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Die vorliegende Erfindung betrifft ein stereoskopisches Mikroskop zur Erfassung und Wiedergabe von Paaren von stereoskopischen Teilbildern.
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Ein derartiges stereoskopisches Mikroskop kommt beispielsweise in Form eines Operationsmikroskops bei chirurgischen Eingriffen im Bereich der klinischen Medizin zum Einsatz. Weiterhin werden stereoskopische Mikroskope auch im Bereich der biologischen und medizinischen Diagnostik verwendet.
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Bei herkömmlichen stereoskopischen Operationsmikroskopen erfolgt eine vergrößerte Darstellung eines Objekts mit Hilfe von Einzelobjektiven oder Objektivpaaren und einem nachgeordneten Okularpaar, durch welches eine Person das Objekt betrachten kann. Diese Operationsmikroskope weisen den Nachteil auf, dass für ein Abzweigen von Bildinformationen aus dem Strahlengang, wie es beispielsweise für eine parallele Beobachtung durch eine zweite Person oder zu Dokumentationszwecken erforderlich ist, die für die Beobachtung durch den Hauptbenutzer zur Verfügung stehende Lichtintensität reduziert wird.
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Weiterhin ist bei stereoskopischen Mikroskopen oftmals gewünscht, dass sich der Sucher bzw. die Okulare möglichst nahe am zu beobachtenden Objekt befinden, damit es dem Benutzer des Mikroskops möglich ist, zur Durchführung von Manipulationen, die er mit Hilfe seiner Hände an dem beobachteten Objekt vornehmen möchte, eine möglichst ergonomische Körperposition einzunehmen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stereoskopisches Mikroskop zu schaffen, welches eine qualitativ hochwertige Vervielfältigung der Bildinformation bei einer kompakten und ergonomischen Bauweise ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein stereoskopisches Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßes elektronisches stereoskopisches Mikroskop zur Erfassung und Wiedergabe von Paaren von stereoskopischen Teilbildern umfasst eine Kameraeinheit mit zumindest einem elektronischen Bildsensor, einem abgewinkelten Objektiv zum Erzeugen eines Abbilds eines Objekts auf dem Bildsensor, wobei das Objektiv einen ersten, dem abzubildenden Objekt zugewandten Schenkel, einen zweiten, dem Bildsensor zugewandten, mit dem ersten Schenkel einen Winkel einschließenden Schenkel und zwischen den Schenkeln vorgesehene Umlenkungsmittel umfasst, wobei der erste Schenkel entlang einer Abbildungsachse verläuft, der zweite Schenkel entlang einer Erfassungsachse verläuft und die Umlenkungsmittel einen entlang der Abbildungsachse geführten Abbildungsstrahlengang entlang der Erfassungsachse in Richtung des Bildsensors umlenken, und Strahlungsaufteilungsmittel innerhalb des Objektivs, welche dazu ausgelegt sind, den Abbildungsstrahlengang in jeweilige Teilstrahlengänge zu unterteilen, wobei sich die Teilstrahlengänge hinsichtlich ihres Betrachtungswinkels des Objekts unterscheiden. Das Mikroskop umfasst ferner einen elektronischen Sucher zum Wiedergeben von mittels des Bildsensors erfassten stereoskopischen Teilbildern, wobei der elektronische Sucher in einer Beobachtungsposition angeordnet oder in eine Beobachtungsposition beweglich ist, die an einer Rückseite des Objektivs in Verlängerung der Abbildungsachse vorgesehen ist. Der elektronische Sucher kann mit einem Ausgang der Kameraeinheit elektronisch verbunden sein, um die mittels des Bildsensors erfassten stereoskopischen Teilbilder empfangen und wiedergeben zu können. Als Umlenkungsmittel können beispielsweise ein oder mehrere Spiegel und/oder Prismen eingesetzt werden.
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Der Aufbau des Mikroskops ermöglicht es, abwechselnd oder auch gleichzeitig zwei stereoskopische Teilbilder aufzuzeichnen, die einer Links-Perspektive bzw. einer Rechts-Perspektive entsprechen. Es erfolgt eine elektronische Erfassung der mittels des Objekts abgebildeten stereoskopischen Teilbilder, so dass die von dem oder den Bildsensoren generierten, in elektronischer Form vorliegenden Bilddaten oder Bildsignale beliebig aufgeteilt und/oder vervielfacht werden können. Die Bilddaten oder Bildsignale können somit nicht nur mit Hilfe des elektronischen Suchers wiedergegeben werden, sondern zusätzlich oder alternativ auch an weitere Wiedergabemittel, beispielsweise einen oder mehrere zusätzliche elektronische Sucher, 3D-Brillen oder Monitore, und/oder an ein Fernübertragungssystemsystem übermittelt werden können. Somit ist es möglich, dass mehrere Personen gleichzeitig das von dem Abbildungssystem erfasste Objekt beobachten können, ohne dass es hierbei zu einer Abschwächung der Lichtintensität kommt. Auch eine simultane Aufzeichnung der stereoskopischen Teilbilder zu Dokumentationszwecken ist somit ohne Qualitätsverlust möglich, wobei sowohl Standbilder als auch Bewegtbilder aufgezeichnet werden können.
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Zum Betrachten der mittels des Bildsensors erfassten stereoskopischen Teilbilder durch den Benutzer des Mikroskops (z.B. Chirurg) ist der elektronische Sucher in einer Beobachtungsposition vorgesehen oder kann zumindest in eine Beobachtungsposition wahlweise bewegt werden, die an einer Rückseite des Objektivs in Verlängerung der genannten Abbildungsachse vorgesehen ist (also in Verlängerung des genannten ersten, objektnahen Schenkels des Objektivs). Eine solche koaxiale Anordnung ermöglicht es dem Benutzer, seine Blickrichtung so zu wählen, dass er zumindest annähernd in die gleiche Richtung auf das das abgebildete Objekt wiedergebende Bildpaar blickt, wie er auch ohne das Aufnahmesystem auf dieses Objekt blicken würde. Letztlich definiert nämlich die Abbildungsachse des Objektivs die „Blickrichtung“ der Kameraeinheit auf das Objekt. Da sich der elektronische Sucher zumindest in der genannten Beobachtungsposition in Verlängerung der Abbildungsachse, also der genannten „Blickrichtung“ befindet, ergibt sich eine besonders ergonomische und intuitive Benutzung des Mikroskops. Falls der Benutzer mit Hilfe seiner Hände Manipulationen an dem abgebildeten Objekt vornehmen möchte, kann er seinen Kopf und seinen Blick in Richtung auf das Objekt ausrichten, was die Koordination der Handbewegungen mit dem durch den elektronischen Sucher erzeugten visuellen Eindruck erheblich vereinfacht.
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Die abgewinkelte Ausgestaltung des Objektivs verkürzt dessen effektive Baulänge im Vergleich zu einer gestreckten Bauweise derart, dass sich der Abstand zwischen dem Objekt und dem elektronischen Sucher reduziert, was sich bei der eingehend erläuterten koaxialen Ausrichtung des elektronischen Suchers auf das Objekt besonders vorteilhaft auswirkt. In dem dem Objekt zugewandten ersten Schenkel muss nämlich nur ein Teil der Abbildungselemente des Objektivs und/oder der Strahlaufteilungsmittel untergebracht werden. Der übrige Teil dieser Abbildungselemente und optional der Bildsensor selbst können am oder im zweiten Schenkel des Objektivs untergebracht werden, welcher gegenüber dem ersten Schenkel abgewinkelt (d.h. um einen von 180° verschiedenen Winkel geneigt) ist und damit für die Baulänge des Mikroskops zumindest in der Beobachtungsrichtung nicht relevant ist. Durch die verkürzte effektive Baulänge des Mikroskops ist es dem Benutzer möglich, Manipulationen am Objekt in einer ergonomisch günstigen Körperposition durchzuführen. Eine ungünstige Körperhaltung, in der beispielsweise mit ausgestreckten Armen gearbeitet werden muss, kann somit vermieden werden.
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Gemäß einem Erfindungsaspekt ist der elektronische Sucher mit der Kameraeinheit über eine Verstellvorrichtung beweglich verbunden, welche dazu ausgelegt ist, die Position des elektronischen Suchers in Bezug auf die Kameraeinheit zu verstellen, wobei sich der elektronische Sucher zumindest in einer ersten Verstellposition in der genannten Beobachtungsposition befindet, also in Verlängerung der Abbildungsachse des ersten Schenkels des Objektivs an der Rückseite des Objektivs. Mit Hilfe der Verstellvorrichtung ist es möglich, den elektronischen Sucher in wenigstens eine von der genannten Beobachtungsposition abweichende zweite Verstellposition zu bringen, falls die räumlichen Gegebenheiten dies erfordern. Somit kann also sowohl die Kameraeinheit optimal auf das Objekt als auch der elektronische Sucher optimal auf den Benutzer ausgerichtet werden, ohne dass dieser eine möglicherweise unbequeme Körperhaltung einnehmen muss.
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Der elektronische Sucher definiert eine Beobachtungsachse, wobei der elektronische Sucher ferner derart angeordnet oder beweglich ist, die Beobachtungsachse mit der Abbildungsachse zusammenfällt. Mit anderen Worten definiert die Beobachtungsachse die Blickrichtung eines Benutzers auf den elektronischen Sucher, welche insbesondere durch die Mittelachse der optischen Achsen der Okulare vorgegeben sein kann. Wenn die Beobachtungsachse und die Abbildungsachse zusammenfallen, blickt der Benutzer des Mikroskops parallaxenfrei in dieselbe Richtung auf das stereoskopische Teilbildpaar, in welche die Kameraeinheit auf das Objekt „blickt“. Die dem Benutzer präsentierten stereoskopischen Teilbildern entsprechen also bis auf eine Vergrößerungsänderung derjenigen Ansicht, die ihm ohne das Mikroskop präsentiert würde. Wenn sich also der elektronische Sucher in der ersten Verstellposition und in der genannten Ausrichtung befindet, erzeugt das Mikroskop weder eine Blickwinkeländerung noch eine Parallaxe im Vergleich zu einer mit unbewaffnetem Auge erfolgenden Beobachtung des Objekts.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schneidet in zumindest einer zweiten Verstellposition des elektronischen Suchers die Beobachtungsachse die Abbildungsachse des ersten Schenkels des Objektivs. Die Verstellvorrichtung lässt somit eine Verstellung des elektronischen Suchers auch in solche Verstellpositionen zu, die zwar nicht unbedingt eine optimale Blickwinkelergonomie aufweisen, jedoch beispielsweise eine bequemere Körperhaltung des Benutzers ermöglichen.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist die Verstellvorrichtung dazu ausgelegt, den elektronischen Sucher entlang einer Bewegungsrichtung parallel zu dem zweiten Schenkel des Objektivs, oder mit einer Bewegungskomponente parallel zu dem zweiten Schenkel des Objektivs, zu versetzen. Eine solche vorzugsweise lineare Versetzbewegung verändert somit den lateralen Abstand zwischen der Abbildungsachse und dem elektronischen Sucher.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Verstellvorrichtung dazu ausgelegt sein, den elektronischen Sucher um wenigstens eine Schwenkachse zu verschwenken. Das Verschwenken kann derart erfolgen, dass sich der Winkel zwischen der Beobachtungsachse des elektronischen Suchers und der Abbildungsachse des Objektivs und gegebenenfalls zusätzlich auch die Position des Schnittpunkts der beiden genannten Achsen verändern lässt. Die Verstellvorrichtung kann grundsätzlich so ausgelegt sein, dass diese eine Kombination aus einem Versetzen und einem Schwenken des elektronischen Suchers ermöglicht. Es versteht sich, dass auch zwei oder mehr Schwenkachsen vorgesehen sein können, welche parallel oder auch gegeneinander verdreht ausgerichtet sein können.
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Vorteilhafterweise verläuft die genannte Schwenkachse senkrecht zu einer Ebene, welche durch den ersten und den zweiten Schenkel des Objektivs aufgespannt ist. Somit ist der elektronische Sucher innerhalb der durch den ersten und den zweiten Schenkel aufgespannten Ebene schwenkbar. Eine zweite Schwenkachse kann beispielsweise derart zusätzlich vorgesehen sein, dass diese parallel zu oder in der genannten aufgespannten Ebene verläuft.
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Die genannte Schwenkachse kann insbesondere die Abbildungsachse des ersten Schenkels des Objektivs oder die Verlängerung dieser Abbildungsachse schneiden.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Schwenkachse entlang der Länge des ersten Schenkels des Objektivs angeordnet (d.h. im Bereich des ersten Schenkels und nicht etwa dahinter). Hierdurch erfolgt ein Verschwenken um einen großen Radius und somit mit einer relativ großen Bewegungskomponente parallel zu dem zweiten Schenkel des Objektivs und einer relativ kleinen Bewegungskomponente parallel zu dem ersten Schenkel des Objektivs.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Lichtaustrittsbereich des elektronischen Suchers mit der Schwenkachse zusammenfällt oder von dieser beabstandet ist. Der Lichtaustrittsbereich kann beispielsweise durch die Lichtaustrittsseite eines Okularpaares des elektronischen Suchers oder durch eine Bildfläche einer elektronischen Anzeigeeinrichtung oder eines Paares von elektronischen Anzeigeeinrichtungen definiert sein. Im erstgenannten Fall erfolgt bei einem Verschwenken des elektronischen Suchers lediglich eine Änderung der Winkelposition, während im letztgenannten Fall je nach Ausrichtung der Schwenkachse auch eine horizontale und/oder vertikale Positionsänderung des elektronischen Suchers erfolgt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Verstellvorrichtung an der Kameraeinheit befestigt. Insbesondere kann die Verstellvorrichtung an dem Objektiv (vorzugsweise an dem zweiten Schenkel des Objektivs) befestigt sein. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform der elektronische Sucher über die Verstellvorrichtung an dem Objektiv der der Kameraeinheit beweglich montiert. Hieraus ergibt sich eine besonders kompakte Bauform des Mikroskops.
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Alternativ kann die Verstellvorrichtung auch beispielsweise an einem Stativ angeordnet sein, wobei das Stativ sowohl ein separates Stativ, welches lediglich für den elektronischen Sucher vorgesehen ist, als auch ein gemeinsames Stativ sein kann, welches auch die Kameraeinheit trägt.
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Alternativ zu der Verwendung der genannten Verstellvorrichtung kann gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt auch vorgesehen sein, dass der elektronische Sucher an der Kameraeinheit starr befestigt ist.
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Vorteilhafterweise beträgt der zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel eingeschlossene Winkel 90°. Auf diese Weise kann ein besonders kompakt bauendes Objektiv verwirklicht werden, ohne dass es zur Vermeidung von etwaigen geometrischen Verzeichnungen besonderer konstruktiver Maßnahmen bedarf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Schenkel des Objektivs derart ausgerichtet, dass die Erfassungsachse senkrecht zu einer Ebene verläuft, die durch die optischen Achsen der beiden innerhalb des ersten Schenkels verlaufenden Teilstrahlengänge aufgespannt ist. Beispielsweise weist der zweite Schenkel vertikal nach oben, wenn die durch die beiden Teilstrahlengänge aufgespannte Ebene horizontal verläuft, d.h. wenn das Objektiv in eine horizontale, nicht verkippte Richtung „blickt“. Dadurch wird gewährleistet, dass der zweite Schenkel den Bewegungsbereich für den Benutzer des Mikroskops möglichst wenig beeinträchtigt.
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Vorteilhafterweise weist das Objektiv einen einzigen Abbildungsstrahlengang mit einer zentralen optischen Achse auf, wobei die Kameraeinheit ferner nur einen einzigen elektronischen Bildsensor umfasst, welcher bevorzugt einen elektronischen Shutter zum Einstellen einer Ladungsintegrationszeit des Bildsensors aufweist. Bei dieser Ausführungsform umfassen die Strahlaufteilungsmittel: eine im Abbildungsstrahlengang angeordnete Doppelaperturblende, welche zwei voneinander beabstandete und zu der optischen Achse versetzte Aperturen aufweist, die den Abbildungsstrahlengang in die jeweiligen Teilstrahlengänge unterteilen; eine der Doppelaperturblende zugeordnete rotierende Verschlussblende, welche gemäß einer Drehzahl zeitlich alternierend einen der beiden Aperturen für eine vorbestimmte Zeitperiode freigibt und die andere der beiden Aperturen zumindest während dieser Zeitperiode verschließt, um zeitlich alternierend einen der beiden Teilstrahlengänge freizugeben und den anderen der beiden Teilstrahlengänge zu unterbrechen; und eine Synchronisations- und Steuereinrichtung, welche dazu angepasst ist, das Auslesen des Bildsensors (insbesondere die durch den elektronischen Shutter des Bildsensors eingestellte Ladungsintegrationszeit) und die Drehzahl der rotierenden Verschlussblende derart miteinander zu synchronisieren, dass der Bildsensor während der genannten Zeitperiode ein jeweiliges stereoskopisches Teilbild auf der Grundlage des freigegebenen Teilstrahlengangs erfasst.
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Unter der genannten Ladungsintegrationszeit werden der Startzeitpunkt und die Dauer oder der Endzeitpunkt der Ladungsintegration in den lichtempfindlichen Pixeln (Bildpunktelementen) des Bildsensors verstanden. Typischerweise umfasst der Bildsensor eine zweidimensionale Matrix von Pixeln, in denen in Abhängigkeit von einer Belichtung (z.B. Intensität, Dauer und Wellenlänge der Strahlungsbeaufschlagung) elektrische Ladung erzeugt, und ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird. Die Bildfrequenz oder Bildrate einer vom Bildsensor erfassten Bildserie ergibt sich aus der genannten Ladungsintegrationszeit, z.B. aus der Differenz der Startzeitpunkte von zwei aufeinander folgend aufgenommenen Bildern.
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Die Drehzahl der Verschlussblende kann insbesondere über einen geeigneten Pulsgeber, z.B. Hall-Sensor, erfasst werden. Es versteht sich, dass mit Hilfe des elektronischen Shutters zusätzlich auch die Belichtungszeit des Bildsensors gesteuert werden kann (also die Dauer der Belichtung). Grundsätzlich kann aber auch die rotierende Verschlussblende zur Steuerung der Belichtungszeit beitragen. Bei der Verschlussblende kann es sich um eine so genannte Sektorblende handeln, welche eine oder mehrere Segmentöffnungen aufweist.
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Grundsätzlich kann jedoch Strahlaufteilung auch auf beliebige andere Weise erfolgen. So können als Strahlaufteilungsmittel beispielsweise Prismen und/oder teildurchlässige Spiegel vorgesehen sein. Ferner können auch elektronische Verschlüsse für die beiden Teilstrahlengänge vorgesehen sein (z.B. jeweiliger LCD Shutter).
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Anstelle eines Objektivs mit einem einzigen Abbildungsstrahlengang und Strahlaufteilungsmitteln können auch ein Doppelobjektiv mit zwei Abbildungsstrahlengängen und zwei Sensoren vorgesehen sein.
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Vorzugsweise weist der elektronische Sucher wenigstens eine elektronische Anzeigeeinrichtung und zwei Okulare auf. Somit ähnelt der elektronische Sucher einem bei herkömmlichen Mikroskopen verwendeten optischen Sucher.
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Beispielsweise kann der elektronische Sucher eine einzige elektronische Anzeigeeinrichtung zum Darstellen der erfassten stereoskopischen Teilbilder aufweisen, wobei der elektronische Sucher ferner eine Strahlteilungseinrichtung umfasst, welche die gemäß dem einen Strahlengang erfassten stereoskopischen Teilbilder zu dem einen Okular und die gemäß dem anderen Teilstrahlengang erfassten stereoskopischen Teilbilder zu dem anderen Okular lenkt.
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Alternativ kann der elektronische Sucher zwei elektronische Anzeigeeinrichtungen zum Darstellen der erfassten stereoskopischen Teilbilder aufweisen, wobei jeder elektronischen Anzeigeeinrichtung ein Okular zugeordnet ist, und wobei die eine Anzeigeeinrichtung zur Wiedergabe der gemäß dem einen Strahlengang erfassten stereoskopischen Teilbilder und die andere Anzeigeeinrichtung zur Wiedergabe der gemäß dem anderen Teilstrahlengang erfassten stereoskopischen Teilbilder vorgesehen ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen stereoskopischen Mikroskops gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 1A zeigt einen elektronischen Sucher des stereoskopischen Mikroskops gemäß 1 in Draufsicht.
- 2 zeigt eine Doppelaperturblende des stereoskopischen Mikroskops gemäß 1 in einer Frontansicht.
- 3 zeigt eine rotierende Verschlussblende des stereoskopischen Mikroskops gemäß 1 in einer Frontansicht.
- 4 zeigt eine Linsengruppe des stereoskopischen Mikroskops gemäß 1 in einer Frontansicht.
- 5 bis 8 zeigen schematische Seitenansichten eines stereoskopischen Mikroskops gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
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Ein erfindungsgemäßes stereoskopisches Mikroskop 10 zur Erfassung und Wiedergabe von Paaren von stereoskopischen Teilbildern eines Objekts 12 umfasst eine Kameraeinheit 14, welche einen elektronischen Bildsensor 16, beispielsweise einen CMOS-Sensor, und ein L-förmiges Objektiv 18 zum Erzeugen eines Abbildes des Objekts 12 auf dem Bildsensor 16 aufweist. Das Objektiv 18 weist einen ersten, dem abzubildenden Objekt 12 zugewandten Schenkel 18a und einen zweiten, dem Bildsensor 16 zugewandten Schenkel 18b auf. Der zweite Schenkel 18b schließt mit dem ersten Schenkel 18a einen rechten Winkel ein. Sowohl in dem ersten Schenkel 18a als auch in dem zweiten Schenkel 18b des Objektivs 18 sind optische Komponenten vorgesehen, insbesondere Linsen, wie nachstehend erläutert wird.
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Der Schenkel 18a ist in Richtung des Objekts 12 durch ein transparentes Verschlussfenster 62 geschlossen, das beispielsweise durch eine planparallele Glasplatte gebildet ist und als Schutz gegen Verschmutzung dient. Ausgehend von dem Verschlussfenster 62 folgen entlang einer zentralen optischen Achse O als optische Elemente eine Frontlinse oder erste Linse 20 und eine Rücklinse oder zweite Linse 22, die gemeinsam mit einem zugeordneten Träger (nicht gezeigt) eine Linsengruppe 64 bilden.
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Die Linsengruppe 64 bildet einen einzigen Abbildungsstrahlengang, dessen Strahlen zwischen der ersten Linse 20 und der zweiten Linse 22 parallel verlaufen. Die Linsengruppe 64 kann entlang eines im Bereich des ersten Schenkel 18a verlaufenden, als Abbildungsachse A bezeichneten Teilabschnitts der optischen Achse O als eine Einheit bewegt werden, um den Vergrößerungsfaktor des Objektivs 18 zu variieren (Zoom-Funktion). Es versteht sich, dass auch komplexere mehrlinsige Objektive mit fester oder variabler Brennweite verwendet werden können. Ferner können auch spezielle Ausführungen von Objektiven verwendet werden, die aufgrund der verwendeten Glassorten, ihrer Apertur und/oder ihres Strahlengangs Anti-Aliasing-Eigenschaften aufweisen, so dass auf einen optischen Tiefpassfilter am Bildsensor verzichtet werden kann.
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Zwischen den beiden Linsen 20, 22 ist eine feststehende Doppelaperturblende 24 angeordnet, welche zwei voneinander beabstandete und zu der Abbildungsachse A versetzte Aperturen 26a, 26b aufweist, die den Abbildungsstrahlengang in jeweilige Teilstrahlengänge 28a, 28b unterteilen, die sich in 1 in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene erstrecken und daher in der zweidimensionalen Darstellung mit der optischen Achse O zusammenfallen. Die Doppelaperturblende 24 ist in einer Frontansicht auch in 2 gezeigt. Die Teilstrahlengänge 28a, 28b unterscheiden sich hinsichtlich ihres Betrachtungswinkels des Objekts 12, wobei der Teilstrahlengang 28a beispielsweise einer Rechts-Perspektive und der Teilstrahlengang 28b einer Links-Perspektive entsprechen kann.
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Zwischen der Doppelaperturblende 24 und der zweiten Linse 22 ist eine um die Abbildungsachse A rotierende, von einer Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) angetriebene Verschlussblende 32 angeordnet, welche eine Segmentöffnung 34 aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass die rotierende Verschlussblende 32 in Abhängigkeit von ihrer Winkelposition eine der beiden Aperturen 26a, 26b freigibt und die andere der beiden Aperturen 26a, 26b verschließt. Die Verschlussblende 32 ist in einer Frontansicht auch in 3 gezeigt. In der in 3 dargestellten Winkelposition ist die Apertur 26a freigegeben und die Apertur 26b verschlossen, so dass lediglich der Teilstrahlengang 28a von dem Bildsensor 16 erfasst werden kann, während der Teilstrahlengang 28b durch die Verschlussblende 32 unterbrochen ist.
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Der Verschlussblende 32 ist ein Positionssensor 36 zugeordnet, welcher die Winkelposition der Verschlussblende 32 ermittelt und entsprechende Positionssignale erzeugt.
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In dem dem Bildsensor 16 zugewandten zweiten Schenkel 18b des L-förmigen Objektivs 18 sind eine feststehende Fokussierlinse 66 und eine weitere bewegliche Fokussierlinse 68 vorgesehen, welche entlang eines im Bereich des zweiten Schenkel 18b verlaufenden, als Erfassungsachse B bezeichneten Teilabschnitts der optischen Achse O versetzbar ist.
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Ein Umlenkspiegel 60 lenkt den Abbildungsstrahlengang um 90° zwischen den beiden Schenkeln 18a, 18b um.
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Die Kameraeinheit 14 weist ferner eine Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 auf, welche mit dem Bildsensor 16, der Antriebsvorrichtung und dem Positionssensor 36 verbunden ist (Verbindung zum Positionssensor nicht dargestellt). Obwohl die Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine einzige Einheit dargestellt ist, erfüllt sie mehrere Funktionen, die in alternativen Ausführungsbeispielen auch von mehreren separaten Untereinheiten erfüllt werden können.
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Die von dem Bildsensor 16 erzeugten Bilddaten werden an einem Sensorausgang 42 bereitgestellt und an die Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 übermittelt. Die Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 erzeugt Steuersignale für einen elektronischen Shutter des Bildsensors 16 zum Einstellen der Bildfrequenz und wahlweise auch der Belichtungszeit des Bildsensors 16, welche an einen entsprechenden Sensoreingang 44 übermittelt werden. Die Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 empfängt ferner die von dem Positionssensor 36 erzeugten Positionssignale und übermittelt Steuersignale zum Einstellen der Drehzahl der Verschlussblende 32 an die Antriebsvorrichtung.
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Mit Hilfe der Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 werden die durch den elektronischen Shutter des Bildsensors 16 eingestellte Bildfrequenz und die Drehzahl der rotierenden Verschlussblende 32 derart miteinander synchronisiert, dass der Bildsensor 16 während einer Zeitperiode, in welcher eine der Aperturen 26a, 26b freigegeben ist, ein jeweiliges stereoskopisches Teilbild auf der Grundlage des freigegebenen Teilstrahlengangs 28a, 28b erfasst. Die Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 (oder eine hiervon separate Einheit) bildet aus den von dem Bildsensor 16 erfassten Bilddaten entsprechende Ströme von Paaren von stereoskopischen Teilbildern und gibt diese letztlich an einem Datenausgang 40 des Mikroskops 14 aus.
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Das Mikroskop 10 umfasst weiterhin einen elektronischen Sucher 50, welcher zum Empfang der Bilddaten mit dem Datenausgang 40 des Mikroskops 14 elektronisch verbunden ist. Unter einer elektronischen Verbindung wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine kabelgebundene elektrische Verbindung, eine optische Verbindung, beispielsweise über Lichtleiter, oder auch eine drahtlose Datenverbindung verstanden.
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Die Synchronisations- und Steuereinrichtung 38 kann weitere Ausgänge aufweisen, an denen weitere elektronische Sucher, andere Wiedergabesysteme und/oder Aufzeichnungssysteme angeschlossen werden können. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen stereoskopischen Mikroskops 10 können die mit Hilfe der Kameraeinheit 14 erzeugten stereoskopischen Teilbilder ohne Beeinträchtigung der Lichtintensität vervielfältigt und an eine beliebige Anzahl von elektronischen Suchern 50, an eine oder mehrere Aufzeichnungseinrichtungen und an eine oder mehrere Datenübertragungsschnittstellen zur Fernübertragung der erzeugten Bilddaten angeschlossen werden.
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Der elektronische Sucher 50 weist gemäß 1A zwei elektronische Anzeigeeinrichtungen 52a, 52b zum Darstellen der erfassten stereoskopischen Teilbilder auf (z.B. OLED-Displays). Jeder Anzeigeeinrichtung 52a, 52b ist ein Okular 54a, 54b zugeordnet, wobei die Anzeigeeinrichtung 52a zur Wiedergabe der gemäß dem Teilstrahlengang 28a erfassten stereoskopischen Teilbilder und die Anzeigeeinrichtung 52b zur Wiedergabe der gemäß dem Teilstrahlengang 28b erfassten stereoskopischen Teilbilder in Richtung einer zentralen, parallel zu den optischen Achsen der Okulare 54a, 54b verlaufenden Beobachtungsachse C vorgesehen ist.
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Gemäß einer Abwandlung des elektronischen Suchers 50 kann der elektronische Sucher auch nur eine einzige elektronische Anzeigeeinrichtung umfassen, wobei die dargestellten stereoskopischen Teilbilder mit Hilfe einer Strahlteilungseinrichtung alternierend zu einem der beiden Okulare 54a, 54b gelenkt werden, wie es vorstehend bereits erläutert wurde.
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Anstelle der oben stehend beschriebenen elektronischen Sucher 50 können alternativ oder zusätzlich auch elektronische Sucher in anderer Ausgestaltung vorgesehen sein. So kann ein alternativer nicht dargestellter elektronischer Sucher einen einzigen Monitor aufweisen, welcher alternierend die stereoskopischen Teilbilder eines jeweiligen Teilstrahlengangs 28a, 28b darstellt und der von einem Benutzer mit Hilfe einer entsprechend synchronisierten Shutterbrille betrachtet werden muss, welche abwechselnd eines der beiden Augen des Benutzers zur Betrachtung des Monitors freigibt.
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Der elektronische Sucher 50 ist im Ausführungsbeispiel von 1 starr mit dem zweiten Schenkel 18b des Objektivs 18 gekoppelt und zwar derart, dass der elektronische Sucher 50 an der Rückseite des Objektivs 18 angeordnet ist und die Beobachtungsachse C des elektronische Suchers 50 in Verlängerung mit der Abbildungsachse A des ersten Schenkels 18a des Objektivs 18 zusammenfällt.
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Weitere erfindungsgemäße Varianten zur Anordnung des elektronischen Suchers 50 werden unten näher beschrieben.
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Das Mikroskop 10 gemäß 1 weist ferner eine Beleuchtungseinrichtung 56 auf, um das Objekt 12 mit sichtbarer Strahlung (d.h. Licht) und/oder unsichtbarer Strahlung (z.B. infraroter oder ultravioletter Strahlung) zu beleuchten. Die Beleuchtungseinrichtung 56 gemäß 1 umfasst zwei Lichtleiter 70, die an eine Lichtquelle (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Jeder der beiden Lichtleiter 70 emittiert (insbesondere mittels einer Kollimationsoptik, nicht gezeigt) ein zumindest im Wesentlichen kollimiertes Beleuchtungsstrahlbündel 72. Das jeweilige Beleuchtungsstrahlbündel 72 verläuft innerhalb des betreffenden Schenkels des Objektivs 18 parallel zu der zentralen Abbildungsachse A, und zwar nach oben oder unten versetzt hierzu. Jedes der beiden Beleuchtungsstrahlbündel 72 beaufschlagt eine jeweilige Zerstreuungslinse 74, die das Beleuchtungsstrahlbündel 72 aufweitet und durch das Verschlussfenster 62 hindurch in Richtung des Objekts 12 umlenkt. Die beiden Zerstreuungslinsen 74 können innerhalb des Objektivs 18 feststehend angeordnet sein. Alternativ können die Zerstreuungslinsen 74 jedoch auch an dem genannten Träger der beweglichen Linsengruppe 64 befestigt sein und somit gemeinsam mit der Linsengruppe 64 bewegt werden.
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Bei dem Mikroskop 10 gemäß 1 umfassen die beiden Linsen 20, 22 der Linsengruppe 64 des Objektivs 18 zwei Ausnehmungen 76, die es den genannten Beleuchtungsstrahlbündeln 72 ermöglichen, die Linsengruppe 64 zu passieren, ohne eine optische Grenzfläche der Linsengruppe 64 zu beaufschlagen. Somit wird ein durch die Beleuchtungsstrahlbündel 72 verursachter unerwünschter Streulichteinfall in die Linsengruppe 64 zuverlässig vermieden. Gleichwohl können die Beleuchtungsstrahlbündel 72 nahe der zentralen Abbildungsachse A bis zu den nahe der zentralen Abbildungsachse A angeordneten Zerstreuungslinsen 74 geführt werden, so dass eine Beleuchtung des Objekts 12 mit geringem Schattenwurf bewirkt wird und das Objektiv 18 einschließlich der teilweise integrierten Beleuchtungseinrichtung 56 kompakt baut (geringe radiale Ausdehnung bezüglich der Abbildungsachse A). Dies wird im Folgenden anhand der 4 näher erläutert.
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4 zeigt eine Frontansicht der beiden Linsen 20, 22 der Linsengruppe 64. Die Linsen 20, 22 weisen an der Oberseite und der Unterseite eine jeweilige Ausnehmung 76 in Form einer Abflachung auf. Mit anderen Worten besitzen die beiden Linsen 20, 22 nicht wie üblich einen geschlossenen kreisrunden Querschnitt 78 (wie in 4 gestrichelt gezeigt). Sondern ausgehend von einem derartigen kreisrunden Querschnitt 78 sind an zwei zueinander parallel und in der Frontansicht gemäß 5 horizontal verlaufenden Sekanten der Kreisform die zwei Ausnehmungen 76 vorgesehen, die sich entlang der Linsengruppe 64 parallel zu der Abbildungsachse A erstrecken.
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Die Linsen 20, 22 müssen allerdings nicht, wie in 4 gezeigt, geradlinig „abgeschnitten“ sein. Beispielsweise könnten die Ausnehmungen 76 auch durch kreisrunde Bohrungen innerhalb eines kreisrunden Querschnitt 78 der Linsen 20, 22 gebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass die Ausnehmungen 76 eine ungehinderte Ausbreitung des jeweiligen Beleuchtungsstrahlbündels 72 ermöglichen, obwohl die beiden Beleuchtungsstrahlbündel 72 innerhalb des Objektivs 18 verlaufen.
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Zum besseren Verständnis sind in 4 auch noch die beiden Aperturen 26a, 26b der Doppelaperturblende 24 gezeigt, welche in Flucht zu den beiden Linsen 20, 22 angeordnet ist (gestrichelte Darstellung, ohne Berücksichtigung der durch die Linsen 20, 22 bewirkte Vergrößerung der Darstellung). Die Ausnehmungen 76 sind sowohl bezüglich der Abbildungsachse A als auch bezüglich der beiden Aperturen 26a, 26b versetzt. Aus 4 ist somit auch ersichtlich, dass die Ausnehmungen 76, bezogen auf eine Betrachtung entlang der optischen Achse A, einen gewissen Mindestabstand zu den Aperturen 26a, 26b der Doppelaperturblende 24 einhalten.
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Mit neuerlicher Bezugnahme auf 1 sei noch darauf hingewiesen, dass die beiden Zerstreuungslinsen 74 bezogen auf die Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlbündel 72 jenseits der ersten Linse 20 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die beiden Zerstreuungslinsen 74 aus der Sicht des Bildsensors 16 hinter dem letzten (d.h. Objekt-nächsten) optischen Element des Objektivs 18 angeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass trotz des Aufweitens der Beleuchtungsstrahlbündel 72 keine Lichtbeaufschlagung eines optisch wirksamen Elements des Objektivs 18 erfolgt, was zu unerwünschten Lichtstreueffekten führen könnte.
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Alternativ zu den erläuterten kollimierten Beleuchtungsstrahlbündeln 72 können die beiden Lichtleiter 70 auch bis vor zu der jeweiligen Zerstreuungslinse 74 geführt sein.
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Mit Bezug auf 5 bis 8 werden nun weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Mikroskops 10 beschrieben, wobei jeweils das Objekt 12, die Kameraeinheit 14 mit dem ersten Schenkel 18a und dem zweiten Schenkel 18b des Objektivs, der elektronische Sucher 50 und eine jeweilige Verstellvorrichtung 100a bis 100d in schematischer Weise gezeigt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 umfasst die Verstellvorrichtung 100a ein an der Kameraeinheit 14 befestigtes objektivseitiges Stützelement 102a und ein an dem elektronischen Sucher 50 befestigtes sucherseitiges Stützelement 104a. Die Stützelemente 102a, 104a sind um eine erste Schwenkachse S 1 schwenkbar miteinander gekoppelt, wobei die Schwenkachse S 1 senkrecht zu einer durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene, welche der Zeichnungsebene entspricht, verläuft. Die Verstellvorrichtung 100a ist derart angeordnet, dass in der gezeigten Verstellposition die Beobachtungsachse C des elektronischen Suchers 50 in Verlängerung mit der Abbildungsachse A des Schenkels 18a zusammenfällt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 umfasst die Verstellvorrichtung 100b ein an der Kameraeinheit 14 befestigtes objektivseitiges Stützelement 102b und ein an dem elektronischen Sucher 50 befestigtes sucherseitiges Stützelement 104b. Die Stützelemente 102b, 104b sind jeweils gelenkig mit einem Verbindungselement 106b verbunden, wobei die Verbindungsstellen der Stützelemente 102b, 104b mit dem Verbindungselement 106b eine erste Schwenkachse S 1 und eine von der ersten Schwenkachse S1 beabstandete zweite Schwenkachse S2 definieren, welche beide senkrecht zu einer durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene verlaufen. Mit Hilfe der Verstellvorrichtung 100b kann der elektronische Sucher 50 relativ zur Kameraeinheit 14 in der durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene sowohl verschwenkt als auch auf einem Kreisbogen ohne Änderung seiner Ausrichtung versetzt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 umfasst die Verstellvorrichtung 100c ähnlich dem Ausführungsbeispiel von 6 ein mit der Kameraeinheit 14 verbundenes objektivseitiges Stützelement 102c und ein mit dem elektronischen Sucher 50 verbundenes sucherseitiges Stützelement 104c. Ein Zwischenelement 108c ist mit dem objektivseitigen Stützelement 102c um eine dritte Schwenkachse S3 schwenkbar verbunden, wobei die Schwenkachse S3 parallel zu oder in einer durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene verläuft. Ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 sind das Zwischenelement 108c und das sucherseitige Stützelement 104c über ein Verbindungselement 106c gelenkig miteinander verbunden, wobei auch hier eine Schwenkbarkeit um eine erste Schwenkachse S 1 und um eine zweite Schwenkachse S2 gegeben ist, wobei die Schwenkachsen S1, S2 senkrecht zu der durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene und auch senkrecht zu der Schwenkachse S3 verlaufen. Auch die Verstellvorrichtung 100c erlaubt sowohl ein (eine Änderung der Winkelposition umfassendes) Verschwenken des elektronischen Suchers 50 relativ zur Kameraeinheit 14 in der durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene, als auch ein Versetzen auf einem Kreisbogen ohne Änderung der Winkelposition. Zusätzlich ist ein Verschwenken in einer Ebene möglich, welche senkrecht zu der durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene und parallel zu der Abbildungsachse A verläuft.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist an der Kameraeinheit eine parallel zum zweiten Schenkel 18b verlaufende Führungsschiene 112 angeordnet, an welcher ein Schlitten 110 parallel zum zweiten Schenkel 18b versetzbar geführt ist. Optional kann ein Zwischenelement 108d zusätzlich um eine parallel zum zweiten Schenkel 18b verlaufende dritte Schwenkachse S3 schwenkbar mit dem Schlitten 110 verbunden sein. An dem elektronischen Sucher 50 ist ein sucherseitiges Stützelement 104d befestigt, das um eine erste Schwenkachse S1 schwenkbar mit dem Zwischenelement 108d verbunden ist. Wie auch in den anderen Ausführungsbeispielen verläuft die Schwenkachse S1 senkrecht zu einer durch die beiden Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene und senkrecht zu der dritten Schwenkachse S3.
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Die Verstellvorrichtung 100d ermöglicht im Prinzip die gleichen Verstellbewegungen wie die Verstellvorrichtung 100c (7), wobei bei der Verstellvorrichtung 100d eine reine Linearverstellung des elektronischen Suchers 50 in der durch die Schenkel 18a, 18b aufgespannten Ebene ohne eine hierzu orthogonale Komponente möglich ist.
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Es versteht sich, dass verschiedene Aspekte der Ausführungsbeispiele gemäß 5 bis 8 miteinander kombiniert oder weggelassen werden können. So kann beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 die Schwenkbarkeit um die zweite Schwenkachse S2 entfallen, indem das sucherseitige Stützelement 104c bzw. der elektronische Sucher 50 starr mit dem Zwischenelement 108c verbunden wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 kann auch die Schwenkbarkeit um die dritte Schwenkachse S3 entfallen.
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Alle Gelenkverbindungen bzw. Linearverstellmittel der Verstellvorrichtungen 100a bis 100d können selbsthemmend ausgeführt sein und/oder wahlweise blockierbare Feststellmittel aufweisen.
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Die Schwenkachsen S1, S2, S3 müssen nicht zwingend an den gezeigten Positonen vorgesehen sein. So können beispielsweise die an den sucherseitigen Stützelementen 104a bis 104d vorgesehenen Schwenkachsen in einer durch eine Lichtaustrittsfläche des elektronischen Suchers 50 definierten Ebene verlaufen, so dass sich bei einem Verkippen des elektronischen Suchers 50 dessen Abstand, bezogen auf einen die Lichtaustrittsfläche umfassenden Bereich, von der Abbildungsachse A nicht oder nur geringfügig ändert.
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Die in den 5 bis 8 gezeigte jeweilige Schwenkachse S1 kann (abweichend von den Darstellungen) im Bereich des ersten Schenkels 18a des Objektivs 18 angeordnet sein, also in Richtung des Objekts 12 versetzt, beispielsweise indem ein Paar von Schwenkhebeln an der Außenseite des ersten Schenkels 18a angelenkt ist. Hierdurch kann der elektronische Sucher 50 sehr nahe der Rückseite des Objektivs 18 angeordnet sein.
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Bei allen Ausführungsbeispielen ist gewährleistet, dass zumindest eine Verstellposition existiert, in welcher die Beobachtungsachse C in Verlängerung mit der Abbildungsachse A zusammenfällt, so dass der Blickwinkel eines Benutzers auf den elektronischen Sucher 50 demjenigen Blickwinkel entspricht, in dem auch das Objektiv 18 auf das abzubildende Objekt 12 blickt, so dass der Blick des Benutzers sozusagen direkt auf das Objekt 12 gerichtet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Mikroskop
- 12
- Objekt
- 14
- Kameraeinheit
- 16
- Bildsensor
- 18
- Objektiv
- 18a
- erster Schenkel
- 18b
- zweiter Schenkel
- 20
- erste Linse
- 22
- zweite Linse
- 24
- Doppelaperturblende
- 26a, 26b
- Apertur
- 28a, 28b
- Teilstrahlengang
- 32
- Verschlussblende
- 34
- Segmentöffnung
- 36
- Positionssensor
- 38
- Synchronisations- und Steuereinrichtung
- 40
- Datenausgang
- 42
- Sensorausgang
- 44
- Sensoreingang
- 50
- elektronischer Sucher
- 52a, 52b
- elektronische Anzeigeeinrichtung
- 54a, 54b
- Okular
- 56
- Beleuchtungseinrichtung
- 60
- Umlenkspiegel
- 62
- Verschlussfenster
- 64
- Linsengruppe
- 66
- Fokussierlinse
- 68
- Fokussierlinse
- 70
- Lichtleiter
- 72
- Beleuchtungsstrahlbündel
- 74
- Zerstreuungslinse
- 76
- Ausnehmung
- 78
- kreisrunder Querschnitt
- 100a-100d
- Verstellvorrichtung
- 102a-102c
- objektivseitiges Stützelement
- 104a-104d
- sucherseitiges Stützelement
- 106b-106d
- Verbindungselement
- 108c, 108d
- Zwischenelement
- 110
- Schlitten
- 112
- Führungsschiene
- A
- Abbildungsachse
- B
- Erfassungsachse
- C
- Beobachtungsachse
- O
- optische Achse
- S1, S2, S3
- Schwenkachse
