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Stereoskopisches Mikroskop Die Erfindung betrifft ein stereoskopisches
Mikroskop mit einem beweglich an einer senkrechten, mit dem Objekttisch verbundenen
Säule befestigten Kopfteil. Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung firn
ein Mikroskop, dessen Kopfteil zwei Okulare, Einrichtungen zur Änderung des Okularabstandes
und ein Paar von Umkehrprismen aufweist.
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Normales Sehen ist zweiäugig, wobei die beiden Bilder unwillkürlich
in eins verschmolzen werden. `Fenn ein Objekt durch ein binokulares, stereoskopisches
Mikroskop betrachtet wird, mußte der Beobachter bei den bisher bekannten Mikroskopen
dieser Art seine Augen überanstrengen, wenn er den Abstand der beiden Okulare entsprechend
seinem Pupillenabstand veränderte, um ein räumliches Bild zu erhalten. In diesem
Fall nämlich werden die beiden Bilder ein wenig verdreht bzw. gegeneinander verschoben,
was beim Beobachter den sogenannten Zustand der Zyklophorie, d. h. eine Neigung
beider Augen, sich um ihre sagittale Achse zu drehen, verursacht.
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Es sind verschiedene Konstruktionen bekannt, welche den Zweck haben,
eine Ermüdung der Augen beim Schauen durch ein stereoskopisches, binokulares Mikroskop
zu verhindern. Eine dieser Konstruktionen will insbesondere die durch das abwechselnde
Schauen in das .'Mikroskop und auf den Schreibtisch bzw. die Umgebung hervorgerufene
Ermüdung dadurch verhindern, daß eine verschiedenartige Winkelstellung der Objektivachsen
und der Okularachsen gewählt wird. Der durch die Okularachsen gebildete Winkel soll
8° betragen, weil dies der normale Konvergenzwinkel der Augen ist, dagegen sollen
die Objektivachsen einen Winkel von 16° bilden. Dies wird dadurch erreicht, daß
eines der Prismen des reflektierenden Systems so ausgebildet wird, daß der Winkel
zwischen seinen reflektierenden Flächen größer als ein rechter Winkel
(z. B. 93°) ist, während der entsprechende Winkel des anderen Prismas 90°
beträgt.
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Demgegenüber ist es der Zweck der Erfindung aber nicht, die durch
abwechselndes Schauen in das Mikroskop und auf die Umgebung entstehende Ermüdung
der Augen zu beseitigen, sondern vielmehr den obenerwähnten Zustand der Zyklophori.e
zu vermeiden.
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Die Erfindung ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden
Dachflächen der Umkehrprismen einen Dachwinkel zwischen 90 und 91° haben, so daß
bei Einstellung der Okulare für einen durchschnittlichen Augenabstand im wesentlichen
die durch Änderungen des Okularabstandes hervorgerufene Drehung des Bildes kompensiert
und bei einer vom durchschnittlichen Augenabstand abweichenden Okulareinstellung
die Bilddrehung innerhalb zulässiger Grenzen gehalten wird.
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Die Abweichung des Dachwinkels von 90° ist somit bei dem erfindungsgemäßen
Mikroskop nur geringfügig und betrifft außerdem die beiden Prismen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden Teil der Beschreibung
an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht eines Mikroskops gemäß der Erfindung, Fig.2 eine teils im senkrechten Schnitt
gezeigte Seitenansicht des Mikroskops, Fig. 3 ein in etwas vergrößertem Maßstab
gezeigter, im wesentlichen entlang der optischen Achse verlaufender Teilquerschnitt
des Mikroskops gemäß der Linie 3-3 der Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen, Fig.
4 eine Draufsicht auf eines der Umkehrprismen, Fig. 5 eine Seitenansicht eines der
Umkehrprismen und seiner Einfassung, Fig. 6 eine Hinteransicht eines der Umkehrprismen
und seiner Einfassung, Fig. 7 eine Schnittansicht enlang der Linie 7-7 der Fig.
3, in Richtung der Pfeile gesehen, Fig. 8 eine in stark vergrößertem Maßstab gezeigte
Schnittansicht entlang der Linie 8-8 der Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen.
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Für die gleichen Teile werden in allen Figuren dieselben Bezugsziffern
verwendet. Das Mikroskop besteht aus einem Objekttisch 20, der mit einer vertikalen
Säule 21 durch Schrauben 21 a starr verbunden ist. An der Säule ist ein über den
Objekttisch ausladender Trägerarm 22 verstellbar befestigt. Am vorderen Ende dieses
Trägerarmes 22 befindet sich der Kopfteil 23 des Mikroskops, an dem unten ein aus
mehreren Linsen bestehendes Obj ektivsystem 24 angeordnet ist. Innerhalb des Kopfteiles
23 befindet sich ein Revolverkopf 25 mit mehreren optischen Systemen gallileischer
Bauart.
jedes dieser gallileischen Systeme kann wahlweise mit dem Objektiv 24 mittels des
Revolverkopfes optisch ausgerichtet werden. Oberhalb des Revolverkopfes befinden
sich zwei Gehäuse 27 und 28, die durch einen gemeinsamen Bolzen 26 mit dem Revolverkopf
verbunden sind. In jedem der Gehäuse befindet sich ein das Bild umkehrendes Prisma
29 und 30. Optisch mit diesen ausgerichtet befindet sich vor bzw. unterhalb der
Prismen 29 bzw, 30 je ein bilderzeugendes Linsensystem 31 bzw. 32, von denen jedes
zusammen mit den am anderen Ende der Prismen angebrachten Zerstreuungslinsen 47
bzw. 48 ein Bild des zu betrachtenden Gegenstandes in den Okularen 33 und 34 erzeugt.
Die Okulare 33 und 34 sind schräg an den Gehäusen 27 und 28 befestigt, so daß sie
mit den Prismen 29 bzw. 30 optisch ausgerichtet sind. Die Okulare vergrößern das
Bild des betrachteten Gegenstandes, das durch die Linsensysteme 31 und 32 und die
Linsenelemente 47 und 48 erzeugt wird.
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Aus Fig. 3 kann man am besten ersehen, daß das optische System des
Mikroskops zwei Zweige enthält, die von dem Objektiv 24 ausgehen. Das Objektiv 24
ist die einzige Linse, die zu beiden Systemen gehört. Das Objektiv 24 ist so gestaltet,
daß, wenn sein Hauptbrennpunkt in der Ebene des betrachtenden Objektes liegt, die
Lichtstrahlen parallel verlaufen, nachdem sie durch das System 24 gegangen sind.
Um einen größeren Anwendungsbereich des Mikroskops durch die Wahl verschiedener
Bildvergrößerungsverhältnisse zu ermöglichen, können die gallileischen Systeme,
die mit dem Revolverkopf gedreht werden können, wahlweise in optischer Ausrichtung
mit dem Objektiv 24 gebracht werden. Dies geschieht mit Hilfe der Knöpfe 35 und
36, die an dem gegenüberliegenden Ende des Revolverkopfes mit Stiften 35a und 36a
und Schrauben 35 b und 36 b (s. Fig. 3) befestigt sind.
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Wie man aus Fig. 2 und 3 ersehen kann, ist ein Paar gallileischer
Systeme mit dem Objektiv ausgerichtet, wobei in jedem einzelnen Zweig eine obere,
37, und eine untere Doppellinse 38 enthalten ist. Ein zweites Paar gallileischer
Systeme, das eine verschiedene Vergrößerung bewirkt, kann in axiale Ausrichtung
mit dem Objektiv 24 gebracht werden. Diese Systeme enthalten wiederum in
jedem Zweig eine obere, 39, und untere Doppellinse 40 (Fig. 2). Die dritte Einstellmöglichkeit
des Revolverkopfes 25 besteht aus Öff-
nungen 41 im Revolverkopf 25, bei deren
Einstellung keine Vergrößerung des Bildes erfolgt.
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Um eine genaue Einstellung des Revolverkopfes zu gewährleisten, so
daß die optischen Achsen des ausgewählten Paares der gallileischen Systeme genau
mit den optischen Achsen des Objektivs 24 und den Bildlinsen 31 und 32 übereinstimmen,
ist der Revolverkopf mit einer Schalteinrichtung versehen, die in den Fig. 3 und
7 gezeigt ist. Die Schalteinrichtung -besteht -aus einer größeren Anzahl mit Spitzen
versehener Glieder 42, die jedes für sich an genau fixierten Punkten durch Schrauben
43 mit dem Revolverkopf 25 verbunden sind. Eine Feder 44, die eine Ausbiegung 45
besitzt, um eine der Spitzen der Glieder 42 aufzunehmen, ist durch Schrauben 46
fest mit dem Kopfteil des Mikroskops 23 verbunden. In dem Moment, wo während der
Drehung des Revolverkopfes 25 eine Spitze in die Ausbiegung 45 einrastet, hält die
dadurch gespannte Feder 44 den Revolverkopf 25 mit dem jeweiligen gallileischen
System oder der Öffnung 41 in der genau ausgerichteten Stellung mit dem Objektiv
24.
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Die durch das Mikroskop erreichbare Vergrößerung hängt von der Einstellung
des Revolverkopfes.25.ab (%velche das jeweils verwendete gallileische System bestimmt).
Das Licht, das von dem auf dem Objekttisch 20 liegenden Objekt zu der das Bild formenden
Linse 31 (oder 32 für den anderen Zweig) gelangt, ist in allen Fällen paralleles
Licht. Deshalb werden selbst dann Bilder des Objektes durch die Linsen 31 und 32
und die Elemente 47 und 48 erzeugt, wenn der Revolverkopf so eingestellt ist, daß
die einfache Öffnung 41 mit der optischen Achse des Systems ausgerichtet ist. Allerdings
werden in diesem Fall die Bilder nicht vergrößert sein.
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In dem gezeigten optischen System ist die Linse 31 (oder 32) eine
konvergente Doppelinse und bildet zusammen mit der Zerstreuungslinse 47 (oder 48
in dem anderen Zweig), die dem anderen Ende des Umkehrprismas 29 (oder 30) gegenüberliegt,
ein Teleskopobjektiv, das in der Ebene 49 (oder 50) ein Bild des zu beobachtenden
Gegenstandes erzeugt. Die Bilder des Gegenstandes, die sich in der Ebene 49 und
50 befinden, werden dann mit den Okularen 33 bzw. 34 betrachtet. Die Okulare 33
und 34 können von irgendeiner bekannten Bauart sein, z. B. von der gezeigten aus
vier optischen Elementen bestehenden Art. jedoch werden vollchromatische und bezüglich
Krümmung und Verzerrung korrigierte Okulare bevorzugt, die einen großen Sehwinkelbereich
besitzen.
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Es soll jetzt näher auf die Umkehrprismen 29 und 30 eingegangen werden.
Es war schon erwähnt worden, daß sie dazu dienen, die von den Okularen empfangenen
Bilder so umzukehren, daß der Beobachter die Bilder in ihrer wirklichen Lage sieht.
In den Fig.4, 5 und 6 werden detaillierte Ansichten eines der beiden Prismen, nämlich
des Prismas 29, gegeben. jedes der Prismen 29 und 30 besitzt eine eigene Fassungsplatte
51 und 52, an welcher es in einer später noch genauer beschriebenen Weise befestigt
ist.
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Da die Prismen 29 und 30 identisch sind, soll nur das Prisma 29 beschrieben
werden. Dabei soll angenommen werden, daß das Prisma 30 in genau derselben Weise
in seinem Zweig des optischen Systems des Mikroskops arbeitet wie das Prisma 29.
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Aus den Fig. 3, 4, 5 und 6 ,kann ersehen werden, daß das Licht von
der Bildlinse 31 senkrecht durch die untere glatte Fläche 53 des Prismas tritt und
mit einer Seite 54 der dachartigen .reflektierenden Fläche ausgerichtet ist (aber
nicht ausgerichtet mit der Dachkante). Das Licht wird dann zu der anderen Seite
-55 der dachartigen, reflektierenden Fläche reflektiert und darauf weiter zu der
schrägen glatten Fläche 56. Von dort wird das Licht nach unten zu dem hinteren Teil
57 der Fläche 53 reflektiert, die eine spiegelnde, beispielsweise versilberte Oberfläche
besitzt. Der Teil 57 reflektiert dann das Licht nach oben, und zwar senkrecht zur
Fläche 56, so daß das Licht durch diese Fläche 56 und darauf durch die Linse
47 -hindurchtritt und das Bild in der Ebene,49 erzeugt.
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In der Fig. 2 sind die entsprechenden Flächen des Prismas 30 mit den
gleichen Bezugszeichen versehen, die zur Bezeichnung der Flächen des Prismas 29
benutzt wurden. Die optischen Achsen 58 (Fig. 2 und 5) sind eingezeichnet, um den
Strahlengang durch die das Bild umkehrenden Prismen 29 (Fig. 5) und 30 (Fig. 2)
deutlicher zu zeigen.
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Zur Berücksichtigung einer dem verschiedenen Abstand der Pupillen
bei verschiedenen Beobachtern Rechnung tragenden .durchschnittlichen Verschiebung
der Okulare 33 und .34 beträgt der Winkel zwischen den Seiten 54 Lund:55 der Dachfläche
nicht genau 90°, wie dies bei einer üblichen Konstruktion der Fall ist. In dem hier
gezeigten Fall beträgt der Winkel 90° 18',
was sich in einer kleinen
Drehung der durch die Prismen hindurchgehenden Bilder auswirkt. Wie schon früher
geschildert wurde, sind die Prismen 29 und 30 zusammen mit den Okularen 33 und 34
in oder an einem Paar von Gehäusen 27 und 28 befestigt, die wiederum an dem Kopfteil
23 des Mikroskops mit einem gemeinsamen Bolzen drehbar befestigt sind. Wenn die
Gehäuse 27 und 28 um den gemeinsamen Bolzen nach außen geschwenkt werden, um einen
größeren Abstand zwischen den Okularen 33 und 34 zu erreichen, so werden die Bilder
in einer Weise gedreht, die der durch die Abweichung des Dachwinkels von der üblichen
Prismenbauart bewirkten Drehung der Bilder entgegengerichtet ist. Die beiden Drehungen
heben einander auf, und die Abweichung dieses Winkels von 90° entspricht vorzugsweise
dem durchschnittlichen Abstand der Okulare. Dadurch, daß die Strahlengänge durch
die Prismen die Dachkante nicht treffen und die Bilder von der einen Seite des Daches
zu der anderen reflektiert werden, tritt keine Bildverschlechterung durch die Abweichungen
des erwähnten Dachwinkels von 90° auf. Bei einem Mikroskop der in den Zeichnungen
dargestellten Art kompensiert ein Dachwinkel von 90° 18' den durchschnittlichen
Abstand der Okulare, wie schon vorher ausgeführt wurde.
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Die Dimensionen der einzelnen Teile einschließlich der Gehäuse 27
und 28 müssen jedoch bei der Bestimmung des erwünschten Dachwinkels berücksichtigt
werden. Dieser Dachwinkel kann ohne weiteres von einem Linsenkonstrukteur für Instrumente
mit anderen Dimensionen bestimmt werden.
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Das Objektiv 24, das das einzige Linsensystem ist, das zu beiden Zweigen
des mikroskopischen Systems gehört, ist so konstruiert, daß es das Licht parallel
ausrichtet, welches es durch die gallileischen Systeme im Revolverkopf 25 hindurchläßt.
Der Revolverkopf 25 ist innerhalb des Kopfteils 23 mechanisch so eingestellt, daß
er zentral über dem Objektiv 24 steht, so daß das Licht von dem Objektiv, wenn es
unten durch die gallileischen Systeme hindurchtritt, praktisch in zwei gleiche Teile
geteilt wird. Es soll aber herausgestellt werden, daß, obwohl das gallileische System
mit dem Linsensystem 37 und 38 in Ausrichtung mit dem Objektiv in den Zeichnungen
gezeigt ist, auch die Öffnungen 41 in dem Revolverkopf in der gleichen Weise mit
dem Objektiv 24 ausgerichtet werden können. In diesem Fall wird das Licht, nachdem
es vom Objektiv 24 parallel ausgerichtet worden ist, direkt zu den Bildlinsen 31
und 32 geleitet, die dann zusammen mit den dazugehörigen Zerstreuungslinsen 47 bzw.
48 das Bild des zu beobachtenden Gegenstandes in den Ebenen 49 bzw. 50 erzeugen.
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Um eine genaue Ausrichtung der optischen Achsen der Prismen 29 und
30 mit dem jeweilig anschließenden Linsensystem zu erreichen, sind die Prismen innerhalb
der Gehäuse 27 und 28 an Fassungsplatten 51 und 52 angebracht. Jede der Fassungsplatten
besitzt ein Paar Fixierbohrungen 51 a und 52 a, die die Lage der Fassungsplatten
genau festlegen und so gestaltet sind, daß sie genau mit den dazugehörigen Fixierstiften
51 b bzw. 52 b (Fig. 2 und 5) des Gehäuses 27 bzw. 28 zusammenpassen. Die genaue
Lage der Stifte 51 b und 52 b in den Gehäusen in bezug auf die Lage der Linsensysteme
31 und 32 ist festgelegt. Die Prismen 29 und 30 werden so auf ihren Fassungsplatten
51 und 52 befestigt, daß sie genau zu den jeweiligen Fixierbohrungen 51 a und 52
a ausgerichtet sind. Daher sind die Prismenachsen automatisch mit den optischen
Achsen der Linsensysteme 31 und 32 ausgerichtet, wenn die Fassungsplatten mit den
Prismen im zusammengebauten Zustand an den Gehäusen angebracht werden, wobei die
Fixierbohrungen mit den Fixierstiften zusammen gepaßt sind.
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Der genaue Zusammenbau der Prismen 29 und 30 mit deren Platten 51
und 52 wird mit einer Aufspannvorrichtung, die das Prisma und seine jeweilige Fassungsplatte
in der genau vorher bestimmten Lage zueinander hält, und einem Haftkleber 60 erreicht.
Dieser Haftkleber wird zwischen den zu befestigenden Oberflächen des Pristnas und
der zugehörigen Fassungsplatte aufgebracht. Irgendein anderes für diesen Zweck brauchbares
Bindemittel für Glas und Metall kann ebenfalls benutzt werden. Die Prismen sind
damit fest mit ihren zugehörigen Fassungsplatten verbunden. Die Fassungsplatten
werden durch Schrauben 51 c und 52 c (Fig. 2 und 3) mit ihrem Gehäuse verbunden.
Damit ist eine genaue optische Ausrichtung der Prismen in bezug auf die Linsensy
steure 31 und 32 erreicht. Der feste Anschluß der Fassungsplatten 51 und 52 an die
Gehäuse gewährleistet eine staub- und wassersichere Abdichtung.
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Um die Zerstreuungslinsen 47 und 48, die von den ringförmigen Fassungen
47a und 48a gehalten werden und die Okulare 33 und 34 mit den Gehäusen 27 und 28
zusammenzubauen, befinden sich vergrößerte Öffnungen 61 und 62 an den oberen, hinteren
Flächen der Gehäuse (s. Fig. 3 und 8). Dabei zeigt Fig. 8 in einer vergrößerten
Teilzeichnung die Art des Zusammenbaus für eines der Okulare und eine der Linsen
47. Das andere Okular und die andere Linse werden in der gleichen Weise montiert.
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Die ringförmige Fassung 47a, die die Linse 47 aufnimmt, besitzt eine
ringförmige Schulter 62, die einen größeren Durchmesser aufweist als die Öffnung
61. Die ringförmige Schulter 62 ist so ausgebildet, daß sie mit der unteren Seite
der Fläche des Gehäuses 27 zusammenpaßt. Der obere Teil der Fassung 47a hat ein
Außengewinde, das mit dem Innengewinde des ringförmigen Stützgliedes 63 des Okulars
zusammengeschraubt wird. Das Stützglied 63 des Okulars ist so ausgebildet, daß es
einen größeren Durchmesser hat als die Öffnung 61 und so auf der oberen oder äußeren
Fläche des Gehäuses 27 aufliegt (s. Fig. 8). Es wird auf die Fassung 47a aufgeschraubt
und danach fest angezogen. Es wird dadurch eine feste Verbindung der Fassung 47a
und des Stützgliedes 63 mit dem Gehäuse 27 hergestellt.
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Bevor die Fassung 47a und das Stützglied 63 fest miteinander verschraubt
werden, werden die beiden Teile, die nur lose oder zumindest verschiebbar mit dem
Gehäuse 27 verbunden sind, seitlich innerhalb der Grenzen der vergrößerten Öffnung
61 so justiert, daß die optische Achse der Linse 47 mit der optischen Achse des
Prismas 29 ausgerichtet ist. Erst wenn die genaue Ausrichtung der Achsen erfolgt
ist, werden die beiden Teile fest angezogen, wie schon oben erklärt wurde, und sind
dann starr mit dem Gehäuse 27 verbunden. Um eine dauernde Ausrichtung der optischen
Achsen des Okulars und der Linse 47 mit dem Prisma 29 zu gewährleisten, befinden
sich Bohrungen 64 in dem Stützglied 63 des Okulars, die zu der öffnung 61 in dem
Gehäuse 27 führen. Eine metallische Legierung 64a von vorzugsweise niederem Schmelzpunkt
oder irgendein anderes flüssiges, aber sich erhärtendes Material, wird durch die
Bohrungen 64 eingefüllt. Dadurch füllt sich der Raum zwischen den Seitenwänden der
Öffnung 61 und der Fassung 47a.. Wenn das Material 64 erhärtet ist, ist damit ein
zufälliges Außerfluchtbringen des Okulars 33 oder der
Linse 47 in
bezug auf das Prisma 29 nicht mehr möglich. Außerdem verhindern die mit der metallischen
Legierung gefüllten Bohrungen 64 ein zufälliges Lockern oder Losschrauben der Okularfassung
63. Es wird also sowohl eine feste Verbindung zwischen den beiden Teilen und dem
Gehäuse 27 erreicht als auch eine staub- und wasserdichte Abdichtung zwischen der
Fassung 47a und der Okularfassung 63.
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Das obere Ende der Okularfassung 63 besitzt ein Außengewinde und ist
mit einem Okularträger mit Innengewinde versehen, der ein Einstellen der axialen
Entfernung zwischen den Okularlinsen und der Bildebene 49 ermöglicht. Diese Verstelleinrichtung
wird gebraucht, um das Bild, das in der Ebene 49 gebildet wird, entsprechend den
besonderen Eigenschaften der Augen des Beobachters in scharfe Einstellung zu bringen.
Eine Stellschraube 66 ist in dem Okularträger 65 vorgesehen, um ihn in der gewünschten
Scharfeinstellung festzuhalten. Obwohl das Okular 34 und die dazugehörigen Teile
in ihrer Konstruktion mit dem eben beschriebenen Okular 33 identisch ist, ist für
seinen Okularträger keine Stellschraube vorgesehen, wodurch eine schnelle Scharfeinstellung
des Okulars 34 ermöglicht wird, um die Unterschiede in den Eigenschaften der Augen
des Beobachters auszugleichen.