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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Stereomikroskop vom Teleskoptyp,
umfassend ein Mikroskopobjektiv, in jedem der beiden dem Mikroskopobjektiv
nachgeordneten stereoskopischen Abbildungsstrahlengänge ein
Tubuslinsensystem, einen Mikroskopeinblick sowie Mittel zum Einstellen
der Fokusposition durch Verändern
des Abstandes z zwischen dem Mikroskopobjektiv und einem zu beobachtenden
Objekt.
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Stereomikroskope
dieses Typs werden häufig
zur Beobachtung von Tiefenstrukturen an Objekten genutzt. Zur Einstellung
der Fokusposition auf verschiedene Beobachtungsebenen wird in der
Regel der Abstand zwischen dem Mikroskopobjektiv und dem Objekt
in Z-Richtung verändert,
wobei das Objekt in seiner Position belassen wird, während das
Mikroskopobjektiv und mit diesem der gesamte Mikroskopaufbau verschoben wird,
einschließlich
Mikroskopeinblick, gegebenenfalls auch einschließlich aufgesetzter Kamera,
koaxialer Auflichtbeleuchtung u.ä.
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Nachteilig
ist hierbei, daß zwecks
Fokussierung eine erhebliche Masse in Bewegung zu versetzen ist, so
daß zwangsläufig eine
technisch aufwendige und kompakte, diese Masse berücksichtigende
Dimensionierung von Führungen
und Antrieben erforderlich ist, was wiederum verhältnismäßig hohe
Fertigungskosten zur Folge hat.
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Außerdem ist
die Beobachtung eines Objektes oftmals durch einen Mikroskopeinblick
wünschenswert, dessen
Höheneinstellung
von der Fokussierbewegung unabhängig
ist, so daß die Einblickhöhe erhalten
bleibt, wenn die Fokusposition verändert wird.
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Daher
besteht bei der Weiterentwicklung von derartigen Stereomikroskopen
das Bedürfnis,
die Höheneinstellung
des Einblicks und die Fokussierbewegung voneinander zu entkoppeln
und zugleich die bei der Fokussierbewegung zu bewegende Masse möglichst
gering zu halten.
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In
US 6,339,507 ist ein Stereomikroskop
beschrieben, bei dem zur Änderung
der Fokusposition der Abstand zwischen dem Mikroskopobjektiv und
einem nachgeordneten afokalen Vergrößerungswechsler variabel gestaltet
ist. Dabei liegt die Eintrittspupille im Abbildungsstrahlengang
im Bereich des afokalen Vergrößerungswechslers.
Nachteilig ist hierbei, daß ein
variabler Abstand zwischen Mikroskopobjektiv und Vergrößerungswechsler
zwangsläufig
eine vergrößerte Ausführung des
Mikroskopobjektivs erfordert.
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Im
Zusammenhang mit Stereomikroskopen des Greenough-Typs ist es bekannt,
zur Änderung
des Abstandes zwischen Objekt und Okularzwischenbildebene optische
Vorsatzsysteme zu verwenden, die gleichzeitig mit der Änderung
der Lage der abgebildeten Objektebene auch den Abbildungsmaßstab verändern. Dies ist
beispielsweise beschrieben in
DE 100 38 133 A1 . Aber auch damit wird das
oben beschriebene Problem nicht gelöst.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Stereomikroskop der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß die
Veränderung
der Fokusposition unabhängig
von der Höheneinstellung
des Mikroskopeinblicks möglich
ist.
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Erfindungsgemäß ist ein
Stereomikroskop der eingangs beschrieben Art so ausgebildet, daß während der
Veränderung
des Abstandes z zwischen dem Mikroskopobjektiv und dem zu beobachtenden
Objekt die Abstände
zwischen dem Objekt, dem Mikroskopeinblick und der Abstand mindestens
einer Linse des Tubuslinsensystems zu dem Mikroskopobjektiv oder
dem Mikroskopeinblick konstant sind, wobei stets ein reelles Bild
an derselben Stelle des Mikroskopeinblicks (2) entworfen
wird.
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Bei
einem derart ausgebildeten Mikroskop ist es möglich, die Fokusposition auf
unterschiedliche Beobachtungsebenen einzustellen, ohne mit der Bewegung
des Mikroskopobjektivs auch den gesamten Mikroskopaufbau bewegen
zu müssen.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik ist zur Fokuseinstellung nicht mehr
die Bewegung der gesamten Masse des Mikroskopaufbaus erforderlich.
Deshalb können
die zur Fokussierbewegung erforderlichen Führungen und Antriebe kosten-
und raumsparend ausgelegt werden.
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Insofern
verfügt
das erfindungsgemäße Mikroskop über eine
Fokussiereinrichtung, die es ermöglicht, die
Fokusposition durch Verschieben des Mikroskopobjektivs in Z-Richtung
zu variieren, während
die Einblickhöhe
gleich bleibt.
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In
jedem der beiden stereoskopischen Abbildungsstrahlengänge ist
zwischen dem Mikroskopobjektiv und dem Tubuslinsensystem ein Vergrößerungswechsler
vorhanden, wobei während
der Veränderung
des Abstandes z der Abstand zwischen dem Mikroskopobjektiv und den
Vergrößerungswechslern
konstant ist.
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Mikroskop so ausgebildet,
daß die
Schnittweite des Tubuslinsensystems variabel ist, während die
Brennweite F im gewählten
Beispiel konstant 200 mm beträgt. Das
Prinzip der Erfindung ist auf Tubuslinsensysteme variabler Schnittweite
mit Brennweiten F im Bereich 100 ≤ F ≤ 250 übertragbar.
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Bei
einer ersten Ausführungsvariante
ist das Mikroskop mit einem aus drei Linsen L1, L2, L3 bestehenden
Tubuslinsensystem ausgestattet, wobei die Abstände zwischen dem Mikroskopobjektiv,
dem mit diesem gekoppelten Vergrößerungswechsler
und zwei Linsen L1 und L3 konstant sind.
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Bei
Veränderung
des Abstandes z erfolgt um den gleichen Betrag, um den das Mikroskopobjektivs 1 gemeinsam
mit den Vergrößerungswechslern
in Richtung R verschoben wird, auch eine Verschiebung der Linsen
L1 und L3, das heißt
die Verschiebung der Linsen L1 und L3 ist direkt an die Verschiebung
des Mikroskopobjektivs 1 und der Vergrößerungswechslern gekoppelt.
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Dabei ändert sich
die Position der Linsen L1 und L3 relativ zu der Linse L2 und somit
die Schnittweite des Tubuslinsensystems. Um zu erreichen, daß trotzdem
immer ein reelles Bild an derselben Stelle des Mikroskopeinblicks 2 entworfen
und die Schnittweite an diese feste Position innerhalb des Mikroskopeinblicks 2 angepaßt wird,
ist auch die Linse L2 verschiebbar, wobei die Verschiebung der Linse 2 über ein
vorgegebenes Übersetzungsverhältnis mit
der Verschiebebewegung des Mikroskopobjektivs 1 gekoppelt
ist. Die Verschiebung der Linse 2 ist sozusagen indirekt
mit der Verschiebe bewegung des Mikroskopobjektivs 1 und
der Vergrößerungswechslern
gekoppelt.
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Ein
konkretes Beispiel für
die Ausführung
der Linsen L1, L2 und L3 sowie deren Abstände zueinander ist weiter unten
angegeben.
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Zur Übertragung
der Verschiebebewegung auf die mit dem Mikroskopobjektiv zwangsgekoppelten
Linsen können
beispielsweise Glieder eines mechanischen Getriebes oder auch elektromotorische,
mit einer Ansteuerschaltung in Verbindung stehende Baugruppen dienen,
wobei ein auf den jeweils gewünschten
Verschiebeweg und die Verschiebegeschwindigkeit bezogenes Übersetzungsverhältnis vorgegeben
ist.
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Alternativ
zu der ersten vorteilhaften Ausführung
kann das Mikroskop mit einem Tubuslinsensystem ausgestattet sein,
das aus einem mehrere Linsen umfassenden Kittglied unveränderbarer
Schnittweite besteht, wobei während
der Veränderung
des Abstandes z die Abstände
zwischen dem Mikroskopeinblick, dem Objekt und dem Kittglied konstant
sind. Auch hierzu ist weiter unten ein Beispiel angegeben.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 den
prinzipiellen Aufbau eines Stereomikroskops vom Teleskoptyp nach
Stand der Technik in Seitenansicht,
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2 den
prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Mikroskops, ausgestattet
mit einem Tubuslinsensystem mit veränderbarer Schnittweite,
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3 den
prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Mikroskops, ausgestattet
mit einem Tubuslinsensystem mit unveränderbarer Schnittweite,
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4 die
Linsen eines Tubuslinsensystems mit veränderbarer Schnittweite zur
Verwendung im Mikroskopaufbau nach 2,
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5 die
Linsen eines Tubuslinsensystems mit unveränderlicher Schnittweite zur
Verwendung im Mikroskopaufbau nach 3.
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1 zeigt
stark vereinfacht den Aufbau eines Stereomikroskops vom Teleskoptyp.
Das Mikroskop ist in Seitenansicht dargestellt; dabei liegen die
beiden aus dem Mikroskopobjektiv 1 austretenden Abbildungsstrahlengänge in Blickrichtung
auf die Zeichenebene hintereinander, so daß lediglich ein Abbildungsstrahlengang
sichtbar und der zweite, unter der Zeichenebene liegende Abbildungsstrahlengang
verdeckt ist.
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Das
Mikroskop weist in beiden Abbildungsstrahlengängen im Bereich T ein Tubuslinsensystem
und im Bereich V einen Vergrößerungswechsler
auf und ist weiterhin mit einem Mikroskopeinblick 2 ausgestattet.
Zwischen dem Tubuslinsensystem und dem Vergrößerungswechsler ist ein optischer
Unendlichraum ausgebildet und in 1 symbolisch
mit ∞ gekennzeichnet.
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Auf
einem Objekttisch 3 ist ein Objekt 4 abgelegt,
dessen Beobachtung durch den Mikroskopeinblick 2 hindurch
erfolgt. Mit den Vergrößerungswechslern
kann der gewünschte
Abbildungsmaßstab
eingestellt werden. Eine Beleuchtungseinrichtung 5 kann
unterhalb des Objekttisches 3 angeordnet sein.
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Um
mit einem Mikroskop dieser Art verschiedene, in der Tiefe gestaffelte
Ebenen des Objektes 4 beobachten zu können, ist es erforderlich,
den Fokus des Mikroskopobjektivs 1 auf die jeweilige Ebene
auszurichten. Dies erfolgt durch Veränderung des Abstandes z zwischen
dem Mikroskopobjektiv 1 und dem Objekt 4. Zwecks
Vergrößerung des
Abstandes z wird der gesamte Mikroskopaufbau, der sowohl das Mikroskopobjektiv 1,
den Mikroskopeinblick 2, die Tubuslinsensystem, die Vergrößerungswechsler
und die sonstigen, nicht im einzelnen bezeichneten Baugruppen des
Mikroskopkörpers 6 umfaßt, mittels
eines entsprechend ausgebildeten Antriebs entlang einer Geradführung 7 relativ
zum Mikroskopstativ 8 in der durch Doppelpfeil gekennzeichneten
Richtung R verschoben.
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Soll
der Abstand z vergrößert werden,
erfolgt die Verschiebung entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung.
Dazu müssen
die Geradführung
und der Antrieb, die hier nicht dargestellt sind, bezüglich ihrer
Stabilität unter
Berücksichtigung
der mit der Verschiebung zu bewegenden, nicht unerheblichen Masse
ausgeführt
sein.
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Um
die zu bewegende Masse zu reduzieren, ist erfindungsgemäß ein Mikroskopaufbau
vorgesehen, der in einer ersten Ausführungsvariante in 2 dargestellt
ist. Der Übersichtlichkeit
halber werden in 2 die Bezugszeichen in ihrer
Zuordnung zu den einzelnen Baugruppen wie in 1 beibehalten.
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Im
Unterschied zu dem in 1 dargestellten Stand der Technik
ist bei der in 2 gezeigten Mikroskopausführung jedoch
nicht der gesamte Mikroskopaufbau, sondern nur das Mikroskopobjektiv 1 und
mit diesem die Vergrößerungswechsler
in der durch Doppelpfeil gekennzeichneten Richtung R verschiebbar,
während
der übrige
Mikroskopaufbau einschließlich
Mikroskopeinblick 2 an seiner Position verbleibt.
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Um
dies zu erreichen, ist ein aus drei Linsen L1, L2, L3 bestehendes
Tubuslinsensystem vorgesehen, dessen Schnittweite bei gleichbleibender
Brennweite veränderbar
ist.
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Bei
Veränderung
des Abstandes z erfolgt um den gleichen Betrag, um den das Mikroskopobjektivs 1 gemeinsam
mit den Vergrößerungswechslern
in Richtung R verschoben wird, auch eine Verschiebung der Linsen
L1 und L3. Mit anderen Worten: die Verschiebung der Linsen L1 und
L3 ist direkt an die Verschiebung des Mikroskopobjektivs 1 und
der Vergrößerungswechsler
gekoppelt. Dabei ändert
sich die Position der Linsen L1 und L3 relativ zu der Linse L2 und
somit die Schnittweite des Tubuslinsensystems.
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Um
zu erreichen, daß trotzdem
immer ein reelles Bild an derselben Stelle des Mikroskopeinblicks 2 entworfen
und die Schnittweite an diese feste Position innerhalb des Mikroskopeinblicks 2 angepaßt wird,
ist auch die Linse L2 verschiebbar, wobei die Verschiebung der Linse 2 über ein
vorgegebenes Übersetzungsverhältnis indirekt
mit der Verschiebebewegung des Mikroskopobjektivs 1 und
der Vergrößerungswechslern
gekoppelt ist.
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In
der hier gewählten
Ausführungsvariante
erfolgt die Verschiebung des Mikroskopobjektivs 1 geradlinig
entlang einer Geradführung 9.
Die direkte Kopplung der Verschiebebewegung des Mikroskopobjektivs 1 mit
der Verschiebung der Linsen L1 und L3 ist in 2 symbolisch
durch eine Verbindungslinie K dargestellt. Die Kopplung der Verschiebebewegung
des Mikroskopobjektivs 1 mit der Verschiebung der Linse
L2 über
ein Übersetzungsverhältnis ist
zeichnerisch nicht dargestellt.
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Zur
Einstellung des Fokus auf unterschiedliche Beobachtungsebenen im
Objekt 4 ist zwar nach wie vor die Veränderung des Abstandes z erforderlich,
jedoch ist die zu bewegende Masse wesentlich reduziert, und die
technischen Mittel zur Realisierung dieser Verschiebebewegung können leichter,
mit weniger technischem Aufwand und damit auch kostengünstiger
hergestellt werden.
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Die
Linsen L1 bis L3 können
beispielsweise wie in nachfolgender Tabelle angegeben mit Radien
r, Dicken d und Abständen
a in mm, Brechzahlen n
e bei der Wellenlänge 546,07
nm, Abbezahlen ν
e, und Brennweiten f' ausgeführt sein:
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Die
Linse L1 ist dabei objektseitig angeordnet. Die Schnittweite dieses
Tubuslinsensystems ist variabel, während die Brennweite F im gewählten Beispiel
konstant 200 mm beträgt.
Das Prinzip der Erfindung ist auf Tubuslinsensysteme variabler Schnittweite
mit Brennweiten F im Bereich 100 ≤ F ≤ 250 übertragbar.
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Die
Verschiebemechanismen bzw. die zugehörigen Antriebe sind nicht dargestellt.
Ihre Ausführung kann
jedoch aus dem Fachgebiet der Feingerätetechnik ohne weiteres übernommen
werden. So können
zur Übertragung
der Verschiebebewegung des Mikroskopobjektivs 1 auf die
Linse L2 Glieder eines mechanischen Getriebes oder elektromotorische,
mit einer Ansteuerschaltung in Verbindung stehende Baugruppen vorgesehen
sein.
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In
einer zweiten, in 3 dargestellten Ausführungsvariante
wird die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, mit einem Tubuslinsensystem
gelöst,
dessen Schnittweite nicht veränderbar
ist. Der Übersichtlichkeit
halber werden in 3 wiederum die Bezugszeichen
der Zuordnung zu den einzelnen Baugruppen wie in 1 und 2 beibehalten.
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Das
Tubuslinsensystem besteht in diesem Fall aus einem zwei Linsen L4
und L5 umfassenden Kittglied. Während
der Veränderung
des Abstandes z sind die Abstände
zwischen dem Mikroskopeinblick 2, dem Objekt 4 und
dem Kittglied konstant, das heißt
im Gegensatz zu der anhand 2 beschriebenen
Ausführungsvariante
ist keine der beiden Linsen L4 und L5 des Kittgliedes an die Verschiebebewegung
des Mikroskopobjektivs 1 gekoppelt.
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Ein
solches Kittglied besteht beispielsweise aus den beiden Linsen L4
und L5, die mit den nachstehend genannten Radien r, Dicken d, Brechzahlen
n
e bei der Wellenlänge 546,07 nm und den Abbezahlen ν
e ausgeführt sind,
wobei die Linse L4 objektseitig angeordnet ist:
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Der
besondere Vorteil dieser zweiten Ausführungsvariante nach 3 gegenüber dem
ersten Ausführungsvariante
nach 2 ergibt sich aus dem Wegfall der mechanischen
Einrichtungen zur Übertragung
der Verschiebebewegung des Mikroskopobjektivs 1 auf eine
oder mehrere Linsen des Tubus, überstreicht
allerdings einen geringeren Bereich bezüglich des Abstandes z.
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Mit
beiden Ausführungsvarianten
wird im Unterschied zu dem in 1 dargestellten
Stand der Technik erreicht, daß zur
Einstellung des Fokus auf verschiedene Beobachtungsebenen nicht
der gesamte Mikroskopaufbau, sondern nur das Mikroskopobjektiv 1 und
die Vergrößerungswechsler
in der Richtung R zu verschieben sind, während der übrige Mikroskopaufbau einschließlich Mikroskopeinblick 2 an
seiner Position verbleibt.
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In 4 sind
die Linsen L1, L2 und L3 des Tubuslinsensystems mit veränderlicher
Schnittweite und in 5 die Lin sen L4 und L5 des Tubuslinsensystems
mit unveränderlicher
Schnittweite vergrößert dargestellt.
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- 1
- Mikroskopobjektiv
- 2
- Mikroskopeinblick
- 3
- Objekttisch
- 4
- Objekt
- 5
- Beleuchtungseinrichtung
- 6
- Mikroskopkörper
- 7
- Geradführung
- 8
- Mikroskopstativ
- 9
- Geradführung
- L1,
L2, L3, L4, L5
- Linsen
- K
- Verbindungslinie
- R
- Richtung
- z
- Abstand
zwischen dem Mikroskopobjektiv und Objekt
