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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Hauptobjektiv
mit einer in Richtung der optischen Achse des Hauptobjektivs verschiebbaren Linsenbaugruppe
zur Brennweitenänderung und mit einer Beleuchtungseinheit
mit einem Beleuchtungs-Umlenkelement zur Erzeugung eines auf eine Objektebene
gerichteten, außerhalb des Hauptobjektivs verlaufenden
Beleuchtungsstrahlengangs, wobei zur Zentrierung der Beleuchtung
die Position des Beleuchtungs-Umlenkelements abhängig von
einer Brennweitenänderung des Hauptobjektivs verstellbar ist.
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Derartige
Mikroskope sind aus der
DE
195 23 712 C2 und der
DE 195 37 868 B4 bekannt. In der erstgenannten
DE 195 23 712 C2 ist
ein Stereomikroskop mit einem Hauptobjektiv veränderlicher Brennweite,
einem nachgeschalteten Zoomsystem und einem Binokulartubus sowie
einer benachbart zum Hauptobjektiv angeordneten Beleuchtungseinheit
offenbart. Das Hauptobjektiv besteht aus einer festen und einer
bewegbaren Linse zur Änderung der Brennweite und der Schnittweite
des Hauptobjektivs. Die feste, negative Linse des Hauptobjektivs
ist zur Objektebene hin angeordnet, die bewegliche, positive Linse
ist dahinter (von der Objektebene abgewandt) angeordnet. Eine Bewegung
der beweglichen Linse in Richtung von der Objektebene weg führt
zu einer Verkleinerung der Brennweite des Hauptobjektivs. Zur optimalen
Beleuchtung der sich dabei vertikal verschiebenden Objektebene wird
in dieser Schrift vorgeschlagen, zur Zentrierung der Beleuchtung
die Position eines Beleuchtungs-Umlenkelements abhängig
von einer Brennweitenänderung des Hauptobjektivs zu verstellen.
Dies geschieht dadurch, dass die als Beleuchtungs-Umlenkelement verwendete
Prismenlinse derart verschwenkt wird, dass der Beleuchtungsstrahlengang
der veränderten Objektebene nachgeführt wird.
Hierzu ist die Prismenlinse drehbar um eine Achse gelagert, die
senkrecht zu einer Ebene steht, die von der vertikalen optischen
Achse des Hauptobjektivs und dem im wesentlichen horizontal geneigt
auf die Prismenlinse fallenden Beleuchtungsstrahlengang aufgespannt
wird. Hierdurch kann für alle Stellungen der objektabgewandten,
beweglichen Linse des Hauptobjektivs eine Fokussierung des Beleuchtungslichtes
in den jeweiligen Brennpunkt des Hauptobjektivs gewährleistet werden.
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Die
in dieser Schrift vorgeschlagene Kopplung der Drehbewegung des Beleuchtungs-Umlenkelements
mit der linearen (vertikalen) Bewegung der objektabgewandten Linse
des Hauptobjektivs erfordert sehr sensitive Drehbewegungen des Beleuchtungs-Umlenkelements
in Relation zur Bewegung der Linse und stellt hohe Anforderungen
an die mechanische Kopplung, die in dieser Schrift konstruktiv aufwendig
ausgeführt ist. Störungen wirken sich hierbei
direkt für den Anwender sichtbar (speziell bei hohen Vergrößerungen)
aus. Weiterhin erweist sich die Größe der Fläche
des Umlenkelements als nachteilig, die ausreichend groß sein
muss, um auch im Falle der Kippung des Beleuchtungs-Umlenkelements das
gesamte Beleuchtungsbüschel abzudecken. Als Beleuchtungs-Umlenkelemente
können Spiegel oder die erwähnten Prismenlinsen
eingesetzt werden. Bei der Verwendung von Spiegeln ist mit einer
Vergrößerung der Spiegelfläche der zusätzliche
Nachteil einer größeren erforderlichen Dicke der
Spiegelfläche verbunden. Insgesamt steigt somit der Platzbedarf
und die Höhe des zu bewegenden Gewichts.
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In
der genannten
DE 195
37 868 B4 ist eine Beleuchtungseinrichtung für
ein Stereomikroskop mit einem Objektiv mit variabler Abbildungs-Schnittweite offenbart,
wobei eine Beleuchtungs-Schnittweitenvariation über ein
von der Beobachtungsoptik separiertes optisches System möglich
ist. Es sind Mittel zur Kopplung der genannten Schnittweiten offenbart,
die bewirken, dass Beleuchtungs-Schnittweite und Abbildungs-Schnittweite übereinstimmen.
Des weiteren sind dort Mittel zur Kopplung vorgesehen, die gewährleisten,
dass die Winkelstellung eines Umlenkelements der Beleuchtungseinrichtung
in Abhängigkeit von der jeweiligen Abbildungs- und Beleuchtungs-Schnittweite
derart verändert wird, dass immer eine zentrierte Ausleuchtung
des betrachteten Sehfelds erfolgt. Da zur Zentrierung der Beleuchtung auch
hier mit Drehbewegungen des Beleuchtungs-Umlenkelements gearbeitet
wird, ergeben sich auch hier wieder die genannten Nachteile.
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Eine
grundsätzlich andere Möglichkeit der Beleuchtungszentrierung
ergibt sich dadurch, dass die Beleuchtung durch das Hauptobjektiv
des Mikroskops geführt wird. Diese Lösung ist
in den Operationsmikroskopmodellen M520 und M525 der Anmelderin
umgesetzt. Hier richtet das Beleuchtungs-Umlenkelement den Beleuchtungsstrahlengang
zum und durch das Hauptobjektiv mit veränderlicher Brennweite,
so dass die Beleuchtung stets im Fokus zentriert liegt.
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Die
bisher genannten Mikroskope setzen vertikale Zoomsysteme ein, d.
h., die Längsachse des Zoomsystems liegt parallel zur optischen
Achse des Hauptobjektivs. Wird zu sätzlich die Beleuchtung oberhalb
des Hauptobjektivs in dasselbige eingespeist, entsteht in vertikaler
Richtung ein hoher Platzbedarf, der in vertikaler Richtung zu relativ
hochbauenden Mikroskopen führt. Dies wiederum ist aus ergonomischen
Gründen von Nachteil, da der Abstand von Okular zu Hauptobjektiv
größer wird.
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Zur
Lösung des letztgenannten Problems ist in der
EP 1 424 582 B1 ein Stereomikroskopaufbau vorgeschlagen,
bei dem ein "liegendes", d. h. mit seiner Längsachse horizontal
angeordnetes Zoomsystem realisiert ist. Hierzu befindet sich zwischen Hauptobjektiv
und Zoomsystem ein Umlenkelement, das den Beobachtungsstrahlengang
aus einer im wesentlichen vertikalen Richtung in eine im wesentlichen
horizontale Richtung umlenkt und dem in einer ersten Horizontalebene
angeordneten Zoomsystem zuführt. Mittels weiterer Umlenkelemente
wird der aus dem Zoomsystem austretende Beobachtungsstrahlengang
in eine zweite Horizontalebene umgelenkt, die im wesentlichen parallel
zur ersten Horizontalebene verläuft, und in der optische
Zusatzkomponenten angeordnet sind. Bezüglich Einzelheiten
des Aufbaus und der Funktionsweise eines solchen Stereomikroskops
mit "liegendem" Zoomsystem sei ausdrücklich auf die genannte
europäische Patentschrift hingewiesen.
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Die
Beleuchtungseinheit ist bei diesem Stereomikroskop im wesentlichen
benachbart zum Hauptobjektiv und unterhalb des Zoomsystems angeordnet,
wobei der Beleuchtungsstrahlengang außerhalb des Hauptobjektivs
geführt wird. Anstelle einer Beleuchtungszentrierung kann
mittels genügend großem Leuchtfeld dafür
gesorgt werden, dass das visuelle Gesichtsfeld bei Brennweitenänderung
des Hauptobjektivs stets ausgeleuchtet ist. Ein derart großzügig ausgelegtes
Beleuchtungsfeld erfordert eine entsprechend groß ausgelegte
Beleuchtungsapertur und somit Beleuchtungseinheit, was sich wiederum
negativ auf die Ergonomie des Mikroskops auswirkt. Ein weiterer
Nachteil hierbei ist, dass die Homogenität der Beleuchtung
(Intensität im Leuchtfeld) nicht für alle Positionen
des Multifokus (Varioobjektivs) gleich sein kann. Es wird lediglich
ein anderer Ausschnitt des insgesamt zur Verfügung gestellten Beleuchtungsfeldes
genutzt.
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Die
vorliegende Erfindung soll insbesondere zur Beleuchtungszentrierung
bei einem Mikroskopaufbau geeignet sein, der "liegende" Zoomsysteme einsetzt.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist, in technisch einfacher Art und Weise
eine Zentrierung der Beleuchtung bei einer Brennweitenänderung
des Hauptobjektivs des Mikroskops zu realisieren.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mikroskop
gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung.
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Das
erfindungsgemäße Mikroskop besitzt ein Hauptobjektiv
mit veränderlicher Brennweite, wozu eine in Richtung der
optischen Achse des Hauptobjektivs verschiebbare Linsenbaugruppe
vorgesehen ist. Die Begriffe Multifokus oder Varioobjektiv sollen
in dieser Anmeldung ein solches Hauptobjektiv veränderlicher
Brennweite bezeichnen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit
soll im folgenden davon ausgegangen werden, dass dieses Hauptobjektiv
aus einem objektabgewandten festen Teil und einem objektzugewandten verschiebbaren
Teil besteht, wobei jedes der Teile eine Linsenbaugruppe beinhaltet.
Eine Linsenbaugruppe kann eine Einzellinse oder eine Kombination
von Linsen umfassen. Das Varioobjektiv kann auch so aufgebaut sein,
dass der untere, objektzugewandte Teil feststehend, der obere, objektabgewandte
Teil beweglich ausgebildet ist. Durch Verwendung eines solchen Varioobjektivs kann
in einem bestimmten Bereich auf unterschiedliche Objektebenen fokussiert
werden.
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Das
erfindungsgemäße Mikroskop weist weiterhin eine
Beleuchtungseinheit mit einem Beleuchtungs-Umlenkelement zur Erzeugung
eines auf eine Objektebene gerichteten, außerhalb des Hauptobjektivs
verlaufenden Beleuchtungsstrahlengangs auf, wobei ohne Beschränkung
der Allgemeinheit angenommen werden soll, dass der von der Beleuchtungseinheit
erzeugte Beleuchtungsstrahlengang in einer Richtung auf das Beleuchtungs-Umlenkelement
trifft, die im wesentlichen senkrecht (oder geneigt) zur optischen
Achse des Hauptobjektivs steht. Das Beleuchtungs-Umlenkelement lenkt
diesen Beleuchtungsstrahlengang in Richtung Objektebene auf den
Fokus des Hauptobjektivs. Die optische Achse des Hauptobjektivs
steht in diesem Fall senkrecht auf die Objektebene.
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Erfindungsgemäß ist
das Beleuchtungs-Umlenkelement parallel zur optischen Achse des
Hauptobjektivs beweglich angeordnet und mit der verschiebbaren Linsenbaugruppe
des Hauptobjektivs gekoppelt. Somit wird die lineare (vertikale)
Bewegung der bewegbaren Linsenbaugruppe des Varioobjektivs mit einer
hierzu parallelen linearen (vertikalen) Bewegung des Beleuchtungs-Umlenkelements gekoppelt.
Eine solche Kopplung ist technisch leichter zu realisie ren als die
bekannte Kopplung einer Dreh- oder Kippbewegung des Beleuchtungs-Umlenkelements
mit der Linearbewegung der Linsenbaugruppe im Varioobjektiv.
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Prinzipiell
lassen sich zwei verschiedene Möglichkeiten zur Änderung
der Brennweite eines Hauptobjektivs unterscheiden, auf die im Folgenden näher
eingegangen werden soll. Selbstverständlich sind viele
verschiedene Aufbauten von Varioobjektiven oder Multifokusobjektiven
bekannt, wobei der Fachmann in der Regel ohne weiteres die vorliegende
Erfindung auf den konkret vorliegenden Aufbau des Varioobjektivs übertragen
können wird. Dies soll anhand der zwei genannten grundsätzlichen
Möglichkeiten illustriert werden:
Das Varioobjektiv
(Multifokusobjektiv) kann aus zwei Linsenbaugruppen mit Brennweiten
unterschiedlichen Vorzeichens aufgebaut sein, die gegeneinander verschiebbar
gelagert sind. Bei diesem Aufbau führt eine Erhöhung
des Abstands der beiden Linsenbaugruppen voneinander zu einer Verringerung
des Arbeitsabstandes, der Brennweite und der Schnittweite des Hauptobjektivs.
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Als
zweite Möglichkeit können zwei Linsenbaugruppen
mit Brennweiten positiven Vorzeichens in einem Varioobjektiv (Multifokusobjektiv)
zum Einsatz kommen, die relativ zueinander verschiebbar gelagert
sind. In diesem Fall führt eine Erhöhung des Abstandes
der beiden Linsenbaugruppen zu einer Erhöhung des Arbeitsabstands,
der Brennweite und der Schnittweite des Hauptobjektivs.
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Die
Kopplung der beiden genannten Linearbewegungen kann hierbei gleich-
oder gegensinnig sein, je nach Funktionsweise der Änderung
der Brennweite durch die Linearbewegung der Linsenbaugruppe. Die
Kopplung kann im Verhältnis 1:1, aber auch in anderen Verhältnissen
erfolgen. Beispielsweise könnte bei Verringerung des Arbeitsabstandes
und der damit verbundenen Verringerung des Sehfelds ein in Relation
zum Sehfeld größeres Leuchtfeld erwünscht
sein, um beispielsweise einen größeren Bereich
eines Operationsfeldes zu beleuchten. Als zusätzliche Parameter
können noch Blenden und/oder Linsensysteme im Beleuchtungssystem
optisch wirksam verändert werden, um die gewünschte
Beleuchtungszentrierung zu erzielen. Hierauf wird weiter unten noch
näher eingegangen werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung
ist es beispielsweise insbesondere möglich, das Beleuchtungs-Umlenkelement
fest mit der verschiebbaren Linsenbaugruppe des Hauptobjektivs zu
verbinden. Somit wird die Beleuchtungszentrierung unmittelbar (zwangsweise)
mit einer Brennweitenänderung mitgeführt.
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Es
ist selbstverständlich darauf zu achten, dass der von der
Beleuchtungseinheit erzeugte Beleuchtungsstrahlengang über
den gesamten Schiebebereich der bewegbaren Linsenbaugruppe des Hauptobjektivs
hinweg auf das mit dieser Linsenbaugruppe gekoppelte bzw. fest verbundene
Beleuchtungs-Umlenkelement fällt. Hierzu bestünde
zunächst die prinzipiell denkbare Möglichkeit,
den auf das Beleuchtungs-Umlenkelement fallenden Durchmesser des
Beleuchtungsstrahlengangs ausreichend groß derart zu gestalten,
dass über den gesamten Bewegungsbereich des Beleuchtungs-Umlenkelements
ausreichend Licht auf das selbige fällt.
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Eine
andere Möglichkeit besteht darin, dass zumindest ein Teil
der Beleuchtungseinheit derart ausgestaltet ist, dass der von der
Beleuchtungseinheit erzeugte Beleuchtungsstrahlengang einer Bewegung
des Beleuchtungs-Umlenkelements folgt. Dies kann beispielsweise
durch mechanische Koppelung oder über elektronisch ansteuerbare
Umlenkelemente in der Beleuchtungseinheit erfolgen. Es ist aber auch
eine mechanische Lösung möglich, bei der zumindest
ein Teil der Beleuchtungseinheit parallel zu der Bewegungsrichtung
des Beleuchtungs-Umlenkelements beweglich ausgestaltet ist. Mit
anderen Worten bewegt sich dann zumindest ein Teil der Beleuchtungseinheit
parallel (in vertikaler Richtung) zum Beleuchtungs-Umlenkelement,
das wiederum mit der verschiebbaren Linsenbaugruppe gekoppelt bzw. fest
verbunden ist.
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In
einer anderen, besonders bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest
ein Teil der Beleuchtungseinheit kippbar um eine Achse gelagert,
die im wesentlichen senkrecht auf eine von der optischen Achse des
Hauptobjektivs und der Achse des Beleuchtungsstrahlengangs aufgespannten
Ebene steht. Durch eine Verkippung der Beleuchtungseinheit oder
zumindest eines geeigneten Teils hiervon kann auf diese Weise der
Beleuchtungsstrahlengang jeweils in Richtung der Position des Beleuchtungs-Umlenkspiegels
nach- oder mitgeführt werden.
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Es
ist zweckmäßig, eine Steuerungselektronik vorzusehen,
die die Kopplung der Bewegung des Beleuchtungs-Umlenkelements mit
dem von der Beleuchtungseinheit erzeugten Beleuchtungsstrahlengang
steuert. Insbesondere steuert diese Steuerungselektronik eine erforderliche
Bewegung zumindest eines Teils der Beleuchtungseinheit ge mäß der gerade
ausgeführten Ausführungsformen in Abhängigkeit
von der Bewegung der verschiebbaren Linsenbaugruppe des Hauptobjektivs.
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Geeignete
in den vorliegenden Mikroskopen zum Einsatz kommende Beleuchtungseinheiten
sind an sich bekannt. Der Beleuchtungseinheit kann Licht über
einen Lichtleiter zugeführt werden. Ebenso können
beispielsweise Halogen-, Xenon- oder LED-Lampen eingesetzt werden.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird von einem Aufbau
ausgegangen, bei dem das zugeführte Licht von einem Kollektor
gesammelt und über eine Blende und ein nachgeschaltetes
Linsensystem in die Objektebene fokussiert wird. Das Linsensystem
kann dabei von einer feststehenden und einer beweglichen Linse gebildet
werden, wobei sich die bewegliche Linse in axialer Richtung relativ
zur feststehenden Linse bewegen lässt. Hierdurch kann die
Beleuchtungs-Schnittweite verändert werden.
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Bezogen
auf die oben ausgeführte Ausführungsform einer
zumindest zum Teil um eine Achse kippbar gelagerten Beleuchtungseinheit
ist es bei dem erwähnten Aufbau derselbigen sinnvoll, nicht die
gesamte Beleuchtungseinheit kippbar zu gestalten, sondern nur einen
Teil hiervon, der im wesentlichen von der genannten Blende und dem
genannten Linsensystem gebildet wird. Dieser Teil lässt
sich in einfacher Weise von dem Kollektor und der Lichtquelle trennen.
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Bei
Vorhandensein der bereits erwähnten Blende in der Beleuchtungseinheit
zur Einstellung eines Leuchtfelddurchmessers ist es vorteilhaft,
den Öffnungsdurchmesser der Blende in Abhängigkeit von
einer Bewegung der verschieb baren Linsenbaugruppe des Hauptobjektivs
zu verändern. Hierdurch kann der Leuchtfelddurchmesser,
d. h. der ausgeleuchtete Teil in der Objektebene, direkt beeinflusst werden.
Beispielsweise wächst mit einem größer werdenden
Arbeitsabstand das Sehfeld, so dass mittels einer entsprechenden
Vergrößerung der Blendenöffnung die Größe
des Leuchtfelds dem vergrößerten Sehfeld angepasst
werden kann. Entsprechend kann bei sich verringerndem Arbeitsabstand die
Blendenöffnung verkleinert werden, außer im speziellen
Anwendungsfall ist ein größeres Leuchtfeld erwünscht.
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Hierbei
ist es wieder sinnvoll, mittels einer Steuerungselektronik den Öffnungsdurchmesser
der Blende in Abhängigkeit von einer Bewegung der verschiebbaren
Linsenbaugruppe des Hauptobjektivs zu steuern. Bei dieser Steuerungselektronik
kann es sich um eine solche handeln, die mit der bereits genannten
Steuerungselektronik zur Steuerung der Kopplung einer Bewegung des
Beleuchtungs-Umlenkelements mit dem von der Beleuchtungseinheit erzeugten
Beleuchtungsstrahlengang zusammenarbeitet oder in diese integriert
ist.
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Bei
Vorhandensein der bereits erwähnten Linsengruppe in der
Beleuchtungseinheit mit einer relativ zu einer feststehenden Linse
axial verschiebbaren beweglichen Linse ist es vorteilhaft, wenn
die Position der verschiebbaren Linse in Abhängigkeit von
einer Bewegung der verschiebbaren Linsenbaugruppe des Hauptobjektivs
veränderbar ist. Hierdurch kann zusätzlich zur
erfindungsgemäßen Zentrierung der Beleuchtung
auch die Beleuchtungs-Schnittweite der Abbildungs-Schnittweite des Hauptobjektivs
angepasst werden. Wiederum ist eine Steuerungselektronik zur Steue rung
des genannten Vorgangs sinnvoll, wobei diese Steuerungselektronik wiederum
mit den bereits erwähnten Steuerungselektroniken kombiniert
oder mit diesen integriert ausgeführt sein kann.
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Bei
dem Beleuchtungs-Umlenkelement der Beleuchtungseinheit des erfindungsgemäßen
Mikroskops kann es sich um ein Beleuchtungs-Umlenkelement mit planarer
oder sphärischer Spiegelfläche handeln. Eine sphärische
Spiegelfläche besitzt zusätzlich zur vorhandenen
Linsengruppe in der Beleuchtungseinheit fokussierende Wirkung, die
vorteilhaft genutzt werden kann.
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Aus
baulichen, optischen und ergonomischen Gründen ist der
Einsatz der vorliegenden Erfindung bei einem Mikroskop mit "liegendem"
Zoomsystem (vergleiche die eingangs gemachten Ausführungen)
besonders geeignet. Hierzu ist dem Hauptobjektiv von der Objektebene
aus gesehen ein Zoomsystem nachgeschaltet, wobei zwischen Zoomsystem
und Hauptobjektiv ein Umlenkelement angeordnet ist, das den von
Hauptobjektiv kommenden Beobachtungsstrahlengang in eine erste Horizontalebene
lenkt, in der die Längsachse des Zoomsystems liegt. Unterhalb
des Zoomsystems, d. h. auf dessen objektseitiger Seite kann dann
die Beleuchtungseinheit des Mikroskops achsparallel angeordnet sein. Hierdurch
erhält man einen in vertikaler Richtung relativ niedrig
bauenden Aufbau. Üblicherweise weist das Mikroskop einen
Tubus und mindestens ein Okular, im Falle eines Stereomikroskops
einen Binokulartubus auf, die bzw. das dem Zoomsystem nachgeschaltet
sind bzw. ist. Es soll an dieser Stelle aber auch erwähnt
werden, dass zwischen Vergrößerungswechsler (Zoomsystem)
und Tubus ein Ausgang (optisch und mechanisch) für Dokumentation vorhanden
sein kann, an den beispielsweise eine Kamera angeschlossen werden
kann. Über optische Umlenkelemente gelangt der Beobachtungsstrahlengang
von der genannten ersten Horizontalebene in eine parallel hierzu
verlaufende zweite Horizontalebene, in der optische Zusatzkomponenten
und/oder der Tubus angeordnet sind. Durch diese Faltung des Beobachtungsstrahlengangs
wird ein niedrig bauender Mikroskopaufbau gewährleistet,
zudem sind vielfältige Auskoppelungsmöglichkeiten
beispielsweise bei einem Operationsmikroskop für Assistentenbeobachtung
geschaffen.
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Die
vorliegende Erfindung und ihre Vorteile sollen im folgenden anhand
eines Ausführungsbeispiels, das in der beigefügten
Zeichnung illustriert ist, näher besprochen werden.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Mikroskops, mit dem die Erfindung bevorzugt
eingesetzt werden kann, und
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2 zeigt
schematisch einen Ausschnitt aus dem Mikroskop gemäß 1,
der die erfindungswesentlichen Komponenten zeigt.
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1 zeigt
schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines Mikroskops
10,
das hier als Operations-Stereomikroskop ausgebildet ist, wobei zur besseren
Darstellung anstelle der beiden Beobachtungsstrahlengänge
nur die Beobachtungsachse dargestellt ist. Häufig weisen
solche Operationsmikroskope ein zusätzliches Paar von Beobachtungsstrahlengängen
für die Assistentenbeobachtung auf. Solche Mikroskope sind
an sich bekannt und sollen daher vorliegend nicht näher
erläutert werden. Es sei in diesem Zusammenhang auf das
in der bereits genannten
EP
1 424 582 B1 beschriebene Stereomikroskop hingewiesen,
bei dem, wie auch vorliegend, ein "liegendes" Zoomsystem
30 realisiert
ist.
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Das
Operationsmikroskop 10 verfügt über ein
Hauptobjektiv 20, welches als Multifokus (oder Varioobjektiv)
ausgebildet ist, also ein Objektiv veränderlicher Brennweite
darstellt. Das Hauptobjektiv 20 definiert eine optische
Achse 23, die senkrecht auf eine Objektebene 100 steht.
Durch Veränderung der Brennweite des Hauptobjektivs 20 kann
auf die jeweilige Objektebene 100 fokussiert werden. Die
Beobachtungsstrahlengänge verlaufen parallel zur gezeigten
optischen Achse 23 und liegen beispielsweise entweder in
der Zeichenebene oder in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene,
die die optische Achse 23 enthält. Zur Umlenkung
der Beobachtungsstrahlengänge ist ein erstes Umlenkelement 50 im
Strahlengang angeordnet, das die Beobachtungsstrahlengänge
aus einer im wesentlichen vertikalen Richtung in eine im wesentlichen
horizontale Richtung in das "liegende" Zoomsystem 30 lenkt.
Das Zoomsystem 30 ist mit seiner Längsachse in
einer ersten Horizontalebene I angeordnet. Anstelle eines Zoomsystems 30,
das der kontinuierlichen Vergrößerung des Objektbildes
dient, kann auch ein diskret arbeitender Vergrößerungswechsler
vorgesehen sein. Mittels weiterer Umlenkelemente 51 und 52 wird
der Beobachtungsstrahlengang in eine zweite Horizontalebene II gelenkt.
Hier ist der Tubus 60 angeordnet, der den Beobachtungsstrahlengang
in ein Okular 70 lenkt, durch das ein Beobachter 110 das
Mikroskopbild betrachten kann. Der prinzipielle Aufbau der beschriebenen
Mikroskopkomponenten, wie Hauptobjektiv, Zoomsystem, Tubus und Okular
sind dem Fachmann geläufig. In dem in 1 dargestellten Strahlenverlauf
können optische Zu satzkomponenten, wie Filter, Bildumkehrer,
Komponenten zur Verlängerung der optischen Weglänge,
optische Strahlenteiler für assistentische Mitbeobachtung,
etc. angeordnet sein. Schließlich kann zwischen dem Zoomsystem 30 und
dem Tubus 60 ein Ausgang (optisch/mechanisch) für
Dokumentation (Kamera, Video etc.) vorhanden sein.
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Zur
Objektbeleuchtung dient eine Beleuchtungseinheit 40, die
mit ihrer Längsachse im wesentlichen horizontal unterhalb
des Zoomsystems 30 ergonomisch günstig angeordnet
sein kann. Dargestellt ist hier eine Faserbeleuchtung über
einen Lichtleiter 80. Es kann sich aber ebenso beispielsweise
um eine direkte Halogen-, Xenon- oder LED-Beleuchtung handeln. Der
von der Beleuchtungseinheit 40 erzeugte Beleuchtungsstrahlengang,
der anhand seiner Beleuchtungsachse dargestellt ist, wird mittels
eines Beleuchtungs-Umlenkspiegels 43 in Richtung Objektebene 100 gelenkt.
Wie aus 1 ersichtlich, wird der Beleuchtungsstrahlengang
außerhalb des Hauptobjektivs 20 des Mikroskops 10 geführt.
Folglich muss bei einer Brennweitenänderung des Hauptobjektivs 20,
die zu einer Verschiebung der Objektebene 100 in vertikaler
Richtung führt, für eine optimale Beleuchtung
der Beleuchtungsstrahlengang nachgeführt werden. Die erfindungsgemäße
Art dieser Nachführung der Beleuchtung soll anhand von 2 näher
erläutert werden.
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2 zeigt
schematisch einen Ausschnitt eines Mikroskops 10 aus 1,
der sich auf die schematische Darstellung des Hauptobjektivs 20 und
der Beleuchtungseinheit 40 beschränkt.
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Das
Hauptobjektiv 20 besteht im wesentlichen aus zwei Teilen,
die zur Veränderung der Brennweite des Hauptobjektivs 20 relativ
zueinander entlang der optischen Achse 23 verschoben werden können.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei im folgenden davon
ausgegangen, dass hierzu eine obere, feste Linsenbaugruppe 21 und
eine untere, verschiebbare Linsenbaugruppe 22 vorgesehen sind.
Andere Möglichkeiten der Realisierung eines Varioobjektivs
sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise auch ein umgekehrter Aufbau,
bei dem der untere Teil feststehend und der obere Teil axial beweglich
ist.
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Die
Beleuchtungseinheit 40 weist in diesem speziellen Beispiel
den bereits beschriebenen Lichtleiter 80 und einen Kollektor 41 auf,
der das vom Lichtleiter 80 ausgehende Licht sammelt und über
die Linsenanordnung 45, 46 in die Objektebene 100 abbildet.
Eine Blende, beispielsweise eine Irisblende 44 mit einstellbarem Öffnungsdurchmesser
dient zur direkten Steuerung des Leuchtfelddurchmessers, d. h. des
ausgeleuchteten Teils in der Objektebene 100. Die Beleuchtungseinheit 40 kann über
eine Beleuchtungsoptik zur Veränderung der Beleuchtungs-Schnittweite
verfügen. Diese Beleuchtungsoptik ist hier anhand zweier
Linsen 45 und 46 illustriert, wobei die Linse 45 feststehend
und die Linse 46 axial verschiebbar ausgeführt
ist. Mit einer solchen Beleuchtungsoptik kann die Beleuchtungs-Schnittweite an
die jeweilige Beobachtungs-Schnittweite des Hauptobjektivs 20 angepasst
werden. Die Beleuchtungseinheit 40 kann eine Köhlersche
Beleuchtung oder eine andere Beleuchtungs-Optik realisieren. Der
hier beschriebene Aufbau ist als rein beispielhaft zu betrachten.
Die Erfindung läßt sich ebenso mit anders auf gebauten
Beleuchtungseinheiten und anderen Beleuchtungs-Optiken realisieren.
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Die
Beleuchtungseinheit 40 verfügt über ein Beleuchtungs-Umlenkelement 43,
das erfindungsgemäß parallel zur optischen Achse 23 des
Hauptobjektivs 20 beweglich angeordnet und mit der verschiebbaren
Linsenbaugruppe 22 des Hauptobjektivs 20 gekoppelt
ist. In 2 sind insgesamt drei verschiedene
Positionen der verschiebbaren Linsenbaugruppe 22 dargestellt.
Diese Positionen seien im folgenden mit "oben", "Mitte" und "unten"
bezeichnet. Durch Bewegung der verschiebbaren Linsenbaugruppe 22 von
unten nach oben wird die Brennweite des Hauptobjektivs 20 verändert.
Entsprechend muss der Beleuchtungsfokus den sich ändernden
Fokusebenen des Hauptobjektivs 20 nachgeführt
werden, um eine optimale Beleuchtung beizubehalten. Hierzu ist in diesem
Beispiel das Beleuchtungs-Umlenkelement 43 fest mit dem
verschiebbaren Teil, hier der verschiebbaren Linsenbaugruppe 22 des
Hauptobjektivs 20 verbunden. Das Beleuchtungs-Umlenkelement 43 wird
also zwangsweise von der verschiebbaren Linsenbaugruppe 22 mitgeführt.
Als Beleuchtungs-Umlenkelement kann eine planare, aber auch eine
sphärische Spiegelfläche zum Einsatz kommen. Diese
Spiegelfläche lenkt das Licht der Beleuchtungseinheit 40 nach
unten in die zu beleuchtende Objektebene 100, so dass die
der Erfindung zugrunde liegende Beleuchtungszentrierung gewährleistet ist.
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Um
sicherzustellen, dass über den gesamten Verschiebebereich
der Linsenbaugruppe 22 des Hauptobjektivs 20 ausreichend
Licht auf das Beleuchtungs-Umlenkelement 43 und somit auf
die Objektebene 100 fällt, ist es sinnvoll, den
Beleuchtungsstrahlengang der Bewegung des Umlenkelements 43 nachzuführen.
In bevorzugten Ausgestaltungen wird hierzu entweder die gesamte
Beleuchtungseinheit 40 in vertikaler Richtung der Bewegung
des Beleuchtungs-Umlenkelements 43 nachgeführt
oder die Beleuchtungseinheit 40 wird zumindest zum Teil
kipp- oder drehbar ausgeführt, wie im folgenden erläutert werden
soll. In 2 ist die Beleuchtungseinheit 40 zweiteilig
dargestellt. Der hintere Teil (gesehen in Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs)
besteht im wesentlichen aus dem Lichtleiter 80 und dem
Kollektor 41. Getrennt hiervon ist der vordere Teil, der
im wesentlichen aus den dargestellten und bereits besprochenen Komponenten
einer Irisblende 44 und einer Beleuchtungsoptik bestehend
aus der festen Linse 45 und der verschiebbaren Linse 46 besteht.
Der vordere verkippbare (verdrehbare) Teil 42 der Beleuchtungseinheit 40 ist
um einen Drehpunkt oder um eine Drehachse 47 gelagert,
die senkrecht auf die Zeichenebene steht und im Zentrum der Irisblende 44 liegt.
Durch Verkippen des vorderen Teils 42 der Beleuchtungseinheit 40 um
die Drehachse 47 kann auf diese Weise der linearen Bewegung
des Beleuchtungs-Umlenkelements 43 gefolgt werden. In dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel fällt die horizontale
Position des vorderen Teils 43 der Beleuchtungseinheit 40 mit
der Position "Mitte" des Beleuchtungs-Umlenkelements 43 bzw.
der verschiebbaren Linsenbaugruppe 22 des Hauptobjektivs 20 zusammen.
Es kann sinnvoll sein, besagte horizontale Position des vorderen
Teils 42 der Beleuchtungseinheit 40 der Position
"unten" oder einer beliebigen anderen Position der verschiebbaren
Linsenbaugruppe 22 zuzuordnen. Die Ausführungsform
der kippbaren Beleuchtungseinheit ist zur optimalen Beleuchtungszentrierung
besonders bevorzugt.
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Weiterhin
dargestellt ist in 2 eine Steuerungselektronik 90,
bei der es sich um eine übliche Steuereinheit im allgemeinen
Sinne handeln kann. Diese Steuerungselektronik 90 koppelt
die Bewegung des vorderen Teils 42 der Beleuchtungseinheit 40 um
die Drehachse 47 mit der Bewegung der verschiebbaren Linsenbaugruppe 22 des
Hauptobjektivs 20 (Kopplung B). Es kann auf diese Weise
eine synchrone Nachführung des Beleuchtungsstrahlengangs
erfolgen.
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Es
ist von Vorteil, wenn weitere Kopplungen bei dem erfindungsgemäßen
Mikroskopaufbau vorgenommen werden. Zweckmäßigerweise
werden diese Kopplungen ebenfalls von der Steuerungselektronik 90 übernommen.
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Zum
einen kann der verstellbare Öffnungsdurchmesser der Irisblende 44 mit
der linearen Bewegung der verschiebbaren Linsenbaugruppe 22 des
Hauptobjektivs 20 gekoppelt werden (Kopplung C). Hierzu
wird bei einer Bewegung von der Position "unten" in Richtung der
Position "oben", die beispielsweise eine Vergrößerung
der Beobachtungs-Schnittweite und der Brennweite des Hauptobjektivs
zur Folge haben kann, der Leuchtfelddurchmesser vergrößert,
d. h. die Irisblende 44 weiter geöffnet. Auf diese Weise
kann das Leuchtfeld dem sich ändernden Sehfeld angepasst
werden.
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Zum
anderen kann die axiale Bewegung der verschiebbaren Linse 46 der
Beleuchtungseinheit 40 mit der linearen Bewegung der verschiebbaren
Linsenbaugruppe 22 des Hauptobjektivs 20 gekoppelt werden
(Kopplung A). Auf diese Weise kann der veränderten Schnittweite
des Hauptobjektivs 20 durch eine entsprechende Änderung
der Beleuchtungs- Schnittweite Rechnung getragen werden. Hierdurch
kann wiederum die Intensität im Leuchtfeld verändert
oder angepasst werden.
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Mit
den erwähnten Kopplungen A bis C lassen sich bei einer Änderung
der Brennweite des Hauptobjektivs 20 der Beleuchtungsfokus
zentriert nachführen, der Leuchtfelddurchmesser dem Durchmesser
des Sehfelds anpassen und die Leuchtfeldintensität nachregeln.
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Die
genannten Kopplungen A, B und C können elektronisch umgesetzt
werden. Hierzu werden Motorkombinationen, bestehend aus Getriebe,
Motor und Encoder eingesetzt. Zur Wegmessung (Verschiebung der verschiebbaren
Komponenten) können Sensoren (z. B. Weggeber) eingesetzt
werden. Alle erforderlichen Signale und Befehle werden in der Steuerungselektronik 90 entsprechend
verarbeitet und umgesetzt. Es sei angemerkt, dass die erwähnten
Kopplungen A, B und C auch auf mechanische Art und Weise realisiert
werden können.
-
Die
in vorliegender Beschreibung beschriebenen Merkmale der Erfindung
können nicht nur in der hier jeweils dargestellten Kombination,
sondern auch soweit sinnvoll in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen
umgesetzt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu
verlassen.
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- 10
- Mikroskop
- 20
- Hauptobjektiv
- 21
- feste
Linsenbaugruppe
- 22
- verschiebbare
Linsenbaugruppe
- 23
- optische
Achse
- 30
- Zoomsystem
- 40
- Beleuchtungseinheit
- 41
- Kollektor
- 42
- Teil
der Beleuchtungseinheit
- 43
- Beleuchtungs-Umlenkelement
- 44
- Blende,
Irisblende
- 45
- feste
Linse
- 46
- verschiebbare
Linse
- 47
- Drehachse
- 50
- Umlenkelement
- 51
- Umlenkelement
- 52
- Umlenkelement
- 60
- Tubus
- 70
- Okular
- 80
- Lichtleiter
- 90
- Steuerungselektronik
- 100
- Objektebene
- 110
- Beobachter
- I
- erste
Horizontalebene
- II
- zweite
Horizontalebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19523712
C2 [0002, 0002]
- - DE 19537868 B4 [0002, 0004]
- - EP 1424582 B1 [0007, 0032]