DE1945792A1 - Roentgenstereoskop - Google Patents

Description

Dr. Max Reichmann, 1010 Wien 1, Fischerstiege 4

"Röntgenstereoskop"

Gegenstand der Erfindung ist ein Röntgenstereoskop für medizinische oder technische Grobstrukturanalysen, das es dem Beobachter ermöglicht, nach Aufsetzen einer kleinen feldstecherartigen Schauvorrichtung, den Prüfkörper selbst, auch in hellen Räumen oder im Preien, ohne davor befindliches Hindernis (Bildschirm), in voller greifbarer Körperlichkeit, an richtiger Stelle, in richtiger Größe, !Lage und Perspektive, sowie durchsichtig vor sich zu sehen. Da zwischen der Schauvorrichtung und den übrigen Geräteteilen keine starre Verbindung besteht, kann sich der Beobachter vor der Röntgenröhre und dem Prüfkörper in weiten Grenzen frei bewegen· Beobaohtungsvorgang und Anblick des Prüfkörpers entsprechen weitgehend dem natürlichen Sehvorgang bei der beidäugigen ungehinderten Betrachtung durchsichtiger Körper im durchfallenden sichtbaren Licht.

Alle bisher bekannt gewordenen Röntgenstereoskope be nützen zur Bilderzeugung zwei punktförmige Röntgenstrahlenquellen, die in einer oder zwei Röntgenröhren, in mindestens 6 -7 cm Entfernung, waagerecht nebeneinander angeordnet sind und gleichzeitig oder abwechselnd leuchten. Die von ihnen ausgehenden homozentrischen Strahlenbüschel werden zunächst durch Blenden pyramidenförmig eingeschränkt, denn konvergierend und einander kreuzend durch den Prüfkörper und schließlich auf zwei quer in den Strahlenweg

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gestellte Bildschirme geleitet: dort erzeugen sie durch Fluoreszenzerregung zwei parallaktisch verschiedene Kontrastbilder (Schattenbilder) des Objektes. Durch verschiedene Betrachtungsverfahren und -vorrichtungen ^(Brewstersches oder Wheatstonesches Stereoskop, Ivessches Parallaxstereogramm u.a.m.) wird für jedes Auge des Beobachters nur das ihm perspektivisch entsprechende Bild sichtbar, wodurch beide subjektiv zu einer Einheit verschmolzen und als imaginäres Raumbild wahrgenommen werden. Letzteres vermittelt dem Beobachter eine Vorstellung von der Körperlichkeit des Testobjektes.

Nach diesem Prinzip gebaute Geräte weisen schwerwiegende. Mängel auf.

Schon die mit Punkt fokusröhren allein mögliche Bilderzeugungsmethode, die Zentralprojektion, hat zwei grundlegende Nachteile: die beträchtliche Größe der Abbildungen (jedes durch Zentralprojektion erzeugte Bild eines Gegenstandes hat mindestens dessen natürliche Größe) und die Veränderung des Abbildungsmaßstabes mit veränderter Entfernung des Objektes vom Röhrenfokus oder Leuchtschirm.

Große Abbildungen bedingen aber große Bildflächen und dementsprechend große und unhandliche Betrachtungseinrichtungen, die sich als sperrige Hindernisse zwischen Beobachter und Prüfkörper einschieben (siehe z.B. die beiden deutschen Patentschriften Nr. 741 596 und Nr. 955 302, sowie die britische Patentschrift Nr. 707 852) Der Beobachter ist also stets weit vom Testobjekt entfernt. Die Abhängigkeit des Bildmaßstabes vom Standort des Objektes zwischen Röhrenfokus und Bildschirm führt bei der Abbildung von Körpern mit größerer Tiefenauedehnung zu Verzerrungen, welche die Beurteilung der Größen· und Lageverhältnisse in deren Innerem erschweren und damit die

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Brauchbarkeit solcher Geräte gerade für ihre wesentliche Aufgabe stark beeinträchtigen.

Die zur Überwindung dieser Schwierigkeiten entwickelten Meßeinrichtungen, welche die Ausmessung des Körperinneren der Prüflinge während der Durchleuchtung oder nachher auf Grund stereographischer Aufnahmen ermöglichen» können die unmittelbare orthoskopische Tiefenwahrnehmung nicht ersetzen.

Überdies müssen bei allen Röntgenstereoskopen dieser Bauart, damit die angestrebte Raumwirkung erzielt werden kann, Röntgenröhren, Leuchtschirme und Betrachtungsoptiken starr miteinander verbunden sein. Sie bilden eine bauliche Einheit deren einzelne Teile nicht unabhängig voneinander bewegt werden können. Der Beobachter ist somit nicht imstande, sich vor der Röntgenröhre und dem Prüfkörper ungehindert zu bewegen.

Der Hauptnachteil solcher Geräte ist jedoch der, daß das durch sie dargebotene Raumbild des Prüfkörpers diesen weder an seinem Platz, noch form- und lagetreu, sondern, abgesehen von der Verzerrung durch die Zentralprojektion, auch seiten- und tiefenverkehrt, sowie an falscher Stelle frei im Luftraum schwebend erscheinen läßt. Am Bildort befindet sich keinerlei greifbare Substanz. Der mittels solcher Geräte vom Objekt gewonnene Eindruck entspricht also nur sehr unvollkommen der Wirklichkeit.

Der nachstehend beschriebene Erfindungsgegenstand vermeidet alle Nachteile der bisherigen Röntgenstereoskope, da er in Aufbau und Wirkungsweise auf einem völlig anderen physikalischen Prinzip beruht.

Letzteres besteht darin, daß die Prüfkörper nur mit einem einzigen, diffusen, nicht unmittelbar bilderzeugenden

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Strahlenbündel sehr großen Querschnitts durchleuchtet, und die "beiden zur Erzielung des stereoskopischen Effekts notwendigen, perspektivisch verschiedenen Objektbilder durch Anwendung zweier kleiner Vorrichtungen (Bilderzeuger, Röntgenlinsen) gewonnen werden, welche von diffuses Röntgenlicht unmittelbar aussendenden, oder damit durchstrahlten Körpern sichtbare, reelle Bilder beliebiger Größe erzeugen können, wenn sie in den Strahlenbereich gebracht und auf diese Körper gerichtet werden.

Dementsprechend besteht das erfindungsgemäße Röntgenstereoskop aus zwei Hauptteilen:

einer Röntgenröhre besonderer Bauart, und einem kleinen, binokularen Betrachtungsgerät, mit dem der Prüfling in Richtung auf das Brennfeld der Röntgenröhre betrachtet wird.

Wesen und Funktion des Erfindungsgegenstandes werden durch die Figuren der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

Pig. 1) die Röntgenröhre in Seitenansicht, Fig. 2) die Röntgenröhre in Vorderansicht, Fig. 3) einen Tubus des binokularen Betrachtungsgerätes mit Bilderzeuger, Verkürzungsoptik und Okular, ferner ein Röhrenbrennfeld (Antikathode) und ein !Testobjekt, Fig. 4) die Vorderansicht des Bilderzeugers (Loch-

rasterplatte),

Fig. 5) den gesamten Bilderzeuger mit Loch-, Leucht-, ■ Linsenrasterplatte und Wabenblenden von der

Fig. 6) die Hinteransicht des Bilderzeugers (Linsenrasterplatte),

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Pig. 7) einen Stablinsenraster in Schrägansicht, Fig. 8) ein Einzelelement des Stablinsenrasters, und Fig. 9) eine technische Ausführungsform des Bilderzeugers .

Die zu verwendende Röntgenröhre (Fig. 1 und 2; Seiten- und Vorderansicht) unterscheidet sich von herkömmlichen hauptsächlich durch ihr sehr großes, rechteckiges, möglichst gleichmäßig strahlendes Brennfeld (für medizinische Zwecke mindestens 8 mal 25 cm) und alle dadurch bedingten Besonderheiten ihres inneren und äußeren Aufbaues; vor allem also durch eine großflächige Antikathode und eine deren vollständigen und gleichmäßigen Beschüß mit Elektronen sichernde, breit streuende Elektronenkanone. Die Antikathode 1 ist in einen ungefähr quaderförmigen Glaskolben 2 eingebaut. Ihr schräg gegenüber, in einer trichterförmigen Ausstülpung des Glaskörpers 3 (Kathodenhals) befindet sich die Kathode. In ihrer einfachsten Form besteht sie aus einer Heizwendel, deren Achse zur Längsachse des Brennfeldes parallel verläuft. Die Kathode ist von einem metallenen, leicht negativ aufgeladenen, schalen- oder glockenförmigen Richtkörper umgeben, der zusammen mit ersterer die Elektronenkanone 4 bildet. Da die aus der Kathode austretenden zahlreichen Elektronenbüschel einander auf dem Brennfeld überdecken, ist dessen weitgehend gleichmäßiger Beschüß mit Elektronen und damit eine genügend gleichmäßige Abstrahlung von Röntgenlicht gewährleistet.

Die ganze Röhre ist in eine (nicht gezeichnete) Sicherheitshaube eingebaut, die gerade gegenüber der Antikathode eine genügend große rechteckige öffnung für den Strahlenaustritt aufweist. An diese öffnung schließt sich ein kastenförmiger Tubus mit reohttokigem Querschnitt an, dessen Achse auf der Antikathode normal steht und der die Aufgabe hat, das von Brennfeld körnende, aus dem Fenster

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der Sicherheitshaube austretende, diffuse Strahlenbündel ringsherum einzugrenzen. Am Tubusansatz _t unmittelbar vor dem Strahlenfenster der Sicherheitshaube, sind drei strahlendichte Schieber eingebaut, mit welchen der Tubus-querschnitt von beiden Seiten und von oben her verengt und damit auch der Querschnitt des für die Durchleuchtung nutzbaren Strahlenbündels weiter verkleinert werden kann.

Das vom Beobachter an die Augen zu setzende Betrachtungsgerät besteht aus zwei kurzen Schaurohren (Tuben), deren Abstand zwecks Anpassung an verschiedene Augenabstände verändert werden kann. Jeder Tubus enthält einige strahlen- und lichtoptische Bauteile sowie (mindestens) einen möglichst kleinen elektronischen Bildverstärker.

Fig. 3 zeigt schematisch einen solchen Tubus in der Seitenansicht mit seinen Innenteilen (ohne elektronischen Bildverstärker und Strahlenfilter), ferner einen Prüfkörper 5» ein Röhrenbrennfeld 1, und den Strahlenverlauf von letzterem bis zum Okular 8.

Am vorderen Ende jedes Tubus ist ein Bildgenerator eingebaut, mit dem von Röntgenstrahlen emittierenden oder damit durchleuchteten Körpern reelle, unmittelbar sichtbare, optische Bilder beliebiger, auch sehr geringer Größe und vergleichsweise großer Helligkeit erzeugt werden können, ähnlich wie dies mit photographischen Objektiven von sichtbaren Gegenständen möglich ist. Er ist in den Figuren 3-6 schematisch dargestellt. Fig. 4- zeigt ihn von vorne, Fig. 6 von hinten; Fig. 5 und Fig. 3/6 zeigen ihn von der Seite.

Der Bilderzeuger besteht im wesentlichen aus zwei spiegelgleichen Wabenblenden 7 und 8« d.h. wabenartigen Gebilden aus rechtwinkelig gekreuzten, durch einen Metallrahmen eingefaßten, strahlendiohten Lamellen, die mit der Yorder- bzw. Rückseite einer Leuchtplatte 9 fugenlos so verbunden

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sind, daß je zwei einander gegenüberliegende Zellen beider Waben eine gemeinsame Längsachse haben. Die vordere Wabe ist durch eine Lochrasterplatte (Siebplatte, Frontplatte) 10 und Fig. 4 (von vorne), die hintere durch eine der Lochrasterplatte optisch entsprechende Linsenrasterplatte 11 und Fig. 6 (von hinten) so verschlossen, daß jeder vorderen Wabenzelle ein Loch und jeder hinteren eine Rasterlinse zukommt, wobei die Lochachsen und die Hauptachsen der Rasterlinsen mit den Längsachsen der zugehörigen Wabenzellen zusammenfallen. Die Löcher der Lochrasterplatte sind durch eine nur für Röntgenstrahlen durchlässige Masse abgedeckt, um sichtbares Licht am Eindringen in die Lochkammern zu hindern.

In ihrer technischen Ausführungsform ist die Lochrasterplatte eine dicke Schwermetallplatte mit koaxialen, paarig gegenständigen, vierkantig-pyramidenförmigen Ausnehmungen, deren Achsen auf die Vorder- und Hinterfläche der Platte normal stehen und deren Spitzen einander in der Mitte zwischen diesen Flächen berühren. An den Berührungspunkten befinden sich die Objektivlöcher (Fig. 9/16). Vordere und hintere Wabenblende können so ausziehbar gestaltet werden, daß sich Loch- und Linsenrasterplatte nur gleichzeitg, normal zur Leuchtplatte, gleich weit aber in entgegengesetzten Richtungen verschieben lassen.

Zur Vereinfachung des Linsenrasters können dessen sphärische Sammellinsen, bei gleichbleibender Wirkung, durch ein System gekreuzter planzlindrischer Stablinsen ersetzt werden (Fig. 7). Fig. 8 zeigt ein Einzelelement dieses Stablinsenrasters in schaubildlicher Darstellung.

Der optische Aufbau beider Rasterformen wird durch die spektrale Einfichheit des von der Leuchtplatte kommenden Fluoreszenzlichtes, welche besondere Maßnahmen zur Farbenkorrektur des Endbildes unnötig macht, stark vereinfacht.

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Die Löcher der Frontplatte (Objektivlöcher) entwerfen von einem mit diesem Gerät anvisierten Körper, der entweder Röntgenstrahlen selbst aussendet oder damit in breitem, von einem großen Brennfeld kommenden Strom diffus durchleuchtet wird, so viele reelle Bilder in der Leuchtplatte, als Löcher in der Frontplatte vorhanden sind. Durch die vordere Wabenblende wird die gegenseitige Überlagerung dieser Primärbilder, durch die hintere die Vermengung der aus ihnen nach hinten ausgehenden Lichtbündel verhindert. Die mit Bezug auf den Leuchtschirm zur Frontplatte symmetrisch montierte Linsenrasterplatte integriert die zahlreichen in der Leuchtplatte entstandenen Einzelbilder hinter sich zu einem einzigen reellen Gesamtbild des Körpers, das, aus genügender Entfernung, in Richtung gegen den Linsenraster auch mit freiem Auge gesehen werden kann (Fig. 3/15). Am Aufbau dieses Bildes ist jede Rasterlinse, entsprechend dem Blickwinkel des zugehörigen Lochobjektives, nur mit einem bestimmten, von allen anderen verschiedenen, diese aber teilweise überdeckenden Ausschnitt beteiligt. Die Bildweite ist immer gleich eer Dingweite und mit dieser veränderlich.

Größe und Form des Bilderzeugers können in weiten Grenzen frei gewählt werden. Die mit ihm gewonnenen Bilder sind im Gegensatz zu den von photographischen Objektiven entworfenen zwar ebenfalls reell, sichtbar und orthoskopisch, jedoch weder verkleinert noch verkehrt, sondern ebenso groß wie die abgebildeten Gegenstände, sowie aufrecht und seitenrichtig. Der Bildwinkel ist sehr groß. Die parallaktische Verschiedenheit der auf dem Leuchtschirm entstehenden primären Kontrastbilder dicker Prüfkörper, welche durch die Abstände der Objektivlöcher voneinander bedingt ist, führt entsprechend den Abbildungsverhältnissen bei photographischen Objektiven, deren periphere Teile ebenfalls andere Bilder erzeugen als die zentralen,

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auch bei diesem Bildgenerator zu desto geringerer Schärfentiefe je größer seine Lichtstärke, d.h. je größer bei gleichbleibendem Lochabstand die Frontplatte ist. Diese Erscheinung hält sich in den von der Lichtoptik her bekannten Grenzen.

Um die große Bildweite zwecks Erzielung handlicher Betrachtungsgeräte zu verkürzen und das auseinanderstrebende bilderzeugende Strahlenbündel möglichst vollständig in das Okular zu leiten, sind hinter dem Bilderzeuger mehrere Sammellinsen (Restriktive) 12, 13, in den Tubus eingebaut, deren vorderste auch mit dem Linsenraster zu einer Einheit verbunden werden kann. Durch letztere Maßnahme gewinnt der Bilderzeuger auch äußerlich eine weitgehende Ähnlichkeit mit einer einfachen Sammellinse oder einem photographischen Objektiv ("Rörigenlinse" Fig. 9). Wunschfalls kann der gesamte Lichtstrom zwischen Bilderzeuger und Okular, ähnlich jenem in Prismenfernrohren, durch lichtoptische Mittel (Spiegel, Prismen) mehrfach abgewinkelt und dadurch die Baulänge der ganzen Schaurohre, bei gleichzeitiger Vergrößerung ihres Abstands (der stereoskopischen Betrachtungsbasis) weiter stark verringert werden. Spätestens mit dem Okular sind die im Strahlenbündel etwa noch vorhandenen, direkten oder gestreuten Röntgenstrahlen, durch Bteiglasfilter aus diesem auszuscheiden.

Zur möglichst wirksamen Aufhellung des Endbildes und Verringerung der auf den Prüfkörper einwirkenden Strahlendosis, können in jeden Tubus elektronische Bildverstärker eingebaut werden. Dies ist überall dort möglich, wo im Strahlenverlauf zwischen Frontplatte und Okular reelle Objektbilder auftreten: also je Tubus an zwei verschiedenen Stellen (9 und 14).

Durch das am Hinterende jedes Tubus eingebaute lupenartig wirkende Okular 8 werden die diesem zugeleiteten, ursprünglich aus dem Leuchtschirm kommenden, sichtbaren

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Strahlen so gebrochen, daß sie unmittelbar aus dem vor . dem Tubus befindlichen Prüfkörper, bzw. aus dem dahinter befindlichen Brennfeld der Röntgenröhre zu kommen scheinen. Damit wird in einem Betrachter, der mit einem solchen Gerät in Richtung auf einen rontgenstrahlendurchlässigen Körper und ein dahinter befindliches, quer zur Blickrichtung verlaufendes, leuchtendes Brennfeld einer Röntgenröhre oben beschriebener Bauart blickt, der Eindruck erweckt, den Prüfkörper selbst, mit allen seinen schattengebenden Innenteilen, an seinem Platz und in seiner wirklichen Größe vor sich zu sehen.

Benützt der Beobachter ein binokulares Gerät mit zwei nebeneinander angeordneten Schaurohren der geschilderten Art, so wird dieser Eindruck durch Hinzutreten der othoskopischen Tiefenwahrnehmung, welche eine genaue Beurteilung der Größen- und Lageverhältnisse im Inneren des Testobjektes zuläßt, noch weitgehend verstärkt. Wenn der Beobachter nach dem Prüfkörper greift, was aus allen Richtungen ungehindert und zielsicher möglich ist, findet er ihn dort wo er ihn sieht. Die optische Täuschung ist vollkommen.

Röntgenröhre und Betrachtungsgerät sind zum ganzen Röntgenstereoskop zusammengebaut. Hierbei ist die Röntgenröhre in bekannter Weise am senkrechten Teil (Ständer) eines galgenartigen Gestells so befestigt, daß sie auf- und abbewegt, nach oben und unten geneigt und seitlich geschwenkt werden kann. Das Betrachtungsgerät ist in den Kopfteil eines strahlensicheren Schutzkleides für den Beobachter eingebaut, das der vorderen Hälfte eines Raum- oder Taucheranzugs ähnelt und dessen Hosenbeine durch eine Schürze ersetzt sind. Hierbei ist auf die Abdeckung der Augen des Beobachters gegen von außen kommendes Licht besonders zu achten. Der Schutzanzug ist am Ende des waagrechten Auslegers des Traggestells nach allen Richtungen dreh-, neig- und versetzbar, sowie so aufgehängt, daß sein Gewicht

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in jeder Lage ausgeglichen und für den Beobachter möglichst wenig fühlbar ist. So wird es letzterem ermöglicht, sich während der Beobachtung vor dem Prüfkörper und der Röntgenröhre in weiten Grenzen völlig ungehindert zu bewegen.

Patentansprüche:

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Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1.) Physikalisches Prinzip für den Bau von Röntgenstereoskopen für medizinische oder technische Grobstrukturanalysen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper mit einem einzigen, von einem großen Brennfeld diffus ausgehenden, nicht unmittelbar bilderzeugenden Röntgenstrahlenbündel großen Querschnitts durchleuchtet und vom Beobachter mittels eines binokularen, feldstecherartigen Schaugerätes in Richtung auf das Brennfeld betrachtet wird. Zwischen dem Prüfkörper und dem Beobachter befindet sich kein Hindernis (Bildschirm). Zwischen dem Betrachtungsgerät und den übrigen Geräteteilen besteht keine starre Verbindung.

2.) Röntgenröhre,dadurch gekennzeichnet, daß in sie eine großflächige Antikathode und ihr schräg gegenüber eine breit streuende Hochleistungskathode mit Richtkörper eingebaut ist, welche aus möglichst vielen Punkten ihrer Oberfläche Elektronen auf die Antikathode emittiert, so daß diese weitgehend gleichmäßig beaufschlagt und dadurch ein praktisch gleichmäßig leuchtendes Brennfeld erzeugt wird.

3.) Vorrichtung zur Erzeugung beliebig großer, reeler, vergleichsweise heller, unmittelbar sichtbarer optischer Bilder solcher Gegenstände, die entweder selbst RÖntgenlicht diffus aussenden, oder"davon in breitem Strom durchstrahlt werden ("Röntgenlinse·¹)· Die Bilderzeugung wird dabei ausschließlich von den in die Vorrichtung eindringenden Röntgenstrahlen angeregt: etwa vom Objekt ausgehendes sichtbares Licht ist daran nicht beteiligt.

Die Vorrichtung besteht grundsätzlich aus zwei spiegelgleichen Wabenblenden (Vielzellenblenden), die mit

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der Vorder- bzw. Rückseite einer fluoreszenzfälligen ebenen Platte so verbunden sind, daß je zwei einander gegenüberliegende Zellen der beiden Waben eine gemeinsame Längsachse haben. Die vordere Wabe ist durch eine Lochrasterplatte (Vielfachlochblende), die hintere durch eine der Lochrasterplatte optisch entsprechende Linsenrasterplatte so verschlossen, daß jeder vorderen Wabenzelle ein Loch, und $der hinteren eine Rasterlinse zukommt, ferner, daß die Lochachsen und die Hauptachsen der Rasterlinsen mit den Achsen der zugehörigen Wabenzellen zusammenfallen. Die Löcher der Lochrasterplatte sind durch ein nur für Röntgenstrahlen, nicht aber für sichtbares Licht durchlässiges Material abgedeckt. Um die Bildweite dieser Vorrichtung zu verkürzen, kann die Linsenrasterplatte mit großen, die ganze Platte bedeckenden positiven Linsen (Linsensätzen) zusammengebaut werden.

4.) Feldstecherartiges binokulares Schaugerät nach Anspruch 1, mit zwei gleichen Schaurohren, deren jedes nachstehende Hauptteile enthält:

a) einen Bilderzeuger ("Röntgenlinse") nach Anspruch 3,

b) eine Anzahl lichtoptischer Bauteile zur Verkürzung der Bildweite, Vergrößerung des Blickfeldes und Verringerung der Baulänge des Gerätes, ferner ein lichtdurchlässiges, Röntgenstrahlen absorbierendes Filter,

c) mindestens einen elektronischen Bildverstärker zur Bildaufhellung, und

d) ein das Endbild der Gesamtoptik vorverlegendes Okular.

Zwischen dem Schaugerät und den übrigen Geräteteilen besteht keine starre Verbindung.

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