DE2449290A1

DE2449290A1 - Verfahren und vorrichtung zum mikroskopieren mit licht verschiedener farbe

Info

Publication number: DE2449290A1
Application number: DE19742449290
Authority: DE
Inventors: Garret Francis Ziffer
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1974-10-16
Publication date: 1975-04-24
Also published as: DE2449290B2; FR2248522B1; IL45843A0; FR2248522A1; DE2449290C3; US3895854A; GB1484314A; CA1017178A; NL7413571A; IL45843A; JPS5530203B2; JPS5068350A

Description

Patentanwälte _ . . _{Λ Λ Λ Λ}

Dipl.-Ing. K. Schieschke

β München 13, ElisabethstraBe34

Coulter Electronics Inc», Hialeah, Florida / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Mikroskopieren mit Licht verschiedener Farbe

Die Erfindung betrifft ein chromatisches Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung mikroskopischer Untersuchungen mit verschiedenen Vergrößerungen.

Bei Mikroskopiereinrichtungen, die automatisch oder halbautomatisch oder mit Computern arbeiten, muß die Vergrößerung während der Untersuchung schnell gewechselt werden können.

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Eine solche schnelle Änderung der Vergrößerung war bisher praktisch nur durch Auswechseln der Objektive oder Okulare möglich.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung gestatten einen schnellen Wechsel der Vergrößerung, indem die Farbe des das Licht beleuchtenden Objektes geändert und mit einer Farbtrennung gearbeitet wird« Im Rahmen der. Erfindung kann außerdem oder alternativ das Objekt gleichzeitig mit Licht verschiedener Farbe' beleuchtet werden, so daß man gleichzeitig mehrere Wiedergaben mit unterschiedlicher Vergrößerung erhält. Eine Bewegung der Mikroskoplinsen zur Änderung der Vergrößerung ist somit gemäß der Erfindung nicht nötig. Das ganze Gerät kann test und kompakt gebaut werden. Dies ergibt einen minimalen Verschleiß und gestattet die Aufrechterhaltung des für die mikroskopische Analyse erforderlichen hohen Genauigkeitsgrades.

Die Erfindung betrifft somit ein chromatisches Mikroskopierverfahren mit mehreren Vergrößerungen, wobei das zu untersuchende Objekt mit Licht verschiedener Farbe beleuchtet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das vom Objekt kommende Licht je nach seiner Farbe in einem anderen Strahlengang geführt wird und daß in jedem Strahlengang eine andere Vergrößerung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Afc?- fahrens zeichnet sich dadurch aus, daß im Strahlengang des vom beleuchteten Objekt kommenden Lichtes ein Differenzierelement angeordnet ist, das das Licht je nach seiner Farbe in verschiedene Richtungen/m zwei getrennte Strahlengänge leitet, und daß sich mindestens in einem der getrennten Strahlengänge eine Vergrößerungslinse befindet, die in den vom beleuchteten Objekt kommenden Strahlengängen eine unterschiedliche Vergrößerung bewirkt.

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Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Es zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Zeichnung zeigt eine bevorzugte Anwendung bei der Untersuchung eines Objektes oder einer Probe auf einem Objektträger 10 eines Mikroskops. Der Objektträger ist so angebracht, daß sich unter ihm eine Kondensatorlinse 12 und über ihm eine Objektivlinse 14 befindet. Der Objektträger 12 kann auf einem nicht gezeigten Mikroskopiertisch gehalten werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein (bjekt auf dem Objektträger 10 über eine Lampe 16 und einen Untertischspiegel 18 beleuchtet, der das von der Lampe kommende Licht rechtwinklig zur Einfallsrichtung in die Richtung der Achse 20 der Kondensatorlinse 12 und der Objektivlinse 14 ablenkt. Die Lichtquelle kann auch unter Weg— lassung des Spiegels 18 auf der Achse 20 oder auf andere Weise angeordnet werden.

Die üblichen Mikroskope zeigen einen insoweit ähnlichen Aufbau, einschließlich einem oder mehreren Objektiven und einem oder mehreren Okularen. Zur Änderung der Vergrößerung des Objektes auf dem Objektträger 10 können die Objektive und/oder Okulare verändert bzw. eingestellt werden. Demgegenüber ist die Erfindung besonders geeignet für ein System mit festen Linsen, wobei zu einem Wechsel der Vergrößerung keine Linse verändert oder eingestellt werden muß. Dadurch fällt auch der für die Linseneinstellung erforderliche Zeitaufwand weg, wie es auch zu keinem Verschleiß in den hierfür bisher erforderlichen Einrichtungen kommen kann, der bisher die Genauigkeit herabsetzte. Je nach Wunsch können jedoch auch verschiedene Linsen bewegbar oder austauschbar angeordnet werden.

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■ Hoc Objektträger 10 wird mit Licht verschiedener Farbe beleuchtet. Die Farbe dieses Lichtes bestimmt die resultierende Vergrößerung. Hierzu ist eine Lichtquelle vorgesehen, die die Wahl verschiedener Lichtfarben gestattet, und die im Ausführungsbeispiel ein Farbfilterrad 22 zwischen der Lampe 16 und dem Untertischspiegel 18 enthält. Das Filterrad ist entsprechend den verschiedenen Farbfiltern in Abschnitte unterteilt, die Licht verschiedener Farbe oder Wellenlänge von den verschiedenen Abschnitten zum Spiegel 18 durchlassen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das Filterrad beispielsweise einen Abschnitt, der sowohl grünes als auch orangefarbenes Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 500 bzw. 600 nm (Nanometer) durchläßt und einen Abschnitt, der gelbgrünes Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 565 nm durchläßt. Die Farbe des durchtretenden Lichtes läßt sich sehr schnell ändern, indem man das Filterrad auf übliche Weise betätigt, insbesondere durch schrittweise Drehung des Rades, wodurch die Farbe geändert wird. Ebenso kommen geeignete andere Anordnungen in Betracht, die eine schnelle Änderung der Lichtfarbe gestatten.

Das Licht mit der gewünschten Farbe geht vom Filterrad 22 zum Untertischspiegel 18, von wo es zum Kondensor 12 und zum Objektträger 10 reflektiert wird. Das vom Objekt kommende Licht tritt durch das Objektiv 14, so daß man ein vergrößertes Bild des Objekts je nach dem gewählten Objektiv erhält. Die Vergrößerung des Objektivs 14 kann beispielsweise 40rfach sein.

Das Licht vom Objektiv 14 geht in Richtung der Linsenachse 20 in einen gemeinsamen Anfangsstrahlengang 24 des Gerätes. Der Anfangsstrahlengang 24 endet an einem ersten Farbdifferenzierelement 26. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt das Element 26 als Interferenzfarbfilter, das Licht einer bestimmten Farbe durchläßt, und außerdem als Umlenkspiegel, der Licht von einer oder mehreren Farben reflektiert. Die Ebene der Reflektionsflache

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26a des Elementes 26 ist vorzugsweise in einem Winkel von 45° zur Linsenachse 20 und zum Anfangsstrahlengang 24 angeordnet. Das Differenzierelement läßt orangefarbenes Licht mit einer Wellenlänge von 600 nm durch und reflektiert grünes und gelbgrünes Licht von 500 und 565 nm. Die gewünschten Filtereigenschaften lassen sich durch Aufbringen eines geeigneten Überzuges auf ein lichtdurchlässiges Substrat erzielen, so daß z.B. weniger als 100 % des Lichtes von 600 nm durch das Differenzierelement 26 treten. Je nach der Qualität des Elementes 26 wird auch eine geringere Lichtmenge an der Oberfläche 26a des Elementes reflektiert.

Das durch das Dxfferenzierelement 26 tretende Licht wird dann in Richtung der Linsenachse 20 geschickt und folgt einem abgewinkelten und getrennten, ersten Strahlengang 28 mit einem ersten Abschnitt 28a in Richtung der Achse 20 und einem zweiten Abschnitt 28b hierzu im rechten Winkel. Im Ausführungsbeispiel folgt das orangefarbene Licht dem Strahlengang 28 und wird durch ein Okular vergrößert, das eine Feldlinse 32 im ersten Abschnitt 28a und eine Okularlinse 34 im zweiten Abschnitt 28b des Strahlenganges aufweist. Bei einer beispielsweise 5-fachen Vergrößerung des Okulares erhält man im Ausführungsbeispiel eine Gesamtvergrößerung von 200. Ein Scheinbild ist bei 36 gestrichelt angedeutet. Die Umlenkung des ersten Strahlenganges 28 erreicht man durch einen Ablenkspiegel 38 im Strahlengang hinter der Feldlinse 32, wobei die Reflektionsebene der Fläche 38a des Spiegels in einem Winkel von 45°zur Linsenachse 20 und im ersten Abschnitt 28a angeordnet ist.

Das von der Fläche 26a reflektierte Licht geht auf einem . ersten bzw. einem zweiten Abschnitt 30a bzw. 30b eines abgewinkelten zweiten Strahlenganges 30, wobei die Strahlengangabschnitte zueinander rechtwinklig sind. Das reflektierte Licht enthält entweder grünes Licht von einer Wellenlänge von 500 nm oder gelbgrünes Licht von 565 nm. Ein reflektierter, kleinerer Anteil des orangefarbenen Lichtes von 600 nm geht zu einem

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Farbsperrfilter 40, das im ersten Strahlengangabschnitt 30a rechtwinklig angeordnet ist. Das Sperrfilter 40 sperrt orangefarbenes Licht und läßt einen' überwiegenden Anteil der übrigen Lichtfarben durch. Bei einem sehr vollkommenen Differenzierelement 26, das eine unbedeutende Lichtmenge von 600 nm Wellenlänge reflektiert, kann das Sperrfilter 40 entfallen.

Der Abschnitt 30a des Strahlenganges 30 endet an einem -zweiten Parbdifferenzierelement 42, dessen Reflektionsebene 42a in einem Winkel von 45° zur Richtung des ersten Strahlengangabschni ttes 30a angeordnet ist. Das zweite Differenzierelement 42 läßt grünes Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm durch und reflektiert gelbgrünes Licht mit einer Wellenlänge von 565 nm. Das vom Element 42 durchgelassene Licht folgt einem dritten Strahlengang 44, der mit der gleichen Richtung über den ersten Abschnitt 30a des zweiten Strahlenganges 30 hinausgeht. Das reflektierte Licht folgt dem zweiten Abschnitt 30b des zweiten Strahlenganges 30·

Im zweiten Abschnitt 30b des zweiten Strahlenganges 30 ist rechtwinklig ein zweites Farbsperrfilter 46 angebracht. Das Sperrfilter 46 sperrt den Durchgang von grünen Licht mit 500 nm Wellenlänge und läßt einen überwiegenden Anteil des reflektierten gelbgrünen Lichtes mit einer Wellenlänge von 565 nm hindurch. So wie beim ersten Differenzierelement 26 kann auch beim zweiten Differenzierelement 42 ein zweites Sperrfilter entfallen, wenn eine ausreichend hohe Farbtrennung erreicht wird.

Im zweiten Abschnitt 30b des zweiten Strahlenganges 30 ist ein zweites Okular 48 angeordnet, so daß dieser Strahlengangabsehnitt der Achse des zweiten Okulares folgt. Das zweite Okular kann beispielsweise eine 25-fache Vergrößerung besitzen, so daß sich zusammen mit der 40-fachen Vergrößerung des'Objektivs 14 eine Gesamtvergrößerung von 1000 ergibt.

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Ein Scheinbild erhält man an der gestrichelten Linie 50.

Die Abschnitte 28a, 28b, 30a und 30b der Strahlengänge 28 und bilden die Seiten eines Rechtecks. Die getrennten Strahlengänge 28 und 30 sind somit gleich lang und konvergieren in einem Strahlaufteiler 52 mit einer Reflektionsschicht 52a· Die Reflektionsschicht 52a reflektiert den größten Teil des auf seine Vorder- oder Rückseite auffallenden Lichtes und läßt nur einen kleinen Teil des Lichtes durch. Die Schicht 52a reflektiert somit den größten Teil des gelbgrünen Lichtes mit einer Wellenlänge von 565 nm vom zweiten Abschnitt 30b des zweiten Strahlenganges 30 und läßt den Rest durch. Die Schicht 52a liegt in einem Winkel von 45° zum zweiten Strahlengangabschnitt 30b, so daß das Licht in einem Winkel von 90° zum zweiten Strahlengangabschnitt 30b reflektiert und auf einem Bndstrahlengang 54 zu einem ersten Sensor 56 geführt wird. Das durchtretende Licht wird auf einem Strahlengang 58 zerstreut.

Außerdem läßt die Schicht 52a des Strahlaufteilers 52 einen kleinen Anteil durchtreten und reflektiert den Rest der Lichtstrahlen vom zweiten Abschnitt 28b zum Endstrahlengang 54 bzw. zum Streustrahlengang 58. Dadurch gleicht der Strahlaufteiler die Intensität des den Endstrahlengang 54 aus den getrennten Strahlengängen 28 und 30 erreichenden Lichtes aus und führt den Sensor 56 Licht von größenordnungsmäßig gleicher Intensität zu. Im Ausführungsbeispiel treten etwa 8 % des Lichtes vom zweiten Strahlengangabschnitt 28b des ersten Strahlenganges 28 durch den Endstrahlengang 54 und ca. 92 % werden auf den Streustrahlengang 58 reflektiert. Auf ähnliche Weise werden 92 % des Lichtes vom zweiten Strahlengangabschnitt 30b des zweiten Strahlenganges 30 auf den Endstrahlengang 54 reflektiert und ca. 8 % passieren den Streustrahlengang 58.

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Die gezeigte Ausführungsform, bei der getrennte Strahlengänge 28 und 30 vom Objektträger 10 zum Sensor 56 führen, erlaubt eine Untersuchung mit einer Vergrößerung unter Verwendung der entsprechenden Einstellung des Farbfilterrades 22, z.B. mit der Einstellung 500 und 600 nm oder 565 nm. In jedem Fall erfolgt eine Untersuchung mit dem gleichen Hilfsmittel oder am gleichen Punkt, d.h. durch den Sensor 56, der beispielsweise eine Fernsehkamera sein kann. Selbstverständlich können auch alternative Strahlengänge vorgesehen werden, die nicht in einem gemeinsamen Strahlengang, wie etwa dem Endstrahlengang 54 enden, sondern die zu getrennten Sensoren führen. Man kann in diesem Fall gleichzeitig Untersuchungen mit zwei Vergrößerungen durchführen, indem man den Objektträger 10 gleichzeitig mit Licht von zwei oder mehr Farben beleuchtet.

Das Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm, das durch das zweite Differenzierelement 42 tritt, folgt einem dritten Strahlengang 44 und endet in einem zweiten Sensor 60, der für andere Zwecke dienen kann. Wenn somit das Farbfilterrad 22 so eingestellt wird, daß es Licht mit einer Wellenlänge von und 500 nm durchläßt, so ist auch Licht dieser Wellenlänge gleichzeitig auf den getrennten Strahlengängen und bei den verschiedenen Vergrößerungen der Sensoren 56 bzw. 60 vorhanden, die zur Ausführung getrennter Funktionen gleichzeitig arbeiten können. Ebenso kann man zur gleichzeitigen Untersuchung durch die Sensoren 56 und 60 Licht von 500 nm und 565 nm Wellenlänge gleichzeitig durchtreten lassen. Bei jeder der vorhergehenden Alternativen ist das zum zweiten Sensor 60 gelangende Bild nur einmal vergrößert, durch das Objektiv 14, so daß die Vergrößerung am zweiten Senso also 40-fach ist. Das dargestellte System liefert somit drei unterschiedliche Vergrößerungen.

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Wenn zwei gleichzeitige Untersuchungen nicht erforderlich erscheinen, kann dar Sensor 60 entfallen und der entsprechende Abschnitt des Filterrades 22 wird so ausgeführt, daß er nur Licht der Wellenlänge 600 nm und nicht von 500 nm durchläßt. Ein Element, das Licht von 500 nm zum Sensor 60 durchläßt, wird dann nicht benötigt, so daß das zweite Differenzierelement 42 durch einen Umlenkspiegel ähnlich dem beschriebenen Umlenkspiegel 38 ersetzt werden kann, der das Licht mit 565 nm Wellenlänge reflektiert. Ebenso kann das zweite Sperrfilter entfallen, da es nur dazu dient den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm zu verhindern, das hier aber nicht ausgestrahlt wird.

Patentanwälte

DIpI.-'"9- ^E· ^Eder DlpL-lng. K. Schleschke θ München 13. Elleabetnstraße 34

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Claims

Patentansprüche

"\y Chromatisches Mikroskopierverfahren mit mehreren Vergrößerungen, wobei das zu untersuchende Objekt mit Licht verschiedener Farbe beleuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Objekt kommende Licht .je nach seiner Farbe in einen anderen Strahlengang geführt wird und daß in jedem Strahlengang eine andere Vergrößerung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt mit Licht verschiedener Farbe beleuchtet wird, das auf den Strahlengängen zu einem gemeinsamen Endstrahlengang geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Lichts mit den verschiedenen Farben annähernd auf die gleiche Intensität reguliert wird, wenn es zum geraeinsamen Endstrahlengang gelangt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Strahlengänge durch Farbdifferenzierung erzeugt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (24) des vom beleuchteten Objekt (10) kommenden Lichtes ein Differenzierelement angeordnet ist, das das Licht je nach seiner Farbe in verschiedene Richtungen und in zwei getrennte Strahlengänge (28, 30) leitet, und daß sich in mindestens einem der getrennten Strahlengänge eine Vergrößerungslinse (32 - 34, 48) befindet, die in den vom

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beleuchteten Objekt kommenden Strahlengängen eine unterschiedliche Vergrößerung, bewirkt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende jedes der getrennten Strahlengänge (28_r 30 und 44) ein Sensor (56, 60) angeordnet ist, der zwei verschiedene Vergrößerungen des beleuchteten Objektes aufnimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Farbwählanordnung (22), die bewirkt, daß das Farbdifferenzierelement (26) von dem beleuchteten Objekt mindestens zwei verschiedene Farben gleichzeitig erhält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (38, 42) den ersten und den zweiten Strahlengang (28, 30) in einem gemeinsamen Endstrahlengang (54) konvergiert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierende Anordnung eine reflektierende Anordnung (38, 42) in mindestens einem der getrennten Strahlengänge enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Anordnung ein Farbfilter (42) enthält, das mindestens eine Farbe durchläßt und mindestens eine Farbe reflektiert.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (52) zum gemeinsamen Endstrahlengang (54) Licht mit solchen Farben bringt, deren Intensität annähernd in der gleichen Größenordnung liegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese Lieferanordnung einen Strahlaufteiler (52) umfaßt.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Strahlengänge (28, 30)
gleich lang sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, gekennzeichnet durch ein zweites Farbdifferenzierelement (42), das in dem getrennten Strahlengang (30) angeordnet ist und mindestens eine Farbe auf einen dritten Strahlengang (44) leitet.
15· Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Farbwählanordnung (22), die selektiv bewirkt, daß das vom
Objekt (10) zu den Farbdifferenzierelementen (26, 42) gehende Licht mehr als zwei Farben aufweist, die auf je einem getrennten Strahlengang (28a, 30b, 44) geführt werden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet
durch einen Sensor (56, 60), der am Ende der getrennten Strahlengänge (28 und 30, 44) angeordnet ist und der verschiedene Vergrößerungen des beleuchteten Objektes aufnimmt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbwählanordnung (22) bewirkt, daß mindestens eines der Farbdifferenzierelemente (26, 42) von dem beleuchteten Objekt gleicteeitig mindestens zwei verschiedene Farben erhält.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17» gekennzeichnet durch eine Objektivlinse (14) die im Strahlengang

(24) zwischen dem beleuchteten Objekt (10) und dem Differenzierelement (26) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18_t gekennzeichnet durch Vergrößerungslinsen (32 und 34, 48), die verschiedene Vergrößerungen aufweisen und in verschiedenen
Strahlengängen angeordnet sind.

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20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzierelement ein Farbfilter (26) ist, das mindestens eine Farbe zum ersten Strahlengang (28) durchläßt und mindestens eine andere Farbe in den zweiten Strahlengang (30) reflektiert.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch ein zweites Farbfilter (40), das im zweiten Strahlengang angeordnet ist und die reflektierte Farbe durchläßt, während der Durchgang von reflektierten Komponenten der durchgelassenen Farbe gesperrt wird.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 21, gekennzeichnet durch Mittel (16, 22) zur selektiven Beleuchtung des Objekts mit unterschiedlicher Farbe.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbdifferenzierelement (26), der getrennte Strahlengang (28, 30), die Vergrößerungslinsen (32 und 34, 48) und das Objekt (10) mindestens während den einzelnen Vergrößerungen stationär sind.

Patentanwäl DIpI.-mg. ^ DIpL-Ing. K.

8 Mönchen 13, BfMMfe|tfetra8e 3+

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