DE4306374A1 - Stereomikroskop - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stereomikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei bekannten Stereomikroskopen ist dem Beobachter üblicherweise eine feste Stereobasis, d. h. ein fester Abstand der optischen Achsen der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge, vorgegeben. Die Stereobasis wird dabei durch die Relativanordnung der Vergrößerungswechseleinrichtung zum Hauptobjektiv, bzw. den Durchtrittspupillen der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge, im Mikroskopkörper bestimmt. Da bei vielen Herstellern von Stereomikroskopen sich zusehends der modulare Aufbau derartiger Stereomikroskope etabliert hat, ist die einmal gewählte Stereobasis auch entscheidend für die Dimensionierung anderer modularer Komponenten, wie etwa binokulare Beobachtungstuben etc. Eine Variation der Stereobasis wäre für bestimmte Zwecke jedoch unter Umständen vorteilhaft. So ermöglicht eine verkleinerte Stereobasis beispielsweise, auch durch engere Röhren tiefergelegene Objekte stereoskopisch zu betrachten. Eine vergrößerte Stereobasis wirkt sich dagegen bei der stereoskopischen Betrachtung von Oberflächen vorteilhaft aus.

Eine Variation der Stereobasis bei einem modularen Geräteprogramm hätte dann zur Folge, daß sämtliche anderen Gerätemodule wie etwa die binokularen Beobachtungstuben nicht mehr kompatibel zum Mikroskopkörper mit Hauptobjektiv und Vergrößerungswechseleinrichtung wären.

Eine Möglichkeit zur kontinuierlichen Variation der Stereobasis wird im Gebrauchsmuster G 1827188 der Anmelderin beschrieben. Hierbei sind zwei Planplatten dem gemeinsamen Hauptobjektiv in den stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen nachgeordnet. Die beiden Planplatten sind schwenkbar um die optischen Achsen der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge angeordnet, woraus die kontinuierliche Variation der Stereobasis resultiert. Zur Realisierung einer derartigen Vorrichtung sind jedoch eine aufwendige Mechanik zur Koordination der Planplatten-Drehbewegung sowie hochexakt gefertigte Planplatten erforderlich.

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Änderung der Stereobasis ist desweiteren in der Patentschrift DE 1 116 911 der Anmelderin beschrieben. Die Variation der Stereobasis wird hierbei erreicht, indem hinter einem Hauptobjektiv zwei Prismenpaare senkrecht zur optischen Achse verschiebbar angeordnet sind. Mach bei einer derartigen Anordnung sind eine präzise Mechanik zum Verschieben der Prismen sowie hochpräzise gefertigte Prismen erforderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stereomikroskop zu schaffen, bei dem trotz einer Variation der Stereobasis mit möglichst geringem Aufwand die erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Stereomikroskop mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Stereomikroskopes erlaubt nunmehr, beispielsweise eine unterschiedliche Stereobasis in der Vergrößerungswechseleinrichtung und dem binokularen Beobachtungstubus zu wählen. Trotz einer modifizierten Stereobasis in der Vergrößerungswechseleinrichtung bzw. im Hauptobjektiv, d. h. im Mikroskopkörper, ist der Einsatz herkömmlicher binokularer Beobachtungstuben mit dem bislang üblichen Abstand der beiden Beobachtungsstrahlengänge möglich. Das erfindungsgemäße Stereomikroskop eignet sich damit für ein modular aufgebautes Geräteprogramm, insbesondere wenn die verwendeten optischen Strahlteilerelemente in einem seperaten Zwischenbauteil zwischen der Vergrößerungswechseleinrichtung und dem binokularen Beobachtungstubus angeordnet werden. Vorteilhafterweise sind mehrere derartige Zwischenbauteile vorgesehen, die jeweils einen unterschiedlichen Strahlversatz bewirken. Bei einer Variation der Stereobasis innerhalb eines Geräteprogramms ist durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Stereomikroskopes keine Änderung aller modularen Komponenten erforderlich, vielmehr können dann beispielsweise Mikroskopkörper-Module mit unterschiedlichen Stereobasen mit binokularen Beobachtungstuben kombiniert werden, die den jeweils gleichen Abstand zwischen den Beobachtungstuben aufweisen. Es resultiert im Vergleich zum zitierten Gebrauchsmuster G18 27 188 ein einfacherer Aufbau ohne mechanisch bewegte Teile, da derartige optische Strahlteilerelemente zur Dokumentation und/oder Einspiegelung von Informationen in die Beobachtungsstrahlengänge üblicherweise schon vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Doppelfunktion der eingesetzten optischen Strahlteilerelemente erlaubt eine sehr ökonomische Umrüstung eines herkömmlichen, modular aufgebauten Stereomikroskopes.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Strahlteilerelementes.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes modularer Bauweise in einer Frontansicht schematisiert dargestellt. Der Mikroskopkörper (1) umfaßt ein einteiliges Hauptobjektiv (3) für die beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b) sowie eine an sich bekannte Vergrößerungswechseleinrichtung (11), bestehend aus mehreren optischen Elementen (5a, 6a, 7a/5b, 6b, 7b). Das erfindungsgemäße Stereomikroskop kann in einer einfacheren Auslegung selbstverständlich auch ohne eine Vergrößerungswechseleinrichtung eingesetzt werden. Die Stereobasis des Hauptobjektives (3), d. h. der Abstand der optischen Achsen der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b) beim Durchtritt durch das Hauptobjektiv (3), ist durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen S_HO gekennzeichnet. Desweiteren ist ein ebenfalls an sich bekannter binokularer Beobachtungstubus (2) mit den darin angeordneten Okular- (8a, 8b) und Tubuslinsen (14a, 14b) schematisiert dargestellt. Die Stereobasis im binokularen Beobachtungstubus (2) wird durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen S_BT charakterisiert und ist im dargestellten Ausführungsbeispiel kleiner als die Stereobasis S_HO des Hauptobjektives. Zwischen dem Mikroskopkörper (1) und dem binokularen Beobachtungstubus (2) sind in erfindungsgemäßer Art und Weise in einem auswechselbaren Zwischenbauteil (12) optische Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b) in den stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen (4a, 4b) angeordnet. Diese bewirken, daß ein Teil des jeweiligen Beobachtungsstrahlenganges (4a, 4b) aus der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt wird, während ein in Richtung binokularer Beobachtungstubus (2) transmittierter Teil des Beobachtungsstrahlenganges (4a, 4b) parallel zur ursprünglichen Ausbreitungsrichtung versetzt wird. Der ausgekoppelte Anteil der Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b) kann beispielsweise über verschiedenste Mitbeobachter- und/oder Dokumentationseinrichtungen registriert werden. Für die in Richtung des binokularen Beobachtungstubus (2) transmittierten Anteile der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b) resultiert im dargestellten Ausführungsbeispiel eine verkleinerte Stereobasis S_BT im binokularen Beobachtungstubus (2) im Vergleich zur Stereobasis S_HO im Mikroskopkörper (1). Als optische Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b) werden im dargestellten Ausführungsbeispiel Teilungsprismen mit einem parallelogrammförmigen Querschnitt verwendet, die eine physikalische Strahlteilung der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b) bewirken. Die Teilungsprismen bestehen dabei aus zwei Einzelprismen. Entscheidend für die Funktion der verwendeten optischen Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b) ist, daß ein definierter Parallelversatz der in Richtung binokularer Beobachtungstubus (2) transmittierten Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b) erreicht wird. Durch die geeignete Wahl der Teilerschichten der optischen Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b), d. h. insbesondere deren Transmissions- und Reflexionsgrad, kann ein gewünschtes Teilerverhältnis nach den jeweiligen Anforderungen definiert eingestellt werden. Ein mögliches Ausführungsbeispiel eines optischen Strahlteilerelementes wird in Fig. 3 noch detaillierter beschrieben. Als alternative optische Strahlteilerelemente kommen selbstverständlich auch entsprechend dimensionierte Planplatten oder etwa Teilerwürfel aus zwei Teilprismen in Frage, die neben der Aufteilung ebenfalls einen definierten Parallelversatz des durchgelassenen Strahlanteiles bewirken.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Stereomikroskopes ist insbesondere für ein modulares Geräteprogramm, beispielsweise bei Operationsmikroskopen, vorteilhaft. So können bei Verwendung der gleichen binokularen Beobachtungstuben mit der stets gleichen Stereobasis unterschiedliche Stereobasen im Hauptobjektiv gewählt werden. Diese unterschiedlichen Stereobasen werden durch ein Zwischenbauteil mit geeigneten optischen Strahlteilerelementen kompensiert, die den erforderlichen Parallelversatz der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge sowie die Auskopplung eines bestimmten Strahlanteiles in Richtung einer Mitbeobachter­ und/oder Dokumentationseinrichtung bewirken. Vorteilhafterweise sind mindestens zwei auswechselbare Zwischenbauteile vorgesehen, die unterschiedliche optische Strahlteilerelemente enthalten. Die jeweils enthaltenen optischen Strahlteilelemente unterscheiden sich dabei hinsichtlich des bewirkten Strahlversatzes.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes ist in Fig. 2 ebenfalls schematisiert dargestellt. Der prinzipielle Aufbau des Mikroskopkörpers (21) mit Vergrößerungswechseleinrichtung (31) und gemeinsamem Hauptobjektiv (23) für die beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (24a, 24b) entspricht dem des Ausführungsbeispieles aus Fig. 1. Die Stereobasis S′_HO ist jedoch deutlich kleiner gewählt als die des Ausführungsbeispieles in Fig. 1. Der Aufbau des binokularen Beobachtungstubus (22), insbesondere die Größe der Stereobasis S_BT, entspricht dagegen der des ersten Ausführungsbeispieles. Im schematisiert dargestellten binokularen Beobachtungstubus (22) sind Okular- (28a, 28b) und Tubuslinsen (29a, 29b) in bekannter Weise angeordnet. Um die nunmehr kleinere Stereobasis des Hauptobjektives (23) S′_HO der Stereobasis S_BT des binokularen Beobachtungstubus (22) anzupassen, ist zwischen Mikroskopkörper (21) und binokularem Beobachtungstubus (22) wieder ein Zwischenbauteil (32) angeordnet. Im Zwischenbauteil (32) befinden sich optische Strahlteilerelemente (30a, 33a/30b, 33b), die neben der Auskopplung eines definierten Anteiles der Beobachtungsstrahlengänge (24a, 24b) einen Parallelversatz der in Richtung Beobachtungstubus (22) transmittierten Strahlanteile bewirken. In diesem Ausführungsbeispiel resultiert wegen der zum ersten Ausführungsbeispiel entgegengesetzten Neigungen der Prismen-Eintritts- und Austrittsflächen gegenüber dem ein- und austretenden Strahl ein größerer Abstand zwischen den optischen Achsen der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge. Die Folge ist eine größere Stereobasis nach dem Durchtritt durch die optischen Strahlteilerelemente. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden wieder Teilungsprismen mit parallelogrammförmigem Querschnitt, bestehend aus zwei Einzelprismen, als optische Strahlteilerelemente (30a, 33a /30b, 33b) verwendet, wobei über die jeweilige Dimensionierung der Teilerschichten das Teilerverhältnis einzustellen ist. Die im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel zum ein- und austretenden Strahl entgegengesetzt orientierten Prismen-Eintritts- und Austrittsflächen bewirken eine Vergrößerung der Stereobasis nach dem Durchtritt der Strahlen.

Vorteilhafterweise weist das auswechselbare Zwischenbauteil (12/32) - in Fig. 1 und 2 nicht dargestellte - mechanisch-optische Schnittstellen auf, an denen Dokumentations- und/oder Mitbeobachtereinrichtungen angeordnet werden können.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines optischen Strahlteilerelementes inclusive eintretenden (44), umgelenkten (45) und austretenden (46) Strahlengängen dargestellt. Als Strahlteilerelement dient ein Teilungsprisma mit rhombischem Querschnitt, bestehend aus zwei Einzelprismen (41, 42). Die beiden Einzelprismen (41, 42) sind identisch aufgebaut und so ausgelegt, daß die Inzidenzwinkel an den Eintritts- und Austrittsflächen sowohl im Durchgang als auch bei der Reflexion betragsmäßig gleichgroß sind. Für den im dargestellten Ausführungsbeispiel resultierenden Parallelversatz des austretenden Strahlenganges δ = 1 mm und einen Umlenkwinkel von 90° wurden Prismenwinkel von 36,8° bzw. 106,4° gewählt. Als Glassorte dient BK7. Die beiden Einzelprismen (41, 42) sind im dargestellten Ausführungsbeispiel um 8,2° gegenüber einer Senkrechten (48) auf die optische Achse (47) verkippt bzw. sämtliche Ein- und Austrittsflächen des Teilungsprismas sind gegenüber der optischen Achse des hindurchtretenden Strahles geneigt.

Claims (15)

1. Stereomikroskop mit einem binokularen Beobachtungstubus und mindestens einem Hauptobjektiv, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b /24a, 24b) mindestens ein optisches Strahlteilerelement (10a, 13a/10b, 13b/30a, 33a/ 30b, 33b) angeordnet ist, das einen Teil des Beobachtungsstrahlenganges (4a, 4b /24a, 24b) aus der Richtung der ursprünglichen Strahlausbreitung ablenkt und den in Richtung des stereoskopischen Beobachtungstubus (2/22) transmittierten Teil des Beobachtungsstrahlenganges (4a, 4b/24a, 24b) parallel zur ursprünglichen Richtung der Strahlausbreitung versetzt.

2. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b/30a, 33a/30b, 33b) zwischen einer Vergrößerungswechseleinrichtung (11/31) und dem binokularen Beobachtungstubus (2/22) in den stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen (4a, 4b /24a, 24b) angeordnet sind.

3. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (S_BT) der optischen Achsen der beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b/24a, 24b) im parallelen Strahlengang des binokularen Beobachtungstubus (2/22) kleiner als der Abstand (S_HO) der optischen Achsen der beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b/24a, 24b) im parallelen Strahlengang der Vergrößerungswechseleinrichtung (11/31) ist.

4. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (S_BT) der optischen Achsen der beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b/24a, 24b) im parallelen Strahlengang des binokularen Beobachtungstubus (2/22) größer als der Abstand (S′_HO) der optischen Achsen der beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge (4a, 4b /24a, 24b) im parallelen Strahlengang der Vergrößerungswechseleinrichtung (11/31) ist.

5. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten optischen Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b/30a, 33a/ 30b, 33b) eine physikalische Strahlteilung bewirken.

6. Stereomikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b/30a, 33a/30b, 33b) Teilerwürfel bestehend aus mindestens zwei Teilprismen vorgesehen sind.

7. Stereomikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Strahlteilerelemente (10a, 13a/10b, 13b/30a, 33a/30b, 33b) im Querschnitt rhombische oder parallelogrammförmige Teilungsprismen, bestehend aus mehreren Einzelprismen, vorgesehen sind.

8. Stereomikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Ein- und Austrittsflächen eines rhombischen Teilungsprismas, gegen die optische Achse des hindurchtretenden Strahles geneigt sind.

9. Stereomikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Inzidenzwinkel an den Ein- und Austrittsflächen der Einzelprismen (41, 42) des rhombischen Teilungsprismas sowohl im Durchgang als auch bei Reflexion betragsmäßig gleichgroß sind und die beiden Einzelprismen (41, 42) identisch sind.

10. Stereomikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Strahlteilerelemente (10a, 10b/30a, 30b) Planplatten vorgesehen sind.

11. Stereomikroskop nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Strahlteilerelemente (10a, 10b/30a, 30b) eine Ablenkung der Beobachtungsstrahlengänge um 90° zur ursprünglichen Richtung der Strahlausbreitung bewirken.

12. Stereomikroskop nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Strahlteilerelemente (10a, 10b/30a, 30b) in einem auswechselbaren Zwischenbauteil (12/ 32) zwischen der Vergrößerungswechseleinrichtung (11/ 31) und dem binokularen Beobachtungstubus (2/22) angeordnet sind.

13. Stereomikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das auswechselbare Zwischenbauteil (12/32) mechanisch-optische Schnittstellen für Dokumentations und/oder Mitbeobachtereinrichtungen aufweist.

14. Stereomikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Stereomikroskop­ modular aufgebaut ist.

15. Stereomikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei auswechselbare Zwischenbauteile vorgesehen sind, die unterschiedliche optische Strahlteilerelemente enthalten, wobei die optischen Strahleilerelemente hinsichtlich des bewirkten Strahlversatzes voneinander verschieden sind.