DE102006036768B4

DE102006036768B4 - Stereomikroskop nach Greenough

Info

Publication number: DE102006036768B4
Application number: DE102006036768A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Zimmer
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: US7777941B2; JP2007079562A; JP5066350B2; DE102006036768A1; US20070047072A1

Abstract

Stereomikroskop (60) vom Greenough-Typ umfassend ein erstes monokulares Mikroskop (2R) und ein erstes Okular (5R) sowie ein zweites monokulares Mikroskop (2L) und ein zweites Okular (5L), die einen ersten Strahlengang (20R) bzw. einen zweiten Strahlengang (20L) definieren, wobei das erste und das zweite Mikroskop (2R, 2L) unter einem Konvergenzwinkel (10) zueinander angeordnet sind und jeweils ein Vergrößerungssystem (26R, 26L) zur Erzeugung übereinstimmender, synchron zueinander veränderbarer Vergrößerungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Element im ersten Mikroskop (2R) im Vergleich zum entsprechenden optischen Element im zweiten Mikroskop (2L) einen anderen optisch wirksamen Durchmesser aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stereomikroskop nach dem Greenough-Typ gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Stereomikroskop nach Greenough, ein erstes monokulares Mikroskop und ein erstes Okular sowie ein zweites monokulares Mikroskop und ein zweites Okular umfassend, die einen ersten Strahlengang bzw. einen zweiten Strahlengang definieren.
Stereomikroskope dienen dazu, einerseits Objekte unter visueller Beobachtung zu manipulieren und andererseits 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 erwünscht.
Stereomikroskope nach Greenough 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). Wie dort ausgeführt, bestehen diese Mikroskope aus zwei monokularen Mikroskopen, die zueinander geneigt sind. Nach dem Stand der Technik werden diese beiden Mikroskope symmetrisch zu einer auf der Objektebene Senkrechten ausgeführt. Greenough-Stereomikroskope liefern zwei Ansichten des Objekts unter verschiedenen Betrachtungswinkeln, die jeweils einem Auge zugeführt werden, wodurch ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Wenn der Winkel zwischen den beiden Betrachtungsrichtungen zu groß wird, erscheinen die seitlichen Ränder des Objekts unscharf.
Der als Konvergenzwinkel bezeichnete Winkel zwischen den beiden Mikroskopen ist typischerweise im Bereich von 10° bis 12°. Da die optischen Achsen der beiden Mikroskope das Objekt in einem schrägen Winkel treffen, ist ein großer Konvergenzwinkel nachteilig für die scharfe Wiedergabe der Objektränder und erschwert die Fusion der beiden Teilbilder zu einem dreidimensionalen Bild. Die numerische Apertur der einzelnen Mikroskope ist bei der herkömmlichen Bauweise durch den halben Konvergenzwinkel nach oben begrenzt, da die den Öffnungskegel begrenzenden Linsen sich nicht durchdringen können. Zwar lässt sich durch Vorsatzlinsen die numerische Apertur steigern, allerdings nur unter der Bedingung einer starken Verringerung des Arbeitsabstandes. Gleichzeitig wird dabei der objektseitige Betrachtungswinkel mit den oben beschriebenen negativen Folgen für die Wiedergabe der Objektränder vergrössert.
Aus der CH-PS 500 500 ist ein Stereomikroskop nach Greenough bekannt, das aus zwei auf einen Punkt der Objektebene gerichteten, aus Objektiv, Bildumkehrprismen oder -spiegeln und Okular zusammengesetzten Teilinstrumenten besteht. Der dort geschilderten Entwicklung liegt das Problem zugrunde, dass die Achsen der einzelnen Teilinstrumente nicht senkrecht zur Objektebene stehen, so dass nur die gemeinsame Schnittlinie der zueinander geneigten Bildebenen der beiden Teilinstrumente scharf gesehen werden können. Dies gibt zur Ermüdung der Augen Anlass. In der genannten Schrift wird daher ein zweiteiliges Objektiv für jedes der beiden Teilinstrumente vorgeschlagen, wobei der zur Objektebene gerichtete Frontteil des Objektivs mit seiner Hauptebene parallel zur Objektebene liegt, während der dahinter angeordnete Teil des Objektivs mit seiner Hauptebene (wie gewohnt) senkrecht zur Betrachtungsachse des Teilinstruments steht. Mit diesem neuen Stereomikroskop nach Grennough sollen beide Teilbilder in ihrer Gesamtheit von beiden Augen gleichzeitig scharf gesehen werden.
Aus der US-5,603,687 ist ein asymmetrisches stereo-opti- sches Endoskop bekannt, bei dem zwei Objektivsysteme mit unterschiedlichem Durchmesser der Eintrittspupille parallel nebeneinander angeordnet sind. Heide 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 unter- schiedlicher 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.
Während bei der genannten US-5,603,687 die Aufgabe zugrundeliegt, mit einem Endoskop stereoskopisches Sehen zu ermöglichen, ohne die Auflösung zu stark zu reduzieren, stellt sich vorliegend die Aufgabe, die Auflösung beim stereoskopischen Betrachten mit einem Hochleistungs-Stereomikroskop weiter zu. erhöhen.
Die Verhältnisse bei einem Stereomikroskop vom Greenough-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. Weiterhin stehen die Stereokanäle oder Mikroskope nicht parallel sondern unter dem genannten Konvergenzwinkel zueinander. 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 Akkomodationsfähigkeit des menschlichen Auges trägt erheblich zur Schärfentiefe bei, die dadurch entsteht, dass die Unschärfe außerhalb der Fokusebene bis zu einem gewissen Ausmaß unterhalb der Wahrnehmungsschwelle bleibt. Es lassen sich drei Beiträge zur Schärfentiefe feststellen: Der erste Beitrag ist in der Beugung des Lichts begründet, der zweite in der Auflösung des Empfängers (Auge oder Kamera) und der dritte Beitrag ergibt sich schließlich aus der Akkomodationsfähigkeit des menschlichen Auges. In der weiter unten angegebenen Gleichung 3 für die Schärfentiefe T sind die beiden letztgenannten Beiträge gemeinsam in dem zweiten Summenglied der Gleichung 3 berücksichtigt. Es kann gezeigt werden, dass der erste und der dritte Beitrag vergleichbare Beiträge zur Schärfentiefe liefern, die jeweils um ein Vielfaches größer sind als der zweite Beitrag zur Schärfentiefe. Durch die visuelle Betrachtung bei der Stereomikroskopie ist folglich die Schärfentiefe deutlich höher als bei einer Betrachtung beispielsweise über Sensorflächen mit nachgeschalteten Monitoren.
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 be- schriebenen Art sind Objektivwechsler zur diskreten Vergrößerungseinstellung oder Zoomsysteme (auch als Vario-Systeme ausgeführte Objektive bezeichnet) zur kontinuierlichen Vergrößerungswahl, bei synchroner Verstel1ung der Vergrößerung in den beiden Stereokanälen. Solche Vergröße- rungssysteme 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 Greenough-Typ 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 Vergösserung angepasst und vermeidet leere Vergrösserungen. Bei hohen Vergrösserungen ist in solchen Anordnungen die Schärfentiefe sehr gering, in vielen Fällen geringer als die Objekttiefe. 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- Endbskop 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 Ver- grösserungen vorliegen, wenn die stereoskopischen Kanäle aufgrund untersehiedlicher 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 zunehmenden 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stereomikroskop nach Greenough zu schaffen, das eine verbesserte Detailerkennung gegenüber Stereomikroskopen nach Greenough herkömmlicher Bauart aufweist, ohne dass dies zu einer Vergrößerung des Konvergenzwinkels und damit auch des Bauvolumens führt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Stereomikroskop nach Greenough, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Es ist von Vorteil, dass mindestens ein optisches Element im ersten Strahlengang des ersten Mikroskops im Vergleich zu mindestens einem entsprechenden optischen Element im zweiten Strahlengang des zweiten Mikroskops einen anderen optisch wirksamen Durchmesser aufweist. Unter „optisch wirksamer Durchmesser" ist derjenige Durchmesser zu verstehen, den die zur Bilderzeugung beitragenden Strahlenbündel beim Auftreffen auf ein optisches Element beschreiben, das sie durchdringen.
Es ist nun möglich, erfindungsgemäße Stereomikroskope zu schaffen, die einerseits bei schwachen Vergrößerungen infolge einer geringen numerischen Apertur eine große Schärfentiefe aufweisen und eine gute 3D-Wiedergabe erlauben und andererseits bei hohen Vergrößerungen eine hohe Apertur aufweisen und damit eine hohe Auflösung bieten, ohne leere Vergrößerungen (Zunahme der Vergrößerung ohne wachsende Detailerkennung, d.h. bei gleichbleibender Auflösung) zu er zeugen. Außerdem kann die Detailerkennung gegenüber Stereomikroskopen herkömmlicher Bauart ohne Vergrößerung des Konvergenzwinkels und damit des Bauvolumens verbessert werden.
Die optischen Elemente des ersten Mikroskops und/oder des zweiten Mikroskops sind Linsenelemente oder Blenden. Für wenigstens eine Vergrößerungsstellung oder einen Zoombereich – vorzugsweise bei hohen Vergrößerungen – des ersten und zweiten Mikroskops ist die numerische Apertur des ersten Mikroskops über 10%, insbesondere 10% bis 50%, größer als die des zweiten Mikroskops. Bei der Einstellung der maximalen Vergrößerung des ersten Mikroskops und des zweiten Mikroskops ist die numerische Apertur des ersten Mikroskops mit Vorteil über 10%, insbesondere 10% bis 50%, größer als die des zweiten Mikroskops.
Die numerische Apertur des ersten Mikroskops kann somit bei unverändertem Konvergenzwinkel größer als der Sinus des halben Konvergenzwinkels gestaltet werden, wenn die numerische Apertur des zweiten Mikroskops entsprechend kleiner als der Sinus des halben Konvergenzwinkels gewählt wird. Durch die Erfindung kann somit die bisher vorhandene Grenze des halben Konvergenzwinkels für die numerische Apertur eines Mikroskops aufgehoben werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Stereomikroskop vom Greenough-Typ gibt es verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der beiden Mikroskope bzw. der durch diese festgelegten optischen Achsen in bezug auf eine Senkrechte auf die Objektebene. Zum einen ist eine Anordnung möglich, bei der die Senkrechte den Konvergenzwinkel symmetrisch teilt, also halbiert ("symmetrische Anordnung"), zum anderen kann die Senkrechte den Konvergenzwinkel asymmetrisch teilen ("asymmetrische Anordnung").
Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine optische Achse des ersten Mikroskops und eine optische Achse des zweiten Mikroskops symmetrisch zu einer Senkrechten auf einer Objektebene angeordnet sind. Diese symmetrische Anordnung hat die Vorteile, dass die Austrittspupillen auf gleicher Höhe über dem Objekt liegen und somit der Einblick ohne seitliche Neigung des Kopfes erfolgt, wodurch eine unergonomische Kopfhaltung vermieden wird. In dieser Anordnung verbessert der Kanal mit der größeren Schärfentiefe insgesamt auch die wahrgenommene Schärfentiefe.
Bei Vergrößerung des Durchmessers eines Mikroskops mag es zunächst naheliegen, aus Platzgründen dieses Mikroskop in einem kleineren Winkel zum Lot anzuordnen und das andere Mikroskop entsprechend geneigter zum Lot anzubringen, wenn der Konvergenzwinkel unverändert bleiben soll. Der kleinere Winkel zum Lot wirkt der Randunschärfe des Mikroskops der höheren Apertur und damit geringeren Schärfentiefe entgegen, während der größere Winkel für das andere Mikroskop wegen dessen größerer Schärfentiefe tolerierbar ist. Die resultierende asymmetrische Anordnung bringt aber aufgrund des resultierenden unergonomischen Einblicks Nachteile.
Ebenso kann der Gedanke naheliegen, das Mikroskop größeren Durchmessers unter größerem Winkel zum Lot anzuordnen und das andere Mikroskop entsprechend näher ans Lot zu rücken, so dass die jeweiligen, dem Objekt zugewandten Linsengruppen der beiden Mikroskope sich auf dem Lot (nahezu) berühren. Diese ebenfalls asymmetrische Anordnung ist nachteilig, da der größere Winkel zum Lot die Randunschärfe des Mikroskops der höheren Apertur begünstigt. Außerdem wirkt sich die geringere Schärfentiefe dieses Mikroskops aufgrund des größeren Winkels nachteilig aus. Schließlich bleibt der Nachteil des unergonomischen Einblicks.
Es kann dennoch zweckmäßig sein, die Einheit aus beiden Mikroskopen bei festem Konvergenzwinkel derart zu lagern, dass die Winkel zwischen den optischen Achsen der Mikroskope und dem Lot verstellbar sind. Beispielsweise kann dann die Einheit so geneigt werden, dass das Mikroskop mit dem größeren optisch wirksamen Durchmesser einen kleineren Winkel zum Lot aufweist als das andere Mikroskop. Diese Einstellung ist wegen der Abnahme der Randunschärfe vorteilhaft, insbesondere wenn das Mikroskop mit dem größeren optisch wirksamen Durchmesser zu Dokumentationszwecken genutzt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn mindestens ein Filter im Strahlengang des ersten Mikroskops mit der höheren numerischen Apertur positionierbar ist. Hiermit wird eine Helligkeitsanpassung zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlengang erzielt. Der Filter kann dabei als ein über die ganze Fläche homogener Filter ausgestaltet sein. Ferner kann der Filter auch als ein Verlaufsfilter ausgestaltet sein. In diesem Fall kann eine von der Vergrößerung abhängige Helligkeitsänderung durch Verschieben eines Filters ausgeglichen werden. Ein Verschieben oder ein Wechsel, allgemein eine Positionierung eines Filters kann manuell oder automatisiert, insbesondere in Abhängigkeit von der gewählten Vergrößerung, erfolgen.
Die Einstellung der Vergrößerung der Mikroskope erfolgt gleich und synchron, wobei mit Vorteil jeweils ein Zoomsy stem zur kontinuierlichen Änderung der Vergrößerung eingesetzt wird.
Eine Auskoppeleinrichtung kann im ersten Strahlengang des ersten Mikroskops mit der höheren numerischen Apertur angeordnet sein, um mindestens teilweise Licht dieses Strahlenganges einer Dokumentationseinrichtung zuzuführen. Für Dokumentationszwecke wird der Strahlengang mit der größeren numerischen Apertur und somit Auflösung genutzt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen entnommen werden. Die Merkmale der Erfindung sind nicht nur in der hier dargestellten Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung realisierbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Stereomikroskops nach Greenough gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops nach Greenough gemäß dem Stand der Technik;
3 den Verlauf der numerischen Apertur nA für ein typisches Stereomikroskop nach Greenough als Funktion der Vergrößerung;
4 den Verlauf der Schärfentiefe T für das oben beschriebene Stereomikroskop nach Greenough 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 gemäß dem erfindungsgemäßen Stereomikroskop nach Greenough;
7 den Verlauf der Schärfentiefe T als Funktion der Vergrößerung gemäß dem erfindungsgemäßen Stereomikroskop nach Greenough;
8 den Strahlengang des ersten Zoomsystems des ersten Mikroskops bei der maximalen Vergrößerung;
9 den Strahlengang des ersten Zoomsystems des ersten Mikroskops bei der minimalen Vergrößerung und
10 schematisch den optischen Aufbau einer Ausgestaltung der Erfindung mit weiteren optischen Elementen, die in der Darstellung zu 5 nicht offenbart sind.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stereomikroskops 60 nach Greenough 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. Anstelle eines kontinuierlich arbeitenden Zoomsystems kann ein die Vergrößerung diskret ändernder Objektivwechsler vorgesehen sein.
2 zeigt eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops 7 nach Greenough gemäß dem Stand der Technik. Das Stereomikroskop 7 nach Greenough ist aus einem ersten monokularen Mikroskop 2R und einem zweiten monokularen Mikroskop 2L aufgebaut. Beide Mikroskope 2R und 2L sind derart symmetrisch aufgebaut, dass beide Mikroskope 2R und 2L denselben Fokuspunkt 11 haben. Der Fokuspunkt 11 liegt in der Objektebene 1, in der auch das zu untersuchende Objekt 1a liegt. Das Lot 12 auf der Objektebene 1 im Fokuspunkt 11 bildet die Symmetrieachse des Stereomikroskops nach Greenough. Das erste Mikroskop 2R definiert eine erste optische Achse 21R. Das zweite Mikroskop definiert eine zweite optische Achse 21L. Die beiden optischen Achsen 21R und 21L der beiden Mikroskope 2R bzw. 2L schließen einen Winkel 10, den Konvergenzwinkel ein, der vorzugsweise zwischen 10° und 12° liegt.
Die beiden Mikroskope 2R bzw. 2L weisen vorzugsweise Zoomsysteme 26R und 26L als Vergrößerungssysteme auf. Dargestellt sind Zoomsysteme 26R, L aus zwei Gruppen mit positiver Brechkraft und einer dazwischen angeordneten Gruppe mit negativer Brechkraft, wie sie beispielsweise rechts im Bild 13 im Abschnitt 8.8.3 des Artikels W. Klein, „Einige optische Grundlagen zu Vario-Systemen", in Jahrbuch für Optik und Feinmechanik 1972, Pegasus, Wetzlar, Seite 33–64 offenbart sind. Dort sind auch die Bewegungen der Zoomgruppen angedeutet. In jedem Mikroskop 2R bzw. 2L ist jeweils ein symmetrisches Umkehrsystem 3R bzw. 3L zur Bildaufrichtung vorgesehen. Die Mikroskope 2R bzw. 2L und die Umkehrsysteme 3R bzw. 3L erzeugen aufrechte Zwischenbilder 4R bzw. 4L, denen Okulare 5R bzw. 5L nachgeordnet sind. Der Benutzer erfasst das Bild des Objekts mit seinen Augen 6R bzw. 6L.
Die Abbildung durch ein solches Stereomikroskop 7 nach Greenough wird durch die schematische Darstellung der Randstrahlen 22R und 22L des ersten Strahlengangs 20R und des zweiten Strahlengangs 20L, die beide vom Fokuspunkt 11 ausgehen, erläutert. Die beiden Randstrahlen 22R und 22L kennzeichnen die Grenzen der beiden vom Stereomikroskop 7 nach Greenough genutzten Lichtkegel. Da sich die beiden Mikroskope 2R bzw. 2L nicht durchdringen können, ist die numerische Apertur nA der Mikroskope 2R bzw. 2L durch den halben Konvergenzwinkel nAR (= nAL) begrenzt.
Eine hohe numerische Apertur ist für Hochleistungsstereomikroskope nach Greenough ebenfalls unabdingbar. Die Auflösung ist gegeben durch: Auflösung = 3000·nA [Lp/mm], Gleichung 1wobei nA die numerische Apertur bezeichnet. Lp/mm steht für Linienpaar pro Millimeter.
Da die Stereomikroskope auch zur Objektmanipulation verwendet werden, ist eine große Schärfentiefe T bedeutsam. Die Schärfentiefe T ergibt sich aus der nachstehenden Beziehung: T = λ/(2·nA2) + 0.34mm/(Vtot·nA) Gleichung 2 mit λ = Lichtwellenlänge ca. 550 nm und Vtot = Mikroskopvergrößerung inklusive Okularvergrößerung.
Nach dem Stand der Technik sind Auflösung, numerische Apertur und Schärfentiefe in beiden Strahlengängen 20R und 20L g1eich.
In 3 zeigt die Kurve 23 den Verlauf der numerischen Apertur nA für ein typisches Hochlistungsstereomikroskop nach Greenough gemäß dem Stand der Technik als Funktion der Vergrößerung. Auf der Abszisse 24 ist die Vergrößerung aufgetragen. Auf der Ordinate 25 ist die numerischen Apertur nA aufgetragen. Diesem Beispiel liegt ein Konvergenzwinkel 10 von 10,5° zugrunde. Dadurch ist die numerische Apertur auf maximal nA = sin(5:25°) = 0.0915 begrenzt. Die Vergrö- ßerung der Mikroskope 2R und 2L (also der Zoomsysteme und der Okulare 5R und 5L) ist. derart gewählt, dass die Gesamtvergrößerung Vtot von 10-fach bis 60-fach variiert, ohne dass eine leere Vergrößerung erzeugt wird.
4 zeigt den zugehörigen Verlauf der Schärfentiefe 33 als Funktion der Vergrößerung für die hohen Vergrösserun- gen. Auf der Abszisse 30 ist die Vergrößerung aufgetragen. Auf der Ordinate 32 ist die Schärferitiefe T aufgetragen. Mit zunehmender Vergrößerung nimmt. die Schärfentiefe 33 ab.
Die 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Stereomikroskops 7 nach Greenough gemäß der Erfindung. Der Konvergenzwinkel 10 ist gegenüber 2 unverändert. Die Bezugszeichen aus 2 wurden übernommen, da gleiche Elemente in beiden Figuren durch gleiche Bezugszeichen ge- kennzeichnet werden. Das Stereomikroskop 7 nach Greenough gemäß der Erfindung ist ebenfalls aus einem ersten monoku laren Mikroskop 2R und einem zweiten monokularen Mikroskop 2L aufgebaut. Beide Mikroskope 2R und 2L sind derart angeordnet, dass beide Mikroskope 2R und 2L denselben Fokuspunkt 11 haben. Der Fokuspunkt 11 liegt in der Objektebene 1, in der auch das zu untersuchende Objekt 1a liegt. Die beiden optischen Achsen 21R und 21L der beiden Mikroskope 2R und 2L sind in diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch zum Lot 12B auf der Objektebene 1 im Fokuspunkt 11 angeordnet. Das erste Mikroskop 2R hat einen anderen Durchmesser des ersten Strahlenganges 20R als der Durchmesser des zweiten Strahlengangs 20L des zweiten Mikroskops 2L. Das erste und das zweite Mikroskop 2R und 2L sind nicht identisch aufgebaut. In 5 ist schematisch die Stellung der höchsten Vergrößerung der Zoomsysteme 26R und 26L der beiden Mikroskope 2R und 2L dargestellt. Man erkennt, dass der Durchmesser des ersten Strahlenganges 20R größer ist als der Durchmesser des zweiten Strahlenganges 20L. In diesem Beispiel ist die numerische Apertur des ersten Strahlenganges 20R größer als der Sinus des halben Konvergenzwinkels 10, da der Öffnungskegel des rechten Mikroskops das Lot 12B einschliesst.
Anstelle der Zoomsysteme 26R, L kann auch ein Objektivwechsler (nicht dargestellt) angeordnet sein. Beispielsweise werden Paare von Objektiven für das rechte und das linke Mikroskop auf einem Kegelrad angeordnet, dessen Drehachse die Symmetrieachse der beiden Mikroskopachsen, in dieser 5 die Achse 12B, ist. Die Objektivpaare unterscheiden sich von anderen Paaren in der Vergrösserung und im Objektabstand und erlauben eine Objektbetrachtung ohne Nachfokussierung. Durch Drehen des Kegelrades werden unterschiedliche Objektivpaare in Wirkstellung gebracht und so mit unterschiedliche Vergrösserungen synchron für beide Mikroskope eingestellt.
Die 6 und 7 zeigen den Verlauf der numerischen Apertur nA bzw. der Schärfentiefe T als Funktion der Vergrößerung für ein Ausführungsbeispiel mit maximaler numerischer Apertur nA = 0,104 (entspr. 6°) im ersten Mikroskop 2R und maximalem nA = 0.0768 (entspr. 4.4°) im zweiten Mikroskop 2L. In 6 ist die numerische Apertur nA auf der Ordinate 51 und die Vergrößerung auf der Abszisse 50 aufgetragen. In 7 ist die Schärfentiefe T auf der Ordinate 61 und die Vergrößerung auf der Abszisse 62 aufgetragen. Die Vergrößerung der Zoomsysteme 26R und 26L (des ersten und des zweiten Mikroskops 2R und 2L) und die Vergrößerung der Okulare 5R und 5L sind derart gewählt, dass die Gesamtvergrösserung Vtot von 10x bis 80x variiert. Die ausgezogene Linie 54 (6) ergibt sich für das erste Mikroskop 2R mit der großen numerischen Apertur nA, die gestrichelte Linie 53 für das zweite (linke) Mikroskop 2L mit der kleineren numerischen Apertur nA. Dank der höheren numerischen Apertur nA steigt die Auflösung, wodurch eine höhere Endvergrösserung möglich ist, ohne leere Vergrößerung zu erzeugen. Die Schärfentiefe bei höchster Vergrösserung hingegen wird trotz höherer Endvergrößerung überraschenderweise nicht kleiner, wie ein Vergleich der Kurven 33 von 4 und 63 von 7 zeigt. Zu Erklärung sei hier auf die später folgende Ausführung zur Auswertung von zwei Teilbildern mit unterschiedlicher Auflösung und Schärfentiefe verwiesen. Die ausgezogene Linie 64 (7) ergibt sich für das erste Mikroskop 2R mit der großen numerischen Apertur nA, die gestrichelte Linie 63 für das zweite (linke) Mikroskop 2L mit der kleineren numerischen Apertur nA.
In der dargestellten Ausführungsform, bei der die optisch wirksamen Durchmesser des Mikroskops 2L mit kleinerem Durchmesser, z. B. durch Linsendurchmesser des Linsenelements 27L, begrenzt werden, können beide Mikroskope, in einem weiten Vergrösserungsbereich schwaeher Vergrösserungen mit gleichem wirksamen Durchmesser ausgeführt werden, weshalb das Stereomikroskop in dieser Einstellung wie ein her- kömmliches wirkt. Erst bei hohen Vergrösserungen, bei denen die numerische Apertur des Mikroskops 2R mit dem grösseren Durchmesser die durch die erwähnte begrenzende Linse 27L des Mikroskops 2L mit kleinerem Durchmesserbegrenzte nume- rische Apertur überschreitet, werden die numerischen Aperturen asymmetrisch und die oben beschriebenen Effekte wirksam.
Anstelle der in den 5 und 10 dargestellten Zoomsysteme (26R, 26L), die auch als Variosysteme ausgeführte Objektive bezeichnet werden können können auch die in den
8 und 9 dargestellten Zoomsysteme eingesetzt werden. Die Daten dieser Zoomsysteme sind in der Tabelle 1 aufgelistet: Wie aus den 8 und 9 ersichtlich, weist jedes Zoomsystem vier Linsengruppen 100, 200, 300 und 400 auf, wobei jede Linsengruppe aus einer Anordnung von Linsen mit zugehörigen Flächennummern (vgl. Tabelle 1) besteht.
Die Flächennummern 101 bis 106 gehören zur ersten, die Nummern 107 bis 111 zur zweiten, die Nummern 112 bis 114 zur dritten und die Nummern 115 bis 117 zur vierten Linsengruppe. Der Abstand der Objektebene 1 zur Fläche 101 beträgt 85.2 mm. Die Flächen 118 und 119 deuten ein Filterele- ment zur Anpassung der Bildhelligkeit bei unterschiedlichen numerischen Aperturen an. Die Flächen 120 und 121 beschrei ben ein Prisma, das zusammen mit Spiegeln im Umkehrsystem zur Bildaufrichtung dient. Tabelle 1:
In den Zeilen der Tabelle sind von links nach rechts die Flächennummer, der Krümmungsradius, der Abstand zur näch sten Fläche, die Brechzahl n_d, die Dispersion v_d und die optisch wirksamen Durchmesser des rechten und des linken Strahlenganges aufgelistet. Es bedeuten n_d der Brechungsindex, v_d = (n_d – 1)/(n_F – n_C) die Abbezahl. Ein Luftabstand ist durch eine Leerzeile in der Materialangabe gekennzeichnet. Das erste und das zweite Mikroskop 2R und 2L weisen im Strahlengang des Zoomsystems veränderliche Abstände D1, D2 und D3 auf, wodurch die verschiedenen Vergrößerungen eingestellt werden können.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, besitzen die Linsengruppen 100 und 200 des rechten Zoomsystems einen größeren Durchmesser als die des linken Zoomsystems, während die Linsengruppen 300 und 400 übereinstimmen. Bei dieser „gleichen Bauweise" der Mikroskope nach Tabelle 1 sind alle Fertigungsparameter bis auf die Durchmesser der Flächen 101 bis 111 identisch. Dies ist wegen der möglichen höheren Stückzahlen wirtschaftlich sinnvoll.
8 und 9 zeigen den Strahlengang des Zoomsystems des ersten Mikroskops 2R bei der maximalen Vergrößerung bzw. bei der minimalen Vergrößerung. 8 stellt die maximale Vergrößerung dar. 9 stellt die minimale Vergrößerung dar. Das Zoomsystem des ersten und des zweiten Mikroskops 2R und 2L ist aus einer ersten Linsengruppe 100, einer zweiten Linsengruppe 200, einer dritten Linsengruppe 300 und einer vierten Linsengruppe 400 aufgebaut. 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 herrscht bei maximaler Vergrößerung der Abstand D1 von 46,95 mm vor. Zwischen der zweiten Linsengruppe 200 und der dritten Linsengruppe 300 herrscht bei maximaler Vergrößerung der Abstand D2 von 10,19mm vor. Zwischen der dritten Linsengruppe 300 und der vierten Linsengruppe 400 herrscht bei maximaler Vergrößerung der Abstand D3 von 72,95mm vor. Bei minimaler Vergrößerung setzen sich die Abstände anders zusammen. Zwischen der ersten Linsengruppe 100 und der zweiten Linsengruppe 200 herrscht bei minimaler Vergrößerung der Abstand D1 von 5,0mm vor. Zwischen der zweiten Linsengruppe 200 und der dritten Linsengruppe 300 herrscht bei minimaler Vergrößerung der Abstand D2 von 107,26mm vor. Zwischen der dritten Linsengruppe 300 und der vierten Linsengruppe 400 herrscht bei minimaler Vergrößerung der Abstand D3 von 17,83mm vor. Aus der Tabelle 1 kann man die Radien der Flächennummern entnehmen, wie sie in 8 und 9 angegeben sind. Ebenso kann der Tabelle entnommen werden, dass die optisch wirksamen Durchmesser ∅ der brechenden Elemente der ersten Linsengruppe 100 und der zweiten Linsengruppe 200 des Zoomsystems des ersten Mikroskops 2R größer sind als die optisch wirksamen Durchmesser ∅ der brechenden Elemente der ersten Linsengruppe 100 und der zweiten Linsengruppe 200 des Zoomsystems des zweiten Mikroskops 2L. Sowohl im Zoomsystem des ersten Mikroskops 2R als auch im Zoomsystem des zweiten Mikroskops 2L sind vor der Bildentstehung optische Elemente mit planen Flächen, wie ein Filterelement und Prisma, vorgesehen. Die planen Flächen sind mit den Bezugszeichen 118, 119, 120 und 121 bezeichnet.
Dargestellt sind in den 8 und 9 als durchgezogene Linie die Randstahlen, die den Durchmesser der Eintrittspupille bestimmen und als gestrichelte Linie der Hauptstrahl für den maximalen Feldwinkel. Man erkennt in 9, dass der Hauptstrahl zum Aussendurchmesser der Gruppe 100 einen deutlichen Abstand hat, während in 8 die Randstrahlen bei der gleichen Gruppe 100 dicht am Aussendurchmesser verlaufen. Es ist also offensichtlich, dass im linken Mikroskop 2L der Durchmesser 18mm 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 Mikroskop mit dem kleineren Durchmesser nicht blockiert werden darf, ein Kriterium für die Ausgestaltung von für ein Stereomikroskop ungleicher optisch wirksamer Durchmesser geeigneten Zoomsystemen. Diese Bedingung ist somit eine Anleitung für die Positionierung der Eintrittspupille bei schwachen Vergrösserungen.
In der Ausführung nach 5 sind die Betrachtungswinkel des rechten und des linken Mikroskops 2R und 2L zur Objektebene 1 symmetrisch. Es ist auch denkbar, das Mikroskop 7 so zu haltern, dass die Winkel der optischen Achsen 21R und 21L der Mikroskope 2R und 2L zum Lot 12B veränderbar sind, ohne dass dabei der Konvergenzwinkel 10 verändert wird. Vorteilhaft ist ein kleinerer Winkel als der halbe Konvergenzwinkel 10 für das Mikroskop 2R mit dem größeren optisch wirksamen Durchmesser wegen der geringeren Schärfentiefe dieses Mikroskops (vgl. hierzu die Ausführungen weiter oben). Eine solche Anordnung ergibt sich aus der 5 durch Drehung des Pfeils in der Objektebene 1 zusammen mit dem Lot 12B um den Fokuspunkt 11 relativ zu den Mikroskopen, insbesondere durch eine Drehung im Uhrzeigersinn.
Für Dokumentationszwecke wird vorzugsweise das rechte Mikroskop 2R wegen der höheren Auflösung genutzt. Anordnungen von Mikroskopen nach Greenough mit Dokumentationseinrich tungen sind hinlänglich bekannt. Eine Einstellung des Winkels der optischen Achse 21R des rechten Mikroskops 2R zum Lot 12B nahe Null Grad ist besonders für eine Dokumentationsposition erstrebenswert, um bei hoher Auflösung Randunschärfen gering zu halten. Wie aus 10 zu erkennen ist, ist im Strahlengang 20R des ersten Mikroskops 2R eine Auskoppeleinrichtung 55 angeordnet. Somit wird die hohe Auflösung im ersten Strahlengang 20R zusätzlich einer Dokumentationseinrichtung 57 zur Verfügung gestellt. Die Dokumentationseinrichtung 57 ist beispielsweise eine herkömmliche CCD-Kamera.
Wie bereits erwähnt, sind Stereomikroskope nach Greenough mit einem ersten und einem zweiten Mikroskop 2R und 2L ausgestattet. Zur Einstellung der verschiedenen Vergrößerungen ist das erste und das zweite Mikroskop 2R, 2L mit einem Objektivwechsler oder einem Zoomsystem versehen. Der Konvergenzwinkel 10 der beiden Mikroskope 2R und 2L ist im typischen Bereich belassen. Auch die optischen Achsen 21R und 21L der beiden Mikroskope 2R und 2L können symmetrisch zu einer auf der Objektebene 1 stehenden Senkrechten 12B angeordnet bleiben; dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das erste und das zweite Mikroskop 2R und 2B werden erfindungsgemäß nicht mehr symmetrisch hinsichtlich der maximalen numerischen Apertur ausgeführt. Vorteilhaft ist, wenn die maximale numerische Apertur des ersten Mikroskops 2R 10–50% größer ist als die des zweiten Mikroskops 2L. Besondere Wirkung zeigt die Erfindung, wenn die größere numerische Apertur größer als der Sinus des halben Konvergenzwinkels 10 der beiden Mikroskope 2R, 2L ist, was möglich wird, wenn die numerische Apertur des zweiten Mikroskops 2L kleiner als der Sinus des halben Konvergenzwinkels 10 ist. Die Objektivwechsler oder die Zoomsysteme der bei den Mikroskope 2R, 2L können so ausgeführt sein, dass im weiten Bereich kleiner Mikroskopvergrößerungen die numerischen Aperturen der beiden Mikroskope 2R und 2L nahezu gleich sind, aber für hohe Vergrößerungen verschieden werden.
Im Falle der unsymmetrischen numerischen Aperturen erhält der Benutzer zwei Teilbilder mit unterschiedlicher Helligkeit, unterschiedlicher Auflösung und unterschiedlicher Schärfentiefe. Es hat sich gezeigt, dass ein Helligkeitsunterschied von bis zu 50% und die Unterschiede in der Detailerkennung die Fusion der beiden Teilbilder zu einem 3-dimensionalen Bild nicht beeinträchtigen. Im Gegenteil, überraschenderweise wird das Objekt 3-dimensional mit der aus der höheren numerischen Apertur folgenden Auflösung und der aus der geringeren Apertur folgenden größeren Schärfentiefe wahrgenommen. Der Erfindung liegt die Nutzung dieses physiologischen Phänomens für den Aufbau von Stereomikroskopen zugrunde.
Die Ausgestaltung des ersten und des zweiten Mikroskops 2R und 2L kann sich aus unterschiedlichen Bauelementen unter der Maßgabe der gleichen Vergrößerung in der Wirkstellung zusammensetzen. Ferner ist es möglich, dass das erste und das zweite Mikroskop 2R und 2L in „gleicher Bauweise" vorliegen, wobei jedoch der optisch wirksame Durchmesser mindestens eines Linsengliedes unterschiedlich ist. Ebenso können das erste und das zweite Mikroskop 2R und 2L mit je einer Blende 31R bzw. 31L ausgestattet sein, wobei die Blenden 31R bzw. 31L unabhängig voneinander zur Änderung ihrer Durchmesser betätigt werden können. Die Betätigung der Blenden 31R bzw. 31L kann auch in der Weise erfolgen, dass in einer ersten Einstellung das Verhältnis der Blen denöffnungen im ersten Mikroskop 2R zum zweiten Mikroskop 2L eingestellt wird (Blendendurchmesser beim ersten Mikroskop 2R größer als beim zweiten Mikroskop 2L) und in einer zweiten Einstellung oder in weiteren Einstellungen beide Öffungen der Blenden 31R bzw. 31L bei unverändertem Verhältnis der Blendenflächen gleichzeitig variiert werden.
Vorteilhaft ist, wenn ein Lichtfilter 41R (z, B. Neutralgrau-Stufen- oder -Verlaufsfilter) in den ersten Strahlengang 20R des ersten Mikroskops 2R mit der höheren numerischen Apertur und falls erforderlich ein Element 41L zum Ausgleich eines eventuellen optischen Wegunterschiedes in den zweiten Strahlengang 20L zur Verringerung oder Beseitigung von aus den unterschiedlichen numerischen Aperturen nA resultierenden Helligkeitsunterschieden eingeführt wird. Das Filter 41R kann manuell betätigt werden oder durch eine von der Vergrößerungswahl gesteuerten Betätigung in seiner Position und damit Filterstärke verändert werden, ohne die Auflösung oder Schärfentiefe zu beeinträchtigen.
Eine weitere Gerätevariante kann mit einem an sich bekannten Dokumentationsport (z. B. Strahlenteiler oder Auskoppeleinrichtung 55) im Strahlengang 20R des ersten Mikroskops 2R mit der höheren Apertur angeordnet sein, um die hohe Auflösung der Dokumentationseinrichtung 57 zur Verfügung zu stellen. Die Dokumentationseinrichtung 57 kann als Film, Videosensor, CCD, Digitalkamera etc. ausgebildet sein.
Die Erfindung hat ihre Stärke bei Hochleistungs-Stereomikroskopen nach Greenough, wo hohe Vergrößerungen und damit hohe Auflösungen gefordert sind. Die Auswirkung der Erfindung zeigt sich bei Stereomikroskopen nach Greenough mit einem Vergrößerungsverhältnis Vmax/Vmin > 5 oder bei Zoomsystemen mit Zoomfaktoren z > 5.

1: Objektebene
1a: Objekt
2R,L: monokulares Mikroskop
3R,L: Umkehrsystem
4R,L: Zwischenbilder
5R,L: Okular
6R,L: Auge
7: Stereomikroskop
10: Konvergenzwinkel
11: Fokuspunkt
12: Lot
12B: Lot, Senkrechte auf Objektebene
20R,L: Strahlengang
21R,L: optische Achse
22R,L: Randstrahlen
23: Kurve numerische Apertur
24: Abszisse
25: Ordinate
26R,L: Zoomsystem
27R,L: Linsenelement
30: Abszisse
31R,L: Blende
32: Ordinate
33: Kurve Schärfentiefe
41R: Filter
4lL: optisches Element
50: Abszisse
51: Ordinate
53: Linie (gestrichelt)
54: Linie (durchgezogen)
55: Auskoppeleinrichtung
57: Dokumentationseinrichtung
60: Stereomikroskop
61: Ordinate
62: Abszisse
63: Linie (gestrichelt)
64: Linie (durchgezogen)
65: Binokulartubus
71: Basis
72: Fokussäule
73: Fokusarm
74: Verstellelemente
78: Verstellelemente
100: erste Linsengruppe
101–121: Flächennummern
200: zweite Linsengruppe
300: dritte Linsengruppe
400: vierte Linsengruppe
T: Schärfentiefe
nA: numerische Apertur
nAL: halber Konvergenzwinkel
nAR: halber Konvergenzwinkel

Claims

Stereomikroskop (60) vom Greenough-Typ umfassend ein erstes monokulares Mikroskop (2R) und ein erstes Okular (5R) sowie ein zweites monokulares Mikroskop (2L) und ein zweites Okular (5L), die einen ersten Strahlengang (20R) bzw. einen zweiten Strahlengang (20L) definieren, wobei das erste und das zweite Mikroskop (2R, 2L) unter einem Konvergenzwinkel (10) zueinander angeordnet sind und jeweils ein Vergrößerungssystem (26R, 26L) zur Erzeugung übereinstimmender, synchron zueinander veränderbarer Vergrößerungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Element im ersten Mikroskop (2R) im Vergleich zum entsprechenden optischen Element im zweiten Mikroskop (2L) einen anderen optisch wirksamen Durchmesser aufweist.
Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element ein Linsenelement (27R, 27L) oder eine Blende (31R, 31L) ist.
Stereomikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens eine Vergrößerungsstellung oder einen Vergrößerungsbereich des ersten und zweiten Mikroskops (2R, 2L) die numerische Apertur des ersten Mikroskops (2R) mindestens 10%, insbesondere 10% bis 50%, größer ist als die des zweiten Mikroskops (2L).
Stereomikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einstellung der maximalen Vergrößerung des ersten Mikroskops (2R) und des zweiten Mikroskops (2L) die numerische Apertur des ersten Mikroskops (2R) über 10%, insbesondere 10% bis 50%, größer ist als die des zweiten Mikroskops (2L).
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur des ersten Mikroskops (2R) größer ist als der Sinus des halben Konvergenzwinkels (10) zwischen dem ersten Mikroskop (2R) und dem zweiten Mikroskop (2L).
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Achse (21R) des ersten Mikroskops (2R) und eine optische Achse (21L) des zweiten Mikroskops (2L) symmetrisch zu einer Senkrechten (12B) auf einer Objektebene (1) angeordnet sind.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Achse (21R) des ersten Mikroskops (2R) und eine optische Achse (21L) des zweiten Mikroskops (2L) asymmetrisch zu einer Senkrechten (12B) auf einer Objektebene (1) angeordnet sind.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit der beiden Mikroskope (2R, 2L) derart gelagert ist, dass die Winkel zwischen den jeweiligen optischen Achsen (21R, 21L) der Mikroskope (2R, 2L) und einer Senkrechten (12B) auf einer Objektebene (1), insbesondere bei konstantem Konvergenzwinkel (10), verstellbar sind.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroskope (2R, 2L) zur Einstellung einer Vergrößerung jeweils ein Zoomsystem (26R, 26L; 100, 200, 300, 400) aufweisen.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Filter (41R) im Strahlengang (20R) des ersten Mikroskops (2R) mit der höheren numerischen Apertur positionierbar ist.
Stereomikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (41R) ein Verlaufsfilter ist.
Stereomikroskop nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des Filters (41R) manuell erfolgt.
Stereomikroskop nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des Filters (41R) durch eine Wahl der Vergrößerung der Mikroskope (2R, 2L) gesteuert erfolgt.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auskoppeleinrichtung (55) im ersten Strahlengang (20R) des ersten Mikroskops (2R) mit der höheren numerischen Apertur angeordnet ist, um mindestens teilweise Licht dieses Strahlenganges (20R) einer Dokumentationseinrichtung (57) zuzuführen.
Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser einer Blende (31R) im ersten Mikroskop (2R) größer ist als der einer Blende (31L) im zweiten Mikroskop (2L).
Stereomikroskop nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Blenden (31R und 31L) unabhängig voneinander veränderbar sind.
Stereomikroskop nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Blenden (31R und 31L) in fester Relation zueinander veränderbar sind.