DE10133671B4

DE10133671B4 - Mikroskopeinrichtung

Info

Publication number: DE10133671B4
Application number: DE10133671A
Authority: DE
Inventors: Eiichi Ito
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: US6628457B2; US20020085273A1; DE10133671A1

Abstract

Mikroskopeinrichtung, umfassend:
ein Mikroskop mit einer Mikroskopoptik, die ein Bild eines Objektes erzeugt, das in einem Betrachtungsbereich vorbestimmten Formats mit einer Seitenlänge A_V liegt, wobei die Mikroskopoptik einen Arbeitsabstand L gegenüber dem Betrachtungsbereich aufweist,
ein Sichtgerät mit einem Bildschirm vorbestimmten Formats, auf dem das von der Mikroskopoptik erzeugte Bild zur visuellen Betrachtung dargestellt wird,
Sensoren zum Messen von Vibrationsbewegungen der Mikroskopoptik, eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken von die Mikroskopoptik durchlaufendem Licht, und
eine Steuereinheit zum Einstellen der Ablenkung des Objektlichts durch die Ablenkvorrichtung abhängig von den Messungen der Sensoren derart, dass das auf dem Bildschirm des Sichtgeräts dargestellte Bild innerhalb der Auflösungsgrenzen des menschlichen Auges trotzt der Vibrationsbewegungen der Mikroskopoptik bewegungslos bleibt,
wobei der in mm angegebenen Arbeitsabstand L der Mikroskopoptik und die in mm angegebene Seitenlänge A_V des Betrachtungsbereichs folgende Bedingung erfüllen: 1/ AV > 1/(11,46 mm + 0,011 × L).

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikroskopeinrichtung mit einem Mikroskop, das zur Benutzung am Ende einer Säule oder eines Ständers gehalten ist.
Ein optisches oder ein Video-Mikroskop wird zur Gewebe-Feinbehandlung wie z.B. zur neurochirurgischen Operation eingesetzt, da das Gewebe mit dem bloßen Auge schwierig zu untersuchen ist. Der Benutzer dieses Mikroskops ist ein Arzt, der die Operation durchführt (im Folgenden auch als leitender Operateur bezeichnet). Da er mit beiden Händen Messer o.ä. halten muss, ist das Mikroskop an einer Säule gehalten. Ferner muss diese Säule zur Beobachtung verschiedener Stellen des Patienten aus verschiedenen Richtungen einen langen Arm haben, der an seinem Ende das Mikroskop trägt und in verschiedene Richtungen frei abgebogen werden kann. Ist das Mikroskop am Ende eines solchen Arms gehalten, so treten unvermeidbare Zitterbewegungen auf. Trotzdem haben konventionelle Mikroskope einen Arbeitsabstand (d.h. Abstand vom Scheitel der objektseitigen Fläche des optischen Mikroskopsystems zum objektseitigen Brennpunkt) mit kurzer Länge von höchstens 300 mm im besten Fall. Außerdem ist der Betrachtungsbereich durch ein optisches Mikroskopsystem in der zur optischen Achse des Mikroskops orthogonalen Ebene beim objektseitigen Brennpunkt (im Folgen den als "Feld" bezeichnet) nicht so klein und hat eine vertikale Abmessung in der Größenordnung von 15 mm. Die optischen Mikroskopsysteme haben also keine hohe Gesamtvergrößerung. Auch wenn sie am Ende eines Arms gehalten sind und daher Zitterbewegungen ausführen, haben diese eine nur geringe Auswirkung auf das betrachtete Bild. Deshalb trat bisher in der Praxis ein diesbezügliches Problem nicht auf.
Wird ein Mikroskop bei chirurgischen Operationen eingesetzt, so ist jedoch zu fordern, dass der Arbeitsabstand nicht unter 300 mm liegt, um eine Störung der Operation durch das Mikroskop selbst zu verhindern. Wird der Arbeitsabstand also vergrößert, so verschieben Zitterbewegungen des Mikroskops das Feld relativ zu dem Objekt um einen mit der Auflösung des Auges erkennbaren Betrag. Außerdem ist bei den Mikroskopen auch eine höhere Vergrößerung gewünscht. Höhere Vergrößerungen eines Mikroskops engen jedoch das Feld ein, wodurch das Verhältnis des Verschiebebetrags zur Feldgröße zunimmt. Es nimmt also das Verhältnis des Verschiebebetrags zur Feldgröße über das optische Mikroskopsystem zu. Der Benutzer erkennt dadurch, dass das Objektbild verschwommen bzw. unscharf wird, wodurch sich eine beachtliche Verschlechterung der optischen Leistung ergibt.

Aus der DD 279 326 A1 ist eine Anordnung zur Schwingungskompensation eines stativgetragenen Mikroskops bekannt, die Schwingungsensoren und senkrecht zur optischen Achse einwirkende Stellglieder umfasst. In der DE 43 42 717 A1 ist eine Bildstabilisierungseinrichtung für ein optisches Gerät mit gegenphasiger Verschiebung geeigneter optischer Element senkrecht zur optischen Achse beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Mechanismus für eine Mikroskopeinrichtung anzugeben, der Unschärfen des Bildes verhindert, die dem Auge des Benutzers erkennbar werden, wenn ein Mikroskop am Ende eines Arms an einer Säule gehalten ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein Mikroskop, das die in Anspruch 1 angegebene Bedingung erfüllt, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit Bildunschärfen erzeugen, die mit dem Auge erkennbar sind, wenn der Benutzer das Feld (Betrachtungsbereich) über das optische System des Mikroskops (Mikroskopoptik) betrachtet und dieses am Ende eines Arms an einer Säule gehalten ist. Deshalb ist in das Mikroskop ein Antivibrationsmechanismus eingebaut, der einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor, die Steuereinheit und die Ablenkvorrichtung enthält. Deshalb werden die mit einem solchen Mikroskop an sich sehr wahrscheinlichen Bildunschärfen sicher mit dem Antivibrationsmechanismus verhindert, so dass die Verschlechterung der optischen Leistung nicht auftritt.

Das optische System des Mikroskops kann ein sogenanntes optisches Mikroskop sein, bei dem das mit einem Objektivsystem erzeugte Feldbild durch eine Okularlinse betrachtet wird. Alternativ kann es ein sogenanntes Video-Mikroskop sein, bei dem das mit einem Objektivsystem erzeugte Feldbild aufgenommen und auf einem Sichtgerät dargestellt wird. Außerdem kann das optische System ein optisches Monokularsystem oder ein Binokularsystem sein.

Der erste Sensor kann ein Winkelgeschwindigkeitssensor oder ein Winkelbeschleunigungssensor sein. Er ist vorzugsweise zweiteilig, um den Winkel in zwei zueinander orthogonalen Richtungen zu messen.

Der zweite Sensor kann ein Positionssensor oder ein Beschleunigungssensor sein. Er ist vorzugsweise zweiteilig, um die Bewegung in zwei zueinander orthogonalen Richtungen zu messen.

Die Ablenkvorrichtung kann einen Mechanismus zum Verschieben einer brechenden Linse sein, die zu dem optischen System gehört. Die Ablenkung erfolgt in einer Richtung orthogonal zur optischen Achse. Die Ablenkvorrichtung kann auch einen Mechanismus zum Einstellen der Neigungsrichtung und des Neigungswinkels eines Spiegels enthalten, der zu dem optischen System gehört. Alternativ kann die Ablenkvorrichtung auch ein Prisma mit variablem Kantenwinkel enthalten. Sie kann das Objektlicht an jeder Position des optischen Mikroskopsystems ablenken.

Auch ein Mikroskop, das die in Patentanspruch 5 angegebene Bedingung erfüllt, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit Bildunschärfen erzeugen, die mit dem Auge erkennbar werden, wenn das mit der Aufnahmevorrichtung aufgenommene Bild auf einem Sichtgerät betrachtet wird und das Mikroskop am Ende eines Arms einer Säule gehalten ist. Deshalb enthält das Mikroskop einen Antivibrationsmechanismus mit einem ersten Sensor, einem zweiten Sensor, der Steuereinheit und der Bildaufnahmevorrichtung. Dadurch wird eine bei diesem Mikroskop an sich sehr wahrscheinliche Bildunschärfe sicher verhindert, so dass die Verschlechterung der optischen Leistung nicht auftritt.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch den Gesamtaufbau eines in der Chirurgie anzuwendenden Trägersystems für ein stereoskopisches Video-Mikroskop als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 schematisch den optischen Aufbau des stereoskopischen Video-Mikroskops,
3 ein LCD-Anzeigefeld,
4 schematisch den optischen Aufbau eines stereoskopischen Video-Betrachters,
5 perspektivisch ein Stereoskopmikroskop,
6 perspektivisch den Gesamtaufbau eines optischen Mikroskopsystems,
7 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems,
8 die Vorderansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems,
9 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems,
10 schematisch eine Seitenansicht eines Antivibrationsmechanismus,
11 eine beispielsweise Darstellung zur Erläuterung des Bereichs der Antivibrationswirkung,
12 eine grafische Darstellung des Bereichs,
13 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als zweites Ausführungsbeispiel,
14 die Vorderansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des zweiten Ausführungsbeispiels,
15 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als drittes Ausführungsbeispiel,
16 die Vorderansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des dritten Ausführungsbeispiels,
17 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als viertes Ausführungsbeispiel,
18 die Vorderansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des vierten Ausführungsbeispiels,
19 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als fünftes Ausführungsbeispiel,
20 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des fünften Ausführungsbeispiels,
21 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als sechstes Ausführungsbeispiel,
22 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des sechsten Ausführungsbeispiels,
23 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als siebtes Ausführungsbeispiel,
24 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des siebten Ausführungsbeispiels,
25 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als achtes Ausführungsbeispiel,
26 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des achten Ausführungsbeispiels,
27 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als neuntes Ausführungsbeispiel,
28 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des neunten Ausführungsbeispiels,
29 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als zehntes Ausführungsbeispiel,
30 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des zehnten Ausführungsbeispiels,
31 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als elftes Ausführungsbeispiel,
32 eine Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des elften Ausführungsbeispiels,
33 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als zwölftes Ausführungsbeispiel,
34 die Vorderansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des zwölften Ausführungsbeispiels,
35 die Vorderansicht einer anderen Ausführungsform des zwölften Ausführungsbeispiels,
36 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als dreizehntes Ausführungsbeispiel,
37 die Vorderansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des dreizehnten Ausführungsbeispiels,
38 die Vorderansicht einer anderen Ausführungsform des dreizehnten Ausführungsbeispiels,
39 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als vierzehntes Ausführungsbeispiel,
40 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des vierzehnten Ausführungsbeispiels,
41 die Draufsicht einer anderen Ausführungsform des vierzehnten Ausführungsbeispiels,
42 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines optischen Mikroskopsystems als fünfzehntes Ausführungsbeispiel,
43 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des fünfzehnten Ausführungsbeispiels,
44 die Draufsicht einer anderen Ausführungsform des fünfzehnten Ausführungsbeispiels,
45 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems als sechzehntes Ausführungsbeispiel, und
46 die Draufsicht des Gesamtaufbaus des optischen Mikroskopsystems des sechzehnten Ausführungsbeispiels.
In jedem der folgenden Ausführungsbeispiele ist ein Antivibrationsmikroskop nach der Erfindung als stereoskopisches Video-Mikroskop (im Folgenden als "Stereoskopmikroskop" bezeichnet) ausgeführt, mit dem ein räumliches Objektbild auf der Bildaufnahmefläche eines Bildaufnehmers mit zwei optischen Bildaufnahmesystemen erzeugt wird, das mit dem Bildaufnehmer in ein auszugebendes Bildsignal umgesetzt wird.
Das "Stereoskopmikroskop" ist Teil eines chirurgischen Trägersystems, das beispielsweise bei der Gehirnchirurgie eingesetzt wird. Bei diesem Trägersystem wird das räumliche Bild (Stereobild) des Gewebes eines Patienten mit dem Stereoskopmikroskop aufgenommen und auf einem stereoskopischen Betrachter für den leitenden Chirurgen sowie auf Sichtgeräten für die übrigen Arbeitskräfte dargestellt und gleichzeitig aufgezeichnet.
Erstes Ausführungsbeispiel
Gesamtaufbau des chirurgischen Trägersystems
1 zeigt schematisch den Aufbau des chirurgischen Trägersystems. Es ist das chirurgische Trägersystem mit einem Stereoskopmikroskop 101, einer CCD-Kamera 102 hoher Auflösung, die oben an der Rückseite des Stereoskopmikro skops 101 befestigt ist, einem an der Oberseite des Stereoskopmikroskops 101 befestigten Gegengewicht 104, einem in das Innere des Stereoskopmikroskops 101 durch ein zentrales Loch im Gegengewicht 104 eingesetzten Lichtleitfaserbündel 105, einer Lichtquelle 106, welche in das Stereoskopmikroskop 101 durch das Lichtleitfaserbündel 105 einzuleitendes Licht abgibt, einem mit der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung verbundenen Teiler, einer Bildaufzeichnungseinrichtung 115, einem Monitor 114 und einem stereoskopischen Betrachter 113, der mit dem Teiler verbunden ist, dargestellt.
Das Stereoskopmikroskop 101 besitzt an seiner Rückseite eine Halterung und ist über diese am freien Ende eines freien Arms 100a eines ersten Ständers 100 befestigt. Der freie Arm 100a besteht aus drei Teilen, die mittels zweier Kugelgelenke untereinander verbunden sind, so dass sie in beliebiger Richtung und mit beliebigem Winkel relativ zueinander geschwenkt werden können. Die Gesamtlänge des freien Arms 100a ist 1000 mm. Das Stereoskopmikroskop 101 kann daher in dem durch den freien Arm 100a des ersten Ständers 100 erreichbaren Raum bewegt und in willkürlicher Richtung geneigt werden. Nachfolgend wird der Einfachheit halber die Objektseite (d.h. Patientenseiten) relativ zum Stereoskopmikroskop 101 als "tief" und die entgegengesetzte Seite als "hoch" bezeichnet.
Da der optische Aufbau in diesem Stereoskopmikroskop 101 nachfolgend genauer erläutert wird, wird hier lediglich sein schematischer Aufbau erläutert.
Gemäß 2 werden Primärbilder eines Objektes als im Raum erzeugte Bilder an entsprechenden Stellen einer rechten und einer 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, welches durch verschiedene Teile des Nahlinsensystems 210 laufende Lichtstrahlen fokussiert. Ein rechtes und ein linkes Übertragungsoptiksystem 240, 250 überträgt das rechte und das linke Primärbild zur Erzeugung eines rechten und eines linken Sekundärbildes auf dem rechten und dem linken Bildaufnahmebereich einer Bildaufnahmefläche einer CCD 116, welche in der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung montiert ist. Die Bildaufnahmebereiche besitzen ein Vertikal/Horizontal-Längenverhältnis von 9:8, während die Bildaufnahmefläche der CCD 116 eine Größe "hoher Auflösung" mit einem Vertikal/Horizontal-Längenverhältnis von 9:16 besitzt.
Die Bilder, welche somit auf dem rechten und dem linken Bildaufnahmebereich der Bildaufnahmefläche der CCD 116 über das Paar von Bildaufnahme-Optiksystemen erzeugt werden, sind den Stereobildern einschließlich eines Paars von Bildern, welche von zwei durch eine vorgegebene Basislänge voneinander getrennten 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 dem Teiler 111 zugeführt.
Das Stereomikroskop 101 enthält ein Beleuchtungssystem 300 (siehe 6) zur Beleuchtung des Objektes, das im Bereich des Brennpunktes des Nahlinsensystems 210 angeordnet ist. Licht von der Lichtquelle 106 wird über das Lichtleiterfaserbündel 105 in das Beleuchtungssystem 300 eingestrahlt.
Das Videosignal hoher Auflösung, welches das Objekt darstellt und von der CCD-Kamera 102 abgegeben wird, wird gemäß 1 mit dem Teiler 111 geteilt und dem Stereoskopbetrachtungsgerät 113 für den leitenden Chirurgen, dem Monitor 114 für andere Mitarbeiter oder einen entfernten Berater sowie der Aufzeichnungseinrichtung 115 zugeführt.
Das Stereoskopbetrachtungsgerät 113 ist am freien Ende eines freien Arms 112a eines zweiten Ständers 112 in Abwärtsrichtung so angebracht, dass es der Stellung des leitenden Chirurgen entsprechend eingestellt werden kann, so dass dessen/deren Operationsmaßnahmen erleichtert werden. Das Stereoskopbetrachtungsgerät 113 enthält einen LCD-Schirm mit einem Bildseitenverhältnis von 9:16 als Monitor. Wenn das Videosignal hoher Auflösung vom Teiler 111 dem LCD-Schirm 120 zugeführt wird, wie es in der Draufsicht der 3 gezeigt ist, so stellt die linke Hälfte 120a des LCD-Schirms 120 das mit dem linken Bildaufnahmebereich der CCD 116 aufgenommene Bild und die rechte Hälfte 120b das mit dem rechten Bildaufnahmebereich der CCD 116 aufgenommene Bild dar. Die Lichtwege im Stereoskopbetrachtungsgerät 113 werden durch eine Teilung 121 in einen rechten und einen linken Lichtweg geteilt, wobei die Teilung 121 in Richtung senkrecht zum LCD-Schirm 120 an der Grenze 120c der linken und der rechten Hälfte 120a, 120b des LCD-Schirms 120 angeordnet ist. Das Bild auf der linken Hälfte 120b betrachtet der leitende Chirurg mit dem linken Auge auf der linken Seite der Teilung. Das Bild auf der rechten Hälfte 120a betrachtet er mit dem rechten Auge auf der rechten Seite der Teilung. 4A zeigt die relativen Positionen des LCD-Schirms 120 und der Augen 122 von einer Position neben dem Chirurgen aus gesehen. Wie 4A erkennen lässt, befinden sich die Augen 122 des leitenden Chirurgen in einem vorbestimmten Abstand L_DISP zu dem LCD-Schirm 120, wobei Sichtöffnungen nicht dargestellt sind, so dass die Augen 122 den LCD-Schirm 120 natürlich betrachten können. 4B zeigt eine andere Ausführungsform des Stereoskopbetrachtungsgeräts 113. Okularlinsen 121 zum Einstellen der Positionen der Augen 122 und zum Erzeugen virtueller Bilder 120' des LCD-Schirms 120 hinter dessen Position können zwischen dem LCD-Schirm 120 und den Augen 122 angeordnet sein. In diesem Fall können die Brennweiten der Okularlinsen 121 und die Position des LCD-Schirms 120 so bestimmt werden, dass die virtuellen Bilder 120' des LCD-Schirms 120 mit einem vorbestimmten Abstand L_DISP zu den Augen 122 erzeugt werden, die sich kurz hinter den Okularlinsen 121 befinden. Die vertikale und die horizontale Länge des LCD-Schirms 120 (oder der virtuellen Bilder 120' des LCD-Schirms 120) in dem Stereoskopbetrachtungsgerät 113 sind im Folgenden mit DISP_V und DISP_H bezeichnet.
Der Aufbau des Stereoskopmikroskops
Die Ausgestaltung des oben genannten Stereoskopmikroskops 101 (einschließlich der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung) wird nachfolgend genauer beschrieben. Gemäß 5 besitzt dieses Stereoskopmikroskop 101 die Forme einer vieleckigen Säule. Die Hinterseite des Stereoskopmikroskops 101 ist eben und an der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung befestigt, während die Vorderseite (d.h. die entgegengesetzte 3 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) Einsatzöffnungsbohrung vorgesehen, so dass ein Führungsrohr 121 eingesetzt werden kann, bei dem es sich um ein das freie Ende des Lichtleiterfaserbündels 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 eingesetzten Führungsrohres 122.
Nachfolgend wird die optische Ausgestaltung des Stereoskopmikroskops 101 an Hand der 6 bis 9 erläutert. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus des Mikroskopoptiksystems; 7 eine Seitenansicht; 8 die Vorderansicht; und 9 eine Draufsicht des Mikroskopoptiksystems.
Das Mikroskopoptiksystem enthält ein Bildaufnahme-Optiksystem (ein rechtes und ein linkes Bildaufnahme-Optiksystem) 200 zur Aufnahme eines rechten und eines linken Bildes eines Objektes sowie ein Beleuchtungssystem 300 zur Beleuchtung des Objektes mit von der Lichtquelle 106 über das Lichtleiterfaserbündel 105 geführtem Licht.
Das Bildaufnahme-Optiksystem 200 enthält ein Objektiv, das seinerseits ein gemeinsames 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 in Interachsen-Abstandsreduzierungsprisma 260, welches die Objektlichtstrahlen 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 Übertragungsoptiksystemen 240, 250 sind fünfeckige Prismen 272, 273 zur Ablenkung der entsprechenden Lichtwege unter einem rechten Winkel angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung können ein rechtes und ein linkes Bild mit einer vorgegebenen Parallaxe auf zwei benachbarten Bereichen der in der CCD-Kamera 102 eingebauten CCD 116 erzeugt werden. In den folgenden Erläuterungen der optischen Systeme ist eine "Horizontalrichtung" die Richtung, welche mit der Längsrichtung der Bildaufnahmefläche der CCD 116 zusammenfällt, wenn auf diese Bilder 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 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 dieser Reihenfolge von der Objektseite aus angeordnet sind. Die zweite Linse 212 bewegt sich in Richtung der 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 Nahlinsensystem 210 wie eine Kollimatorlinse zur Überführung divergenten Lichtes vom Objekt in im Wesentlichen paralleles Licht. Der Abstand vom Scheitel der objektseitigen Fläche der ersten Linse 211 des Nahlinsensystems 210 zum objektseitigen Brennpunkt wird als Arbeitsabstand L bezeichnet, der unter Berücksichtigung des Fokussierbereichs bei diesem Ausführungsbeispiel auf 500+/–100 mm eingestellt ist.
Die ebene erste und zweite Linse 211, 212 des Nahlinsensystems 210 ist von den Variosystemen 220 und 230 aus gesehen halbkreisförmig ausgebildet, wobei eine Seite ausgeschnitten ist (D-Schnitt). Das Beleuchtungssystem 300 ist in den ausgeschnittenen Teilen angeordnet.
Ein Paar von Variosystemen 220, 230 fokussiert afokales Objektlicht vom Nahlinsensystem 210 auf die Stellungen der Sehfeldblenden 270, 271.
Wie die 6 bis 9 zeigen, enthält das rechte Variosystem 220 eine erste bis vierte Linsengruppe 221, 222, 223 und 224 mit positiver, negativer, negativer bzw. positiver Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Seite des Nahlinsensystems 210 gesehen. Die erste und die vierte Linsengruppe 221, 224 sind fest, während die zweite und die dritte Linsengruppe 222, 223 zur Bennweitenänderung in Richtung der optischen Achse bewegbar sind. Die zweite Linsengruppe 222 bewegt sich hauptsächlich zur Änderung der Vergrößerung und die dritte Linsen gruppe 223 zur Aufrechterhaltung der Scharfstellung. Wie das rechte Variosystem 220 enthält das linke Variosystem 230 eine erste bis vierte Linsengruppe 231, 232, 233 und 234. Das rechte und das linke Variosystem 220, 230 sind durch einen (in den Figuren nicht dargestellten) Antriebsmechanismus miteinander gekoppelt, wodurch die Vergrößerung des rechten und des 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 Ebene, welche diese optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230 enthält, ist um eine Strecke Δ auf der anderen 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 210 ist größer als der Durchmesser eines 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 Durchmesser des Geräts 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.
Die Sehfeldblenden 270, 271 sind an Stellen angeordnet, an denen die Primärbilder durch die Variosysteme 220, 230 erzeugt werden. Die Sehfeldblenden 270, 271 haben nahe der jeweils anderen Sehfeldblende 271, 270 eine halbkreisförmige Öffnung, welche konzentrisch zur kreisförmigen Kontur der Sehfeldblende 270, 271 ist. Die Sehfeldblenden 270, 271 sind so angeordnet, dass die geraden Ränder dieser Öffnungen mit der Vertikalrichtung entsprechend der Grenzlinie des rechten und linken Bildes auf der CCD 116 zusammenfallen und dass lediglich die zum geraden Rand 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 halbkreisförmigen Öffnung der Sehfeldblenden 270, 271 wirkt als Schneidkante, so dass lediglich innerhalb des Randes laufende Lichtstrahlen durch die Sehfeldblenden 270, 271 gelangen können. Die auf den Sehfeldblenden 270, 271 erzeugten Primärbilder werden durch das rechte und das linke Übertragungsoptiksystem 240, 250 als Sekundärbilder abgebildet. Die resultierenden Sekundärbilder sind in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung in Bezug auf die Primärbilder umgekehrt. Daher definieren 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 des linken Bildes klar definiert wird.
Die Übertragungsoptiksysteme 240, 250 enthalten drei Linsengruppen mit positiver Brechkraft. Wie die 6 und 7 zeigen, enthält das rechte Übertragungsoptiksystem 240 eine erste Linsengruppe 241, welche durch eine einzige positive Meniskuslinse gebildet wird, eine zweite Linsengruppe 242 mit insgesamt positiver Brechkraft sowie eine dritte durch eine einzige bikonvexe Linse gebildete Linsengruppe 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 Position wie diejenige der Sehfeldblende 271. Die dritte Linsengruppe 243 bündelt paralleles Licht, das von der zweiten Linsengruppe 242 auf die Bildaufnahmefläche der CCD 116 übertragen wird. Zwischen der ersten Linsengruppe 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 Aperturblende 244 zur Einstellung der Lichtmenge angeordnet. Wie das rechte Übertragungsoptiksystem 240 enthält das linke Übertragungsoptiksystem 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 Aperturblende 254 zwischen der zweiten Linsengruppe 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 Aperturblenden 244, 254 werden die Lichtstrahlen durch die dritten Linsengruppen 243, 253 zur Erzeugung der Sekundärbilder erneut gebündelt. Da die fünfeckigen Prismen 272, 273 innerhalb der Übertagungsoptiksysteme 240, 250 angeordnet sind, kann die Gesamtlänge des Bildaufnahmeoptiksystems 200 längs der optischen Achse Ax1 des Nahlinsensystems 210 verkürzt werden.
Das Interachsen-Distanzreduzierungsprisma 260 ist zwischen den Übertragungsoptiksystemen 240, 250 und der CCD-Kamera 102 angeordnet, um den Abstand zwischen den rechten und den linken Objektlichtstrahlen von den entsprechenden Übertragungsoptiksystemen 240, 250 zu reduzieren. Um durch die Stereoskopmikroskop-Betrachtung ein reales stereoskopisches Gefühl zu realisieren, ist es notwendig, zwischen dem rechten und linken Variosystem 220, 230 und zwischen. dem rechten und linken Übertragungsoptiksystem 240, 250 eine vorgegebene Basislänge 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-Distanzreduzierungsprisma 260 bringt die optischen Achsen der Übertragungsoptiksysteme näher zueinander, wodurch Sekundärbilder auf derselben CCD erzeugt werden können, während die vorgegebene Basislänge erhalten bleibt. Wie die 6 und 9 zeigen, enthält das Interachsen-Distanzreduzierungsprisma 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 einer linken symmetrischen Konfiguration mit einem gegenseitigen Abstand von etwa 0,1 mm angeordnet.
Wie 9 zeigt, besitzen die Optikachsen-Verschiebeprismen 261, 262 zueinander parallele Eintritts- und Austrittsflächen sowie ebenfalls zueinander parallele erste und zweite reflektierende Flächen in der entsprechenden Außenseite und Innenseite. Gesehen in Richtung parallel zu den Eintritts- und Austrittsflächen sowie den reflektierenden Flächen besitzen diese Optikachsen-Verschiebeprismen 261, 262 fünfeckige Form, welche durch Ausschneiden einer spitzwinkligen Ecke eines Parallelogramms in einer Linie senkrecht zur Austrittsfläche entsteht.
Das Objektlicht von den Übertragungsoptiksystemen 240, 250 fällt auf die Eintrittsflächen der Optikachsen-Verschiebeprismen 261, 262, wird durch die äußeren reflektierenden Flächen intern 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 Eintrittsrichtung sind, und tritt an den Austrittsflächen so aus, dass es auf die CCD-Kamera 102 fällt. Der Abstand zwischen den rechten und den 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 6 zeigt, eine Beleuchtungslinse 310 zur Einstellung des Divergenzgrades von divergentem Licht, das von dem Lichtleiterfaserbündel 105 und einem Keilprisma 320 emittiert wird, um das Beleuchtungslicht so abzulenken, dass der Beleuchtungsbereich mit dem Bildaufnahmebereich zusammenfällt. Wie 7 zeigt, verläuft die optische Achse Ax4 der Beleuchtungslinse 310 parallel zur optischen Achse Ax1 des Nahlinsensystems 201 mit einem Versatz um einen vorgegebenen Betrag gegen diese. Wenn das Keilprisma 320 nicht vorhanden ist, fällt die Mitte des Beleuchtungsbereiches nicht mit der Mitte des Bildaufnahmebereiches zusammen, wodurch eine gewisse Menge des Beleuchtungslichtes verloren geht.
Erfordernis der Vibrationsstabilität und Antivibrationsmechanismus
Es wird nun der Zustand beschrieben, bei dem das Stereoskopmikroskop 101 der oben beschriebenen Grundkonfiguration vibrationsfest sein muss. Ferner wird auch der Aufbau eines Antivibrationsmechanismus beschrieben, der für das Stereoskopmikroskop 101 geeignet ist. 10 zeigt schematisch den Antivibrati onsmechanismus, der in das Stereoskopmikroskop 101 eingebaut ist. Wie 10 zeigt, enthält das Stereoskopmikroskop 101 zwei Winkelgeschwindigkeitssensoren 1, zwei Beschleunigungssensoren 2, eine Mikroskopsteuerung 3 und einen Vibrationskompensator 4. Die Mikroskopsteuerung 3 ist mit jedem Winkelgeschwindigkeitssensor und mit jedem Beschleunigungssensor 2 verbunden. Der Vibrationskompensator 4 ist mit der Mikroskopsteuerung 3 verbunden.
Die lokalen Koordinaten in dem Stereoskopmikroskop werden unter Bezugnahme auf 6 definiert. Wie 6 zeigt, ist die Achse parallel zur optischen Achse Ax1 des Nahlinsensystems 210 die X-Achse. Die Koordinate orthogonal zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der beiden Variosysteme 220 und 230 ist die Y-Achse. Die Koordinate orthogonal zur X-Achse und zur Y-Achse ist die Z-Achse. Ferner sind die Drehungen um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse das Rollen α, das Nicken β und das Gieren γ.
Die Winkelgeschwindigkeitssensoren 1 messen die Drehwinkel des Stereoskopmikroskops 101 hinsichtlich Nicken β und Gieren γ unabhängig voneinander. Die Winkelgeschwindigkeitssensoren 1 sind also die ersten Sensoren, die die Neigung des gesamten optischen Mikroskopsystems 200 messen. Die Beschleunigungssensoren 2 messen die Bewegungen des Stereoskopmikroskops 101 längs der Y-Achse und der Z-Achse unabhängig voneinander. Sie sind also zweite Sensoren, die die Bewegung des gesamten optischen Mikroskopsystems 200 messen. In dieser Hinsicht ist der Grund dafür, dass kein Winkelgeschwindigkeitssensor 1 für die Drehung des Rollens α vorhanden ist, dass dieses Rollen α, selbst wenn es auftritt, keine Richtungsänderung der optischen Achse Ax1 erzeugt und daher keine beachtliche Bewegung des Feldes unabhängig von dem langen Arbeitsabstand L verursacht. Ähnlich besteht der Grund, dass kein Beschleunigungssensor 2 zum Erfassen einer Bewegung längs der X-Achse vorhanden ist, darin, dass die Bewegung in diese Richtung, selbst wenn sie auftritt, keine Änderung der Richtung der optischen Achse Ax1 und damit keine wesentliche Bewegung des Feldes unabhängig von dem Arbeitsabstand L verursacht. Die Signale der Winkelgeschwindigkeitssensoren 1 und der Beschleunigungssensoren 2 werden der Mikroskopsteuerung 3 als Steuereinheit zugeführt. Die Mikroskopsteuerung 3 berechnet die Richtung und den Winkel der Neigung des Stereoskopmikroskops 101 (d.h. die Neigung der optischen Achse Ax1) aus den Signalen der Winkelgeschwindigkeitssensoren. Sie berechnet ferner die Richtung und den Betrag der Verschiebung des Stereoskopmikroskops 101 (d.h. die Verschiebung in einer Ebene orthogonal zur optischen Achse Ax1) aus den Signalen der Beschleunigungssensoren 2. Dann berechnet die Mikroskopsteuerung 3 aus diesen Rechenergebnissen und der Vergrößerung des optischen Mikroskopsystems 200 die Bewegungsrichtung und den Betrag der Bewegung eines Bildes in der die Bildaufnahmefläche der CCD 116 enthaltenden Ebene, wobei diese Größen der Bewegungsrichtung und dem Bewegungsbetrag des Feldes entsprechen. Dann wird der Vibrationskompensator 4 so gesteuert, dass die Bewegungsrichtung und der Bewegungsbetrag dieses Bildes so kompensiert wird, dass das Bild auf der Bildaufnahmefläche stationär bleibt. Wenn der leitende Chirurg oder andere Mitarbeiter das Stereoskopmikroskop 101 kräftig bewegen, müssen Kupplungen gelöst werden, die an den einzelnen Gelenken des freien Arms 100a des ersten Ständers 100 vorgesehen sind. Jede Kupplung hat einen Sensor zum Erfassen des Auskuppelns und des Einkuppelns. Die Mikroskopsteuerung 3 unterbricht die Steuerung des Vibrationskompensators immer dann, wenn ein Kupplungssensor das Auskuppeln erfasst. Die Mikroskopsteuerung 3 startet den Vibrationskompensator 4 wieder, wenn alle Kupplungssensoren das Einkuppeln erfassen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Vibrationskompensator 4 ein Mechanismus, der wie eine Ablenkvorrichtung die zweite Linse 212 des Nahlinsensystems 210 in einer Ebene orthogonal zur optischen Achse Ax1 verschiebt. Er enthält Betätiger zum Verschieben der zweiten Linse 212 in der Y-Richtung und der Z-Richtung. Dann treibt der Vibrationskompensator 4 entsprechend der Steuerung durch die Mikroskopsteuerung 3 die einzelnen Betätiger zum Verschieben der zweiten Linse 212 derart, dass die Richtung eines Hauptstrahls von einem Objekt in der Mitte des Feldes zu Beginn des Steuervorgangs in eine Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der Variosysteme 220 und 230 abgelenkt werden kann. Dadurch wird das Bild auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 festgelegt, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Wenn sie den Steuervorgang nach der vorstehend beschriebenen Unterbrechung wieder aufnimmt, kann der Vibrationskompensator 4 die zweite Linse 212 in eine Neutralposition in dem Verschiebebereich (d.h. eine Position koaxial zur ersten Linse 211) bringen.
Der Antivibrationsmechanismus führt zu einer Erhöhung des Gewichts und der Kosten des Stereoskopmikroskops. Daher ist es an sich unerwünscht, dass er in ein Stereoskopmikroskop eingebaut wird, das einen Vibrationsausgleich nicht erfordert. Im Folgenden wird deshalb vorausgesetzt, dass das Stereoskopmikroskop 101 in der vorliegenden Ausführungsform den Vibrationsausgleich benötigt und hierzu Normen erforderlich sind. Da das Stereoskopmikroskop 101 in dieser Ausführungsform für chirurgische Operationen vorgesehen ist, ist es mit einer zu starken Vergrößerung oder einem zu kleinen Feld für diesen Zweck ungeeignet. Unter Berücksichtigung der Abmessungen der Schneidekanten von Messern hat das Feld typisch eine vertikale Abmessung von 15 mm, während der Arbeitsabstand L 500+/–100 mm ist.
Der optimale Betrachtungsabstand für einen Querformatschirm (z.B. HDTV-Bildschirm) ist das Vierfache der Vertikalabmessung DISP_V des Bildschirms. Ein Optimalwert für den oben genannten vorbestimmten Abstand L_DISP (auch als optimaler Betrachtungsabstand bezeichnet) ist dann: LDISP = DISPV × 4 (1)
Bei der Betrachtung des LCD-Schirms 120 vorstehend genannter Größe haben die Augen vorzugsweise zum LCD-Schirm 120 den optischen Betrachtungsabstand L_DISP gemäß der vorstehenden Gleichung (1), damit sich eine natürliche Betrachtung ergibt. Außerdem ist allgemein zu berücksichtigen, dass das menschliche Auge eine Auflösung von ca. einer Winkelminute hat, was auf die Sehzellendichte zurückzuführen ist. Experimente haben aber gezeigt, dass das menschliche Auge in der Größenordnung von drei Minuten keine Bewegungen erkennt. Bewegt sich ein Bild auf dem LCD-Schirm 120 in dem optimalen Betrachtungsabstand L_DISP mehr als um drei Minuten gegenüber dem Auge des Betrachters, kann die Bewegung also erkannt werden, was die scheinbare opti sche Leistung des Mikroskopsystems 200 beeinträchtigt. Der maximale Bewegungsbetrag des Bildes auf dem LCD-Schirm 120, den der Betrachter nicht erfasst, oder der annehmbare Betrag ΔD_DISP der Bildbewegung ist dann ΔDDISP = LDISP × tan3' = 4DISPV × tan 3' (2)
Dabei wird eine Augenauflösung mit etwa drei Minuten angenommen, und L_DISP ist der optimale Betrachtungsabstand. Überschreitet die Bewegung des Bildes auf dem LCD-Schirm 120 den Wert ΔD_DISP nicht, wird die Bewegung von dem Betrachter nicht erkannt, der eine Position mit dem optimalen Betrachtungsabstand L_DISP hat, so dass auch keine Beeinträchtigung der scheinbaren optischen Leistung auftritt.
Wie oben beschrieben, besteht der freie Arm 100a des ersten Ständers 100 aus mehreren miteinander gekoppelten Armen. Deshalb schwingt er relativ weiter, so dass der Betrag der linearen Vibration Δd am freien Ende des freien Arms 100a auf 0,04 mm nur schwer begrenzt werden kann. Ist der Betrag der linearen Vibration Δd am freien Ende eines 1000 mm langen freien Arms 0,04 mm und ist der freie Arm 100a am unteren Ende fixiert, so ist der Vibrationsdrehwinkel Δω um das untere Ende 0,04/1000 = 8 Sekunden. Daher ist es ziemlich schwierig, den Vibrationsdrehwinkel Δω am freien Ende des freien Arms 100a im Bereich von 8 Sekunden zu halten. Wenn das freie Ende Vibrationen (Linearbewegungen und Vibrationsdrehungen) ausführt, so vibriert auch das Stereoskopmikroskop 101, wodurch es seine optische Achse Ax1 und damit das Feld bewegt. Der Bewegungsbetrag ΔD des Feldes wird durch die Summe des Bewegungsbetrages ΔD_LIN ausgedrückt, der sich aus den linearen Vibrationen des freien Arms 100a und dem Bewegungsbetrag ΔD_ROT ergibt, welcher auf die Vibrationsdrehungen zurückzuführen ist. Dieser Bewegungsbetrag ΔD_LIN der linearen Vibrationen ist der Betrag Δd der linearen Vibration am freien Ende des freien Arms 100a. Der Bewegungsbetrag ΔD_ROT der Vibrationsdrehungen entspricht dem Produkt des Abstandes zum Feld (Arbeitsabstand L) und des Tangens des Vibrationswinkels Δω am freien Ende des freien Arms 100a (L × tan Δω). Entsprechend ergibt sich der Bewegungsbetrag ΔD des Feldes durch die folgende Gleichung (3): ΔD = ΔDLIN + ΔDROT = Δd + L × tanΔω = 0,04 + 0,000039 × L (3)
Wenn der Bewegungsbetrag eines Bildes auf dem LCD-Schirm 120, der dem Bewegungsbetrag ΔD des Feldes gemäß dieser Gleichung (3) entspricht den annehmbaren Betrag ΔD_DISP gemäß der vorstehenden Gleichung (2) überschreitet, erkennt der Betrachter diese Bewegung, wobei eine entsprechende Beeinträchtigung der scheinbaren optischen Leistung auftritt. Wenn das Verhältnis ΔD zur Vertikalabmessung (A_V) des Feldes das Verhältnis des annehmbaren Bereichs ΔD_DISP zu DISP_V überschreitet, erkennt der Betrachter die Bewegung des Bildes auf dem LCD-Schirm 120 mit einer entsprechenden Verschlechterung der scheinbaren optischen Leistung. Im Folgenden bedeutet "vertikal" im Zusammenhang mit dem Feld die der vertikalen Richtung der Bildaufnahmefläche der CCD 116 und daher der vertikalen Richtung des LCD-Schirms 120 entsprechende Richtung, die orthogonal zum Pupillenabstand des leitenden Chirurgen liegt. Entsprechend ergibt sich das Erfordernis eines Antivibrationsmechanismus für das Stereoskopmikroskop 101, wenn die folgende Bedingung (4) erfüllt ist: ΔD/AV > ΔDDISP/DISPV (4)
Das Umsetzen dieses Ausdrucks (4) in eine Gleichung und das Einsetzen der vorstehenden Gleichung (2) ergibt: ΔD/AV = 4 × tan3' 1/AV = 4 × tan3'/ΔD (5)
Das Einsetzen der Gleichung (3) in diese Gleichung (5) ergibt: 1/AV = 4 × tan3'/(Δd + L × tanΔω) = 0,0035/(0,04 + 0,000039 × L) = 1/(11,46 + 0,011 × L) (6)
Aus dieser Gleichung (6) ergibt sich, dass der Schwellwert der Kombination des Arbeitsabstandes L und der vertikalen Abmessung A_V des Feldes, bei der ein Vibrationsausgleich erforderlich wird, als Funktion von L zu dem reziproken Wert von A_V ausgedrückt wird. Die folgende Tabelle 1 zeigt Werte von 1/A_V in Schritten von 100, die durch Einsetzen von Arbeitsabständen L in die Gleichung (6) erhalten wurden. Tabelle 1

L 1/A_V

100 0,081

200 0,075

300 0,069

400 0,064

500 0,060

600 0,056

700 0,053

800 0,050

900 0,047

1000 0,045

1100 0,043

1200 0,041

1300 0,039
12 ist eine grafische Darstellung, in der die Werte der Tabelle 1 aufgetragen sind, um die Schwellenfunktion gemäß der vorstehenden Gleichung (6) darzustellen. Der Bereich des Erfordernisses eines Vibrationsausgleichs, d.h. der durch eine Modifikation der vorstehenden Gleichung (6) oder durch die folgende Ungleichung 1/AV > 1/(11,46 + 0,011 × L) (6')angegebene Bereich ist dargestellt.
Wie 12 zeigt, nimmt das Erfordernis des Vibrationsausgleichs also zu, je länger der Arbeitsabstand L oder je kürzer die Vertikalabmessung A_V des Feldes ist (je höher die Vergrößerung des optischen Mikroskopsystems 200 ist).
Das Stereoskopmikroskop 101 dieses Ausführungsbeispiels hat einen Arbeitsabstand von Ca: 500 mm bei einer vertikalen Abmessung A_V des Feldes von 15 mm (d.h. 1/A_V = 0,067). Deshalb erfüllt das Stereoskopmikroskop 101 die oben angegebene Ungleichung (6'), fällt also in den Bereich des erforderlichen Vibrationsausgleichs der Grafik nach 12 und ist durch das Symbol G angedeutet. Somit erfordert das Stereoskopmikroskop 101 dieses Ausführungsbeispiels den oben beschriebenen Antivibrationsmechanismus. Das konventionelle Mikroskop des Standes der Technik (Arbeitsabstand L = 300 mm, Vertikalabmessung des Feldes A_V = 15 mm) ist durch das Symbol H in 12 gekennzeichnet. Dies bedeutet, dass das konventionelle Mikroskop ursprünglich keinen Vibrationsausgleich benötigt.
Die Erfindung ist somit das Ergebnis der Prüfung der rationalen Bedingung zur Erzeugung von Bildunschärfen, die mit dem Auge erkennbar werden, so dass der Antivibrationsmechanismus in ein Mikroskop einzubauen ist, das die Bedingung erfüllt. Ein Mikroskop, das den Vibrationsausgleich benötigt, kann also sicher gegen Bildunschärfen geschützt werden.
Bei dem Stereoskopmikroskop 101 dieses Ausführungsbeispiels wird nur die zweite Linse 212 des Nahlinsensystems 210 mit dem Vibrationskompensator 4 verschoben. Deshalb wird die Grenze zwischen dem rechten und dem linken Bildaufnahmebereich auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 nicht geteilt.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Stereoskopmikroskop 101 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Stereoskopmikroskop 101 des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die mit Vibrationskompensator 4 zu verschiebende Linse nicht die zweite Linse 212. des Nahlinsensystems 120, sondern dessen erste Linse 211 ist. 13 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 in dem Stereoskopmikroskop 101 des zweiten Ausführungsbeispiels. 14 zeigt die Vorderansicht. In 13 und 14 ist die zu verschiebende Linse (d.h. die erste Linse 211) durch Pfeile gekennzeichnet. Auch bei Verschieben der ersten Linse 211 lenkt der Vibrationskompensator 4 die Laufrichtung eines Hauptstrahls eines Objekts in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der Variosysteme 220 und 230 ab, das zum Startzeitpunkt der Steuerung in der Mitte des Feldes vorhanden ist. Dadurch bleibt das Bild des Feldes auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind, ist eine weitere Erläuterung überflüssig.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Stereoskopmikroskop 101 als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von Stereoskopmikroskop 101 des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die durch den Vibrationskompensator 4 zu verschiebenden Linsen die ersten Linsengruppen 221 und 231 sind, die während der Brennweitenänderung stationär bleiben und zu den Variosystemen 220 und 230 gehören. 15 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des dritten Ausführungsbeispiels. 16 zeigt die Vorderansicht. In 15 und 16 sind die zu verschiebenden Linsengruppen (d.h. die ersten Linsengruppen 221 und 231) durch Pfeile gekennzeichnet. Auch bei dem Verschieben der ersten Linsengruppen 221 und 231 lenkt der Vibrationskompensator 4 die Laufrichtung eines Hauptstrahls eines Objekts in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der Variosysteme 220 und 230 ab, das zum Startzeitpunkt der Steuerung in der Mitte es Feldes war. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des dritten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Beschreibung überflüssig.
Viertes Ausführungsbeispiel
Ein Stereoskopmikroskop 101 als viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von Stereoskopmikroskop 101 des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die mit dem Vibrationskompensator 4 zu verschiebenden Linsen die Endlinsen der vierten Linsengruppe 224 und 234 sind, die während der Brennweitenänderung stationär bleiben und zu den Variosystemen 220 und 230 gehören. 17 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des vierten Ausführungsbeispiels. 18 zeigt die Vorderansicht. In 17 und 18 sind die zu verschiebenden Linsengruppen (d.h. die Endlinsen der vierten Linsengruppen 224 und 234) durch Pfeile gekennzeichnet. Auch bei Verschieben der Endlinsen der vierten Linsengruppen 224 und 234 lenkt der Vibrationskompensator 4 die Laufrichtung eines Hauptstrahls eines Objekts in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der Variosysteme 220 und 230 ab, das zum Startzeitpunkt der Steuerung in der Mitte des Feldes war. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des vierten Ausführungsbeispiels gleichartig mit dem ersten Ausführungsbeispiel sind, ist eine weitere Beschreibung überflüssig.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Ein Stereoskopmikroskop 101 als fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Stereoskopmikroskop 101 des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die mit dem Vibrationskompensator 4 zu verschiebenden Linsen die zweiten Linsengruppen 242 und 252 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 sind. 19 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des fünften Ausführungsbeispiels. 20 zeigt die Vorderansicht. In 19 und 20 sind die zu verschiebenden Linsengruppen (d.h. die zweiten Linsengruppen 242 und 252) durch Pfeile gekennzeichnet. Auch bei Verschieben der zweiten Linsengruppen 242 und 252 lenkt der Vibrationskompensator 4 die Laufrichtung eines Hauptstrahls eines Objekts in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 ab, das zum Startzeitpunkt der Steuerung in der Mitte des Feldes vorhanden war. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel sind die mit dem Vibrationskompensator 4 zu verschiebenden Linsen die zweiten Linsengruppen 242 und 252 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250, die einen kleinen Durchmesser haben und daher leicht sind, so dass die durch den Vibrationskompensator 4 erzeugte Last reduziert ist. Da der übrige Aufbau und die Funktion des fünften Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Beschreibung überflüssig.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Ein Stereoskopmikroskop 101 als sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Stereoskopmikroskop 101 des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die mit dem Vibrationskompensator 4 zu verschiebende Linse nicht die zweite Linse 212 des optischen Nahlinsensystems 120, sondern die dritte Linsengruppe 243 bzw. 253 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 ist. 21 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des sechsten Ausführungsbeispiels. 22 zeigt die Vorderansicht. In 21 und 22 sind die zu verschiebenden Linsengruppen (d.h. die dritten Linsengruppen 243 und 253) durch Pfeile gekennzeichnet. Auch bei Verschieben der dritten Linsengruppen 243 und 253 lenkt der Vibrationskompensator 4 die Laufrichtung des von dem Feld zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehenden Objektlichtes in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 ab. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel sind die mit dem Vibrationskompensator 4 zu verschiebenden Linsen die dritten Linsengruppen 243 und 253 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250, die einen kleinen Durchmesser und geringes Gewicht haben, so dass die durch den Vibrationskompensator 4 erzeugte Last reduziert ist. Da der übrige Aufbau und die Funktion des sechsten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Beschreibung nicht erforderlich.
Bei dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel werden die Linsen des optischen Mikroskopsystems 200 nach 6 bis 10 verschoben. Alternativ kann ein optisches System in das optische Mikroskopsystem 200 eingebaut werden, das eine optische Achse verlagert und mehrere Linsen mit Brechkraftwerten enthält, die einander ausgleichen, so dass einige Linsen des optischen Mikroskopsystems 200 verschoben werden können.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Das siebte bis zehnte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten einen Spiegel zum rechtwinkligen Umlenken der optischen Achse oder Achsen, der in das optische Mikroskopsystem 200 eingesetzt ist, und der Vibrationskompensator 4 stellt die Neigungsrichtung und den Neigungswinkel des Spiegels so ein, dass aus dem Feld kommendes Objektlicht in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 abgelenkt werden kann.
Das siebte Ausführungsbeispiel enthält einen einzelnen Spiegel 5 zum rechtwinkligen Ablenken der optischen Achse Ax1 des Nahlinsensystems 210 und der optischen Achsen Ax2 und Ax3 der Variosysteme 220 und 230. Er ist zwischen dem Nahsystem 210 und den Variosystemen 220 und 230 angeordnet. 23 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 in dem Stereoskopmikroskop 101 des siebten Ausführungsbeispiels. 24 zeigt die Draufsicht. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel hat der Vibrationskompensator 4 Betätiger an mehreren Punkten konzentrisch zur Mitte der Rückseite des Spiegels 5. Diese Betätiger halten den Spiegel 5 derart, dass sie ihn drücken und ziehen können. Der Vibrationskompensator 4 kann die Rückseite des Spiegels 5 also mit den Betätigern in geeigneter Weise drücken/ziehen, so dass der Spiegel 5 unter beliebigen Winkeln in beliebiger Richtung geneigt werden kann. Der Vibrations kompensator 4 neigt den Spiegel 5 entsprechend der Steuerung durch die Mikroskopsteuerung 3 derart, dass ein von einem Objekt zum Startzeitpunkt der Steuerung in der Mitte des Feldes ausgehender Hauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der Variosysteme 220 und 230 abgelenkt wird. Dadurch wird das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär gehalten, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Bei diesem Ausführungsbeispiel reicht ein einziger Spiegel 5. Deshalb kann der Vibrationskompensator relativ einfach aufgebaut sein. Da der übrige Aufbau und die Funktion des siebten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung nicht erforderlich.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel kann der Spiegel 5 durch ein Dreieckprisma ersetzt sein, das einfallendes Licht intern an seiner Schrägfläche reflektiert und nach außen abgibt.
Achtes Ausführungsbeispiel
Das achte Ausführungsbeispiel enthält zwei Spiegel 6, die hinsichtlich Neigungswinkel und Neigungsrichtung mit dem Vibrationskompensator 4 einstellbar sind, an Stelle der Pentaprismen 272 und 273, die in 6 bis 10 gezeigt sind. 25 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des achten Ausführungsbeispiels. 26 zeigt die Draufsicht. Bei dem achten Ausführungsbeispiel sind zwei Vibrationskompensatoren 4 für die beiden Spiegel 6 vorgesehen. Jeder Vibrationskompensator 4 hat gleichen Aufbau wie bei dem siebten Ausführungsbeispiel und neigt den ihm zugeordneten Spiegel 6 in beliebiger Richtung unter beliebigem Winkel. Die Vibrationskompensatoren 4 neigen die Spiegel 6 also entsprechend der mit der Mikroskopsteuerung 3 ausgeführten Steuerung derart, dass ein von einem Objekt, das zum Startzeitpunkt der Steuerung in der Mitte des Feldes ist, ausgehender Hauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 abgelenkt wird. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 166 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 die Vibrationskompensatoren 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des achten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung nicht erforderlich.
Bei dem achten Ausführungsbeispiel können die Spiegel 6 durch ein Dreieckprisma ersetzt sein, das einfallendes Licht intern an seiner Schrägfläche reflektiert und nach außen abgibt.
Neuntes Ausführungsbeispiel
Das neunte Ausfuhrungsbeispiel enthalt einen einzelnen Spiegel zum rechtwinkligen Ablenken der optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250, der zwischen den zweiten Linsen 242 und 252 und den dritten Linsen 243 und 253 der Übertragungssysteme 240 und 250 angeordnet ist. 27 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des neunten Ausführungsbeispiels. 28 zeigt die Draufsicht. Der Vibrationskompensator 4 hat denselben Aufbau wie bei dem siebten Ausführungsbeispiel und neigt den Spiegel 7 in beliebiger Richtung unter beliebigem Winkel. Er neigt den Spiegel 7 also entsprechend der mit der Mikroskopsteuerung 3 ausgeführten Steuerung derart, dass ein von einem Objekt in der Mitte des Feldes zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehender Hauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 abgelenkt wird. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskop steuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des neunten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung überflüssig.
Bei dem neunten Ausführungsbeispiel kann der Spiegel 7 durch ein Dreieckprisma ersetzt sein, das einfallendes Licht intern an seiner Schrägfläche reflektiert und nach außen abgibt.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Das zehnte Ausführungsbeispiel enthält einen einzelnen Spiegel 8 zum rechtwinkligen Ablenken der optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250, der zwischen diesen und dem Prisma 260 angeordnet ist, welches die optischen Achsen Ax2 und Ax3 insgesamt einander zuführt. 29 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des zehnten Ausführungsbeispiels. 30 zeigt die Draufsicht. Der Vibrationskompensator 4 hat denselben Aufbau wie bei dem siebten Ausführungsbeispiel und neigt den Spiegel 8 in beliebiger Richtung unter beliebigem Winkel. Er neigt also den Spiegel 8 entsprechend der durch die Mikroskopsteuerung 3 vorgenommenen Steuerung derart, dass ein von einem Objekt in der Mitte des Feldes zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehender Hauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 abgelenkt wird. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des zehnten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung nicht erforderlich.
Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel kann der Spiegel 8 durch ein Dreieckprisma ersetzt sein, das einfallendes Licht intern an seiner Schrägfläche reflektiert und nach außen abgibt.
Elftes Ausführungsbeispiel
Das Stereoskopmikroskop 101 des elften Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem Stereoskopmikroskop 101 des zehnten Ausführungsbeispiels darin, dass die Ablenkrichtung des Spiegels 8 unterschiedlich ist. 31 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des zehnten Ausführungsbeispiels. 32 zeigt die Draufsicht. Da der übrige Aufbau und die Funktion des elften Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung nicht erforderlich.
Bei dem elften Ausführungsbeispiel kann der Spiegel 8 durch ein Dreieckprisma ersetzt sein, das einfallendes Licht intern an seiner Schrägfläche reflektiert und nach außen abgibt.
Zwölftes Ausführungsbeispiel
Das zwölfte bis fünfzehnte Ausführungsbeispiel der Erfindung haben ein optisches Mikroskopsystem 200 mit einem winkelveränderlichen Prisma, dessen ebene Flächen, durch die das Licht läuft, in beliebiger Richtung liegen und einen beliebigen Winkel bilden, um den Lichtweg abzulenken. Das zwölfte Ausführungsbeispiel enthält ein einzelnes winkelveränderliches Prisma 9 zum Ablenken des auf die beiden Variosysteme 220 und 230 gerichteten Lichts, und dieses Prisma ist zwischen dem Nahsystem 210 und den Variosystemen 220 und 230 angeordnet. 33 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des zwölften Ausführungsbeispiels. 34 zeigt eine Vorderansicht. Das winkelvariable Prisma 9 des zwölften Ausführungsbeispiels hat einen Aufbau mit zwei transparenten Glasplatten, welche durch einen Balgen o.ä. verbunden sind und zwischen sich eine Flüssigkeit mit hohem Brechungsindex einschließen. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Vibrationskompensator 4 Betätiger zum Neigen einer der Glasplatten des winkelveränderlichen Prismas 9 gegenüber der anderen Glasplatte in zwei den Kantenwinkel verändernden Richtungen, die auf der Oberfläche der anderen Glasplatte zueinander orthogonal liegen. Dann neigt der Vibrationskompensator 4 die eine Glasplatte gegenüber der anderen unter Änderung des Kantenwinkels mit den Betätigern. Dadurch kann der Vibrationskompensator 4 die Gesamtrichtung und den Kantenwinkel des winkelveränderlichen Prismas 9 beliebig einstellen. Der Vibrationskompensator 4 stellt das winkelveränderliche Prisma 9 entsprechend der mit der Mikroskopsteuerung 3 vorgenommenen Steuerung so ein, dass ein von der Feldmitte zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehender Objekthauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Systeme 220 und 230 abgelenkt wird.
Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. In diesem Ausführungsbeispiel macht das winkelveränderliche Prisma 9 ein Ablenken der ursprünglichen optischen Achse des optischen Mikroskopsystems 200 überflüssig, im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen, die einen Spiegel enthalten. Ferner genügt bei diesem Ausführungsbeispiel nur ein einziges winkelveränderliches Prisma 9. Deshalb kann der Vibrationskompensator 4 relativ einfach aufgebaut sein. Ein solcher Aufbau ermöglicht einen größeren Einstellbereich des Kantenwinkels des winkelveränderlichen Prismas 9. Da der übrige Aufbau und die Funktion des zwölften Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung überflüssig.
Bei dem zwölften Ausführungsbeispiel können zwei winkelveränderliche Prismen 9' entsprechend den beiden Variosystemen 220 und 230 zwischen diesen und dem Nahlinsensystem 210 angeordnet sein, wie es in 35 gezeigt ist.
Dreizehntes Ausführungsbeispiel
Das dreizehnte Ausführungsbeispiel enthält ein einzelnes winkelveränderliches Prisma 10 zwischen den beiden Variosystemen 220 und 230 und den beiden Feldblenden 270 und 271. 36 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des dreizehnten Ausführungsbeispiels. 37 zeigt die Draufsicht. Das winkelveränderliche Prisma 10 und der Vibrationskompensator 4 haben denselben Aufbau wie bei dem zwölften Ausführungsbeispiel und lenken Lichtstrahlen aus den Variosystemen 220 und 230 in beliebiger Richtung unter beliebigem Winkel ab. Der Vibrationskompensator 4 stellt das winkelveränderliche Prisma 10 entsprechend der mit der Mikroskopsteuerung 3 durchgeführten Steuerung derart ein, dass ein von der Feldmitte zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehender Objekthauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und A3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 abgelenkt wird. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des dreizehn ten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Beschreibung nicht erforderlich.
Bei dem dreizehnten Ausführungsbeispiel können zwei winkelveränderliche Prismen 10' entsprechend den beiden Variosystemen 220 und 230 zwischen diesen und den Feldblenden 270 und 271 angeordnet sein, wie es 38 zeigt.
Vierzehntes Ausführungsbeispiel
Das vierzehnte Ausführungsbeispiel enthält ein einzelnes winkelveränderliches Prisma 11 zwischen den zweiten Linsengruppen 242 und 252 sowie den dritten Linsengruppen 243 und 253 der beiden optischen Übertragungssysteme 240 und 250. 39 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des vierzehnten Ausführungsbeispiels. 40 zeigt die Draufsicht. Das winkelveränderliche Prisma 11 und der Vibrationskompensator 4 haben denselben Aufbau wie bei dem zwölften Ausführungsbeispiel und lenken Lichtstrahlen aus den zweiten Linsengruppen 242 und 252 in beliebiger Richtung und mit beliebigem Winkel ab. Der Vibrationskompensator 4 stellt das winkelveränderliche Prisma 11 entsprechend der mit der Mikroskopsteuerung ausgeführten Steuerung so ein, dass ein von der Feldmitte zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehender Objekthauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 abgelenkt wird. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des vierzehnten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung überflüssig.
Bei dem vierzehnten Ausführungsbeispiel können zwei winkelveränderliche Prismen 11' entsprechend den beiden optischen Übertragungssystemen 240 und 250 zwischen den zweiten Linsengruppen 242 und 252 und den dritten Linsengruppen 243 und 253 der beiden optischen Übertragungssysteme 240 und 250 angeordnet sein, wie es 41 zeigt. Bei diesem Aufbau kann der Einstellbereich des Kantenwinkels eines jeden winkelveränderlichen Prismas 11' erweitert sein.
Fünfzehntes Ausführungsbeispiel
Das fünfzehnte Ausführungsbeispiel enthält ein einzelnes winkelveränderliches Prisma 12 zwischen den optischen Übertragungssystemen 240 und 250 und dem Prisma 260, das den Achsenabstand verringert. 42 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des fünfzehnten Ausführungsbeispiels. 43 zeigt die Draufsicht. Das winkelveränderliche Prisma 12 und der Vibrationskompensator 4 haben denselben Aufbau wie bei dem zwölften Ausführungsbeispiel und lenken die Lichtstrahlen aus den optischen Übertragungssystemen 240 und 250 in beliebiger Richtung und mit beliebigem Winkel ab. Der Vibrationskompensator 4 stellt das winkelveränderliche Prisma 12 entsprechend der mit der Mikroskopsteuerung 3 ausgeführten Steuerung so ein, dass ein von der Feldmitte zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehender Objekthauptstrahl in Richtung parallel zu den optischen Achsen Ax2 und Ax3 der optischen Übertragungssysteme 240 und 250 abgelenkt wird. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert. Da der übrige Aufbau und die Funktion des fünfzehnten Ausführungsbeispiels mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, ist eine weitere Erläuterung. überflüssig.
Bei dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel können zwei winkelveränderliche Prismen 12' entsprechend den optischen Übertragungssystemen 240 und 250 zwischen diesen und dem Prisma 260 zur Verringerung des Achsenabstandes angeordnet sein, wie es in 44 gezeigt ist. Mit diesem Aufbau kann der Einstellbereich des Kantenwinkels eines jeden winkelveränderlichen Prismas 12' erweitert werden.
Sechzehntes Ausführungsbeispiel
Bei dem sechzehnten Ausführungsbeispiel wird die Bildaufnahmevorrichtung bzw. die CCD 116 innerhalb der hochauflösenden CCD-Kamera 102 in einer die Bildaufnahmefläche enthaltenden Ebene bewegt. 45 zeigt eine Seitenansicht des optischen Mikroskopsystems 200 des Stereoskopmikroskops 101 des sechzehnten Ausführungsbeispiels. 46 zeigt die Draufsicht.
Bei dem sechzehnten Ausführungsbeispiel wird die CCD 116 in der CCD-Kamera 102 so gehalten, dass sie in der ihre Bildaufnahmefläche enthaltenden Ebene beweglich ist. Der Vibrationskompensator 4 hat zwei Betätigerpaare zum Bewegen der CCD 116 in zwei orthogonale Richtungen in der Bewegungsebene. Der Vibrationskompensator 4 bewegt die CCD 116 mit den Betätigern in eine beliebige Richtung entsprechend der mit der Mikroskopsteuerung 3 durchgeführten Steuerung derart, dass ein von dem Feld zum Startzeitpunkt der Steuerung ausgehender Objektlichtstrahl an einer festen Position auf die Bildaufnahmefläche der CCD 116 fällt. Dadurch bleibt das auf der Bildaufnahmefläche der CCD 116 erzeugte Feldbild stationär, so lange die Mikroskopsteuerung 3 den Vibrationskompensator 4 steuert.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei einem vibrationsfesten Mikroskop nach der Erfindung die Bildunschärfe auch dann verhindert werden, wenn sie mit hoher Wahrscheinlichkeit mit solcher Größe auftritt, dass sie mit dem Auge erkennbar wird, insbesondere wenn das Mikroskop am Ende eines Säulenarms befestigt ist.

Claims

Mikroskopeinrichtung, umfassend: ein Mikroskop mit einer Mikroskopoptik, die ein Bild eines Objektes erzeugt, das in einem Betrachtungsbereich vorbestimmten Formats mit einer Seitenlänge A_V liegt, wobei die Mikroskopoptik einen Arbeitsabstand L gegenüber dem Betrachtungsbereich aufweist, ein Sichtgerät mit einem Bildschirm vorbestimmten Formats, auf dem das von der Mikroskopoptik erzeugte Bild zur visuellen Betrachtung dargestellt wird, Sensoren zum Messen von Vibrationsbewegungen der Mikroskopoptik, eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken von die Mikroskopoptik durchlaufendem Licht, und eine Steuereinheit zum Einstellen der Ablenkung des Objektlichts durch die Ablenkvorrichtung abhängig von den Messungen der Sensoren derart, dass das auf dem Bildschirm des Sichtgeräts dargestellte Bild innerhalb der Auflösungsgrenzen des menschlichen Auges trotzt der Vibrationsbewegungen der Mikroskopoptik bewegungslos bleibt, wobei der in mm angegebenen Arbeitsabstand L der Mikroskopoptik und die in mm angegebene Seitenlänge A_V des Betrachtungsbereichs folgende Bedingung erfüllen: 1/ AV > 1/(11,46 mm + 0,011 × L).
Mikroskopeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroskopoptik mehrere Linsen jeweils mit einer Brechkraft enthält, und dass die Ablenkvorrichtung nur einen Teil der Linsen der Mikroskopoptik in einer Ebene orthogonal zur optischen Achse verschiebt.
Mikroskopeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroskopoptik einen Spiegel zum Ablenken der optischen Achse enthält, und dass die Ablenkvorrichtung den Spiegel in beliebiger Richtung und unter beliebigem Winkel neigt.
Mikroskopeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkvorrichtung ein winkelveränderliches Prisma in der Mikroskopoptik ist.
Mikroskopeinrichtung, umfassend: ein Mikroskop mit einer Mikroskopoptik, die ein Bild eines Objektes erzeugt, das in einem Betrachtungsbereich vorbestimmten Formats mit einer Seitenlänge A_V liegt, wobei die Mikroskopoptik einen Arbeitsabstand L gegenüber dem Betrachtungsbereich aufweist, eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer Bildaufnahmefläche für das mit der Mikroskopoptik erzeugte Bild, ein Sichtgerät mit einem Bildschirm vorbestimmten Formats, auf dem das auf der Bildaufnahmefläche erzeugte Bild zur visuellen Betrachtung dargestellt wird, Sensoren zum Messen von Vibrationsbewegungen der Mikroskopoptik, und eine Steuereinheit zum Bewegen der Bildaufnahmevorrichtung in einer die Bildaufnahmefläche enthaltenden Ebene abhängig von den Messungen der Sensoren derart, dass das auf dem Bildschirm des Sichtgeräts dargestellte Bild innerhalb der Auflösungsgrenzen des menschlichen Auges trotz der Vibrationsbewegungen der Mikroskopoptik bewegungslos bleibt, wobei der in mm angegebenen Arbeitsabstand L der Mikroskopoptik und die in mm angegebene Seitenlänge A_V des Betrachtungsbereichs folgende Bedingung erfüllen: 1/AV > 1/(11,46 mm + 0,011 × L).