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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Beleuchtungseinheit
zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlengangs, wobei das Mikroskop
ein Hauptobjektiv, das einen Beobachtungsstrahlengang definiert,
und mindestens ein Umlenkelement zur Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs
aufweist.
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Solche
Mikroskope werden häufig
als Stereomikroskope, insbesondere als Operationsmikroskope ausgeführt. Aus
der
DE 103 25 575
A1 ist ein solches Mikroskop zur Simultanbeobachtung eines
Objektes durch einen ersten und einen zweiten Beobachter bekannt,
wobei das Mikroskop Umlenkelemente zum Umlenken eines parallel zur
optischen Achse des Hauptobjektivs verlaufenden Beobachtungsstrahlengangs
in eine erste Ebene, die sich im wesentlichen senkrecht zur genannten
optischen Achse erstreckt, und anschließend in eine zweite Ebene,
die im wesentlichen parallel zur und oberhalb der ersten Ebene ist,
aufweist. Weiterhin sind Einrichtungen zur Auskopplung des Beobachtungsstrahlengangs
für die
Beobachter vorgesehen. Zwischen dem Hauptobjektiv und der ersten
Ebene ist bei diesem Mikroskop eine Beleuchtungseinheit vorgesehen,
die einen Beleuchtungsstrahlengang erzeugt, der durch das Hauptobjektiv
des Mikroskops geführt ist.
Vorteil dieser gemeinsamen Nutzung des Hauptobjektivs für den Beleuchtungs-
und Beobachtungsstrahlengang ist, dass bei einer Veränderung
der Brennweite des Hauptobjektivs keine separate Anpassung des Leuchtfeldes
zu dem sich ändernden Sehfeld
notwendig ist. Andererseits beansprucht die zwischen dem Hauptobjektiv
und der besagten ersten Ebe ne unterzubringende Beleuchtungseinheit Raum,
der insgesamt die Bauhöhe
des Mikroskops vergrößert. Der
Abstand zwischen Hauptobjektiv und erstem Umlenkelement, das den
Beobachtungsstrahlengang in die erste Ebene umlenkt, sollte aber auch
aus optischen Gründen,
beispielsweise wegen Vignettierung und Reflexen, möglichst
klein gehalten werden.
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Ein
bezüglich
der Anordnung der Beleuchtungseinheit im Mikroskop ähnlicher
Aufbau eines Stereomikroskops ist aus der
US 2001/0010592 A1 bekannt.
Bei dem dort beschriebenen Aufbau ist durch Anschluß eines
Assistentenmikroskops eine Objektbetrachtung durch insgesamt drei
Beobachter möglich.
Auch hier soll ein Mikroskopaufbau möglichst geringer vertikaler
Höhe realisiert
werden. Die Beleuchtungseinheit befindet sich hier auf der Höhe des Hauptobjektivs
und neben diesem, unterhalb einer ersten Ebene, in der der Beobachtungsstrahlengang
nach seiner ersten Umlenkung durch ein erstes Umlenkelement hinter
dem Hauptobjektiv des Mikroskops verläuft.
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Die
DE 199 60 583 A1 ,
offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konfokalmikroskopie. Gezeigt
ist dort ein Abbildungssystem für
die Konfokalmikroskopie mit zwei Lichtquellen zur Beleuchtung einer
Probe, wobei Bereiche der Probe über
ein ein Objektiv aufweisendes Abbildungssystem auf einen Detektor
abgebildet werden. Licht der zweiten Lichtquelle wird über ein
Mikrospiegelarray auf die Probe gelenkt. Hierzu sind die Mikrospiegel
in eine Beleuchtungsposition zu bringen. Das von der Probe ausgesandte
Licht gelangt über
Mikrospiegel, die in einer Detektionsposition sind, auf den Detektor.
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Die
DE 697 30 030 T2 offenbart
ein konfokales Spektroskopiesystem. Hier wird über ein Mikrospiegelarray das
Objekt beleuchtet und emittiertes Detektionslicht zurück zu dem
Analysatormittel reflektiert.
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Die
DE 101 16 723 C1 offenbart
in allgemeiner Art den Aufbau und die Funktionsweise sowie Einsatzgebiete
von Mikrospiegelarrays. In dieser Schrift ist beispielsweise offenbart,
dass solche Arrays in der Lage sind, beliebige optische Korrekturen zu
realisieren.
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Die
DE 102 44 431 A1 betrifft
ein Fluoreszenzmikroskopsystem, bei dem ein Mikrospiegelarray eingesetzt
wird.
2 dieser Druckschrift zeigt zwei typische Einstellwinkel
der Mikrospiegel des Mikrospiegelarrays. Es wird zwischen einem "Ein"- und "Aus"-Steuerzustand unterschieden.
Mikrospiegel im "Ein"-Steuerzustand führen die
reflektierten Lichtstrahlen zu einem Feldblenden- und Projektionssystem,
während
Mikrospiegel im "Aus"-Steuerzustand die
Beleuchtungsstrahlen entlang einer optischen Evakuierungsachse reflektieren.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist, bei Mikroskopen der eingangs genannten
Art die Bauhöhe und/oder
die Anzahl der Komponenten weiter zu reduzieren, um hierdurch insbesondere
auch Verbesserungen der Optik zu realisieren.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Mikroskop gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden
Beschreibung.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Mikroskop
ist mindestens eines der Umlenkelemente zur Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs
als Mikrospiegel-Array mit individuell ansteuerbaren und einstellbaren
Mikrospiegeln ausgeführt,
wobei das Mikrospiegel-Array derart einstellbar ist, dass zusätzlich zum
Beobachtungsstrahlengang auch der Beleuchtungsstrahlen gang über dieses
Umlenkelement verläuft.
Das Umlenkelement erhält
somit eine Mehrfunktionalität,
die darin besteht, dass dieses Element sowohl eine Umlenkung des
Beobachtungsstrahlengangs in gewünschter
Weise gewährleistet,
als auch gleichzeitig eine Einspiegelung des Beleuchtungsstrahlengangs
gestattet.
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Hierdurch
werden mehrere vorteilhafte Effekte erzielt: Zum einen kann ein
in der Regel vorhandener Umlenkspiegel in der Beleuchtungseinheit
entfallen, der den Beleuchtungsstrahlengang in Richtung Objektebene
oder – falls
der Beleuchtungsstrahlengang durch das Hauptobjektiv geführt wird – zunächst in
Richtung Hauptobjektiv lenkt. Insbesondere muß aber die Beleuchtungseinheit
nunmehr nicht zwischen Hauptobjektiv und dem ersten Umlenkelement
für den
Beobachtungsstrahlengang angeordnet werden, sondern es ist möglich, die
Beleuchtungseinheit in einer der eingangs genannten Mikroskopebenen
anzuordnen, insbesondere in die erste Ebene, in der der Beobachtungsstrahlengang
nach erstmaligem Umlenken durch das Umlenkelement hinter dem Hauptobjektiv
verläuft.
Die Erfindung erlaubt weiterhin eine flexible Anordnung einer oder
auch mehrerer Beleuchtungseinheiten.
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Mikrospiegel-Arrays
als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie bestehen
in der Regel aus einer zweidimensionalen Anordnung einzelner Mikrospiegel,
die einzeln oder geeignet kombiniert in ihrer Position einstellbar
sind. Hierbei sind die Mikrospiegel mit einem feststehenden Trägerelement verbunden.
Durch entsprechende Einstellung der Mikrospiegel kann bei feststehendem
Trägerelement eine
Strahlumlenkung realisiert werden, die folglich nur geringen Platzbedarf
benötigt.
Die fehlende Notwendigkeit einer Verschwenkung des Träger- oder Umlenkelements
trägt weiterhin
zur geringen Bauhöhe
des Mikroskops bei. Insbesondere ist die Bauhöhe durch die bereits erwähnte neue
Art der An ordnung der Beleuchtungseinheit verringert. Da hierdurch auch
der Abstand zwischen Hauptobjektiv und erstem Umlenkelement verringert
werden kann, insbesondere wenn der Beleuchtungsstrahlengang durch das
Hauptobjektiv geführt
wird, können
Vignettierung und Reflexe vermindert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays
derart einstellbar, dass mindestens zwei unterschiedliche Ablenkwinkel
der Mikrospiegel für
Beleuchtung- und Beobachtungsstrahlengang einstellbar sind. Das
Mikrospiegel-Array wirkt im mikroskopischen Bereich als geometrischer
Strahlenteiler und im makroskopischen Bereich als physikalischer
Strahlenteiler. Da die Mikrospiegel relativ zu einander verschiedene Winkelstellungen
einnehmen können,
können
mit einem einzigen Umlenkelement, das als Mikrospiegel-Array ausgeführt ist,
gleichzeitig zwei unterschiedliche Ablenkwinkel realisiert werden.
Durch die Verstellbarkeit der Mikrospiegel ist insbesondere eine
flexible Wahl der Ablenkwinkel möglich.
Insbesondere können
auch zwei oder mehr Beleuchtungsstrahlengänge, beispielsweise von jeweils
unterschiedlichen Beleuchtungseinheiten, auf das als Mikrospiegel-Array
ausgebildete Umlenkelement gerichtet und durch entsprechende Umlenkung
durch das Hauptobjektiv des Mikroskops und von dort auf das Objekt
oder direkt auf das Objekt geführt
werden. Somit können
beispielsweise zwei unterschiedliche Beleuchtungen, wie Weißlicht und
UV-Licht, unter verschiedenen Winkeln in platzsparender Weise auf das
Objekt gelenkt werden.
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Mit
der Erfindung ist eine Strahlenganganordnung möglich, bei der sich Beobachtungsstrahlengang
und Beleuchtungsstrahlengang fallweise überlappen können. Hierzu werden in gleichmäßiger Durchmischung über den
gewünschten
Reflexionsbereich die Mikrospiegel sowohl mit dem einen als auch
mit dem anderen Winkel für
den Beobachtungs- bzw. Beleuch tungsstrahlengang eingestellt. Obwohl hier
im Mikrobereich eine geometrische Strahlenteilung erfolgt, wirkt
das gesamte Array im makroskopischen Bereich wie ein physikalischer
Strahlenteiler, allerdings zusätzlich
mit mindestens zwei unterschiedlichen Ablenkungen. Auf diese Weise
kann eine Beleuchtungseinkopplung direkt in den Beobachtungsstrahlengang
erfolgen, ohne eine Vignettierung zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß ist die
Beleuchtungseinheit in einer Ebene zusammen mit einer Mikroskopkomponente,
insbesondere einem Zoomsystem des Mikroskops, angeordnet, wobei
der Hauptstrahl des durch das Hauptobjektiv verlaufenden Beobachtungsstrahlengangs
oder die optische Achse des Hauptobjektivs auf diese Ebene im wesentlichen senkrecht
steht. Bei dieser Ausführungsform
kann die Beleuchtungseinheit insbesondere in einer der eingangs
im Zusammenhang mit der
DE
103 25 575 A1 erwähnten
Ebenen (erste oder zweite Ebene) angeordnet werden, wobei die Beleuchtungseinheit dann
benachbart zu einer anderen Mikroskopkomponente, wie ein Zoomsystem,
ein Vergrößerungswechsler
oder ein Zwischenabbildungssystem oder andere optische Komponenten,
angeordnet ist. „Benachbart" heißt in diesem
Kontext eine Anordnung in einer im wesentlichen horizontalen Ebene
benachbart zu besagter Mikroskopkomponente, so dass diese Ebene
die Mikroskopkomponente und die Beleuchtungseinheit im wesentlichen
enthält
oder beide schneidet. Bei einer solchen Anordnung wird eine deutliche
Bauhöhenreduzierung
(in vertikaler Richtung) erreicht und das Mikroskop kompakter gestaltet.
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Insbesondere
ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn das erste Umlenkelement
des Mikroskops hinter dem Hauptobjektiv als Mikrospiegel-Array ausgeführt ist.
Dann kann die Beleuchtungseinheit in der ersten Ebene angeordnet werden, in
der der Beobachtungsstrahlengang nach seiner ersten Umlenkung verläuft.
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Durch
den erfindungsgemäßen Einsatz
eines Mikrospiegel-Arrays
als Umlenkspiegel zusätzlich
für den
Beleuchtungsstrahlengang kann das durch den Beleuchtungsstrahlengang
im Objektfeld erzeugte Leuchtfeld in seiner Lage gezielt verändert und
somit an das Sehfeld angepaßt,
beispielsweise zum Sehfeld zentriert, werden. Weiterhin kann mit
einem Mikrospiegel-Array eine beliebige Geometrie des Leuchtfelds,
also ein beliebiges Leuchtfeldmuster, durch entsprechende Ansteuerung
des Spiegel-Arrays erzeugt werden, wobei sich die erzeugten Leuchtfeldgeometrien
zudem zeitlich variieren lassen. Beispielsweise kann anstelle eines
runden Leuchtfeldes ein spaltförmiges
Leuchtfeld projiziert werden. Weiterhin läßt sich der Durchmesser von runden
oder ringförmigen
Leuchtfeldern verändern. Es
lassen sich auch Streifen- oder
Gittermuster zur Darstellung der Topographie eines Objektes auf
dem Objektfeld generieren. Zur Vermeidung von Reflexen lassen sich
beispielsweise auch mondphasenförmige Muster
erstellen. Somit bietet der Einsatz eines Mikrospiegel-Arrays vielfältige Möglichkeiten
der Anpassung der Beleuchtung an ein gewünschtes Sehfeld bei einer mikroskopischen
Untersuchung. Die bisher übliche
Einstellung des Leuchtfelds über
eine Leuchtfeldblende führte
zudem zu einem Lichtverlust, welcher bei Verwendung eines Mikrospiegel-Arrays
nicht auftritt, da dieses alles zur Verfügung stehende Licht verwenden,
d.h. zur Erzeugung einer gewünschten
Leuchtfeldgeometrie reflektieren kann.
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Die
Generierung zeitlich variierender Leuchtfeldgeometrien, z.B. die
Generierung eines gepulsten Leuchtfeldmusters, auch im Sinne einer
stroboskopischen Beleuchtung, kann zur Reduzierung der Lichtmenge
im Leuchtfeld aus Gründen
des Schutzes des zu untersuchenden Objektes (Zellen, Gewebe, Auge)
sinnvoll sein.
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Eine
weitere Möglichkeit
beim Einsatz eines Mikrospiegel-Arrays
als Umlenkspiegel für
den Beleuchtungsstrahlengang besteht in der räumlichen Variation der Lichtintensität des Leuchtfeldes.
Hierdurch kann z.B. eine mittenbetonte, beispielsweise glockenförmige Verteilung
der Leuchtfeldintensität
in der Objektebene in einfacher Weise und unabhängig von der Abstrahlcharakteristik
der Lichtquelle hergestellt werden. Hierdurch können interessierende Objektbereiche
stärker
beleuchtet werden, während
periphere Bereiche einer geringeren Beleuchtung (und damit Belastung)
ausgesetzt sind.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Mikrospiegel
des Mikrospiegel-Arrays derart einstellbar, dass neben den Umlenkkomponenten
für den
Beleuchtungsstrahlengang und für den
Beobachtungsstrahlengang zusätzlich
optisch korrigierende Komponenten der Mikrospiegelorientierung vorhanden
sind. In den entsprechenden für die
Beobachtung und/oder für
die Beleuchtung vorgesehenen Bereichen des Mikrospiegel-Arrays läßt sich
zusätzlich
zur Umlenkungskomponente im Sinne einer adaptiven Optik ein optisch
korrigierender Anteil überlagern.
Es ist insbesondere sinnvoll, diesen zusätzlichen optisch korrigierenden
Anteil in Abhängigkeit
von der Vergrößerungsstellung
eines Mikroskopzooms und in Abhängigkeit
von der Brennweite des Hauptobjektivs zu steuern. Somit lassen sich
optische Abbildungsfehler, die von der Zoomstellung oder der Brennweite
des Hauptobjektivs abhängen,
durch einen optisch korrigierenden Anteil im Mikrospiegel-Array
korrigieren.
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Ein
bedeutender Vorteil ergibt sich hierdurch für Mikroskope, bei denen die
Beleuchtung durch das Hauptobjektiv ge führt wird. Im Sinne einer adaptiven Optik
lassen sich nämlich
in Abhängigkeit
von der Brennweite des Hauptobjektivs z.B. entstehende Randunschärfen des
Leuchtfeldes mit einem Mikrospiegel-Array korrigieren, ohne eine
Linse in der Beleuchtungsoptik verschieben zu müssen. Hierzu können die
Mikrospiegel im Bereich für
die Beleuchtung derart verstellt werden, dass das Mikrospiegel-Array zusätzlich eine
sphärische
Komponente aufweist. Hierdurch kann das optische System deutlich
vereinfacht werden, da keine komplexen hochkorrigierten Abbildungssysteme
erforderlich sind.
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Bei
Verwendung eines Mikroskops mit einem Hauptobjektiv variabler Brennweite,
wie es üblicherweise
in Operationsmikroskopen für
die Neurochirurgie vorhanden ist, ist es im Rahmen vorliegender
Erfindung vorteilhaft, wenn die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays
im Bereich für
die Beleuchtung derart ansteuerbar sind, dass das durch den Beleuchtungsstrahlengang
auf dem Objekt erzeugte Leuchtfeld in Abhängigkeit von der eingestellten
Brennweite des Hauptobjektivs veränderbar ist. Die Veränderbarkeit des
Leuchtfelds bezieht sich dabei insbesondere auf die Form, Größe, Lage
und/oder Lichtintensität
des Leuchtfelds. Je nach eingestellter Brennweite des Hauptobjektivs
kann somit die notwendige Nachführung
der Lage und Größe des Leuchtfelds
(größere Brennweiten
oder Arbeitsabstände
führen
ohne Korrektur zu größeren Leuchtfelddurchmessern
schwächerer
Helligkeit) zur Anpassung an das Sehfeld insbesondere bei Mikroskopen
erfolgen, bei denen die Beleuchtung separat neben dem Hauptobjektiv über einen
Spiegel auf das Objekt gelenkt wird.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich für
Mikroskope, insbesondere Stereo- und/oder Operationsmikroskope,
die mit einem Zoomsystem zur variablen Vergrößerung des Objektbildes ausgestattet
sind. Auch hier ist es zweckmäßig, wenn
die Mi krospiegel des Mikrospiegel-Arrays derart ansteuerbar sind,
dass das durch den Beleuchtungsstrahlengang im Objektfeld erzeugte
Leuchtfeld in Abhängigkeit
von der eingestellten Zoomvergrößerung veränderbar
ist. Durch die Veränderung
des Leuchtfelddurchmessers in Abhängigkeit von der Zoomeinstellung
kann das Leuchtfeld beim Zoomvorgang immer dem Sehfeld angepaßt werden.
Mit wachsender Zoomvergrößerung wird
nämlich
das Sehfeld kleiner, also muss auch der Leuchtfelddurchmesser verkleinert
werden. Dies führt
zu einer Helligkeitszunahme im Objektfeld bei Verwendung eines Mikrospiegel-Arrays.
Da aber gleichzeitig die wachsende Zoomvergrößerung zu einer Abnahme der
Helligkeit (im Okular) führt,
können sich
beide Effekte kompensieren. Hiermit läßt sich also eine Konstanz
in der Helligkeit für
den Beobachter und/oder für
die Dokumentation (mittels nachgeschalteter Kamera) erreichen. Dies
erlaubt ein ermüdungsfreies
Arbeiten für
den Beobachter bzw. eine gute Vergleichbarkeit dokumentierter Vorgänge.
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Anhang
der folgenden Ausführungsbeispiele sollen
die Erfindung und ihre Vorteile unter Verwendung der beigefügten Figuren
näher erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1 die
schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten
Mikroskopaufbaus,
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2 ein
Umlenkelement gemäß der Erfindung
in seitlichem Schnitt in schematischer Darstellung mit den zugehörigen Beleuchtungs-
und Beobachtungsstrahlengängen,
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3 die
Anordnung einer Mikroskopkomponente und der Beleuchtungseinheit
des Mikroskops in einer gemeinsamen Ebene mit einer typischen Flächen- und
damit Winkelverteilung von Mikrospiegeln im Mikrospiegel-Array und
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4 eine
typische Flächen-
und damit Winkelverteilung von Mikrospiegeln im Mikrospiegel-Array
bei zwei Beleuchtungseinheiten.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
eines Stereomikroskops gemäß
DE 103 25 575 A1 ,
die im folgenden kurz erläutert
werden soll. Mittels des Mikroskops
100 soll beispielsweise
ein neurologisches Objekt
1 beobachtet werden. Eine Beleuchtungseinrichtung,
welche das Objekt
1 entlang einer Beleuchtungsachse (Hauptstrahl
des Beleuchtungsstrahlengangs)
4a beleuchtet, ist insgesamt
mit
4 bezeichnet. Allgemein enthält eine Beleuchtungseinheit
für ein Mikroskop
in der Regel eine oder mehrere der folgenden Komponenten: eine Lichtquelle,
wie eine Glüh- oder
Halogenlampe, eine Quecksilberdampf-, Xenon- oder LED-Lampe, wobei
auch Licht über
einen Lichtwellenleiter (Faserlichtleiter) in die Beleuchtungseinheit
eingekoppelt werden kann, und wobei es sich bei den Lichtquellen
um kohärente
oder inkohärente
Strahlungsquellen handeln kann, eine Leuchtfeldblende (Irisblende)
zur Einstellung eines gewünschten
Leuchtfeld-Durchmessers
auf dem Objektfeld sowie eine Linsengruppe zur Abbildung der Leuchtfeldblende
in die gewünschte
Objektebene. Diese Abbildung wird durch das Hauptobjektiv des Mikroskops
vorgenommen, wenn die Beleuchtung durch dieses Hauptobjektiv geführt wird.
Weiterhin kann ein Beleuchtungszoom in der Beleuchtungseinheit vorgesehen
sein. Die Helligkeit läßt sich
bei einer Beleuchtungseinheit optomechanisch beispielsweise mittels
einer in der Beleuchtungsapertur angeordneten Irisblende oder mittels
eines Beleuchtungszooms beeinflussen, wobei das Beleuchtungszoom
sowohl den Durchmesser des Leuchtfelds als auch die Beleuchtungsapertur
beeinflusst.
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Das
Objekt 1 wird über
ein Hauptobjektiv 2 in das Mikroskop 100 abgebildet.
Die optische Achse des Hauptobjektivs 2 oder der Hauptstrahl
des durch das Hauptobjektiv 2 definierten Beobachtungsstrahlengangs
ist mit 2a bezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
verläuft
sie im wesentlichen vertikal, wobei darauf hingewiesen sei, dass
das Mikroskop 100 und somit auch die optische Achse 2a in
allen Raumrichtungen orientierbar sein kann. Das Hauptobjektiv wird
von einem Beobachtungsstrahlengang 17a, welcher entlang
der optischen Achse 2a verläuft, durchsetzt. Der Beobachtungsstrahlengang 17a wird
anschließend über ein
Umlenkelement 5 in eine erste Mikroskopebene I umgelenkt.
Die optische Achse in dieser ersten Mikroskopebene I ist
mit 2b und der umgelenkte Strahlengang mit 17b bezeichnet.
In der ersten Mikroskopebene I sind optische Komponenten 11, 15 angeordnet,
bei denen es sich um Zwischenabbildungssysteme und/oder Vergrößerungssysteme
handeln kann. Der in der ersten Mikroskopebene I verlaufende
Beobachtungsstrahlengang 17b wird anschließend über ein
Umlenkelement 6 entlang einer Achse 2c in die
Vertikale und anschließend über ein
weiteres Umlenkelement 7 in eine zweite, im wesentlichen
horizontal und parallel zu der ersten Mikroskopebene I verlaufende
zweite Mikroskopebene II umgelenkt. Wiederum können optische Bauelemente 15, 11, 12 in
die Beobachtungsstrahlengänge 17c und 17d eingebracht
sein, wobei es sich bei diesen optischen Bauelementen 15, 11, 12 beispielsweise
um Dateneinspiegelungen, Shutter, Filter, transparente Displays,
Strahlumlenksysteme oder Bildaufrichter sowie die bereits erwähnten Zwischenabbildungs-
und/oder Vergrößerungssysteme handeln
kann. Für
die vorliegende Erfindung ist die Art und die Anordnung dieser optischen
Bauelemente nicht entscheidend, daher soll hierauf nicht näher eingegangen
werden.
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Ohne
Beschränkung
der Allgemeinheit und zur Illustration vorliegender Erfindung soll
es sich bei dem in 1 dargestellten optischen Element 11 in der
Mikroskopebene I um ein Zoomsystem handeln, das eine stufenlose
Vergrößerung erlaubt.
(In der Praxis wäre
in diesem Fall kein Assistentenmikroskop 10 vorhanden.)
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In
der optischen Achse 2d und somit im Beobachtungsstrahlengang 17d ist
in diesem Ausführungsbeispiel
ein optischer Teiler 9 zur Auskopplung des Beobachtungsstrahlengangs
zu Dokumentationszwecken vorgesehen.
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Über Umlenkelemente 8 und 14 sind
Beobachtungsstrahlengänge 17e und 17f definierbar,
die eine Einblickrichtung für
den ersten Beobachter (Hauptoperateur) entlang einer optischen Achse 2f ermöglichen.
Die sich an das Umlenkelement 14 anschließenden Binokulartuben
für den
Hauptbeobachter sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
Alternativ kann auf das Umlenkelement 8 verzichtet werden,
wodurch eine entsprechende Beobachtung für den Hauptoperateur in der
zweiten Ebene II realisierbar ist. Zur Ergänzung sei
ebenfalls darauf hingewiesen, dass mittels geeigneter Ausbildung des
Umlenkelements 8 ein variabler Einblickwinkel realisierbar
ist, wobei der Winkelbereich, über
den dieser Einblick verschwenkbar ist, mittels des Pfeils 31 veranschaulicht
ist, der sich über
die entsprechenden Einblickrichtungen 32 und 33 erstreckt.
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Der
Vollständigkeit
halber sei auch die Anordnung des Assistentenmoduls erläutert. Die
Strahlengang-Auskopplung für
einen zweiten Beobachter (Assistenten) wird mit Hilfe des Umlenkelements 7 erreicht,
welches halbdurchlässig
ausgebildet ist. Somit wird ein Teil des auf das Umlenkelement 7 auftreffenden
Beobachtungsstrahlengangs nicht abgelenkt, sondern verläuft weiter
entlang der optischen Achse 2c und trifft auf ein weiteres
Umlenkelement 20, welches in einem insgesamt mit 10 bezeichneten
Assistentenmikroskop vorgesehen ist. Dieses Umlenkelement 20 bewirkt,
dass die Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs 17c in
eine dritte Mikroskopebene III, in der der Beobachtungsstrahlengang 17g verläuft. In
der Mikroskopebene III sind zusätzliche optische Bauelemente
für den
Assistenten, insgesamt mit 16 bezeichnet, und ein zweites
Vergrößerungssystem 13 für den Assistenten
vorgesehen. Das optische Element 16 kann beispielsweise
ein Bildaufrichter sein. Ferner sind auch hier optische Elemente 11 bzw. 15 einbringbar.
Die optische Achse des Vergrößerungssystems 13 ist
mit 2g bezeichnet. Analog zur Hauptbeobachterrichtung kann
auch der Assistenteneinblick mittels eines drehbaren Umlenkelements 18 variabel
gestaltet sein. Wiederrum ist der Winkelbereich, über den
der Assistenteneinblick verdrehbar ist, mittels eines Pfeils 36 dargestellt,
der sich zwischen den entsprechenden Blickrichtungen 37 und 38 erstreckt.
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Nähere Erläuterungen
zu dem in
1 dargestellten Mikroskopaufbau
sind der
DE 103 25
575 A1 zu entnehmen, auf die hier explizit verwiesen wird.
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Bei
dem in 1 dargestellten Mikroskopaufbau ist zwischen dem
Hauptobjektiv 2 und der ersten Ebene I die Beleuchtungseinheit 4 vorgesehen,
die einen Beleuchtungsstrahlengang 4b erzeugt, der mittels
eines Umlenkelements 4c auf und durch das Hauptobjektiv 2 des
Mikroskops 100 geführt
wird. Der hierdurch von der Beleuchtungseinheit 4 beanspruchte
Raum vergrößert insgesamt
die Bauhöhe
des Mikroskops und ist auch aus optischen Gründen, wegen möglicher
Vignettierung und Reflexen, nachteilig.
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Erfindungsgemäß wird in
der dargestellten Ausführungsform
eines Mikroskops 100 das Umlenkelement 5 als Mikrospiegel- Array 5 mit
individuell ansteuerbaren und einstellbaren Mikrospiegeln 50 ausgeführt, wobei
das Mikrospiegel-Array 5' derart
einstellbar ist, dass zusätzlich
zu dem Beobachtungsstrahlengang 17a, 17b auch
der Beleuchtungsstrahlengang 4b, 4a über dieses
Umlenkelement 5' verläuft. In
diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass je nach gewünschter
Anordnung der Beleuchtungseinheit 4 innerhalb des Mikroskops 100 auch
andere Umlenkelemente, wie beispielsweise die Umlenkelemente 6 oder 7,
alternativ oder zusätzlich
als Mikrospiegel-Arrays ausgebildet sein können. Der Einfachheit halber
soll im vorliegenden Ausführungsbeispiel
lediglich das Umlenkelement 5' als Mikrospiegel-Array ausgebildet
sein.
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2 zeigt
schematisch das Umlenkelement 5', das als Mikrospiegel-Array ausgeführt ist und
ein Trägerelement 51 und
darauf angebrachte und gelagerte Mikrospiegel 50 aufweist.
Dargestellt ist ein seitlicher Schnitt durch das Umlenkelement 5', wie er dem
Umlenkelement 5 aus 1 entspricht. Dargestellt
sind weiterhin der Beobachtungsstrahlengang 17a, wie er
vom Hauptobjektiv 2 des Mikroskops 100 kommt (vergleiche 1),
sowie der Beobachtungsstrahlengang 17b nach Umlenkung am
Umlenkelement 5. Dargestellt ist weiterhin der Beleuchtungsstrahlengang 4b,
wie er von der Beleuchtungseinheit 4 erzeugt wird (vergleiche 1),
sowie der Beleuchtungsstrahlengang 4a nach Umlenkung am Umlenkelement 5'.
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Die
Mikrospiegel 50 sind einzeln oder geeignet kombiniert in
ihrer Orientierung einstellbar. Bei der in 2 dargestellten
Orientierung der Mikrospiegel 50 zueinander ergeben sich
die dargestellten Strahlengänge
und somit gleichzeitig zwei unterschiedliche Ablenkwinkel. Es ist
für den
Fachmann ersichtlich, dass durch entsprechende Orientierung der
Mikrospiegel 50 auch drei oder mehr Ablenkwin kel prinzipiell
realisiert werden können.
Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass der in 2 dargestellte
Strahlengang 4b für
den Beleuchtungsstrahlengang in aber auch außerhalb der Zeichenebene liegen
kann. Hierzu sind die entsprechenden Mikrospiegel 50 geeignet
zu orientieren und zwar beispielsweise derart, dass ein auf die
Zeichenebene zulaufender Beleuchtungsstrahlengang 4b nach
Umlenkung als Beleuchtungsstrahlengang 4a in der Zeichenebene (in
Richtung Hauptobjektiv 2) verläuft. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Umlenkelements 5' als
Mikrospiegel-Array erlaubt somit eine sehr flexible Anordnung einer
Beleuchtungseinheit 4 in einem in 1 dargestellten
Mikroskop 100.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf die Ebene I aus 1. Dargestellt
ist beispielsweise ein Zoomsystem 11 (oder eine andere
optische Komponente) und eine benachbart zu diesem Zoomsystem 11 angeordnete
Beleuchtungseinheit 4, so dass Beleuchtungseinheit 4 und
Zoomsystem 11 im wesentlichen in einer gemeinsamen (horizontalen)
Ebene I liegen. Der zum Umlenkelement 5' gerichtete
Beleuchtungsstrahlengang ist wiederum mit 4b bezeichnet, die durch
das Umlenkelement 5' umgelenkten
Beobachtungsstrahlengänge
wiederum mit 17b. Durch das Zoomsystem 11 erfolgt
eine Aufspaltung in zwei stereoskopische Kanäle. In der 1 sind
die Strahlengänge 17b von
der Seite aus dargestellt, so dass sie hintereinander zu liegen
kommen. Unterhalb des Umlenkelements 5 befindet sich das
schematisch dargestellte Hauptobjektiv 2. Wie bereits im
Zusammenhang mit 2 besprochen, kann durch geeignete
Orientierung eines Teils der Mikrospiegel 50 eine Umlenkung
des Beleuchtungsstrahlengangs 4b derart erfolgen, dass
der umgelenkte Beleuchtungsstrahlengang 4a parallel zum
Beobachtungsstrahlengang 17a und durch das Hauptobjektiv 2 und
von dort auf das Objekt 1 verläuft. Wie aus einer Zusammenschau
der 2 und 3 ersichtlich, überlappen sich
Beleuchtungsstrahlengang 17a und Beobachtungsstrahlengang 4a.
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Durch
die in 3 dargestellte Anordnung kann der Abstand zwischen
dem Hauptobjektiv 2 und dem Umlenkelement 5 bzw. 5' in einem in 1 dargestellten
Mikroskopaufbau entsprechend verkleinert werden, da nun eine Anordnung
der Beleuchtungseinheit 4 benachbart zur Mikroskopkomponente 11 (oder 15)
in der Mikroskopebene I aufgrund vorliegender Erfindung
möglich
ist.
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Es
sei der Vollständigkeit
halber darauf hingewiesen, dass bei geeigneter Anordnung oder Form des
Hauptobjektivs 2 und/oder bei geeigneter Orientierung der
Mikrospiegel 50 im Array 5' der Beleuchtungsstrahlengang 4a auch
am Hauptobjektiv 2 vorbei geleitet werden kann. Ein solcher
Aufbau wurde bereits verschiedentlich angesprochen.
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In 3 ist
weiterhin eine von der Form her typische Flächen- und damit Winkelverteilung
als Querschnitt der Beobachtungsbüschel auf dem Mikrospiegel-Array 5' (= Bereiche 53)
und als Querschnitt des Beleuchtungsbüschel auf dem Mikrospiegel-Array 5' (= Bereich 52)
dargestellt. In diesem Bereich 52 wirken die Mikrospiegel
als ein gemeinsamer Spiegel mit dem für die Einstahlrichtung der
Beleuchtung spezifischen Winkel. Die Mikrospiegel 50 in
den Bereichen 53, die für
die stereoskopische Beobachtung benutzt werden, lenken die Stahlachsen 17a in die
Achsen 17b unter einem anderen, vorzugsweise rechten Winkel
ab. Bei der dargestellten Anordnung der 3 ist die
relative Lage der auf das Objekt 1 gerichteten Beleuchtungsbüschel (Lage
und Winkelverteilung im Bereich 52) zu den vom Objekt kommenden
Beobachtungsbüscheln
(Lage und Winkelverteilung in den Bereichen 53) in einfacher
Weise variabel zu gestalten. In diesem Fall wirkt folglich das Mikrospiegel-Array 5' als geometrischer
Strahlenteiler auch im makroskopischen Bereich.
-
4 zeigt
eine zu 3 analoge Darstellung mit einer
weiteren Beleuchtungseinheit 4' und zugehörigen Beleuchtungsstrahlengang 4b'. Der Bereich 54 stellt
den Querschnitt des Beleuchtungsbüschels der Beleuchtungseinheit 4' auf dem Mikrospiegel-Array 5' dar. Wie bereits
erwähnt,
kann das Mikrospiegel-Array 5' auf diese Weise dazu verwendet
werden, zwei unterschiedliche Beleuchtungen, wie etwa Weißlicht und
UV-Licht, einzusetzen. Somit lassen sich auf platzsparende Weise
mehrere Beleuchtungseinheiten in der Ebene I plazieren,
deren Beleuchtungsstrahlengänge
unter verschiedenen Winkeln auf das Umlenkelement 5' fallen. In
diesem Zusammenhang sei weiterhin angemerkt, dass die Beleuchtungseinheit 4 und/oder
eine weitere Beleuchtungseinheit 4' beispielsweise auch parallel zum
Beobachtungsstrahlengang 17c oder 17d (vergleiche 1)
angeordnet werden kann bzw. können,
wenn die entsprechenden Umlenkelemente 6 bzw. 7 als
Mikrospiegel-Arrays ausgebildet sind.
-
Die
Lage bzw. Orientierung der Mikrospiegel 50 im Umlenkelement 5' kann frei programmiert
werden. Somit sind beliebige Formen und Überlappungen von Beleuchtungs-
und Beobachtungsstrahlen möglich
und den jeweiligen optischen Systembedingungen, auch zeitlich variabel,
anpaßbar.
Insbesondere ist eine solche Anpassung in Abhängigkeit von der jeweiligen
Stellung des Zoomsystems 11 möglich.
-
- 1
- Objekt
- 2
- Hauptobjektiv
- 2a
- optische
Achse des Hauptobjektivs
- 2b–2g
- optische
Achsen
- 4,
4'
- Beleuchtungseinrichtung
- 4a
- Beleuchtungsachse,
Beleuchtungsstrahlengang
- 4b,
4b'
- Beleuchtungsstrahlengang
- 4c
- Umlenkelement
- 5
- Umlenkelement
-
-
- 5'
- Mikrospiegel-Array,
Umlenkelement
- 6
- Umlenkelement
- 7
- Umlenkelement
- 8
- Umlenkelement
- 9
- optischer
Teiler
- 10
- Assistentenmikroskop
- 11
- optische
Komponente, Zoomsystem
- 12
- optische
Komponente
- 13
- Vergrößerungssystem
- 14
- Umlenkelement
- 15
- optische
Komponente
- 16
- optisches
Bauelement
- 17a–17g
- Beobachtungsstrahlengänge
- 18
- Umlenkelement
- 20
- Umlenkelement
- 31
- Winkelbereichspfeil
- 32,
33
- Einblickrichtungen
- 36
- Winkelbereichspfeil
- 37,
38
- Blickrichtungen
- 50
- Mikrospiegel
- 51
- Trägerelement
- 52
- Mikrospiegelbereich
für Beleuchtung
- 53
- Mikrospiegelbereich
für Beobachtung
- 54
- Mikrospiegelbereich
für Beleuchtung
- 100
- Mikroskop
- I
- erste
Mikroskopebene
- II
- zweite
Mikroskopebene
- III
- dritte
Mikroskopebene