DE102009012897A1

DE102009012897A1 - Stereomikroskop

Info

Publication number: DE102009012897A1
Application number: DE102009012897A
Authority: DE
Inventors: Egon Luther; Ingo Koschmieder; Karl-Heinz Dr. Donnerhacke; Peter Reimer; Johannes Dr. Knoblich
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: DE102009012897B4

Abstract

Bei einem Stereomikroskop (1) ist ein Abbildungsstrahlengang, der ein Objektiv (3) und diesem nachgeordnet einen linken und einen rechten Stereostrahlengang (4l, 4r) umfaßt, vorgesehen, wobei jeder Stereostrahlengang (4l, 4r) eine Bildempfangseinrichtung aufweist, die das Objekt (2) längs einer optischen Achse (OAl, OAr) des Stereostrahlenganges (4l, 4r) abbildet. Die optischen Achsen (OAl, OAr) des linken und des rechten Stereostrahlengangs (4l, 4r) sind zueinander und gegenüber der optischen Achse des Objektivs versetzt, was einen Stereowinkel der Abbildung des Objektes festlegt. Weiter ist eine Verstellmechanik vorgesehen, welche den Versatz durch Verschieben der Bildempfangseinrichtung quer zu ihrer entsprechenden optischen Achse (OAl, OAr) verstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf ein Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes, wobei das Stereomikroskop aufweist: einen Abbildungsstrahlengang, der ein Objektiv, welches eine optische Achse aufweist, und diesem nachgeordnet einen linken und einen rechten Stereostrahlengang umfaßt, wobei jeder Stereostrahlengang eine optische Achse aufweist und das Objekt auf eine Bildempfangseinrichtung abbildet, wobei die optischen Achsen der Stereostrahlengänge zumindest abschnittsweise zur optischen Achse des Objektives parallel verlaufen und in diesem Abschnitt voneinander um einen Abstand beabstandet sind, der einen Stereowinkel der Abbildung des Objektes festlegt. Die Erfindung bezieht sich im ersten Aspekt weiter auf ein Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes, wobei das Stereomikroskop aufweist: einen linken und einen rechten Stereostrahlengang, die eine optische Achse aufweisen, wobei jeder Stereostrahlengang eine Bildempfangseinrichtung aufweist, auf die der Stereostrahlengang das Objekt abbildet, wobei die optischen Achsen der Stereostrahlengänge bezogen auf das Objekt zueinander in einem Winkel liegen, der einen Stereowinkel der Abbildung des Objektes festlegt.
Die Erfindung bezieht sich in einem zweiten Aspekt auf ein Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes, wobei das Stereomikroskop aufweist: einen Abbildungsstrahlengang, der ein Objektiv und dem Objektiv in Abbildungsrichtung nachgeordnet einen linken und rechten Stereostrahlengang aufweist, wobei jeder Stereostrahlengang das Objekt auf eine Bildempfangseinrichtung abbildet, wobei zusätzlich ein Monostrahlengang vorgesehen ist, der durch das Objektiv das Objekt abbildet, und wobei dem Objektiv in Abbildungsrichtung ein Parallelstrahlengang folgt und in diesem eine Strahlteilereinrichtung angeordnet ist, welche die Stereostrahlengänge abteilt.
Stereomikroskope sind seit über hundert Jahren bekannt. Das erste Stereomikroskop wurde 1882 von Greenough vorgeschlagen. Es besteht im wesentlichen aus zwei unter einem Winkel zueinander geneigten Mikroskopen, wobei der Winkel, den die Mikroskope zueinander haben, den Stereowinkel festlegt. Ein Beispiel für eine Weiterbildung dieses Mikroskoptyps findet sich in der DE 19722726 der Anmelderin, bei der vorteilhaft ein DMD eingesetzt wird, um eine kompakte Bauweise zu erreichen.
Ein weiterer Mikroskoptyp sind die erstmals 1924 von Carl Zeiss Jena realisierten Fernrohrlupen-Stereomikroskope, bei der hinter einem gemeinsamen Objektiv zwei Teilbündel entsprechend Stereostrahlengängen isoliert werden und mit entsprechenden Tubussystemen in Okulare abgebildet werden. Ein solcher Fernrohrlupen-Typ ist beispielsweise in der DE 3546915 C2 beschrieben.
Stereomikroskope haben sich insbesondere im Bereich der Operationsmikroskopie als vorteilhaft erwiesen. Aus diesem Gebiet ist es auch bekannt, ein Stereomikroskop mit elektronischem Bildaufnehmer zu verwenden. Hierzu sei exemplarisch auf die US 6525878 verwiesen. Dort ist einer Optik einer Bildempfangseinrichtung nachgeordnet, wobei mit geeigneten Blenden auf dem Bildaufnehmer die linken und rechten Teilbilder erzeugt werden. Ein weiteres Operationsmikroskop ist aus der DE 10203215 A1 bekannt, bei der eine Stereokamera in Kombination mit gemeinsamer vorgeordneter Mikroskopoptik eingesetzt wird.
Der natürliche Stereowinkel für das menschliche Sehen liegt im Bereich von 13°. Er ergibt sich aus anatomischen und optischen Parametern des Menschen, insbesondere aus der konventionellen Sehweite von 25,0 cm und einem typischen mittleren Augenabstand von 5,7 cm. Hiervon abweichende Stereowinkel können vorteilhaft sein, so z. B. für die Gewinnung stereoskopischer Bilder bei durch Objekt bzw. durch Hilfsmittel eingeschränkten Beobachtungssituationen, wie z. B. in engen Kanälen, oder stereoskopische Abbildung über kleine Strahlumlenkspiegel (z. B. Dreispiegelkontaktglas am Auge). Hier besteht das Ziel u. U. bei erweiterter Pupille den peripheren Bereich der Netzhaut in seiner Tiefenausdehnung zu beurteilen. Einem ersten Aspekt der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Stereomikroskop der genannten Art bezüglich des Stereowinkels zu verbessern.
Diese Aufgabe des ersten Aspekts wird in einer ersten Variante gelöst mit einem Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes, wobei das Stereomikroskop aufweist: einen Abbildungsstrahlengang, der ein Objektiv, welches eine optische Achse aufweist, und diesem nachgeordnet einen linken und einen rechten Stereostrahlengang umfaßt, wobei jeder Stereostrahlengang eine optische Achse aufweist und das Objekt auf eine Bildempfangseinrichtung abbildet, wobei die optischen Achsen der Stereostrahlengänge zumindest abschnittsweise zur optischen Achse des Objektives parallel verlaufen und in diesem Abschnitt voneinander um einen Abstand beabstandet sind, der einen Stereowinkel der Abbildung des Objektes festlegt, wobei eine Verstellmechanik vorgesehen ist, welche den Abstand durch Verschieben der Bildempfangseinrichtungen quer zur optischen Achse der zugeordneten Stereostrahlengänge verstellt. Die Erfindung sieht also bei einem Stereomikroskop vom Fernrohrlupen-Typ eine Verstellmechanik vor, welche durch Verschieben der Bildempfangseinrichtungen quer zu ihrer entsprechenden optischen Achse den Abstand zur optischen Achse des (gemeinsamen) Objektivs und damit im Ergebnis den Stereowinkel verstellt.
Die Aufgabe des ersten Aspekts wird in einer zweiten Erfindungsvariante gelöst mit einem Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes, wobei das Stereomikroskop aufweist: einen linken und einen rechten Stereostrahlengang, die eine optische Achse aufweisen, wobei jeder Stereostrahlengang eine Bildempfangseinrichtung aufweist, auf die der Stereostrahlengang das Objekt abbildet, wobei die optischen Achsen der Stereostrahlengänge bezogen auf das Objekt zueinander in einem Winkel liegen, der einen Stereowinkel der Abbildung des Objektes festlegt, und wobei eine Verstellmechanik vorgesehen ist, welche den Winkel durch Verschwenken der optischen Achsen der Stereostrahlengänge verstellt.
Bei einem Stereomikroskop von Greenough-Typ ist also erfindungsgemäß eine Verstellmechanik zum Verschwenken der Stereostrahlengänge vorgesehen, um so den für den Stereowinkel maßgeblichen Winkel einzustellen.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verstellmechanik kann nun der Stereowinkel auf den für eine Anwendung optimalen Wert eingestellt werden. So kann es für manche Anwendungen, z. B. in eingeschränkten Beobachtungssituationen, vorteilhaft sein, unter einem Stereowinkel, der vom physiologisch optimalen Wert von etwa 13° abweicht, zu arbeiten. Eine solche Anwendung findet sich beispielsweise in der Ophthalmologie, wo beispielsweise der periphere Bereich der Netzhaut in seiner Tiefenausdehnung beurteilt werden soll. Eine Verminderung des Stereowinkels geht natürlich auf Kosten des Stereoeindrucks. Allerdings kann auch ein verminderter Stereoeindruck immer noch hilfreicher sein, als ein Ausschluß stereoskopischer Betrachtung, so daß eine verminderte Tiefenwahrnehmung unter bestimmten Bedingungen vorteilhaft in Kauf zu nehmen ist.
Weiter erlaubt die erfindungsgemäße Verstellung in Fällen, in denen keine anwendungsbedingte Begrenzungen für den Stereowinkel gegeben sind, den ergonomisch optimalen Stereowinkel einzustellen. Diese Einstellung kann insbesondere unter Berücksichtigung des physiologischen Zusammenhangs zwischen Augenkonvergenz und Unendlich-Sehen an die aktuelle Einstellung des Mikroskops angepaßt werden. Ohne optische Instrumente stellt die Augenkonvergenz bei der Betrachtung von Objekten in der Nähe sicher, daß keine Doppelbildwahrnehmung auftritt. Die Augenkonvergenz ist deshalb in einem neurophysiologischen Regelkreis mit dem Mechanismus zur Nahstellung des optischen Systems des Auges, d. h. der Akkomodation, gekoppelt. Zu diesem Regelkreis gehört auch die Verengung der Pupille, weshalb von einem „Naheinstellungstrias” gesprochen wird.
Dieser physiologische Regelkreis kann beim erfindungsgemäßen Mikroskop nun beachtet werden, d. h. der Akkomodationszustand, den das Auge des Betrachters einnimmt, kann bei der Wahl des Stereowinkels berücksichtigt werden. Es ist deshalb in einer Weiterbildung der Erfindung eine Betrachtungseinrichtung, z. B. ein Stereookular, vorgesehen, das eine Anzeige für die von den Bildempfangseinrichtungen aufgenommenen Bilder hat, wobei vorzugsweise zusätzlich eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche mit, der Betrachtungseinrichtung der Bildempfangseinrichtung und der Verstellmechanik verbunden ist und die Verstellmechanik abhängig vom Einstellungszustand der Betrachtungseinrichtung der Bildempfangseinrichtung ansteuert. Dadurch kann ein Stereowinkel eingestellt werden, der dem natürlichen Konvergenzwinkel, welcher zum Akkomodationszustand, der an der Bildbetrachtungseinrichtung eingestellt ist, möglichst am besten paßt.
Die Verschiebung des parallel verlaufenden Abschnittes der optischen Achse der Stereostrahlengänge ist besonders einfach, wenn die Stereostrahlengänge im Sinne eines herkömmlichen mikroskopischen Tubusstrahlengangs ausgebildet sind, also jeweils ein Tubussystem mit Tubusoptik aufweisen, so daß zwischen der Tubusoptik jedes Stereostrahlenganges und dem beiden Stereostrahlengängen gemeinsamen Objektiv ein Parallelstrahlengang besteht. Diese Ausbildung der ersten Variante der Erfindung ermöglicht es, durch einfaches Verschieben der Tubusoptik samt nachgeordneter Optik des Stereostrahlenganges oder durch einfache Verschiebung der Bildempfangseinrichtung gegenüber der Tubusoptik des jeweiligen Stereostrahlenganges den Abstand der optischen Achse des Stereostrahlenganges zur optischen Achse des Objektives und damit den Stereowinkel einzustellen, der sich insgesamt durch den Abstand der optischen Achsen der Stereostrahlengänge ergibt.
Für diese Ausgestaltung ist es weiter zweckmäßig, wenn die Parallelstrahlengänge der Stereostrahlengänge jeweils einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist, als der der Apertur- bzw. Öffnungsblende des Objektivs, und die Verstellmechanik die Parallelstrahlengänge innerhalb der Aperturblende des Objektivs verschiebt.
Nach dem gemeinsamen Objektiv geben die freien Eingangsdurchmesser der Stereotubussysteme die Aperturbegrenzung vor. Zusammen mit der Brennweite des Objektives bestimmt dieser Durchmesser die mögliche Helligkeit, die Detailauflösung und die Schärfentiefe. Die Eingangsdurchmesser sind gewissermaßen Öffnungsblenden. Ein zusätzliches Abblenden mittels einer Blendeneinrichtung in jedem Tubussystem verringert die Helligkeit und die Auflösung, verändert den Bildausschnitt nicht und erhöht die Schärfentiefe. Nichtkonzentrische Flächenmanipulationen mittels spezieller Blenden (Kantenblenden, dezentrierte Blenden) können auch zur Veränderung des Stereowinkels bei gesteigerter Lichtausbeute genutzt werden. Der Abstand der so entstehenden Flächenschwerpunkte definiert den Stereowinkel. Es ist deshalb bevorzugt, daß eine Einrichtung zur Veränderung der Größe des Querschnitts der Parallelstrahlengänge der Stereostrahlengänge vorgesehen ist, wobei diese Einrichtung insbesondere als Blendeneinrichtung ausgebildet sein kann.
In der ersten Variante der Erfindung ist es vorteilhaft, ein gemeinsames Objektiv für den Abbildungsstrahlengang zu verwenden und den Abbildungsstrahlengang nach dem Objektiv mittels eines Elementes zur Pupillenteilung in die zwei Stereostrahlengänge aufzuteilen. Diese Aufteilung ist auf die Öffnung des Objektives bezogen. Deshalb werden die Begriffe „Öffnung”, „Öffnungsblende”, „Apertur” und „Pupille” hier austauschbar verwendet. Diese Bauform erreicht nicht nur ein kompaktes Stereomikroskop, sondern zugleich auch eine vereinfachte Verstellmechanik, welche die Bilderfassungseinrichtungen, z. B. Sensoren und diese vorgeordnete Optiken quer zur entsprechenden optischen Achse des Stereostrahlenganges verschiebt. Das Element zur Pupillenteilung blendet also zwei Stereostrahlengänge hinter dem (gemeinsamen) Objektiv aus. Als Alternative für ein gemeinsames Objektiv können natürlich auch zwei Einzelelemente verwendet werden, die als gemeinsames Objektiv wirken, wie dies für Fernrohrlupen schon seit langem bekannt ist. Beispielsweise können die Einzelelemente als Randteile eines großen Objektives verstanden werden.
Im Parallelstrahlengangabschnitt jedes Stereostrahlenganges sind geeignete Tubusoptiken angeordnet, die auch als Achromat oder Zoomsystem ausgebildet sein können. Sie bilden die Objektinformation auf Bildsensoren ab, die in den jeweiligen Brennebenen liegen. Die Bildempfangseinrichtung ist also dann aus den Bildsensor und der entsprechenden Optik im Parallelstrahlengang gebildet. Die Verstellmechanik verschiebt den Abstand der Parallelstrahlengänge gegeneinander, so daß dadurch der Stereowinkel eingestellt wird. Das in einer Brennebene der beiden Tubussysteme entstehende Zwischenbild muß, bedingt durch Abstimmung auf optisch konjugierte Zubehörebenen (z. B. für Mitbeobachtereinrichtungen, Dokumentationseinrichtungen, wie Foto und TV) grundsätzlich mit auf die Beobachterrefraktion kompensierten, elektronischen Okularen betrachtet werden, d. h. das betrachtete Zwischenbild im Okular erscheint bei einem normalsichtigen Beobachter immer im Unendlichen. Für diese Beobachtungsart ist keine Konvergenzstellung der Augen erforderlich, da sie der Betrachtung eines im Unendlichen liegenden Bildes widerspräche. Die Parallelstrahlengänge sind deshalb optional in dieser Variante als nicht konvergierende Tubusstrahlengänge ausgebildet.
Die Fokussierung auf das Objekt kann durch eine Relativverschiebung des Mikroskopes gegenüber dem Objekt oder durch ein entsprechend verstellbares gemeinsames Objektiv erfolgen. Insbesondere zur Feinfokussierung oder zum Abgleich des Gerätes beziehungsweise der beiden Stereostrahlengänge zueinander kann eine Relativverschiebung in einer der beiden Bildempfangseinrichtungen erfolgen, d. h. die Bildempfänger werden gegenüber ihrer vorgeordneten Optik relativ verschoben. Die Vergrößerung des Mikroskops kann durch Eingriff am gemeinsamen Objektiv eingestellt werden. Auch können Zoomsysteme im Bereich der Bildempfänger zwischengeschalten werden.
Die zweite Variante der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt verzichtet auf ein gemeinsames Objektiv und knüpft somit an den Greenough-Typ an. Die Verstellmechanik verstellt dann den Winkel zwischen linkem und rechtem Stereostrahlengang, führt also eine Schwenkbewegung aus. Insbesondere können dabei die Bildempfangseinrichtungen gegeneinander verkippt werden.
Für beide Varianten kann vorteilhafterweise zusätzlich ein Monostrahlengang vorgesehen sein, der eine Mono-Bildempfangseinrichtung aufweist, mit welcher das Objekt abgebildet ist. Damit können beispielsweise Objektkoordinaten kontrolliert werden, z. B. ein sogenanntes Augentracking im Bereich der Ophthalmologie. Auch können weitere Objekteigenschaften erfaßt werden, wie z. B. spektrale Eigenschaften, Temperatur, etc., für die keine stereoskopische Beobachtung erforderlich ist. Die Mono-Bildempfangseinrichtung kann optional an die optische Achse des Objektives starr gekoppelt sein, da hiermit keine stereoskopische Beobachtung stattfindet.
Die Mono-Bildempfangseinrichtung kann zum Erreichen einer kompakten Bauweise auch über einen Strahlteiler beziehungsweise Prisma in den Abbildungsstrahlengang des Stereomikroskops angekoppelt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung geht von der Anforderung aus, daß für viele mikroskopische Anwendungen zusätzlich zur stereoskopischen Betrachtung, auch noch eine mono-okulare Bildaufnahme gewünscht wird. Im Stand der Technik ist dazu bekannt, in die Öffnungsblende oder deren Bilder, die Pupille eines Objektives, das für beide Stereostrahlengänge gemeinsam bei der Objektabbildung verwendet wird, zusätzlich noch einen nichtstereoskopischen, also mono-okularen Strahlengang einzuspiegeln. Üblicherweise wird dazu ein Pupillenteilungselement verwendet. Dadurch entsteht nicht nur ein gesteigerter optischer Aufwand, auch sind solche mono-okularen Strahlengänge in der Regel in ihrer Auflösung merklich eingeschränkt.
Gemäß dem zweiten Aspekt liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Stereomikroskop derart weiterzubilden, daß die optische Auflösung des mono-okularen Kanals gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes, wobei das Stereomikroskop aufweist: einen Abbildungsstrahlengang, der ein Objektiv und dem Objektiv in Abbildungsrichtung nachgeordnet einen linken und rechten Stereostrahlengang aufweist, wobei jeder Stereostrahlengang das Objekt auf eine Bildempfangseinrichtung abbildet, wobei zusätzlich ein Monostrahlengang vorgesehen ist, der durch das Objektiv das Objekt abbildet, wobei dem Objektiv in Abbildungsrichtung ein Parallelstrahlengang folgt und in diesem eine Strahlteilereinrichtung angeordnet ist, welche die Stereostrahlengänge abteilt, wobei die Strahlteilereinrichtung auch den Monostrahlengang von den Stereostrahlengängen trennt, wobei im Parallelstrahlengang der Querschnitt des Monostrahlenganges zumindest teilweise den der die Stereostrahlengänge überdeckt.
Die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt verwendet also einen Monostrahlengang, der im Parallelstrahlengang nach dem Objektiv (bezogen auf die Abbildungsrichtung) die Stereostrahlengänge zumindest teilweise im Querschnitt überlappt. Dadurch kann der Monostrahlengang einen größeren Anteil an der Objektivöffnungsblende bzw. -pupille nutzen, als dies bei einer Pupillenteilung gemäß dem Stand der Technik erreicht ist. Idealerweise nutzt der Monostrahlengang die Objektivpupille vollständig aus, so daß ein mono-okulares Bild entsteht, welches die vom Objektiv erreichte optische Auflösung vollständig ausschöpft. Dies ist dann der Fall, wenn der Monostrahlengang eine optische Achse aufweist, welche mit einer optischen Achse des Objektivs zusammenfällt.
Die Abtrennung von Monostrahlengang und Stereostrahlengängen mittels der Strahlteilereinrichtung kann zweckmäßigerweise durch zwei, um unterschiedliche Ablenkachsen ablenkende, teildurchlässige Spiegel erreicht werden, welche die Stereostrahlengänge abtrennen. Diese teildurchlässigen Spiegel können sich in einem Strahlteilerprisma befinden oder durch geeignet beschichtete dünnen Glasplatten oder Folien verwirklicht werden.
Die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt bietet weiter eine Möglichkeit, Beleuchtungsstrahlung als Auflichtbeleuchtung einzukoppeln, indem eine Strahlungsquelle vorgesehen ist, die Beleuchtungsstrahlung abgibt, wobei im Monostrahlengang ein Umlenkspiegel angeordnet ist, über den die Beleuchtungsstrahlung einfällt und dann durch das Objektiv das Objekt beleuchtet. Natürlich kann die Beleuchtungsstrahlung auch zwischen der Strahlteilereinrichtung und dem Objektiv eingekoppelt werden. Zweckmäßigerweise wird man den Umlenkspiegel so ausbilden, daß er nicht-teildurchlässig ist, damit keine störende Reflexe der Beleuchtungsstrahlung in der Detektion des mono-okularen Kanals auftreten. Als Konsequenz deckt der Umlenkspiegel einen Teil des Querschnitts im Öffnungsblendenbereich des Monostrahlengangs ab. Die dadurch verursachte Auflösungseinschränkung ist jedoch gegenüber den verschiedenen Störungen hinnehmbar. Vorteilhafterweise können Teilungselemente (z. B. Spiegel) der Strahlteilereinrichtung auch ausgeschwenkt werden, um kurzzeitig optimale Abbildungsverhältnisse für den Monostrahlengang zu erreichen. Die Stereostrahlengänge sind dann ausgeschaltet.
Zweckmäßigerweise fällt die Beleuchtungsstrahlung auf das Objektiv längs einer optischen Achse ein, die zur optischen Achse des Objektivs parallel verschoben ist. Dies realisiert eine Schrägbeleuchtung des Objektes, wie sie für bestimmte Anwendungen vorteilhaft ist, wobei „schräg” auf die Beobachtungsachse(n) bezogen ist. Beispielsweise möchte man bei Kataraktoperationen einen schrägen Beleuchtungseinfall auf den Fundus erreichen, um die Rückseite des Linsensackes per Fundusreflex von der Netzhaut aus indirekt zu beleuchten, da dadurch störende Reste der zu entfernenden Linse besonders gut zu erkennen sind. Der Einfall der Beleuchtungsstrahlung längs einer optischen Achse, die zur optischen Achse des Objektivs parallelverschoben ist, führt zu einer solchen gewünschten Schrägbeleuchtung des Objektes. Gleichbedeutend mit diesem Einfall längs einer optischen Achse, die zur optischen Achse parallelverschoben ist, ist das Merkmal, daß bezogen auf die Objektivpupille die Projektion des Umlenkspiegels einen Schwerpunkt aufweist, der neben dem Durchtrittspunkt der optischen Achse durch die Objektivpupille liegt.
Um den Einfallswinkel der Beleuchtungsstrahlung auf das Objekt verstellen zu können, ist vorzugsweise eine Beleuchtungsverstelleinrichtung vorgesehen, welche entweder die Lage des Umlenkspiegels verstellt (z. B. den Spiegel verschiebt oder kippt) oder die Lage einer Einfallsachse, mit der die Beleuchtungsstrahlung auf den Umlenkspiegel trifft. In beiden Fällen wird dadurch der Abstand zwischen optischer Achse des Beleuchtungsstrahlungseinfalls auf das Objektiv und der optischen Achse des Objektives eingestellt, mithin der Winkel der Schrägbeleuchtung.
Zweckmäßigerweise ist in Beleuchtungsrichtung dem Umlenkspiegel noch eine Optik nachgeordnet, die Beleuchtungsstrahlung auf das Objektiv fokussiert, um das Objektfeld möglichst gleichmäßig auszuleuchten.
Natürlich kann auch bei der Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt eine Verstellbarkeit des Stereowinkels vorgesehen werden. Hierfür kommen alle Gesichtspunkte der oben genannten ersten Variante der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt in Frage. Insbesondere kann der Strahlteilereinrichtung eine verstellbare Blendeneinrichtung vor- oder nachgeordnet sein, deren Verstellung Querschnitt und/oder Lage der Querschnitte der Stereostrahlengänge einstellt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verstellmechanik vorgesehen sein, mit der ein Abstand optischer Achsen der Stereostrahlengänge zur Einstellung eines Stereowinkels verstellbar ist. Diese Verstellung erfolgt bevorzugt in einem Bereich, in dem die Stereostrahlengänge Parallelstrahlengänge sind bzw. nahe der strahlquerschnittsbegrenzenden Objektivöffnung.
Soweit technisch vereinbar kommen alle Weiterbildungen der Erfindung gemäß einer der beiden Aspekte natürlich auch bei der Erfindung gemäß dem jeweils anderen Aspekt in Frage, wobei insbesondere die in den nachfolgenden Absätzen der allgemeinen Beschreibung aufgeführten Gesichtspunkte für beide Aspekte gelten.
Die geringe Schärfentiefe des Monostrahlenganges kann vorteilhaft zu Einstellzwecken auf ausgewählte Objektregionen genutzt werden und um die übrige Stereooptik nachzuführen.
In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung kann eine Objektbewegung kompensiert werden, indem eine Objektstabilisierungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Steuergerät und eine Verschiebeeinrichtung zur Verschiebung der Bildempfangseinrichtungen quer zur ihrer jeweiligen optischen Achse umfaßt. Das Steuergerät detektiert Objektbewegungen und steuert die Verschiebeeinrichtung derart an, daß die Bildempfangseinrichtungen eine gleichsinnige und die Objektbewegung kompensierende Verschiebungen der Bildempfangseinrichtungen (oder Teilen davon, wie z. B. der Bildsensoren) ausführen.
Während eine Bewegung der beiden Tubussysteme zur Veränderung der Stereobasis genutzt werden kann, werden vorzugsweise Bewegungen der Bildsensoren in xyz-Richtung zur Kompensation von Objektbewegungen bzw. Fokussierfehlern genutzt. Bei elektronischer Bildnachführung durch Verschiebung des gewonnenen Bildes genügt auch eine Bewegung der Bildsensoren nur in z-Richtung. In beiden Fällen können entweder Kontrastsprünge des Objektes oder zusätzlich aufprojizierte Strukturen ausgewertet werden, um das zur Kompensation erforderliche Nachführsignal zu erzeugen.
Für die Bildoptimierung (Bildstabilisierung, Objektnachführung, Objektmessung) sind bei stereoskopischer Anwendung ein oder weitere Beobachtungskanäle (Tubussystem mit Bildsensor) durch das gemeinsame Objektiv oder mit diesem gekoppelt vorteilhaft. Bei zeitweiser einkanaliger Beobachtung durch einen Stereokanal kann diese Aufgabe auch der dann nicht benutzte zweite Stereokanal übernehmen.
Weiter können über die Bildempfangseinrichtungen Koordinaten des Objektes gemessen werden und auf diese Art und Weise eine automatische Kontrolle der Vergrößerung erreicht werden. Somit kann die Optik sowohl für Fokussieraufgaben als auch zur Veränderung der Vergrößerung eingesetzt werden, wobei die entsprechende Ansteuerung der hierfür vorgesehenen Antriebe durch ein Steuergerät realisiert ist. In einer Weiterbildung kann über einen zusätzlichen Beleuchtungskanal eine Kontraststruktur auf das Objekt projiziert werden, um zur Objektkoordinatenkontrolle mittels der Mono-Bildempfangseinrichtung den Ort des Objektes oder bestimmter Orte des Objektes exakter bestimmen zu können. Beispielsweise können Reflexbilder, streifende Beleuchtung, Muster, etc. hierfür auf das Objekt projiziert werden.
Die Bilder werden in den Bildempfangseinrichtungen auf den Bildsensoren aufgenommen. Die Bilddarstellung kann dann über eine mechanisch an das Mikroskop gekoppelte Einblickeinheit, die entsprechenden Bildwiedergabeeinrichtungen aufweist und z. B. als ein oder mehrere Stereookulare realisiert werden kann, verwirklicht werden. Auch sind mechanisch gekoppelte Stereookulare mit eigenen Stativlösungen oder in Art von Head Mounted Devices (HMD) möglich. Weitere Lösungen sind Stereomonitore und Stereoprojektionssysteme.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Auch sind, soweit Verfahrensweisen bzw. Betriebsmodi beschrieben werden, im Rahmen der Erfindung natürlich die entsprechende Steuereinrichtungen für die jeweiligen Ausbildungen des Stereomikroskops vorgesehen. Soweit also in dieser Beschreibung Verfahrensweisen geschildert sind, ist für das Stereomikroskop eine entsprechend ausgebildete Steuereinrichtung vorgesehen, die die Ausführung des Verfahrens am Stereomikroskop steuert. Analoges gilt natürlich umgekehrt; entsprechende Steuereinrichtungsmerkmale, die die Ausführung eines Verfahrens realisieren betreffen selbstverständlich auch ein entsprechendes Mikroskopieverfahren.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Strahlengangs einer ersten Ausführungsform eines Stereomikroskops gemäß dem ersten Aspekt,
2 ein im Mikroskop der 1 verwendete Blende,
3 eine zweite Ausführungsform eines Stereomikroskops gemäß dem zweiten Aspekt,
4 eine Weiterbildung des Stereomikroskops der 1,
5 eine schematische Darstellung eines Strahlengangs eines Stereomikroskops gemäß dem ersten Aspekt,
6a–6c Teildarstellungen zur Verstellung des Stereowinkels im Stereomikroskop der 5,
7 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungsstrahlengangs für das Mikroskop der 5, wobei dessen Strahlengang nur teilweise gezeigt ist,
8 eine schematische Darstellung der Objektivpupille des Mikroskops der 7 und
9 eine Abwandlung eines Details des Mikroskops der 5.
1 zeigt schematisch den Strahlengang eines Stereomikroskops 1, das ein Bild eines Objekts 2 aufnimmt. Zur Vereinfachung ist lediglich die Objektebene des Objektes 2 dargestellt, welche sich in einer Brennebene eines Objektivs 3 befindet. Nachgeordnet in unmittelbarer Nähe der Öffnungsbegrenzung des Objektivs 3 befindet sich optional eine noch näher zu beschreibende Blendeneinrichtung als Element zur Strahlengangtrennung. Alternativ können auch die freien Eingangsdurchmesser zweier individueller Tubussysteme, die noch erläutert werden, eine Aperturbegrenzung und damit eine Strahlengangtrennung bewirken.
Im Ergebnis liegen zwei Stereostrahlengänge vor, ein linker Stereostrahlengang 4l sowie ein rechter Stereostrahlengang 4r. Nach dem Objektiv 3 weist jeder Stereostrahlengang 4 einen Parallelstrahlenabschnitt auf, und eine nachgeordnete Tubusoptik 5 (5l für den linken Stereostrahlengang 4l, 5r für den rechten Stereostrahlengang 4r) fokussiert die Strahlung auf einen entsprechenden Bildsensor 6, so daß insgesamt zwei Tubussysteme dem gemeinsamen Objektiv 3 nachgeordnet sind. Die jeweilige Tubusoptik 5l, 5r bildet mit dem ihr zugeordneten Bildsensor 6l, 6r eine Bildempfangseinrichtung, die eine ihr zugeordnete optische Achse OAl, OAr aufweist. Die Signale der Bildsensoren 6 werden auf eine entsprechende Anzeigeeinrichtung geleitet, die beispielsweise als Stereookular mit entsprechenden LCD-Displays ausgebildet sein kann.
Die optische Achse OAl, OAr wird dabei durch den jeweiligen Bildsensor 6 definiert. Die beiden optischen Achsen OAl, OAr sind gegenüber der optischen Achse OA des Objektivs 3 versetzt, und der Abstand d zwischen den optischen Achsen OAl und OAr legt den Winkel α fest, unter dem durch die jeweiligen Stereostrahlengänge 4l und 4r das Objekt 2 abgebildet wird. Zur Einstellung dieses Winkels α ist eine Verstellmechanik 7 vorgesehen, welche die Bildempfangseinrichtungen, d. h. die Einheiten aus Tubusoptik 5 und des Bildsensor 6, für den linken beziehungsweise rechten Stereostrahlengang in ihrem Abstand zueinander verstellt.
Eine analoge Verstellung bewirkt die Verstelleinrichtung 7 vorzugsweise auch an der die Stereostrahlengänge teilenden Blendeneinrichtung, soweit diese vorhanden ist. Sie ist in 2 exemplarisch dargestellt. Sie weist eine Blendenöffnung 10l für den linken Teilstrahlengang 4l sowie eine Blendenöffnung 10r für den rechten Teilstrahlengang 4r auf. Die Größen der Blendenöffnungen 10l und 10r legen zum einen den Querschnitt im Parallelstrahlengang fest, den der jeweilige Stereostrahlengang erfaßt. Sie bestimmen somit Helligkeit, Auflösung und Tiefenschärfe. Der Abstand der Flächenschwerpunkte (bei runden Blender der Kreismittelpunkte) der Blendenöffnungen 10l und 10r definiert zusammen mit der Brennweite des Objektives 3 den Stereowinkel α.
Eine Verstellung des Stereowinkels α ist durch Verstellung des Abstandes d der Blendenöffnung 10l, 10r realisiert, da eine Verschiebung des Abstandes d, den die optischen Achsen OAl, OAr zueinander haben, den Stereowinkel beeinflußt. Im Sinne eines möglichst großen Verstellbereiches für α ist deshalb, die Blende 9 verstellbar gestaltet, so daß der Abstand zwischen den Blendenöffnungen 10l, 10r variiert werden kann. Zweckmäßigerweise wird dies durch die Verstellmechanik 7 oder einen entsprechenden, eigenständigen Antrieb erreicht. Die Verschiebung der Blendenöffnungen 10l, 10r relativ zueinander ist die einfachste Art, den Stereowinkel α zu verändern, da die Tubussysteme ansonsten unverändert bleiben können. Umgekehrt ist eine Stereowinkelveränderung innerhalb gewisser Grenzen auch bei unveränderter Lage der Blendenöffnungen 10l, 10r möglich. Eine Verstellung des Abstandes zwischen den Blendenöffnungen 10l, 10r ist erst dann nötig, wenn eine Verschiebung der Tubussysteme und damit der optischen Achsen OAl, OAr eine unzulässig starke Vignettierung zur Folge hätte.
Die Blende 9 muß jedoch nicht zwingend vorhanden sein, da die Stereostrahlengänge nach dem Objektiv Tubussysteme sind, deren Eingangsöffnungen bereits die entsprechende Aufteilung der Strahlung im Parallelstrahlengang, der nach dem Objektiv 3 besteht, bewirken. Die Darstellung der 2 ist dann als Wiedergabe der Pupille des Objektivs 3 zu verstehen. Nach dem gemeinsamen Objektiv geben die freien Eingangsdurchmesser der Tubussysteme die Aperturbegrenzung vor. Zusammen mit der Brennweite des Objektives bestimmt dieser Durchmesser die mögliche Helligkeit, die Detailauflösung und die Schärfentiefe. Die Eingangsdurchmesser sind gewissermaßen die Öffnungsblenden. Ein zusätzliches konzentrisches Abblenden mittels einer Blendeneinrichtung in jedem Tubussystem verringert die Helligkeit und die Auflösung, verändert den Bildausschnitt nicht und erhöht die Schärfentiefe. Nichtkonzentrische Flächenmanipulationen mittels spezieller Blenden (Kantenblenden, dezentrierte Blenden) in dieser Ebene können auch zur Veränderung des Stereowinkels bei gesteigerter Lichtausbeute genutzt werden. Der Abstand der so entstehenden Flächenschwerpunkte definiert den Stereowinkel.
Für die Steuerung des Mikroskops 1 ist im übrigen noch ein (nicht dargestelltes) Steuergerät vorgesehen, daß zumindest mit der Verstellmechanik 7 und gegebenenfalls mit einer Verstellmechanik für die Blende 9 verbunden ist.
3 zeigt eine alternative Ausbildung des Mikroskops der 1, wobei Elemente, die in ihrer Funktion mit Elementen des Mikroskops der 1 übereinstimmen mit einem um 10 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet sind. Das Stereomikroskop 11 erfaßt das Objekt 2 nun mit zwei Stereostrahlengängen 14l, 14r, die jeweils durch eigene Objektive (13l bzw. 13r) das Objekt mittels einer Bildempfangseinrichtung aufweisend eine Tubuslinse 15 und Bildsensor 16 abbilden. Zum Einstellen des Stereowinkels α ist nun eine Verstellmechanik mit zwei Verstellantrieben 17l, 17r vorgesehen, welche die optischen Achsen OAl, OAr der beiden Stereostrahlengänge 14l, 14r gegeneinander in Richtung der Pfeile (18l bzw. 18r) verschwenken.
Natürlich kann das Prinzip zweier eigenständig Verstellantriebe für die Stereostrahlengänge auch in der Bauweise der 1 verwendet werden, so daß die dort vorgesehene Verstellmechanik 7 durch zwei Teil-Verstellmechaniken 7l, 7r ersetzt werden kann, die auf den jeweiligen linken beziehungsweise rechten Stereostrahlengang 4l, 4r wirken. Umgekehrt kann natürlich die Verschwenkung der Stereostrahlengänge 14l, 14r des Stereomikroskops 11 der 3 auch mit einer einzigen Verstellmechanik realisiert werden.
4 zeigt eine Weiterbildung des Stereomikroskops der 1, das nun um eine weitere Abbildungseinrichtung ergänzt ist, welche ortsfest zur optischen Achse OA des Okulars 3 liegt. Dadurch ist ein Monostrahlengang 4m mit einer optischen Achse OAm realisiert, durch den mittels einer entsprechenden Tubuslinse 5m ein mono-okulares Bild auf einen Bildsensor 6m abgebildet wird.
4 zeigt in durchgezogenen Linien lediglich diejenigen Elemente, die der Strahlengang der 1 ergänzt wird. Zur Verdeutlichung der gegenseitigen Lage sind in den Strahlengang der 4 gestrichelt noch die optischen Achsen und die Bildsensoren der stereoskopischen Teilstrahlengänge eingetragen. Wie bei der Grundform des Mikroskops 1 der 1 stellt auch bei der Weiterbildung der 4 die Kombination aus Tubuslinse 5m und Bildsensor 6m eine Bildempfangseinrichtung dar. Dieser zusätzliche, nicht-stereoskopische Bildkanal ermöglicht eine Objektkoordinatenkontrolle wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert. Die Strahlung für diesen Monostrahlengang wird beispielsweise an der Blende 9 durch eine entsprechende Blendenöffnung 10m realisiert, die in 2 gestrichelt eingezeichnet ist. Natürlich kann der Monostrahlengang auch realisiert werden, wenn die Blende 9 entfällt und die ganze Öffnung des Objektives 3 genutzt wird.
Alternativen zur Blendeneinrichtung 9 bzw. zur Verwendung der freien Eingangsdurchmesser der Tubussysteme für den Stereostrahlengang bzw. dem Monostrahlengang sind natürlich individuelle Blenden in den jeweiligen Strahlengängen 4l, 4r bzw. 4m. Für diese gilt das hinsichtlich der Blendeneinrichtung 9 gesagte analog und uneingeschränkt, insbesondere was die Verstellung angeht.
5 zeigt schematisch den Strahlengang eines Stereomikroskops 101, das ein Bild eines Objekts 102 aufnimmt. Zur Vereinfachung ist lediglich die Objektebene des Objektes 102 dargestellt, welche sich in einer Brennebene eines Objektivs 103 befindet. Das Objektiv 103 hat eine optische Achse OA. In Abbildungsrichtung liegt nach dem Objektiv 103 ein Parallelstrahlengang vor. Dieser wird durch ein Strahlteilerelement 120, das aus zwei teildurchlässigen Spiegelflächen 121l, 121r aufgebaut ist, in zwei Stereostrahlengänge 104l, 104r aufgeteilt, so daß nach dem Strahlteilerelement zwei Tubussysteme von Stereostrahlengängen vorliegen, der linke Stereostrahlengang 104l sowie der rechte Stereostrahlengang 104r. Die Spiegelflächen 121l, 121r können an einem geeigneten Prisma ausgebildet sein. Das Strahlteilerelement 120 teilt in einem Parallelstrahlengangabschnitt nach dem Objektiv 103 somit die Stereostrahlengänge ab. Für die beiden Stereostrahlengänge 104l, 104r sind entsprechende Tubusoptiken 105l, 105r vorgesehen, welche die Strahlung auf entsprechende Bildsensoren 106l, 106r fokussieren. Die jeweilige Tubusoptik 105l, 105r bildet mit dem je zugeordneten Bildsensor 106l, 106r eine dem gemeinsamen Objektiv 103 nachgeordnete Bildempfangseinrichtung, die eine ihr zugeordnete optische Achse OAl, OAr hat. Die Signale der Bildsensoren 106 werden auf eine entsprechende Anzeigeeinrichtung geleitet, die beispielsweise als Stereookular mit entsprechenden LCD-Displays ausgebildet sein kann.
Die optische Achse OAl, OAr wird dabei durch das jeweilige Tubussystem 106 definiert. Die beiden optischen Achsen OAl, OAr sind gegenüber der optischen Achse OA des Objektivs 103 versetzt und können ggf. auch schräg dazu liegen. Der Abstand d zwischen den zueinander parallelen optischen Achsen OAl und OAr legt zusammen mit der Objektivbrennweite den Winkel α fest, unter dem durch die jeweiligen Stereostrahlengänge 104l und 104r das Objekt 102 abgebildet wird. Zur Einstellung dieses Winkels α kann optional eine Verstellmechanik, aufweisend Teil-Mechaniken 107l und 107r, vorgesehen sein, welche die Bildempfangseinrichtungen 123l 123r der Stereokanäle, d. h. die Einheiten aus Tubusoptik 105 und Bildsensor 106 so zueinander verstellt, daß der Abstand d der zueinander parallelen optischen Achsen OAl und OAr auf ein gewünschtes Maß eingestellt ist. Diese Verstellung erfolgt z. B., indem die Bildempfangseinrichtungen parallel zum Parallelstrahlenabschnitt der Stereostrahlengänge 104l, 104r vor deren Umlenkung durch die Strahlteilereinrichtung 120 verschiebt. Auch kann in einer vereinfachten Realisierung auch die alleinige Verschiebung der Blenden 122l, 122r genügen.
Da die Spiegelflächen 121l und 121r teildurchlässig sind, läuft der Parallelstrahlengang nach dem Objektiv 102 auch durch die Strahlteilereinrichtung 120 hindurch. Er wird für einen Monostrahlengang 104m genutzt, der mittels einer nachgeordneten Tubuslinse 105m auf einen entsprechenden Mono-Bildsensor 106m fokussiert wird. Die durch die Strahlteilereinrichtung 120 nicht abgeteilten Anteile des Parallelstrahlenganges nach dem Objektiv 103 bilden also das Objekt 102 unter Ausnutzung der vollen Apertur des Objektivs 103 auf den Bildsensor 106m ab. Damit die optische Abbildung auf den Bildsensor auf dem Bildsensor 106m erfolgen kann, muß die Strahlteilereinrichtung 120 entweder als Strahlenteilerprisma ausgebildet sein, das längs der optischen Achse OAm eine konstante optische Dicke hat, oder durch zwei teildurchlässige, dünne Spiegel realisiert sein. In einer Weiterbildung können diese auch klappbar ausgestaltet sein, so daß sie in eine zweite Position stellbar sind, in der der Monostrahlengang 104m vollkommen frei ist. Die Stereostrahlengänge 104l, 104r sind abgeschaltet, wenn die Spiegel in dieser Stellung sind.
Zur Festlegung des für den Monostrahlengang 105m verwendeten Bereiches der Objektivpupille ist für den Monostrahlengang 104m eine Blende 122m vorgesehen, die den Querschnitt des Monostrahlengangs definiert. Analog sind Blenden 122l und 122r für die Stereostrahlengänge optional vorgesehen.
Eine mechanisch besonders einfache Variante zur Verstellung des Stereowinkels α verstellt alternativ nicht die Bildempfangseinrichtung 123l, 123r, sondern lediglich die Blenden 122l, 122r. Dies ist exemplarisch anhand des linken Stereokanals in den 6a–6c gezeigt. 6a zeigt den Bildsensor 102l, die Tubusoptik 105l, die Blende 122l, sowie den Querschnitt 1241 des Parallelstrahlengangs auf der Spiegelfläche 121l. Dieser Querschnitt ist zur Vereinfachung kreissymmetrisch gezeichnet, obschon sich aufgrund der gegenüber der Blende 122l bzw. der Tubuslinse 105l schrägstehenden Spiegelfläche 121l eigentlich eine Ellipse ergibt. Zur Verstellung der Stereobasis kann auch eine Verschiebung der Tubussysteme längs der optischen Achse OA des Objektives 103 verwendet werden.
Gemäß 6b führt eine Verkleinerung der Blendendurchmesser zu einem kleineren Querschnitts des Parallelstrahlenganges. Dies geht mit einer Helligkeitsabnahme und einer Auflösungseinschränkung einher. Zugleich erlaubt es aber auch eine große Verstellung des Stereowinkels durch Verschiebung der Blende derart, daß der Querschnitt entlang des Pfeils 125 wandert. Damit kann der Stereowinkel je nach Lage der Blende vergrößert oder verkleinert werden.
6c zeigt eine Verschiebung der Blende 122l oder des Tubussystems 123l derart, daß der Querschnitt des Parallelstrahlenganges nicht mehr kreisförmig, sondern der eines Kreis-Zweieckes ist. Stellt man den in 6c dargestellten Extremfall eines Halbkreises ein, können sich die Bilder beider Stereokanäle zu einem Monobild in hoher Auflösung addieren. Eine optionale, dünne Scheidewand zwischen der Strahlteilereinrichtung 120 und dem Objektiv 103 verhindert, daß Strahlung von einem Tubussystem in das andere gelangt. Alternativ kann auch die Strahlteilereinrichtung 120 nach oben geschoben werden (bezogen auf die Darstellung der 5).
Es sei noch einmal betont, daß die Verstellung des gesamten Tubussystems, d. h. der Bildempfangseinrichtung 123l bzw. 123r grundsätzlich eine Alternative zur Verstellung der Blenden 122l bzw. 122r ist. Natürlich ist auch eine Kombination dieser beiden Ansätze möglich.
Eine Veränderung der Blende 122m für den Monostrahlengang 104m erlaubt eine verstellbare Auflösung und damit auch eine Einstellung der Schärfentiefe für die mono-okulare Abbildung, was je nach Zusatznutzen, der mit der mono-okularen Abbildung erreicht werden soll, besonders vorteilhaft ist.
In 7 ist eine Ergänzung des Stereomikroskops 101 der 5 dargestellt, das um eine Beleuchtungseinrichtung 126 verfügt, die eine Auflichtbeleuchtung des Objektes 102 bewirkt. Die Darstellung der 7 ist gegenüber der Sichtweise der 5 um 90° gedreht, d. h. die Sichtweise der 7 entspricht einer Ansicht des Mikroskops der 5 von links. Die Beleuchtungseinrichtung 126 umfaßt eine Lichtquelle 127, deren Strahlung von einem Kollimator 128 gebündelt wird. Eine nachgeordnete Feldblende 129 begrenzt einen Parallelstrahlengang der Beleuchtungsstrahlung auf einen definierten Querschnitt. Ein Umlenkspiegel 120 lenkt die Beleuchtungsstrahlung in eine Richtung parallel zur optischen Achse OA des Objektivs 103 um, und eine nachgeordnete Optik 131 bildet die Blende 129 auf das Objekt 102 ab, wie die gestrichelte Darstellung des Lampensymbols verdeutlicht. Die Öffnung des Objektivs 131 bzw. eine Blende in deren Nähe beeinflußt die maximal über das Beleuchtungssystem übertragbare Lichtleistung. Für eine gleichmäßige Objektausleuchtung liegt vorzugsweise das Bild der Lichtquelle 127 konjugiert zur Öffnung des Objektivs 131 bzw. zur Blende. Wird eine verstellbare Blende verwendet, erlaubt dies eine farbtemperaturneutrale Helligkeitsregelung.
Da die optische Achse des Beleuchtungsstrahlenganges zwischen Umlenkspiegel 130 und Objektiv 103 gegenüber der optischen Achse OA des Objektivs parallel versetzt ist, fällt die Beleuchtungsstrahlung als Schrägbeleuchtung auf die Probe 102. Durch die Beleuchtungsanordnung ergibt sich in der Probe 102 ein beleuchtetes Feld 132, das dem Bild der Feldblende 129 entspricht. Die punktierten Linien geben diese Abbildung wieder.
Zur Veranschaulichung ist in 7 exemplarisch der linke Stereostrahlengang eingezeichnet. In 7 ist für den linken Stereostrahlengang 104l exemplarisch der Querschnitt 124l des Parallelstrahlenganges zu sehen, welcher (wie bereits vorher erläutert) lediglich zur Vereinfachung kreisförmig eingezeichnet ist.
Zur Verstellung des Grades der Schrägbeleuchtung ist für die Beleuchtungseinrichtung 126 eine Verstellmechanik 133 vorgesehen, die den Versatz der optischen Achse OAb im Abschnitt zwischen dem Umlenkspiegel 130 und dem Objektiv 103, und der optischen Achse OA des Objektivs 103 einzustellen erlaubt. Dies kann entweder dadurch erfolgen, daß die Beleuchtungseinrichtung 126 auf die optische Achse OA hingeschoben wird, oder indem die Feldblende 129 (optional zusammen mit der Lichtquelle 127 und dem Kollimator 128) längs der optischen Achse OA des Objektives verschoben wird.
Der Umlenkspiegel 130 deckt natürlich einen Teil des Strahlengangquerschnitts des Monostrahlenganges 104m ab. Dies ist in 8 veranschaulicht, die in eine Draufsicht auf das Objektiv 103 zeigt. Die entsprechende Umrißlinie des Objektivs 103 kann natürlich auch als dessen Pupille aufgefaßt werden. Die Querschnitte 124l, 124r der Stereostrahlengänge sind, wie 8 zeigt, dezentral zum Durchstoßpunkt der optischen Achse OA, der durch einen Stern symbolisiert ist. Der Abstand der Durchstoßpunkte der optischen Achsen OAr und OAl beträgt d und stellt den Stereowinkel ein. Der Durchstoßpunkt der optischen Achse OAb ist ebenfalls gegenüber dem Durchstoßpunkt der optischen Achse OA versetzt. Optional kann die Beleuchtung auch zentral eingekoppelt werden, d. h. OAb und OA fallen zusammen. Dies ist möglich, da die Beobachtungssysteme außeraxial liegen. Auch können mehrere Beleuchtungssysteme verwendet werden, zwischen denen umgeschaltet wird und die jeweils unter verschiedenen Winkeln beleuchten. Ihre optischen Achsen OAb liegen also beabstandet.
In einem auf dem Gebiet der Ophthalmologie liegenden Anwendungsfall werden Vorsatzlinsen vor dem Objekt (hier: Auge) verwendet, z. B. Hrubylinsen oder Augenkontaktgläser. Dann kann optional die Beleuchtung koaxial zur Beobachtung ausgestaltet sein. In diesem Fall erfolgt eine geeignete Pupillenteilung (z. B. konzentrisch) analog dem bekannten Funduskameraprinzip und/oder es werden stark dezentrierte Zusatzoptiken und/oder eine spektrale Lichtaufteilung (Fluoreszenz) und/oder polarisierte Strahlungen verwendet. Über ein flaches Kontaktglas wird eine Beleuchtungsreflexunterdrückung vorgenommen.
Der Spiegel 130 und die Optik 131 decken nur einen Teil des Querschnittes im Tubusstrahlengang des Monostrahlengangs ab. Die Beleuchtungseinrichtung 126 mindert somit die Auflösung des Monostrahlenganges, erlaubt aber zugleich eine einfache und verstellbare Auflichtbeleuchtung. Hinsichtlich der Stereostrahlengänge ist das Objektiv 103 asymmetrisch ausgenutzt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn in der Ophthalmologie Fundusreflexe genutzt werden sollen.
Anstelle des Umlenkspiegels 130 kann natürlich auch ein die Beleuchtungsstrahlung strukturierendes Element verwendet werden. Gleiches gilt für die Feldblende 129, bei der z. B. eine Punktblende zur Pupillenabdeckung oder ein DMD-Chip verwendet werden kann, insbesondere wenn der Beleuchtungsstrahlengang nochmals gefaltet wird.
9 zeigt eine besonders platzsparende Bauweise des Mikroskops 101 hinsichtlich der Stereostrahlengänge. Diese können nochmals unter Verwendung eines Faltungsspiegels 124 umgelenkt werden. 9 zeigt dabei der Einfachheit halber lediglich die Faltung des linken Stereostrahlenganges. Analoges gilt natürlich für den rechten Stereostrahlengang. Diese Bauweise ist besonders vorteilhaft, wenn das Objekt durch Drehung des Mikroskops um die optische Achse OA des Objektivs bzw. bei gleichzeitiger Drehung aller dem Objektiv nachgeordneten Elemente aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet werden soll.
Grundsätzlich kann natürlich für die Erfindung im ersten wie im zweiten Aspekt auch eine automatische Fokussierung durch Bewegung der Bildsensoren längs der optischen Einfallsachse der Abbildungsstrahlung bewirkt werden. Auch können die hier geschilderten Erfindungen gemäß dem ersten bzw. dem zweiten Aspekt auch miteinander hinsichtlich ihrer Merkmale kombiniert werden, insbesondere was die Beleuchtungseinrichtung angeht.
Für die Erfindung ganz grundsätzlich kommt auch in Frage, die Beleuchtung durch eine ringförmige Lichtquelle, welche das Objektiv umgibt, vorzunehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19722726 [0003]
- DE 3546915 C2 [0004]
- US 6525878 [0005]
- DE 10203215 A1 [0005]

Claims

Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes (2), wobei das Stereomikroskop (1) aufweist: – einen Abbildungsstrahlengang, der ein Objektiv (3) mit einer optischen Achse (OA) und dem Objektiv (3) in Abbildungsrichtung nachgeordnet einen linken und einen rechten Stereostrahlengang (4l, 4r) umfaßt, – wobei jeder Stereostrahlengang (4l, 4r) eine optische Achse (OAl, OAr) aufweist und das Objekt (2) auf eine Bildempfangseinrichtung (6l, 6r) abbildet, – wobei die optischen Achsen (OAl, OAr) der Stereostrahlengänge (4l, 4r) zumindest abschnittsweise zur optischen Achse (OA) des Objektives (3) parallel verlaufen und in diesem Abschnitt voneinander um einen Abstand (d) beabstandet sind, der einen Stereowinkel (α) der Abbildung des Objektes (2) festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß – eine Verstellmechanik (7) vorgesehen ist, welche den Abstand (d) durch Verschieben der Bildempfangseinrichtungen (6l, 6r) quer zur optischen Achse (OAl, OAr) der zugeordneten Stereostrahlengänge (4l, 4r) verstellt.
Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stereostrahlengänge (4l, 4r) jeweils eine Tubusoptik (5l, 5r) aufweisen und zwischen jeder Tubusoptik (5l, 5r) und dem Objektiv (3) ein Parallelstrahlengang verläuft.
Stereomikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv eine Austrittspupille aufweist, die Parallelstrahlengänge der Stereostrahlengänge (4l, 4r) jeweils einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als der der Austrittspupille des Objektivs (3), und die Verstellmechanik (7) die Parallelstrahlengänge innerhalb der Austrittspupille des Objektivs (3) verschiebt.
Stereomikroskop nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Veränderung der Größe des Querschnitts der Parallelstrahlengänge der Stereostrahlengänge (4l, 4r) vorgesehen ist.
Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes (2), wobei das Stereomikroskop (11) aufweist: – einen linken und einen rechten Stereostrahlengang (14l, 14r), die eine optische Achse (die optische Achse (OAl, OAr) aufweisen, – wobei jeder Stereostrahlengang (14l, 14r) eine Bildempfangseinrichtung (16l, 16r) aufweist, auf die der Stereostrahlengang (14l, 14r) das Objekt (2) abbildet, – wobei die optischen Achsen (OAl, OAr) der Stereostrahlengänge bezogen auf das Objekt (2) zueinander in einem Winkel (α) liegen, der einen Stereowinkel der Abbildung des Objektes (2) festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß – eine Verstellmechanik (17l, 17r) vorgesehen ist, welche den Winkel (α) durch Verschwenken der optischen Achsen (OAl, OAr) der Stereostrahlengänge (14l, 14r) verstellt.
Stereomikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmechanik (17l, 17r) die Bildempfangseinrichtungen gegeneinander verkippt.
Stereomikroskop nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Objektkoordinatenkontrolle zusätzlich einen Monostrahlengang (4m) umfaßt, der eine Mono-Bildempfangseinrichtung (5m, 6m) aufweist, auf die der Monostrahlengang (4m) das Objekt (2) abbildet.
Stereomikroskop nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Objektstabilisierungseinrichtung, die eine Steuereinrichtung und eine Verschiebeeinrichtung zur Verschiebung der Bildempfangseinrichtungen (6l, 6r) quer zu ihrer jeweiligen optischen Achse (OAl, OAr) umfaßt, wobei die Steuereinrichtung Objektbewegungen detektiert und die Verschiebeeinrichtung (7) zu einer die Objektbewegung kompensierenden Verschiebung der Bildempfangseinrichtungen (6l, 6r) ansteuert.
Stereomikroskop nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Betrachtungseinrichtung, z. B. ein elektronisches Stereookular, in der die von den Bildempfangseinrichtungen (6l, 6r; 16l, 16l) aufgenommenen Bilder zur Anzeige gebracht werden, wobei zusätzlich eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Betrachtungseinrichtung und der Verstellmechanik (7; 17l, 17r) verbunden ist und die Verstellmechanik (7) abhängig vom Einstellungszustand der Betrachtungseinrichtung ansteuert.
Stereomikroskop zum Abbilden eines Objektes (2), wobei das Stereomikroskop (101) aufweist: – einen Abbildungsstrahlengang, der ein Objektiv (103) und dem Objektiv (103) in Abbildungsrichtung nachgeordnet einen linken und rechten Stereostrahlengang (104l, 104r) aufweist, – wobei jeder Stereostrahlengang (104l, 104r) das Objekt (102) auf eine Bildempfangseinrichtung (105l, 105r) abbildet, – wobei zusätzlich ein Monostrahlengang (104m) vorgesehen ist, der durch das Objektiv (103) das Objekt (102) abbildet, – wobei dem Objektiv (103) in Abbildungsrichtung ein Parallelstrahlengang folgt und in diesem eine Strahlteilereinrichtung (120) angeordnet ist, welche die Stereostrahlengänge (104l, 104r) abteilt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteilereinrichtung (120) auch den Monostrahlengang (104m) von den Stereostrahlengängen (104l, 104r) trennt, wobei im Parallelstrahlengang der Querschnitt des Monostrahlenganges (104m) zumindest teilweise den der die Stereostrahlengänge (104l, 104r) überdeckt.
Stereomikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Monostrahlengang (104m) eine optische Achse (OAm) aufweist, die mit einer optischen Achse (OA) des Objektives (103) zusammenfällt.
Stereomikroskop nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteilereinrichtung (120) zwei, um unterschiedliche Ablenkachsen ablenkende, teildurchlässige Spiegel (121l, 121r) umfaßt.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteilereinrichtung (120) eine verstellbare Blendeneinrichtung (122l, 122r) vor- oder nachgeordnet ist, deren Verstellung Querschnitte und/oder Lage der Querschnitte (124l, 124r) der Stereostrahlengänge (104l, 1045) einstellt.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle (127) vorgesehen ist, die Beleuchtungsstrahlung abgibt, wobei im Monostrahlengang (104m) ein Umlenkspiegel (130) angeordnet ist, über den die Beleuchtungsstrahlung einfällt, um dann durch das Objektiv (103) das Objekt (102) zu beleuchten.
Stereomikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umlenkspiegel (130) in Beleuchtungsrichtung eine Optik (131) nachgeordnet ist, welche Beleuchtungsstrahlung auf das Objektiv (103) fokussiert.
Stereomikroskop nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsstrahlung auf das Objektiv (103) längs einer optischen Achse (OAb) einfällt, die zur optischen Achse (OA) des Objektivs (103) parallelverschoben ist.
Stereomikroskop nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beleuchtungsverstelleinrichtung (133) vorgesehen ist, welche die Lage des Umlenkspiegels (130) oder einer Einfallsachse, mit der die Beleuchtungsstrahlung auf den Umlenkspiegel (130) einfällt, verstellt, und so einen Abstand zwischen der optischen Achse (OAb), längs der die Beleuchtungsstrahlung auf das Objektiv (103) einfällt, und der optischen Achse (OA) des Objektives (130) einstellt.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstellmechanik (170l, 170r) vorgesehen ist, mit der ein Abstand (d) optischer Achsen (OAl, OAr) der Stereostrahlengänge (104l, 104r) zur Einstellung eines Stereowinkels (α) verstellbar ist.