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Die vorliegende Erfindung betrifft ein afokales Zoomsystem für ein Mikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, und ein solches (Operations-) Mikroskop mit einer Blende zur Beeinflussung der Schärfentiefe des von einem Objekt erzeugten Mikroskopbildes, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen afokalen Zoomsystems.
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Zoomsysteme für Mikroskope, insbesondere für Operationsmikroskope oder Hochleistungs-Stereomikroskope, sind aus dem Stand der Technik vielfältig bekannt. Beispielsweise offenbart das
US-Patent 6,816,321 B2 ein afokales Zoomsystem für Hochleistungs-Stereomikroskope, 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 Galilei-Fernrohre für stufenweise Vergrößerungswahl oder als afokale Zoomsysteme für kontinuierliche Vergrößerungswahl ausgebildet sein.
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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.
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Gegenstand der deutschen Patentschrift
DE 102 25 192 B4 ist ein Objektiv für Stereomikroskope vom Teleskop-Typ sowie ein entsprechendes Stereomikroskop. Bezüglich dessen Aufbau und Funktionsweise sowie der Zusammenhänge von Vergrößerung, Auflösungsvermögen und Vignettierung sei ausdrücklich auf die genannte Patentschrift verwiesen.
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Ein Hochleistungs-Stereomikroskop mit erhöhter Auflösung und gleichzeitig erhöhter Schärfentiefe bei gleichbleibenden Bauvolumen des Stereomikroskops ist aus der deutschen Patentschrift
DE 10 2006 036 300 B4 bekannt. In den Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den
9 und
10 dieser Schrift sind der Aufbau sowie die Funktionsweise der für das dort beschriebene Hochleistungs-Stereomikroskop eingesetzten afokalen Zoom-Systeme ausführlich beschrieben. Insoweit sei ausdrücklich auf diese Beschreibung hingewiesen. Ergänzend sind die genannten afokalen Zoomsysteme auch in der bereits genannten
US 6,816,321 B2 (entspricht
DE 102 22 041 B4 ) beschrieben. Figur- 1 der genannten Schrift
DE 10 2006 036 300 B4 zeigt zwei parallele afokale Zoomsysteme eines Stereomikroskops, bei denen jeweils innerhalb des Zoomsystems eine (Iris-) Blende mit regelbarem Durchmesser angeordnet ist. Die Durchmesser werden für beide Zoomsysteme gleich eingestellt. Die Irisblenden begrenzen die entsprechenden Durchmesser der Eintrittspupillen, die je nach Zoomstellung und Blendenwahl veränderbar groß, aber auf beiden Seiten gleich sind.
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Bei einer anderen Art von Zoomsystem ist in Strahlrichtung nach dem letzten Linsenglied eine (Apertur-) Blende positioniert. Ein entsprechendes System ist in den 1 und 2 dieser Anmeldung schematisch dargestellt. Das Zoomsystem ist dort mit 1 bezeichnet, es weist vier Linsenglieder oder -gruppen L1, L2, L3 und L4 auf, wobei die beiden äußeren Linsenglieder L1 und L4 feststehend, während die beiden inneren Linsenglieder L2 und L3 axial (entlang der optischen Achse) beweglich angeordnet sind. Die Bewegung der Linsenglieder L2 und L3 erfolgt auf präzise vorgegebenen Wegen und führt von einer Einstellung für kleine Vergrößerungen (1) zu einer Einstellung für hohe Vergrößerungen (2). Die in Strahlausbreitungsrichtung nach dem Zoomsystem 1 angeordnete Blende ist mit B bezeichnet.
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Aus den 1 und 2 dieser Anmeldung ist ersichtlich, dass die Blende B bei kleinen Vergrößerungen wirksam ist, während sie bei hohen Vergrößerungen wenig bis gar nicht mehr wirkt. Die Blende B beeinflusst somit die numerische Apertur und somit auch die Schärfentiefe und Helligkeit nur für kleine bis mittlere Vergrößerungen, während insbesondere die Schärfentiefe bei hohen Vergrößerungen nicht erhöht werden kann. Ein weiteres Schließen der Blende B hat insbesondere zur Folge, dass eine starke Vignettierung für die Randbereiche des Objektfeldes eintritt. Andererseits ist bei niedriger Vergrößerung die Schärfentiefe ohnehin groß, so dass eine weitere Erhöhung der Schärfentiefe mittels der Blende B in der Praxis kaum notwendig ist. Weitere Ausführungen zu diesem Zoomsystem 1 und allgemein zu Zoomsystemen sind den „Selected Papers on Zoom Lenses“, Herausgeber Allen Mann, SPIE Milestone Series, Volume MS 85, zu entnehmen.
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Aus der
US 2006/0114 554 A1 ist ein afokales Zoomsystem mit einer ortfesten Blende in Richtung des durch das afokale Zoomsystem verlaufenden Strahlengangs vor der vom Objekt her gesehen ersten Linsengruppe des afokalen Zoomsystems bekannt, wobei diese Blende in ihrem Durchmesser zur Beeinflussung der Schärfentiefe veränderbar ist. Bei niedrigen Zoomvergrößerungen erhält man somit bei kleinen Blendendurchmessern eine hohe Schärfentiefe der Abbildung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein afokales Zoomsystem anzugeben, bei dem auch bei hoher Vergrößerung die Schärfentiefe möglichst ohne die geschilderten Nachteile beeinflusst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein afokales Zoomsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein Mikroskop mit einem solchen afokalen Zoomsystem ist Gegenstand des Anspruchs 5. Das erfindungsgemäße Zoomsystem bzw. Mikroskop ermöglicht ein Verfahren zur Abbildung eines Objekts unter Beeinflussung der Schärfentiefe und/oder Helligkeit der Abbildung. Dieses Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 6. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Das erfindungsgemäße afokale Zoomsystem (im Folgenden einfach „Zoomsystem“) für ein Mikroskop, insbesondere für ein Operationsmikroskop, weist eine Blende zur Beeinflussung der Schärfentiefe des von einem Objekt erzeugten Mikroskopbildes auf, wobei dieses gattungsgemäße Zoomsystem erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest eine Blende in Richtung des durch das Zoomsystem verlaufenden Strahlengangs vor der vom Objekt her gesehen ersten Linsengruppe des Zoomsystems und/oder zumindest eineBlende auf einer Linsengruppe des Zoomsystems angeordnet ist, deren Durchmesser zur Beeinflussung der Schärfentiefe veränderbar ist. Bei der vom Objekt her gesehen ersten Linsengruppe des Zoomsystems handelt es sich um die erste Linsengruppe des Zoomsystems, auf die der Abbildungsstrahlengang trifft.
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Das erfindungsgemäße Zoomsystem ist also zunächst dadurch gekennzeichnet, dass im Gegensatz zu den bekannten Zoomsystemen die Blende zur Beeinflussung der Schärfentiefe nicht in Richtung des Abbildungsstrahlengangs nach den Linsengruppen des Zoomsystems angeordnet ist, sondern davor. Aufgrund der bereits relativ hohen Schärfentiefe bei kleinen Zoomvergrößerungen ist der Einfluss der „hinteren“, also der aus dem Stand der Technik bekannten Blende auf die Schärfentiefe eher gering. Des Weiteren verliert diese hintere Blende an Wirkung bei hohen Zoomvergrößerungen bzw. führt dann zu starker Vignettierung. Wird hingegen anstelle der bekannten hinteren Blende die erfindungsgemäße vordere Blende, also eine vor der lichteintrittsseitig ersten Linsengruppe des Zoomsystems angeordnete Blende eingesetzt, so kann diese im Bereich der mittleren bis hohen Zoomvergrößerungen das Strahlenbüschel eintrittsseitig gleichförmig beschneiden (vgl. auch 2) und somit die Schärfentiefe steigern, ohne eine Vignettierung für die Randbereiche des Objektfeldes zu erzeugen. Die erfindungsgemäß eingesetzte vordere Blende beschneidet nämlich ein Strahlenbüschel vom Objektmittelpunkt sowie ein Strahlenbüschel von einem Objektpunkt am Rand gleichförmig Diese Strahlenbüschel weisen nämlich am Ort der ersten Linsengruppe denselben Durchmesser und dieselbe Position auf, während sie am Ort der letzten Linsengruppe zwar den gleichen _Durchmesser aufweisen, jedoch zueinander versetzt sind. Indessen zeigt die vordere Blende im Bereich kleiner bis mittlerer Zoomvergrößerungen weniger Wirkung, was aufgrund der ohnehin höheren Schärfentiefe in diesem Bereich praktisch bedeutungslos ist.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn besagte Blende als Irisblende ausgeführt ist. Die Blende wirkt ähnlich wie eine Aperturblende, sie erhöht also die Schärfentiefe bei kleiner werdenden Blendendurchmesser, während sie bei steigendem Blendendurchmesser die Auflösung der Abbildung sowie deren Helligkeit erhöht.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die (vordere) Blende unmittelbar vor der ersten Linsengruppe des Zoomsystems angeordnet ist, wobei mit „unmittelbar“ ein Bereich gemeint ist, der in axialer Richtung am äußersten strahleintrittsseitigen Scheitelpunkt der ersten Linsengruppe beginnt und vorteilhaft sich maximal zum halben Durchmesser dieser ersten Linsengruppe in axialer Richtung erstreckt.
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Erfindungsgemäß ist eine weitere Blende in Richtung des durch das Zoomsystem verlaufenden Strahlengangs nach der vom Objekt her gesehen letzten Linsengruppe des Zoomsystems angeordnet, also an der Austrittsseite des Abbildungsstrahlengangs des eigentlichen Zoomsystems. Diese weitere Blende entspricht der „hinteren“ Blende, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Diese hintere Blende ist insbesondere ebenfalls unmittelbar nach der letzten Linsengruppe angeordnet, wobei der Begriff „unmittelbar“ einen Bereich meint, der am äußersten strahlaustrittsseitigen Scheitelpunkt der letzten Linsengruppe des Zoomsystems beginnt und sich in axialer Richtung vorteilhaft bis auf den halben Durchmesser dieser letzten Linsengruppe erstreckt.
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Während die erste, vordere Blende dazu eingesetzt werden kann, in erster Linie die Schärfentiefe im Bereich mittlerer bis hoher Zoomvergrößerungen zu regeln bzw. einzustellen, kann die zweite, hintere Blende dazu eingesetzt werden, die Schärfentiefe und/oder Helligkeit bei niedrigen bis mittleren Zoomvergrößerungen zu regeln bzw. einzustellen.
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Diese Anordnung erlaubt die Realisierung eines weiter unten beschriebenen Verfahrens zum Betreiben des erfindungsgemäßen Zoomsystems.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist alternativ oder zusätzlich zumindest eine Blende auf einer Linsengruppe des Zoomsystems angeordnet, deren Durchmesser zur Beeinflussung der Schärfentiefe veränderbar ist. Bei einer solchen Blende handelt es sich insbesondere um ein opto-elektronisches Element, wie ein LCD (Liquid Crystal Display). Insbesondere geeignet sind solche Elemente in Folienform, die unmittelbar auf eine Linsengruppe des Zoomsystems aufgebracht werden können, wobei hierunter auch verstanden werden soll, dass solche Elemente auf einzelne Linsen einer Linsengruppe aufgebracht werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieses zweiten Aspekts der Erfindung kann die besagte Blende insbesondere auf einer verschiebbaren Linsengruppe des Zoomsystems angebracht sein. In einem Zoomsystem verändert sich der Ort der Apertur abhängig von der eingestellten Zoomvergrößerung. Die Vergrößerung des Zooms wird durch definierte Verschiebung zumindest einer Linsengruppe des Zoomsystems eingestellt, so dass das Aufbringen der Blende auf eine geeignete verschiebbare Linsengruppe bewirken kann, dass die Blende immer möglichst nahe am Ort der Apertur ist.
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Die gemäß zweitem Aspekt der Erfindung vorgeschlagene, auf einer Linsengruppe des Zoomsystems angebrachte Blende kann insbesondere die gemäß erstem Aspekt der Erfindung beschriebene vordere und/oder hintere Blende ersetzen: Beispielsweise kann anstelle der vorderen Blende (gemäß erstem Aspekt) eine Blende (gemäß zweitem Aspekt) auf der ersten Linsengruppe des Zoomsystems vorgesehen sein. Umgekehrt kann anstelle der hinteren Blende (gemäß erstem Aspekt) eine Blende (gemäß zweitem Aspekt) auf der letzten Linsengruppe des Zoomsystems angebracht sein. Des Weiteren kann beispielsweise bei einem viergliedrigen Zoomsystem anstelle einer vorderen Blende (gemäß erstem Aspekt) eine Blende (gemäß zweitem Aspekt) auf der zweiten Linsengruppe des Zoomsystems angebracht sein und/oder anstelle der hinteren Blende (gemäß erstem Aspekt) eine Blende (gemäß zweitem Aspekt) auf der dritten (vorletzten) Linsengruppe des Zoomsystems angebracht sein. Weitere Permutationen der genannten Kombinationen sind möglich und erschließen sich dem Fachmann, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Diese Permutationen sind ausdrücklich als offenbart anzusehen, ohne dass jede einzelne Permutation einer ausführlichen Erläuterung bedarf.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Mikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, mit einem erfindungsgemäßen, oben geschilderten Zoomsystem zur Abbildung eines Objekts mit veränderbarer Schärfentiefe. Solche Mikroskope, insbesondere Stereomikroskope und Operationsmikroskope, sind in Aufbau und Funktionsweise an sich bekannt (vgl. den in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik). Stereomikroskope vom Teleskop-Typ weisen ein für beide Strahlengänge gemeinsames Hauptobjektiv auf, an das sich in axialer Richtung zwei Zoomsysteme anschließen. Hieran wiederum schließen sich zwei Einblickeinheiten an, die jeweils Tubuslinsen, welche Zwischenbilder erzeugen, umfassen sowie symmetrische Umkehrsysteme zur Bildaufrichtung und schließlich zwei Okulare. Der Benutzer erfasst in diesem Fall das dreidimensionale Bild des Objekts direkt mit seinen Augen. 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. Bezüglich solcher Mikroskope sei nochmals ausdrücklich auf die
DE 10 2006 036 300 B4 verwiesen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Zoomsystems zur Abbildung eines Objekts mittels eines Mikroskops, insbesondere eines Operationsmikroskops, wobei das Zoomsystem eine erste Blende und eine zweite Blende aufweist, wobei die erste Blende in Richtung des durch das Zoomsystem verlaufenden Strahlengangs vom Objekt her gesehen vor der ersten und die zweite Blende nach der letzten Linsengruppe des Zoomsystems angeordnet ist, und wobei die Schärfentiefe der Abbildung bei kleinen bis mittleren Vergrößerungen des Zoomsystems durch Variation des Blendendurchmessers der zweiten Blende und bei mittleren bis hohen Vergrößerungen des Zoomsystems durch Variation des Blendendurchmessers der ersten Blende beeinflusst wird. Somit gelingt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Einstellung der Schärfentiefe über den gesamten Vergrößerungsbereich des Zoomsystems, ohne dass beim Übergang zu hohen Vergrößerungen gleichzeitig eine starke Vignettierung für die Randbereiche des Objektfelds einherginge. Zur Funktionsweise dieses Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Zoomsystem, insbesondere der Ausgestaltung mit erster, vorderer und zweiter, hinterer Blende, verwiesen.
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In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die besagten Blenden optimal zur Beeinflussung von Helligkeit und Schärfentiefe beim Zoomen durch den Vergrößerungsbereich des Zoomsystems eingesetzt werden: Hierzu wird beim Übergang von kleinen zu hohen Zoomvergrößerungen beispielsweise der Blendendurchmesser der zweiten, hinteren Blende in einer Weise vergrößert, dass die Helligkeit der Abbildung möglichst konstant bleibt. Da bekanntlich die Helligkeit einer Abbildung, mit wachsender Zoomvergrößerung abnimmt, kann dieser Effekt somit dadurch kompensiert werden, dass der Durchmesser der zweiten, hinteren Blende entsprechend vergrößert wird. Andererseits kann beim Übergang von kleinen zu hohen Vergrößerungen des Zoomsystems der Blendendurchmesser der ersten, vorderen Blende derart verkleinert werden, dass die starke Abnahme der Schärfentiefe abgeschwächt wird. Da die Schärfentiefe der Abbildung mit wachsender Zoomvergrößerung stark abnimmt, kann dieser Effekt somit abgeschwächt werden, indem der Blendendurchmesser der ersten, vorderen Blende entsprechend verkleinert wird.
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Da bei dieser Ausgestaltung sich eine Veränderung des Blendendurchmessers der ersten, vorderen Blende auch auf die Helligkeit der Abbildung und umgekehrt eine Veränderung des Blendendurchmessers der zweiten, hinteren Blende auch auf die Schärfentiefe der Abbildung auswirkt, ist es zweckmäßig, ein softwaregestütztes Steuerungs- oder Regelungsverfahren einzusetzen, um beispielsweise die Helligkeit über den gesamten Zoombereich möglichst konstant zu halten.
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Unter den Begriffen „niedrige“, „mittlere“ und „hohe Vergrößerung“ ist es sinnvoll, bezogen auf die maximale Zoomvergrößerung (Vergrößerungsfaktor) folgende Werte zugrunde zu legen: Der Bereich der niedrigen Vergrößerung von 0 bis 25%, der der mittleren Vergrößerung von 25 bis 75% und der der hohen Vergrößerung von 75 bis 100% der maximal erreichbaren Zoomvergrößerung.
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Für das geschilderte erfindungsgemäße Verfahren gilt bezüglich des alternativen oder zusätzlichen Einsatzes einer auf einer Linsengruppe angebrachten Blende das nämlich wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Zoomsystem ausgeführte. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hierauf verwiesen. Insbesondere kann bei diesem Verfahren die erste Blende (vordere Blende gemäß erstem Aspekt der Erfindung) durch eine _Blende ersetzt werden, die auf der ersten Linsengruppe des Zoomsystems oder (noch vorteilhafter) auf einer dahinter befindlichen, verschiebbaren Linsengruppe des Zoomsystems angebracht ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist es auch denkbar, die zweite Blende (hintere Blende gemäß erstem Aspekt der Erfindung) durch eine Blende gemäß zweitem Aspekt der Erfindung zu ersetzen. Letztere Blende ist insbesondere auf der letzten Linsengruppe des Zoomsystems angebracht oder aber (bevorzugter) auf einer davor befindlichen, verschiebbaren Linsengruppe des Zoomsystems. Bezüglich des Verfahrensablaufs und möglicher Optionen sowie sich hieraus ergebender Vorteile sei auf die Ausführungen oben ausdrücklich verwiesen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Zoomsystem gemäß Stand der Technik mit dem Strahlenbüschel des Abbildungsstrahlengangs für kleine Zoomvergrößerungen;
- 2 zeigt ein Zoomsystem gemäß Stand der Technik mit einem Strahlenbüschel des Abbildungsstrahlengangs für hohe Zoomvergrößerungen;
- 3 zeigt ein Zoomsystem gemäß Stand der Technik mit einem Strahlenbüschel eines Randstrahls bei mittleren bis hohen Zoomvergrößerungen;
- 4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zoomsystems mit einem Strahlenbüschel des Abbildungsstrahlengangs für mittlere bis höhere Vergrößerungen.
- 5 zeigt in schematischer Weise ein Stereomikroskop mit einem Zoomsystem gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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1 zeigt in sehr schematischer Ansicht ein Zoomsystem 1, wie es aus dem in der Beschreibungseinleitung zitierten Stand der Technik bekannt ist. Das Zoomsystem 1 besteht aus vier Linsengruppen L1 bis L4, wobei die beiden äußeren Linsengruppen L1 und L4 feststehend, die beiden inneren Linsengruppen L2 und L3 axial verschiebbar angeordnet sind. Während 1 eine Stellung der inneren Linsengruppen L2 und L3 für kleine Vergrößerungen zeigt, zeigt 2 eine Einstellung für hohe Vergrößerungen. Jede Linsengruppe L1, L2, L3, L4 besteht aus mehreren Einzellinsen, die untereinander verkittet sein können. Da bei der dargestellten Anordnung der Linsengruppen L1 bis L4 und der Notwendigkeit, diese zu verschieben, die. Anordnung einer (Apertur-) Blende nur unter Erhöhung des Bauvolumens und/oder unter Verringerung des erzielbaren Zoombereichs möglich ist, ist es gängig, eine Blende B, die üblicherweise als Irisblende ausgeführt ist, in Strahlausbreitungsrichtung hinter die letzte Linsengruppe L4 zu setzen.
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Wie in 1 dargestellt, hat die Blende B bei kleinen Vergrößerungen die Wirkung, das aus der letzten Linsengruppe L4 austretende Strahlenbüschel zu begrenzen. Aufgrund der bei niedrigen Vergrößerungen ohnehin vorhandenen hohen Schärfentiefe hat diese Maßnahme aber eher auf die Helligkeit und die Auflösung der Abbildung einen Einfluss als auf die Schärfentiefe.
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Wie aus 2 hervorgeht, beeinflusst die Blende B bei hohen Vergrößerungen den Durchmesser des aus der letzten Linsengruppe L4 austretenden Strahlenbüschels für den Achspunkt und achsnahe Objektpunkte nicht. Eine weitere Verringerung des Durchmessers der Blende B bei hohen Vergrößerungen ist zur Erhöhung der Schärfentiefe zwar möglich, jedoch aufgrund der starken Vignettierung für die Randstrahlen (siehe 3) mit erheblichen Qualitätseinbußen der Abbildung verbunden.
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3 zeigt ein bekanntes Zoomsystem 1 mit vier Linsengruppen L1 bis L4 mit dem Strahlenbüschel eines Randstrahls, d. h. eines achsfernen Objektpunkts. Die in das Zoomsystem 1 eintretenden wie auch die aus dem Zoomsystem 1 austretenden Strahlen sind untereinander alle parallel (afokales Zoomsystem). Deutlich sichtbar ist aus einem Vergleich der 3 mit der 2, dass das Strahlenbüschel eines Randstrahls gegenüber dem Strahlenbüschel für den Achspunkt an der Austrittsseite des Zoomsystems 1 versetzt ist. Dies erklärt die bereits behandelte starke Vignettierung für die Randstrahlen beim Vorsehen einer Blende an der Austrittsseite des Zoomsystems 1.
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4 zeigt, ausgehend von dem Zoomsystem gemäß 1 und 2, eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Zoomsystems. Vor die erste Linsengruppe L1 des Zoomsystems 1 ist hier eine erste, vordere Blende B2 angeordnet. Des Weiteren ist hinter der letzten Linsengruppe L4 eine zweite, hintere Blende B1 angeordnet.
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Zunächst soll auf die Wirkungsweise der ersten, vorderen Blende B2 eingegangen werden. Hierzu kann man sich die Blende B1 als nicht vorhanden denken. Die Blende B2 führt bei der dargestellten mittleren bis hohen Vergrößerung des Zoomsystems 1 zu einer gleichförmigen Beschneidung des in das Zoomsystem 1 eintretenden Strahlenbüschels und zwar sowohl des Strahlenbüschels vom Objektmittelpunkt als auch desjenigen vom Randstrahl (vgl. 3). Eine Verringerung des Blendendurchmessers der Blende B2 führt somit zu einer Erhöhung der Schärfentiefe, ohne eine Vignettierung für die Randbereiche des Objektfelds zu verursachen. Bezüglich der Verhältnisse bei kleiner bis mittlerer Vergrößerung kann unter Bezugnahme auf die 1 festgestellt werden, dass die Blende B2 aufgrund des verringerten Strahlenbüschelquerschnitts in Richtung kleine Vergrößerungen wenig Einfluss hat. Wie bereits mehrfach erwähnt, ist dies jedoch praktisch bedeutungslos, da in diesem Vergrößerungsbereich ohnehin eine hohe Schärfentiefe vorliegt.
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Besondere Möglichkeiten eröffnen sich durch eine Kombination der ersten, vorderen Blende B2 mit der bereits in den 1 und 2 besprochenen hinteren Blende B1, die vorliegend auch als zweite Blende B1 bezeichnet wird. Mit einer derartigen Anordnung können Schärfentiefe und Helligkeit bei gleichzeitig minimierter Vignettierung über den gesamten Zoombereich optimal eingestellt werden. Hierbei kann insbesondere für niedrige bis mittlere Zoomvergrößerungen die zweite, hintere Blende B1 zur Einstellung der optimalen Helligkeit eingesetzt werden, während für mittlere bis hohe Zoomvergrößerungen die erste, vordere Blende B2 zur optimalen Einstellung der Schärfentiefe zu verwenden ist.
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Insbesondere kann die Einstellung der beiden Blenden B1 und B2 derart aufeinander abgestimmt erfolgen, dass bei einem Übergang von niedriger zu hoher Zoomvergrößerung die Helligkeit der Abbildung im Wesentlichen dadurch konstant gehalten wird, dass die zweite, hintere Blende B1 in ihrem Durchmesser vergrößert wird. Die optimale Einstellung der Schärfentiefe kann dann durch Einstellung der Blende B2 erfolgen, wobei diese zur Konstanthaltung der Schärfentiefe beim Übergang von niedriger zu hoher Zoomvergrößerung in ihrem Durchmesser verringert wird. Da sich eine Verringerung des Durchmessers der Blende B2 auch auf die Helligkeit der Abbildung auswirkt, muss dieser Effekt bei der entsprechenden Einstellung der Blende B1 zum Konstanthalten der Helligkeit berücksichtigt werden. Gleiches gilt selbstverständlich auch umgekehrt, da eine Änderung der Blende B1 eine - wenn auch geringe - Beeinflussung der Schärfentiefe zur Folge hat, die ja bei dieser Ausführungsform in erster Linie durch die Blende B1 gesteuert werden soll.
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Mit der in 4 dargestellten Anordnung der zwei Blenden B1 und B2 kann insbesondere eine softwaregestützte Steuerung oder Regelung zur Einstellung von Helligkeit und Schärfentiefe bei der Abbildung eines Objekts mittels eines Mikroskops mit einem in 4 dargestellten Zoomsystem 1 vorgenommen werden. Hierzu ist vorzugsweise eine Steuereinheit 11 vorgesehen, die als Eingangsgrößen die jeweilige Position der verschiebbaren Linsengruppen L2 und L3 aufnimmt. Die jeweilige Position dieser Linsengruppen L2 und L3 ist ein Maß für die eingestellte Zoomvergrößerung. Abhängig hiervon liefert die Steuereinheit 11 Ausgangsgrößen für die Einstellung der Blenden B1 und B2.
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Obgleich in 4 nur eine Ausführungsform gemäß erstem Aspekt der Erfindung dargestellt ist, kann der Fachmann anhand seiner Kenntnisse aus der Beschreibung der Erfindung gemäß zweitem Aspekt in einfacher Weise eine der Blenden B1 oder B2 oder aber beide Blenden B1 und B2 durch die entsprechende Blende bzw. die entsprechenden Blenden gemäß zweitem Aspekt der Erfindung ersetzen. Auf eine detaillierte Beschreibung sei hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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5 zeigt in schematischer Weise ein Stereomikroskop mit einem Zoomsystem gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Stereomikroskop vom Teleskop-Typ ermöglicht dem Betrachter, dessen Augen mit 8R bzw. 8L bezeichnet sind, einen räumlichen Eindruck des betrachteten Objekts 3 zu erhalten. Hierzu wird das Objekt 3, das sich im vorderen Brennpunkt des Objektivs 2 befindet, über zwei voneinander getrennte optische Kanäle abgebildet. Die beiden Betrachtungskanäle 10L und 10R sind in gleicher Weise aufgebaut und enthalten jeweils ein Zoomsystem 1L, 1R, eine Tubuslinse 4L, 4R und jeweils ein Okular 7L, 7R. Hinter den Tubuslinsen 4L und 4R angeordnete Bildumkehrsysteme 5L, 5R sorgen für seitenrichtige aufrechte Zwischenbilder 6L, 6R, die mit dem Paar gleicher Okulare 7L, 7R visuell betrachtet werden. Die genannten Paare von optischen Elementen sind parallel und symmetrisch zur Achse 9 des Objektivs 2 angeordnet. Die beiden Zoomsysteme 1L, 1R verändern wahlweise die Vergrößerung, jedoch in gleicher Weise für den linken und den rechten Kanal 10L, 10R.
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Die beiden Zwischenbilder 6L und 6R sind verschiedene Bilder des Objektes 3, da das Objekt 3 in dem linken Kanal 10L unter dem Winkel wL und im rechten Kanal 10R unter dem Winkel wR betrachtet wird. Auf diese Weise ist eine stereoskopische Betrachtung des Objekts 3 möglich.
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Der Achspunkt des Objekts 3 ist mit OM bezeichnet, während achsferne Punkte mit OU bzw. OO bezeichnet sind, von denen Randstrahlen ausgehen (vgl. 3). Mit EP ist der Durchmesser der Eintrittspupille der Zoomsysteme 1L, 1R benannt. Mit uL und uR sind die halben Öffnungswinkel der Kegel mit Spitze in der Objektmitte OM , der durch die Eintrittspupille begrenzt wird, bezeichnet.
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Bei der stärksten Vergrößerung der Zoomsysteme
1L,
1R ist der Eintrittspupillendurchmesser
EP maximal groß (vgl.
2) und wird dann mit ENP bezeichnet. Die Objektweite, also der Abstand des Objekts
1 von der ersten Fläche des Objektivs
2 ist mit
OW bezeichnet. Der in
5 dargestellte Feldwinkel
W fällt aufgrund der hier klein gewählten Objektweite
OW verhältnismäßig groß aus. Weitere Erläuterungen zu dem dargestellten Stereomikroskop finden sich in der
DE 102 25 192 B4 .
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In 5 ist jedes der Zoomsysteme 1R und 1L aus den gleichen vier Linsengruppen L1, L2, L3 und L4 aufgebaut. Gemäß dem geschilderten zweiten Aspekt der Erfindung ist eine opto-elektronische Blende B3 auf die zweite Linsengruppe L2 aufgebracht. Die Blende B3 befindet sich somit auf einer verschiebbaren Linsengruppe und kann somit besser die Funktion einer Aperturblende übernehmen. Wie in Zusammenhang mit der 4 bereits beschrieben, ist es vorteilhaft eine weitere Blende in Richtung Strahlaustrittsseite vorzusehen, d. h. in diesem Fall eine weitere Blende in Richtung Strahlaustrittsseite der Zoomsysteme 1L und 1R. Bei dieser weiteren Blende kann es sich ebenfalls um eine opto-elektronische Blende handeln, die vorzugsweise auf die Linsengruppe L3 oder aber auch auf die Linsengruppe L4 aufgebracht ist. Schließlich kann auch eine klassische Blende unmittelbar nach der Linsengruppe L4 angeordnet sein (vgl. B1 in 4).
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Anstelle der dargestellten elektro-optischen Blende B3, die auf der Linsengruppe L2 aufgebracht ist, kann jedes der Zoomsysteme 1R und 1L durch ein in 4 dargestelltes Zoomsystem 1 ersetzt werden. Auch durch diese Maßnahme erhält man ein Mikroskop, insbesondere Operationsmikroskop, mit den geschilderten Möglichkeiten der Beeinflussung von Helligkeit und/oder Schärfentiefe der Abbildung. Für die Ansteuerung der Blenden der jeweiligen Zoomsysteme 1L und 1R ist eine einzige Steuereinheit 11 ausreichend, die die entsprechenden Blenden gemeinsam ansteuert, weiterhin sind als Eingangssignale der Steuereinheit 11 die Stellung der verschiebbaren Linsengruppen eines Zoomsystems (1L oder 1R) ausreichend, da beide Zoomsysteme 1L, 1R immer dieselbe Zoomvergrößerung aufweisen müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1R, 1L
- Zoomsystem
- 2
- Objekiv
- 3
- Objekt
- 4R, 4L
- Tubuslinse
- 5R, 5L
- Bildumkehrsystem
- 6R, 6L
- Zwischenbild
- 7R, 7L
- Okular
- 8R, 8L
- Auge
- 9
- Achse des Objektivs
- 10R, 10L
- Betrachtungskanal
- 11
- Steuereinheit
- B
- Blende
- B1
- zweite Blende
- B2
- erste Blende
- EP
- Durchmesser der Eintrittspupille
- L1-L4
- Linsengruppen
- OM, OU, OO
- Objektpunkt
- OW
- Objektweite
- uR, uL
- halbe Öffnungswinkel
- W
- Feldwinkel
- wR, wL
- Betrachtungswinkel
