DE2309199A1

DE2309199A1 - Optisches geraet, insbesondere mikroskop mit fernbildausgang

Info

Publication number: DE2309199A1
Application number: DE19732309199
Authority: DE
Inventors: Rato Buhler; Jacobus Kloots
Original assignee: Applied Fiber Optics Inc
Current assignee: Applied Fiber Optics Inc
Priority date: 1972-03-01
Filing date: 1973-02-21
Publication date: 1973-09-13
Also published as: US3776614A; CA976006A; JPS53123942U; JPS48101949A

Description

Optisches Gerät, insbesondere Mikroskop mit Fernbildausgang

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Geräte, insbesondere Mikroskope mit großem Arbeitsabstand und betrifft vor allem solche Mikroskope mit einem zusätzlichen optischen Ausgang zur Kameraanbringung oder Fernbetrachtung·

Mikroskope mit großem Arbeitsabstand sind zu einem wichtigen Werkzeug zur Verwendung bei feiner Detailarbeit und Untersuchung geworden. Obwohl auf medizinischem Gebiet von besonderem Wert, trifft man sie auch an vielen der heutigen Genauigkeitsfertigungsstraßen für feine Detailarbeit an. Bei vielen Verwendungen und besondere auf medizinischem Gebiet ist es äußerst erwünscht, den Bildkreis des Mikroskops einer assistierenden oder beratenden Person zugänglich zu machen oder für Fernseh- oder fotografische Kamera-Aufnahme bereitzustellen. Diese Mikroskope sind vorzugsweise Stereo-Mikroskope mit eingebauten Lichtquellen. Bildaufnahmegeräte zur Verwendung gleichzeitig mit der Betrachtung haben gewöhnlich Strahlspaltungsspiegel und sind an einem Seitenarm angebracht. Die Lichtquellen sind häufig unmittelbar

BERLIN : TFLEFON <O3 11) 76 29 O7

KABEL: PROI¹INDUS ■ TELEX O184O57

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NCHEN: TELEFON (ΟΘ11) 225588 KABEL: PROPINDUS- TELEX O5 24 244

an dem optischen Gestell angebracht. Die sich daraus ergebenden Bauarten sind gewöhnlich sperrig und unhandlich.

Erfindungsgemäß wird ein optisches Gerät mit Fernbildausgang vorgeschlagen, welches

a) ein optisohes Nahbetrachtungssystem,

b) ein biegsames faseroptisohes Abbildungssystem und

c) eine einzige Hauptobjektivlinse als optische Objektivlinse für beide optisohen Systeme

aufweist.

Auf diese Weise erhält man z, B, ein kompaktes Mikroskop mit großem Arbeitsabstand, bei welohem ein faseroptisoher Bildleiter verwendet wird, der über dieselbe Hauptobjektivlinse arbeitet, die für die Nahbetraohtungsoptiken verwendet wird· Dieser faseroptische Bildleiter kann sowohl ein Fernbild zur zusätzlichen Betrachtung als auch zur Kameraaufnahme sowie beides liefern. Die Beleuchtung über einen faseroptischen Lichtleiter durch dieselbe Linse hindurch maoht dabei ein äußerst kompaktes Mikroskop möglich, bei welchem die Lichtquellen und das Fernbetraohtungszubehör nur mittels dünner biegsamer Kabel angeschlossen sind·

Gemäß der Erfindung soll dementsprechend ein Mikroskop mit großem Arbeitsabstand vorgesehen werden mit einem faseroptisohen Fernbetraohtungsbildleiter, für den dieselbe Hauptobjektivlinse verwendet wird wie für die Nahbetraohtungsoptiken.

Außerdem kann man bei der Erfindung ein Stereo-Mikroskop mit großem Arbeitsabstand vorsehen, bei welchem für Stereo-Op-

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tiken und für einen faseroptischen Abbildungsausgang dieselbe Hauptobjektivlinse verwendet wird.

Dabei werden bei einem solchen optischen Betrachtungsgerät zweckmäßig für einen Lichteingang zum Beleuchten des betrachteten Objekts, für ein Bildaufnahmegerät zur Fernbenutzung und für eine Nahbetraohtungseinrichtung bis zur Objektiv-Endlinse gesonderte Optiken verwendet, die zueinander parallel der Objektiv-Endlinse jeweils gegenüberliegend angeordnet sind.

Damit kann ein Nahbetrachtungssystem geschaffen werden, mit einem Bildaufnahmegerät, das an ein faseroptisches Kabel zur Fernbildbenutzung angeschlossen ist, bei welchem die Nahbetraohtungsoptiken und die Optiken des Bildaufnahmegeräts, zueinander parallel derselben Objektivlinse gegenüberliegend angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des optischen Geräts nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des an Tragarmen angebrachten optischen Geräts nach der Erfindung,

Fig. 3 eine nur das optische Gerät veranschaulichende Seitenansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 2 bei Betrachtung in Richtung der Pfeile,

Figo 4 einen Schnitt nach der Linie h-k in Fig. 3.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Stereo-Mikroskop, das ohne den gewöhnlich mit einem solchen Gerät verbundenen Raumbedarf mit Beleuchtungs- und Fernbildzubehör versehen

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ist. Der Raumbedarf des eigentlichen Mikroskops ist sogar geringer, als er bei geknickten optischen Strahlengängen üblich ist. Fig. i veranschaulicht die optischen Elemente dieser Aus— f ührungsf orm und ihre wechselseitige Lage«

In Fig. 1 sind vier optische Systeme abgebildet, für die jeweils die Objektivlinse 10 benutzt wird. Die optischen Stereo-Systeme zur unmittelbaren Betrachtung beginnen mit Okularen il und 21, Auf das Okular 11 folgt ein Prisma 12, das den optischen Strahlengang über zwei rechte Winkel auf ein zweites Prisma lh reflektiert. Das zweite Prisma lh reflektiert den optischen Strahlengang über zwei weitere rechte Winkel auf die Linse 15. Die Linse 15 ist der Linse 10 gegenüberliegend angeordnet, wobei ihre Achse zur Achse der Linse 10 parallel verläuft. Entsprechend folgen auf das Okular 21 zwei Prismen 22 und 24, die den optischen Strahlengang unter Verwendung von vier rechtwinkligen Reflexionen zweimal falten bzw. umkehren. Die auf das Prisma 2k folgende Linse 25 ist der Linse iO an einer von der Linse 15 getrennten Stelle gegenüberliegend angeordnet. Zu einem dritten optischen System gehören die Kollektorlinsen 16 und die Kondensorlinse 17. Die Kondensorlinse 17 ist zu den Linsen 15 und 25 parallel und von ihnen getrennt der Objektivlinse 10 gegenüberliegend angeordnet. Ein faseroptischer Lichtleiter 18 verbindet die Kollektorlinsen 16 mit der Lichtquelle 20. Schließlich besteht ein viertes optisches System aus einem faseroptischen Abbildungssystem, das als Bildbetrachter bezeichnet werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Bildbetrachter am Aufnahmegerät aus einem doppeltreflektierenden Prisma 26, auf das eine Linse 27 folgt. Die Linse 27 ist zu den Linsen 15, 25 und 17 parallel und von ihnen getrennt der Objektivlinse 10 gegenüberliegend angeordnet. Die Linse 27 ist so angeordnet, daß sie auf die Ein— trittsfläche des zusammenhängenden biegsamen faseroptischen Kabels 30 ein Bild des betrachteten Objekts 28 fokussiert. Das doppelreflektierende Prisma 26 ist in diesem Strahlengang nicht

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wesentlich, sondern dient zum Verhindern einer Beeinträchtigung der Betrachtungssysteme und zur Beibehaltung der gewünschten Kompaktheit. Zum Beibehalten eines seitenrichtigen Bildes sind zwei Reflexionen notwendig. Das Kabel 30 endet an einer als Kamera 31 dargestellten Benutzungsvorrichtung. Für jede beliebige Benutzung wird ein optischer Adapter verwendet, der ein Betrachtungsadapter zur Fernbetrachtung durch eine Person oder ein Adapter für Fernsehkamera oder für fotografische Kameraoptiken sein kann. Optische Adapter für die verschiedenen Verwendungen sind wohlbekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden. Der Durchmesser der Objektivlinse 10 wird durch den zum Erzielen der gewünschten Stereowahrnehmung bevorzugten Abstand zwischen den Linsen 15 und 25 bestimmt. Ein Mittenabstand zwischen den Linsen 15 und 25 in den Bereichen von 25*4 und 50,8 mm hat sich als geeignet erwiesen. Die Linsen 17 bis 27 können zweckmäßigerweise so nahe wie möglich an die Mittelachse der Linse 10 heran angeordnet werden. Bei einem Modell waren die Linsen 15» 25 und 27 alle in einem Abstand von 18,42 mm aus der Mittelachse der Linse 10 angeordnet, während die Linse 17 in einem Abstand von 15,24 mm aus der Achse der Linse 10 angeordnet war. Die Linse 17 des Beleuchtungssystems war an die Mittelachse näher heran angeordnet, um die Schatten weitmöglichst zu verringern.

Fig. 2 zeigt das optische System nach Fig. 1 als auf dem Fußboden stehendes Gerät. Das Mikroskop 35 hat einen Körper 36, der die Objektivlinsenhalterung 37 trägt. Die Gehäuse 38 und 40 tragen die Prismen 24 und 22 nach Fig. 1. Das Okular 41 enthält die Okularlinsen 21. Der faseroptische Leiter 18 ist mittels eines Drehgelenks 42 koaxial angeschlossen. Das Gelenk 42 ermöglicht ein Drehen des Mikroskops 35 um eine zwischen den beiden Nahbetrachtungssystemen verlaufende Achse, Das Drehgelenk 42 verbindet mit einem Arm 44, der eine Drehgelenkverbindung mit dem zweiten Arm 46 hat. Der Arm 46 verbindet mit Hilfe eines

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zweiten Drehgelenks 48 mit einem Dritten Arm 47. Der dritte Arm 47 ist von einer mitunter als Gleichgewichtsarm bezeichneten Bauart mit zwei zueinander wechselseitig bewegbaren Gliedern, die innen durch Gegenausgleichsfedern miteinander verbunden sind. Zum Dämpfen oder Bremsen des Gleiohgewichtsmechanismus ist eine handbetätigte Reibkupplung 50 vorgesehen. Der Arm h7 ist seinerseits an einer Hülse 51 auf einem senkrechten Rohr 52 befestigt. Die Hülse 51 läßt sich auf dem Rohr 52 auf- und abwärts bewegen und mit Hilfe einer Klemmschraube 5h in ihrer richtigen Lage festlegen. Das Rohr 52 ist auf einem Bodengestell 55 angebracht. Der Griff 57 dient dazu, das Mikroskop 35 innerhalb des Bereiches der Arme hh_t h6 und hl ohne Bedienung des eigentlichen Mikroskops 35 in die gewünschten Stellungen zu bringen. Der faseroptische Leiter 18 verläuft im Inneren der Arme hh_f h6 und hl sowie der Verbindungsgelenke 45 und 48 zum Anschließen der Lichtquelle 20. Für den Anschluß des Bildbetrachters 58 wird das außen angebrachte zusammenhängende faseroptische Kabel 30 zum Anschließen an die an dem Rohr 52 unterhalb der Hülse 51 angebrachte Fernsehkamera 31 verwendet.

Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Mikroskops 35 zum Erleichtern der Beschreibung und zum Liefern der richtigen Orientierung des Schnittes in Fig. 4.

Fig. h nach der Linie h-h in Fig. 3 ist nur ein die Beleuchtungsund Fernbildoptiken veranschaulichender detallierter Querschnitt des Mikroskops. Zur besseren Erläuterung der Zeichnung sind das Okular 43 und das Gehäuse 49 für das Prisma 12 hinter der Ebene des Schnittes dargestellt zwecks Erleichterung der Orientierung. Der Körper 36 ist rund und in seinem Durchmesser nur etwas größer als die in seinen unteren Teil eingepaßte Objektivlinse 10. Es ist festzustellen, daß die optische Einrichtung zur Nahbetrachtung üblichen Prismengläsern ähnlich ist. Bei den meisten Prismengläsern befinden sich die Objektivlinsen außerhalb der

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Okulare bei in Ansätzen der Objektivlinsengehäuse eingefaßten Prismen. Es sind einige kompakte Spezialprismengläser hergestellt worden, bei welchen die Objektivlinsen sich wie bei dem vorliegenden Mikroskop im Inneren der Okulare befinden, so daß die Prismen im Raum ausgespart worden und wie hier in gesonderten Gehäusen enthalten sind. Bei der vorliegenden Erfindung wird natürlich eine einzige Objektivlinse verwendet, was bei Prismengläsern nicht üblich ist. Diese Ausführung ist nicht nur sehr kompakt, sondern hat bei der vorliegenden Erfindung außerdem den Vorteil, daß sie Raum für den unmittelbaren Zugang zur Objektivlinse von der Betrachtungsseite (Oberseite) her beläßt. In Fig. k sind also zwei in einem der Objektivlinse gegenüberliegend angeordneten Körper 3j6 zusammengefaßte zusätzliche optische Systeme dargestellt. Das optische Beleuchtungssystem 60 ist mit dem Körper 36 in Kombination mit der drehbaren Muffe 6l verbunden, die außerdem zum Anbringen des Mikroskops 35 an einem Traggestell dient. Der faseroptische Leiter 18 (Fig. 1 und 2) wird über das Traggestell koaxial zur Muffe 6i so eingebracht, daß er den Kollektorlinsen l6 gegenüberliegend angeordnet ist. Die in der drehbaren Muffe 6l angebrachten Kollektorlinsen l6 sind dem in dem Durchlaß 6k angeordneten Prisma (oder Spiegel) 62 gegenüberliegend so angeordnet, daß sie den optischen Strahlengang so abknicken, daß er zur optischen Achse der Linse 10 parallel verläuft. Die ebenfalls in dem Durchlaß 6*t hinter dem Prisma 62 angeordnete Kondensorlinse 17 ist der Objektivlinse 10 gegenüberliegend angeordnet.

Die Bildaufnahmeeinheit 65 ist als Einsteckadapter dargestellt, der aus einem das Prisma 26 und die Linse 27 tragenden Adapterkörper 66 besteht. Das Prisma 26 ist in seinem Querschnitt fünfeckig, damit es den optischen Strahlengang unter Beibehaltung der Bildorientierung im rechten Winkel reflektiert. Für die gleiche Aufgabe können zwei in geeigneter Weise angeordnete Spiegel benutzt werden. Die Linse 27 ist in einem Ansatztubus 67 des Körpers 66 enthalten, der sich in den Durchlaß 68 des Körpers

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hinein so erstreckt, daß die Linse 27 der Objektivlinse 10 gegenüberliegend angeordnet ist. Der optische Strahlengang durch die Linse 27 ist zur optischen Achse der Linse 10 parallel ausgeriohtet. Der Adapterkörper 66 weist eine zur Achse der Muffe 61 parallel ausgerichtete Fassung auf. Das Anschlußteil 71 des zusammenhängenden faseroptischen Kabels 30 wird in die Fassung 70 eingepaßt· Das faseroptische Kabel 30 hat eine dem Prisma 26 gegenüberliegend angeordnete optische Fläfche 72. Die Linse 10 fokussiert in für Mikroskopobjektive üblicher Weise das betrachtete Objekt auf unendlich. Die Linse 27 nimmt das Bildträgerlicht aus der'Linse 10 auf und fokussiert es an der Fläche 72 in Form eines Bildes nach. Das Anschlußteil 71 ist in der Fassung 70 (mit Hilfe nicht dargestellter Mittel) zum Fokussieren stufenweise einstellbar. Das zusammenhängende faseroptische Kabel 30 ist, obwohl es als an eine Fernsehkamera angeschlossen dargestellt ist, ausserdem mit passenden Adaptern zum Anschluß an eine fotografische Kamera, zur individuellen Betrachtung oder zur sonstigen Benutzung verwendbar.

Es sei bemerkt, daß sowohl der faseroptische Lichtleiter 18 als auch das faseroptische Kabel 30 bei Verwendung des Mikroskops 35 zur Nahbetrachtung praktisch unbemerkbar sind. Der Lichtleiter 18 ist koaxial durch die Halterung verlaufend angeschlossen und das Kabel 30 verläuft dicht entlang der Oberseite des Körpers 36 zu den an die Muffe 6l angrenzenden Halterungseinridtungen. Es ist vorgesehen, daß sich das Beleuchtung^- und das Fernbildsystem gegeneinander so austauschen lassen, daß das zusammenhängende faseroptische Kabel an die Muffe 6l koaxial anschließen würde.

Obwohl die Erfindung in besonderem Zusammenhang mit Stereo-Mikroskopen mit großem Betrachtungsabstand beschrieben worden ist, ist sie auch auf andere optische Geräte anwendbar, bei welchen ohne Beeinträchtigung einer sonstigen Benutzung ein unmittelbarer Zugang zu der Objektivlinse vorhanden ist.

Patentansprüche; 309837/0389

Claims

Patentansprüche

Iy Optisches Gerät mit Fernbildausgang, gekennzeichnet duroh t

a) ein optisches Nahbetrachtungssystem (58),

b) ein biegsames faseroptisches Abbildungssystem (65) und

o) eine einzige Hauptobjektivlinse (lO) als optische Objektivlinse für beide optischen Systeme.

2. Optisches Gerät nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (27, 26, 30) des faseroptischen Abbildungssystems (65) zu den Aufnahmeelementen (11, 12, 14, 15* 21, 22, 24, 25) des optischen Nahbetrachtungssystems (58) körperlich in zu ihnen paralleler, von ihnen getrennter Lage so angeordnet sind, daß die einzige Hauptobjektivlinse (lO) beide optischen Systeme auf die gleiche Stelle (28) fokussiert.

Optisches Gerät nach Anspruch 1, ferner gekennzeioh net duroh eine Lichtquelle (20) und einen faseroptischen Lichtleiter (18), der mit einem ersten Ende an die Lichtquelle und mit einem zweiten Ende an ein Linsensystem (16, 16, 62, 17) angeschlossen ist, das parallel zu den beiden optisohen Systemen (65, 58) der einzigen Hauptobjektivlinse (lO) gegenüberliegend angeordnet ist.

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4· Optisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeiohnet, daß das optische Abbildungssystem (65) an eine entfernt gelegene Fernsehkamera (31) angeschlossen ist·

5. Optisches Gerät naoh Anspruch 3i dadurch g e kennzeiohnet , daß das optische Nahbetraohtungssystem (58) aus zwei Systemen besteht, die ein Stereopaar (11, 12, ik, 15j 21, 22, 24, 25) bilden, wobei jedes der ein Stereopaar bildenden Systeme nämlich das optische Abbildungssystem (65) und das an den Lichtleiter (18) angesohlossene Linsensystem (l6, 16, 17) je mit ihren optischen Aohsen zur optisohen Achse der einzigen Hauptobjektivlinse (iO) parallel in voneinander getrennter Lage der einzelnen Hauptobjektivlinse gegenüberliegend angeordnet sind.

6« Mikroskop mit großem Arbeitsabstand, gekennzeichnet durch:

a) ein Nahbetraohtungsmikroskopsystem (58) mit einer gemeinsamen Objektivlinse (lO)}

b) ein faseroptisches Abbildungssystem (65), zu dem die gemeinsame Objektivlinse (lO) gehört;

o) eine Einrichtung zum Halten des Mikroskopsystems in

Betraohtungsstellung; und
d) eine Einrichtung zum Benutzen einer Bildausgabe aus dem faseroptischen Abbildungssystem fern von der Betrachtungsstelle (28).

7. Mikroskop naoh Anspruch 6, daduroh gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Benutzen einer Bildausgabe eine Fernsehkamera (31) ist.

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8, Mikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Nahbetrachtungsmikroskopsystem ein Stereo-Mikroskop ist, bei welchem zwei Okulare (H₁ 2i) an gesonderte, prismatisch geknickte optische Strahlengänge angeschlossen sind, die je in voneinander getrennter, zuein- · ander paralleler Lage der Objektivlinse (iO) gegenüberliegend enden*

9. Mikroskop nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch ein optisches Beleuchtungssystem (6O) mit einer Lichtquelle (20), einer der Objektivlinse (iO) gegenüberliegend angeordneten Beleuchtungslinseneinheit (17» 62, 16, i6) und einem die Lichtquelle mit der Linseneinheit verbindenden faseroptischen Lichtleiter (18).

10. Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es an die Halterungseinrichtung mittels einer einzelnen Muffe (6l) angeschlossen ist, wobei die Faseroptiken (18) des optischen Beleuchtungssystems (6o) oder (30) des Abbildungssystems (65) koaxial durch die Muffe verlaufen*

11. Mikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (6l) eine drehbare Muffe ist.

12» Fernabbildungssystem für ein Stereo-Mikroskop nach einem der Ansprüche 6 bis Ii unter Verwendung einer einzigen Objektivendlinse, gekennzeichnet durch eine Einsteckeinheit (66) mit doppeltreflektierender Einrichtung (26) zum Aufnehmen von Bildträgerlicht aus der Objektivlinse (IO) und zu seinem Reflektieren im rechten Winkel, eine Fassung (70) zur Aufnahme eines Anschlußteiles (71) des faseroptischen Kabels (30) im rechten Winkel zur optischen Achse der Objek-' tivlinse und durch eine Linse (27) zwischen der reflektierenden

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Einrichtung (26) und der Objektivlinse (1O) zum Fokussieren des aus der Objektivlinse aufgenommenen Bildträgerlichtes auf die Stirnseite (72) eines in der Fassung (70) angeschlossenen faseroptischen Kabels (30).

13· Fernabbildungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet ι daß die doppeltreflektierende Einrichtung ein Prisma (26) mit fünfeckigem Querschnitt ist.

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