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Die
Erfindung betrifft ein Mikroskopiesystem zur Betrachtung eines Objekts.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mikroskopiesystem mit einem Chassis
und einem Objektiv, wobei zwischen dem Objektiv und dem Objekt ein
Vorsatz angeordnet ist, um das Objekt aus verschiedenen Richtungen
zu betrachten, ohne hierbei das Chassis relativ zu dem Objekt bewegen
zu müssen.
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Aus
DE 196 13 431 A1 ist
ein Mikroskopiesystem bekannt, welches einen endoskopischen Vorsatz
aus mehreren schwenkbar aneinander angelenkten Gliedern aufweist.
In Gelenken zwischen aneinander angrenzenden Gliedern ist jeweils
ein Spiegelpaar vorgesehen, um einen Strahlengang ausgehend von
dem zu betrachtenden Objekt durch die Glieder hin zu einem Objektiv
des Mikroskops bereitzustellen.
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Ein
Nachteil bei diesem herkömmlichen
System liegt darin, daß durch
die mehreren Reflexionen des Strahlengangs an den mehreren Gelenken
eine Seitenverkehrung des durch den endoskopischen Fortsatz transportierten
Bildes auftritt, weshalb ein Bildaufrichtungsprisma unmittelbar
vor dem Objektiv vorgesehen ist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Mikroskopiesystem
mit einem vereinfachten Aufbau vorzuschlagen, bei welchem ein Vorsatz
zwischen Objektiv und zu betrachtendem Objekt eine Variation des
Blickwinkels auf das Objekt ermöglicht, ohne
ein Mikroskopchassis relativ zu dem Objekt zu bewegen.
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Ein
erfindungsgemäßes Mikroskopiesystem weist
eine Mikroskopieoptik aus mehreren Linsen auf, von welchen wenigstens
ein Teil in einem Chassis des Mikroskopiesystems fest gehaltert
ist. Eine der Linsen ist eine Frontlinse eines Objektivs mit einer
optischen Achse. Zwischen dem Objektiv und einer Objektposition
des Mikroskopiesystems sind zwei mit Abstand voneinander angeordnete
Umlenkspiegel vorgesehen, um den Strahlengang zwischen der Objektposition
und der Frontlinse durch Reflexion an den beiden Umlenkspiegeln
zu falten. Hierdurch ist es möglich,
das Objekt an der Objektposition durch die Mikroskopieoptik aus
einer Richtung zu betrachten, welche verschieden ist von der Richtung der
optischen Achse des Objektivs.
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Vorzugsweise
ist zwischen der Frontlinse und der Objektivposition neben dem ersten
und dem zweiten Umlenkspiegel kein weiterer Umlenkspiegel vorgesehen.
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Ferner
ist dort vorzugsweise auch ein Bildaufrichtungssystem nicht vorgesehen.
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Vorzugsweise
sind die Frontlinse und der erste und der zweite Umlenkspiegel relativ
zueinander derart anordenbar, daß ein Hauptstrahl des Strahlengangs
zwischen der Objektposition und dem zweiten Umlenkspiegel die optische
Achse in etwa schneidet bzw. dieser bis auf einige Zentimeter, insbesondere
einige Millimeter nahekommt.
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Vorzugsweise
ist ferner ein Verhältnis
zwischen einem räumlichen
Abstand zwischen der Frontlinse und der Objektposition und einer
Länge des
Strahlengangs zwischen der Frontlinse und der Objektposition kleiner
als 0,8, vorzugsweise kleiner als 0,7 und weiter bevorzugt kleiner
als 0,6.
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Zweckmäßigerweise
sind der erste und der zweite Umlenkspiegel relativ zueinander verlagerbar, um
einen Blickwinkel auf das Objekt zu ändern. Hierbei sind vorzugsweise
der erste und der zweite Umlenkspiegel derart relativ zueinander
verlagerbar, daß eine
Länge des
Strahlengangs zwischen der Frontlinse und der Objektposition im
wesentlichen konstant bleibt. Es ist dann möglich, den Blickwinkel zu ändern, ohne
einen Abstand des Chassis von dem Objekt ändern zu müssen.
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Ebenfalls
ist es bevorzugt, daß das
Objektiv ein Objektiv mit änderbarer
Schnittweite ist, das heißt eine
Länge des
Lichtwegs zwischen Objektiv und dessen Objektebene änderbar
ist. Dabei ist es insbesondere möglich,
eine Änderung
der Länge
des Strahlengangs zwischen der Frontlinse und dem Objekt bei einer
Verlagerung des ersten und des zweiten Umlenkspiegels relativ zueinander
durch eine Änderung
der Schnittweite des Objektivs auszugleichen, so daß auch dann
das Chassis bei einer Änderung des
Blickwinkels nicht bezüglich
des Objekts verlagert werden muß.
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Vorzugsweise
kann das Mikroskopiesystem zwei Betriebsmodi bereitstellen, nämlich einen
ersten Betriebsmodus, in dem der erste Umlenkspiegel und der zweite
Umlenkspiegel in dem Strahlengang angeordnet sind, und einen zweiten
Betriebsmodus, in dem der erste und der zweite Umlenkspiegel in
dem Strahlengang nicht angeordnet sind. Damit ist es möglich, das
Objekt direkt entlang der optischen Achse des Objektivs zu betrachten
oder über
die beiden Umlenkspiegel beispielsweise unter einem Winkel zu der
optischen Achse zu betrachten.
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Da
eine Länge
des Strahlengangs zwischen der Frontlinse und dem Objekt in dem
ersten Betriebsmodus größer ist
als in dem zweiten Betriebsmodus ist es wünschenswert bei einer Umstellung von
einem Betriebsmodus auf den anderen einen Abstand zwischen dem Chassis
und dem Objekt nicht ändern
zu müssen.
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Hierzu
ist das Objektiv vorzugsweise wiederum ein Objektiv mit änderbarer
Schnittweite.
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Ebenfalls
bevorzugt ist ein Objektiv, welches eine Linse umfaßt, die
zur Änderung
der Schnittweite des Objektivs aus dem Strahlengang entfernbar ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei
zeigt
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1 einen Aufbau einer ersten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Mikroskopiesystems
in schematischer Darstellung, und
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2 eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Mikroskopiesystems
ebenfalls in einer schematischen Darstellung.
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1 zeigt in einer schematischen
Darstellung einen Strahlengang durch ein Mikroskopiesystem 1.
Dieses umfaßt
eine Mikroskopieoptik 3 mit mehreren Linsen, welche in
einem Chassis 5 aufgenommen sind, welches an in 1 lediglich teilweise dargestellten
Armen 7 eines ansonsten nicht dargestellten Stativs angelenkt
ist.
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Das
Mikroskop 1 ist ein Stereo-Mikroskop mit zwei Okularen 9 mit
jeweils schematisch dargestellten Okularlinsen 11.
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Ein
Stereo-Strahlengang verläuft
ausgehend von den Okularen 9 jeweils durch Umlenkprismen 15 und
Zoomsysteme 17 zu einem Objektiv 19.
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Die
Zoomsysteme 17 sind in 1 jeweils bestehend
aus zwei Linsengruppen 20 und 21 dargestellt,
deren Abstand voneinander durch Antriebe 23 änderbar
ist, um eine Vergrößerung der
Mikroskopieoptik 3 zu verändern.
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Das
Objektiv 19 ist als aus zwei Linsengruppen 25, 26 bestehend
schematisch dargestellt. Hierbei ist die einer Objektposition P
nähere
Linsengruppe 26 mittels einer Halterung 27 fest
an dem Chassis 5 angebracht, während die andere Linsengruppe 25 über einen
Antrieb 29 in Richtung einer optischen Achse 31 des
Objektivs 19 verlagerbar ist, um eine Schnittweite des
Objektivs 19 zu ändern.
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An
einem der Objektposition P zugewandten Teil des Chassis 5 ist
ein Vorsatz 33 mit einem Gehäuse 35 um die optische
Achse 31 des Objektivs 19 drehbar angeordnet.
Das Gehäuse 35 haltert
einen ersten Spiegel 37, der quer zu der optischen Achse 31 vor
der Frontlinse 26 angeordnet ist, um den Strahlengang zwischen
dem Objektiv 19 und der Objektposition P ein erstes Mal
umzulenken, und zwar derart, daß er
auf einen zweiten Spiegel 39 trifft, welcher mit Abstand
von der optischen Achse 31 und mit Abstand von dem ersten
Spiegel 37 angeordnet ist. Durch den Spiegel 39 wird
der Strahlengang ein weiteres Mal umgelenkt, und zwar hin zu der
Objektposition P.
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Ein
Zentralstrahl des Abbildungsstrahlengangs, welcher zwischen der
Frontlinse 26 und dem Spiegel 37 auf der optischen
Achse 31 verläuft,
ist zwischen dem Spiegel 37 und dem Spiegel 39 mit 41 bezeichnet
und zwischen dem Spiegel 39 und der Objektposition P mit 42 bezeichnet.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist,
verläuft
der Zentralstrahl 42 unter einem Winkel α zur optischen Achse 31.
Damit erscheint ein an der Objektposition P angeordnetes Objekt 45 beim
Einblick in die Okulare 9 in einer Darstellung aus einer
Blickrichtung, die der Richtung des Zentralstrahls 42 entspricht.
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Der
Vorsatz 33 ist hierbei derart ausgestaltet, daß der Winkel α änderbar
ist. Hierzu ist ein Antrieb 47 vorgesehen, der mit dem
Spiegel 39 gekoppelt ist, um dessen Mittelpunkt 49 entlang
einer gestrichelten Linie 51 zu verlagern. Als gepunktete
Linie ist eine zweite Stellung des Spiegels 39 in 1 eingetragen und mit dem
Bezugszeichen 39' versehen.
Um den Strahlengang zwischen dem Objektiv und der Objektposition
P korrekt zu führen,
ist ein weiterer Antrieb 53 vorgesehen, um den Spiegel 37 um
eine Achse 55 zu verschwenken. Mit einer gepunkteten Linie
ist ebenfalls der Spiegel 37 in einer der Stellung 39' des anderen
Spiegels entsprechenden Stellung in 1 eingetragen
und mit dem Bezugszeichen 37' versehen.
Es verläuft
dann ein Zentralstrahl des Strahlengangs zwischen dem Objektiv 19 und
dem Spiegel 37' wieder
auf der optischen Achse 31, zwischen dem Spiegel in der
Stellung 37' entlang
einer mit 41' bezeichneten
Linie und zwischen dem Spiegel in seiner Stellung 39' entlang einer
mit 42' bezeichneten Linie.
Daraus ist ersichtlich, daß das
Objekt 45 über die
Spiegel in den Stellungen 37' und 39' unter einem Winkel α', der zwischen der
optischen Achse 31 und dem Zentralstrahl 42' eingeschlossen
ist, betrachtet werden kann.
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Um
den Spiegel 39 entlang der Linie 51 in seiner
korrekten Drehstellung relativ zu dem Spiegel 37 zu verlagern,
ist der Spiegel 39 beispielsweise an dem Gehäuse 35 mittels
Nuten und Stiften nach Art einer Kulissenführung oder dergleichen gelagert.
Zur Erhöhung
bzw. Verringerung des Winkels α betätigt ein
Benutzer des Mikroskops 1 einen Kippschalter 57 in
die eine oder andere Richtung. Ein Signal des Kippschalters 57 wird über eine
Leitung 58 an eine Steuerung 61 übertragen,
welche die Antriebe 47 und 53 über Steuerleitungen 62 bzw. 63 auf
geeignete Weise ansteuert. In der Steuerung 61 kann beispielsweise
eine Tabelle abgespeichert sein, welche zu vorgegebenen Winkeln α die entsprechenden
Stellungen der Antriebe 47 und 53 gespeichert
hat.
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Da
sich mit dem Abstand a zwischen den Spiegeln 37 und 39 bei Änderung
des Winkels α auch eine
Länge des
Strahlengangs zwischen der Frontlinse 26 und der Objektposition
P ändert,
steuert die Steuerung 61 über eine Steuerleitung 65 auch
den Antrieb 29 zur Verlagerung der Objektivlinsengruppe 25 an,
um die Schnittweite des Objektivs 19 derart einzustellen,
daß das
Objekt 45 bei einem jeden einstellbaren Winkel α scharf hin
zu den Okularen 9 abgebildet wird.
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Aus
dem bisher beschriebenen Betriebsmodus des Mikroskops 1,
bei dem der Strahlengang über
die Spiegel 37 und 39 abgelenkt wird, ist das
Mikroskop 1 in einen zweiten Betriebsmodus umschaltbar,
bei welchem der Strahlengang entlang der optischen Achse 31 des
Objektivs direkt zu dem Objekt 45 verläuft. Hierzu ist der Antrieb 53 dann
derart an steuerbar, daß er
den Spiegel 37 in eine mit 37'' bezeichnete
Stellung aus dem Strahlengang herausschwenkt. Entsprechend wird über die
Steuerung 61 dann der Antrieb 29 derart betätigt, daß auch in
diesem Betriebsmodus die Schnittweite des Objektivs 19 derart
eingestellt ist, daß das
Objekt 45 bei Anordnung in der relativ zu dem Chassis 5 unverändert gebliebenen
Objektposition P korrekt durch die Mikroskopieoptik 3 abgebildet
wird.
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Nachfolgend
werden Varianten der anhand der 1 erläuterten
Ausführungsform
beschrieben. Hierbei sind Komponenten, die hinsichtlich ihres Aufbaus
oder/und ihrer Funktion Komponenten der 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern, zur
Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben, versehen.
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2 zeigt in stark schematischer
Darstellung ein Mikroskopiesystem 1a, welches weitgehend dem
in 1 gezeigten Mikroskopiesystem
entspricht.
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Hierbei
ist das Mikroskopiesystem 1a in 2a in seinem ersten Betriebsmodus dargestellt, in
welchem ein erster Umlenkspiegel 37a und ein zweiter Umlenkspiegel 39a in
einem Strahlengang der Mikroskopieoptik angeordnet sind.
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In 2b ist ein zweiter Betriebsmodus
der Mikroskopievorrichtung 1a dargestellt, in welchem die
beiden Spiegel 37a und 39a nicht in dem Strahlengang
angeordnet sind.
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Da
auch hier mit einer Umstellung von dem einen Betriebsmodus in den
anderen Betriebsmodus eine Änderung
des optischen Wegs zwischen einem Objektiv 19a der Mikroskopieoptik
und dem Objekt 45a einhergeht, ist auch eine Schnittweite
des Objektivs entsprechend änderbar.
Dies erfolgt allerdings nicht, wie in dem Ausführungsbeispiel der 1 über eine Verlagerung von Komponenten
des Objektivs in Richtung einer optischen Achse 31a desselben
sondern durch einen Austausch von Komponenten des Objektivs 19a.
Hierzu ist der Vorsatz 33a mit den Spiegeln 39a, 37a zusammen
mit einer Frontlinse 26a des Objektivs um eine Achse 71 verdrehbar,
welche parallel versetzt zu der optischen Achse 31a angeordnet
ist. Durch Drehen des Fortsatzes 33a um die Schwenkachse 71 wird
die Frontlinse 26a samt der Spiegel 37a und 39a aus
dem Strahlengang des Mikroskops 1a entfernt und statt dessen
eine weitere Frontlinse 26a' in
den Strahlengang eingeführt,
wie dies in 2b gezeigt
ist. Wenn die Frontlinse 26a' in
dem Strahlengang angeordnet ist, ist dann die Schnittweite des Objektivs
derart verkürzt,
daß in dem
zweiten Betriebsmodus das Objekt 45a bei unverändertem
Abstand zu einem Chassis 5a des Mikroskops 1a genauso
abgebildet wird wie in dem ersten Betriebsmodus.
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Neben
dem Austausch lediglich der Frontlinsengruppe des Objektivs zum
Umschalten von einem Betriebsmodus in den anderen ist es ebenfalls
möglich,
das gesamte Objektiv oder eine andere optische Komponente der Mikroskopieoptik
auszutauschen.
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Ferner
ist es möglich,
einen oder beide der Spiegel 37, 39 derart gewölbt auszubilden,
daß in beiden
Betriebsmodi das Objekt bei unverändertem Abstand zum Chassis
im wesentlichen korrekt abgebildet wird, ohne die Schnittweite des
Objektivs stark zu ändern,
beispielsweise durch Verlagern von Komponenten des Objekts entlang
der optischen Achse desselben oder durch Austausch von Komponenten des
Objektivs oder des gesamten Objektivs.
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Neben
der Erzeugung der Darstellung über die
Okulare ist es auch möglich,
in dem Strahlengang eine oder zwei Kameras vorzusehen, welche Bilder des
Objekts aufnehmen. Die Bilder können
dann über
eine geeignete Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einen Bildschirm
oder eine kopfgetragene Anzeigevorrichtung, wie etwa ein head-mounted-display,
für den
Betrachter dargestellt werden.
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Eine
bevorzugte Anwendung des beschriebenen Mikroskopiesystems liegt
im Bereich der Zahnmedizin und das System dient dort einem Zahnarzt
dazu, die Behandlung eines Patienten zu erleichtern, indem es der
Vorsatz mit den beiden Spiegeln erlaubt, eine Blickrichtung in die
Mundhöhle
des Patienten zu variieren.
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Zusammenfassend
wird ein Mikroskopiesystem vorgeschlagen, bei welchem vor einem
Objektiv zwei Umlenkspiegel vorgesehen sind, um einen Strahlengang
zwischen dem Objektiv und einer Objektposition zu falten, und damit
Blickwinkel auf die Objektposition zu ermöglichen, welche von einer Richtung
einer optischen Achse des Objektivs verschieden ist.