DE102005003429B4 - Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung, Visualisierungsvorrichtung und Strahlteiler - Google Patents

Abstract

Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung (100) zur Visualisierung eines Objektbereichs (107, 208) mit einem Beobachtungsstrahlengang (108, 206, 207),- mit einem Strahlteiler (219, 220), welcher den Beobachtungsstrahlengang (217, 218) in einen ersten Teilstrahlengang (221, 223) und einen zweiten Teilstrahlengang (224, 225) teilt,- wobei dem Beobachtungsstrahlengang (217, 218) ein Strahlengang für Bildinformation (231) überlagert ist, und- wobei der Strahlteiler (219, 220) den Strahlengang für Bildinformation (231) dem ersten Teilstrahlengang (221, 223) und dem zweiten Teilstrahlengang (224, 225) überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass- der Strahlteiler (219, 220) einen Strahlengang (217, 218) mit unpolarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang (221, 224) mit unpolarisiertem Licht einer Intensität 1'und einem zweiten Teilstrahlengang (223, 225) mit unpolarisiertem Licht einer Intensität I"teilt, wobei gilt:für Licht einer Wellenlänge λ im Bereich 400nm < λ < 750nm , und- der Strahlteiler (219, 220) einen Strahlengang (217, 218) mit polarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang (221, 224) mit zur optischen Einfallsebene des Strahlteilers s-polarisiertem Licht einer Intensität I'und in einen zweiten Teilstrahlengang (223, 225) mit polarisiertem Licht einer Intensität I"teilt, wobei gilt:für Licht einer Wellenlänge 400nm < λ < 750nm.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung und eine Visualisierungsvorrichtung zur Visualisierung eines Objektbereichs mit einem Beobachtungsstrahlengang mit einem Strahlteiler, welcher den Beobachtungsstrahlegang in einen ersten Teilstrahlengang und einen zweiten Teilstrahlengang teilt, wobei dem Beobachtungsstrahlengang ein Strahlengang für Bildinformation überlagert ist und wobei der Strahlteiler den Strahlengang für Bildinformation dem ersten Teilstrahlengang und dem zweiten Teilstrahlengang überlagert.
• Eine derartige Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung ist aus der DE 101 01 184 A1 bekannt. Dort ist eine Visualisierungsvorrichtung in Form eines Operationsmikroskops beschrieben, das auf der objektabgewandten Seite eines Mikroskop-Hauptobjektivs im Beobachtungsstrahlengang einen Strahlteiler aufweist. Der Strahlteiler ermöglicht, den Beobachtungsstrahlengang zu einer Dokumentationseinheit hin auszukoppeln. Gleichzeitig umfasst das Operationsmikroskop eine Bildanzeigeeinheit, mit der externe Bildinformationen, wie beispielsweise präoperativ erzeugte Diagnosebilder, Patientendaten oder intraoperative Ultraschall- oder Endoskopbilder über den Strahlteiler in den Beobachtungsstrahlengang eingekoppelt werden können.
• In der EP 1 237 031 A2 ist ein Stereomikroskop beschrieben, das einen stereoskopischen Beobachtungsstrahlengang aufweist, in dem zwei Strahlteiler angeordnet sind. Die beiden Strahlteiler koppeln jeweils 50% der Intensität des vom Mikroskop-Hauptobjektiv kommenden Beobachtungsstrahlenganges zu einer Dokumentationseinrichtung aus. Weiter wird über die Strahlteiler das Bild einer Anzeigeeinheit in den Beobachtungsstrahlgang und in den Strahlengang zur Dokumentationseinrichtung eingekoppelt.
• Weiter betrifft die Erfindung eine Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung mit einem Strahlteiler, der einen monokularen Strahlengang für Bildinformation in einen ersten Teilstrahlengang für Bildinformation und einen zweiten Teilstrahlengang für Bildinformation teilt.
• Eine derartige Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung ist aus der EP 0 753 164 B1 und der US 6,337,765 B1 bekannt. Dort ist ein Mikroskop mit einer Einrichtung zur Dateneinspiegelung beschrieben. Diese Einrichtung zur Dateneinspiegelung umfasst ein einzelnes Display, dessen Anzeige über in zwei stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen angeordneten Strahlteilern den Augen eines Beobachters zugeführt werden kann. Hierzu wird der Display-Strahlengang über einen im Display-Strahlengang angeordneten Strahlteiler in zwei Einkoppel-Strahlengänge aufgeteilt.
• Die Erfindung betrifft weiter einen Strahlteiler, mit dem das Licht aus einem Beobachtungsstrahlengang und einem Strahlengang mit Bildinformation in einen ersten und einen zweiten Teilstrahlengang mit einander entsprechenden Lichtintensitäten aufgeteilt werden kann.
• Die US 3,559,090 A offenbart einen Strahlteiler mit einem Interferenzschichtsystem, das eine dielektrische Schicht auf einem Trägersubstrat umfasst, auf der ein Film aus Ag angeordnet ist, der wiederum mit einer dielektrischen Schicht abgedeckt ist. Die dielektrische Schicht kann aus einem Material mit Brechungsindex n im Bereich zwischen 1.8 ≤ n ≤ 2.5 bestehen, insbesondere aus Magnesiumoxid, Ceriumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Antimon-Trioxid, Bleichlorid, Bleioxid, Bleifluorid, Neodymoxid, Lanthanoxid oder Zinnoxid. Der aus der US 3,559,090 A bekannte Strahlteiler reflektiert und transmittiert einen auf ihn treffenden Lichtstrahl in Abhängigkeit der Polarisation des Lichts im Bezug auf die Fläche des Interferenzschichtsystems mit unterschiedlichen Intensitäten.
• In der US 5,717,523 A ist ein dielektrischer Strahlteiler beschrieben, der aus alternierenden Schichten aus Al₂O₃ und TiO₂ bzw. MgF₂ und ZnO₂ aufgebaut ist. Eine Auswahl von geeigneten Dicken der Schichten ermöglicht es, für Licht der Wellenlänge λ = 630nm ein Verhältnis von transmittierter Intensität zu reflektierter Intensität auf den Wert 7:3 oder 8:2 einzustellen.
• Aus der DE 36 23 394 A1 ist ein Operationsmikroskop mit im Abbildungsstrahlengang vorgesehenen Strahlenteiler bekannt. Um die Orientierung während der Operation zu verbessern und die dargebotenen Informationen auf Größen auszudehnen, die der direkten Betrachtung nicht oder nur schwer zugänglich sind, wird mittels des Strahlenteilers in die mit dem Okular zu beobachtende Zwischenbildebene das Abbild einer mit einer Bildaufnahmeeinheit verbundenen Bildwiedergabeeinheit eingespiegelt sowie über den Strahlenteiler eine Abtastung des Operationsfeldes durch die Bildaufnahmeeinheit vorgenommen.
• In der US 4,367,921 A ist ein Strahlteiler offenbart, welcher eine transparente Substratplatte, eine erste dielektrische Dünnschicht auf dem Substrat, eine metallische Dünnschicht auf der ersten dielektrischen Schicht und eine zweite dielektrische Dünnschicht auf der metallischen Dünnschicht umfasst. Mindestens eine der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht ist aus einer Mehrzahl von Schichten aus dielektrischen Substanzen mit unterschiedlichen Brechungsindizes zusammengesetzt. Mindestens eine dieser Schichten aus dielektrischen Substanzen weist dabei einen Brechungsindex von weniger als 1,8 auf.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, einen Strahlengang mit Bildinformation einem Beobachtungsstrahlengang zu überlagern und dabei gleichzeitig so aufzuteilen, dass bei der Visualisierungsvorrichtung sowohl für einen Hauptbeobachter als auch für einen Mitbeobachter ein gleicher Helligkeitseindruck für ein Beobachtungsbild und ein eingekoppeltes Bild entsteht.
• Diese Aufgabe wird durch eine Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht einen monokularen Strahlengang für Bildinformation in einen ersten Teilstrahlengang für Bildinformation mit vorgegebener Helligkeit und einen zweiten Teilstrahlengang für Bildinformation mit vorgegebener Helligkeit aufzuteilen.
• Diese Aufgabe wird durch eine Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.
• Strahlteiler zum Einsatz in einer entsprechenden Visualisierungsvorrichtung sind in den Ansprüchen 18 bis 24 angegeben.
• Vorzugsweise ist der im Beobachtungsstrahlengang angeordnete Strahlteiler so ausgebildet, dass er einen Strahlengang mit unpolarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang mit unpolarisiertem Licht einer Intensität 1'_B2 und einen zweiten Teilstrahlengang mit unpolarisiertem Licht einer Intensität 1"_B2 teilt, wobei gilt: l'_B2 / 1"_B2 = (2.5 ± 0.2), für Licht einer Wellenlänge λ im Bereich 400nm < λ < 750nm . Dabei teilt der Strahlteiler gleichzeitig einen Strahlengang mit polarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang mit zur Einfallsebene des Strahlteilers s polarisiertem Licht einer Intensität I'_E1 und einen zweiten Teilstrahlengang mit polarisiertem Licht einer Intensität I"_E2, wobei gilt: I'_E1 / I"_E2 = (1 ± 0.1), für Licht einer Wellenlänge 400nm < λ < 750nm. Die vorgegebenen Schwankungsbreiten der Strahlteilereigenschaften für polarisiertes und unpolarisiertes Licht gewährleisten, dass in den entsprechend aufgeteilten Strahlengängen eine Beobachtungsperson keine Farbfehler wahrnimmt.
• Ein Strahlteiler mit einem Interferenzschichtsystem, mit wenigstens einer Interferenzschicht aus einem Material M1 und wenigstens einer Interferenzschicht aus einem Material M2, wobei das Interferenzschichtsystem auf einem Tragkörper aus einem Material mit Brechungsindex n₀ aufgebracht ist, das von dem Beobachtungsstrahlengang und dem Strahlengang für Bildinformation unter einem Winkel φ zu einer Flächennormalen des Interferenzschichtsystems durchsetzt wird, wobei das Interferenzschichtsystem eine Interferenzschicht aus einem ersten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für p-polarisiertes Licht sowie eine Interferenzschicht aus einem zweiten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für p-polarisiertes Licht enthält, wobei gilt: $\left|N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0$

  

  und $\left|N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>\mathrm{0,}$

  

  insbesondere $\left|N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0.5$

  

  und $\left|N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>\mathrm{0.5,}$

  

  ermöglicht, polarisiertes Licht und unpolarisiertes Licht mit unterschiedlichem Teilungsverhältnis auf verschiedene Teilstrahlengänge aufzuteilen.
• Vorzugsweise ist bei dem Interferenzschichtsystem als Material für eine Interferenzschicht ein Material M gewählt, dessen effektive Brechzahl $N_{p,M}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für p-polarisiertes Licht im Bereich eines Minimums der Kurve $N_{p,M}^{eff}\left(n_M,n_0,\phi \right)$

  

  liegt, wobei n_M der physikalische Brechungsindex des Materials der betreffenden Schicht ist.
• Wird für den Winkel φ = 45° gewählt, kann der Strahlteiler beispielsweise aus fertigungstechnisch gut herstellbaren 90° -Prismen aufgebaut werden.
• In der Visualisierungsvorrichtung kann auch ein Strahlteiler vorgesehen sein, der einen monokularen Strahlengang für Bildinformation in einen ersten Teilstrahlengang für Bildinformation und einen zweiten Teilstrahlengang für Bildinformation teilt, um entsprechende Bildinformation in einem binokularen Beobachtungsstrahlengang bereitzustellen.
• Dieser Strahlteiler ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er einen Strahlengang mit unpolarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang mit unpolarisiertem Licht einer Intensität l'_B2 und einem zweiten Teilstrahlengang mit unpolarisiertem Licht einer Intensität I"_B2 teilt, wobei gilt: $\frac{{\rm I}{\text{'}}_{B2}}{{\rm I}{\text{''}}_{B2}}=\left(2.5\pm 0.2\right),$

  

  für Licht einer Wellenlänge λ im Bereich 400nm < λ < 750nm , und der Strahlteiler gleichzeitig einen Strahlengang mit polarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang mit zur optischen Einfallsebene des Strahlteilers s-polarisiertem Licht einer Intensität I'_E1 und in einen zweiten Teilstrahlengang mit polarisiertem Licht einer Intensität 1"_E2 teilt, wobei gilt: $\frac{{{\rm I}}_{E1}}{{{\rm I}}_{E2}}=\left(1\pm 0.1\right),$

  

  für Licht einer Wellenlänge 400nm < λ < 750nm.
• Der Strahlengang für Bildinformation kann deshalb polarisiertes Licht führen.
• In der Visualisierungsvorrichtung können insbesondere zwei Strahlteiler zur Teilung eines Beobachtungsstrahlenganges und eines Strahlenganges für Bildinformation vorgesehen sein. Dies ermöglichet beispielsweise, aus einem stereoskopischen Mitbeobachtungsstrahlengang, dem Bildinformation überlagert ist, einen linken und rechten Beobachtungskanal neben einem Mitbeobachter auch zusätzlich einer Kamera zuzuführen.
• Ein hierfür geeigneter Strahlteiler umfasst beispielsweise ein Interferenzschichtsystem, welches auf einem Trägerkörper aus einem Material mit Brechungsindex n₀ aufgebracht ist und welches von dem Beobachtungsstrahlengang und dem Strahlengang für Bildinformation unter dem Winkel φ zu einer Flächennormalen des Interferenzschichtsystems durchsetzt wird, wobei das Interferenzschichtsystem eine Interferenzschicht aus einem ersten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für p-polarisiertes Licht sowie eine Interferenzschicht aus einem zweiten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  für p-polarisiertes Licht enthält, wobei gilt: $\left|N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0$

  

  und $\left|N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0.$

  
• Wie oben erläutert ermöglicht ein solcher Strahlteiler polarisiertes Licht und unpolarisiertes Licht mit unterschiedlichem Teilungsverhältnis auf verschiedene Teilstrahlengänge aufzuteilen.
• Insbesondere mit Materialien, die der Bedingung $\left|N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0.5$

  

  und $\left|N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0.5$

  

  genügen, lässt sich ein Interferenzschichtsystem der gewünschten Spezifikation mit einer vergleichsweise kleinen Anzahl von Interferenzschichten herstellen.
• Wiederum kann bei dem entsprechenden Interferenzschichtsystem das erste Material (M) für eine Interferenzschicht oder das zweite Material (M) für eine Interferenzschicht so gewählt sein, dass die effektive Brechzahl $N_{p,M}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

  

  der Interferenzschicht für p-polarisiertes Licht im Bereich eines Minimums der Kurve $N_{p,M}^{eff}\left(n_M,n_0,\phi \right)$

  

  liegt, wobei n_M der physikalische Brechungsindex des ersten Materials oder des zweiten Materials ist. Auch diese Maßnahme ermöglicht es, ein Interferenzschichtsystem für eine vorgegebenes Verhältnis von transmittierter Lichtintensität zu reflektierter Lichtintensität für polarisiertes und unpolarisiertes Licht mit einer sehr geringen Anzahl von Interferenzschichten bereitzustellen. Interferenzschichtsysteme mit einer geringen Anzahl von Schichten sind fertigungstechnisch leichter beherrschbar als Interferenzschichtsysteme mit einer sehr großen Schichtanzahl.
• Vorzugsweise umfasst der Strahlteiler eine erste Schicht (L1') einer Dicke d_LI' und einer Brechzahl n_L1', eine auf der ersten Schicht (L1') angeordnete zweite Schicht (H1') einer Dicke d_H1' und einer Brechzahl n_H1', eine auf der zweiten Schicht (H1') angeordnete dritte Schicht (M') aus Ag, eine auf der Schicht (M') aus Ag angeordnete vierte Schicht (H2') einer Brechzahl n_H2'und einer Dicke d_H2', eine auf der vierten Schicht (H2') angeordnete fünfte Schicht (L2') einer Dicke d_L2' und einer Brechzahl n_L2' wobei gilt: $$n_{L1\text{'}}{d}_{L1\text{'}}\ne n_{L2\text{'}}{d}_{L2\text{'}}\text{ und }{n}_{H1\text{'}}{d}_{H1\text{'}}\ne n_{H2\text{'}}{d}_{H2\text{'}};$$

  

  wobei die erste Schicht (L1') und die fünfte Schicht (L2') aus einem identischen Material aufgebaut sind; die zweite Schicht (H1') und die vierte Schicht (H2') aus einem identischen Material aufgebaut sind; und wobei die erste Schicht (L1') eine Brechzahl n_L1' bei der Wellenlänge λ =550nm und einer Dicke d_L1' hat, wobei gilt: n_L1'd_L1'= 293nm±14.65nm; die zweite Schicht (H1') eine Brechzahl n_H1' bei der Wellenlänge λ =550nm und eine Dicke d_H1' hat, wobei gilt: n_H1'd_H1' = 48nm ± 2.4nm; die vierte Schicht (H2') eine Brechzahl n_H2' bei der Wellenlänge λ =550nm und einer Dicke d_H2' hat, wobei gilt: n_H2'd_H2' =135nm±6.75nm; und die fünfte Schicht (L2') eine Brechzahl n_L2' bei der Wellenlänge λ =550nm und einer Dicke d_L2' hat, wobei gilt: n_L2'd_L2' = 239nm ± 14.65nm .
• Ein in dieser Weise aufgebauter Strahlteiler ermöglicht es, dass polarisiertes Licht, welches in einer ersten Richtung durch eine strahlteilende Fläche des Strahlteilers tritt, und unpolarisiertes Licht, das die strahlteilende Fläche von der entgegengesetzten Seite her kommend durchsetzt, zu gleichen Anteilen transmittiert und reflektiert wird.
• Die spezielle Anordnung von Interferenzschichten ermöglicht es, einen Strahlteiler bereitzustellen, der unpolarisiertes Licht der Wellenlänge λ ≥750nm im Vergleich zu Licht der Wellenlänge λ =550nm sehr viel schwächer transmittiert als reflektiert. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet sich ein solcher Strahlteiler insbesondere für Fluoreszenzanwendungen im Spektralbereich des nahen Infrarot in einem Operationsmikroskop, denn er ermöglicht, den größten Anteil von für ein Beobachterauge nicht sichtbarem Infrarotlicht aus einem Beobachtungsstrahlengang auszukoppeln, damit dieses einer geeigneten Detektionseinheit zugeführt werden kann.
• Auf diese Weise kann ein Strahlteiler bereitgestellt werden, der polarisiertes Licht, das in einer ersten Richtung durch eine strahlteilende Fläche des Strahlteilers tritt und unpolarisiertes Licht, das die strahlteilende Fläche von der entgegengesetzten Seite her kommend durchsetzt, zu gleichen Anteilen transmittiert und reflektiert.
• Für die erste Schicht (L1') ist beispielsweise als Material SiO₂ mit einer Dicke von 200.5nm geeignet. SiO₂ ist ebenfalls ein für Aufdampfverfahren gut geeignetes Material.
• Die zweite Schicht (H1') kann aus TiO₂ bestehen und 19.5nm dick sein. Für die Schicht (M) aus Ag ist eine Dicke von 23.8nm vorteilhaft. Die vierte Schicht (H2') kann beispielsweise wiederum aus TiO₂ bestehen und 54.9nm dick sein. Die fünfte Schicht (L2') besteht vorzugsweise aus SiO₂ und ist 23.8nm dick. Wiederum ist es möglich, die erste Schicht (L1') auf einem Glassubstrat (212') anzuordnen.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
• Es zeigen:
• 1: Ein Operationsmikroskop mit Okulareinblick für einen Hauptbeobachter und einen Okulareinblick für einen Mitbeobachter;
• 2: Optikbaugruppen des Operationsmikroskops aus 1 mit einem binokularen Beobachtungsstrahlengang und einem Strahlengang für Bildinformation;
• 3: Eine Optikbaugruppe aus 2;
• 4: Schematisch einen ersten Strahlteiler der in 3 gezeigten Optikbaugruppe;
• 5: Einen schematischen ersten möglichen Aufbau eines Interferenzschichtsystems im Strahlteiler aus 4;
• 6 und 7: Grafiken für das Intensitätsverhältnis von reflektiertem und transmittiertem Licht bei dem Strahlteiler aus 4;
• 8: Einen schematischen zweiten möglichen Aufbau eines Interferenzschichtsystems im Strahlteiler aus 4;
• 9: Einen schematischen Aufbau eines weiteren Strahlteilers der in der in 3 dargestellten Optikbaugruppe;
• 10: Einen schematischen Aufbau eines Interferenzschichtsystems im Strahlteiler aus 9;
• 11: Eine Grafik zur Auswahl von Materialien für Interferenzschichten bei dem Strahlteiler aus 9; und
• 12: Eine Grafik für das Intensitätsverhältnis von reflektiertem und transmittiertem Licht bei dem Strahlteiler aus 9.
• In der 1 ist eine Visualisierungsvorrichtung in Form eines Operationsmikroskops 100 dargestellt. Das Operationsmikroskop 100 umfasst einen binokularen Schwenktubus 101 für einen Hauptbeobachter und einen binokularen Schwenktubus 102 für einen Mitbeobachter. Die Tuben 101, 102 sind an Schnittstellen 103, 104 am Grundkörper 105 des Operationsmikroskops befestigt. Dieser Grundkörper 105 trägt in der 1 nicht weiter dargestellte Optikbaugruppen mit einem Operationsmikroskop-Hauptobjektivsystem 106. Das Operationsmikroskop 100 ermöglicht mit dem Tubus 101 für den Hauptbeobachter und dem Tubus 102 für den Mitbeobachter die Untersuchung eines Operationsbereichs 107 mit binokularem Beobachtungsstrahlengang 108. Dieser binokulare Beobachtungsstrahlengang 108 wird mit einem in der 1 nicht gezeigten Strahlteilersystem in einem binokularen Beobachtungsstrahlengang 109 für den Hauptbeobachter und einen binokularen Beobachtungsstrahlengang 110 für den Mitbeobachter aufgeteilt.
• Die 2 zeigt Optikbaugruppen 200 des Operationsmikroskops 100 aus 1. Die Optikbaugruppen 200 umfassen ein Mikroskop-Hauptobjektivsystem 201 mit einem Abschlussglas 202. Auf der einem Operationsbereich 208 abgewandten Seite des Mikroskop-Hauptobjektivsystems 201 ist ein Zoomsystem 203 angeordnet, welches Linsengruppen 204 und 205 umfasst. Diese Linsengruppen 204 und 205 werden mit einem linken- und rechten Beobachtungsstrahlengang 206, 207 durchsetzt, der durch das Mikroskop-Hauptobjektivsystem 201 eintritt und eine Beobachtung des Operationsbereichs 208 ermöglicht. Das Licht im linken und rechten Beobachtungsstrahlengang 206, 207 ist unpolarisiert.
• Zur Beleuchtung des Operationsbereichs 208 ist eine Beleuchtungseinrichtung 209 vorgesehen, die mit einem Beleuchtungsstrahlengang 210 den Operationsbereich 208 durch das Abschlussglas 202 hindurch beleuchtet.
• Die Optikbaugruppen 200 enthalten einen ersten Strahlteiler 211, dem der aus dem Zoomsystem 203 kommende linke Beobachtungsstrahlengang 206 und der rechte Beobachtungsstrahlengang 207 zugeführt wird. Der Strahlteiler 211 ist aus einem ersten 90°-Prisma 212 und einem zweiten 90°-Prisma 213 aufgebaut. Auf der als Kittfläche ausgebildeten Grundfläche des ersten 90°-Prismas 212 befindet sich ein Interferenzschichtsystem.
• Der Strahlteiler 211 teilt den linken Beobachtungsstrahlengang 206 und den rechten Beobachtungsstrahlengang 207 einerseits in einen Teilstrahlengang 214 mit Intensität I_B1, für einen Hauptbeobachter und einen Teilstrahlengang 215 mit Intensität I_{B1 2} für einen Hauptbeobachter auf, der aus dem von dem Interferenzschichtsystem auf der Grundfläche des ersten 90°-Prismas 212 transmittierten Anteil des von den Strahlteiler 211 zugeführten Beobachtungsstrahlenganges 206 und 207 besteht. Über eine Winkeloptik 216 wird der Teilstrahlengang 214 und der Teilstrahlengang 215 einem in der 2 nicht gezeigten Binokulartubus für Hauptbeobachtung zugeführt.
• Der Strahlteiler 211 teilt weiter den linken Beobachtungsstrahlengang 206 und den rechten Beobachtungsstrahlengang 207 in einen Teilstrahlengang 217 mit Intensität I_{B2 1} und einen Teilstrahlengang 218 mit Intensität I_{B2 2} für einen Mitbeobachter und für eine nicht weiter dargestellte Dokumentationseinrichtung auf. Der Teilstrahlengang 217 und der Teilstrahlengang 218 entspricht dabei dem von dem Interferenzschichtsystem auf der Grundfläche des ersten 90°-Prismas 212 reflektierten Anteil des dem Strahlteiler 211 zugeführten Beobachtungsstrahlenganges 206 bzw. 207.
• Die Optikbaugruppen 200 enthalten weiter einen Strahlteiler 219 und einen Strahlteiler 220. Der Strahlteiler 219 teilt den Teilstrahlengang 217 einerseits in einen Teilstrahlengang 221 der Intensität I'_{2 1} , der über einen Prismenblock 222 dem in der 2 nicht gezeigten Binokulartubus für Mitbeobachtung zugeführt wird. Andererseits generiert der Strahlteiler 219 aus dem Teilstrahlengang 217 einen Teilstrahlengang 223 der Intensität 1"_{B2 1} für die in der 2 nicht gezeigte Dokumentationseinrichtung.
• Entsprechend teilt der Strahlteiler 220 den Teilstrahlengang 218 in einen Teilstrahlengang 224 der Intensität I'_{B2 2} , der dem Binokulartubus für Mitbeobachtung zugeführt wird, und einen Teilstrahlengang 225 der Intensität I"_{B2 2} für die Dokumentationseinrichtung.
• Im Operationsmikroskop 100 aus 1 ist eine in der 2 gezeigte Einrichtung zur Dateneinspiegelung 226 vorgesehen. Die Einrichtung zur Dateneinspiegelung 226 umfasst ein reflexives Display 227, das mit Licht von Leuchtdioden 228 durch eine Linse 229 und einen Polarisationsstrahlteiler 230 mit polarisiertem Licht beleuchtet wird. Die Bildinformation vom Display 227 wird über den Polarisationsstrahlteiler 230 als Strahlengang 231 für Bildinformation mit polarisiertem Licht seitlich ausgekoppelt und einem Umlenkprisma 232 zugeführt. Das Umlenkprisma 232 lenkt den Strahlengang 231 für Bildinformation durch eine Abbildungsoptik 239, welche das Display 227 nach unendlich abbildet. Darauf wird der Strahlengang 231 für Bildinformation über ein Umlenkprisma 233 zu einem Strahlteiler 234 zugeführt. Der Strahlteiler 234 teilt den Strahlengang 231 für Bildinformation in einem Teilstrahlengang 235 mit polarisiertem Licht der Intensität I_E1 und in einen Teilstrahlengang 236 mit polarisiertem Licht der Intensität I_E2.
• Der Strahlteiler 234 ist aus einem 90°-Prisma 237 mit einem auf der Grundfläche des Prismas angeordneten Interferenzschichtsystem und einem 90°-Prisma 238 aufgebaut. Bezüglich der optischen Einfallsebene des Interferenzschichtsystems ist dabei das dem Strahlteiler 234 mit dem Strahlengang 231 für Bildinformation zugeführte Licht s-polarisiert.
• Der Teilstrahlengang 235 aus dem Strahlteiler 234 gelangt dann zum Strahlteiler 211. Der Teilstrahlengang 236 aus dem Strahlteiler 234 wird über ein Umlenkprisma 240 zum Strahlteiler 211 gelenkt.
• Der Strahlteiler 211 teilt die Teilstrahlengänge 235 und 236 in Strahlengänge der Intensität I"_E1 und 1"_E2 bzw. I'_E2 und I'_E2, die den Teilstrahlengängen 214 und 215 bzw. 217 und 218 überlagert werden. Somit kommt dem Strahlteiler 211 eine Doppelfunktion zu. Der Strahlteiler gewährleistet, dass beim Operationsmikroskop 100 an einem Binokulartubus für Hauptbeobachtung und einem Binokulartubus für Mitbeobachtung auf beiden Beobachtungskanälen der Beobachtungsstrahlengänge das Bild des Displays 227 überlagert ist. Die Teilstrahlengänge 235 und 236 sind dabei bezüglich der optischen Einfallsebene des Interferenzschichtsystems des Strahlteilers 211 p-polarisiert.
• Die 3 erläutert die Funktionsweise der Strahlteiler 211, 219, 220 und 234 aus 2.
• Die 3 zeigt das Interferenzschichtsystem 301 auf der Grundfläche des 90°-Prismas 212 im Strahlteiler 211. Das Interferenzschichtsystem 301 transmittiert in einem Wellenlängenbereich 400nm < λ < 750nm ca. 45% der Intensität I_B1, I_B2, von unpolarisiertem Licht aus den Beobachtungsstrahlengängen 206, 207 zu Teilstrahlengängen 214 bzw. 215 mit Intensität I_{B1 1} , bzw. I_{B1 2} und reflektiert ca. 45% der Intensität des Lichts zu den Teilstrahlengängen 217 bzw. 218 mit Intensität I_{B2 1} bzw. I_{B2 2} . Gleichzeitig wird bis zu 10% des Lichtes aus den Beobachtungsstrahlengängen 206, 207 im Interferenzschichtsystem 301 absorbiert. Allgemein gilt im Wellenlängenbereich 400nm < λ < 750nm : $$0.9<\frac{{{\rm I}}_{B{1}_1}}{{{\rm I}}_{B{2}_1}}<\mathrm{1.1,}\text{d}\text{.h}\frac{{{\rm I}}_{B{1}_1}}{{{\rm I}}_{B{2}_1}}=1\pm 0.1$$

  

  und $$0.9<\frac{{{\rm I}}_{B{1}_2}}{{{\rm I}}_{B{2}_2}}<\mathrm{1.1,}\text{ d}\text{.h}\text{. }\frac{{{\rm I}}_{B_{1_2}}}{{{\rm I}}_{B_{2_2}}}=1\pm \mathrm{0.1.}$$

  
• Der Strahlteiler 219 teilt das unpolarisierte Licht aus dem Teilstrahlengang 217 in einen Strahlengang 221 der Intensität I'_{B2 1} , der von dem Interferenzschichtsystem 302 des Strahlteilers 219 transmittiert wird und in einen Strahlengang 223 der Intensität I"_{B2 1} als vom Interferenzschichtsystem 302 reflektierter Strahlengang.
• Entsprechend wirkt das Interferenzschichtsystem 303 des Strahlteilers 220, das aus dem Strahlengang 218 das unpolarisierte Licht in einen Strahlengang 224 der Intensität l'_{B2 2} transmittiert und einen Strahlengang 225 der Intensität I"_{B2 2} reflektiert. Hierbei gilt Wellenlängenbereich 400nm < λ < 750nm: $$2.3<\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{B{2}_1}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{B{2}_1}}<\mathrm{2.7,}\text{d}\text{.h}\text{.}\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{B{2}_1}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{B{2}_1}}=2.5\pm 0.2$$

  

  und $$2.3<\frac{{\rm I}{\text{'}}_{B{2}_2}}{{\rm I}{\text{''}}_{B{2}_2}}<\mathrm{2.7,}\text{ d}\text{.h}\text{. }\frac{{\rm I}{\text{'}}_{B_{1_2}}}{{\rm I}{\text{''}}_{B_{2_2}}}=2.5\pm \mathrm{0.2.}$$

  
• Das angegebene Teilungsverhältnis von Strahlteiler 219 und 220 aus 2 ist auf eine übliche Belichtungszeit einer Bildaufnahmeeinrichtung, denen der Teilstrahlengang 223 bzw. 225 zugeführt wird, abgestimmt.
• Werden vergleichsweise längere oder kürzere Belichtungszeiten in Kauf genommen, kann bei den Strahlteilern 219 und 220 ein entsprechend modifiziertes Interferenzschichtsystem mit anderem Teilungsverhältnis eingesetzt werden.
• Der Strahlteiler 234 teilt bezüglich der Ebene des Interferenzschichtsystems 304 s-polarisiertes Licht aus dem Strahlengang 231 in einen Teilstrahlengang 235 mit s-polarisiertem Licht der Intensität I'_E, den das Interferenzschichtsystem 304 reflektiert, und in einen vom Interferenzschichtsystem 304 transmittierten Teilstrahlengang 236 mit s-polarisiertem Licht der Intensität I"_E. Dabei gilt im Wellenlängenbereich 420nm< λ < 680nm : $$0.85<\frac{{{\rm I}}_{E1}}{{{\rm I}}_{E2}}<\mathrm{1.15,}\text{ d}\text{.h}\text{. }\frac{{{\rm I}}_{E_1}}{{{\rm I}}_{E_2}}=1\pm \mathrm{0.15.}$$

  
• Bezüglich der optischen Einfallsebene des Interferenzschichtsystems 304 s-polarisiertes Licht wird dabei mittels des Strahlteilers 211 dem Teilstrahlengang 214 bzw. 215 und mittels des Strahlteilers 219 bzw. 220 dem Teilstrahlengang 223 und 221 bzw. 224 und 225 überlagert. Unter Bezugnahme auf die 2 sind dabei der Teilerspiegel 230 und das Display 227 so angeordnet, dass in dem Strahlengang 231 bezüglich der Ebene des Interferenzschichtsystems 304 vom Display 227 herrührendes, s-polarisiertes Licht zugeführt wird.
• Das bezüglich der Ebene des Interferenzschichtsystems 304 im Strahlteiler 234 s-polarisierte Licht ist bezüglich der Ebene des Interferenzschichtsystems 301 im Strahlteiler 211 p-polarisiert.
• Polarisiertes Licht der Intensität I_E1 und I_E2 der Strahlengänge 235 und 236 wird dabei vom Strahlteiler 211 als Lichtintensität I'_E1 und I'_E2 entlang der Strahlengänge 217 bzw. 218 transmittiert und als Licht der Intensität I"_E1 und 1"_E2 entlang der Strahlengänge 214 bzw. 215 reflektiert. Dabei gilt im Wellenlängenbereich 420nm < λ < 680nm : $$0.85<\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{E\text{1}}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{E1}}<\mathrm{1.15,}\text{ d}\text{.h}\text{. }\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{E\text{1}}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{E1}}=1\pm 0.15$$

  

  und $$0.85<\frac{{\rm I}{\text{'}}_{E2}}{{\rm I}{\text{''}}_{E2}}<\mathrm{1.15,}\text{ d}\text{.h}\text{. }\frac{{\rm I}{\text{'}}_{E_2}}{{\rm I}{\text{''}}_{E_2}}=1\pm \mathrm{0.15.}$$

  
• Die Strahlteiler 219 und 220 entsprechen in ihrem Aufbau dem Strahlteiler 234. Das Interferenzschichtsystem 302 von Strahlteiler 219 und das Interferenzschichtsystem 303 von Strahlteiler 220 sind zur Ebene der Interferenzschichtsystems 301 des Strahlteilers 211 so angeordnet, dass bezüglich dem Interferenzschichtsystem 301 p-polarisiertes Licht zur Ebene der Interferenzschichtsysteme 302 und 303 der Strahlteiler 219 bzw. 220 s-polarisiert ist.
• Der Strahlteiler 219 transmittiert entlang dem Strahlengang 217 zugeführtes, bezüglich dem Interferenzschichtsystem 302 s-polarisiertes Licht der Intensität 1"_E2 als dem Strahlengang 221 überlagertes Licht der Intensität /"'_E2 und reflektiert s-polarisiertes Licht der Intensität I'_E2 als dem Strahlengang 223 überlagertes Licht der Intensität I""_E2 .
• Entsprechend transmittiert der Strahlteiler 220 entlang dem Teilstrahlengang 218 zugeführtes, bezüglich der optischen Einfallsebene des Interferenzschichtsystems 303 s-polarisiertes Licht der Intensität I"_E1 als dem Teilstrahlengang 224 zugeführtes überlagertes Licht der Intensität 1"'_E1 und reflektiert entsprechend s-polarisiertes Licht als dem Teilstrahlengang 225 überlagertes s-polarisiertes Licht der Intensität I""_E1 . Dabei gilt im Wellenlängenbereich 420nm < λ < 680nm : $$0.85<\frac{{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}_{E\text{1}}}{{{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}_{E1}}<\mathrm{1.15,}\text{ d}\text{.h}\text{. }\frac{{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}_{E\text{1}}}{{{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}_{E1}}=1\pm 0.15$$

  

  und $$0.85<\frac{{{{\rm I}}^{‴}}_{{}_{E2}}}{{{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}_{{}_{E2}}}<\mathrm{1.15,}\text{d}\text{.h}\text{.}\frac{{{{\rm I}}^{‴}}_{{}_{E2}}}{{{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}^{\prime }}_{{}_{E2}}}=1\pm \mathrm{0.15.}$$

  
• Die 4 erläutert in einer schematischen Schnittansicht die Doppelfunktion des Strahlteilers 211 aus 2.
• Das bezüglich der Ebene des Interferenzschichtsystems 301 p-polarisierte Licht im Strahlengang 236 trifft unter einem Winkel φ = 45° zur Flächennormalen 401 des Interferenzschichtsystems 301 auf das Interferenzschichtsystem 301. Entsprechend fällt das unpolarisierte Licht im Beobachtungsstrahlengang 207 unter einem Winkel φp =45° zur Flächennormalen 402 auf das Interferenzschichtsystem 301. Diese Aussagen sind analog auf die Strahlengänge 235, 206, 214 und 217 aus 3 übertragbar.
• Allerdings tritt unter Bezugnahme auf die 2 Licht im Strahlengang 235 bzw. 236 im Vergleich zu Licht im Strahlengang 206 bzw. 207 in umgekehrter Richtung durch das Interferenzschichtsystem 301.
• Das Interferenzschichtsystem 301 ist auf einem 90°-Prisma 212 angeordnet, welches mit dem 90°-Prisma 213 verkittet ist.
• Die 5 zeigt den schematischen Aufbau des Interferenzschichtsystems 301 im Strahlteiler 211 aus 2.
• Das Interferenzschichtsystem 301 besteht aus folgender Schichtabfolge: |H1|M|H2|K|. Es ist auf dem 90°-Prismenblock 212 aufgebracht, der aus BaK4 besteht. Auf ihm befindet sich eine erste Schicht H1 aus TiO₂ der Dicke d_H1 = 26.3nm bei Brechzahl n_H1 = 2.46 bei Wellenlänge λ = 550nm. Hierauf befindet sich als semitransparente Metallschicht eine Schicht M aus Ag der Dicke d_M = 21.9nm. Die Schicht M aus Ag ist mit einer Schicht H2 der Dicke d_H2 = 71.4nm aus TiO₂ einer Brechzahl n_H2 = 2.46 bei λ = 550nm überzogen. Der 90°-Prismenblock 212 mit dem Interferenzschichtsystem 301 ist mittels einer Kittschicht K aus einem optischen Kitt mit dem 90°-Prismenblock 213 verbunden. Der Brechungsindex dieses optischen Kitts ist dabei an den Brechungsindex von BaK4 angepasst. Es sei bemerkt, dass als Prismenmaterial bspw. auch BaK7 verwendet werden könnte. In diesem Fall wäre dann zur Verbindung der Prismen ein entsprechend anderer modifizierter Kitt einzusetzen. Das Interferenzschichtsystem 301 hat also einen unsymmetrischen Aufbau. Dieser unsymmetrische Aufbau und die semitransparente Metallschicht bewirken, dass Transmissions-, Reflexions- und Absorptionsverhalten des Interferenzschichtsystems 301 für Licht davon abhängen, in welcher Richtung das Licht das Interferenzschichtsystem 301 durchläuft.
• Für die Funktion des Strahlteilers ist allerdings lediglich entscheidend, dass die Schicht H1 eine Schicht mit physikalischer Brechzahl n_H1 > 1.8 bei Lichtwellenlänge λ = 550nm ist, wobei für die optische Dicke dieser Schicht gilt: 61.8nm < n_H1d_H1 < 68.3nm . Das Material der Schicht H2 muss ebenfalls eine physikalische Brechzahl n_H2 > 1.8 bei λ = 550nm aufweisen und die Dicke d_H2 dieser Schicht muss folgender Beziehung genügen: 166.8nm < n_H2d_H2 < 183.2nm.
• Da wie oben unter Bezugnahme auf die 2 ausgeführt Licht im Strahlengang 235 bzw. 236 im Vergleich zu Licht im Strahlengang 206 bzw. 207 in umgekehrter Richtung durch das Interferenzschichtsystem 301 geführt wird, sind die Eigenschaften von Strahlteiler 211 für Licht in aus den Strahlengängen 206 bzw. 207 und aus den Strahlengängen 235 bzw. 236 unterschiedlich:
• Die 6 zeigt den spektralen Verlauf des Verhältnisses der Lichtintensitäten I_{B1 2} / I_{B2 2} des vom Strahlteiler 211 in den Strahlengang 215 transmittierten Lichts der Intensität I_{B1 2} und des in den Strahlengang 218 reflektierten Lichts mit Intensität I_{B2 2} für das aus dem Strahlengang 207 kommenden unpolarisierten Lichts mit Intensität I_B . Das Intensitätsverhältnis I_{B1 2} / I_{B2 2} steigt zunächst bei 400nm ausgehend vom Wert 0.95 auf Werte oberhalb von 1.0 an, und sinkt dann mit einem lokalen Maximum im Bereich von 630nm auf den Wert 0.91 bei 800nm ab.
• Die 7 zeigt den spektralen Verlauf des Verhältnisses der Lichtintensität des von dem Strahlteiler 234 aus dem Strahlengang 236 kommenden, bezüglich der optischen Einfallsebene des Interferenzschichtsystems 301 aus Figur 3 p-polarisierten Lichts mit Intensität I_E2 in den Strahlengang 215 transmittierten Lichts mit Intensität I'_E2 und in den Strahlengang 215 reflektierten Lichts mit Intensität I"_E2 . Für p-polarisiertes Licht beträgt das Intensitätsverhältnis I'_E2 / I"_E2 etwa 1.05 bei 400nm, steigt dann zu größeren Wellenlängen hin auf ein Maximum bei ca. 550nm mit einem Wert von ca. 1.1 an und sinkt dann auf den Wert 0.85 bei 800nm.
• Die 8 zeigt schematisch einen weiteren, alternativen Aufbau eines Interferenzschichtsystems für den Strahlteiler 211 aus 2.
• Das Interferenzschichtsystem 301' besteht aus folgender Schichtabfolge: |L1'|H1'|M'|H2'|L2'|K'|. Das Interferenzschichtsystem 301' ist ebenfalls auf einem Prismenblock 212' aus BaK4 als Trägersubstrat aufgebracht. Die auf dem Prismenblock 212' unmittelbar aufgebrachte Schicht L1' hat eine optische Brechzahl n_L1' < 1.8 bei Lichtwellenlänge λ = 550nm und eine Dicke d_L1', die folgender Beziehung genügt: 288.35nm < n_L1,d_L1' < 317.65nm. Auf der Schicht L1' befindet sich eine Schicht H1' einer physikalischen Brechzahl n_H1' > 1.8 für λ = 550nm bei einer Dicke d_H1', die folgender Beziehung genügt: 45.6 < n_Hl1d_H1' < 50.4. Auf der Schicht H1' befindet sich eine Metallschicht M', vorzugsweise eine Schicht aus Ag der Dicke d_M' =23.8nm. Auf dieser Metallschicht ist eine Schicht H2' aus einem Material mit einer physikalischen Brechzahl n_H2' > 1.8 bei λ = 550nm und einer Dicke dH_2', die folgender Beziehung genügt: 128.25 < n_H2'd_H2' < 141.25nm. Die Schicht H2' ist wiederum mit einer Schicht L2' aus einem Material mit einer physikalischen Brechzahl n_L2' < 1.8 bei λ = 550nm überzogen und hat eine Dicke d_b2', die folgender Beziehung genügt: 278.35nm < n_L2',d_L2' < 307.65nm .
• Diese Bedingungen werden beispielsweise erfüllt, wenn die Schicht L1' eine Schicht aus dem Material SiO₂ der Dicke d_L1'=200.5nm und einer Brechzahl n_L1'=1.46 bei λ = 550nm ist, die Schicht H1' eine Schicht aus dem Material TiO₂ der Dicke d_H1' =19.5nm und einer Brechzahl n_H1'=2.46 bei λ = 550 nm ist. Die Schicht M' ist eine Schicht aus dem Material Ag der Dicke d_M', = 23.8nm die Schicht H2' besteht wiederum aus TiO₂ und hat eine Dicke d_H2'=54.9nm bei einer Brechzahl n_H2',=2.46 bei λ = 550nm. Bei der Schicht L2' handelt es sich um eine Schicht aus dem Material SiO₂ der Dicke d_L2' = 200.5nm mit einer Brechzahl n_L2'=1.46 bei λ = 550nm.
• Die Schicht K' besteht aus einem optischen Kitt, der an BaK4 angepasst ist. Dieser optische Kitt hält einen zum Prismenblock 212' passenden Prismenblock 213'.
• Die 9 erläutert mit einer schematischen Schnittansicht die Funktionsweise des Strahlteilers 219, 220 und 234 in 2 anhand des Strahlteilers 220.
• Der Strahlteiler 220 umfasst einen Prismenblock 901 und einen Prismenblock 902 aus BaK4, auf dem ein Interferenzschichtsystem 303 angeordnet ist. Das bezüglich der optischen Ebene des Interferenzschichtsystems 303 s-polarisierte Licht mit Intensität I'_E2, welches aus dem Strahlengang 231 für Bildinformation aus 2 herrührt, trifft unter einem Winkel φ = 45° zur normalen 903 der optischen Ebene des Interferenzschichtsystem 303 auf das Interferenzschichtsystem 303. Dieses s-polarisierte Licht wird von dem Interferenzschichtsystem 303 zu gleichen Anteilen zu s-polarisiertem Licht mit Intensität I"_E2 transmittiert und als s-polarisiertes Licht mit Intensität 1"'_E2 reflektiert.
• Die 10 zeigt schematisch den Aufbau des Interferenzschichtsystems 303 auf dem Prismenblock 902. Das Interferenzschichtsystem 303 besteht aus alternierenden Schichten aus Al₂O₃ und TiO₂, deren Dicken und Reihenfolge der unten stehenden Tabelle zu entnehmen ist:

  Schichtnummer	Schichtdicke (nm)	Material	Bemerkungen
  1001	125.6	Al2O3	Schicht auf Trägersubstrat
  1002	23.1	Ti2O2
  1003	52.4	Al2O3
  1004	18.4	Ti2O2
  1005	154.5	Al2O3
  1006	58.0	Ti2O2
  1007	116.8	Al2O3
  1008	120.6	Ti2O2
  1009	25.2	Al2O3
  1010	19.5	Ti2O2
  1011	92.3	Al2O3

• Die Dicke der angegebenen Schichten kann dabei um einen Relativbetrag von ± 10% schwanken.
• Es ist auch möglich, anstelle von TiO₂ Materialien mit einer optischen Brechzahl n > 2.2 einzusetzen, beispielsweise Nb₂O₅₁ ZnS oder Mischoxide aus Ti und La. Ebenso kann Al₂O₃ durch Materialien ersetzt werden, deren Brechzahl im Bereich 1.4 bis 1.7 liegt, z.B. SiO₂, Mischoxide aus Praseodym und Al, Mischoxide aus La und Al, Mischoxide Si und Al, wobei sich die angeführten Brechzahlangaben auf die Lichtwellenlänge λ =550nm beziehen.
• Grundsätzlich ist das Interferenzschichtsystem so gewählt, dass bei gegebenem Einfallswinkel φ zur Flächennormalen der Ebene des Interferenzschichtsystems auf einem Substrat mit Brechungsindex n₀ für die effektiven Brechungsindizes $N_p^{eff}\left(n_0;n_{M=\mathrm{1,2}},\phi \right)$

  

  und $N_s^{eff}\left(n_0;n_{M=\mathrm{1,2}},\phi \right)$

  

  für zur Ebene des Interferenzschichtsystems s-polarisiertes bzw. p-polarisiertes Licht ein möglichst großer Unterschied bei den entsprechenden Schichtmaterialien mit intrinsischem Brechungsindex n₁ bzw. n₂ besteht. Hierzu werden für gegebenes φ und n₀ die Größen $N_p^{eff}\left(n_0;n_{M=\mathrm{1,2}},\phi \right)$

  

  und $N{}_s^{eff}\left(n{}_0;n_{M=1\mathrm{,2}},\phi \right)$

  

  berechnet und dann geeignete Materialien mit Brechungsindizes n₁, n₂ für ein passendes Interferenzschichtsystem bestimmt.
• Für den Einfallswinkel φ = 45° zur Flächennormalen des Interferenzschichtsystems und den Brechungsindex n₀ von BaK4 ergeben sich folgende Beziehungen für die effektiven Brechungsindizes: $$N_p^{eff}\left(n_0;n_M,\phi \right)=N_p^{eff}\left(n_M\right)=n/\sqrt{1-\frac{1}{2}{\left(\frac{n_0}{n_M}\right)}^2},$$

  

  $$N_s^{eff}\left(n_0;n_M,\phi \right)=N_s^{eff}\left(n_M\right)=n_M\sqrt{1-\frac{1}{2}{\left(\frac{n_0}{n_M}\right)}^2}.$$

  
• Diese Beziehungen sind in der 11 als Kurven 1103 und 1104 aufgetragen.
• Die in der 11 eingetragenen gestrichelten Linien 1101 und 1102 entsprechend dabei der Materialwahl TiO₂ und Al₂O₃, wie sie bei dem in der 10 schematisch dargestellten Interferenzschichtsystem vorgesehen ist. Das Material TiO₂ ist also so gewählt, dass $N_p^{eff}\left(n_0;n_M,\phi ={45}^{\circ }\right)$

  

  für n₀ von BaK4 und n_M von TiO₂ im Bereich eines Minimums der Kurve $N_p^{eff}\left(n_0;n_M,\phi ={45}^{\circ }\right)$

  

  liegt.
• Die 12 zeigt mit einer Kurve 1201 das Verhältnis für das vom Strahlteiler 220 aus 2 transmittierten s-polarisierten Lichtes der Intensität 1"_E2 und des vom diesem reflektieren s-polarisierten Lichtes der Intensität I"'_E2 . Mit der Kurve 1202 ist in 12 das Verhältnis des von dem Strahlteiler 220 aus 2 transmittierten unpolarisierten Lichts der Intensität I'_{B2 1} und des von diesem reflektieren unpolarisierten Lichtes der Intensität 1"_B1 als Funktion der Lichtwellenlänge aufgetragen. Das Teilungsverhältnis I'_{B2 1} /I"_{B2 1} des Strahlteilers 220 aus Figur 2 für unpolarisiertes Licht ist also etwa 2.4 mal so groß wie das entsprechende Teilungsverhältnis $\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{{}_{E2}}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{{}_{E2}}}$

  

  für zur Ebene des Interferenzsystems des Strahlteilers s-polarisiertes Licht. Dieser Verlauf des Teilungsverhältnisses gewährleistet, dass ein Mitbeobachter am Tubus 102 aus 1 keine Farbfehler wahrnimmt.
• Es sei bemerkt, dass zur Herstellung der beschriebenen optischen Interferenzschichtsysteme sich unterschiedliche Herstellertechnologien eignen, etwa PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition), bei denen die betreffenden Schichtmaterialien in einem Vakuumgefäß bei einem Druck von typischerweise unterhalb von 2 × 10^-4 mbar durch Erhitzen zum Verdampfen gebracht werden. Bei einem derartigen Druck ist die mittlere freie Weglänge der Teilchen in der Dampfphase in der Größenordnung der Größe des Vakuumgefäßes. Dies bewirkt, dass die aufzudampfenden Teilchen zu dem Substrat wandern, dass beschichtet werden soll. Die Teilchen scheiden sich dann dort ab. Um die Teilchen in die Dampfphase zu überführen, können die betreffenden Materialien mit einer Widerstandsheizung erhitzt werden. Es ist aber auch möglich, geeignete Materialien durch Beschuss mit einem Elektronenstrahl in die Dampfphase zu überführen. Für das Abscheiden oxidischer Schichtmaterialien kann es von Vorteil sein, einen bestimmten Sauerstoff-Partialdruck einzustellen. Es ist darüber hinaus weiter bekannt, dass die Qualität von Schichten in einem Interferenzschichtsystem erhöht werden kann, wenn während der Abscheidung von Material das zu beschichtende Substrat gleichzeitig mit einem Ionenstrahl oder einem Plasmastrahl beaufschlagt wird.

Claims (24)

1. Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung (100) zur Visualisierung eines Objektbereichs (107, 208) mit einem Beobachtungsstrahlengang (108, 206, 207), - mit einem Strahlteiler (219, 220), welcher den Beobachtungsstrahlengang (217, 218) in einen ersten Teilstrahlengang (221, 223) und einen zweiten Teilstrahlengang (224, 225) teilt, - wobei dem Beobachtungsstrahlengang (217, 218) ein Strahlengang für Bildinformation (231) überlagert ist, und - wobei der Strahlteiler (219, 220) den Strahlengang für Bildinformation (231) dem ersten Teilstrahlengang (221, 223) und dem zweiten Teilstrahlengang (224, 225) überlagert, dadurch gekennzeichnet, dass - der Strahlteiler (219, 220) einen Strahlengang (217, 218) mit unpolarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang (221, 224) mit unpolarisiertem Licht einer Intensität 1'_B2 und einem zweiten Teilstrahlengang (223, 225) mit unpolarisiertem Licht einer Intensität I"_B2 teilt, wobei gilt: $$\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{{}_{B2}}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{{}_{B2}}}=\left(2.5\pm 0.2\right),$$

   

   für Licht einer Wellenlänge λ im Bereich 400nm < λ < 750nm , und - der Strahlteiler (219, 220) einen Strahlengang (217, 218) mit polarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang (221, 224) mit zur optischen Einfallsebene des Strahlteilers s-polarisiertem Licht einer Intensität I'_E1 und in einen zweiten Teilstrahlengang (223, 225) mit polarisiertem Licht einer Intensität I"_E2 teilt, wobei gilt: $\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{{}_{E1}}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{{}_{E2}}}=\left(1\pm 0.1\right),$

   

   für Licht einer Wellenlänge 400nm < λ < 750nm.
2. Strahlteileranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang (231) für Bildinformation polarisiertes Licht führt.
3. Strahlteileranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Strahlteiler (219, 220) zur Teilung eines Beobachtungsstrahlenganges (217, 218) und eines Strahlenganges (231) für Bildinformation vorgesehen sind.
4. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - der Strahlteiler (219, 220) ein Interferenzschichtsystem (302, 303) umfasst, - welches auf einem Trägerkörper (902) aus einem Material mit Brechungsindex n₀ aufgebracht ist und welches von dem Beobachtungsstrahlengang (217, 218) und dem Strahlengang (231) für Bildinformation unter dem Winkel φ zu einer Flächennormalen (903) des Interferenzschichtsystems (302, 303) durchsetzt wird, wobei - das Interferenzschichtsystem (302, 303) eine Interferenzschicht (1001, 1003, 1005, 1007, 1008, 1011) aus einem ersten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

   

   für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

   

   für p-polarisiertes Licht sowie eine Interferenzschicht (1002, 1004, 1006, 1008, 1010) aus einem zweiten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

   

   für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

   

   für p-polarisiertes Licht enthält, wobei gilt: $$\left|N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0\text{ und }\left|N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0.$$

   
5. Strahlteileranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Interferenzschichtsystem (302, 303) das erste Material (M) für eine Interferenzschicht (1001, 1003, 1005, 1007, 1009, 1011) oder das zweite Material (M) für eine Interferenzschicht (1002, 1004, 1006, 1008, 1010) so gewählt ist, dass die effektive Brechzahl $N_{P,M}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

   

   der Interferenzschicht für p-polarisiertes Licht im Bereich eines Minimums der Kurve $N_{P,M}^{eff}\left(n_M,n_0,\phi \right)$

   

   liegt, wobei n_M der physikalische Brechungsindex des ersten Materials oder des zweiten Materials ist.
6. Strahlteileranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: φ = 45°.
7. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Strahlteiler gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24.
8. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlteiler (234) vorgesehen ist, der einen monokularen Strahlengang (231) für Bildinformation in einen ersten Teilstrahlengang (235) für Bildinformation und einen zweiten Teilstrahlengang (236) für Bildinformation teilt.
9. Strahlteileranordnung für eine Visualisierungsvorrichtung mit einem Strahlteiler (234), der einen monokularen Strahlengang (231) für Bildinformation in einen ersten Teilstrahlengang (235) für Bildinformation und einen zweiten Teilstrahlengang (236) für Bildinformation teilt, dadurch gekennzeichnet, dass - der Strahlteiler (219, 220) einen Strahlengang (217, 218) mit unpolarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang (221, 224) mit unpolarisiertem Licht einer mit-Intensität 1'_B2 und einem zweiten Teilstrahlengang (223, 225) mit unpolarisiertem Licht einer mit-Intensität I"_B2 teilt, wobei gilt: $\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{{}_{B2}}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{{}_{B2}}}=\left(2.5\pm 0.2\right),$

   

   für Licht einer Wellenlänge λ im Bereich 400nm < λ < 750nm , und - der Strahlteiler (219, 220) einen Strahlengang (217, 218) mit polarisiertem Licht in einen ersten Teilstrahlengang (221, 224) mit zur optischen Einfallsebene des Strahlteilers s-polarisiertem Licht einer Intensität I'_E1 und in einen zweiten Teilstrahlengang (223, 225) mit polarisiertem Licht einer Intensität 1"_E2 teilt, wobei gilt: $\frac{{{{\rm I}}^{\prime }}_{{}_{E1}}}{{{{{\rm I}}^{\prime }}^{\prime }}_{{}_{E2}}}=\left(1\pm 0.1\right),$

   

   für Licht einer Wellenlänge 400nm < λ < 750nm.
10. Strahlteileranordnung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang (231) für Bildinformation polarisiertes Licht führt.
11. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Strahlteiler (219, 220) zur Teilung eines Beobachtungsstrahlenganges (217, 218) und eines Strahlenganges (231) für Bildinformation vorgesehen ist.
12. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - der Strahlteiler (219, 220) ein Interferenzschichtsystem (302, 303) umfasst, - welches auf einem Trägerkörper (902) aus einem Material mit Brechungsindex n₀ aufgebracht ist und welches von dem Beobachtungsstrahlengang (217, 218) und dem Strahlengang (231) für Bildinformation unter dem Winkel φ zu einer Flächennormalen (903) des Interferenzschichtsystems (302, 303) durchsetzt wird, wobei - das Interferenzschichtsystem (302, 303) eine Interferenzschicht (1001, 1003, 1005, 1007, 1008, 1011) aus einem ersten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

    

    für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

    

    für p-polarisiertes Licht sowie eine Interferenzschicht (1002, 1004, 1006, 1008, 1010) aus einem zweiten Material mit effektiver Brechzahl $N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

    

    für s-polarisiertes Licht und mit effektiver Brechzahl $N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

    

    für p-polarisiertes Licht enthält, wobei gilt: $$\left|N_{p\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{p\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0\text{ und }\left|N_{s\mathrm{,1}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)-N_{s\mathrm{,2}}^{eff}\left(n_0,\phi \right)\right|>0.$$

    
13. Strahlteileranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Interferenzschichtsystem (302, 303) das erste Material (M) für eine Interferenzschicht (1001, 1003, 1005, 1007, 1009, 1011) oder das zweite Material (M) für eine Interferenzschicht (1002, 1004, 1006, 1008, 1010) so gewählt ist, dass die effektive Brechzahl $N_{p,M}^{eff}\left(n_0,\phi \right)$

    

    der Interferenzschicht für p-polarisiertes Licht im Bereich eines Minimums der Kurve $N_{p,M}^{eff}\left(n_M,n_0,\phi \right)$

    

    liegt, wobei n_M der physikalische Brechungsindex des ersten Materials oder des zweiten Materials ist.
14. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24 aufgebaut ist.
15. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im monokularen Strahlengang (231) für Bildinformation ein Display (227) angeordnet ist.
16. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dokumentationsstrahlengänge (223, 225) vorgesehen sind.
17. Visualisierungsvorrichtung (100) mit einer Strahlteileranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Strahlteiler umfassend: - eine erste Schicht (L1') einer Dicke d_LI' und einer Brechzahl n_L1'; - eine auf der ersten Schicht (L1') angeordnete zweite Schicht (H1') einer Dicke d_H1' und einer Brechzahl n_H1'; - eine auf der zweiten Schicht (H1') angeordnete dritte Schicht (M') aus Ag; - eine auf der Schicht (M') aus Ag angeordnete vierte Schicht (H2') einer Brechzahl n_H2' und einer Dicke d_H2'; - eine auf der vierten Schicht (H2') angeordnete fünfte Schicht (L2') einer Dicke d_L2' und einer Brechzahl n_L2' wobei gilt: $$n_{L{1}^{\prime }}{d}_{L{1}^{\prime }}\ne n_{L{2}^{\prime }}{d}_{L{2}^{\prime }}\text{ und }{n}_{H{1}^{\prime }}{d}_{H{1}^{\prime }}\ne n_{H{2}^{\prime }}{d}_{H{2}^{\prime }};$$

    

    wobei - die erste Schicht (L1') und die fünfte Schicht (L2') aus einem identischen Material aufgebaut sind; - die zweite Schicht (H1') und die vierte Schicht (H2') aus einem identischen Material aufgebaut sind; und wobei - die erste Schicht (L1') eine Brechzahl n_LV1'bei der Wellenlänge λ =550nm und einer Dicke d_LI' hat, wobei gilt: n_L1'd_L1' = 293nm ± 14.65nm ; - die zweite Schicht (H1') eine Brechzahl n_H1' bei der Wellenlänge λ =550nm und eine Dicke d_H1' hat, wobei gilt: n_H1'd_H1' = 48nm ± 2.4nm ; - die vierte Schicht (H2') eine Brechzahl n_H2' bei der Wellenlänge λ =550nm und einer Dicke d_H2,hat, wobei gilt: n_H2'd_H2' =135nm ± 6.75nm; und - die fünfte Schicht (L2') eine Brechzahl n_L2' bei der Wellenlänge λ =550nm und einer Dicke d_L2' hat, wobei gilt: n_L2'd_L2' = 239nm ± 14.65nm.
19. Strahlteiler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (L1') aus SiO₂ besteht und 200.5nm dick ist.
20. Strahlteiler nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (H1') aus TiO₂ besteht und 19.5nm dick ist.
21. Strahlteiler nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (M) aus Ag 23.8nm dick ist.
22. Strahlteiler nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schicht (H2') aus TiO₂ besteht und 54.9nm dick ist.
23. Strahlteiler nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Schicht (L2') aus SiO₂ besteht und 23.8nm dick ist.
24. Strahlteiler nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (L1') auf einem Glassubstrat (212') angeordnet ist.

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