DE10027167A1 - Mikroskop mit einem Beleuchtungssystem - Google Patents

Abstract

Das optische System eines Mikroskops enthält ein einem Objekt zugekehrtes Nahlinsensystem, ein Paar von Abbildungsoptiksystemen, welche durch Bereiche des Nahlinsensystems laufende Objektlichtstrahlen aufnehmen und ein Beleuchtungssystem, das von einer Lichtquelle emittiertes Licht auf das Objekt führt. Die im Nahlinsensystem enthaltenen Linsen sind mit einem Ausschnitt auf einer Seite halbkreisförmig ausgebildet. Das Nahlinsensystem ist in einem ersten Linsentubus gehalten, während das Beleuchtungssystem in einem zweiten Linsentubus gehalten ist. Der zweite Linsentubus ist im Ausschnittsraum des Nahlinsensystems innerhalb des ersten Linsentubus angeordnet. Am zweiten Linsentubus ist zur Verhinderung eines Lichtaustritts durch im zweiten Linsentubus ausgebildeten Nuten ein Lichtabschirmelement befestigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskop zur Vergrößerung eines Objektes und insbesondere auf ein Mikroskop, das mit einem Beleuchtungsystem zur Be­ leuchtung des Objektivs versehen ist.

Ein Operationsmikroskop dient zur Vergrößerung kleinen Gewebes, beispielswei­ se von Gehirnzellen, bei einer Operation.

Da es schwierig ist, kleines Gewebe eines komplizierten Organs, beispielsweise des Gehirns mit bloßem Auge zu unterscheiden, bedarf es eines Operationsmi­ kroskops für eine Operation an einem derartigen Organ.

Neben einem Beobachtungsoptiksystem oder einem Bildaufnahme-Optiksystem besitzen Chirurgiemikroskope oft ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Objekts.

Das beleuchtende Licht kann für das Beobachtungsoptiksystem oder das Bildauf­ nahme-Optiksystem Streulicht sein, wenn es aus einem Objektivtubus des Be­ leuchtungssytsems austritt. Speziell dann, wenn das Beleuchtungssystem eine Linse mit variabler Brechkraft zur Änderung des Beleuchtungsbereichs in Abhän­ gigkeit von einer Brennweitenänderung des Beobachtungsoptiksystems oder Bild­ aufnahme-Optiksystems enthält, sind Nuten zur Führung von Antriebsstiften auf dem Objektivtubus vorgesehen, aus denen Licht austreten kann.

Andererseits muß das Beleuchtungsystem die Linse mit variabler Brechkraft zur Änderung des Beleuchtungsbereiches enthalten.

Da jedoch die Bildaufnahmelinse Linsenelementen zur Korrektur von Aberrationen eine größere Anzahl von Linsenelementen wie die Beleuchtungslinse enthält, führt die Verwendung einer Bildaufnahmelinse zur Brennweiten-Änderung generell zu höheren Kosten und einem höheren Gewicht. Die Beleuchtungslinse sollte speziell eine kleine F-Zahl auf der Auftreffseite besitzen, wenn von einem Lichtleiter- Faserbündel kommendes divergentes Licht wirksam aufgenommen werden soll, was die Anzahl der Linsenelemente weiter erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop anzugeben, mit dem das Eintreten von beleuchtendem Licht in das Beobachtungsoptiksystem oder das Bildaufnahme-Optiksystem verhinderbar ist.

Dabei soll weiterhin eine Beleuchtungslinse angegeben werden, mit der der Be­ leuchtungsbereich ohne Erhöhung der Anzahl von Linsenelementen veränderbar ist.

Der Erfindung sieht zur Lösung der Aufgabe ein Mikroskop mit folgenden Ele­ menten vor:
ein einem Objekt zugekehrtes Nahlinsensystem, in dem auf einer Seite der in ihm enthaltenen Linsen ein Ausschnitt vorgenommen ist;
wenigstens ein Abbildungsoptiksystem, das durch einen Bereich des Nahlinsensy­ stems laufende Objektlichtstrahlen aufnimmt, wobei der Bereich gegen die opti­ sche Achse des Nahlinsensystems in einer Richtung entgegengesetzt zur Aus­ schnittseite versetzt ist;
ein von einer Lichtquelle emittiertes Licht führendes Beleuchtungssystem zur Be­ leuchtung des Objektes;
einen ersten, das Nahlinsensystem halternden Linsentubus;
einen zweiten das Beleuchtungsystem halternden Linsentubus, der im Aus­ schnittsraum des Nahlinsensystems innerhalb des ersten Linsentubus angeordnet ist; und
ein am zweiten Linsentubus befestigtes Lichtabschirmelement zur Vermeidung des Austretens von Licht durch im zweiten Linsentubus ausgebildete Nuten.

Da bei dieser Ausgestaltung der Zwischenachsenabstand zwischen dem Nahlin­ sensystem und dem Beleuchtungsystem klein gehalten werden kann, wird die Parallaxe klein, wodurch die Abweichung zwischen dem Betrachtungsbereich und dem Beleuchtungsbereich trotz des Arbeitsabstandes verringert wird. Da der zweite Linsentubus durch das Lichtabschirmelement abgedeckt ist, kann Licht nicht in das Nahlinsensystem eintreten, wodurch das Problem von Streulicht ver­ mieden wird.

Das Mikroskop kann ein für eine Beobachtung mit dem bloßen Auge verwendetes Mikroskop oder ein Fernsehmikroskop sein, das das Bild des Objektes elektro­ nisch erfaßt. Das Mikroskop kann weiterhin ein Monokular- oder ein Stereoskop­ mikroskop mit einem Paar von Abbildungsoptiksystemen sein.

Die Form der Ausschnittlinie des Nahlinsensystems kann in einer ebenen Ansicht gerade oder gekrümmt sein. In einem speziellen Fall kann der Ausschnitt ein Durchgangsloch sein. Die Ausschnittsfläche kann parallel zur optische Achse des Nahlinsensystems oder geneigt verlaufen.

Das Beleuchtungsystem kann eine Beleuchtungslinse zur Lichtprojektion enthal­ ten. Diese Beleuchtungslinse kann aus einer einzigen Linse oder einer Vielzahl von Linsengruppen bestehen. Bevorzugt enthält die Beleuchtungslinse eine Viel­ zahl von Linsengruppen, welche zur Änderung ihrer Brennweite in Richtung der optische Achse bewegbar sind.

Der erste Linsentubus kann einen fest an einem Gehäuse des Mikroskops ange­ brachten festen Ring, eine Vielzahl von am Umfang des festen Rings ausgebilde­ ten Nuten, einen drehbar mit dem festen Ring verbundenen Nockenring, eine Viel­ zahl von am Umfang des Nockenrings so ausgebildeten Nuten, daß diese die Füh­ rungsnuten schräg schneiden, und eine Vielzahl von beweglichen Linsenfassun­ gen, welche in den festen Ring bei Halterung der Linsengruppen eingesetzt sind, enthalten.

In einem solchen Fall ist auf der sich bewegenden Linsenfassung wenigstens je­ weils ein in die Schnittstelle zwischen der Führungsnut und der Nockennut ein­ greifender Antriebsstift vorgesehen, wobei das Lichtabschirmelement an der Au­ ßenfläche des Nockenrings befestigt ist.

Das Lichtabschirmelement kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Es besitzt die Form einer Platte, eines Rohrs oder einer Dünnschicht. Vorzugsweise ist es mit einem Antireflexmaterial beschichtet.

Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Beleuchtungslinse mit folgenden Elementen vorgesehen:

eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft, in der alle Linsen Positivlinsen sind; und eine zweite Linsengruppe mit negativer Brechkraft, welche auf der Ob­ jektseite in bezug auf die erste Linsengruppe angeordnet ist und in der alle Linsen Negativlinsen sind.

Die erste und zweite Linsengruppe ist zur Änderung des Divergenzgrades des auf das Objekt projizierten Lichtes in Richtung der optische Achse bewegbar.

Da die Beleuchtungslinse eine stärkere Korrektur von Aberrationen als eine Bild­ aufnahmelinse ermöglicht, führt der oben erläuterte Aufbau zu einem ausreichend guten Ergebnis. Das bedeutet, daß das Licht das Objekt durch die Beleuchtungs­ linse gleichförmig beleuchtet.

Dabei kann die Anzahl der Linsenelemente im Vergleich zu einer aus zwei Grup­ pen bestehenden Bildaufnahmelinse mit veränderbarer Brennweite verringert wer­ den.

Die erste Linsengruppe kann wenigstens zwei Positivlinsen enthalten. Vorzugs­ weise besteht sie aus drei Positivlinsen.

Da die positive Brechkraft der ersten Linsengruppe auf eine Vielzahl von Posi­ tivlinsen verteilt ist, kann die räumliche Aberration verringert werden, wodurch die Gleichförmigkeit der Lichtverteilung bei kleiner F-Zahl erhalten bleibt.

Die zweite Linsengruppe besteht zwecks Reduzierung der Größe und des Ge­ wichtes der Beleuchtungslinse vorzugsweise aus einer einzigen Negativlinse.

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 ge­ mäß einer 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 Stereoskopmi­ kroskopes;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus eines Mikrosko­ poptiksystems;

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 perspektivische Ansicht der Anordnung von Linsentuben in ei­ nem Gehäuse des Stereoskopmikroskops;

Fig. 11 einen Schnitt eines Tubus mit veränderbarer Brennweite des Be­ leuchtungsystems nach Fig. 10;

Fig. 12 eine perspektivische Schnittansicht des Tubus mit veränderbarer Brennweite des Beleuchtungsystems nach Fig. 10;

Fig. 13 eine Seitenansicht des Tubus mit veränderbarer Brennweite des Beleuchtungsystems;

Fig. 14 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Tubus mit veränderbarer Brennweite des Beleuchtungsystems;

Fig. 15 ein Linsendiagramm des Beleuchtungsystems mit kürzester Brenn­ weite gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 16 ein Diagramm einer angenommenen Helligkeitsverteilung auf dem Objekt bei Verwendung der Beleuchtungslinse bei kürzester Brenn­ weite gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 17 ein Linsendiagramm des Beleuchtungsystems bei größter Brenn­ weite gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 18 ein Diagramm, das die angenommene Helligkeitsverteilung auf dem Objekt zeigt, wenn die Beleuchtungslinse gemäß dem ersten Aus­ führungsbeispiel bei größter Brennweite verwendet wird;

Fig. 19 ein Linsendiagramm des Beleuchtungsystems bei kürzester Brenn­ weite gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 20 ein Diagramm, das die angenommene Helligkeitsverteilung auf dem Objekt zeigt, wenn die Beleuchtungslinse des zweiten Ausführungs­ beispiels bei kürzester Brennweite verwendet wird;

Fig. 21 ein Diagramm, das die angenommene Helligkeitsverteilung auf dem Objekt zeigt, wenn die Beleuchtungslinse des zweiten Ausführungs­ beispiels bei der größten Brennweite verwendet wird;

Fig. 22 ein Linsendiagramm des Beleuchtungsystems bei der kürzesten Brennweite gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 23 ein Diagramm, das die angenommene Helligkeitsverteilung auf dem Objekt zeigt, wenn die Beleuchtungslinse des dritten Ausführungs­ beispiels bei der kürzestens Brennweite verwendet wird; und

Fig. 24 ein Diagramm, das die angenommene Helligkeitsverteilung auf dem Objekt zeigt, wenn die Beleuchtungslinse des dritten Ausführungs­ beispiels bei der größten Brennweite verwendet wird.

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 Chirurgieopera­ 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, 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- Abtastbilddaten, MRI-Bilddaten, SPECT-Bilddaten, Kreislauf-Feldbilddaten, wel­ che über verschiedene Detektierungsprozesse von einem kranken Teil eines Pati­ enten P abgenommen werden. Die Disketteneinrichtung 107 speichert weiterhin dreidimensionale Graphikdaten des kranken Teils und des diesen umgebenden Gewebes, welche auf der Basis verschiedener Arten von Bilddaten vorher erzeugt worden sind. Die dreidimensionalen Graphikdaten repräsentieren Form, Größe und Lage des kranken Teils und des diesen umgebenden Gewebes in einem drei­ dimensionalen lokalen Koordinatensystem, 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 mit entsprechenden Fokuslichtstrahlen enthält, das Lichtstrahlen fokussiert, wel­ che durch verschiedene Teile des Nahlinsensystems 210 gelaufen sind. Ein rech­ tes und ein linkes Übertragungsoptiksystem 240, 250 überträgt das rechte und linke Primärbild zur Erzeugung eines rechten und linken Sekundärbildes auf dem rechten und linken Bildaufnahmebereich einer Bildaufnahmefläche einer CCD 116, welche in der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung montiert ist. Die Bildaufnahme­ bereiche besitzen ein Vertikal/Horizontal-Längenverhältnis von 9 : 8, während die Bildaufnahmefläche der CCD 116 eine Größe "hoher Auflösung" mit einem Verti­ kal/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 Richtung der optischen Achse mit der gleichen Basislänge und dem gleichen Abstand wie diejenigen des opti­ schen Systems des Stereoskopmikroskopes 101 äquivalent sind. Die Echtzeit-CG- Erzeugungseinrichtung 109 liefert nacheinander die erzeugten CG-Bilder reprä­ sentierende 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 rahmenbilder) 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 aufgenommenen Bildes 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 113 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 Oku­ lar 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 Au­ gen I angeordnet ist. Das Keilprisma 119 stellt die Richtung des Lichtes so ein, daß der Konvergenzwinkel der betrachtenden Augen demjenigen für den Fall ei­ ner Betrachtung eines um 1 m vor dem bloßen Auge I angeordneten Objektes ent­ sprechen kann, wodurch eine natürliche dreidimensionale Betrachtung möglich wird.

Wie oben beschrieben, werden die vom Stereoskopmikroskop 101 aufgenomme­ nen Bilder mit einem CG-Bild, beispielsweise einem Linienmuster überlagert, wel­ ches auf der Basis von Bildern erzeugt wird, die durch verschiedene Bildaufnah­ meeinrichtungen vorher aufgenommen werden, um die Form, Größe und Lage des kranken Teils zu zeigen. Die überlagerten Bilder werden als dreidimensionale Bilder durch das Stereoskopbetrachtungsgerät 113 betrachtet und auf dem Moni­ tor 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 geführte 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 wird, sind Sehfeldblenden 270, 271 angeordnet. In den Übertragungsoptiksyste­ men 240, 250 sind fünfeckige Prismen 272, 273 als optische Wegablenkelemente zur Ablenkung der entsprechenden Lichtwege unter einem rechten Winkel ange­ ordnet.

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 des Nahlinsensystems 210 angeordnet ist, verhält sich das Nahlin­ sensystem 210 wie eine Kollimatorlinse zur Überführung divergierenden Lichtes vom Objekt in im wesentlichen paralleles Licht.

Die erste und zweite Linse 211, 212 des Nahlinsensystems 240 ist von den Vario­ systemen 220 und 230 aus betrachtet halbkreisförmig mit einer ausgeschnittenen Seite (D-Schnitt). Das Beleuchtungsystem 300 ist in den Ausschnitteilen angeord­ net.

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.

Ebenso wie das rechte Variosystem 220 enthält das linke Variosystem 230 eine erste bis vierte Linsengruppe 231, 232, 233 und 234. Das rechte und linke Vario­ system ist mit einem (in den Figuren nicht dargestellten) Antriebsmechanismus verbunden, wodurch die Vergrößerugen des rechten und linken Bildes gleichzeitig geändert werden können.

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

Der Durchmesser des Nahlinsensystems 220 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. Wie oben beschrieben, kann das Beleuchtungssystem 300 innerhalb eines kreisförmigen Bereiches angeordnet werden, welcher durch den Durchmes­ ser des Nahlinsensystems 210 definiert ist, da die optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230 in bezug auf die optische Achse Ax1 auf der anderen Seite des D-Schnittes angeordnet sind, wodurch ein kompakter Gesamtaufbau möglich wird.

Darüber hinaus ermöglicht der getrennte Aufbau zwischen dem Nahlinsensystem 210 sowie dem rechten und linken Variosystem 220, 230 eine Vereinfachung des Einstellmechanismus und der optischen Ausgestaltung bei Aufrechterhaltung ei­ nes großen Arbeitsabstandes (der Abstand vom Objekt zur nächstliegenden Flä­ che des Nahlinsensystems 210) und ein großes Brennweitenverhältnis. Da das Nahlinsensystem 210 dem rechten und dem linken Bild gemeinsam ist, stellt die Bewegung der einzigen Linse die Brennpunkte des rechten und linken Bildes ein, wodurch der Einstellmechanismus für den Brennpunkt vereinfacht wird. Darüber hinaus sammelt das Nahlinsensystem 210 lediglich das Objektlicht, wobei das rechte und linke Variosystem 220, 230 das Primärbild lediglich bei auffallendem parallelem Licht erzeugt, wodurch die Linsenausgestaltung der optischen Systeme vereinfacht wird. Da die aus vier Linsengruppen bestehende Linse für variable Brennweite ein hohes Brennweitenverhältnis bei Aufrechterhaltung einer kon­ stanten Gesamtlänge besitzt, ist es zweckmäßig, dieses als Zwischenoptiksystem in einer Vielzahl von optischen Systemen zu verwenden.

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 in 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 der 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 ändern 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 weiterhin in einem inneren Objek­ tivtubus gehalten ist, der relativ zum äußeren Objektivtubus in Richtung der opti­ schen Achse bewegbar ist. Auf die gleiche Weise werden die zweite Linsengruppe 252 und die dritte Linsengruppe 253 im linken Übertragungsoptiksystem 250 in einem äußeren Objektivtubus gehalten, wobei die dritte Linsengruppe 253 weiter­ hin 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-Abstandsredu­ zierungsprisma 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 die optische Achse verschiedenen Prismen 261, 262 parallele Auffall- und Austrittsflächen sowie erste und zweite parallele reflektieren­ de Flächen in der entsprechenden Außenseite und Innenseite. Gesehen in Rich­ tung der Auffall- und Austrittsflächen sowie der reflektierenden Flächen besitzen diese die optische Achse verschiebenden Prismen 261, 262 eine fünfeckige Form, welche durch Ausschneiden einer spitzwinkligen Ecke eines Parallelogramms in einer Linie senkrecht zur Austrittsfläche entsteht. Die optische Achse der Ver­ schiebungsprismen 261, 262 kann durch ein Paar von getrennten Spiegeln ersetzt werden. Nichtsdestoweniger werden bei diesem Ausführungsbeispiel Prismen mit zwei internen reflektierenden Flächen verwendet, so daß der Stellungszusam­ menhang zwischen den beiden reflektierenden Flächen fest ist, wodurch die Ein­ stellung im Vergleich zur Verwendung eines Paars von getrennten Spiegeln er­ leichtert wird. Das Objektlicht von den Übertragungsoptiksystemen 240, 250 fällt auf die Auffallflächen der entsprechenden die optische Achse verschiebenden Prismen 261, 262 auf, wird intern durch die äußeren reflektierenden Flächen so reflektiert, daß es in Rechts-Links-Richtung geführt wird, intern durch die inneren reflektierenden Flächen so reflektiert, daß es in Richtung der optischen Achsen geführt wird, welche die gleichen Richtungen wie die Auffallrichtung sind, und tritt an den Austrittsflächen so aus, daß es auf die CCD-Kamera 102 fällt. Der Abstand zwischen den rechten und linken Objektlichtstrahlen kann daher ohne Änderung der Laufrichtung schmaler gemacht werden, wobei die Sekundärbilder auf der ein­ zigen CCD 16 erzeugt werden.

Das Beleuchtungsystem 300 projiziert Licht auf das Objekt und enthält gemäß den Fig. 6 und 7 eine Beleuchtungslinse 310 zur Einstellung des Divergenzgrades des vom Lichtleiter-Faserbündel 105 emittierten divergenten Lichtes sowie ein Keilprisma 320 zu einer solchen Ablenkung des Lichtes, daß der Beleuchtungsbe­ reich mit dem Bildaufnahmebereich zusammenfällt. Gemäß Fig. 7 verläuft die op­ tische Achse Ax4 der Beleuchtungslinse 310 parallel zur optische Achse Ax1 des Nahlinsensystems 210 und ist gegen diese um eine vorgegebene Strecke ver­ setzt. Ist das Keilprisma 320 nicht vorhanden, so fällt die Mitte des Beleuchtungs­ bereich nicht mit der Mitte des Bildaufnahmebereichs zusammen, wodurch Licht verloren geht. Das Keilprisma 309 paßt den Beleuchtungsbereich an den Bildauf­ nahmebereich an, wodurch das Licht effektiv ausgenutzt wird.

Die Beleuchtungslinse 310 ist eine Linse mit variabler Brennweite, welche aus ei­ ner ersten Linsengruppe 311 mit positiver Brechkraft und einer zweiten Linsen­ gruppe 312 mit negativer Brechkraft besteht, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Die beiden Linsengruppen 311 und 312 sind zur Änderung des Lichtdivergenzwinkels in Abhängigkeit von der Brennweitenänderung der Variosysteme 220 und 230 in Richtung der optische Achse bewegbar. Der Beleuchtungsbereich ändert sich da­ her so, daß das innerhalb des Betrachtungswinkels des Objektivs liegende Objekt gut beleuchtet wird.

Alle in der ersten Linsengruppe 311 der Beleuchtungslinse 310 enthaltenen Lin­ senelemente sind Positivlinsen, während alle in der zweiten Linsengruppe 312 enthaltenen Linsenelemente Negativlinsen sind. Damit kann die Linsenausgestal­ tung bei Aufrechterhaltung ausreichend guter Funktion für die Beleuchtungslinse vereinfacht werden. Im Vergleich zu aus zwei Gruppen bestehenden Linsen mit variabler Brennweite kann nämlich die Anzahl der Linsenelemente reduziert wer­ den.

Da das Beleuchtungsystem 300 im Ausschnittsraum im Nahlinsensystem 210 in­ nerhalb des Linsentubus 1 angeordnet ist, kann der Zwischenachsenabstand da­ zwischen klein werden, wodurch die Parallaxe zwischen dem Nahlinsensystem 210 und dem Beleuchtungsystem 300 verringert wird.

Nachfolgend wird der mechanische Aufbau zur Halterung der optischen Instru­ mente erläutert. Gemäß Fig. 10 wird das Nahlinsensystem 210 durch einen Lin­ sentubus 1 gehalten, der aus einer Vielzahl von ineinander geschachtelten Tuben besteht, wobei es sich um einen festen Tubus, einen Nockenring und eine Lin­ senfassung handelt. Der Nockenring des Linsentubus 1 wird beispielsweise durch einen Motor oder manuell angetrieben und bewegt die zweite Linse 212 in Rich­ tung der optischen Achse.

Die Variosysteme 220, 230 werden gemäß Fig. 10 in Tuben 4 mit variabler Brennweite an sich bekannten Aufbaus gehalten. Die Tuben 4 besitzen ein Paar von Hohlrädern 4a und 4b eines Planetengetriebes in ihrer Ober- und Unterseite. Diese Hohlräder 4a und 4b rotieren zusammen mit einem in den Tubus 4 einge­ bauten Nockenring. Die oberen Hohlräder 4a der Tuben 4 stehen mit einem an einem gemeinsamen Motor 2 befestigten Ritzel 3 in Eingriff. Durch Drehung des Motors 2 werden die Nockenringe gedreht, wodurch gleichzeitig die Brennweiten der Variosysteme 220 und 230 geändert werden.

Das Beleuchtungsystem 300 wird in einem Linsentubus 5 mit variabler Brennweite gehalten, der mit dem Tubus 4 verbunden ist. Nachfolgend wird der Aufbau des Tubus 5 im einzelnen erläutert.

Fig. 11 zeigt einen vergrößerten Vertikalschnitt des Umfangs des Tubus 5 mit va­ riabler Brennweite und des Nahlinsensystems 210. Der Schnitt ist in einer die opti­ sche Achse Ax4 des Beleuchtungsystems 300 und die optische Achse Ax1 des Nahlinsensystem 210 enthaltenen Ebene geführt. Fig. 12 zeigt eine durch den Schnitt nach Fig. 11 geschnittene perspektivische Ansicht des Tubus 5. Fig. 13 zeigt eine Seitenansicht des Tubus 5 und Fig. 14 eine teilweise geschnittene per­ spektivische Ansicht des Tubus.

Gemäß dieser Figuren enthält der Tubus 5 einen am Gehäuse des Stereoskopmi­ kroskopes 101 befestigten Ring 51, einen drehbar mit dem festen Ring 51 verbun­ denen Nockenring 52, eine erste die erste Linsengruppe 311 haltende bewegliche Linsenfassung 53, eine zweite die zweite Linsengruppe 312 haltende bewegliche Linsenfassung 54 und eine Prismenhalterungsfassung 55, welche das Keilprisma 320 hält. Die erste und zweite bewegliche Linsenfassung 53 und 54 ist in den fe­ sten Ring 51 eingesetzt und innerhalb dieses Rings in Richtung der optische Ach­ se bewegbar. Die Prismenhalterungsfassung 55 ist in das untere Ende des festen Rings 51 fest eingeschraubt. In die Außenfläche des Nockenrings 52 ist im Be­ reich seines oberen Endes ein nicht drehbares Nockenrad 56 eingebettet.

Das obere Ende des festen Rings ist als Aufnahmeteil 51a ausgebildet, das eine konische Führungsfläche und eine Einsatzöffnung besitzt. Die Spitze des Füh­ rungsrohrs 122 für das Lichtleiter-Faserbündel ist koaxial in das Aufnahmeteil 51a eingesetzt. Die Einsatzöffnung besitzt einen dem Außenduchmesser des Füh­ rungsrohrs 152 etwa gleichen Innendurchmesser.

Im Bereich des unteren Ende des festen Rings 51 ist ein Außenflansch 51c aus­ gebildet, wobei ein Anschlagring 57 im Bereich eines abgestuften Teils am oberen Ende des festen Rings 51 fest eingeschraubt ist. Der Nockenring 52 ist um den festen Ring 51 drehbar, wobei der Flansch 51c und der Anschlagring 57 den Noc­ kenring 52 zwecks Bewegung in Axialrichtung halten.

Um die Prismenhalterungsfassung 55 auf eine Stelle am unteren Ende des Flan­ sches 51c aufzuschrauben, ist ein Schraubenteil 51b vorgesehen.

Am Umfang des festen Rings 51 sind eine erste Führungsnut 51d, welche den Bewegungsbereich der ersten beweglichen Linsenfassung 53 begrenzt, sowie drei zweite Führungsnuten 51e vorgesehen, welche den Bewegungsbereich der zwei­ ten beweglichen Linsenfassung 54 begrenzen. Diese Führungsnuten sind als par­ allel zur Mittenachse des festen Rings 51 verlaufende Schlitze ausgebildet. Die zweiten Führungsnuten 51e liegen in gleichem Winkelabstand (120 Grad) am Umfang.

Am Umfang des Nockenrings 52 ist eine erste Nockennut 52a vorgesehen, welche die erste Führungsnut 51d schräg schneidet, während drei zweite Nockennuten 52b die zweiten Führungsnuten schräg schneiden. Diese Nockennuten sind als spiralförmig über 360° verlaufende Schlitze ausgebildet. Die zweiten Nockennuten 52b sind in dreifach Spiralform als drei Nuten im gleichen Winkelabstand in bezug auf die Mittenachse des Nockenrings 52 vorgesehen.

Auf der Außenfläche der ersten beweglichen Linsenfassung 53 ist ein erster An­ triebsstift 58 vorgesehen, während auf der Außenfläche der zweiten beweglichen Linsenfassung 54 drei zweite Antriebsstifte 59 vorgesehen sind. Der erste An­ triebsstift 58 ragt in die Schnittstelle zwischen der ersten Führungsnut 51d und der ersten Nockennut 52a ein, während der zweite Antriebsstift 59 in die entsprechen­ den Schnittstellen zwischen den Führungsnuten 51e und den zweiten Nockennu­ ten 52b hineinragt.

Da der Bewegungsbereich der ersten Linsenfassung 23 kürzer als der der zweiten Linsenfassung 54 ist, ist die erste Führungsnut 51d kürzer als die zweiten Füh­ rungsnuten 51e und der Steigungswinkel der ersten Nockennut 52a kleiner als der der zweiten Nockennuten 52b.

Wenn der Nockenring 52 relativ zum festen Ring 51 gedreht wird, so bewegen sich die Antriebsstifte 58, 59 in Axialrichtung. Die erste bewegliche Linsenfassung 53 und die zweite bewegliche Linsenfassung 54 werden daher durch den entspre­ chenden Antriebsstift 58, 59 gezogen und in Axialrichtung in den festen Ring 51 bewegt.

Am Umfang der Antriebsstift 58 und 59 ist zur Reduzierung der Gleitreibung in bezug auf die Nuten 51d, 52a, 51e und 52b eine Rolle vorgesehen. Die äußere Endfläche der Antriebsstifte 58 und 59 ist innerhalb der äußeren Umfangsfläche des Nockenrings 52 angeordnet.

Bei der beschriebenen Ausgestaltung kann Licht aus dem Tubus 5 durch die ent­ sprechenden Schnittstellen zwischen den Führungsnuten 51d, 51e und den Noc­ kennuten 52a, 52b austreten. Zwar sind Beschichtungen aus schwarzer Tinte auf den Aufschnittsflächen 211a und 212a (siehe Fig. 7) aufgebracht; das beleuchten­ de Licht ist jedoch Sreulicht für das Nahlinsensystem 210, wenn zwischen diesem und dem Beleuchtungsystem 300 keine Hindernisse vorhanden sind.

Um einen derartigen Lichtaustritt zu verhindern, ist am gesamten Bereich der Au­ ßenfläche des Nockenrings 52 mit Ausnahme des Nockenrades 56 eine Lichtab­ schirmschicht 60 vorgesehen. Diese Lichtabschirmschicht 60 besteht aus Antire­ flexmaterial, wobei es sich um eine Schicht aus schwarzem PET (Polyethylen­ terephthalat) mit einer Dicke von 50 µm mit einer geringen gleichförmigen Kunst­ stoffbeschichtung (Satinierung) handelt. Als derartige Lichtabschirmschicht 60 kann beispielsweise von der Firma Somar Corporation hergestelltes "SOMABLACK NR" (Markenname) verwendet werden. Die Lichtabschirmschicht 60 ist an der Außenfläche des Nockenrings 52 mit einer auf ihrer Rückseite aufge­ brachten Acrylkleberschicht befestigt.

Das am oberen Ende des Nockenrings 52 befestigten Nockenrad 56 steht mit dem Hohlrad 4b des Tubus 4 des Variosystems 220 nach Fig. 10 in Eingriff. Wenn die Tuben 4 der Variosysteme 220, 230 durch den Motor 2 zwecks Änderung von de­ ren Brennweite gedreht werden, so wird der Nockenring 52 des Tubus 5 gedreht. Die beweglichen Linsenfassungen 53, 54 werden daher in Achsrichtung angetrie­ ben, wodurch die Brennweite der Beleuchtungslinse 310 und der Divergenzgrad des beleuchtenden Lichtes geändert werden.

Da das durch das Innere des Tubus 5 verlaufende Licht durch die Lichtabschirm­ schicht 60 abgeschirmt wird, tritt es nicht als Streulicht in das Innere des Nahlin­ sensystems 210 ein. Darüber hinaus verhindert die auf die Lichtabschirmschicht 60 aufgebrachte Antireflexbeschichtung, daß Licht vom Nahlinsensystem 210 als Streulicht in dieses rückreflektiert wird.

Nachfolgend werden drei konkrete Ausführungsbeispiele des Beleuchtungsy­ stems 300 beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 15 zeigt das Beleuchtungsystem 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit kürzester Brennweite und Fig. 16 ein Diagramm, das die angenommene Hel­ ligkeitsverteilung auf dem Objekt in einem Abstand von 400 mm von der Austritts­ fläche des Prismas 320 bei Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungsystems mit kürzester Brennweite zeigt. Fig. 17 zeigt das Beleuch­ tungsystem 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei kürzester Brennweite und Fig. 18 ein Diagramm der angenommenen Helligkeitsverteilung bei Verwen­ dung des Beleuchtungsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei kür­ zester Brennweite.

Die Beleuchtungslinse 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besteht aus der drei Positivlinsen enthaltenden ersten Linsengruppe 311, einer Öffnungsblen­ de S und der zweiten Linsengruppe 312, welche lediglich eine einzige Negativlinse enthält. Die Linsen sind von der Austrittsfläche 105b des Lichtleiter-Faserbündels 105 aus gesehen in der genannten Reihenfolge angeordnet. Die erste Linsen­ gruppe 311 enthält eine erste positive Meniskuslinse, eine zweite positive Menis­ kuslinse und eine dritte bikonvexe Linse. Die Negativlinse der zweiten Linsen­ gruppe 312 ist eine bikonkave vierte Linse.

Die erste und die zweite Linsengruppe 311, 312 ist zur Änderung des Divergenz­ grades des beleuchtenden Lichtes in Richtung der optische Achse bewegbar. Da die positive Brechkraft der ersten Linsengruppe 311 auf drei Linsen verteilt ist, kann die räumliche Aberration verringert werden, wodurch die Gleichförmigkeit der Helligkeitsverteilung mit kleiner F-Zahl erhalten bleibt.

Der numerische Aufbau der Beleuchtungslinse gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel ist in TABELLE 1 dargestellt. In dieser TABELLE bezeichnet r (Einheit: mm) den Krümmungsradius einer Fläche, d (Einheit: mm) einen Abstand zwi­ schen den Flächen längs der optische Achse, n₀ den Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 546 nm und ν₀ die Teilstreuung dieser Mittenwellenlänge von 546 nm.

Die Flächenzahlen 0 repräsentiert die Austrittsfläche 105b, die Flächenzahlen 1 bis 6 repräsentieren die erste Linsengruppe 311, S repräsentiert die Öffnungs­ blende, die Flächenzahlen 7 und 8 repräsentieren die zweite Linsengruppe 312 und die Flächenzahlen 9 und 10 repräsentieren das Teilprisma 320.

Die sich in bezug auf die Brennweitenänderung ändernden Werte sind in TABELLE 2 dargestellt. In dieser TABELLE bezeichnet f die Brennweite (Einheit: mm), fn0 die F-Zahl, d0 den Abstand zwischen der Austrittsfläche 105b des Lichtleiter-Faserbündels 105 und der ersten Fläche (Fläche Nr. 1), den Abstand zwischen der Öffnungsblende S und der siebten Fläche (Fläche Nr. 7) und d8 den Abstand zwischen der achten Fläche (Fläche Nr. 8) und der neunten Fläche (Flä­ che Nr. 9).

TABELLE 1

TABELLE 2

Besitzt im ersten Ausführungsbeispiel die Brennweite f den kleinsten Wert von 11,0 mm, so ist der Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe 311, 312 gemäß Fig. 15 maximal, wobei die von einem Punkt auf der Austrittsfläche 105b austretenden divergenten Strahlen durch die Beleuchtungslinse 310 in pa­ rallele Strahlen überführt werden. Die von dem äußeren Teil der Austrittsfläche 105b austretenden divergenten Strahlen werden in parallele Strahlen mit dem ma­ ximalen Winkel in bezug auf die optische Achse Ax4 der Beleuchtungslinse 310 überführt, wobei dieser Winkel gleich dem maximalen Aufspreizwinkel des ge­ samten Beleuchtungslichtstrahls ist. Ist der Durchmesser des Lichtleiter- Faserbündels 105 gleich 4 mm, so ist der maximale Aufspreizwinkel gleich 10,5 Grad und der Durchmesser des Beleuchtungsbereiches auf dem Objekt in einem Abstand von 400 mm von der Austrittsfläche des Prismas 320 gleich 165 mm (sie­ he Fig. 16). Der Beleuchtungsbereich ist durch einen Bereich definiert, in dem die Helligkeit die Hälfte der Spitzenhelligkeit überschreitet.

Besitzt die Brennlänge f den größten Wert von 30,0 mm, so ist der Abstand zwi­ schen der ersten und zweiten Linsengruppe 311, 312 gemäß Fig. 17 minimal, der maximale Aufspreizwinkel gleich 3,9 Grad und der Durchmesser des Beleuch­ tungsbereich auf dem Objekt in einem Abstand von 400 mm von der Austrittsflä­ che des Prismas 320 gleich 60 mm (siehe Fig. 18).

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 19 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel des Beleuchtungsystems 300 und Fig. 20 ein Diagramm, aus dem die angenommene Helligkeitsverteilung auf dem Objekt in einem Abstand von 400 mm von der Austrittsfläche des Prismas 320 ersichtlich ist, wenn das Beleuchtungsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel bei der kürzesten Brennweite verwendet wird. Fig. 21 zeigt ein Diagramm der angenommenen Helligkeitsverteilung, wenn das Beleuchtungsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei der größten Brennweite verwendet wird.

Die Beleuchtungslinse 310 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht aus der zwei Positivlinsen enthaltenden ersten Linsengruppe 311, einer Öffnungsblen­ de S und der zweiten Linsengruppe 312, welche lediglich eine Negativlinse ent­ hält. Diese Elemente sind von der Lichtauffallseite gesehen in der genannten Rei­ henfolge angeordnet.

Der numerische Aufbau der Beleuchtungslinse gemäß dem zweiten Ausführungs­ beispiel ist in TABELLE 3 dargestellt. In dieser TABELLE repräsentiert die Flä­ chenzahl 0 die Austrittsfläche 105b, die Flächenzahlen 1 bis 4 repräsentieren die erste Linsengruppe 311, S repräsentiert die Öffnungsblende, die Flächenzahlen 5 und 6 repräsentieren die zweite Linsengruppe 312 und die Flächenzahlen 7 und 8 repräsentieren das Keilprisma 320. Die sich in bezug auf die Brennweitenände­ rung ändernden Werte sind in TABELLE 4 dargestellt.

TABELLE 3

TABELLE 4

Besitzt beim zweiten Ausführungsbeispiel die Brennweite f den kleinsten Wert von 11,0 mm, so ist der Beleuchtungsbereich maximal; besitzt die Brennweite f den größten Wert von 30,0 mm, so ist der Beleuchtungsbereich minimal. Der maxi­ male und minimale Durchmesser des Beleuchtungsbereiches sind die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 20 und 21).

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 22 zeigt das Beleuchtungsystem 300 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bei kürzester Brennweite und Fig. 23 ein Diagramm, aus dem die angenommene Helligkeitsverteilung auf dem Objekt bei einem Abstand von 400 mm von der Aus­ trittsfläche des Prismas 320 bei Verwendung des Beleuchtungsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei der kleinsten Brennweite ersichtlich ist. Fig. 24 zeigt ein Diagramm der angenommenen Helligkeitsverteilung, wenn das Be­ leuchtungsystem 300 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bei der größten Brennweite verwendet wird.

Die Beleuchtungslinse 310 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht aus der drei Positivlinsen enthaltenden ersten Linsengruppe 311, einer Öffnungsblen­ de S sowie der zwei Negativlinsen enthaltenden Linsengruppe 311. Diese Ele­ mente sind von der Lichtauffallseite her in der genannten Reihenfolge angeordnet.

Der numerische Aufbau der Beleuchtungslinse gemäß dem dritten Ausführungs­ beispiel ist in TABELLE 5 dargestellt. In dieser TABELLE repräsentiert die Flä­ chenzahl 0 die Austrittsfläche 105b, die Flächenzahlen 1 bis 6 repräsentieren die erste Linsengruppe 311, S repräsentiert die Öffnungsblende, die Flächenzahlen 7 bis 11 repräsentieren die zweite Linsengruppe 312 und die Flächenzahlen 11 und 12 repräsentieren das Keilprisma 320. Die sich in bezug auf die Brennweitenände­ rung ändernden Werte sind in TABELLE 6 dargestellt.

TABELLE 5

TABELLE 6

Besitzt im dritten Ausführungsbeispiel die Brennweite f den kürzesten Wert von 11,0 mm, so ist der Beleuchtungsbereich maximal, während er minimal ist, wenn die Brennlänge f den größten Wert von 30,0 mm besitzt. Der maximale und der minimale Durchmesser des Beleuchtungsbereiches ist der gleiche wie der des ersten Ausführungsbeispiels (siehe Fig. 23 und 24).

Claims (14)

1. Mikroskop mit
einem ein Objekt zugekehrten Nahlinsensystem, in dem alle in ihm enthal­ tenen Linsen ausgeschnitten sind;
wenigstens einem Abbildungsoptiksystem, das durch einen Bereich des Nahlinsensystems laufende Objektlichtstrahlen aufnimmt, wobei der Bereich gegen die optische Achse des Nahlinsensystems in zur Ausschnittsseite gegensinniger Richtung versetzt ist;
einem Beleuchtungsystem, das von einer Lichtquelle emittiertes Licht zur Beleuchtung des Objektes auf dieses führt;
einem ersten, das Nahlinsensystem haltenden Linsentubus;
einem zweiten das Beleuchtungsystem enthaltenden Linsentubus, der im Ausschnittraum des Nahlinsensystems innerhalb des ersten Linsentubus angeordnet ist; und
einem am zweiten Linsentubus befestigten Lichtabschirmelement, das den Austritt von Licht durch Nuten im zweiten Linsentubus verhindert.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, mit einem Paar von Abbildungsoptiksystemen zur Ermöglichung einer stereoskopischen Beobachtung.

3. Mikroskop nach Anspruch 1, in dem das Beleuchtungsystem aus einer mehrere Linsengruppen enthaltenden Beleuchtungslinse besteht, die zur Änderung der Brennweite des Beleuchtungsystems in Richtung der opti­ schen Achse bewegbar sind.

4. Mikroskop nach Anspruch 3, in dem der erste Linsentubus folgende Ele­ mente enthält:
einen am Gehäuse des Mikroskops befestigten Ring, in dessen Umfang ei­ ne Vielzahl von Führungsnuten vorgesehen ist;
einen drehbar mit dem festen Ring verbundenen Nockenring, in dessen Umfang eine Vielzahl von Nockennuten so vorgesehen ist, daß sie sich mit den Führungsnuten schräg schneiden; und
eine Vielzahl von in den festen Ring eingesetzten, die Linsengruppen hal­ tenden beweglichen Linsenrahmen,
wobei auf den beweglichen Linsenrahmen jeweils ein Antriebsstift vorgese­ hen ist, der in die Schnittstelle zwischen der Führungsnut und der Nocken­ nut eingreift.

5. Mikroskop nach Anspruch 4, in dem das Lichtabschirmelement an der Au­ ßenfläche des Nockenrings befestigt ist.

6. Mikroskop nach Anspruch 5, in dem Lichtabschirmelement mit Antireflex­ material beschichtet ist.

7. Mikroskop nach Anspruch 3, in dem die Beleuchtungslinse aus folgenden Elementen besteht
eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft, in der alle in ihr enthalte­ nen Linsen Positivlinsen sind; und
eine auf der Objektseite in bezug auf die erste Linsengruppe angeordnete zweite Linsengruppe mit negativer Brechkraft, in der alle in ihr enthaltenen Linsen Negativlinsen sind.

8. Mikroskop nach Anspruch 7, in der die erste Linsengruppe der Beleuch­ tungslinse wenigstens zwei Positivlinsen enthält.

9. Mikroskop nach Anspruch 8, in dem die erste Linsengruppe der Beleuch­ tungslinse aus drei Positivlinsen besteht.

10. Mikroskop nach Anspruch 7, in dem die zweite Linsengruppe der Beleuch­ tungslinse aus einer einzigen Negativlinse besteht.

11. Beleuchtungslinse zur Führung von Licht von einer Lichtquelle auf ein Ob­ jekt mit folgenden Elementen:
eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft, in der alle in ihr enthalte­ nen Linsen Positivlinsen sind; und
eine zweite in bezug auf die erste Linsengruppe auf der Objektseite ange­ ordnete Linsengruppe mit negativer Brechkraft, in der alle in ihr enthaltenen Linsen Negativlinsen sind,
wobei die erste und zweite Linsengruppe zur Änderung des Divergenzgra­ des des auf das Objekt projizierten Lichtes in Richtung der optische Achse bewegbar sind.

12. Beleuchtungslinse nach Anspruch 11, in der die erste Linsengruppe wenig­ stens zwei Positivlinsen enthält.

13. Beleuchtungslinse nach Anspruch 12, in der die erste Linsengruppe aus drei Positivlinsen besteht.

14. Beleuchtungslinse nach Anspruch 11, in der die zweite Linsengruppe aus einer einzigen Negativlinse besteht.