CN106471396A - 用于产生具有立体观感的影像的光学仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生具有立体观感(10)的影像的光学仪器，所述光学仪器具有用户的第一观察通道(100)和第二观察通道(200)，所述第二观察通道与第一观察通道(100)同时存在或者能在时间上交替地提供，在所述光学仪器中在所述第一观察通道(100)中设置有具有第一穿通开口(161)的第一光圈(160)，其中，所述第一穿通开口(161)具有第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)和与第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)垂直的第一短半轴(Hk、Hka、Hkb、Hkc)，从而第一穿通开口(161)沿着第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)方向的延伸大于第一穿通开口(161)沿着第一短半轴(Hk、Hka、Hkb、Hkc)方向的延伸，在所述光学仪器中在第二观察通道(200)中设置有具有第二穿通开口(261)的第二光圈(260)，其中，所述第二穿通开口(261)具有第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')和与第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')垂直的第二短半轴(Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc')，从而穿通开口(261)沿着第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')方向的延伸大于穿通开口(261)沿着第二短半轴(Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc')方向的延伸，并且在所述光学仪器中，第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)平行于第二短半轴(Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc')延伸并且第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')平行于第一短半轴(Hk、Hka、Hkb、Hkc)延伸。

Description

用于产生具有立体观感的影像的光学仪器
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分特征的、用于产生具有立体观感的影像的光学仪器。
背景技术
用于产生具有立体观感的影像的光学仪器利用人类大脑在空间上视物的能力、即人类大脑这样将来自单个影像的信息相互结合在一起和/或这样分析来自各个单个影像的相互结合在一起的信息的能力，使得在观察者的头脑中留下三维的总体观感。
换言之，通过这样的光学仪器提供两个具有不同的光学特性例如不同的光路、不同的光偏振和/或不同的光色的观察通道，这两个观察通道将所观察的对象的、由观察者的眼睛看见的两个不同影像组成的的信息提供给观察者，这接着导致对所述对象的三维感知。在此重要的是，进行信息结合。当观察者的两只眼睛可以同时观察所述两个观察通道时(例如在立体显微镜的情况下)，由大脑进行所述信息结合。
但是，当两个观察通道不是同时，而是在不同的时间点提供、例如通过在两个观察通道之间相当快地来回切换或者通过例如利用照相机或者摄像机拍摄第一观察通道的影像和第二观察通道的影像来提供，并且接着在(特别是电子的)影像处理的路径中相互结合在一起并且在结合在一起的状态下被观察时，特别是在观察对象是静态的或者几乎静态时(该观察对象不运动或者仅缓慢运动)，也能达到同样的效果。与此相应地，当观察通道的光学特性是可变的、例如通过嵌入可变的或可替换的光圈以用于影响光路和/或嵌入可变的或可替换的滤光镜以用于影响偏振和/或光的颜色时，即使在给定的时间点处仅有一个观察通道的光学仪器中、例如在摄像显微镜或者内窥镜中时，也能实现立体效果。在这里应指出下面更详细阐述的事实，即，也可以通过适当地组合和放置偏振或者滤镜来达到光圈效果、即定义在光路中的孔径或者穿通开口，因此概念“光圈”按照本公开文本的意义也被理解为偏振或者滤镜的相应的组合。
用于产生具有立体观感的影像的可能最常见类型的光学仪器是立体显微镜。
立体显微镜构成光学显微镜的亚种，该立体显微镜的特征在于，该立体显微镜在供观察者的两只眼睛使用的观察通道中至少在部分区段上具有不同的光路，其中，Greenough型立体显微镜每个观察通道具有一个物镜并且Abbe型立体显微镜两个观察通道具有一个共同的主物镜。作为提供两个具有不同光路的观察通道的结果，观察者的大脑处理两个不同的、由观察者的眼睛感知的、通过立体显微镜所观察的对象的影像，这导致对对象的三维感知。
由于这个原因，立体显微镜应用在许多领域中，这些领域涉及处理三维视场下的对象，特别是在医学领域中并且在该领域中立体显微镜特别是用作手术显微镜。
不过，通常用于产生具有立体观感的影像的光学仪器、特别是立体显微镜的一个问题在于，只有当达到足够大的焦深时，才能实现期望的三维感知。为此需要一个小数值孔径，这除了使获得的影像变暗之外，也限制了可达到的分辨率，但降低了显微镜的成本。
与此相比，在使用具有高的光学复杂度以及因此高的成本的大数值孔径时可以获得明亮的、高分辨率的影像，但是在这些条件下可达到的焦深、亦即一个对象在其中清晰地成像的区域是小的，并且作为结果，在观察对象时3D效果消失。由于所述原因，用于产生具有立体观感的影像的、具有高分辨率的光学仪器、特别是立体显微镜几乎是不能实现的。
正如已经提到的那样，通过减小数值孔径可以增大所达到的焦深。因此，已经研制出如下立体显微镜，在该立体显微镜中，使用者可以利用可调节的、例如形式为可变光圈的光圈匹配观察通道的数值孔径，当手动匹配时，这必要时在更换使用者时停止，从而之后的使用者在次优化的条件下工作。
因此，例如在文献DE 10 2004 006 066 B4中提出，对于在其大小方面可匹配的孔径光圈预先设置一个控制单元，该控制单元根据所选择的观察参数、特别是所选择的放大率自动匹配孔径光圈开口的大小。不过，在实践中这种自动调整通常也导致观察经历不是最佳，这最终归因于显微镜的最佳调整与使用者的眼睛有关，因此虽然标准化的调整可能避免重大的错误调整但同时也与个性化的匹配相冲突。
文献DE 10 2006 036 300 B4描述了另一种用于提供期望的焦深的引人关注的方案。该文献提出，两个观察通道特别是在其数值孔径方面构造不同并且依赖大脑的能力以用于组合来自这两个不同的观察通道的信息。因此，在该文献中描述的立体显微镜具有这样的观察通道，该观察通道具有小的数值孔径、大的焦深和暗的影像，但该立体显微镜必要时具有比光学放大率名义上允许的更不理想的分辨率和具有大的数值孔径、小的焦深以及高的分辨能力的观察通道。
但是该解决方案也随之带来一系列缺点。第一，放弃了通过两个观察通道的大致相同的结构而获得的成本优势。
第二，当操作者的眼睛具有不同的特性时非对称的系统可能导致如下的情形，在该情形中，在生理学上更适合于感知高分辨率的影像的眼睛配设给具有小数值孔径的观察通道，而在生理学上几乎不适合于感知高分辨率的影像的眼睛配设给具有大数值孔径的观察通道。
第三，存在不可忽略的风险，即，在观察者的头脑中重合两个影像时，具有小数值的观察通道的明显更暗的影像受抑制。原则上，在具有大数值孔径的观察通道中能够利用中性灰滤镜抵抗这种现象，但这接着又最大程度地使更明亮的图像的优点无效。
发明内容
本发明的任务在于提供一种改进的、用于产生具有立体观感的影像的光学仪器、特别是改进的立体显微镜，利用该光学仪器可以在给定的焦深的情况下以低的价格提供改进的分辨率。
该任务利用具有权利要求1的特征的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器来解决。本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。
按照本发明的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器具有第一观察通道和第二观察通道，所述第二观察通道与所述第一观察通道(100)同时存在或者能在时间上交替地准备。这些观察通道可以如由现有技术已知的那样地构造。
在立体显微镜的情况下，这些观察通道典型地分别指向目镜、镜筒系统(该镜筒系统例如可以具有一个转向棱镜和一个或者多个其它透镜)、放大系统(利用该放大系统可以改变立体显微镜的放大率，该放大系统通常这样构造，使得作为强制条件将两个观察通道的放大率调整为相同的)和物镜，该物镜在Greenough型立体显微镜中单独地设置给每个观察通道并且在Abbe型立体显微镜中共同地设置给两个观察通道。
对于用于产生具有立体观感的影像的光学仪器的符合本发明本质的是，在第一观察通道中设置具有第一穿通开口的第一光圈，其中，第一穿通开口具有第一长半轴和与第一长半轴垂直的第一短半轴，从而第一穿通开口沿着第一长半轴方向的延伸大于第一穿通开口沿着第一短半轴方向的延伸，在第二观察通道中设置具有第二穿通开口的第二光圈，其中，第二穿通开口具有第二长半轴和与第二长半轴垂直的第二短半轴，从而穿通开口沿着第二长半轴方向的延伸大于穿通开口沿着第二短半轴方向的延伸，并且第一长半轴平行于第二短半轴地延伸并且第二长半轴平行于第一短半轴地延伸。
在两个观察通道不是同时而是连续地在其中提供的光学仪器中这能通过如下方式实现，即，在第一和第二观察通道之间的转换过程中，第一光圈与第二光圈互换，这例如可以通过将第一光圈由光路中移出并且将第二光圈移入到光路中来实现或者通过使用这样光圈来实现，该光圈的穿通开口是可变的并且在转换时利用相应的另一个观察通道匹配到光学仪器的运行模式上。
在此应当指出的是，穿通开口不是必然地如在简单的孔眼光圈的情况下那样必须具有清晰的过渡部。因此，该穿通开口也可以通过嵌入到光圈的开口中的特效滤镜(Verlaufsfilter)、例如变迹滤镜来实现，只要该特效滤镜限定具有上面提到的本发明本质上的特性的穿通开口。这种对穿通开口的限定例如可以通过特效滤镜的点的量来给定，在这些点上该特效滤镜具有在一定的阈值之上的透射度，例如大于67％。
光圈的禁止光穿透的区域的禁止作用如何获得以及在哪里获得这个问题同样是不重要的。例如可能的是，光圈或者光圈的禁止光穿透的区域通过多个偏振滤镜的配合作用实现或者通过多个滤色镜的配合作用实现。这例如可以通过如下方式达到，即，对穿过该禁止光穿透的区域的光通过第一偏振滤镜或者滤色镜施加通过该第一偏振滤镜或者滤色镜预先规定的偏振或者波长分配，该偏振或者波长分配接着在光路的其它过程中通过垂直于第一偏振滤镜的第二偏振滤镜或者通过具有用于波长的穿透区域的第二滤色镜被禁止，该穿透区域不与用于第一滤色镜的波长的穿透区域重叠。
在此，在本公开文献中，概念“长半轴”(该概念例如对于椭圆是众所周知的)如下概括地使用，即，在具有轴对称通孔的光圈中，概念“长半轴”是指通孔的两个边界点的最长连接，该连接位于通孔的镜像轴线上，而在不具有镜像对称通孔的光圈中，概念“长半轴”是指通孔的两个边界点的最长连接。显然该定义对于椭圆来说引起与应用通常的定义相同的结果。
在该公开文献的意义中，“短半轴”通过光圈的穿通开口的两个边界点的最长连接来定义，该短半轴垂直于长半轴。该定义在椭圆形穿通开口的情况下也引起与应用在椭圆中的短半轴的定义相同的结果。
用于产生具有立体观感的影像的光学仪器的按照本发明的构造形式带来如下效果，即，在所述两个观察通道中焦深对于朝向对象的不同方向是不同的，并且更确切地说，通常沿光圈的穿通开口的短半轴方向焦深大而沿光圈的穿通开口的长半轴方向焦深小。但是，因为设置在所述两个观察通道中的光圈的穿通开口的长半轴相互垂直，所以焦深沿如下方向通过第二观察通道提供，焦深在第一观察通道中不沿该方向提供。接着，两个影像在观察者的大脑中组合成一个总影像，该总影像在总观察平面中具有更大的焦深。
例如其长半轴垂直于待观察的对象延伸的椭圆光圈在第一观察通道中引起沿水平方向的经改进的焦深。与此相应地，在第二观察通道中的椭圆光圈按照本发明这样设置，使得该光圈的长半轴相对于待观察的对象水平地延伸，从而该光圈沿竖直方向产生经改进的焦深。这表明，当以水平的和竖直的大的焦深工作时，观察者的大脑由两个观察通道中的影像信息组合成的总影像基本上符合所获得的影像，但是与这种情况相比具有更小的亮度损失。当然，第一长半轴和第二长半轴不是必须强制地沿竖直和水平方向在影像平面内定向。实际上有利的是，第一长半轴和第二长半轴在观察通道中这样定向，使得代替在上面示例性地讨论的水平/竖直定向中得出的十字而获得英式十字。
有利的是，在至少一个观察通道中附加地设有一种用于改变观察通道的数值孔径的装置，因为由此可以确保，观察者可以进一步优化可达到的焦深。例如可以将附加的可调整的可变光圈用作这种用于减小数值孔径的装置。
特别有利的是，第一穿通开口和第二穿通开口完全相同，因为这样可以达到从两个观察通道中获取的单个影像的影像品质(特别是关于其影像亮度)的高相似性，这便于这些影像在大脑中的结合。
对于第一穿通开口和第二穿通开口的一种特别有利的形状是椭圆形，因为这种造型对于大多的应用情况来说带来最佳影像特性。但是也可能的是，与椭圆形状不同，这特别是可以带来在亮度上的益处，但是特别是在具有带有很多角的穿通开口的光圈中可能导致由处于清晰区域之外的不期望的加亮图像，所述加亮在实际中特别是在手术显微镜中经常出现。由此，这种解决方案是一种折中方案，在该折中方案中亮度虽然可以优化，但是仅在图像质量成本方面。
当第一长半轴的长度和第二长半轴的长度分别等于在物镜和镜筒系统之间并行的光路中限定孔径的透镜、例如伽利略放大变换器的聚光透镜的自由的透镜直径时，明显有助于优化所获得的影像的亮度。在此，已证明为特别有利的是，在实验中第一长半轴与第一短半轴的比例和/或第二长半轴与第二短半轴的比例为2:1。
已经有利地证实以立体显微镜形式的、按照本发明的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器。因此，特别优选的是，所述光学仪器是具有用于使用者的其中一只眼睛的第一观察通道和用于使用者的第二只眼睛的第二观察通道的立体显微镜。
对于立体显微镜配设有可变的放大率的可能性，即，立体显微镜在第一观察通道中具有用于通过改变在变焦镜头中存在的光学元件的位置来改变立体显微镜的放大率的第一变焦镜头作为放大变换器，并且在第二观察通道中具有用于通过改变在变焦镜头中存在的光学元件的位置来改变立体显微镜的放大率的第二变焦镜头作为放大变换器。在此，所述两个变焦镜头特别是这样构造，使得在这两个变焦镜头上总是调整到相同的放大率。这种放大变化的优点是，由此能够进行放大的连续的变化。
刚才描述的实施形式的有利的扩展方案在于，在第一观察通道中和在第二观察通道中分别存在另外的光圈，其中，该另外的光圈的穿通开口相应地与第一光圈的穿通开口完全相同和/或与第二光圈的穿通开口完全相同，其中，所述另外的光圈相应地围绕垂直于其穿通开口的、设置在光圈的中心的中垂线可转动地支承，从而在第一光圈的穿通开口的长半轴和设置在第一观察通道中的所属另外的光圈的穿通开口的长半轴之间的角度以及在第二光圈的穿通开口的长半轴和设置在第二观察通道中的所述另外的光圈的穿通开口的长半轴之间的角度能与所设定的放大率相关地变化。
在此，这种可变性应该这样设计，使得在放大率最大时设置在第一观察通道中的另外的光圈的穿通开口的长半轴平行于第一光圈的穿通开口的长半轴延伸并且设置在第二观察通道中的另外的光圈的穿通开口的长半轴平行于第二光圈的穿通开口的长半轴延伸，而在放大率最小时设置在第一观察通道中的另外的光圈的穿通开口的长半轴垂直于第一光圈的穿通开口的长半轴延伸并且设置在第二观察通道中的另外的光圈的穿通开口的长半轴垂直于第二光圈的穿通开口的长半轴延伸并且在相应的长半轴之间的角度的两个值在最大放大率时0°和最小放大率时90°之间变化。
这种运动实际上能根据变焦镜头所选择的放大率(例如通过经由轴和/或变速器的机械操控或者通过电子操控)实现，在所述操控中，借助于马达操控所述另外的光圈或两个光圈的对应于所给定的放大率的位置。
备选于此地，可以通过如下方式实现放大率的非连续的、离散的改变，即，立体显微镜具有放大变换器，该放大变换器构造成可转动的圆筒，该圆筒具有成对地并且为了转换设置的带有聚光透镜和发射透镜的伽利略望远镜，从而可以通过转动圆筒相应地使另一对伽利略望远镜旋入到第一和第二观察通道中。因为伽利略望远镜的所述至少一个散光透镜和至少一个聚光透镜设置用于在圆筒上转换，所以当聚光透镜面向物镜时，伽利略望远镜增大放大率并且当聚光透镜相对于该位置转动180°、亦即翻转地进行时，伽利略望远镜使影像变小。
在这种类型的放大变换器中有利的是，在成对设置的伽利略望远镜的聚光透镜上设置有另外的光圈，这些另外的光圈的穿通开口相应地与第一光圈的穿通开口完全相同和/或与第二光圈的穿通开口完全相同。
所述另外的光圈的布置结构的有利的变形方案规定，在圆筒的一个位置中，在该位置中，相应地引入到立体显微镜的光路中的经调节的成对的伽利略望远镜放大(亦即使得立体显微镜的聚光透镜面向该立体显微镜的物镜的位置)，设置在第一观察通道中的另外的光圈的穿通开口的长半轴平行于第一光圈的穿通开口的长半轴延伸并且设置在第二观察通道中的另外的光圈的穿通开口的长半轴平行于第二光圈的穿通开口的长半轴延伸。
这随之引起，在调整到最大放大率的位置中，系统的有效的数值孔径也最大，从而利用该放大率可获得的分辨率尽可能大。
与此相反地，在伽利略望远镜缩小的位置中、亦即在圆筒与在相应的观察通道中放大的位置相比转动了180°的位置中，另外的光圈的穿通开口的长半轴位于与第一或者第二穿通开口成90°角的位置，这导致，孔径最小并且因此用于小放大率的焦深最大。
附图说明
下面借助附图更详细地阐述本发明，这些附图示出本发明的构造成立体显微镜的实施例。在附图中：
图1a示出本发明的第一实施例的示意性结构；
图1b示出本发明的第二实施例的示意性结构；
图1c示出本发明的第三实施例的示意性结构；
图2示出光圈的穿通开口的构造形式的第一示例；
图3示出光圈的穿通开口的构造形式的第二示例；
图4示出光圈的穿通开口的构造形式的第三示例；
图5示出两个带有相互垂直延伸的长半轴的椭圆形光圈的沿着光的传播方向观察的第一布置结构；
图6示出两个带有相互垂直延伸的长半轴的椭圆形光圈的沿着光的传播方向观察的第二布置结构；
图7示出由外部观察的、构造成带有成对设置的并且设置用于转换的伽利略望远镜的圆筒的放大变换器；
图8示出图7的放大变换器的剖视图，该剖视图允许对放大变换器的内部结构的观察；
图9示出在立体显微镜的观察通道中的光圈的从在图7中示出的布置结构中得出的位置；
图10a示出光圈在立体显微镜的观察通道中由变焦镜头的中等放大级得出的第一位置；以及
图10b示出光圈在立体显微镜的观察通道中由变焦镜头的比在图10a中的放大级更大的放大级得出的第二位置。
具体实施方式
在附图中，只要没有另作说明，则对于相同构建的构件或者相同的组件相应地使用相同的附图标记。
如果在附图中描述光路，则附图仅示出事实情况并且不必相应于实际的光路，而是必要时不同于实际的光路示出，以便能够清楚但不超量或者过度复杂地阐述所述原理。
图1a借助Abbe型立体显微镜10的示例示意性地示出本发明的实施例的构造和穿过所述显微镜的光路。在此，光学结构元件仅示意性地作为透镜示出，但是也可以是更复杂的、必要时也在空间上相互分隔开的光学组件。为了光路的显示的完整性，在图1中也将观察者的眼睛101、201作为光学元件示出，这些眼睛当然不是显微镜的组成部分。
立体显微镜10具有第一观察通道100和第二观察通道200。在第一观察通道100中设置有目镜110、带有棱镜121和镜筒透镜122的示例性的镜筒系统120、以及放大变换器130。
在图1a的视图中放大变换器130示例性地构造成圆筒，该圆筒带有能转换(aufUmschlag)运行的伽利略望远镜，该伽利略望远镜众所周知按照原则是由一个“-”透镜和一个“+”透镜组成的组件。这示意性地通过两个透镜131、132示出，其中一个透镜是散光的、亦即“-”透镜而另一个透镜是聚光的、亦即“+”透镜，这两个透镜设置在第一观察通道100的光路中，并且可通过绕着转动轴137的转动从所述光路中旋出来，其中，另一个在图1a中不能看到的伽利略望远镜旋入到所述光路中。构造成圆筒的放大变换器130的关于结构的其它细节将借助附图7和8在下面进一步描述。
第二观察通道200类似地构建并且具有目镜210、带有棱镜221和镜筒透镜222的示例性的镜筒系统220、以及构造成圆筒的放大变换器230，如同在第一观察通道中那样示意性地示出设置在圆筒中的伽利略望远镜的两个透镜231、232和转动轴237。来自对象平面150的光点在立体角度α的情况下通过一个共同的物镜140导入到第一观察通道100和第二观察通道200中并且在观察者的眼睛中产生两个略微不同的影像，这两个影像由观察者的大脑加工成一个具有三维观感的影像。
至此描述的示意性结构相应于Abbe型立体显微镜的常见结构，如该结构由现有技术已知并且存在于例如市场上的Zeiss公司、Leica公司、Atmos公司以及其它制造商所生产的立体显微镜的多种具体的构造方案中。未示出的、按照Greenough的结构仅通过如下方式有所区别，即，在那里代替共同的物镜140，为两个观察通道100、200中的每个观察通道配设一个物镜并且光学系统的轴这样相对倾斜，使得两只眼睛看到在焦平面内的相同的对象。
按照本发明的立体显微镜10除了这些常见的构件之外在第一观察通道100中还具有第一光圈160并且在第二观察通道200中还具有第二光圈260，所述光圈示例性地设置在镜筒系统120或220与放大变换器130或230之间，但是也可以放置在物镜和镜筒透镜之间的并行的光路中的其它位置处。
在此，光圈160/260的在图1a中不可见的穿通开口这样构造，使得第一/第二光圈160/260的第一/第二穿通开口具有第一/第二长半轴、和与第一/第二长半轴垂直的第一/第二短半轴，从而第一/第二穿通开口向第一/第二长半轴的延伸大于第一/第二穿通开口向第一/第二短半轴的延伸。通过这种方式创造出各向异性的孔径，该孔径导致与方向相关的焦深。
此外，光圈160、260相对于彼此的定向满足下述条件，即，第一长半轴平行于第二短半轴延伸并且第二长半轴平行于第一短半轴延伸。通过这种方式确保，在两个观察通道100、200中经改进的、沿着相应的长半轴方向的焦深沿垂直于彼此的方向，从而大脑可以在总影像平面内将眼睛101、201的信息组合成一个具有大焦深的总影像。
图2至4示出光圈的示例，这些光圈的穿通开口可以满足光圈160或260的条件并且因而可以用作光圈160或260。
另一个可选择的构件(该构件可以与本发明的实施例相关联地利用构造成圆筒的放大变换器发挥有利的作用)是在图1a中示出的另外的光圈311、314，这些光圈在下面在讨论图7和8时还将进一步更详细地讨论。
按照图1b的立体显微镜的实施例仅在放大变换器130的具体构造方案方面不同于按照图1a的实施例，该放大变换器在图1b中(同样仅示意性地示出)构造为成对的变焦镜头(Pankratisches Zoom)，在该放大变换器中操控装置138在光学轴线上机械地或者通过电子操控一个或者多个未示出的驱动装置移动在第一观察通道100中的透镜138b、138c在透镜138a、138d之间的位置或者在第二观察通道200中的透镜238b、238c在透镜238a、238d之间的位置并且由此改变放大率。不言而喻地，透镜的种类和数量是可变的，特别是更多个透镜也可以构造成可移动的。
在带有按照图1b的变焦镜头的实施例中也可以在观察通道100、200中设置另外的光圈320，其中该另外的光圈和/或光圈160、260在相应的观察通道100、200中的定向、亦即光圈的通孔的主轴指向的方向同样可以被操控装置138影响。这个措施的作用将在下面借助附图10a和10b进一步更详细地阐述。
按照图1c的立体显微镜10的实施例示出如按照图1b的实施例的一个系统，在该系统中放大变换器130构造成(再次仅示意性地示出的)成对的变焦镜头，在该实施例中操控装置138在光学轴线上机械地或者通过电子操控一个或者多个未示出的驱动装置移动在第一观察通道100中的透镜138b、138c在透镜138a、138d之间的位置或者在第二观察通道200中的透镜238b、238c在透镜238a、238d之间的位置并且由此改变放大率。不言而喻地，透镜的种类和数量是可变的，特别是更多个透镜也可以构造成可移动的。
图1b和图1c的实施形式的区别在于，可以如何影响观察通道的数值孔径。在图1b的实施形式中孔径通过两个光圈相对于彼此旋转而改变，而在图1c中可调节的可变光圈170、270设置在第一或者第二观察通道100、200中。在所示出的示例中所述可变光圈由操控装置138一同控制，从而可调节的可变光圈170、270的透光值与相应地利用变焦镜头调整的放大率相匹配。但是可调节的可变光圈170、270也能够设计成可由使用者单独地调节。
明确指出的是，在图1a和1b的实施形式中在第一或者第二观察通道100、200中设置可变光圈170、270作为附加的光学结构元件也是可能的。
在图2中示出具有椭圆形穿通开口161a的光圈160a，该穿通开口具有长半轴Hga和短半轴Hka，其中，相应地以虚线示出的半轴Hga、Hka在这里直接由椭圆的半轴的通常的定义得出。在该示例中Hga:Hka为2:1。在图2中通过圆环给出孔径限定的透镜的敞开的透镜直径d，该孔径限定的透镜通常是放大变换器的聚光透镜。因此得到，长半轴Hga的长度在这里等于敞开的透镜直径d。
在图3中示出的光圈160b具有穿通开口161b，该穿通开口的形状相应于带有两个对置的、具有相同角范围的圆环段的中心圆。所述形状具有两个镜像轴线s1和s2，其中，镜像轴线s1比镜像轴线s2长并且因此与长半轴Hgb重合。那么，短半轴Hkb对应于垂直于该长半轴延伸的最长的直线。穿通开口的该形状使图像可达到的亮度最大化，但由于其尖锐的凹口，该形状同时产生令人感觉不美观的加亮图像，该加亮图像位于对焦区域之外。这特别是在OP显微镜的情况下是一种干扰效应，当不能达到足够的亮度时，该干扰效应可以且必须被容忍。
在图4中示出的光圈160c具有穿通开口161c，该穿通开口的形状相应于带有两个对置的部分圆环的中心圆，该部分圆环具有彼此平行、即相对于图3的实施例非径向延伸的裁切线。所述形状具有两个镜像轴线s1和s2，其中，镜像轴线s1比镜像轴线s2长并且因此与长半轴Hgc重合。短半轴Hkc对应于垂直于该长半轴延伸的最长的直线并且与镜像轴线s2重合。光圈160c虽然达不到光圈160b的亮度但是也可以达到与光圈160a的亮度相比提高的亮度并且减小“尖锐度”并且因而减少相比于光圈160b可察觉到的不美观的加亮图像的产生。
下面将与图7的论述相关联地进一步更详细地探讨其它效果，这些效果是穿通开口161a-c的形状的改变而随之带来的。
图5示例性地示出，第一光圈160和第二光圈260如何设置在立体显微镜的光程中(更确切的说，从使用者或者镜筒系统的侧面观察)。正如借助图2所描述的那样，光圈160、260分别这样构造，即分别具有带有长半轴Hga、Hga'以及垂直于长半轴延伸的短半轴Hka、Hka'的椭圆形穿通开口161a、261a并且特别是所述光圈完全相同。在此，第一长半轴、即穿通开口161a的半轴Hga平行于第二短半轴、即第二穿通开口261a的半轴Hka'地延伸，并且第二长半轴、即穿通开口261a的半轴Hga'平行于第一短半轴、即第一穿通开口161a的半轴Hka地延伸。
通过这种方式确保，在两个观察通道100、200中经改进的沿着短半轴方向的焦深沿相互垂直的方向提供，从而大脑可以将眼睛101、201的信息在一个总影像平面内组合成一个具有大焦深的总影像。
图6仅在光圈160、260的定向方面与图5有区别。在图5中，光圈160、260的定向允许半轴沿水平和垂直方向延伸，形成光圈160、260的穿通开口161、261，而在图6中，形成V的边。利用这种优选的布置结构可以获得的效果特别是在观察图7和9时得出。
图7和8示出以图1a中粗略示出的构造形式的放大变换器的结构(该放大变换器构造成可转动的、带有成对设置的可转换地运行的伽利略望远镜的圆筒300)，即放大变换器130的可能的结构。
在此，图7示出了形式为可转动的圆筒300的放大变换器的外观，该圆筒的左半部代表在图1a中的放大变换器130并且该圆筒的右半部代表放大变换器230。
如特别良好地在垂直于圆筒的转动轴线的平面(成对的伽利略望远镜处于该平面内)的剖视图中按照图8可看出的那样，圆筒300的、截面所处的并且构成第一观察通道100的放大变换器130的半部包含两个聚光透镜301、302和两个散光透镜304、305，这些聚光透镜和散光透镜这样设置在圆筒300的、具有包括用于相应的透镜的通孔的圆柱形外壳形状的边缘中，使得各聚光透镜301、302和与这些聚光透镜对置的散光透镜304、305能共同置于立体显微镜10的光路中。因此，聚光透镜301和散光透镜304以及聚光透镜302和散光透镜305相应地形成伽利略望远镜，其中，由透镜对的特性确定相应的伽利略望远镜的放大率。
通过如下方式实现具有放大率1的第三伽利略望远镜，即，在圆筒300中设置两个相互对置的开口303、306。
此外可看到，这些伽利略望远镜可转换地运行，这意味着，这些伽利略望远镜可相应地沿两个方向运行，亦即以相应的聚光透镜301、302邻近于在图7和8中未示出的物镜140，这导致立体显微镜10的总放大率升高，并且以相应的散光透镜304、305邻近于在图7和8中未示出的物镜，这导致立体显微镜10的总放大率降低。由开口303、306构成的伽利略望远镜也能转换地运行，但总是具有放大率1。因此在这里总体上涉及五重放大变换器，利用该放大变换器可以设定五个放大率。
如在图8中特别良好可见的，在此，在聚光透镜301、302或者开口303上分别安装有另外的光圈311、312、313，这些光圈相应地具有与在图7中可见的第一光圈160和第二光圈260的穿通开口完全相同的穿通开口，该穿通开口相应地构造成椭圆形并且相应地具有长半轴Hga和短半轴Hka。
圆筒300的在图8中不可见的、构成第二观察通道的放大变换器230的第二半部除了在图7中示出的设置在那里的另外的光圈314、315、316的定向之外都是相同构建的。
在图7的视图中，被所述另外的光圈311、312、313、314、315、316遮盖的聚光透镜或者伽利略望远镜开口面向第一光圈160或者第二光圈260并且因而配属的散光透镜面向未在那里示出的物镜140。运行的伽利略望远镜因此处于立体显微镜10的放大率降低的位置。所述另外的光圈311至316的定向这样选择，使得所述穿通开口在伽利略望远镜的示出的、缩小的位置中相对于在相对应的观察通道中配属的光圈160或260的穿通开口转动90°并且因而第一/第二光圈和所述另外的光圈的穿通开口的相应的半轴Hga、Hka垂直于彼此地处于圆筒300上。
该措施的效果在图9中阐述，在该图中光圈160和312以及260和315彼此叠加地示出：在低放大率时立体显微镜10的孔径通过在图9中交叉划影线的区域给出并且因此小于光圈160的穿通开口。这是有利的，因为只有在孔径足够小时设定的放大率才使显微镜的焦深也相应地改进。由于本来就低的放大率，较小的孔径对已达到的仍然可见的分辨率没有不利的影响。
正如借助图7容易想象的，圆筒300转动180°(该转动把伽利略望远镜引到其升高了立体显微镜10的总放大率的位置中)导致，所述另外的光圈311至316的处于光路中的光圈现在这样定向，使得该光圈的穿通开口与第一光圈160或者第二光圈260的穿通开口完全一样地定向。那么因此，相应地整个椭圆是有效的，这(正如所提到的那样)对于沿着长半轴方向的分辨率是有利的。
由此这种布置结构实现，立体显微镜10的使用者通过调整放大变换器130、230利用选择放大率自动地调整在第一观察通道100和第二观察通道200中的孔径。
如果选择在图3或者图4中示出的光圈来代替在图2中示出的具有椭圆形穿通开口的光圈，则产生相同效果，但具有如下区别，即，在缩小地调整在放大变换器中的伽利略望远镜时有效的孔径是圆形的，这在这种情况下有利地影响影像品质，但是在放大地调整在放大变换器中的伽利略望远镜时以较差的影像品质来“偿还”。
正如借助图10a和10b对于第一观察通道100所阐明的那样，当在观察通道中除了第一光圈160之外还这样可运动地设置有具有与第一光圈160的穿通开口161完全相同的穿通开口321的另外的光圈320，使得在放大率调整为最小时光圈160和320的相应的半轴Hga和Hka相互垂直并且在放大率调整为最大时光圈160和320的相应的半轴Hga和Hka彼此平行地延伸时，即使在变焦镜头时也可以达到同样的自动的调整效果。如示出两个中间的位置的图10a和10b所能看到的那样，系统的孔径随着放大率增大而自动变大，而该孔径在放大率减小时减小并且因而在最先提到的情况下改进了可达到的分辨率并且在后提到的情况下提高了焦深并且因而提高了空间的图像。
附图标记列表
10 立体显微镜
100 第一观察通道
101、201 观察者的眼睛
110、210 目镜
120、220 镜筒系统
121、221 棱镜
122、222 镜筒透镜
130、230 放大变换器
131、132、231、232 透镜
137、237 转动轴线
138 操控装置
138a至d 透镜
140 共同的物镜
150 对象平面
160、160a、160b、160c 光圈
161、161a、161b、161c 穿通开口
170、270 可调整的可变光圈
200 第二观察通道
238a至d 透镜
260 第二光圈
261、261a 穿通开口
300 圆筒
301、302 聚光透镜
304、305 散光透镜
303、306 开口
311、312、313、314、
315、316、320、321 另外的光圈
α 立体角度
β 角度
Hg、Hga、Hgb、Hgc 长半轴
Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc' 长半轴
Hk、Hka、Hkb、Hkc 短半轴
Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc' 短半轴
s1、s2 镜像轴线

Claims (10)

1.用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，所述光学仪器具有第一观察通道(100)和第二观察通道(200)，所述第二观察通道与第一观察通道(100)同时存在或者能与第一观察通道在时间上交替地提供，
其特征在于，在所述第一观察通道(100)中设置有具有第一穿通开口(161)的第一光圈(160)，其中，所述第一穿通开口(161)具有第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)和与第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)垂直的第一短半轴(Hk、Hka、Hkb、Hkc)，从而第一穿通开口(161)沿着第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)方向的延伸大于第一穿通开口(161)沿着第一短半轴(Hk、Hka、Hkb、Hkc)方向的延伸，
在所述第二观察通道(200)中设置有具有第二穿通开口(261)的第二光圈(260)，其中，所述第二穿通开口(261)具有第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')和与第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')垂直的第二短半轴(Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc')，从而所述穿通开口(261)沿着第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')方向的延伸大于所述穿通开口(261)沿着第二短半轴(Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc')方向的延伸，并且
所述第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)平行于第二短半轴(Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc')延伸，并且第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')平行于第一短半轴(Hk、Hka、Hkb、Hkc)延伸。
2.根据权利要求1所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，所述第一穿通开口(161)与第二穿通开口(261)完全相同。
3.根据权利要求1或2所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，所述第一穿通开口(161)和第二穿通开口(261)分别具有椭圆形状。
4.根据权利要求1至3之一所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，所述第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)的长度和第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')的长度分别相应于自由的透镜直径(d)。
5.根据权利要求1至4之一所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，所述第一长半轴(Hg、Hga、Hgb、Hgc)与第一短半轴(Hk、Hka、Hkb、Hkc)的比例和/或第二长半轴(Hg'、Hga'、Hgb'、Hgc')与第二短半轴(Hk'、Hka'、Hkb'、Hkc')的比例为2:1。
6.根据上述权利要求之一所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，所述光学仪器是立体显微镜(10)，所述立体显微镜具有用于用户的其中一只眼睛(101)的第一观察通道(100)和用于用户的另一只眼睛(201)的第二观察通道(200)。
7.根据权利要求6所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，所述光学仪器在第一观察通道(100)中具有第一变焦镜头作为放大变换器(130)以用于通过改变存在于变焦镜头中的光学元件的位置来改变光学仪器的放大率，并且所述光学仪器在第二观察通道(200)中具有第二变焦镜头作为放大变换器(230)以用于通过改变存在于变焦镜头中的光学元件的位置来改变光学仪器(10)的放大率。
8.根据权利要求6或7所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，在第一观察通道(100)和第二观察通道(200)中分别存在另外的光圈(320)，其中，所述另外的光圈的穿通开口相应地与第一光圈(160)的穿通开口(161)完全相同和/或与第二光圈(260)的穿通开口(261)完全相同，
其中，所述另外的光圈(320)相应地围绕垂直于其穿通开口(321)的、设置在所述光圈(320)的中心的中垂线可转动地支承，
从而在第一光圈(160)的穿通开口(161)的长半轴(Hg)和设置在第一观察通道(100)中的所述另外的光圈(321)的穿通开口(321)的长半轴(Hg')之间的角度(β)与在第二光圈(260)的穿通开口(261)的长半轴和设置在第二观察通道(200)中的所述另外的光圈的穿通开口的长半轴之间的角度能与所设定的放大率相关地变化，
更确切地说这样变化，使得在放大率最大时设置在第一观察通道(100)中的所述另外的光圈(320)的穿通开口(321)的长半轴(Hg')平行于第一光圈(160)的穿通开口(161)的长半轴(Hg)延伸并且设置在第二观察通道(200)中的所述另外的光圈的穿通开口的长半轴平行于第二光圈(260)的穿通开口(261)的长半轴延伸，而在放大率最小时设置在第一观察通道(100)中的所述另外的光圈(320)的穿通开口(321)的长半轴(Hg')垂直于第一光圈(160)的穿通开口(161)的长半轴(Hg)延伸并且设置在第二观察通道(200)中的所述另外的光圈的穿通开口的长半轴垂直于第二光圈(260)的穿通开口(261)的长半轴延伸。
9.根据权利要求6所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，所述光学仪器具有放大变换器，所述放大变换器构造成可转动的圆筒(300)，所述圆筒具有成对地并且为了转换而设置的带有聚光透镜(301、302)和散光透镜(304、305)的伽利略望远镜，从而能够通过转动圆筒(300)相应地使另一对伽利略望远镜旋入到第一观察通道(100)和第二观察通道(200)中。
10.根据权利要求9所述的用于产生具有立体观感的影像的光学仪器，
其特征在于，在成对设置的伽利略望远镜的聚光透镜(301、302)和/或开口(303、306)上设置有另外的光圈(311、312、313、314、315、316)，并且在圆筒(300)的使得相应地引入到光学仪器(10)的光路中的经调节的成对的伽利略望远镜放大的位置中，设置在第一观察通道(100)中的所述另外的光圈(311、312、313)的穿通开口的长半轴平行于第一光圈(160)的穿通开口(161)的长半轴延伸并且设置在第二观察通道(200)中的所述另外的光圈(314、315、316)的穿通开口的长半轴平行于第二光圈(260)的穿通开口(261)的长半轴延伸。
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