CN1975504A - 立体显微镜 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种望远镜类型的立体显微镜(60)，其包括第一光束路径(60R)以及第二光束路径(60L)，其中在第一光束路径(60R)中提供第一望远镜系统(3R)，在第二光束路径(60L)中提供第二望远镜系统(3L)，其中两个望远镜系统(3R、3L)的放大倍率相等并可彼此同步改变，且其中共用主物镜(2)经分配给两条光束路径(60R、60L)。为增加分辨率且不损失景深，提议第一望远镜系统(3R)的至少一个光学元件(31R、35R)与第二望远镜系统(3L)的至少一个对应的光学元件(31L、35L)相比具有不同的光学有效直径。

Description

立体显微镜
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的立体显微镜。立体显微镜可根据Greenough而设计为在任一情况下每个立体通道都具有一个物镜，或设计为两个立体通道共用主物镜的望远镜类型。立体显微镜可拆卸地连接到调焦臂或并入其中。
背景技术
立体显微镜用以在目视观测下操作物体，和/或使细微的物体细节可见。物体操作优选在低放大倍率下进行，且需要良好的3D再现。对于细节识别，需要在不改变仪器的情况下快速切换到具有高分辨率的高放大倍率。
立体显微镜提供物体在不同观测角的两个视图，观察者将其感知为物体的三维图像。如果两个观测方向之间的角度非常大，那么物体会显得在空间上扭曲。
望远镜类型的立体显微镜的许多描述出现在文献中，还可参看1998年国际光学设计会议SPIE会议论录第3482卷第690至697页(1998年)中K-P.Zimmer的“Optical Designs for Stereomicroscopes”。美国专利第6,816,321号揭示一种用于高性能立体显微镜的远焦变焦系统，其中可实现大于15的变焦比z(最大与最小变焦放大倍率的比值)。
具有此种设计的立体显微镜在模块上除了可选的螺栓之外还包括：主物镜，其将物体成像在无限远处；两个下游的平行望远镜，用于改变放大倍率；和两个观测单元(双目镜筒)，其包括镜筒透镜、倒像系统和用于双眼目视观测的目镜。望远镜可设计成Galilean望远镜以用于逐步的放大倍率选择，或设计为远焦变焦系统以用于连续的放大倍率选择。根据现有技术，两个相同的望远镜对称配置到装置的对称平面，其中所述对称平面将物体对称地划分为右半边和左半边。望远镜轴线之间之距离称为立体基准。此显微镜的数值孔径由望远镜或小望远镜的入瞳的半径除以主物镜的焦距而给定。
因此，此类型的显微镜的数值孔径在现有技术中是受限的。为增加数值孔径，已知扩大望远镜的入瞳直径，由于彼此相邻的两个望远镜的配置，其导致立体基准的扩大且因此导致设备尺寸较大的缺陷；或者缩短主物镜的焦距，从而不利地减小工作距离和过度增加主物镜所需的功率。在两种情况下，观察方向之间的角度都被扩大，从而导致或增加空间失真。
US-5,603,687揭示一种立体光学内窥镜，其中具有不同直径入瞳的两个物镜系统彼此平行相邻配置。两个物镜经由光导管或光纤维在传感器表面上产生物体的图像。图像数据在数字处理之后从这些(例如)CCD传感器传输到监视器，也就是说其可用(例如)立体监视器在空间上感知。据称，尽管所述两个内窥镜通道的直径发生变化，观察者仍可感知具有分辨率和亮度的立体图像，因为它们是由较大直径的通道形成的。较小直径的第二通道主要用以形成立体视觉或效果。
在上述设计的望远镜类型的立体显微镜的情况下的条件在原理上不同于根据US 5,603,687的内窥镜的情况。首先，通常(至少同样)直接用眼睛观察物体，而不需要先前的数字处理。如果经由连接的相机将另外产生记录，那么将可使用这种数字处理。所提到的美国文件中不能清楚了解，在所揭示的实施例的情况下如何直接视觉观察物体。另外，传感器表面上的投影(固定焦距)限制了显示的景深，因为眼睛的协调能力不起作用。
内窥镜的放大倍率取决于物距。在高放大倍率下，物距通常最小。此情况下，彼此相邻配置的两个物镜的视野的重叠范围最小。因此在此情况下，仅在重叠范围中可能的立体景象减少。然而在低放大倍率下重叠较大，但数值孔径较小，这导致较高的景深。由此可见，3D物体的图像清晰度或质量仅随着到达聚焦平面的距离而缓慢降低。这种环境有利于将两个视野合并为空间图像，尤其在物深小于景深时。
所述类型的立体显微镜的主要组件是两个立体通道中的望远镜系统(不连续放大转换器或连续变焦)。望远镜系统在内窥镜中是不常用的。因此在所提到的美国文件中，没有讨论显示标度或再现标度的变化。
对于立体观看，景深比较重要。与上述立体内窥镜相反，望远镜类型的高功率立体显微镜有利地使用眼睛的协调能力。在不需要改变设备聚焦的情况下可使放大倍率发生变化。在整个放大倍率范围中右外野与左外野之间的物体夹中不存在差异。立体显微镜的数值孔径且因此其分辨率适合放大倍率，并防止空放大。在高放大倍率下，景深很小，在许多情况下小于这些配置中的物深。因此，3D物体的图像质量随着到达聚焦面的距离而显著降低。因此，如果归因于不同孔径而引起的立体通道产生不同分辨率和景深的图像，那么就不能假定在通常较低放大倍率和较高景深下用立体内窥镜观察到的视野合并为空间图像可转移为用高功率显微镜尤其在高放大倍率下而存在的条件。
另一个不能忽略的标准是图像亮度，其不同于所提到的美国文件的情况，这是因为内窥镜通道的不同的入瞳直径。这里，图像的数字处理具有的优点是两个场在对应校正之后可以同等亮度显示。这种校正在直接视觉观察的情况下是不可能的，如同立体显微镜的情况。
另外，如果立体通道中一者的较高功率不能由具有不同视力的用户使用，如果具有较高功率的立体通道分配给视力较低的眼睛，那么具有上述配置是有害的。
US-3,655,259揭示一种身体显微镜，其可用作内窥镜。此显微镜已由Greenough型发展为立体显微镜。两个立体通道彼此成给定开角配置，且在每种情况中都具有其自身的物镜，所述透镜在这里设计为小型透镜、棒形透镜或为玻璃纤维的最终部分。这个文件中的这种身体显微镜的潜在问题是由于以下事实：在使用两个物镜时，其不能任意彼此靠近而放置，因为是选择透镜组合作为物镜，且由于逐渐增加的球面像差而不可能使用单个物镜，尤其是在需要高放大倍率时。因此，所提到的文件的目标是找出一种允许高放大倍率下最小内窥镜直径的配置。
US-4,862,873揭示另一种立体内窥镜，其包括两个彼此平行配置的通道，其中一个通道用于照明，而另一个用于观察。为产生立体图像效果，两个通道由电动棱镜(例如)每秒切换30次。
发明内容
本发明是基于例如德国专利DE 102 25 192 B4中揭示的一种配置。其中所保护的标的物是一种用于望远镜类型立体显微镜的物镜以及相应的立体显微镜。关于设计、功能模式以及放大倍率、分辨能力和晕影的相互关系，明确参考提到的专利说明书。
本发明的目标是提供一种与常规设计的立体显微镜相比具有改进的细节识别的立体显微镜，在不具备此条件时将导致立体显微镜建造体积的增加和立体显微镜的常规工作范围的可用性的限制。本发明的另一方面是改进细节识别且不会不利地减小景深。
所述目标通过具有根据权利要求1所述的特征的立体显微镜而实现。有利的配置来自子权利要求(sub-claim)和以下描述。
对于根据本发明的立体显微镜，有利的是：一方面在由于低数值孔径而导致的低放大倍率下具有大的景深并允许良好的3维再现，另一方面在高放大倍率下具有较高的孔径并因而提供高分辨率而不会产生空放大，也就是说在不增加分辨率的情况下增加放大倍率。
令人惊奇的是，已显示尽管在由两个立体通道或光束路径的不同的光学有效直径而引起的不同分辨率和景深的情况下，在高放大倍率下也不会减弱视觉图像效果。
在一个实施例中，其中两个立体通道的光学有效直径对于所有放大倍率都是不同的，总感觉到一方面两个通道中较小一者的较高景深和另一方面两个通道中较大一者的较高分辨率。由于一个通道的光学有效直径相对于现有技术的扩大，因此可实现分辨率的增加，且因此实现细节识别的增加而不具有关于景深的缺点。这个优点对于设定高放大倍率尤其有用。
在另一实施例中，其中较小的立体通道的光学有效直径受到(例如)透镜直径的限制，两个立体通道可以相同的有效直径在低放大倍率的较广放大倍率范围中实施，出于此原因，此设定中的立体显微镜类似于常规显微镜而工作。仅在高放大倍率下，当较大通道的入瞳直径超过较小通道的所提到的受限透镜的直径时，孔径变得不对称，且可实现上述效果。
另外，已指出两个通道的图像亮度的差异(如一般了解)对应于入瞳的表面的比率。在以上提到的第一实施例中，亮度差在整个放大倍率范围中是恒定的，在以上第二示范性实施例中，亮度差仅发生在高放大倍率下。
同样，所形成的亮度差在立体显微镜的整个工作范围中不会导致视觉减弱。因此，根据本发明的立体显微镜的不同通道直径的优点可用作放大的功能，这些不同的通道宽度不会具有减弱图像的直接视觉观看的缺点。这种反应并不是自动预期到的。
根据本发明的立体显微镜包括第一光束路径和第二光束路径，其中在第一光束路径中配置第一望远镜系统，在第二光束路径中配置第二望远镜系统，其中两个望远镜系统的放大倍率相等且可彼此同步改变，且其中共用主物镜分配给两个光束路径。第一望远镜系统的至少一个光学元件与第二望远镜系统的至少一个对应光学元件相比具有不同的光学有效直径。
第一望远镜系统或第二望远镜系统的光学元件是透镜元件或光圈。对于至少一个放大倍率设定或一个变焦或放大范围(优选在高放大倍率下)，对于相同放大倍率的望远镜系统，第一望远镜系统的入瞳的直径比第二望远镜系统的入瞳的直径大10％以上，特定来说为10％至50％。
第一望远镜系统形成光轴，且第二望远镜系统形成与其平行的光轴，其中望远镜系统的光轴之间的距离导致立体基准。有利的是具有较大光学有效直径的望远镜系统的入瞳的直径大于所述立体基准。这允许一种紧凑结构而不用考虑立体通道的不同直径。
已显示根据本发明的立体显微镜的主物镜相对于两个望远镜系统的不同配置是可能的和有利的。
主物镜的第一实施例以下称为“对称配置”。在此实施例中，主物镜的光轴距望远镜系统的两条光轴的距离相等。以下将结合图8a的示范性实施例进一步更详细描述此实施例。可视为优点的是，放置在主物镜中心处的物体是通过两个立体通道以相同对角来观看，从而形成从上方垂直观看的效果。然而，主物镜的相对较大的直径(因此主要导致用于经光学校正的物镜的较高成本)具有不利的影响。
替代实施例是“不对称配置”，其中主物镜的光轴距两个望远镜系统的光轴的距离是不同的长度。这里，主物镜的光轴距具有较大光学有效直径的望远镜系统的光轴的距离小于其距另一望远镜系统的光轴的距离。以下将结合图8b的示范性实施例进一步更详细讨论此实施例。在此实施例中，主物镜的直径(仅)可选择为与两个立体通道的直径之和一样大。与对称配置相比，这导致成本较低的具有较小直径的主物镜和与其相关的较高的光学质量。在实际中较不重要的仅有的缺点是以下事实：放置在主物镜中心的物体(例如一根针)看起来像略微从侧面观看。
以下将结合图8c中的示范性实施例进一步详细描述的另一实施例是“中心配置”，其中主物镜的光轴与具有较大光学有效直径的望远镜系统的光轴重合。如果不需要立体观看，特定来说，如果高放大倍率和高分辨率的图像将被发送到(例如)记录接口，那么就选择此实施例。关于这点已证明有利的是相对于望远镜系统横向地(因此垂直于其光轴)可移位地配置主物镜，以便能容易地在不同配置之间转换。实际上已证明有利的是相对于固定主物镜横向地使具有镜筒的望远镜系统移位，以防止物体的移动或位移。只是出于简易起见而提到“主物镜的横向可移位性”。
主物镜的横向可移位性关于所提到的不同配置至少在立体基准的方向上是有利的。然而，在不同方向(因此不仅在立体基准的方向上，例如在与其垂直的方向上)，特定来说如果用于照明的照明通道没有与两个观看通道(即，第一和第二光束路径)重合，那么横向可移位性也可以是有利的。EP 1 010 030(WO 99/13370)揭示一种荧光显微镜，其除放大倍率转换器中的两个立体通道之外还包括立体基准之外的第三通道，其用以从上方照明物体。其中从图2b可推断，垂直于立体基准的主物镜的横向位移是有利的，以用较小的物镜直径涵盖所提到的立体荧光显微镜的全部三个通道。
在子权利要求和以下示范性实施例中可发现本发明的其他有利实施例。
附图说明
图式中示意性绘示本发明的标的物，且以下基于图式对其进行描述。图中绘示：
图1是立体显微镜的立体图。
图2是根据现有技术的望远镜类型的立体显微镜的光学设计的示意图。
图3是典型高功率立体显微镜的数值孔径nA作为放大倍率的函数的进度。
图4是上述高功率立体显微镜的景深T作为放大倍率的函数的进度。
图5示意性绘示本发明的第一实施例的光学设计。
图6是数值孔径nA作为放大倍率的函数的进度。
图7是景深T作为放大倍率的函数的进度。
图8a绘示主物镜相对于放大倍率转换器的定位的第一种设定可能(“对称配置”)。
图8b绘示主物镜以如下方式的定位：主物镜的光轴靠近具有较大入瞳直径的望远镜系统的光轴(“不对称配置”)。
图8c绘示主物镜的光轴与具有较大入瞳直径的望远镜系统的光轴重合的特殊情况(“中心配置”)。
图9绘示最大放大倍率下第一望远镜系统的光束路径。
图10绘示最小放大倍率下第一望远镜系统的光束路径。
1：物平面                     1a：物体
1b：物中心                    2：主物镜
3R、3L：望远镜系统            4R、4L：观测单元
11：垂直线                    11a：光轴
31R、31L：光圈                32R、32L：直径
33R、33L：光轴                35R、35L：透镜部件
37：滤光器                    37a：双箭头
40：横坐标                    41R、41L：镜筒透镜
42R、42L：链接                42a：点
43R、43L：反转系统            44：纵坐标
45：线(实线)                  46：线(虚线)
50：圆柱体                    50a：圆柱体的轴线
51R、51L：目镜                52R、51L：眼睛
54：纵坐标                    55：记录端口
56：光束分光器                57：记录装置
60：立体显微镜                60R、60L：光束路径
61R、61L：边缘光束            62：锥形光束
65：双目镜筒                  66：线(实线)
67：线(虚线)                  68：横坐标
71：基座                      72：调焦柱
73：调焦臂                    74：调节元件
75：线(实线)                  76：线(虚线)
78：调节元件                  100：第一组透镜
101-118：透镜表面             200：第二组透镜
300：第三组透镜               400：第四组透镜
D1-D3：透镜组之间的距离       T：景深
nA：数值孔径                  b：立体基准
B：曲线上的点                R：右
L：左                        WR、WL：观察角
具体实施方式
图1是根据现有技术的立体显微镜60的立体图。立体显微镜60包括基座71，调焦柱72紧固到基座71。调焦臂73以可移位的方式附接到调焦柱72，可沿双箭头A-A经由调节元件74来使调焦臂73移位。立体显微镜60具有双目镜筒65和变焦系统(见图2)。可用调节元件78来调节所述变焦系统。
图2是根据现有技术的望远镜类型的立体显微镜的光学设计的示意图(见DE 102 25 192 B4)。物平面1在主物镜2的前焦平面中。将研究或观察的物体1a也位于物平面中。在物平面1中，物中心1b由垂直线11标记。物镜2的光轴11a与垂直线11重合。以下将以用户的方向来描述所述光学系统的设计的实施例。用户用眼睛52R和52L检测物体1a的图像。主物镜2下游具有第一和第二望远镜系统3R和3L，它们的设计是相同的。第一和第二望远镜系统3R和3L关于垂直线11或关于光轴11a对称配置。所示望远镜系统3R和3L是远焦变焦系统。例如在所提到的美国专利6,816,321(对应于DE 102 22 041 B4)中描述这些系统。
在变焦系统中配置有光圈或可变光圈31R和31L。可变光圈31R和31L的直径是可调节的，且在两侧以相同方式设定。这些限制了入瞳的直径32R和32L，其根据变焦设定和光圈选择而具有可变尺寸，但在两侧上是相同的。
第一和第二望远镜系统3R和3L分别定义第一和第二光轴33R和33L。光轴33R与33L之间的距离称为立体基准b。在第一和第二光轴33R和33L上，望远镜系统3R和3L从属于第一和第二观察单元4R和4L，每个观察单元关于垂直线11对称配置。第一和第二观测单元4R和4L包括：产生中间图像42R和42L的等同设计的镜筒透镜41R和41L、用于图像正像的对称的反转系统43R和43L以及目镜51R和51L。用户用眼睛52R和52L直接检测物体的图像。视情况可用已知方式在光束路径中引入其他模块，例如辅助透镜、滤光器、起偏振镜、反射式照明单元、用于光耦合与去耦的分光系统，等等。
由光束路径的边缘光束61R和61L的示意性表示来绘示这种显微镜的显示，在实例中所述边缘光束起源自物中心1b。边缘光束61R和61L识别由显微镜使用的两条照明光线锥62R和62L。如图2所示，各照明光线锥62R和62L受入瞳的直径32R和32L所限制，对于所述直径来说是由可变光圈31R和31L决定。由于物体1a配置在物镜2的前焦平面中，因此边缘光束在物镜2与变焦之间平行行进。因此可能以简单方式来确定入瞳的直径32R和32L。边缘光束仍然平行地离开变焦。因此，变焦之后的空间对于可选附件是有利的。每个镜筒透镜41R和41L将射线锥聚焦于中间图像42R和42L的平面中的点42a。这点42a位于目镜51R或51L的前焦平面中，且由此成像在无限远处，使得其可用眼睛52R和52L观察。另外，由图2可见，观察者用右眼52R或左眼52L感知物体1a的角度wR和wL是相同的。
如美国专利6,816,321(“Afocal Zoom for Use in Microscopes”)和DE-102 25 192 B4(“Objective for stereomicroscopes of the telescopetype”)中所述，显微镜的分辨率由下式近似给定：
分辨率＝3000*n[Lp/mm]                         等式(1)
其中Lp/mm表示每毫米的线对，且nA为数值孔径，其在当前情况下由下式给定
nA＝EP/(2*物镜2的焦距)                        等式(2)
其中EP是望远镜系统的入瞳的直径。
最终，景深T再次具有重要意义。实际比率由下式给定：
T[mm]＝λ/(2*nA2)+0.34mm/(Vtot*nA)            等式(3)
其中λ等于近似550E-6mm的光波长，且Vtot等于包含目镜放大倍率的显微镜放大倍率。
图3绘示典型高功率立体显微镜的数值孔径nA作为放大倍率的函数的过程。沿横坐标40绘制放大倍率。沿纵坐标44绘制数值孔径nA。在此实例中，选择主物镜的焦距fo′＝80mm，镜筒焦距f′T＝160mm，立体基准b＝24mm，且目镜放大倍率＝10x。实线45对应于全光圈开度，且在光圈表面减小40％时为虚线46。
图4绘示上述高功率立体显微镜的景深T作为放大倍率的函数的过程。沿横坐标68绘制放大倍率。沿纵坐标54绘制景深T。实线67对应于全光圈开度，且在光圈直径如以上所述而减小时为虚线66。由图4可见，通过减小光圈直径，用户可增加景深，但光圈引起数值孔径nA的减小(图3)，且根据等式(1)还引起分辨率的损失。
图5是本发明的第一实施例的示意性表示图。主物镜、立体基准和观测单元没有变化。与图2中元件相同的光学元件由相同参考来表示。图中绘示望远镜系统的最大放大倍率设定。可见，右光束路径60R的直径大于左光束路径60L的直径，在此实例中还大于立体基准b。
本发明涉及望远镜类型的立体显微镜，其具有如已陈述的可设计为步进转换器或变焦系统的望远镜系统。根据本发明，两个望远镜或望远镜系统3R和3L不再对称建构而是有所不同，然而，特定来说是至少具有不同最大直径32R和32L的第一入瞳第二入瞳。有利的是，一个望远镜系统3R或3L的入瞳的最大直径32R或32L比另一望远镜系统3L或3R的入瞳的最大直径32L或32R大10-50％。如果入瞳的两个直径32R或32L中的较大一者大于立体基准b，那么本发明尤其有效，在另一望远镜系统3R或3L的入瞳直径32R或32L小于立体基准b时，此情况是可能的。
如以下解释，两个望远镜系统3R和3L的放大倍率转换器或变焦系统可以如下方式来设计：在较小的显微镜放大倍率的宽范围中，两个望远镜系统3R或3L的入瞳的直径32R和32L实际上相同，但对于高放大倍率则不同。通过不相等的入瞳直径，可增加分辨率且不会具有上述缺点。
根据本发明，在入瞳的不相等直径32R和32L的情况下，用户接收不同亮度、不同分辨率和不同景深的两个部分图像。意想不到的是，已显示高达50％的亮度差且细节识别上的差异不会不利地影响视觉感知和两个部分图像合并为3维图像。相反，令人惊奇的是，3维感知到的物体不仅具有由较高数值孔径产生的改进分辨率，而且具有由较低孔径产生的较大景深。本发明是根据此生理现象的利用来设计立体显微镜。
虽然在第一光束路径60R中，光线锥直径由可变光圈31R的直径决定，但第二光束路径60L的限制是依靠物镜2与光圈31L之间的透镜组件35L的直径。物镜2在下游具有设计不相同的第一和第二望远镜系统3R和3L。第一望远镜系统3R的光学元件(透镜部件35R、可变光圈31R)具有与第二望远镜系统3L的光学元件(透镜部件35L、可变光圈31L)不同的直径。所示望远镜系统3R和3L是远焦变焦系统。
望远镜系统3R和3L(右和左)的实施例可包括不同的组成部分。这里应注意，在操作条件下总是应用相等放大倍率的规则，也就是说两个望远镜系统的放大倍率是一致地改变。
第一和第二望远镜系统3R和3L的设计的另一可能性是第一和第二望远镜系统3R和3L(右和左)设计为具有“相同构造”，然而，其中两个望远镜系统中一者中的光学元件或透镜组件中的至少一者的光学有效直径不同于另一望远镜系统中的光学元件或透镜部件中的至少一者的光学有效直径。术语“光学有效直径”意味着描述有助于图像产生的射线锥在碰到光学元件35R、35L并穿过此光学元件时的直径。在具有根据以下表1的变焦系统的示范性结构的情况下的望远镜系统的“相同构造”下，除第一透镜组(表面数字101至105)之外，相同部分是用于右边和左边的剩余三个组。由于可能的较高的制造数量，所以这在经济上是有利的。同样，对于第一组，除直径之外，所有制造参数是相同的(见表1)。
第一和第二望远镜系统3R和3L优选设计为远焦变焦系统，特定来说例如根据DE 102 22 041 B4的系统，以用于连续的放大倍率选择。关于这些变焦系统的结构和功能模式，明确参考提到的文件DE 102 22 041 B4以避免重复。
说明每一者都具有光圈或可变光圈31L、31R的第一和第二望远镜系统3R和3L(右和左)的设计。这里第一望远镜系统3R中的第一光圈31R可独立于第二望远镜系统3L中的第二光圈31L而操作。也可使用不具有任何光圈的望远镜系统。
在光圈设定的另一实施例中，光圈31R、31L的操作以如下方式设定：在第一设定中设定第一望远镜系统3R与第二望远镜系统3L之间的光圈开度的比率。在第二设定中，同时变化两个光圈开度(但比值不变)。
类似地，通过在入瞳的具有较大直径的光束路径中引入滤光器(例如中性密度平台或渐变滤光器)，可减小或消除由直径差引起的亮度差。这里，滤光器37有利地配置在主物镜2与望远镜系统3之间、在望远镜系统内或在望远镜系统与目镜之间。滤光器37可手动操作，并沿图5所示的双箭头37a引入光束路径。同样，可通过由放大倍率选择控制的操作来改变滤光器37的位置且从而改变其滤光器特性。滤光器不会不利地影响分辨率或景深。
在另一实施例中，立体显微镜具有本身已知的记录端口55。通过在具有较大直径32R的入瞳的第一光束路径60R中配置光束分光器56或去耦装置，可实现去耦。因此，呈现高分辨率的记录装置57。记录装置57是常规的CCD相机或常规的传感器表面。
另外，第一和/或第二望远镜系统3R、3L可设计为围绕其纵向轴线旋转，使得可视情况将具有较大直径32R入瞳的光束路径供应给用户的右眼52R或左眼52L。
本发明在高功率立体显微镜中具有特定优点，其中需要高放大倍率且因此同样需要高分辨率，以防止所谓的空放大(具有恒定分辨率的放大倍率的增加，也就是说没有细节识别的增加)。在立体显微镜中，放大比倍率比值Vmax/Vmin应大于10。变焦因数z＞10的变焦系统对于此目的来说是正常的。从所述比值可见，本发明是显著有效的。
图6和图7绘示右侧具有最大直径EP＝27mm且左侧具有最大直径EP＝21mm的实施例的数值孔径nA和景深T的过程。同样，选择主物镜的焦距fo′＝80mm，镜筒焦距f′T＝160mm，立体基准b＝24mm，且目镜放大倍率为10x。图6中实线75上升，其用于具有较大直径32R的光束路径，而虚线76用于具有较小直径32L的光束路径。图7中实线85上升，其用于具有较大直径32R的光束路径，而虚线86用于具有较小直径32L的光束路径。与现有技术相比，从图6可见，数值孔径nA增加，从而分辨率增加，在图7中，景深T增加。图6和图7中的点B标记了在两个系统根据现有技术而对称构造时曲线上可达到的点，其中最大可能的光线锥直径32R＝32L＝立体基准b＝24mm。甚至与此理论限制情况相比，仍可证明分辨率和景深的改进。
图6和图7对应于实施例，其中左侧的21mm的入瞳直径由透镜直径限制。由于入瞳直径随着放大倍率减小而变得较小，因此在低放大倍率的较广放大倍率范围中的两个立体通道具有相同的有效直径。因此，对于这些放大倍率，两个通道之间不会出现分辨率和景深的差异。仅在高放大倍率下，其中较大通道的入瞳的直径超过较小通道的所提到的受限透镜的直径，孔径变得不对称并形成两条不同曲线，这证明了在分辨率和景深方面本发明相对于现有技术的优点。
在图5的实施例中角度wR与wL是不同的。这里，物镜轴线11与界定望远镜的圆柱体50的轴线50a(见图8b)重合。通过具有较高入瞳直径31R的右手边光束路径60R的观察角wR小于对称构造中的观察角wR(见图8a)。因此放置在主物镜中心的物体看起来略微从侧面观察。实际上在观看细长的物体时，这不会有任何显著的缺点。
在US 6,816,321 B2(等同于DE 102 22 041 B4)表3中可找到关于两个变焦系统的数据。在表格中数据被扩大，并列出右边光束路径60R和左边光束路径60L的光学有效直径。每个变焦系统由四组透镜组成(见图9和图10)，用101至105、106至110、111至115或116至118表示所述四组透镜的透镜表面。这里，以下表1中所示的值涉及本发明的特定实施例。
表1：
  表面数字   半径[mm]   距离[mm]   nd   vd   Pg，F   PC，t   右[mm]   左[mm]
  101   102.52   5.07   1.49700   81.6   0.5375   0.8236   27.0   21.0
  102   -42.42   2.0   1.74400   44.8   0.5655   0.7507   26.9   20.9
  103   -312.91   0.1   26.9   20.9
  104   76.50   4.05   1.49700   81.6   0.5375   0.8236   26.9   20.9
  105   -102.65   D1 49.35÷9.02   26.9   20.6
  106   -46.18   1.5   1.48749   70.2   0.5300   0.8924   11.3   11.3
  107   20.39   1.96   10.5   10.5
  108   -46.61   1.2   1.62041   60.3   0.5427   0.8291   10.2   10.2
  109   13.60   2.67   1.78470   26.3   0.6135   0.6726   10.1   10.1
  110   40.59   D2 5.26÷88.89   9.8   9.8
  111   44.20   2.35   1.49700   81.6   0.5375   0.8236   13.0   13.0
  112   -58.28   0.1   13.1   13.1
  113   32.66   5.13   1.74950   35.3   0.5869   0.7140   13.1   13.1
  114   15.09   2.99   1.49700   81.6   0.5375   0.8236   12.1   12.1
  115   437.12   D3 50.13÷6.83   12.0   12.0
  116   -29.87   4.95   1.67270   32.1   0.5988   0.7046   10.4   10.4
  117   -15.67   1.2   1.51633   64.1   0.5353   0.8687   10.7   10.7
  118   43.26   10.7   10.7
从左到右，表1各栏列出表面数字、曲率半径、与下一表面的距离、折射率nd、色散度vd、部分色散度Pg，F和PC，t以及右边和左边光束路径或第一和第二望远镜系统3R和3L的光学有效直径。nd表示折射率，vd＝(nd-1)/(nF-nC)是Abbe系数，Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)是波长g和F的相对部分色散度，PC，t＝(nC-nt)/(nF-nC)是波长C和t的相对部分色散度。通过空行或不填入材料详细资料来确定一空隙。
图8绘示主物镜2相对于望远镜系统的定位对两个观测角wL和wR的影响。
图8a绘示主物镜2的定位第一种设定可能。这里，两个观察方向关于物镜2的光轴11对称配置(wL＝wR)。以下将这种位置称为“对称配置”。这对于从上方的反射物的共轴照明是有利的。在本身已知的这种照明的实施例中，镜筒透镜(图5中的41)下方的照明光是通过光束分光器而引入两个立体通道中，并通过通道和主物镜而导引到物体上。只有在wR与wL对称时，由通道导引到物体上并在该处反射的光才能被另一通道和以此方式观察的物体收集。
图8b绘示主物镜2以如下方式的定位：主物镜2的光轴靠近具有较大入瞳直径的望远镜系统3R的光轴33R。如图8b所示，由于主物镜2的位置，因此其具有有利的较小的物镜直径。这里，主物镜2的光轴11与界定望远镜系统3R和3L的圆柱体50的轴线50a重合。这里，通过具有较高入瞳直径32R的通道60R的观察角wR小于对称结构中的观察角wR(见图8a)。如果wR＜wL(或更一般地说，wR不等于wL)，那么将此实施例称为“不对称配置”。在不考虑数值孔径的单边放大的情况下，较小的观察角和主物镜2的较小的直径简化了主物镜2的设计。因此，不对称配置尤其优选。
根据“不对称配置”的具有较小直径的主物镜也可用于具有从上方的共轴照明的“对称配置”中。如先前解释，因为来自光源的光总是通过两个通道而行进到观察者，所以两个入瞳直径中较小者总是有效。因此可能在“对称位置”使用具有由“不对称配置”产生的较小直径的主物镜而不会发生晕影。
图8c是主物镜2的光轴11与具有较大入瞳直径的望远镜系统3R的光轴33R重合的特殊情况。这里没有提供立体观察。观测角为0°。这种设定尤其有利于高分辨率的记录和测量任务。由于这里只有一个立体通道有助于成像，因此同样可能使用具有由“不对称配置”引起的较小直径的主物镜。
类似地，主物镜2可设计为可横向移位。因此实现主物镜2相对于放大倍率转换器(或相对于第一和第二望远镜系统3R和3L)的可变定位。可视情况来设定图8a至图8c中描述的主物镜2的位置。为了完整性而提到，在实际中有利的是相对于固定主物镜来使具有镜筒的望远镜系统移位，以防止物体的位移。
图9和图10绘示最大放大倍率下和最小放大倍率下第一望远镜系统3R的光束路径。图9绘示最大放大倍率。图10绘示最小放大倍率。第一和第二望远镜系统3R和3L由第一透镜组100、第二透镜组200、第三透镜组300和第四透镜组400建构(见以上表1)。D1、D2和D3表示透镜组100、200、300和400之间的可变距离。最大放大倍率下第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离D1＝49.35mm。最大放大倍率下第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离D2＝5.26mm。最大放大倍率下第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离D3＝50.13mm。最小放大倍率下，距离的组合是不同的。最小放大倍率下第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离D1为9.02mm。最小放大倍率下第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离D2为88.89mm。最小放大倍率下第三透镜组300与第四透镜组400之间的距离D3为6.83mm。表1展示如图9和图10所示的透镜组中表面数字的半径。表格还展示，第一望远镜系统3R的折射元件的物镜侧直径大于第二望远镜系统3L的折射元件的直径。界定入瞳直径的边缘光束图示为实线，最大视野角的主光束图示为虚线。从这方面以及关于具有参考符号的个别元件可了解已提到的DE 102 22 041 B4的图1a和图1b的描述。
在图10中可见，主光束距透镜组100的外径有相当远的距离，而图9中在相同透镜组100的情况下边缘光束距外径较近。因此很明显在左通道的左望远镜3L中透镜组100的直径可减小，且主光束不会因此而受阻挡。对于可能到达图像边缘的立体观看来说，这是一个必要条件。在具有较小直径的通道中，到达图像边缘的主光束不能受阻挡的这个条件同时也是适合光学有效通道直径不相等的立体显微镜的远焦变焦系统的设计标准。因此这个条件是对定位具有低放大倍率的入瞳的指导。

Claims (17)

1.一种立体显微镜(60)，为望远镜类型，所述立体显微镜(60)包括第一光束路径(60R)以及第二光束路径(60L)，其中在所述第一光束路径(60R)中提供第一望远镜系统(3R)，在所述第二光束路径(60L)中提供第二望远镜系统(3L)，其中望远镜系统(3R、3L)的放大倍率相等并可彼此同步改变，且其中共用主物镜(2)经分配给光束路径(60R、60L)，其特征在于所述第一望远镜系统(3R)的至少一个光学元件(31R、35R)与所述第二望远镜系统(3L)的至少一个对应的光学元件(31L、35L)相比具有不同的光学有效直径。
2.根据权利要求1所述的立体显微镜，其特征在于所述至少一个光学元件是透镜元件(35R、35L)或光圈(31R、31L)。
3.根据权利要求1或2所述的立体显微镜，其特征在于对于所述望远镜系统(3R、3L)的至少一个放大倍率设定或一个变焦范围，所述第一望远镜系统(3R)的入瞳的直径(32R)比所述第二望远镜系统(3L)的入瞳的直径(32L)大10％以上，特定来说为10％至50％。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于在所述望远镜系统(3R、3L)的最大放大倍率设定下，所述第一望远镜系统(3R)的入瞳的直径(32R)比在所述第二望远镜系统(3L)中大10％以上。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的立体显微镜，其中所述第一望远镜系统(3R)形成光轴(33R)，且所述第二望远镜系统(3L)形成光轴(33L)，其中所述望远镜系统(3R、3L)的所述光轴(33R、33L)之间的距离形成立体基准(b)，其特征在于所述第一望远镜系统(3R)的入瞳的直径(32R)大于所述立体基准(b)。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的立体显微镜，其中所述第一望远镜系统(3R)形成光轴(33R)，且所述第二望远镜系统(3L)形成光轴(33L)，其特征在于所述共用主物镜(2)的光轴(11)距所述望远镜系统(3R、3L)的所述光轴(33R、33L)的距离是完全相同的。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的立体显微镜，其中所述第一望远镜系统(3R)形成光轴(33R)，且所述第二望远镜系统(3L)形成光轴(33L)，其特征在于所述共用主物镜(2)的光轴(11)距所述望远镜系统(3R、3L)的所述光轴(33R、33L)的距离是不同的，其中所述共用主物镜(2)的所述光轴(11)距具有较大光学有效直径或具有较大直径的入瞳的所述第一望远镜系统(3R)的光轴(33R)的距离小于距所述第二望远镜系统(3L)的光轴(33L)的距离。
8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的立体显微镜，其中所述第一望远镜系统(3R)形成光轴(33R)，且所述第二望远镜系统(3L)形成光轴(33L)，其特征在于所述共用主物镜(2)的光轴(11)与具有较大光学有效直径或较大入瞳直径(32R)的所述望远镜系统(3R)的所述光轴(33R)重合。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于所述共用主物镜(2)和所述望远镜系统(3L、3R)相对于彼此是横向或垂直于所述共用主物镜(2)的光轴(11)而可移位地配置。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于所述第一望远镜系统(3R)和第二望远镜系统(3L)都具有光圈(31R、31L)，其中所述光圈(31R)可在所述第一望远镜系统(3R)中独立于所述第二望远镜系统(3L)的所述光圈(31L)而变化。
11.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于所述第一望远镜系统(3R)和所述第二望远镜系统(3L)都具有光圈(31R、31L)，且所述光圈(31R、31L)的操作是以如下方式进行：在第一设定中，所述第一望远镜系统(3R)与所述第二望远镜系统(3L)之间的光圈开度的比值是可调的，且在第二设定中，所述光圈(31R、31L)的两个开度可同时变化，且所述开度的比值不会改变。
12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于在垂直于具有所述较大光学有效直径或入瞳(32R、32L)具有较大直径的所述光束路径(60R、60L)的方向上可将特定用于亮度校正的滤光器(37)引入所述光束路径(60R、60L)中以及将其从所述光束路径(60R、60L)中移除。
13.根据权利要求12所述的立体显微镜，其特征在于所述滤光器(37)的操作是手动进行的。
14.根据权利要求12所述的立体显微镜，其特征在于所述滤光器(37)的操作是通过放大倍率选择的操作而自动进行的。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于光束分光器(56)或去耦装置经配置在具有较大直径(32R)的入瞳的所述第一光束路径(60R)中，以高分辨率下去耦到记录装置(57)。
16.根据权利要求1至15中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于所述第一望远镜系统(3R)和所述第二望远镜系统(3L)经设计为绕纵向轴线旋转，而可视情况将具有较大直径(32R)的入瞳的所述光束路径(60R)提供到用户的右眼或左眼(52R或52L)。
17.根据权利要求1至16中任一权利要求所述的立体显微镜，其特征在于所述望远镜系统(3R、3L)的最大放大倍率与最小放大倍率之间的放大倍率比大于十。
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