DE102006036300A1

DE102006036300A1 - Stereomikroskop

Info

Publication number: DE102006036300A1
Application number: DE102006036300A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Zimmer; Ruedi Rottermann; Harald Dr.rer.nat. Schnitzler
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: US7605975B2; CN1975504B; CN1975504A; US20090086313A1; JP2007065651A; JP5066349B2; US20070047073A1; US7751120B2; DE102006036300B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stereomikroskop (60) vom Teleskop-Typ mit einem ersten Strahlengang (60R) und einem zweiten Strahlengang (60L), wobei im ersten Strahlengang (60R) ein erstes Fernrohrsystem (3R) und im zweiten Strahlengang (60L) ein zweites Fernrohrsystem (3L) angeordnet ist, wobei die Vergrößerungen beider Fernrohrsysteme (3R, 3L) gleich sind und synchron zueinander veränderbar sind und wobei beiden Strahlengängen (60R, 60L) ein gemeinsames Hauptobjektiv (2) zugeordnet ist. Zur Erhöhung der Auflösung ohne Einbuße an Schärfentiefe wird vorgeschlagen, dass mindestens ein optisches Element (31R, 35R) des ersten Fernrohrsystems (3R) im Vergleich zu mindestens einem entsprechenden optischen Element (31L, 35L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) einen anderen optisch wirksamen Durchmesser aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stereomikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Stereomikroskop kann nach Greenough mit jeweils einem Objektiv pro Stereokanal oder als Teleskop-Typ mit einem für beide Stereokanäle gemeinsamen Hauptobjektiv ausgebildet sein. Das Stereomikroskop ist lösbar mit einem Fokusarm verbunden oder in diesen integriert.
Stereomikroskope dienen dazu, Objekte unter visueller Beobachtung zu manipulieren und/oder feine Objektdetails sichtbar zu machen. Die Objektmanipulation erfolgt vorzugsweise bei schwacher Vergrößerung und erfordert eine gute 3D- Wiedergabe. Zur Detailerkennung ist eine schnelle Umschaltung auf hohe Vergrößerungen mit hoher Auflösung ohne einen Instrumentenwechsel gewünscht.
Stereomikroskope liefern zwei Ansichten des Objekts unter verschiedenen Betrachtungswinkeln, die vom Betrachter als dreidimensionales Bild des Objekts wahrgenommen werden. Wenn der Winkel zwischen den beiden Betrachtungsrichtungen ungewohnt groß wird, erscheint das Objekt räumlich verzerrt.

Stereomikroskope vom Teleskop-Typ sind in der Literatur vielfältig beschrieben, siehe auch „Optical Designs for Stereomicroscopes", K.-P. Zimmer, in International Optical Design Conference 1998, Proceedings of SPIE, Vol. 3482, Pages 690–697 (1998). Das U.S. Patent 6,816,321 offenbart ein afokales Zoomsystem für Hochleistungsstereomikroskope, mit dem sich Zoomfaktoren z (Verhältnis von maximaler zu minimaler Zoomvergrößerung) von mehr als 15 erzielen lassen. Stereomikroskope dieser Bauart umfassen -neben optionalen Zusatzmodulen- ein Hauptobjektiv, das das Objekt nach Unendlich abbildet, zwei nachgeschaltete parallele Fernrohre zur Variation der Vergrößerung und zwei Einblickeinheiten (Binokulartuben) aus Tubuslinse, Umkehrsystem und Okular für den visuellen beidäugigen Einblick. Die Fernrohre können als Galileifernrohre für stufenweise Vergrößerungswahl oder als afokale Zoomsysteme für kontinuierliche Vergrößerungswahl ausgebildet sein. Nach dem Stand der Technik werden zwei gleiche Fernrohre symmetrisch zu einer Symmetrieebene des Geräts angeordnet, wobei die Symmetrieebene das Objekt symmetrisch in eine rechte und eine linke Hälfte teilt. Der Abstand der Fernrohrachsen wird als Stereobasis bezeichnet. Als numerische Apertur dieses Mikroskops ergibt sich der halbe Durchmesser der Eintrittspupille des Teleskops oder Fernrohrs geteilt durch die Brennweite des Hauptobjektivs.

Die numerische Apertur eines Mikroskops dieses Typs ist nach dem Stand der Technik daher begrenzt. Um die numerische Apertur zu erhöhen, ist es bekannt, die Eintrittspupillendurchmesser der Fernrohre zu vergrössern, was wegen der Anordnung der beiden Fernrohre nebeneinander eine Vergrösserung der Stereobasis und somit nachteilige voluminöse Geräteabmessungen zur Folge hat, oder die Brennweite des Hauptobjektivs zu verkürzen, wodurch der Arbeitsabstand nachteilig verringert und die Anforderung an die Leistung des Hauptobjektivs übermäßig gesteigert wird. In beiden Fällen wird der Winkel zwischen den Betrachtungsrichtungen vergrößert, wodurch eine räumliche Verzerrung entsteht oder verstärkt wird.

Aus der US-5,603,687 ist ein asymmetrisches stereo-optisches Endoskop bekannt, bei dem zwei Objektivsysteme mit unterschiedlichem Durchmesser der Eintrittspupille parallel nebeneinander angeordnet sind. Beide Objektive erzeugen über Lichtleiter Bilder des Objekts auf einer Sensorfläche. Von diesen beispielsweise CCD-Sensoren werden die Bilddaten nach digitaler Bearbeitung zu einem Monitor geleitet, d.h. sie können beispielsweise mit einem Stereomonitor räumlich wahrgenommen werden. Es wird ausgeführt, dass trotz unterschiedlicher Durchmesser der beiden endoskopischen Kanäle der Betrachter ein stereoskopisches Bild mit einer Auflösung und einer Helligkeit wahrnimmt, wie sie von dem Kanal größeren Durchmessers vorgegeben werden. Der zweite Kanal geringeren Durchmessers diene in erster Linie zur Erzeugung eines räumlichen Eindrucks.

Die Verhältnisse bei einem Stereomikroskop vom Teleskop-Typ des oben beschriebenen Aufbaus sind grundsätzlich andere als bei einem Endoskop gemäß der US 5,603,687 . Zunächst erfolgt die Betrachtung des Objekts in aller Regel (zumindest auch) direkt mit den Augen, ohne vorherige digitale Bearbeitung. Eine solche digitale Bearbeitung wird oder kann eingesetzt werden, falls zusätzlich eine Dokumentation über angeschlossene Kameras erfolgen soll. Es ist aus der genannten US-Schrift nicht ersichtlich, wie bei der dort offenbarten Anordnung ein Objekt direkt visuell betrachtet werden kann. Ferner begrenzt die Abbildung auf eine Sensorfläche (Fixfokus) die Schärfentiefe der Abbildung, da die Akkomodationsfähigkeit der Augen ausgeschaltet wird.

Die Vergrösserung eines Endoskops ist von der Objektentfernung abhängig. Bei hohen Vergrösserungen ist in der Regel der Objektabstand gering. In diesem Fall ist der Überlappungsbereich der Sehfelder der beiden nebeneinanderliegenden Objektive gering. Deshalb ist in diesem Fall das stereoskopische Sehen, das nur im Überlappungsbereich möglich ist, eingeschränkt. Bei schwachen Vergrösserungen hingegen ist die Überlappung gross, jedoch die numerische Apertur gering, was eine hohe Schärfentiefe ergibt. Daraus folgt, dass sich die Abbildungsgüte von 3D-Objekten mit dem Abstand zur Fokusebene nur langsam verringert. Dieser Umstand begünstigt die Fusion der beiden Teilbilder zu einem räumlichen Bild, insbesondere wenn die Objekttiefe geringer als die Schärfentiefe ist.

Wesentlicher Bestandteil eines Stereomikroskops der beschriebenen Art sind die Fernrohrsysteme (diskreter Vergrößerungswechsler oder kontinuierlicher Zoom) in den beiden Stereokanälen. Fernrohrsysteme sind in der Endoskopie nicht gebräuchlich. In der genannten US-Schrift ist daher eine Variation des Abbildungsmaßstabes der Abbildung nicht thematisiert.

Für stereoskopische Betrachtungen ist die Schärfentiefe bedeutsam. Im Unterschied zum oben beschriebenen Stereo-Endoskop nutzen Hochleistungsstereomikroskope vom Teleskoptyp vorteilhaft die Akkomodationsfähigkeit der Augen. Eine Vergrösserungsvariation erfolgt ohne eine Veränderung der Fokussierung des Gerätes. Es gibt im ganzen Vergrösserungsbereich keinen Unterschied im Objektausschnitt zwischen dem rechten und dem linken Teilbild. Die numerische Apertur und damit die Auflösung des Stereomikroskops ist der Vergrösserung angepasst und vermeidet leere Vergrösserungen. Bei hohen Vergrösserungen ist in solchen Anordnungen die Schärfentiefe sehr gering, in vielen Fällen geringer als die Ob jekttiefe. Die Abbildungsgüte von 3D-Objekten nimmt somit mit dem Abstand zur Fokusebene stark ab. Es kann daher nicht davon ausgegangen werden, dass die bei einem Stereo-Endoskop unter typisch schwacher Vergrösserung und hoher Schärfentiefe beobachtete Fusion der Teilbilder zu einem Raumbild übertragbar ist auf die Gegebenheiten, die bei einem Hochleistungsmikroskop insbesondere bei hohen Vergrösserungen vorliegen, wenn die stereoskopischen Kanäle aufgrund unterschiedlichen Aperturen Bilder unterschiedlicher Auflösung und Schärfentiefe liefern.

Ein weiterer, nicht zu vernachlässigender Gesichtspunkt ist derjenige der Bildhelligkeit, die aufgrund der unterschiedlichen Eintrittspupillendurchmesser der endoskopischen Kanäle bei der genannten US-Schrift unterschiedlich sind.

Hier hat die digitale Bildbearbeitung den Vorteil, dass auf dem Monitor beide Teilbilder nach entsprechender Korrektur gleich hell wiedergegeben werden können. Solche Korrekturen sind bei einer direkten visuellen Betrachtung, wie sie bei Stereomikroskopen vorliegt, nicht möglich.

Aus der US-3,655,259 ist ein somatisches Mikroskop bekannt, das wie ein Endoskop zu verwenden ist. Dieses Mikroskop ist als Stereomikroskop vom Greenough-Typ aufgebaut. Die beiden Stereokanäle stehen unter einem vorgegebenen Öffnungswinkel zueinander und besitzen jeweils eigene Objektive, die hier als Minilinsen, Stablinsen oder als Endabschnitte einer Glasfaser ausgebildet sind. Das dem somatischen Mikroskop dieser Schrift zugrundeliegende Problem liegt darin begründet, dass bei Verwendung zweier Objektive diese nicht beliebig nahe zueinander angeordnet werden können, da als Objektiv eine Linsenkombination gewählt wird und sich die Verwendung einer einzelnen Objektivlinse aufgrund der zu nehmenden sphärischen Aberrationen verbietet, insbesondere wenn bei hoher Vergrößerung gearbeitet werden soll. Ziel bei der genannten Schrift ist daher, eine Anordnung zu finden, die einen schmalen Endoskopdurchmesser bei hoher Vergrößerung ermöglicht.

Ein weiteres Stereo-Endoskop ist aus der US-4,862,873 bekannt, das zwei parallel zueinander angeordnete Kanäle aufweist, wobei jeweils einer der Kanäle für die Beleuchtung und der andere für die Beobachtung zu verwenden ist. Zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildeindrucks werden die beiden Kanäle über ein motorbetriebenes Prisma beispielsweise 30 mal pro Sekunde umgeschaltet.

Die vorliegende Erfindung geht von einer Anordnung aus, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift, DE 102 25 192 B4 , offenbart ist. Schutzgegenstand ist dort ein Objektiv für Stereomikroskope vom Teleskop-Typ sowie ein entsprechendes Stereomikroskop. Bezüglich Aufbau, Funktionsweise sowie der Zusammenhänge von Vergrößerung, Auflösungsvermögen und Vignettierung sei ausdrücklich auf die genannte Patentschrift verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stereomikroskop zu schaffen, das eine verbesserte Detailerkennung gegenüber Stereomikroskopen herkömmlicher Bauart aufweist, ohne dass dies zu einer Vergrößerung des Bauvolumens eines Stereomikroskops oder zu Beschränkungen der Nutzbarkeit des herkömmlichen Arbeitsbereichs eines Stereomikroskops führt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, die Detailerkennung zu verbessern, ohne die Schärfentiefe nachteilig zu verringern.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Stereomikroskop, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es ist von Vorteil, dass die erfindungsgemäßen Stereomikroskope einerseits bei schwachen Vergrößerungen infolge einer geringen numerischen Apertur eine große Schärfentiefe aufweisen und eine gute 3-dimensionale Wiedergabe erlauben und andererseits bei hohen Vergrößerungen eine hohe Apertur aufweisen und damit eine hohe Auflösung bieten, ohne leere Vergrößerungen, also wachsende Vergrößerungen ohne zunehmende Auflösung, zu erzeugen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz der unterschiedlichen Auflösung und Schärfentiefe aufgrund der unterschiedlichen optisch wirksamen Durchmesser der beiden stereoskopischen Kanäle oder Strahlengänge der visuelle Bildeindruck auch bei hohen Vergrösserungen nicht beeinträchtigt wird.

In einer Ausführungsform, bei der die optisch wirksamen Durchmesser beider stereoskopischen Kanäle für alle Vergrösserungen unterschiedlich sind, wird stets einerseits die höhere Schärfentiefe des kleineren der beiden Kanäle und andererseits die höhere Auflösung des grösseren der beiden Kanäle wahrgenommen. Durch eine Vergrösserung des optisch wirksamen Durchmessers des einen Kanals gegenüber dem Stand der Technik lässt sich eine Steigerung der Auflösung und damit der Detailerkennbarkeit ohne einen Nachteil in der Schärfentiefe erzielen. Dieser Vorteil wird besonders nützlich bei der Einstellung von hohen Vergrösserungen.

In einer anderen Ausführungsform, bei der die optisch wirksamen Durchmesser des kleineren stereoskopischen Kanals z. B. durch einen Linsendurchmesser begrenzt werden, können beide stereoskopischen Kanäle in einem weiten Vergrösserungsbereich schwacher Vergrösserungen mit gleichem wirksamen Durchmesser ausgeführt werden, weshalb das Stereomikroskop in dieser Einstellung wie ein herkömmliches wirkt. Erst bei hohen Vergrösserungen, bei denen der Durchmesser der Eintrittspupille des grösseren Kanals den Durchmesser der erwähnten begrenzenden Linse des kleineren Kanals überschreitet, werden die Aperturen asymmetrisch und die oben beschriebenen Effekte wirksam.

Weiter sei daraufhingewiesen, dass die Unterschiede in den Bildhelligkeiten der beider Kanäle bekanntlich dem Verhältnis der Flächen der Eintrittspupillen entsprechen. In der ersten oben erwähnten Anordnung sind die Helligkeitsunterschiede im gesamten Vergrösserungsbereich konstant, im zweiten obigen Ausführungsbeispiel treten erst bei hohen Vergrösserungen Helligkeitsunterschiede auf.

Auch die resultierenden Helligkeitsunterschiede führen über den gesamten Arbeitsbereich des Stereomikroskops nicht zu einer visuellen Beeinträchtigung. Somit können mit dem erfindungsgemäßen Stereomikroskop in Abhängigkeit von der Vergrößerung die Vorteile unterschiedlicher Kanaldurchmesser genutzt werden, ohne dass die Nachteile dieser unterschiedlichen Kanalbreiten die direkte visuelle Betrachtung des Bildes beeinträchtigen würden. Ein solches Verhalten war a priori nicht zu erwarten.

Ein erfindungsgemäßes Stereomikroskop umfasst einen ersten Strahlengang und einen zweiten Strahlengang, wobei im ersten Strahlengang ein erstes Fernrohrsystem und im zweiten Strahlengang ein zweites Fernrohrsystem angeordnet sind, wobei die Vergrößerungen beider Fernrohrsysteme gleich und synchron zueinander veränderbar sind, und wobei beiden Strahlengängen ein gemeinsames Hauptobjektiv zugeordnet ist. Mindestens ein optisches Element des ersten Fernrohrsystems besitzt im Vergleich zu mindestens einem entsprechenden optischen Element des zweiten Fernrohrsystems einen anderen optisch wirksamen Durchmesser.

Die optischen Elemente des ersten Fernrohrsystems oder des zweiten Fernrohrsystems sind Linsenelemente oder Blenden. Für wenigstens eine Vergrößerungsstellung oder einen Zoombereich – vorzugsweise bei hohen Vergrößerungen – ist bei gleicher Vergrößerung der Fernrohrsysteme der Durchmesser einer Eintrittspupille des ersten Fernrohrsystems mehr als 10%, insbesondere 10% bis 50%, größer als der Durchmesser der Eintrittspupille des zweiten Fernrohrsystems.

Das erste Fernrohrsystem hat eine optische Achse ausgebildet und das zweite Fernrohrsystem hat eine hierzu parallele optische Achse ausgebildet, wobei der Abstand der optischen Achsen der Fernrohrsysteme eine Stereobasis ergibt. Es ist vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems mit dem größeren optisch wirksamen Durchmesser größer ist als die Stereobasis. Dies erlaubt einen kompakten Aufbau trotz unterschiedlicher Durchmesser der stereoskopischen Kanäle.

Es hat sich herausgestellt, dass unterschiedliche Anordnungen des Hauptobjektivs in bezug zu den beiden Fernrohrsy stemen eines erfindungsgemäßen Stereomikroskops möglich und sinnvoll sind.

Eine erste Anordnung des Hauptobjektivs soll im folgenden als "symmetrische Anordnung" bezeichnet werden. Bei dieser Anordnung sind die Abstände der optischen Achse des Hauptobjektivs zu den beiden optischen Achsen der Fernrohrsysteme gleich groß. Diese Anordnung wird weiter unten in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 8a näher beschrieben. Sie zeigt als Vorteil, dass ein Objekt, das zentrisch zum Hauptobjektiv platziert ist, durch die beiden stereoskopischen Kanäle unter dem entgegengesetzt gleichen Winkel betrachtet wird, wodurch der Eindruck einer senkrecht von oben erfolgenden Betrachtung entsteht. Nachteilig wirkt sich jedoch der verhältnismäßig große Durchmesser des Hauptobjektivs aus, der prinzipiell höhere Kosten für ein entsprechend optisch korrigiertes Objektiv verursacht.

Eine alternative Anordnung bildet die "asymmetrische Anordnung", bei der die Abstände der optischen Achse des Hauptobjektivs zu den optischen Achsen der beiden Fernrohrsysteme unterschiedlich groß sind. Hierbei ist der Abstand der optischen Achse des Hauptobjektivs zu der optischen Achse des Fernrohrsystems mit dem größeren optisch wirksamen Durchmesser kleiner als der Abstand zur optischen Achse des anderen Fernrohrsystems. Diese Anordnung wird weiter unten in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 8b näher diskutiert werden. Bei dieser Anordnung kann der Durchmesser des Hauptobjektivs (nur) so groß gewählt werden, wie die Summe der Durchmesser der beiden stereoskopischen Kanäle. Dies führt im Vergleich zur symmetrischen Anordnung zu einem Hauptobjektiv geringeren Durchmessers mit den hiermit verbundenen geringeren Kosten und einer höheren optischen Qualität. Einziger, in der Praxis nicht ins Gewicht fallender Nachteil ist, dass ein zum Hauptobjektiv zentrisch platziertes Objekt, z. B. eine Nadel, als geringfügig von der Seite betrachtet erscheint.

Eine weitere Anordnung, die detaillierter weiter unten in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 8c beschrieben werden wird, ist eine "zentrische Anordnung", bei der die optische Achse des Hauptobjektivs mit der optischen Achse des Fernrohrsystems mit dem größeren optisch wirksamen Durchmesser zusammenfällt. Diese Anordnung wird gewählt, wenn auf ein stereoskopisches Betrachten verzichtet werden kann, insbesondere, wenn Bilder hoher Vergrößerung und hoher Auflösung beispielsweise an eine Dokumentationsschnittstelle ausgegeben werden sollen. In diesem Zusammenhang erweist es sich als günstig, das Hauptobjektiv relativ zu den Fernrohrsystemen lateral (also senkrecht zu seiner optischen Achse) verschiebbar anzuordnen, um zwischen verschiedenen Anordnungen leicht wechseln zu können. In der Praxis erweist es sich als sinnvoll, die Fernrohrsysteme mit dem Tubus gegenüber dem ortsfesten Hauptobjektiv lateral zu verschieben, um eine Verschiebung des Objekts zu vermeiden. Lediglich der Einfachheit halber soll von einer "lateralen Verschiebbarkeit des Hauptobjektivs" gesprochen werden.

Eine laterale Verschiebbarkeit des Hauptobjektivs ist bezüglich der erwähnten unterschiedlichen Anordnungen zumindest in Richtung der Stereobasis sinnvoll. Allerdings kann auch eine laterale Verschiebbarkeit in eine andere Richtung (also nicht nur entlang der Richtung der Stereobasis, sondern beispielsweise in einer hierzu senkrechten Richtung) vorteilhaft sein, insbesondere wenn der zur Beleuchtung verwendete Beleuchtungskanal nicht mit den beiden Betrachtungskanälen (also dem ersten und zweiten Strahlengang) zusammenfällt. In der EP 1 010 030 (WO 99/13370) ist ein Stereo-Fluoreszenzmikroskop offenbart, das zusätzlich zu den beiden stereoskopischen Kanälen im Vergrösserungswechsler einen dritten Kanal ausserhalb der Stereobasis aufweist, der zur Auflichtbeleuchtung des Objekts dient. Wie dort der 2b zu entnehmen, ist eine laterale Verschiebung des Hauptobjektivs senkrecht zur Stereobasis vorteilhaft, um mit einem kleinen Objektivdurchmesser alle drei Kanäle des genannten Stereo-Fluoreszenzmikroskops zu erfassen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen entnommen werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Stereomikroskops
2 eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop – Typ nach dem Stand der Technik;
3 den Verlauf der numerischen Apertur nA für ein typisches Hochleistungsstereomikroskop als Funktion der Vergrößerung;
4 den Verlauf der Schärfentiefe T für das oben beschriebene Hochleistungsstereomikroskop als Funktion der Vergrößerung;
5 schematisch den optischen Aufbau einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
6 den Verlauf der numerischen Apertur nA als Funktion der Vergrößerung;
7 den Verlauf der Schärfentiefe T als Funktion der Vergrößerung;
8a eine erste Einstellmöglichkeit der Positionierung des Hauptobjektivs zum Vergrößerungswechsler ("symmetrische Anordnung");
8b die Positionierung des Hauptobjektivs derart, dass die optische Achse des Hauptobjektivs dichter an der optischen Achse des Fernrohrsystems mit dem größeren Eintrittspupillendurchmesser ist ("asymmetrische Anordnung");
8c den Sonderfall, bei dem die optische Achse des Hauptobjektivs und die optische Achse des Fernrohrsystems mit dem größeren Eintrittspupillendurchmesser zusammenfallen („zentrische Anordnung");
9 den Strahlengang des ersten Fernrohrsystems bei der maximalen Vergrößerung und
10 den Strahlengang des ersten Fernrohrsystems bei der minimalen Vergrößerung.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stereomikroskops 60 gemäß dem Stand der Technik. Das Stereomikroskop 60 umfasst eine Basis 71, an der eine Fokussäule 72 befestigt ist. An der Fokussäule 72 ist ein Fokusarm 73 verschiebbar angebracht, der über Verstellelemente 74 entlang des Doppelpfeils A-A verschoben werden kann. Das Stereomikroskop 60 besitzt einen Binokulartubus 65 und ein Zoomsystem (siehe 2). Das Zoomsystem kann über Verstellelemente 78 verstellt werden.
2 zeigt eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop – Typ nach dem Stand der Technik (vgl. DE-102 25 192 B4). Die Objektebene 1 liegt in der vorderen Brennebene des Hauptobjektivs 2. In der Objektebene liegt auch das zu untersuchende bzw. beobachtende Objekt 1a. Auf der Objektebene 1 ist das Objektzentrum 1b mit einer Senkrechten 11 markiert. Die optische Achse 11a des Objektivs 2 fällt mit der Senkrechten 11 zusammen. Im folgenden wird die Zusammenstellung des Aufbaus des optischen Systems in Richtung auf einen Benutzer zu beschrieben. Der Benutzer erfasst das Bild des Objekts 1a mit seinen Augen 52R und 52L. Dem Hauptobjektiv 2 ist eine erstes und ein zweites, jeweils baugleiches Fernrohrsystem 3R und 3L nachgeschaltet. Das erste und zweite Fernrohrsystem 3R und 3L sind symmetrisch zur Senkrechten 11 bzw. zur optischen Achse 11a angeordnet. Die Fernrohrsysteme 3R und 3L sind als afokale Zoomsysteme dargestellt. Diese Systeme sind beispielsweise in dem genannten U.S. Patent 6,816,321 (entspricht DE 102 22 041 B4 ) beschrieben.
In den Zoomsystemen sind Blenden bzw. Irisblenden 31R und 31L angeordnet. Die Durchmesser der Irisblenden 31R und 31L sind regelbar und werden auf beiden Seiten gleich einge stellt. Sie begrenzen die Durchmesser 32R und 32L der Eintrittspupillen, die je nach Zoomstellung und Blendenwahl veränderbar groß, aber auf beiden Seiten gleich sind.
Das erste und das zweite Fernrohrsystem 3R und 3L definiert jeweils eine erste und eine zweite optische Achse 33R und 33L. Der Abstand der optischen Achsen 33R und 33L wird als Stereobasis b bezeichnet. Auf der ersten und der zweiten optischen Achse 33R und 33L sind den Fernrohrsystemen 3R und 3L die erste und die zweite Einblickeinheit 4R und 4L nachgeordnet, die jeweils symmetrisch zur Senkrechten 11 angeordnet sind. Die erste und die zweite Einblickseinheit 4R und 4L umfassen baugleiche Tubuslinsen 41R und 41L, welche die Zwischenbilder 42R und 42L erzeugen, symmetrische Umkehrsysteme 43R und 43L zur Bildaufrichtung und Okulare 51R und 51L. Der Benutzer erfasst das Bild des Objekts direkt mit seinen Augen 52R und 52L. Optional können in bekannter Weise weitere Baugruppen in den Strahlengang eingebracht sein, wie z. B. Vorsatzlinsen, Filter, Polarisatoren, Auflichtbeleuchtungseinheiten, Strahlenteilersysteme zur Lichtein- und -auskopplung etc..
Die Abbildung durch ein solches Mikroskop wird durch eine schematische Darstellung der Randstrahlen 61R und 61L eines Strahlengangs, der im Beispiel vom Objektzentrum 1b ausgeht, dargestellt. Die Randstrahlen 61R und 61L kennzeichnen die beiden vom Mikroskop genutzten Licht-Kegel 62R und 62L. Wie in 2 dargestellt, erfolgt die Begrenzung des jeweiligen Licht-Kegels 62R und 62L durch die Durchmesser 32R und 32L der Eintrittspupillen, die ihrerseits durch die Irisblenden 31R und 31L bestimmt sind. Da das Objekt 1a im vorderen Brennpunkt des Objektivs 2 angeordnet ist, verlaufen die Randstrahlen zwischen dem Objektiv 2 und dem Zoom parallel. Deshalb ist es in einfacher Weise möglich, den Durchmesser 32R und 32L der Eintrittspupillen zu bestimmen. Die Randstrahlen verlassen das Zoom wieder parallel. Daher ist der Raum hinter dem Zoom vorteilhaft für optionales Zubehör. Die Tubuslinsen 41R und 41L fokussieren das Lichtbündel zu jeweils einem Punkt 42a in der Ebene der Zwischenbilder 42R und 42L. Dieser Punkt 42a befindet sich im vorderen Brennpunkt des Okulars 51R bzw. 51L und wird durch dieses nach Unendlich abgebildet, so dass er mit dem Auge 52R und 52L beobachtet werden kann. Man entnimmt der 2 ferner, dass die Winkel wR und wL unter denen der Beobachter das Objekt 1a mit dem rechten bzw. dem linken Auge 52R, 52L wahrnimmt, gleich sind.
Wie im U.S. Patent 6,816,321 ("Afocal Zoom for Use in Microscopes") und in der DE-102 25 192 B4 ("Objektiv für Stereomikroskope vom Teleskop-Typ") dargelegt, ist die Auflösung des Mikroskops näherungsweise gegeben durch: Auflösung = 3000·nA [Lp/mm], Gleichung 1wobei Lp/mm für Linienpaare pro Millimeter steht und nA die numerische Apertur bezeichnet, die sich im vorliegenden Fall aus nA = EP/(2·Brennweite des Objektivs 2) Gleichung 2ergibt, wobei EP den Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems bezeichnet.
Schließlich ist noch die Schärfentiefe T bedeutsam. Eine praxisgerechte Beziehung ist gegeben durch: T [mm] = λ/(2·nA2) + 0.34mm/(Vtot·nA) Gleichung 3mit λ = Lichtwellenlänge ca. 550E-6 mm und Vtot = Mikroskopvergrößerung inklusive Okularvergrößerung.
3 zeigt den Verlauf der numerischen Apertur nA für ein typisches Hochleistungsstereomikroskop als Funktion der Vergrößerung. Die Vergrößerung ist auf der Abszisse 40 aufgetragen. Die numerische Apertur nA ist auf der Ordinate 44 aufgetragen In diesem Beispiel sind die Brennweite des Hauptobjektivs f_O' = 80 mm, die Tubusbrennweite f'_T = 160 mm, die Stereobasis b = 24 mm und die Okularvergrößerung 10× gewählt. Die ausgezogene Linie 45 entspricht der vollen Blendenöffnung, die gestrichelte Linie 46 ergibt sich, wenn die Blendenfläche um 40% reduziert wird.
4 zeigt den Verlauf der Schärfentiefe T für das oben beschriebene Hochleistungsstereomikroskop als Funktion der Vergrößerung. Die Vergrößerung ist auf der Abszisse 68 aufgetragen. Die Schärfentiefe T ist auf der Ordinate 54 aufgetragen. Die ausgezogene Linie 67 entspricht der vollen Blendenöffnung, die gestrichelte Linie 66 ergibt sich, wenn der Blendendurchmesser wie oben angegeben verringert wird. Man erkennt aus 4, dass der Benutzer durch Verringern des Blendendurchmessers die Schärfentiefe erhöhen kann, allerdings bewirkt die Abblendung eine Abnahme der numerischen Apertur nA (3) und wegen Gleichung 1 einen Verlust an Auflösung.
Die 5 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Das Hauptobjektiv, die Stereobasis und die Einblickseinheiten sind unverändert. Optische Elemente, die mit Elementen auf 2 identisch sind, sind mit dem glei chen Bezugszeichen bezeichnet. Dargestellt ist die Stellung der höchsten Vergrößerung des Fernrohrsystems. Man erkennt, dass der Durchmesser des rechten Strahlenganges 60R größer ist als der des linken 60L, in diesem Beispiel größer als die Stereobasis b.
Die Erfindung betrifft Stereomikroskope vom Teleskop-Typ mit Fernrohrsystemen, die – wie bereits ausgeführt – als Stufenwechsler oder als Zoomsystem ausgebildet sein können. Die beiden Teleskope oder Fernrohrsysteme 3R und 3L werden erfindungsgemäß nicht mehr symmetrisch sondern verschieden, insbesondere aber mindestens mit unterschiedlichen maximalen Durchmessern der ersten Eintrittspupille 32R und der zweiten Eintrittspupille 32L ausgeführt. Vorteilhaft ist, wenn der maximale Durchmesser der Eintrittspupille 32R oder 32L des einen Fernrohrsystems 3R oder 3L um 10–50% größer als der des anderen Fernrohrsystems 3L oder 3R ist. Besondere Wirkung zeigt die Erfindung, wenn der größere der beiden Durchmesser der Eintrittspupillen 32R oder 32L größer als die Stereobasis b ist, was möglich ist, wenn der Durchmesser der Eintrittspupille 32R oder 32L des anderen Fernrohrsystems 3R oder 3L kleiner als die Stereobasis b ist.
Die Vergrößerungswechsler oder die Zoomsysteme der beiden Fernrohrsysteme 3R und 3L können, wie nachstehend erläutert, derart ausgeführt sein, dass im weiten Bereich kleiner Mikroskopvergrößerungen die Durchmesser der Eintrittspupillen 32R und 32L der beiden Fernrohrsysteme 3R oder 3L nahezu gleich sind, aber für hohe Vergrößerungen verschieden werden. Durch die ungleichen Eintrittspupillendurchmesser kann die Auflösung ohne die oben geschilderten Nachteile gesteigert werden.
Im erfindungsgemäßen Falle der ungleichen Durchmesser der Eintrittspupillen 32R und 32L erhält der Benutzer zwei Teilbilder mit unterschiedlicher Helligkeit, unterschiedlicher Auflösung und unterschiedlicher Schärfentiefe. Es hat sich unerwartet gezeigt, dass ein Helligkeitsunterschied von bis zu 50% und die Unterschiede in der Detailerkennung die visuelle Wahrnehmung und Fusion der beiden Teilbilder zu einem 3-dimensionalen Bild nicht beeinträchtigen. Im Gegenteil, überraschenderweise wird das Objekt 3-dimensional nicht nur mit der aus der höheren numerischen Apertur folgenden verbesserten Auflösung sondern auch mit der aus der geringeren Apertur folgenden größeren Schärfentiefe wahrgenommen. Der Erfindung liegt die Nutzung dieses physiologischen Phänomens für den Aufbau von Stereomikroskopen zugrunde.
Während im ersten Strahlengang 60R der Bündeldurchmesser durch den Durchmesser der Irisblende 31R bestimmt ist, erfolgt die Begrenzung des zweiten Strahlenganges 60L durch den Durchmesser der Linsenglieder 35L zwischen Objektiv 2 und Blende 31L. Dem Objektiv 2 ist ein erstes und ein zweites, nicht baugleiches Fernrohrsystem 3R und 3L nachgeschaltet. Die optischen Elemente 35R, 31R des ersten Fernrohrsystems 3R haben einen anderen Durchmesser als die optischen Elemente 35L, 31L des zweiten Fernrohrsystems 3L. Die Fernrohrsysteme 3R und 3L sind als afokale Zoomsysteme dargestellt.
Die Ausgestaltung der Fernrohrsysteme 3R und 3L (rechts und links) kann aus unterschiedlichen Bauelementen bestehen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in der Wirkstellung immer die Maßgabe der gleichen Vergrößerung gilt, d.h. die Vergrößerung der beiden Fernrohrsysteme wird übereinstimmend gemeinsam verändert.
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung des ersten und des zweiten Fernrohrsystems 3R und 3L ist, dass das erste und das zweite Fernrohrsystem 3R und 3L (rechts und links) in „gleicher Bauweise" ausgeführt sind, wobei jedoch der optisch wirksame Durchmesser mindestens eines der optischen Elemente oder eines Linsengliedes eines der beiden Fernrohrsysteme unterschiedlich zu demjenigen mindestens eines der optischen Elemente oder eines Linsengliedes des anderen Fernrohrsystems ist. Unter „optisch wirksamen Durchmesser" ist derjenige Durchmesser zu verstehen, den die zur Bilderzeugung beitragenden Strahlenbündel beim Auftreffen auf ein optisches Element 35R, 35L beschreiben, das sie durchdringen. Bei "gleicher Bauweise" der Fernrohrsysteme werden bei einem beispielhaften Aufbau eines Zoomsystems gemäß untenstehender Tabelle 1 außer für die erste Linsengruppe (Flächennummern 101 bis 105) für die übrigen drei Gruppen rechts und links gleiche Teile verwendet. Dies ist wegen der möglichen höheren Stückzahlen wirtschaftlich sinnvoll. Auch für die erste Gruppe sind alle Fertigungsparameter außer dem Durchmesser gleich (vgl. Tabelle 1).
Das erste und das zweite Fernrohrsystem 3R und 3L sind bevorzugt als afokale Zoomsysteme, insbesondere solche gemäß DE 102 22 041 B4 , für eine kontinuierliche Vergrößerungswahl ausgestaltet. Zum Aufbau und zur Funktionsweise solcher Zoomsysteme sei – zur Vermeidung von Wiederholungen – ausdrücklich auf die genannte Schrift, DE 102 22 041 B4 , verwiesen.
Es ist die Ausgestaltung des ersten und des zweiten Fernrohrsystems 3R und 3L (rechts und links) mit je einer Blende bzw. Irisblende 31L, 31R dargestellt. Dabei kann die erste Blende 31R im ersten Fernrohrsystem 3R unabhängig von der zweiten Blende 31L im zweiten Fernrohrsystem 3L betätigt werden. Es sind auch Fernrohrsysteme ohne Blende verwendbar.
In einer weiteren Ausgestaltung der Blendeneinstellung erfolgt die Betätigung der Blenden 31R, 31L in der Weise, dass in einer ersten Einstellung das Verhältnis der Blendenöffnungen zwischen dem ersten Fernrohrsystem 3R und dem zweiten Fernrohrsystem 3L eingestellt wird. In einer zweiten Einstellung werden beide Blendenöffnungen (bei unverändertem Verhältnis) gleichzeitig variiert.
Ebenso können durch das Einbringen eines Lichtfilters (z. B. Neutralgrau-Stufen- oder -Verlaufsfilter) in den Strahlengang mit dem größeren Durchmesser der Eintrittspupillen die aus den Durchmesserunterschieden resultierenden Helligkeitsunterschiede verringert oder beseitigt werden. Dabei wird das Filter 37 vorteilhaft zwischen Hauptobjektiv 2 und Fernrohrsystem 3, im Fernrohrsystem oder zwischen dem Fernrohrsystem und dem Okular angeordnet. Das Filter 37 kann manuell betätigt und entlang des in 5 dargestellten Doppelpfeils 37a in den Strahlengang eingeführt werden. Ebenso ist es möglich, dass das Filter 37 durch eine von der Vergrößerungswahl gesteuerte Betätigung in seiner Position und somit Filtereigenschaft verändert wird. Durch das Filter wird die Auflösung oder Schärfentiefe nicht beeinträchtigt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Stereomikroskop mit einem an sich bekannten Dokumentationsport 55 versehen. Durch die Anordnung eines Strahlenteilers 56 oder einer Auskoppeleinrichtung im ersten Strahlengang 60R mit dem größeren Durchmesser 32R der Eintrittspupille erreicht man die Auskopplung, Somit wird auch die hohe Auflösung der Dokumentationseinrichtung 57 zur Verfügung gestellt. Die Dokumentationseinrichtung 57 ist eine herkömmliche CCD-Kamera oder herkömmliche Sensorfläche.
Ferner kann das erste und/oder das zweite Fernrohrsystem 3R, 3L verschwenkbar um seine Längsachse ausgebildet sein, so dass der Strahlengang mit dem größeren Durchmesser der Eintrittspupillen 32R wahlweise dem rechten oder dem linken Benutzerauge 52R oder 52L zugeführt werden kann.
Die Erfindung hat einen besonderen Vorteil bei Hochleistungs-Stereomikroskopen, bei denen hohe Vergrößerungen und damit auch hohe Auflösungen gefordert sind, um eine sogenannte leere Vergrößerung (Steigerung der Vergrößerung bei gleichbleibender Auflösung, also ohne Steigerung der Detailerkennung) zu vermeiden. Das Vergrößerungsverhältnis Vmax/Vmin sollte bei den Stereomikroskopen größer als 10 sein. Zoomsysteme mit einem Zoomfaktor z > 10 sind hierzu üblich. Ab den oben beschriebenen Verhältnissen wirkt sich die Erfindung in deutlichem Maße aus.
Die 6 und 7 zeigen den Verlauf der numerischen Apertur nA und der Schärfentiefe T für ein Ausführungsbeispiel mit maximalem Durchmesser EP = 27 mm auf der rechten Seite und maximalem Durchmesser EP = 21 mm auf der linken Seite. Es sind wieder die Brennweite des Hauptobjektivs f_O' = 80 mm, die Tubusbrennweite f'_T = 160 mm, die Stereobasis b = 24 mm und die Okularvergrößerung 10× gewählt. Die ausgezogene Linie 75 in 6 ergibt sich für den Strahlengang mit dem großen Durchmesser 32R, die gestrichelte Linie 76 für den Strahlengang mit dem kleineren Durchmesser 32L. Die ausgezogene Linie 85 in 7 ergibt sich für den Strahlengang mit dem großen Durchmesser 32R, die gestrichelte Linie 86 für den Strahlengang mit dem kleineren Durchmesser 32L. Man erkennt in 6 den Gewinn an numerischer Apertur nA – und damit an Auflösung- und in 7 den Gewinn an Schärfentiefe T gegenüber dem Stand der Technik. Die Punkte B in 6 und 7 markieren den Kurvenpunkt, der erreicht werden kann, wenn nach dem Stand der Technik beide Systeme symmetrisch mit dem maximal möglichen Bündeldurchmesser 32R = 32L = Stereobasis b = 24 mm ausgeführt wären. Auch gegenüber diesem theoretischen Grenzfall ist eine Verbesserung von Auflösung und Schärfentiefe nachgewiesen.
Die 6 und 7 entsprechen einer Anordnung, bei der auf der linken Seite der Eintrittspupillendurchmesser von 21 mm durch einen Linsendurchmesser begrenzt wird. Da der Eintrittspupillendurchmesser mit abnehmender Vergrösserung kleiner wird, weisen beide stereoskopischen Kanäle in einem weiten Vergrösserungsbereich schwacher Vergrösserungen den gleichen wirksamen Durchmesser auf. Deshalb entstehen für solche Vergrösserungen keine Unterschiede in Auflösung und Schärfentiefe zwischen beiden Kanälen. Erst bei hohen Vergrösserungen, bei denen der Durchmesser der Eintrittspupille des grösseren Kanals den Durchmesser der erwähnten begrenzenden Linse des kleineren Kanals überschreitet, werden die Aperturen asymmetrisch und es entstehen zwei unterschiedliche Kurven, die den Vorteil der Erfindung bezüglich Auflösung und Schärfentiefe gegenüber dem Stand der Technik veranschaulichen.
Die Winkel wR und wL sind in der Ausführungsform nach 5 ungleich. Hier fallen die Objektivachse 11 und die Achse 50a des die Teleskope umschreibenden Zylinders 50 (siehe 8b) zusammen. Der Betrachtungswinkel wR durch den rechten Strahlengang 60R mit dem höheren Eintrittspupillendurchmesser 31R ist geringer als bei einem symmetrischen Aufbau (vgl. 8a). Als Folge hiervon erscheint ein zum Hauptobjektiv zentrisch platziertes Objekt als geringfügig von der Seite betrachtet. Dies hat in der Praxis der Betrachtung ausgedehnter Objekte keinen ins Gewicht fallenden Nachteil.
Die Daten der beiden Zoomsysteme sind der US 6,816,321 B2 (= DE 102 22 041 B4 ), Tabelle 3 entnommen. Die Daten sind in der Tabelle erweitert und die optisch wirksamen Durchmesser für den rechten und den linken Strahlengang 60R und 60L aufgelistet. Jedes Zoomsystem besteht aus vier Linsengruppen (siehe 9 und 10), deren Linsenflächen mit 101 bis 105, 106 bis 110, 111 bis 115 bzw. 116 bis 118 bezeichnet sind. Dabei handelt es sich bei den in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Werten um ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Tabelle 1:
In den Zeilen der Tabelle 1 sind von links nach rechts die Flächennummer, der Krümmungsradius, der Abstand zur nächsten Fläche, die Brechzahl n_d, die Dispersion v_d, die partiellen Teildispersion P_g,F und P_C,t und die optisch wirksamen Durchmesser der rechten und des linken Strahlen ganges bzw. der ersten und des zweiten Fernrohrsystems 3R und 3L aufgelistet. Es bedeuten n_d der Brechungsindex, v_d = (n_d – 1)/(n_F – n) die Abbezahl, P_g,F = (n_g – n_F)/(n_F – n_C) die relative Teildispersion für die Wellenlängen g und F, und P_C,t = (n_C – n_t)/(n_F – n_C) die relative Teildispersion für die Wellenlängen C und t. Ein Luftabstand ist durch eine Leerzeile bzw. keinen Eintrag bei der Materialangabe gekennzeichnet.
8 zeigt den Einfluss der Positionierung des Hauptobjektivs 2 relativ zu den Fernrohrsystemen auf die beiden Betrachtungswinkel wL und wR.
8a zeigt eine erste Einstellmöglichkeit der Positionierung des Hauptobjektivs 2. Hier sind die beiden Betrachtungsrichtungen symmetrisch zur optischen Achse 11 des Objektivs 2 angeordnet (wL = wR). Diese Stellung soll nachfolgend als "symmetrische Anordnung" bezeichnet werden. Diese ist vorteilhaft für eine koaxiale Auflichtbeleuchtung von spiegelnden Objekten. In einer solchen an sich bekannten Anordnung der Beleuchtung wird Beleuchtungslicht unterhalb der Tubuslinsen (41 in 5) in beide stereoskopischen Kanäle mittels eines Strahlenteilers eingekoppelt und durch die Kanäle und das Hauptobjektiv hindurch auf das Objekt gerichtet. Nur wenn wR und wL symmetrisch sind, kann das von einem Kanal auf das Objekt gerichtete und dort gespiegelte Licht vom jeweils anderen Kanal aufgenommen werden und das Objekt auf diese Weise beobachtet werden.
8b zeigt die Positionierung des Hauptobjektivs 2 derart, dass die optische Achse des Hauptobjektivs 2 dichter an der optischen Achse 33R des Fernrohrsystems 3R mit dem größeren Eintrittspupillendurchmesser liegt. Als Folge der in 8b gezeigten Position des Hauptobjektivs 2 besitzt dieses einen vorteilhaft kleinen Objektivdurchmesser. Hier fallen die optische Achse 11 des Hauptobjektivs 2 und die Achse 50a des die Fernrohrsysteme 3R und 3L umschreibenden Zylinders 50 zusammen. Hier ist der Betrachtungswinkel wR durch den Kanal 60R mit dem höheren Durchmesser 32R der Eintrittspupille geringer als bei dem symmetrischen Aufbau (siehe 8a) Wegen wR < wL (allgemein wR ungleich wL) soll diese Anordnung "asymmetrische Anordnung" heißen. Der kleinere Betrachtungswinkel und der kleine Durchmesser des Hauptobjektivs 2 erleichtern die Gestaltung des Hauptobjektivs 2 trotz der einseitigen Vergrößerung der numerischen Apertur. Daher ist die asymmetrische Anordnung besonders bevorzugt.
Ein Hauptobjektiv mit dem kleinen Durchmesser gemäss der „asymmetrischen Anordnung" kann auch in der „symmetrischen Anordnung" bei koaxialem Auflicht verwendet werden. Weil das Licht von der Lichtquelle bis zum Beobachter wie oben erläutert stets beide Kanäle durchläuft, ist immer der kleinere der beiden Eintrittspupillendurchmesser wirksam. Es ist daher möglich, ein Hauptobjektiv mit dem geringen Durchmesser, der sich aus der „asymmetrischen Anordnung" ergibt, in der „symmetrische Stellung" zu nutzen, ohne dass eine Vignettierung erfolgt.
8c ist der Sonderfall, in dem die optische Achse 11 des Hauptobjektivs 2 und die optische Achse 33R des Fernrohrsystems 3R mit dem größeren Eintrittspupillendurchmesser zusammenfallen. Hier ist keine stereoskopische Betrachtung vorgesehen. Der Betrachtungswinkel wird 0°. Diese Einstellung ist besonders vorteilhaft für Dokumentationen und Messaufgaben mit hoher Auflösung. Da hier nur ein stereoskopischer Kanal zur Abbildung beiträgt, ist es ebenfalls möglich, ein Hauptobjektiv mit dem geringen Durchmesser, der sich aus der „asymmetrischen Anordnung" ergibt, zu nutzen.
Ebenso kann das Hauptobjektiv 2 lateral verschiebbar ausgestaltet sein. Somit erzielt man eine veränderbare Positionierung des Hauptobjektivs 2 relativ zum Vergrößerungswechsler (bzw. zum ersten und zweiten Fernrohrsystem 3R und 3L). Die in den 8a bis 8c beschriebenen Positionen des Hauptobjektivs 2 können wahlweise eingestellt werden. Es sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass in der Praxis vorteilhaft das Fernrohrsystem mit dem Tubus gegenüber dem ortsfesten Hauptobjektiv verschoben wird, um eine Verschiebung des Objekts zu vermeiden.
9 und 10 zeigen den Strahlengang des ersten Fernrohrsystems 3R bei der maximalen Vergrößerung und bei der minimalen Vergrößerung. 9 stellt die maximale Vergrößerung dar. 10 stellt die minimale Vergrößerung dar. Das erste und das zweite Fernrohrsystem 3R und 3L ist aus einer ersten Linsengruppe 100, einer zweiten Linsengruppe 200, einer dritten Linsengruppe 300 und einer vierten Linsengruppe 400 aufgebaut (siehe obige Tabelle 1). Mit D1, D2 und D3 sind die veränderlichen Abstände zwischen den Linsengruppen 100, 200, 300 und 400 bezeichnet. Zwischen der ersten Linsengruppe 100 und der zweiten Linsengruppe 200 beträgt bei maximaler Vergrößerung der Abstand D1 = 49,35 mm. Zwischen der zweiten Linsengruppe 200 und der dritten Linsengruppe 300 beträgt bei maximaler Vergrößerung der Abstand D2 = 5,26 mm. Zwischen der dritten Linsengruppe 300 und der vierten Linsengruppe 400 beträgt bei maximaler Vergrößerung der Abstand D3 = 50,13 mm. Bei minimaler Vergrößerung setzen sich die Abstände anders zusammen. Zwischen der ersten Linsengruppe 100 und der zweiten Linsengruppe 200 liegt bei minimaler Vergrößerung der Abstand D1 von 9,02 mm vor. Zwischen der zweiten Linsengruppe 200 und der dritten Linsengruppe 300 liegt bei minimaler Vergrößerung der Abstand D2 von 88,89 mm vor. Zwischen der dritten Linsengruppe 300 und der vierten Linsengruppe 400 liegt bei minimaler Vergrößerung der Abstand D3 von 6,83 mm vor. Aus der Tabelle 1 kann man die Radien der Flächennummern der Linsengruppen entnehmen, wie sie in 9 und 10 dargestellt sind. Ebenso kann der Tabelle entnommen werden, dass die objektivseitigen Durchmesser ∅ der brechenden Elemente des ersten Fernrohrsystems 3R größer sind als die Durchmesser ∅ der brechenden Elemente des zweiten Fernrohrsystems 3L. Dargestellt sind als durchgezogene Linie die Randstahlen, die den Durchmesser der Eintrittspupille bestimmen und als gestrichelte Linie der Hauptstrahl für den maximalen Feldwinkel. Siehe dazu sowie zu den einzelnen Elementen mit ihren Bezugszeichen die Beschreibung der 1a und 1b der bereits erwähnten DE 102 22 041 B4 .
Man erkennt in 10, dass der Hauptstrahl zum Aussendurchmesser der Gruppe 100 einen deutlichen Abstand hat, während in 9 die Randstrahlen bei der gleichen Gruppe 100 dicht am Aussendurchmesser verlaufen. Es ist also offensichtlich, dass im linken Fernrohr 3L des linken Kanals der Durchmesser der Gruppe 100 verkleinert werden kann, ohne dass der Hauptstrahl dadurch blockiert würde. Dies ist die eine notwendige Bedingung dafür, dass stereoskopisches Sehen bis zum Bildrand möglich ist. Gleichzeitig ist diese Bedingung, dass der Hauptstrahl zum Bildrand im Kanal mit dem kleineren Durchmesser nicht blockiert werden darf, ein Kriterium für die Ausgestaltung eines für ein Stereomikroskop ungleicher optisch wirksamer Kanaldurchmesser geeigneten afokalen Zoomsystems. Diese Bedingung ist somit eine Anleitung für die Positionierung der Eintrittspupille bei schwachen Vergrösserungen.

1: Objektebene
1a: Objekt
1b: Objektzentrum
2: Hauptobjektiv
3R, L: Fernrohrsystem
4R, L: Einblickeinheit
11: Senkrechte
11a: optische Achse
31R, L: Irisblende, optisches Element
32R, L: Durchmesser Eintrittspupille
33R, L: optische Achse des Fernrohrsystems 3R, L
35R, L: optisches Element, Linsenglied
37: Filter
37a: Doppelpfeil
40: Abszisse
41R, L: Tubuslinse
42R, L: Zwischenglied
42a: Punkt
43R, L: Umkehrsystem
44: Ordinate
45: Linie (ausgezogen)
46: Linie (gestrichelt)
50: Zylinder
50a: Achse des Zylinders
51R, L: Okular
52R, L: Auge
54: Ordinate
55: Dokumentationsport
56: Strahlenleiter
57: Dokumentationseinrichtung
60: Stereomikroskop
60R, L: Strahlengang
61R, L: Randstrahlen
62: Lichtkegel
65: Binokulartubus
66: Linie (ausgezogen)
67: Linie (gestrichelt)
68: Abszisse
71: Basis
72: Fokussäule
73: Fokusarm
74: Verstellelemente
75: Linie (ausgezogen)
76: Linie (gestrichelt)
78: Verstellelemente
100: erste Linsengruppe
101–118: Flächennummern
200: zweite Linsengruppe
300: dritte Linsengruppe
400: vierte Linsengruppe
D1–D3: Abstände zwischen Linsengruppen
T: Schärfentiefe
nA: numerische Apertur
b: Stereobasis
B: Kurvenpunkt
R: rechts
L: links
WR, WL: Beobachtungswinkel

Claims

Stereomikroskop (60) vom Teleskop-Typ mit einem ersten Strahlengang (60R) und einem zweiten Strahlengang (60L), wobei im ersten Strahlengang (60R) ein erstes Fernrohrsystem (3R) und im zweiten Strahlengang (60L) ein zweites Fernrohrsystem (3L) angeordnet ist, wobei die Vergrößerungen beider Fernrohrsysteme (3R, 3L) gleich sind und synchron zueinander veränderbar sind, und wobei beiden Strahlengängen (60R, 60L) ein gemeinsames Hauptobjektiv (2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Element (31R, 35R) des ersten Fernrohrsystems (3R) im Vergleich zu mindestens einem entsprechenden optischen Element (31L, 35L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) einen anderen optisch wirksamen Durchmesser aufweist.
Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element ein Linsenelement (35R, 35L) oder eine Blende (31R, 31L) ist.
Stereomikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens eine Vergrößerungsstellung oder einen Vergrößerungsbereich der Fernrohrsysteme (3R, 3L) der Durchmesser (32R) einer Eintrittspupille des ersten Fernrohrsystems (3R) mehr als 10%, insbesondere 10% bis 50%, größer ist als der Durchmesser (32L) der Eintrittspupille des zweiten Fernrohrsystems (3L).
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einstellung der höchsten Vergrößerung der Fernrohrsysteme (3R, 3L) der Durchmesser (32R) der Eintrittspupille des ersten Fernrohrsystems (3R) mehr als 10% größer ist als bei dem zweiten Fernrohrsystem (3L).
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem das erste Fernrohrsystem (3R) eine optische Achse (33R) ausgebildet hat, und das zweite Fernrohrsystem (3L) eine optische Achse (33L) ausgebildet hat, wobei der Abstand der optischen Achsen (33R, 33L) der Fernrohrsysteme (3R, 3L) eine Stereobasis (b) ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (32R) der Eintrittspupille des ersten Fernrohrsystems (3R) größer ist als die Stereobasis (b).
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in dem das erste Fernrohrsystem (3R) eine optische Achse (33R) ausgebildet hat, und das zweite Fernrohrsystem (3L) eine optische Achse (33L) ausgebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der optischen Achse (11) des Hauptobjektivs (2) zu den optischen Achsen (33R, 33L) der Fernrohrsysteme (3R, 3L) gleich groß sind.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in dem das erste Fernrohrsystem (3R) eine optische Achse (33R) ausgebildet hat, und das zweite Fernrohrsystem (3L) eine optische Achse (33L) ausgebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der optischen Achse (11) des Hauptobjektivs (2) zu den optischen Achsen (33R, 33L) der Fernrohrsysteme (3R, 3L) unterschiedlich groß sind, wobei der Abstand der optischen Achse (11) des Hauptobjektivs zu der Achse (33R) des ersten Fernrohrsystems (3R), das einen größeren optisch wirksamen Durchmesser oder größeren Durchmesser der Eintrittspupille aufweist, kleiner ist als der Abstand zur Achse (33L) des zweiten Fernrohrsystems (3L).
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in dem das erste Fernrohrsystem (3R) eine optische Achse (33R) ausgebildet hat, und das zweite Fernrohrsystem (3L) eine optische Achse (33L) ausgebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (11) des Hauptobjektivs (2) mit der optischen Achse (33R) des Fernrohrsystems (3R) mit dem größeren optisch wirksamen Durchmesser bzw. größeren Eintrittspupillendurchmesser (32R) zusammenfällt.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptobjektiv (2) und die Fernrohrsysteme (3L, 3R) lateral bzw. senkrecht zur optischen Achse (11) des Hauptobjektivs (2) relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Fernrohrsystem (3R und 3L) mit je einer Blende (31R, 31L) versehen sind, wobei die Blende (31R) im ersten Fernrohrsystem (3R) unabhängig von der Blende (31L) des zweiten Fernrohrsystem (3L) veränderbar ist.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Fernrohrsystem (3R und 3L) mit je einer Blende (31R, 31L) versehen sind und die Betätigung der Blenden (31R, 31L) in der Weise erfolgt, dass in einer ersten Einstellung das Verhältnis der Blendenöffnungen zwischen dem ersten Fernrohrsystem (3R) und dem zweiten Fernrohrsystem (3L) einstellbar ist und in einer zweiten Einstellung beide Öffnungen der Blenden (31R, 31L) bei unverändertem Verhältnis der Öffnungen gleichzeitig variierbar sind.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter (37), insbesondere zur Helligkeitskorrektur, senkrecht zum Strahlengang (60R, 60L) in denjenigen Strahlengang (60R, 60L) bringbar und daraus entnehmbar ist, der den größeren optisch wirksamen Durchmesser bzw. dessen Eintrittspupille (32R, 32L) den größeren Durchmesser aufweist.
Stereomikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Filters (37) manuell erfolgt.
Stereomikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Filters (37) automatisch durch Betätigung der Vergrößerungswahl erfolgt.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlenteiler (56) oder eine Auskoppeleinrichtung im ersten Strahlengang (60R) mit dem größeren Durchmesser (32R) der Eintrittspupille angeordnet ist, so dass eine Auskopplung zu einer Dokumentationseinrichtung (57) mit hoher Auflösung zur Verfügung gestellt ist.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Fernrohrsystem (3R und 3L) um eine Längsachse verschwenkbar ausgebildet sind, so dass der Strahlengang (60R) mit dem größeren Durchmesser (32R) der Eintrittspupille wahlweise dem rechten oder dem linken Benutzerauge (52R oder 52L) zugeführt ist.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößerungsverhältnis zwischen maximaler Vergrößerung und minimaler Vergrößerung der Fernrohrsysteme (3R, 3L) größer als zehn ist.