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Die Erfindung betrifft eine optische
Anordnung mit telezentrischem Strahlenbereich mit einem nach Unendlich
abbildenden Objektiv, insbesondere ein Mikroskop.
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Optische Anordnungen, insbesondere
Mikroskope, mit einem, einen telezentrischen Strahlenbereich umfassenden
Strahlengang besitzen eine sog. Unendlichoptik, die aus einen nach
Unendlich abbildenden Objektiv besteht, und eine im einem festen Abstand
zum Objektiv angeordnete Tubuslinse. Dieser telezentrische Strahlenbereich
befindet sich zwischen dem Objektiv und der Tubuslinse. An Stelle
einer Tubuslinse werden gelegentlich auch mehrere Tubuslinsen unterschiedlicher
Brennweite zum Zwecke der Vergrößerungsänderung
in einem Revolver untergebracht. Für die Erzeugung eines auskorrigierten
Zwischenbildes im Abstand der Schnittweite der Tubuslinsen kann
eine Bildfehlerkorrektion allein durch das Objektiv erfolgen. Diese
Korrektion kann aber auch auf Objektiv und Tubuslinse aufgeteilt
werden. In beiden Fällen
ist es erforderlich, die einzelnen optischen Elemente in einem definierten
Abstand voneinander anzuordnen und zu halten, um Bildfehler und
Vignettierungen zu vermeiden.
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Der zwischen Objektiv und Tubuslinse
gelegene telezentrische Strahlenbereich wird gewöhnlich bei Mikroskopen in Richtung
der Mikroskopachse dazu genutzt, optische Planelemente, wie z. B.
Prismen, Teilerspiegel, Planplatten, Filter, polarisierende Elemente,
ohne negative Beeinflussung des Zwischenbildes in den Abbildungsstrahlengang
des Gerätes
einzubringen. Optiken, die eine Bildversetzung zur Kompensation
der größeren optischen
Wege erzeugen, sind nicht erforderlich.
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Die optischen Planelemente befinden
sich üblicher
Weise im Abbildungsstrahlengang, in welchem sie in verschiedenen
Ebenen senkrecht zur Mikroskopachse, entweder fest oder in den Strahlengang
einschaltbar, übereinander
positioniert sind. Da der durch den Abstand zwischen Objektiv und
Tubuslinse begrenzte telezentrische Strahlenbereich aus bekannten
optischen Gründen
eine bestimmte Obergrenze nicht überschreiten
darf, ist die Anzahl der maximal einbringbaren Elemente limitiert.
Weiterhin wird der telezentrische Strahlenbereich auch zur Seite
hin und nach hinten durch vorgegebene Gerätekonstruktionen, insbesondere
durch den Geräteaufbau,
begrenzt.
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Aus der
DE 42 31 470 A1 ist ein
modulares Mikroskopsystem bekannt, welches einen zusammengesetzten
Mikroskopgrundkörper
besitzt, der einen Stativfuß,
ein Stativoberteil und einen Zwischenmodul mit ansetzbarem Binokulargehäuse aufweist. Der
Grundkörper
stellt eine mehrteilige Rahmenkonstruktion dar, an welcher Anschlagflächen für das Positionieren
von Trägern
vorgesehen sind, auf denen optische und/oder mechanische und/oder
elektrische oder elektronische, zu funktionellen Einheiten vereinigte
Baugruppen angeordnet sind. Diese Träger können mit optischen Bauelementen,
wie Spiegeln, Linsen, Blenden oder mit einer Revolvereinheit bestückt sein.
Ferner kann ein eine Tubuslinse aufweisender Zwischenmodul vorgesehen
sein, welcher gegen einen anderen Zwischenmodul ausgetauscht werden
kann, der beispielsweise neben einer Tubuslinse auch eine schaltbare
und vorjustierte Bertrandlinse besitzt.
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Aus dieser Druckschrift ist ein justierbarer Aufbau
eines Mikroskopsystems aus in sich abgeschlossenen, optischmechanischen
Modulen bekannt, der jedoch keine verzweigungsartige Erweiterung
des telezentrischen Strahlenbereiches erlaubt, mit Ausnahme der
bei Auflichtmikroskopen immer vorhandenen Abzweigung des Beleuchtungsstrahlenganges.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine optische Anordnung mit einem in mehreren Koordinatenrichtungen
ausgedehnten, telezentrischen Strahlenbereich zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den
Mitteln des kennzeichnenden Teils des ersten Patentanspruches gelöst. In den
weiteren Ansprüchen
sind Einzelheiten und weitere Ausführungen der Erfindung dargelegt.
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So ist im Raum zwischen dem Objektiv
und der Tubuslinse, also im telezentrischen Strahlenbereich, in
welchem telezentrischer Strahlengang vorliegt, mindestens ein optisches
Element zur seitlichen Abzweigung mindestens eines ersten Teilstrahlenganges
vorgesehen, wobei sich in jedem dieser ersten Teilstrahlengänge eine
Tubuslinse in einem geeigneten Abstand vom Objektiv befindet.
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Um auch den telezentrischen Strahlenbereich
auf zwei Koordinaten ausdehnen zu können, ist es vorteilhaft, wenn
aus mindestens einem dieser ersten Teilstrahlengänge mindestens ein zweiter
Teilstrahlengang abgezweigt ist und wenn sich in jedem dieser zweiten
Teilstrahlengänge
eine Tubuslinse in einem geeigneten Abstand vom Objektiv befindet.
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Eine räumliche Ausweitung des telezentrischen
Strahlenbereiches kann vorteilhaft realisiert werden, wenn aus mindestens
einem dieser zweiten Teilstrahlengänge mindestens ein dritter
Teilstrahlengang abgezweigt ist und wenn sich in jedem dieser dritten
Teilstrahlengänge
eine Tubuslinse in einem geeigneten Abstand vom Objektiv befindet.
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So ist es auch vorteilhaft, daß die in
den ersten, zweiten und dritten Teilstrahlengängen angeordneten Tubuslinsen
gleiche oder unterschiedliche Brennweiten besitzen. Somit kann auch
je nach Anforderung der Ein- und Auskopplung von Strahlengängen die
Brennweite der vorgesehenen Tubuslinsen variiert werden. Bei gleicher
Brennweite aller eingesetzten Tubuslinsen ist ein gleicher Abbildungsmaßstab für alle vorgesehenen
Zwischenbilder gegeben.
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Ein Vorteil besteht ferner darin,
daß zur
Ab- bzw. Verzweigung der ersten, der zweiten und dritten Teilstrahlengänge an sich
bekannte optische und/oder physikalische Strahlenteilerelemente
vorgesehen sind, wobei diese Strahlenteilerelemente im Raum zwischen
dem Objektiv und der jeweiligen Tubuslinse des zu verzweigenden
Teilstrahlenganges angeordnet sind.
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Bei der Arbeit und im Sinne einer
multivalenten Anwendung der Geräte
ist es vorteilhaft, wenn mit Strahlenteilerelementen bestückte Wechseleinrichtungen
oder Module vorgesehen sind, welche zwecks Einbringung in den jeweiligen
Teilstrahlengang mit ansteuerbaren Antrieben gekoppelt sind. Damit
ist ein rascher, mechanisierter und steuerbarer Wechsel der Strahlenteilerelemente
und deren schnelle Einbringung in den jeweiligen Strahlengang gewährleistet.
So ist es auch vorteilhaft, wenn die Strahlenteilerelemente in den
Wechseleinrichtungen austauschbar angeordnet sind.
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Es ist weiterhin im Sinne eines vielseitigen Einsatzes
der nach der Erfindung ausgestalteten Geräte, wenn in den ersten, zweiten
und/oder dritten Teilstrahlengängen
Blenden und/oder optische Filter, insbesondere Interferenz-, Farboder
Polarisationsfilter angeordnet sind, die der Beeinflussung der optischen
Eigenschaften des Lichtes des jeweiligen Teilstrahlenganges dienen.
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Mit der Erfindung ist eine Erweiterung
des telezentrischen Strahlenbereiches optischer Anordnungen, insbesondere
Mikroskope, in einfacher Weise in mehreren Koordinatenrichtungen
bei Beibehaltung einer guten optischen Korrektur der abbildenden Systeme
realisiert. Der so erweiterte telezentrische Strahlenbereich ist
somit durch Ein- und Auskopplungen von Zwischenbildern oder weiteren
Strahlengängen
universell nutzbar gemacht. Damit ist die Möglichkeit zur Erweiterung des
telezentrischen Strahlenbereiches bei zusätzlichen applikativen Erfordernissen
gegeben. Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht darin, daß die ergonomische
Einblickhöhe
in den Mikroskoptubus erhalten bleibt, weil die Länge des
telezentrischen Strahlenbereiches in Richtung der optischen Achse
des Hauptstrahlenganges des Mikroskopes nicht durch die erfindungsgemäße Erweiterung
des telezentrischen Strahlenbereiches verändert wird.
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Die Erfindung soll nachstehend am
einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigen
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1 stark
vereinfacht eine optische Anordnung mit zwei im telezentrischen
Strahlenbereich abgezweigten Teilstrahlengängen,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer Anordnung mit verzweigten Teilstrahlengängen und
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3 stark
vereinfacht eine Anordnung mit räumlich
abgezweigten Teilstrahlengängen.
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1 zeigt
stark vereinfacht eine erfindungsgemäße optische Anordnung, beispielsweise einen
Mikroskopstrahlengang, welcher zur vergrößerten Abbildung eines Objektes 1 dient.
Die optische Anordnung umfaßt
entlang einer optischen Achse 2 ein nach Unendlich abbildendes
Objektiv 3, eine Tubuslinse 4 und ein Okular 5 mit
einer Okularzwischenbildebene 6, in welcher das Objekt 1 durch
das Objektiv 3 und die Tubuslinse 4 abgebildet
wird. Das in der Okularzwischenbildebene 6 erzeugt Bild
des Objektivs 3 kann durch das Okular 5 vergrößert betrachtet
werden. Objektiv 3, Tubuslinse 4 und Okular 5 bilden
den typischen Mikroskopstrahlengang, welcher bei der optischen Anordnung
den Hauptstrahlengang bil det. Im Strahlengang der Anordnung erzeugt
das nach Unendlich abbildende Objektiv 3 einen parallelen
Strahlengang, die Bilderzeugung in der Okularzwischenbildebene 6 erfolgt
durch die Tubuslinse 4, welche eine geeignete Brennweite
besitzt. Zwischen dem Objektiv 3 und der Tubuslinse 4 befindet
sich der telezentrische Strahlenbereich des Hauptstrahlenganges,
d. h. in diesem Bereich herrscht ein paralleler Strahlenverlauf.
Dieser telezentrische Strahlenbereich oder auch telezentrische Raum
wird üblicher
Weise in Richtung der optischen Achse 2 genutzt, um optische
Planelemente, wie Prismen, Teilerspiegel, Planparallelplatten als
Filter und/oder Polarisationselemente, ohne eine negative Beeinflussung
des Zwischenbildes in der Okularzwischenbildebene 6 in
den Strahlengang anzuordnen.
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Wie aus 1 ferner zu entnehmen, sind im telezentrischen
Strahlenbereich als Strahlenteiler 7 und 8 ausgebildete
optische Elemente zur seitlichen Abzweigung (in der X-Y-Ebene) von zwei ersten
Teilstrahlengängen
vorgesehen, in welchen Tubuslinsen angeordnet sind. So befindet
sich in dem durch den Strahlenteiler 7 abgezweigten Teilstrahlengang
eine Tubuslinse 9. In dem durch den Strahlenteiler 8 abgezweigten
Teilstrahlengang ist beispielsweise ein auf einer Welle 10 drehbarer
Revolver 11 mit mehreren Tubuslinsen 12; 13 unterschiedlicher
Brennweite angeordnet. Diese unterschiedlichen Tubuslinsen 9; 12; 13 können je
nach Verwendungszweck in den entsprechenden, vom Hauptstrahlengang
abgezweigten Teilstrahlengängen
eingebracht werden. Einer solchen Tubuslinse kann beispielsweise
auch eine Kamera nachgeordnet sein.
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Die Strahlenteiler 7 und 8 können zu
einem Strahlenteilermodul (gestrichelt in der 1 dargestellt) vereinigt sein, welcher
beispielsweise als eine Einheit in dem entsprechenden Strahlengang
angeordnet wird. Der Strahlenteilermodul kann je nach Anwendungszweck
mit den verschieden sten Umlenkelementen, wie Farbteiler, Neutralteiler
oder Vollspiegel, bestückt
sein. Zusätzlich
können
auch optische Planelemente, wie Filter verschiedenster Art, im Strahlenteilermodul
angeordnet sein. Eine Schaltbarkeit der Strahlenteilermoduls in
den und aus dem entsprechenden Haupt- oder Teilstrahlengang kann ebenfalls
vorgesehen werden. So können
diese schaltbaren Strahlenteilermodule auch mit ansteuerbaren Antrieben
(nicht dargestellt) versehen sein.
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Die Tubuslinsen 4; 9; 12; 13 begrenzen
den jeweiligen telezentrischen Strahlenbereich des Haupt- und Teilstrahlenganges,
in welchem sie angeordnet sind und bilden so eine optische Schnittstelle. Diese
Tubuslinsen 4; 9; 12; 13 können auch
in einem mechanischen Adapterstück
(nicht dargestellt) angeordnet sein, welches entsprechende Anschlußflächen besitzt
und somit geeignete mechanische Schnittstellen bilden kann. Damit
können
diese Adapterstücke
an geeigneten Positionen in den einzelnen Strahlengängen angeordnet
werden. Somit wird auch eine Mehrfachverwendung ein und derselben Tubuslinse
und des zugeordneten mechanischen Adapterstükkes, inklusive seiner Schnittstellen
möglich.
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Die in 2 in
perspektivisch dargestellte Anordnung zur vergrößerten Abbildung kleiner Objekte 1,
beispielsweise ein Mikroskop, besitzt ebenfalls einen Hauptstrahlengang,
in den entlang der optischen Achse 2 das Objektiv 3,
die Strahlenteiler 7; 8, die Tubuslinse 4,
und das Okular 5 mit der Okularzwischenbildebene 6 angeordnet
sind. Da diese optischen Bauelemente im Hauptstrahlengang die gleichen
Funktionen besitzen wie die bei der Anordnung nach 1 verwendeten Bauelemente, werden hier die
gleichen Bezugszeichen verwendet. Das gleiche soll auch für die Anordnung
nach 3 gelten, die weiter
unten beschrieben wird.
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Bei der optischen Anordnung nach 2 ist in einem durch den
Strahlenteiler 7 abgezweigten, ersten Teilstrahlengang
ein weiterer Strahlenteiler 14 angeordnet, welchem in der
Reihenfolge in einem weiteren Teilstrahlengang eine weitere Tubuslinse 15 mit
einer geeigneten Brennweite und andere optischen Elemente, wie beispielsweise
Blenden 16; 17, Filter 18 und evtl. eine
Lichtquelle 19 oder ein Bildschirmgerät nachgeordnet sind. Mit der
Lichtquelle 19 kann z. B. ein weiterer Beleuchtungsstrahlengang in
den Hauptstrahlengang eingespiegelt werden.
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In einem weiteren, durch den Strahlenteiler 14 aus
dem ersten Teilstrahlengang abgezweigten, zweiten Teilstrahlengang
ist ebenfalls eine Tubuslinse 20 und ein weiteres Okular 21 zur
Beobachtung des Objektes 1, z. B. durch eine zweite Person,
vorgesehen.
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Durch den im Hauptstrahlengang gelegenen Strahlenteiler 8 wird
ebenfalls ein weiterer, erster Teilstrahlengang aus dem Hauptstrahlengang
abgezweigt, welcher durch einen weiteren Strahlenteiler 22 weiter
verzweigt wird. In jedem dieser abgezweigten, zweiten Teilstrahlengänge sind
wiederum geeignete Tubuslinsen 23; 24 angeordnet,
denen weitere, hier nicht dargestellte optischen Abbildungs-, Strahlenführungs-
und/oder Beobachtungseinrichtungen nachgeordnet werden können. Diese
Tubuslinsen 15; 20; 23; 24 begrenzen
ebenso wie die Tubuslinse 4 im Hauptstrahlengang den telezentrischen
Strahlenbereich des Teilstrahlenganges, in dem sie angeordnet sind.
Durch eine solche Anordnung der optischen Elemente wird mit einfachen
Mitteln eine Erweiterung des telezentrischen Raumes in der X-Y-Ebene
realisiert, wobei beispielsweise die Einblickhöhe in das Okular 5 des
Hauptstrahlenganges erhalten bleibt.
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In der Beschreibung und in den Ansprüchen ist
ein mit „erster"
benannter Teilstrahlengang ein aus dem Hauptstrahlengang direkt
abgezweigter Teilstrahlengang, und ein mit „zweiter" benannter Teilstrahlengang
ist ein aus einem „ersten"
Teilstrahlengang abgezweigter Teilstrahlengang. Ein aus einem „zweiten"
Teilstrahlengang abgezweigter Teilstrahlengang wird mit „dritter"
näher bezeichnet.
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3 zeigt
eine optische Anordnung, bei welcher ein in der X-Y-Ebene ausgedehnter
telezentrischer Strahlenbereich auch in z-Richtung für zusätzliche
Ein- und/oder Auskopplungen von Strahlengängen, für Beleuchtungen oder für Microtools
erweitert ist. Auch bei dieser Anordnung, z. B. einem Mikroskop,
zur vergrößerten Abbildung
oder Beobachtung des Objektes 1 sind entlang der optischen
Achse 2 das Objektiv 3, die Tubuslinse 4 und
das Okular 5 mit der 0kularzwischenbildebene 6 angeordnet. Diese
optischen Elemente bilden, wie auch bei den Anordnungen nach 1 und 2, den Hauptstrahlengang. Als Strahlenteiler
sind, als Reflektoren vereinfacht dargestellt, Strahlenteilermodule 25 und 26 im Hauptstrahlengang
zur Erzeugung von ersten Teilstrahlengängen vorgesehen, welche, wie
durch Doppelpfeile in 3 gekennzeichnet,
in diesen Strahlengang ein- und ausgeschaltet werden können.
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Wie 3 zu
entnehmen ist, wird durch den Strahlenteilermodul 25 ein
erster Teilstrahlengang mit einem weiteren Strahlenteilermodul 27 gebildet, durch
den zweite Teilstrahlengänge
in der X-Y Ebene mit Tubuslinsen 28 und 29 in
der X-Y-Ebene abgezweigt werden. In einem dieser zweiten Teilstrahlengänge ist
beispielsweise eine Lichtquelle 30 zur Zusatzbeleuchtung
des Objektes 1 angeordnet. Der andere zweite Teilstrahlengang
wird durch einen weiteren Strahlenteiler 31 weiter aufgespalten
in einen dritten Teilstrahlengang mit einer Tubuslinse 29 und
in einen anderen dritten Teilstrahlengang mit einer Tubuslinse 32,
wobei letzterer Teilstrahlengang in einer zur z-Achse parallelen
optischen Achse verläuft
und damit eine räumliche
Erweiterung des telezentrischen Strahlenbereiches der Anordnung
gegeben ist.
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Der durch den Strahlenteilermodul 26 erzeugte
andere erste Teilstrahlengang ist ähnlich wie der durch den Strahlenteilermodul 25 erzeugte
erste Teilstrahlengang aufgebaut. Dieser Strahlenteilermodul 26 kann
auch schwenkbar angeordnet sein, was in der 3 durch die gestrichelte Darstellung
angezeigt werden soll. Ein dem Strahlenteilermodul 26 nachgeordneter
Strahlenteilermodul 33 verzweigt den durch den Strahlenteilermodul 26 erzeugten
ersten Teilstrahlengang weiter. In dem einen abgezweigten zweiten
Teilstrahlengang ist direkt nachfolgend ein weiterer Strahlenteiler 34 vorgesehen,
welcher dritte Teilstrahlengänge
erzeugt, in denen geeignete Tubuslinsen 35 und 36 angeordnet
sind, denen weitere optische Bauelemente nachgeordnet werden können. So
kann eine beispielsweise durch eine Beleuchtungseinrichtung 37 beleuchtete
Vergleichsplatte 38, wie sie in der Metallographie zum
Vergleich von Anschliffpräparaten
und anderem verwendet werden, mit einem Bild des Objektes 1 in
einer Zwischenbildebene zur Koinzidenz gebracht werden, so daß ein Vergleich
des Objektes 1 beispielsweise mit einem Muster oder Normal
erfolgen kann.
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Ein weiterer, durch den Strahlenteiler 34 abgezweigter
dritter Teilstrahlengang, in welchem eine Tubuslinse 39 angeordnet
ist verläuft
in einer zur z-Achse parallelen Richtung, womit auch hier eine räumliche
Erweiterung des telezentrischen Strahlenbereiches gegeben ist.
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In sinnvoller Weise können auch
bei der erfindungsgemäßen optischen
Anordnung nach 3 die
einzelnen Strahlenteilermodule und Strahlenteiler in den jeweiligen
Teilstrahlengang ein- und ausschaltbar angeordnet sein (durch Doppelpfeil
in 3 gekennzeichnet),
so daß zusätzliche
Abbildungs-, Beobachtungs- und auch Beleuchtungsstrahlengänge simultan
und auch alternativ realisiert werden können.
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Die erfindungsgemäße optische Anordnung gestattet
den an sich räumlich
begrenzten telezentrischen Strahlenbereich eines Mikroskopstrahlenganges
sowohl in der Ebene als auch im Raume auszudehnen. Auf diese Weise
können
eine Anzahl weiterer Strahlengänge
aus einem Mikroskopstrahlengang ausund eingeblendet werden und damit
der Anwendungsbereich des Mikroskopes erweitert werden.