DE10027166A1

DE10027166A1 - Stereoskopmikroskop

Info

Publication number: DE10027166A1
Application number: DE10027166A
Authority: DE
Inventors: Satoru Tachihara; Chinari Tanaka; Daisuke Koreeda; Tetsuya Nakamura; Nobutaka Minefuji; Takaomi Sekiya; Eiichi Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: US20020080481A1; DE10027166B4; US6396627B1

Abstract

Ein Stereoskopmikroskop enthält ein einem Objekt zugekehrtes gemeinsames Nahlinsensystem, ein Paar von Variosystemen, welche ein Paar von Primärbildern erzeugen, ein Paar von Sehfeldblenden, ein Paar von Übertragungsoptiksystemen, welche die Primärbilder zur Erzeugung eines Paars von Sekundärbildern übertragen, ein Interachsen-Abstandsreduzierungselement, eine Bildaufnahmneeinrichtung und eine Beleuchtungseinrichtung. Die auf das Nahlinsensystem auffallenden Objektlichtstrahlen erzeugen die Primärbilder mit vorgegebener Parallaxe an den Sehfeldblenden über die Variosysteme. Das Interachsen-Abstandsreduzierungselement reduziert den Achsenabstand zwischen den rechten und linken Lichtstrahlen. Die Primärbilder werden durch die Übertragungsoptiksysteme als Sekundärbilder auf den benachbarten Bereichen der einzigen Bildaufnahmefläche der Bildaufnahmeeinrichtung abgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stereoskopmikroskop zur Vergrößerung eines Objektes und insbesondere ein Stereoskopmikroskop, in dem ein Bild des Objektes elektro nisch durch eine Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise eine CCD, aufgenom men wird.

Stereoskopmikroskope werden in der Chirurgie zur Vergrößerung von kleinem Gewebe, beispielsweise Gehirnzellen, während einer Operation verwendet.

Da es schwierig ist, kleines Gewebe eines komplizierten Organs, beispielsweise des Gehirns, mit bloßem Auge zu unterscheiden, bedarf es eines Mikroskops, um eine Operation an einem solchen Organ durchzuführen. Da es auch unmöglich ist, die dreidimensionale Struktur von Gewebe mit einem Monokularmikroskop zu be obachten, werden Stereoskopmikroskope verwendet, um eine dreidimensionale vergrößernde Beobachtung von Gewebe zwecks genauer Durchführung von Ope rationen zu ermöglichen. Zwar kann mit einem konventionellen optischen Stereo skopmikroskop ein Chefchirurg oder sein/seine Assistent(in) das Mikroskopbild beobachten; andere Mitglieder des Operationsteams, wie beispielsweise Anästhe sisten, Schwestern, Internisten und Berater, die an anderen Stellen arbeiten, kön nen das gleiche Mikroskopbild jedoch nicht beobachten. Sie können daher ihre Aufgaben nicht mit ausreichender Genauigkeit und Schnelligkeit erfüllen. Auch kann der Berater von woanders keinen zeitgerechten und richtigen Rat geben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stereoskopmikroskop anzugeben, mit dem nicht nur der leitende Operateur, sondern auch andere Mitglieder des Operationsteams vergrößerte stereoskopische Bilder betrachten können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Stereoskopmikroskop mit fol genden Merkmalen vor:
ein einem Objekt zugekehrtes gemeinsames Nahlinsensystem mit einer einzigen optische Achse;
ein Paar von Variosystemen, welche durch unterschiedliche Bereiche des Nahlin sensystems laufende Ojektlichtstrahlen zur Erzeugung eines Paars von Primärbil dern aufnehmen und deren optische Achsen parallel zur optische Achse des Nah linsensystems verlaufen;
ein Paar von Sehfeldblenden, die an den Stellen der Primärbilder angeordnet sind;
ein Paar von Übertragungsoptiksystemen, welche die Primärbilder zur Erzeugung eines Paars von Sekundärbildern übertragen;
ein Interachsen-Abstandsreduzierungselement, das die Objektlichtstrahlen vom Übertragungsoptiksystem führt;
eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche die auf ihrer Bildaufnahmefläche erzeugten Sekundärbilder erfaßt; und
ein Beleuchtungssystem, das von einer Lichtquelle emittiertes Licht auf das Objekt strahlt.

Bei einem derartigen Stereoskopmikroskop erzeugen die auf das Nahlinsensy stem auffallenden Objektlichtstrahlen die Primärbilder mit einer vorgegebenen Parallaxe an den Sehfeldblenden durch die Variosysteme. Das Nahlinsensystem ist so eingestellt, daß sein vorderer Brennpunkt mit dem Objekt zusammenfällt. Das Nahlinsensystem wirkt daher als Kollimatorlinse, welche divergierende Licht strahlen vom Objekt in parallele Lichtstrahlen überführt. Die Primärbilder werden durch die Übertragungsoptiksysteme als Sekundärbilder auf benachbarte Bereiche der einzigen Bildaufnahmefläche der Bildaufnahmeeinrichtung neu abgebildet. Die erfaßten Bilder werden auf einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise einem LCD- Schirm oder einer CRT, angezeigt. Der Chefchirurg und die anderen Mitglieder des Operationsteams können die vergrößerten stereoskopischen Bilder durch ste reoskopische Betrachtungsgeräte auf den Anzeigeeinrichtungen beobachten.

Für Farbbilder kann die Bildaufnahmeeinrichtung eine einzige Farb-CCD oder eine Kombination mehrerer CCDs und chromatischer Strahlteiler sein. Bei mehreren CCDs wird das rechte und linke Bild auf benachbarten Bereichen der entspre chenden CCD erzeugt.

Der Durchmesser des Nahlinsensystems ist vorzugsweise größer als der Durch messer eines Kreises, welcher die maximalen effektiven Durchmesser der Vario systeme und den maximalen effektiven Durchmesser des Beleuchtungssystems enthält. Weiterhin können die Linsen des Nahlinsensystems Halbkreisform besit zen, wobei eine Seite ausgeschnitten ist. In einem solchen Fall kann das Be leuchtungsystem im Ausschnittraum des Nahlinsensystems angeordnet werden.

Weiterhin enthält das Nahlinsensystem vorzugsweise eine erste Linsengruppe mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsengruppe mit positiver Brechkraft, wel che von der Objektseite her in dieser Reihenfolge angeordnet sind. In einem sol chen Fall kann die zweite Linsengruppe zur Fokussierung in Abhängigkeit vom Objektabstand in Richtung der optische Achse bewegbar sein.

Zur Reduzierung der räumlichen Aberration erfüllt das Nahlinsensystem vorzugs weise die folgende Bedingung (1)

f_A < 500, (1)

worin f_A die Brennweite (Einheit: mm) des Nahlinsensystems bedeutet. Wenn die Brennweite f_A des Nahlinsensystems variabel ist, so ist sie als größte Brennweite definiert.

Eine die optischen Achsen der Variosysteme enthaltende Ebene ist vorzugsweise parallel zu einer Meridianebene des Nahlinsensystems versetzt. Es ist weiterhin zweckmäßig, daß die Variosysteme jeweils eine erste, zweite, dritte und vierte Linsengruppe mit positiver, negativer, negativer und positiver Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Seite des Nahlinsensystems gesehen enthalten. In einem solchen Fall sind die zweite und dritte Linsengruppe zur Brennweiteneinstellung in Richtung der optischen Achse bewegbar, während die erste und vierte Linsen gruppe in konstanten Stellungen gehalten wird.

Die Nahlinsensysteme können jeweils eine erste, zweite und dritte Linsengruppe mit positiver Brechkraft enthalten. Die erste und zweite Linsengruppe sammelt in Kombination das durch die Sehfeldblenden laufende divergierende Licht und die dritte Linsengruppe bündelt die von der zweiten Linsengruppe ausgehenden pa rallelen Lichtstrahlen. Darüber hinaus kann zwischen der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe des Nahlinsensystems eine Öffnungsblende ange ordnet werden.

Zur Reduzierung der Gesamtgröße und des Gesamtgewichts des Mikroskops ge horchen die Übertragungsoptiksysteme vorzugsweise der folgenden Bedingung (2)

-3 < M_R < -1, (2)

worin M_R die Bildvergrößerung der Übertragungsoptiksysteme bedeutet.

Das Interachsen-Abstandsreduzierungselement wird vorzugsweise durch ein Paar von optische Achsen verschiebenden Prismen (Offset-Prismen) gebildet. In einem solchen Fall besitzen diese Prismen zueinander parallele Auftreff- und Austrittsflä chen sowie parallel zueinander verlaufende erste und zweite interne reflektierende Flächen.

Das Beleuchtungsystem ist vorzugsweise mit einer Beleuchtungslinse zur Projek tion des von der Lichtquelle emittierten Lichtes und mit einem Keilprisma zu einer solchen Ablenkung des Lichtes, daß der Beleuchtungsbereich mit dem Bildauf nahmebereich zusammenfällt, versehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher er läutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Gesamtaufbaus eines Chirurgie- Operationstischsystems mit einem Video-Stereoskopmikroskop gemäß ei ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des optischen Aufbaus des Video- Stereoskopmikroskops;

Fig. 3 eine schematische Ansicht des optischen Aufbaus eines Video- Stereoskopgerätes;

Fig. 4 eine ebene Ansicht eines LCD-Schirms;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der äußeren Form des Stereoskopmikrosko pes;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus eines Mikroskopoptiksy stems;

Fig. 7 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus des Mikroskopoptiksystems;

Fig. 8 eine Vorderansicht des Gesamtaufbaus des Mikroskopoptiksystems;

Fig. 9 eine ebene Ansicht des Gesamtaufbaus des Mikroskopoptiksystems:

Fig. 10 eine Vergrößerungslinsendiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des Bildaufnahme-Optiksystems;

Fig. 11 ein Vergrößerungslinsendiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des Bildaufnahme-Optiksystems;

Fig. 12 ein Vergrößerunglinsendiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des Bildaufnahme-Optiksystems; und

Fig. 13 ein Abwicklungslinsendiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels des Bildaufnahme-Optiksystems.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Ein Video-Stereoskopmikroskop (nachfolgend der Einfachheit halber als "Stereo skopmikroskop" bezeichnet) gemäß der Erfindung ist in einem Chirurgie-Opera tionstischsystem vorgesehen, das beispielsweise bei Gehirnoperationen benutzt wird. In diesem Chirurgie-Operationstischsystem wird das dreidimensionale Bild (Stereobild) von Patientengewebe, das von einem Stereoskopmikroskop erzeugt wird mit CG (Computer Graphik)-Bildern kombiniert wird, welche vorher aus Daten über einen kranken Teil im Gewebe erzeugt werden. Das kombinierte Bild wird für einen Chefchirurgen auf einem Stereoskopbetrachtungsgerät und für weitere Ope rationsteammitglieder auf Monitoren angezeigt und gleichzeitig durch eine Auf zeichnungseinrichtung aufgezeichnet.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Chirurgie-Operationstischsystems. Ge mäß dieser Figur wird das Chirurgie-Operationstischsystem durch ein Stereo skopmikroskop 101, eine CCD-Kamera 102 hoher Auflösung, welcher am oberen Ende der Rückseite des Stereoskopmikroskops 101 angebracht ist, eine Mikro skopstellungs-Meßeinrichtung 103, welche am unteren Ende der Rückseite des Stereoskopmikroskops angebracht ist, ein an der Oberseite des Stereoskopmikro skops 101 angebrachtes Gegengewicht 104, ein in das Innere des Stereoskopmi kroskops 101 durch ein zentrales Loch im Gegengewicht 104 eingesetztes Licht leiter-Faserbündel 105, eine Lichtquelle 106, welche in das Stereoskopmikroskop 101 durch das Lichtleiter-Faserbündel 105 einzuleitendes Licht emittiert, einen Operationsplanungscomputer 108 mit einer Disketteneinrichtung 107, eine Echt zeit-CG-Erzeugungseinrichtung 109, die mit der Mikroskopstellungs-Meßein richtung 103 und dem Operationsplanungscomputer 108 verbunden ist, eine mit der Echtzeit-CG-Erzeugungseinrichtung 109 und der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung verbundene Bildmischeinrichtung 110, einen mit der Bildmischeinrich tung 110 verbunden Teiler 111, eine Bildaufzeichnungseinrichtung 115, und einen Monitor 114 sowie ein Stereoskopbetrachtungsgerät 113, welche mit dem Teiler 111 verbunden sind, gebildet.

Die Disketteneinrichtung 107 speichert Bilddaten, wie beispielsweise CT-Abtast bilddaten, MRI-Bilddaten, SPECT-Bilddaten, Kreislauf-Feldbilddaten, welche über verschiedene Detektierungsprozesse von einem kranken Teil eines Patienten P abgenommen werden. Die Disketteneinrichtung 107 speichert weiterhin dreidi mensionale Graphikdaten des kranken Teils und des diesen umgebenden Gewe bes, welche auf der Basis verschiedener Arten von Bilddaten vorher erzeugt wor den sind. Die dreidimensionalen Graphikdaten repräsentieren Form, Größe und Lage des kranken Teils und des diesen umgebenden Gewebes in einem dreidi mensionalen lokalen Koordinatensystems, das in Vektorformat oder Kartenformat mit einem vorgegebenen Referenzpunkt auf der Außenhaut oder der Oberfläche von innerem Gewebe des Patienten als Ursprung definiert wird.

Das Stereoskopmikroskop 101 besitzt an seiner Rückseite eine Halterung und ist über diese am freien Ende eines freien Arms 100a eines ersten Ständers 100 be festigt. Das Stereoskopmikroskop 101 kann daher in dem durch den freien Arm 100a des ersten Ständers erreichbaren Raum bewegt und in willkürlicher Richtung geneigt werden. Nachfolgend wird der Einfachheit halber die Objektseite (das ist die Patientenseite) relativ zum Stereoskopmikroskop 101 als "tief" und die entge gengesetzte Seite als "hoch" bezeichnet.

Da der optische Aufbau in diesem Stereoskopmikroskop 101 nachfolgend genauer erläutert wird, wird hier lediglich sein schematischer Aufbau erläutert.

Gemäß Fig. 2 werden Primärbilder eines Objektes als im Raum erzeugte Bilder an entsprechenden Stellen einer rechten und linken Sehfeldblende 270, 271 über ein Objektiv erzeugt, das ein Nahlinsensystem 210 großen Durchmessers mit einer einzigen optischen Achse sowie ein rechtes und ein linkes Variosystem 220, 230 enthält, welche Lichtstrahlen fokussiert, die durch verschiedene Teile des Nahlin sensystems 210 gelaufen sind. Ein rechtes und ein linkes Übertragungsoptiksy stem 240, 250 überträgt das rechte und linke Primärbild zur Erzeugung eines rechten und linken Sekundärbildes auf dem rechten und linken Bildaufnahmebe reich einer Bildaufnahmefläche einer CCD 116, welche in der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung montiert ist. Die Bildaufnahmebereiche besitzen ein Vertikal/Ho rizontal-Längenverhältnis von 9 : 8, während die Bildaufnahmefläche der CCD 116 eine Größe "hoher Auflösung" mit einem Vertikal/Horizontal-Längenverhältnis von 9 : 16 besitzt.

Das Nahlinsensystem 210, das rechte Variosystem 220 und das rechte Übertra gungsoptiksystem 240 bilden zusammen ein rechtes Bildaufnahme-Optiksystem. Das Nahlinsensystem 210, das linke Variosystem 230 und das linke Übertra gungsoptiksystem 250 bilden zusammen das linke Bildaufnahme-Optiksystem. Das Nahlinsensystem 210 ist dem rechten und linken Bildaufnahme-Optiksystem gemeinsam. Das rechte und linke Variosystem 220, 230 sowie das rechte und lin ke Übertragungsoptiksystem 240, 250 sind mit einer vorgegebenen Basislänge zwischen sich angeordnet.

Die Bilder, welche somit auf dem rechten und linken Bildaufnahmebereich der Bildaufnahmefläche der CCD 116 über das Paar von Bildaufnahme-Optik systemen erzeugt werden, sind den Stereobildern einschließlich eines Paars von Bildern, welche von zwei durch eine vorgegebene Basislänge voneinander ge trennten und seitlich nebeneinander angeordneten Stellen genommen werden, äquivalent. Ein Ausgangssignal der CCD 116 wird durch den Bildprozessor 117 in ein Videosignal hoher Auflösung umgesetzt, und von der CCD-Kamera 102 in die Bildmischeinrichtung 110 eingegeben.

Das Stereoskopmikroskop 101 enthält ein Beleuchtungsystem 300 (siehe Fig. 6) zur Beleuchtung des Objektes, das im Bereich des Brennpunktes des Nahlinsen systems 210 angeordnet ist. Licht von der Lichtquelle 106 wird über das Lichtlei ter-Faserbündel 105 in das Beleuchtungssystem 300 eingestrahlt.

Gemäß Fig. 1 mißt die Mikroskopstellungs-Meßeinrichtung 103 den Abstand des Objektes auf der optischen Achse des Nahlinsensystems 210, die dreidimensio nale Orientierung der optischen Achse des Nahlinsensystems 210 sowie die Stel lung des oben genannten Referenzpunktes. Die Mikroskopstellungs-Meßeinrich tung 103 berechnet dann die Stellung des Objektes in dem oben genannten loka len Koordinatensystem auf der Basis dieser Messungen. Die Information über die Orientierung der optischen Achse und die Stellung des Objektes wird in die Echt zeit-CG-Erzeugungseinrichtung 109 eingespeist.

Diese Echtzeit-CG-Erzeugungseinrichtung 109 erzeugt Echtzeit-CG-Bilder, wie beispielsweise Linienmusterbilder, eines kranken Teils, wie etwa eines Tumors, auf der Basis der Information über die Orientierung der optischen Achse und die Stellung des Objektes, welche von der Mikroskopstellungs-Meßeinrichtung 103 abgegeben werden und auf den dreidimensionalen Daten basieren, die vom Ope rationsplanungscomputer 108 heruntergeladen werden. Diese CG-Bilder werden so erzeugt, daß sie den Stereobildern betrachtet in der Richtung der optischen Achse mit der gleichen Basislänge und dem gleichen Abstand wie diejenigen des optischen Systems des Stereoskopmikroskopes 101 äquivalent sind. Die Echtzeit- CG-Erzeugungseinrichtung 109 liefert nacheinander die erzeugten CG-Bilder re präsentierende CG-Bildsignale für die Bildmischeinrichtung 110.

Diese Bildmischeinrichtung 110 überlagert die von der Echtzeit-CG-Erzeu gungseinrichtung 109 erzeugten CG-Bildsignale dem Videosignal hoher Auflösung des tatsächlichen Objektes, das mit geeigneter Einstellung seines Maßstabes von der CCD-Kamera 102 geliefert wird. In dem durch das Videosignal hoher Auflö sung repräsentierten und mit dem CG-Bildsignal überlagerten Bild werden die Größe und die Lage des kranken Teils als CG-Bilder (beispielsweise als Linien musterbilder) auf deren reellem Bild angezeigt. Die so überlagerten Videosignale hoher Auflösung werden durch den Teiler 111 geteilt und für einen Chefchirurgen D in das Stereoskopbetrachtungsgerät 113, für weitere Mitglieder des Operation steams auf den Monitor 114 oder eine Beratungseinrichtung an einer anderen Stelle sowie auf die Aufzeichnungseinrichtung 115 gegeben.

Das Stereoskopbetrachtungsgerät 113 ist am freien Ende eines freien Arms 112a eines zweiten Ständers 112 in Abwärtsrichtung so angebracht, daß es gemäß der Stellung des Chefchirurgen D entsprechend eingestellt werden kann, so daß des sen/deren Operationsmaßnahmen erleichtert werden. Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau dieses Stereoskopbetrachtungsgerätes 113.

Gemäß Fig. 3 enthält das Stereoskopbetrachtungsgerät 113 einen LCD-Schirm 120 hoher Auflösung mit einem Längenverhältnis von 9 : 16 als Monitor. Wenn das Videosignal hoher Auflösung vom Teiler 111 in den LCD-Schirm 120 eingegeben wird, wie dies in der ebenen Ansicht nach Fig. 4 dargestellt ist, so zeigt eine linke Hälfte 120b des LCD-Schirms 120 das durch den linken Bildaufnahmebereich der CCD 116 aufgenommene Bild und eine rechte Hälfte 120a das durch den rechten Bildaufnahmebereich der CCD 116 aufgenommene Bild an. Eine Grenze 120b zwischen dem rechten und linken Bild kann in Abhängigkeit von der Einstellung der Sehfeldblenden 270, 271 verschoben oder geneigt werden, was nachfolgend noch erläutert wird.

Die Lichtwege im Stereoskopbetrachtungsgerät werden durch einen Teiler 121 in einen rechten und einen linken Lichtweg geteilt, wobei der Teiler 121 in einer Richtung senkrecht zum LCD-Schirm 120 an der Grenze 120c, welche auftritt, wenn die Sehfeldblenden 270, 271 geeignet eingestellt sind, angeordnet ist. Auf den beiden Seiten des Teilers 121 sind ein Keilprisma 119 und ein Okular 118 in dieser Folge von der Seite des LCD-Schirms 120 gesehen, angeordnet. Das Okular 118 erzeugt ein vergrößertes virtuelles Bild des auf dem LCD-Schirm 120 an einer Stelle angezeigten Bildes, die um 1 m (-1 Dioptrien) vor betrachtenden Augen I angeordnet ist. Das Keilprisma 119 stellt die Richtung des Lichtes so ein, daß der Konvergenzwinkel der betrachteten Augen demjenigen für den Fall einer Betrachtung eines um 1 m vor dem bloßen Auge I angeordneten Objektes entspre chen kann, wodurch eine natürliche dreidimensionale Betrachtung möglich wird.

Wie oben beschrieben, werden die vom Stereoskopmikroskop aufgenommenen Bilder mit einem CG-Bild, beispielsweise einem Linienmuster überlagert, welches auf der Basis von Bildern erzeugt wird, die durch verschiedene Bildaufnahmeein richtungen vorher aufgenommen werden, um die Form, Größe und Lage des kranken Teils zu zeigen. Die überlagerten Bilder werden als dreidimensionale Bil der durch das Stereoskopbetrachtungsgerät 113 betrachtet und auf dem Monitor 114 angezeigt. Der Chefchirurg D und weitere Mitglieder des Operationsteams, welche diese Bilder betrachten, können den kranken Teil leicht identifizieren, was lediglich mit tatsächlichen Bildern schwer möglich wäre. Damit können Operatio nen schnell und genau ausgeführt werden.

Die Ausgestaltung des obengenannten Stereoskopmikroskopes 101 (einschließ lich der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung) wird nachfolgend genauer beschrie ben. Gemäß Fig. 5 besitzt dieses Stereoskopmikroskop 101 die Form einer vielec kigen Säule. Die Hinterseite des Stereoskopmikroskops 101 ist eben und an der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung befestigt, während die Vorderseite (d. h. die entgegengesetzte Seite zur Hinterseite) auf beiden Seiten abgeschrägte Kanten besitzt. In der Mitte der Oberseite ist eine kreisförmige Ausnehmung 101a ausge bildet. In der Mitte dieser Ausnehmung 101a ist eine (nicht dargestellte) Ein satzöffnungsbohrung vorgesehen, so daß ein Führungsrohr 121 eingesetzt wer den kann, bei dem es sich um ein das freie Ende des Lichtleiter-Faserbündels 105 fest abdeckendes zylindrisches Element handelt. Im Ausführungsbeispiel ist ein an der Einsatzöffnung befestigtes ringförmiges Element (d. h., ein Faserleitungs- Einsatzteil) 123 ein Spannfutter zur Fixierung des in die Einsatzöffnung einge setzten Führungsrohres 122.

Nachfolgend wird die optische Ausgestaltung des Stereoskopmikroskopes 101 anhand der Fig. 6 bis 9 erläutert. Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus des Mikroskopoptiksystems; Fig. 7 eine Seitenansicht; Fig. 8 eine Vorderansicht; und Fig. 9 eine ebene Ansicht des Mikroskopoptiksystems.

Gemäß Fig. 6 enthält das Mikroskopoptiksystem ein Bildaufnahme-Optiksystem (ein rechtes und ein linkes Bildaufnahme-Optiksystem) 200 zur elektrischen Auf nahme eines Bildes eines Objektes sowie ein Beleuchtungssystem 300 zur Be leuchtung des Objektes mit von der Lichtquelle 106 über das Lichtleiter- Faserbündel 105 geführtes Licht.

Das Bildaufnahme-Optiksystem 200 enthält ein Objektiv, das seinerseits ein ge meinsames Nahlinsensystem 210 sowie ein rechtes und ein linkes Variosystem 220, 230 zur Erzeugung der Primärbilder des Objektes, ein rechtes und ein linkes Übertragungsoptiksystem 240, 250 zur Erzeugung der Sekundärbilder durch Übertragung der Primärbilder, sowie ein Interachsen-Abstandsreduzierungsprisma 260 als Interachsen-Abstandsreduzierungselement, welches die Objektlichtstrah len von den Übertragungsoptiksystemen 240, 250 nahe beieinander hält, enthält.

An Stellen, an denen die Primärbilder durch die Variosysteme 220, 230 erzeugt werden, sind Sehfeldblenden 270, 271 angeordnet. In den Übertragungsoptiksy stemen 240, 250 sind fünfeckige Prismen 272, 273 als optische Wegablenkele mente zur Ablenkung der entsprechenden Lichtwege unter einem rechten Winkel angeordnet.

Bei dieser Ausgestaltung können ein rechtes und ein linkes Bild mit einer vorge gebenen Parallaxe auf zwei benachbarten Bereichen der in der CCD-Kamera 102 eingebauten CCD 116 erzeugt werden. In den folgenden Erläuterungen der opti schen Systeme ist eine "Horizontalrichtung" die Richtung, welche mit der Längs richtung der Bildaufnahmefläche der CCD 116 zusammenfällt, wenn auf diese Bil der projiziert werden, und eine "Vertikalrichtung" die Richtung, welche senkrecht auf der Horizontalrichtung relativ zur CCD 116 steht.

Die optischen Systeme werden nachfolgend erläutert.

Gemäß den Fig. 6, 7 und 8 enthält das Nahlinsensystem 210 eine erste Linse 211 mit negativer Brechkraft und eine zweite Linse 212 mit positiver Brechkraft, welche in der Reihenfolge von der Objektseite aus angeordnet sind. Die zweite Linse 212 bewegt sich längs der Richtung zur optischen Achse zur Fokussierung in Abhängigkeit vom Objektabstand.

Da die zweite Linse 212 so eingestellt ist, daß ein Objekt im Objektseiten- Brennpunkt auf der Objektseite des Nahlinsensystems 210 angeordnet ist, verhält sich das Nahlinsensystem 210 wie eine Kollimatorlinse zur Überführung diver genten Lichtes vom Objekt in im wesentlichen paralleles Licht.

Ein Teil des Umfangs der ersten und zweiten das Nahlinsensystem 210 bildenden Linse 211, 212 ist in einer Ebene parallel zur optischen Achse ausgeschnitten (D- Schnitt). Ein Beleuchtungsoptiksystem 300 ist in diesen Ausschnittsbereichen an geordnet.

Ein Paar von Variosystemen 220, 230 fokussiert brennpunktloses Objektlicht vom Nahlinsensystem 210 auf die Stellungen der Sehfeldblenden 270, 271.

Wie die Fig. 6 bis 8 zeigen, enthält das rechte Variosystem 220 erste bis vierte Linsengruppen 221, 222, 223 und 224 mit positiver, negativer, negativer bzw. po sitiver Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Seite des Nahlinsensystems 210 gesehen. Die erste und vierte Linsengruppe 221, 224 ist fest, während die zweite und dritte Linsengruppe 222, 223 zur Brennweitenänderung in Richtung der opti schen Achse bewegbar ist. Die zweite Linsengruppe 220 bewegt sich hauptsäch lich zur Änderung der Größe und die dritte Linsengruppe 223 zur Aufrechterhal tung der Brennstellung.

Wie das rechte Variosystem 220 enthält das linke Variosystem 230 erste bis vierte Linsengruppen 231, 232, 233 und 234. Das rechte und linke Variosystem 220, 230 sind durch einen (in den Figuren nicht dargestellten) Antriebsmechanismus mit einander gekoppelt, wodurch die Vergrößerungen des rechten und linken Bildes gleichzeitig geändert werden können.

Die optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230 verlaufen parallel zur optischen Achse Ax1 des Nahlinsensystems 210. Eine erste die optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230 enthaltende Ebene ist gegen eine zweite Ebene, welche parallel zur ersten Ebene verläuft und die optische Achse des Nah linsensystems 210 enthält, um einen Abstand Δ auf der entgegengesetzten Seite des D-Ausschnittsbereichs versetzt.

Der Durchmesser des Nahlinsensystems 210 ist größer als der Durchmesser ei nes Kreises, welcher die maximalen effektiven Durchmesser der Variosysteme 220, 230 und den maximalen effektiven Durchmesser des Beleuchtungssystems 300 enthält. Da die optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230, wie oben beschrieben, in bezug auf die optische Achse Ax1 auf der entgegengesetz ten Seite des D-Ausschnittsbereichs angeordnet sind, kann das Beleuchtungssy stem 300 innerhalb eines kreisförmigen Bereichs angeordnet werden, der durch den Durchmesser des Nahlinsensystems 210 definiert ist, wodurch ein kompakter Gesamtaufbau nötig wird.

Darüber hinaus ermöglicht der getrennte Aufbau des Nahlinsensystems 210 sowie des rechten und linken Variosystems 220, 230 eine Vereinfachung des Einstell mechanismus und des optischen Aufbaus, wobei ein großer Arbeitsaufstand (der Abstand vom Objekt zur nächsten Fläche des Nahlinsensystems 210 und ein gro ßes Brennweitenänderungsverhältnis erhalten bleiben. Da nämlich das Nahlinsen system 210 sowohl zum linken als auch zum rechten Bild gehört, stellt die Bewe gung der einzigen Linse die Brennpunkte des rechten und linken Bildes ein, wo durch der Brennpunkteinstellmechanismus vereinfacht wird. Weiterhin sammelt das Nahlinsensystem 210 lediglich das Objektlicht; das rechte und linke Variosy stem 220, 230 erzeugt bei auffallendem parallelen Licht lediglich das Primärbild, wodurch der Linsenaufbau aller optischen Systeme vereinfacht wird. Da die aus vier Gruppen bestehende Brennweitenänderungslinse bei konstanter Gesamtlän ge ein großes Brennweitenänderungsverhältnis besitzt, wird sie vorzugsweise als Zwischenoptiksystem in der Vielzahl von Optiksystemen verwendet.

Die Sehfeldblenden 270, 271 sind an Stellen angeordnet, an denen die Primärbil der durch die Variosysteme 220, 230 mit geplanter Funktion erzeugt werden sol len. Wie Fig. 6 zeigt, besitzen die Sehfeldblenden 270, 271 eine kreisförmige äu ßere Form und eine halbkreisförmige Öffnung, welche konzentrisch zur kreisför migen Kontur auf der Innenseite in Horizontalrichtung ist. Die Sehfeldblenden 270, 271 sind so angeordnet, daß die geraden Ränder dieser Öffnungen mit der Verti kalrichtung entsprechend der Grenzlinie des rechten und linken Bildes auf der CCD 116 zusammenfallen und daß lediglich die inneren Teile des Lichtflusses übertragen werden können.

Beim Mikroskop gemäß dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel muß ein Überlappen des rechten und linken Bildes auf der CCD 116 vermieden werden, um das rechte und linke Sekundärbild auf benachbarten Bereichen der einzigen CCD 116 zu erzeugen. Daher sind die Sehfeldblenden 270, 271 an der Stelle der entsprechenden Primärbilder angeordnet. Der geradlinige Rand der halbkreisför migen Öffnung der Sehfeldblenden 270, 271 wirkt als Schneidkante, so daß ledig lich innerhalb des Randes laufende Lichtstrahlen durch die Sehfeldblenden 270, 271 gelangen können. Die aus den Sehfeldblenden 270, 271 erzeugten Primärbil der werden durch das rechte und linke Übertragungsoptiksystem 240, 250 als Se kundärbilder abgebildet. Die resultierenden Sekundärbilder sind in Horizontalrich tung und in Vertikalrichtung in bezug auf die Primärbilder umgekehrt. Daher defi nieren die die Außenränder in Horizontalrichtung an den Stellen der Primärbilder definierenden Schneidkanten die Innenränder in den Horizontalrichtungen an Stellen der Sekundärbilder, wodurch die Grenze des rechten und linken Bildes klar definiert wird.

Die Übertragungsoptiksysteme 240, 250 enthalten drei Linsengruppen mit positi ver Brechkraft. Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, enthält das rechte Übertragungs optiksystem 240 eine erste Linsengruppe 241, welche durch eine einzige positive Meniskuslinse gebildet wird, eine zweiten Linsengruppe 242 mit insgesamt positi ver Brechkraft sowie eine dritte durch eine einzige bikonvexe Linse gebildete Lin sengruppe 243. Der Brennpunkt auf der Objektseite der Kombination der ersten und zweiten Linsengruppe 241 und 242 fällt mit der Bilderzeugungsebene des durch das Variosystem 220 erzeugten Primärbildes zusammen. Dabei handelt es sich um die gleiche Stellung wie diejenige der Sehfeldblende 271. Die dritte Lin sengruppe 243 bündelt paralleles Licht, das von der zweiten Linsengruppe 242 auf die Bildaufnahmefläche CCD 116 übertragen wird. Zwischen der ersten Linsen gruppe 241 und der zweiten Linsengruppe 242 ist das fünfeckige Prisma 272 zur Ablenkung des Lichtweges unter einem rechten Winkel angeordnet. Zwischen der zweiten Linsengruppe 242 und der dritten Linsengruppe 243 ist eine Öffnungs blende 244 zur Einstellung des Lichtwertes angeordnet.

Wie das rechte Übertragungsoptiksystem 240 enthält das linke Übertragungsop tiksystem 250 eine erste, zweite und dritte Linsengruppe 251, 252 und 253. Das fünfeckige Prisma 273 ist zwischen der ersten Linsengruppe 251 und der zweiten Linsengruppe 252 und eine Öffnungsblende 254 zwischen der zweiten Linsen gruppe 252 und der dritten Linsengruppe 253 angeordnet.

Das divergente Licht, das durch die Sehfeldblenden 270, 271 gelaufen ist, wird durch die ersten Linsengruppen 241, 251 und die zweiten Linsengruppen 242, 252 der Übertragungsoptiksysteme im wesentlichen paralleles Licht überführt. Nach dem Durchtritt durch die Öffnungsblenden 244, 254 werden die Lichtstrahlen durch die dritten Linsengruppen 243, 253 zur Erzeugung der Sekundärbilder er neut gebündelt.

Da die fünfeckigen Prismen 272, 273 innerhalb de Übertragungsoptiksysteme 240, 250 angeordnet sind, kann die Gesamtlänge des Bildaufnahmeoptiksystems 200 längs der optischen Achse Ax1 des Nahlinsensystems 210 verkürzt werden. Wird ein Spiegel als Ablenkelement für den optischen Weg verwendet, so lenkt ein Winkeleinstellfehler des Spiegels die Richtung des reflektierten Lichtes stark ab. Das fünfeckige Prisma hält jedoch die Richtung des reflektierten Lichtes, wenn es um eine Achse gedreht wird, die senkrecht auf einer die optischen Achse des Va riosystems vor und nach der Ablenkung durch das fünfeckige Prisma enthaltenden Ebene steht.

Weiterhin sind die zweiten Linsengruppen 243, 252 und die dritten Linsengruppen 243, 253 in den Übertragungsoptiksystemen 240, 250 in Richtung der optischen Achse und in Richtung senkrecht zur optischen Achse einstellbar. Werden die zweiten und dritten Linsengruppen 242, 252, 243, 253 in Richtung der optischen Achse bewegt, so ändert sich die resultierenden Brennlängen der ersten und zweiten Linsengruppen, wodurch die Vergrößerung (die Bildhöhe der sekundären Bilder) der Übertragungsoptiksysteme 240, 250 geändert wird. Weiterhin ändern Einstellungen der dritten Linsengruppen 243, 253 in Richtung der optischen Achse den hinteren Brennpunkt der Übertragungsoptiksysteme, wodurch die Brenn punkteinstellung in bezug auf die CCD 116 möglich wird. Werden die zweiten Lin sengruppen 242, 252 und die dritten Linsengruppen 243, 253 als Einheit in Rich tung senkrecht zur optischen Achse eingestellt, so werden die Stellungen der Se kundärbilder in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse eingestellt.

Für derartige Einstellungen werden die zweiten Linsengruppe 242 und die dritte Linsengruppe 243 im rechten Übertragungsoptiksystem in einem äußeren Objek tivtubus gehalten, wobei die dritte Linsengruppe 243 weiterhin in einem inneren Objektivtubus gehalten ist, der relativ zum äußeren Objektivtubus in Richtung der optischen Achse bewegbar ist. Auf die gleiche Weise werden die zweite Linsen gruppe 252 und die dritte Linsengruppe 253 im linken Übertragungsoptiksystem 250 in einem äußeren Objektivtubus gehalten, wobei die dritte Linsengruppe 253 weiterhin in einem inneren Objektivtubus gehalten ist.

Da die zweiten Linsengruppen 242, 252 und die dritten Linsengruppen 243, 253 auf diese Weise zur Ermöglichung verschiedener Einstellungen bewegbar sind, wird der Einstellungsmechanismus komplexer, wenn die fünfeckige Prismen 272, 273 zwischen diesen Linsengruppen angeordnet werden. Daher werden die Pris men 272, 273 bevorzugt zwischen den Sehfeldblenden 270, 271 und den zweiten Linsengruppen 242, 252 angeordnet. Da der Divergenzgrad des Objektlichtes durch die ersten Linsengruppen 241, 251 reduziert wird, werden die Prismen 272, 273 vorzugsweise zwischen den ersten Linsengruppen 241, 251 und den zweiten Linsengruppen 242, 252 angeordnet, um den effektiven Durchmesser der Prismen kleiner zu machen.

Das Interachsen-Distanzreduzierungsprisma 260 ist zwischen den Übertragungs optiksystemen 240, 250 und der CCD-Kamera 102 angeordnet, um den Abstand zwischen den rechten und linken Objektlichtstrahlen von den entsprechenden Übertragungsoptiksystemen 240, 250 zu reduzieren. Um durch die Stereoskopmi kroskop-Betrachtung ein reales stereoskopisches Gefühl zu realisieren, ist es not wendig, zwischen dem rechten und linken Variosystem 220, 230 und zwischen dem rechten und linken Übertragungsoptiksystem 240, 250 eine vorgegebene Ba sislänge zu realisieren. Zur Erzeugung von Sekundärbildern auf den benachbarten Bereichen auf der CCD 116 ist es andererseits notwendig, den Abstand zwischen den optischen Achsen kleiner als die Basislänge zu machen. Das Interachsen- Abstandsreduzierungsprisma 216 bringt die optischen Achsen der Übertragungs optiksysteme näher zueinander, wodurch Bilder auf der gleichen CCD erzeugt werden können, während die vorgegebene Basislänge erhalten bleibt.

Wie die Fig. 6 und 9 zeigen, enthält das Interachsen-Abstandsreduzierungs prisma 260 ein Paar von Optikachsen-Verschiebeprismen 261, 262 in Form von fünfeckigen Säulen, welche symmetrisch zueinander sind. Die Prismen 261, 262 sind in einer rechten und linken symmetrischen Konfiguration mit einem Abstand von etwa 0,1 mm zwischen sich angeordnet.

Wie Fig. 9 zeigt, besitzen die optischen Achsen-Verschiebeprismen 261, 262 zu einander parallele Auffall- und Austrittsflächen sowie ebenfalls zueinander paral lele erste und zweite reflektierende Flächen in der entsprechenden Außenseite und Innenseite. Gesehen in Richtung parallel zu den Auffall- und Austrittsflächen sowie den reflektierenden Flächen besitzen diese optischen Achsen-Verschie beprismen 261, 262 fünfeckige Form, welche durch Ausschneiden einer spitzwink ligen Ecke eines Parallelogramms in einer Linie senkrecht zur Austrittsfläche ent steht. Die Verschiebeprismen 261, 262 können durch ein Paar von getrennten Spiegeln ersetzt werden. Es wird bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch das Prisma mit zwei inneren reflektierenden Flächen verwendet, so daß der Stellungs zusammenhang zwischen den beiden reflektierenden Flächen fest ist, wodurch die Einstellung im Vergleich zu einem Paar von getrennten Spiegeln leichter wird.

Das Objektlicht von den Übertragungsoptiksystemen 240, 250 fällt auf die Auffall flächen der optischen Achsen-Verschiebeprismen 261, 262 auf; es wird durch die äußeren reflektierenden Flächen so reflektiert, daß es in Horizontalrichtung geführt wird; durch die inneren reflektierenden Flächen intern so reflektiert, daß es in den Richtungen der optischen Achse geführt wird, welche die gleichen wie die Auffall richtung sind; und tritt an den Austrittsflächen so aus, daß es auf die CCD-Kamera 102 fällt. Der Abstand zwischen den rechten und linken Objektlichtstrahlen wird daher ohne Änderung der Laufrichtung schmäler, wobei Sekundärbilder auf der einzigen CCD 116 erzeugt werden.

Das Beleuchtungsoptiksystem 300 projiziert Beleuchtungslicht auf das Objekt und enthält, wie die Fig. 6 und 7 zeigen, eine Beleuchtungslinse 310 zur Einstel lung des Divergenzgrades von divergentem Licht, das von dem Lichtleiter- Faserbündel 105 und einem Keilprisma 320 emittiert wird, um das Beleuchtungs licht so abzulenken, daß es mit dem Beleuchtungsbereich des Bildaufnahmeberei ches zusammenfällt. Wie Fig. 7 zeigt, verläuft die optische Achse Ax4 der Be leuchtungslinse 310 parallel zur optischen Achse Ax1 des Nahlinsensystems 201 mit einem Versatz gegen die optischen Achse Ax1 um einen vorgegebenen Be trag. Wenn das Keilprisma 320 nicht vorhanden ist, so fällt die Mitte des Beleuch tungsbereiches nicht mit der Mitte des Bildaufnahmebereich zusammen, wodurch eine gewisse Menge des Beleuchtungslichtes verloren geht. Das Keilprisma 310 paßt den Beleuchtungsbereich an den Bildaufnahmebereich an, wodurch das Be leuchtungslicht effektiv ausgenutzt wird.

Nähere Einzelheiten des Bildaufnahme-Optiksystems 200 werden nachfolgend beschrieben.

Die CCD-Kamera 102 dieses Ausführungsbeispiels ist eine Farbkamera mit vier integrierten Schaltkreisen, welche gleichzeitig ein Rot- Blau- Grün- und Schwarz- Weiß-Bild über eine Anordnung von als chromatische Strahlteiler wirkenden Pris men auf vier CCD-Schaltkreisen aufnimmt. Die CCDs besitzen in einer HDTV- (TV hoher Auflösung)-Norm eine Größe von etwa 0,85 cm. Das bedeutet, daß ein Be reich von 4,85 × 2,78 mm in einen rechten und einen linken Bereich aufgeteilt ist. Der Abstand zwischen den Mitten des rechten und linken Bereichs ist gleich 2,425 mm und die Pixelgröße gleich 2,53 µm × 2,78 µm.

Die Empfindlichkeit der CCD nimmt mit abnehmender Pixelgröße ab. Da das Bild aufnahme-Optiksystem 200 wie oben beschrieben, eine kompakte CCD hoher Auflösung ist, sind für die Variosysteme 200, 230 und die Übertragungsoptiksy steme 240, 250 zur Kompensation der Empfindlichkeitsverringerung bei der Auf nahme Bilder hoher Auflösung kleine F-Zahlen erforderlich. Die Variosysteme 220, 230 besitzen eine Brennweite von 12 bis 120 mm und eine F-Zahl von 4. Weiter hin ist der maximale Durchmesser der Variosysteme gleich 33 mm und der Durchmesser des Interachsen-Abstandsreduzierungselementes gleich 40 mm, um gegenseitige mechanische Beeinflussungen zu vermeiden. Der Durchmesser des Nahlinsensystems 210 ist 91 mm.

Da das Nahlinsensystem 200 einen derartig großen Durchmesser besitzt, ist es notwendig, die räumliche Aberration zu reduzieren.

Die räumliche Aberration des Nahlinsensystems 210 ist in bezug auf seine opti sche Achse Ax1 rotationssymmetrisch, wobei rotationsasymmetrische Aberratio nen in bezug auf die optischen Achsen Ax2 und Ax3 der Variosysteme 220 und 230 entstehen. Wenn das Nahlinsensystem 210 in der räumlichen Aberration nicht richtig korrigiert ist, treten in den durch die Variosysteme 220 und 230 erzeugten Bilder Astikmatismen auf. Ein Punktbild wird insbesondere in bezug auf die opti sche Achse asymmetrisch, wenn das Objekt aus dem Brennpunkt gelangt. Da die durch das rechte und linke Variosystem 220 und 230 aufgenommenen Bereiche in bezug auf den Durchmesser des Nahlinsensystems 210 symmetrisch sind, be sitzen darüber hinaus die Astigmatismen des rechten und linken Bildes gegensin nige Richtungseigenschaften.

Das rechte und linke Bild muß abgesehen von der Parallaxe den gleichen Zustand besitzen, damit eine echte stereoskopische Betrachtung möglich wird. Wenn bei spielsweise die Diffusion und/oder die Verzerrung des Bildes aufgrund von Aber rationen die gleichen Richtungseigenschaften haben, so beeinträchtigt dies die stereoskopische Beobachtung nicht wesentlich. Haben jedoch die Aberrationen gegensinnige Richtungseigenschaften, so sind das rechte und linke Bild im spezi ellen Teil des Objektes unterschiedlich, was die stereoskopische Betrachtung we sentlich beeinflußt.

Die räumliche Aberration kann durch Verwendung einer großen Anzahl von Linsen reduziert werden, wobei jedoch eine Zunahme der Kosten, des Gewichtes und der Größe des Nahlinsensystems in Kauf zu nehmen ist.

Andererseits nimmt die räumliche Aberration ab, wenn die Brennweite zunimmt. Das Nahlinsensystem 210 besitzt zur Reduzierung der räumlichen Aberration bei einer kleinen Anzahl von Linsen eine relativ große Brennweite. Bei diesem Aus führungsbeispiel erfüllt das Nahlinsensystem 210 die folgende Bedingung (1):

f_A < 500, (1)

worin f_A die Brennweite (Einheit: mm) des Nahlinsensystems bedeutet.

Ist die Bedingung (1) erfüllt, so kann die räumliche Aberration des Nahlinsensy stems 210 reduziert werden, wobei auch die in den Primärbildern auftretenden Astigmatismen verringert werden, wodurch eine gute stereoskopische Betrachtung möglich wird.

Das Bildaufnahme-Optiksystem 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist spezi ell für Video-Stereoskopmikroskop geeignet. Soll das Mikroskop auch für eine Be obachtung mit dem bloßen Auge verwendbar sein, so sollten die Variosysteme für diesen Zweck eine große Vergrößerung besitzen. Je größer die Vergrößerung der Variosysteme jedoch ist, um so größer ist deren Brennweite, wodurch die gesamte Größe und das Gewicht des Mikroskops vergrößert werden.

Beim Ausführungsbeispiel sind die Vergrößerungen der Variosysteme 220, 230 kleiner als die des Mikroskops für eine Beobachtung mit bloßem Auge. Die Über tragungsoptiksysteme 240, 250 erfüllen die folgende Bedingung (2):

-3 < M_R < -1, (2)

worin M_R die Bildvergrößerung der Übertragungsoptiksysteme bedeutet.

Generell sind die Gesamtlänge, der Durchmesser und das Gewicht der Variolin sen um so größer, je größer die Brennweite einer Variolinse ist. Da das Variosy stem, beispielsweise das Linsensystem des Mikroskops, speziell aus einer großen Anzahl von Linsen besteht, nimmt die Gesamtlänge und das Gewicht mit zuneh mender Brennweite wesentlich zu. Ist die Brennweite der Variosysteme 220, 230 ausreichend kurz, so können die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht des Mi kroskops verringert werden.

Ist die Vergrößerung M_R größer als -1, so muß die Brennweite des Variosystems größer sein, um eine vorgegebene Gesamtvergrößerung des Mikroskops zu reali sieren. Damit wird die Größenverringerung der Variosysteme zum Teil zunichte gemacht. Ist andererseits die Verstärkung M_R kleiner als -3, so wird die Brenn weite des Variolinsensystem im Weitwinkelbereich zu kurz, d. h., der Betrach tungswinkel wird für die Korrektur von Aberrationen bei Aufrechterhaltung einer vorgegebenen veränderlichen Brennweite zu groß. Darüber hinaus muß die F- Zahl der ersten Linsengruppe des Übertragungsoptiksystems abnehmen, wenn dessen Vergrößerung zunimmt, damit eine vorgegebene Helligkeit auf der CCD erhalten bleibt. Wenn die Vergrößerung M_R kleiner als -3 ist, so wird daher die F- Zahl der ersten Linsengruppe zur Korrektur von Aberrationen zu klein.

Soll ein Video-Mikroskop auch für Beobachtungen mit bloßem Auge verwendet werden, so wird es durch eine Kombination eines Direktbetrachtungsmikroskops und eines an den Okularen des Mikroskops befestigten Bildaufnahme-Adapters gebildet. Die Variosysteme sind im Direktbetrachtungsmikroskops angeordnet, während die Übertragungsoptiksysteme und CCDs im Adapter angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen doppelt verwendbaren Mikroskops soll mit einem Ausführungsbeispiel des speziellen Video-Mikroskops des Ausfüh rungsbeispiels verglichen werden. Als Vorbedingung werden das Brennweitenän derungsverhältnis des Variosystems als 10-fach und die Erzeugung des Sekun därbildes auf einem Bereich von 2 × 2 mm angenommen.

Der Absolutwert der Vergrößerung des Variosystems muß bei einem Doppel mikroskop größer sein, um eine ausreichende Vergrößerung für die Beobachtung mit bloßem Auge sicherzustellen. Andererseits kann der Absolutwert der Vergrö ßerung des Übertragungsoptiksystems klein sein. Enthält das doppelt verwendba re Mikroskop beispielsweise ein Variosystem mit einer F-Zahl von 6 und einem Brennweitenbereich von 16 mm bis 180 mm sowie ein Übertragungsoptiksystem mit einer Vergrößerung von -1, so ist die Größe des optischen Systems wie folgt:

Der Absolutwert der Vergrößerung des Variosystems kann im speziellen Video- Mikroskop kleiner sein. Andererseits muß der Absolutwert der Vergrößerung des Übertragungsoptiksystems größer sein. Enthält beispielsweise das Video- Mikroskop ein Variosystem mit einer F-Zahl von 4 und einem Brennweitenbereich von 12 bis 120 mm und ein Übertragungsoptiksystem mit einer Vergrößerung von -1,5, so ist die Größe der Optiksysteme wie folgt:

Der Vergleich zeigt, daß das spezielle Video-Mikroskop hinsichtlich des kompak ten Aufbaus vorteilhaft ist. Nachfolgend werden vier konkrete Beispiele des Bild aufnahme-Optiksystems 200 beschrieben.

Erstes Beispiel

Fig. 10 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Bildaufnahme-Optiksystems 200 in abgewickelter Form. Der numerische Aufbau ist in TABELLE 1 angegeben. Die Flächenzahlen 1 bis 6 repräsentieren das Nahlinsensystem 200, wobei die Flä chenzahlen 1 bis 3 die erste Linsengruppe 211 und die Flächenzahlen 4 bis 6 die zweite Linsengruppe 212 repräsentieren. Die Flächenzahlen 7 bis 23 repräsentie ren das Variosystem 220, wobei die Flächenzahlen 7 bis 11 die erste Linsengrup pe 221, die Flächenzahlen 12 bis 14 die zweite Linsengruppe 22, die Flächen zahlen 15 und 16 die dritte Linsengruppe und die Flächenzahlen 17 bis 23 die vierte Linsengruppe 224 repräsentieren. Die Flächenzahlen 24 bis 32 repräsentie ren das Übertragungsoptiksystem 240, wobei die Flächenzahlen 24 und 25 die erste Linsengruppe 241, die Flächenzahlen 26 und 27 das fünfeckige Prisma 272, die Flächenzahlen 28 bis 30 die zweite Linsengruppe 242 und die Flächenzahlen 31 und 32 die dritte Linsengruppe 243 repräsentieren. Die Flächenzahlen 33 und 34 repräsentieren das Prisma 261 zur Verschiebung der optischen Achsen und die Flächenzahlen 35 und 36 repräsentieren einen in der CCD-Kamera 102 angeord neten chromatischen Strahlteiler 280.

In der TABELLE 1 bezeichnet r (Einheit: mm) den Krümmungsradius einer Flä che, d (Einheit: mm) einen Abstand zwischen den Flächen längs der optischen Achse, n den Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 588 nm und νd die Ab besche Zahl.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Brennweite des Nahlinsensystems 210 im Bereich von 532,3 bis 645,3 mm variabel und die Bildvergrößerung M_R der Über tragungsoptiksysteme 240, 250 gleich -1,5.

TABELLE 1

Zweites Beispiel

Fig. 11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Bildaufnahme-Optiksystems 200 in abgewickelter Form. Die numerische Konstruktion ist in TABELLE 2 ange geben. Die Elemente sind mit den gleichen Flächenzahlen wie die des ersten Ausführungsbeispiels bezeichnet.

Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die Brennweite des Nahlinsensystems 210 im Bereich von 532,3 bis 645,3 mm variabel und die Bildvergrößerung M_R der Über tragungsoptiksysteme 240, 250 ist gleich -1,5.

TABELLE 2

Drittes Beispiel

Fig. 12 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Bildaufnahme-Optiksystems 200 in abgewickelter Form. Der numerische Aufbau ist in TABELLE 3 angegeben. Die Elemente sind mit den gleichen Flächenzahlen wie die des ersten Ausführungs beispiels bezeichnet.

Im dritten Ausführungsbeispiel ist die Brennweite des Nahlinsensystems 210 im Bereich von 532,3 bis 645,3 mm variabel und die Bildvergrößerung M_R der Über tragungsoptiksysteme 240, 250 ist gleich -1,875.

TABELLE 3

Viertes Beispiel

Fig. 13 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Bildaufnahme-Optiksystems 200 in abgewickelter Form. Der numerische Aufbau ist in TABELLE 4 angegeben. Die Elemente sind mit den gleichen Flächenzahlen wie die des ersten Ausführungs beispiels bezeichnet.

Im vierten Ausführungsbeispiel ist die Brennweite des Nahlinsensystems 210 im Bereich von 532,3 mm bis 645,3 mm variabel und die Bildverstärkung M_R der Übertragungsoptiksysteme 240, 250 ist gleich -2,0.

TABELLE 4

Claims

1. Stereoskopmikroskop mit:
einem einem Objekt zugekehrten gemeinsamen Nahlinsensystem mit einer einzigen optischen Achse;
ein Paar von Variosystemen, welche durch unterschiedliche Bereiche des Nahlinsensystems laufende Objektlichtstrahlen zur Erzeugung eines Paars von Primärbildern aufnehmen und deren optische Achsen parallel zur opti schen Achse des Nahlinsensystems verlaufen;
einem Paar von an den Stellen der Primärbildern angeordneten Sehfeld blenden;
einem Paar von Übertragungsoptiksystemen, welche die Primärbilder zur Erzeugung eines Paars von Sekundärbildern übertragen;
einem Interachsen-Abstandsreduzierungselement, das die Objektlicht strahlen von den Übertragungsoptiksystemen zusammenführt;
einer Bildaufnahme-Einrichtung, welche die Sekundärbilder auf einer Bild aufnahmefläche aufnimmt, und
einem Beleuchtungssystem, welches das Objekt mit von einer Lichtquelle emittierten Licht bestrahlt.

2. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem der Durchmesser des Nah linsensystems größer als der Durchmesser eines Kreises ist, welcher die maximalen effektiven Durchmesser der Variosysteme und den maximalen effektiven Durchmesser des Beleuchtungsystems enthält.

3. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem die Linsen des Nahlinsen systems Kreisform mit einer ausgeschnittenen Seite besitzen und in dem das Beleuchtungsystem im Ausschnittsraum des Nahlinsensystems ange ordnet ist.

4. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem das Nahlinsensystem eine erste Linsengruppe mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsengruppe mit positiver Brechkraft enthält, die von der Objektseite gesehen in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und in dem die zweite Linsengruppe zur Fo kussierung in Abhängigkeit vom Objektabstand in Richtung der optischen Achse bewegbar ist.

5. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem das Nahlinsensystem die folgende Bedingung (1) erfüllt:
f_A < 500, (1)
worin f_A die Brennweite (Einheit: mm) des Nahlinsensystems bedeutet.

6. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem eine die optischen Achsen der Variosysteme enthaltende Ebene gegen eine Meridianebene des Nah linsensystems parallel versetzt ist.

7. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem die Variosysteme aus einer ersten, zweiten, dritten und vierten Linsengruppe mit positiver, negativer, negativer und positiver Brechkraft von der Seite des Nahlinsensystems aus gesehen in dieser Reihenfolge enthalten und in dem die zweite und dritte Linsengruppe zur Brennweitenänderung in Richtung der optischen Achsen bewegbar sind, während die erste und vierte Linsengruppe in fester Stel lung steht.

8. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem die Übertragungsoptiksy steme erste, zweite und dritte Linsengruppen mit positiver Brechkraft ent halten und in dem die erste und zweite Linsengruppe in Kombination das durch die Sehfeldblenden laufende divergierende Licht sammeln und die dritte Linsengruppe die von der zweiten Linsengruppe ausgehenden paral lelen Lichtstrahlen bündelt.

9. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 8, in dem die Übertragungsoptiksy steme jeweils eine zwischen ihrer zweiten und dritten Linsengruppe ange ordnete Öffnungsblende zur Steuerung des duch sie laufenden Lichtes enthalten.

10. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem die Übertragungsoptiksy steme die folgende Bedingung (2) erfüllen:
-3 < M_R < -1, (2)
worin M_R die Bildvergrößerung der Übertragungsoptiksysteme bedeutet.

11. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem das Interachsen- Reduzierungselement durch ein Paar von Prismen zur Verschiebung der optischen Achse gebildet ist, welche jeweils parallele Auffall- und Austritts flächen sowie parallele erste und zweite interne reflektierende Flächen be sitzen.

12. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 1, in dem das Beleuchtungsystem eine Beleuchtungslinse zur Projektion von von der Lichtquelle emittierten Licht und ein Keilprisma zu einer solchen Ablenkung des Lichtes enthält, daß der Beleuchtungsbereich mit dem Bildaufnahmebereich zusammenfällt.

13. Stereoskopmikroskop mit
einem einem Objekt zugekehrten gemeinsamen Nahlinsensystem mit einer einzigen optische Achse;
einem Paar von Abbildungsoptiksystemen, welche durch unterschiedliche Bereiche des Nahlinsensystems laufende Objektlichtstrahlen zur Erzeugung eines Paars von Bildern aufnehmen und deren optische Achsen parallel zur optische Achse des Nahlinsensystems verlaufen; und
einer Bildaufnahmeeinrichtung, welche die Bilder auf einer Aufnahmefläche aufnimmt, wobei das Nahlinsensystem die folgende Bedingung (1) erfüllt:
f_A 500, (1)
worin f_A die Brennweite (Einheit: mm) des Nahlinsensystems bedeutet.

14. Stereoskopmikroskop nach Anspruch 13, mit folgenden Elementen des Ab bildungsoptiksystems:
einem Paar von Variosystemen, welche durch unterschiedliche Bereiche des Nahlinsensystems laufende Objektlichtstrahlen zur Erzeugung eines Paars von Primärbildern aufnehmen und deren optische Achsen parallel zur optische Achse des Nahlinsensystems verlaufen;
einem Paar von Sehfeldblenden, die an den Stellen der Primärbilder ange ordnet sind;
ein Paar von Übertragungsoptiksystemen, welche die Primärbilder zur Er zeugung eines Paars von Sekundärbildern übertragen; und
einem Interachsen-Reduzierungselement, das die Objektlichtstrahlen von den Übertragungsoptiksystemen zusammenführt.

15. Stereoskopmikroskop mit
einem einem Objekt zugekehrten gemeinsamen Nahlinsensystem mit einer einzigen optischen Achse;
einem Paar von Variosystemen, welche durch unterschiedliche Bereiche des Nahlinsensystems verlaufende Objektlichtstrahlen zur Erzeugung eines Paars von Primärbildern aufnehmen und deren optische Achsen parallel zur optischen Achse des Nahlinsensystems verlaufen;
einem Paar von Sehfeldblenden, die an den Stellen der Primärbilder ange ordnet sind;
einem Paar von Übertragungsoptiksystemen, welche die Primärbilder zur Erzeugung eines Paars von Sekundärbildern übertragen; und
einer Bildaufnahmeeinrichtung, welche die Sekundärbilder auf einer Bild aufnahmefläche aufnehmen,
wobei die Übertragungsoptiksysteme die folgende Bedingung (2) erfüllen:
-3 < M_R < -1, (2)
worin M_R die Bildvergrößerung der Übertragungsoptiksysteme bedeutet.