DE102005005568B4

DE102005005568B4 - Tubus für eine Beobachtungseinrichtung sowie Beobachtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102005005568B4
Application number: DE102005005568A
Authority: DE
Inventors: Christian Lücke; Fritz Dr. Strähle
Original assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: DE102005005568A1; JP2006221177A

Abstract

Tubus (20) für eine Beobachtungseinrichtung (10), insbesondere für ein Mikroskop, wobei der Tubus (20) wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang (21, 22) aufweist, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens ein optisches Tubuselement angeordnet ist, und wobei in dem Beobachtungsstrahlengang des Tubus (20) weiterhin ein Vergrößerungssystem (23) zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) zumindest teilweise innerhalb eines gefalteten Bereichs des Tubusstrahlengangs liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst einen Tubus für eine Beobachtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, 2 und 3. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Beobachtungseinrichtung. Bei dieser kann es sich beispielsweise um ein Mikroskop handeln.
Beobachtungseinrichtungen in Form von Mikroskopen werden auf den unterschiedlichsten Gebieten eingesetzt. Bei einem der Einsatzgebiete handelt es sich beispielsweise um die Operationsmikroskopie.
Ein Mikroskop besteht generell aus einer Reihe von Grundkomponenten. Hierbei handelt es sich generell um den Grundkörper sowie den sich daran anschließenden Tubus.
Bei einer Reihe von Anwendungen, wie beispielsweise bei Neurochirurgie-Operationen, treten häufig Situationen auf, in denen das Operationsmikroskop mehr oder weniger waagerecht, das heißt mit geradem Einblick des Tubus, bei dem es sich in solchen Fällen häufig um einen Schwenktubus handelt, eingesetzt wird. Aufgrund der Baulänge des gesamten Operationsmikroskops ist in einem solchen Fall ein ergonomisches Arbeiten für den Chirurgen praktisch nicht möglich. Er ist häufig gezwungen, mit mehr oder weniger gestreckten Armen zu operieren.
Es besteht daher das Bedürfnis, die Baulänge eines solchen Mikroskops zu reduzieren.
Aus der DE 103 16 242 A1 ist bereits ein beweglicher Tubus, ein so genannter Schwenktubus, bekannt, mittels dessen die Baulänge eines Mikroskops reduziert werden kann. Dazu weist der Tubus ein Umlenksystem zum Umlenken der Beobachtungsstrahlengänge auf. Die Beobachtungsstrahlengänge treten in den Tubus parallel zu einer optischen Achse ein und werden mit Hilfe geeigneter optischer Elemente senkrecht zu dieser optischen Achse umgelenkt. In den zur optischen Achse senkrecht verlaufenden Beobachtungsstrahlengängen können Linsen beziehungsweise Linsensysteme vorgesehen sein, bei denen es sich um die so genannten Tubuslinsen handelt. Diese Linsen sind unverschiebbar und somit fest in den Beobachtungsstrahlengängen angeordnet. Die bekannte Lösung stellt somit einen Tubus mit einer festen Brennweite dar.
Häufig ist es bei Mikroskopen der genannten Art gewünscht, ein Vergrößerungssystem zum Verändern der Brennweite bereitzustellen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Zoomsystem oder dergleichen handeln. Die Verwendung derartiger Vergrößerungssysteme an sich ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Dabei wird das Vergrößerungssystem stets als eigenständiges, vom Tubus getrenntes Modul eingesetzt. Vergrößerungssysteme der bekannten Art werden bisher im Grundkörper des Mikroskops angeordnet. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der DE 102 55 961 B3 beschrieben.
In dieser Druckschrift ist ein Stereomikroskop beschrieben, das in seinem Grundkörper ein Hauptobjektiv und ein Zoomsystem aufweist. Dem Grundkörper nachgeordnet soll ein Binokulartubus mit Okularen vorgesehen sein. Die optische Achse des Hauptobjektivs soll vertikal verlaufen, während die mittlere Achse des Zoomsystems horizontal verlaufen soll. Die Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs erfolgt mittels eines Umlenkelements.
Bei dieser bekannten Lösung befindet sich das Zoomsystem, wie bei allen aus dem Stand der Technik bekannten, bisher realisierten Lösungen, im Grundkörper des Mikroskops. Die Vergrößerung beziehungsweise die Veränderung der Brennweite findet folglich statt, bevor der Beobachtungsstrahlengang den Tubus erreicht, da der Tubus bei dieser bekannten Lösung noch an den Grundkörper angesetzt werden muss.
In der DE 295 05 775 U1 ist eine Beobachtungseinrichtung beschrieben, bei der in den Beobachtertuben eine Vergrößerungswechseleinrichtung vorgesehen ist.
In der DE 102 43 852 A1 wird ein Mikroskopiesystem mit einem Vergrößerungssystem beschrieben, bei der das Vergrößerungssystem koaxial zur optischen Achse des Mikroskopiesystems verläuft, so dass mit dieser bekannten Lösung eine Reduzierung der Baulänge nicht realisierbar ist.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Tubus beziehungsweise eine Beobachtungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die erforderliche Baulänge einer Beobachtungseinrichtung, in der der Tubus verwendet wird, weiter reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Tubus mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, den Tubus mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 2, den Tubus mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 3 sowie die Beobachtungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 22. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Vorteile, Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Tubus beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beobachtungseinrichtung, und umgekehrt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Vergrößerungssystem nicht mehr im Grundkörper der Beobachtungseinrichtung, sondern nunmehr im Tubus selbst angeordnet wird.
Gemäß dem ersten Aspekt wird ein Tubus für eine Beobachtungseinrichtung, insbesondere für ein Mikroskop, bereitgestellt, wobei der Tubus wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang aufweist, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens ein optisches Tubuselement angeordnet ist, und wobei in dem Beobachtungsstrahlengang des Tubus weiterhin ein Vergrößerungssystem zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist. Der Tubus ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem zumindest teilweise innerhalb eines gefalteten Bereichs des Tubusstrahlengangs liegt.
Gemäß einer zweiten Alternative wird ein Tubus für eine Beobachtungseinrichtung, insbesondere für ein Mikroskop, bereitgestellt, wobei der Tubus wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang aufweist, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens ein optisches Tubuselement angeordnet ist, und wobei in dem Beobachtungsstrahlengang des Tubus weiterhin ein Vergrößerungssystem zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist,. Der Tubus ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tubus wenigstens zwei Beobachtungsstrahlengänge aufweist und dass in jedem der Beobachtungsstrahlengänge ein Vergrößerungsteilsystem zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist und dass das Vergrößerungssystem oder dass die Vergrößerungsteilsysteme oder die Verbindungsstrahlengänge zu den Vergrößerungsteilsystemen im Tubus sowohl zur optischen Achse am Eingang der Beobachtungseinrichtung, als auch zur optischen Achse am Ausgang der Beobachtungseinrichtung einen Winkel ungleich 0 Grad bildet/bilden.
Gemäß einer dritten Alternative wird ein Tubus für eine Beobachtungseinrichtung, insbesondere für ein Mikroskop, bereitgestellt, wobei der Tubus wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang aufweist, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens ein optisches Tubuselement angeordnet ist, und wobei in dem Beobachtungsstrahlengang des Tubus weiterhin ein Vergrößerungssystem zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist. Der Tubus ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem in einem seitlich aus der Schwenkebene gefalteten Strahlengang angeordnet ist.
Durch das Verlegen des Vergrößerungssystems aus dem Grundkörper der Beobachtungseinrichtung in den Tubus lässt sich ein noch größerer Effekt bezüglich einer Baulängenreduktion erzielen, als dies beispielsweise mit der Baulängenverkürzung des in der DE 103 16 242 A1 beschriebenen Schwenktubus möglich ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung reduziert sich die Baulänge der gesamten Beobachtungseinrichtung mindestens um die Länge des Vergrößerungssystems. Je nach Vergrößerungsfaktor kann die Reduktion der Baulänge in der Größenordnung von etwa 50 bis 70 mm liegen.
Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, war es bislang üblich, das Vergrößerungssystem innerhalb des Grundkörpers einer Beobachtungseinrichtung vorzusehen. An diesem Grundkörper wurde dann der Tubus angeordnet. Insbesondere wenn es sich bei dem Tubus um einen Schwenktubus handelt, war dadurch eine konstruktiv einfache, preiswerte Lösung realisierbar. Vergrößerungssysteme bestehen nämlich in der Regel aus einer Reihe optischer Bauelemente, beispielsweise Linsenelementen oder Linsenelementsystemen, die zumindest zum Teil beweglich sind. Durch die Verlagerung des Vergrößerungssystems in den Tubus lassen sich unter anderem verbesserte ergonomische Verhältnisse realisieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Beobachtungseinrichtung als ein in der Neurochirurgie eingesetztes Operationsmikroskop ausgebildet ist und in gestrecktem Aufbau mit geradem Einblick des Tubus, beispielsweise eines Schwenktubus, verwendet wird.
Überraschenderweise ist es nunmehr möglich geworden, die in der Fachwelt geläufigen und bisher umgesetzten Realisierungsvarianten zu umgehen, und das Vergrößerungssystem direkt in dem Tubus selbst vorzusehen. Dies ergibt sich insbesondere aus der vorteilhaften Ausgestaltung des Vergrößerungssystems selbst, wozu Beispiele vorteilhafter Ausgestaltungsformen im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert werden.
Bei einem Tubus gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich generell um ein Endstück für eine Beobachtungseinrichtung, insbesondere für ein Mikroskop, im Falle eines Schwenktubus um ein bewegliches Endstück, über den der Einblick in die Beobachtungseinrichtung ermöglicht wird. Dazu weist der Tubus wenigstens ein optisches Tubuselement auf. Natürlich können auch zwei oder mehr optische Tubuselemente vorgesehen sein.
Bei einem optischen Tubuselement kann es sich beispielsweise um ein Linsenelement oder ein Linsenelementsystem, bestehend aus zwei oder mehreren Linsenelementen (etwa in Form eines Kittgliedes oder dergleichen) handeln. Beispielsweise könnte es sich bei einem optischen Tubuselement um ein Okular handeln. Der Tubus hat generell die Aufgabe, ein Zwischenbild zu erzeugen, dass man sich dann mit dem Okular betrachtet. Das Okular kann je nach Ausgestaltung des Tubus allerdings auch als eigenständiges, separates Bauteil ausgebildet sein. So existieren beispielsweise Tuben mit wechselbaren Okularen oder aber auch Tuben, bei denen die Okulare fest fixiert sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von Vergrößerungssystemen beschränkt. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Zoomsystem, einen Vergrößerungswechsler (zum Beispiel einen Galilei-Wechsler) oder dergleichen handeln. Das Vergrößerungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass mit diesem eine -stufige oder stufenlose- Veränderung der Brennweite möglich ist. Dies kann beispielsweise durch axiales Verschieben von optischen Elementen, beispielsweise von Linsen oder Linsengruppen, in einem optischen System realisiert werden. Ebenso ist es möglich, Linsenelemente mit variabler Brennweite zu verwenden. So genannte Variolinsen sind an sich bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
Erfindungsgemäß wird ein Tubus für eine Beobachtungseinrichtung bereitgestellt, wobei die Erfindung natürlich nicht auf bestimmte Typen von Beobachtungseinrichtungen beschränkt ist. Vorteilhaft kann es sich bei der Beobachtungseinrichtung um ein Mikroskop handeln. Besonders bevorzugt kann der Tubus als Modul für ein Operationsmikroskop ausgebildet sein und verwendet werden.
Der Tubus weist zunächst wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang auf. Vorteilhaft kann der Tubus wenigstens zwei Beobachtungsstrahlengänge aufweisen. Wenn neben einem Hauptbeobachter auch noch ein weiterer Beobachter zugelassen werden soll, können natürlich auch mehr als zwei Beobachtungsstrahlengänge vorgesehen sein. Bei einem solchen Tubus handelt es sich beispielsweise um einen Tubus für ein Stereomikroskop oder einen so genannten Binokulartubus. Der Tubus kann des Weiteren optische Tubuselemente enthalten.
Erfindungsgemäß ist nunmehr zunächst vorgesehen, dass das Vergrößerungssystem innerhalb des Tubus angeordnet ist und nicht mehr, wie bisher üblich, außerhalb des Tubus, etwa im Grundkörper der Beobachtungseinrichtung, vorgesehen ist.
Überraschender Weise wurde es nunmehr erstmals möglich, das Vergrößerungssystem innerhalb des Tubus zu integrieren. Aus der DE 103 16 242 A1 war es bisher nur bekannt, den Strahlengang zum Zwecke der Baulängenreduktion innerhalb des Tubus so umzulenken, dass dieser senkrecht zur optischen Achse beziehungsweise der Mikroskopachse im Eintrittsbereich des Tubus verlief. Ein Vergrößerungssystem musste nach wie vor im Grundkörper der Beobachtungseinrichtung angeordnet werden.
Nach demselben Prinzip funktioniert auch das Vergrößerungssystem in der DE 102 55 961 B3 . Auch hier ist das Vergrößerungssystem innerhalb des Grundkörpers und damit vor Eintritt in den Tubus vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Vergrößerungssystems im Tubus wird dessen Baulänge nicht vergrößert. Gleichzeitig wird der Bauraumbedarf im Grundkörper der Beobachtungseinrichtung weiter verringert, so dass sich die gesamte Baulänge der Beobachtungseinrichtung weiter reduziert.
Vorteilhaft kann der Tubus wenigstens zwei Beobachtungsstrahlengänge aufweisen, wobei dann in jedem der Beobachtungsstrahlengänge vorzugsweise ein Vergrößerungsteilsystem zum Verändern der Brennweite angeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Vergrößerungssystem oder dass die Vergrößerungsteilsysteme oder die Verbindungsstrahlengänge zu den Vergrößerungsteilsystemen in einem Winkel ungleich 0° zur optischen Achse im Tubus angeordnet ist/sind. Dadurch lässt sich der erforderliche Bauraum für den Tubus weiter verringern. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Vergrößerungssystem oder dass die Vergrößerungsteilsysteme orthogonal zur optischen Achse im Tubus angeordnet ist/sind.
In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Vergrößerungssystem oder dass die Vergrößerungsteilsysteme im Eintrittsbereich des Tubus angeordnet ist/sind. Bei dem Eintrittsbereich handelt es sich dabei um denjenigen Bereich, der sich an den Grundkörper der Beobachtungseinrichtung anschließt.
In weiterer Ausgestaltung kann der wenigstens eine Beobachtungsstrahlengang innerhalb des Tubus in zwei oder mehr Raumebenen verlaufen. Vorteilhaft befindet sich der Beobachtungsstrahlengang dabei zwar in einer Projektionsebene, nicht jedoch in einer Raumebene. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Vergrößerungssystem oder die Vergrößerungsteilsysteme in einem Winkel ungleich 0 Grad zur optischen Achse im Eintrittsbereich des Tubus angeordnet ist/sind.
Vorteilhaft ist insbesondere vorgesehen, dass die Vergrößerungsteilsysteme bezüglich der Strahlführung entgegengesetzt zueinander im Tubus angeordnet sind.
Im Vergleich zu der in der DE 102 55 961 B1 beschriebenen Lösung sind bei dem erfindungsgemäßen Tubus die optischen Achsen beziehungsweise die Vergrößerungsteilsysteme der Beobachtungsstrahlengänge (beispielsweise der Stereokanäle) nicht mehr parallel sondern entgegengesetzt angeordnet. In einem solchen Fall ist es erforderlich, dass die Bewegung beziehungsweise die Verschiebung der einzelnen Vergrößerungsteilsysteme in geeigneter Weise erfolgt. Wie dies im Einzelnen geschehen kann, wird nachfolgend anhand einiger nicht ausschließlicher Beispiele näher erläutert.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jedes Vergrößerungsteilsystem wenigstens ein bewegliches optisches Element aufweist und dass das wenigstens eine bewegliche optische Element des einen Vergrößerungsteilsystems unabhängig bewegbar vom wenigstens einen beweglichen optischen Element des anderen Vergrößerungsteilsystems angeordnet ist.
In anderer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass jedes Vergrößerungsteilsystem wenigstens ein bewegliches optisches Element aufweist und dass das wenigstens eine bewegliche optische Element des einen Vergrößerungsteilsystems gekoppelt bewegbar mit dem wenigstens einen beweglichen optischen Element des anderen Vergrößerungsteilsystems angeordnet ist. Eine solche gekoppelte Verschiebung kann beispielsweise mechanisch unter Einsatz entsprechender Schienen, Spindeln oder dergleichen erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Verschiebung elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder dergleichen zu realisieren.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Vergrößerungssystem als apochromatisches, afokales Vergrößerungssystem ausgebildet ist. „Apochromatisch" bedeutet in diesem Fall generell, dass durch spezielle optische Konstruktionen Farbfehler reduziert oder beseitigt werden können. „Afokal" bedeutet in diesem Zusammenhang generell, dass optische Systeme realisiert werden können, bei denen das Objekt und das Bild im Unendlichen liegen.
Besonders vorteilhaft kann das Vergrößerungssystem als Zoomsystem ausgebildet sein. Ein solches Vergrößerungssystem, beispielsweise in Form eines pankratischen Vergrößerungssystems, ermöglicht eine stufenlose Vergrößerung. Im Falle, wenn zwei oder mehr Vergrößerungsteilsysteme vorgesehen sind, können diese Vergrößerungsteilsysteme vorteilhaft als Zoomsysteme ausgebildet sein. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese Ausgestaltungsform beschränkt. Beispielsweise könnte es sich bei dem Vergrößerungssystem auch um einen Vergrößerungswechsler handeln, mit dem sich unterschiedliche Vergrößerungen einstellen lassen. In vielen Anwendungsfällen ist ein Vergrößerungswechsel in Stufen völlig ausreichend.
Wenn das Vergrößerungssystem als Zoomsystem ausgebildet ist, kann dieses beispielsweise als 2-fach bis 8-fach Zoomsystem ausgebildet sein, wobei die Erfindung nicht auf die genannten Beispiele beschränkt ist.

Wenn das Vergrößerungssystem, beziehungsweise die Vergrößerungsteilsysteme als apochromatisches, afokales System ausgebildet ist/sind, kann dies/können diese vorteilhaft in folgender Weise ausgelegt sein:

		Dicke	Glas
Nr.	Radius
1	27.2453
		1.000	LAFN7
2	14.2007
		3.000	NPSK53
3	-116.9117
		1.00-12.50-18.25
4	-35.0423
		1.000	NBAF4
5	10.0995
		1.500	NSF6
6	20.1453
		7.75-2.00-7.75
7	-20.1453
		1.500	NSF6
8	-10.0995
		1.000	NBAF4

9	35.0423
		18.25-12.50-1.00
10	116.9117
		3.000	NPSK53
11	-14.2007
		1.000	LAFN7
12	-27.2453

In der ersten Spalte sind die Flächennummern aufgetragen, die zweite Spalte beschreibt die Linsenradien, während in der Spalte „Glas" die Glasbezeichnungen nach dem Schott-Glaskatalog aufgelistet sind. Zwischen den Flächennummern 3 und 4, 6 und 7 sowie 9 und 10 sind Werte für variable Lufträume angegeben, wobei der linke Wert für eine schwache Vergrößerung, der mittlere Wert für eine mittlere Vergrößerung und der rechte Wert für eine maximale Vergrößerung gilt.
Vorteilhaft kann das Vergrößerungssystem oder jedes Vergrößerungsteilsystem in Form wenigstens eines Linsenelements mit variabler Brennweite ausgebildet sein. In anderer Ausgestaltung kann das Vergrößerungssystem oder jedes Vergrößerungsteilsystem wenigstens ein Linsenelement mit variabler Brennweite aufweisen. Bei derartigen Linsenelementen handelt es sich um so genannte Variolinsen. Variolinsen an sich sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
Nachfolgend wird ein Beispiel für eine Variolinse beschrieben. Eine solche Linse kann beispielsweise einen transparenten Aufnahmebehälter aufweisen, in dem sich zwei oder mehr formstabile, nicht mischbare Medien befinden. Hierbei kann es sich beispielsweise um Flüssigkeiten, gelartige Medien oder dergleichen handeln. Die Medien stoßen an ihren Grenzflächen aneinander. Das kann direkt, durch Verwendung einer dazwischen liegenden Membran oder dergleichen erfolgen. Durch äußere Einwirkung auf wenigstens eines der Medien, etwa hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder dergleichen, wird die Grenzfläche zwischen den Medien verschoben, wodurch sich die Brennweite der Linse ändert. Dabei können die verschiedenen Medien einen gleichen Brechungsindex, oder aber auch verschiedene Brechungsindizes aufweisen.
Wie vorstehend beschrieben kann das Vergrößerungssystem, neben anderen optischen Elementen, als separates optisches Bauteil ausgebildet sein. In anderer Ausgestaltung ist auch möglich, dass das Vergrößerungssystem oder jedes Vergrößerungsteilsystem wenigstens eine Tubuslinse oder wenigstens ein Tubuslinsensystem aufweist, oder aber als Zoom-Tubuslinse oder Zoom-Tubuslinsensystem ausgebildet ist. In diesem Fall ist keine strikte Trennung zwischen den Vergrößerungsteilsystemen und der Tubuslinse beziehungsweise dem Tubuslinsensystem erforderlich.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass in jedem Beobachtungsstrahlengang des Tubus wenigstens ein Umlenkelement vorgesehen ist, um den Beobachtungsstrahlengang um 180 Grad umzulenken. Hierbei kann es sich beispielsweise um Spiegel, Prismen oder dergleichen handeln. Wenn das Umlenkelement als Prisma ausgebildet ist, kann es sich hierbei beispielsweise um ein 180°-Prisma handeln. Weitere Beispiele für geeignete Umlenkelemente sind in der DE 103 16 242 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird.
Sofern ein entsprechendes Umlenkelement verwendet wird, können beispielsweise alle Bestandteile des Vergrößerungssystems oder der Vergrößerungsteilsysteme im jeweiligen Beobachtungsstrahlengang in Strahlrichtung vor dem Umlenkelement angeordnet sein. In anderer Ausgestaltung ist auch denkbar, dass wenigstens ein optisches Element des Vergrößerungssystems oder der Vergrößerungsteilsysteme im jeweiligen Beobachtungsstrahlengang in Strahlrichtung vor dem Umlenkelement angeordnet ist und dass wenigstens ein optisches Element des Vergrößerungssystems oder der Vergrößerungsteilsysteme im jeweiligen Beobachtungsstrahlengang in Strahlrichtung hinter dem Umlenkelement angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft kann der Tubus als Schwenktubus ausgebildet sein.
In einem durchgeführten Versuch wurde für die Vergrößerungsteilsysteme jeweils ein 4-fach Zoomsystem (0.5x bis 2.0x) mit einer Baulänge von 50mm (Durchmesser der Eintrittspupille EP = 14 mm) in einem Schwenktubus der Anmelderin eingesetzt. Die gesamte Baulänge der gesamten Beobachtungseinrichtung, bei der es sich um ein Operationsmikroskop handelte, konnte um etwa 50 mm reduziert werden. Dies hatte jedoch zur Folge, dass der Tubus selbst je Beobachtungsstrahlengang etwas breiter wurde, was aber im Hinblick auf die in der Beschreibungseinleitung weiter oben genannte Problematik keinen nachteiligen Einfluss hatte.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Beobachtungseinrichtung bereitgestellt, mit einem Grundkörper und mit einem wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Tubus. Bei der Beobachtungseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Mikroskop oder dergleichen handeln.
Nachfolgend wird exemplarisch ein als Operationsmikroskop ausgebildetes Mikroskop beschrieben, in dem ein entsprechender Tubus beispielsweise in Form eines Schwenktubus verwirklicht ist. Ein Operationsmikroskop besteht grundsätzlich aus mehreren Bauelementen, dem Tubus, dem Grundkörper und möglicherweise noch einem Stativ. Zusätzlich ist es bei vielen Operationsmikroskopen möglich, unterschiedliche Zusatzmodule wie zum Beispiel einen Mitbeobachtertubus für einen assistierenden Beobachter, eine Videokamera zur Dokumentation und dergleichen anzuschließen.
Innerhalb des Grundkörpers lassen sich wiederum mehrere Baugruppen zusammenfassen, wie beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung, eine zusätzliche Vergrößerungseinrichtung, das Hauptobjektiv oder dergleichen.
Die charakteristische Größe beim Hauptobjektiv ist seine Brennweite, die den Arbeitsabstand vom Operationsmikroskop zum Operationsfeld festlegt und die somit Einfluss auf die Gesamtvergrößerung des Mikroskops hat.
Weiterhin verfügt ein solches Operationsmikroskop in der Regel über eine Okulareinrichtung, die entweder als Bestandteil des Tubus, oder aber als eine zum Tubus unabhängige Einrichtung ausgebildet sein kann. Die Aufgabe der Okulareinrichtung ist generell die Nachvergrößerung des im Tubus entstehenden Zwischenbildes, sowie möglicherweise der Ausgleich eventueller Fehlsichtigkeiten des Nutzers eines solchen Mikroskops.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine als Stereomikroskop ausgebildete Beobachtungseinrichtung mit erfindungsgemäßem Tubus;
2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 dargestellten Tubus;
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Tubus in einer Schwenkstellung von 45°;
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Tubus mit einem Schwenkbereich von 180°;
5 eine schematische Darstellung eines Tubus, bei dem das Vergrößerungssystem und die optischen Tubuselemente als getrennte optische Systeme ausgebildet sind;
6 eine schematische Darstellung eines Tubus, bei dem das Vergrößerungssystem und die optischen Tubuselemente als optische Einheit ausgebildet sind;
7 ein schematisches Beispiel, bei dem das Vergrößerungssystem orthogonal zur optischen Achse im Eintrittsbereich des Tubus angeordnet ist; und
8 ein schematisches Beispiel, bei dem das Vergrößerungssystem in einem Winkel ungleich 0 Grad zur optischen Achse im Eintrittsbereich des Tubus angeordnet ist.
In den 1 bis 4 ist schematisch eine als Operationsmikroskop ausgebildete Beobachtungseinrichtung 10 dargestellt, mit der ein Objekt 12 beobachtet werden soll. Das Operationsmikroskop 10 verfügt zunächst über einen nicht näher dargestellten Grundkörper, in dem sich ein Hauptobjektiv 11 befindet.
Weiterhin verfügt das Operationsmikroskop über einen Tubus 20, bei dem es sich im vorliegenden Beispiel um einen Schwenktubus handelt. Der Tubus 20 ist in seinem Eintrittsbereich 42 mit dem Grundkörper des Operationsmikroskops 10 verbunden. Weiterhin ist der Tubus 20 mit Okulareinrichtungen 13, 14 verbunden. Diese könnten natürlich auch Bestandteile des Tubus 20 sein.
Im Eintrittsbereich 42 des Tubus 20 sind zunächst Umlenkelemente 30, 32 vorgesehen, die die Beobachtungsstrahlengänge 21, 22 innerhalb des Tubus 20 umlenken. Die Umlenkelemente 30, 32 können, ebenso wie die weiter unten noch näher beschriebenen Umlenkelemente, in Form von Prismen, Spiegeln und dergleichen ausgebildet sein.
Durch die Umlenkelemente 30, 32 wird erreicht, dass die Richtung der Beobachtungsstrahlengänge 21, 22 nunmehr senkrecht (orthogonal) zur optischen Achse 15 im Eintrittsbereich des Tubus 20 verläuft. Durch die Ablenkung der Beobachtungsstrahlengänge 21, 22 mittels der Umlenkelemente 30, 32 wird weiterhin erreicht, dass die Beobachtungsstrahlengänge 21, 22 bezüglich ihrer Strahlführung in entgegengesetzter Richtung zueinander im Tubus 20 verlaufen.
Die Beobachtungsstrahlengänge 21, 22 treffen auf weiterer Umlenkelemente 28, 29, beispielsweise 180°-Prismen, in denen die Beobachtungsstrahlengänge um 180 Grad umgelenkt werden. Mittels weiterer Umlenkelemente 31, 33 werden die Beobachtungsstrahlengänge 21, 22 schließlich erneut umgelenkt, bis sie wieder parallel zur optischen Achse 15 verlaufen und in dieser Weise in die Okulareinrichtungen 13, 14 eintreten können.
Durch diese Ausgestaltung des Tubus 20 kann dessen Baulänge und damit die gesamte Baulänge des Operationsmikroskops 10, verringert werden. Der Tubus 20 wird allenfalls etwas breiter, was aber im Hinblick auf die zu erzielende Reduktion der gesamten Baulänge kein Nachteil ist.
In den Beobachtungsstrahlengängen 21, 22 können weitere optische Elemente angeordnet sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um bestimmte Tubuslinsen beziehungsweise Tubuslinsensysteme 26, 26a, 27, 27a handeln.
Des Weiteren ist in den Beobachtungsstrahlengängen 21, 22, und zwar in Strahlrichtung vor den Umlenkelementen 28, 29, ein Vergrößerungssystem 23 vorgesehen. Bei dem Vergrößerungssystem 23 handelt es sich vorteilhaft um ein Zoomsystem, beispielsweise ein 4-fach-Zoomsystem.
Dieses Vergrößerungssystem 23 besteht wiederum aus zwei Vergrößerungsteilsystemen 24, 25, wobei in jedem der Beobachtungsstrahlengänge 21, 22 ein Vergrößerungsteilsystem 24, 25 angeordnet ist. Das Vergrößerungssystem 23 ist nicht mehr parallel zur optischen Achse 15, bei der es sich vorteilhaft um die Mikroskopachse handelt, angeordnet, sondern nunmehr orthogonal zur optischen Achse 15.
Die Vergrößerungsteilsysteme 24, 25 verfügen über eine Reihe optischer Elemente 34 bis 41, wobei jeweils zumindest ein optisches Elemente eines jeden Vergrößerungsteilsystems 24, 25 verschiebbar angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Tubus-Brennweite verändern. Auch die Vergrößerungsteilsysteme 24, 25 sind bezüglich der Strahlführung nicht, wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, parallel, sondern entgegengesetzt zueinander im Tubus 20 beziehungsweise den Beobachtungsstrahlengängen 21, 22 angeordnet.
Die beweglichen optischen Elemente der einzelnen Vergrößerungsteilsysteme 24, 25 können jeweils miteinander gekoppelt bewegbar angeordnet sein. Im letztgenannten Fall bedeutet dies, dass wenn ein optisches Element des Vergrößerungsteilsystems 24 im Beobachtungsstrahlengang 21 verschoben wird, gleichzeitig auch das dazu korrespondierende optische Element im Vergrößerungsteilsystem 25 im Beobachtungsstrahlengang 22 verschoben wird. Durch die entgegengesetzte Ausrichtung werden die beweglichen optischen Elemente jedoch nicht parallel zueinander, sondern entgegengesetzt zueinander verschoben. Das bedeutet, dass die optischen Elemente entweder aufeinander zu, oder aber von einander weg bewegt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer mechanischen Kopplung über Schienen, Spindeln und dergleichen, oder aber mittels einer elektrischen, pneumatischen, hydraulischen und dergleichen Kopplung realisiert werden.
Durch die Anordnung des Vergrößerungssystems 23 im Tubus 20 wird dessen Baulänge nicht vergrößert. Gleichzeitig wird die erforderliche Baulänge des Grundkörpers des Operationsmikroskops 10 weiter reduziert, so dass insgesamt eine weitergehende Reduzierung der gesamten Baulänge des Operationsmikroskops 10 erreicht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist der Tubus 20 als Schwenktubus ausgebildet, so dass der Tubus in bestimmte Stellungen geschwenkt werden kann, wie beispielsweise in eine in 3 dargestellte 45°-Stellung. Ebenso kann der Tubus 20 dann auch in bestimmten Bereichen geschwenkt werden, beispielsweise in einem wie in 4 dargestellten 180°-Schwenkbereich.
In den 5 und 6 ist ein Teil eines Beobachtungsstrahlengangs eines Tubus dargestellt, beispielsweise des in den 1 bis 4 dargestellten Beobachtungsstrahlengangs 22. Ebenso könnte der Beobachtungsstrahlengang 21 dargestellt sein.
In dem Beobachtungsstrahlengang gemäß 5 ist ein Vergrößerungsteilsystem 25 in Form eines afokalen Zoomsystems dargestellt, bestehend aus einer Reihe optischer Elemente 38, 39, 40, 41. Diesbezüglich wird auch auf die 2 verwiesen. Getrennt davon ist ein Tubuslinsensystem vorgesehen, aufweisend Tubuslinsen 27 und 27a.
Im Gegensatz dazu ist in 6 ein Tubuslinsensystem 44 mit variabler Brennweite dargestellt, bei dem das Vergrößerungssystem 25 mit den optischen Elementen 38, 39, 40, 41 und die Tubuslinsen 27, 27a in einer einzigen optischen Einheit zusammengefasst sind. Insbesondere das optische Element 41 des Vergrößerungsteilsystems und die Tubuslinse 27 können zu einem einzigen Bauteil zusammengefasst sein, beispielsweise in Form einer einzelnen Linse oder aber in Form einer Linsengruppe.
7 zeigt ein schematisches Beispiel, bei dem das Vergrößerungssystem orthogonal zur optischen Achse im Eintrittsbereich des Tubus angeordnet ist. Der Verlauf des Strahlengangs entspricht dabei dem in den 1 und 2 dargestellten Strahlengang.
Wiederum ist beispielsweise der Beobachtungsstrahlengang 22 mit dem Vergrößerungsteilsystem 25 dargestellt. Der Beobachtungsstrahlengang 22 wird mittels des Umlenkelements 32 im Eintrittsbereich 42 des Tubus orthogonal zur optischen Achse 15 abgelenkt, durchläuft das Umlenkelement 29 und anschließend das Umlenkelement 33.
Im Unterschied dazu ist in 8 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Vergrößerungsteilsystem 25 in einem Winkel ungleich 0 Grad und ungleich 90 Grad zur optischen Achse 15 im Eintrittsbereich 42 des Tubus angeordnet ist.
In diesem Fall ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Beobachtungsstrahlengang 22 innerhalb des Tubus in zwei oder mehr Raumebenen verläuft, da sich der Strahlengang bei dem dargestellten Beispiel in einem Punkt überschneidet. Dieser Überschneidungspunkt muss aber auf verschiedenen Raumebenen liegen, damit der Verlauf des Strahlengangs nicht behindert wird.

10: Beobachtungseinrichtung (Operationsmikroskop)
11: Hauptobjektiv
12: Objekt
13: Okulareinrichtung
14: Okulareinrichtung
15: Optische Achse
20: Tubus
21: Beobachtungsstrahlengang
22: Beobachtungsstrahlengang
23: Vergrößerungssystem (Zoomsystem)
24: Vergrößerungsteilsystem
25: Vergrößerungsteilsystem
26: Tubuslinse(nsystem)
26a: Tubuslinse(nsystem)
27: Tubuslinse(nsystem)
27a: Tubuslinse(nsystem)
28: Umlenkelement
29: Umlenkelement
30: Umlenkelement
31: Umlenkelement
32: Umlenkelement
33: Umlenkelement
34: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
35: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
36: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
37: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
38: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
39: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
40: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
41: Optisches Element des Vergrößerungsteilsystems
42: Eintrittsbereich des Tubus
43: Tubuslinsensystem
44: Tubuslinsensystem mit variabler Brennweite

Claims

Tubus (20) für eine Beobachtungseinrichtung (10), insbesondere für ein Mikroskop, wobei der Tubus (20) wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang (21, 22) aufweist, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens ein optisches Tubuselement angeordnet ist, und wobei in dem Beobachtungsstrahlengang des Tubus (20) weiterhin ein Vergrößerungssystem (23) zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) zumindest teilweise innerhalb eines gefalteten Bereichs des Tubusstrahlengangs liegt.
Tubus (20) für eine Beobachtungseinrichtung (10), insbesondere für ein Mikroskop, wobei der Tubus (20) wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang (21, 22) aufweist, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens ein optisches Tubuselement angeordnet ist, und wobei in dem Beobachtungsstrahlengang des Tubus (20) weiterhin ein Vergrößerungssystem (23) zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tubus (20) wenigstens zwei Beobachtungsstrahlengänge (21, 22) aufweist und dass in jedem der Beobachtungsstrahlengänge (21, 22) ein Vergrößerungsteilsystem (24, 25) zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist und dass das Vergrößerungssystem (23) oder dass die Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) oder die Verbindungsstrahlengänge (21, 22) zu den Vergrößerungsteilsystemen (24, 25) im Tubus (20) sowohl zur optischen Achse (15) am Eingang der Beobachtungseinrichtung (10), als auch zur optischen Achse (15) am Ausgang der Beobachtungseinrichtung (10) einen Winkel ungleich 0 Grad bildet/bilden.
Tubus (20) für eine Beobachtungseinrichtung (10), insbesondere für ein Mikroskop, wobei der Tubus (20) wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang (21, 22) aufweist, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens ein optisches Tubuselement angeordnet ist, und wobei in dem Beobachtungsstrahlengang des Tubus (20) weiterhin ein Vergrößerungssystem (23) zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) in einem seitlich aus der Schwenkebene gefalteten Strahlengang angeordnet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tubus (20) wenigstens zwei Beobachtungsstrahlengänge (21, 22) aufweist und dass in jedem der Beobachtungsstrahlengänge (21, 22) ein Vergrößerungsteilsystem (24, 25) zum Verändern der Tubusbrennweite angeordnet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) oder dass die Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) oder die Verbindungsstrahlengänge (21, 22) zu den Vergrößerungsteilsystemen (24, 25) im Tubus (20) sowohl zur optischen Achse (15) am Eingang der Beobachtungseinrichtung (10), als auch zur optischen Achse (15) am Ausgang der Beobachtungseinrichtung (10) einen Winkel ungleich 0 Grad bildet/bilden.
Tubus einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungsteilsystem (23) oder dass die Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) im Tubus (20) sowohl zur optischen Achse (15) am Eingang der Beobachtungseinrichtung (10), als auch zur optischen Achse (15) am Ausgang der Beobachtungseinrichtung (10) einen Winkel von 180 Grad bildet/bilden.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) oder dass die Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) im Eintrittsbereich (42) des Tubus (20) angeordnet ist/sind.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Beobachtungsstrahlengang innerhalb des Tubus (20) in zwei oder mehr Raumebenen verläuft.
Tubus nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) bezüglich der Strahlführung entgegengesetzt zueinander im Tubus (20) angeordnet sind.
Tubus nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Vergrößerungsteilsystem (24, 25) wenigstens ein bewegliches optisches Element aufweist und dass das wenigstens eine bewegliche optische Element des einen Vergrößerungsteilsystems (24) unabhängig bewegbar vom wenigstens einen beweglichen optischen Element des anderen Vergrößerungsteilsystems (25) angeordnet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Vergrößerungsteilsystem (24, 25) wenigstens ein bewegliches optisches Element aufweist und dass das wenigstens eine bewegliche optische Element des einen Vergrößerungsteilsystems (24) gekoppelt bewegbar mit dem wenigstens einen beweglichen optischen Element des anderen Vergrößerungsteilsystems (25) angeordnet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) als apochromatisches, afokales Vergrößerungssystem ausgebildet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) als Zoomsystem ausgebildet ist.
Tubus nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zoomsystem als 2-fach bis 8-fach Zoomsystem ausgebildet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) oder jedes Vergrößerungsteilsystem (24, 25) in Form wenigstens eines Linsenelements mit variabler Brennweite ausgebildet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) oder jedes Vergrößerungsteilsystem (24, 25) wenigstens ein Linsenelement mit variabler Brennweite aufweist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungssystem (23) oder dass jedes Vergrößerungsteilsystem (24, 25) mit wenigstens einer Tubuslinse oder einem Tubuslinsensystem (26, 26a, 27, 27a), als Zoom-Tubuslinse oder Zoom-Tubuslinsensystem ausgebildet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Beobachtungsstrahlengang (21, 22) des Tubus (20) wenigstens ein Umlenkelement (28, 29) vorgesehen ist, um den Beobachtungsstrahlengang (21, 22) um 180 Grad umzulenken.
Tubus nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bestandteile des Vergrößerungssystems (23) oder der Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) im jeweiligen Beobachtungsstrahlengang (21, 22) in Strahlrichtung vor dem Umlenkelement (28, 29) angeordnet sind.
Tubus nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein optisches Element des Vergrößerungssystems (23) oder der Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) im jeweiligen Beobachtungsstrahlengang (21, 22) in Strahlrichtung vor dem Umlenkelement (28, 29) angeordnet ist und dass wenigstens ein optisches Element des Vergrößerungssystems (23) oder der Vergrößerungsteilsysteme (24, 25) im jeweiligen Beobachtungsstrahlengang (21, 22) in Strahlrichtung hinter dem Umlenkelement (28, 29) angeordnet ist.
Tubus nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Tubus (20) als Schwenktubus ausgebildet ist.
Beobachtungseinrichtung (10), insbesondere Mikroskop, mit einem Grundkörper und mit einem Tubus (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 21.