystem (3) fokussiert, veränderbar sind und das zweite Linsensystem (3) die Distanz (D) zum jeweiligen positionsveränderten Objekt (G) unter Beibehaltung eines konstanten Abbildungsverhältnisses (m) bei variierbares Brennweite (f2) einstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Videomikroskopie von Objekten.
  • Mikroskopische Verfahren und Vorrichtungen zur Visualisierung von Organoberflächen, insbesondere am bewegten Herzen sind in der Druckschrift: Popp, Stehr, Spiegel, Deullen und Koch: Videofluorescence Microscopy System for Observation of Surface Coronary Vessels in the Isolated Rat Heart, Biomedizinische Technik 49, S. 164–165, 2004, beschrieben, wobei ein Auflichtmikroskop mit einer Quecksilberdampflampe, ein 10 × Objektiv und ein Filterblock für die Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt werden, um eine mikroskopische Aufnahme vorzunehmen.
  • Dabei erfolgen eine Bewegung des auf unendlich eingestellten Mikroskopobjektivs mittels einer Piezoverstelleinheit und eine Abbildung mittels einer Tubuslinse auf eine Kamera.
  • Die Piezoverstelleinheit ist zwischen dem Mikroskoptubus und dem Objektiv für die automatische Fokussierung während der Aufnahme eingebracht. Mit ihr kann eine Verstellung des Objektivs über eine größere Distanz entlang der optischen Achse durchgeführt werden. Das Stellsignal für die Piezoverstelleinheit wird von einem Regelalgorithmus erzeugt, der das Signal einer mitbewegten Lichtschranke im Arbeitsabstand des Objektivs auswertet. Die Lichtschranke besteht aus zwei mit einer LED beleuchteten, voneinander beabstandeten Siliziumdetektoren. Die gemessene Beleuchtungsintensität des unteren Detektors ist eine Funktion der Abweichung der Organoberfläche aus der Fokuslage. Der obere Detektor dient als Referenz und hat die Funktion eines Schalters, der die Regelung abschaltet, wenn die Herzoberfläche sich so weit in Richtung des Objektivs bewegt, dass eine Ausregelung nicht mehr möglich ist. Die Bildaufnahme erfolgt mit einer Video-CCD-Kamera.
  • Ein Problem besteht darin, dass die schnelle Bewegung des Objektivs hohe Kräfte erfordert und somit zu Schwingungen der gesamten Vorrichtung führt. Außerdem ist der Energieaufwand zur Verstellung des Objektivs mittels der elektrisch angetriebenen Piezoverstelleinheit relativ groß.
  • Die Darstellung von Organen hat zu neuer Einsicht in deren Funktion geführt. Die Darstellung von Herz und Lunge weist aber das zusätzliche Problem auf, dass durch die natürliche Bewegung der Organe eine scharfe Darstellung häufig nicht möglich ist.
  • Linsen mit variabler Brennweite sind in den Druckschriften EP 1 478 951 B1 und EP 1 674 892 A1 beschrieben.
  • Ein Problem der darin beschriebenen Linsen besteht darin, dass sich bei Fokussierung der Abbildungsmaßstab ändert und eine Vermessung von Objekten deshalb schwierig ist.
  • Abhilfe soll mit telezentrischen Abbildungsanordnungen, die z. B. in der Druckschrift Max Born: Principles of Optics, 7th Edition, S. 200, ISBN 0521642221 beschrieben sind, geschaffen werden.
  • Aber ein Problem der dort beschriebenen Anordnungen besteht darin, dass sie nur durch mechanische Bewegung mit den oben beschriebenen Problemen durch Schwingungen und Energieaufwand fokussierbar sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Videomikroskopie von Objekten anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass eine schnelle und vibrationsarme Scharfstellung insbesondere auf bewegte Objekte gewährleistet werden kann. Außerdem soll eine einfache Vermessung der Oberflächen von bewegten Objekten ermöglicht werden.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst.
  • Die Anordnung zur Videomikroskopie von Objekten umfasst
    • – ein Abbildungs-Linsensystem mit einer Brennweite f1 zur Abbildung der Objekte G und
    • – ein zweites Linsensystem mit einer Brennweite f2, das nach dem Abbildungs-Linsensystem platziert ist und das zur Erzeugung eines Bildes B der Objekte G auf einer Aufnahmefläche eines Detektors vorgesehen ist,
    wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1
    das zweite Linsensystem im hinteren Brennpunkt F'1 des Abbildungs-Linsensystems angeordnet und mit einer variablen Brennweite f2 ausgebildet ist, wobei das zweite Linsensystem und das Abbildungs-Linsensystem ein fokussierbares telezentrisches Abbildungssystem bilden und die Positionen P1, P2 der Objekte G, auf die das Abbildungs-Linsensystem in Verbindung mit dem zweiten Linsensystem fokussiert, veränderbar sind, und das zweite Linsensystem die Distanz D zum jeweiligen positionsveränderten Objekt G unter Beibehaltung eines konstanten Abbildungsverhältnisses bei variierbarer Brennweite einstellt.
  • Die Brennweitensteuerung des zweiten Linsensystems kann von einer Steuereinrichtung ausgehen, die einerseits mit dem zweiten Linsensystem und andererseits mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Distanz D, wobei die Distanz D der jeweiligen Lageverschiebung der Brennebene FE des zweiten Linsensystems zwischen den fokussierbaren Positionen P des jeweiligen Objekts G entspricht, in Verbindung steht und eine zur Distanz D korrespondierende Steuergröße an das zweite Linsensystem anlegt.
  • Zur Reduzierung von Abbildungsfehlern kann das Abbildungs-Linsensystem ein Linsen-Dublett oder Linsen-Triplett darstellen.
  • Das zweite Linsensystem kann eine elektrisch steuerbare Linse sein, deren Brennweite f2 mittels elektrischer Wechselspannung U veränderbar ist.
  • Dabei stellt das zweite Linsensystem eine Aperturblende für das Abbildungs-Linsensystem dar.
  • Das brennweitensteuerbare Linsensystem stellt die Distanz D zum jeweiligen positionsveränderlichen Objekt G ein und ermöglicht durch ihre Lage im hinteren Brennpunkt F'1 des Abbildungs-Linsensystems ein konstantes Abbildungsverhältnis m = B/G.
  • Der Detektor kann eine Video-CCD-Kamera sein.
  • Das Objekt G kann ein tierisches oder menschliches Organ oder ein Teil davon oder eine Fläche eines Organs sein.
  • Hinter dem zweiten variablen Linsensystem kann ein drittes Linsensystem zur Erzeugung des Bildes B des Objekts G auf der Aufnahmefläche des Detektors angeordnet sein.
  • Die Anordnung eines variablen Linsensystems im hinteren Brennpunkt eines ersten Abbildungs-Linsensystems verändert nicht das Abbildungsverhältnis, sondern nur die Lage der vorderen Hauptebene und damit die Ebene, auf die ein optisches Abbildungssystem aus dem Abbildungs-Linsensystem und dem zweiten Linsensystem fokussiert.
  • Der Einsatz des zweiten Linsensystems mit variabler Brennweite führt zu einem Verzicht auf mechanische Bewegung von schweren Linsen oder Objektiven.
  • Durch die Anordnung des variablen zweiten Linsensystems im hinteren Brennpunkt der Abbildungslinse bleibt auch der Abbildungsmaßstab konstant und die Abbildung ist telezentrisch, d. h., der Abbildungsmaßstab bleibt konstant, auch wenn das Objekt nicht in der Fokusebene liegt.
  • Die Erfindung ermöglicht es des Weiteren, dass das brennseitenvariable Linsensystem nur sehr wenig Energie benötigt, die bei einem Computeranschluss einfach über eine USB-Schnittstelle versorgt werden kann, wogegen der Piezoantrieb nach dem Stand der Technik eine recht hohe Leistungsaufnahme hat.
  • Mit der Erfindung ist somit eine telezentrische Abbildung mit variabler Distanz D zu jeweiligen Ebene des Objekts im objektseitigen Bereich vorhanden.
  • Das Signal zur Steuerung des brennweitenvariablen zweiten Linsensystems auf die Position des jeweiligen Objekts kann in herkömmlicher Weise für die Einrichtung zur Bestimmung der Distanz D aus der Schärfe des Bildes bei Veränderung der Stärke des brennweitenvariablen Linsensystems gewonnen werden, wie dies in jeder Autofokus-Kamera geschieht. Alternativ kann dieses Signal nach dem Prinzip der Triangulationssensoren durch einen eingespiegelten Strahl in den Strahlengang gewonnen werden.
  • Dabei kann in die Einrichtung zur Bestimmung der Distanz D die Aufofokus-Anordnung oder das Triangulationssensorensystem integriert sein.
  • Alternativ kann das zweite Linsensystem seine Brennweite nicht nur durch elektrische Größen, sondern auch durch anlegbare Druckkräfte oder andere physikalischer Kräfte ändern, dementsprechend kann der Aufbau der Steuereinrichtung auf die Weitergabe von Druckkräften und anderen physikalischen Kräften, z. B. magnetischen Kräften, an das zweite Linsensystem ausgerichtet sein.
  • Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung mit der telezentrischen Abbildung bei variabler Fokusebenenlage FE kann zur Darstellung von Gefäßen im Tiermodell oder am isolierten Organ und zur Darstellung von Alveolen im Thorax beatmeter Tiere oder an der isolierten Lunge vorgesehen werden.
  • Vorzugsweise können damit die Organoberflächen mit konstanter Vergrößerung vermessen werden.
  • Alle in die erfindungsgemäße Anordnung eingesetzten Linsensysteme können auch als einzelne Linsen ausgebildet sein.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer zweiten Linse mit variabler Brennweite mit folgenden Parametern: einem ersten angelegten Wechselspannungswert von 32 V, einer Gesamtbrennweite fges = 25,56 mm und einer numerischen Apertur NA = 0,06037,
  • 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer zweiten Linse mit variabler Brennweite mit folgenden Parametern: einem zweiten angelegten Wechselspannungswert von 60 V, einer Gesamtbrennweite fges = 25,56 mm und einer numerischen Apertur NA = 0,06037, wobei 2a einen Millimetermaßstab angibt, und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Abbildungssystems innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung mit den Hauptebenen H1, H2, H11, H12, H21 und H22.
  • Im Folgenden werden die 1 und 2 gemeinsam betrachtet. In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 10 zur Videomikroskopie von Objekten G dargestellt, die
    • – ein Abbildungs-Linsensystem 2 mit einer Brennweite f1 zur Abbildung der Objekte G und
    • – ein zweites Linsensystem 3 mit einer Brennweite f2, das nach dem Abbildungs-Linsensystem 2 platziert ist und das zur Erzeugung eines Bildes B der Objekte G auf einer Aufnahmefläche 5 eines Detektors 6 vorgesehen ist,
    umfasst.
  • Erfindungsgemäß ist das zweite Linsensystem 3 im hinteren Brennpunkt F'1 des Abbildungs-Linsensystems 2 angeordnet und mit einer variablen Brennweite f2 ausgebildet, wobei das zweite Linsensystem 3 und das Abbildungs-Linsensystem 2 ein fokussierbares telezentrisches Abbildungssystem 7 bilden und die Positionen P1, P2 der Objekte G, auf die das Abbildungs-Linsensystem 2 in Verbindung mit dem zweiten Linsensystem 3 fokussiert, veränderbar sind, und stellt das zweite Linsensystem 3 die Distanz D zum jeweiligen positionsveränderten Objekt G unter Beibehaltung eines konstanten Abbildungsverhältnisses m = B/G = const bei variierbarer Brennweite f2 ein.
  • Die Brennweitensteuerung des zweiten Linsensystems 3 kann von einer Steuereinrichtung 8 ausgehen, die einerseits mit dem zweiten Linsensystem 3 und andererseits mit einer Einrichtung 9 zur Bestimmung der Distanz D, wobei die Distanz D der jeweiligen Lageverschiebung 11 der Brennebene FE des zweiten Linsensystems 3 zwischen den fokussierbaren Positionen P1, P2 des jeweiligen Objekts G eines Organs 1 entspricht, in Verbindung steht und die eine mit der Distanz D korrespondierende Wechselspannung U an das zweite Linsensystem 3 anlegt.
  • Das Abbildungs-Linsensystem 2 kann ein Linsen-Triplett darstellen.
  • Das zweite Linsensystem 3 ist als eine elektrisch steuerbare Linse ausgebildet, deren Brennweite f2 mit elektrischer Wechselspannung U verän derbar ist, wobei die Wechselspannung von der Steuereinrichtung 8 geliefert wird. Das zweite Linsensystem 3 kann auch als eine einfache zweite Linse ausgebildet sein.
  • Die zweite Linse 3 kann durch ihren geringen Durchmesser DL als Aperturblende für das Abbildungs-Linsensystem 2 eingesetzt sein.
  • Die brennweitensteuerbare zweite Linse 3 kann die Distanz D zum jeweiligen positionsveränderten Objekt G einstellen und durch ihre Lage im hinteren Brennpunkt F'1 des Abbildungs-Linsensystems 2 das konstante Abbildungsverhältnis m = B/G ermöglichen.
  • Als Detektor 6 kann eine Video-CCD-Kamera eingesetzt sein, die mit der Steuereinrichtung 8 in Verbindung steht.
  • Das Objekt G kann ein tierisches oder menschliches Organ 1 oder ein Teil davon oder eine Fläche eines Organs 1 sein.
  • In den 1, 2 weist die erste positive Linse 2 oder das erste Linsensystem, welches die Abbildung des Objekts G des bewegten Organs 1 bewirkt, eine Brennweite f1 auf. Die zweite Linse 3 mit variabler Brechweite f2 steht im hinteren Brennpunkt F'1 der ersten Linse 2 oder des ersten Linsensystems und wirkt als Aperturblende der Anordnung 10. Hinzugefügt ist eine dritte Linse 4 oder ein drittes Linsensystem, welches die Abbildung des Objekts G auf eine Kamera 6 bzw. Zwischenbildebene bewirkt. Dieses dritte optische Linsensystem 4 kann dazu genutzt werden, vorhandene Abbildungsfehler, insbesondere Farbfehler und Bildfeldkrümmung auszugleichen.
  • In der Druckschrift Hecht: Optik S. 227, ISBN3-925118-86-1 sind Linsenkombinationen aus dünnen Linsen mit einer Gesamtbrennweite fges beschrieben, die sich bei einer ersten Linse 2 mit der Brennweite f1 und einer zweiten Linse 3 mit der Brennweite f2 berechnet aus:
    Figure 00100001
    wobei f1 und f2 fest vorgegebene Brennweiten der ersten Linse 2 bzw. der zweiten Linse 3 sind und d der Abstand der Hauptebenen H12 und H21 der beiden Linsen 2 und 3 Ist.
  • Ist der Abstand d der Hauptebenen H12 und H21 gleich der Brennweite f1 der ersten Linse 2, so wird bei d = f1 aus Gleichung (I)
    Figure 00100002
  • Wie in 3 gezeigt ist und dieser Umstand wird erfindungsgemäß für die Videomikroskopie von Objekten genutzt, hängt die Brennweite fges = f1 dieser Linsenkombination, die das fokussierbare telezentrische Abbildungssystem 7 darstellt, nicht mehr von der Brechkraft der zweiten mit variabler Brennweite f2 ausgebildeten Linse 3 ab.
  • Ein solches in 3 dargestelltes Abbildungssystem 7 aus den zwei Linsen 2, 3 kann auch als dicke Linse 7 mit zwei Hauptebenen H1 und H2 betrachtet werden. Die Abstände der Hauptebenen H1 und H2 des Abbildungssystems 7 von den Hauptebenen H11 bzw. H22 der Einzellinsen 2, 3 kann bei vorgegebenen Brennweiten f1, f2 nach Gleichung (III) berechnet werden:
    Figure 00100003
    dies vereinfacht sich mit Gleichung (II) zu:
    Figure 00110001
  • Dies bedeutet, dass die hintere Hauptebene H2 des Abbildungssystems 7 im Abstand d vor der Hauptebene H22 der ersten Linse 2 liegt und damit unabhängig von der Brennweite f2 der zweiten variablen Linse 3 immer in etwa mit der hinteren Hauptebene H12 der vorderen ersten Linse 2 übereinstimmt, wobei H11 die vordere Hauptebene der ersten Linse 2 ist.
  • Erfindungsgemäß verschiebt sich die Lage 11 (Pfeilrichtung) der vorderen Hauptebene H1 durch Änderung der Brennweite f2 der variablen zweiten Linse 3. Wird zum Kehrwert der Brennweite f2, der Brechkraft φ2 = 1/f2 übergegangen, so ändert sich die Lage 11 der vorderen Hauptebene H1 proportional zu der Brechkraft φ2 der variablen zweiten Linse 3:
    Figure 00110002
  • Wird z. B. von der zweiten Linse 3 mit der vorgegebenen variablen Brechkraft φ2 von 10 dpt ausgegangen, so kann damit die Lage 11 der vorderen Hauptebene H1 und somit die Lage 11 der Fokusebene FE bei einer zweiten Linse 3 von einer Brennweite f2 = 25 mm um eine Distanz D von 6,25 mm verändert werden. Bei einer Brennweite von f2 = 10 mm kann die Lage 11 der Fokusebene FE immer noch um eine Distanz D = 1 mm verändert werden.
  • Da die Brennweite und die Lage der hinteren Hauptebene H2 des Abbildungssystems 7 konstant bleiben, ändert sich der Abbildungsmaßstab m = B/G nicht. Da die zweite Linse 3 einen kleinen Durchmesser DL hat, wirkt sie als Aperturblende in der erfindungsgemäßen Anordnung 10.
  • Durch die Lage der zweiten Linse 3 im Brennpunkt F'1 der ersten Linse 2 ist der Strahlengang der Anordnung 10 vorderseitig, also objektseitig telezentrisch. Dies führt dazu, dass auch Objekte G außerhalb der Fokusebene FE im gleichen Maßstab m abgebildet werden.
  • Die Linsen 3 mit variabler Brennweite f2 weisen teilweise erhebliche chromatische Fehler auf. Diese Fehler sind aber häufig proportional zur Brechkraft. Damit ist es zweckmäßig, die zweite Linse 3 um die Brechkraft „Null" zu betreiben. Z. B. können dafür handelsübliche Linsen mit einer Brechkraft zwischen –5 bis 5 dpt benutzt werden. Es kann aber auch ein anderer Bereich verwendet werden, wenn der mittlere Farbfehler durch andere optische Elemente, z. B. durch die dritte Linse 4 ausgeglichen werden kann.
  • Anwendungen der erfindungsgemäßen Anordnung 10 mit einer telezentrischen Abbildung bei variabler Fokusebenenlage FE können z. B. die Darstellung von Gefäßen im Tiermodell oder am isolierten Organ 1 und die Darstellung von Alveolen im Thorax beatmeter Tiere oder an der isolierten Lunge sein. Die erfindungsgemäße Anordnung 10 erlaubt den Blick auf die Organoberfläche mit konstanter Vergrößerung, so dass die beobachteten Strukturen G der Organe 1 im Rückschluss auch vermessen werden können. Des Weiteren kann die Anordnung 10 für andere Anwendungen in der Messtechnik eingesetzt werden.
  • Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung 10 wird im Folgenden anhand der 1, 2 und 3 näher erläutert.
  • In den 1, 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 10 von Linsen 2, 3, 4 mit variabler Fokusebene FE dargestellt. Das Objekt G befinden sich auf der rechten Seite der jeweiligen 1, 2 und ist z. B. ein Teil eines Organs 1. Bedingt durch den reliefartigen Organaufbau werden die Distanzen D der Oberflächen (als Objekte G) des Organs 1 mit einer Einrichtung 9 zur Bestimmung der Distanz D aufgenommen. Durch Variation der Wechselspannung U an der variablen Linse 3 ändert sich die Lage der Fokusebene FE beträchtlich. Von rechts nach links in den 1, 2 ist zunächst ein erstes Abbildungs-Linsensystem 2 in Form eines Linsen-Tripletts mit einer Brennweite f1 von 25 mm dargestellt. Danach ist die kleine zweite Linse 2 mit variabler Brechkraft φ2 = 1/f2 angeordnet, gefolgt von einer weiteren dritten Linse 4, die das Licht auf die Aufnahmefläche 5 einer CCD-Kamera 6 fokussiert. Entsprechend den elektrischen und optischen Daten: Wechselspannung U, Gesamtbrennweite fges, numerische Apertur NA sowie Maßeinheit in Millimetern, wie in 2a mit Bezug auf die beiden 1, 2 gezeigt ist, ändert sich dabei weder die Brennweite fges noch die numerische Apertur NA der Anordnung 10, so dass neben dem Abbildungsmaßstab m = B/G auch noch die Lichtmenge konstant gehalten wird. Bei den angegebenen Daten wird die Wechselspannung U an der zweiten Linse 3 von 32 V in 1 auf 60 V in 2 verändert. Dies entspricht einer Änderung der Brechkraft um fast 30 dpt. Die Lage 11 der Fokusebene FE bzw. der Hauptebene H1 ändert sich dabei um mehr als 17 mm. Für weißes Licht begrenzen allerdings die chromatischen Fehler den zweckmäßigen Hub auf ca. 10 dpt und damit auf ca. 6 mm. Dies ist aber für viele Anwendungen mehr als ausreichend.
  • 1
    Organ
    2
    Abbildungs-Linsensystem
    3
    zweites Linsensystem mit variabler Brennweite
    4
    drittes Linsensystem
    5
    Aufnahmefläche
    6
    Detektor
    7
    Abbildungssystem
    8
    Steuereinrichtung
    9
    Einrichtung zur Bestimmung der Distanz
    10
    Anordnung
    11
    Lage
    G
    Objekt
    B
    Bild
    d
    Hauptebenenabstand H12 bis H21
    f1
    Brennweite der ersten Linse
    f2
    Brennweite der zweiten Linse
    F1
    vorderer Brennpunkt der ersten Linse
    F'1
    hinterer Brennpunkt der ersten Linse
    φ2
    Brechkraft der zweiten Linse
    fges
    Gesamtbrennweite
    H1
    Hauptebene des Abbildungssystems
    H2
    Hauptebene des Abbildungssystems
    H11
    vordere Hauptebene der ersten Linse 2
    H12
    hintere Hauptebene der ersten Linse 2
    H21
    vordere Hauptebene der zweiten Linse 3
    H22
    hintere Hauptebene der zweiten Linse 3
    m
    Abbildungsmaßstab
    U
    Wechselspannung
    NA
    Numerische Apertur
    FE
    Fokusebene
    P
    Position
    D
    Distanz
    DL
    Durchmesser
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1478951 B1 [0007]
    • - EP 1674892 A1 [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Druckschrift: Popp, Stehr, Spiegel, Deullen und Koch: Videofluorescence Microscopy System for Observation of Surface Coronary Vessels in the Isolated Rat Heart, Biomedizinische Technik 49, S. 164–165, 2004 [0002]
    • - Druckschrift Max Born: Principles of Optics, 7th Edition, S. 200, ISBN 0521642221 [0009]
    • - Druckschrift Hecht: Optik S. 227, ISBN3-925118-86-1 [0048]

Claims (14)

  1. Anordnung (10) zur Videomikroskopie von Objekten (G), umfassend – ein Abbildungs-Linsensystem (2) mit einer Brennweite (f1) zur Abbildung der Objekte (G) und – ein zweites Linsensystem (3) mit einer Brennweite (f2), das nach dem Abbildungs-Linsensystem (2) platziert ist und zur Erzeugung eines Bildes (B) der Objekte (G) auf einer Aufnahmefläche (5) eines Detektors (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Linsensystem (3) im hinteren Brennpunkt (F'1) des Abbildungs-Linsensystems (2) angeordnet und mit einer variablen Brennweite (f2) ausgebildet ist, wobei das zweite Linsensystem (3) und das Abbildungs-Linsensystem (2) ein fokussierbares telezentrisches Abbildungssystem (7) bilden und die Positionen (P1, P2) der Objekte (G), auf die das Abbildungs-Linsensystem (2) in Verbindung mit dem zweiten Linsensystem (3) fokussiert, veränderbar sind, und das zweite Linsensystem (3) die Distanz (D) zum jeweiligen positionsveränderten Objekt (G) unter Beibehaltung eines konstanten Abbildungsverhältnisses (m) bei variierbarer Brennweite (f2) einstellt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweitensteuerung des zweiten Linsensystems (3) von einer Steuereinrichtung (8) ausgeht, die einerseits mit dem zweiten Linsensystem (3) und andererseits mit einer Einrichtung (9) zur Bestimmung der Distanz (D), wobei die Distanz (D) der jeweiligen Lageverschiebung (11) der Brennebene (FE) des zweiten Linsensystems (3) zwischen den fokussierbaren Positionen (P1, P2) des jeweiligen Objekts (G) entspricht, in Verbindung steht und eine zur Distanz (D) korrespondierende Steuergröße (U) an das zweite Linsensystem (3) anlegt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung von Abbildungsfehlern das Abbildungs-Linsensystem (2) ein Linsen-Dublett oder Linsen-Triplett darstellt.
  4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das brennweitensteuerbare Linsensystem (3) die Distanz (D) zum jeweiligen positionsveränderlichen Objekt (G) einstellt und durch seine Lage im hinteren Brennpunkt (F'1) des Abbildungs-Linsensystems (2) ein konstantes Abbildungsverhältnis (m) mit m = B/G ermöglicht.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem zweiten brennweitenvariablen Linsensystem (3) ein drittes Linsensystem (4) zur Erzeugung des Bildes (B) der Objekte (G) auf der Aufnahmefläche (5) des Detektors (6) angeordnet ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) in Form eines Computers mit dem brennweitenvariablen zweiten Linsensystem (3) bei einem Computeranschluss über eine USB-Schnittstelle in Verbindung steht.
  7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Einrichtung (9) zur Bestimmung der Distanz (D) eine Aufofokus-Anordnung oder ein Triangulationssensorensystem integriert ist.
  8. Anordnung nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite brennweitenvariable Linsensystem (3) seine Brennweite durch elektrische Größen, durch anlegbare Druckkräfte oder andere physikalischer Kräfte ändert, wobei der Aufbau der Steuereinrichtung (8) auf die Weitergabe von Druckkräften und anderen physikalischen Kräften ausgerichtet ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Linsensystem (3) eine elektrisch steuerbare Linse ist, deren Brennweite (f2) mit elektrischer Wechselspannung (U) veränderbar ist.
  10. Anordnung nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (3) oder das zweite Linsensystem (3) als Aperturblende für das Abbildungs-Linsensystem (2) eingesetzt ist.
  11. Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (6) eine Video-CCD-Kamera ist.
  12. Anordnung nach mindestens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (G) ein tierisches oder menschliches Organ (1) oder ein Teil davon oder eine Fläche eines Organs (1) ist.
  13. Verwendung der Anordnung (10) zur Videomikroskopie von Objekten mit einer telezentrischen Abbildung bei variabler Fokusebenenlage (FE) nach Anspruch 1 bis 12, zur Darstellung von Gefäßen (G) im Tiermodell oder am isolierten Organ (1) oder zur Darstellung von Alveolen (G) im Thorax beatmeter Tiere oder an der isolierten Lunge.
  14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Organoberflächen als Objekte (G) mit konstanter Vergrößerung vermessen werden.
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