BR112021005488A2

BR112021005488A2 - conjunto óptico, instrumento óptico, e, método para imageamento óptico por um instrumento óptico.

Info

Publication number: BR112021005488A2
Application number: BR112021005488-0A
Authority: BR
Inventors: Peter KASZIAN
Original assignee: Eardley Holding Ag
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2021-06-22
Also published as: RU2768520C1; US20210392248A1; CA3111041A1; CN112805608A; WO2020074065A1; KR20210069069A; AU2018445019A1; IL282149A; SG11202102838XA; EP3864455A1; MX2021002831A

Abstract

CONJUNTO ÓPTICO, INSTRUMENTO ÓPTICO, E, MÉTODO PARA IMAGEAMENTO ÓPTICO POR UM INSTRUMENTO ÓPTICO. A invenção refere-se a um conjunto óptico (100) que compreende uma primeira unidade objetiva (10) e uma segunda unidade objetiva (20), em que um plano de imagem intermediário (2) é definido entre a primeira unidade objetiva e a segunda unidade objetiva, em que a primeira unidade objetiva (10) é planejada para projetar uma imagem de um primeiro plano de imagem (1) na forma de uma imagem intermediária real aumentada no plano de imagem intermediário (2) e em que todas as possíveis trajetórias de raios pelas quais a primeira unidade objetiva define uma primeira região de entrada (11) no primeiro plano de imagem e define uma primeira região de emissão (12) no plano de imagem intermediário, em que a segunda unidade objetiva (20) é planejada para projetar uma imagem do plano de imagem intermediário (2) na forma de uma imagem real aumentada em um segundo plano de imagem (3) e em que todas as possíveis trajetórias de raios pelas quais a segunda unidade objetiva define uma segunda região de ingresso (21) no plano de imagem intermediário e define uma segunda região de emissão (22) no segundo plano de imagem, e em que a segunda região de ingresso (21) compreende uma primeira porção da primeira região de emissão e exclui uma segunda porção da primeira região de emissão. A invenção também refere-se a um instrumento óptico que compreende o conjunto óptico, e um método.

Description

1 / 18 CONJUNTO ÓPTICO, INSTRUMENTO ÓPTICO, E, MÉTODO PARA

IMAGEAMENTO ÓPTICO POR UM INSTRUMENTO ÓPTICO

[001] A presente invenção refere-se a um conjunto óptico. A invenção ainda refere-se a um instrumento óptico que compreende o conjunto óptico e um método para aumentar a resolução de um instrumento óptico.

[002] Instrumentos ópticos passivos expandem as capacidades do olho, tanto em termos de seu poder de resolução e sua percepção de brilho. Diferenças no brilho, posições espaciais largamente distribuídas e diferenças de cor dos objetos são condensadas em pacotes de informação leves que, quando transportados com energia suficiente para grandes distâncias, podem ser recebidos com telescópios e revelados e apresentados como informação de imagem bidimensional. Brilho, informação de espaço e cor, condensados em uma seção muito pequena do espaço, podem ser disponibilizados para uso posterior com ajuda do microscópio.

[003] Para o poder de resolução do olho nu, a distância de 25 cm é considerada o alcance visual convencional, ou alcance visual de referência. Aqui, o olho pode alcançar a melhor resolução espacial por longos períodos de tempo. Se o objeto é mantido entre 25 e 10 cm perto do olho, melhor resolução espacial correspondente pode ser alcançada por curtos períodos de tempo. Com olhos relaxados e distâncias maiores, vários metros para o infinito, a resolução angular típica do olho humano é 1 minuto angular.

[004] Instrumentos ópticos passivos são fabricados para diferentes propósitos. Suas características de performance são basicamente otimizadas para o respectivo campo de aplicação. Por exemplo, a magnificação do telescópio ou microscópio pode ser, utilmente, aumentada até que a resolução angular do instrumento óptico seja compatível com a do olho humano. Isso é chamado de magnificação útil. Magnificação excessiva, por outro lado, onde o contraste visual se torna muito baixo, é chamada de magnificação morta. Sistemas de imagem clássicos, como os telescópios, câmeras fotográficas e

2 / 18 microscópios, possuem, basicamente, a estrutura de uma lente especializada, lente ocular e/ou sensor de imagem, onde lentes telefoto, ou lentes-astro, são especialmente adaptadas para aumentar a distância, e lentes macro, lentes micro e lentes nano são especialmente adaptadas para aumentar a compressão da informação óptica.

[005] Entre a objetiva e a lente ocular/meio de armazenamento, ópticas de extensão de comprimento focais (chamadas de extensores), ópticas de retransmissão de imagem (chamadas de ópticas de retransmissão) e uma lente de projeção podem ser montadas no microscópio de projeção. Em todos esses casos, a qualidade, ou seja, a resolução e o contraste das imagens, diminuem. Embora, dessa maneira, a seção da imagem possa ser reduzida, ou seja, o objeto que está sendo visto é aumentado, isso ocorre às custas da nitidez da imagem e da riqueza de detalhe.

[006] A tarefa da presente invenção foi de prover um dispositivo alternativo, respectivamente um método alternativo, em que a resolução óptica possa ser melhorada.

[007] Essa tarefa é resolvida pelos recursos indicados na reivindicação 1. Modalidades vantajosas da invenção estão indicadas nas reivindicações dependentes.

[008] A presente invenção refere-se a um conjunto óptico que compreende uma primeira unidade de lente e uma segunda unidade de lente. Um plano de imagem intermediário é definido entre a primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente. A primeira unidade de lente é adaptada para imagear uma imagem de um primeiro plano de imagem em uma imagem intermediária real ampliada no plano de imagem intermediário. Um conjunto de trajetórias de raios possíveis através da primeira unidade de lente define uma primeira região de entrada no primeiro plano de imagem e define uma primeira região de saída no plano de imagem intermediário. A segunda unidade de lente é adaptada para imagear uma imagem do plano de imagem

3 / 18 intermediário em uma imagem real ampliada em um segundo plano de imagem. Um conjunto de trajetórias de raios possíveis através da segunda unidade de lente define uma segunda região de entrada no plano de imagem intermediário e define uma segunda região de saída no segundo plano de imagem. A segunda região de entrada inclui uma primeira porção da primeira região de saída e exclui uma segunda porção da primeira região de saída.

[009] O primeiro plano de imagem está no lado da entrada da primeira unidade de lente e o segundo plano de imagem está no lado da saída da segunda unidade de lente. Um eixo óptico pode se estender do lado da entrada do conjunto óptico através da primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente até um lado da saída do conjunto óptico. Nesse caso, o primeiro plano de imagem, o segundo plano de imagem, e o plano de imagem intermediário podem ser substancialmente perpendiculares ao eixo óptico. A imagem no primeiro plano de imagem pode ser formada por qualquer objeto a ser imageado, ou pode, por sua vez, já ser uma imagem real intermediária gerada por um sistema óptico a montante do conjunto óptico de acordo com a invenção. A imagem real magnificada formada no segundo plano de imagem tem a resolução aumentada desejada. Essa imagem real ampliada criada no segundo plano de imagem pode ser adicionalmente magnificada por outros elementos ópticos à jusante, observada através de uma lente ocular, ou capturada por um sensor de imagem.

[0010] A primeira unidade de lente tem uma primeira abertura de entrada e um primeiro fator de magnificação maior que 1, ambos influenciam as possíveis trajetórias de feixe através da primeira unidade de lente. Similarmente, a segunda unidade de lente tem uma segunda abertura de entrada e um segundo fator de magnificação maior que 1, ambos influenciam as possíveis trajetórias de feixe através da segunda unidade de lente. A primeira e segunda regiões de entrada, e a primeira e segunda regiões de saída, são regiões planas dentro do respectivo plano no qual elas são

4 / 18 definidas. A primeira região de saída e a segunda região de entrada são ambas definidas no plano de imagem intermediário. É característico do conjunto óptico, de acordo com a invenção, que apenas uma parte da primeira região de saída seja sobreposta pela segunda região de entrada. Nessa área de sobreposição, é possível ampliar um detalhe, por assim dizer. Através da abertura da segunda unidade de lente apenas entram raios que pertencem a uma seção da imagem intermediária. Ou seja, em contraste com os chamados ópticas de retransmissão, a imagem intermediária inteira não é incluída na segunda unidade de lente subsequente e um alargamento resulta a partir das duas unidades de lente.

[0011] No caso mais simples, as unidades de lente podem consistir de uma lente única. As unidades de lente podem incluir espelhos como elementos. A primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente podem, cada uma, ser construídas como um grupo de lentes. As duas unidades de lente, e outros elementos ópticos possíveis, podem ser incorporados em um tubo de saída comum. Tal tubo de saída pode, por exemplo, pode ser ranhurado ou enegrecido por dentro para minimizar luz dispersa dentro do conjunto óptico. Em particular, elementos podem ser providos que previnem trajetórias de raios indiretos da segunda parte da primeira área de saída de entrarem na abertura de entrada da segunda unidade de lente.

[0012] Um arranjo tipo cascata de vários conjuntos ópticos de acordo com a invenção é possível, como ainda será explicado abaixo também em conexão com os exemplo de modalidade. Devido à sua característica de ser uma unidade de lente de ampliação, a primeira área de entrada compreende uma primeira parte do primeiro plano de imagem e exclui uma segunda parte do primeiro plano de imagem. Com um arranjo adequado de uma unidade de lente adicional na frente da primeira unidade de lente, uma região de saída da unidade de lente adicional pode ser posicionada em relação ao primeiro plano de imagem de tal forma que a unidade de lente adicional e a primeira unidade

5 / 18 de lente formem um conjunto óptico adicional de acordo com a invenção, em que a unidade de lente adicional tem o papel da primeira unidade de lente do conjunto óptico adicional e em que a primeira unidade de lente do conjunto óptico mencionado primeiro tem o papel da segunda unidade de lente do conjunto óptico adicional.

[0013] O conjunto óptico de acordo com a invenção poderia ser chamado de módulo de multiprojeção, pois gera uma imagem intermediária real - uma projeção - pelo menos duas vezes, nomeadamente no plano de imagem intermediário e no segundo plano de imagem.

[0014] Como o inventor reconheceu, quando o conjunto óptico de acordo com a invenção é usado, desvantagens da técnica anterior mencionadas acima, como resoluções mais baixas ou diminuição no contraste em ópticas de retransmissão e/ou extensores, não ocorrem quando se amplia um objeto; pelo contrário, a qualidade da imagem da lente original melhora dramaticamente.

[0015] Em uma modalidade do conjunto óptico, a primeira unidade de lente possui uma primeira distância focal, e a segunda unidade de lente possui uma segunda distância focal. A distância da primeira unidade de lente ao plano de imagem intermediário define a primeira largura da imagem, e a distância da segunda unidade de lente ao segundo plano de imagem define uma segunda largura da imagem. De acordo com a modalidade, a razão entre a primeira distância focal e a primeira largura da imagem está na faixa de 1:10 até 1:1.000. Alternativamente, ou em combinação com o dito recurso, a razão entre a segunda distância focal e a segunda largura da imagem está na faixa de 1:10 até 1:1.000.

[0016] Em contraste às ópticas de retransmissão, em que a razão entre uma distância focal e a largura da imagem está na faixa de 1:1 até 1:2, de acordo com a presente modalidade da invenção a largura da imagem é significativamente maior que a distância focal da respectiva unidade de lente.

6 / 18 A largura da imagem deve ser entendida como a distância da última lente da unidade de lente até a imagem intermediária real gerada. Por exemplo, a primeira unidade de lente pode ter uma distância focal de 11 milímetros e ser projetada para uma largura de imagem de 150 milímetros, ou seja, tem uma razão de comprimento-para-largura de imagem focal de, aproximadamente, 1:13,6. Em outro exemplo de acordo com a modalidade, a primeira unidade de lente pode ter uma distância focal bem pequena de 0,2 milímetros e ser projetada para uma largura de imagem de 150 milímetros, tendo assim uma razão entre a distância focal e a largura da imagem de 1:750. A segunda unidade de lente pode ter uma razão de distância focal-para-distância focal de acordo com um dos exemplos da primeira unidade de lente.

[0017] O inventor reconheceu que a qualidade da imagem de acordo com esta modalidade é particularmente alta.

[0018] De acordo com uma modalidade, a razão entre primeira distância focal e a primeira largura da imagem e/ou a razão entre a segunda distância focal e a segunda largura da imagem é maior que ou igual a 1:40.

[0019] O inventor reconheceu que nessa modalidade, fatores de magnificação do conjunto inteiro excedendo 1.000 vezes podem ser alcançados enquanto mantém qualidade óptica muito alta. Isso é particularmente o caso quando tanto a razão entre a primeira distância focal e a primeira largura da imagem e a razão entre a segunda distância focal e a segunda largura da imagem são maiores que ou iguais a 1:40.

[0020] De acordo com uma modalidade, a primeira e/ou a segunda unidade de lente têm uma estrutura de uma infinidade de lentes corrigidas.

[0021] Em particular, a primeira e/ou segunda unidade de lente podem ter uma estrutura de uma infinidade de lentes microscópicas corrigidas. Por infinidade de lentes corrigidas entende-se uma lente que é corrigida ao infinito em relação à, pelo menos, uma das seguintes aberrações: aberração cromática,

7 / 18 aberração esférica, Astigmatismo, Coma.

[0022] Em particular, várias das ditas aberrações ou todas as ditas aberrações podem ser substancialmente corrigidas ao infinito. Corrigidas ao infinito significa que a correção se aplica a todos os pontos atrás da lente.

[0023] O inventor reconheceu que essa modalidade acarreta, surpreendentemente, em imagens de alta qualidade. Aqui, a correção das aberrações acima mencionadas tem efeito não apenas nas propriedades que alguém poderia esperar - por exemplo, na correção de aberração cromática na redução de franjas de cor indesejadas em transições de claro-escuro – mas surpreendentemente, a resolução alcançada com o conjunto óptico é também altamente melhorada.

[0024] Fortes melhorias em resolução alcançável são alcançadas pela primeira e/ou segunda unidade de lente que têm ambas uma infinidade de projetos corrigidos, e onde a razão entre a distância focal e a distância da imagem é também maior que ou igual a 1:40.

[0025] De acordo com uma modalidade, a área da primeira parte da primeira região de emissão é, no máximo, um décimo da área da primeira região de emissão.

[0026] De acordo com essa modalidade, a segunda parte excluída da primeira região de saída é muito maior que a primeira parte da primeira região de saída correspondente a segunda região de entrada, que é adicionalmente ampliada pela segunda unidade de lente. Por exemplo, a área da primeira porção da primeira região de saída pode ser um vinte avos da área da primeira região de saída ou menos.

[0027] Em uma modalidade, pelo menos uma unidade de lente adicional é arranjada adjacente à segunda unidade de lente e, pelo menos uma, unidade de lente adicional é arranjada para imagear uma imagem do plano de

8 / 18 imagem intermediário em uma imagem real ampliada em um plano de imagem adicional. Desse modo, uma totalidade de possíveis trajetórias de raio através da unidade de objetivo adicional define uma região de entrada adicional no plano de imagem intermediário e define região de saída adicional no plano de imagem adicional, em que a região de entrada adicional é diferente da primeira região de entrada.

[0028] Nessa modalidade, a unidade de lente adicional tem a mesma função que a segunda unidade de lente, exceto pelo fato que é direcionada a uma área de entrada diferente. Uma pluralidade de tais unidades de lente adicionais pode ser arranjada lado a lado, por exemplo na forma de um olho composto de um inseto. Cada uma das unidades de lente adicionais pode ser formada por uma lente única, por exemplo. As áreas de entrada adicionais podem ser arranjadas em um arranjo hexagonal, por exemplo, através do qual as áreas de entrada adicionais podem se sobrepor levemente umas com as outras ou com a segunda área de entrada na borda. Dessa maneira, partes da imagem de uma grande parte da primeira área de saída ou da primeira área de saída inteira podem ser gravadas e adicionalmente ampliadas sem interstício via uma pluralidade de unidades de lente adicionais operando em paralelo. Essa modalidade do conjunto óptico pode ser incorporada, por exemplo, em um instrumento óptico no qual unidades de lente adicionais são arranjadas, cada uma, em frente a um sensor de imagem separado. A segunda unidade de lente e as unidades de lente adicionais podem ser formadas, cada uma, como uma lente esférica ou uma lente esférica em uma matriz de micro lente, em que tal matriz de micro lente pode compreender 100 a 1.000 micro lentes individuais, ou seja, unidades de lente adicionais arranjas em paralelo.

[0029] Em uma modalidade do conjunto óptico, a primeira unidade de lente é configurada tal que os pontos focais formados por diferentes regiões radiais da primeira unidade de lente na região do plano de imagem intermediário são menos que 500 nanômetros afastados na direção de um eixo

9 / 18 óptico da primeira unidade de lente, de preferência menos que 50 nanômetros afastadas. Alternativamente, ou em combinação com o dito projeto da primeira unidade de lente, a segunda unidade de lente é projetada de tal forma que os pontos focais formados em diferentes regiões radiais da segunda unidade de lente são menos que 500 nanômetros afastados na região do segundo plano de imagem na direção de um eixo óptico da segunda unidade de lente, de preferência menos que 50 nanômetros afastados.

[0030] A extensão na direção do eixo óptico da área na qual os pontos de foco de uma unidade de lente caem, ou seja, a extensão da área na qual o foco paraxial, a zona de foco central e a borda do foco de raio repousam, é uma medida da aberração esférica. Nessa modalidade, a aberração esférica da primeira unidade de lente e/ou a segunda unidade de lente é corrigida para um grau alto, ou muito alto. O inventor reconheceu que a qualidade é, surpreendentemente, altamente melhorada por uma baixa aberração esférica dos elementos de lente individuais no arranjo em um conjunto óptico de acordo com a invenção.

[0031] Baixa aberração esférica pode ser alcançada por uma lente esférica de formato adequado ou grupo de lentes com pelo menos uma lente esférica de formato adequado construídas dentro da unidade de lente. Outra maneira de corrigir aberração esférica é incorporar uma placa de correção de aberração definida pelo índice de rigidez e refração com superfícies planas, paralelas em um ponto em uma unidade de lente onde os raios convergem ou divergem.

[0032] O inventor reconheceu que mesmo a otimização de unidades de lente em relação à aberração esférica para um grau onde os pontos focais estão mais próximos que os 50 nanômetros, por exemplo, próximos de um décimo de um comprimento de onda tipicamente imageado, surpreendentemente, ainda acarreta em aumentos adicionais na qualidade da imagem pelo conjunto óptico da invenção.

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[0033] Adicionalmente, nessa modalidade, mas também em outras modalidades, a aberração cromática pode ser corrigida. Essa correção pode ser implementada como uma chamada correção ao infinito, ou seja, de tal forma que a correção se aplica a todos os pontos atrás da lente.

[0034] Em uma modalidade, o conjunto óptico tem uma montagem comum para a primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente.

[0035] Em uma modalidade do conjunto óptico, a primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente são móveis em relação umas às outras paralelamente a um eixo óptico comum. Em particular, a primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente podem ser deslocadas em relação umas às outras dentro de uma faixa de 5 mm até 5 cm.

[0036] Nessa modalidade, para diferentes distâncias de objetos, a posição mútua de duas unidades de lente pode ser ajustada para que o plano de imagem intermediário comum venha a repousar em uma distância adequada das duas unidades de lentes.

[0037] Em uma modalidade do conjunto óptico, a primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente possuem características idênticas.

[0038] Nessa modalidade, por exemplo, duas unidades de lente pré- fabricadas de projetos idênticos podem ser arranjadas uma atrás da outra. Isso possibilita, particularmente, uma produção simples e econômica do conjunto óptico.

[0039] Uma modalidade do conjunto óptico compreende três ou mais unidades de lente arranjadas em série, em que cada par de unidades de lente adjacentes forma um conjunto óptico de acordo com a invenção, em particular em que pelo menos um par de unidades de lente adjacentes forma um conjunto óptico de acordo com uma das ditas modalidades.

[0040] O elemento básico do conjunto óptico, que compreende duas unidades de lentes, pode ser estendido em cascata. Em cada estágio da cascata, uma unidade de lente amplia uma seção da imagem real, projeta ela à

11 / 18 uma distância definida, em que a próxima unidade de lente projeta uma seção dessa imagem real novamente a uma distância definida, e isso é repetido de novo em cada estágio do sistema de cascata. A imagem real da última lente de projeção pode, por exemplo, via uma lente de convergência e/ou uma lente ocular, criar a, agora, imagem altamente magnificada e detalhada do objeto visível via um meio de armazenamento ou o olho.

[0041] Essa modalidade é particularmente adequada para ampliações totais na faixa de 1.000 vezes até 10.000 vezes.

[0042] Recursos das modalidades do conjunto óptico podem ser combinadas como desejadas, desde que não sejam contraditórios.

[0043] A tarefa é resolvida adicionalmente por um instrumento óptico de acordo com a reivindicação 12.

[0044] O instrumento óptico de acordo com a invenção compreende um conjunto óptico de acordo com a invenção e compreende adicionalmente um sensor de imagem, ou uma lente ocular, em que o sensor de imagem ou a lente ocular é localizado à jusante da segunda unidade de lente.

[0045] No caso em que uma lente ocular é usada, a imagem de alta resolução resultante pode ser observada diretamente pelo olho. O sensor de imagem pode, por exemplo, ter elementos detectores sensíveis a luz arranjados em uma matriz. Tais sensor de imagens são comercialmente disponíveis, por exemplo, na forma dos chamados sensores de dispositivos de carga acoplada (CCD).

[0046] Uma modalidade do instrumento óptico possui um orifício de alfinete disposto no lado da entrada do conjunto óptico.

[0047] Nessa modalidade, o orifício de alfinete forma uma lente virtual. O primeiro estágio do instrumento óptico ainda funciona na forma de uma câmera estenopeica (câmera obscura), na qual nenhuma configuração para uma distância de objeto específica é necessária.

[0048] Uma modalidade do instrumento óptico compreende

12 / 18 adicionalmente uma lente de ingresso disposta no lado de entrada do conjunto óptico.

[0049] O instrumento óptico de acordo com essa modalidade poderia ser chamado de instrumento multiscópio. Com a mesma estrutura básica de entrada-lente multiprojeção-módulo-ocular ou lente- multiprojeção–módulo- sensor de de imagem, um instrumento óptico passivo universal pode ser construído, que é igualmente adequado para os campos de aplicação de astro-, tele-, macro-, micro- e nano-fotografia. Nesse contexto, módulos de multiprojeção significam o conjunto óptico de acordo com a invenção.

[0050] Como uma simples realização técnica dessa modalidade, um arranjo de qualquer lente de ingresso, uma lente de projeção, uma lente convergente, e uma lente ocular podem ser consideradas, como elementos individuais arranjados na ordem mencionada ao longo de um eixo óptico.

[0051] Em uma modalidade do instrumento óptico, a lente de ingresso é como uma lente telefoto.

[0052] Essa modalidade é adequada para imagear objetos em uma distância maior. Nessa modalidade, elementos de ajuste para configurações de foco e aproximação podem ser integradas na lente telefoto. O conjunto óptico subsequente com os elementos da primeira e segunda lente provém aumento adicional da resolução.

[0053] Em uma modalidade do instrumento óptico, a lente de ingresso possui uma abertura de entrada maior que ou igual a 90 milímetros e possui uma distância focal maior ou igual 400 milímetros.

[0054] A invenção refere-se adicionalmente a um instrumento óptico, em particular um microscópio, que é construído como um instrumento óptico de acordo com a invenção e em que a lente de ingresso é construída como uma lente de microscópio.

[0055] Essa modalidade é particularmente adequada para mover a lente de ingresso bem próxima de um objeto a ser imageado.

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[0056] Em uma modalidade do instrumento óptico, em particular um microscópio, a lente de ingresso possui uma abertura de entrada menor que ou igual a 6 milímetros e uma distância focal menor que ou igual a 10 milímetros.

[0057] Em uma modalidade, o instrumento óptico, em particular um microscópio, compreende adicionalmente um carreador de espécie e uma unidade de iluminação, em que, partindo da unidade de iluminação, um feixe de luz da unidade de iluminação ilumina um lado do carreador de espécie, então passa a primeira e segunda unidade de lentes, e finalmente colide no sensor de imagem, em que a primeira unidade de lente e segunda unidade de lente, que são montadas em uma unidade de foco, são deslocadas em conjunto no máximo em etapas de no máximo 50 nanômetros para foco.

[0058] Recursos das modalidades do instrumento óptico, respectivamente do microscópio são arbitrariamente combinados, se não forem contraditórios.

[0059] A tarefa é resolvida adicionalmente por um método de acordo com a reivindicação 20.

[0060] O método de acordo com a invenção é um método para imageamento óptico por um instrumento óptico com uma primeira unidade de lente e uma segunda unidade de lente. A primeira unidade de lente imageia uma primeira imagem em uma primeira imagem real intermediária aumentada. Além disso, a segunda unidade de lente imageia uma área parcial da primeira imagem real intermediária em uma segunda imagem real intermediária aumentada.

[0061] O conjunto óptico e o instrumento óptico, ou microscópio, de acordo com a invenção são adequados para implementar o método de acordo com a invenção.

[0062] Em todas as modalidades, as características ópticas da primeira unidade de lente e da segunda unidade de lente podem corresponder as

14 / 18 características ópticas de uma lente de microscópio. Como um exemplo, combinações que funcionam bem da primeira e segunda unidade de lentes são dadas abaixo, cada uma caracterizada por sua distância focal f e sua abertura de entrada D em milímetros: Exemplo primeira unidade de lente segunda unidade de lente N°. 1 f = 3,1 mm, D = 11,5 mm f = 3,1 mm, D = 11,5 mm N°. 2 f = 3,1 mm, D = 11,5 mm f = 0,6 mm, D = 6,0 mm N°. 3 f = 0,6 mm, D = 6,0 mm f = 3,1 mm, D = 11,5 mm N°. 4 f = 3,1 mm, D = 11,5 mm f = 0,18 mm, D = 7,2 mm N°. 5 f = 3,1 mm, D = 11,5 mm f = 0,15 mm, D = 9,2 mm

[0063] O exemplo N°. 1 é uma modalidade na qual a primeira e segunda unidade de lentes possuem as mesmas características. Em todos os cinco exemplos tabulados, a abertura de entrada D das unidades de lente são significantemente maiores que a distância focal f. O quociente D/f nos exemplos dados estão na faixa de cerca de 3,7 (ver primeira unidade de lente nos Exemplos Nos. 1, 2, 4 e 5) até cerca de 61 (ver segunda unidade de lente no Exemplo 5).

[0064] Exemplos das modalidades da presente invenção são explanados em detalhes adicionais abaixo em referência às figuras. Elas mostram a Figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática e simplificada de um conjunto óptico de acordo com a invenção; a Figura 2 é uma vista transversal esquemática e simplificada de uma modalidade de um instrumento óptico; a Figura 3 é uma vista transversal esquemática e simplificada de uma modalidade de um microscópio; a Figura 4, esquematicamente e simplificadamente, uma modalidade com unidades de lente adicionais arranjadas próximas da segunda unidade de lente. A Figura 1 mostra um conjunto óptico 100 de acordo com a invenção que compreende uma primeira unidade de lente 10 e uma segunda unidade de lente 20. Um eixo óptico 4 é desenhado, que corre através das duas unidades de lentes. Um primeiro plano de imagem 1 é definido no lado

15 / 18 de ingresso da primeira unidade de lente, um plano de imagem intermediário 2 é definido entre as duas unidades de lentes, e um segundo plano de imagem 3 é definido no lado de emissão da segunda unidade de lente.

Os planos mencionados são planos imaginários cuja posição é definida pelas propriedades de imageamento óptico e posição mútua da primeira e segunda unidades de lente.

A primeira unidade de lente 10 é arranjada para imagear uma imagem de um primeiro plano de imagem 1 em uma imagem intermediária real aumentada no plano de imagem intermediário 2. Uma totalidade de possíveis trajetórias de raio através da primeira unidade de lente encontra-se em uma espécie de entrada de cone, que é indicada por linhas tracejadas e que, cruzada pelo primeiro plano de imagem, define uma primeira região plana de entrada 11. Similarmente, um cone de saída com possíveis trajetórias de raio no plano de imagem intermediário define uma primeira região plana de saída 12. A segunda unidade de lente 20 é arranjada para mapear uma imagem do plano de imagem intermediário 2 em uma imagem real aumentada em um segundo plano de imagem 3. Desse modo, uma totalidade de possíveis trajetórias de raio através da segunda unidade de lente também define uma espécie de entrada de cone, indicada por linhas tracejadas, e define uma segunda região plana de entrada 21 cruzada pelo plano de imagem intermediário.

Similarmente, uma segunda região plana de saída 22 é definida no segundo plano de imagem.

A segunda região de entrada 21 inclui uma primeira porção da primeira região de saída, hachurada obliquamente da esquerda superior para a direita inferior na figura, e exclui uma segunda porção da primeira região de saída.

A segunda região excluída é hachurada obliquamente da esquerda inferior para a direita superior.

Para clarificar as etapas de imageamento, a primeira região de entrada 11 e a primeira região de saída 12 estão hachuradas da mesma maneira, e a segunda região de entrada 21 e a segunda região de saída 22 estão hachuradas da mesma maneira.

Esse hachuramento não representa nenhum conteúdo de

16 / 18 imagem. Setas no eixo óptico 4 indicam a direção da imagem.

[0065] A Figura 2 mostra uma seção transversal esquemática através de uma modalidade de um instrumento óptico. Um conjunto óptico 100 é localizado na seção indicada por um suporte curvo. As posições do primeiro plano de imagem 1, segundo plano de imagem 3 e plano de imagem intermediário 2, assim como outros planos, são, cada uma, indicadas por uma linha tracejada. As imagens reais ou imagens intermediárias assim como as seções das imagens e imagens intermediárias são, cada uma, indicadas por setas no respectivo plano, a direção da seta indicando a posição da imagem. Um objeto observado 60 em um objeto plano é imageado por uma lente de ingresso 30 no primeiro plano de imagem 1. Uma seção 63 dessa imagem 62 é imageada no plano de imagem intermediário 2 pela primeira unidade de lente 10. Uma seção 65 da imagem 64 no plano de imagem intermediário é novamente imageado pela segunda unidade de lente 20 em um segundo plano de imagem 3. Uma imagem 66 formada que é imageada através de uma lente convergente 40 em um sensor de imagem plano 51, atrás do qual um sensor de imagem 50, por exemplo um sensor CCD, é arranjado.

[0066] A figura mostrada não está em escala. Em particular, a extensão dos elementos ópticos 10, 20, 30, 40 na direção do eixo óptico 4 pode ser significativamente maior.

[0067] Por exemplo, o objeto 60 sob consideração pode estar a uma distância de 0,5 metros para o infinito. A lente de ingresso 30 pode ter, por exemplo, uma abertura de ingresso de 90 milímetros ou mais. Por exemplo, a lente de ingresso 30 pode ter uma distância focal de 400 milímetros ou mais. A primeira 10 e segunda unidade de lentes 20 podem ambas ter, por exemplo, as características de uma lente de microscópio. Por exemplo, a primeira 10 e segunda unidade de lentes 20 podem ter o mesmo projeto e ter uma abertura de ingresso de 6 milímetros ou menos e ter uma distância focal de 10 milímetros ou menos.

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[0068] A Figura 3 mostra uma modalidade de um microscópio 300 análogo à Figura 2. Aqui, a lente de ingresso 30 é uma lente de microscópio. Consequentemente, a distância do objeto 60 a ser imageada para a lente de ingresso é pequena comparada ao diâmetro da lente de ingresso. Por exemplo, a lente de ingresso 30 pode ter uma abertura de ingresso de 6 milímetros ou menos e pode ter uma distância focal de 10 milímetros ou menos. O conjunto óptico 100, a lente convergente 40, e o sensor de imagem 50 podem ser construídos da mesma maneira como mostrado na Figura 2.

[0069] A Figura 4 mostra uma modalidade na qual pelo menos uma unidade de lente adicional é arranjada próxima à segunda unidade de lente. Nessa figura, duas unidades de lente adicionais 20’ e 20’’ são mostradas. Elas possuem a mesma função que a segunda unidade de lente 20, mas cada uma mapeia uma área de entrada adicional diferente 21’, 21’’ em uma área de saída adicional 22’, 22’’ em um plano de imagem adicional 3’, 3’’. No caso mostrado, a região de admissão 21’ é espacialmente separada das regiões de admissão 21 e 21’’. As áreas de entrada 21 e 21’’ se sobrepõem parcialmente. O plano de imagens 3, 3’ e 3’’ pode ter diferentes posições e orientações no espaço como mostrado nessa figura, mas eles também podem ser planos idênticos.

LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA

[0070] 1 primeiro plano de imagem 2 plano de imagem intermediário 3 segundo plano de imagem 3’, 3’’ planos de imagem adicionais 4 eixo óptico 10 primeira unidade de lente 11 primeira área de entrada 12 primeira área de saída 20 segunda unidade de lente

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20’, 20’’ unidades de lente adicionais 21 segunda área de entrada 21’, 21’’ áreas de entrada acionais 22 segunda área de saída 22’, 22’’ áreas de saída adicionais 30 lentes de ingresso 40 lentes coletivas 50 sensor de imagem 51 sensor de imagem plano 60 objeto 61 plano do objeto 62 imagem real no primeiro plano de imagem 63 parte da imagem real 62 64 imagem intermediária real no plano de imagem intermediário 65 parte da imagem intermediária real 64 66 imagem real no segundo plano de imagem 67 parte da imagem real 66 68 imagem real no sensor de imagem plane 100 conjunto óptico 200 instrumento óptico 300 microscópio

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conjunto óptico (100), caracterizado pelo fato de que compreende uma primeira unidade de lente (10) e uma segunda unidade de lente (20), em que um plano de imagem intermediário (2) é definido entre a primeira unidade de lente e a segunda unidade de lente, em que a primeira unidade de lente (10) é arranjada para imagear uma imagem de um primeiro plano de imagem (1) em uma imagem intermediária real aumentada no plano de imagem intermediário (2) e em que uma totalidade de possíveis trajetórias de raios através da primeira unidade de lente define uma primeira região de entrada (11) no primeiro plano de imagem e define uma primeira região de saída (12) no plano de imagem intermediário em que a segunda unidade de lente (20) é arranjada para imagear uma imagem do plano de imagem intermediário (2) em uma imagem real aumentada em um segundo plano de imagem (3), e em que uma totalidade de possíveis trajetórias de raio através da segunda unidade de lente define uma segunda região de entrada (21) no plano de imagem intermediário e define uma segunda região de saída (22) no segundo plano de imagem, e em que a segunda região de entrada (21) compreende uma primeira parte da primeira região de saída e exclui uma segunda parte da primeira região de saída.

2. Conjunto óptico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de lente possui uma primeira distância focal e a segunda unidade de lente possui uma segunda distância focal, em que a distância da primeira unidade de lente até o plano de imagem intermediário define uma primeira largura da imagem, em que a distância da segunda unidade de lente até o segundo plano de imagem define uma segunda largura da imagem, e em que uma razão entre a primeira distância focal e a primeira largura da imagem e/ou uma razão entre a segunda distância focal e a segunda largura da imagem esteja na faixa de 1:10 até 1:1.000.

3. Conjunto óptico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a razão entre a primeira distância focal e a primeira largura da imagem e/ou a razão entre a segunda distância focal e a segunda largura da imagem é maior que ou igual a 1:40.

4. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a primeira e/ou a segunda unidade de lente possui uma estrutura de uma infinidade de lentes corrigidas.

5. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a área da primeira parte da primeira região de saída é no máximo um décimo da área da primeira região de saída.

6. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma unidade de lente adicional é arranjada adjacente à segunda unidade de lente e à, pelo menos uma, unidade de lente adicional é arranjada para imagear uma imagem do plano de imagem intermediário (2) em uma imagem real aumentada do plano de imagem adicional (3’, 3’’) e em que uma totalidade de possíveis trajetórias de raios através da unidade de lente adicional define uma região de entrada adicional (21’, 21’’) no plano de imagem intermediário e define uma região de saída adicional (22’, 22’’) no plano de imagem adicional, em que a região de entrada adicional (21’, 21’’) é diferente da primeira região de entrada(21).

7. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de lente (10) é configurada de tal forma que os pontos focais formados por diferentes regiões radiais da primeira unidade de lente sejam menores que 500 nanômetros afastados na região do plano de imagem intermediário (2) na direção de um eixo óptico da primeira unidade de lente, em particular, seja menor que 50 nanômetros afastados, e/ou em que a segunda unidade de lente

(20) é configurada de tal forma que os pontos focais formados por diferentes regiões radiais da segunda unidade de lente sejam menores que 500 nanômetros afastados na região do segundo plano de imagem (3) na direção de um eixo óptico da segunda unidade de lente, em particular seja menor que 50 nanômetros afastados.

8. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o conjunto óptico compreende uma montagem comum para a primeira unidade de lente (10) e a segunda unidade de lente (20).

9. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de lente(10) e a segunda unidade de lente (20) são deslocáveis em relação a um outro paralelo à um a eixo óptico comum (4), em particular são deslocáveis em relação à um outro dentro de uma faixa de 5 mm até 5 cm.

10. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de lente (10) e a segunda unidade de lente (20) possuem características idênticas.

11. Conjunto óptico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o conjunto óptico compreende três ou mais unidades de lente (10, 20) arranjadas em série, e em que cada parte de unidades de lente adjacentes (10, 20) forma um conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

12. Instrumento óptico (200, 300), caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto óptico como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em que o instrumento óptico compreende adicionalmente um sensor de imagem (50) ou uma lente ocular, e em que o sensor de imagem ou a lente ocular estão à jusante da segunda unidade de lente.

13. Instrumento óptico de acordo com a reivindicação 12,

caracterizado pelo fato de que o instrumento óptico compreende adicionalmente uma câmera estenopeica disposta no lado da entrada do conjunto óptico.

14. Instrumento óptico (200, 300) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o instrumento óptico compreende adicionalmente uma lente de ingresso (30) disposta no lado de ingresso do conjunto óptico.

15. Instrumento óptico (200) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a lente de ingresso (30) é construída como uma lente de telefoto.

16. Instrumento óptico (200) de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que a lente de ingresso possui uma abertura de entrada maior que ou igual a 90 milímetros e possui uma distância focal maior que ou igual a 400 milímetros.

17. Instrumento óptico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a lente de ingresso é construída como uma lente de microscópio.

18. Instrumento óptico de acordo com a reivindicação 14 ou 17, caracterizado pelo fato de que a lente de ingresso possui uma abertura de entrada menor que ou igual a 6 milímetros e possui uma distância focal menor que ou igual a 10 milímetros.

19. Instrumento óptico de acordo a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que o instrumento óptico compreende adicionalmente um carreador de espécie e uma unidade iluminadora, em que, partindo da unidade iluminadora, um feixe de luz da unidade de iluminação ilumina um lado do carreador de espécie, então passa através da primeira e segunda unidade de lentes, e finalmente colide com o sensor de imagem, em que a primeira unidade de lente e segunda unidade de lente montadas em uma unidade de foco são deslocadas juntas em etapas de no máximo 50 nanômetros para focar.

20. Método para imageamento óptico por um instrumento óptico, caracterizado pelo fato de que possui uma primeira unidade de lente e uma segunda unidade de lente, em que a primeira imagem é imageada em uma primeira imagem real intermediária aumentada pela primeira unidade de lente e em que uma área parcial da primeira imagem real intermediária é imageada em uma segunda imagem real intermediária aumentada pela segunda unidade de lente.